(57)【要約】【課題】スクライビングホイールを長寿命化すると共に、スクライブ後に脆性材料基板を分断したときの基板の端面強度を強くすること。【解決手段】スクライビングホイール基材の中心に回転軸、円周部分にＶ字形の刃先を形成し、刃先にＣＶＤ法によってダイヤモンド膜を形成する。その後稜線部分を稜線に平行となるように研磨し、先端を鋭くなるように修正する。これによって稜線部分の粗さを細か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したときに、分断された基材の端面精度が増し、端面強度を向上させることができる。又スクライブを進めてもダイヤモンド膜の稜線部分の剥離や欠けが少なく、スクライビングホイールを長寿命化することができる。【選択図】図３Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールであって、
基材と基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜とを有し、
前記稜線はダイヤモンド膜で形成され、
前記稜線の両側のダイヤモンド膜で形成された領域に前記稜線に平行な研削条痕を有するスクライビングホイール。
【請求項２】
前記基材は、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。
【請求項３】
前記スクライビングホイール基材は、
刃先部分に回転軸に平行な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。
【請求項４】
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記載のスクライビングホイール。
【請求項５】
円板の円周部に沿って稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、
円板の中心に貫通孔を設け、その中心を回転軸とし、円周部に沿って刃先部分を形成してスクライビングホイール基材を構成し、
前記スクライビングホイール基材の刃先部分に化学気相成長法によってダイヤモンド膜を形成し、
前記ダイヤモンド膜の稜線から成る円を含む面が前記スクライビングホイール基材の回転軸に垂直となるように、前記ダイヤモンド膜の形成された面を稜線に平行に研磨するスクライビングホイールの製造方法。
【請求項６】
前記基材は、超硬合金からなる請求項５記載のスクライビングホイールの製造方法。
【請求項７】
前記スクライビングホイール基材は、
刃先部分に回転軸に平行な円周面を形成した請求項５記載のスクライビングホイールの製造方法。
【請求項８】
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５記載のスクライビングホイールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、転動させながらスクライブすることができる。
【０００３】
特許文献２には、脆性材料基板、特にガラス板とのスリップをなくすために、回転軸の正面から見た場合に刃先に対して軸方向からの放射方向に対して角度を成す方向に研磨して条痕を形成したガラスカッタが示されている。
【０００４】
特許文献３にはガラス切断用刃の寿命を長くするために、V字形状の刃先表面をダイヤモンドで被膜したガラス切断用刃が開示されている。このガラス切断用刃は、ダイヤモンドと相性の良いセラミックで形成された刃先表面にダイヤモンド膜を被覆し、このダイヤモンド膜を表面研磨処理して整形される。このようなガラス切断用刃を用いることにより、刃の寿命が長く、また切断面が平滑となるように硬高度ガラスを切断できると示されている。
【０００５】
また、特許文献４には、光ファイバ等を切断する際に滑りや切断品位の悪化を防止するため、超硬合金等の基材にダイヤモンド層を被覆し、ダイヤモンド層の表面は被覆後に平滑化処理がされていないダイヤモンド被覆切断刃が開示されている。
【０００６】
さらに、特許文献５には、工具母材の表面にダイヤモンド被膜がコーティングされた刃部を有するスクライビングホイールが示されている。この文献には、イオンビームの照射によりダイヤモンド被膜を研磨することにより、刃部の先端部分に元の刃先角よりも大きな刃先角であり、且つ刃先幅が１０〜１００ｎｍの範囲内となるように尖らされた先端研磨部が設けられているため、所定の刃先強度を確保しつつダイヤモンドコーティングに拘らず優れた切れ味が得られるようになることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００３／５１７８４号公報
【特許文献２】特開平６−５６４５１号公報
【特許文献３】特開平０４−２２４１２８号公報
【特許文献４】特開２０１１−１２６７５４号公報
【特許文献５】特開２０１２−１１４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、特にセラミック等の硬度が高い脆性材料基板をスクライブすると磨耗が急激に進み、寿命が短いという欠点があった。又、近年ガラスの薄型化、大型化により、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要求されるようになってきた。しかし、ＰＣＤで形成された従来のスクライビングホイールでは素材に含まれるダイヤモンド粒子の大きさに応じて刃先及び稜線の粗さが粗く、研磨によっても一定以下の粗さにすることが難しいので、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。
【０００９】
又特許文献２に記載のように、ガラス板をスクライブするスクライビングホイールの製造時にその稜線に対して斜め方向に刃先を研磨すると、稜線部分に欠けが生じ易くなるという問題点があった。
【００１０】
特許文献３に記載のガラス切断用刃を用いて実際に脆性材料基板をスクライブする場合には、刃先の欠け、ダイヤモンド被膜の剥離などが起こりやすいという問題が生じることが分かった。特許文献４に記載のダイヤモンド被覆切断刃においても、その表面に平滑化処理がされていないことから、脆性材料基板をスクライブすると基板の端面精度が研磨を行わない場合に比べて悪化し、このために端面強度が劣るという問題点があった。また、特許文献５に記載のスクライビングホイールはイオンビームの照射により刃先部が尖らされているが、スクライビングホイールの刃先斜面部は十分に研磨されておらず、比較的粗さが粗いままであるため、端面強度が劣るという問題点を解決することができないという問題点があった。
