JP4671047B2

JP4671047B2 - ガラス穿孔用ドリル

Info

Publication number: JP4671047B2
Application number: JP2006292124A
Authority: JP
Inventors: 勉宮本
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: JP2008105911A

Description

本発明はドリルに関し、特にガラス板に直径２ｍｍ程度の小径孔を穿孔するためのガラス穿孔用ドリルに関する。

プラズマディスプレイパネルは透明電極を形成した前面ガラス基板と、電極、リブ、蛍光体などを形成した背面ガラス基板を備える。両ガラス基板に挟まれた空間に電圧を印加してプラズマ放電を励起させ、発生した紫外線で背面ガラス基板に形成した蛍光体を発光させて画像を表示する。プラズマ放電を励起させるために前面ガラス基板と背面ガラス基板との空間にＸｅやＡｒなどのガスを封入しなければならない。そのため背面ガラス基板に真空排気とガス導入用に直径２ｍｍ程度の排気孔を穿孔する。

ガラス基板は電極形成工程などで焼成、乾燥のような加熱が行なわれる。ガラス基板の排気孔周辺に微小クラックがあると、加熱の際に熱応力が微小クラックに集中してガラス基板が破損することがある。このため排気孔の穿孔の際、周辺に微小クラックが発生しないようにしなければならない。

従来のガラス穿孔用ドリルとしては、例えば窓ガラスや自動車用ガラスに直径数十ｍｍの孔を穿孔するためのフラットドリル（特許文献１）がある。しかしプラズマディスプレイパネルのガラス基板の排気孔は直径２ｍｍ程度しかないため、この種のフラットドリルは適していない。

ガラス基板に直径２ｍｍ程度の孔を穿孔するのに、らせん溝のドリルの先端部にダイヤモンドを固着させたドリル（特許文献２、３）や、本体が角柱で先端が角錐のドリル（特許文献４）が用いられてきた。また本体部が円柱、先端部が円錐台で、先端部円錐台の下底は本体部円柱と直径が等しく同軸であるドリル（特許文献５）も用いられてきた。
特開平６−１２６６４０号公報特開平６−３４４２１３号公報特開２００６−１１６６６０号公報特開２００１−１７９５１７号公報特開２００１−１７２０３５号公報

ところが従来のガラス穿孔用ドリル（以下ドリルという）でプラズマディスプレイパネルのガラス基板に排気孔を穿孔すると、ガラス基板の加熱工程で排気孔周囲を起点とする破損が発生することがある。原因はドリルで排気孔を穿孔するとき、排気孔周囲に肉眼では見えないくらいの微小クラックが生じ、それが加熱工程で大きなクラックに成長するためである。このため加熱工程でのガラス基板の破損を防ぐことのできる、すなわちガラス板に微小クラックの発生しない小径ドリルが望まれていた。

本願発明者が排気孔周囲に微小クラックが発生する過程を詳細に研究した結果、以下の発生メカニズムが判明した。ドリルによるガラス基板の穿孔経過を詳しく観察すると、最初に回転しているドリルの先端がガラス基板に接触し、ガラス基板表面を削り取り、僅かな凹みを形成する。次にドリルがガラス基板に進入しながら凹みの深さと直径を徐々に拡大し、遂にドリルの最大外径まで拡大する。これが最終的に孔内径となる。その後ドリルの進入を続けて貫通孔を形成するか、または貫通前でいったん終了しガラス基板の反対側から同様に穿孔して貫通孔を形成する。

