JP2017074789A - Scribing wheel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は脆性材料基板に圧接・転動させてスクライブするためのスクライビングホイールに関するものである。 The present invention relates to a scribing wheel for scribing by pressing and rolling on a brittle material substrate.
従来のスクライビングホイールは、超硬合金製又は多結晶焼結ダイヤモンド(以下、PCDという)製の円板を基材としている。PCDはダイヤモンド粒子をコバルトなどと共に焼結させたものである。スクライビングホイールは基材となる円板の両側より円周のエッジを互いに斜めに削り込み、円周面にV字形の刃先を形成したものである。このようにして形成されたスクライビングホイールをスクライブ装置のスクライブヘッド等に回転自在に軸着して脆性材料基板に所定の荷重で押し付け、脆性材料基板の面に沿って移動させることで、転動させながらスクライブすることができる。 Conventional scribing wheels are based on a disc made of cemented carbide or polycrystalline sintered diamond (hereinafter referred to as PCD). PCD is obtained by sintering diamond particles together with cobalt or the like. The scribing wheel is formed by cutting the circumferential edges obliquely from both sides of a disk as a base material to form a V-shaped cutting edge on the circumferential surface. The scribing wheel formed in this way is rotatably attached to a scribing head of a scribing device, pressed against the brittle material substrate with a predetermined load, and moved along the surface of the brittle material substrate to roll it. You can scribe while.
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高硬度ガラスを切断できると示されている。 Patent Document 1 discloses a glass cutting blade in which a V-shaped blade edge surface is coated with diamond in order to increase the life of the glass cutting blade for cutting a glass substrate. This blade for cutting a glass is shaped by coating a diamond film on the surface of a cutting edge formed of a ceramic that is compatible with diamond and then polishing the diamond film. It has been shown that by using such a glass cutting blade, the high-hardness glass can be cut such that the blade has a long life and the cut surface is smooth.
また、特許文献2には、光ファイバやガラス基板等を切断する際に滑りや切断品位の悪化を防止するため、超硬合金等の基材にダイヤモンド層を被覆したダイヤモンド被覆切断刃が開示されている。この文献ではダイヤモンド層の表面は被覆後に平滑化処理をしないことを特徴としている。 Patent Document 2 discloses a diamond-coated cutting blade in which a base material such as cemented carbide is coated with a diamond layer in order to prevent slippage or deterioration of cutting quality when cutting an optical fiber, a glass substrate, or the like. ing. This document is characterized in that the surface of the diamond layer is not smoothed after coating.
一方、ダイヤモンド被膜の研磨を行う場合には、研磨によって膜厚が研磨前よりも薄くなるため、平滑化処理を行わない場合よりも成膜時の膜厚を厚くする必要がある。従来から、膜厚を厚くするためには、ダイヤモンドの成膜時間を長くすることや、ダイヤモンド膜を多層に重ねることが行われてきた。特許文献3には表面および断面の結晶粒径が2μm以下となるように、核付着処理および結晶成長処理を繰り返して形成された微結晶の多層構造を成しているダイヤモンド被膜を有するダイヤモンド被覆工具が記載されている。このようにダイヤモンド膜を多層とすることにより、ダイヤモンドの結晶粒径を小さく維持し、被膜表面の凹凸を軽減しながら、比較的厚いダイヤモンド被膜を形成することができる。 On the other hand, when the diamond film is polished, the film thickness becomes thinner by the polishing than before the polishing. Therefore, it is necessary to make the film thickness at the time of film formation thicker than when the smoothing treatment is not performed. Conventionally, in order to increase the film thickness, the diamond film formation time has been lengthened and the diamond films have been stacked in multiple layers. Patent Document 3 discloses a diamond-coated tool having a diamond coating having a multi-layer structure of microcrystals formed by repeating the nuclear deposition process and the crystal growth process so that the crystal grain size of the surface and the cross section is 2 μm or less. Is described. By making the diamond film multi-layered as described above, it is possible to form a relatively thick diamond film while maintaining a small crystal grain size of diamond and reducing irregularities on the surface of the film.
特許文献1に記載のガラス切断用刃を用いて実際に脆性材料基板をスクライブする場合には、刃先の欠け、ダイヤモンド被膜の剥離などが起こりやすいという問題が生じることが分かった。特許文献2に記載のダイヤモンド被覆切断刃においても、その表面に平滑化処理がされていないことから、脆性材料基板をスクライブすると基板の端面精度が研磨を行わない場合に比べて悪化し、このために端面強度が劣るという問題点があった。 It has been found that when the brittle material substrate is actually scribed using the glass cutting blade described in Patent Document 1, chipping of the blade edge, peeling of the diamond film, and the like are likely to occur. Even in the diamond-coated cutting blade described in Patent Document 2, since the surface is not smoothed, when the brittle material substrate is scribed, the end face accuracy of the substrate is deteriorated as compared with the case where the polishing is not performed. However, the end face strength is inferior.
