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JP5966564B2 - スクライビングホイール及びスクライブ方法 - Google Patents

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Description

本発明は脆性材料基板に圧接・転動させてスクライブするためのスクライビングホイール及びスクライブ方法に関するものである。
従来のスクライビングホイールは、特許文献１等に示されるように、超硬合金製又は多結晶焼結ダイヤモンド（以下、ＰＣＤという）製の円板を基材としている。ＰＣＤはダイヤモンド粒子をコバルトなどと共に焼結させたものである。スクライビングホイールは基材となる円板の両側より円周のエッジを互いに斜めに削り込み、円周面にV字形の刃先を形成したものである。このようにして形成されたスクライビングホイールをスクライブ装置のスクライブヘッド等に回転自在に軸着して脆性材料基板に所定の荷重で押し付け、脆性材料基板の面に沿って移動させることでスクライブすることができる。
国際公開ＷＯ２００３／５１７８４号公報
このように多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）で形成された従来のスクライビングホイールは、ダイヤモンド粒子と結合材で構成されるため、特にセラミックス基板、サファイア、シリコン等、ガラスと比較して硬度の高い脆性材料基板をスクライブする場合に寿命が短いという欠点があった。尚セラミックス基板には高温焼成セラミックス製の多層基板（ＨＴＣＣ基板）、低温焼成セラミックス製の多層基板（ＬＴＣＣ基板）等の電子部品内蔵基板等が含まれる。又従来のスクライビングホイールでは刃先を研磨しても稜線の粗さを小さくすることが困難であるので、スクライブ荷重が大きくなった場合には脆性材料基板をスクライブし、ブレイクしたときの脆性材料基板の端面強度が低下するという欠点があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、スクライビングホイールの長寿命化、微細化を図ることができるスクライビングホイール及びそのスクライビングホイールを用いたスクライブ方法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、脆性材料基板に圧接・転動させてスクライブするためのスクライビングホイールであって、円板のスクライビングホイール基材と、前記スクライビングホイール基材の刃先部分に形成されたダイヤモンド膜と、前記ダイヤモンド膜の先端部分に稜線を含む帯状の研磨領域と、を具備し、前記スクライビングホイール基材は、円板の周囲の側面に最大径となる部分と傾斜面を有し、前記スクライビングホイール基材の傾斜面がなす頂角α１と前記ダイヤモンド膜の研磨領域の先端部がなす刃先角度α２との差が５°以上２０°以下であり、前記研磨領域の幅が１０〜３０μｍであるものである。
ここで前記スクライビングホイール基材は、側面に中心軸と同軸の円柱状の円周面を形成するようにしてもよい。
ここで前記スクライビングホイール基材は、側面に内向き及び外向きのいずれかに湾曲する前記中心軸と同軸の円周面を有するようにしてもよい。
ここで前記スクライビングホイール基材は、側面に内向き及び外向きのいずれかに断面がＶ字状となる前記中心軸と同軸の円周面を有するようにしてもよい。
ここで前記スクライビングホイール基材は、超硬合金からなるようにしてもよい。
前記スクライビングホイールは、セラミックス基板をスクライブするスクライビングホイールとしてもよい。
ここで前記研磨領域の稜線部分を所定間隔で切り欠いた溝を有し、その間を突起とするようにしてもよい。
この課題を解決するために、本発明のスクライブ方法は、上記記載のスクライビングホイールを用いて、脆性材料基板をスクライブするものである。
ここで前記脆性材料基板がセラミックス基板であるようにしてもよい。
このような特徴を有する本発明によれば、従来の焼結ダイヤモンド膜によるスクライビングホイールに比べ、脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンド膜となるため、スクライビングホイールの耐摩耗性を向上させ、長寿命化することができる。又Ｖ字形の刃先部分の脆性材料基板と接する部分全てがダイヤモンド膜となるため稜線の粗さを細かくすることができる。従ってこのスクライビングホイールを用いてスクライブ加工し、ブレイクすると、脆性材料基板の切断面の端面精度が向上し、これに伴い端面強度も向上させることができるという効果が得られる。
