JP5123919B2 - スクライビングホイールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はガラス板等の脆性材料基板をスクライブするためのスクライビングホイールの製造方法に関するものである。

従来ガラス板やセラミックス基板等の脆性材料基板を分断する場合は、まずこれらの基板に所望のラインに沿ってスクライブラインを形成し、スクライブした後にスクライブラインに沿って分断している。スクライブに用いるスクライビングホイールは、円板状でその外周部分がテーパー状に切欠かれたそろばん珠形状のスクライビングホイールの中心孔に軸支するためのピンを挿入して用いられている。

又特許文献１，２には軸とスクライビングホイール本体部とを一体化して形成されたスクライビングホイールも知られている。このスクライビングホイールは図１に示すように断面が略菱形の形状を有し、両端部がチップホルダに保持されて用いられる。

実開平４−４０２８号公報 特開平２００４−２２３７９９号公報

しかるに軸とホイールとを一体化したスクライビングホイールについては、製造の自由度が少なく、刃先の稜線部分の角度や軸間の距離を任意に選択することができなくなるという問題点があった。即ち図１に示すように、刃先部の角度αと軸受けとの接触部となる両側のテーパー部の角度βとは、特許文献１ではαは１１０〜１３０°、βは５０〜７０°と別個に規定されている。しかしαとβの合計値は１８０°であり、合計１８０°を超える範囲での組み合わせについては示されていない。これは、特許文献１では、刃先部とテーパー部とを連続した外周面として形成した後、刃先部とテーパー部との間に外周面を外周と同心円の切欠き（支持部）を形成するため、製造方法上、αとβの合計値が１８０°に制限されるためである。又特許文献２においては刃先部のベースの角度α及びテーパー部の角度βはいずれも９０°であり、その他の角度範囲については示されていない。又刃先部の稜線が２段研磨されているが、具体的な角度は示されていない。

本発明はスクライブする脆性材料基板に合わせた刃先部やテーパー部の角度を設定することができ、任意の寸法で芯ぶれすることなく高精度に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の製造方法を提供することを目的とする。

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の製造方法は、円柱状の焼結ダイヤモンドを前記円柱の中心軸を中心として回転させながら、ワイヤ放電加工により前記焼結ダイヤモンドに一対の同軸の円柱軸部と該円柱軸部に挟まれたホイール本体部とを形成し、前記円柱軸部の夫々の外側端部を同軸に所定の角度となるようにテーパー状に形成し、前記ホイール本体部の稜線部を所定の角度となるように刃先部を形成することにより製造されるスクライビングホイールの製造方法であって、前記刃先部の稜線部の頂角αと前記テーパー部の角度βとが次式
１８５°≦α＋β≦２９０°
であり、稜線部の頂角αは
９０°≦α≦１７０°
であり、前記テーパー部の角度βは
７５°≦β≦１２０°
を充足するように前記円柱軸部のテーパー部及び前記刃先部を前記円柱の中心軸を中心として回転させながら研磨するものである。前記テーパー部及び刃先部は研磨して形成することができる。ここで超硬合金層と焼結ダイヤモンド層から成る円柱状の加工素材を用い、前記加工素材の超硬合金層をチャックに固定して加工するようにしてもよい。

ここで前記テーパー部の角度βが次式
９０°＜β≦１２０°
を充足するようにしてもよい。

ここで前記ホイール本体部の外径Ｄが次式
１ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ
を充足するようにしてもよい。

ここで前記ホイール本体部の外径Ｄが次式
１ｍｍ≦Ｄ＜２．５ｍｍ
を充足するようにしてもよい。

ここで前記ホイール本体部の外径Ｄと前記円柱軸部の長さＣとが次式
Ｃ＜Ｄ
を充足するようにしてもよい。

このような特徴を有する本発明のスクライビングホイールによれば、刃先部の角度αは刃先部独自で最適な角度、例えば７５〜１７０°に選択することができ、これによって水平クラックやチッピング（スクライブラインに沿って発生する欠け）が発生しにくく、脆性材料に対するスクライブ性能を改善することができる。又テーパー部の角度βはαとは独自で適切な角度、例えば６０〜１２０°に設定することができ、軸受との摺動抵抗が少なくなる。又軸受に形成する窪みは浅くてよいという効果も得られる。

