JP5067457B2 - スクライビングホイール、スクライブ装置、およびスクライブ方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼結ダイヤモンド製のスクライビングホイール、並びに、このスクライビングホイールを有するスクライブ装置、およびこのスクライビングホイールを用いたスクライブ方法に関する。

従来、２枚のガラス基板を貼り合わせて形成された貼り合わせガラス基板を、一連のスクライブ工程およびブレーク工程によって複数の単位貼り合わせガラスに裁断する技術が、知られている（例えば、特許文献１）。

また、刃先の稜線部に突起部を形成することによって、水平クラックを生じさせることなく、深い垂直クラックをガラス板に発生させる技術も、従来知られている（例えば、特許文献２）。

また、貼り合わせ基板を形成する表裏両面の単板基板を、上下反転および水平方向で９０°回転させることなく、水平方向で直交する２方向に連続して分断する技術も、従来知られている（例えば、特許文献３）。

さらに、ホイールの外径、溝の深さ、溝間の稜線の長さを所望範囲とすることによって、スクライビングホイールの刃先の摩耗を低減させ、スクライビングホイールを長寿命化させる技術も、従来知られている（例えば、特許文献４）。

特許第３０４２１９２号明細書 特許第３０７４１４３号明細書 国際公開第２００５／０８７４５８号 国際公開第２００９／１４８０７３号

ここで、スクライブ工数を低減させる手法の１つとして、スクライビングホイールが脆性材料基板と離隔して移動する時間を最大限削減し、スクライビングホイールと脆性材料基板（例えば、ガラス基板等）とが当接する時間を最大限確保する手法が、挙げられる。

しかしながら、この手法では、脆性材料基板に当接させられた（食い込んだ）状態で、スクライビングホイールの進行方向が変化させられ、場合によっては刃先の突起部が欠損するという問題が生ずる。

そこで、本発明では、脆性材料基板に良好なスクライブラインを形成することができるスクライビングホイール、並びにこのスクライビングホイールを有するスクライブ装置、およびこのスクライビングホイールを用いたスクライブ方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、焼結ダイヤモンド製のスクライビングホイールであって、円盤状の本体部と、前記本体部の外周に設けられた円環状の刃と、前記刃の最外周部に沿って設けられた複数の突起部を有する刃先とを備え、前記刃の厚さは、前記本体部の中心から前記刃先に向かって小さくなり、前記刃の最外周部の中心軸を通る平面の断面がＶ形状をなしており、各突起部は、前記刃先に沿って形成された複数の溝のうち、隣接する溝の間に設けられており、前記焼結ダイヤモンドは、６５．０〜７５．０重量％のダイヤモンドと、３．０〜１０．０重量％の超微粒子炭化物と、残部の結合材とを含み、前記ダイヤモンドの平均粒子径は、０．６〜１．５μｍの範囲であり、前記結合材は、コバルトを主成分とする鉄系金属であることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のスクライビングホイールにおいて、前記超微粒子炭化物は、６．０〜８．０重量％の範囲であるとともに、１．０〜４．０重量％の炭化チタンと、残部の炭化タングステンとを含むことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のスクライビングホイールを、脆性材料基板に対し、圧接転動させることによって、前記脆性材料基板上にスクライブラインを形成するスクライブユニットと、前記脆性材料基板を保持しつつ、保持された前記脆性材料基板をスクライブユニットに対して相対的に移動させる保持ユニットとを備えることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１または請求項２に記載のスクライビングホイールによって、脆性材料基板上にスクライブラインを形成する方法であって、(a)前記スクライビングホイールを前記脆性材料基板に当接させつつ、前記脆性材料基板と平行な第１水平方向に前記スクライビングホイールを相対的に移動させる工程と、(b)前記工程(a)の後、前記スクライビングホイールを前記脆性材料基板に当接させた状態で、前記スクライビングホイールの移動方向を、前記第１水平方向と異なり、前記脆性材料基板と平行な第２水平方向に変更する工程とを備えることを特徴とする。

請求項１から請求項４に記載の発明によれば、スクライビングホイールを構成する焼結ダイヤモンドは、６５．０〜７５．０重量％のダイヤモンドと、３．０〜１０．０重量％の超微粒子炭化物と、残部の結合材と、を含むとともに、ダイヤモンドの平均粒子径は、０．６〜１．５μｍの範囲であり、結合材は、コバルトを主成分とする鉄系金属である。

これにより、この焼結ダイヤモンド製のスクライビングホイールは、耐摩耗性および耐衝撃強度特性だけでなく、耐捩り強度特性を向上させることができる。すなわち、スクライビングホイールが切断対象となる脆性材料基板に当接させられた状態で、スクライビングホイールの進行方向が変化させられる場合であっても、刃先の突起部が欠損することを有効に防止できる。そのため、スクライビングホイールのさらなる長寿命化を実現することができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、超微粒子炭化物に１．０〜４．０重量％の炭化チタンが含まれている。これにより、焼結過程におけるダイヤモンドの溶融−凝固時において、ダイヤモンド粒子の異常粒成長を抑制することができる。そのため、さらに耐捩り強度特性を向上させることができる。