ドリル表面に固着した砥粒（砥粒にはダイヤモンド砥粒以外にＣＢＮ砥粒、アルミナ砥粒などもあるが、ガラス穿孔用ドリルには通常ダイヤモンド砥粒が使用されるので、以下の説明はダイヤモンド砥粒とする）は平均粒径が５０μｍ程度であるため、ドリルの表面は多数のダイヤモンド砥粒がランダムな位置に高さ５０μｍ程度突出した状態となっている。さらにドリルの回転には芯振れが１０μｍ程度ある。ドリルがガラス基板に進入していく過程でダイヤモンド砥粒の突出とドリルの芯振れが重なると、ダイヤモンド砥粒が異常に強くガラス基板に衝突する。このときガラス基板に局所的に過大な負荷がかかり、微小クラックが発生する。最終孔径よりはるかに小径のうちに発生した微小クラックは、孔径拡大中にほとんど削り取られるためガラス基板破損につながる確率が低い。しかし最終孔径に近い箇所に発生した微小クラックは穿孔後も残存するため、後の加熱工程でガラス基板破損につながる確率が高い。

さらに詳しく調べると、ドリル表面のダイヤモンド砥粒が異常に強くガラス基板に衝突する箇所は、ドリル表面が滑らかでなく角（かど）張った箇所であった。表面が角張った箇所とは表面の接線の傾きが不連続となる箇所である。例えば本体部が円柱で先端部が円錐台のドリルでは円柱と円錐台の境界で接線の傾きが不連続であり、ここが角張っている箇所である。

ドリル表面が角張った箇所でダイヤモンド砥粒が異常に強くガラス基板に衝突する理由は次のように推定される。ダイヤモンド砥粒がランダムな位置に突出していることは表面が滑らかな箇所でも角張った箇所でも同じである。しかしガラス基板を削るという観点からすると、滑らかな箇所では多数のダイヤモンド砥粒先端の包絡面がガラス基板に衝突する。それに対し角張っている箇所では包絡面が形成されないので孤立したダイヤモンド砥粒がガラス基板に衝突する。多数のダイヤモンド砥粒先端の包絡面はダイヤモンド砥粒の位置、大きさのばらつきが平均化されるため、ドリルが回転してもそれほど変化しない。そのため芯振れがあってもダイヤモンド砥粒が異常に強くガラス基板に衝突する確率は低い。一方角張っている箇所の孤立したダイヤモンド砥粒は特定の方向に孤立して突出している。そのためドリルが回転したとき突出と芯振れが重なるとダイヤモンド砥粒が異常に強くガラス基板に衝突する確率が高い。

以上のメカニズムから考えて、排気孔周囲に微小クラックが発生するのを防止するためには、ダイヤモンド砥粒がガラス基板に異常に強く衝突することを防止すればよい。それにはドリルの表面を角張った箇所が無い滑らかな形状にすればよいことが分かった。

ダイヤモンド砥粒の平均粒径が５０μｍ程度であるのに対し、ドリルの芯振れが１０μｍ程度であるので、ダイヤモンド砥粒がガラス基板に衝突することに関してはダイヤモンド砥粒の平均粒径による影響が大きい。またガラス基板に過大な負荷がかかることを避けなければならないのはドリルの最大外径に近い箇所である。前記の二条件を考慮して、角張った箇所があってはならない範囲を次に説明する。ドリルをその形状から見ると円柱形の本体部と、前記本体部の一端に結合した接続部と、前記接続部に結合した先端部とから構成されており、前記接続部と前記先端部は前記本体部の軸芯を共通の中心軸とする回転対称形をなす。接続部の軸心に垂直な横断面の回転半径を接続部の回転半径ということにすると、ドリル本体部からドリル先端部にかけて、ドリル本体部の半径からダイヤモンド砥粒の平均粒径だけ接続部の回転半径が縮小する範囲には角張った箇所があってはならないといえる。数式で表わせば、ドリル本体部の半径をＲ１（一定値）、ダイヤモンド砥粒の平均粒径をｄとすると、ドリル本体部からドリル先端部にかけて、角張った箇所を設けてはいけないのは接続部の回転半径Ｒ２が
（Ｒ１−ｄ）≦Ｒ２≦Ｒ１
の範囲である。

接続部もドリルの一部であるから本体部と同軸の回転対称な形状である。接続部がガラス基板に押し込まれるのに従い孔径が順に広がるようにするためには、接続部の回転半径は本体部との境界から先端部との境界にかけて連続的に減少していなければならない。また本体部の直径が最終孔径であるから接続部の回転半径は本体部の回転半径以下でなければならない。

