(57)【要約】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において、カッターチップを軸支するための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を有するベル形状とした。また、チップ用ホルダーの凹部に固体潤滑剤をチップ用ホルダーの外側から供給できる構造とした。これにより、チップ用ホルダーのカッターチップの加工寿命を延ばせた。
2003051784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、ベル形状としたことを特徴とするチップ用ホルダー。
【請求項２】
前記のベル形状は所定の曲率半径のカーブ面であ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。
【請求項３】
前記凹部は、前記ホルダー部材に非貫通である請求項１または２に記載のチップ用ホルダー。
【請求項４】
前記凹部は、前記ホルダー部材に非貫通であって、前記曲率半径は、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２に記載のチップ用ホルダー。
【請求項５】
前記凹部は、前記ホルダー部材を貫通している請求項１または２に記載のチップ用ホルダー。
【請求項６】
前記凹部は、前記ホルダー部材を貫通していて、かつ、前記曲率半径は、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２に記載のチップ用ホルダー。
【請求項７】
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６のいずれかに記載のチップ用ホルダー。
【請求項８】
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６のいずれかに記載のチップ用ホルダー。
【請求項９】
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ベル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。
【請求項１０】
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９に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
【請求項１１】
前記所定のベル形状の凹部がＹＡＧレーザを用いて加工されることを特徴とする請求項１０に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
【請求項１２】
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９に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
【請求項１３】
前記所定のベル形状の凹部が放電加工されることを特徴とする請求項１２に記載のチップ用ホルダーの製造方法。
【請求項１４】
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８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。
【請求項１５】
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８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。
【発明の詳細な説明】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2003051784.tif 000015