KR20190136926A - 홀더 유닛 및 스크라이브 방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 스크라이브 가공되는 피가공물의 품질을 높인다.
[해결 수단] 홀더 유닛(100)은, 홀더(110)와, 홀더(110)에 지지되는 핀(200)과, 핀(200)에 지지되는 스크라이빙 휠(120)을 구비한다. 스크라이빙 휠(120)은 핀(200)이 삽입되는 제2 삽입 구멍(121)을 포함한다. 제2 삽입 구멍(121)을 규정하는 스크라이빙 휠(120)의 휠 내주면(122)은 고내마모 재료에 의해 형성된다. 제2 삽입 구멍(121)의 중간부의 직경은, 제2 삽입 구멍(121)의 단부의 직경보다도 좁게되어 있다. 핀(200)은 핀 본체, 및 핀 본체의 외주면을 보호하는 보호층(220)을 포함한다. 보호층(220)은 휠 내주면(122)에 대한 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자를 포함한다.

Description

홀더 유닛 및 스크라이브 방법{HOLDER UNIT AND SCRIBING METHOD}

본 발명은 스크라이브 가공에 이용되는 홀더 유닛(holder unit) 및 스크라이브 방법(scribing method)에 관한 것이다.

취성 재료 기판 등의 피가공물에 대한 스크라이브 라인(scribe line)의 형성에 스크라이브 장치가 이용된다. 스크라이브 장치는 홀더 유닛을 구비한다. 홀더 유닛은 피가공물을 스크라이브 가공하는 스크라이빙 휠을 구비한다. 스크라이브 가공에서는, 스크라이빙 휠이 피가공물의 표면에 눌린 상태에서 피가공물과 스크라이빙 휠이 상대적으로 이동하여, 피가공물에 스크라이브 라인이 형성된다. 또, 종래의 스크라이브 장치의 일례로서 특허문헌 1을 들 수 있다.

JP 2017-119348 A

종래의 스크라이브 장치에 의해 피가공물을 스크라이브 가공한 경우, 스크라이브 라인의 형성에 따라 피가공물에 생기는 피가공물의 두께방향의 크랙(crack)인 수직 크랙의 형성 상태에 관한 품질이 저하되는 일이 있다. 품질이 낮을 경우의 예로서, 크랙의 깊이가 스크라이브 라인의 부위마다 다른 형성 상태를 들 수 있다. 이것에는, 스크라이브 가공 시의 스크라이빙 휠의 회전이 안정적이지 않은 것이 관계되어 있는 것으로 생각된다.

(1) 본 발명에 관한 홀더 유닛은 홀더와, 상기 홀더에 지지되는 핀, 상기 핀에 지지되는 스크라이빙 휠을 포함하되, 상기 스크라이빙 휠은 상기 핀이 삽입되는 삽입 구멍을 포함하고, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향에 있어서의 상기 삽입 구멍의 중간부의 직경은, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방항에 있어서의 상기 삽입 구멍의 단부의 직경보다도 좁으며, 상기 핀은 핀 본체, 및 상기 핀 본체의 외주면을 보호하는 보호층을 포함하고, 상기 보호층은 상기 삽입 구멍을 규정하는 상기 스크라이빙 휠의 내주면에 대한 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자를 포함한다.

스크라이브 가공 시의 스크라이빙 휠의 회전 상태는, 스크라이브 가공에 따라 피가공물에 형성되는 크랙의 형성 상태에 영향을 미친다. 스크라이브 가공된 피가공물의 품질을 높이기 위한 방법의 하나로서, 스크라이브 가공 시의 스크라이빙 휠의 회전을 안정시키는 방법을 들 수 있다. 스크라이빙 휠의 회전이 안정한 상태란, 예를 들면 스크라이빙 휠의 회전 저항이 변동하지 않는 상태, 또는 회전 저항의 변동 폭이 미소한 상태이다. 스크라이빙 휠의 내주면과 핀의 외주면의 접촉 부분에서 생기는 저항은 스크라이빙 휠의 회전 상태에 영향을 미친다. 이 저항이 작을수록 스크라이빙 휠의 회전 상태가 안정적이고, 스크라이브 가공된 피가공물의 품질이 향상되는 것으로 여겨진다.

상기 접촉 부분에 생기는 저항을 작게 하는 방법으로서, 예를 들면, 스크라이빙 휠의 내주면(이하 "휠 내주면"이라 칭함), 및 핀의 외주면(이하 "핀 외주면"이라 칭함)의 각각의 표면 조도를 작게 하는 방법이나, 휠 내주면과 핀의 내주면의 접촉 면적을 작게 하는 방법을 들 수 있다. 본원 발명자는 이 방법을 따르는 홀더 유닛(이하 "기준 홀더 유닛"이라 칭함 )을 이용해서 스크라이브 가공된 피가공물의 품질을 관찰했다. 기준 홀더 유닛의 구체적인 구성은 다음과 같다. 스크라이빙 휠 및 핀은 각각 다이아몬드 소결체이다. 휠 내주면의 표면 조도 및 핀 외주면의 표면 조도가 충분히 작아지도록, 각각의 면에 연마 가공이 시행되었다. 휠 내주면에 대해서는 표면 조도가 더욱 작아지도록 경면 가공이 시행되는 동시에, 휠 내주면의 형상을 삽입 구멍의 중간부의 직경이 삽입 구멍의 단부의 직경보다도 좁게 되도록 하였다.

피가공물을 각종 가공 조건에서 스크라이브 가공한 결과, 실제의 피가공물의 품질은 휠 내주면 및 핀 외주면의 표면 조도의 작음에 대해서 기대되는 품질이 뒤떨어질 경우가 있는 것이 확인되었다. 구체적으로는, 피가공물에 대한 스크라이빙 휠의 주행거리가 일정한 주행거리를 초과한 상태에서, 피가공물의 두께방향과는 다른 방향으로 뻗는 미소한 균열을 수반하는 스크라이브 라인이 피가공물에 형성될 경우가 있었다. 이 균열은 수평 크랙이라 지칭된다. 피가공물에 있어서 수평 크랙이 생긴 부분에서는, 피가공물의 표면이 박리될 경우가 있다. 피가공물의 표면이 박리된 상태는 파이버라 지칭된다. 피가공물에 대한 스크라이빙 휠의 주행거리가 일정한 주행거리를 초과한 상태에서는, 또한 피가공물에 형성된 수직 크랙의 진전이 불충분한 사례도 보였다. 이 피가공물이 스크라이브 라인을 따라서 분단되었을 경우, 분단된 부분의 품질이 저하되는 일이 있다. 휠 내주면과 핀 외주면의 접촉 부분의 저항에 크게 영향을 주는 표면 조도가 작음에도 불구하고, 피가공물의 품질이 저하된 이유는 예를 들면 다음과 같이 생각된다.

휠 내주면 및 핀 외주면의 표면 조도가 모두 극히 작고, 접촉 면적도 작은 것에 기인해서, 스크라이브 개시 시에 있어서는 휠 내주면과 핀 외주면의 마찰면에서는 소결 다이아몬드에 포함되는 다이아몬드 입자가 접촉하는 면적이 넓게 되어 있지만, 마모에 의해 서서히 마찰면에 나타나는 코발트나 텅스텐 등의 금속을 포함하는 소결조제가 접촉하는 면적이 넓어져, 응착이 생기기 쉬워진다. 마찰면에서 응착한 부분이 스크라이빙 휠의 회전에 대해서 저항을 부여하고, 이 저항에 기인하는 스크라이빙 휠의 회전 상태의 불안정함 때문에, 정상인 스크라이브 라인 형성을 형성하기 위한 조건이 안정적이지 않아, 피가공물의 품질이 저하된 것으로 여겨진다.

표면 조도와 접촉 면적이 작을수록 회전에 대한 저항이 작아진다고 하는 지견에 따르면, 스크라이빙 휠의 회전 저항을 작게 하기 위해서 휠 내주면을 경면 가공한다는 접근법 자체는 유효한 것으로 여겨진다. 그러나, 그 내주면과 접촉하는 대상인 핀 외주면의 조합의 문제로부터, 휠 내주면과 핀 외주면 사이에 마모에 의해 회전 저항을 변화시키는 요인이 생긴 것으로 추정된다. 이 현상의 발생에는, 마찰면을 형성하는 휠 내주면 및 핀 외주면의 쌍방의 표면 조도가 충분히 작은 것, 그리고 스크라이빙 휠 및 핀이 각각 다이아몬드 소결체이며, 같은 정도의 경도를 갖는 것이 관계되어 있는 것으로 여겨진다.