次に接続部の軸方向の適切な長さＬを説明する。接続部の軸方向の長さＬが極端に短いと、ガラス基板にドリルを押し込む際に、ドリルを僅かに押し込んだだけで急激に孔径が広がる。するとガラス基板に与える衝撃が過大になり微小クラックが発生しやすくなる。それを避けるため接続部の軸方向の長さＬはダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄ以上必要である。

一方接続部の軸方向の長さＬが長ければ長いほど、ガラス基板にドリルを押し込むときに孔径の拡大がゆるやかになるのでガラス基板に与える衝撃は小さくなる。したがって接続部の軸方向の長さＬが長いほど微小クラックの防止には有利である。しかし接続部の軸方向の長さＬが長いと穿孔時間も長くなるので生産性は低下する。穿孔時間を考慮すると接続部の軸方向の長さＬが極端に長いものは実用性に欠ける。したがって接続部の軸方向の長さＬはダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄの１０倍以下が適当である。まとめると接続部の軸方向の長さＬはダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄ以上かつダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄの１０倍以下、つまり
ｄ≦Ｌ≦１０ｄ
が適切である。

また接続部では表面に凹みがあるのも良くない。というのは表面に凹みがあると凹みの縁が角張った箇所と同様、ダイヤモンド砥粒の孤立箇所になるからである。したがって接続部の望ましい表面形状を数学的に表現すると、本体部の軸芯を基準として、接続部表面の接線の傾きが接続部から本体部にかけて連続的に（即ち滑らかで角張った箇所がない）減少する（即ち凹みがない）ということになる。更に本体部では接線の傾きはゼロであり、接続部と本体部の境界も滑らかにつながり角張っていてはならないので、接続部の接線の傾きは本体部との境界でちょうどゼロになる必要がある。

接続部の、本体部と反対側には先端部が結合している。先端部もドリルの一部であるから本体部と同軸の回転対称な形状である。先端部は接続部より先にガラス基板に接触し穿孔を開始するから、先端部の軸心に垂直な任意の横断面の回転半径（以降、先端部の回転半径という）は接続部の回転半径以下でなければならない。しかし微小クラック防止の面からは先端部の形状を特に限定する必要はないので、実施例で説明するように先端部には種々の形状がある。

上記の原理を具体化した請求項１に記載のガラス穿孔用ドリルは、円柱形の本体部と、前記本体部の一端に結合した接続部と、前記接続部に結合した先端部を備え、前記本体部、前記接続部および前記先端部の表面に固着する砥粒が存在し、前記接続部と前記先端部は前記本体部の軸芯を共通の中心軸とする回転対称形であり、前記接続部の軸芯に垂直な横断面の回転半径（以降、接続部の回転半径という）は前記本体部の半径以下であり、前記先端部の軸芯に垂直な横断面の回転半径（以降、先端部の回転半径という）は前記接続部の回転半径以下であり、前記接続部の回転半径は前記本体部との境界にて最大で前記本体部の半径と等しく、前記本体部との境界から前記先端部との境界にかけて連続的に減少し、前記接続部の回転半径は前記先端部との境界にて最小であり、その最小回転半径は前記本体部の半径から前記砥粒の平均粒径を減じた長さであり、前記接続部の軸方向の長さは前記砥粒の平均粒径以上かつ平均粒径の１０倍以下であり、前記本体部の軸芯を基準として、前記接続部の表面の接線の傾きは前記先端部との境界から前記本体部との境界にかけて連続的に減少し、前記接続部と前記本体部との境界でゼロとなり、前記接続部との境界から前記先端部の先端の領域において、前記本体部の軸芯を基準として前記先端部の表面の接線の傾きが不連続的に変化する部位が存在することを特徴とする。

