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JP6638285B2 - ツールホルダ及びツールホルダユニット - Google Patents

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JP6638285B2
JP6638285B2 JP2015190991A JP2015190991A JP6638285B2 JP 6638285 B2 JP6638285 B2 JP 6638285B2 JP 2015190991 A JP2015190991 A JP 2015190991A JP 2015190991 A JP2015190991 A JP 2015190991A JP 6638285 B2 JP6638285 B2 JP 6638285B2
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Description

本発明はガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板をダイヤモンドポイントによってスクライブするためのダイヤモンドツールを保持するツールホルダ及びツールユニットに関するものである。
従来ガラス基板やシリコンウエハをスクライブするために、スクライビングホイールや単結晶ダイヤモンドによるダイヤモンドポイントを用いたツールが用いられている。ガラス基板に対しては、主に基板に対して転動させるスクライビングホイールが用いられてきたが、スクライブ後の基板の強度が向上するなどの利点より、固定刃であるダイヤモンドポイントの使用も検討されてきている。特許文献1,2にはサファイアウエハやアルミナウエハ等の硬度の高い基板をスクライブするためのポイントカッターが提案されている。これらの特許文献には、角錐の稜線上にカットポイントを設けたツールや、先端が円錐になったツールが用いられている。又特許文献3にはガラス板をスクライブするために円錐形の先端を有するガラススクライバを用いたスクライブ装置が提案されている。
特開2003−183040号公報 特開2005−079529号公報 特開2013−043787号公報
従来の固定刃であるツールでスクライブを進めていくとポイントが摩耗するため、ポイントを変更する必要がある。角錐形のツールでは使用可能なポイントとなる頂点は2箇所又は最大で4箇所である。従って2箇所又は4箇所のポイントをすべて使用するとツールを交換する必要があり、交換頻度が高くなるという問題点があった。
又ダイヤモンド製の平板の周囲に複数のポイントを形成してダイヤモンドツールを構成した場合には、ダイヤモンドツールをツールホルダに保持する必要がある。ダイヤモンドのように硬度が高く、難加工性の素材において、平板の厚さを調整するためには砥石による研磨が通常行われるが、精度良く仕上げるには時間がかかり、容易ではない。しかし、ダイヤモンドツールをツールホルダに設けた溝に挿入して固定する場合、厚さが異なる種々のダイヤモンドツールを使用するには、厚さ毎に溝の隙間が異なる複数種類のツールホルダをあらかじめ準備しておく必要があるという問題点があった。
本発明はこのようなツールホルダの問題点に鑑みてなされたものであって、平板状のツールホルダを使用する場合に、ダイヤモンドツールの厚さにかかわらずダイヤモンドツールを保持することができるツールホルダ及びツールホルダユニットを提供することを目的とする。
この課題を解決するために、本発明のツールホルダは、2つの底面と、周囲に複数のポイントを有する平板状のダイヤモンドツールを保持するツールホルダであって、ホルダ保持部、及び前記ホルダ保持部の先端部に形成されたツール保持部を有するツールホルダ本体と、前記ツールホルダのツール保持部に固定されたホルダ押さえと、を具備し、前記ツール保持部は、前記ツール保持部の中央部分に設けられ前記ツール保持部に前記ホルダ押さえを固定するためのねじ溝と、前記ツール保持部の先端に設けられ、前記ダイヤモンドツールの一方の底面に接触してダイヤモンドツールを保持するツール保持溝と、前記ねじ溝に対して前記ホルダ保持部側に設けられた、厚さ調整部材を挿入するための厚さ調整溝と、を有し、
