JP2016007739A - スクライビングホイール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脆性材料基板をスクライブし分断したときの基板の端面強度を向上させることができるスクライビングホイールを提供すること。
【解決手段】スクライビングホイールの円周をＶ字状に研磨して研磨面にダイヤモンド膜を形成する。次にＶ字状の先の稜線を含む帯状の部分を頂角α２となるよう粗研磨により研磨面１５を形成する。更に研磨面１５のうち稜線を含む帯状の部分を仕上げ研磨し、頂角α３の研磨面１６を形成する。そして稜線から粗研磨と仕上げ研磨との境界までの研磨幅ｗを２０μｍ以上とする。こうすれば刃先の稜線と傾斜面の凹凸を少なくすることができ、スクライブしたときの脆性材料基板の端面強度を向上させることができる。
【選択図】図４Ｃ

Description

本発明はセラミックス基板やガラス基板等の脆性材料基板をスクライブするためのスクライビングホイール及びその製造方法に関するものである。

従来のスクライビングホイールは、超硬合金製又は焼結ダイヤモンド製の円板に対して円周部を両側より互いに斜めに削り込み、円周面にＶ字形の刃先を形成している。スクライビングホイールは中心に貫通孔を有しており、スクライビング装置のスクライブヘッド等に回転自在に軸着して用いられる。

従来スクライビングホイールの円周面にＶ字形の刃先を形成するためには、まず円板１０１の中心に貫通孔１０２を形成する。図１（ａ）はこの円板１０１の側面図を示している。次いで図１（ｂ）に側面図、図１（ｃ）に正面図を示すように、円周部分を両側よりＶ字状に研磨して刃先部１０３とする。場合によっては刃先部１０３を更に細かい粒度の研磨材によって仕上げ研磨して、スクライビングホイール１００を構成している。

特許文献１にはガラス基板を切断するためのガラス切断用刃に関し、その寿命を長くするために、V字形状の刃先表面をダイヤモンドで被膜したガラス切断用刃が開示されている。このガラス切断用刃は、ダイヤモンドと相性の良いセラミックで形成された刃先表面にダイヤモンド膜を被覆し、このダイヤモンド膜を表面研磨処理して整形される。このようなガラス切断用刃を用いることにより、刃の寿命が長く、また切断面が平滑となるように硬高度ガラスを切断できると示されている。

また、特許文献２には、スクライビングホイール基材にダイヤモンド膜を形成し、刃先部分のダイヤモンド膜を粗研磨し、更に仕上げ研磨してスクライビングホイールを製造することが示されている。