図１は従来のスクライビングホイールの一例を示す正面図である。 図２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及び右側面図である。 図３Ａは本実施の形態のスクライビングホイールの製造に用いる素材ブロック１０を示す斜視図である。 図３Ｂは素材ブロックから切り取られた加工素材２０を示す斜視図である。 図３Ｃは加工素材における放電加工の加工ライン（加工部位）を示す図である。 図３Ｄは放電加工後の焼結ダイヤモンド層を示す拡大図である。 図４は本発明の第２の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図５は本発明の第３の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図６は本発明の第４の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図７は本発明の第５の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図８は本発明の第５の実施の形態によるスクライビングホイールの刃先部の部分拡大図である。 図９は本発明の各実施の形態によるスクライビングホイールの刃先の溝の一例を示す部分拡大図である。

（第１の実施の形態）
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について説明する。図２（ａ）はこのスクライビングホイールの正面図、図２（ｂ）はその右側面図である。これらの図に示すようにスクライビングホイール１Ａは中央に円板状のホイール本体部２Ａを有し、ホイール本体部２Ａの厚さ方向の中央に一平面内に含まれる最大円周の稜線を含むテーパー状の部分が刃先部３Ａとして形成されている。又ホイール本体部２Ａの両側の側方に同軸に円柱軸部４及び５を有している。円柱軸部４及び５の夫々の外側の端部には同一の傾斜角度βを持つテーパー部６，７が夫々形成されている。このスクライビングホイール１Ａは全てが焼結ダイヤモンドにより一体に形成されている。

ここで刃先部３Ａの稜線部の頂角αを刃先部独自で最適な角度に設定することができる。例えばαは７５〜１７０°、更に好ましくは９０〜１７０°の範囲とする。αが鈍角であれば脆性材料に対する水平クラックやチッピング（スクライブラインによって発生する欠け）が発生しにくく、スクライブ性能を向上することができる。

一方テーパー部６，７の角度はテーパー部独自で最適な角度に設定することができ、ここでは６０〜１２０°、好ましくは７５〜１２０°、更に好ましくは９０〜１２０°、更に好ましくは９５〜１２０°とする。角度βが大きいと軸受との摺動抵抗が小さくなる傾向があり、また、軸受に形成する窪みは浅くても足りる。ただし、βが大きすぎれば、がたつきが大きくなる。一方、βが小さいと軸受との摺動抵抗が大きくなる。これに対し、本実施の形態では図２に示す形状とすることによって刃先部の角度αとβとを独立して設定することができ、夫々を具体的な角度とすることができる。

又これに加えて、本実施の形態ではα＋βを以下の範囲とする。
１８５°≦α＋β≦２９０° ・・・（１）
従来のホイールの両側に円錐形の外周面を形成することにより、円錐形の頂点に相当するテーパー部（β）とともに円錐形の底辺に相当する刃先部（α）を形成する方法では、製造上の制約により、必然的にα＋βが１８０°となり、α＋β≠１８０°の軸一体型のホイールを製造することができなかった。

又スクライビングホイールの径をＤとし、円柱軸部の両端間の長さ（両側のテーパー部が円錐形をしている場合は両側の頂点間の距離、テーパー部が円錐形をしていない場合（円錐台を形成している場合等）はテーパー部（軸受との接触部又はその接線）を延長した場合に仮想される両側の円錐形の頂点間の距離）をＣとする。ここでは外径Ｄが小さい方が小さいスクライブ荷重でのスクライブが可能となるが、小さすぎれば製造、取り扱いが難しくなる。従って外径Ｄは１ｍｍ以上６ｍｍ以下とし、好ましくは１ｍｍ以上２．５ｍｍ以下とする。ここで従来のスクライビングホイールでは、ホルダとの関係で距離Ｃを一定に維持しながら外径Ｄを小さくするためには角度βを小さくする必要があるが、本発明では独自に設定することができる。

