JP6504196B2 - スクライビングホイール及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は脆性材料基板に圧接・転動させてスクライブするためのスクライビングホイール及びその製造方法に関するものである。
従来のスクライビングホイールは、超硬合金製又は多結晶焼結ダイヤモンド（以下、ＰＣＤという）製の円板を基材としている。ＰＣＤはダイヤモンド粒子をコバルトなどと共に焼結させたものである。スクライビングホイールは基材となる円板の両側より円周のエッジを互いに斜めに削り込み、円周面にV字形の刃先を形成したものである。このようにして形成されたスクライビングホイールをスクライブ装置のスクライブヘッド等に回転自在に軸着して脆性材料基板に所定の荷重で押し付け、脆性材料基板の面に沿って移動させることで、転動させながらスクライブすることができる。
特許文献１にはガラス基板を切断するためのガラス切断用刃に関し、その寿命を長くするために、V字形状の刃先表面をダイヤモンドで被膜したガラス切断用刃が開示されている。このガラス切断用刃は、ダイヤモンドと相性の良いセラミックで形成された刃先表面にダイヤモンド膜を被覆し、このダイヤモンド膜を表面研磨処理して整形される。このようなガラス切断用刃を用いることにより、刃の寿命が長く、また切断面が平滑となるように高硬度ガラスを切断できると示されている。
また、特許文献２には、断面がＶ字形に形成された円周部を有するスクライビングホイールの刃先となる傾斜面にダイヤモンド膜を成長させ、稜線の両側の領域を研磨したスクライビングホイールが提案されている。
特開平０４−２２４１２８号公報 特開２０１３−２２０５５４号公報
しかるに断面がＶ字形に形成されたスクライビングホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成する場合には、貫通孔や側壁にダイヤモンド膜の付着を避けるため、図１（ａ）に示すようにスクライビングホイール基材１００（以下、単にホイール基材という）を一対のスペーサ１０１，１０２に挟み、ホイール基材１００の側壁をスペーサ１０１，１０２に接触させて成膜炉の中に保持する。そして成膜炉の中でホイール基材１００の傾斜面へのダイヤモンド膜の付着を完了した後、図１（ｂ）に示すようにスペーサ１０１，１０２を分離してホイール基材１００を洗浄していた。通常は膜厚を確保するため複数回ダイヤモンド膜を付着する必要があり、この作業を複数回繰り返していた。
しかるにダイヤモンド膜を付着させる際にホイール基材１００の側面をスペーサ１０１，１０２に接触させても、側面の外周面周辺に膜が回り込んで付着し、側面の外周面の膜厚が数μｍ程度大きくなることがある。しかもホイール基材１００はスペーサ１０１，１０２と一旦分離すると、洗浄後元の通りにスペーサに挟み込めないため、再度ダイヤモンド膜を付着する際に外周面周辺に更にダイヤモンド膜が回り込んで周辺部分の膜厚が大きくなり、許容公差の範囲を超えてしまう場合がある。
完成したスクライビングホイールはホイールホルダの切り込みの隙間に挿入し、回転自在に保持して用いられる。このとき側面にダイヤモンド膜が付着していると、スクライビングホイールが挿入される隙間の許容公差の範囲を超えてしまい、ホイールホルダに保持することができなくなる場合があるという問題点があった。ホイールホルダに保持できた場合であっても、スクライビングホイールの側面と傾斜面との境界部分の厚さが大きければ、スクライビングホイールの回転に伴いスクライビングホイールを使用したときの摺動抵抗が大きくなりやすいという問題点があった。更にホイールホルダの切り込みの側面にある貫通孔の周辺部分のみが環状に摩耗し、ホイールホルダも損傷してしまうという問題点もあった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、ホイール基材の側面のダイヤモンド膜の付着に伴う歩留りの低下を防止すると共に、スクライビングホイールを使用する際に摺動抵抗が大きくなることのないスクライビングホイール及びそ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は、円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイール基材と、前記スクライビングホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を有するダイヤモンド膜と、前記スクライビングホイール基材の両側の側面のダイヤモンド膜が形成されている傾斜面との境界となる環状の領域に環状溝を具備するものである。
