JP2021006374A - スクライビングホイール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は寿命が長く、被加工物の品質が低下しにくいスクライビングホイールを提供する。【解決手段】スクライビングホイール１０はダイヤモンド製の刃先部３０を含む。刃先部３０はＲ面取り加工が施された先端部４０、および、被加工物に押し付けられた状態において被加工物との間に空間が形成されるように構成された接触抑制構造５０を含む。【選択図】図３

Description

本発明は被加工物のスクライブ加工に用いられるスクライビングホイールに関する。

脆性材料基板等の被加工物をスクライブ加工するためにスクライビングホイールが用いられる。スクライビングホイールの素材は例えば超硬合金またはダイヤモンドである。スクライビングホイールの種類は被加工物の種類等に応じて選択される。ダイヤモンド製のスクライビングホイールは超硬合金製のスクライビングホイールと比較して耐久性が高い。ただし、刃先部の欠け等が生じないわけではない。特許文献１は単結晶ダイヤモンド製のスクライビングホイールの寿命が長くなるように、刃先部の先端部にＲ面取り加工を施す技術を開示している。

特開２０１８−５２１２９号公報

ブレイク工程においてブレイクされた被加工物の品質は被加工物に形成された垂直クラックの深さの影響を受ける。垂直クラックの深さが深い場合には、ブレイクされた被加工物の品質が低下しにくい。スクライブ加工時にスクライビングホイールにより被加工物に付与される荷重(以下「スクライブ荷重」という)の大きさは垂直クラックの深さに影響を及ぼす。

刃先部の先端部にＲ面取り加工が施されたスクライビングホイールを用いた場合の垂直クラックの深さは、刃先部の先端部が鋭利なスクライビングホイールを用いた場合の垂直クラックの深さよりも浅くなる。刃先部の先端部にＲ面取り加工が施されたスクライビングホイールを用いる場合、被加工物に深い垂直クラックを形成するための手段は例えば大きなスクライブ荷重を被加工物に付与することである。これはスクライビングホイールの寿命や被加工物の品質との関係から好ましくない可能性がある。

スクライブ荷重は垂直クラックの深さだけではなく、例えばスクライビングホイールの摩耗の進行、および、スクライブ加工時における被加工物の品質の一方または両方に影響を及ぼす。スクライブ荷重が大きくなるほどスクライビングホイールの摩耗が進行しやすく、スクライビングホイールの寿命を縮めるおそれがある。スクライブ荷重が大き過ぎる場合、スクライブ加工された被加工物の品質が低下するおそれがある。

本発明の目的は寿命が長く、被加工物の品質が低下しにくいスクライビングホイールを提供することである。

本発明に関するスクライビングホイールはダイヤモンド製の刃先部を含むスクライビングホイールであって、前記刃先部はＲ面取り加工が施された先端部、および、被加工物に押し付けられた状態において被加工物との間に空間が形成されるように構成された接触抑制構造を含む。

上記スクライビングホイールでは例えば次の２つの効果が得られる。１点目の効果として、スクライビングホイールの寿命が長くなる。刃先部の先端部にＲ面取り加工が施されることにより、刃先部の先端部における局所的な荷重の作用が抑えられる。これにともない刃先部の先端部の欠けの発生を抑制する効果、および、刃先部の先端部の摩耗の進行を抑制する効果の一方または両方が得られる。これらの効果はスクライビングホイールの寿命を長くすることに寄与する。２点目の効果として、被加工物に適切に垂直クラックが形成され、被加工物の品質が低下しにくくなる。その理由は次のように考えられる。上記スクライビングホイールの刃先部が被加工物に押し付けられた状態では、接触抑制構造と被加工物との間に空間が形成される。被加工物において刃先部が接触する部分に関する単位面積あたりのスクライブ荷重が大きくなり、被加工物に局所的にスクライブ荷重が作用し、垂直クラックが伸展しやすくなる。これは被加工物に深い垂直クラックを形成することに寄与する。接触抑制構造の作用により被加工物に深い垂直クラックが形成されるため、スクライブ荷重を調整できる範囲が広くなる。被加工物に付与されるスクライブ荷重が小さい場合、スクライビングホイールの摩耗の進行を抑制する効果、および、スクライブ加工される被加工物の品質を高める効果の一方または両方が得られる。

前記スクライビングホイールの一例では、前記接触抑制構造は前記スクライビングホイールの内部に向けて窪む凹部を含む。

上記スクライビングホイールによれば、刃先部に凹部を形成することにともない刃先部に接触抑制構造を形成できる。これは接触抑制構造の形成するための製造上の負荷を軽減することに寄与する。

前記スクライビングホイールの一例では、前記刃先部は前記スクライビングホイールの円周方向に起伏する第１起伏部をさらに含み、前記第１起伏部は複数の谷および複数の山を含み、前記接触抑制構造を構成する。

上記スクライビングホイールでは、スクライブ加工時に被加工物に対するスクライビングホイールのすべりが生じにくい。その理由は次のように考えられる。被加工物に対するスクライビングホイールの走査にともないスクライビングホイールが被加工物に対して回転し、第１起伏部の山の山頂を含む部分が周期的に被加工物に接触し、刃先部と被加工物との間の摩擦力が増加する。その影響により被加工物に対するスクライビングホイールのすべりの発生が抑えられる。