このように構成すれば本体部と先端部との間に挟まれた接続部の回転半径Ｒ２は、本体部との境界で最大となり、その最大値は本体部の半径Ｒ１と同じ値である。また接続部の回転半径Ｒ２は、先端部との境界で最小となり、その最小値は本体部半径Ｒ１よりダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄだけ小さい値（Ｒ１−ｄ）である。接続部の回転半径Ｒ２は本体部との境界（最大値＝Ｒ１）から先端部との境界（最小値＝Ｒ１−ｄ）にかけて連続的に減少する。したがってドリルの接続部がガラス基板に押し込まれるにつれて孔径は順に広がる。接続部の軸方向の長さＬはダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄ以上なので、ドリルの本体部がガラス基板に押し込まれるとき急激に孔径が拡大することはない。そのため微小クラックは発生しにくい。接続部の軸方向の長さＬはダイヤモンド砥粒平均粒径ｄの１０倍以下なので穿孔時間が実用性を欠くほど極端に長くなることはない。接続部の表面は滑らかであり角張った箇所や凹んだ箇所はない。また接続部と本体部の境界は角張った箇所がなく滑らかにつながる。そのため接続部から本体部が穿孔するとき微小クラックが発生する確率は低い。

請求項２に記載のガラス穿孔用ドリルは、請求項１に記載のガラス穿孔用ドリルにおいて、前記本体部および前記本体部から前記先端部にかけて２本以上の複数の溝を有し、前記本体部の軸心に垂直な円周に沿う前記複数の溝の幅の合計長さは、前記溝の無い場合の前記本体部の軸心に垂直な円周の長さの２５％〜８０％であることを特徴とする。

穿孔のためドリルをガラス基板に押し込んでいくと、摩擦熱でドリルとガラス基板の温度が上昇し、同時にガラス研削粉が発生する。これらは穿孔の障害となるので切削液（水、油、エマルジョンなど）を供給して摩擦熱とガラス研削粉を除去する。ドリル側面に溝があれば切削液が穿孔中の孔内部に容易に入るので摩擦熱とガラス研削粉の除去が効率良くできる。溝が大きいほど摩擦熱とガラス研削粉の除去は効率良くできる。しかしドリルの剛性は低下する。

ここで溝の割合の定義を説明する。本体部は円柱であるから軸芯に垂直な断面の外周は円周となる。溝の無い場合の円周の長さ２πＲ１を１００％基準とする。溝があると円周の一部は溝の開口部により占められる。そこで溝の占める長さを円周に沿って測り、それが溝の無い場合の円周の長さ２πＲ１に占める割合をパーセントで表わしたものを溝の割合とする。溝が複数の場合は、複数の溝の円周に沿った長さの合計を溝の無い場合の円周の長さ２πＲ１に占める割合で表したものとする。

本願発明者の実験によれば（実験結果後述）溝の割合が８０％を超えるとドリルの剛性が不足し、ドリルの異常振動、ドリルの折損などが発生しやすくなる。そのため溝の割合は８０％が上限である。逆に溝の割合が２５％より少ないと切削液が穿孔中の孔に十分供給できないので摩擦熱とガラス研削粉の除去が不十分となる。そのため溝の割合は２５％が下限である。その範囲内でも特に溝の割合が４０％〜６０％の場合、微小クラックに起因するガラス基板の破損が発生しにくく、ドリルの寿命も長い。

本願発明者の実験によれば（実験結果後述）溝が１本の場合と２本〜４本の場合を比較すると、同じ溝割合であっても、溝が１本の場合はガラス基板の破損発生率が高く、ドリル寿命も短い。したがって溝は複数の方がよい。溝割合が同じであれば、溝数が２本、３本、４本のものの間にはガラス基板の破損およびドリルの寿命にほとんど差が無い。なお複数の溝は外周を等分するように配置するのが回転のバランスがとれて適当である。

最もガラス基板の破損発生率が低く、ドリル寿命が長いのは、本願発明者の実験によれば、溝の割合が４０％〜６０％で、溝が２本以上の複数の場合である。

従来のドリルの溝はらせん形のものが多いが、本願発明者の実験によれば、本発明のガラス穿孔用ドリルは本体部の軸に平行な単純な直線溝で十分機能を果たし、らせん形のような複雑な形状は必要ない。当然直線溝の方がらせん溝に比べてドリルの製作が容易である。