본원 발명자는 휠 내주면을 경면 가공한다는 수법은 유지하고, 핀 외주면의 표면 조도가 작은 다이아몬드 소결체의 핀 대신에, 모재인 핀 본체의 외주면에 보호층을 형성한 핀을 이용하여, 본 발명에 관한 홀더 유닛을 구성하였다. 보호층은 휠 내주면에 대한 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자를 포함한다. 휠 내주면에 대한 내마모성이 높은 상태란, 고내마모 재료에 의해 형성되는 휠 내주면과의 접촉에 의해 마모가 생긴 경우에도 핀이 소정의 수명을 갖도록 완만하게 마모가 진행되는 상태, 또는 실질적으로 마모되지 않은 상태를 의미한다.

본 발명에 관한 홀더 유닛을 이용해서 스크라이브 가공된 피가공물의 품질을 관찰한 결과, 피가공물의 품질이 향상되는 것이 확인되었다. 이러한 결과가 얻어진 이유는 예를 들면 다음과 같이 생각된다. 본 발명에 관한 홀더 유닛의 핀 외주면에서는, 기준 홀더 유닛의 핀 외주면과는 달리, 보호층을 구성하는 다수의 고내마모 입자 사이에 틈이 형성되고, 그리고 고내마모 입자가 차지하는 비율이 높아진다. 이 때문에, 휠 내주면과 보호층에 의해 구성되는 핀 외주면의 마찰면의 모양은 기준 홀더 유닛의 휠 내주면과 핀 외주면의 마찰면의 모양과 상이하다. 이 차이로부터, 마찰면에 있어서 강한 응착이 생기기 어렵고, 스크라이브 가공 시에 있어서의 스크라이빙 휠의 회전 저항의 증가가 억제되어, 스크라이빙 휠의 회전 상태가 안정적이다. 또한, 휠 내주면과 핀 외주면의 접촉 면적이 좁게 되므로, 휠 내주면의 표면 성상에 기인한 스크라이빙 휠의 경사가 억제된다. 이 점에서도 스크라이빙 휠의 회전 상태의 안정성이 높아진다.

(2) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향과 평행하고, 그리고 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 통과하는 상기 스크라이빙 휠의 단면에서는, 상기 내주면의 형상이 북 형상이다.

스크라이브 가공 시에 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향의 성분을 포함하는 반력이 스크라이빙 휠에 생길 경우가 있다. 이 반력은 스크라이빙 휠을 핀에 대해서 경사지도록 작용한다. 상기 홀더 유닛에서는, 삽입 구멍의 내주면의 형상이 북 형상이기 때문에, 중심 축심을 따르는 방향의 성분을 포함하는 반력이 스크라이빙 휠에 생긴 경우에도 스크라이빙 휠의 경사가 생기기 어렵다.

(3) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 고내마모 재료는, 다이아몬드, 입방정 질화탄소, 론스달라이트(lonsdaleite), 초경도 나노튜브 및 입방정 질화 붕소 중 적어도 하나를 포함한다.

이 때문에, 휠 내주면의 내마모성이 보다 높아진다.

(4) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 다수의 고내마모 입자는 다이아몬드 입자, 입방정 질화탄소 입자, 론스달라이트 입자, 초경도 나노튜브 입자 및 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 하나를 포함한다.

이 때문에, 보호층의 내마모성이 보다 높아진다.

(5) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 고내마모 입자는 지립(砥粒)이다.

숫돌에 이용되는 지립을 이용해서 보호층을 제조할 수 있으므로, 제조 비용이 저하된다.

(6) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 보호층은 상기 고내마모 입자를 상기 핀 본체의 외주면에 결합시키는 결합제의 층을 포함하고, 상기 고내마모 입자는 상기 결합제의 층의 내부에 위치하는 입자 피복부, 및 상기 결합제의 층의 표면으로부터 돌출하는 입자 돌출부를 포함한다.

고내마모 입자는 입자 피복부에 있어서 결합제의 층을 개재해서 핀 본체의 외주면에 결합된다. 이 때문에, 핀 본체의 외주면이 적절하게 보호된다. 입자 돌출부는 휠 내주면에 접촉한다. 이 때문에, 보호층의 마모가 진행되기 어렵다.

(7) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 입자 돌출부의 선단은 평면이다. 휠 내주면은 보호층의 입자 돌출부에 접촉한다. 스크라이브 가공 시에 스크라이빙 휠이 핀에 대해서 회전하고, 휠 내주면과 입자 돌출부의 선단이 마찰면을 형성한다. 스크라이빙 휠의 회전에 의해 입자 돌출부가 마모된다. 상기 홀더 유닛에서는, 입자 돌출부의 선단이 평면이기 때문에, 입자 돌출부의 선단이 뾰족한 경우보다도 마모가 완만하게 진행된다. 이 때문에, 초기 상태에 있어서 입자 돌출부가 뾰족한 핀을 사용한 경우와 비교해서, 스크라이빙 휠의 주행거리가 일정한 주행거리에 도달한 경우에 있어서의 핀의 마모량이 적고, 핀의 외주면 위에 깊은 홈이 형성되기 어렵다.

(8) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 결합제는 니켈이다.

이 때문에, 전기 도금을 이용해서 보호층을 제조할 수 있다.

(9) 상기 홀더 유닛의 일례에서는, 상기 스크라이빙 휠은 다이아몬드 소결체이다.

이 때문에, 다양한 피가공물에 대해서 고품질의 스크라이브 가공을 시행할 수 있다.

(10) 또, 본 발명의 스크라이브 방법은, 핀에 지지되는 스크라이빙 휠이 피가공물의 표면에 주사되는 스크라이브 방법으로서, 상기 스크라이빙 휠은 상기 핀이 삽입되는 삽입 구멍을 포함하고, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향에 있어서의 상기 삽입 구멍의 중간부의 직경은, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향에 있어서의 상기 삽입 구멍의 단부의 직경보다도 좁게 되어 있고, 상기 핀의 외주면은 다수의 고내마모 입자를 포함하고, 상기 스크라이빙 휠이 상기 핀에 대해서 회전할 때에, 상기 고내마모 입자의 선단과, 상기 스크라이빙 휠의 내주면이 마찰면을 형성하는, 것을 특징으로 한다. 본 발명에 관한 스크라이브 방법에서는, 핀 외주면의 고내마모 입자의 선단과 휠 내주면의 고내마모 재료가 마찰면을 형성하기 때문에 강한 응착이 생기기 어렵고, 스크라이브 가공 시에 있어서의 스크라이빙 휠의 회전 저항의 증가가 억제되어, 스크라이빙 휠의 회전 상태가 안정된다.

본 발명의 홀더 유닛에 관련되는 기술의 일례를 기술한다.

(A) 스크라이빙 휠을 지지하는 스크라이빙 휠의 핀으로서, 상기 핀은 핀 본체, 및 상기 핀 본체의 외주면을 보호하는 보호층을 포함하되, 상기 보호층은 상기 내주면에 대한 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자를 포함하고, 상기 보호층은 상기 고내마모 입자를 상기 핀 본체의 외주면에 결합시키는 결합제의 층을 포함하고, 상기 고내마모 입자는 상기 결합제의 층의 내부에 위치하는 입자 피복부, 및 상기 결합제의 층의 표면으로부터 돌출하는 입자 돌출부를 포함하고, 상기 입자 돌출부의 선단은 평면이다.

(B) 상기 스크라이빙 휠의 핀의 일례에서는, 상기 다수의 고내마모 입자는 다이아몬드 입자, 입방정 질화탄소 입자, 론스달라이트 입자, 초경도 나노튜브 입자 및 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 하나를 포함한다.

(C) 상기 스크라이빙 휠의 핀의 일례에서는, 상기 고내마모 입자는 지립이다.

(D) 스크라이빙 휠을 지지하는 스크라이빙 휠의 핀의 제조 방법으로서, 상기 핀의 핀 본체의 외주면을 보호하고, 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자 및 상기 고내마모 입자를 상기 핀 본체의 외주면에 결합시키는 결합제의 층을 포함하는 보호층을 형성하는 공정과, 상기 고내마모 입자 중 상기 결합 재료의 층의 표면으로부터 돌출하는 입자 돌출부를 연마하는 공정을 포함한다.

본 발명에 따르면, 스크라이브 가공되는 피가공물의 품질이 향상되고, 홀더 유닛을 보다 장기에 걸쳐 사용할 수 있다.