前記ホルダ押さえは、下面が前記ダイヤモンドツールの他方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを固定するものである。
ここで前記厚さ調整部材は、前記ホルダ押さえの下面が前記ツール取付部の面に対して平行となるように、厚さが選択されたものとしてもよい。
ここで前記厚さ調整部材は、厚さ調整ピンとしてもよい。
この課題を解決するために、本発明のツールホルダユニットは、ツールホルダと、前記ツールホルダの先端に保持され、2つの底面と、周囲に複数のポイントを有する平板状のダイヤモンドツールと、を具備し、前記ツールホルダは、直方体状のホルダ保持部、及び前記ホルダ保持部の先端部に形成されたツール保持部を有するツールホルダ本体と、前記ツールホルダのツール保持部に固定されたホルダ押さえと、を具備し、前記ツール保持部は、前記ツール保持部の中央部分に設けられ前記ツール保持部に前記ホルダ押さえを固定するためのねじ溝と、前記ツール保持部の先端に設けられ、前記ダイヤモンドツールの一方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを保持するツール保持溝と、前記ねじ溝に対して前記ホルダ保持部側に設けられた、厚さ調整部材を挿入するための厚さ調整溝と、を有し、
前記ホルダ押さえは、下面が前記ダイヤモンドツールの他方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを固定するものである。
ここで前記ダイヤモンドツールは、所定の厚さを有する角柱状であって、2つの底面と複数の外周面を有するベースと、前記外周面の交線である稜線と、少なくとも一方の底面より稜線に向けて傾けた傾斜面を有し、前記ベースの少なくとも外周面がダイヤモンドで形成されており、前記傾斜面と前記稜線との交点をポイントとするものであってもよい。
ここで前記ダイヤモンドツールは、所定の厚さを有する角柱状であって、2つの底面と複数の外周面を有するベースと、前記ベースの少なくとも1つの角に対して、前記ベースの両底面より隣り合う2つの前記外周面に向けて傾けた第1,第2の傾斜面と、前記第1,第2の傾斜面の交線である稜線と、を具備し、少なくとも前記稜線を含む部分がダイヤモンドで形成されており、前記稜線の両端をポイントとするようにしてもよい。
このような特徴を有する本発明によれば、ダイヤモンドツールの周囲に多数のポイントを設けたダイヤモンドホルダをその厚さにかかわらずホルダの先端に支持することができる。又ホルダの先端に保持した状態で研磨してポイントを形成したり、ポイント部分を基板に押し当てて移動することによってスクライブすることができ、ツール本体部に対するポイントの位置決めを確実に行うことができる。
図1は本発明の実施の形態によるツールホルダに用いられるダイヤモンドツールの平面図及び側面図である。 図2は本実施の形態によるツールホルダ本体部の正面図及び側面図である。 図3は本実施の形態によるホルダ押さえ部材の正面図及び側面図である。 図4は本実施の形態によるツールホルダの組立てを示す斜視図である。 図5は本実施の形態によるツールホルダにダイヤモンドツールを保持したツールホルダユニットを示す正面図及び側面図である。 図6は本実施の形態によるダイヤモンドツールを保持するツールホルダをスクライブヘッドユニットに取付けた状態を示す正面図及び側面図である。 図7は本発明の実施の形態によるツールホルダに用いられるダイヤモンドツールの変形例を示す正面図及び側面図である。 図8は本発明のダイヤモンドツールの変形例のダイヤモンドツールを保持するツールホルダを示すスクライブヘッドユニットに取付けた状態を示す正面図及び側面図である。
次に本発明の実施の形態について説明する。まず図1は本実施の形態のツールホルダに保持されるマルチポイントダイヤモンドツール(以下、単にダイヤモンドツールという)10の一例を示す平面図及び側面図である。このダイヤモンドツール10は一定の厚さで回転対称の任意の数の辺から成る多角形の角柱をベースとする。この実施の形態では、一定厚さの四角柱のベース11を単結晶ダイヤモンドにより構成し、その中心に貫通孔12を有している。ベース11には貫通孔12を通る軸(図1(a)については紙面に垂直な軸)に平行な稜線13a〜13dが四角形の外周面に均等に形成されている。