本発明の実施の形態におけるスクライブ装置の全体構成の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態におけるスクライブ装置の全体構成の一例を示す側面図である。 スクライビングホイール付近の構成の一例を示す正面図である。 スクライビングホイール付近の構成の一例を示す下面図である。 キャスター効果を説明するための下面図である。 スクライビングホイールの構成の一例を示す側面図である。 スクライビングホイールの構成の一例を示す正面図である。 図６のＡ部分の拡大図である。 スクライビングホイールの刃先に形成された溝形状の他の例を示す図である。 スクライビングホイールの刃先に形成された溝形状の他の例を示す図である。 スクライビングホイールの刃先に形成された溝形状の他の例を示す図である。 耐捩り試験を説明するための平面図である。 実施例１、比較例１、および比較例２の試験条件を説明するための図である。 耐捩り試験前における実施例１のスクライビングホイールの突起部を示す写真である。 耐捩り試験後における実施例１のスクライビングホイールの突起部を示す写真である。 耐捩り試験前における比較例１のスクライビングホイールの突起部を示す写真である。 耐捩り試験後における比較例１のスクライビングホイールの突起部を示す写真である。 耐捩り試験前における比較例２のスクライビングホイールの突起部を示す写真である。 耐捩り試験後における比較例２のスクライビングホイールの突起部を示す写真である。 実施例２、比較例１、および比較例２の試験条件を説明するための図である。

＜１．スクライブ装置の構成＞
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２は、それぞれスクライブ装置１の全体構成の一例を示す正面図および側面図である。図３および図４は、スクライビングホイール５０付近の構成の一例を示す正面図および下面図である。図５は、キャスター効果を説明するための下面図である。

スクライブ装置１は、例えばガラス基板またはセラミックス基板等のように、脆性材料で形成された基板（以下、単に、「脆性材料基板」とも呼ぶ）４の表面に、スクライブライン（切りすじ：縦割れ）を入れる装置である。

図１および図２に示すように、スクライブ装置１は、主として、保持ユニット１０と、スクライブユニット２０と、撮像部ユニット６０と、制御ユニット９０と、を備えている。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。

ここで、図３に示すように、スクライブ装置１により脆性材料基板４の表面にスクライブラインＳＬが形成されると、脆性材料基板４には、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びる垂直クラックＫが発生する（スクライブ工程）。

そして、この垂直クラックＫが発生した脆性材料基板４に対して応力が付与されること（ブレーク工程）によって、スクライブラインＳＬが形成された脆性材料基板４の主面から、その逆側の主面まで垂直クラックＫを成長させ、脆性材料基板４を切断する手法を、「割断」と呼ぶ。

一方、スクライブ工程のみによって（すなわち、ブレーク工程を実行することなく）、垂直クラックＫを脆性材料基板４のスクライブラインＳＬの主面から逆側の主面まで伸展させ、脆性材料基板４を切断する手法を、「分断」と呼ぶ。

これら、割断および分断は、切断のための本質的な要素が垂直クラックの伸展である点で、切りくずをだすことが切断のための本質的な要素であるダイヤモンドカッティングソー（若しくはホイール）、またはダイヤモンドダイシングソーを用いた研削切断よりも好ましい切断手法である。

また、本実施の形態のスクライブ方法により割断または分断可能な脆性材料基板４の材質の例としては、ガラス、セラミック、シリコン、またはサファイア等が挙げられる。特に近年、通信機器関連の高周波モジュールに用いる基板として、ＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）から、比較的加工のしやすいＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）への移行が加速している。そのため、本実施の形態のスクライブ方法は、益々有効に用いられることになる。

保持ユニット１０は、脆性材料基板４を保持するとともに、保持された脆性材料基板４をスクライブユニット２０に対して相対的に移動させる。図１に示すように、保持ユニット１０は、基部１０ａ上に設けられており、主として、テーブル１１と、ボールねじ機構１２と、モータ１３と、を有している。

ここで、基部１０ａは、例えば略直方体状の石定盤により形成されており、その上面（保持ユニット１０と対向する面）は、平坦加工されている。これにより、基部１０ａの熱膨張を低減でき、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を良好に移動させることができる。

テーブル１１は、載置された脆性材料基板４を吸着保持する。また、テーブル１１は、保持された脆性材料基板４を、矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「進退方向」とも呼ぶ）に進退させるとともに、矢印Ｒ１方向に回転させる。図１および図２に示すように、テーブル１１は、主として、吸着部１１ａと、回転台１１ｂと、移動台１１ｃと、を有している。

吸着部１１ａは、回転台１１ｂの上側に設けられている。図１および図２に示すように、吸着部１１ａの上面には、脆性材料基板４が載置可能とされている。また、吸着部１１ａの上面には、複数の吸着溝（図示省略）が格子状に配置されている。したがって、脆性材料基板４が載置された状態で、各吸着溝内の雰囲気が排気（吸引）されることによって、脆性材料基板４は、吸着部１１ａに対して吸着される。

回転台１１ｂは、吸着部１１ａの下側に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸１１ｄを中心に吸着部１１ａを回転させる。また、移動台１１ｃは、回転台１１ｂの下側に設けられており、進退方向に沿って、吸着部１１ａおよび回転台１１ｂを移動させる。

したがって、テーブル１１に吸着保持された脆性材料基板４は、矢印ＡＲ１方向に進退させられるとともに、吸着部１１ａの進退動作にともなって移動する回転軸１１ｄを中心に回転させられる。

ボールねじ機構１２は、テーブル１１の下側に配置されており、テーブル１１を矢印ＡＲ１方向に進退させる。図１および図２に示すように、ボールねじ機構１２は、主として、送りネジ１２ａと、ナット１２ｂと、を有している。

