JPWO2007069668A1 - シャンク及びそれを用いたダイヤモンドスクライバー - Google Patents

Abstract

【課題】 特に高荷重でのスクライブを要する板状材に適した、ダイヤモンドスクライバー及びそれを製造するためのシャンクを提供することである。【解決手段】 ダイヤモンド単結晶３を止まり穴で保持することが出来るとともに、当該止まり穴の入口が矩形であり、当該矩形の各辺を含んだ三角形状の４つの側面を有し、当該４つの側面が交わることを特徴とするシャンク２と、それを用いたダイヤモンドスクライバー１である。【選択図】 図３

Description

本発明は、ダイヤモンド単結晶を保持するためのシャンクと、前記シャンクにダイヤモンド単結晶を載置したダイヤモンドスクライバーに関する。

ダイヤモンド単結晶は、極めて高い耐磨耗性や、特異な半導体的性質を有していることが古くから知られており、ダイヤモンドスクライバー，ダイヤモンドドリル，研削バイト，電子線源（フィールドエミッター），接触式粗さ検出器，硬度測定用圧子，スクラッチ試験用圧子，又はＡＦＭ用探針等の応用製品に幅広く用いられている。

その中でも、単結晶サファイヤ基板や板ガラスなどの板状材を割断するために、これら板状材の主面上に罫書き線を入れるための道具として、ダイヤモンドスクライバーが広く用いられている。このダイヤモンドスクライバーの先端にあるダイヤモンド単結晶は、例えば先端部分を平坦にした四角錐形状となっており、その四角錐の尾根に当る部分と平坦にした先端部分との交点に当る部分を前記の板状材に当接させて、罫書き線を形成する。そして、このダイヤモンド単結晶を固着して保持するための部材として、シャンクが用いられている。

シャンクにダイヤモンド単結晶を固着させる方法としては、金属からなるシャンクの一端に同軸的に穿設された円筒形の凹孔に対して前記ダイヤモンド単結晶の他端を挿入し、ダイヤモンド単結晶の｛１ ０ ０｝面が前記シャンクの軸と垂直になるように、鑞材で固着する方法が、従来知られている（特許文献１）。

特公昭４７−２０２３６号公報（「発明の詳細な説明」第８段落、第４図）

しかしながら、特許文献１に示すシャンクを用いた場合には、ダイヤモンド単結晶をシャンクに取付ける前に、ダイヤモンド単結晶を研磨用の冶工具に取付けて先端を研磨する必要がある等、ダイヤモンド単結晶を研磨する工程が煩雑になるという問題点があった。

また、特許文献１のシャンクにダイヤモンド単結晶を固着させて、ダイヤモンドスクライバーをはじめとした応用製品を形成させる場合には、鑞材を軟化させる際にダイヤモンド単結晶が自由に動きやすく、当該ダイヤモンド単結晶の｛１ ０ ０｝面が、前記シャンクの中心軸に対して垂直な状態から容易に外れてしまう。そのため、シャンク上においてダイヤモンド単結晶の結晶方位を最適な状態にすることが困難であり、ダイヤモンド単結晶の優れた性質を完全に引き出すことが出来ないという問題点があった。

その一方で、特にダイヤモンドスクライバーに応用する場合には、厚さのある板状材を割断する場合には深いスクライブラインが求められるため、また、ケミカルポリッシュを行った面にスクライブラインを形成する場合には、ダイヤモンドスクライバーがケミカルポリッシュを行った面上で滑ることを防ぐため、いずれも高荷重でスクライブを行う必要がある。しかし、特許文献１のシャンクを用いた場合には、ダイヤモンド単結晶の耐摩耗性が引き出せず、容易にチッピングが発生するため、ダイヤモンドスクライバーの寿命が非常に短いものになるという問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、第１には、ダイヤモンド単結晶の性質を最大限に引き出すことの出来るようなシャンクを提供することである。第２には、特に高荷重でのスクライブを要する板状材に適した、ダイヤモンドスクライバーを提供することである。