特開平０４−２２４１２８号公報 特開２０１３−２０２９７５号公報

機械研磨でダイヤモンドの表面粗さを小さくしようとすると、粒径の小さな砥粒を使用する必要があるが、砥粒の粒径が小さくなると加工量が少なくなり、研磨時間が長くなる。一方、研磨時間を短くしようとすると粒径の大きな砥粒を用いなければならず、表面粗さを小さくすることが困難であった。特許文献１に示されているガラス切断用刃は基材をセラミックとし断面形状をＶ字形としてダイヤモンド膜を被覆し、更に研磨した構成としている。しかし１段階のみの研磨であり、ダイヤモンド膜の凹凸を除去することは可能であったが、研磨後の面粗さを十分に小さくすることができなかった。特許文献２に記載のダイヤモンド被覆切断刃においては研磨時間を短くすることを目的として、粗研磨と仕上げ研磨の二段階の研磨を行うようにしている。具体的には、粒径の大きな砥粒を用いて粗研磨により短時間で形状を整え、粒径の小さな砥粒による仕上げ研磨をより狭い範囲に行って稜線付近の面粗さを小さくすることにより、全面を仕上げ研磨するのに比較して短い加工時間で刃先を形成することが可能となった。しかし、刃先の粗研磨と仕上げ研磨との角度の差が大きければ、後述するように砥石の修正時間が長くなるため、加工効率の大きな向上には結びつかないという問題点があった。さらにまた、稜線の湾曲が大きくなり、またスクライビングホイールの稜線全周にわたって均一な加工が容易ではないという問題点があった。
砥石などの研磨材で被加工材を研磨する場合、研磨材自身も摩耗し、また局所的な加工により砥石等の形状が変化するなどして加工性が低下する。このような場合には、砥石等の形状の修正（ツルーイング、ドレッシングともいう）や交換等が必要となる。ダイヤモンドは非常に硬質であることから、研磨材の形状変化も大きく、砥石等の修正には時間がかかり、製造に時間がかかる原因となっていた。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、ダイヤモンド膜を被覆したスクライビングホイールにおいて研磨幅を大きくすることにより、稜線の湾曲を小さく、均一にするとともに、製造効率を向上させることを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールの製造方法は、円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、円板状で、円周部に沿って両側の側面のそれぞれより斜めに形成された傾斜面が相互に交差した稜線部分がダイヤモンド膜で形成されたスクライビングホイール基材の前記稜線部分を含む前記傾斜面を研磨材によって粗研磨し、粗研磨により形成された第１の研磨面が交差した頂角（α２）を前記ダイヤモンド膜の傾斜面が交差した頂角（α１）より大きくなるように研磨して第１の研磨面を形成し、前記第１の研磨面のうち、稜線部分を含む傾斜面を粗研磨よりも粒度の細かい研磨材によって仕上げ研磨し、稜線から粗研磨と仕上げ研磨の境界までの幅を２０μｍ以上とし、前記第２の研磨面が交差した頂角（α３）を前記第１の研磨面が交差した頂角より大きくなるように第２の研磨面を形成しものである。

ここで前記第１の研磨面が交差した頂角と，第２の研磨面が交差した頂角の差（θ２）を５°より大きく、２５°以下とするようにしてもよい。

ここで前記ダイヤモンド膜の傾斜面が交差した頂角と前記第１の研磨面が交差した頂角との差（θ１）が、前記第1の研磨面が交差した頂角と前記第２の研磨面が交差した頂角との差（θ２）より大きくするようにしてもよい。

ここで前記スクライビングホイール基材は、超硬合金とするようにしてもよい。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールは、円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールであって、円板の円周に沿って刃先部分が形成されたスクライビングホイール基材と、前記スクライビングホイール基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜と、前記ダイヤモンド膜で形成された稜線の両側の領域に研磨材によって研磨された第１の研磨面と、前記第１の研磨面の先端の稜線の両側の領域に研磨材によって研磨された第２の研磨面と、を有し、前記第２の研磨面が交差した頂角（α３）は前記第１の研磨面が交差した頂角（α２）よりも大きくし、前記稜線から粗研磨と仕上げ研磨との境界までの研磨幅を２０μｍ以上としたものである。

このような特徴を有する本発明によれば、スクライビングホイールの刃先をＶ字形に研磨すると共に、研磨面にダイヤモンド膜を形成し、その先端部分のみを粗研磨し、その後に仕上げ研磨している。そして粗研磨したときの頂角の角度より仕上げ研磨の頂角の角度を大きくし、稜線から粗研磨と仕上げ研磨との境界までの研磨幅を２０μｍ以上としている。これにより稜線の湾曲程度を小さく、かつ稜線全周にわたり均一にするとともに、砥石の修正時間を短くすることができ、製造効率を向上させることができるという効果が得られる。

図１は従来例によるスクライビングホイールとその製造過程を示す側面図及び正面図である。 図２は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び側面図である。 図３は本実施の形態によるスクライビングホイールの製造過程を示す側面図である。 図４Ａは本実施の形態によるスクライビングホイールの基材上にダイヤモンド膜を生成した状態を示す先端部分の拡大断面図である。 図４Ｂは粗研磨を行ったスクライビングホイールの先端部分を示す拡大断面図である。 図４Ｃは仕上げ研磨を行ったスクライビングホイールの先端部分を示す拡大断面図である。 図５は本発明の実施例と比較例によるスクライビングホイールの研磨角度と砥石修正時間、稜線曲率半径及び研磨幅を示す図である。

