JP5075184B2 - スクライビングホイール - Google Patents

Description

本発明はガラス板等の脆性材料基板をスクライブするためのスクライビングホイールに関するものである。

従来ガラス板やセラミックス基板等の脆性材料基板を分断する場合は、まずこれらの基板に所望のラインに沿って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分断している。スクライブに用いるスクライビングホイールは、例えば特許文献１に示すように、円板状でその外周部分がテーパー状に切欠かれたそろばん珠形状であり、スクライビングホイールの中心にピンを軸として挿入するための貫通孔を有している。

又特許文献２には軸とスクライビングホイール本体部とを一体化して形成されたスクライビングホイールも知られている。このスクライビングホイールは断面菱形の形状を有し、両端部がチップホルダに保持されて用いられる。

特許４２１９９４５号 国際公開ＷＯ２００３／５１７８４号公報

しかるに特許文献１では、刃先部の厚さはスクライビングホイールの厚さと同一であり、しかもスクライビングホイールの中心軸に芯ぶれすることなくピンを挿入し、スクライブ中でもスクライビングホイールの軸とピンとが一致している必要があるため、刃先部の厚さを薄くすることが難しいという欠点があった。又軸とホイールとを一体化した特許文献２のスクライビングホイールについては、製造の自由度が少なく、刃先の稜線部分の角度や軸間の距離が大きくなるため、刃先部の厚さを任意に選択することができなくなるという問題点があった。そのため図１（ａ），（ｂ）に示すようにいずれの場合も基板１０１にチップ部品１０２，１０３が実装されている場合に基板のチップ部品間の狭い隙間のラインをスクライブすることができず、チップ部品の間隔を広くしておく必要があり、分断後の基板の周囲に余分のスペースが生じてしまうという欠点があった。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ピン一体型のスクライビングホイールであっても刃先の厚さを薄くし、基板上に部品が付された狭い部分にもスクライブすることができるスクライビングホイールを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールは、中心に一平面内の円形の稜線を有し、焼結ダイヤモンドにより形成された円板状のホイール本体部と、前記ホイール本体部の左右に同軸に前記焼結ダイヤモンドにより前記ホイール本体部と一体に形成された円柱軸部と、を具備するスクライビングホイールにおいて、前記円柱軸部は、夫々の外側端部に同軸に所定の角度となるように形成されたテーパー部を有するものであり、前記ホイール本体部は、ホイール本体部の中央に設けられ、その稜線部の頂角が所定の角度となるように形成された円板部から成る刃先部と、前記円板部の両側の面に前記円柱軸部から連続して形成されたテーパー状の傾斜部と、を有し、前記傾斜部のなす角度は前記稜線部の頂角より小さいものである。

ここで前記円板部の厚さは０．４〜０．０３ｍｍの範囲としてもよい。

このような特徴を有する本発明のスクライビングホイールによれば、ホイール本体と円柱軸部を一体型としており、ホイール本体部の外周部分である刃先部の厚さを任意に選択することができる。従って刃先部の厚さを０．４ｍｍ以下とすることにより、チップ部品などが実装された基板の狭いラインに沿ってスクライブすることが可能となる。

図１は従来のスクライビングホイールを用いた基板のスクライブ状態を示す図である。 図２は本発明の第１の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図３は本実施の形態のスクライビングホイールを用いた基板のスクライブ状態を示す図である。 図４Ａは本実施の形態のスクライビングホイールの製造に用いる素材ブロック１０を示す斜視図である。 図４Ｂは素材ブロックから切り取られた加工素材２０を示す斜視図である。 図４Ｃは加工素材における放電加工の加工ライン（加工部位）を示す図である。 図４Ｄは放電加工後の焼結ダイヤモンド層を示す拡大図である。 図５は第１の実施の形態の変形例を示す図である。 図６は本発明の第２の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図７は本発明の第３の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図８は本発明の第４の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図９は本発明の第５の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図及び右側面図である。 図１０は本発明の第５の実施の形態によるスクライビングホイールの刃先部の部分拡大図である。 図１１は本発明の各実施の形態によるスクライビングホイールの刃先の溝の一例を示す部分拡大図である。