前記スクライビングホイールの一例では、前記刃先部は前記スクライビングホイールの円周方向に長い溝をさらに含み、前記第１起伏部は前記溝の底面に形成される。

上記スクライビングホイールによれば、刃先部に溝を形成することにともない刃先部に接触抑制構造を形成できる。これは接触抑制構造の形成するための製造上の負荷を軽減することに寄与する。

前記スクライビングホイールの一例では、前記刃先部は前記刃先部の刃先面の傾斜方向に起伏する第２起伏部をさらに含み、前記第２起伏部は複数の谷および複数の山を含み、前記接触抑制構造を構成する。

上記スクライビングホイールでは、スクライブ加工時に被加工物に対するスクライビングホイールのすべりが生じにくい。その理由は次のように考えられる。第２起伏部の一部と被加工物との接触により刃先部と被加工物との間の摩擦力が増加する。その影響により被加工物に対するスクライビングホイールのすべりの発生が抑えられる。

前記スクライビングホイールの一例では、前記刃先部は前記スクライビングホイールの円周方向に長い複数の溝をさらに含み、前記第２起伏部は前記傾斜方向に並ぶ前記複数の溝により構成される。

上記スクライビングホイールによれば、刃先面の傾斜方向に並ぶ複数の溝を刃先部に形成することにともない刃先部に接触抑制構造を形成できる。これは接触抑制構造の形成するための製造上の負荷を軽減することに寄与する。

前記スクライビングホイールの一例では、前記先端部の曲率半径は１μｍ〜１０μｍの範囲に含まれる。

先端部の曲率半径が１μｍ以上である場合、刃先部の欠けの発生を抑制する効果、および、刃先部の摩耗の進行を抑制する効果の一方または両方が高くなる。先端部の曲率半径が１０μｍ以下である場合、深い垂直クラックが被加工物に形成されやすくなる。

前記スクライビングホイールの一例では、前記ダイヤモンドは単結晶タイヤモンドである。

上記スクライビングホイールによれば、例えば超硬合金製のスクライビングホイールと比較して寿命が長くなる。

本発明に関するスクライビングホイールによれば、寿命が長く、被加工物の品質が低下しにくい。

第１実施形態のスクライビングホイールの側面図。 図１のスクライビングホイールの正面図。 正面視の刃先部の拡大図。 側面視の刃先部の拡大図。 第１起伏部のうねり曲線の一例を示す図。 第２起伏部のうねり曲線の一例を示す図。 スクライビングホイールの製造工程を示す図。 刃先部と被加工物との関係を示すモデル図。 第２実施形態の刃先部のモデル図。

(第１実施形態)
図１に示されるスクライビングホイール１０は被加工物のスクライブ加工に用いられる。被加工物は例えば基板である。基板は例えば脆性材料基板である。脆性材料基板は例えばガラス基板またはセラミックス基板である。スクライビングホイール１０は本体２０および刃先部３０を備えている。スクライビングホイール１０のうち少なくとも刃先部３０は高硬度材料により形成される。高硬度材料は例えばダイヤモンド焼結体、単結晶ダイヤモンド、または、多結晶ダイヤモンドである。スクライビングホイール１０の基礎的構造は例えば第１構造および第２構造に分類される。第１構造では、スクライビングホイール１０の全体が高硬度材料により形成される。第２構造では、スクライビングホイール１０は非高硬度材料により形成される非高硬度部、および、高硬度材料により形成される高硬度部を含む。高硬度部は例えば非高硬度部を被覆するコーティング層である。

一例では、スクライビングホイール１０の全体が単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンドにより構成される。本体２０はスクライビングホイール１０の中心軸１０Ａまわりに設けられている。以下では、スクライビングホイール１０の中心軸１０Ａに沿う方向をスクライビングホイール１０の軸方向と称する。スクライビングホイール１０の軸方向においてスクライビングホイール１０の中心を通過し、中心軸１０Ａに直交する面を中心面と称する。スクライビングホイール１０は中心面に対して対称または非対称である。図１に示される例では、スクライビングホイール１０は中心面に対して対称である。中心面はスクライビングホイール１０の対称面に相当する。

図１に示されるスクライビングホイール１０の側面視では、本体２０の形状は環である。本体２０には、本体２０をスクライビングホイール１０の軸方向に貫通する貫通孔２１が形成されている。本体２０の貫通孔２１の周囲には面取り２２が形成されている。貫通孔２１には、スクライビングホイール１０を支持するピンが挿入される。スクライビングホイール１０とピンとのはめあいは、すきまばめ、中間ばめ、または、しまりばめである。ピンはスクライブ加工装置に設けられるホルダに支持される。ピンとホルダとのはめあいは、スクライビングホイール１０がホルダに対して回転できるように、すきまばめ、中間ばめ、または、しまりばめから選択される。

刃先部３０は本体２０に対してスクライビングホイール１０の径方向の外方に設けられている。刃先部３０はスクライビングホイール１０の刃を構成する。図１に示されるスクライビングホイール１０の側面視では、刃先部３０の形状は環である。本体２０の表面２３と刃先部３０の表面３１との間には境界線１０Ｃが形成されている。境界線１０Ｃの形状は本体２０の形状に対応する円である。

