JP6740606B2 - カッターホイール - Google Patents

Description

本発明は、アルミナ、ＨＴＣＣ、ＬＴＣＣ等のセラミック基板やサファイア基板、シリコン基板等、非晶質のガラス基板よりも硬い脆性材料基板にスクライブライン（切り溝）を加工したり、分断したりするのに適した単結晶ダイヤモンドからなるカッターホイール（スクライビングホイールともいう）に関する。

脆性材料基板を分断する加工では、カッターホイールを用いて基板表面にスクライブラインを形成し、その後、スクライブラインに沿って裏面側から外力を印加して基板を撓ませることにより、単位基板ごとに分断する方法が一般的に知られており、例えば、特許文献１に開示されている。

脆性材料基板にスクライブラインを加工するカッターホイールは、円周面にＶ字形の刃先を有するカッターホイールが用いられる。カッターホイールは一般的に超硬合金や多結晶ダイヤモンド焼結体から作られているが、最近ではガラス基板よりも硬度の高いセラミック基板やサファイア基板、シリコン基板等のスクライブ用として単結晶ダイヤモンドからなるカッターホイールが注目されている。

カッターホイールの円周面にＶ字形の刃先を形成するためには、図３（ａ）に示すように素材となる円板状ボディ１０１の軸受孔１０３を研磨装置のテーパー軸４に嵌め込んでテーパー軸とともに円板状ボディ１０１を回転させ、円周面の両側縁を研磨砥石５により斜めに研磨して、左右の斜面と稜線とからなるＶ字形の刃先部１０２を形成している。

脆性材料基板、特に、半導体基板のスクライブに用いられるカッターホイールは、その直径が１〜３ｍｍと非常に小さいため、研磨装置のテーパー軸４やカッターホイールのホルダ（図示外）に対して容易に着脱できることが要求される。そのために、円板状ボディ１０１の軸受孔１０３を、内径が一定の貫通孔で形成するとともに、その両端の開口縁を斜めにカットしたカット面１０３ａを形成することによってテーパー軸４への挿入を容易にしている。
また、研磨装置のテーパー軸４は、通常、超硬合金、炭素鋼、ステンレス、鋼材等の工具材で作成され、緩やかに傾斜した先細り状の形態に形成されている。これにより、図３に示すように、円板状ボディ１０１をテーパー軸４に挿入するだけで、カット面１０３ａの角部１０３ｂとテーパー軸４の周面とが接触する位置で、円板状ボディ１０１をガタツキなく安定保持できるようにしてある。また、研磨後は円板状ボディ１０１を引き抜くだけでテーパー軸４から取り外すことができる。

特許３７８７４８９号公報

しかし、上記のようにして円板状ボディ１０１をテーパー軸４に保持させた状態では、図３（ｂ）の拡大図に示すように、カット面１０３ａの尖った角部１０３ｂの一箇所でテーパー軸４に接触することになる。したがって、研磨砥石による研磨加工時には、この尖った角部１０３ｂの一箇所に荷重が集中するため、硬度の高い単結晶ダイヤモンドからなる円板状ボディ１０１では、衝撃によって割れなどの破損が生じることがある。特に、単結晶ダイヤモンドは超硬合金や多結晶ダイヤモンド焼結体とは異なり、結晶方位に応じて硬度が異なることから、周囲よりも硬度が小さい部分で割れが発生しやすくなる。また、硬く尖った角部１０３ｂによってテーパー軸４の表面に小さな凹凸の傷が発生することがある。このような傷が生じると、円板状ボディ１０１が角部１０３ｂの一箇所でテーパー軸４に支持されているので、その姿勢に微細な傾きが生じて回転面を水平に維持することができない。このため、回転ブレが生じて刃先寸法を精密に仕上げることができなくなる。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、刃先部の研磨加工時における衝撃による破損の発生を抑制するとともに、研磨装置のテーパー軸に安定して保持することができる単結晶ダイヤモンド製のカッターホイール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本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明のカッターホイールは、円板状ボディの外周面に研磨加工による刃先部が設けられた単結晶ダイヤモンド製のカッターホイールであって、前記円板状ボディの中心に軸受孔が貫通して形成され、前記軸受孔の両端開口縁が曲線状に切除された円弧面で形成されている構成とした。前記円弧面における内面側の曲率半径は、前記軸受孔３の円筒状の部分との境界において前記円弧面に内接する仮想円の半径であり、前記仮想円は、前記軸受孔の円筒状の部分との境界との接点を起点に、中心角θが３０〜９０°の円弧と前記円弧面が一致するように設定されている。前記曲率半径は前記カッターホイールの厚みの０．０３倍以上で、かつ１００μｍ以下とした。