（第１の実施の形態）
本発明の第1の実施の形態によるスクライビングホイールについて説明する。図２（ａ）はこのスクライビングホイールの正面図、図２（ｂ）はその右側面図である。これらの図に示すようにスクライビングホイール１Ａは中央に円板状のホイール本体部２Ａを有し、ホイール本体部２Ａの厚さ方向の中央に一平面内に含まれる最大円周の稜線を含むテーパー状の部分が刃先部３Ａとして形成されている。又ホイール本体部２Ａの両側の側方に同軸に円柱軸部４及び５を有している。円柱軸部４及び５の夫々の外側の端部には同一の傾斜角度αを持つテーパー部６，７が夫々形成されている。このスクライビングホイール１Ａは全てが焼結ダイヤモンドにより一体に形成されている。

この実施の形態においては刃先部３Ａとホイール本体部２Ａとの厚さは同一であり、図２（ａ）に示すようにこの厚さをｗ１とする。この厚さｗ１は例えば０．４ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ未満、更に好ましくは０．２ｍｍ以下とする。刃先部３Ａの側方はスクライブするときに基板の面に対して垂直した面となっている。こうすれば図３（ａ），（ｂ）に示すようにスクライブの対象となる基板１１１にチップ部品１１２，１１３が実装されており、その部品の間の狭いライン上をスクライブする際にもチップ部品１１２，１１３の間に刃先のみを挿入してスクライブすることができる。

次に本実施の形態によるスクライビングホイール１Ａの製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｄは本実施の形態によるスクライビングホイール１Ａの製造過程を示す図である。図４Ａは素材ブロック１０を示しており、円柱形状の超硬合金１１の上部には所定の厚さの焼結ダイヤモンド層１２が一体に形成されている。この素材ブロック１０は例えば直径が３０ｍｍφ、高さが１６ｍｍであり、焼結ダイヤモンド層１２の厚さは３ｍｍ、超硬合金層１１の厚さは１３ｍｍとする。

（加工素材の形成）
さてこの素材ブロック１０の中心軸に平行に円柱形の多数の部材をワイヤ放電加工によって切り取る。これによって図４Ｂに示すように細長い加工素材２０を例えば４０〜５０本得ることができる。この加工素材２０は例えば直径が２．０〜３．５ｍｍ、長さは１６ｍｍの円柱状の素材である。そしてこの加工素材２０も超硬合金層２１と焼結ダイヤモンド層２２とから成り立っている。

（ワイヤ放電加工）
次に図４Ｃにおいて、加工素材２０の超硬合金層２１の左側部分をチャックにより固定して一点鎖線で示す円柱の中心軸を中心として高速で回転させ、ワイヤ放電加工機によって放電し、超硬合金層２１と焼結ダイヤモンド層２２の部分を図４Ｃに示すように切り取る。ここで放電加工の軌跡を加工ライン３０〜３９で示す。加工ライン３０は一点鎖線で示す円柱の中心軸に対して所定の角度で切欠くものであり、加工ライン３１は中心軸に平行、加工ライン３２はこれよりやや太めにテーパー状のラインを形成するものである。加工ライン３３は中心軸に平行、加工ライン３４は加工ライン３３の終了後に径を異ならせてテーパー状に形成することによって形成される加工ライン、加工ライン３５はホイール本体部２Ａに刃先部３Ａを形成するためのテーパー状部分、加工ライン３６もこの逆の傾きを有するテーパー状部分である。又加工ライン３７は直径を小さくするためのライン、加工ライン３８は加工ライン３３と対称であり同一の太さを有する中心軸に平行な加工ライン、加工ライン３９は加工ライン３２と対称な傾きを有する加工ラインである。ここで加工ライン３１〜３９は全て焼結ダイヤモンド層２２で成形される。又加工ライン３２，３９はテーパー部６，７の斜面よりもわずかに大きく設定され、後述する研磨加工のための削りしろを残している。又加工ライン３５，３６は刃先部３Ａの斜面よりもわずかに大きく設定され、後述する研磨加工のための削りしろを残している。

そして放電加工を終了すると、図４Ｄに正面の部分拡大図を示すように焼結ダイヤモンド層２２はほぼスクライビングホイールの形状の回転体となる。右側面図については図２（ｂ）とほぼ同様である。