図２に示されるように、刃先部３０の厚さはスクライビングホイール１０の径方向の外方に向かうにつれて薄くなる。単結晶ダイヤモンドにより構成される刃先部３０では、単結晶ダイヤモンドの結晶方位によりスクライビングホイール１０の円周方向の部位毎に硬さが異なる。スクライビングホイール１０が単結晶ダイヤモンド製の母材から製造される場合、母材の加工方法として例えばレーザ加工が用いられる。この加工方法では結晶方位の影響を受けることなく単結晶ダイヤモンドを加工できる。

図２に示されるスクライビングホイール１０の正面視において、スクライビングホイール１０の輪郭を示す線を稜線１０Ｂと称する。一例では、稜線１０Ｂはスクライビングホイール１０の中心面上に位置する。図１に示されるスクライビングホイール１０の側面視において中心軸１０Ａと稜線１０Ｂとを結ぶ線分をスクライビングホイール１０の半径と称する。スクライビングホイール１０の半径により決められる円をスクライビングホイール１０の円周と称する。スクライビングホイール１０の円周の直径はスクライビングホイール１０の外径に相当する。

刃先部３０の表面３１は稜線１０Ｂを基準に第１刃先面３１Ａおよび第２刃先面３１Ｂに区分できる。第１刃先面３１Ａは稜線１０Ｂに対するスクライビングホイール１０の軸方向の一方において、稜線１０Ｂと境界線１０Ｃとの間に広がる。第２刃先面３１Ｂは稜線１０Ｂに対するスクライビングホイール１０の軸方向の他方において、稜線１０Ｂと境界線１０Ｃとの間に広がる。以下では、スクライビングホイール１０の正面視において第１刃先面３１Ａまたは第２刃先面３１Ｂに沿う方向を刃先面の傾斜方向と称する。

スクライビングホイール１０はスクライビングホイール１０の中心面を基準に第１台部１１および第２台部１２に区分できる。第１台部１１は中心面に対するスクライビングホイール１０の軸方向の一方の部分を構成する。第２台部１２は中心面に対するスクライビングホイール１０の軸方向の他方の部分を構成する。第１台部１１および第２台部１２は円錐台に貫通孔２１を形成した立体に相当する。第１台部１１の側面は第１刃先面３１Ａに相当する。第２台部１２の側面は第２刃先面３１Ｂに相当する。スクライビングホイール１０の中心面に直交するスクライビングホイール１０の断面上では、第１刃先面３１Ａおよび第２刃先面３１Ｂはスクライビングホイール１０の円周において中心面に交差するように中心面に対して傾斜している。

図３に示されるように、刃先部３０はＲ面取り加工が施された先端部４０、および、スクライブ加工時に被加工物との間に空間が形成されるように起伏する接触抑制構造５０を含む。図３では刃先部３０のサイズに対して先端部４０の湾曲の度合を誇張して表現している。刃先部３０が単結晶ダイヤモンドにより形成される場合、単結晶ダイヤモンドの結晶方位により刃先部３０の硬さはスクライビングホイール１０の円周方向の部位毎に異なる。つまり、刃先部３０には結晶方位により相対的に硬さが大きい部分および相対的に硬さが小さい部分が含まれる。刃先部３０の硬さが小さい部分では刃先部３０の硬さが大きい部分と比較して欠けが発生するおそれが高くなる。Ｒ面取り加工が施された先端部４０を含む刃先部３０では、先端部４０における局所的な荷重の作用が抑えられ、結晶方位による硬さが小さい部分における欠けの発生が抑えられる。

以下では、先端部にＲ面取り加工が施されず、刃先部に接触抑制構造が形成されないスクライビングホイールを基準スクライビングホイールと称する。基準スクライビングホイールの先端部はスクライビングホイール１０の先端部４０と比較して鋭利である。基準スクライビングホイールの刃先部の表面のうねりはスクライビングホイール１０の刃先部３０の表面３１のうねりよりも小さい。

先端部４０の表面である先端面４１はスクライビングホイール１０の径方向の外方に向けて突出する曲面である。稜線１０Ｂは先端部４０の頂部により形成される。先端部４０にＲ面取り加工が施されているため、先端部４０には基準スクライビングホイールの先端部に見られるようなエッジは存在しない。ただし、図２では基準スクライビングホイールの先端部の稜線を表現する場合と同様の表現方法で先端部４０の稜線１０Ｂを表現している。

先端部４０の先端面４１は刃先部３０の表面３１に含まれる。各刃先面３１Ａ、３１Ｂにおける先端面４１以外の部分を主面３１Ｃと称する。接触抑制構造５０は第１刃先面３１Ａの主面３１Ｃおよび第２刃先面３１Ｂの主面３１Ｃの少なくとも一方に形成される。接触抑制構造５０と主面３１Ｃとの関係について例示する。図３に示される第１例では、各刃先面３１Ａ、３１Ｂのそれぞれの主面３１Ｃに接触抑制構造５０が形成される。第２例では、第１刃先面３１Ａの主面３１Ｃに接触抑制構造５０が形成され、第２刃先面３１Ｂの主面３１Ｃには接触抑制構造５０が形成されない。第３例では、第２刃先面３１Ｂの主面３１Ｃに接触抑制構造５０が形成され、第１刃先面３１Ａの主面３１Ｃには接触抑制構造５０が形成されない。

