(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨砥粒を結合剤で固着させたドリルを用いて複数の脆性材に順次孔加工を施す孔加工方法であって、
前記ドリルを正回転させた状態で所定数の前記脆性材に孔加工を施す正回転工程と、前記ドリルを逆回転させた状態で所定数の前記脆性材に孔加工を施す逆回転工程とを含み、
前記正回転工程を主たる工程として脆性材に孔加工を施している合間に、前記逆回転工程を従の工程として脆性材に孔加工を施すことを特徴とする脆性材の孔加工方法。
【請求項２】
前記脆性材は、ガラス板であることを特徴とする請求項１に記載の脆性材の孔加工方法。
【請求項３】
前記研磨砥粒は、ダイヤモンド砥粒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の脆性材の孔加工方法。
【請求項４】
前記結合剤は、メタルボンドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の脆性材の孔加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨砥粒を結合剤で固着させたドリルを用いて複数の脆性材に順次孔加工を施す技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス、セラミックに代表される脆性材に小径の孔加工を施す場合、ダイヤモンド砥粒等の研磨砥粒を、メタルボンド、レジンボンド、電着用の電気メッキ層等の結合剤によって、表面に固着させたドリルが広く用いられている。
【０００３】
このようなドリルは、例えば、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）等のフラットパネルディスプレイに使用されるガラス基板に、パネル内の排気やガスの封入を行うことを目的とした貫通孔（通気孔）を形成する場合等に使用される。
【０００４】
上記のような研磨砥粒を結合剤で固着させたドリルを用いて、ガラス、セラミック等の脆性材に孔加工を施す場合、孔加工面における肌荒れの発生が重要な問題となり得る。
【０００５】
具体的には、例えば、上記フラットパネルディスプレイ等のガラス基板に孔加工を施した後に、必要となる熱処理工程を実行したならば、肌荒れを起点としてガラス基板が破損する等の不具合を招く。このような問題に対処するため、下記の特許文献１には、電着砥石によるワークの加工時において、ワークの仕上げ面粗さが、予め設定された上限値に到達する度に、電着砥石の研削面にツルーイングを施す方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４６５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１に開示された技術のように、頻繁にワークの仕上げ面粗さを測定し、測定値が所定の上限値に達する度にツルーイングを施すことにより、各研磨砥粒の高さを揃えていたのでは、極めて作業効率が悪化して、生産効率を大幅に低下させるという致命的な問題を招来する。
【０００８】
本発明の課題は、複数の脆性材に孔加工を施す際における孔加工面の肌荒れの発生を効率良く抑止した上で、孔加工が施された複数の脆性材における生産効率の向上及び生産コストの低廉化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、研磨砥粒を結合剤で固着させたドリルを用いて脆性材に孔加工を施す技術について、鋭意努力を重ねた結果、孔加工面に肌荒れが発生する理由は、以下に示すようなメカニズムに由来することを知見するに至った。
【００１０】
すなわち、回転中のドリルに固着された研磨砥粒がワーク（脆性材）を切削することでワークの切削屑が発生するが、この切削屑は、研磨砥粒のドリル回転方向後方に位置する結合剤の表面を削り取る。そして、このワークの切削屑の発生と切削屑による結合剤表面の削り取りとが繰り返されることで、結合剤のドリル半径方向の厚みは次第に薄くなっていく。このため、結合剤に保持され、且つドリルに固着された研磨砥粒は、徐々に結合剤に対して相対的に突出した状態となる。このような状態が進行することによって、研磨砥粒を結合剤が切削抵抗に抗して保持しきれなくなると、結合剤から研磨砥粒（摩耗した研磨砥粒）が脱落する。さらに、切削屑による結合剤表面の削り取りが進行すると、結合剤中に埋設していた研磨砥粒（摩耗していない切れ味のよい研磨砥粒）の頭部が結合剤より露出し、ワークの切削を開始する。このように摩耗した研磨砥粒の結合剤からの脱落と、磨耗していない切れ味のよい研磨砥粒の結合剤からの露出とが繰り返される自生作用が機能することで、ドリルの切れ味を良好なものに維持することが可能となっている。