送りネジ１２ａは、テーブル１１の進退方向に沿って延びる棒体である。送りネジ１２ａの外周面には、螺旋状の溝（図示省略）が設けられている。また、送りネジ１２ａの一端は支持部１４ａにより、送りネジ１２ａの他端は支持部１４ｂにより、それぞれ回転可能に支持されている。さらに、送りネジ１２ａは、モータ１３と連動連結されており、モータ１３が回転すると、その回転方向に送りネジ１２ａが回転する。

ナット１２ｂは、送りネジ１２ａの回転にしたがい、不図示のボールの転がり運動によって、矢印ＡＲ１方向に進退する。図１および図２に示すように、ナット１２ｂは、移動台１１ｃの下部に固定されている。

したがって、モータ１３が駆動させられ、モータ１３の回転力が送りネジ１２ａに伝達されると、ナット１２ｂは、矢印ＡＲ１方向に進退する。その結果、ナット１２ｂが固定されているテーブル１１は、ナット１２ｂと同様に矢印ＡＲ１方向に進退する。

一対のガイドレール１５、１６は、進行方向におけるテーブル１１の移動を規制する。図２に示すように、一対のガイドレール１５、１６は、基部１０ａ上において、矢印ＡＲ２方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

複数（本実施の形態では２つ）の摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、ガイドレール１５に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

複数（本実施の形態では２つ：ただし、図示の都合上、摺動部１８ａのみ記載）の摺動部１８は、ガイドレール１６に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１８は、摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）と同様に、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

このように、モータ１３の回転力がボールねじ機構１２に付与されると、テーブル１１は、一対のガイドレール１５、１６に沿って移動する。そのため、進退方向におけるテーブル１１の直進性を確保することができる。

スクライブユニット２０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対し、焼結ダイヤモンド製のスクライビングホイール５０（図３参照）を圧接転動させることによって、脆性材料基板４の表面にスクライブラインＳＬを形成する。図１および図２に示すように、スクライブユニット２０は、主として、ヘッド部３０と、駆動部４０と、を有している。

ヘッド部３０は、不図示の昇降・加圧機構によって、保持されたスクライビングホイール５０から脆性材料基板４の表面に対し、押圧力（以下、単に、「スクライブ荷重」とも呼ぶ）を付与する。図３に示すように、ヘッド部３０は、ホルダ３５を有している。また、ホルダ３５は、スクライビングホイール５０を回転自在に保持する要素である。図３に示すように、ホルダ３５は、主として、ピン３６と、支持枠体３７と、旋回部３８と、を有している。

ピン３６は、スクライビングホイール５０を貫通する貫通孔５０ａに、挿入された状態で固定された棒体である。ここで、貫通孔５０ａは、図３および図４に示すように、Ｘ軸と略平行な回転軸５０ｂに沿って延びている。

支持枠体３７は、図３に示すように、貫通孔５０ａの両開口（両端）を覆うように配置された構造物である。貫通孔５０ａの両端から突出するピン３６は、支持枠体３７に対して、回転可能に設置されている。したがって、ピン３６に固定されたスクライビングホイール５０は、支持枠体３７に対して回転自在とされている。

旋回部３８は、図３に示すように、支持枠体３７の上部に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸３８ａを中心に支持枠体３７を回転させる。図４に示すように、下面から見た旋回部３８の回転軸３８ａの位置と、脆性材料基板４における保持ユニット１０の設置位置５０ｃとは、ズレている。

これにより、スクライビングホイール５０の進行方向が、図５に示すように、矢印ＡＲ３（２点鎖線）方向から矢印ＡＲ４（実線）方向に変化すると、キャスター効果によりスクライビングホイール５０には、回転軸３８ａ周りのトルクが働く。そのため、スクライビングホイール５０は矢印Ｒ２方向に回動し、スクライビングホイール５０の位置は２点鎖線位置から実線位置に変化する。

このように、スクライビングホイール５０の進行方向が変化して、スクライビングホイール５０の姿勢が進行方向に対して角度θ１だけズレた場合であっても、スクライビングホイール５０に矢印Ｒ２方向のトルクが働く。その結果、スクライビングホイール５０の姿勢と、スクライビングホイール５０の進行方向が略平行となるように、スクライビングホイール５０が旋回する。

駆動部４０は、スクライビングホイール５０が設けられたヘッド部３０を、矢印ＡＲ２方向（Ｙ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「往復方向」とも呼ぶ）に往復させる。図２に示すように、駆動部４０は、主として、支柱４１と、レール４２と、モータ４３と、を有している。

複数（本実施の形態では２本）の支柱４１（４１ａ、４１ｂ）は、基部１０ａから上下方向（Ｚ軸方向）に延びる。図２に示すように、各ガイドレール４２は、支柱４１ａ、４１ｂの間に挟まれた状態で、これら支柱４１ａ、４１ｂに対して固定される。

複数（本実施の形態では２本）のガイドレール４２は、往復方向におけるヘッド部３０の移動を規制する。図２に示すように、複数のガイドレール４２は、上下方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

モータ４３は、不図示の送り機構（例えば、ボールねじ機構）と連動連結されている。これにより、モータ４３が回転すると、ヘッド部３０は、複数のガイドレール４２に沿って矢印ＡＲ２方向に往復する。