また特許文献3に記載のダイヤモンド被膜は薄い被膜が多数重なっている多層構造であるため、被膜の層内及び層間の性質が均一ではない。このため、スクライビングホイールに特許文献3に記載のダイヤモンド被膜を形成し、被膜表面を研磨しようとしても、均一に研磨を行うことが難しい。さらに、研磨後のスクライビングホイールにおいては研磨によって刃先表面に現れた被膜の粒径等が層内・層間で均一ではないために、磨耗しやすい部分と磨耗し難い部分がホイール刃先に生じ、脆性材料基板をスクライブすると刃先の一部が過度に磨耗して、スクライビングホイールの寿命が短くなるという問題がある。また、磨耗によるスクライビングホイールの変形により、ダイヤモンド被膜の剥離が起こりやすく、さらにスクライビングホイールの寿命が短くなる。 In addition, since the diamond coating described in Patent Document 3 has a multilayer structure in which a number of thin coatings are stacked, the properties in the layers of the coating and between the layers are not uniform. For this reason, even if the diamond film described in Patent Document 3 is formed on the scribing wheel and the surface of the film is to be polished, it is difficult to perform uniform polishing. Furthermore, in the scribing wheel after polishing, the particle size of the coating that appears on the surface of the cutting edge by polishing is not uniform within the layer and between the layers, so that a portion that is easily worn and a portion that is difficult to wear are generated on the wheel cutting edge, and a brittle material When the substrate is scribed, there is a problem that a part of the blade edge is excessively worn and the life of the scribing wheel is shortened. Further, the deformation of the scribing wheel due to wear tends to cause the diamond film to peel off, and further shortens the life of the scribing wheel.
更に特許文献4はスクライビングホイールの円周面に所定間隔を隔てて多数の溝を形成し、その間を突起として高浸透型としたスクライビングホイールが記載されている。このようなスクライビングホイールに特許文献3に記載のダイヤモンド被膜のような多層のダイヤモンド被膜を適用する場合には、通常ダイヤモンド被膜の上から溝加工を行うこととなる。この溝の深さが膜の一層の厚さよりも深くなる場合、溝の側面に磨耗しやすい部分と磨耗し難い部分が現れることとなり、溝の磨耗・カケなどが起こって溝の形状を保ち難くなるという問題がある。 Further, Patent Document 4 describes a scribing wheel in which a large number of grooves are formed at a predetermined interval on the circumferential surface of the scribing wheel, and a high penetration type is formed with protrusions therebetween. When a multi-layer diamond coating such as the diamond coating described in Patent Document 3 is applied to such a scribing wheel, the groove processing is usually performed from above the diamond coating. If the depth of the groove is deeper than the thickness of one layer of the film, parts that are likely to wear and parts that are difficult to wear will appear on the side of the groove, and it will be difficult to maintain the shape of the groove due to groove wear and chipping. There is a problem of becoming.
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、脆性材料基板をスクライブし、ブレイクしたときの脆性材料基板の端面強度や端面精度を向上させることができるとともに、刃先が磨耗し難く、長寿命のスクライビングホイールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and in a scribing wheel coated with a diamond film, improves the end face strength and end face accuracy of the brittle material substrate when the brittle material substrate is scribed and broken. An object of the present invention is to provide a scribing wheel that can be used and that the cutting edge is less likely to wear and that has a long life.
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、を具備し、前記ダイヤモンド膜の稜線を含む帯状の領域を研磨領域とし、前記研磨領域におけるダイヤモンド粒子の平均粒径が2.5μm以下であり、前記稜線付近の膜厚を5〜25μmとしたことを特徴とする。 In order to solve this problem, the scribing wheel of the present invention includes a scribing wheel base material having a ridgeline formed along a circumferential portion, and having a cutting edge composed of the ridgeline and inclined surfaces on both sides of the ridgeline, and the scribing wheel. comprising a diamond film formed on the edge surface of the substrate, said strip-shaped region and the polishing region including the ridge line of the diamond film, the average particle size of the diamond particles in the abrasive region be 2.5μm or less , characterized in that the thickness of the vicinity of the ridge line and 5 to 25 [mu] m.
ここで前記稜線の算術平均粗さRaが0.015μm以下であるようにしてもよい。 Here, the arithmetic average roughness Ra of the ridge line may be 0.015 μm or less.
ここで前記研磨領域の稜線部分を所定間隔で切り欠いた溝を有し、その間を突起とするようにしてもよい。 Here, a groove in which a ridge line portion of the polishing region is notched at a predetermined interval may be provided, and a portion between the grooves may be formed as a protrusion.