図１Ａ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である。 図１Ｂは第１の実施の形態によるスクライビングホイールの側面図である。 図２Ａは第１の実施の形態による刃先の稜線部分の拡大断面図である。 図２Ｂは第１の実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図３Ａ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刃先の拡大断面図である。 図３Ｂは本実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図４Ａは本発明の第３の実施の形態（その１）によるスクライビングホイールの刃先の拡大断面図である。 図４Ｂは本実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図５Ａは本発明の第３の実施の形態（その２）によるスクライビングホイールの刃先の拡大断面図である。 図５Ｂは本実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図６Ａは本発明の第３の実施の形態（その３）によるスクライビングホイールの刃先の拡大断面図である。 図６Ｂは本実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図７Ａは本発明の第３の実施の形態（その４）によるスクライビングホイールの刃先の拡大断面図である。 図７Ｂは本実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図８Ａ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である。 図８Ｂは第４の実施の形態による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。 図８Ｃは図８Ａに示す円形部分の拡大図である。 図９は本発明の実施例１，２及び比較例の走行距離と最低荷重の関係を示すグラフである。
図１Ａは本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図、図１Ｂはその側面図である。スクライビングホイールを製造する際には、例えば、超硬合金、又はセラミック製のスクライビングホイール基材となる円板１１の中央にまず図１Ａに示すように軸穴となる貫通孔１２を形成する。次にこの貫通孔１２の中心、即ち円板１１の中心軸を１２ａとする。そして貫通孔１２にモータ等の回転軸を連通し、中心軸１２ａを中心として回転させつつ、円板１１の全円周を両側より研磨して図１Ｂに示すように側面の中央部分が最大径となるように斜面と稜線とを有する垂直断面略Ｖ字形に形成する。こうして形成したＶ字形の斜面を研磨面１３とする。ここでＶ字形の研磨面の頂角の角度α１は例えば８０°以上とし、好ましくは９０°以上とする。又角度α１は１５０°以下、好ましくは１４０°以下とする。８０°より小さければ加工が困難となり、１５０°より大きければ研磨部の刃先角度との差が小さくなりすぎる。
次にダイヤモンド薄膜の形成について図２Ａの刃先の稜線部分の拡大断面図を用いて説明する。まずダイヤモンド膜の付着が容易になるようにＶ字形の研磨面１３をあらかじめ粗面にしておく。次に粒径がサブミクロン以下の核となるダイヤモンドを斜面部分に形成した後、化学気相反応によってダイヤモンド薄膜を成長させる。このようにしてスクライビングホイールのＶ字形の斜面部分に化学気相成長法（ＣＶＤ法）によって、膜厚が例えば１０〜３０μｍのダイヤモンド膜１４を形成する。
ダイヤモンド膜１４を形成した後、少なくとも先端部分を、先端が垂直断面Ｖ字状になるように研磨し、刃先の角度をα２とする。研磨は機械研磨など各種研磨方法を実行する。例えば、研磨材を用いて機械研磨により実行してもよい。特に研磨材として砥石を用いると、刃先の両側の斜面の粗さを均一にすることや、稜線を側面視で直線状にすることが容易になる。また、研磨材の粒度は９０００番以上が好ましく、さらに好ましくは１５０００番以上である。研磨材の粒度が９０００番より小さい場合には、研磨後の刃先表面及び稜線の算術平均粗さＲａを０．０３μｍ以下にすることが難しい。このためスクライブ時に膜のカケや剥離が生じやすく、また分断した脆性材料基板端面には傷が残りやすい傾向がある。