JP2012210747A - スクライビングホイールおよびスクライブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】脆性材料基板に良好なスクライブラインを形成することができるスクライビングホイール、および、このスクライビングホイールを有するスクライブ装置を提供する。
【解決手段】多結晶体ダイヤモンド製のスクライビングホイール５０は、２つの円錐台の下底面（ただし、下底面は上底面より面積が大きい）が互いに対向するように配置されたものであり、略円盤形状（算盤珠形状）を有している。また、スクライビングホイール５０の成形に用いられる多結晶体ダイヤモンドは、微細な結晶粒組織、または非晶質を有するグラファイト型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で直接的にダイヤモンドに変換燒結されたものである。また、多結晶体ダイヤモンドは、実質的にダイヤモンドのみからなるものであり、多結晶体ダイヤモンドには、意図的に他の物質が添加されていない。
【選択図】図７

Description

本発明は、スクライビングホイール、およびこのスクライビングホイールを有するスクライブ装置に関する。

従来より、脆性材料基板（例えば、ガラス基板等）上にスクライブラインを形成するために使用されるツールとして、燒結ダイヤモンド製のスクライビングホイール（カッタホイール）が、知られている。

特開２００９−１６６１６９号公報

ここで、焼結ダイヤモンド（Polycrystalline diamond：ＰＣＤ）は、ダイヤモンドが熱力学的に安定となる超高圧高温下において、ダイヤモンド粒子、金属結合材、および添加剤の混合物が焼結されることにより生成される。そのため、燒結ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドと比較して、劈開の問題がなく、機械的特性の異方性を有さず、かつ、優れた靭性を有している。

しかしながら、高温下における燒結ダイヤモンドの機械的特性は、粒界に含まれる金属結合材に起因して低下する。例えば、スクライブラインの形成のために、スクライビングホイールの刃先が脆性材料基板と当接すると、スクライビングホイールの刃先の温度が上昇する。その結果、燒結ダイヤモンドの粒界結合強度が低下し、耐摩耗性等の機械的特性が低下するという問題が生ずる。

そこで、本発明では、脆性材料基板に良好なスクライブラインを形成することができるスクライビングホイール、および、このスクライビングホイールを有するスクライブ装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、多結晶体ダイヤモンド製のスクライビングホイールであって、円盤状の本体部と、前記本体部の外周に設けられた円環状の刃と、前記刃の最外周部に沿って設けられた刃先とを備え、前記刃の厚さは、前記本体部の中心から前記刃先に向かって小さくなり、前記多結晶体ダイヤモンドは、微細な結晶粒組織、または非晶質を有するグラファイト型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で直接的にダイヤモンドに変換燒結されたものであり、実質的にダイヤモンドのみからなるものであることを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のスクライビングホイールにおいて、前記刃先は、前記最外周部に沿って設けられた複数の突起部、を有していることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のスクライビングホイールを、脆性材料基板に対し、圧接転動させることによって、前記脆性材料基板上にスクライブラインを形成するスクライブユニットと、前記脆性材料基板を保持しつつ、保持された前記脆性材料基板をスクライブユニットに対して相対的に移動させる保持ユニットとを備えることを特徴とする。

請求項１から請求項３に記載の発明によれば、スクライビングホイールを構成する多結晶体ダイヤモンドは、微細な結晶粒組織または非晶質、を有するグラファイト型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で直接的にダイヤモンドに変換燒結される。また、多結晶体ダイヤモンドは、実質的にダイヤモンドのみからなる。

これにより、この多結晶体ダイヤモンド製のスクライビングホイールは、常温における硬度を向上できるだけでなく、高温下における機械的特性をも向上できる。そのため、スクライビングホイールのさらなる長寿命化を実現することができる。

特に、請求項２に記載の発明によれば、スクライビングホイールは、多結晶体ダイヤモンドにより成形されており、常温におけるスクライビングホイールの硬度、および高温下におけるスクライビングホイールの機械的特性が向上する。そのため、刃先の最外周部に複数の突起部が設けられている場合でも、各突起部の欠損を抑制し、スクライビングホイールのさらなる長寿命化を実現することができる。

本発明の実施の形態におけるスクライブ装置の全体構成の一例を示す正面図である。 本発明の実施の形態におけるスクライブ装置の全体構成の一例を示す側面図である。 スクライビングホイール付近の構成の一例を示す正面図である。 スクライビングホイール付近の構成の一例を示す下面図である。 キャスター効果を説明するための下面図である。 スクライビングホイールの構成の一例を示す側面図である。 スクライビングホイールの構成の一例を示す正面図である。 図６のＡ部分の拡大図である。 スクライビングホイールの刃先に形成された溝形状の他の例を示す図である。 スクライビングホイールの刃先に形成された溝形状の他の例を示す図である。 スクライビングホイールの刃先に形成された溝形状の他の例を示す図である。

