(57)【要約】【課題】脆性材料の表面を滑ることなく、転がることができ、また脆性材料に水平クラックも発生しにくいダイヤモンドホイールを提供する。【解決手段】ダイヤモンドホイール８は、脆性材料の表面を転がって脆性材料の表面にスクライブ線を形成する。このダイヤモンドホイールでは、１０００〜８０００メッシュのダイヤモンド粒子１５・・・が結合剤で保持される。結合剤１６から突き出るダイヤモンド粒子が脆性材料に食い込み易くなるので、必要以上に荷重を与えなくてもダイヤモンドホイールが脆性材料上を滑ることなく転がる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料の表面を転がって脆性材料の表面にスクライブ線を形成するダイヤモンドホイールであって、
１０００〜８０００メッシュのダイヤモンド粒子が結合剤で保持されることを特徴とするダイヤモンドホイール。
【請求項２】
前記ダイヤモンドホイールの周縁部には、周方向の全長に渡って断面Ｖ字形の刃が形成され、前記Ｖ字形の刃の先端における前記ダイヤモンド粒子の周方向のピッチが２〜２０μｍに設定されることを特徴とする請求項１に記載のダイヤモンドホイール。
【請求項３】
前記Ｖ字形の刃の開き角度が１１０°〜１６５°に設定されることを特徴とする請求項２に記載のダイヤモンドホイール。
【請求項４】
前記脆性材料の表面に交差する方向に振動しながら、前記脆性材料の表面を転がることを特徴とする請求項１ないし３いずれかに記載のダイヤモンドホイール。
【請求項５】
脆性材料の表面にスクライブ線を形成するスクライブ装置であって、
１０００〜８０００メッシュのダイヤモンド粒子が結合剤で保持されるダイヤモンドホイールと、
前記ダイヤモンドホイールを回転可能に保持する保持部材と、
前記保持部材を前記脆性材料の表面と交差する方向に振動させる振動発生部材と、
前記ダイヤモンドホイールが前記脆性材料の表面を転がるように前記保持部材を前記脆性材料の表面に沿って移動させる移動機構と、を備えるスクライブ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス、石英、水晶、コランダム系脆性材料等にスクライブ線を形成するためのダイヤモンドホイール及びスクライブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脆性材料を所定の大きさに切り取るのに、脆性材料の表面にスクライブ線を入れ、その後圧力を加えて割るという方法がとられている。脆性材料の表面にスクライブ線を入れるのには、金属製台金の周辺に砥粒層をもつホイールを脆性材料の表面を転がすのが一般的である。ダイヤモンド粒子を結合剤で保持した砥粒層をもつホイールはダイヤモンドホイールと呼ばれる。
【０００３】
ダイヤモンドホイールが脆性材料に軽く突き刺さった状態、すなわちダイヤモンドホイールが脆性材料に食い付いた状態でダイヤモンドホイールが脆性材料上を転がると、脆性材料の表面にスクライブ線が形成される。スクライブ線は垂直クラックが連続したものである。スクライブ線が形成された脆性材料に圧力を加えると脆性材料が切断される。
【０００４】
ダイヤモンドホイールが脆性材料に食い付くことなく、脆性材料の表面を滑ると、あたかも硝子切りでガラスを切るように、脆性材料の表面にスクライブ線に沿って欠けが生じやすい。ダイヤモンドホイールを脆性材料の表面に食い付かせるために、砥粒には脆性材料に対してヌープ硬度差が大きいダイヤモンド粒子が用いられる。
【０００５】
従来、図７に示されるように、脆性材料の表面にスクライブ線を形成するためのダイヤモンドホイールとして、平均粒径０．１〜０．８μｍ（メッシュ１００００を超える極微紛）のダイヤモンドパウダー１・・・を結合剤２で保持させたダイヤモンドホイールが用いられていた。
【０００６】
