JP4923133B2 - ホイールホルダおよびその製造方法およびホイールホルダを用いたカッターホイール保持機構 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板にカッターホイールを転動させてスクライブ加工を行う際にカッターホイールを保持するホイールホルダ（チップホルダともいう）に関する。

一般に、ガラス基板やセラミック基板、半導体ウエハなどを分断する際には、スクライブ装置のスクライブヘッドにホイールホルダを取り付け、このホイールホルダに保持させたカッターホイールを脆性材料基板に圧接しながらスクライブ予定ラインに沿って走行させることにより、スクライブラインを形成している。そして、形成されたスクライブラインに沿ってブレイクバー等で撓ませることにより基板を分断している。

カッターホイールを保持するためのホイールホルダは、例えば特許文献１に記載されている。この文献に示す使用例では、ホルダの下部に形成した軸受け部（ピン挿入孔）に支持させた軸（カッターピン）が、カッターホイールの軸孔に挿通されるようにしてある。このカッターホイールは、高い加工精度と長い使用寿命が要求されるため、耐摩耗性に優れた焼結ダイヤモンドや超硬合金などの超硬材料が用いられ、精密な加工がなされている。また、軸（カッターピン）にも耐摩耗性に優れた超硬材料が用いられることが多い。

一方、ホルダ下部の軸受け部には工具鋼が用いられており、超硬材料製の部品に比べると摩耗は避けられない。カッターホイールの回転支承部分、すなわち、軸の外周面、もしくはカッターホイールの軸孔の内面部分も、繰り返しの使用による回転摩擦で摩耗するようになり、たとえ超硬材料でカッターホイールおよび軸を形成したとしても、やがて許容公差を超えてしまう。摩耗によって、ホルダ下部の軸受け部や、カッターホイールの軸孔と軸との間に隙間が生じると、カッターホイールの垂直度が損なわれて高精度のスクライブラインを形成することができなくなる。

特開平９−１８８５３４号公報（図１５など）

そこで、このような摩耗による問題の発生を低減するために、図８に示すようなホイールホルダを用いたカッターホイール保持機構が製品に使用されている。
このホイールホルダは、連結ボルト２０によって合体された左右一対のホルダ部材２１で構成される。ホルダ部材２１の下部にはカッターホイールＡを配置するための空間が形成され、この空間を隔てて左右の支持部２２が設けられている。左右の支持部２２には互いの中心軸が一致するように一直線上に配置されたカッターピン挿入孔２３が設けられている。また、支持部２２の相対する内側面でピン挿入孔２３の開口部には、（ピン挿入孔２３よりわずかに径が大きい）ピン孔２４を備えた超硬材料（焼結ダイヤモンドあるいは超硬合金）のリング体２５がロウ付けで貼り付けられている。これら左右のリング体２５の間に、超硬材料で作られたカッターホイールＡが挟まれ軽く接触した状態で配置されカッターピン２６で支持されるようにしている。

カッターピン２６もまた超硬材料で作製され、左右の支持部２２のピン挿入孔２３に挿入されるとともにリング体２５のピン孔２４を貫通するようにして支持されており、その一端は一方のピン挿入孔２３を細くした部分（細径孔）２７で止められ、他端は他方のピン挿入孔２３の外側面にビス２８によって支持されたワッシャ（カバー）２９で塞がれて抜脱が阻止されている。

このように、カッターホイールＡの左右側面に超硬材料製のリング体２５を接触させることによって、カッターホイールＡの垂直度を高めるとともに回転支承部分の摩耗を抑えて回転精度の維持をはかっている。また、カッターホイールＡの軸孔内面とカッターピン２６の外周面との間に摩耗による隙間が発生しても、カッターホイールＡの垂直度を維持することができ、これにより、一度セッティングしたカッターホイールの交換サイクルを延ばすことが可能となり、また、ホルダ自体の交換サイクルを延ばすことも可能となる。

なお、カッターホイールＡを交換するときは、ワッシャ２９を取り外して、一方のピン挿入孔２３の端に形成した細径孔２７の外部露出面から細径の棒材を押し込んでカッターピン２６を押し出すことによりカッターホイールＡを取り出すことができる。

しかしながら、上述したホイールホルダの構造はカッターホイールの回転精度を長く維持するには非常に有効であるが、その構成上、製造工程が非常に煩雑で加工コストが高くつくといった大きな問題点がある。