刃先部３０の主面３１Ｃと被加工物との関係について例示する。第１例では、主面３１Ｃは接触部および非接触部に区分できる。主面３１Ｃの接触部は刃先部３０が被加工物に押し付けられた状態において、主面３１Ｃのうちの被加工物と接触する部分である。主面３１Ｃの接触部は主面３１Ｃのうち、少なくとも先端部４０の先端面４１に隣接する部分を含む。主面３１Ｃの非接触部は、刃先部３０が被加工物に押し付けられた状態において、主面３１Ｃのうちの被加工物と接触しない部分である。主面３１Ｃの非接触部は主面３１Ｃのうち、少なくとも境界線１０Ｃに隣接する部分を含む。第２例では、主面３１Ｃの全体が接触部に該当する。

接触部および非接触部を含む主面３１Ｃにおける接触抑制構造５０の形成範囲について例示する。第１例では、接触抑制構造５０は主面３１Ｃの接触部の全体、および、主面３１Ｃの非接触部の全体に形成される。第２例では、接触抑制構造５０は主面３１Ｃの接触部の全体に形成され、主面３１Ｃの非接触部には形成されない。第３例では、接触抑制構造５０は主面３１Ｃの接触部の全体、主面３１Ｃの非接触部の一部に形成され、主面３１Ｃの非接触部の他の一部には形成されない。第４例では、接触抑制構造５０は主面３１Ｃの接触部の一部に形成され、主面３１Ｃの接触部の他の一部および主面３１Ｃの非接触部には形成されない。

接触部だけを含む主面３１Ｃにおける接触抑制構造５０の形成範囲について例示する。第１例では、接触抑制構造５０は主面３１Ｃの接触部の全体に形成される。第２例では、接触抑制構造５０は主面３１Ｃの接触部の一部に形成され、主面３１Ｃの接触部の他の一部には形成されない。

スクライビングホイール１０の各部位の寸法は被加工物のサイズ等に応じて任意に選択できる。スクライビングホイール１０の外径は例えばφ１．５ｍｍ〜φ６ｍｍの範囲から選択される。一例では、スクライビングホイール１０の外径はφ２ｍｍである。本体２０の厚さは例えば０．４ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲から選択される。一例では、本体２０の厚さは０．６４ｍｍである。先端部４０の先端面４１における粗さ曲線の算術平均粗さは例えば０．０１μｍ〜０．０６μｍの範囲に含まれる。刃先部３０の主面３１Ｃにおける粗さ曲線の算術平均粗さは例えば０．１０μｍ〜０．２０μｍの範囲に含まれる。刃先部３０の主面３１Ｃにおけるうねり曲線の平均長さは１０μｍ〜２０μｍの範囲に含まれる。刃先部３０の主面３１Ｃにおけるうねり曲線の最大高さは例えば０．３μｍ〜１．０μｍの範囲に含まれる。

スクライビングホイール１０は所定の刃先角θを有する。刃先角θは例えば図３に示されるスクライビングホイール１０の正面視において第１直線Ｌ１および第２直線Ｌ２により規定される。第１直線Ｌ１は刃先面の傾斜方向に平行、かつ、第１刃先面３１Ａの主面３１Ｃを通過する直線である。第２直線Ｌ２は刃先面の傾斜方向に平行、かつ、第２刃先面３１Ｂの主面３１Ｃを通過する直線である。刃先角θは第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とがなす角度に相当する。刃先角θの大きさについて例示する。刃先角θは鈍角、直角、または、鋭角である。図示される例では刃先角θは鈍角である。刃先角θは例えば９０°〜１４０°の範囲から選択される。

先端部４０の曲率半径は任意に選択できる。一例では、先端部４０の曲率半径は第１条件〜第３条件の少なくとも１つを満たすように設定される。第１条件はスクライブ加工にともなう先端部４０の欠けが生じにくいことである。第１条件が満たされるか否かについては、例えば被加工物に対するスクライビングホイール１０の基準の走行距離あたりに生じる先端部４０の欠けの発生回数が規定の回数以下であることにより確認できる。第１条件が満たされる場合、スクライビングホイール１０の寿命が長くなる。第２条件はスクライブ加工にともなうスクライビングホイール１０の摩耗が進行しにくいことである。第２条件が満たされるか否かについては、例えば被加工物に対するスクライビングホイール１０の基準の走行距離あたりの先端部４０の摩耗量が規定の摩耗量以下であることにより確認できる。第２条件が満たされる場合、スクライビングホイール１０の寿命が長くなる。第３条件は被加工物に垂直クラックが適切に形成されることである。第３条件が満たされるか否かについては、例えば被加工物の厚さに対する垂直クラックの深さ(以下「深さ率」という)が規定の範囲に含まれることにより確認できる。第３条件が満たされる場合、スクライブ加工された被加工物がブレイク加工されたときの被加工物の品質が低下しにくい。

基本的には、先端部４０の曲率半径が大きくなるほど、先端部４０の欠けの発生や摩耗の進行を抑制する効果が高くなり、垂直クラックの深さ率が小さくなる。先端部４０の曲率半径の最大値は例えば１０μｍである。先端部４０の曲率半径の最小値は例えば１μｍである。一例では、先端部４０の曲率半径は２μｍ〜５μｍの範囲から選択される。先端部４０の曲率半径が１μｍ以上である場合、先端部４０の欠けの発生や摩耗の進行を抑制する効果が高くなる。先端部４０の曲率半径が１０μｍ以下である場合、深い垂直クラックが被加工物に形成されやすくなる。