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、円板の円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、円板状のスクライビングホイール基材の円周に沿って側面の両側より互いに斜めに削り込むよう研磨して円周部分に傾斜面と稜線からなる刃先部分を形成し、前記スクライビングホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成し、スクライビングホイール基材の両側の側面のうち前記ダイヤモンド膜を有する傾斜面との境界となる環状領域を切削して側面の環状領域のダイヤモンド膜を除去すると共に環状溝を形成するものである。
ここで前記スクライビングホイール基材の側面の環状溝は、環状にレーザ光を照射することによって形成するようにしてもよい。
ここで複数の前記刃先部分を形成したスクライビングホイール基材と、前記各スクライビングホイール基材の側面が全て接触するスペーサとを交互に接触させて前記各ダイヤモンドホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成するようにしてもよい。
ここで複数の前記刃先部分を形成した前記スクライビングホイール基材を側面を合わせて互いに接触させ、外側に前記両側のスクライビングホイール基材の外側の側面が全て接触する一対のスペーサを接触させて前記各ダイヤモンドホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成するようにしてもよい。
ここで前記スクライビングホイール基材の環状溝は、レーザ光を側面に対して水平に照射することにより形成するようにしてもよい。
ここで前記スクライビングホイール基材の環状溝は、レーザ光を側面に対して垂直に照射することにより形成するようにしてもよい。
このような特徴を有する本発明によれば、ダイヤモンド膜の傾斜面と側面の境界部分となる側面に膜が付着した場合であっても側面の膜を除去しているため、膜の付着によるスクライビングホイールの厚さの変化に伴う歩留りの低下を防止することができる。又スクライビングホイールの側面には膜が付着していないため、スクライビングホイールをホイールホルダに取付けて使用する場合の摺動抵抗を少なくすることができ、ホイールホルダの損傷を防止することができるという効果が得られる。
図１はスクライビングホイールの製造時にダイヤモンド膜の付着処理を示す概略図である。 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製造過程の正面図及び側面図である。 図３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基材上にダイヤモンド膜の付着処理を示す概略図である。 図４はレーザ照射前後のスクライビングホイールの側面と傾斜面との境界部分を示す拡大断面図である。 図５は本発明の実施の形態によるスクライビングホイール基材へのレーザ光の照射を示す正面図及び側面図である。 図６は本実施の形態によるレーザ照射後のスクライビングホイールの正面図及び側面図である。 図７は本発明の他の実施の形態によるスクライビングホイール基材へのレーザ光の照射を示す側面図である。 図８は他の実施の形態によるスクライビングホイール基材上にダイヤモンド膜の付着処理を示す概略図である。 図９は本発明の他の実施の形態によるスクライビングホイール基材へのレーザ光の照射を示す側面図である。