도 1은 실시형태의 스크라이브 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 홀더 유닛의 단면도.
도 3은 도 2의 핀의 단면도.
도 4는 미가공 상태인 보호층의 모델도.
도 5는 가공 완료 상태인 보호층의 모델도.
도 6은 3차원 측정기에 의한 도 4의 보호층의 프로파일의 측정 결과를 나타낸 도면.
도 7은 3차원 측정기에 의한 도 5의 보호층의 프로파일의 측정 결과를 나타낸 도면.
도 8은 제1 사용 형태에 의한 주행거리가 짧은 상태인 보호층 등의 모델도.
도 9는 제1 사용 형태에 의한 주행거리가 긴 상태인 보호층 등의 모델도.
도 10은 제2 사용 형태에 의한 주행거리가 짧은 상태인 보호층 등의 모델도.
도 11은 제2 사용 형태에 의한 주행거리가 긴 상태인 보호층 등의 모델도.
도 12는 시험 결과의 일례를 나타낸 도면.

(실시형태)

스크라이브 장치는 스크라이빙 휠을 피가공물에 압압한 상태에서 스크라이빙 휠과 피가공물을 상대적으로 이동시킴으로써, 피가공물의 표면에 스크라이브 라인을 형성한다. 스크라이브 장치에 있어서의 이 동작은 스크라이빙 휠의 주사라 지칭된다. 스크라이빙 휠의 주사 방법은 주로 3가지 방법으로 분류된다. 제1 주사 방법에서는, 스크라이브 가공 시에 스크라이빙 휠의 위치가 유지되고, 스크라이빙 휠에 대해서 피가공물이 반송된다. 피가공물의 반송에 의해 스크라이빙 휠이 피가공물의 표면 상에서 상대적으로 소정의 주사 방향으로 주사된다. 제2 주사 방법에서는, 스크라이브 가공 시에 피가공물의 위치가 유지되고, 피가공물에 대해서 스크라이빙 휠이 소정의 주사 방향으로 주사된다. 제3주사 방법에서는, 제1 주사 방법과 제2 주사 방법이 조합되어, 피가공물에 대해서 스크라이빙 휠이 소정의 주사 방향으로 주사된다.

피가공물의 일례는 취성 재료 기판이다. 취성 재료 기판의 일례는 유리 기판 및 세라믹스 기판이다. 유리 기판의 일례는 무알칼리 유리 기판이다. 취성 재료 기판으로 형성된 무알칼리 유리 기판은 예를 들면 플랫 패널 디스플레이에 이용된다. 플랫 패널 디스플레이의 일례는 텔레비전 수신기의 디스플레이 및 스마트폰의 디스플레이다.

도 1은 취성 재료 기판 등의 피가공물을 적정한 품질로 스크라이브 가공할 수 있도록 구성되는 스크라이브 장치(10)의 일례를 도시한다. 스크라이브 장치(10)는 스크라이빙 휠(120)에 대해서 피가공물(W)을 반송하는 것에 의해 피가공물(W)에 스크라이브 라인을 형성한다. 스크라이브 장치(10)를 구성하는 중심인 요소는 반송 장치(20) 및 가공 장치(30)이다. 반송 장치(20)는 레일(21), 테이블(22), 직진 구동 기구(23), 회전 구동 기구(24) 및 진공 흡인 장치(25)에 의해 구성된다. 이하의 설명에서는, 피가공물(W)이 반송되는 방향을 반송 방향(DA)이라 칭하고, 스크라이브 장치(10)의 평면에서 보았을 때에 반송 방향(DA)과 직교하는 방향을 폭방향(DB)이라 칭하며, 반송 방향(DA) 및 폭방향(DB)과 직교하는 방향을 높이방향(DC)이라 칭한다. 반송 방향(DA)에는 제1 반송 방향, 및 이것과는 반대인 제2 반송 방향이 포함된다. 폭방향(DB)에는 제1 폭방향, 및 이것과는 반대인 제2 폭방향이 포함된다. 높이방향(DC)에는 위쪽 및 아래쪽이 포함된다.

도시된 예에서는, 스크라이브 장치(10)의 베이스(base)(도시 생략)에 1쌍의 레일(21)이 배치된다. 레일(21)의 형상은 반송 방향(DA)을 규정하는 직선이다. 한쪽 레일(21)과 다른 쪽 레일(21)은 폭방향(DB)으로 일정한 간격을 두고 배치된다. 테이블(22)은 슬라이더(22A), 지주(22B) 및 상판(22C)으로 구분된다. 슬라이더(22A)는 레일(21)을 따라서 이동할 수 있도록 각 레일(21)에 연결된다. 지주(22B)는 내부에 다른 요소를 배치할 수 있도록 구성되는 중공의 부분이며, 슬라이더(22A) 위에 설치된다. 상판(22C)은 피가공물(W)을 배치하기 위한 부분이며, 지주(22B) 위에 설치된다.

직진 구동 기구(23)는 테이블(22)을 레일(21)에 대해서 이동시킨다. 직진 구동 기구(23)는 예를 들면 모터(23A) 및 이송나사(23B)에 의해 구성된다. 모터(23A)는 스크라이브 장치(10)의 베이스(도시 생략)에 배치된다. 모터(23A)의 출력축은 모터(23A)의 회전 중심축 주변에서 이송나사(23B)가 회전하도록 이송나사(23B)에 연결된다. 이송나사(23B)는 1쌍의 레일(21) 사이에 배치된다. 이송나사(23B)의 길이방향은 레일(21)의 길이방향으로 평행하다. 슬라이더(22A)는 이송나사(23B)의 회전에 따라 이송나사(23B)의 길이방향으로 이동하도록 이송나사(23B)에 연결된다. 모터(23A)가 회전함으로써 이송나사(23B)가 회전하고, 이송나사(23B)의 회전 방향에 따라서 테이블(22)이 레일(21)에 대해서 제1 반송 방향 또는 제2 반송 방향으로 이동한다.

회전 구동 기구(24) 및 진공 흡인 장치(25)는 지주(22B) 내에 배치된다. 회전 구동 기구(24)는 높이방향(DC)과 평행한 중심 축심 주변에서 상판(22C)을 지주(22B)에 대해서 회전시킨다. 진공 흡인 장치(25)는 상판(22C) 위에 배치된 피가공물(W)을 상판(22C)에 흡착시킨다. 스크라이브 가공은 진공 흡인 장치(25)에 의해 피가공물(W)이 흡착된 상태에서 실시된다.

가공 장치(30)는 세로 프레임(31), 가로 프레임(32), 스크라이브 헤드(33), 홀더 조인트(34), 홀더 유닛(100), 가로 구동 기구(35), 및 세로 구동 기구(36)에 의해 구성된다. 세로 프레임(31), 가로 프레임(32), 스크라이브 헤드(33) 및 홀더 조인트(34)는 예를 들면 각각의 기능에 적합한 금속에 의해 구성된다.

도시된 예에서는, 스크라이브 장치(10)의 베이스(도시 생략)에 1쌍의 세로 프레임(31)이 배치된다. 세로 프레임(31)의 길이방향은 높이방향(DC)과 평행하다. 1쌍의 세로 프레임(31)은 1쌍의 레일(21)을 사이에 끼우도록 폭방향(DB)에 있어서의 각 레일(21)의 외측에 배치된다. 가로 프레임(32)은 1쌍의 세로 프레임(31) 사이에 설치된다. 가로 프레임(32)의 길이방향은 폭방향(DB)과 평행하다. 가로 프레임(32)은 각 세로 프레임(31)에 고정된다. 가로 프레임(32)에는 가이드(32A)가 설치된다. 가이드(32A)는 예를 들면 가로 프레임(32)의 길이방향으로 평행한 홈이다.

스크라이브 헤드(33)는 홀더 조인트(34)를 지지하는 베이스이다. 스크라이브 헤드(33)는 가로 프레임(32)을 따라서 폭방향(DB)으로 이동할 수 있도록 가이드(32A)에 연결된다. 홀더 조인트(34)는 스크라이브 헤드(33)의 하부에 연결된다. 홀더 조인트(34)는 홀더 유닛(100)을 착탈할 수 있도록 구성된다.

가로 구동 기구(35)는 스크라이브 헤드(33)를 가로 프레임(32)에 대해서 폭방향(DB)으로 이동시킨다. 가로 구동 기구(35)는 예를 들면 모터(35A) 및 이송나사(35B)에 의해 구성된다. 모터(35A)는 한쪽 세로 프레임(31)에 설치된다. 모터(35A)의 출력축은 모터(35A)의 회전 중심축 주변에서 이송나사(35B)가 회전하도록 이송나사(35B)에 연결된다. 이송나사(35B)는 가로 프레임(32) 내에 배치된다. 이송나사(35B)의 길이방향은 가로 프레임(32)의 길이방향과 평행하다. 스크라이브 헤드(33)는 이송나사(35B)의 회전에 따라 이송나사(35B)의 길이방향으로 이동하도록 이송나사(35B)에 연결된다. 모터(35A)가 회전함으로써 이송나사(35B)가 회전하고, 이송나사(35B)의 회전 방향에 따라서 스크라이브 헤드(33)가 가로 프레임(32)에 대해서 제1 폭방향 또는 제2 폭방향으로 이동한다. 홀더 조인트(34) 및 홀더 유닛(100)은 스크라이브 헤드(33)와 일체적으로 폭방향(DB)으로 이동한다.

