(57)【要約】【課題】高硬度の脆性材料基板に対して「かかり」特性が良く、スクライブを開始した位置からすぐに垂直クラックを発生させることができるスクライビングホイールを提供すること。【解決手段】スクライビングホイールの外周に断面がＶ字形の単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドから成る傾斜面を形成し、傾斜面の算術平均粗さＲａを０．０１μｍ以下とする。傾斜面１４ａ，１４ｂが交わる稜線１３の部分に８μｍ未満の一定ピッチの溝１５ａ，１５ｂを形成する。これによりダイヤモンドを素材とするスクライビングホイールにおいて、「かかり」特性を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板の周囲にダイヤモンドにより構成された稜線と一対の傾斜面から成る断面Ｖ字形の刃先を有し、前記一対の傾斜面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下とし、前記刃先の少なくとも一方の傾斜面の稜線部分にピッチが８μｍ未満の溝を全周に有するスクライビングホイール。
【請求項２】
前記スクライビングホイールの溝は、前記スクライビングホイールの円板の中心軸に平行に形成されている請求項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は、単結晶ダイヤモンドから成る請求項１記載のスクライビングホイール。
【請求項４】
前記スクライビングホイールの稜線部分に施される溝の深さは、０．３μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項記載のスクライビングホイール。
【請求項５】
前記スクライビングホイールの稜線部分に施される溝のピッチは、１μｍ以下である請求項１〜４のいずれか１項記載のスクライビングホイール。
【請求項６】
円板の周囲にダイヤモンドにより構成された稜線と一対の傾斜面から成る断面Ｖ字形の刃先を有し、前記一対の傾斜面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下とし、前記刃先の少なくとも一方の傾斜面の稜線を含む幅１０μｍ以内の範囲にピッチが１２μｍ未満、深さが０．７μm未満のパターニング加工が全周に施されたスクライビングホイール。
【請求項７】
前記パターニング加工は、前記稜線に側面視において曲率半径８〜１２μｍである凸部が設けられるように行われることを特徴とする請求項６に記載のスクライビングホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高硬度の脆性材料基板をスクライブするために好適なスクライビングホイールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルや太陽電池等の製造工程では、脆性材料基板の分断工程が設けられている。分断工程では、超硬合金や多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）等から成るスクライビングホイールに脆性材料基板の材質や厚み等の諸条件に見合った荷重を付加しながら、スクライビングホイールを脆性材料基板の表面上を転動させてスクライブラインを形成し、スクライブラインから脆性材料基板の厚さ方向に伸びる垂直クラックを形成する。そして脆性材料基板のスクライブラインに沿って所定の力を加えることによって脆性材料基板を分断し、夫々のパネルやガラス板を製造している。
【０００３】
ガラス素材メーカにおいて、基板の材料における改良、熱処理加工における各種改良が行われてきた結果、従来の刃先（ノーマル刃先） を備えたスクライビングホイール（以下、ノーマルホイールともいう）を用いてスクライブした場合に、「かかりが悪い」状態、すなわちスクライビングホイールの転動直後に刃先が基板表面で滑り、スクライブラインが形成されないという現象が見られるようになってきた。
【０００４】
特許文献１には、高浸透効果を有するスクライビングホイールが開示されている。このスクライビングホイールは、断面Ｖ字形の円周稜線に沿って円周方向に交互に形成された多数の切り欠きと突起を有している。このスクライビングホイールを用いると、ガラス基板の表面から垂直方向にガラス基板の板厚に対して相対的に深い垂直クラックを形成することができる。
【０００５】
このような高浸透刃先のスクライビングホイールは、ノーマル刃先のスクライビングホイールよりも「かかりの良い」刃先として知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３０７４１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかるにガラス基板より硬質なセラミック等高硬度の脆性材料基板をスクライブする場合には、超硬合金やＰＣＤ製のスクライビングホイールでは、炭化タングステン又はダイヤモンド粒子とコバルト等の結合材で構成されるため、刃先が欠けたり摩耗したりして長い距離クラックを形成することができないことがある。従って硬質な脆性材料基板をスクライブする場合には、超硬合金や焼結ダイヤモンドよりも硬質で、且つ均質な材料の単結晶等のダイヤモンド製スクライビングホイールが好ましい。ダイヤモンド素材のスクライビングホイールでは、刃先は鏡面状となり、傾斜面の表面粗さが小さくなる。そのためさらに基板上で滑りやすく、「かかり」が悪くなり、スクライブ開始直後から垂直クラックを発生させることが難しくなると考えられる。
【０００８】