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基材にダイヤモンド微粒を付着させ結晶を成長させることによって、単層構造のダイヤモンド膜を形成している。このためダイヤモンド膜を均一にすることができ、その後の研磨加工の精度を向上させることが容易にできる。また、膜が均一であるため、硬度の高い脆性材料基板をスクライブする際に刃先表面が均一に磨耗することから、磨耗性が向上する。そしてスクライビングホイールの刃先の面粗さを小さくすることができ、脆性材料基板の端面精度が向上し、端面強度も向上させることもできるという効果が得られる。又硬度の高い脆性材料基板をスクライブする場合にも、稜線の部分に微細な凹凸に起因する欠けや剥離が生じ難くなるという効果が得られる。 According to the present invention having such a feature, a diamond film having a single layer structure is formed by attaching diamond fine particles to a scribing wheel base material and growing a crystal. Therefore, the diamond film can be made uniform, and the accuracy of subsequent polishing can be easily improved. In addition, since the film is uniform, the surface of the blade edge is uniformly worn when scribing a brittle material substrate having high hardness, so that the wear property is improved. And scribing wheel can be reduced surface roughness of the blade edge, to improve the end face accuracy of the brittle material substrate, the effect is obtained that the end faces strength can be improved. In addition, when scribing a brittle material substrate having high hardness, it is possible to obtain an effect that it is difficult to cause chipping or peeling due to fine unevenness in the ridge line portion.
図1(a)は本発明の第1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1(b)はその側面図である。スクライビングホイールを製造する際には、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1(a)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に図示しない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の全円周を円板の表裏両側より回転軸12aに対して斜めに研磨して図1(b)に示すように斜面と稜線からなる垂直断面V字形に形成する。こうして形成したV字形の斜面を研磨面13とする。 FIG. 1 (a) is a front view of a scribing wheel according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a side view thereof. When manufacturing a scribing wheel, for example, a through-hole 12 serving as an axial hole is first formed in the center of a disc 11 serving as a base material of a cemented carbide or ceramic scribing wheel, as shown in FIG. To do. Next, a shaft such as a motor (not shown) is connected to the through hole 12 to rotate the central axis of the through hole 12 as the rotation shaft 12a, and the entire circumference of the disk 11 is connected to the rotation shaft 12a from both sides of the disk. On the other hand, it is polished obliquely and formed into a vertical V-shaped section consisting of a slope and a ridgeline as shown in FIG. The V-shaped slope formed in this way is defined as a polishing surface 13.
次に研磨面13に形成するダイヤモンド薄膜の形成について説明する。まずV字形の研磨面13をダイヤモンド膜の付着が容易になるようにあらかじめ粗面にしておく。次にスクライビングホイール基材を所定の温度、圧力、雰囲気等に保ち、研磨面の表面にダイヤモンドの核を生成する。この核は単結晶ダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドを凝集したものから成っており、その外径が例えば数nm〜数十nmである。そしてダイヤモンド核を化学気相成長法(CVD法)によって成長させ、ダイヤモンド薄膜とする。この成長ではダイヤモンドの平均粒径を2〜10μm、好ましくは4〜8μm、より好ましくは5μm程度とし、膜厚は例えば10〜30μmとする。ダイヤモンドの粒径が10μmを超えると研磨を行っても表面粗さを十分小さくすることが困難である。さらに粒ダイヤモンドの粒径が10μmを超えると耐磨耗性が低下する。また、ダイヤモンド膜は膜厚が30μmを超えると成膜時に剥離し易くなり、10μm未満であれば研磨後の膜厚が薄くなりすぎる。このようにして図2Aに刃先の稜線付近の拡大断面図を示すように研磨面13の上に単層のダイヤモンド膜14を形成することができる。ダイヤモンド膜14は単層であるため、層間のダイヤモンドの粒径の違いが生じることはなく、ダイヤモンド膜を均一にすることができるため、その後の研磨加工の精度を向上させることができる。また、層内においても、ダイヤモンドの核付近とダイヤモンド膜の表面付近ではダイヤモンド膜の性状が異なっているが、ダイヤモンド膜14の厚さを10〜30μmと十分厚くしていることから、研磨後にも性状の異なるダイヤモンドの核付近の部分がスクライビングホイールの刃先表面に現れることがない。したがって、硬度の高い脆性材料基板をスクライブする際にも、刃先表面に特に剥離の原因となる箇所や磨耗しやすい箇所などが現れることがなく、スクライビングホイールの耐磨耗性及び寿命を向上させることができる。 Next, formation of the diamond thin film formed on the polished surface 13 will be described. First, the V-shaped polished surface 13 is roughened in advance so that the diamond film can be easily attached. Next, the scribing wheel substrate is maintained at a predetermined temperature, pressure, atmosphere, etc., and diamond nuclei are generated on the surface of the polished surface. This nucleus is made of single crystal diamond or agglomerated single crystal diamond, and has an outer diameter of, for example, several nm to several tens of nm. Then, diamond nuclei are grown by chemical vapor deposition (CVD) to form a diamond thin film. In this growth, the average particle diameter of diamond is 2 to 10 μm, preferably 4 to 8 μm, more preferably about 5 μm, and the film thickness is, for example, 10 to 30 μm. If the particle size of diamond exceeds 10 μm, it is difficult to sufficiently reduce the surface roughness even if polishing is performed. Further, when the grain diameter of the grain diamond exceeds 10 μm, the wear resistance is lowered. Further, when the film thickness of the diamond film exceeds 30 μm, it is easy to peel off during film formation, and when it is less than 10 μm, the film thickness after polishing becomes too thin. In this way, a single-layer diamond film 14 can be formed