接触抑制構造５０の具体的な形態は任意に選択できる。一例では、接触抑制構造５０は刃先部３０の主面３１Ｃに形成される１または複数の凹部５１により構成される。接触抑制構造５０が複数の凹部５１を含む形態では、複数の凹部５１の相互の関係を任意に選択できる。複数の凹部５１は規則的または不規則に配置される。規則的に配置される複数の凹部５１は所定の方向に並べられる。所定の方向は例えばスクライビングホイール１０の円周方向、刃先面の傾斜方向、または、これらの方向の一方に交差する方向である。複数の凹部５１の開口面積は同一の面積または互いに異なる面積に設定される。複数の凹部５１の深さは同一の深さまたは互いに異なる深さに設定される。凹部５１の深さは表面粗さに規定される最大谷深さよりも深い。

凹部５１の具体的な形態について例示する。
凹部５１の第１形態では、凹部５１は主面３１Ｃに形成される溝である。溝は所定の方向に長い。所定の方向は例えばスクライビングホイール１０の円周方向、刃先面の傾斜方向、または、これらの方向の一方に交差する方向である。図４では、円周方向に長い凹部５１を例示している。凹部５１が複数の溝を含む形態では、複数の溝の相互の関係を任意に選択できる。溝の長さの方向の関係について例示する。第1例では、全ての溝の長さの方向は同一である。第２例では、全ての溝の長さの方向は互いに異なる。第３例では、複数の溝には長さの方向が同一の複数の溝、および、長さの方向が互いに異なる複数の溝が含まれる。溝の幅の関係について例示する。第１例では、全ての溝の幅は同一である。第２例では、全ての溝の幅は互いに異なる。第３例では、複数の溝には幅が同一の複数の溝、および、幅が互いに異なる複数の溝が含まれる。溝の深さの関係について例示する。第１例では、全ての溝の深さは同一である。第２例では、全ての溝の深さは互いに異なる。第３例では、複数の溝には深さが同一の複数の溝、および、深さが互いに異なる複数の溝が含まれる。溝の断面形状の関係について例示する。第１例では、全ての溝の断面形状は同一である。第２例では、全ての溝の断面形状は互いに異なる。第３例では、複数の溝には断面形状が同一の複数の溝、および、断面形状が互いに異なる複数の溝が含まれる。

凹部５１の第２形態では、凹部５１は主面３１Ｃに形成される開口部である。開口部は所定の方向に長いという溝の特徴を含まない点で溝と相違する。凹部５１が複数の開口部を含む形態では、複数の開口部の相互の関係を任意に選択できる。開口部の開口面積の関係について例示する。第1例では、全ての開口部の開口面積は同一である。第２例では、開口部の開口面積は互いに異なる。第３例では、複数の開口部には開口面積が同一の複数の開口部、および、開口面積が互いに異なる複数の開口部が含まれる。開口部の深さの関係について例示する。第1例では、全ての開口部の深さは同一である。第２例では、開口部の深さは互いに異なる。第３例では、複数の開口部には深さが同一の複数の開口部、および、深さが互いに異なる複数の開口部が含まれる。開口部の平面視における開口部の形状の関係について例示する。第1例では、全ての開口部の形状は同一である。第２例では、開口部の形状は互いに異なる。第３例では、複数の開口部には形状が同一の複数の開口部、および、形状が互いに異なる複数の開口部が含まれる。

凹部５１の第３形態では、凹部５１は主面３１Ｃに形成される起伏部の谷である。起伏部は複数の谷および複数の山を含む。主面３１Ｃには複数の谷および複数の山によりうねりが形成される。複数の谷の相互の関係は任意に選択できる。谷の深さの関係について例示する。第1例では、全ての谷の深さは同一である。第２例では、全ての谷の深さは互いに異なる。第３例では、複数の谷には深さが同一の複数の谷、および、深さが互いに異なる複数の谷が含まれる。谷の断面形状の関係について例示する。第１例では、全ての谷の断面形状は同一である。第２例では、全ての谷の断面形状は互いに異なる。第３例では、複数の谷には断面形状が同一の複数の谷、および、断面形状が互いに異なる複数の谷が含まれる。

凹部５１の第４形態では、凹部５１は凹部５１の第１形態、第２形態、および、第３形態の少なくとも２つが組み合わせられた形態を有する。凹部５１の第１形態に例示される複数の溝の相互の関係、凹部５１の第２形態に例示される複数の開口部の相互の関係、および、凹部５１の第３形態に例示される複数の谷の相互の関係は凹部５１の第４形態にも適用できる。

図３〜図６に示される例では、刃先部３０は起伏部６０を含む。起伏部６０は各刃先面３１Ａ、３１Ｂの主面３１Ｃに形成されている。起伏部６０は所定の方向にうねりを形成する。所定の方向は例えばスクライビングホイール１０の円周方向、刃先面の傾斜方向、または、これらの方向の一方に交差する方向である。起伏部６０の第１形態では、起伏部６０はスクライビングホイール１０の円周方向のうねりを形成する第１起伏部６１を含む。図５は第１起伏部６１のうねり曲線の一例を示す。起伏部６０の第２形態では、起伏部６０は刃先面の傾斜方向のうねりを形成する第２起伏部６２を含む。図６は第２起伏部６２のうねり曲線の一例を示す。起伏部６０の第３形態では、起伏部６０は第１起伏部６１および第２起伏部６２の両方を含む。