図２Ｂはこの研磨した後の状態を示す部分拡大断面図である。ここで研磨後の刃先角度α２は切断対象に応じて決定されるが、８５°以上、好ましくは９５°以上とする。又角度α２は１６０°以下、好ましくは１４０°以下とする。ここで母材となる円板の研磨面１３の頂角α１と刃先角度α２との差は５°以上、２０°以下とする。この差が５°未満では研磨時に稜線を形成することが難しい。２０°を超えれば研磨量が多くなりすぎて加工時間がかかり、また稜線部分の膜厚が薄くなりすぎてダイヤモンド膜の剥離が起こり易くなる。又研磨後の膜厚は５〜２５μｍとする。そして研磨した後の稜線から成る円が含まれる面を中心軸１２ａに対し垂直となるようにする。ここで研磨する領域は稜線を中央に含む帯状の部分のみであってもよい。図２Ｂの幅ｗ１の領域はこの先端部分の研磨領域を示しており、例えば幅ｗ１は１０〜３０μｍとする。そして研磨部の稜線の粗さＲａは０．０３μｍ以下、好ましくは０．０１５μｍ以下とする。又研磨後の傾斜面の粗さＲａも０．０３μｍ以下、好ましくは０．０１５μｍ以下となるまで研磨する。
このように研磨することによって従来の焼結ダイヤモンドによるスクライビングホイールに比べ、脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンドとなるため、スクライビングホイールの耐摩耗性を向上させることができる。又脆性材料基板に接する部分の全てがダイヤモンド膜となるためスクライブに寄与する刃先部分及び稜線の粗さを細かくすることができる。従ってこのスクライビングホイールを用いて脆性材料基板をスクライブし、分断すると、脆性材料基板の切断面の端面精度が向上し、これに伴い端面強度も向上させることができるという効果が得られる。さらに、刃先及び稜線の粗さを細かくすることにより、刃先及び稜線に研削条痕に起因する微細な凹凸が少ないために、ダイヤモンド膜が剥離し難くなるという効果が得られる。そのため本発明のスクライビングホイールはセラミックス基板のような硬質の脆性材料基板をスクライブするのに好適である。
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態において前述した実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略し、相違点についてのみ説明する。この実施の形態では図３Ａに刃先部の稜線部分の拡大断面図を示すように、断面がスクライビングホイールの稜線部分に中心軸を中心として一定の径で且つ短い一定幅の円柱となる円周面１６を設けておく。この円周面１６の幅ｗ２は例えば２μｍ以上１０μｍ以下とする。そしてこの後第１の実施の形態と同様に、研磨面１３にはＣＶＤ法によってダイヤモンド膜１４のコーティングを行う。このコーティング後に図３Ｂに示すように円周部分を研磨して稜線を形成する。そして研磨した後の稜線から成る円が含まれる面を中心軸１２ａに対し垂直となるようにする。尚幅ｗ２が２μｍより小さければ円周面１６の加工が困難となる。又研磨面１３の面に沿ってダイヤモンド膜が形成されるため、幅ｗ２が１０μｍを超えていれば研磨して稜線を形成するのが難しくなる。研磨後の稜線の粗さ及び傾斜部の研磨面の粗さＲａは第１の実施の形態と同様である。
こうすれば第１の実施の形態と同様に、スクライビングホイールの耐摩耗性を向上させることができる。また円周面１６によってダイヤモンド膜１４の密着性を向上させ、ダイヤモンド膜１４の膜厚を厚くすることができる。このスクライビングホイールを用いて脆性材料基板をスクライブし、分断すると、脆性材料基板の切断面の端面精度が向上し、端面強度を向上させることができる。
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。この実施の形態において前述した実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略し、相違点についてのみ説明する。この実施の形態では第２の実施の形態の円周面を変形させたものである。図４Ａはその第１の例を示しており、第２の実施の形態の円周面を外側に凸となるように湾曲させた円周面１７を示している。この湾曲した円周面１７の幅ｗ３もｗ２と同様の理由により２μｍ以上１０μｍ以下とする。そしてこの後第１の実施の形態と同様に、研磨面１３にはＣＶＤ法によってダイヤモンド膜１４のコーティングを行う。このコーティング後に図４Ｂに示すように円周部分を研磨して稜線を形成する。