on the polishing surface 13 as shown in an enlarged cross-sectional view near the edge line of the blade edge in FIG. 2A. Since the diamond film 14 is a single layer, there is no difference in the grain size of diamond between layers, and the diamond film can be made uniform, so that the accuracy of subsequent polishing can be improved. Also in the layer, the properties of the diamond film are different between the vicinity of the diamond nucleus and the surface of the diamond film. However, since the thickness of the diamond film 14 is sufficiently thick as 10 to 30 μm, even after polishing. The portion near the nucleus of the diamond with different properties does not appear on the cutting edge surface of the scribing wheel. Therefore, even when scribing a brittle material substrate with high hardness, there are no parts that cause peeling or easy to wear on the blade surface, and the wear resistance and life of the scribing wheel are improved. Can do.
ここで研磨面13上にダイヤモンド膜14を形成すると、膜表面にダイヤモンド結晶の凹凸が形成されるため、この凹凸を走査電子顕微鏡(SEM)によって検出することでダイヤモンド粒子の平均粒径を測定することができる。SEMは分解能が0.5〜4nm程度であるため、ダイヤモンド膜上に形成された凹凸の数カ所を測定して表面に現れる結晶の直径(長径の長さ)を測定し、平均粒径を算出する。このようにSEMで測定する場合には、表面の観察のみで平均粒径を測定することができる。この測定方法では所定の数値範囲を示すものは、研磨した際に大体同様の表面粗さと考えることができる。 Here, when the diamond film 14 is formed on the polished surface 13, diamond crystal irregularities are formed on the film surface, and the average particle diameter of the diamond particles is measured by detecting the irregularities with a scanning electron microscope (SEM). be able to. Since the SEM has a resolution of about 0.5 to 4 nm, several diameters of the irregularities formed on the diamond film are measured, the diameter of the crystal appearing on the surface (the length of the major axis) is measured, and the average grain size is calculated. . Thus, when measuring by SEM, an average particle diameter can be measured only by observation of the surface. In this measurement method, a material showing a predetermined numerical range can be considered to have a surface roughness roughly similar to that when polished.
この後、少なくともダイヤモンド膜の先端部分を先端が鋭くなるように研磨する。図2Bはこの研磨した後の状態を示す部分拡大断面図である。ここで研磨は粗研磨と仕上げ研磨の2段階としてもよく、元のダイヤモンド膜14よりも例えば5°程度鈍角になるようにしてもよい。粗研磨と仕上げ研磨の2段階の研磨を行うことで、加工時間を短縮しながら、研磨後の研磨面及び稜線の表面粗さを十分小さくすることができる。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する。ここで研磨する領域は稜線を中央に含む帯状の部分のみであってもよい。図2Bの研磨の幅wの領域はこの先端部分、すなわち稜線の両側のダイヤモンド膜の研磨領域を示しており、例えば幅wの値は10〜30μmとする。こうして前述した膜厚のダイヤモンド膜を研磨すると、単層構造のダイヤモンド膜14の稜線付近の最も薄い部分の厚さdは例えば5μm〜25μmとなる。厚さdは小さければスクライブ中にダイヤモンド膜が剥離する可能性があり、大きすぎれば内部応力で割れ易いという問題がある。さらに、研磨後においてもダイヤモンド膜14の厚さが5〜25μmと十分厚くなっていることから、性状の異なるダイヤモンドの核付近の部分がスクライビングホイールの刃先表面に現れることがない。したがって、刃先表面の粒径や性状を均一にすることができ、特に剥離の原因となる箇所や磨耗しやすい箇所などが現れることがなく、スクライビングホイールの耐磨耗性及び寿命を向上させることができる。 Thereafter, at least the tip of the diamond film is polished so that the tip is sharp. FIG. 2B is a partially enlarged sectional view showing the state after the polishing. Here, the polishing may be performed in two stages of rough polishing and final polishing, and may have an obtuse angle of, for example, about 5 ° with respect to the original diamond film 14. By performing the two-stage polishing of rough polishing and final polishing, the surface roughness of the polished surface and ridge line after polishing can be sufficiently reduced while shortening the processing time. Then, the surface including the circle composed of the ridge line after polishing is set to be perpendicular to the rotation axis 12a. The region to be polished here may be only a belt-like portion including the ridge line in the center. The region of the width w of polishing in FIG. 2B shows this tip portion, that is, the polishing region of the diamond film on both sides of the ridgeline. For example, the value of the width w is 10 to 30 μm. When the diamond film having the above-described thickness is polished in this way, the thickness d of the thinnest part near the ridgeline of the diamond film 14 having a single layer structure is, for example, 5 μm to 25 μm. If the thickness d is small, the diamond film may be peeled off during scribing, and if it is too large, there is a problem that it is easily cracked by internal stress. Furthermore, since the thickness of the diamond film 14 is sufficiently thick at 5 to 25 μm even after polishing, a portion near the diamond nucleus having different properties does not appear on the surface of the cutting edge of the scribing wheel. Therefore, it is possible to make the particle size and properties of the blade edge surface uniform, and in particular, there are no places that cause peeling or easy to wear, and the wear resistance and life of the scribing wheel can be improved. it can.