（粗形状成形（研磨）工程）
次に粗形状成形工程について説明する。放電加工の際には表面が高温になるため加工変質層が形成され、表面から数十μｍ内部まで変質している。このため、放電加工のままでは使用時に高精度を維持することはできない。特に図２（ａ）に示すテーパー部６，７は軸受と直接接触するため、加工変質層を除去した上、正確なテーパー状面とする必要がある。そこで加工ライン３２とライン３９に沿って放電加工した後に更に表面の精度を増すために研磨加工を行う。研磨工程ではワイヤ放電加工のときと同様に超硬合金層２１の左側をチャックにより固定して円柱の軸を中心として回転させ、テーパー面の表面を研磨する。この研磨加工によって加工ライン３２，３９の加工時に形成された変質層を取り除き、左右の円柱軸部４，５の先端のテーパー部６，７のテーパー状部分の角度を正確に形成することができる。

更にホイール本体１Ａの刃先部３Ａについても同様に研磨加工を行う。特に図２（ａ）に示す刃先部３Ａはスクライブの対象となるガラス板等と直接接触するため、正確な面とする必要がある。そこで加工ライン３５，３６に沿って形成された変質層を取り除くため、超硬合金層２１をチャックにより固定して円柱の軸を中心として回転させ、研磨加工を行う。研磨加工によって変質層を取り除くと共に鋭利な刃先部３Ａの角度を正確に設定することができる。刃先部３Ａの角度は例えば７５〜１７０°、特に９０〜１５０°程度とする。

（切断工程）
図４Ｄにおいて一点鎖線で示す超硬合金層２１側の焼結ダイヤモンド層の部分を切り離すことにより、図２に示すようにホイール本体部２Ａ及び円柱軸部４，５の全部が焼結ダイヤモンド層２２から成るスクライビングホイール１Ａを得ることができる。この場合に切断した面を研磨して左右対称となるようにしてもよいが、テーパー状の更に先端部分は使用時には軸受の貫通孔に入り込むことになるため、図５に示すようにテーパー部６の先端を少し残しておいてもよく、研磨しなくてもよい。

こうして完成したスクライビングホイール１Ａは超硬合金層２１の左側部分をチャック保持し、回転させてワイヤ放電加工や研磨加工をしているため、ホイール本体部２Ａ、円柱軸部４，５の軸芯を正確に合わせることができる。ホイール本体部２Ａの厚さは、加工ライン３４，３７の間隔を変化させることにより、刃先部３Ａの幅は加工ライン３４，３７の間隔により、刃先部３Ａの角度は加工ライン３５，３６の角度により任意に選択することができる。このスクライビングホイールはホイール本体部と円柱軸部を一体化しているため、刃先部３Ａの厚さは薄くしても十分な強度を確保することができる。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について図６を用いて説明する。第２の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｂもホイール本体部２Ｂ及び刃先部３Ｂ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｂでは、ホイール本体部２Ｂを図６（ａ）に示すように２段のテーパー面となるようにしたものである。その他の構造については第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｂの研磨は、刃先部３Ｂの稜線に近い傾斜部分である左右の斜面の研磨加工で足りる。この場合には研磨加工の角度を刃先部３Ｂのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｂを完成させる。

この実施の形態ではホイール本体部２Ｂの厚さをｗ２ａとし、刃先部３Ｂの厚さをｗ２ｂとする。この場合も刃先部３Ｂの厚さｗ２ｂは０．４ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ未満、更に好ましくは０．２ｍｍ以下とする。この場合はホイール本体部と刃先部の厚さが独立しているため、刃先部の厚さはスクライブの対象となる基板の厚さや部品の実装密度によって決定することができる。スクライビングホイール１Ｂの適用範囲を広くするために、基板ｗ２ｂを更に薄くすることが好ましく、例えば０．０５ｍｍ以下とすることができる。又刃先部３Ｂの厚さｗ２ｂの下限は必要とされる強度により決まるが、例えば０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。例えば０．７ｍｍ以下の厚さのガラス板、半導体基板などの脆性材料からなる薄い基板上に微細なチップ部品が高密度で実装されている場合には、このように薄い刃先部を有するスクライビングホイールを用いてスクライブすることが有効となる。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について図７を用いて説明する。第３の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｃもホイール本体部２Ｃ及び刃先部３Ｃ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｃは、ホイール本体部２Ｃを２段のテーパー面となるようにしたものである。その他の構造については第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｃの研磨は、稜線に近い刃先部３Ｃの傾斜部分である左右の斜面のみの研磨加工で足りる。この場合にも研磨加工の角度を刃先部３Ｃのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｃを完成させる。ここで図７に示すように、ホイール本体部２Ｃの一対の傾斜面を示す直線の延長線のなす角度を刃先の稜線部の頂角より小さくしておくものとする。