本発明のガラス穿孔用ドリルは、接続部の表面に角張った箇所、凹んだ箇所はない。また本体部と接続部は本体部と滑らかにつながる。これによりダイヤモンド砥粒がガラス基板に異常に強く衝突することを防止でき、穿孔した孔の周囲に微小クラックが発生するのを防止することができる。本発明のガラス穿孔用ドリルは、接続部の軸方向の長さＬが短すぎることがない。そのためガラス基板にドリルを押し込む際に急激に孔径が拡大することはなく、ガラス基板に与える衝撃は小さいので微小クラックは発生しにくい。更に接続部の軸方向の長さＬが長すぎることがない。そのため穿孔時間が長くなりすぎて生産性が低下することはない。本発明のガラス穿孔用ドリルはガラス基板に直径２ｍｍ程度の小径孔の穿孔をするのに特に適している。

図１は本発明の第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０の主要部概略図である。図１に示すように本発明のガラス穿孔用ドリル１０は、円柱形の本体部１１と、本体部１１の軸１１ａを中心軸として回転対称な接続部１２、先端部１３とからなる。図示しないが本体部１１、接続部１２および先端部１３の表面には平均粒径ｄ（５０μｍ程度）のダイヤモンド砥粒が固着している。

接続部１２の回転半径Ｒ２は本体部１１との境界１２ａで最大であり、最大値は本体部１１の半径Ｒ１と等しい。また先端部１３との境界１２ｂで最小であり、最小値は本体部１１の半径Ｒ１よりダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄだけ小さい（Ｒ１−ｄ）である。

接続部１２の軸１１ａ方向の長さＬは、最小値がダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄ、最大値がダイヤモンド砥粒の平均粒径ｄの１０倍、すなわちｄ≦Ｌ≦１０ｄである。接続部１２の軸方向長さＬが最小のｄの長さのとき最も穿孔時間が短い。また接続部１２の軸方向長さＬが最大の１０ｄの長さのとき最も微小クラックの発生確率が低い。したがって生産性を優先するときは接続部１２の軸方向長さＬを短くし、微小クラックの発生防止を優先するときは接続部１２の軸方向長さＬを長くするとよい。

軸１１ａを基準とする接続部１２表面の接線１２ｃの傾きθ（絶対値）は、先端部１３との境界１２ｂから本体部１１との境界１２ａにかけて連続的に減少し、境界１２ａでθ＝０となる。したがって接続部１２の表面には角張った箇所、凹んだ箇所はなく、さらに本体部１１と滑らかにつながる。これにより接続部１２から本体部１１がガラス基板を穿孔するとき、微小クラックの発生が防止できる。

先端部１３の形状は特に限定する必要がないが、図１では一例として接続部１２側が円錐台で、先端側が球冠からなる形状を二点鎖線で示した。先端部１３の形状の具体例は図２以下に説明する。

図２は本発明の第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０の主要部概略図である。第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０の本体部２１、接続部２２の特徴は第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０と同様である。第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０の先端部２３の形状は半分に割った楕円体である。第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０は先端部２３が長いので、先端部２３をガラス基板に押し込むとき孔径がゆっくり拡大する。そのため先端部２３の押し込みの段階においてもガラス基板に微小クラックが発生する確率が、後述する第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０、第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０、第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０、第六実施例のガラス穿孔用ドリル６０、第七実施例のガラス穿孔用ドリル７０に比べ低い。

図３は本発明の第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０の主要部概略図である。第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０の本体部３１、接続部３２の特徴は第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０と同様である。第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０の先端部３３の形状は球冠（球を平面で切断した形状）である。第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０は先端部３３が程良い長さなので、先端部３３をガラス基板に押し込むとき、孔径が程良い速さで拡大する。そのため先端部３３の押し込みの段階においてもガラス基板に微小クラックが発生する確率が、後述する第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０、第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０、第六実施例のガラス穿孔用ドリル６０、第七実施例のガラス穿孔用ドリル７０に比べ低い。さらに穿孔時間が第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０より短い。