またガラス板を切断する他のダイヤモンドホイールとして、円盤の円周部にＶ字形の刃を形成した特許文献１に記載のものも知られている。図８に示されるように、ダイヤモンドホイールの円周部における刃先には、グラインダで切り欠いたり、放電加工で加工したりすることにより、周方向に２０〜２００μｍのピッチで切り込み３が形成される。ダイヤモンドホイールがガラス板上を転がる際に突起４がガラスに打点衝撃を与えるので、ガラス板を貫通するほどの深い垂直クラックを発生させることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−１８８５３４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の平均粒径０．１〜０．８μｍの極微紛のダイヤモンドパウダーを結合剤で保持させたダイヤモンドホイールにあっては、ダイヤモンドパウダーが結合剤にその殆どの部分が埋め尽くされるので、ダイヤモンドパウダーはその直径の１／３〜１／５ぐらいしか結合剤から突出しない。このような極微紛のダイヤモンドパウダーを砥粒として用いた場合、ダイヤモンドパウダーの食い付き量が小さくなるので、ダイヤモンドホイールが滑らないようにダイヤモンドホイールに大きな荷重を加える必要があった。荷重を大きくすると、脆性材料の表面に欠け、すなわち水平クラックが発生してしまい、脆性材料の品質が低下していた。
【０００９】
また、特許文献１に記載されたダイヤモンドホイールを使用しても、脆性材料の表面にはやはり欠け、水平クラックが発生した。刃先に後加工で切り込みを形成するのでは、切り込み３・・・間のピッチを小さくすることができないことが原因であると思われる。切り込み３と切り込み３との間に形成されたある程度の幅を有する山部５をガラス板に食い付かせるためには、ある程度の荷重が必要になり、これにより欠けが発生すると考えられる。
【００１０】
本発明は、上記従来のダイヤモンドホイールの問題点を解決し、脆性材料の表面を滑ることなく、転がることができ、また脆性材料に水平クラックも発生しにくいダイヤモンドホイール及びスクライブ装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明者はダイヤモンド粒子の粒径に着目し、結合剤からダイヤモンド粒子が突き出易くなるように、従来よりも大きな粒径のダイヤモンド粒子を使用した。
【００１２】
具体的には本発明は、脆性材料の表面を転がって脆性材料の表面にスクライブ線を形成するダイヤモンドホイールであって、１０００〜８０００メッシュのダイヤモンド粒子が結合剤で保持されること特徴とするダイヤモンドホイールにより、上述した課題を解決した。
【００１３】
この発明によれば、結合剤から突き出るダイヤモンド粒子が脆性材料に食い付き易くなるので、必要以上に荷重を与えなくてもダイヤモンドホイールが脆性材料上を滑ることなく転がる。このため、脆性材料にスクライブ線を形成するときに過大な荷重による水平クラックが発生し難くなる。またダイヤモンドホイールから脆性材料に加えられる応力は、結合剤から突き出るダイヤモンド粒子の大きさに応じた集中した応力になるので、深い垂直クラックが形成される。
【００１４】
なおダイヤモンド粒子は、１０００〜８０００メッシュの砥粒のみでもよいし、１０００〜８０００メッシュの砥粒にメッシュ８０００を超えるダイヤモンドパウダーを混合したものでもよい。
【００１５】
前記ダイヤモンドホイールの周縁部には、周方向の全長に渡って断面Ｖ字形の刃が形成され、前記Ｖ字形の刃の先端における前記ダイヤモンド粒子の周方向のピッチが２〜２０μｍに設定されることが望ましい。
【００１６】
この発明によれば、ダイヤモンド粒子のピッチが短く設定されるので、ダイヤモンド粒子とダイヤモンド粒子との間の凹みが脆性材料の表面に接触する前に、結合剤から突き出たダイヤモンド粒子が脆性材料に食い付き易くなる。このため、ダイヤモンドホイールが脆性材料の表面を滑ることなく転がる。また、ダイヤモンド粒子を脆性材料に食い付かせると垂直クラックが発生するが、ダイヤモンド粒子の周方向のピッチを２〜２０μｍに設定することで、垂直クラックも伝播し易くなり、良好なスクライブ線を形成することができる。
