KR101191802B1

KR101191802B1 - 다이아몬드 스크라이빙 공구 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101191802B1
Application number: KR1020110018964A
Authority: KR
Inventors: 히로시 토미모리; 타다노부 나카노
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-10-16
Also published as: CN102211331A; TW201201987A; KR20110113558A; JP5001398B2; TWI385063B; CN102211331B; JP2011219308A

Abstract

(과제) 용이하게 다이아몬드 스크라이빙 공구를 제조할 수 있도록 하는 것이다.
(해결 수단) 합성 다이아몬드를 이용하여 섕크(11)의 카운터보어 홀(12)에 합성 다이아몬드(15)의 (100)면이 섕크(11)의 축에 수직이 되도록 삽입하여, 납재(16)에 의해 고정한다. 다음으로 (100)면(15a)과 인접하는 (111)면을 연삭하여 그 교점을 포인트로 하여 다이아몬드 공구를 제조한다. 이 때문에 (100)면을 가공하는 공정을 삭감할 수 있어, 부착각의 기울기를 줄일 수 있다.

Description

다이아몬드 스크라이빙 공구 및 그 제조 방법{DIAMOND SCRIBING TOOL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 다이아몬드를 이용한 스크라이빙 공구에 관한 것이다.

종래, 판유리를 절단하기 위해서는 스크라이빙을 행하고, 그 후 스크라이브 라인을 따라서 유리판을 분단(dividing)함으로써 절단하고 있다. 대상이 되는 유리판의 두께는, 예를 들면, 건재용?자동차용의 비교적 두꺼운 유리부터, 액정 텔레비전 등의 대형, 휴대전화용 등의 소면적의 접합 유리판까지 여러 가지 있다. 특히 휴대전화 등의 소형의 유리판에서는 두께가 얇아진다는 경향이 있다. 얇은 유리판을 절단하는 경우에는, 부정(不整) 파단을 억제하기 위해 스크라이브 하중을 작게 할 필요가 있고, 이를 위해서는 스크라이빙 휠(scribing wheel)의 지름을 작게 할 필요가 있었다. 그러나, 스크라이빙 휠은 외경이 φ1mm 정도의 것이 최소이며, 이보다 작게 하는 것이 어렵다는 결점이 있었다.

한편, 실리콘 반도체나 사파이어의 할단(割斷) 등에서는, 천연 다이아몬드에 의한 다이아몬드 포인트를 사용한 스크라이빙 공구가 이용되고 있다. 이 천연 다이아몬드에 의한 다이아몬드 포인트를 사용한 공구는, 박판 유리의 할단에 있어서도 접촉원(接觸圓) 지름을 작게 할 수 있기 때문에 유용하다고 기대된다. 산출되는 천연 다이아몬드 중에서는, 가장 출현 빈도가 높은 것은 도 1(a)에 나타내는 바와 같이 8개의 정삼각형으로 구성되는 8면체 결정이고, 다음으로 출현 빈도가 높은 기본형은 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 마름모꼴의 면이 12개 모여서 만들어지는 12면체 결정이다. 또한 이것들보다 출현 빈도가 낮지만, 정사각형이 6개 모여서 만들어진 정6면체 결정(도 1(c))이 있으며, 그 6면체 결정의 면은 6면체면 또는 (100)면이라고 불린다. 도 1(d)는 입방체와 정8면체가 조합된 결정이다.

판유리를 스크라이브하는 용도로는, 종래부터 1/70～1/80캐럿의 천연 다이아몬드가 이용되고 있다. 특허문헌 1에서는 직교하는 3축을 1개의 공구의 부착축에 대응하도록 대금(臺金; 지석의 코어)에 접합한 스크라이빙 공구가 나타나 있다. 접합 후, 부착축의 방향으로 다이아몬드를 연마하여 (100)면을 형성하고, (100)면과 8면체 (111)면이 교차하는 1개의 포인트가 스크라이브 포인트가 되도록 연마하여 이용한다. 6면체면((100)면)과 8면체면((111)면)이 교차하는 4개의 면을 연마하여 사용하는 공구를 4포인트 툴이라고 한다.

종래에는 (100)면을 검지하여 연마한 다이아몬드를 섕크(shank)에 접합하는 작업은 숙련 작업자의 기량에 의존하고 있었다. 따라서 천연 다이아몬드를 이용한 스크라이빙 공구에 있어서, 축방향으로 다이아몬드를 연마하여 형성된 면과 (100)면의 기울기는 1.1°～5.8°로 불균일해지는 것을 피할 수 없었다.

