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JP4105631B2 - チップ用ホルダー及びその製造方法並びにそのチップ用ホルダーを備えるスクライブ装置及び手動カッター - Google Patents

チップ用ホルダー及びその製造方法並びにそのチップ用ホルダーを備えるスクライブ装置及び手動カッター Download PDF

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Description

技術分野
本発明は、カッターチップを具備するチップ用ホルダーとその製造方法並びにチップホルダーを備えるスクライブ装置と手動カッターに関する。
背景技術
脆性材料分断用のチップ用ホルダーにおいては、脆性材料を分断するため、チップ用ホルダーの下端部にカッターチップを取り付けて、脆性材料の表面にスクライブラインを形成する。図1は、従来のカッターチップの1例であり、これは、実公昭62−023779号公報に開示されているものである。このカッターチップ2は、図1の(a)に示すように、2つの円錐体の底面を相互に貼り合わせたような形状をなし、尖った両先端(頂点)部を当該カッターチップ2の軸として用いたものである。これ以外にも、図1の(b)、(c)および(d)に示すような、カッターチップ2の軸の傾斜面が凹状であるカッターチップ、傾斜面が凸状であるカッターチップおよび両先端部にR面取り加工を施したカッターチップがある。このカッターチップ2の材質は焼結ダイヤモンドである。かかる構成のカッターチップでは、軸支部でのチップ用ホルダーとの摩擦抵抗が低く、スクライブ寿命が長くなっている。
しかしながら、近年、スクライブ加工を施して得られる例えば液晶表示パネルなどにおいて、最終製品価格の低減の要求に拍車がかかり、スクライブ加工コストの低減とスクライブ加工の加工効率の向上が一段と求められている。チップ用ホルダーに関してもスクライブ加工に適用できる寿命が更に長いものを開発する必要が生じた。
発明の開示
本発明の目的は、加工効率をさらに高め、また、スクライブ寿命が長いチップ用ホルダーを提供することである。
本発明に係るチップ用ホルダーは、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターチップと、2つのホルダー部材と、このホルダー部材の対向する側にそれぞれ設けられ、カッターチップを軸支する軸受とからなる。ここで、軸受の、カッターチップを軸支する凹部の形状を、ベル形状とする。たとえば、このベル形状は所定の曲率半径のカーブ面である。
前記のチップ用ホルダーにおいて、たとえば、前記凹部は、前記ホルダー部材に非貫通である。
前記のチップ用ホルダーにおいて、たとえば、前記凹部は、前記ホルダー部材に非貫通であって、前記ベル形状の曲率半径は、カッターチップの刃先稜線径をDmmとすると、0.1Dmm〜Dmmである。
前記のチップ用ホルダーにおいて、たとえば、前記凹部は、前記ホルダー部材を貫通している。
前記のチップ用ホルダーにおいて、たとえば、前記凹部は、前記ホルダー部材を貫通していて、かつ、前記ベル形状の曲率半径は、カッターチップの刃先稜線径をDmmとすると、Dmm〜2Dmmである。
前記のチップ用ホルダーにおいて、たとえば、前記軸受の材質が単結晶ダイヤモンドである。
前記のチップ用ホルダーにおいて、たとえば、前記軸受の材質が焼結ダイヤモンドである。
刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターチップを具備する本発明に係るチップ用ホルダーの製造方法において、カッターチップを軸支する軸受にベル形状の凹部を形成し、次に、前記軸受を保持させた軸受保持部材を、第1のホルダー部材と第2のホルダー部材に取り付け、次に、カッターチップおよび軸受を備える第1のホルダー部材と第2のホルダー部材をそれぞれ組み合わせる。
前記の製造方法において、たとえば、軸受の材質が単結晶ダイヤモンドである。ここで、好ましくは、前記のベル形状の凹部がYAGレーザを用いて加工される。
また、前記の製造方法において、たとえば、前記軸受の材質が焼結ダイヤモンドである。ここで、好ましくは、前記のベル形状の凹部が放電加工される。
また、本発明に係るスクライブ装置は、脆性材料基板を載置しているテーブルに対して相対的にX方向及び/又はY方向に移動するスクライブヘッドに本発明に係る前述のチップ用ホルダーを備える。
本発明に係る手動用カッターは、筒状の柄部と、前記の柄部の一端側に装着された本発明による前述のチップ用ホルダーとからなる。
本発明は、2つの円錐体の底面を相互に貼り合わせたような形状のカッターチップを保持するチップ用ホルダー側の凹部を、所定の曲率半径のカーブ面としたので、カッターチップの回転精度が上がり、さらに固体潤滑剤を供給することで軸支部との摩擦抵抗が減少するために、カッターチップおよびチップ用ホルダーの寿命を延ばすことができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付の図面を参照して発明の実施の形態を説明する。なお、図において同じ参照記号は同一または同様のものを示す。