図５に示されるように、第１起伏部６１は複数の谷６１Ａおよび複数の山６１Ｂを含む。谷６１Ａおよび山６１Ｂは平均線６１Ｌにより区分される。谷６１Ａは平均線６１Ｌに対するスクライビングホイール１０の径方向の内方の部分である。谷６１Ａは谷底６１Ｃを含む。山６１Ｂは平均線６１Ｌに対するスクライビングホイール１０の径方向の外方の部分である。山６１Ｂは山頂６１Ｄを含む。複数の谷６１Ａおよび複数の山６１Ｂはスクライビングホイール１０の円周方向に交互に形成される。谷６１Ａとこれに対してスクライビングホイール１０の回転方向の後方に隣接する山６１Ｂとを１組の谷６１Ａおよび山６１Ｂとする。１組の谷６１Ａおよび山６１Ｂは谷底６１Ｃと山頂６１Ｄとの間に広がる前面６１Ｅを含む。第１起伏部６１は接触抑制構造５０の凹部５１を構成する。谷底６１Ｃを含む谷６１Ａの底面は凹部５１の底面５２を構成する。

第１起伏部６１を含むスクライビングホイール１０では、スクライブ加工時において被加工物に対するスクライビングホイール１０のすべりが生じにくい。その理由は次のように考えられる。スクライブ加工時におけるスクライビングホイール１０の回転にともない第１起伏部６１の接触部が周期的に被加工物に接触し、刃先部３０と被加工物との間の摩擦力が増加する。その影響により被加工物に対するスクライビングホイール１０のすべりの発生が抑えられる。第１起伏部６１の接触部は例えば、山頂６１Ｄを含む山６１Ｂの上部の前面６１Ｅ、山６１Ｂの全部の前面６１Ｅ、または、山６１Ｂの全部および谷６１Ａの一部の前面６１Ｅである。

図６に示されるように、第２起伏部６２は複数の谷６２Ａおよび複数の山６２Ｂを含む。谷６２Ａおよび山６２Ｂは平均線６２Ｌにより区分される。谷６２Ａは平均線６２Ｌに対するスクライビングホイール１０の径方向の内方の部分である。谷６２Ａは谷底６２Ｃを含む。山６２Ｂは平均線６２Ｌに対するスクライビングホイール１０の径方向の外方の部分である。山６２Ｂは山頂６２Ｄを含む。複数の谷６２Ａおよび複数の山６２Ｂは刃先面の傾斜方向に交互に形成される。谷６２Ａとこれに対して刃先面の傾斜方向に隣接する山６２Ｂとを１組の谷６２Ａおよび山６１Ｂとする。１組の谷６２Ａおよび山６２Ｂは谷底６２Ｃと山頂６２Ｄとの間に広がる側面６２Ｅを含む。第２起伏部６２は接触抑制構造５０の凹部５１を構成する。谷底６２Ｃを含む谷６２Ａの底面は凹部５１の底面５２を構成する。

第２起伏部６２を含むスクライビングホイール１０では、スクライブ加工時において被加工物に対するスクライビングホイール１０のすべりが生じにくい。その理由は次のように考えられる。スクライブ加工時に第２起伏部６２の接触部が被加工物に接触し、刃先部３０と被加工物との間の摩擦力が増加する。その影響により被加工物に対するスクライビングホイール１０のすべりの発生が抑えられる。第２起伏部６２の接触部は例えば、山頂６２Ｄを含む山６２Ｂの上部の側面６２Ｅ、山６２Ｂの全部の側面６２Ｅ、または、山６２Ｂの全部および谷６２Ａの一部の側面６２Ｅである。

第１起伏部６１と第２起伏部６２との関係は任意に選択できる。
起伏部６０の平均高さについて例示する。第１例では、第１起伏部６１の平均高さは第２起伏部６２の平均高さよりも低い。第２例では、第１起伏部６１の平均高さは第２起伏部６２の平均高さよりも高い。第３例では、第１起伏部６１の平均高さは第２起伏部６２の平均高さと等しい。

起伏部６０の周期について例示する。第１例では、第１起伏部６１の周期は第２起伏部６２の周期よりも短い。第２例では、第１起伏部６１の周期は第２起伏部６２の周期よりも長い。第３例では、第１起伏部６１の周期は第２起伏部６２の周期と等しい。第１起伏部６１の周期が短くなるほど、被加工物に対するスクライビングホイール１０のすべりの発生を抑える効果が高くなると考えられる。

図３〜図６に示される例では、刃先部３０の主面３１Ｃには複数の溝７０が形成されている。図３または図４に示されるように、溝７０はスクライビングホイール１０の円周方向に長い。溝７０は刃先部３０の稜線１０Ｂに平行である。複数の溝７０は刃先面の傾斜方向に並ぶ。スクライビングホイール１０の円周方向に関する溝７０の形状について例示する。第１例では、溝７０の形状は円周方向の全体に連続する。第２例では、溝７０の形状は円周方向に不連続である。図５に示されるように、溝７０の底面７１は起伏している。第１起伏部６１は底面７１の起伏により構成される。図６に示されるように、第２起伏部６２は刃先面の傾斜方向に並ぶ複数の溝７０により構成される。