図２（ａ）は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図、図２（ｂ）はその側面図である。又図３（ａ）〜（ｄ）はこの実施の形態のスクライビングホイールの製造過程を示す側面図である。スクライビングホイール１０を製造する際には、例えば、超硬合金、又はセラミック製のスクライビングホイール基材となる円板１１の中央にまず図３（ｂ）に示すように軸穴となる貫通孔１２を形成する。

次にこの貫通孔１２にモータ等のシャフトを連通して貫通孔１２の中心軸を回転軸１２ａとして回転させつつ、円板１１の全円周を両側より研磨して図３（ｂ）に示すように傾斜面と稜線を有する垂直断面Ｖ字形に形成し、その斜面を研磨面１３とする。このときの頂角は好ましくは８０°〜１５０°であり、より好ましくは９０°〜１４０°である。８０°以下であると稜線先端が加工時に破損しやすく、１５０°以上であると刃先としての実用性がなくなる傾向にある。

次に略Ｖ字形の研磨面１３にダイヤモンド薄膜を形成する。まず図４Ａの刃先の稜線部分の拡大断面図を示すように、ダイヤモンド膜の付着が容易になるように略Ｖ字形の研磨面１３をあらかじめ粗面にしておく。次にサブミクロン以下の粒径の核となるダイヤモンドを斜面部分に形成した後、化学気相反応によってダイヤモンドの核を成長させ、膜厚が例えば１０〜３０μｍのダイヤモンド膜１４を形成する。このようなダイヤモンド膜の形成は１回で行って単層のダイヤモンド膜としてもよく、又多数回繰り返して行って多層のダイヤモンド膜としてもよい。ここで、ダイヤモンド膜はスクライビングホイール基材の傾斜面及び稜線に略均一に形成されるため、ダイヤモンド膜の頂角はスクライビングホイール基材の頂角と略等しくなる。このダイヤモンド膜の頂角を第１の頂角α１とする。頂角α１は好ましくは８０°〜１５０°であり、より好ましくは９０°〜１４０°である。８０°以下であると稜線先端が加工時に破損しやすく、１５０°以上であると刃先としての実用性がなくなる傾向にある。

次にダイヤモンド膜１４に対して粗研磨を行う。粗研磨では、例えば粒度８０００番又はそれ以下の番号の研磨材を用いる。８０００番より大きい研磨材の場合は、研磨材の粒径が細かすぎるためダイヤモンド膜１４に対して必要な加工度が得られない。この工程では稜線を中心に含む帯状の部分についてのみ第２の頂角α２（α２＞α１）となるように研磨を行う。図４Ｂはこの先端部分を示す拡大図である。こうして形成した研磨面を第１の研磨面１５とする。ここで頂角α２はα１に対してθ１だけ大きな値となるように研磨する。

次に図４Ｃに示すように研磨面１５の稜線を中央に含むより狭い幅の帯状の部分についてのみ仕上げ研磨を行う。仕上げ研磨では粗研磨よりも細かい粒度の微粉の研磨材を用いて研磨する。そして研磨した後の稜線から成る円が含まれる面を回転軸１２ａに対し垂直となるように、また頂角が所望の第３の頂角α３（α３＞α２）となるように研磨する。こうして形成した仕上げによる研磨面を第２の研磨面１６とする。ここで稜線から研磨面１５，１６の境界までの研磨幅をｗとする。この研磨幅ｗは２０μｍ以上とする。