本発明者は、ダイヤモンド単結晶を載置するシャンクのうち、ダイヤモンド単結晶と当接する部分の形状を制御することにより、当該ダイヤモンド単結晶を最適な状態にしてシャンクの上に配置することが出来ることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、請求項１に係る発明は、ダイヤモンド単結晶を止まり穴で保持することが出来るとともに、当該止まり穴の入口が矩形であり、当該矩形の各辺を含んだ三角形状の４つの側面を有し、当該４つの側面が一点で交わることを特徴とするシャンクである。

天然に産出し、又は高温高圧法や気相合成法等によって工業的に生産されたダイヤモンド単結晶は、一般にミラー指数で｛１ １ １｝面を主面に有した正八面体形状のものと、｛１ １ １｝面及び｛１ ０ ０｝面を主面に有したものとが知られているが、各面が互いになす角度が大きく、結晶方位の判別が容易である点から、正八面体形状のものを用いることが好ましい。そして、前記シャンクの止まり穴が有する三角形状の４つの側面は、ダイヤモンド単結晶の｛１ １ １｝面のうち４面と係合するように形成されている。

また、請求項２に係る発明は、ダイヤモンド単結晶を止まり穴で保持することが出来るとともに、当該止まり穴の入口が矩形であり、当該矩形の各辺を含んだ三角形状及び略三角形状の４つの側面を有し、当該４つの側面のうち対向する２面が交わって形成される溝部を有することを特徴とするシャンクである。

ここで、シャンクに嵌め合わされるダイヤモンド単結晶は、各｛１ １ １｝面が成長する速度に差異が生じるため、正八面体からは若干ずれた形状を有していることが多い。ここで、四角錐状の止まり穴の底部に溝部を形成することで、当該止まり穴の形状は、底が一点になる四角錐から若干ずれた形状になる。止まり穴の形状を四角錐から若干ずらすことで、正八面体からは若干ずれた形状を有するダイヤモンド単結晶の４つの面と当該止まり穴とが、良く係合するように形成されている。

また、請求項３に係る発明は、請求項２記載の構成に加えて、当該ダイヤモンド単結晶の略正八面体形状が有する一辺の長さに対して１％以上１０％未満の長さであることを特徴とするシャンクである。

ここで、前記溝部の長さが前記略正八面体形状の一辺の長さに対して１％以上であれば、ダイヤモンド単結晶の形状のずれを十分に補正することが出来、逆に１０％未満であれば、略正八面体形状のダイヤモンド単結晶を安定的に支持することが容易になるため、いずれも満たしていることが好ましい。

また、請求項４に係る発明は、請求項２記載の構成に加えて、２つの隣り合った当該側面に挟まれた辺の長さに対して１％以上１０％未満の長さであることを特徴とするシャンクである。

ここで、前記溝部の長さが前記側面に挟まれた辺の長さに対して１％以上であれば、ダイヤモンド単結晶の形状の歪みに対しての補正効果を有することが出来、逆に１０％以下であれば、略正八面体形状のダイヤモンド単結晶のがたつきを防止することが出来るため、いずれも満たしていることが好ましい。

また、請求項５に係る発明は、請求項１〜４記載のシャンクの先端にダイヤモンド単結晶を載置して形成されることを特徴とするダイヤモンドスクライバーである。

本発明の請求項１に係るシャンクによれば、ダイヤモンド単結晶を当該シャンクに固定させる際に、当該シャンクが有する止まり穴の４つの側面に、ダイヤモンド単結晶の正八面体形状のうち４面を嵌め合わせることで固定することができる。そのため、ダイヤモンド単結晶を当該シャンクに固定させる際に、当該ダイヤモンド単結晶が動きにくくなることから、当該ダイヤモンド単結晶の耐摩耗性や半導体的性質等の性質の強く出る面が、ダイヤモンドスクライバーをはじめとした応用製品の設計上の方向から大きくずれることが無くなる。したがって、当該ダイヤモンド単結晶の性質を最大限に引き出せるような、シャンクを提供することが出来るという効果を奏する。

