(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5915346
(24)【登録日】2016年4月15日
(45)【発行日】2016年5月11日
(54)【発明の名称】スクライビングホイール
(51)【国際特許分類】
B28D 5/00 20060101AFI20160422BHJP
C03B 33/027 20060101ALI20160422BHJP
B28D 1/24 20060101ALI20160422BHJP
【FI】
B28D5/00 Z
C03B33/027
B28D1/24
【請求項の数】6
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-92166(P2012-92166)
(22)【出願日】2012年4月13日
(65)【公開番号】特開2013-220554(P2013-220554A)
(43)【公開日】2013年10月28日
【審査請求日】2015年1月15日
(73)【特許権者】
【識別番号】390000608
【氏名又は名称】三星ダイヤモンド工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100084364
【弁理士】
【氏名又は名称】岡本 宜喜
(72)【発明者】
【氏名】留井 直子
(72)【発明者】
【氏名】北市 充
(72)【発明者】
【氏名】福西 利夫
【審査官】
石黒 雄一
(56)【参考文献】
【文献】
特開平04−224128(JP,A)
【文献】
特許第3074143(JP,B2)
【文献】
特表2010−516481(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B28D 1/00 − 7/04
H01L 21/301
H01L 21/78 −21/786
C03B 23/00 −35/26
C03B 40/00 −40/04
(57)【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基材と、
前記スクライビングホイール基材の刃先表面に形成された平均粒径2μm以下のダイヤモンド粒子からなるダイヤモンド膜と、前記ダイヤモンド膜の稜線の両側に設けられた帯状の研磨領域と、を具備し、
前記ダイヤモンド膜の稜線付近の膜厚が5〜25μmであり、
前記研磨領域の幅が10〜30μmであることを特徴とするスクライビングホイール。
【請求項2】
前記ダイヤモンド膜は、多層構造を有する請求項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4】
前記研磨領域の表面の算術平均粗さRaが0.03μm以下である請求項1記載のスクライビングホイール。
【請求項5】
前記研磨領域の刃先角度と、前記研磨領域の外側のダイヤモンド膜の刃先角度との差が5〜10°である請求項1記載のスクライビングホイール。
【請求項6】
前記研磨領域の刃先角度は115〜150°である請求項1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、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1にはガラス基板を切断するためのガラス切断用刃に関し、そ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高硬度ガラスを切断できると示されている。
【0004】
また、特許文献2には、光ファイバやガラス基板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たダイヤモンド被覆切断刃が開示されている。この文献ではダイヤモンド層の表面は被覆後に平滑化処理をしないことを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平04−224128号公報
【特許文献2】特開2011−126754号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1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2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。
【0007】
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、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や端面精度を向上させることができるスクライビングホイー
ルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
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基材と、前記スクライビングホイール基材の刃先表面に
形成された平均粒径2μm以下のダイヤモンド
粒子からなるダイヤモンド膜と、
前記ダイヤモンド膜の稜線の両側に設けられた帯状の研磨領域と、を具備し、前記ダイヤモンド膜
の稜線付近の膜厚
が5〜25μm
であり、前記研磨領域の幅の値は10〜30μmであることを特徴とするものである。
【0009】
ここで前記ダイヤモンド膜は、多層構造を有するものとしてもよい。
【0010】
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。
【0011】
また、
前記研磨領域の表面の算術平均粗さRaが0.03μm以下であることが好ましい。
また、前記研磨領域の刃先角度と、前記研磨領域の両側のダイヤモンド膜の刃先角度との差が5〜10°であることが好ましい。