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される。スクライビングホイールの刃先に形成されたダイヤモンド膜の一方の傾斜面を砥石によって粗研磨又は仕上げ研磨を行う。砥石によって加工することにより、両傾斜面の粗さを等しくすることや、スクライビングホイールの全周にわたって傾斜面を同一の角度で研磨したり、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。一方の面の研磨を終えると、他方の面についても同様に研磨する。この研磨工程では研磨後の傾斜面の算術平均粗さRaが0.03μm以下、好ましくは0.015μm以下となるまで研磨する。また、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ことが好ましい。 The scribing wheel is polished by an abrasive such as a grindstone. One inclined surface of the diamond film formed on the cutting edge of the scribing wheel is subjected to rough polishing or finish polishing with a grindstone. By processing with a grindstone, it is possible to equalize the roughness of both inclined surfaces, to polish the inclined surface at the same angle over the entire circumference of the scribing wheel, or to make the ridge line of the scribing wheel straight in a side view It becomes easy. When the polishing of one surface is finished, the other surface is similarly polished. In this polishing step, polishing is performed until the arithmetic average roughness Ra of the inclined surface after polishing becomes 0.03 μm or less, preferably 0.015 μm or less. Further, it is preferable to polish until the arithmetic average roughness Ra of the ridge line is 0.03 μm or less, preferably 0.015 μm or less.
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ダイヤモンド膜の平均粗さが小さくなるため、刃先部分及び稜線の粗さを細かくすることができる。従ってこのスクライビングホイールを用いて脆性材料基板、例えばセラミックス基板をスクライブし、分断すると、脆性材料基板の切断面の端面精度が向上し、これに伴い端面強度も向上させることができるという効果が得られる。さらに、刃先及び稜線の粗さを細かくすることにより、ダイヤモンド膜が剥離し難くなるという効果が得られる。そのため本発明のスクライビングホイールはセラミックス基板等の高硬度脆性材料基板をスクライブするのに好適である。 By polishing in this way, the average roughness of the diamond film in contact with the brittle material substrate is smaller than that of a conventional scribing wheel made of sintered diamond, so that the roughness of the edge portion and the edge line can be made fine. Therefore, by scribing and dividing a brittle material substrate, for example, a ceramic substrate, using this scribing wheel, the accuracy of the end face of the cut surface of the brittle material substrate is improved, and the end face strength can be improved accordingly. . Furthermore, the effect of making it difficult for the diamond film to peel off is obtained by reducing the roughness of the cutting edge and the ridgeline. Therefore, the scribing wheel of the present invention is suitable for scribing a high hardness brittle material substrate such as a ceramic substrate.
さて前述したようにダイヤモンド膜14を形成した後、ダイヤモンド膜14の全ての面を研磨した場合には、研磨後は直接SEMでダイヤモンド粒子の凹凸を検出することができないため、粒径自体も測定することができない。そこでダイヤモンド膜を研磨した後であっても、ダイヤモンド膜14のダイヤモンド粒子が所望の粒径を有しているかどうかを確認するため、研磨した部分について粒径を測定する方法について以下説明する。 As described above, when all the surfaces of the diamond film 14 are polished after the diamond film 14 is formed, the unevenness of the diamond particles cannot be directly detected by SEM after the polishing. Can not do it. Therefore, a method for measuring the particle size of the polished portion will be described below in order to confirm whether the diamond particles of the diamond film 14 have a desired particle size even after the diamond film is polished.