スクライビングホイール５０は、脆性材料基板４上に圧接転動させられることによって、脆性材料基板４上にスクライブラインＳＬ（図３参照）を形成する。スクライビングホイール５０は、例えば、焼結ダイヤモンド（Polycrystalline diamond：以下、単に、「ＰＣＤ」とも称する）を成形したものである。なお、スクライビングホイール５０の詳細な構成については、後述する。

撮像部ユニット６０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を撮像する。図２に示すように、撮像部ユニット６０は、複数のカメラ６５（６５ａ、６５ｂ）を有している。

複数（本実施の形態では２台）のカメラ６５（６５ａ、６５ｂ）は、図１および図２に示すように、保持ユニット１０の上方に配置されている。各カメラ６５（６５ａ、６５ｂ）は、脆性材料基板４上に形成された特徴的な部分（例えば、アライメントマーク（図示省略））の画像を撮像する。そして、各カメラ６５（６５ａ、６５ｂ）により撮像された画像に基づいて、脆性材料基板４の位置および姿勢が求められる。

ここで、脆性材料基板４の「位置」とは、絶対座標系における脆性材料基板４上の任意の位置を言うものとする。また、脆性材料基板４の「姿勢」とは、ヘッド部３０の往復方向に対する脆性材料基板４の基準線（例えば、脆性材料基板４が角形の場合、４辺のうちの１辺）の傾きを言うものとする。

さらに、本実施の形態において、角形の脆性材料基板４が使用されており、脆性材料基板４の４つのコーナーのうち、隣接する２つのコーナーにはアライメントマークが形成されている。また、各アライメントマークは、対応するカメラ６５ａ、６５ｂで撮像され、これら撮像された画像に基づいて、絶対座標系における各アライメントマークの位置が求められる。そして、これらアライメントマークの位置に基づいて、脆性材料基板４の位置および姿勢が演算される。

制御ユニット９０は、スクライブ装置１の各要素の動作制御、およびデータ演算を実現する。図１および図２に示すように、制御ユニット９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３と、を有している。

ＲＯＭ（Read Only Memory）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Random Access Memory）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（保持ユニット１０の進退・回転動作、および駆動部４０によるヘッド部３０の往復動作等の制御）、並びに脆性材料基板４の位置および姿勢演算等のデータ処理を実行する。

例えば、ＣＰＵ９３は、
（１）脆性材料基板４の位置および姿勢を演算するとともに、
（２）この位置および姿勢の演算結果に基づいて、回転台１１ｂを回転動作させ、かつ、移動台１１ｃを進退動作させることによって、
ヘッド部３０に対する脆性材料基板４のアライメント処理を実行させる。

＜２．スクライビングホイールの構成＞
図６および図７は、スクライビングホイール５０の構成の一例を示す側面図および正面図である。図８は、図６のＡ部分の拡大図である。図３ないし図７に示すように、スクライビングホイール５０は、２つの円錐台の下底面（ただし、下底面は上底面より面積が大きい）が互いに対向するように配置されたものであり、略円盤形状（算盤珠形状）を有している。図６ないし図８に示すように、スクライビングホイール５０は、主として、本体部５１と、刃５２と、刃先５２ａと、を有している。

本体部５１は、図６および図７に示すように、円盤状とされており、本体部５１の中心付近には、回転軸５０ｂに沿って本体部５１を貫通する貫通孔５０ａが設けられている。また、本体部５１の外周には、円環状の本体部５１が設けられている。

刃５２は、図６に示すように、回転軸５０ｂを中心とした同心円状の内周および外周により形成される円環状体である。図７に示すように、刃５２は、正面視Ｖ字状とされている。回転軸５０ｂに沿った刃５２の厚さＴｂ（図７参照）は、回転軸５０ｂ側から刃先５２ａに向かうに従って、徐々に小さくなる。

刃先５２ａは、刃５２の最外周部（すなわち、刃５２のうち、回転軸５０ｂからの距離が最大となり、刃５２の厚さＴｂが最小となる部分）に沿って設けられている。図８に示すように、刃先５２ａは、突起部５４を有するとともに、刃先５２ａには、溝５３と、稜線５４ａと、が設けられている。

複数の溝５３は、刃先５２ａに設けられた側面視略Ｖ字状の凹みである。図８に示すように、隣接する溝５３は、刃５２の外周に沿って所望のピッチＰだけ隔てて形成されている。

複数の突起部５４は、図８に示すように、本体部５１の最外周部に沿って設けられている。より具体的には、各突起部５４は、刃先５２ａに沿って設けられた複数の溝５３のうち、隣接する溝５３の間に設けられている。

なお、図８には、図示の都合上、３つの溝５３、および４つの突起部５４のみが記載されている。また、刃先５２ａに形成されている複数の溝５３は、ミクロンオーダで意図的に加工されたものである。したがって、複数の溝５３は、刃先５２ａ形成時の研削加工により必然的に形成される研削条痕とは、区別されるものである。

＜２．１．スクライビングホイールの寸法＞
ここで、スクライビングホイール５０の外径Ｄｍ（図７参照）は、好ましくは、１〜５（ｍｍ）（さらに好ましくは、１〜３（ｍｍ））の範囲である。スクライビングホイール５０の外径Ｄｍが１ｍｍより小さい場合には、スクライビングホイール５０の取り扱い性および耐久性が低下する。一方、スクライビングホイール５０の外径Ｄｍが５ｍｍより大きい場合には、スクライブ時の垂直クラックＫが脆性材料基板４に対して深く形成されないことがある。