＜１．スクライブ装置の構成＞
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１および図２は、それぞれスクライブ装置１の全体構成の一例を示す正面図および側面図である。図３および図４は、スクライビングホイール５０付近の構成の一例を示す正面図および下面図である。図５は、キャスター効果を説明するための下面図である。

スクライブ装置１は、例えばガラス基板またはセラミックス基板等のように、脆性材料で形成された基板（以下、単に、「脆性材料基板」とも呼ぶ）４の表面に、スクライブライン（切りすじ：縦割れ）を入れる装置である。

図１および図２に示すように、スクライブ装置１は、主として、保持ユニット１０と、スクライブユニット２０と、撮像部ユニット６０と、制御ユニット９０と、を備えている。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。

ここで、図３に示すように、スクライブ装置１により脆性材料基板４の表面にスクライブラインＳＬが形成されると、脆性材料基板４には、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びる垂直クラックＫが発生する（スクライブ工程）。

そして、この垂直クラックＫが発生した脆性材料基板４に対して応力が付与されること（ブレーク工程）によって、スクライブラインＳＬが形成された脆性材料基板４の主面から、その逆側の主面まで垂直クラックＫを伸展させ、脆性材料基板４を切断する手法を、「割断」と呼ぶ。

一方、スクライブ工程のみによって（すなわち、ブレーク工程を実行することなく）、垂直クラックＫを脆性材料基板４のスクライブラインＳＬの主面から逆側の主面まで伸展させ、脆性材料基板４を切断する手法を、「分断」と呼ぶ。

これら、割断および分断は、切りくずがでない点で、ダイヤモンドカッティングソー（若しくはホイール）、またはダイヤモンドダイシングソーを用いた研削切断よりも好ましい切断手法である。

また、本実施の形態のスクライブ方法により割断または分断可能な脆性材料基板４の材質の例としては、ガラス、セラミック、シリコン、またはサファイア等が挙げられる。特に近年、通信機器関連の高周波モジュールに用いる基板として、ＨＴＣＣ（High Temperature Co-fired Ceramics）から、比較的加工のしやすいＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）への移行が加速している。そのため、本実施の形態のスクライブ方法は、益々有効に用いられることになる。

保持ユニット１０は、脆性材料基板４を保持するとともに、保持された脆性材料基板４をスクライブユニット２０に対して相対的に移動させる。図１に示すように、保持ユニット１０は、基部１０ａ上に設けられており、主として、テーブル１１と、ボールねじ機構１２と、モータ１３と、を有している。

ここで、基部１０ａは、例えば略直方体状の石定盤により形成されており、その上面（保持ユニット１０と対向する面）は、平坦加工されている。これにより、基部１０ａの熱膨張を低減でき、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を良好に移動させることができる。

テーブル１１は、載置された脆性材料基板４を吸着保持する。また、テーブル１１は、保持された脆性材料基板４を、矢印ＡＲ１方向（Ｘ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「進退方向」とも呼ぶ）に進退させるとともに、矢印Ｒ１方向に回転させる。図１および図２に示すように、テーブル１１は、主として、吸着部１１ａと、回転台１１ｂと、移動台１１ｃと、を有している。

吸着部１１ａは、回転台１１ｂの上側に設けられている。図１および図２に示すように、吸着部１１ａの上面には、脆性材料基板４が載置可能とされている。また、吸着部１１ａの上面には、複数の吸着溝（図示省略）が格子状に配置されている。したがって、脆性材料基板４が載置された状態で、各吸着溝内の雰囲気が排気（吸引）されることによって、脆性材料基板４は、吸着部１１ａに対して吸着される。

回転台１１ｂは、吸着部１１ａの下側に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸１１ｄを中心に吸着部１１ａを回転させる。また、移動台１１ｃは、回転台１１ｂの下側に設けられており、進退方向に沿って、吸着部１１ａおよび回転台１１ｂを移動させる。

したがって、テーブル１１に吸着保持された脆性材料基板４は、矢印ＡＲ１方向に進退させられるとともに、吸着部１１ａの進退動作にともなって移動する回転軸１１ｄを中心に回転させられる。

ボールねじ機構１２は、テーブル１１の下側に配置されており、テーブル１１を矢印ＡＲ１方向に進退させる。図１および図２に示すように、ボールねじ機構１２は、主として、送りネジ１２ａと、ナット１２ｂと、を有している。