【００１１】
上述の過程の中で、研磨砥粒の回転方向後方に存する結合剤の内、研磨砥粒の後部に密着している結合剤部分は、研磨砥粒の影になることによって切削屑による削り取り作用を受けにくい。このため、その結合剤部分は、ドリル半径方向の厚みが他の結合剤部分に比べて厚いボンドテールとなる。このボンドテールは、密着している研磨砥粒に負荷される切削抵抗が大きくなるに連れて、成長しやすくなるという性質がある。そして、成長したボンドテールは、研磨砥粒に負荷される切削抵抗に抗して研磨砥粒を保持し、研磨砥粒の早期の脱落を防止する働きがある。
【００１２】
しかし、ワークを切削する各研磨砥粒の中に、他の研磨砥粒に比べて過大な切削抵抗が負荷される研磨砥粒が存在する場合、この研磨砥粒に密着しているボンドテールは、他のボンドテールと比べて過剰な成長をとげてしまうことが本発明者等の鋭意努力により判明している。そして、本発明者等は、このようなボンドテールが以下のような問題を招く原因となることを知見するに至った。
【００１３】
すなわち、この過剰に成長したボンドテールは、本来脱落すべき研磨砥粒を結合剤から脱落させることなく保持し続けてしまうことで、上述したドリルの自生作用を阻害する原因となっていた。また、このような過剰に成長したボンドテールに保持された研磨砥粒（以下、突出砥粒という）は、他の正常に自生作用が機能している研磨砥粒に比して、相対的にドリル半径方向に突出した状態となる。このため、この突出砥粒の存在により、結合剤に保持される各研磨砥粒のドリル半径方向の高さが不揃いな状態となることがあった。
【００１４】
上述のように突出砥粒の存在により、各研磨砥粒の高さが不揃いとなると、ワークに孔加工を施す際の加工精度が低下し、孔加工面に肌荒れを生じる原因となる。
【００１５】
なお、以上のような問題に対しては、以下に示すような解決方法を採用することが考えられる。
【００１６】
１つは、ダミーワークを使用する方法であり、突出砥粒が存在するドリルを用いてダミーワークに孔加工を施すことにより、突出砥粒を摩耗させる方法である。また、他の方法は、ホワイトアランダムに代表される砥石でドリルにドレッシングを行う方法や、新しいドリルと交換する方法等である。
【００１７】
しかしながら、ダミーワークを使用する方法によると、突出砥粒を摩耗させるのに多大な時間や労苦を要するため、特に製品の連続生産時において生産効率が悪化しやすいという問題がある。また、ドレッシングによる方法によっては、場合によってはさらに孔加工面の肌荒れを助長してしまうという問題がある。さらに、新しいドリルと交換する方法は、ドリルの調達費用が嵩み生産コストが高騰するという問題があった。
【００１８】
本発明者等による既述の知見に基づいて創案された本発明に係る方法は、研磨砥粒を結合剤で固着させたドリルを用いて複数の脆性材に順次孔加工を施す孔加工方法であって、ドリルを正回転させた状態で所定数の脆性材に孔加工を施す正回転工程と、ドリルを逆回転させた状態で所定数の脆性材に孔加工を施す逆回転工程とを含み、正回転工程を主たる工程として脆性材に孔加工を施している合間に、逆回転工程を従の工程として脆性材に孔加工を施すことに特徴付けられる。ここで、上記の「正回転」とは、ドリルが時計針方向に回転している場合と、反時計針方向に回転している場合のいずれであってもよく、上記の「逆回転」とは、既述の「正回転」とは逆向きの方向にドリルが回転していることを意味する。つまり、「正回転」が時計針方向であるときには、「逆回転」は反時計針方向となり、「正回転」が反時計針方向であるときには、「逆回転」は時計針方向となる。
【００１９】
このような方法によれば、ドリルの正回転工程時において、過剰に成長したボンドテールに保持された突出砥粒が、結合剤から脱落しないが故にドリルの自生作用が機能しにくい状態、換言すれば各研磨砥粒のドリル半径方向の高さが不揃いとなった状態に陥ったとしても、この突出砥粒は、正回転工程から逆回転工程に移行することによって下記の作用を受け、結合剤から容易に脱落していく。すなわち、孔加工が一度逆回転工程に移行すれば、突出砥粒の回転方向後方（正回転時における回転方向前方）にはボンドテールが存在していないため、結合剤は、突出砥粒を切削抵抗に抗して保持することができない。これにより、逆回転工程に移行した後、切削抵抗が負荷された突出砥粒は容易に結合剤から脱落していく。