また、本発明の請求項２及び３に係るシャンクによれば、シャンクの止まり穴の底に溝部を形成させることで、ダイヤモンド単結晶の若干歪みの生じた正八面体形状に良く嵌め合わせることが出来る。そのため、自然界において産出され又は工業的に生産される、粒状のダイヤモンド単結晶を非常に好ましく固定することの出来るような、シャンクを提供することが出来るという効果を奏する。

さらに、請求項４に係るダイヤモンドスクライバーによれば、ダイヤモンド単結晶の耐摩耗性の性質を最大限に引き出せるようなシャンクを用いることで、特に厚みのある板状体やケミカルポリッシュを施した表面を有した板状体に対して切削を行った場合においても、チッピングを防ぎ、かつ切削寿命の長いダイヤモンドスクライバーを提供することが出来るという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
＜本発明に係るシャンクの形態について＞
本実施形態は、特徴的な形状を有した、ダイヤモンド単結晶３を保持するためのシャンク２に関するものである。

本実施形態に係るシャンク２の材料としては、剛性が高く、かつダイヤモンド単結晶３及び接着剤４の両方との接着性の良い材料であることが好ましく、具体的にはＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｔｉ等の金属もしくはそれらの合金が挙げられる。当該シャンク２の形状は、例えば前記材料を溶融させて金型に流し込み、冷却後に前記金型から取り出す方法を用いることにより、形成することが出来る。

そして、当該シャンク２のダイヤモンド単結晶３を保持する部分には止まり穴を有している。そして、この止まり穴は、入口が矩形であり、その矩形の各辺を含んだ４つの三角形状（略三角形状を含む）の側面を有したものである。ここで、例えば図１に示すように、これら４つの側面が一点で交わるような構成とすることも可能であるが、例えば図２に示すように、これら４つの側面のうち対向する２面が交わり、溝部２ｔを形成する構成がなお好ましい。

一方で、当該シャンク２により保持されるダイヤモンド単結晶３は、ミラー指数で｛１ １ １｝面を主面とした略正八面体の形状を有するものを用いることが好ましい。ここで、自然界において産出され，又は高温高圧法や気相合成法等の工業的手段により製造されたダイヤモンド単結晶３は、＜１ １ １＞方向と等価な各方向の結晶成長量には各々差異が生じるため、その形状は、完全な正八面体形状からは多少の歪みが生じていることが多い。

具体的には、例えば＜１ ０ ０＞方向からダイヤモンド単結晶３を見た場合において、＜１ １ １＞方向及び＜１ -1 -1＞方向へのダイヤモンドの成長量が、＜１ -1 １＞方向及び＜１ １ -1＞方向への成長量と等しい場合には、当該ダイヤモンド単結晶３の＜１ ０ ０＞方向の先端は１点に集まることとなる（図３（ａ））。しかしながら、＜１ １ １＞方向及び＜１ -1 -1＞方向へのダイヤモンドの成長量が、＜１ -1 １＞方向及び＜１ １ -1＞方向への成長量よりも多い場合には、当該ダイヤモンド単結晶３の＜１ ０ ０＞方向の先端は１点に集まらず、｛１ -1 １｝面と｛１ １ -1｝面とが交わって、直線状の頂稜部３ｔが形成される（図３（ｂ））。ここで、頂稜部３ｔの長さは、ダイヤモンド単結晶３が成長した条件によっても大きく異なるものの、ダイヤモンド単結晶３の略正八面体形状が有する１辺の長さの１０％未満であることが多い。

したがって、シャンク２の止まり穴について、前記４つの側面のうち対向する２面が交わり、溝部２ｔを形成しているような構成を取れば、ダイヤモンド単結晶３をシャンク2に固定させる際に、頂稜部３ｔと溝部２ｔとを重ね合わせることで、ダイヤモンド単結晶３の歪みをシャンク２の形状によって吸収することが可能になるため、好ましい。