送りネジ１２ａは、テーブル１１の進退方向に沿って延びる棒体である。送りネジ１２ａの外周面には、螺旋状の溝（図示省略）が設けられている。また、送りネジ１２ａの一端は支持部１４ａにより、送りネジ１２ａの他端は支持部１４ｂにより、それぞれ回転可能に支持されている。さらに、送りネジ１２ａは、モータ１３と連動連結されており、モータ１３が回転すると、その回転方向に送りネジ１２ａが回転する。

ナット１２ｂは、送りネジ１２ａの回転にしたがい、不図示のボールの転がり運動によって、矢印ＡＲ１方向に進退する。図１および図２に示すように、ナット１２ｂは、移動台１１ｃの下部に固定されている。

したがって、モータ１３が駆動させられ、モータ１３の回転力が送りネジ１２ａに伝達されると、ナット１２ｂは、矢印ＡＲ１方向に進退する。その結果、ナット１２ｂが固定されているテーブル１１は、ナット１２ｂと同様に矢印ＡＲ１方向に進退する。

一対のガイドレール１５、１６は、進行方向におけるテーブル１１の移動を規制する。図２に示すように、一対のガイドレール１５、１６は、基部１０ａ上において、矢印ＡＲ２方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

複数（本実施の形態では２つ）の摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、ガイドレール１５に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）は、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

複数（本実施の形態では２つ：ただし、図示の都合上、摺動部１８ａのみ記載）の摺動部１８は、ガイドレール１６に沿って矢印ＡＲ１方向に摺動自在とされている。図１および図２に示すように、各摺動部１８は、摺動部１７（１７ａ、１７ｂ）と同様に、移動台１１ｃの下部において、矢印ＡＲ１方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

このように、モータ１３の回転力がボールねじ機構１２に付与されると、テーブル１１は、一対のガイドレール１５、１６に沿って移動する。そのため、進退方向におけるテーブル１１の直進性を確保することができる。

スクライブユニット２０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対し、多結晶体ダイヤモンド製のスクライビングホイール５０（図３参照）を圧接転動させることによって、脆性材料基板４の表面にスクライブラインＳＬを形成する。図１および図２に示すように、スクライブユニット２０は、主として、ヘッド部３０と、駆動部４０と、を有している。

ヘッド部３０は、不図示の昇降・加圧機構によって、保持されたスクライビングホイール５０から脆性材料基板４の表面に対し、押圧力（以下、単に、「スクライブ荷重」とも呼ぶ）を付与する。図３に示すように、ヘッド部３０は、ホルダ３５を有している。また、ホルダ３５は、スクライビングホイール５０を回転自在に保持する要素である。図３に示すように、ホルダ３５は、主として、ピン３６と、支持枠体３７と、旋回部３８と、を有している。

ピン３６は、スクライビングホイール５０を貫通する貫通孔５０ａに、挿入された状態で固定された棒体である。ここで、貫通孔５０ａは、図３および図４に示すように、Ｘ軸と略平行な回転軸５０ｂに沿って延びている。

支持枠体３７は、図３に示すように、貫通孔５０ａの両開口（両端）を覆うように配置された構造物である。貫通孔５０ａの両端から突出するピン３６は、支持枠体３７に対して、回転可能に設置されている。したがって、ピン３６に固定されたスクライビングホイール５０は、支持枠体３７に対して回転自在とされている。

旋回部３８は、図３に示すように、支持枠体３７の上部に設けられており、Ｚ軸と略平行な回転軸３８ａを中心に支持枠体３７を回転させる。図４に示すように、下面から見た旋回部３８の回転軸３８ａの位置と、脆性材料基板４における保持ユニット１０の設置位置５０ｃとは、ズレている。

これにより、スクライビングホイール５０の進行方向が、図５に示すように、矢印ＡＲ３（２点鎖線）方向から矢印ＡＲ４（実線）方向に変化すると、キャスター効果によりスクライビングホイール５０には、回転軸３８ａ周りのトルクが働く。そのため、スクライビングホイール５０は矢印Ｒ２方向に回動し、スクライビングホイール５０の位置は２点鎖線位置から実線位置に変化する。

このように、スクライビングホイール５０の進行方向が変化して、スクライビングホイール５０の姿勢が進行方向に対して角度θ１だけズレた場合であっても、スクライビングホイール５０に矢印Ｒ２方向のトルクが働く。その結果、スクライビングホイール５０の姿勢と、スクライビングホイール５０の進行方向が略平行となるように、スクライビングホイール５０が旋回する。

駆動部４０は、スクライビングホイール５０が設けられたヘッド部３０を、矢印ＡＲ２方向（Ｙ軸プラスまたはマイナス方向：以下、単に、「往復方向」とも呼ぶ）に往復させる。図２に示すように、駆動部４０は、主として、支柱４１と、レール４２と、モータ４３と、を有している。図２には、駆動手段としてボールねじを使用した例を示したが、他の手段、例えば、リニアモータ（リニアレール）等を使用することもできる。