図２（ａ），（ｂ）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製造過程を示す正面図及びその側面図である。スクライビングホイールを製造する際には、例えば、超硬合金のスクライビングホイール基材となる円板１０の中央にまず図２（ａ）に示すように軸穴となる貫通孔１１を形成する。次にこの貫通孔１１に図示しないモータ等のシャフトを連通して貫通孔１１の中心軸を回転軸として回転させつつ、円板１０の全円周を円板の表裏両側より回転軸に対して斜めに研磨して図２（ｂ）に示すように垂直断面Ｖ字形に形成してスクライビングホイール基材１２とし、Ｖ字形部分を刃先とする。こうして形成したＶ字形の斜面を傾斜面１３，１４、側面を１５，１６とする。
次に傾斜面１３，１４へのダイヤモンド薄膜の形成過程について説明する。まずＶ字形の傾斜面１３，１４をダイヤモンド膜の付着が容易になるようにあらかじめ粗面にしておく。次に図３に示すようにスクライビングホイール基材１２を一対のスペーサ２１，２２で挟んで円柱状の部材２３を貫通させて上下で固定する。スペーサ２１，２２の側面の直径はスクライビングホイール基材１２の側面１５，１６の側面より少し大きくする。こうすればスクライビングホイール基材の側面１５，１６は夫々スペーサ２１，２２の側面に完全に接触させることができる。この状態で前処理を行った後、成膜炉に入れてスクライビングホイール基材の傾斜面１３，１４にダイヤモンド膜１７を成膜する。次にスクライビングホイール基材１２と一対のスペーサ２１，２２とを分離した後、超音波洗浄などで洗浄する。
なお１回の成膜で必要な膜厚が得られない場合には、上記の成膜とスクライビングホイール基材の側面のダイヤモンド膜の成膜処理を複数回繰り返すことにより、必要な膜厚を得るようにしてもよい。
成膜炉でダイヤモンド膜を付着させる際に、側面１５，１６の最外周の環状部分にもダイヤモンド粒子が回り込んでわずかに付着して環状の凸部となる。図４（ａ）は傾斜面１３と側面１５が交差する外周の一部を拡大して示す断面図であり、傾斜面１３及び側面１５の外周部分にダイヤモンド膜１７が付着していることを示している。
次に側面１５に回り込んで付着したダイヤモンド膜を除去するため、成膜の後に図５に示すようにスクライビングホイールの側面１５のＶ字形の傾斜面との境界となる環状領域１５ａに対してレーザ光を照射する。レーザ光源としては、ダイヤモンド膜及びホイール基材への熱影響を軽減するため、例えばパルス幅が１０ナノ秒以下の短いものを用いることが好ましい。そして図５（ａ）のハッチングで示す部分はレーザ光を照射した部分を示している。レーザ光を照射することによって側面１５に付着したダイヤモンド膜１７だけでなく、スクライビングホイール基材１２を構成する超鋼合金の環状領域１５ａがわずかに、例えば深さ５μｍ程度環状に除去され、図４（ｂ）に図５（ｂ）の小円部分の断面図を示すように環状溝１５ｂが形成されることとなる。従って、側面１５にダイヤモンド膜１７がわずかに付着している場合であっても、レーザ光を照した後にはダイヤモンド膜を側面１５から完全に除去することができる。
更に側面１６に回り込んで付着したダイヤモンド膜を除去するため、図５に示すようにスクライビングホイール基材１２を反転させ、同様にして側面１６と研磨面１４との境界の環状領域１６ａに対してレーザ光を照射する。これによって環状部分１６ａのダイヤモンド膜１７が除去され、更にスクライビングホイール基材が環状に除去され５μｍ程度の窪みとなる環状溝１６ｂが形成されることとなる。環状溝１５ｂ、１６ｂの幅は側面の凸部を確実に除去できるよう、１００μｍ〜２００μｍとすることが好ましい。本実施の形態では１５０μｍ程度とされている。
この後、ダイヤモンド膜が付された先端部分を先端が鋭くなるように砥石などの研磨材によって研磨する。研磨は粗研磨と仕上げ研磨の２段階としてもよく、元のダイヤモンド膜１７よりも例えば５°程度鈍角になるようにしてもよい。図６はこうして完成したスクライビングホイールを示す正面図及び側面図である。
このようにして側面１５,１６に付着したダイヤモンド膜を除去することにより、側面に環状凸部がなくなるため、ホイールホルダの側面と傾斜面との境界部分での摩擦が少なくなり、摺動抵抗を改善することができる。
尚この実施の形態ではスクライビングホイールの側面に対して垂直な方向からレーザ光を照射して側面のダイヤモンド膜が付着した環状の凸部をなくしているが、図７に示すようにスクライビングホイールの側面に平行な方向からレーザ光を照射してもよい。また、レーザ光に代えて砥石を用いて側面に付着したダイヤモンド膜を除去するようにしてもよい。