図７を参照して、スクライビングホイール１０の製造方法の一例について説明する。
第１工程では、単結晶ダイヤモンドの基板Ｈ１が形成される。基板Ｈ１は四角形状の薄板である。基板Ｈ１の製造方法は例えば高温高圧合成法または化学気相蒸着法である。第２工程では、切断加工により基板Ｈ１から円板Ｈ２を切り出す加工、および、円板Ｈ２に貫通孔２１を形成する加工が実施される。切断加工の一例はレーザ加工、放電加工、または、イオンビーム加工である。

第３工程では、Ｒ面取り加工が施された先端部４０、および、接触抑制構造５０を含む刃先部３０が円板Ｈ２に形成される。貫通孔２１の周囲の面取り２２は例えば第３工程の後に形成される。第３工程における円板Ｈ２に対する加工は第１加工、第２加工、および、第３加工に分類できる。第１加工は円板Ｈ２の外周部の被除去部Ｈ３を除去する加工である。第２加工は刃先部３０に接触抑制構造５０を形成する加工である。第３加工は刃先部３０の先端部４０をＲ面取りする加工である。

第３工程の第１例では、切断加工により円板Ｈ２から被除去部Ｈ３を除去することにともない、Ｒ面取り加工が施された先端部４０、および、接触抑制構造５０を含む刃先部３０を円板Ｈ２に形成する。つまり、１種類の切断加工により円板Ｈ２に対する第１〜第３加工が併せて実施される。切断加工の一例はレーザ加工、放電加工、または、イオンビーム加工である。

第３工程の第２例では、最初に円板Ｈ２から被除去部Ｈ３を除去する第１加工が実施され、次に円板Ｈ２の刃先部３０に接触抑制構造５０を形成する第２加工が実施され、次に円板Ｈ２の刃先部３０の先端部４０をＲ面取りする第３加工が実施される。第１〜第３加工のそれぞれのための加工方法は個別に選択できる。加工方法の組み合わせについて例示する。加工方法の第１例では、第１〜第３加工の加工方法は同一の切断加工である。加工方法の第２例では、第１〜第３加工の加工方法は互いに異なる切断加工である。加工方法の第３例では、第１〜第３加工のうちの２つ加工の加工方法は同一の切断加工であり、他の１つの加工の加工方法はそれとは異なる切断加工である。加工方法の第４例では、第１加工および第２加工の加工方法は同一または互いに異なる切断加工であり、第３加工の加工方法は研磨加工または研削加工である。

第３工程の第３例では、最初に円板Ｈ２から被除去部Ｈ３を除去する第１加工が実施され、次に円板Ｈ２の刃先部３０の先端部４０をＲ面取りする第３加工が実施され、次に円板Ｈ２の刃先部３０に接触抑制構造５０を形成する第２加工が実施される。第１〜第３加工のそれぞれのための加工方法は個別に選択できる。加工方法の組み合わせの例は第３工程の第２例と同様である。

第３工程の第４例では、最初に円板Ｈ２から被除去部Ｈ３を除去する第１加工が実施され、次に円板Ｈ２の刃先部３０に接触抑制構造５０を形成する第２加工、および、円板Ｈ２の刃先部３０の先端部４０をＲ面取りする第３加工が併せて実施される。第１〜第３加工のそれぞれのための加工方法は個別に選択できる。加工方法の組み合わせについて例示する。加工方法の第１例では、第１〜第３加工の加工方法は同一の切断加工である。加工方法の第２例では、第１加工の加工方法と第２加工および第３加工の加工方法とは互いに異なる切断加工である。

スクライビングホイール１０の作用および効果について説明する。
スクライビングホイール１０では、刃先部３０の先端部４０にＲ面取り加工が施されることにより、先端部４０における局所的な荷重の作用が抑えられる。これにともない先端部４０の欠けの発生を抑制する効果、および、先端部４０の摩耗の進行を抑制する効果の一方または両方が得られる。これらの効果はスクライビングホイール１０の寿命を長くすることに寄与する。

図８に示されるように、スクライブ加工時にはスクライビングホイール１０の刃先部３０が被加工物ＷＰに押し付けられる。被加工物ＷＰはスクライビングホイール１０からスクライブ荷重を受ける。一例では、スクライブ加工装置はスクライブ荷重が所定の荷重範囲に含まれるようにスクライブ荷重を調整する。

刃先部３０が被加工物ＷＰに押し付けられた状態では、接触抑制構造５０の凹部５１の底面５２と被加工物ＷＰとの間に空間Ｓが形成される。先端部４０、第１起伏部６１の接触部、および、第２起伏部６２の接触部は被加工物ＷＰに接触する。スクライビングホイール１０が走査されることにともないスクライビングホイール１０が被加工物ＷＰに対して回転する。スクライビングホイール１０の回転にともない被加工物ＷＰに接触する刃先部３０の部位が変化する。個々の溝７０においては第１起伏部６１の接触部が周期的に被加工物ＷＰに接触する。

スクライビングホイール１０の回転にともない被加工物ＷＰに１次クラックが形成される。１次クラックが形成された領域からスクライビングホイール１０が離れた後に１次クラックから２次クラックが伸展する。１次クラックはリブマークとも称される。２次クラックはニューとも称される。１次クラックおよび２次クラックにより被加工物ＷＰに垂直クラックが形成される。