세로 구동 기구(36)는 스크라이브 헤드(33)에 설치된다. 세로 구동 기구(36)는 제1 구동 기구(36A) 및 제2 구동 기구(36B)를 포함한다. 제1 구동 기구(36A)는 스크라이브 헤드(33)를 높이방향(DC)으로 이동시킨다. 제2 구동 기구(36B)는 홀더 조인트(34)를 스크라이브 헤드(33)에 대해서 이동시키는 것에 의해 피가공물(W)에 스크라이브 하중을 부여한다. 제1 구동 기구(36A)는 예를 들면 모터 및 이송 나사에 의해 구성된다. 모터의 출력축은 모터의 회전 중심축 둘레에서 이송 나사가 회전하도록 이송 나사에 연결된다. 이송 나사의 길이방향은 높이방향(DC)과 평행하다. 스크라이브 헤드(33)는 이송 나사의 회전에 따라 이송 나사의 길이방향으로 이동하도록 이송 나사에 연결된다. 모터가 회전하는 것에 의해 이송 나사가 회전하고, 이송 나사의 회전 방향에 따라서 스크라이브 헤드(33)가 가이드(32A)에 대해서 위쪽 또는 아래쪽으로 이동한다. 홀더 유닛(100)은 홀더 조인트(34)와 일체적으로 높이방향(DC)으로 이동한다. 제2 구동 기구(36B)는 예를 들면 에어 실린더 또는 서보 모터와, 직동기구에 의해 구성된다. 제2 구동 기구(36B)는 스크라이브 헤드(33) 내에 배치된다. 에어 실린더 또는 서보 모터는 직동기구를 높이방향(DC)으로 이동시킨다. 홀더 조인트(34)는 직동기구에 부착된다. 직동기구 및 홀더 조인트(34)는 일체적으로 높이방향(DC)으로 이동한다.

도 2는 폭방향(DB) 및 높이방향(DC)과 평행한 단면에 있어서의 홀더 유닛(100)의 구조를 나타낸다. 홀더 유닛(100)을 구성하는 중심인 요소는 홀더(110), 스크라이빙 휠(120) 및 핀(200)이다. 베이스(111)는 홀더 조인트(34)에 대해서 착탈될 수 있다. 핀(200)은 홀더(110)에 지지되고, 예를 들면, 커버(140) 등의 탈락 방지 기구에 의해 탈락이 방지되어 있다. 스크라이빙 휠(120)은 핀(200)에 지지된다. 홀더(110) 및 커버(140)를 구성하는 재료의 일례는 자성체 금속이다. 홀더(110) 및 커버(140)를 구성하는 재료는 개별로 선택할 수 있다. 스크라이빙 휠(120)을 구성하는 재료의 일례는 소결 다이아몬드(Poly Crystalline Diamond), 초경합금, 단결정 다이아몬드 및 다결정 다이아몬드이다. 스크라이빙 휠(120)을 구성하는 재료는 개별로 선택할 수 있다.

홀더(110)는 베이스(111) 및 1쌍의 암(112)으로 구분된다. 베이스(111)의 형상은 원기둥 또는 각기둥이다. 1쌍의 암(112)은 베이스(111)의 하부에서부터 아래쪽으로 뻗는다. 암(112)의 길이방향은 높이방향(DC)과 평행하다. 폭방향(DB)에 있어서 한쪽 암(112)의 내면(112A)과 다른 쪽 암(112)의 내면(112A) 사이에는, 스크라이빙 휠(120)을 배치하기 위한 공간(113)이 형성된다. 폭방향(DB)에 있어서의 한쪽 암(112)의 내면(112A)과 다른 쪽 암(112)의 내면(112A)의 간격은 스크라이빙 휠(120)의 두께보다도 약간 넓다. 각 암(112)에는 핀(200)이 삽입되는 제1 삽입 구멍(114)이 형성된다. 제1 삽입 구멍(114)은 암(112)을 폭방향(DB)으로 관통하는 원형의 구멍이다. 암(112)에 형성되는 내주면(115)은 제1 삽입 구멍(114)을 규정한다. 제1 삽입 구멍(114)은 암(112)의 내면(112A)에 개구되는 내측 개구부(114A), 및 암(112)의 외면(112B)에 개구되는 외측 개구부(114B)를 갖는다.

스크라이빙 휠(120)은 1쌍의 암(112) 사이의 공간(113)에 배치된다. 스크라이빙 휠(120)에는 핀(200)이 삽입되는 제2 삽입 구멍(121)이 형성된다. 제2 삽입 구멍(121)은 스크라이빙 휠(120)을 두께방향으로 관통하는 원형의 구멍이다. 스크라이빙 휠(120)에 형성되는 내주면(122)(이하 "휠 내주면(122)"이라 칭함)은 제2 삽입 구멍(121)을 규정한다. 휠 내주면(122)은 고내마모 재료에 의해 형성된다. 휠 내주면(122)에는 경면 가공이 시행된다. 경면 가공된 휠 내주면(122)의 산술평균조도(Ra)는, 통상의 마무리 가공이 시행된 면의 산술평균조도(Ra)보다도 작다. 일례에서는, 휠 내주면(122)의 산술평균조도(Ra)는 0.01㎛ 이하이다. 바람직한 예에서는, 휠 내주면(122)의 산술평균조도(Ra)가 0.005㎛ 이하이며, 최대높이(Rz)가 0.05㎛ 이하이다. 고내마모 재료는, 다이아몬드, 입방정 질화탄소, 론스달라이트, 초경도 나노튜브 및 입방정 질화 붕소 중 적어도 하나를 포함한다. 일례에서는, 스크라이빙 휠(120)은 다이아몬드 소결체이며, 휠 내주면(122)을 형성하는 고내마모 재료를 포함하는 스크라이빙 휠(120)의 전체가 다이아몬드 소결체로 구성된다.

핀(200)은 홀더(110) 및 스크라이빙 휠(120)의 각각에 대해서 비압입 상태로 각 암(112)의 제1 삽입 구멍(114) 및 스크라이빙 휠(120)의 제2 삽입 구멍(121)에 삽입된다. 핀(200)의 굵기(RC)는 제1 삽입 구멍(114)의 직경(RA) 및 제2 삽입 구멍(121)의 직경(RB)보다도 작다. 핀(200)의 길이는 폭방향(DB)에 있어서의 한쪽 제1 삽입 구멍(114)의 외측 개구부(114B)와 다른 쪽 제1 삽입 구멍(114)의 외측 개구부(114B)의 간격보다도 약간 짧다.

휠 내주면(122)의 형상은 임의로 선택할 수 있다. 일례에서는, 스크라이빙 휠(120)의 제2 삽입 구멍(121)의 중심 축심(CB)을 따르는 방향에 있어서의 제2 삽입 구멍(121)의 중간부(121A)의 직경은, 제2 삽입 구멍(121)의 중심 축심(CB)을 따르는 방향에 있어서의 제2 삽입 구멍(121)의 단부(121B)의 직경보다도 좁다. 본 실시형태에 있어서는, 휠 내주면(122)의 최소직경부인 제2 삽입 구멍(121)의 중간부(121A)의 직경과 휠 내주면(122)의 최대 직경부인 제2 삽입 구멍(121)의 단부(121B)의 직경의 차이는 예를 들면 0.1㎛ 이상 그리고 1.0㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.1㎛ 이상 그리고 0.5㎛ 이하로 된다. 스크라이빙 휠의 두께방향과 평행이고, 그리고 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 통과하는 상기 스크라이빙 휠의 단면에서는, 상기 내주면의 형상은 북 형상이다. 구체적으로는, 휠 내주면(122)은 중심 축심(CB)을 따르는 방향에 있어서 각 측면(123)으로부터 스크라이빙 휠(120)의 중심을 향함에 따라서 중심 축심(CB)을 향해서 불룩해지도록 만곡된다. 휠 내주면(122)과 핀 외주면(201)의 관계는 실질적인 선접촉, 또는 접촉 면적이 미소한 면접촉이다. 스크라이브 가공 시에 중심 축심(CB)을 따르는 방향의 성분을 포함하는 반력이 스크라이빙 휠(120)에 생긴다. 이 반력은 스크라이빙 휠(120)을 핀(200)에 대해서 경사지게 하도록 작용한다. 스크라이빙 휠(120)이 경사진 상태에서는, 중심 축심(CB)과 직교하는 스크라이빙 휠(120)의 회전 중심면이 핀(200)의 중심 축심(CC)과 직교하지 않는다. 홀더 유닛(100)에서는, 휠 내주면(122)이 상기와 같은 곡면이기 때문에, 스크라이브 가공 시에 있어서의 스크라이빙 휠(120)의 경사가 생기기 어렵다.