【００１７】
前記Ｖ字形の刃の開き角度が１１０°〜１６５°に設定されることが望ましい。
【００１８】
この発明によれば、鈍角の刃先によって脆性材料が２つに引き裂かれるので、垂直クラックの発生が促される。
【００１９】
ダイヤモンドホイールを前記脆性材料の表面に交差する方向に振動しながら、前記脆性材料の表面を転がすのが望ましい。
【００２０】
ダイヤモンドホイールに振動を与えることで、さらに深い垂直クラックを形成することができる。
【００２１】
また、本発明は、脆性材料の表面にスクライブ線を形成するスクライブ装置であって、１０００〜８０００メッシュのダイヤモンド粒子が結合剤で保持されるダイヤモンドホイールと、前記ダイヤモンドホイールを回転可能に保持する保持部材と、前記保持部材を前記脆性材料の表面と交差する方向に振動させる振動発生部材と、前記ダイヤモンドホイールが前記脆性材料の表面を転がるように前記保持部材を前記脆性材料の表面に沿って移動させる移動機構と、を備えるスクライブ装置としても構成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態におけるスクライブ装置を示す。このスクライブ装置は、ガラス、石英、半導体、セラミクス等からなる薄板状の脆性材料７の表面にスクライブ線を形成する。ここで、スクライブ線は脆性材料７の表面部分に発生する垂直クラックが連続した亀裂である。
【００２３】
ダイヤモンドホイール８は保持部材９の下端に回転可能に保持される。保持部材９は中間軸１０を介して振動を発生する振動発生部材１１に接続される。振動発生部材１１には例えば外部電界を加えると歪を生じる圧電素子（ピエゾアクチュエータ）が用いられる。圧電素子に印加する電圧を所定の周波数で変化させると、圧電素子が周期的に伸縮する。振動発生部材１１には、この他にも磁界を加えると磁性体に歪を生ずる超磁歪素子が用いられても良い。振動発生部材１１から発生する振動は、中間軸１０及び保持部材９に伝達され、最終的にはダイヤモンドホイール８に伝達される。ダイヤモンドホイール８は振動発生部材１１によって脆性材料７の表面に交差する方向、例えば垂直方向に振動する。
【００２４】
振動発生部材１１及び中間軸１０はハウジング１２に収納される。ハウジング１２はベースプレート１３に直動ガイド１４を介して取り付けられ、垂直方向にスライドできるようになっている。このため、これらハウジング１２、保持部材９、中間軸１０、振動発生部材１１等の質量が静荷重としてダイヤモンドホイール８から脆性材料に加わる。
【００２５】
ベースプレート１３は、図示しない移動機構によって脆性材料７の表面に平行なＸ軸方向又はＹ軸方向に移動される。ベースプレート１３を脆性材料７の表面に平行に移動させると、脆性材料７に当接するダイヤモンドホイール８が脆性材料７上を転がる。
【００２６】
ダイヤモンドホイール８を振動させながら脆性材料７の表面を転がすと、脆性材料７の表面部分に垂直クラックが連結したスクライブ線が形成される。スクライブ線が形成された脆性材料は、スクライブ装置から取り外され、破断装置によってスクライブ線に沿って破断される。
【００２７】
図２はダイヤモンドホイール８の詳細図を示す。図中（Ａ）は中心に孔が形成された算盤玉形状のダイヤモンドホイール８を示し、図中（Ｂ）は両側に軸部１８，１８を有する算盤玉形状のダイヤモンドホイール８を示し、図中（Ｃ）は円錐を組み合わせたような形状のダイヤモンドホイール８を示す。図中（Ａ）に示されるダイヤモンドホイール８では、中心の孔に軸が挿入され、軸の回りをダイヤモンドホイールが滑りながら回転する。図中（Ｂ）に示されるダイヤモンドホイール８では、両側の軸部１８，１８を支持する軸受け部に対してダイヤモンドホイール８の軸部１８が滑りながら回転する。図中（Ｃ）に示されるダイヤモンドホイール８では、円錐の頂部が保持枠に保持され、保持枠に対してダイヤモンドホイールの頂部が滑りながら回転する。