さらにまた、前記研磨領域の刃先角度は115〜150°であることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
このような特徴を有する本発明によれば、ダイヤモンド粒子の粒径の大きいダイヤモンド膜から成るスクライビングホイールと比較すると、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より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が得られる。又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】
【0013】
【
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2】
図2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基材上にダイヤモンドの多層膜を生成させる状態を示す概念図である。
【
図3A】
図3A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3B】
図3B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4A】
図4A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正面図である。
【
図4B】
図4Bは第2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5A】
図5Aは実施例1と比較例1によるスクライビングホイールの研磨前後の刃先角度と算術平均粗さを示す図である。
【
図5B】
図5Bは実施例2と比較例2によるスクライビングホイールの研磨前後の刃先角度と算術平均粗さを示す図である。
【
図5C】
図5Cは実施例3と比較例3によるスクライビングホイールの研磨前後の刃先角度と算術平均粗さを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
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、
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。
【0015】
次に研磨面13に形成するダイヤモンド薄膜の形成について説明する。まずV字形の研磨面13をダイヤモンド膜の付着が容易になるようにあらかじめ粗面にしておく。次にスクライビングホイール基材11を所定の温度、圧力、雰囲気等に保ち、
図2(a)に刃先の稜線付近の拡大断面図を示すように研磨面の表面にダイヤモンドの核20を生成する。この核は単結晶ダイヤモンドや単結晶ダイヤモンドを凝集したものから成っており、その外径が例えば数nm〜数十nmである。そしてダイヤモンド核20を化学気相成長法(CVD法)によって成長させ、
図2(b)に示すようにダイヤモンド薄膜とする。この成長ではダイヤモンドの平均粒径を2μm以下、好ましくは1μm以下とする。膜厚は例えば10〜30μmとする。ダイヤモンド膜は膜厚が30μmを超えると成膜時に剥離し易くなり、10μm未満であれば研磨後の膜厚が薄くなりすぎる。
【0016】
なお、上記の成膜を複数回繰り返すことにより、必要な膜厚を得るようにしてもよい。具体的には、まずダイヤモンド核20を化学気相成長法(CVD法)によって成長させ、
図2(b)に示すように例えば2μmの厚さのダイヤモンド薄膜を形成する。そして再び同一の温度、圧力、雰囲気等により
図2(c)に示すようにダイヤモンド薄膜の表面にダイヤモンドの核20を生成する。そして
図2(d)に示すように同じ条件でダイヤモンドの平均粒径を2μm以下、好ましくは1μm以下までダイヤモンドの核を成長させる。このようにダイヤモンドの核の付着と結晶成長を複数回繰り返すことによって、
図2(e)に示すように2層以上の複数の膜、例えば10層の多層膜を形成することができる。
【0017】
このようにして
図3Aに示すように研磨面13の上に平均粒径を2μm以下、好ましくは1μm以下のダイヤモンド膜14を形成することができる。
【0018】
この後、少なくとも先端部分を先端が鋭くなるように研磨する。
図3Bはこの研磨した後の状態を示す部分拡大断面図である。ここで研磨は粗研磨と仕上げ研磨の2段階としてもよく、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稜線を中央に含む帯状の部分のみであってもよい。
図3Bの研磨の幅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wの値は10〜30μmとする。こうして前述した膜厚のダイヤモンド膜を研磨すると、ダイヤモンド膜14の稜線付近の最も薄い部分の厚さdは例えば5μm〜25μmとなる。厚さdは小さければスクライブ中にダイヤモンド膜が剥離する可能性があり、大きすぎれば内部応力で割れ易いという問題がある。また、ダイヤモンド膜を複数回形成して多層構造のダイヤモンド膜とした場合には、研磨量が多いと層の不連続性により研磨後の刃先の表面が不均一となる場合がある。このため、多層構造のダイヤモンド膜を研磨する場合には研磨量を少なくするなどして、刃先の表面を均一にするように研磨を行うとよい。
【0019】