커버(140)는 홀더(110)와는 별도로 구성된다. 커버(140)는 제1 삽입 구멍(114)의 외측 개구부(114B)를 개폐할 수 있도록 고정 수단에 의해 홀더(110)에 고정된다. 고정 수단의 일례는 나사이다. 커버(140)는 핀(200)의 선단(202)이 제1 삽입 구멍(114)으로부터 튀어나오지 않도록 제1 삽입 구멍(114)의 외측 개구부(114B)의 일부 또는 전부를 폐쇄한다. 도시된 예에서는, 커버(140)는 제1 삽입 구멍(114)의 외측 개구부(114B)의 일부를 폐쇄한다.

스크라이브 장치(10)에서는 스크라이빙 휠(120)을 교환할 수 있다. 스크라이빙 휠(120)의 교환 방법으로서, 예를 들면 제1 교환 방법 및 제2 교환 방법을 들 수 있다. 제1 교환 방법에서는, 최초에 커버(140)가 홀더(110)로부터 분리된다. 다음에 핀(200)이 홀더(110)로부터 빼내지고, 스크라이빙 휠(120)이 홀더(110)의 공간(113)으로부터 취출된다. 다음에 새로운 스크라이빙 휠(120)이 홀더(110)의 공간(113)에 배치되고, 암(112)의 제1 삽입 구멍(114) 및 스크라이빙 휠(120)의 제2 삽입 구멍(121)에 핀(200)이 삽입된다. 스크라이빙 휠(120)의 두께가 각 암(112)의 간격보다도 얇으므로, 스크라이빙 휠(120)을 교환하는 작업을 용이하게 실시할 수 있다. 핀(200)을 교환할 필요가 있을 경우에는, 홀더(110)로부터 빼낸 핀(200)이 아니라, 새로운 핀(200)이 제1 삽입 구멍(114) 및 제2 삽입 구멍(121)에 삽입된다. 비압입 상태에서 홀더(110) 및 스크라이빙 휠(120)에 삽입할 수 있도록 핀(200)이 구성되므로, 홀더(110)에 대한 핀(200)의 취출 및 삽입을 용이하게 실시할 수 있다.

제2 교환 방법은 커버(140) 대신에 다른 구성의 탈락 방지 기구에 의해 핀(200)이 홀더(110)에 유지될 경우에 선택된다. 예를 들면, 탈락 방지 기구는 홀더(110)에 결합되는 클릭부를 포함한다. 클릭부가 홀더(110)에 결합된 상태에서는, 탈락 방지 기구는 홀더(110)에 고정되어, 홀더(110)에 대해서 개폐 동작할 수 없다. 제2 교환 방법에서는, 스크라이빙 휠(120) 및 핀(200)이 홀더(110)에 유지된 상태에서, 일체의 홀더 유닛(100)으로서 교환된다. 구체적으로는, 최초에 홀더 유닛(100)이 홀더 조인트(34)로부터 분리된다. 그 다음에 새로운 홀더 유닛(100)이 홀더 조인트(34)에 부착된다.

스크라이브 가공 공정의 개시 전의 상태에서는, 스크라이빙 휠(120)이 피가공물(W)에 접촉하지 않도록, 세로 구동 기구(36)는 홀더 유닛(100)을 높이방향(DC)의 소정 위치에 유지시킨다. 스크라이브 가공 공정의 개시에 따라서, 스크라이빙 휠(120)이 피가공물(W)의 표면에 접촉하도록 세로 구동 기구(36)는 홀더 유닛(100)을 높이방향(DC)의 소정 위치로부터 아래쪽으로 이동시킨다. 스크라이빙 휠(120)이 피가공물(W)의 표면에 접촉한 상태에서는, 스크라이빙 휠(120)에 의해 피가공물(W)에 소정의 하중이 가해지도록, 세로 구동 기구(36)는 홀더 유닛(100)의 높이방향(DC)의 위치를 결정한다.

도 3은 핀(200)의 단면도이다. 핀(200)은 핀 본체(210) 및 핀 본체(210)의 외주면(211)을 보호하는 보호층(220)에 의해 구성된다. 보호층(220)의 표면(221)은 핀(200)의 외주면인 핀 외주면(201)을 구성한다. 핀 본체(210)는 원기둥이다. 보호층(220)은 핀 본체(210)의 외주면(211)을 덮는다. 바람직한 예에서는, 핀 본체(210)의 외주면(211) 중, 스크라이빙 휠(120)의 휠 내주면(122)과 접촉할 가능성이 있는 부분의 전체에 보호층(220)이 설치된다. 도 2에 도시된 예에서는, 핀 본체(210)의 외주면(211)의 전체에 보호층(220)이 설치된다.

보호층(220)은 휠 내주면(122)에 대한 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자(230)(도 4 참조)를 포함한다. 바람직한 예에서는, 핀(200)이 소정의 수명을 갖도록 보호층(220)이 구성된다. 소정의 수명은 예를 들면 스크라이브 가공에 의해 스크라이빙 휠(120)이 피가공물(W) 위를 주행하는 거리로 규정된다. 휠 내주면(122)에 대한 내마모성이 높은 상태란, 다이아몬드에 의해 형성되는 휠 내주면(122)과의 접촉에 의해 마모가 생긴 경우에도 핀(200)이 소정의 수명을 갖도록 완만하게 마모가 진행되는 상태, 또는 실질적으로 마모되지 않는 상태를 의미한다.

도 4은 모재인 핀 본체(210)에 보호층(220)이 형성되고, 그 보호층(220)이 연마 가공되어 있지 않은 상태(이하 "핀(200)의 미가공 상태"라 칭함)에 관한 핀(200)의 모델도이다. 도시된 예에서는, 다수의 고내마모 입자(230)의 형상이 같고, 다수의 고내마모 입자(230)가 핀 본체(210)의 외주면(211) 상에서 정렬되어 있지만, 실제의 보호층(220)에서는, 각각의 고내마모 입자(230)의 형상은 다르고, 핀 본체(210)의 외주면(211) 상에 불규칙하게 다수의 고내마모 입자(230)가 존재한다.

고내마모 입자(230)의 종류는 임의로 선택할 수 있다. 일례에서는, 다수의 고내마모 입자(230)는 다이아몬드 입자, 입방정 질화탄소 입자, 론스달라이트 입자, 초경도 나노튜브 입자 및 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 하나를 포함한다. 도시된 예에서는, 다수의 고내마모 입자(230)는 다이아몬드 입자이다. 다이아몬드 입자를 구성하는 재료의 일례는 단결정 다이아몬드 및 다결정 다이아몬드이다. 핀 본체(210)를 구성하는 재료는 임의로 선택할 수 있다. 일례에서는, 핀 본체(210)를 구성하는 재료의 경도는 고내마모 입자(230)의 경도보다도 낮다. 그 일례는 초경합금, 강철 및 스테인리스강이다. 경도의 종류는 예를 들면 누프 경도(Knoop Hardness)이다.

보호층(220)은 고내마모 입자(230)를 핀 본체(210)의 외주면(211)에 결합시키는 결합제의 층(240)(이하 "결합층(240)"이라 칭함)을 더 포함한다. 결합층(240)은 핀 본체(210)의 외주면(211)을 덮는다. 결합층(240)의 구조는 임의로 선택할 수 있다. 일례에서는, 결합층(240)은 전기 도금에 의해 형성되는 전착층이다. 결합제의 종류의 일례는 니켈, 및 니켈을 포함하는 합금이다. 도시된 예에서는, 결합층(240)은 니켈에 의해 구성된다. 이 결합층(240)은 전해 니켈 도금에 의해 형성되는 전착층이다.

고내마모 입자(230)는 결합층(240)에 의해 핀 본체(210)의 외주면(211)에 결합된다. 이 결합은, 고내마모 입자(230)가 핀 본체(210)를 보호할 수 있도록 외주면(211) 상에 고내마모 입자(230)를 유지하는 것이다. 고내마모 입자(230)는 결합층(240)의 내부에 위치하는 입자 피복부(231), 및 결합층(240)의 표면(241)으로부터 돌출되는 입자 돌출부(232)를 포함한다. 일례에서는, 고내마모 입자(230)는 지립이다. 고내마모 입자(230)의 표면(233)에는, 다수의 모서리(234) 및 다수의 평면(235)이 존재한다. 핀(200)의 미가공 상태에서는, 다수의 고내마모 입자(230)의 대다수는 모서리(234)가 입자 돌출부(232)의 선단에 위치하는 것과 같은 자세를 취한다.