図７（ａ）〜（ｅ）はその製造工程を示すものである。ホイールホルダの組み立てに際して、先ず図７（ａ），（ｂ）に示すように、左右に分割したホルダ部材２１の支持部２２の相対する内側面でピン挿入孔２３の開口部に、ピン孔２４が形成された超硬材料製のリング体２５を、ピン挿入孔２３の軸芯とピン孔２４の軸芯とを一致させた状態でロウ付けにより貼り付ける。この作業は、リング体２５の外径（約３ｍｍ）やピン挿入孔２３の径（約０．８ｍｍ）が非常に小さくかつ精度を要するため、ロウ付け面（ピン挿入孔２３の開口面）を外部に露出させる必要があり、そのために、ホイールホルダを二つのホルダ部材２１に分割している。

次いで、図７（ｃ）に示すように、左右のホルダ部材２１を合体させてボルト２０で結合する。このとき、左右のリング体２５の間隔Ｌを、取り付けるカッターホイールＡの幅に合わせて許容公差内に収める調整を行う。すなわち、間隔Ｌが許容公差から外れているときは、一旦締結したボルト２０を取り外して左右のホルダ部材２１ごとに分割し、締結時にホルダ部材２１どうしが当接する内側面（左右ホルダ部材２１の合わせ面）を研磨して調整した上で、再びボルト２０で結合し、間隔Ｌの調整がうまくできたかを確認する。通常、間隔Ｌが許容公差内に入るまでこの一連の作業を数回繰り返す。

次いで、図７（ｄ）に示すように、ピンゲージ３０を左右のピン挿入孔２３並びにリング体２５のピン孔２４に挿通して真直度を確認し、図７（ｅ）のホイールホルダを完成する。

このように、ホイールホルダの作製には加工工程、調整工程が多く、しかも煩雑で面倒な作業が必要とされるため、手間がかかり、製造コストが高くつくといった課題があった。

加えて、上記従来技術では次のような問題点もあった。すなわち、リング体２５がピン挿入孔２３を一部でも塞ぐような状況になると、カッターピン２６の回転、摩耗、寿命に大きな悪影響があるため、図８で示すように、リング体２５のピン孔２４の径は、ピン挿入孔２３よりも少し大きめに形成するようにしている。その結果、カッターピン２６が支持されるピン挿入孔２３の開口端から、カッターピン２６がカッターホイールＡを支持する点までの距離（具体的にはリング体２５の肉厚に相当する距離）が生じ、この部分ではカッターピン２６とリング体２５とが非接触になることから、圧接時にカッターホイールＷに上向きの力が加わったときに、この距離に応じてカッターピン２６に加わるモーメントが大きくなり、カッターピン２６の摩耗を加速させてしまう要因となっていた。

そこで本発明は、第一に、製造工程を簡素化してコストの低減化をはかることができるものでありながら、カッターホイールとしての高い回転精度を保持して使用寿命を延ばすことのできるホイールホルダ並びにその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、第二に、リング体２５の肉厚に応じて生じるモーメントの影響で加速するカッターピンの摩耗を小さく抑えることができるホイールホルダ並びに製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明のホイールホルダの製造方法は、下部にカッターホイールを収めるための下向きに開口した溝と、前記溝を隔てて相対する左右の支持部とが形成されたホルダ部材を用意し、前記左右の支持部を貫通する円柱体取付孔を形成して、前記円柱体取付孔に超硬材料からなる円柱体を、前記溝を横断するとともに左右の支持部を貫通するように取り付ける円柱体取付工程と、ワイヤ放電加工により、前記円柱体の下面側から軸芯に向かうスリットを加工し、前記スリットに続けて円柱体の軸芯部を貫通するピン挿入孔を加工するワイヤ放電加工工程と、前記溝の間で、溝を横断する円柱体の中間部位を切除してカッターホイールを収めるための隙間を加工する隙間形成工程とからなる構成とした。

ここで、ワイヤ放電加工とは、細いワイヤを工具電極とし、このワイヤを２次元の輪郭形状を描くように移動させることによって、放電熱で材料を溶融して糸鋸盤のように輪郭をくり抜いて加工する方法をいう。ワイヤ放電加工は被加工物が導電性の材料であれば加工できるので、工具鋼等の金属製ホルダボディの精密加工に適用できる。
超硬材料とは、具体的には焼結ダイヤモンドまたは超硬合金をいう。これらは耐摩耗性に優れた材料である。