複数（本実施の形態では２本）の支柱４１（４１ａ、４１ｂ）は、基部１０ａから上下方向（Ｚ軸方向）に延びる。図２に示すように、各ガイドレール４２は、支柱４１ａ、４１ｂの間に挟まれた状態で、これら支柱４１ａ、４１ｂに対して固定される。

複数（本実施の形態では２本）のガイドレール４２は、往復方向におけるヘッド部３０の移動を規制する。図２に示すように、複数のガイドレール４２は、上下方向に所定距離だけ隔てて固定されている。

モータ４３は、不図示の送り機構（例えば、ボールねじ機構）と連動連結されている。これにより、モータ４３が回転すると、ヘッド部３０は、複数のガイドレール４２に沿って矢印ＡＲ２方向に往復する。

スクライビングホイール５０は、脆性材料基板４上に圧接転動させられることによって、脆性材料基板４上にスクライブラインＳＬ（図３参照）を形成する。なお、スクライビングホイール５０の詳細な構成については、後述する。

撮像部ユニット６０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４を撮像する。図２に示すように、撮像部ユニット６０は、複数のカメラ６５（６５ａ、６５ｂ）を有している。

複数（本実施の形態では２台）のカメラ６５（６５ａ、６５ｂ）は、図１および図２に示すように、保持ユニット１０の上方に配置されている。各カメラ６５（６５ａ、６５ｂ）は、脆性材料基板４上に形成された特徴的な部分（例えば、アライメントマーク（図示省略））の画像を撮像する。そして、各カメラ６５（６５ａ、６５ｂ）により撮像された画像に基づいて、脆性材料基板４の位置および姿勢が求められる。

ここで、脆性材料基板４の「位置」とは、絶対座標系における脆性材料基板４上の任意の位置を言うものとする。また、脆性材料基板４の「姿勢」とは、ヘッド部３０の往復方向に対する脆性材料基板４の基準線（例えば、脆性材料基板４が角形の場合、４辺のうちの１辺）の傾きを言うものとする。

さらに、本実施の形態において、角形の脆性材料基板４が使用されており、脆性材料基板４の４つのコーナーのうち、隣接する２つのコーナーにはアライメントマークが形成されている。また、各アライメントマークは、対応するカメラ６５ａ、６５ｂで撮像され、これら撮像された画像に基づいて、絶対座標系における各アライメントマークの位置が求められる。そして、これらアライメントマークの位置に基づいて、脆性材料基板４の位置および姿勢が演算される。

制御ユニット９０は、スクライブ装置１の各要素の動作制御、およびデータ演算を実現する。図１および図２に示すように、制御ユニット９０は、主として、ＲＯＭ９１と、ＲＡＭ９２と、ＣＰＵ９３と、を有している。

ＲＯＭ（Read Only Memory）９１は、いわゆる不揮発性の記憶部であり、例えば、プログラム９１ａが格納されている。なお、ＲＯＭ９１としては、読み書き自在の不揮発性メモリであるフラッシュメモリが使用されてもよい。ＲＡＭ（Random Access Memory）９２は、揮発性の記憶部であり、例えば、ＣＰＵ９３の演算で使用されるデータが格納される。

ＣＰＵ（Central Processing Unit）９３は、ＲＯＭ９１のプログラム９１ａに従った制御（保持ユニット１０の進退・回転動作、および駆動部４０によるヘッド部３０の往復動作等の制御）、並びに脆性材料基板４の位置および姿勢演算等のデータ処理を実行する。

例えば、ＣＰＵ９３は、
（１）脆性材料基板４の位置および姿勢を演算するとともに、
（２）この位置および姿勢の演算結果に基づいて、回転台１１ｂを回転動作させ、かつ、移動台１１ｃを進退動作させることによって、ヘッド部３０に対する脆性材料基板４のアライメント処理を実行させる。

＜２．スクライビングホイールの構成＞
図６および図７は、スクライビングホイール５０の構成の一例を示す側面図および正面図である。本実施の形態において、スクライビングホイール５０は、多結晶体ダイヤモンドにより成形されたものである。

図３ないし図７に示すように、スクライビングホイール５０は、２つの円錐台の下底面（ただし、下底面は上底面より面積が大きい）が互いに対向するように配置されたものであり、略円盤形状（算盤珠形状）を有している。図６ないし図８に示すように、スクライビングホイール５０は、主として、本体部５１と、刃５２と、刃先５２ａと、を有している。

本体部５１は、図６および図７に示すように、円盤状とされており、本体部５１の中心付近には、回転軸５０ｂに沿って本体部５１を貫通する貫通孔５０ａが設けられている。また、本体部５１の外周には、円環状の本体部５１が設けられている。