홀더 유닛(100)을 구성하는 핀(200)의 초기 상태는 임의로 선택할 수 있다. 핀(200)의 초기 상태란, 미사용의 홀더 유닛(100)에 있어서의 핀(200)의 상태이다. 선택되는 초기 상태의 일례는, 보호층(220)에 연마 가공이 시행된 가공 완료 상태, 및 보호층(220)에 연마 가공이 시행되지 않은 미가공 상태이다. 지립을 포함하는 층에 대해서는 일반적으로 날을 세우기 위한 연마 가공이 시행되지만, 핀(200)의 보호층(220)에 대해서 시행되는 연마 가공은 보호층(220)의 표면 조도를 작게 하기 위한 가공이다. 연마 가공으로서는 예를 들면, 핀(200)의 센터를 지그 등으로 유지한 상태에서 보호층(220)을 연마하는 연마 가공, 및 핀(200)의 센터를 유지하지 않는 상태에서 보호층(220)을 연마하는 센터리스(centerless) 연마 가공을 선택할 수 있다.

도 5는 연마 가공된 보호층(220)의 모델도이다. 연마 가공된 보호층(220)에서는, 입자 돌출부(232)의 선단은 평면(235)이다. 연마 가공에서는, 고내마모 입자(230)가 숫돌로부터 받는 힘에 의해 고내마모 입자(230)의 자세가 변화되고, 다수의 고내마모 입자(230)의 대부분은 평면(235)이 입자 돌출부(232)의 선단에 위치하는 것과 같은 자세를 취한다. 또는 입자 돌출부(232)의 모서리(234)가 연마에 의해 제거되어, 입자 돌출부(232)에 평면(235)이 형성된다. 고내마모 입자(230)의 자세의 변화, 및 입자 돌출부(232)에 있어서의 평면(235)의 형성 중 한쪽 또는 양쪽이 생기는 것에 의해, 보호층(220)의 표면(221)은 다수의 평면(235)에 의해 구성된다. 또, 연마 가공에 의해 다수의 고내마모 입자(230)의 일부가 핀 본체(210)에 압입되는 일이 있다. 이 고내마모 입자(230)의 자세는 연마 가공 전과 대체로 같고, 모서리(234)가 입자 돌출부(232)의 선단에 위치한다.

평면(235)이 입자 돌출부(232)의 선단에 위치하는 고내마모 입자(230)가 결합층(240)으로부터 돌출하는 양은, 연마 가공 전에 있어서 모서리(234)가 입자 돌출부(232)의 선단에 위치하는 고내마모 입자(230)가 결합층(240)으로부터 돌출하는 양보다도 적다. 평면(235)이 입자 돌출부(232)의 선단에 위치하는 고내마모 입자(230)가 결합층(240)으로부터 돌출하는 양, 및 연마 가공 후에 있어서 모서리(234)가 입자 돌출부(232)의 선단에 위치하는 고내마모 입자(230)가 결합층(240)으로부터 돌출하는 양은 대체로 동등하다.

도 6은 미가공 상태인 보호층(220)의 프로파일을 3차원 측정기에 의해 측정한 결과의 일례이다. 도 7은 가공 완료 상태인 보호층(220)의 프로파일을 3차원 측정기에 의해 측정한 결과의 일례이다. 도 6에 나타낸 측정 결과로부터, 미가공 상태인 보호층(220)의 표면에 입자 돌출부(232)의 모서리(234)가 다수 존재하는 것을 확인할 수 있다. 도 7의 측정 결과로부터, 가공 완료 상태인 보호층(220)의 표면에 입자 돌출부(232)의 평면(235)이 다수 존재하는 것을 확인할 수 있다.

홀더 유닛(100)의 사용 형태는 예를 들면 제1 사용 형태 및 제2 사용 형태로부터 선택할 수 있다. 제1 사용 형태는 핀(200)의 초기 상태로서 미가공 상태가 선택되는 사용 형태이다. 제2 사용 형태는 핀(200)의 초기 상태로서 가공 완료 상태가 선택되는 사용 형태이다. 홀더(110)에 세트하는 핀(200)의 종류에 따라 홀더 유닛(100)의 사용 형태를 선택할 수 있다.

도 8은 제1 사용 형태에 의한 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 짧은 상태를 나타낸다. 주행거리가 짧은 상태란, 예를 들면 주행거리가 0m 이상 그리고 기준거리 미만인 상태이다. 기준거리는 예를 들면 일반적인 핀에 요구되는 수명의 1할 정도의 주행거리다. 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 짧은 상태에서는, 휠 내주면(122)은 다수의 입자 돌출부(232)의 모서리(234)에 접촉한다. 스크라이브 가공 시의 스크라이빙 휠(120)의 회전에 따른 휠 내주면(122)과 입자 돌출부(232)의 모서리(234)의 마찰에 의해, 입자 돌출부(232)의 모서리(234)가 마모되고, 입자 돌출부(232)에 있어서의 휠 내주면(122)과의 접촉 부분은 휠 내주면(122)의 형상을 따르도록 점점 변화된다.

도 9는 제1 사용 형태에 의한 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 긴 상태를 나타낸다. 주행거리가 긴 상태란, 예를 들면 주행거리가 기준거리 이상인 상태이다. 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 긴 상태에서는, 입자 돌출부(232)에 있어서의 휠 내주면(122)과의 접촉 부분은 휠 내주면(122)을 따르는 면(236)이다. 면(236)에 있어서의 고내마모 입자(230)와 휠 내주면(122)의 접촉 면적은, 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 짧은 상태와 비교해서 증가하고 있다. 이 때문에, 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 길어짐에 따라서 주행거리 증가에 대한 고내마모 입자(230)의 마모량은 점점 감소한다. 또, 입자 돌출부(232)의 마모량이 많을 경우, 결합층(240)의 일부도 마모된다. 결합층(240)은 고내마모 입자(230)와 비교해서 충분히 경도가 낮고, 스크라이빙 휠(120)과의 접촉에 의해 제거된다. 다수의 입자 돌출부(232) 중, 휠 내주면(122)과 접촉하지 않는 입자 돌출부(232)의 상태는 초기 상태와 마찬가지이다.

도 10은 제2 사용 형태에 의한 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 짧은 상태를 나타낸다. 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 짧은 상태에서는, 휠 내주면(122)은 다수의 입자 돌출부(232)의 평면(235)에 접촉한다. 선단에 모서리(234)가 존재하는 입자 돌출부(232)가 포함될 경우, 휠 내주면(122)이 그 모서리(234)에 접촉할 경우도 있다. 스크라이브 가공 시의 스크라이빙 휠(120)의 회전에 따른 휠 내주면(122)과 입자 돌출부(232)의 마찰에 의해, 입자 돌출부(232)에 있어서의 휠 내주면(122)과의 접촉 부분이 마모되지만, 제1 사용 형태와는 달리 보호층(220)의 표면이 다수의 평면(235)에 의해 구성되므로, 제1 사용 형태와 비교해서 마모에 의한 형상의 변화량이 더욱 적다.

도 11은 제2 사용 형태에 의한 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 긴 상태를 나타낸다. 입자 돌출부(232)의 마모량이 적기 때문에, 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 긴 상태에서도 휠 내주면(122)과 보호층(220)의 관계는 스크라이빙 휠(120)의 주행거리가 짧은 상태와 거의 마찬가지이다.

홀더 유닛(100)의 각 부의 치수는 예를 들면 다음과 같이 결정된다. 스크라이빙 휠(120)의 외경은 1㎜ 내지 7㎜의 범위에서 선택된다. 일례에서는, 스크라이빙 휠(120)의 외경은 2㎜이다. 스크라이빙 휠(120)의 두께는 0.4㎜ 내지 1.2㎜의 범위에서 선택된다. 일례에서는, 스크라이빙 휠(120)의 두께는 0.64㎜이다. 폭방향(DB)에 있어서의 암(112)의 간격은 0.4㎜ 내지 1.3㎜의 범위에서 선택된다. 일례에서는, 암(112)의 간격은 0.66㎜이다. 제1 삽입 구멍(114)의 직경(RA)는 0.4㎜ 내지 1.5㎜의 범위에서 선택된다. 일례에서는, 제1 삽입 구멍(114)의 직경(RA)는 0.8㎜이다. 제2 삽입 구멍(121)의 직경(RB)은 0.4㎜ 내지 1.5㎜의 범위에서 선택된다. 일례에서는, 제2 삽입 구멍(121)의 직경(RB)은 0.8㎜이다. 핀(200)의 굵기(RC)는 0.4㎜ 내지 1.5㎜의 범위에서 선택된다. 일례에서는, 핀(200)의 굵기(RC)는 0.77㎜이다.