なお、上記の＜１ -1 -1＞方向とは、ミラー指数の

方向のことである。

また、当該シャンク２の外側の形状については、図１及び図２に示した形状に限られず、各応用製品に応じた種々の形状をなすことが可能である。

＜本発明に係るシャンクを用いた応用製品の製造について＞
以下において、上記実施形態に係るシャンク２を用いた応用製品の製造に係る好ましい実施形態を、応用製品の例として４ポイントスクライバーの場合を用いて説明する。

まず、上記実施形態に示されたシャンク２を用意する。ここで、応用製品として４ポイントスクライバーを製造する場合には、棒状のシャンク２の先端に上記のような止まり穴が形成されたものを用いるとともに、当該シャンク２の外形は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すような四角柱状に形成されていることが好ましい（図５（ａ））。

次に、シャンク２に形成されている止まり穴に対し、ダイヤモンド単結晶３を嵌め合わせる工程を行う（図５（ｂ））。具体的には、ダイヤモンド単結晶３の｛１ １ １｝面と等価な４つの面と、当該シャンク２の止まり穴が有する４つの側面とを重ね合せるようにして、ダイヤモンド単結晶３を当該シャンク２の止まり穴に嵌め込み、仮載置して載置方向を決定する。

ここで、シャンク２が、止まり穴を形成する４側面のうち、対向する２面によって形成される溝部２ｔを有する構成の場合には、ダイヤモンド単結晶３の頂稜部３ｔと当該シャンク２の溝部２ｔとが同じ方向を向くようにして、ダイヤモンド単結晶３を当該シャンク２の穴に嵌め込んで載置することが好ましい。ダイヤモンド単結晶３をこのようにシャンク２に載置することで、当該ダイヤモンド単結晶３が当該シャンク２に載置した際に、当該ダイヤモンド単結晶３に傾きが生じることを防止し、当該止まり穴の中心軸とダイヤモンド単結晶３の＜１ ０ ０＞方向とを高精度に合わせることが出来るからである。

次に、ダイヤモンド単結晶３とシャンク２との間に接着剤４を載せて、必要に応じて当該ダイヤモンド単結晶３と当該シャンク２との接着面に圧力をかけながら、当該ダイヤモンド単結晶３を当該シャンク２に接着する（図５（ｃ））。そして、接着剤４を冷却又は乾燥させることにより、当該ダイヤモンド単結晶３を当該シャンク２に固定させる。ここで接着剤４としては、常温又は加熱条件下で液体となるものを好ましく用いることができ、その具体例としてはエポキシ系接着剤や鑞材等が挙げられる。

そして、シャンク２の所定の部分にダイヤモンド単結晶３が接着固定されたところで、余分な接着剤４を必要に応じて除去した後で、当該ダイヤモンド単結晶３に対して、使用する用途に応じた形状への成形加工を行う。例えば、応用製品として４ポイントスクライバーを製造する場合には、当該ダイヤモンド単結晶３に対して、図６に示すように、当該シャンク２の軸と垂直に先端面３ｂを形成する（図５（ｄ））。ここで、ダイヤモンド単結晶３の成形手段としては、研削加工，レーザ加工，反応性イオンエッチング（ＲＩＥ），熱化学加工，集束イオンビーム（ＦＩＢ），ウェットエッチング等の公知の成形手段を用いることが出来る。

そして、使用する用途に応じて形成された各面を研磨加工により整えることで、所望の結晶面及び結晶方位が高精度に現れるとともに、ダイヤモンド単結晶３の性質を最大限に引き出した応用製品を製造することが出来る。応用製品の例としては、ダイヤモンド単結晶３の性質によって、ダイヤモンドスクライバー，ダイヤモンドドリル，研削バイト，電子線源（フィールドエミッター），接触式粗さ検出器，硬度測定用圧子，スクラッチ試験用圧子，又はＡＦＭ用探針として用いることが出来る。従って、上記４ポイントスクライバーの例においては、先端面３ｂと尾根部３ｃにより形成される頂点を刃先３ａとした、４ポイントのダイヤモンドスクライバー１を製造することが出来る（図５（ｅ））。ここで、ダイヤモンド単結晶３への研磨加工の手段としては、スカイフ研磨をはじめとした公知の研磨手段を用いることが出来る。