일본특허공고공보 소47－20236호

본 발명은 이러한 문제점에 주목하여 이루어진 것으로, 합성 다이아몬드를 이용하여 (100)면과 축방향으로 다이아몬드를 연마하여 형성한 면과의 기울기를 줄여 섕크에 보지(保持;holding)할 수 있어, 제조가 용이하고 고성능이 얻어지도록 하는 것을 기술적 과제로 한다.

이 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다이아몬드 스크라이빙 공구는, 제1 (100)면 및 상기 제1 (100)면에 평행한 제2 (100)면을 갖고, 상기 제1 (100)면과 인접하는 적어도 2면의 (111)면과의 교점을 포인트로 하는 합성 다이아몬드 지립(砥粒)과, 선단(先端)에 카운터보어 홀(counterbored hole)을 갖는 섕크와, 상기 섕크의 카운터보어 홀에, 상기 섕크의 중심축에 대하여 상기 합성 다이아몬드 지립의 제1, 제2 (100)면이 수직이 되도록 보지함과 함께, 상기 합성 다이아몬드 지립을 고정하는 납재(brazing material)를 갖는 것이다.

여기에서 상기 합성 다이아몬드 지립은, 1/100캐럿 이하의 중량으로 해도 좋다.

여기에서 상기 합성 다이아몬드 지립은, 상기 (100)면에 인접하는 (111)면을 4면으로 하고, 그 4개의 교점을 포인트로 해도 좋다.

이 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다이아몬드 스크라이빙 공구의 제조 방법은, 섕크의 선단에 카운터보어 홀을 형성하고, 제1 (100)면 및 상기 제1 (100)면에 평행한 제2 (100)면을 갖는 합성 다이아몬드 지립의 제1 (100)면을 상기 섕크의 중심축과 수직인 면을 갖는 누름 지그에 가(假)고정하고, 상기 섕크의 카운터보어 홀에 상기 누름 지그에 부착된 다이아몬드 지립을 제1 (100)면과 섕크의 축이 수직이 되도록 압입(壓入)하여 납재에 의해 납땜하고, 상기 섕크의 선단에 부착된 합성 다이아몬드 지립의 제1 (100)면에 인접하는 적어도 2면의 (111)면을 연마하여, 그 교점을 포인트로 하여 구성한 것이다.

여기에서 상기 연마 공정은, 제1 (100)면에 인접하는 4면의 (111)면을 연마함으로써 4개의 교점을 각각 포인트로 하여 형성하도록 해도 좋다.

이러한 특징을 갖는 본 발명에 의하면, (100)면이 발달한 합성 다이아몬드 지립을 이용함으로써 결정면을 용이하게 찾아낼 수 있고, 이 면을 기준으로 하여 섕크에 부착하고 있기 때문에, 다이아몬드 지립의 기울기를 줄여 스크라이빙 공구를 용이하게 제조할 수 있다. 또한 종래보다 작은 합성 다이아몬드를 사용함으로써 스크라이빙 공구의 가격을 저감할 수 있다. 또한 이 스크라이빙 공구를 이용하면 스크라이브 하중을 작게 할 수 있기 때문에, 얇은 취성 재료(유리?실리콘?사파이어 등) 기판의 스크라이브에 매우 적합하게 이용할 수 있다.