刃５２は、図６に示すように、回転軸５０ｂを中心とした同心円状の内周および外周により形成される円環状体である。図７に示すように、刃５２は、正面視Ｖ字状とされている。回転軸５０ｂに沿った刃５２の厚さＴｂ（図７参照）は、回転軸５０ｂ側から刃先５２ａに向かうに従って、徐々に小さくなる。

刃先５２ａは、刃５２の最外周部（すなわち、刃５２のうち、回転軸５０ｂからの距離が最大となり、刃５２の厚さＴｂが最小となる部分）に沿って設けられている。図６に示すように、刃先５２ａの各部分には、意図して形成された凹凸がなく、刃先５２ａの各部分と回転軸５０ｂとの距離は、同一となる。

そして、刃先５２ａが当接した状態で、スクライビングホイール５０が脆性材料基板４上を回転することによって、刃先５２ａの軌跡に応じたスクライブラインＳＬが、脆性材料基板４上に形成される。

＜２．１．スクライビングホイールの寸法＞
ここで、スクライビングホイール５０の外径Ｄｍ（図７参照）は、通常、１〜１０（ｍｍ）、好ましくは、１〜５（ｍｍ）（さらに好ましくは、１〜３（ｍｍ））の範囲である。スクライビングホイール５０の外径Ｄｍが１ｍｍより小さい場合には、スクライビングホイール５０の取り扱い性および耐久性が低下する。一方、スクライビングホイール５０の外径Ｄｍが５ｍｍより大きい場合には、スクライブ時の垂直クラックＫが脆性材料基板４に対して深く形成されないことがある。

また、スクライビングホイール５０の厚さＴｈ（図７参照）は、好ましくは、０．５〜１．２（ｍｍ）（さらに好ましくは、０．５〜１．１（ｍｍ））の範囲である。スクライビングホイール５０の厚さＴｈが０．５ｍｍより小さい場合には、加工性および取り扱い性が低下することがある。一方、スクライビングホイール５０の厚さＴｈが１２ｍｍより大きい場合には、スクライビングホイール５０の材料および製造のためのコストが高くなる。

また、刃５２の刃先角θ２（図７参照）は、通常鈍角であり、好ましくは、９０＜θ２≦１６０（ｄｅｇ）（さらに好ましくは、１００≦θ２≦１４０（ｄｅｇ））の範囲である。なお、刃先角θ２の具体的角度は、切断する脆性材料基板４の材質、および／または、厚さ等から適宜設定される。

＜２．２．スクライビングホイールに含まれる材料＞
スクライビングホイール５０の成形に用いられる多結晶体ダイヤモンドは、微細な結晶粒組織、または非晶質を有するグラファイト型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で直接的にダイヤモンドに変換燒結されたものである。また、多結晶体ダイヤモンドは、実質的にダイヤモンドのみからなるものであり、多結晶体ダイヤモンドには、意図的に他の物質が添加されていない。

微細な結晶粒組織を有するグラファイト型炭素物質としては、例えば、平均粒子径０．５〜１（μｍ）のダイヤモンド粒子が、挙げられる。また、非晶質を有するグラファイト型炭素物質としては、アモルファスカーボン（amorphous Carbon：ａ−Ｇ）、カーボンナノチューブ（Carbon Nanotube：ＣＮＴ）、またはフラーレンＣ₆₀が、挙げられる。

ここで、スクライビングホイール５０の成形に使用可能な種々のダイヤモンド（例えば、単結晶ダイヤモンド、燒結ダイヤモンド、および多結晶体ダイヤモンド）を、比較検討する。

まず、多結晶体ダイヤモンドと、単結晶ダイヤモンドと、を比較検討する。単結晶ダイヤモンドは、劈開性および結晶異方性を有しており、特定の面方位において最高硬度となることが知られている。

これに対して、多結晶体ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドと比較して、劈開の問題がなく、機械的特性の異方性を有さず、かつ、優れた靭性を有している。また、多結晶体ダイヤモンドの硬度は、室温において、特定の面方位に依存する単結晶ダイヤモンドの最高硬度と、同等となる。そのため、各面方位における多結晶体ダイヤモンドの硬度は、略同一となり、単結晶ダイヤモンドの最高硬度と同等である。

また、単結晶ダイヤモンドは、高温下において、特有の（１１１）＜１１０＞方向ですべり変形を誘起することが知られている。その結果、単結晶ダイヤモンドは、加熱により硬度が低下するという問題を有している。

これに対して、多結晶体ダイヤモンドは、粒界結合強度が高く、粒界における亀裂伝播の抑止効果および塑性変形の抑止効果を有している。そのため、多結晶体ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドと比較して、高温下において優れた硬度特性を有している。