図５Ａはその第２の例を示しており、第２の実施の形態の円周面を２段の傾斜面で外側にＶ字状となるように研磨した円周面１８としたものである。この屈曲した円周面１８の幅ｗ４もｗ２と同様の理由により２μｍ以上１０μｍ以下とする。そしてこの後第１の実施の形態と同様に、研磨面１３にはＣＶＤ法によってダイヤモンド膜１４のコーティングを行う。このコーティング後に図５Ｂに示すように円周部分を研磨して稜線を形成する。
図６Ａはその第３の例を示しており、第２の実施の形態の円周面を凹面となるように内側に湾曲した円周面１９としたものである。この湾曲した円周面１９の幅ｗ５もｗ２と同様の理由により２μｍ以上１０μｍ以下とする。そしてこの後第１の実施の形態と同様に、研磨面１３にはＣＶＤ法によってダイヤモンド膜１４のコーティングを行う。このコーティング後に図６Ｂに示すように円周部分を研磨して稜線を形成する。
図７Ａはその第４の例を示しており、第２の実施の形態の円周面を内側にＶ字状の溝を有する円周面２０としたものである。この円周面２０の幅ｗ６もｗ２と同様の理由により２μｍ以上１０μｍ以下とする。そしてこの後第１の実施の形態と同様に、研磨面１３にはＣＶＤ法によってダイヤモンド膜１４のコーティングを行う。このコーティング後に図７Ｂに示すように円周部分を研磨して稜線を形成する。
第３の実施の形態においても研磨後の稜線の粗さ及び傾斜部の研磨面の粗さは第１の実施の形態と同様とする。この場合にはいすれも研磨した後の稜線から成る円が含まれる面を中心軸１２ａに対し垂直となるようにする。そして円周面１７，１８，１９，２０によってダイヤモンド膜１４の密着性を向上させ、ダイヤモンド膜１４の膜厚を厚くすることができる。更に第１の実施の形態と同様に、スクライビングホイールの耐摩耗性を向上させることができる。このスクライビングホイールを用いて脆性材料基板をスクライブし、分断すると、脆性材料基板の切断面の端面精度が向上し、端面強度を向上させることができる。
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。日本国特許第３０７４１４３号にはスクライビングホイールの円周面に所定間隔を隔てて多数の溝を形成し、その間を突起として高浸透型としたスクライビングホイールが提案されている。本発明はこのようなスクライビングホイールにも適用することができる。図８Ａはこの実施の形態のスクライビングホイールの正面図、図８Ｂは先の稜線部分の拡大断面図、図８Ｃは図８Ａに一点鎖線で示した円形部分の拡大図である。スクライビングホイールを製造する際には、超硬合金、又はセラミック製等のスクライビングホイール基材となる円板３１の中央にまず図８Ａに示すように軸穴となる貫通孔３２を形成する。次にこの貫通孔３２にモータ等の回転軸を連通して回転させつつ、円板３１の全円周を両側より研磨してＶ字形に形成し、斜面を研磨面３３とする。この頂角α１は第１の実施の形態と同様に９０°〜１５５°の範囲とする。この場合も第１の実施の形態と同様にスクライビングホイールの刃先部分にＣＶＤ法によってダイヤモンド膜３４をコーティングし、研磨する。ダイヤモンド膜３４の膜厚は１０〜３０μｍとする。研磨後の頂角α２の範囲は９５°〜１６０°とする。また研磨後の稜線の粗さ及び傾斜部の粗さは第１の実施の形態と同様とする。ここで母材となる円板の研磨面３３の頂角α１と刃先角度α２との差は５°以上、２０°以下とする。そして図８Ｃに示すようにダイヤモンド膜３４の厚みの範囲内で溝３５を形成する。高浸透型とするためのスクライビングホイールの溝の深さは例えば１０μｍ程度であるため、ダイヤモンド膜３４に溝３５を形成することで高浸透型のスクライビングホイールとすることができる。
又これに代えてあらかじめスクライビングホイールのＶ字形の刃先部に溝を形成しておき、このスクライビングホイールにＣＶＤ法でダイヤモンド膜をコーティングし研磨することでスクライビングホイールを構成するようにしてもよい。
（実施例１）
第１の実施の形態に基づいて外径２．７ｍｍのスクライビングホイール基材にダイヤモンド膜をコーティングし、砥石で刃先角度１３２．７°に研磨してスクライビングホイールとした。
（実施例２）
第４の実施の形態に基づいて外形２．７ｍｍのスクライビングホイール基材にダイヤモンド膜をコーティングし、機械研磨により刃先角度１３３．９°のスクライビングホイールを形成した。更に円周部分に多数の溝を形成して高浸透型スクライビングホイールとした。
（比較例）
従来のＰＣＤ製のスクライビングホイールで、外径２．５ｍｍ、刃先角度１２５°とした。更に円周部分に多数の溝を形成して高浸透型スクライビングホイールとした。