また、スクライビングホイール５０の厚さＴｈ（図７参照）は、好ましくは、０．５〜１．２（ｍｍ）（さらに好ましくは、０．５〜１．１（ｍｍ））の範囲である。スクライビングホイール５０の厚さＴｈが０．５ｍｍより小さい場合には、加工性および取り扱い性が低下することがある。一方、スクライビングホイール５０の厚さＴｈが１２ｍｍより大きい場合には、スクライビングホイール５０の材料および製造のためのコストが高くなる。

また、刃５２の刃先角θ２（図７参照）は、通常鈍角であり、好ましくは、９０＜θ２≦１６０（ｄｅｇ）（さらに好ましくは、１００≦θ２≦１４０（ｄｅｇ））の範囲である。なお、刃先角θ２の具体的角度は、切断する脆性材料基板４の材質、および／または、厚さ等から適宜設定される。

また、刃先５２ａに形成される溝５３の深さＤｐ（換言すると突起部５４の高さ）は、好ましくは、１〜６０（μｍ）、通常、２〜２５（μｍ）（さらに好ましくは、３〜１５（μｍ））の範囲である。

また、隣接する溝５３の間のピッチＰ（図８参照）は、好ましくは、２０〜２００（μｍ）（さらに好ましくは、３０〜７０（μｍ））の範囲である。隣接する溝５３の間のピッチＰが、２０μｍより小さい場合には、スクライビングホイール５０の刃先５２ａの摩耗が大きくなり、耐久性が低下することがある。一方、このピッチＰが２００μｍより大きい場合には、良好な垂直クラックＫを脆性材料基板４に形成できないことがある。

また、隣接する溝５３の間に形成される稜線５４ａの長さＬ（図８参照）は、好ましくは、２５〜７５（μｍ）（さらに好ましくは、２５〜７５（μｍ））の範囲である。この稜線５４ａの長さＬが２５μｍより小さい場合には、十分な有効切削長さを確保できず、スクライビングホイール５０の寿命が短くなるという問題が生ずる。

また、稜線５４ａの長さＬに対する溝５３の幅Ｗの割合Ｒｔ（＝Ｗ／Ｌ）は、好ましくは、０．５〜５．０（さらに好ましくは、１．０〜３．５）の範囲である。この場合、有効切削長さが十分確保できる。

＜２．２．スクライビングホイールに含まれる材料＞
また、スクライビングホイール５０の成形に用いられる焼結ダイヤモンドは、ダイヤモンド粒子と、残部の結合相と、を有しており、隣り合うダイヤモンド粒子同士が互いに結合していることが好ましい。隣り合うダイヤモンド粒子同士が互いに結合していることによって、優れた耐摩耗性及び強度が得られる。

ここでは、焼結ダイヤモンドに含まれる材料のうち、ダイヤモンド粒子、並びに結合相に含まれる結合材および添加剤について、説明する。

ダイヤモンド粒子の平均粒子径は、好ましくは、０．６〜１．５（μｍ）（さらに好ましくは、０．７〜１．０（μｍ））の範囲である。

ここで、スクライビングホイール５０では、突起部５４の稜線５４ａにおいて鋭利さが求められる。そのため、ダイヤモンド粒子の平均粒子径は、少なくとも１．５μｍ以下の超微粒子であることが必要とされる。

一方、ダイヤモンドの平均粒子径が０．６μｍ未満となる場合、ダイヤモンド粒界においてクラックが伝播し易くなる。そのため、刃先５２ａの突起部５４に繰り返し捩り力が働くと、この突起部５４の欠損が助長される。その結果、スクライビングホイール５０の寿命が短くなるという問題が生ずる。

焼結ダイヤモンド中におけるダイヤモンドの含有量は、好ましくは、６５．０〜７５．０（重量％）（さらに好ましくは、６８．０〜７２．０（重量％）：８５．０〜８６．０（容量％））の範囲である。ここで、ダイヤモンドの含有量が６８．０重量％未満の場合、燒結ダイヤモンドの耐摩耗性が低下する。

添加剤としては、例えば、タングステン、チタン、ニオブ、タンタルより選ばれる少なくとも１種以上の元素の超微粒子炭化物が好適に使用される。

ここで、焼結ダイヤモンド中における超微粒子炭化物の含有量は、好ましくは、３．０〜１０．０（重量％）の範囲である。

さらに好ましくは、超微粒子炭化物の含有量は、６．０〜８．０（重量％）の範囲であり、超微粒子炭化物は、１．０〜４．０（重量％）の炭化チタンと、残部の炭化タングステンと、を含む。これにより、焼結過程におけるダイヤモンドの溶融−凝固時において、ダイヤモンド粒子の異常粒成長を抑制することができる。そのため、さらに耐捩り強度特性を向上させることができる。

結合材としては、通常、鉄族元素が好適に使用される。鉄族元素としては、例えばコバルト、ニッケル、鉄等が挙げられ、この中でもコバルトが好適である。また、焼結ダイヤモンド中における結合材の含有量は、好ましくは、ダイヤモンドおよび超微粒子炭化物の残部であり、さらに好ましくは、２０〜２５（重量％）の範囲である。