従来は、通常、αを９０°以上（βを９０°以下）とするため、図１に示すように軸支する頂点間の距離Ｃと外径Ｄとの間隔は以下のものとなる。
Ｃ≧Ｄ ・・・（２）
一方本実施の形態では、α及びβの大きさに依存することなく、円柱軸部４，５間の長さＣと外径Ｄとの関係は以下のものとする。
Ｃ＜Ｄ ・・・（３）
これによってスクライビング時のぶれを抑えることができる。

次に本実施の形態によるスクライビングホイール１Ａの製造方法について説明する。図３Ａ〜図３Ｄは本実施の形態によるスクライビングホイール１Ａの製造過程を示す図である。図３Ａは素材ブロック１０を示しており、円柱形状の超硬合金１１の上部には所定の厚さの焼結ダイヤモンド層１２が一体に形成されている。この素材ブロック１０は例えば直径が３０ｍｍφ、高さが１６ｍｍであり、焼結ダイヤモンド層１２の厚さは３ｍｍ、超硬合金層１１の厚さは１３ｍｍとする。

（加工素材の形成）
さてこの素材ブロック１０の中心軸に平行に円柱形の多数の部材をワイヤ放電加工によって切り取る。これによって図３Ｂに示すように細長い加工素材２０を例えば４０〜５０本得ることができる。この加工素材２０は直径を最終のスクライビングホイールの外径Ｄに合わせた径とし、例えば２．０〜６．５ｍｍ、長さは１６ｍｍの円柱状の素材である。そしてこの加工素材２０も超硬合金層２１と焼結ダイヤモンド層２２とから成り立っている。

（ワイヤ放電加工）
次に図３Ｃにおいて、加工素材２０の超硬合金層２１の左側部分をチャックにより固定して一点鎖線で示す円柱の中心軸を中心として回転させ、ワイヤ放電加工機によって放電し、超硬合金層２１と焼結ダイヤモンド層２２の部分を図３Ｃに示すように切り取る。ここで放電加工の軌跡を加工ライン３０〜３９で示す。加工ライン３０は一点鎖線で示す円柱の中心軸に対して所定の角度で切欠くものであり、加工ライン３１は中心軸に平行、加工ライン３２はこれよりやや太めにテーパー状のラインを形成するものである。加工ライン３３は中心軸に平行、加工ライン３４は加工ライン３３の終了後に径を異ならせてテーパー状に形成することによって形成される加工ライン、加工ライン３５はホイール本体部２Ａに刃先部３Ａを形成するためのテーパー状部分、加工ライン３６もこの逆の傾きを有するテーパー状部分である。又加工ライン３７は直径を小さくするためのライン、加工ライン３８は加工ライン３３と対称であり同一の太さを有する中心軸に平行な加工ライン、加工ライン３９は加工ライン３２と対称な傾きを有する加工ラインである。ここで加工ライン３１〜３９は全て焼結ダイヤモンド層２２で成形される。又加工ライン３２，３９はテーパー部６，７の斜面よりもわずかに大きく設定され、後述する切削加工のための削りしろを残している。又加工ライン３５，３６は刃先部３Ａの斜面よりもわずかに大きく設定され、後述する切削加工のための削りしろを残している。

そして放電加工を終了すると、図３Ｄに正面の部分拡大図を示すように焼結ダイヤモンド層２２はほぼスクライビングホイールの形状の回転体となる。右側面図については図２（ｂ）とほぼ同様である。