この結果、ドリルの自生作用を回復させることが可能となり、加工精度が高く且つ肌荒れが存在しない良好な孔加工面を得ることができる。また、複雑な操作やドリルの交換等を必要としないため、生産効率の向上及び生産コストの低廉化を図ることが可能となる。また、この方法では、主たる工程である正回転工程で多数の脆性材に孔加工が施されることによって、孔加工面に肌荒れ等の発生に対する危惧が生じるに至ったと推測できる時点で、従の工程である逆回転工程に切り換えられる。そして、この逆回転工程では、極少数（極端には一つ）の脆性材に孔加工が施されることによって、結合剤から突出砥粒が脱落する。これにより、ドリルの自生作用が回復し、その後は、再び正回転工程に切り換えられて、多数の孔加工が施される。従って、極少数の脆性材に孔加工を施す逆回転工程を、ドリルの自生作用を継続して維持するためのメンテナンスの工程とすることができる。
【００２１】
上記の方法において、脆性材はガラス板であってもよい。
【００２２】
このようにすれば、特に肌荒れ等が存在しない高品位の孔加工面が要求されるガラス板について、既述の種々の利点を得ることが可能となる。なお、脆性材としては、ガラス板以外にセラミック板等を挙げることができる。
【００２３】
上記の方法において、研磨砥粒は、ダイヤモンド砥粒であることが好ましい。
【００２４】
このようにすれば、既述の効果をより顕著なものとすることが可能となる。
【００２５】
上記の方法において、結合剤はメタルボンドであることが好ましい。
【００２６】
このようにすれば、脆性材の切削屑によるメタルボンド表面の削り取り及びこれに起因するボンドテールの形成が顕著となるため、ドリルの自生作用による効果を的確に得ることができる。
【００３１】
以上のような方法によって孔加工が施された脆性材は、孔加工面に肌荒れ等が存在しない高品位の脆性材とすることができる。
【発明の効果】
【００３５】
以上のように、本発明によれば、複数の脆性材に孔加工を施す際に、肌荒れが発生しない高品位の孔加工面を形成することができると共に、孔加工が施された脆性材の生産効率及び生産コストを改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る孔加工装置を示す一部破断概略正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る孔加工方法の概略を示す孔加工面周辺の要部拡大横断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る孔加工方法の概略を示す孔加工面周辺の要部拡大横断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る孔加工方法の概略を示す孔加工面周辺の要部拡大横断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る孔加工方法の概略を示す孔加工面周辺の要部拡大横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態に係る孔加工装置について説明する。なお、本実施形態では、研磨砥粒としてダイヤモンド砥粒を、結合剤としてメタルボンドを用いており、ワークである脆性材は、ガラス板である。また、正回転工程と逆回転工程とを実行するための駆動源として正逆回転可能な可変速のモーターを用いている。
【００３８】
図１は、本実施形態に係る孔加工装置１を示す一部破断概略正面図である。同図に示すように、孔加工装置１は、ガラス板Ｇを切削するドリル２を備え、このドリル２の切削部２ａは、その先端側に位置する凸曲面部（略半球状部）２ａａと、基端側に位置する円筒面部２ａｂとから構成されている。切削部２ａの表面には、メタルボンドＢによってダイヤモンド砥粒Ｋが固着されている。
【００３９】
さらに、この孔加工装置１は、ドリル２を正回転方向（同図のＡ方向）に回転させて所定数のガラス板Ｇに孔加工を施す正回転工程と、ドリル２を逆回転方向（同図のＲ方向）に回転させて所定数のガラス板Ｇに孔加工を施す逆回転工程とを実行するための駆動手段３を備えている。駆動手段３は、上記の２工程を実行する駆動源であるモーターＭと、モーターＭの回転方向と回転速度とを制御する制御部３ａとから構成されている。
【００４０】
以下、上記の孔加工装置１を用いた孔加工方法の実施状況について説明する。なお、図２〜図５は、上記のドリル２を用いて複数のガラス板Ｇに順次孔加工を施す孔加工方法の概略を時系列順に示すものである。
【００４１】