ここで研磨材の粒度は好ましくは粒度９０００番以上であり、より好ましくは１００００番以上であり、さらに好ましくは１５０００番以上である。仕上げ研磨では粗研磨よりも細かい粒度の微粉の研磨材を用いて研磨するため、第２の研磨面の算術平均粗さは第１の研磨面の算術平均粗さよりも小さくなる。仕上げ研磨工程では研磨後の刃先表面及び稜線の算術平均粗さＲａが０．０３μｍ以下、好ましくは０．０１５μｍ以下となるまで研磨する。研磨材の粒度が９０００番より小さければ、研磨後の刃先表面及び稜線の算術平均粗さＲａを０．０３μｍ以下にすることが難しい。このためスクライブ時に膜のカケや剥離が生じやすく、また分断した脆性材料基板端面には傷が残りやすい傾向がある。ここで頂角α３はα２に対してθ２だけ大きな値となるように研磨する。θ２は５°より大きくする。又θ２は２５°以下とし、好ましくは２０°以下となるようにする。θ２が大きいほど、仕上げ研磨による刃先先端の形状変化が大きくなる。また、θ２はθ１よりも小さくすることが好ましい。この仕上げ研磨によりダイヤモンド膜の稜線から成る円を含む面がスクライビングホイール基材の中心軸に垂直となるようにする。尚最終の頂角α３が大きいものは高いスクライブ荷重で使用するのに適しており、頂角α３が小さいものは低いスクライブ荷重で使用するのに適している。

スクライビングホイールは、砥石などの研磨材によって研磨することにより、傾斜面をスクライビングホイールの全周にわたって同一の角度で研磨することが容易となる。一方の面の粗研磨又は仕上研磨を終えると、他方の面についても同様に研磨する。このように、特に砥石を用いた研磨によれば、頂角α２，α３を所望の値に認定したり、スクライビングホイールの稜線を側面視で直線にしたりすることが容易となる。さらに、確実に所望の幅ｗの領域を研磨することが容易にできる。

このように刃先を２段のＶ字状とすることでスクライビングホイールとして必要な刃先のダイヤモンドの先端部分のみ仕上げ研磨とし、加工面積を減らすことで加工時間を短縮しつつ、刃先の稜線の凹凸を少なくすることができる。

このように研磨することによって従来の焼結ダイヤモンドによるスクライビングホイールに比べ、脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンドとなるため、スクライビングホイールの耐摩耗性を向上させることができる。又脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンド膜となるためスクライブに寄与する刃先部分及び稜線の粗さを細かくすることができる。更にイオンビームによる研磨とは異なり、稜線の両側を同一の条件で研磨することができるため、研磨した両側の研磨面の粗さは同等とすることができ、また稜線を側面視で直線状にすること及び稜線に形成される湾曲度のばらつきを少なくすることが容易である。

尚ここで示した研磨材の粒度は一例であり、この粒度に限定されるものでない。

次に本発明のスクライビングホイールの研磨前の状態と研磨後の状態について図５の実施例及び比較例を用いて説明する。ここではスクライビングホイールの仕上げ後の頂角α３を１４０°とする。スクライビングホイール基材の頂角は１００°であり、その上にダイヤモンド膜を形成している。そして研磨前の刃先の角度α１はいずれも１００°であり、粗研磨では比較例では１１０°、実施例では１３０°としている。従ってα１とα２の差θ１は実施例では３０°、比較例では１０°、α２とα３の差θ２は実施例では１０°、比較例では３０°となる。すなわち、実施例ではθ１＞θ２、比較例ではθ１＜θ２とされている。そして仕上げ研磨時の砥石に対する押し込み量を一定とし、仕上げ研磨終了後の頂角α３はいずれも１４０°となるように研磨したものである。このとき研磨幅ｗは比較例では約１５μｍ程度、実施例では約３０μｍ程度となっている。仕上げ研磨における研磨幅は大きい方が砥石に対する接触面積が大きく、砥石に対する負荷が小さくなり、そのため砥石を使用した後に必要な砥石の修正時間が短くなる。例えば比較例では砥石修正時間は約５０分であるのに対し、実施例では約１０分であった。一方、研磨幅が異なることによる研磨時間の変化はなかった。粗研磨の場合は仕上げ研磨よりも粒径の大きな砥粒を用いるため、目的の先端角度への加工が容易であり、実施例と比較例で研磨時間に実質的な差はなかった。仕上げ研磨の場合、実施例では比較例より研磨幅が大きくなるが、θ２が比較例よりも小さく、先端の形状は大きく変化しないため、研磨時間が比較例より長くなることはなかった。又稜線の湾曲度は比較例では約２．５μｍと２μｍ以上であり且つばらつきが大きかった。これに対して実施例では約１．５μｍ程度と２μｍ以下であり、稜線に比べて小さくなっている。このようなスクライビングホイールを用いてスクライブに切断したときに脆性材料基板の端面精度を向上させることができる。