本発明のカッターホイールによれば、刃先部の研磨加工のために円板状ボディを研磨装置のテーパー軸に取り付けた際、軸受孔の両端縁の円弧面でテーパー軸の周面に接触して保持されるので、従来の尖った角部で接触する支持構造に比べて荷重の一点集中が緩和され、衝撃による破損の発生を抑制することができる。また、円弧面の曲率半径はカッターホイールの厚みの０．０３倍以上で、かつ１００μｍ以下であるため、テーパー軸との接触部分にかかる荷重を分散させることが容易になる。さらに、円弧面でテーパー軸に接触するので、従来の尖った角部で接触させた場合のように小さな傷がテーパー軸周面に生じることがなくなる。これにより、常に安定した姿勢で、かつ、回転ブレのない状態で円板状ボディを支持することができ、刃先部の研磨加工を精密に行うことができる。

上記発明において、前記軸受孔の軸方向に沿った前記円弧面の長さが、前記軸受孔の全長に対し３〜１２％となるように形成するのがよい。
これにより、カッターホイールをスクライブ装置のホルダ軸に取り付けたときに、ホルダ軸周面に接触する軸受孔内面を軸受孔全長の８０％以上確保することができ、安定してカッターホイールをホルダ軸に周接支持させることができる。

また上記発明において、前記円弧面が、軸受孔の開口端に至るほど曲率が大きくなる曲線で形成されている構成とするのがよい。
これにより、軸受孔の開口端が真円の円弧より大きくラッパ状に広がってテーパー軸やホルダ軸への挿入操作をさらに容易に行うことができる。

本発明のカッターホイールを示す図。 本発明のカッターホイールの製造工程を示す説明図。 従来のカッターホイールの製造工程を示す説明図。

以下において、本発明のカッターホイールについて、図１、２に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係るカッターホイールＡを示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面断面図、図１（ｃ）は軸受孔３の円弧面３ａ部分の拡大図である。このカッターホイールＡは、単結晶ダイヤモンドのみで作製され、中心を貫通する軸受孔３を備えた円板状ボディ１の外周面に刃先部２が設けられている。刃先部２は、左右の斜面２ａ、２ａと、これら斜面２ａ、２ａの交点に形成された稜線２ｂとからなる。本実施例ではカッターホイールＡの直径が２ｍｍ、厚みが６５０μｍで形成した。

円板状ボディ１の軸受孔３は内径が一定の貫通孔で形成され、その両端開口縁が曲線状に切除された円弧面３ａで形成されている。
円弧面３ａの軸受孔方向に沿った長さＬ１は、軸受孔３の全長Ｌに対して３〜１２％、好ましくは７〜１０％となるように形成されている。本実施例では、軸受孔全長６５０μｍに対して２５〜６０μｍとした。
この円弧面における内面側の曲率半径Ｒは、軸受孔３の円筒状の部分との境界において円弧面に内接する仮想円の半径であり、この仮想円は、軸受孔３の円筒状の部分との境界との接点を起点に、中心角θが３０〜９０°の円弧と円弧面が一致するように設定される。また、Ｒはホイールの厚みの０．０３倍以上で、かつ１００μｍ以下とされる。
また、円弧面３ａの円板状ボディ１の側面側の長さＬ２は、軸受孔方向に沿った長さＬ１の０．５〜２．０倍、より好ましくは１．０〜１．５倍の長さとなるように設定されている。
本実施例においては、この円弧面３ａは、軸受孔３の開口端に至るほど曲線の曲率が大きくなるように形成されている。この場合であっても、軸受孔３の円筒状の部分との境界と接する仮想円の半径である内面側の曲率半径Ｒは、ホイールの厚みの０．０３倍以上である。これにより、図１（ｃ）に示すように、円弧面３ａの円板状ボディ１の側面側の長さＬ２がＬ１より長くなるように形成されている。本実施例では、Ｌ２の長さの範囲２５〜１００μｍ、好ましくは６０〜１００μｍにおいて、さらに好ましい例として８０μｍを採用した。

図２は本発明のカッターホイールＡの製造工程を示す説明図であって、符号１’は刃先部２の研磨加工前の円板状ボディを示す。この円板状ボディ１’は、側面視すると円形で、外周面が平らであり、中心には上記した円弧面３ａを両端開口縁に備えた軸受孔３が予め加工されている。