本発明者は、加工効率を高めて、スクライブ寿命をさらに長くするため、従来のチップ用ホルダーを検討した。図2は、チップ用ホルダー1の下端部に取り付けられる従来のカッターチップ2とそのホルダー1の軸受3aの詳細を示す。軸受3aは、カッターチップの両側を支える。軸受3aは、焼結ダイヤモンドからなり、カッターチップ2と接触する軸支部3bには、カッターチップ2の形状に沿うように、円錐状の凹部が形成されている。刃先の寿命テストの実施により、刃先のスクライブ寿命を延ばすためには、カッターチップ2の刃先部分の損耗を防ぐことよりも、カッターチップ2と軸支部3bとの摩擦抵抗を減らし、カッターチップ2の回転精度を上げることの方が効果的であることがわかった。すなわち、刃先の寿命を延ばすには、カッターチップの回転精度を高め、カッターチップの軸やチップ用ホルダーの軸受の摩耗量を小さくすることが望ましい。
ところで、図3は、線材Sの径を連続的に線引きするための伸線機におけるダイス部を示している。そのダイス部は、入口側から、ベル(エントランス)、アプローチ、リダクション、ベアリング、バックリリーフおよびエクジットと称する部位からなり、寿命および加工精度の面からこのダイスはダイヤモンドで形成されている。そのダイスの内面加工領域は、加工精度、耐磨耗性および十分な強度を得るために適切な形状に仕上げられており、その断面形状は緩やかにカーブしている。
本発明者は、図2に示した円錐状の凹部の軸支部に替えて、図3に示したダイスにおけるベル部にあるようなカーブしたベル形状の軸支部を採用して、安定した線接触により、カッターチップの求心力を向上させ、回転精度を更に上げることにより、刃先のスクライブ寿命の長寿命化が図れることを見出した。
図4は、脆性材料分断用のチップ用ホルダー1の正面図(A)およびその側面図(B)を示している。チップ用ホルダーの下部には2つのホルダー部材1a、1bが並行して設けられ、図示しない軸受けによりチップ2が回転可能に支承されている。図4では、ホルダー部材1a、1bがチップ用ホルダー1に一体として形成されており、下端にカッターチップ2を嵌めこんで組み立てられる。ホルダー部材1a、1bはの軸受部の軸芯は一直線となるようにチップ用ホルダーが製作されていて、所定の距離を隔てて締めつけてカッターチップ2を回転可能に保持させることにより所望の用途に用いることが可能となる。
図5は、本発明の実施形態1のチップ用ホルダー20の下端部の断面を示している。図5に示すように、第1のホルダー部材20aと第2のホルダー部材20bの下部の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた円形の溝に、軸受保持部材6が例えばロー付けされて取り付けられる。この軸受保持部材6は、例えばFe−Cu−Snの焼結金属であり、例えば単結晶ダイヤモンドであるダイヤモンドを加工した軸受5aとともに所定の円柱形状に焼き固められて形成されている。カッターチップ2は、刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなる。軸受5aの表面の軸支部5bは、図3のベル部にあるようなカーブしたベル形状にしている。例えば、カッターチップ2の刃先稜線径が2mmのとき、前記カーブの曲率半径はおよそ0.2〜2mmである。また、上記の刃先稜線径をDmmとすると、カーブの曲率半径はおよそ0.1Dmm〜Dmmの長さの範囲より選択される。
その軸支部5bは、非貫通の凹部を形成している。すなわち、軸支部5bの凹部は軸受5aに対して非貫通である。この場合、固体潤滑剤は、軸支部5bのカッターチップ2側から供給される。固体潤滑剤としては二硫化タングステンや二硫化モリブデンなどがあり、これらは、広い使用温度、難蒸発性などの特徴を有している。
また、図6は本発明の実施形態2のチップ用ホルダー20の下端部を示している。実施形態1のチップ用ホルダーの下端部と同様に、第1のホルダー部材20aと第2のホルダー部材20bの下部の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた円形の溝に、軸受保持部材6と軸受7aを設ける。軸支持部7bは、貫通孔7dを有し、その貫通孔7dが軸受保持部材6によって塞がれている。
図7は、本発明の実施形態3のチップ用ホルダー20の下端部を示している。実施形態2のチップ用ホルダーの下端部と同様に、第1のホルダー部材20aと第2のホルダー部材20bの下部の、互いに対向する面にそれぞれ設けられた円形の溝に、軸受保持部材6と軸受7aを設ける。ここで、軸支部7bは、軸受7aを貫通する貫通孔7dを有しており、更にその貫通孔7dに合致するように、軸受保持部材6及びホルダー1側においても貫通孔7cが形成されている。この貫通孔7c及び貫通孔7dは、ホルダー20の外側から供給される固体潤滑剤の投入口として用いられる。