【００２８】
ダイヤモンドホイール８は、金属製台金１９の周辺に、ダイヤモンド砥粒を結合剤で保持した砥粒層８ａをもつ。結合剤にはレジン又はメタルボンドが用いられる。レジン又はメタルボンドにダイヤモンド粒子を付着させた後、加圧又は焼成することでダイヤモンド粒子がレジン又はメタルボンドに強固に保持される。結合剤にはこの他にも、レジンとメタルとの複合剤が用いられることもある。このダイヤモンド粒子には、１０００〜８０００メッシュの砥粒（平均粒径が１〜１０μｍ程度の砥粒）が用いられる。ダイヤモンド粒子は、１０００〜８０００メッシュの砥粒のみでもよいし、１０００〜８０００メッシュの砥粒にメッシュ８０００を超えるダイヤモンドパウダーを混合したものでもよい。ダイヤモンドホイール８のホイール径は例えば２φ〜８φぐらいに設定される。なお金属製台金を設けることなく、ダイヤモンドホイール８の全体を砥粒層で構成してもよい。
【００２９】
ダイヤモンドホイール８の周縁部には、円盤の周縁の両側エッジ部を全周に渡って斜めに削り込んだような断面Ｖ字形の刃１７が形成される。Ｖ字形の刃の開き角度θは１１０°〜１６５°に設定される。
【００３０】
図３はＶ字形の刃１７の先端部における、ダイヤモンド粒子１５・・・の突き出しを示す模式図である。ダイヤモンド粒子１５・・・には上述のように平均粒径が１〜１０μｍ程度の砥粒が用いられるので、従来の平均粒径が０．１〜０．８μｍのダイヤモンド粒子に比べ、ダイヤモンド粒子が結合剤１６から突き出る量が大きくなる。そして、Ｖ字形の刃の先端におけるダイヤモンド粒子１５・・・の周方向のピッチＰは２〜２０μｍに設定される。
【００３１】
上述の粒径のダイヤモンド粒子を用いることで、結合剤１６から突き出るダイヤモンド粒子１５・・・が脆性材料７に食い付き易くなる。このため、必要以上に荷重を与え、切り込みの設定を大きくすることがなくてもダイヤモンドホイール８が脆性材料７上を滑ることなく転がる。またダイヤモンドホイール８から脆性材料７に加えられる応力は、結合剤１６から突き出るダイヤモンド粒子１５・・・の大きさに応じた集中した応力になるので、深い垂直クラックが形成される。
【００３２】
本発明者は、従来の平均粒径０．１〜０．８μｍの砥粒のダイヤモンドホイールを用いた場合に比べ、荷重を小さくし、切り込み設定を小さくし、且つダイヤモンドホイールの速度を大きくしても、ダイヤモンドホイールが脆性材料の表面を滑ることなく転がり、脆性材料の表面に良好なスクライブ線が形成されるのを確認した。
【００３３】
ところでＬＣＤ業界を始めとする電子デバイス部品は、脆性材料の表面に偏光板や保護膜や金属蒸着膜等の０．１〜０．５μｍ厚さの被膜が形成されることが多い。ダイヤモンド粒子１５・・・の径を上述のように設定することで、結合剤から突き出たダイヤモンド粒子１５・・・がこれら被膜を加圧による表層の膜はがれを起こすことなく突破し、基板となる脆性材料の表面に突き刺さる。したがって、金属蒸着膜が形成される脆性材料にもスクライブ線を形成することができる。
【００３４】
ダイヤモンド粒子１５・・・の集中度が高ければ高いほど、ホイールの強度が上がるので、ダイヤモンド粒子１５・・・の集中度をできるだけ高めるのが望ましい。しかし、一般的にダイヤモンド粒子１５・・・の粒径が大きくなるほど、集中度を高めることができなくなる。本実施形態のダイヤモンドホイール８を使用すると、ダイヤモンドホイール８に加える荷重を小さくすることができるので、ダイヤモンドホイール８の寿命が短くなるのを抑制することができる。
【００３５】
なお上記実施形態では、ダイヤモンドホイールを振動させながらスクライブ線を形成しているが、軟質の脆性材料にスクライブ線を形成するような場合はダイヤモンドホイールを振動させなくても良好なスクライブ線を形成することができる。
【００３６】
【実施例】