電子後方散乱回折法(EBSD法)によると、試料に60〜70°傾斜した角度から電子線を照射すれば、試料の表面から50nm以下の領域で回折電子線が得られる。この後方散乱回折を解析することによって、結晶性材料の方位解析の情報が得られる。この情報を利用して、ダイヤモンド膜を研磨した後であっても多結晶ダイヤモンドの結晶粒径を観察することができる。 According to the electron backscatter diffraction method (EBSD method), if the sample is irradiated with an electron beam from an angle inclined by 60 to 70 °, a diffracted electron beam can be obtained in a region of 50 nm or less from the surface of the sample. By analyzing the backscatter diffraction, information on the orientation analysis of the crystalline material can be obtained. Using this information, the crystal grain size of polycrystalline diamond can be observed even after the diamond film is polished.
EBSD法の有効性を確認するため、研磨前に膜表面の測定で平均粒径2〜8μmとなる、基材稜線角100°、ダイヤモンド膜稜線角120°のスクライビングホイールを試料として用いて、EBSD法により測定を試みた。そして試料となるスクライビングホイールの表面に凹凸等があると、パターンが検出できない場合があるため、スクライビングホイールのダイヤモンド膜14に対し前処理(精密な研磨)を行った。又スクライビングホイール基材からの距離によってもダイヤモンド結晶の大きさが異なることから、ダイヤモンド膜の一部を厚さ方向に削り込み、基材を露出させ、基材からの距離の異なる複数のブロックに分けた。そして夫々のブロックに電子線を照射し、反射電子によって形成されたEBSDパターンを高感度CCDカメラにより画像として取り込み、画像処理装置で処理を行い、データ解析システムにより結晶粒のマッピングを行った。 In order to confirm the effectiveness of the EBSD method, an EBSD is used by using as a sample a scribing wheel having a substrate ridge line angle of 100 ° and a diamond film ridge line angle of 120 °, which has an average particle diameter of 2 to 8 μm as measured on the film surface before polishing. Measurement was attempted by the method. Since the pattern may not be detected if there are irregularities on the surface of the scribing wheel as a sample, the diamond film 14 of the scribing wheel was pretreated (precisely polished). In addition, since the size of the diamond crystal varies depending on the distance from the scribing wheel base material, a part of the diamond film is shaved in the thickness direction to expose the base material into a plurality of blocks having different distances from the base material. divided. Each block was irradiated with an electron beam, and an EBSD pattern formed by reflected electrons was captured as an image by a high sensitivity CCD camera, processed by an image processing apparatus, and crystal grains were mapped by a data analysis system.
EBSD法によると、以下のA〜Dの解析方法、
A:双晶粒界を結晶粒界とし、平均(算術平均)を算出する場合
B:双晶粒界を結晶粒界とし、面積比による加重平均を算出する場合
C:双晶粒界を結晶粒界とせず、平均(算術平均)を算出する場合
D:双晶粒界を結晶粒界とせず、面積比による加重平均を算出する場合
によって大きく測定結果が異なる。このとき粒径として得られた結果は、解析方法によりほぼA<C<B<Dとなっているが、いずれの場合であっても2.5μm以下であった。この結果からEBSD法によると、膜表面で粒径を観察した場合より小さな数値が算出される。これは、おそらくダイヤモンド結晶が成長して膜を形成する際に、成長に従って粒径が大きくなっていくことから、膜表面には小さな結晶が現れないためと考えられる。
According to the EBSD method, the following analysis methods A to D,
A: When calculating the average (arithmetic average) using the twin grain boundary as the crystal grain boundary B: When calculating the weighted average based on the area ratio using the twin grain boundary as the crystal grain boundary C: Crystallizing the twin grain boundary When calculating the average (arithmetic average) without using the grain boundary D: The measurement result varies greatly depending on the case where the weighted average based on the area ratio is calculated without using the twin grain boundary as the crystal grain boundary. The result obtained as the particle size at this time was almost A <C <B <D by the analysis method, but in any case, it was 2.5 μm or less. From this result, according to the EBSD method, a smaller numerical value is calculated than when the particle diameter is observed on the film surface. This is probably because when the diamond crystal grows to form a film, the grain size increases with the growth, so that no small crystal appears on the film surface.
以上の測定によると、膜表面における測定で平均粒径2〜8μmのダイヤモンド膜の内部を測定すると、解析方法によって異なるが、どの解析方法においても平均粒径は2.5μm以下となる。このことから、膜表面がすべて研磨されている場合でも、平均粒径が3μm以下であれば表面の平均粒径は2〜10μmであると考えられる。従って図2Bに示すようにダイヤモンド膜14を研磨した後であっても、表面の平均粒径を推定することができる。 According to the above measurement, when the inside of a diamond film having an average particle diameter of 2 to 8 μm is measured by measurement on the film surface, the average particle diameter is 2.5 μm or less in any analysis method, although it depends on the analysis method. From this, even when the entire film surface is polished, if the average particle diameter is 3 μm or less, the average particle diameter on the surface is considered to be 2 to 10 μm. Therefore, even after the diamond film 14 is polished as shown in FIG. 2B, the average particle diameter of the surface can be estimated.