（粗形状成形（研磨）工程）
次に粗形状成形工程について説明する。放電加工の際には表面が高温になるため加工変質層が形成され、表面から数十μｍ内部まで変質している。このため、放電加工のままでは使用時に高精度を維持することはできない。特に図２（ａ）に示すテーパー部６，７は軸受と直接接触するため、加工変質層を除去した上、正確なテーパー状面とする必要がある。そこで加工ライン３２とライン３９に沿って放電加工した後に更に表面の精度を増すために研磨加工を行う。研磨工程ではワイヤ放電加工のときと同様に超硬合金層２１の左側をチャックにより固定して円柱の軸を中心として回転させ、テーパー面の表面を研磨する。この研磨加工によって加工ライン３２，３９の加工時に形成された変質層を取り除き、左右の円柱軸部４，５の先端のテーパー部６，７のテーパー状部分の角度を正確に形成することができる。

更にホイール本体１Ａの刃先部３Ａについても同様に研磨加工を行う。特に図２（ａ）に示す刃先部３Ａはスクライブの対象となるガラス板等と直接接触するため、正確な面とする必要がある。そこで加工ライン３５，３６に沿って形成された変質層を取り除くため、超硬合金層２１をチャックにより固定して円柱の軸を中心として回転させ、研磨加工を行う。研磨加工によって変質層を取り除くと共に鋭利な刃先部３Ａの角度を正確に設定することができる。

（切断工程）
図３Ｄにおいて一点鎖線で示す超硬合金層側の焼結ダイヤモンド層２１の部分を切り離すことにより、図２に示すようにホイール本体部２Ａ及び円柱軸部４，５の全部が焼結ダイヤモンド層２２から成るスクライビングホイール１Ａを得ることができる。この場合に切断した面を研磨して左右対称となるようにしてもよいが、テーパー状の更に先端部分は使用時には軸受の貫通孔に入り込むことになるため、図３に示すようにテーパー部６の先端を少し残しておいてもよく、研磨しなくてもよい。

こうして完成したスクライビングホイール１Ａは超硬合金層２１の左側部分をチャックで保持し、回転させてワイヤ放電加工や切削加工しているため、ホイール本体部２Ａ、円柱軸部４，５の軸芯を正確に合わせることができる。又加工ライン３３，３８と中心軸との距離を適宜変更することによって、円柱軸部４，５の太さを任意に選択することができる。円柱軸部４，５間の間隔、ホイール本体部２Ａの厚さは、加工ライン３４，３７の間隔を変化させることにより、刃先部３Ａの角度は加工ライン３５，３６の角度により任意に選択することができる。従来の軸とホイール本体とが一体となった側面が菱形形状のスクライビングホイールでは、刃先部のテーパー面の角度、円柱軸部のテーパー面の角度や間隔、刃先部の外径は自在に設定することができないが、本実施の形態ではこれらは夫々独立して任意に設定することができる。又高精度を要する円柱軸部のテーパー部と刃先部のみを研磨し、他の部分は放電加工のままとしておくことにより、最小の工数及びコストで所望の精度のスクライビングホイールとすることができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図４を用いて説明する。第２の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｂもホイール本体部２Ｂ及び刃先部３Ｂ以外は第１の実施の形態と同様である。第２の実施の形態のスクライビングホイール１Ｂでは、図４（ａ）に示すように２段のテーパー面となるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図５を用いて説明する。第３の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｃもホイール本体部２Ｃ及び刃先部３Ｃ以外は第１の実施の形態と同様である。第３の実施の形態のスクライビングホイール１Ｃでは、図５に示すように２段のテーパー面となるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について図６を用いて説明する。第４の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｄもホイール本体部２Ｄ及び刃先部３Ｄ以外は第１の実施の形態と同様である。第４の実施の形態のスクライビングホイール１Ｄでは、図６（ａ）に示すように３段のテーパー面となるようにしたものである。その他のワイヤ放電加工の加工ラインは第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。