図２に示すように、ドリル２をＡ方向（正回転方向）に回転させながら、ガラス板Ｇに孔Ｈを形成した場合は、メタルボンドＢによってドリル２の表面に固着されたダイヤモンド砥粒Ｋが、ガラス板Ｇの孔Ｈの内周面Ｚを切削する。この場合、ダイヤモンド砥粒Ｋによって切削されたガラス板Ｇの孔Ｈの内周面Ｚからは切削屑Ｓが発生する。
【００４２】
そして、この切削屑Ｓは、図３に示すように、ダイヤモンド砥粒Ｋのドリル回転方向後方（ドリル２の回転方向Ａの後方）に位置するメタルボンドＢの表面を削り取ると共に、ダイヤモンド砥粒Ｋに負荷される切削抵抗Ｆによって、ダイヤモンド砥粒Ｋのドリル回転方向直後方（ドリル２の回転方向Ａの直後方）には、ダイヤモンド砥粒Ｋに密着してボンドテールＴが形成され始める。
【００４３】
さらに、ダイヤモンド砥粒Ｋによるガラス板Ｇの孔Ｈの内周面Ｚに対する切削が進行すれば、ガラス板Ｇの切削屑Ｓの発生と、切削屑ＳによるメタルボンドＢ表面の削り取りとが繰り返される。この結果、図４に示すように、メタルボンドＢの表面は、ダイヤモンド砥粒Ｋに対して相対的に低い位置となり、これに伴って、メタルボンドＢに埋設されていたダイヤモンド砥粒Ｋ（磨耗していない切れ味のよいダイヤモンド砥粒Ｋ）の頭部が露出し始める。このような状態となると、ガラス板Ｇの孔Ｈの内周面Ｚを切削して磨耗したダイヤモンド砥粒Ｋは、負荷される切削抵抗Ｆにより、同図に点線で示すように順次メタルボンドＢから脱落していく。
【００４４】
この場合、他のダイヤモンド砥粒Ｋに対して、過大な切削抵抗Ｆが負荷されるダイヤモンド砥粒Ｋが存在していると、このダイヤモンド砥粒Ｋに密着しているボンドテールＴは、過剰な成長をとげてしまう。この結果、切削抵抗Ｆに抗して本来脱落すべきダイヤモンド砥粒Ｋ（突出砥粒）は、メタルボンドＢから脱落することなく保持されてしまうおそれが生じる。このような状態の下においては、同図から把握できるように、各ダイヤモンド砥粒Ｋのドリル２の半径方向の高さが不揃いとなり、ドリル２の自生作用が阻害されるおそれが生じる。従って、このままの状態でガラス板Ｇの切削を続けていたのでは、孔Ｈの内周面Ｚに肌荒れが生じ、加工精度の低下や品位低下を招くことが必至となる。
【００４５】
そこで、上述の状態となった時点で、制御部３ａからモーターＭに信号を送信し、図５に示すようにモーターＭの回転方向を逆転させることで、ドリル２の回転方向を同図に示すＲ方向に切り換える。この結果、他のダイヤモンド砥粒Ｋに比して相対的に突出したダイヤモンド砥粒Ｋ（突出砥粒）の回転方向直後方にはボンドテールＴが存在しないことになる。これにより、メタルボンドＢは、切削抵抗Ｆに抗してこのダイヤモンド砥粒Ｋ（突出砥粒）を保持することができないため、切削抵抗Ｆが負荷された時点で、このダイヤモンド砥粒Ｋは、同図に点線で示すようにメタルボンドＢから脱落する。
【００４６】
従って、各ダイヤモンド砥粒Ｋのドリル２の半径方向の高さを適度に揃えておくことが可能になると共に、ドリル２の自生作用を継続して維持することができ、これにより肌荒れが存在しない高品位の孔加工面（孔Ｈの内周面Ｚ）を得ることが可能となる。また、複雑な操作やドリルの交換等を必要としないため、生産効率の向上及び生産コストの低廉化を図ることが可能となる。
【００４７】
次に、上記の構成を備えた孔加工方法における正回転工程と逆回転工程との切り換え手順について説明する。
【００４８】
第１の切り換え手順としては、正回転工程を主たる工程としてガラス板Ｇに孔加工を施している合間に、逆回転工程を従の工程としてガラス板Ｇに孔加工を施すという手法が挙げられる。
【００４９】
この第１の切り換え手順によれば、主たる工程である正回転工程で多数のガラス板Ｇに順次孔加工が施されることによって、孔加工面（孔Ｈの内周面Ｚ）に肌荒れ発生の恐れが生じるに至ったと推測できる時点で、従の工程である逆回転工程に切り換える。そして、この逆回転工程では、極少数（例えば１枚あるいは数枚）のガラス板Ｇに孔加工が施されることによって、メタルボンドＢから研磨砥粒Ｋ（突出砥粒）が脱落する。これにより、ドリル２の自生作用が維持され、その後は、再び正回転工程に切り換えられて、多数のガラス板Ｇに順次孔加工が施される。従って、極少数のガラス板Ｇに孔加工を施す逆回転工程をドリル２の自生作用を継続して維持するためのメンテナンスの工程とすることができる。
【００５０】
また、第２の切り換え手順としては、正回転工程を継続して実行した後、逆回転工程を継続して実行するという手法が挙げられる。
【００５１】