本発明のスクライビングホイールは、脆性材料基板をスクライブするスクライブ装置に用いることができ、特に薄く、硬質の脆性材料基板をスクライブするスクライブ装置に有効である。

１０ スクライビングホイール
１１ 円板
１２ 貫通孔
１２ａ 回転軸
１３ 研磨面
１４ ダイヤモンド膜
１５ 第１の研磨面
１６ 第２の研磨面

Claims (8)

1. 円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、
   円板状で、円周部に沿って両側の側面のそれぞれより斜めに形成された傾斜面が相互に交差した稜線部分がダイヤモンド膜で形成されたスクライビングホイール基材の前記稜線部分を含む前記傾斜面を研磨材によって粗研磨し、粗研磨により形成された第１の研磨面が交差した頂角（α２）を前記ダイヤモンド膜の傾斜面が交差した頂角（α１）より大きくなるように研磨して第１の研磨面を形成し、
   前記第１の研磨面のうち、稜線部分を含む傾斜面を粗研磨よりも粒度の細かい研磨材によって仕上げ研磨し、稜線から粗研磨と仕上げ研磨の境界までの幅を２０μｍ以上とし、前記第２の研磨面が交差した頂角（α３）を前記第１の研磨面が交差した頂角より大きくなるように第２の研磨面を形成したスクライビングホイールの製造方法。
2. 前記第１の研磨面が交差した頂角と，第２の研磨面が交差した頂角の差（θ２）を５°より大きく、２５°以下とした請求項１記載のスクライビングホイールの製造方法。
3. 前記ダイヤモンド膜の傾斜面が交差した頂角と前記第１の研磨面が交差した頂角との差（θ１）が、前記第1の研磨面が交差した頂角と前記第２の研磨面が交差した頂角との差（θ２）より大きいことを特徴とした請求項１記載のスクライビングホイールの製造方法。
4. 前記スクライビングホイール基材は、超硬合金からなる請求項１記載のスクライビングホイールの製造方法。
5. 円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールであって、
   円板の円周に沿って刃先部分が形成されたスクライビングホイール基材と、
   前記スクライビングホイール基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜と、
   前記ダイヤモンド膜で形成された稜線の両側の領域に研磨材によって研磨された第１の研磨面と、
   前記第１の研磨面の先端の稜線の両側の領域に研磨材によって研磨された第２の研磨面と、を有し、
   前記第２の研磨面が交差した頂角（α３）は前記第１の研磨面が交差した頂角（α２）よりも大きくし、前記稜線から粗研磨と仕上げ研磨との境界までの研磨幅を２０μｍ以上としたスクライビングホイール。
6. 前記第１の研磨面が交差した頂角と、第２の研磨面が交差した頂角の差（θ２）を５°より大きく、２５°以下とした請求項５記載のスクライビングホイール。
7. 前記ダイヤモンド膜の傾斜面が交差した頂角と前記第１の研磨面が交差した頂角との差（θ１）が、前記第1の研磨面が交差した頂角と前記第２の研磨面が交差した頂角との差（θ２）より大きいことを特徴とした請求項５記載のスクライビングホイール。
8. 前記スクライビングホイール基材は、超硬合金からなる請求項５記載のスクライビングホイール。

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