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。日本国特許第3074143号にはスクライビングホイールの円周面に所定間隔を隔てて多数の溝を形成し、その間を突起として高浸透型としたスクライビングホイールが提案されている。本発明はこのようなスクライビングホイールにも適用することができる。図3Aはこの実施の形態のスクライビングホイールの正面図、図3Bは先の稜線部分の拡大断面図、図3Cは図3Aに一点鎖線で示した円形部分の拡大図である。スクライビングホイールを製造する際には、超硬合金、又はセラミック製等のスクライビングホイール基材となる円板31の中央にまず図3Aに示すように軸穴となる貫通孔32を形成する。次にこの貫通孔32にモータ等のシャフトを連通して中心軸を中心に回転させつつ、円板31の全円周を両側より研磨してV字形に形成しスクライビングホイール基材31とする。こうして形成したV字形の斜面を研磨面33とする。この場合も第1の実施の形態と同様にスクライビングホイールの刃先部分にCVD法によって単層のダイヤモンド膜34をコーティングし、前述した方法で研磨する。ダイヤモンド膜34を20μmとすると、図3Cに示すようにダイヤモンド膜34の厚みの範囲内で溝35を形成する。高浸透型とするためのスクライビングホイールの溝の深さは例えば10μm程度であるため、ダイヤモンド膜34に溝35を形成することで高浸透型のスクライビングホイールとすることができる。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. Japanese Patent No. 3074143 proposes a scribing wheel in which a large number of grooves are formed at predetermined intervals on the circumferential surface of the scribing wheel, and a high penetration type is formed with protrusions therebetween. The present invention can also be applied to such a scribing wheel. FIG. 3A is a front view of the scribing wheel of this embodiment, FIG. 3B is an enlarged cross-sectional view of the previous ridge line portion, and FIG. 3C is an enlarged view of the circular portion indicated by the one-dot chain line in FIG. When manufacturing a scribing wheel, first, a through hole 32 serving as an axial hole is formed in the center of a disc 31 serving as a scribing wheel base material made of cemented carbide or ceramic as shown in FIG. 3A. Next, a shaft such as a motor is communicated with the through hole 32 and rotated around the central axis, and the entire circumference of the disk 31 is polished from both sides to form a V-shape to form a scribing wheel base 31. The V-shaped slope formed in this way is defined as a polishing surface 33. Also in this case, as in the first embodiment, a single-layer diamond film 34 is coated on the cutting edge portion of the scribing wheel by the CVD method and polished by the method described above. When the diamond film 34 is 20 μm, the groove 35 is formed within the thickness range of the diamond film 34 as shown in FIG. 3C. Since the depth of the groove of the scribing wheel for achieving the high penetration type is, for example, about 10 μm, the groove 35 is formed in the diamond film 34 to obtain a high penetration type scribing wheel.
このように、ダイヤモンド膜34に溝35を形成しても、ダイヤモンド膜が単層で膜内の性質が均一であることから、多数の溝を均一に加工することが容易であり、また、スクライブの際に、ダイヤモンド膜34の稜線部分のカケや磨耗が生じ難くなる。したがって、より長寿命のスクライビングホイールを得ることができる。 As described above, even if the grooves 35 are formed in the diamond film 34, since the diamond film is a single layer and the properties in the film are uniform, it is easy to uniformly process a large number of grooves, and scribe. At this time, it becomes difficult for the ridge line portion of the diamond film 34 to be worn or worn. Therefore, a scribing wheel having a longer life can be obtained.
又これに代えてあらかじめスクライビングホイールのV字形の刃先部に溝を形成しておき、このスクライビングホイールにCVD法でダイヤモンド膜をコーティングし研磨することでスクライビングホイールを構成するようにしてもよい。 Alternatively, a scribing wheel may be formed by forming a groove in a V-shaped cutting edge portion of the scribing wheel in advance, and coating and polishing this scribing wheel with a diamond film by a CVD method.