本実施形態では、４ポイントスクライバーを例に説明したが、本発明は、４ポイントスクライバーに限定されず、種々のポイントを有するダイヤモンドスクライバー１に対しても、好ましく適用することができる。

本発明を、以下の実施例を用いて詳細に説明する。
［実施例１］
本実施例は、先端の止まり穴に溝部を有した棒状のシャンクを用い、これにダイヤモンド単結晶を接着固定させて、４ポイントのダイヤモンドスクライバーを形成したものである。

本実施例で用いるダイヤモンド単結晶としては、１辺の長さが１.４５ｍｍ（重さ約０.００５ｇ）の略正八面体形状のものを用いる。一方で、本実施例で用いるシャンクは、先端部に矩形の入口を有する止まり穴を有している。その矩形の入口は長辺が１.５０ｍｍ、短辺が１.４５ｍｍであり、止まり穴の深さが約１ｍｍである。そして、この止まり穴の底には長さ０.０５ｍｍの溝部が形成されている。

ここで、ダイヤモンド単結晶が有する直線状の頂稜部と前記止まり穴の溝部とを合わせるようにして、ダイヤモンド単結晶を止まり穴に嵌め込み、接着剤を用いてこれらを固定した。そして、このダイヤモンド単結晶の先端部について、前記のシャンクの軸と垂直に先端面を設けて、４ポイントのダイヤモンドスクライバーを形成させた。

その結果、止まり穴の中心軸とダイヤモンド単結晶の＜１ ０ ０＞方向との誤差は、約２°以内に抑えられ、耐摩耗性を最大限に引き出した４ポイントのダイヤモンドスクライバーを形成することが出来た。

本実施形態に係るシャンクの一例を示す図である。ここで、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面の断面図である。 本実施形態のうち好ましい形態に係る、シャンクの一例を示す図である。ここで、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面の断面図である。 本実施形態に係る、ダイヤモンド単結晶の先端形状の拡大図である。 本実施形態に係る、４ポイントダイヤモンドスクライバーを示す図である。（ａ）は側面図であり、（ｂ）は正面図である。 本実施形態に係り、４ポイントのダイヤモンドスクライバーを製造する場合における、ダイヤモンド単結晶のシャンクへの取付け工程を説明する断面図である。 本実施形態に係る、ダイヤモンドスクライバーに設けられたダイヤモンド単結晶の拡大図である。ここで、（ａ）は正面から見たダイヤモンド単結晶の拡大図であり、（ｂ）は側面から見たダイヤモンド単結晶の拡大図である。

符号の説明

１ ダイヤモンドスクライバー
２ シャンク
２ｔ 溝部
３ ダイヤモンド単結晶
３ａ 刃先
３ｂ 先端面
３ｃ 尾根部
３ｔ 頂稜部
４ 接着剤

Claims (5)

1. ダイヤモンド単結晶を止まり穴で保持することが出来るとともに、
   当該止まり穴の入口が矩形であり、
   当該矩形の各辺を含んだ三角形状の４つの側面を有し、
   当該４つの側面が一点で交わることを特徴とするシャンク。
2. ダイヤモンド単結晶を止まり穴で保持することが出来るとともに、
   当該止まり穴の入口が矩形であり、
   当該矩形の各辺を含んだ三角形状及び略三角形状の４つの側面を有し、
   当該４つの側面のうち対向する２面が交わって形成される溝部を有することを特徴とするシャンク。
3. 当該溝部の長さが、当該ダイヤモンド単結晶の略正八面体形状が有する一辺の長さに対して１％以上１０％未満の長さであることを特徴とする、請求項２記載のシャンク。
4. 当該溝部の長さが、２つの隣り合った当該側面に挟まれた辺の長さに対して１％以上１０％未満の長さであることを特徴とする、請求項２記載のシャンク。
5. 請求項１〜４記載のシャンクの先端にダイヤモンド単結晶を載置して形成されることを特徴とするダイヤモンドスクライバー。

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