（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態について図７を用いて説明する。第５の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｅもホイール本体部２Ｅ及び刃先部３Ｅ以外は第１の実施の形態と同様である。第５の実施の形態のスクライビングホイール１Ｅでは、図７及び図８の部分拡大図に示すように刃先部３Ｅはホイール本体部２Ｅの中央に設けられた円板部４０を有し、その稜線をテーパー状の刃先に構成したものである。左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。

又前述した第１〜第５の実施の形態において切断した焼結ダイヤモンド面を研磨して左右対称となるようにしてもよいが、テーパー状の更に先端部分は使用時には軸受の貫通孔に入り込むことになるため、テーパー部６の先端を少し残しておいてもよく、研磨しなくてもよい。

又前述した各実施の形態において、特許３０７４１４３号やＷＯ２００７／００４７００に示されているように、刃先の稜線部分に所定形状の溝を形成するようにしてもよい。ここで溝の所定形状は、例えば図９（ａ）〜（ｄ）に示すようにＵ字状、Ｖ字状、のこぎり波状又は矩形状の溝とすることができる。このような溝は研削加工や微細放電、レーザー等の熱加工により形成することでスクライビングホイールの外周部に所定間隔の突起を形成することができる。ここで溝のピッチは外径に応じて例えば２０μｍ以上とし、溝の深さは外形に応じて例えば２〜２０μｍとする。このような溝を形成しておくことによってガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成したときに滑ることがなく、又垂直クラックを深く伸展させることができ、スクライブ後の分断が容易となる。このピッチ、溝の深さを適宜選択することでガラス面に対する食い付き（かかり）性能と、垂直クラックを深く伸展させる性能とのバランスをとることができる。

本発明は脆性材料基板をスクライブして分断するスクライブ装置に有用に用いることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ スクライビングホイール
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ ホイール本体部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 刃先部
４，５ 円柱軸部
６，７ テーパー部
１０ 素材ブロック
１１，２１ 超硬合金
１２，２２ 焼結ダイヤモンド層
２０ 加工素材
３０〜３９ 加工ライン
４０ 円板部

Claims (6)

1. 円柱状の焼結ダイヤモンドを前記円柱の中心軸を中心として回転させながら、
   ワイヤ放電加工により前記焼結ダイヤモンドに一対の同軸の円柱軸部と該円柱軸部に挟まれたホイール本体部とを形成し、
   前記円柱軸部の夫々の外側端部を同軸に所定の角度となるようにテーパー状に形成し、
   前記ホイール本体部の稜線部を所定の角度となるように刃先部を形成することにより製造されるスクライビングホイールの製造方法であって、
   前記刃先部の稜線部の頂角αと前記テーパー部の角度βとが次式
   １８５°≦α＋β≦２９０°
   であり、稜線部の頂角αは
   ９０°≦α≦１７０°
   であり、前記テーパー部の角度βは
   ７５°≦β≦１２０°
   を充足するように前記円柱軸部のテーパー部及び前記刃先部を前記円柱の中心軸を中心として回転させながら研磨するスクライビングホイールの製造方法。
2. 超硬合金層と焼結ダイヤモンド層から成る円柱状の加工素材を用い、前記加工素材の超硬合金層をチャックに固定して加工する請求項１記載のスクライビングホイールの製造方法。
3. 前記テーパー部の角度βが次式
   ９０°＜β≦１２０°
   を充足する請求項１又は２記載のスクライビングホイールの製造方法。
4. 前記ホイール本体部の外径Ｄが次式
   １ｍｍ≦Ｄ≦６ｍｍ
   を充足する請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクライビングホイールの製造方法。
5. 前記ホイール本体部の外径Ｄが次式
   １ｍｍ≦Ｄ＜２．５ｍｍ
   を充足する請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクライビングホイールの製造方法。
6. 前記ホイール本体部の外径Ｄと前記円柱軸部の長さＣとが次式
   Ｃ＜Ｄ
   を充足する請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクライビングホイールの製造方法。

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