本発明はこのようなダイヤモンド素材のスクライビングホイールの問題点に鑑みてなされたものであって、脆性材料基板をダイヤモンド素材のスクライビングホイールを用いてスクライブする場合であっても、「かかり」が良く、垂直クラックを発生させ易いスクライビングホイール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】
【０００９】
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、円板の周囲にダイヤモンドにより構成された稜線と一対の傾斜面から成る断面Ｖ字形の刃先を有し、前記一対の傾斜面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下とし、前記刃先の少なくとも一方の傾斜面の稜線部分にピッチが８μｍ未満の溝を全周に有するものである。
【００１０】
ここで前記スクライビングホイールの溝は、前記スクライビングホイールの円板の中心軸に平行に形成されているようにしてもよい。
【００１１】
ここで前記スクライビングホイールは、単結晶ダイヤモンドから成るものとしてもよい。
【００１２】
前記スクライビングホイールの稜線部分に施される溝の深さは、０．３μｍ以下としてもよい。
【００１３】
前記スクライビングホイールの稜線部分に施される溝のピッチは、１μｍ以下としてもよい。
【００１４】
また、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、円板の周囲にダイヤモンドにより構成された稜線と一対の傾斜面から成る断面Ｖ字形の刃先を有し、前記一対の傾斜面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下とし、前記刃先の少なくとも一方の傾斜面の稜線を含む幅１０μｍ以内の範囲にピッチが１２μｍ未満、深さが０．７μm未満のパターニング加工が全周に施されたものである。
【００１５】
ここで前記パターニング加工は、前記稜線に側面視において曲率半径８〜１２μｍである凸部が設けられるように行われてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
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の傾斜面の刃先の全円周部分に溝加工が施され、その刃先の溝のピッチが８μｍ以下と小さいピッチで形成されている。このため、かかり性が良好で、スクライブ開始直後から深いクラックで硬度の高い基板をスクライブすることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１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側面図及び正面図である。
【図２】図２は本実施の形態のダイヤモンドホイールの刃先部分を拡大して示す側面図及び正面図である。
【図３】図３は本実施の形態のスクライビングホイールの刃先の稜線部分の斜視図及びその側面図である。
【図４】図４は本実施の形態のスクライビングホイールの変形例の刃先の稜線部分の側面図である。
【図５】図５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部分を拡大して示す側面図及び正面図である。
【図６】図６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刃先部分を拡大して示す側面図及び正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態によるスクライビングホイールについて図面を用いて詳細に説明する。本実施の形態において加工の対象となる脆性材料基板は、硬度の高いＳｉＣ基板としているが、これに限定されるものではなく、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネルなどのガラス基板、単結晶シリコン基板、セラミック基板、サファイア基板などの脆性材料基板であってもよい。また、本明細書で用いられている「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳＢ０６０１で規定された工業製品の表面粗さを表すパラメーターの一つである。
【００１９】
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形状を説明する。図１（ａ）は本実施の形態によるスクライビングホイールをその中心軸方向から見た正面図であり、図１（ｂ）はそのスクライビングホイールの側面図である。又図２（ａ）は稜線部分を拡大して示す側面図、図２（ｂ）はその正面図である。
【００２０】
第１の実施の形態のスクライビングホイール１０は、単結晶ダイヤモンドで形成された円板状のホイールであり、図１及び図２に示すように、中心軸１１の中心にスクライビングホイール１０を軸支するための図示しないピンが貫通される貫通孔１２を有する。このスクライビングホイール１０の外周面は断面がＶ字形となるように切欠かれ、その中心に稜線１３が形成され、左右には図示のように傾斜面１４ａ，１４ｂを有している。傾斜面１４ａ，１４ｂは、収束角度（α）を有するように形成されている。傾斜面１４ａ，１４ｂは、傾斜面の算術平均粗さＲａが例えば０．０１μｍ以下となるように加工されている。このように傾斜面の算術平均粗さを小さくすることで、スクライブ時に基板に与える荷重を集中させることができ、垂直クラックの深さを一定にすることができる。また、スクライビングホイールの稜線の欠けや、基板へのダメージを少なくすることができる。
【００２１】