本発明のホイールホルダの製造方法にあっては、円柱体の中間部位（溝に露出する部分）を切除した後に形成されている左右の円柱体のピン挿入孔が、ワイヤ放電加工機の一本のワイヤにより同時に加工されたものであるから、まっすぐ一直線上に形成できており、左右のピン挿入孔の真直度などの加工精度を高めることができ、このピン挿入孔に挿入されたカッターピンで軸支させるカッターホイールの回転精度が向上し、回転支承部分の摩耗を抑えることができる。
また、カッターピンを受けるピン挿入孔が超硬材料製の円柱体全長にわたって長く形成されるので、円柱体全体でほぼ均一に荷重を受けるようになり、挿入されるカッターピンを安定よく保持して、耐荷重性を一段と向上させることができる。
さらに、リング体に相当する部品がなくなり、カッターピンが円柱体に支持される点からカッターピンがカッターホイールを支持する点までの距離は無視できるほど小さくなるので、摩耗を加速させるようなモーメントはほとんど発生しない。

上記発明において、ワイヤ放電加工工程は、ホルダ部材下部の外形輪郭の加工と同時に連続した一連の動作で行われるようにしてもよい。
このようにすれば、ワイヤ放電加工により、ホルダ部材下部の外形輪郭を加工すると同時に円柱体の下面から、円柱体の軸芯部を貫通するピン挿入孔の加工までを、連続した一連の作業で行うので、製造工程を少なくすることができてコストの低減化をはかることができる。

（他の課題を解決するための手段および効果）
また別の観点からなされた本発明のホイールホルダは、上述した製造方法によって形成されることにより、下部にカッターホイールを収めるための下向きに開口した溝と、前記溝を隔てて相対する左右の支持部とが形成されたホルダ部材に、前記左右の支持部を貫通する円柱体取付孔が形成され、超硬材料製の円柱体が前記溝を横断するとともに左右の支持部を貫通するように前記円柱体取付孔に取り付けられ、前記円柱体の下面側から軸芯に向かうスリットと、スリットに続けて円柱体の軸芯を貫通するピン挿入孔がワイヤ放電加工により形成され、さらに、前記溝の間で、溝を横断する円柱体の中間部位が切除されてカッターホイールを収めるための隙間が形成されている構成としている。

このホイールホルダによれば、左右の支持部が一体構造であるから部品点数を少なくすることができるとともに、円柱体の中間部位を切除した後の左右の円柱体のピン挿入孔が、ワイヤ放電加工により左右同時に加工されたものであるから、一直線上に正確に形成することができて真直度などの加工精度を高めることができる。また、カッターピンを受けるピン挿入孔が超硬材料からなる円柱体全長にわたって長く形成されるので、挿入されるカッターピンを確実に保持して耐荷重性を一段と向上させることができる。
さらに、リング体に相当する部品がなくなり、カッターピンが円柱体に支持される点からカッターピンがカッターホイールを支持する点までの距離は無視できるほど小さくなるので、摩耗を加速させるようなモーメントはほとんど発生しない。

また、別の観点からなされた本発明のカッターホイール保持機構は、カッターホイールと前記カッターホイールを保持するためのホイールホルダとからなるカッターホイール保持機構であって、前記ホイールホルダは、下部にカッターホイールを収めるための下向きに開口した溝と、前記溝を隔てて相対する左右の支持部とが形成されたホルダ部材に、前記左右の支持部を貫通する円柱体取付孔が形成され、超硬材料製の円柱体が前記溝を横断するとともに左右の支持部を貫通するように前記円柱体取付孔に取り付けられ、前記円柱体の下面側から軸芯に向かうスリットと、スリットに続けて円柱体の軸芯を貫通するピン挿入孔がワイヤ放電加工により形成され、さらに、前記溝の間で、溝を横断する円柱体の中間部位が切除されてカッターホイールを収めるための隙間が形成され、前記カッターホイールは前記ホイールホルダの隙間に配置され、前記円柱体のピン挿入孔に超硬材料製のカッターピンが挿通され、前記溝内でカッターホイールが左右の円柱体の端面に接触した状態でカッターピンにより支持され、さらに、左右の支持部材の外側面にカバー取付孔が形成され、前記カバー取付孔に支持されたカバーにより、カッターピンの両端部が塞がれてカッターピンの抜脱が阻止されるようにしてある。

本発明のカッターホイール保持機構によれば、上述したホイールホルダによる特徴に加えて、左右の支持部材の外側面に前記カバー取付孔に支持されたカバーにより、カッターピンの両端部が塞がれてカッターピンの抜脱が阻止される。また、カッターホイールを交換したいときには、カバーを取り外してカッターピンを抜き取ることにより容易に行うことができる。