この実施の形態ではホイール本体部２Ｃの厚さをｗ３ａとし、刃先部３Ｃの厚さをｗ３ｂとする。この場合も刃先部３Ｃの厚さｗ３ｂは０．４ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ未満、更に好ましくは０．２ｍｍ以下とする。この場合はホイール本体部と刃先部の厚さが独立しているため、刃先部の厚さはスクライブの対象となる基板の厚さや部品の実装密度によって決定することができる。スクライビングホイール１Ｃの適用範囲を広くするために、厚さｗ３ｂを更に薄くすることが好ましく、例えば０．０５ｍｍ以下とすることができる。又刃先部３Ｃの厚さｗ３ｂの下限は必要とされる強度により決まるが、例えば０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。例えば０．７ｍｍ以下の厚さのガラス板、半導体基板などの脆性材料からなる薄い基板上に微細なチップ部品が高密度で実装されている場合には、このように薄い刃先部を有するスクライビングホイールを用いてスクライブすることが有効となる。

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について図８を用いて説明する。第４の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｄもホイール本体部２Ｄ及び刃先部３Ｄ以外は第１の実施の形態と同様である。このスクライビングホイール１Ｄは、ホイール本体部２Ｄを３段のテーパー面となるようにしたものである。その他の構造については第１の実施の形態と同様である。そして左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｄの研磨は、稜線に近い刃先部３Ｄの傾斜部分である左右の斜面のみの研磨加工で足りる。この場合にも切削加工の角度を刃先部３Ｄのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｄを完成させる。ここで図８に示すように、ホイール本体部２Ｄの一対の傾斜面を示す直線の内側同士及び外側同士の延長線のなす角度を刃先の稜線部の頂角より小さくしておくものとする。

この実施の形態ではホイール本体部２Ｄの厚さをｗ４ａとし、刃先部３Ｄの厚さをｗ４ｂとする。この場合も刃先部３Ｄの厚さｗ４ｂは０．４ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ未満、更に好ましくは０．２ｍｍ以下とする。この場合もホイール本体部と刃先部の厚さが独立しているため、刃先部の厚さはスクライブの対象となる基板の厚さや部品の実装密度によって決定することができる。スクライビングホイール１Ｄの適用範囲を広くするために、厚さ４ｂを更に薄くすることが好ましく、例えば０．０５ｍｍ以下とすることができる。又刃先部３Ｄの厚さｗ４ｂの下限は必要とされる強度により決まるが、例えば０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。例えば０．７ｍｍ以下の厚さのガラス板、半導体基板などの脆性材料からなる薄い基板上に微細なチップ部品が高密度で実装されている場合には、このように薄い刃先部を有するスクライビングホイールを用いてスクライブすることが有効となる。

（第５の実施の形態）
次に本発明の第５の実施の形態について図９を用いて説明する。第５の実施の形態によるスクライビングホイール１Ｅもホイール本体部２Ｅ及び刃先部３Ｅのみが異なり、その他の部分は第１の実施の形態と同様である。第５の実施の形態のスクライビングホイール１Ｅでは図９及び図１０の部分拡大図に示すように、刃先部３Ｅはホイール本体部２Ｅの中央に設けられた円板部４０を有し、その稜線をテーパー状の刃先に構成したものである。円板部４０の厚さは刃先部３Ｅの厚さであり、これをｗ５ｂとする。円板部４０の両側にはテーパー状の傾斜部４１，４２及び４３，４４が設けられる。こうすれば円板部４０の厚さｗ５ｂを薄くしても傾斜部４１〜４４により強度が維持される。また左右のテーパー部６，７の研磨は第１の実施の形態と同様である。ホイール本体部２Ｅの研磨は刃先部３Ｅの稜線を形成する斜面のみの研磨加工で足りる。この場合にも研磨加工の角度を刃先部３Ｅのみで適宜選択することができる。その後テーパー部６の先端で切断することによりスクライビングホイール１Ｅを完成させる。ここで図９に示すように、ホイール本体部２Ｅの一対の傾斜面を示す直線の内側同士及び外側同士の延長線のなす角度を刃先の稜線部の頂角より小さくしておくものとする。