次に、多結晶体ダイヤモンドと、燒結ダイヤモンドと、を比較検討する。燒結ダイヤモンドは、ダイヤモンド粒子、金属結合材、および添加剤の混合物が焼結されることによって生成される。そのため、燒結ダイヤモンドは、多結晶体ダイヤモンドと同様に、単結晶ダイヤモンドと比較して、劈開の問題がなく、機械的特性の異方性を有さず、かつ、優れた靭性を有している。

しかしながら、燒結ダイヤモンドは、粒界に含まれる結合材に起因して、高温下における機械的特性が低下するという問題を、有している。

例えば、燒結ダイヤモンドにおいて、隣接するダイヤモンド粒子は、金属結合材の触媒作用によって結合している。すなわち、燒結ダイヤモンドは、実質的に、この結合により形成されたダイヤモンドの構造体と、金属結合材と、を有する複合材料である。そのため、場合によっては、ダイヤモンドの構造体の熱膨張率と、金属結合材の熱膨張率と、の差に起因して、ダイヤモンドの構造体に微小クラックが発生する。その結果、燒結ダイヤモンドが熱履歴を受けると、場合によっては、燒結ダイヤモンドの硬度が低下する。

これに対して、多結晶体ダイヤモンドは、燒結助剤および金属結合材を含まず、ダイヤモンド単相の多結晶体である。多結晶体ダイヤモンドは、数十ｎｍの緻密なダイヤモンド粒子が互いに強固に直接接合した構造を有している。すなわち、多結晶体ダイヤモンドは、粒界に介在物を実質的に有さず、介在物に起因して微小クラックが発生するという問題を、有しない。そのため、多結晶体ダイヤモンドは、燒結ダイヤモンドとは異なり、熱履歴により硬度が低下するという問題を低減できる。

このように、多結晶体ダイヤモンドは、単結晶ダイヤモンドの長所と、燒結ダイヤモンドの長所と、に加えて耐熱性を有している。これにより、多結晶体ダイヤモンドにより形成されたスクライビングホイール５０は、常温における硬度を向上できるだけでなく、高温下における機械的特性をも向上できる。そのため、スクライビングホイール５０のさらなる長寿命化が、実現できる。

＜３．スクライビングホイールの成形手法＞
ここでは、多結晶体ダイヤモンドからスクライビングホイール５０を成形する手法について説明する。まず、本成形手法では、まず、好適厚さ（０．５〜１．２（ｍｍ））とされた多結晶体ダイヤモンドから、所望の半径となる円盤が切り取られる。

次に、回転軸５０ｂに沿った刃５２の厚さＴｂが回転軸５０ｂ側から刃先５２ａに向かうに従って徐々に小さくなるように、円盤の周縁部が削られる。これにより、円盤の周縁部に、正面視Ｖ字状の刃５２が形成される。

＜４．スクライブ方法＞
ここでは、スクライビングホイール５０により、脆性材料基板４上にスクライブラインＳＬを形成する手法について説明する。

本手法において、ヘッド部３０のスクライビングホイール５０は、不図示の昇降・加圧機構により脆性材料基板４に対して圧接される。また、保持ユニット１０のモータ１３、および／または、駆動部４０のモータ４３が、駆動させられ、ヘッド部３０が、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して水平面内で相対的に移動させられる。そのため、脆性材料基板４上には、スクライビングホイール５０により所望のスクライブラインＳＬが形成され、垂直クラックＫが発生する。

ここで、スクライブ荷重は、好ましくは、５〜５０（Ｎ）（さらに好ましくは、１５〜３０（Ｎ））の範囲である。また、脆性材料基板４に対するスクライビングホイール５０の移動速度（以下、単に、「スクライブ速度」とも呼ぶ）は、通常、５０〜１２００（ｍｍ／ｓｅｃ）、好ましくは、５０〜３００（ｍｍ／ｓｅｃ）の範囲である。なお、スクライブ荷重およびスクライブ速度の具体的な値は、脆性材料基板４の材質、および／または、厚さ等から適宜設定される。

また、脆性材料基板４上には、ヘッド部３０の相対移動に応じて、以下のようなスクライブラインＳＬが形成される。

例えば、モータ４３が停止させられた状態で、モータ１３が駆動させられると、ヘッド部３０が停止させられた状態で、保持ユニット１０が進退方向（図１の矢印ＡＲ１方向）に移動させられる。すなわち、ヘッド部３０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して進退方向に相対移動する。そのため、脆性材料基板４の上面には、この進退方向に沿ったスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

一方、モータ１３が停止させられた状態で、モータ４３が駆動させられると、保持ユニット１０が停止させられた状態で、ヘッド部３０が往復方向（図２の矢印ＡＲ２方向）に移動させられる。すなわち、ヘッド部３０は、保持ユニット１０に保持された脆性材料基板４に対して往復方向に相対移動する。そのため、脆性材料基板４の上面には、この往復方向に沿ったスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