またこの場合、軸支部7bは例えば、カッターチップ2の刃先稜線径が3mmのとき、前記カーブの曲率半径はおよそ3〜6mmである。また、上記の刃先稜線径をDmmするとカーブの曲率半径はおよそDmm〜2Dmmの長さの範囲より選択される。
本発明のチップ用ホルダーは、図4の2つのホルダー部材1a、1bそれぞれを上述の実施形態1から3の第1のホルダー部材20a、第2のホルダー部材20bに置き換えたものである。
図8は、単結晶ダイヤモンドあるいは焼結ダイヤモンドから軸受7aを製造する場合の製造工程の一実施形態を示す。単結晶ダイヤモンドXから軸受7aを製作する場合は、単結晶ダイヤモンドXは、上下の部分((図8の(a)の斜線部)をスカイフ盤などによる加工でカットされ、YAGレーザにより、その中心に孔明けが行われ、軸支部7bの基となるベル形状を有する穴が形成される(図8の(b))。そして、軸受7aの所定の外形寸法となるようにYAGレーザで丸く加工される(図8の(c))。その後、軸支部7bに、遊離砥粒(ダイヤモンド砥粒2〜4μm)を供給し、軸支部と同じ先端角度の針状部材12を回転させ、さらに首振り運動させてベル形状を崩さないようにラッピング加工が行われる(図8の(f))。
また、焼結ダイヤモンドである軸受7aを製作する場合は、最初に所定の外形寸法を有する円柱状の軸受部材7a’にダイヤモンド粒子が焼き固められる(図8の(d))。次に、予めベル形状に成形された放電用電極11を用いて、軸受部材7a’に対して放電加工を行い、軸受部材7a’にベル形状を転写する(図8の(e))。その後、放電加工された面に、遊離砥粒(ダイヤモンド砥粒2〜4μm)を供給し、軸支部と同じ先端角度の針状部材12を回転させ、さらに首振り運動させてベル形状を崩さないようにラッピング加工が行われる(図8の(f))。
軸受7aにはサファイアやルビーなどの貴石を用いてもよい。また、仕上げのラッピング加工は、前記方法に限らず、例えばワイヤラッピング加工を用いても良い。
本発明のチップ用ホルダーの製造においては、上記のように所定のベル形状の凹部が形成された軸受5a,7aは軸受保持部材6に保持されて第1のホルダー部材20aと第2のホルダー部材20bに取り付けられる。次に、カッターチップ2及び軸受5a,7aを備える第1のホルダー部材20aと第2のホルダー部材20bが組み合わされる。
チップ用ホルダーについて、刃先荷重を1.0kgとしてスクライブテストを行なうと、図2の従来のタイプでは、耐久性評価テスト結果である走行寿命距離が平均15万mであるのに対し、本発明のものでは平均30万mと大幅にスクライブ寿命が長くなった。さらに、1万m毎に固形潤滑剤を投入することで、刃先寿命が更に約20%から30%延びた。
カッターチップ2を軸支する軸受5a,7aの軸支部5b,7bに油を含浸処理した焼結合金、いわゆるオイレスベアリングを用いることにより、固体潤滑剤の定期的な補充が不要となり安定したスクライブ性能を維持させることが出来る。また、軸支部5b,7bに表面改質・硬化用のコーティング処理を施す(例えば、デフリックコーティング処理など)ことによっても、軸受部5a,7aの寿命を延ばすことが可能となる。
次に、上述のチップ用ホルダーを装着したスクライブ装置について説明する。図9と図10は、スクライブ装置の1つの実施形態の正面図と側面図である。このスクライブ装置において、水平回転テーブル51に載置された脆性材料基板50を真空吸着手段によって水平回転テーブル51に固定する。平行な一対の案内レール52は、このテーブル51をY方向(図9において紙面に直交する方向)に移動可能に支承し、ボールネジ53は、案内レール52に沿ってテーブル51を移動させる。ガイドバー54は、X方向(この図における左右方向)に沿ってテーブル51の上方に架設される。スクライブヘッド55は、このガイドバー54にX方向に摺動可能に設けられ、モータ56は、このスクライブヘッド55を摺動させる。上述のチップ用ホルダー20は、スクライブヘッド55の下部に昇降可能かつ首振り自在に設けられ、その下端に、カッターチップ2が回転可能に装着される。一対のCCDカメラ58がガイドバー54の上方に設置され、テーブル51上の脆性材料基板50に表示されたアラインメントマークを認識する。また、このスクライブヘッド55内には、1本のスクライブラインの形成が完了するたびに、前述のごとく、カッターチップ2を180°反転させるべくチップ用ホルダ20を180°反転させるカッターチップ反転手段が内蔵されている。
また、図11に示す手動用カッターでは、上述のチップ用ホルダーを装着している。この手動用カッターの握り部である筒状の柄(ハンドル)61は、本出願人による実公昭62−23780号公報に開示したガラス切りと同じであり、その下部に、上述の本発明によるチップ用ホルダー20を装着している。手動用カッターはガラスのみならず、セラミックス、半導体材料などの脆性材料にも適用される。ここでは、さらに、カッターチップ2に油を供給するために、柄の中空部に設けた油室63、油室のキャップ64、及び、それに付随する機構65〜73を備えるが、これは本発明には直接に関連しない技術であるので、説明を省略する。