スクライビングホイール１０を用いたスクライブ加工では、凹部５１の底面５２と被加工物ＷＰとの間に空間Ｓが形成されるため、被加工物ＷＰに接触する刃先部３０の表面３１の面積が基準スクライビングホイールを用いた場合よりも狭くなる。被加工物ＷＰにおいて刃先部３０に接触する部分に関する単位面積あたりのスクライブ荷重が大きくなり、被加工物ＷＰに局所的にスクライブ荷重が作用し、垂直クラックが伸展しやすくなる。これは被加工物ＷＰに深い垂直クラックを形成することに寄与する。

スクライビングホイール１０によれば、接触抑制構造５０の作用により被加工物ＷＰに深い垂直クラックが形成されるため、スクライブ荷重を調整できる範囲が広くなる。被加工物ＷＰに付与されるスクライブ荷重が小さい場合、スクライビングホイール１０の摩耗の進行を抑制する効果、および、スクライブ加工される被加工物ＷＰの品質を高める効果の一方または両方が得られる。スクライビングホイール１０の摩耗の進行の抑制はスクライビングホイール１０の寿命を長くすることに寄与する。

(第２実施形態)
図９は第２実施形態のスクライビングホイール１００を示す。第２実施形態のスクライビングホイール１００の構造は第１実施形態のスクライビングホイール１０の構造を一部変更した構造に相当する。第２実施形態のスクライビングホイール１００の先端部１１０にはＲ面取り加工が施されていない。その他の点では第１実施形態のスクライビングホイール１０および第２実施形態のスクライビングホイール１００は同様の構造を備えている。各スクライビングホイール１０、１００において共通する構造については同じ符号が付されている。

スクライビングホイール１００の先端部１１０は第１実施形態の先端部４０と比較して鋭利である。先端部１１０の先端面１１１は平滑である。スクライビングホイール１００は第１実施形態のスクライビングホイール１０と同様に接触抑制構造５０を備えている。各刃先面３１Ａ、３１Ｂは主面３１Ｃおよび先端面１１１に区分される。接触抑制構造５０は第１刃先面３１Ａの主面３１Ｃおよび第２刃先面３１Ｂの主面３１Ｃの少なくとも一方に形成される。接触抑制構造５０に関する種々の事項は第１実施形態と同様である。

なお、上記各実施形態では本発明に関するスクライビングホイールが取り得る形態を例示している。上記各実施形態の説明は本発明に関するスクライビングホイールが取り得る形態を制限することを意図していない。本発明に関するスクライビングホイールは各実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、各実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、各実施形態に新たな構成を付加した形態である。

１０ ：スクライビングホイール
１０Ａ：中心軸
１０Ｂ：稜線
１０Ｃ：境界線
１１ ：第１台部
１２ ：第２台部
２０ ：本体
２１ ：貫通孔
２２ ：面取り
２３ ：表面
３０ ：刃先部
３１ ：表面
３１Ａ：第１刃先面
３１Ｂ：第２刃先面
３１Ｃ：主面
４０ ：先端部
４１ ：先端面
５０ ：接触抑制構造
５１ ：凹部
６０ ：起伏部
６１ ：第１起伏部
６１Ａ：谷
６１Ｂ：山
６１Ｃ：谷底
６１Ｄ：山頂
６１Ｅ：前面
６１Ｌ：平均線
６２ ：第２起伏部
６２Ａ：谷
６２Ｂ：山
６２Ｃ：谷底
６２Ｄ：山頂
６２Ｅ：側面
６２Ｌ：平均線
７０ ：溝
７１ ：底面
１００：スクライビングホイール
１１０：先端部
１１１：先端面
Ｈ１ ：基板
Ｈ２ ：円板
Ｈ３ ：被除去部
ＷＰ ：被加工物
Ｓ ：空間
Ｌ１ ：第１直線
Ｌ２ ：第２直線
θ ：刃先角

Claims (8)

1. ダイヤモンド製の刃先部を含むスクライビングホイールであって、
   前記刃先部はＲ面取り加工が施された先端部、および、被加工物に押し付けられた状態において被加工物との間に空間が形成されるように構成された接触抑制構造を含む
   スクライビングホイール。
2. 前記接触抑制構造は前記スクライビングホイールの内部に向けて窪む凹部を含む
   請求項１に記載のスクライビングホイール。
3. 前記刃先部は前記スクライビングホイールの円周方向に起伏する第１起伏部をさらに含み、
   前記第１起伏部は複数の谷および複数の山を含み、前記接触抑制構造を構成する
   請求項１または２に記載のスクライビングホイール。
4. 前記刃先部は前記スクライビングホイールの円周方向に長い溝をさらに含み、
   前記第１起伏部は前記溝の底面に形成される
   請求項３に記載のスクライビングホイール。
5. 前記刃先部は前記刃先部の刃先面の傾斜方向に起伏する第２起伏部をさらに含み、
   前記第２起伏部は複数の谷および複数の山を含み、前記接触抑制構造を構成する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
6. 前記刃先部は前記スクライビングホイールの円周方向に長い複数の溝をさらに含み、
   前記第２起伏部は前記傾斜方向に並ぶ前記複数の溝により構成される
   請求項５に記載のスクライビングホイール。
7. 前記先端部の曲率半径は１μｍ〜１０μｍの範囲に含まれる
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。
8. 前記ダイヤモンドは単結晶タイヤモンドである
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のスクライビングホイール。