図４は、ダイヤモンドホイールでスクライブ線を形成し、その後切断したガラスの切断面を拡大したものである。ガラスには無アルカリの硬質材を用いている。ガラスの切断面は、押込み脱落層７ａ、表層クラック部７ｂ、及び平滑クラック面７ｃの３つの層から構成される。表層に形成される押込み脱落層７ａは、水平クラック又はマイクロクラックに起因して形成される。押込み脱落層７ａの下方には、表層クラック（すなわち垂直クラック）が連続した、表層クラック部７ｂ（俗称リブマーク）が形成される。表層クラックが板厚方向に伝播し、板厚全体に貫通した時点でガラスが切断される。板厚方向にクラックが伝播した部分は平滑クラック面７ｃと呼ばれる。
【００３７】
図４中（Ａ）は平均粒径２μｍのダイヤモンド粒子を用いた本発明のダイヤモンドホイールの実施例を示し、図４中（Ｂ）は平均粒径０．２μｍのダイヤモンド粒子を用いたダイヤモンドホイールの比較例を示す。実施例及び比較例いずれでも、ダイヤモンドホイールには振動を与えている。
【００３８】
実施例のダイヤモンドホイールで切断した場合、比較例に比べ、ガラスの表面に水平クラック又はマイクロクラックに起因する押込み脱落層７ａが薄くなり、またガラスに深い表層クラック部７ｂが形成されるのがわかる。さらに実施例によれば、表層クラック部７ｂと平滑クラック面７ｃとの境目の光の反射具合の差も少ないので、ダイヤモンドホイールのよろめきも少なくなるのがわかる。
【００３９】
これらのことから今までのメッシュのものでは荷重に頼っていてできなかった硬質ガラスを含む石英・水晶等のコランダム系脆性材にも有効に刃が立つ。
【００４０】
図５は、ソーダ系の軟質材からなるガラスを、平均粒径２μｍのダイヤモンドホイールで切断した本発明の実施例（図中（Ａ））と、平均粒径０．２μｍのダイヤモンド粒子で切断した比較例（図中（Ｂ））を示す。軟質材のガラスでは、ダイヤモンドホイールを振動させなくてもダイヤモンド粒子がガラスの表面に食い付くので、実施例及び比較例いずれもダイヤモンドホイールは振動させていない。実施例のダイヤモンドホイールで切断した場合、ダイヤモンド粒子のガラス表面への食い付きだけでリブマーク７ｂが形成された。これに対して、比較例のダイヤモンドホイールで切断した場合にはリブマークは形成されなかった。
【００４１】
図６は、本発明の実施例のダイヤモンドホイールを用いて切断した場合（図中（Ａ−１）（Ａ−２））と、特許文献１に記載のダイヤモンドホイールを用いてガラスを切断した場合（図中（Ｂ−１）（Ｂ−２））とを示す。図中（Ａ−１）及び（Ｂ−１）はダイヤモンドホイールを振動させない場合を示し、図中（Ａ−２）及び（Ｂ−２）はダイヤモンドホイールを振動させた場合を示す。
【００４２】
実施例のダイヤモンドホイールを用いて切断する場合、振動させてもさせなくてもガラス表面の凸凹の差が７μｍであった。これに対して、特許文献１に記載のダイヤモンドホイールで切断した場合、振動させないと凸凹の差が３０μｍあり、振動させると凸凹の差が２５μｍあった。また特許文献１に記載のダイヤモンドホイールでは、切り込みのピッチこの例では６０μｍピッチに応じて凸凹が連続的に形成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態におけるスクライブ装置を示す断面図。
【図２】ダイヤモンドホイールの詳細図（一部断面図を含む）。
【図３】ダイヤモンド粒子の突き出しを示す模式図。
【図４】ガラスの切断面を示す図。
【図５】ガラスの切断面を示す図。
【図６】ガラスの切断面を示す図。
【図７】従来のダイヤモンドホイールを示す模式図。
【図８】従来のダイヤモンドホイールを示す模式図。
【符号の説明】
７・・・脆性材料
８・・・ダイヤモンドホイール
９・・・保持部材
１１・・・振動発生部材
１５・・・ダイヤモンド粒子
１６・・・結合剤
１７・・・刃
【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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