スクライビングホイールは、砥石などの研磨材によって研磨される。スクライビングホイールの刃先に形成されたダイヤモンド膜の一方の傾斜面を砥石によって粗研磨又は仕上げ研磨を行う。砥石によって加工することにより、傾斜面をスクライビングホイールの全周にわたって同一の角度で研磨することが容易となる。研磨工程では研磨後の表面の算術平均粗さRaが0.03μm以下、好ましくは0.015μm以下となるまで研磨する。また、稜線の算術平均粗さRaが0.03μm以下、好ましくは0.015μm以下となるまで研磨することが好ましい。本発明ではダイヤモンド膜14の粒径を2μm以下とすることにより、研磨後の表面の算術平均粗さRaが0.03μm以下、好ましくは0.015μm以下となるように研磨することが容易にできる。
【0020】
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ダイヤモンド膜の平均粗さが小さくなるため、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。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。
【0021】
次に本発明の第2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4A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4Bは先の稜線部分の拡大断面図、
図4Cは
図4A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41の中央にまず
図4Aに示すように軸穴となる貫通孔42を形成する。次にこの貫通孔42にモータ等のシャフトを連通して中心軸を中心に回転させつつ、円板41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43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法を繰り返すことによって多層のダイヤモンド膜44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44を20μmとすると、
図4Cに示すようにダイヤモンド膜44の厚みの範囲内で溝45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44に溝45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。
【0022】
又これに代えてあらかじめスクライビングホイールの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。
【実施例】
【0023】
実施例によるスクライビングホイールの研磨前の状態と研磨後の状態について比較例と比較しつつ説明する。この実施例及び比較例はいずれも外径2mmの超硬合金のスクライビングホイール基材を用いている。実施例1,2,3のスクライビングホイールはいずれも第1の実施の形態により化学気相成長法で粒径が2μm以下のダイヤモンド膜を形成したものであり、比較例1,2,3は粒径が5μm程度のより大きなダイヤモンド膜を形成したものである。実施例1と比較例1はいずれも研磨前の刃先角度が110°であり、粗研磨では8000番の研磨材を用いて粗研磨終了後に刃先角度が115°となるように研磨し、仕上げ研磨では15000番の研磨材を用いて仕上げ研磨の終了後に120°となるように研磨したものである。ダイヤモンド膜14の稜線付近の最も薄い部分の厚さdは例えば20μmとする。この2つの例について稜線部分及びそこから一定距離離れた稜線に平行なライン上の傾斜面における算術平均粗さRaは
図5Aに示すものであった。
【0024】
実施例2及び比較例2は研磨前の刃先角度が125°であり、8000番の研磨材を用いて粗研磨後に130°、15000番の研磨材を用いて仕上げ研磨後に135°となるように研磨したものである。この2つの例について稜線部分及びそこから一定距離離れた稜線に平行なライン上の傾斜面における算術平均粗さRaは
図5Bに示すものであった。
【0025】
実施例3及び比較例3はいずれも刃先角度が研磨前に140°であり、8000番の研磨材を用いて粗研磨後に145°、15000番の研磨材を用いて仕上げ研磨後に150°となるように研磨したものである。この2つの例について稜線部分及びそこから一定距離離れた稜線に平行なライン上の傾斜面における算術平均粗さRaは
図5Cに示すものであった。
【0026】
実施例1〜3,比較例1〜3は、いずれも研磨時には表面が欠けることなく研磨加工が可能であった。実施例1〜3は比較例より1〜3よりも算術平均粗さが小さくなる。これはダイヤモンドの成長によって粒径が大きくなり、そのため平均粗さも大きくなってしまうからであると考えられる。そして粗研磨、仕上げ研磨を行っても実施例1〜3はいずれも粗粒の比較例よりも仕上げ状態が良く、実施例1〜3の算術平均粗さは最大でも実施例1の傾斜面の0.015μmであった。また、実施例1〜3のスクライビングホイールにおいては、粗研磨の段階で算術平均粗さが0.015μm以下となるものもあった。従って、粒径が2μm以下のダイヤモンド膜を研磨してスクライビングホイールを製造する場合には、研磨工程を簡略化することができる。また、粒径の大きなダイヤモンド膜と同様の仕上げ研磨を行った場合には、表面の算術平均粗さをより小さくすることができるため、このスクライビングホイールを用いてスクライブ後に切断した脆性材料基板の端面精度をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
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】
【0028】
10,40 スクライビングホイール
11,41 円板
12,42 貫通孔
13,43 研磨面
14,44 ダイヤモンド膜
16 円周面
20 ダイヤモンド核
45 溝