도 1은 종래의 천연 다이아몬드의 결정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 다이아몬드 스크라이빙 공구의 제조 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 다이아몬드 스크라이빙 공구의 제조 과정을 나타내는 확대도이다.
도 4(a)는 다이아몬드 지립을 섕크의 팁 보지 구멍에 부착한 상태를 나타내는 확대도이고, 도 4(b)는 그 상면도(上面圖)이다.
도 5(a)는 다이아몬드 지립을 연마한 상태를 나타내는 확대 단면도이고, 도 5(b)는 그 상면도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 실시 형태에 의한 스크라이빙 공구는, 쏘우 블레이드(saw blade)용으로서 개발된 합성 다이아몬드를 공구의 선단에 이용하여 스크라이빙 공구로 한 것이다. 여기에서 쏘우 블레이드용 고품질 합성 다이아몬드 지립에 대해서 설명한다. 쏘우 블레이드용 고품질 다이아몬드 지립은, 종결정(seed crystal)을 이용하여 합성되고, 내포물(Inclusion)이 적고 큰 입자이며 고강도를 갖는 Ib형의 합성 다이아몬드로, 예를 들면 입경은 ＃16/20이나 ＃20/25 등이 이용된다. 여기에서 ＃16/20이란, 16번의 체를 통과하고, 20번의 체에 걸리도록 분급(分級)되는 입경 사이즈를 나타내고 있으며, 이하도 동일하다. 쏘우 블레이드용 합성 다이아몬드는 다른 용도(메탈 본드용이나 레진/비트 리파이드 본드용)의 합성 다이아몬드와 비교하여 파괴 인성치(靭性値)가 높고, 입경은 합성 다이아몬드 지립으로서 가장 굵은 부류에 들어간다.

스크라이빙 공구로서 이 다이아몬드 지립을 사용하는 경우는, 다이아몬드 뿔 부분인 포인트만을 사용하기 때문에, 사이즈의 대소는 불문한다. 따라서 비용면에서는, 가공이나 접합이 가능한 범위에서 작은 다이아몬드를 이용하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 합성 다이아몬드로서 예를 들면 ＃20/25의 체로 분급한 약 1/170캐럿의 쏘우 블레이드용의 고품질의 다이아몬드 지립을 이용한다. ＃18/20의 약 1/130캐럿(약 1.5mg)의 쏘우 블레이드용의 다이아몬드 지립을 이용해도 좋고, 1/100캐럿 이하의 것인 것이 바람직하다.

합성 다이아몬드는 (100)면이 다이아몬드의 대향하는 면에 거의 평행으로 형성되어 있다. 여기에서 한쪽을 제1 (100)면, 다른 한쪽을 제2 (100)면으로 한다. 그리고 제1 (100)면을 상면이 되도록 지그에 부착하여 이용한다. 도 2, 도 3은 본 발명의 실시 형태에 의한 스크라이빙 공구의 제조 과정을 나타내는 도면이다. 본 도면에 나타내는 바와 같이 섕크(11)는 선단이 원추 형상으로 형성되어 있고, 그 상부 선단면에 원형의 카운터보어 홀(12)을 형성한다. 이 카운터보어 홀(12)의 지름은 예를 들면 φ0.9mm로 한다. 그리고 도면 중 일점쇄선으로 나타내는 섕크(11)의 중심축을 수직 방향으로 보지해 두고, 섕크(11)에 대하여 상부로부터 누름 지그(13)를 상하이동이 자유롭게 배치한다. 누름 지그(13)의 하면은 섕크(11)의 중심축에 수직으로 하고, 그 하단에는 도 3에 확대도를 나타내는 바와 같이 가고정제(14)를 통하여 합성 다이아몬드(15)를 부착한다. 가고정제(14)는, 예를 들면 양면 테이프나 본드 등의 접착제로서, 누름 지그(13)의 하면에 평행으로 합성 다이아몬드(15)의 제1 (100)면(15a)을 부착한다. 또한 도 3에 확대도를 나타내는 바와 같이, 카운터보어 홀(12)에 납재(16)를 삽입하고, 상부로부터 합성 다이아몬드(15)를 이 카운터보어 홀(12) 내로 밀어붙여 납재(16)를 압입한다. 이렇게 하면 제1 (100)면(15a)이 섕크(11)의 중심축에 수직이 되어, 납재(16)에 의해 합성 다이아몬드(15)가 카운터보어 홀(12)의 상부에 보지된다. 그 후 진공로에서 납접(brazing)시켜, 섕크(11)의 선단에 합성 다이아몬드(15)를 납재(16)에 의해 강고하게 고정한다. 도 4(a)는 이렇게 하여 합성 다이아몬드를 부착한 상태를 나타내는 선단 부분의 단면도, 도 4(b)는 그 상면도이다.