図４は本発明の第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０の主要部概略図である。第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０の本体部４１、接続部４２の特徴は第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０と同様である。第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０の先端部４３の形状は円錐台である。第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０は先端部４３の先端４４が平面（円錐台の上底）なので、先端部４３をガラス基板に押し込むとき最初に一気に大きな孔を穿孔できる。そのため穿孔時間が第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０、第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０より短い。

図５は本発明の第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０の主要部概略図である。第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０の本体部５１、接続部５２の特徴は第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０と同様である。第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０の先端部５３の形状は円盤（直径に比べ軸の短い円柱）である。第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０は先端部５３の先端５４が大口径の平面（円板）なので、先端部５３をガラス基板に押し込むとき最初に一気に非常に大きな孔を穿孔できる。そのため穿孔時間が第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０、第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０、第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０より短い。

図６は本発明の第六実施例のガラス穿孔用ドリル６０の主要部概略図である。第六実施例のガラス穿孔用ドリル６０の本体部６１、接続部６２の特徴は第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０と同様である。第六実施例のガラス穿孔用ドリル６０の先端部６３の形状は小径の球冠である。特徴的なのは先端部６３と接続部６２の境界に段差６４があることである。第六実施例のガラス穿孔用ドリル６０は先端部６３の球冠半径が小さいので、先端部６３をガラス基板に押し込むとき少しずつ孔径を拡大する。先端部６３を過ぎて接続部６２にさしかかると一気に大きな孔を穿孔できる。そのため穿孔開始の際にガラス基板に微小クラックが発生する確率が第四実施例のガラス穿孔用ドリル４０、第五実施例のガラス穿孔用ドリル５０より低く、しかも穿孔時間が第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０、第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０より短い。

図７は本発明の第七実施例のガラス穿孔用ドリル７０の主要部概略図である。第七実施例のガラス穿孔用ドリル７０の本体部７１、接続部７２の特徴は接続部７２の形状が球を平行２平面で切ってできる球帯からなり、第一実施例のガラス穿孔用ドリル１０と同様、表面に角張った箇所、凹んだ箇所はなく、本体部７１と滑らかにつながることである。第七実施例のガラス穿孔用ドリル７０のさらに特徴的なのは先端部７３が接続部７２の球帯の延長であることである。接続部７２の球帯を最後まで延長すると先端部７３は接続部７２から延長された球冠となるが、実際は途中で切れている。そのため先端部７３の先端７４は球帯の端面（球の切り口）である円形平面となっている。第七実施例のガラス穿孔用ドリル７０は先端部７３の先端７４が大口径の平面なので、先端部７３をガラス基板に押し込むとき最初に一気に大口径の孔を穿孔できる。そのため穿孔時間が第二実施例のガラス穿孔用ドリル２０、第三実施例のガラス穿孔用ドリル３０より短い。

実験結果を説明するため従来技術による比較対照品を図８、図９を用いて説明する。図８は従来の第一のガラス穿孔用ドリル８０の主要部概略図である。従来の第一のガラス穿孔用ドリル８０は本体部８１が円柱形で、先端部８２は本体部８１と下底が同径で同軸の円錐台形である。接続部に相当する部分はない。

図９は従来の第二のガラス穿孔用ドリル９０の主要部概略図である。従来の第二のガラス穿孔用ドリル９０は単純な円柱形である。接続部、先端部に相当する部分はない。

図１０に本願発明者によるガラス穿孔用ドリルの形状検討実験結果を示す。図１０の第一列の「２０」〜「７０」は本発明の実施例のガラス穿孔用ドリル２０〜７０であり、「８０」、「９０」は従来のガラス穿孔用ドリル８０、９０である。図１０の第三列の破損評価とは、各ガラス穿孔用ドリルでガラス基板に一定数の貫通孔を穿孔した後、ガラス基板を熱衝撃試験し、貫通孔起因のクラックが発生した貫通孔数割合で評価したものである。評価結果は、「◎」は非常に良い、「○」は良い、「×」は良くない、「××」は悪いという意味である。