なお、本実施の形態における「重量％」は、ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectrometry）により行われた元素分析に基づいて、求められている。一方、「容量％」は、空孔を含む焼結ダイヤモンドの全体積に対するダイヤモンド粒子の合計体積の割合をいう。

＜３．スクライビングホイールの製造方法＞
スクライビングホイール５０の製造方法を説明するにあたって、まず、焼結ダイヤモンドの焼結手法を説明し、続いて、焼結ダイヤモンドからスクライビングホイール５０を成形する手法について説明する。

＜３．１．焼結ダイヤモンドの焼結手法＞
ここでは、焼結ダイヤモンドの焼結手法について説明する。この焼結手法では、まず、上述のダイヤモンド粒子、結合材、添加剤を混合する。次に、ダイヤモンドが熱力学的に安定となる高温および超高圧下において、これらの混合物が焼結される。これにより、焼結ダイヤモンドが製造される。

ここで、焼結時において、超高圧発生装置の金型内の圧力は、好ましくは、５〜８（ＧＰａ）の範囲である。また、この金型内の温度は、好ましくは、１５００〜１９００（℃）の範囲である。

＜３．２．スクライビングホイールの成形手法＞
ここでは、製造された焼結ダイヤモンドからスクライビングホイール５０を成形する手法について説明する。まず、本成形手法では、まず、好適厚さ（０．５〜１．２（ｍｍ））とされた焼結ダイヤモンドから、所望の半径となる円盤が切り取られる。

次に、回転軸５０ｂに沿った刃５２の厚さＴｂが回転軸５０ｂ側から刃先５２ａに向かうに従って徐々に小さくなるように、円盤の周縁部が削られる。これにより、円盤の周縁部に、正面視Ｖ字状の刃５２が形成される。

そして、レーザ加工、放電加工、または研削加工等の従来公知の加工方法によって、刃先５２ａに複数の溝５３が形成される。なお、本実施の形態のスクライビングホイール５０は、上述のように小径（１〜５（ｍｍ））であり、溝５３の形成には、加工精度が求められる。そのため、溝５３の加工方法としてはレーザ加工が推奨され、使用されるレーザ光としては、例えばＹＡＧレーザが挙げられる。

＜４．スクライブ方法＞
ここでは、スクライビングホイール５０により、脆性材料基板４上にスクライブラインＳＬを形成する手法について説明する。

本手法において、ヘッド部３０のスクライビングホイール５０は、不図示の昇降・加圧機構により脆性材料基板４に対して圧接される。また、保持ユニット１０のモータ１３、および／または、駆動部４０のモータ４３が、駆動させられ、ヘッド部３０が、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して水平面内で相対的に移動させられる。そのため、脆性材料基板４上には、スクライビングホイール５０により所望のスクライブラインＳＬが形成され、垂直クラックＫが発生する。

ここで、スクライブ荷重は、好ましくは、５〜５０（Ｎ）（さらに好ましくは、１５〜３０（Ｎ））の範囲である。また、脆性材料基板４に対するスクライビングホイール５０の移動速度（以下、単に、「スクライブ速度」とも呼ぶ）は、好ましくは、５０〜３００（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲である。なお、スクライブ荷重およびスクライブ速度の具体的な値は、脆性材料基板４の材質、および／または、厚さ等から適宜設定される。

また、脆性材料基板４上には、ヘッド部３０の相対移動に応じて、以下のようなスクライブラインＳＬが形成される。

例えば、モータ４３が停止させられた状態で、モータ１３が駆動させられると、ヘッド部３０が停止させられた状態で、保持ユニット１０が進退方向（図１の矢印ＡＲ１方向）に移動させられる。すなわち、ヘッド部３０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して進退方向に相対移動する。そのため、脆性材料基板４の上面には、この進退方向に沿ったスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

一方、モータ１３が停止させられた状態で、モータ４３が駆動させられると、保持ユニット１０が停止させられた状態で、ヘッド部３０が往復方向（図２の矢印ＡＲ２方向）に移動させられる。すなわち、ヘッド部３０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して往復方向に相対移動する。そのため、脆性材料基板４の上面には、この往復方向に沿ったスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

また、各モータ１３、４３の動作状態が、（１）モータ４３が停止させられ、モータ１３が駆動させられた状態から、（２）モータ１３が停止させられ、モータ４３が駆動させられた状態に変化すると、ヘッド部３０の移動方向が、キャスター効果によって脆性材料基板４と平行な進退方向（第１水平方向）から往復方向（第２水平方向）に変化する。すなわち、スクライビングホイール５０が脆性材料基板４と当接したまま、スクライビングホイール５０の刃先５２ａの向きが９０度変更させられる。そのため、脆性材料基板４の上面には、略Ｌ字状のスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

さらに、モータ１３、４３が同時に回転する場合、ヘッド部３０の進行方向は、進退方向（矢印ＡＲ１方向）および往復方向（矢印ＡＲ２方向）に対して傾いた状態となる。そのため、脆性材料基板４の上面には、進退方向および往復方向に対して傾いた状態のスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。さらに、モータ１３、４３の回転数が変化させられる場合、曲線状のスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

ここで、本実施の形態において、略Ｌ字状のスクライブラインが形成されるように脆性材料基板４に垂直クラックＫ（図３参照）を発生させることを、「Ｌ字スクライブ」とも呼ぶ。