実施例による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説明する。実施例1〜3は、いずれも外径2mmの超硬合金のスクライビングホイール基材に対し化学気相成長法で単層のダイヤモンド膜を形成した第1の実施の形態によるスクライビングホイールである。実施例1は研磨前の刃先角度が110°であり、粗研磨では8000番の研磨材を用いて粗研磨終了後に刃先角度が115°となるように研磨し、仕上げ研磨では15000番の研磨材を用いて仕上げ研磨の終了後に120°となるように研磨したものである。ダイヤモンド膜14の稜線付近の最も薄い部分の厚さdは例えば20μmとする。実施例1について稜線部分及びそこから一定距離離れた稜線に平行なライン上の傾斜面における算術平均粗さRaは図4Aに示すものであった。 A state before and after polishing of the scribing wheel according to the embodiment will be described. Examples 1 to 3 are scribing wheels according to the first embodiment in which a single-layer diamond film is formed by chemical vapor deposition on a cemented carbide scribing wheel substrate having an outer diameter of 2 mm. In Example 1, the cutting edge angle before polishing is 110 °, and in the case of rough polishing, polishing is performed using a No. 8000 abrasive so that the cutting edge angle becomes 115 ° after the completion of rough polishing. Is polished to 120 ° after finishing polishing. The thickness d of the thinnest part near the ridgeline of the diamond film 14 is set to 20 μm, for example. The arithmetic average roughness Ra on the inclined surface on the ridge line portion and the line parallel to the ridge line a certain distance away from the ridge line portion in Example 1 was as shown in FIG. 4A.
実施例2は研磨前の刃先角度が125°であり、8000番の研磨材を用いて粗研磨後に130°、15000番の研磨材を用いて仕上げ研磨後に135°となるように研磨したものである。実施例2について稜線部分及びそこから一定距離離れた稜線に平行なライン上の傾斜面における算術平均粗さRaは図4Bに示すものであった。 In Example 2, the blade edge angle before polishing was 125 °, which was polished using a No. 8000 abrasive so that it was 130 ° after rough polishing and No. 15000 was used so as to be 135 ° after final polishing. is there. In Example 2, the arithmetic average roughness Ra on the inclined surface on the ridge line portion and the line parallel to the ridge line separated from the ridge line by a certain distance was as shown in FIG. 4B.
実施例3は刃先角度が研磨前に140°であり、8000番の研磨材を用いて粗研磨後に145°、15000番の研磨材を用いて仕上げ研磨後に150°となるように研磨したものである。実施例3について稜線部分及びそこから一定距離離れた稜線に平行なライン上の傾斜面における算術平均粗さRaは図4Cに示すものであった。 In Example 3, the blade angle was 140 ° before polishing, and was polished using a No. 8000 abrasive so that it was 145 ° after rough polishing and No. 15000 was 150 ° after final polishing using a No. 15000 abrasive. is there. Regarding Example 3, the arithmetic average roughness Ra on the inclined surface on the ridge line portion and the line parallel to the ridge line a certain distance from the ridge line portion was as shown in FIG. 4C.
実施例1〜3は、いずれも研磨時には表面が欠けることなく研磨加工が可能であった。実施例1〜3は粗研磨、仕上げ研磨を行うことにより算術平均粗さが小さくなり、仕上げ研磨後の算術平均粗さは最大でも実施例1の斜面の0.022μmであった。従ってこのスクライビングホイールを用いてスクライブ後に切断した脆性材料基板の端面精度を向上させることができる。 In Examples 1 to 3, the polishing process was possible without any chipping of the surface during polishing. In Examples 1 to 3, the arithmetic average roughness was reduced by performing rough polishing and final polishing, and the arithmetic average roughness after the final polishing was 0.022 μm on the slope of Example 1 at the maximum. Therefore, the end face accuracy of the brittle material substrate cut after scribing using this scribing wheel can be improved.
本発明のスクライビングホイールは耐磨耗性、耐剥離性が高く、端面強度の高い脆性材料基板を切り出せるスクライビングホイールを提供することができ、スクライブ装置に好適に用いることができる。 The scribing wheel of the present invention can provide a scribing wheel that can cut out a brittle material substrate having high wear resistance and peeling resistance and high end face strength, and can be suitably used for a scribing apparatus.
10,30 スクライビングホイール
11,31 円板
12,32 貫通孔
13,33 研磨面
14,34 ダイヤモンド膜
16 円周面
35 溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,30 Scribing wheel 11,31 Disk 12,32 Through-hole 13,33 Polishing surface 14,34 Diamond film 16 Circumferential surface 35 Groove
Claims (3)
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、を具備し、
前記ダイヤモンド膜の稜線を含む帯状の領域を研磨領域とし、前記研磨領域におけるダイヤモンド粒子の平均粒径が2.5μm以下であり、前記稜線付近の膜厚を5〜25μmとしたことを特徴とするスクライビングホイール。 A scribe line is formed along a circumferential portion, and a scribing wheel base material having a cutting edge composed of the ridge line and inclined surfaces on both sides of the ridge line,
Anda diamond film formed on the edge surface of the scribing wheel base,
A band-like region including a ridge line of the diamond film is defined as a polishing region, an average particle diameter of diamond particles in the polishing region is 2.5 μm or less, and a film thickness in the vicinity of the ridge line is 5 to 25 μm. Scribing wheel.
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