本発明の実施例のガラス穿孔用ドリル２０〜７０の評価結果は全て問題ない。そしてその中でも特にガラス穿孔用ドリル２０、３０が非常に良い。その理由は既に述べた通りガラス穿孔用ドリル２０、３０は先端部１３の押し込みの段階においても微小クラックが発生する確率が低いためと考えられる。

従来の第一のガラス穿孔用ドリル８０は先端部８２の円錐台と本体部８１の円柱の境界が角張っているため、その部分のダイヤモンド砥粒が強くガラス基板に衝突することがある。そのため微小クラックが発生しやすいと考えられる。

従来の第二のガラス穿孔用ドリル９０は円柱端面のかどが強く角張っているため、その部分のダイヤモンド砥粒が強くガラス基板に衝突する確率が高い。そのため高い確率で微小クラックが発生すると考えられる。

次に本願発明者によるガラス穿孔用ドリルの溝本数、溝割合の検討実験結果を説明する。図１１に溝の検討実験に用いた本発明のガラス穿孔用ドリル１１０の主要部概略図を示す。ガラス穿孔用ドリル１１０の先端部１１３の形状は半分に割った楕円体、溝１１４は本体部の軸に平行な直線的なＶ溝である。したがって溝１１４がなければ先に述べたガラス穿孔用ドリル２０と同じ形状である。なお図１１のガラス穿孔用ドリル１１０は溝１１４が２本の場合である。

図１２にガラス穿孔用ドリルの溝本数、溝割合の検討実験結果を示す。図１２の第四列の「破損評価」とは図１０の「破損評価」と同じく、各ガラス穿孔用ドリルでガラス基板に一定数の貫通孔を穿孔した後、ガラス基板を熱衝撃試験し、貫通孔起因のクラックが発生した貫通孔数の割合で評価したものである。第五列「寿命評価」とはガラス基板に連続して貫通孔を穿孔し、問題なく穿孔することのできた孔数の評価、即ちドリルの寿命の評価である。なお溝が複数ｎ本の場合、ドリルが均等にガラス基板に当たるように各溝の大きさは同じで、位置は円周をｎ等分するようにした。評価結果は、「◎」は非常に良い、「○」は良い、「△」は問題がある、「×」は良くないという意味である。

溝が１本の場合、最も良いのは溝割合が４０％〜６０％の範囲である。しかしこの範囲でも寿命評価は問題がある。この範囲外の溝割合では破損評価、寿命評価とも問題があるレベルか、良くないレベルである。溝が１本のものの評価の低い原因は、ドリルのガラス基板への当たり方が回転対称でないため、穿孔中ドリルの芯振れが大きくなるからと推定される。

溝が２本の場合、破損評価は溝割合が４０％、６０％のときが非常に良く、ついで２５％、８０％のときが良い。寿命評価は６０％、８０％のときが非常に良く、ついで２５％、４０％のときが良い。溝割合が大きいと切削液の循環は良くなるが、ドリルの剛性が低くなる。逆に溝割合が小さいと切削液の循環は悪くなるが、ドリルの剛性が高くなる。溝割合が４０％、６０％のとき、切削液の循環とドリルの剛性のバランスが良いので破損評価が非常に良いと考えられる。一方寿命評価はドリルの剛性よりも切削液の循環による摩擦熱とガラス粉の除去効果が大きく影響して、６０％、８０％のときが非常に良いと考えられる。このように寿命評価と破損評価では最適な溝割合が異なるが、寿命評価より破損評価を優先すると溝割合が４０％、６０％のときが最も良い。