なお、割断の場合には、ブレーク装置（図示省略）によって、脆性材料基板４の主面のうち、（１）スクライブラインＳＬが形成された主面（以下、単に、「形成面」とも呼ぶ）と、（２）形成面と逆側の主面と、に対し、応力が付与される。そのため、スクライブ工程において脆性材料基板４に発生した垂直クラックＫは、形成面と逆側の面まで成長し、脆性材料基板４が切断される（ブレーク工程）。

また、分断の場合には、スクライブ工程によって、深い垂直クラックＫが形成される。そのため、ブレーク装置（図示省略）は必要とされず、スクライブ工程のみで脆性材料基板４が切断される。

＜５．本実施の形態におけるスクライビングホイールの利点＞
以上のように、本実施の形態のスクライビングホイール５０は、焼結ダイヤモンド製であり、この焼結ダイヤモンドは、６５．０〜７５．０重量％のダイヤモンドと、３．０〜１０．０重量％の超微粒子炭化物と、残部の結合材と、を含むとともに、ダイヤモンドの平均粒子径は、０．６〜１．５μｍの範囲であり、結合材は、コバルトを主成分とする鉄系金属である。

これにより、このスクライビングホイール５０は、耐摩耗性および耐衝撃強度特性だけでなく、耐捩り強度特性を向上させることができる。すなわち、スクライビングホイール５０が脆性材料基板４に当接させられた状態で、スクライビングホイール５０の進行方向が変化させられる場合であっても、刃先５２ａの突起部５４が欠損することを有効に防止できる。そのため、スクライビングホイール５０のさらなる長寿命化を実現することができる。

＜６．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

本実施の形態において、刃先５２ａに設けられた複数の溝５３の形状は、側面視略Ｖ字状であるものとして説明したが、これに限定されるものでない。図９から図１１は、スクライビングホイール５０の刃先５２ａに形成された溝５３の他の例を示す図である。図９に示すように、溝５３は、例えば、側面視台形状の凹みであっても良い。また、図１０および図１１に示すように、側面視円弧状または矩形状の凹みであっても良い。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではない。

＜実施例１＞
ここでは、実施例１について説明する。図１２は、耐捩り試験を説明するための平面図である。図１３は、実施例１および比較例１、２のそれぞれに対応するスクライビングホイール５０の材質および寸法、並びに耐捩り試験の条件を示す図である。

この耐捩り試験では、図１２に示すように、Ｌ字スクライブが繰り返し実行される。そして、各スクライビングホイール５０の刃先５２ａの突起部５４の欠損状況が観察されることによって、実施例１、および比較例１、２のそれぞれに対応するスクライビングホイール５０の耐捩り強度特性が判断される。

図１３に示すように、実施例１のスクライビングホイール５０を構成する燒結ダイヤモンドについて、ダイヤモンドの平均粒子径および含有量、鉄族金属の含有量、並びに超微粒子炭化物の含有量は、いずれも好ましい範囲内である。

一方、比較例１のスクライビングホイール５０を構成する燒結ダイヤモンドは、
（１）ダイヤモンドの平均粒子径が、好ましい範囲の上限値より大きく、
（２）ダイヤモンドの含有量が、好ましい範囲の下限値より少なく、かつ、
（３）炭化物の含有量が、好ましい範囲の上限値より多い、
点で、実施例１のスクライビングホイール５０を構成する燒結ダイヤモンドと相違する。

また、比較例２のスクライビングホイール５０を構成する燒結ダイヤモンドは、
（１）ダイヤモンドの平均粒子径が、好ましい範囲の下限値より小さい、
点で、実施例１のスクライビングホイール５０を構成する燒結ダイヤモンドと相違する。

ここで、耐捩り試験で実行されるＬ字スクライブは、以下の手順により実行される。まず、保持ユニット１０のモータ１３が停止させられた状態で、駆動部４０のモータ４３が駆動させられることによって、ヘッド部３０のスクライビングホイール５０が、Ｙ軸プラス方向に移動させられる。これにより、脆性材料基板４上に長さＤ１のスクライブラインＳＬ１が形成される。

次に、駆動部４０のモータ４３が駆動状態から停止状態とされ、保持ユニット１０のモータ１３が停止状態から駆動状態とされる。これにより、スクライビングホイール５０の刃先５２ａの突起部５４が脆性材料基板４に当接しつつ（食い込みつつ）、キャスター効果によりスクライビングホイール５０の進行方向が約９０度変化する。

続いて、ヘッド部３０のスクライビングホイール５０が、さらにＸ軸プラス方向に移動させられることによって、脆性材料基板４上に長さＤ２のスクライブラインＳＬ２が形成される。

そして、スクライブラインＳＬ１、ＳＬ２を形成するＬ字スクライブが、複数回実行された後において、刃先５２ａの突起部５４の欠損状況（例えば、突起部５４の欠損個数）が求められることによって、実施例１、および比較例１、２のそれぞれに対応するスクライビングホイール５０の耐捩り強度特性が求められる。

図１４は、耐捩り試験前における実施例１のスクライビングホイール５０の突起部５４を示す写真である。図１５は、耐捩り試験後（Ｌ字スクライブを１０００回実行した後）における実施例１のスクライビングホイール５０の突起部５４を示す写真である。図１４および図１５に示すように、耐捩り試験後の実施例１の突起部５４には多少の欠損が存在するものの、１０００回実行後のスクライビングホイール５０によっても良好にＬ字スクライブを実行できた。