일례에서는, 보호층(220)의 제원은 다음과 같이 결정된다. 고내마모 입자(230)의 층 구성은 1층, 2층 및 3층 이상의 다층으로부터 선택된다. 고내마모 입자(230)의 입도는 메쉬 크기 표기에서는 #800 내지 #1500의 범위에서 선택된다. 고내마모 입자(230)의 입자 직경은 5㎛ 내지 30㎛의 범위에서 선택된다. 결합제에는 니켈, 또는 니켈을 포함하는 합금이 이용되는 것이 바람직하다. 보호층(220)의 두께는 5㎛ 내지 30㎛의 범위에서 선택된다.

(실시예)

실시형태의 홀더 유닛(100) 및 기준 홀더 유닛의 성능을 평가하는 시험을 실시하였다. 이하의 설명에서는, 실시형태의 홀더 유닛(100)에 관련된 부호를 생략한다. 또한, 스크라이빙 휠의 주행거리를 휠 주행거리라 기술한다.

본 시험에서는, 휠 내주면과 핀 외주면의 마찰에 의해 생기는 소리의 사운드 수준, 및 핀 외주면의 마모량을 측정하고, 각각의 결과에 기초하여 홀더 유닛의 성능을 종합적으로 평가했다. 종합 평가의 종류는 X, Y이다. 종합 평가가 X인 홀더 유닛에 따르면, 휠 주행거리가 길 경우에도 적정한 품질의 피가공물이 얻어진다. 종합 평가가 Y인 홀더 유닛에 따르면, 휠 주행거리가 길 경우에 피가공물의 품질이 저하될 우려가 있다. 단, 휠 주행거리와 피가공물의 품질의 관계를 파악하고, 적정한 품질의 피가공물이 얻어지는 가공 조건에 기초하여 종합 평가가 Y인 홀더 유닛을 사용할 경우에는, 실제의 스크라이브 가공 시에 특별한 지장은 생기지 않는다.

시험에는, 스크라이빙 휠이 피가공물의 표면 상을 주행하는 상황과 유사한 상황에서 스크라이빙 휠을 주사할 수 있는 시험기를 이용하였다. 시험기에는 측정 대상의 홀더 유닛이 세트된다. 세트된 홀더 유닛의 스크라이빙 휠은 시험기의 롤러에 접촉한다. 롤러가 회전하는 것에 의해 스크라이빙 휠이 회전하고, 실제의 스크라이브 가공 시에 있어서의 스크라이빙 휠의 주사와 유사한 상황에서 스크라이빙 휠이 주사된다.

사운드 수준의 측정에는 시험기에 설치되는 진동 센서, 및 진동 센서의 측정 결과를 해석하는 데이터 레코더를 이용했다. 진동 센서는 휠 내주면과 핀 외주면의 마찰에 의해 생기는 소리를 측정한다. 진동 센서의 측정 결과는 데이터 레코더에 입력된다. 데이터 레코더는 진동 센서의 측정 결과를 주파수 해석하고, 사운드 수준으로 변환시킨다. 사운드 수준은 기준값(reference)에 대한 상대값이다. 기준값으로서, 기준 홀더 유닛을 이용한 스크라이브 가공 시 파이버가 발생한 시점에서의 사운드 수준을 설정하였다. 이 시험에서는, 기준값의 사운드 수준을 최대의 수준인 5로 설정하였다. 사운드 수준은 스크라이빙 휠의 회전 상태의 안정성과 상관이 있다. 스크라이빙 휠의 회전 상태의 안정성이 높을수록 사운드 수준이 작아진다. 사운드 수준이 4, 5에 대응하는 스크라이빙 휠의 회전 상태는, 스크라이브 가공 시에 있어서 파이버가 형성될 경우의 스크라이빙 휠의 회전 상태와 유사하다.

핀 외주면의 마모량의 측정에는 3차원 측정기를 이용했다. 마모량의 측정을 위하여, 휠 주행거리가 0m인 상태, 및 휠 주행거리가 소정의 주행거리에 도달한 상태의 각각에 있어서, 홀더 유닛으로부터 핀을 빼내고, 그 핀을 3차원 측정기에 세트해서, 3차원 측정기에 의해 핀 외주면의 프로파일을 측정했다. 기준 홀더 유닛을 이용한 시험에서는, 소정의 주행거리는 3000m이다. 실시형태의 홀더 유닛을 이용한 시험에서는, 소정의 주행거리는 11000m이다.

핀 외주면의 프로파일의 측정 결과로부터 핀 외주면의 마모량을 확인하였다. 구체적으로는, 휠 주행거리가 0m인 상태에 있어서의 핀 외주면의 프로파일과, 휠 주행거리가 소정의 주행거리인 상태에 있어서의 핀 외주면의 프로파일의 차이로부터, 핀 외주면의 마모량이 구해진다. 핀의 수명은 핀 외주면의 마모량과 상관이 있다. 핀 외주면의 마모량이 기준 마모량 이하인 경우, 핀이 소정의 수명을 가진다고 판정할 수 있다. 기준 홀더 유닛의 핀과 실시형태의 홀더 유닛의 핀은 구조가 상위하므로, 기준 마모량의 설정 방법이 다르다. 실시형태의 홀더 유닛의 핀에 관한 기준 마모량은, 주로 소정의 주행거리 및 핀의 초기 상태에 있어서의 보호층의 두께와의 관계에 따라서 설정된다. 예를 들면, 소정의 주행거리가 소정의 수명에 대응할 경우, 기준 마모량은 적어도 핀의 초기 상태에 있어서의 보호층의 두께보다도 작다. 소정의 주행거리가 소정의 수명보다도 짧을 경우, 기준 마모량은 더욱 작게 설정된다.

도 12는 시험 결과의 일례이다. 시험에 이용한 홀더 유닛은 2종류의 기준 홀더 유닛과, 2종류의 실시형태의 홀더 유닛의 합계 4종류이다. 2종의 기준 홀더 유닛을 각각 측정 대상(A1), 측정 대상(A2)이라 기술한다. 2종의 실시형태의 홀더 유닛을 각각 측정 대상(B1), 측정 대상(B2)이라 기술한다. 각 측정 대상(A1 내지 B2)에 있어서 서로 대응하는 요소의 크기는 동일하다. 모든 측정 대상의 휠 내주면에는, 휠 내주면의 산술평균조도(Ra)가 0.005㎛ 이하, 그리고 최대높이(Rz)가 0.05㎛ 이하가 되도록 경면 가공이 시행되었다. 휠 내주면과 핀 외주면 사이는 무윤활 상태이다.

기준 홀더 유닛에 관한 시험 조건은 다음과 같다. 측정 대상(A1, A2)의 상위점은 핀을 구성하는 다이아몬드 입자의 입자 직경 및 조성이다. 측정 대상(A1, A2)에 관한 다른 조건은 동일하다. 스크라이빙 휠 및 핀은 각각 다이아몬드 소결체이다. 측정 대상(A1)의 다이아몬드 입자의 입자 직경은 1㎛ 이하이다. 측정 대상(A2)의 다이아몬드 입자의 입자 직경은 1㎛ 내지 3㎛이다.

실시형태의 홀더 유닛(100)에 관한 시험 조건은 다음과 같다. 측정 대상(B1, B2)의 상위점은 고내마모 입자(230)의 입자 직경 및 핀(200)의 초기 상태이다. 측정 대상(B1, B2)에 관한 다른 조건은 동일하다. 핀 본체(210)의 재료는 탄소공구강이다. 고내마모 입자(230)의 종류는 다이아몬드 입자이다. 결합층(240)은 전해 니켈 도금에 의해 형성된 니켈층이다. 측정 대상(B1)의 핀(200)의 고내마모 입자(230)의 입자 직경은 입도 표시로 #1500이다. 측정 대상(B1)의 핀(200)의 초기 상태는 미가공 상태이다. 측정 대상(B2)의 핀(200)의 고내마모 입자(230)의 입자 직경은 입도 표시로 #800이다. 측정 대상(B2)의 핀(200)의 초기 상태는 가공 완료 상태이다. 연마 가공의 방법은 다이아몬드 지립을 이용한 센터리스 가공이다.

측정 대상(A1)에 관한 시험 결과는 다음과 같다. 휠 주행거리 100m에서는 사운드 수준은 1이다. 휠 주행거리 1500m에서는 사운드 수준은 4이다. 휠 주행거리 3000m에서는 사운드 수준은 5이다. 휠 주행거리 3000m에 있어서의 핀 외주면의 마모량은 기준 마모량 이하이지만, 핀 외주면의 형상은 휠 내주면의 형상을 따르듯이 약간 변화되어 있다. 측정 대상(A1)에서는, 사운드 수준이 4, 5에 도달할 경우가 있으므로, 홀더 유닛의 성능에 관한 종합 평가는 Y이다. 또, 휠 주행거리 3000m에서 사운드 수준이 5에 도달하는 것이 확인되었기 때문에, 휠 주행거리가 3000m보다도 길 경우에 대해서는 사운드 수준을 측정하고 있지 않다. 도면 중의 사선은 이것을 나타내고 있다.