溝が３本、４本の場合は、溝割合の上限、下限を調べるため、４０％、６０％のときは省略し、２５％、８０％のときだけを評価した。溝が３本、４本の場合の結果は、同じ溝割合で比較すると溝が２本の場合とほとんど同じであった。これからすると溝が３本、４本の場合も溝割合が４０％、６０％のときが最も良いと推定される。なお溝が５本以上の場合は実験していないが同様な結果が出るものと推定される。

本発明のガラス穿孔用ドリルは穿孔中にダイヤモンド砥粒がガラス基板に異常に強く衝突することを防止し、穿孔した孔の周囲に微小クラックが発生するのを防止する。それにより例えばプラズマディスプレイパネルのガラス基板に排気孔を穿孔した場合、排気孔周囲に熱衝撃によりクラックが発生することを防止することができる。

本発明の第一実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図本発明の第二実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図本発明の第三実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図本発明の第四実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図本発明の第五実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図本発明の第六実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図本発明の第七実施例のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図従来の第一のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図従来の第二のガラス穿孔用ドリルの主要部概略図ガラス穿孔用ドリルの形状検討実験結果溝検討実験に用いたガラス穿孔用ドリルの主要部概略図ガラス穿孔用ドリルの溝本数、溝割合の検討実験結果

符号の説明

１０ガラス穿孔用ドリル
１１本体部
１１ａ軸
１２接続部
１２ａ境界
１２ｂ境界
１２ｃ接線
１３先端部
２０ガラス穿孔用ドリル
２１本体部
２２接続部
２３先端部
３０ガラス穿孔用ドリル
３１本体部
３２接続部
３３先端部
４０ガラス穿孔用ドリル
４１本体部
４２接続部
４３先端部
４４先端
５０ガラス穿孔用ドリル
５１本体部
５２接続部
５３先端部
５４先端
６０ガラス穿孔用ドリル
６１本体部
６２接続部
６３先端部
６４段差
７０ガラス穿孔用ドリル
７１本体部
７２接続部
７３先端部
７４先端
８０ガラス穿孔用ドリル
８１本体部
８２先端部
９０ガラス穿孔用ドリル
１１０ガラス穿孔用ドリル
１１１本体部
１１２接続部
１１３先端部
１１４溝

Claims

円柱形の本体部と、前記本体部の一端に結合した接続部と、前記接続部に結合した先端部を備え、
前記本体部、前記接続部および前記先端部の表面に固着する砥粒が存在し、
前記接続部と前記先端部は前記本体部の軸芯を共通の中心軸とする回転対称形であり、
前記接続部の軸芯に垂直な横断面の回転半径（以降、接続部の回転半径という）は前記本体部の半径以下であり、
前記先端部の軸芯に垂直な横断面の回転半径（以降、先端部の回転半径という）は前記接続部の回転半径以下であり、
前記接続部の回転半径は前記本体部との境界にて最大で前記本体部の半径と等しく、前記本体部との境界から前記先端部との境界にかけて連続的に減少し、
前記接続部の回転半径は前記先端部との境界にて最小であり、その最小回転半径は前記本体部の半径から前記砥粒の平均粒径を減じた長さであり、
前記接続部の軸方向の長さは前記砥粒の平均粒径以上かつ平均粒径の１０倍以下であり、
前記本体部の軸芯を基準として、前記接続部の表面の接線の傾きは前記先端部との境界から前記本体部との境界にかけて連続的に減少し、前記接続部と前記本体部との境界でゼロとなり、
前記接続部との境界から前記先端部の先端の領域において、前記本体部の軸芯を基準として前記先端部の表面の接線の傾きが不連続的に変化する部位が存在することを特徴とするガラス穿孔用ドリル。
請求項１に記載のガラス穿孔用ドリルにおいて、前記本体部および前記本体部から前記先端部にかけて２本以上の複数の溝を有し、前記本体部の軸心に垂直な円周に沿う前記複数の溝の幅の合計長さは、前記溝の無い場合の前記本体部の軸心に垂直な円周の長さの２５％〜８０％であることを特徴とするガラス穿孔用ドリル。