なお、本発明は、複数の実施の形態により説明されたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図1は、チップ用ホルダーに備えられた従来のカッターチップの例を示した図である。
図2は、従来のチップ用ホルダーの軸受部の詳細を示した拡大図である。
図3は、伸線機におけるダイス部を示した図である。
図4は、チップ用ホルダーの正面図と側面図である。
図5は、本発明の実施の形態1のチップ用ホルダーの軸受部の拡大図である。
図6は、本発明の実施の形態2のチップ用ホルダーの軸受部の拡大図である。
図7は、本発明の実施の形態3のチップ用ホルダーの軸受部の拡大図である。
図8は、本発明の実施の形態3のチップ用ホルダーの軸受の製作例を示した図である。
図9は、本発明のチップ用ホルダーを装着したスクライブ装置の正面図である。
図10は、図9のスクライブ装置の側面図である。
図11は、本発明のチップ用ホルダーを装着した手動用カッターの部分断面図である。

Claims (14)

  1. 刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターチップと、
    2つのホルダー部材と、
    このホルダー部材の対向する側にそれぞれ設けられ、カッターチップを軸支する軸受とからなり、
    前記軸受の、カッターチップを軸支する凹部の形状を、前記カッターチップと線接触するカーブ形状としたことを特徴とするチップ用ホルダー。
  2. 前記凹部は、前記ホルダー部材に非貫通である請求項に記載のチップ用ホルダー。
  3. 前記凹部は、前記ホルダー部材に非貫通であって、前記カーブ形状の曲率半径は、カッターチップの刃先稜線径をDmmとすると、0.1Dmm〜Dmmである請求項に記載のチップ用ホルダー。
  4. 前記凹部は、前記ホルダー部材を貫通している請求項に記載のチップ用ホルダー。
  5. 前記凹部は、前記ホルダー部材を貫通していて、かつ、前記カーブ形状の曲率半径は、カッターチップの刃先稜線径をDmmとすると、Dmm〜2Dmmである請求項に記載のチップ用ホルダー。
  6. 前記軸受の材質が単結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のチップ用ホルダー。
  7. 前記軸受の材質が焼結ダイヤモンドであることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載のチップ用ホルダー。
  8. 刃先稜線の両側に円錐状の軸を形成してなるカッターチップを具備するチップ用ホルダーの製造方法において、
    前記カッターチップを軸支する軸受に、前記カッターチップと線接触するカーブ形状の凹部を形成する工程と、
    前記軸受を保持させた軸受保持部材を、第1のホルダー部材と第2のホルダー部材に取り付ける工程と、
    前記カッターチップおよび前記軸受を備える第1のホルダー部材と第2のホルダー部材をそれぞれ組み合わせる工程と
    を具備することを特徴とするチップ用ホルダーの製造方法。
  9. 前記軸受の材質が単結晶ダイヤモンドであることを特徴とする請求項に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
  10. 前記カーブ形状の凹部がYAGレーザを用いて加工されることを特徴とする請求項に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
  11. 前記軸受の材質が焼結ダイヤモンドであることを特徴とする請求項に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
  12. 前記カーブ形状の凹部が放電加工されることを特徴とする請求項1に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
  13. スクライブヘッドが脆性材料基板を載置しているテーブルに対して相対的にX方向及び/またはY方向に移動する機能を備えるスクライブ装置において、
    前記スクライブヘッドが請求項1からのいずれかに記載のチップ用ホルダーを具備することを特徴とするスクライブ装置。
  14. 筒状の柄部と、前記の柄部の一端側に固定されたチップ用ホルダーとを具備する手動カッターにおいて、
    前記チップ用ホルダーが請求項1からのいずれかに記載のチップ用ホルダーを具備することを特徴とする手動用カッター。
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