また、各モータ１３、４３の動作状態が、（１）モータ４３が停止させられ、モータ１３が駆動させられた状態から、（２）モータ１３が停止させられ、モータ４３が駆動させられた状態に変化すると、ヘッド部３０の移動方向が、キャスター効果によって脆性材料基板４と平行な進退方向（第１水平方向）から往復方向（第２水平方向）に変化する。すなわち、スクライビングホイール５０が脆性材料基板４と当接したまま、スクライビングホイール５０の刃先５２ａの向きが９０度変更させられる。そのため、脆性材料基板４の上面には、略Ｌ字状のスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

さらに、モータ１３、４３が同時に回転する場合、ヘッド部３０の進行方向は、進退方向（矢印ＡＲ１方向）および往復方向（矢印ＡＲ２方向）に対して傾いた状態となる。そのため、脆性材料基板４の上面には、進退方向および往復方向に対して傾いた状態のスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。さらに、モータ１３、４３の回転数が変化させられる場合、曲線状のスクライブラインＳＬ（図３参照）が形成される。

ここで、本実施の形態において、略Ｌ字状のスクライブラインが形成されるように脆性材料基板４に垂直クラックＫ（図３参照）を発生させることを、「Ｌ字スクライブ」とも呼ぶ。

なお、割断の場合には、ブレーク装置（図示省略）によって、脆性材料基板４の主面のうち、（１）スクライブラインＳＬが形成された主面（以下、単に、「形成面」とも呼ぶ）と、（２）形成面と逆側の主面と、に対し、応力が付与される。そのため、スクライブ工程において脆性材料基板４に発生した垂直クラックＫは、形成面と逆側の面まで伸展し、脆性材料基板４が切断される（ブレーク工程）。

また、分断の場合には、スクライブ工程によって、深い垂直クラックＫが形成される。そのため、ブレーク装置（図示省略）は必要とされず、スクライブ工程のみで脆性材料基板４が切断される。

＜５．本実施の形態におけるスクライビングホイールの利点＞
以上のように、本実施の形態のスクライビングホイール５０は、多結晶体ダイヤモンド製であり、この多結晶体ダイヤモンドは、微細な結晶粒組織、または非晶質を有するグラファイト型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で直接的にダイヤモンドに変換燒結されている。また、多結晶体ダイヤモンドは、極微量の窒素等が含まれている場合があるが、実質的にダイヤモンドのみからなり、多結晶体ダイヤモンドには、意図的に他の物質が添加されていない。

これにより、多結晶体ダイヤモンドにより形成されたスクライビングホイール５０は、常温における硬度を向上できるだけでなく、高温下における機械的特性をも向上できる。そのため、スクライビングホイール５０のさらなる長寿命化が、実現できる。

＜６．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。

（１）本実施の形態において、刃先５２ａの各部分には、意図して形成された凹凸がないものとして説明したが（図６および図７参照）、刃先５２ａの形状はこれに限定されるものでない。図８は、図６のＡ部分の拡大図である。図８に示すように、刃先５２ａは、突起部５４を有するとともに、刃先５２ａには、溝５３と、稜線５４ａと、が設けられている。

複数の溝５３は、刃先５２ａに設けられた側面視略Ｖ字状の凹みであり、レーザ加工、放電加工、または研削加工等の従来公知の加工方法により形成される。図８に示すように、隣接する溝５３は、刃５２の外周に沿って所望のピッチＰだけ隔てて形成されている。

ただし、本実施の形態のスクライビングホイール５０は、上述のように小径（１〜５（ｍｍ））であり、溝５３の形成には、加工精度が求められる。そのため、溝５３の加工方法としてはレーザ加工が推奨され、使用されるレーザ光としては、例えばＹＡＧ高周波レーザ、炭酸ガスレーザ、グリーンレーザ、ＵＶレーザ、フェムト秒レーザが挙げられる。

複数の突起部５４は、図８に示すように、本体部５１の最外周部に沿って設けられている。より具体的には、各突起部５４は、刃先５２ａに沿って設けられた複数の溝５３のうち、隣接する溝５３の間に設けられている。

このように、刃先５２ａは、複数の突起部５４を有しており（図８参照）、脆性材料基板４の切断（分断または割断）は、各突起部５４が刃先５２ａに当接する（食い込む）ことにより実現される。

また、上述のように、スクライビングホイール５０は、多結晶体ダイヤモンドにより成形されている。これにより、常温におけるスクライビングホイール５０の硬度、および高温下におけるスクライビングホイール５０の機械的特性が向上する。