又この実施の形態ではスクライビングホイール基材の傾斜面にダイヤモンド薄膜を付着する際に、一対のスペーサを介してホイール基材を保持しているが、複数のホイール基材に同時にダイヤモンド薄膜を付着させる場合には、図８（ａ）に示すようにホイール基材１２とスペーサ３１，３２，３３・・・とを交互に接触させて成膜してもよい。
又複数のホイール基材に同時にダイヤモンド薄膜を付着させる場合に、図８（ｂ）に示すように両端にのみスペーサ３１，３２を配置し、その間に複数のホイール基材１２を側面を合わせて互いに接触させて保持してダイヤモンド薄膜を成膜するようにしてもよい。この場合には図９（ａ），（ｂ）に示すように側面からレーザ光を照射すると、側面に付着したダイヤモンド膜の除去と各ホイール基材の分離とを同時に行うことができる。尚図９（ｃ）は図９（ｂ）に円で示す側面と傾斜面との境界部分を示す部分拡大図である。
又、この実施の形態では側面に付着したダイヤモンド膜を除去した後にダイヤモンド膜が付された先端部分を研磨しているが、ダイヤモンド膜の先端を研磨した後に、側面に付着したダイヤモンド膜を除去するようにしてもよい。
本発明のスクライビングホイールは側面に付着するダイヤモンド膜を効果的に除去し、使用時の摺動抵抗の少ないスクライビングホイールを提供することができ、スクライブ装置に好適に用いることができる。
１０ 円板
１１ 貫通孔
１２ スクライビングホイール基材
１３，１４ 傾斜面
１５，１６ 側面
１５ａ，１６ａ 環状領域
１５ｂ，１６ｂ 環状溝
１７ ダイヤモンド膜
２１，２２ スペーサ
２３ シャフト

Claims (7)

  1. 円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイール基材と、
    前記スクライビングホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を有するダイヤモンド膜と、
    前記スクライビングホイール基材の両側の側面のダイヤモンド膜が形成されている傾斜面との境界となる環状の領域に環状溝を具備するスクライビングホイール。
  2. 円板の円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、
    円板状のスクライビングホイール基材の円周に沿って側面の両側より互いに斜めに削り込むよう研磨して円周部分に傾斜面と稜線からなる刃先部分を形成し、
    前記スクライビングホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成し、
    スクライビングホイール基材の両側の側面のうち前記ダイヤモンド膜を有する傾斜面との境界となる環状領域を切削して側面の環状領域のダイヤモンド膜を除去すると共に環状溝を形成するスクライビングホイールの製造方法。
  3. 前記スクライビングホイール基材の側面の環状溝は、環状にレーザ光を照射することによって形成した請求項２記載のスクライビングホイールの製造方法。
  4. 複数の前記刃先部分を形成したスクライビングホイール基材と、前記各スクライビングホイール基材の側面が全て接触するスペーサとを交互に接触させて前記各ダイヤモンドホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成する請求項２記載のスクライビングホイールの製造方法。
  5. 複数の前記刃先部分を形成した前記スクライビングホイール基材を側面を合わせて互いに接触させ、外側に前記両側のスクライビングホイール基材の外側の側面が全て接触する一対のスペーサを接触させて前記各ダイヤモンドホイール基材の傾斜面にダイヤモンド膜を形成する請求項２記載のスクライビングホイールの製造方法。
  6. 前記スクライビングホイール基材の環状溝は、レーザ光を側面に対して水平に照射することにより形成した請求項３記載のスクライビングホイールの製造方法。
  7. 前記スクライビングホイール基材の環状溝は、レーザ光を側面に対して垂直に照射することにより形成した請求項３記載のスクライビングホイールの製造方法。
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