この第２の切り換え手順による場合には、まず、正逆いずれか一方向にドリル２を回転させて複数のガラス板Ｇに孔加工を施すことを想定して、孔加工面（孔Ｈの内周面Ｚ）に肌荒れ等の不具合が生じない限界の加工回数を前もって明らかにおく。例えば、この限界の加工回数が５０回であったとすれば、正回転工程と逆回転工程との双方の工程において、切り換えを行うことなく５０枚分のガラス板Ｇに順次孔加工を施すことができる。これにより、制御部３ａ（モーターＭ）によるドリル２の回転方向の正逆の切り換え回数を可及的に低減することが可能となる。この結果、大量のガラス板Ｇに孔加工を施すような場合においても、高品位の孔加工面の形成を維持しつつ、作業効率の向上を図ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態では、研磨砥粒としてダイヤモンド砥粒Ｋを、結合剤としてメタルボンドＢを用いた場合に本発明を適用しているが、これ以外に、研磨砥粒としてＣＢＮ砥粒等を用いてもよく、あるいは、結合剤としてビトリファイボンド、レジンボンド、電着用の電気メッキ層等を用いてもよい。また、ワークである脆性材は、ガラス板に限られるものではなく、セラミック板等でもよい。さらに、正回転工程と逆回転工程とを実行する駆動源として、モーターＭを使用しているが、他の駆動源を使用してもよい。また、正回転工程と逆回転工程との切り換え手順も上述の態様に限定されるわけではない。
【実施例１】
【００５３】
本発明の実施例として、下記のような熱強度試験を実施した。
【００５４】
縦：５００ｍｍ、横：６００ｍｍ、厚さ：１．８ｍｍのサイズの複数のガラス板に対して、ドリルを正回転させ、順次孔加工を施すという作業を、ガラス板の孔加工面に肌荒れが生じるまで継続して実行した。そして、孔加工面に肌荒れが生じたガラス板をサンプルＡ（比較例）として採取し、その後、サンプルＡの孔加工に用いたドリルを使用し、ドリルの回転方向を逆転させた上で孔加工を施したガラス板をサンプルＢ（実施例）として採取した。これらを繰り返すことで、サンプルＡとサンプルＢとをそれぞれ２０枚ずつ用意した。次に、２０枚のサンプルＡ及び２０枚のサンプルＢの各々にラバーヒーターを貼り付けた後、各サンプルが破壊するまで熱曲げを与え、各サンプルの破壊面より熱強度を測定した。その後、２０枚のサンプルＡ及び２０枚のサンプルＢの熱強度測定結果より、サンプルＡ及びサンプルＢの熱強度の平均値を算出した。なお、孔加工を施すドリルは、研磨砥粒としてダイヤモンド砥粒を、結合剤としてブロンズ系メタルボンドを使用しており、ドリル径は１．５ｍｍ、ドリル回転速度は１５０００ｒｐｍである。また、ラバーヒーターは、サンプルＡ、サンプルＢに加工された孔から２５ｍｍの位置において、各サンプルの表面に貼り付けられている。
【００５５】
上記サンプルＡ及びサンプルＢの熱強度測定値は、下記に示す通りである。
サンプルＡ（比較例）の熱強度平均値：  ９３９．９ｋｇ／ｃｍ2
サンプルＢ（実施例）の熱強度平均値：１２５３．５ｋｇ／ｃｍ2
【００５６】
上記の熱強度測定値を考察すれば、本発明の実施例は、比較例と比べて熱強度が高くなっている。これは、本発明の実施例では、ドリルの回転方向を正逆に切り換えたことに由来して、ドリルの自生作用が維持され、これに伴って孔加工面が高品位になったためと想定される。以上の結果、本発明によれば、フラットパネルディスプレイ等に用いられるガラス基板に孔加工を施した後、熱処理を施すような場合においても、孔加工面の肌荒れを起点とするガラス基板の破損が効果的に抑止されるものと推認することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１          孔加工装置
２          ドリル
２ａ        切削部
２ａａ      凸曲面部
２ａｂ      円筒面部
３          駆動手段
３ａ        制御部
Ｍ          モーター
Ｇ          ガラス板
Ａ          ドリル回転方向（正回転）
Ｒ          ドリル回転方向（逆回転）
Ｈ          孔
Ｚ          内周面
Ｆ          切削抵抗
Ｋ          ダイヤモンド砥粒
Ｂ          メタルボンド
Ｓ          切削屑
Ｔ          ボンドテール
【図１】
0005660327.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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