本発明におけるホイールホルダの一実施形態を示す斜視図。 本発明におけるホイールホルダの製造工程の第１段階を示す斜視図。 本発明におけるホイールホルダの製造工程の第２段階を示す斜視図。 ワイヤ放電加工のワイヤ軌跡を示す拡大平面図。 本発明におけるホイールホルダの製造工程を段階的に示す断面図。 本発明のホイールホルダにカッターホイールを取り付けたカッターホイール保持機構を示す斜視図。 従来のホイールホルダの製造工程を段階的に示す断面図。 カッターホイールを取り付けた従来のホイールホルダを示す断面図。

以下において、本発明の詳細をその実施の形態を示す図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明方法によって製造されるホイールホルダＷの斜視図であり、後述する図５（ｄ）でその断面図を示す。このホイールホルダＷは、下部にカッターホイールＡを収めるための下向きに開口した溝１を有し、溝１を隔てて相対する左右の支持部２が設けられたホルダ部材３を備えている。支持部２には、超硬材料（焼結ダイヤモンドまたは超硬合金）からなる円柱体４（一部が切り欠かれている）が支持部２を貫通するように埋め込まれている。そして、円柱体４の軸芯部にはワイヤ放電加工によりピン挿入孔９が加工されている。

以下、図２〜図５に基づいて、本発明にかかる製造方法の工程を説明する。
先ず、図２並びに図５（ａ）に示すように、下部にカッターホイールＡを収めるための下向きに開口した溝１を形成し、溝１を隔てて相対する左右の支持部２を備えた工具鋼などの金属製のホルダ部材３を作製する。このホルダ部材３には、左右の支持部２を貫通する円柱体取付孔５と、後述するカッターピン抜脱防止用のカバーとして機能するワッシャを取り付けるビス孔６（カバー取付孔）並びにホイールホルダＷをスクライブ装置のスクライブヘッド（図示せず）に取り付けるための取付孔７とが予め加工されている。

次いで、図５（ｂ）に示すように、ホルダ部材３の円柱体取付孔５に超硬材料からなる円柱体４を差し込んだ後、ロウ付けで固定する。

このあと、ホルダ部材３を図３に示すようにテーブル上に寝かせて載置し、ワイヤ放電加工機８のワイヤ８ａを図３並びに図４の矢印で示す軌跡Ｒに沿って走行させることにより、ホルダ部材３の下部の外形輪郭を所望の形状に加工する。このとき、円柱体４の下面から円柱体４の軸芯に向かうスリットＳを加工し、続けて円柱体４の軸芯を周回するように移動して軸芯を貫通するピン挿入孔９を一連の作業で加工するようにすれば効率的な加工ができるので好ましい（図１並びに図５（ｃ）参照）。

なお、使用するカッターホイールＡの径に合わせてピン挿入孔９とホルダ部材３の最下端との距離を調整するため、必要に応じてホルダ部材３の下部および円柱体４の下方周面部分を切除して、ホルダ部材３の外形輪郭を所望の形状にする。ホルダ部材３の外形輪郭形状は特に限定されないが、刃先が見えやすく、コンパクトにするため、図４に示すように円柱体４の下方部分は水平面とし、ホルダ部材３の左右端に近い領域は傾斜面にするのが好ましい。

次いで、溝１の間で、溝１を横断する円柱体４の中間部位を、カッターホイールＡの幅に合わせた厚さのダイヤモンドカッター等で切除してカッターホイールを収めるための隙間１０を加工することにより、図５（ｄ）並びに図１に示すような、ホイールホルダＷを作製する。この加工では、隙間１０の幅を、カッターホイールＷの幅に応じた許容公差内に収めることが必要になるが、円柱体４を加工するのであり、しかも直接隙間ゲージなどで隙間の間隔を測りながら加工すればよいので、調整作業は簡単に行うことができる。

このようにして得られたホイールホルダＷの左右のピン挿入孔９は、ワイヤ放電加工機８の一本のワイヤ８ａにより左右同時に加工されたものであるから、一直線上に正確に形成することができて左右のピン挿入孔９の真直度などの加工精度を高めることができる。さらに、カッターピン１２を受けるピン挿入孔９が超硬材料製の円柱体４の全長にわたって長く形成されるので、挿入されるカッターピン１２との耐摩耗性や耐荷重性を一段と向上させることができる。