この円板状ボディ１’の軸受孔３を、図２（ａ）に示すように研磨装置のテーパー軸４に挿入して円板状ボディ１’を取り付け、円板状ボディ１’を回転させながら研磨砥石５を円板状ボディ１’の外周面の側縁部分に押し付けて刃先２を加工する。この工程では、まず一方の刃先斜面を加工し、次いで円板状ボディ１’を反転させてもう一方の刃先斜面を加工する。これにより、図１で示した左右の斜面２ａ、２ａと稜線２ｂとからなる刃先２が加工される。

上記の刃先加工工程において、研磨装置のテーパー軸４に装着された円板状ボディ１’は、図２（ｂ）の拡大図に示すように、軸受孔３の両端縁の円弧面３ａ、３ａでテーパー軸４の周面に接触して保持される。この円弧面３ａとテーパー軸４の周面との接触において、荷重が０のときは点接触であるが、接触部分に荷重が加わると接触部分が変形して荷重に応じた狭い範囲で面接触することになる（参考：ヘルツの接触理論（球と平面））。これにより、図３のような尖った角部１０３ｂでテーパー軸４の周面に接触する従来構造に比して荷重の一点集中が緩和され、衝撃による破損の発生を抑制することができる。なお、円弧面３ａの曲率半径Ｒが大きいほど、テーパー軸との接触部分にかかる荷重を分散させることが容易になる。また、本発明では円弧面３ａでテーパー軸４に接触するので、従来の尖った角部１０３ｂで接触させた場合のようにテーパー軸４の周面に小さな傷が発生することをなくして、常に安定した姿勢で円板状ボディ１’を保持させることができる。

また、円弧面３ａは、軸受孔３の軸方向に沿った長さＬ１を軸受孔３の全長Ｌに対して３〜１２％としたので、カッターホイールＡをスクライブ装置のホルダ軸（図示外）に取り付けたときに、ホルダ軸周面に接触する軸受孔３の内面を軸受孔３全長の８０％以上確保することができる。これにより、ホルダ軸に対してカッターホイールＡを安定した状態で周接支持させることができる。

さらに、この円弧面３ａは、軸受孔３の開口端に至るほど曲線の曲率を大きく形成し、円弧面３ａの円板状ボディ１の側面側での長さＬ２を軸受孔方向の長さＬ１より長くなるようにしたので、軸受孔３の開口端が真円の円弧より大きくラッパ状に広がることとなり、テーパー軸４やホルダ軸への挿入操作がさらに容易となる。

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形態に特定されるものでない。例えば、本発明では上記実施例で示した直径２ｍｍのものを含め、０．８〜３ｍｍのカッターホイールに適用することができる。
その他本発明では、その目的を達成し、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、セラミック基板やサファイア基板、シリコン基板等、非晶質のガラス基板よりも硬い脆性材料基板にスクライブラインを加工したり、分断したりする際に使用される単結晶ダイヤモンド製のカッターホイールに適用される。

Ａ カッターホイール
Ｌ 軸受孔の全長
Ｌ１ 軸受孔方向の円弧面長さ
Ｌ２ 円板状ボディ側面方向の円弧面長さ
１ 円板状ボディ
１’ 研磨加工前の円板状ボディ
２ 刃先部
３ 軸受孔
３ａ 円弧面
４ テーパー軸

Claims (3)

1. 円板状ボディの外周面に研磨加工による刃先部が設けられた単結晶ダイヤモンド製のカッターホイールであって、
   前記円板状ボディの中心に軸受孔が貫通して形成され、前記軸受孔の両端開口縁が曲線状に切除された円弧面で形成されており、
   前記円弧面における内面側の曲率半径は、前記軸受孔の円筒状の部分との境界において前記円弧面に内接する仮想円の半径であり、前記仮想円は、前記軸受孔の前記円筒状の部分との境界との接点を起点に、中心角θが３０〜９０°の円弧と前記円弧面が一致するように設定されており、
   前記曲率半径は、前記カッターホイールの厚みの０．０３倍以上で、かつ１００μｍ以下であるカッターホイール。
2. 前記軸受孔の軸方向に沿った前記円弧面の長さが、前記軸受孔の全長に対し３〜１２％となるように形成されている請求項１に記載のカッターホイール。
3. 前記円弧面が、軸受孔の開口端に至るほど曲率が大きくなる曲線で形成されている請求項１又は請求項２に記載のカッターホイール。

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