さてこの実施の形態のスクライビングホイールは、図１に示すように刃先の稜線１３を中心に含む傾斜面１４ａ，１４ｂに夫々所定幅ｗの範囲で一定のラインピッチＰによるパターニング加工が全周に施されたものである。ここでパターニング加工は少なくともスクライブ時に基板と接触する部分に形成されていることが好ましく、本実施の形態において幅ｗは例えば１０〜２０μｍとしている。このパターニング加工は図２及び図３に拡大図を示すように、円板の中心軸１１に平行となるように多数の溝１５ａ，１５ｂが一定のピッチＰで形成されたものである。このパターニング加工の溝１５ａ，１５ｂのピッチＰは０．５μｍ以上１２μｍ未満、好ましくは８μｍ未満、さらに好ましくは１μｍ以下であり、スクライビングホイール１０の溝１５ａ，１５ｂの深さｄを０．０５μｍ以上０．７μｍ未満、好ましくは０．３μｍ以下とする。
【００２２】
このような微細パターニング加工を稜線１３の両側に形成することによって、高い硬度のＳｉＣ基板等の基板に対しても一定の摩擦係数を確保することができ、かかり性の改善を図ることができる。また、溝の深さを小さくすることで、スクライブ品質に与える影響を十分小さくすることができる。
【００２３】
第１の実施の形態のダイヤモンドで形成された稜線及び傾斜面に対するパターニング加工は、フェムト秒レーザによる表面加工装置を用いて行うことができる。フェムト秒レーザはフェムト秒単位の、極めて短い時間にパワーを圧縮した光源であり、種々の材料に周期的な構造の溝やパターンを形成することができる。ここでは図２，図３に示すように稜線を含む傾斜面１４ａ，１４ｂに中心軸に平行な溝加工を行う。そしてこのフェムト秒レーザの光源やパルス幅を適宜選択することによって所望のピッチＰ及び深さｄの溝加工を行うことができる。
【００２４】
なお、パターニング加工は本実施形態のように溝と溝の間に稜線が残された未加工部分を含むように行われても良く、また変形例として図４に示すように、側面視において所定の曲率半径を有する凸部１６及びその間の溝１５を設けるように行われても良い。凸部１６の曲率半径Rは８〜１２μｍ程度であることが好ましい。
【００２５】
又本発明の第１の実施の形態では図２，図３に示すように稜線１３に対して傾斜面１４ａ，１４ｂに対称に同じ長さの溝１５ａ，１５ｂを配置しているが、溝の長さは傾斜面１４ａ，１４ｂで互いに異なるようにしておいてもよい。
【００２６】
次に本発明の第２の実施の形態のスクライビングホイールについて説明する。本実施の形態において第１の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する。図５に示すように、第２の実施の形態のスクライビングホイールは傾斜面１４ａ，１４ｂに互い違いに全周に溝１５ａ，１５ｂを形成したものである。その他の構成については第１の実施の形態と同様とする。この場合の溝のピッチＰは前述した第１の実施の形態と同様であり、又溝１５ａ，１５ｂの深さｄも第１の実施の形態と同様とする。こうすれば稜線や傾斜面に対するパターニング角度を少なくしてほぼ同様の効果が得られる。
【００２７】
次に本発明の第３の実施の形態のスクライビングホイールについて説明する。本実施の形態において第１の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する。図６に示すように、第３の実施の形態のスクライビングホイールはいずれか一方の傾斜面、ここでは傾斜面１４ａにのみ全周に溝１５ａを形成したものである。その他の構成については第１の実施の形態と同様とする。この場合の溝のピッチＰは前述した第１の実施の形態と同様であり、又溝１５ａの深さｄも第１の実施の形態と同様とする。こうすれば稜線や傾斜面に対するパターニング角度を少なくしてほぼ同様の効果が得られる。尚この実施の形態において、他方の傾斜面１４ｂにのみ全周に溝１５ｂを形成したものであってもよい。
【００２８】
本発明の各実施の形態のスクライビングホイールは、かかり性が良好であり、高硬度の基板に対しても滑ることなく、スクライブ開始直後から垂直クラックを生じさせることができる。従って高い硬度の基板に対しても内切りスクライブをすることができるという優れた効果が得られる。また、滑りが生じないためスクライビングホイール稜線が均一に摩耗することになり、スクライビングホイールの寿命をさらに長くすることができる。
【００２９】
尚前述した各実施の形態では、スクライビングホイールの素材を単結晶ダイヤモンドとしているが、多結晶ダイヤモンドを素材として用いてもよい。この場合にもスクライビングホイールの稜線部分に同様の溝加工を施すことによって同様の効果を有するスクライビングホイールを構成することができる。
【００３０】
又前述した各実施の形態においては、スクライビングホイール全体が単結晶ダイヤモンドからなるものを示したが、例えば、超硬合金等で構成されたホイール本体部に単結晶又は多結晶ダイヤモンドで構成された刃先部分を接着又は成膜等により固定したスクライビングホイールに対しても本発明は適用可能である。このような構成のスクライビングホイールであれば、高価なダイヤモンドの使用を減らし、安価なスクライビングホイールを提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は高硬度の脆性材料基板をスクライブするスクライブ装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１０  スクライビングホイール
１１  中心軸
１２  貫通孔
１３  稜線
１４ａ，１４ｂ  傾斜面
１５ａ，１５ｂ，１５  溝
１６  凸部
【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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