다음으로 도 5에 나타내는 바와 같이 상면의 (100)면(15a)에 대하여 측면이 (111)면(15c～15f)이 되도록 연마하여, (100)면(15a)과 인접하는 (111)면에 의해 4개의 교점이 포인트가 되도록 연마하여 4점의 포인트(P1～P4)를 형성한다. (100)면(15a)과 (111)면(15c～15f)이 이루는 각도는 각각 135°로 하고, 인접하는 2개의 (111)면이 이루는 각도를 110° 전후로 한다. 이렇게 하여 4점의 포인트(P1～P4)를 형성함으로써, 스크라이빙 공구를 완성시킬 수 있다. 이렇게 하여 형성한 4점의 포인트(P1～P4)는 각각 스크라이브를 위한 포인트로서 이용할 수 있다. 본 실시 형태에서는 납재에 의해 섕크 선단에 합성 다이아몬드를 부착했을 때에, 샤프트의 중심축에 대한 합성 다이아몬드의 (100)면의 법선의 기울기각(α)은 2.0° 이하의 기울기가 된다. 따라서 종래의 스크라이빙 공구에 비하여 부착 불균일을 작게 할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 (100)면이 발달한 쏘우 블레이드용의 합성 다이아몬드 지립을 이용함으로써 결정면을 용이하게 찾아낼 수 있어, (100)면을 가공하는 공정 시간을 삭감할 수 있다. 따라서 스크라이빙 공구의 제조가 용이해진다. 또한 종래보다 작은 합성 다이아몬드를 사용함으로써 스크라이빙 공구의 가격을 저감할 수 있다. 　

본 실시 형태에 의한 합성 다이아몬드를 이용한 스크라이빙 공구는 얇은 유리판 뿐만이 아니라, 실리콘판, 사파이어판, InP판, GaN판, GaAs판 등의 취성 재료 기판의 스크라이브에 이용할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는 4면의 (111)면(15c～15f)을 연마하여 형성하고 있지만, 1점의 포인트만으로 좋다면 2면의 (111)면을 연마에 의해 구성하는 것만으로 충분하다.

본 발명은 합성 다이아몬드를 이용하여 용이하게 스크라이빙 공구를 제조할 수 있고, 얇은 유리판 등의 여러 가지 형상의 취성 재료 기판의 스크라이빙 공구로서 이용할 수 있다.

11 : 섕크
12 : 카운터보어 홀
13 : 누름 지그
14 : 가고정제
15 : 합성 다이아몬드
15a, 15b : (100)면
15c～15f : (111)면
16 : 납재

Claims

제1 (100)면 및 상기 제1 (100)면에 평행한 제2 (100)면을 갖고, 상기 제1 (100)면과 인접하는 적어도 2면의 (111)면과의 교점을 포인트로 하는 합성 다이아몬드 지립(砥粒)과,
선단(先端)에 카운터보어 홀을 갖는 섕크와,
상기 섕크의 카운터보어 홀에, 상기 섕크의 중심축에 대하여 상기 합성 다이아몬드 지립의 제1, 제2 (100)면이 수직이 되도록 보지(holding)함과 함께, 상기 합성 다이아몬드 지립을 고정하는 납재(brazing material)를 갖는 다이아몬드 스크라이빙 공구.
제1항에 있어서,
상기 합성 다이아몬드 지립은, 1/100캐럿 이하의 중량인 다이아몬드 스크라이빙 공구.
제1항에 있어서,
상기 합성 다이아몬드 지립은, 상기 (100)면에 인접하는 (111)면을 4면으로 하고, 그 4개의 교점을 포인트로 한 다이아몬드 스크라이빙 공구.
섕크의 선단에 카운터보어 홀을 형성하고,
제1 (100)면 및 상기 제1 (100)면에 평행한 제2 (100)면을 갖는 합성 다이아몬드 지립의 제1 (100)면을 상기 섕크의 중심축과 수직인 면을 갖는 누름 지그에 가(假)고정하고,
상기 섕크의 카운터보어 홀에 상기 누름 지그에 부착된 다이아몬드 지립을 제1 (100)면과 섕크의 축이 수직이 되도록 압입(壓入)하여 납재에 의해 납땜하고,
상기 섕크의 선단에 부착된 합성 다이아몬드 지립의 제1 (100)면에 인접하는 적어도 2면의 (111)면을 연마하여, 그 교점을 포인트로 하여 구성한 다이아몬드 스크라이빙 공구의 제조 방법.
제4항에 있어서,
상기 연마 공정은, 제1 (100)면에 인접하는 4면의 (111)면을 연마함으로써 4개의 교점을 각각 포인트로 하여 형성한 다이아몬드 스크라이빙 공구의 제조 방법.