측정 대상(A2)에 관한 시험 결과는 다음과 같다. 휠 주행거리 100m에서는 사운드 수준은 2이다. 휠 주행거리 1500m에서는 사운드 수준은 3.5이다. 휠 주행거리 3000m에서는 사운드 수준은 5이다. 휠 주행거리 3000m에 있어서의 핀 외주면의 마모량은 기준 마모량 이하이지만, 핀 외주면의 형상은 휠 내주면의 형상을 따르도록 약간 변화되어 있다. 측정 대상(A2)에서는, 사운드 수준이 5에 도달할 경우가 있으므로, 홀더 유닛의 성능에 관한 종합 평가는 Y이다. 또, 휠 주행거리 3000m에서 사운드 수준이 5에 도달하는 것이 확인되었기 때문에, 휠 주행거리가 3000m보다도 길 경우에 대해서는 사운드 수준을 측정하고 있지 않다. 도면 중의 사선은 이것을 나타내고 있다.

측정 대상(B1)에 관한 시험 결과는 다음과 같다. 휠 주행거리 100m에서는 사운드 수준은 2이다. 휠 주행거리 1500m에서는 사운드 수준은 1이다. 휠 주행거리 3000m에서는 사운드 수준은 1이다. 휠 주행거리 5000m, 8000m, 11000m에서는 사운드 수준은 0.5이다. 휠 주행거리 11000m에 있어서의 핀 외주면의 마모량은 기준 마모량 이하이며, 측정 대상(A1, A2)과 비교해서 핀 외주면의 형상의 변화가 작다. 측정 대상(B1)에서는, 사운드 수준의 최대치가 2이며, 핀 외주면의 마모량은 기준 마모량 이하이기 때문에, 홀더 유닛의 성능에 관한 종합 평가는 X이다.

휠 주행거리 5000m, 8000m, 11000m인 경우의 사운드 수준이 휠 주행거리 100m, 1500m, 3000m인 경우의 사운드 수준보다도 낮은 이유는 다음과 같이 생각된다. 휠 내주면과의 접촉에 의해 입자 돌출부의 모서리가 마모되어, 고내마모 입자에 있어서의 휠 내주면과의 접촉 부분이 휠 내주면의 형상을 따르도록 변화되고, 고내마모 입자와 휠 내주면의 접촉 면적이 증가하였다. 이것에 의해, 스크라이빙 휠이 회전해도 고내마모 입자의 마모가 실질적으로 생기지 않은 상태, 또는 고내마모 입자의 마모가 진행되기 어려운 상태로 천이되고, 스크라이빙 휠의 회전 상태가 안정적이며, 사운드 수준이 저하된 것으로 여겨진다.

측정 대상(B2)에 관한 시험 결과는 다음과 같다. 휠 주행거리 100m, 1500m, 3000m, 5000m, 8000m, 11000m의 어느 것이라도 사운드 수준은 0.5이다. 휠 주행거리 11000m에 있어서의 핀 외주면의 마모량은 기준 마모량 이하이며, 측정 대상(A1, A2)과 비교해서 핀 외주면의 형상의 변화가 작다. 측정 대상(B2)에서는, 사운드 수준의 최대치가 0.5이며, 핀 외주면의 마모량은 기준 마모량 이하이기 때문에, 홀더 유닛의 성능에 관한 종합 평가는 X이다.

(변형예)

상기 실시형태는 본 발명에 관한 홀더 유닛이 취할 수 있는 형태의 예시이며, 그 형태를 제한하는 것을 의도하고 있지 않다. 본 발명에 관한 홀더 유닛은 실시형태에 예시된 형태와는 다른 형태를 취할 수 있다. 그 일례는, 실시형태의 구성의 일부를 치환, 변경, 혹은 생략한 형태, 또는 실시형태에 새로운 구성을 부가한 형태이다.

·핀(200)의 단면형상은 임의로 변경 가능하다. 일례에서는, 핀(200)의 단면형상은 다각형이다. 다각형의 일례는 사각형, 육각형 및 팔각형이다. 보호층(220)은 다각형인 핀 본체(210)의 외주면(211)을 덮도록 형성된다.

·고내마모 입자(230)의 형상은 임의로 변경 가능하다. 일례에서는, 고내마모 입자(230)의 형상은 구(球)이다.

·스크라이빙 휠(120)의 구조는 임의로 변경 가능하다. 스크라이빙 휠(120)의 휠 내주면(122) 이외의 부분은 휠 내주면(122)을 구성하는 고내마모 재료와는 다른 재료에 의해 구성된다. 다른 재료의 일례는 휠 내주면(122)을 구성하는 고내마모 재료와는 다른 고내마모 재료, 또는 초경합금이다.

10: 스크라이브 장치 100: 홀더 유닛
110: 홀더 120: 스크라이빙 휠
121: 제2 삽입 구멍(스크라이빙 휠의 삽입 구멍)
121A: 중간부 122: 내주면
200: 핀 210: 핀 본체
211: 외주면 220: 보호층
230: 고내마모 입자 231: 입자 피복부
232: 입자 돌출부

Claims (10)

1. 홀더 유닛(holder unit)으로서,
   홀더;
   상기 홀더에 지지되는 핀; 및
   상기 핀에 지지되는 스크라이빙 휠을 포함하되,
   상기 스크라이빙 휠은 상기 핀이 삽입되는 삽입 구멍을 포함하고,
   상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향에 있어서의 상기 삽입 구멍의 중간부의 직경은, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방항에 있어서의 상기 삽입 구멍의 단부의 직경보다도 좁게 되어 있으며,
   상기 핀은 핀 본체, 및 상기 핀 본체의 외주면을 보호하는 보호층을 포함하고,
   상기 보호층은 상기 삽입 구멍을 규정하는 상기 스크라이빙 휠의 내주면에 대한 내마모성이 높은 다수의 고내마모 입자를 포함하는, 홀더 유닛.
2. 제1항에 있어서, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향과 평행하고, 그리고 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 통과하는 상기 스크라이빙 휠의 단면에서는, 상기 내주면의 형상이 북 형상인, 홀더 유닛.
3. 제1항에 있어서, 상기 삽입 구멍을 규정하는 상기 스크라이빙 휠의 내주면은 고내마모 재료에 의해 형성되고,
   상기 고내마모 재료는, 다이아몬드, 입방정 질화탄소, 론스달라이트(Lonsdaleite), 초경도 나노튜브 및 입방정 질화붕소 중 적어도 하나를 포함하는, 홀더 유닛.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 고내마모 입자는 다이아몬드 입자, 입방정 질화탄소 입자, 론스달라이트 입자, 초경도 나노튜브 입자 및 입방정 질화붕소 입자 중 적어도 하나를 포함하는, 홀더 유닛.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고내마모 입자는 지립(砥粒)인, 홀더 유닛.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보호층은 상기 고내마모 입자를 상기 핀 본체의 외주면에 결합시키는 결합제의 층을 포함하고,
   상기 고내마모 입자는 상기 결합제의 층의 내부에 위치하는 입자 피복부, 및 상기 결합제의 층의 표면으로부터 돌출하는 입자 돌출부를 포함하는, 홀더 유닛.
7. 제6항에 있어서, 상기 입자 돌출부의 선단은 평면인, 홀더 유닛.
8. 제6항에 있어서, 상기 결합제는 니켈인, 홀더 유닛.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스크라이빙 휠은 다이아몬드 소결체인, 홀더 유닛.
10. 핀에 지지되는 스크라이빙 휠이 피가공물의 표면에 주사되는 스크라이브 방법으로서,
    상기 스크라이빙 휠은 상기 핀이 삽입되는 삽입 구멍을 포함하고,
    상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향에 있어서의 상기 삽입 구멍의 중간부의 직경은, 상기 삽입 구멍의 중심 축심을 따르는 방향에 있어서의 상기 삽입 구멍의 단부의 직경보다도 좁게 되어 있으며,
    상기 핀의 외주면은 다수의 고내마모 입자를 포함하고,
    상기 스크라이빙 휠이 상기 핀에 대해서 회전할 때에, 상기 고내마모 입자의 선단과, 상기 스크라이빙 휠의 내주면이 서로 마찰면을 형성하는 것을 특징으로 하는 스크라이브 방법.

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