作製されたホイールホルダＷには、図５（ｅ）に示すように、左右の円柱体４の隙間１０に超硬材料で作られたカッターホイールＡが配置され、円柱体４のピン挿入孔９並びにカッターホイールＡのピン孔１１に超硬材料製のカッターピン１２を挿通することによりカッターホイールＡが軸支される。この際、分断された左右の円柱体４の端面が、カッターホイールＡの左右側面に軽く接触するように隙間１０の寸法が設定されている。
そして、図６に示すように、左右の支持部材２の外側面でビス１３によりワッシャ１４（カバー）を取り付けて、カッターホイール保持機構Ｃを完成させる。これにより、カッターピン１２の両端部が塞がれてカッターピン１２の抜脱が阻止される。また、カッターホイールＡを交換したいときには、ワッシャ１４を取り外してカッターピン１２を抜き取ることにより簡単に交換することができる。

また、カッターホイールＡの側面が、左右の円柱体４の端面に接触して支持されているので、カッターホイールＡの垂直度が高められて回転支承部分の摩耗を抑えることができる。また、カッターホイールＡの内周面とカッターピン１２の外周面との間に摩耗による隙間が発生しても、カッターホイールＡの垂直度を維持することができ、カッターホイールＡの使用寿命を延ばすことができる。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例構造のみに特定されるものではなく、本発明の目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明は、ガラス基板やセラミック基板、半導体ウエハなどの脆性材料基板にスクライブラインを形成するのに用いられるカッターホイールを保持するホイールホルダ、並びにその製造方法に適用することができる。

Ａ カッターホイール
Ｃ カッターホイール保持機構
Ｒ ワイヤの移動軌跡
Ｗ ホイールホルダ
１ 溝
２ 支持部
３ ホルダ部材
４ 円柱体
６ ビス孔（カバー取付孔）
９ ピン挿入孔
１０ 隙間
１２ カッターピン
１４ ワッシャ（カバー）

Claims (4)

1. 下部にカッターホイールを収めるための下向きに開口した溝と、前記溝を隔てて相対する左右の支持部とが形成されたホルダ部材を用意し、前記左右の支持部を貫通する円柱体取付孔を形成して、前記円柱体取付孔に超硬材料からなる円柱体を、前記溝を横断するとともに左右の支持部を貫通するように取り付ける円柱体取付工程と、
   ワイヤ放電加工により、前記円柱体の下面側から軸芯に向かうスリットを加工し、前記スリットに続けて円柱体の軸芯部を貫通するピン挿入孔を加工するワイヤ放電加工工程と、
   前記溝の間で、溝を横断する円柱体の中間部位を切除してカッターホイールを収めるための隙間を加工する隙間形成工程とからなるホイールホルダの製造方法。
2. 前記ワイヤ放電加工工程は、ホルダ部材下部の外形輪郭の加工と同時に連続した一連の動作で行われる請求項１に記載のホイールホルダの製造方法。
3. 下部にカッターホイールを収めるための下向きに開口した溝と、前記溝を隔てて相対する左右の支持部とが形成されたホルダ部材に、前記左右の支持部を貫通する円柱体取付孔が形成され、超硬材料製の円柱体が前記溝を横断するとともに左右の支持部を貫通するように前記円柱体取付孔に取り付けられ、
   前記円柱体の下面側から軸芯に向かうスリットと、スリットに続けて円柱体の軸芯を貫通するピン挿入孔がワイヤ放電加工により形成され、さらに、前記溝の間で、溝を横断する円柱体の中間部位が切除されてカッターホイールを収めるための隙間が形成されているホイールホルダ。
4. カッターホイールと前記カッターホイールを保持するためのホイールホルダとからなるカッターホイール保持機構であって、
   前記ホイールホルダは、下部にカッターホイールを収めるための下向きに開口した溝と、前記溝を隔てて相対する左右の支持部とが形成されたホルダ部材に、前記左右の支持部を貫通する円柱体取付孔が形成され、超硬材料製の円柱体が前記溝を横断するとともに左右の支持部を貫通するように前記円柱体取付孔に取り付けられ、
   前記円柱体の下面側から軸芯に向かうスリットと、スリットに続けて円柱体の軸芯を貫通するピン挿入孔がワイヤ放電加工により形成され、さらに、前記溝の間で、溝を横断する円柱体の中間部位が切除されてカッターホイールを収めるための隙間が形成され、
   前記カッターホイールは前記ホイールホルダの隙間に配置され、
   前記円柱体のピン挿入孔に超硬材料製のカッターピンが挿通され、前記溝内でカッターホイールが左右の円柱体の端面に接触した状態でカッターピンにより支持され、
   さらに、左右の支持部材の外側面にカバー取付孔が形成され、
   前記カバー取付孔に支持されたカバーにより、カッターピンの両端部が塞がれてカッターピンの抜脱が阻止されるようにしたカッターホイール保持機構。

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