又図９は実施例１，２と比較例のスクライビングホイールを用いて０．６３５ｍｍの厚さのアルミナ基板（ＨＴＣＣ基板）をスクライブしたときの走行距離と、同じホイールを用いて０．７ｍｍの厚さのガラスをスクライブしたときの最低荷重（適正なスクライブラインを形成することができる荷重範囲の下限値）の関係を示す図であり、実施例１によるスクライビングホイールの走行距離を折線Ａに、実施例２によるスクライビングホイールの走行距離を折線Ｂに、比較例によるスクライビングホイールの走行距離を折線Ｃに示している。
この比較例ではスクライビング可能な走行距離は約２０ｍであった。又比較例のスクライビングホイールでは、走行開始には荷重は０．０９ＭＰａと低いが、スクライブを進めるに伴って最低荷重が大きくなっており、稜線が摩耗していることがわかる。摩耗が進行したスクライビングホイールを用いて脆性材料基板をスクライブし分断すると、分断した基板の端面の品質が劣化する。
これに対して実施例１，２のスクライビングホイールでは、図９より示されるように、実施例１のスクライビングホイールを用いてスクライブしたときには、折線Ａに示すようにダイヤモンド膜の剥離までに至る距離は１３０ｍであった。このときの最低荷重は、スクライブ開始からダイヤモンド膜が剥離するまでほぼ０．１２ＭＰａと一定の値だった。又実施例２のスクライビングホイールを用いてスクライブしたときには折線Ｂに示すようにダイヤモンド膜の剥離に至るまで８５ｍのスクライブが可能であった。このときの最低荷重はスクライブ開始からダイヤモンド膜が剥離するまでほぼ０．１６ＭＰａと一定の値だった。このため比較例に比べてスクライビング可能な距離を大幅に延長することができる。又いずれも最低荷重の値は走行距離にかかわらずほぼ一定であり、増加していないため、スクライビングホイールの刃先はほとんど摩耗していないと判断することができる。このためスクライブ後に脆性材料基板を分断して液晶パネル等を切り出したときに切断面の端面精度が向上し、端面強度を高く保っておくことができる。
本発明のよるスクライビングホイールは耐摩耗性が高く、端面強度の高い脆性材料基板を切り出せるスクライビングホイールを提供することができ、スクライブ装置に好適に用いることができる。
１０，３０ スクライビングホイール
１１，３１ 円板
１２，３２ 貫通孔
１３，３３ 研磨面
１４，３４ ダイヤモンド膜
１６，１７，１８，１９，２０ 円周面
３５ 溝

Claims (9)

  1. 脆性材料基板に圧接・転動させてスクライブするためのスクライビングホイールであって、
    円板のスクライビングホイール基材と、
    前記スクライビングホイール基材の刃先部分に形成されたダイヤモンド膜と、
    前記ダイヤモンド膜の先端部分に稜線を含む帯状の研磨領域と、を具備し、
    前記スクライビングホイール基材は、円板の周囲の側面に最大径となる部分と
    傾斜面を有し、
    前記スクライビングホイール基材の傾斜面がなす頂角α１と前記ダイヤモンド膜の研磨領域の先端部がなす刃先角度α２との差が５°以上２０°以下であり、前記研磨領域の幅が１０〜３０μｍであるスクライビングホイール。
  2. 前記スクライビングホイール基材は、側面に中心軸と同軸の円柱状の円周面を形成した請求項１記載のスクライビングホイール。
  3. 前記スクライビングホイール基材は、側面に内向き及び外向きのいずれかに湾曲する前記中心軸と同軸の円周面を有する請求項１記載のスクライビングホイール。
  4. 前記スクライビングホイール基材は、側面に内向き及び外向きのいずれかに断面がＶ字状となる前記中心軸と同軸の円周面を有する請求項１記載のスクライビングホイール。
  5. 前記スクライビングホイール基材は、超硬合金からなる請求項１記載のスクライビングホイール。
  6. 前記スクライビングホイールは、セラミックス基板をスクライブするスクライビングホイールである請求項１記載のスクライビングホイール。
  7. 前記研磨領域の稜線部分を所定間隔で切り欠いた溝を有し、その間を突起とした請求項１〜６のいずれか１項記載のスクライビングホイール。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のスクライビングホイールを用いて、脆性材料基板をスクライブするスクライブ方法。
  9. 前記脆性材料基板がセラミックス基板である請求項８記載のスクライブ方法。
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