【００１１】
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、ダイヤモンド膜を被覆したスクライビングホイールにおいて、ダイヤモンド膜の欠けや剥離の防止することができ、スクライビングホイールの長寿命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製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、円周部に沿って稜線が形成され、前記稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールであって、基材と基材の刃先表面に形成されたダイヤモンド膜とを有し、前記稜線はダイヤモンド膜で形成され、前記稜線の両側のダイヤモンド膜で形成された領域に前記稜線に平行な研削条痕を有するものである。
【００１３】
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の製造方法は、円板の円周部に沿って稜線と前記稜線の両側の傾斜面からなる刃先を有するスクライビングホイールの製造方法であって、円板の中心に貫通孔を設け、その中心を回転軸とし、円周部に沿って刃先部分を形成してスクライビングホイール基材を構成し、前記スクライビングホイール基材の刃先部分に化学気相成長法によってダイヤモンド膜を形成し、前記ダイヤモンド膜の稜線から成る円を含む面が前記スクライビングホイール基材の回転軸に垂直となるように、前記ダイヤモンド膜の形成された面を稜線に平行に研磨するものである。
【００１４】
前記基材は、超硬合金としてもよい。
【００１５】
ここで前記スクライビングホイール基材は、刃先部分に回転軸に平行な円周面を形成するようにしてもよい。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
このような特徴を有する本発明によれば、スクライビングホイールにダイヤモンド膜を形成し、刃先のダイヤモンド膜をその稜線に対して平行に研磨する。こうすることによって稜線に対し平行な微細な条痕が残ることとなる。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ブレイクすると、ダイヤモンド膜を用いているため硬度の高い脆性材料基板をスクライブする場合にもスクライビングホイールの磨耗が少なく、スクライビングホイールの寿命を長くすることができる。また、ＰＣＤを用いた場合に比較し、研磨によってスクライビングホイールの刃先の面粗さを小さくすることができるため、脆性材料基板の端面精度が向上し、端面強度も向上させることもできるという効果も得られる。又スクライビングホイールの稜線に平行に研磨したことで、刃先及び稜線に研削条痕に起因する微細な凹凸が現れにくく、粗さを小さくすることができ、硬度の高い脆性材料基板をスクライブする場合にも、稜線の部分に微細な凹凸に起因するダイヤモンド膜の欠けや剥離が生じ難くなるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】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】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】図２Ａは第１の実施の形態による刃先の研磨前の稜線部分の拡大断面図である。
【図２Ｂ】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】図３Ａ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刃先を研磨する状態を示す側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂ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を研磨する状態を示す平面図である。
【図４】図４は第１，第２の実施の形態によるスクライビングホイールの研磨後の稜線部分の拡大図である。
【図５Ａ】図５Ａは第１，第２の実施の形態の変形例による刃先の研磨前の稜線部分の拡大断面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは第１，第２の実施の形態の変形例による研磨後の稜線部分の拡大断面図である。
【図６Ａ】図６Ａ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である。
【図６Ｂ】図６Ｂは第３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６Ｃ】図６Ｃは図６Ａに示す円形部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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に図示しないモータ等のシャフトを連通して貫通孔１２の中心軸を回転軸１２ａとして回転させつつ、円板１１の全円周を円板の表裏両側より回転軸１２ａに対して斜めに研磨して図１Ｂに示すように稜線と稜線の両側の傾斜面を垂直断面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。
【００２０】
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。次にサブミクロン以下の粒径の核となるダイヤモンドを斜面部分に形成した後、化学気相成長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２０〜３０μｍのダイヤモンド膜１４を形成する。
【００２１】
この後、少なくとも先端部分を、後述のように先端が鋭くなるように研磨する。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。このように研磨の際には元のダイヤモンド膜１４よりも例えば５°程度鈍角になるようにしてもよい。そして研磨した後の稜線から成る円が含まれる面を回転軸１２ａに対し垂直となるようにする。ここで研磨する領域は傾斜面の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ｗの領域はこの先端部分、すなわち稜線の両側のダイヤモンド膜の研磨領域を示しており、例えば幅の最小値ｗは１０〜２０μｍとする。