図１６および図１８は、耐捩り試験前における比較例１および２のスクライビングホイール５０の突起部５４を示す写真である。図１７および図１９は、耐捩り試験後（Ｌ字スクライブを１０回実行した後）における比較例１および２のスクライビングホイール５０の突起部５４を示す写真である。

比較例１および２のスクライビングホイール５０は、図１７および図１９に示すように、１０回実行時点において突起部５４が著しく欠損しており、１０回以上スクラブ工程を続行することができなかった。

そして、比較例１および２の結果は、以下のことに起因すると考えられる。すなわち、比較例１のダイヤモンドの含有量は、６４．０重量％であり、好ましい範囲（６８．０〜７２．０（重量％））の下限値より小さい。これにより、比較例１のスクライビングホイール５０の耐摩耗性が低下したものと考えられる。そのため、比較例１のスクライビングホイール５０の寿命が、実施例１のものより短くなったと考えられる。

また、比較例２のダイヤモンドの平均粒子径は、０．５μｍであり、好ましい範囲（０．６〜１．５（μｍ））より小さい。これにより、実施例１より比較例２の方が、ダイヤモンド粒界でクラックが発生し易く、刃先５２ａの突起部５４が欠損し易い。すなわち、実施例１より比較例２の方が、耐捩り強度特性が劣る。そのため、比較例２のスクライビングホイール５０の寿命が、実施例１のものより短くなったと考えられる。

このように、実施例１の燒結ダイヤモンドにより作製されたスクライビングホイール５０が脆性材料基板４に当接させられた状態で、このスクライビングホイール５０の進行方向が変化させられる場合であっても、刃先５２ａの突起部５４が欠損することを有効に防止できる。そのため、スクライビングホイール５０のさらなる長寿命化を実現することができる。

＜実施例２＞
ここでは、実施例２について説明する。図２０は、実施例２および比較例１、２のそれぞれに対応するスクライビングホイール５０の材質および寸法、並びに耐捩り試験の条件を示す図である。

図２０に示すように、実施例２のスクライビングホイール５０を構成する燒結ダイヤモンドについて、ダイヤモンドの平均粒子径および含有量、鉄族金属の含有量、並びに超微粒子炭化物の含有量は、いずれも好まし範囲内である。また、実施例２では、実施例１と同様な耐捩り試験が実行される。

したがって、実施例２の燒結ダイヤモンドにより作製されたスクライビングホイール５０も、実施例１の場合と同様に、さらなる長寿命化を実現することができる。

本実施の形態のスクライビングホイールは、耐摩耗性および耐衝撃強度特性だけでなく、耐捩り強度特性を向上させつつ、乾式で脆性材料基板に深い垂直クラックを生じさせることができる点で有益である。

１ スクライブ装置
４ 脆性材料基板
１０ 保持ユニット
２０ スクライブユニット
３０ ヘッド部
４０ 駆動部
５０ スクライビングホイール
５１ 本体部
５２ 刃
５２ａ 刃先
５３ 溝
５４ 突起部
５４ａ 稜線
６０ 撮像部ユニット
９０ 制御ユニット
ＳＬ スクライブライン
Ｋ 垂直クラック

Claims (4)

1. 焼結ダイヤモンド製のスクライビングホイールであって、
   (a) 円盤状の本体部と、
   (b) 前記本体部の外周に設けられた円環状の刃と、
   (c) 前記刃の最外周部に沿って設けられた複数の突起部を有する刃先と、
   を備え、
   前記刃の厚さは、前記本体部の中心から前記刃先に向かって小さくなり、前記刃の最外周部の中心軸を通る平面の断面がＶ形状をなしており、
   各突起部は、前記刃先に沿って形成された複数の溝のうち、隣接する溝の間に設けられており、
   前記焼結ダイヤモンドは、６５．０〜７５．０重量％のダイヤモンドと、３．０〜１０．０重量％の超微粒子炭化物と、残部の結合材と、を含み、
   前記ダイヤモンドの平均粒子径は、０．６〜１．５μｍの範囲であり、
   前記結合材は、コバルトを主成分とする鉄系金属であることを特徴とするスクライビングホイール。
2. 請求項１に記載のスクライビングホイールにおいて、
   前記超微粒子炭化物は、
   ６．０〜８．０重量％の範囲であるとともに、
   １．０〜４．０重量％の炭化チタンと、残部の炭化タングステンと、を含むことを特徴とするスクライビングホイール。
3. 請求項１または請求項２に記載のスクライビングホイールを、脆性材料基板に対し、圧接転動させることによって、前記脆性材料基板上にスクライブラインを形成するスクライブユニットと、
   前記脆性材料基板を保持しつつ、保持された前記脆性材料基板をスクライブユニットに対して相対的に移動させる保持ユニットと、
   を備えることを特徴とするスクライブ装置。
4. 請求項１または請求項２に記載のスクライビングホイールによって、脆性材料基板上にスクライブラインを形成する方法であって、
   (a) 前記スクライビングホイールを前記脆性材料基板に当接させつつ、前記脆性材料基板と平行な第１水平方向に前記スクライビングホイールを相対的に移動させる工程と、
   (b) 前記工程(a)の後、前記スクライビングホイールを前記脆性材料基板に当接させた状態で、前記スクライビングホイールの移動方向を、前記第１水平方向と異なり、前記脆性材料基板と平行な第２水平方向に変更する工程と、
   を備えることを特徴とするスクライブ方法。