この実施の形態ではホイール本体部２Ｅの厚さをｗ５ａとし、刃先部３Ｅの厚さをｗ５ｂとする。この場合も刃先部３Ｅの厚さｗ５ｂは０．４ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ未満、更に好ましくは０．２ｍｍ以下とする。この場合はホイール本体部と刃先部の厚さが独立しているため、刃先部の厚さはスクライブの対象となる基板の厚さや部品の実装密度によって決定することができる。スクライビングホイール１Ｅの適用範囲を広くするために、厚さｗ５ｂを更に薄くすることが好ましく、例えば０．０５ｍｍ以下とすることができる。又刃先部３Ｅの厚さｗ５ｂの下限は必要とされる強度により決まるが、例えば０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。例えば０．７ｍｍ以下の厚さのガラス板、半導体基板などの脆性材料からなる薄い基板上に微細なチップ部品が高密度で実装されている場合には、このように薄い刃先部を有するスクライビングホイールを用いてスクライブすることが有効となる。

この実施の形態では厚さが一定の円板部４０を設けているため、刃先部３Ｅの研磨の程度によって図１０に示す距離ｄが変化するだけで刃先部の厚さｗ５ｂが変化することはない。

又前述した各実施の形態において、特許３０７４１４３号やＷＯ２００７／００４７００に示されているように、刃先の稜線部分に所定形状の溝を形成するようにしてもよい。ここで溝の所定形状は、例えば図１１（ａ）〜（ｄ）に示すようにＵ字状、Ｖ字状、のこぎり波状又は矩形状の溝とすることができる。このような溝は研削加工や微細放電、レーザー等の熱加工により形成することでスクライビングホイールの外周部に所定間隔の突起を形成することができる。ここで溝のピッチは外径に応じて例えば２０μｍ以上とし、溝の深さは外形に応じて例えば２〜２０μｍとする。このような溝を形成しておくことによってガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを形成したときに滑ることがなく、又垂直クラックを深く伸展させることができ、スクライブ後の分断が容易となる。このピッチ、溝の深さを適宜選択することでガラス等の基板表面に対する食い付き（かかり）性能と、垂直クラックを深く伸展させる性能とのバランスをとることができる。

本発明は脆性材料基板をスクライブして分断するスクライブ装置に有用に用いることができる。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ スクライビングホイール
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ ホイール本体部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ 刃先部
４，５ 円柱軸部
６，７ テーパー部
１０ 素材ブロック
１１，２１ 超硬合金
１２，２２ 焼結ダイヤモンド層
２０ 加工素材
３０〜３９ 加工ライン
４０ 円板部
４１，４２，４３，４４ 傾斜部

Claims (2)

1. 中心に一平面内の円形の稜線を有し、焼結ダイヤモンドにより形成された円板状のホイール本体部と、
   前記ホイール本体部の左右に同軸に前記焼結ダイヤモンドにより前記ホイール本体部と一体に形成された円柱軸部と、を具備するスクライビングホイールにおいて、
   前記円柱軸部は、夫々の外側端部に同軸に所定の角度となるように形成されたテーパー部を有するものであり、
   前記ホイール本体部は、ホイール本体部の中央に設けられ、その稜線部の頂角が所定の角度となるように形成された円板部から成る刃先部と、
   前記円板部の両側の面に前記円柱軸部から連続して形成されたテーパー状の傾斜部と、を有し、前記傾斜部のなす角度は前記稜線部の頂角より小さいものであるスクライビングホイール。
2. 前記円板部の厚さは０．４〜０．０３ｍｍの範囲とした請求項１記載のスクライビング
   ホイール。

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