【００２２】
図３Ａはスクライビングホイールを研磨する方法を示す図である。この方法では研磨時にストレート砥石２０を用いる。ストレート砥石２０は円柱状であって、円周面に砥石が形成されている。このストレート砥石２０を砥石回転軸２０ａに沿って回転させ、ダイヤモンド膜を有するスクライビングホイールの刃先を研磨する。このときストレート砥石２０を一定速度で砥石回転軸２０ａに沿って回転させつつ、砥石回転軸２０ａとスクライビングホイール１０の回転軸１２ａとが１つの平面（紙面）をなすようにスクライビングホイール１０を押し付け、スクライビングホイール１０もその回転軸１２ａに沿って回転させる。こうすれば、スクライビングホイールの刃先の斜面は稜線と平行に研磨される。一方の面の研磨を終えると、他方の面についても同様に研磨する。こうして研磨を終えると、図４に図１Ｂに示す円形部分の拡大図を示すように、刃先の幅ｗの研磨面には稜線に平行な多数の微細な研削条痕が形成された状態となる。
【００２３】
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、例えばセラミックス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。発明者は研磨の際に稜線に対して垂直方向又は斜め方向に研磨すると、刃先及び稜線に研削条痕に起因する微細な凹凸が現れ、スクライブしたときに稜線の部分で欠けが生じ易くなるとの知見を得た。そこでこの発明では、稜線に平行に研磨するようにしており、これにより稜線部分の欠けやダイヤモンドの膜の剥離を少なくすることができる。さらに、刃先及び稜線の粗さを細かくすることにより、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をスクライブするのに好適である。
【００２４】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態は第１の実施の形態とは研磨工程のみが異なっている。この実施の形態の研磨工程は円板状のカップ砥石２１を用いる。カップ砥石２１は円板の面に研磨面が形成されている。この実施の形態では図３Ｂに示すようにカップ砥石２１の砥石回転軸２１ａに向けて傾けたスクライビングホイール１０の先端面を研磨するものである。このときカップ砥石２１を砥石回転軸２１ａを中心に一定速度で回転させつつ、砥石回転軸２１ａとスクライビングホイール１０の回転軸１２ａとが１つの平面（紙面と直交する面）をなすようにスクライビングホイール１０を押し付け、回転軸１２ａに沿って回転させて研磨する。このように研磨した場合であっても、カップ砥石２１の外周部であれば研磨領域の円と比べスクライビングホイールは十分小さいため、稜線にほぼ平行に研磨することができる。そのため図４に示すように稜線に平行な多数の研削条痕が形成された状態でスクライビングホイールを仕上げることができ、前述の場合と同様の効果が得られる。
【００２５】
次に第１，第２の実施の形態の変形例について説明する。この変形例では図５Ａに刃先部の先端部分の拡大図を示すように、スクライビングホイールの回転軸１２ａに平行となるように基材の稜線部分に平坦な円周面１６を設けておく。そしてこの後第１又は第２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。こうすれば円周面１６によってダイヤモンド膜１４の密着性を向上させることができる。このコーティング後に図５Ｂに示すように円周部分を第１又は第２の実施の形態と同様に、前述のように研磨して稜線を形成する。こうすれば第１又は第２の実施の形態と比較して稜線部分のダイヤモンド膜の厚さを厚くすることができ、スクライビングホイールの耐摩耗性、耐剥離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。
【００２６】
次に本発明の第３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６Ａ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６Ｂは先の稜線部分の拡大断面図、図６Ｃは図６Ａ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６Ａ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字形に形成する。こうして形成したＶ字形の斜面を研磨面３３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、前述した方法で研磨する。ダイヤモンド膜３４を２０μｍとすると、図６Ｃ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。
【００２７】
又これに代えてあらかじめスクライビングホイール基材の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基材に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。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のスクライビングホイールは耐摩耗性、耐剥離性が高く、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。
【符号の説明】
【００２９】
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  円周面
２０  ストレート砥石
２１  カップ砥石
３５  溝
【図１Ａ】
2013184388.tif 000003
【図１Ｂ】
2013184388.tif 000004
【図２Ａ】
2013184388.tif 000005
【図２Ｂ】
2013184388.tif 000006
【図３Ａ】
2013184388.tif 000007
【図３Ｂ】
2013184388.tif 000008
【図４】
2013184388.tif 000009
【図５Ａ】
2013184388.tif 000010
【図５Ｂ】
2013184388.tif 000011
【図６Ａ】
2013184388.tif 000012
【図６Ｂ】
2013184388.tif 000013
【図６Ｃ】
2013184388.tif 000014