そのため、スクライビングホイール５０が切断対象となる脆性材料基板４に当接させられた状態で、スクライビングホイール５０の進行方向が変化させられる場合であっても、刃先５２ａの各突起部５４が欠損することを有効に防止できる。そのため、スクライビングホイール５０のさらなる長寿命化が、実現される。

なお、図８には、図示の都合上、３つの溝５３、および４つの突起部５４のみが記載されている。また、刃先５２ａに形成されている複数の溝５３は、マイクロメータオーダで意図的に加工されたものである。したがって、複数の溝５３は、刃先５２ａ形成時の研削加工により必然的に形成される研削条痕とは、区別されるものである。

また、刃先５２ａに形成される溝５３の深さＤｐ（換言すると突起部５４の高さ：図８参照）は、通常、１〜６０（μｍ）、好ましくは、１〜２０（μｍ）（さらに好ましくは、１〜１５（μｍ））の範囲である。溝５３の深さＤｐが１μｍ以上（特には２μｍ以上）となるスクライビングホイール５０によって、連続してスクライブラインＳＬが形成された場合には、垂直クラックＫが所望深さ以上となるスクライブラインＳＬの長さ（以下、単に、「有効切削長さ」とも呼ぶ）が、十分確保できる。一方、加工性の点より、深さＤｐは、６０μｍ以下に設定される。

また、隣接する溝５３の間のピッチＰ（図８参照）は、通常、１０〜２００（μｍ）、好ましくは、５０〜２００（μｍ）（さらに好ましくは、７０〜１７０（μｍ））の範囲である。隣接する溝５３の間のピッチＰが、１０μｍより小さい場合には、スクライビングホイール５０の刃先５２ａの摩耗が大きくなり、耐久性が低下することがある。一方、このピッチＰが２００μｍより大きい場合には、良好な垂直クラックＫを脆性材料基板４に形成できないことがある。

また、隣接する溝５３の間に形成される稜線５４ａの長さＬ（図８参照）は、好ましくは、２５〜７５（μｍ）（さらに好ましくは、２５〜７５（μｍ））の範囲である。この稜線５４ａの長さＬが２５μｍより小さい場合には、十分な有効切削長さを確保できず、スクライビングホイール５０の寿命が短くなるという問題が生ずる。

さらに、稜線５４ａの長さＬに対する溝５３の幅Ｗの割合Ｒｔ（＝Ｗ／Ｌ）は、通常、０．２〜５．０、好ましくは、０．５〜５．０（さらに、深い垂直クラックを形成させる点から好ましくは、１．０〜３．５、一方、割断面又は分割面の品質点から好ましくは、０．５〜１．０）の範囲である。この場合、有効切削長さが十分確保できる。

（２）また、刃先５２ａに設けられる複数の溝５３の形状は、側面視略Ｖ字状に限定されるものでない。図９から図１１は、スクライビングホイール５０の刃先５２ａに形成された溝５３の他の例を示す図である。図９に示すように、溝５３は、例えば、側面視台形状の凹みであっても良い。また、図１０および図１１に示すように、側面視円弧状または矩形状の凹みであっても良い。

１ スクライブ装置
４ 脆性材料基板
１０ 保持ユニット
２０ スクライブユニット
５０ スクライビングホイール
５１ 本体部
５２ 外周辺部
５２ 刃
５２ａ 刃先
５３ 溝
５４ 突起部
９０ 制御ユニット
Ｋ 垂直クラック
ＳＬ スクライブライン

Claims (3)

1. 多結晶体ダイヤモンド製のスクライビングホイールであって、
   (a) 円盤状の本体部と、
   (b) 前記本体部の外周に設けられた円環状の刃と、
   (c) 前記刃の最外周部に沿って設けられた刃先と、
   を備え、
   前記刃の厚さは、前記本体部の中心から前記刃先に向かって小さくなり、
   前記多結晶体ダイヤモンドは、
   微細な結晶粒組織、または非晶質を有するグラファイト型炭素物質を出発物質として、超高圧高温下で直接的にダイヤモンドに変換燒結されたものであり、
   実質的にダイヤモンドのみからなるものであることを特徴とするスクライビングホイール。
2. 請求項１に記載のスクライビングホイールにおいて、
   前記刃先は、
   (b-1) 前記最外周部に沿って設けられた複数の突起部、
   を有していることを特徴とするスクライビングホイール。
3. 請求項１または請求項２に記載のスクライビングホイールを、脆性材料基板に対し、圧接転動させることによって、前記脆性材料基板上にスクライブラインを形成するスクライブユニットと、
   前記脆性材料基板を保持しつつ、保持された前記脆性材料基板をスクライブユニットに対して相対的に移動させる保持ユニットと、
   を備えることを特徴とするスクライブ装置。

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