さて本実施の形態ではベース11に対して図1に示すように四方の角部分の四角柱の両底面から外周面が交差する稜線へ向けて面取りのように研磨する。即ち図1(b)に示すようにベース11の右側の底面の4つの角よりベース11の稜線に向けて研磨して第1の傾斜面14a〜14dを形成する。このとき稜線を挟むベース11の底面の辺と傾斜面との成す角が等しくなるように、即ち傾斜面が稜線の一端を頂点とした二等辺三角形となるように研磨する。このような傾斜面はレーザ加工又は機械加工によって容易に形成することができる。また、レーザ加工の後にさらに機械研磨を行い、さらに精密な研磨面としてもよい。こうすれば各稜線13a〜13dと第1の傾斜面14a〜14dとの交点を頂点として、図1(b)に示すようにベースの側面視において右側に4つのポイントP1〜P4を形成することができる。このときベース11の傾斜面14a〜14dは天面となる。ここで天面とは、稜線を形成する2つの外周面に接し、稜線の一端を共有する面をいう。
次にベース11の他方の底面より同様にしてベース11の外周に向けて第2の傾斜面15a〜15dを形成する。このとき、第1の傾斜面と第2の傾斜面との間に稜線が残るよう、研磨範囲がベースの厚みを超えないように研磨する。こうすれば各稜線13a〜13dと第2の傾斜面15a〜15dとの交点をポイントとして図1(b)に示すようにベースの側面視において左側に4個のポイントP5〜P8を形成することができる。このように稜線13a〜13dの両端をポイントP1〜P8とすることで、四角形のダイヤモンドツール10について外周に8箇所のポイントを形成することができる。
次にツールホルダについて説明する。図2はツールホルダの本体部の正面図及び側面図であり、図3はホルダの押さえ部材の正面図及び側面図、図4はツールホルダの組立てを示す斜視図である。これらの図に示すようにツールホルダ20の主要部を構成するツールホルダ本体21は、直方体状のホルダ保持部22aと、その先端に直方体の上半分が切り欠かれた形状を有するツール取付部22bとから成り立っている。ホルダ保持部22aは図2及び図4に示すようにツールホルダをスクライブ装置や加工装置等に固定するための取付用の貫通孔23a,23b及び24a,24bが設けられる。又ツール取付部22bはホルダ保持部22aに近い位置で切り欠かれた長手方向に垂直の厚さ調整溝25を有している。先端部には図2(a)に示すように左右から切り欠かれた傾斜面26a,26bと、図2(b)に示すように下方から切欠かれた傾斜面26cを有している。又ツール取付部22bのほぼ中央部分には中心軸に垂直にねじ溝27が設けられている。ツール取付部22bの表面にはツールホルダ本体21の長手方向の中心軸に沿った一定深さのツール保持溝28がねじ溝27を通過して形成され、先端部ではツール保持溝28は外側に向けて約90°の角度で開放されている。言い換えれば、ツール保持溝28は先端に向かうにつれて幅が広くなり、溝の内壁の延長線が交わる角度が90°とされている。厚さ調整溝25とツール保持溝28とは同一の深さを有するものとする。ここでツール保持溝28の90°に開放されている領域は、前述した四角形のダイヤモンドツール10を保持し、その先端部分を外部に突出させる保持領域となる。
さてこのツール取付部22bの上部には図3に示すホルダ押さえ30が取付けられる。ホルダ押さえ30は略直方体状でツール取付部22bの窪みに取付けられて直方体状のツールホルダ20を構成するものである。ホルダ押さえ30の先端部左右にはツール取付部22bの傾斜面26a,26bに対応する傾斜面31a,31bが設けられ、上面には傾斜面26cに対応する傾斜面31cが設けられている。又中央部分には貫通孔32が設けられている。貫通孔32はねじによってホルダ押さえ30をツール取付部22bに固定するためのものであり、固定する際には図示のように厚さ調整溝25には厚さ調整ピン33が挿入される。
次にツールホルダの組立てについて図4,図5を参照しつつ説明する。図4に示すようにダイヤモンドツール10を保持する場合には、まず厚さ調整部材としてダイヤモンドツール10の厚さと同一の径を有する厚さ調整ピン33を厚さ調整溝25に挿入し、次いでツール保持溝28にダイヤモンドツール10を嵌め込んでその一部を突出させた状態で押さえ部材30を被せ、ねじ34を締め付けることによって固定する。図5(b)はこの実施の形態によるツールホルダ20にダイヤモンドツール10を保持しているツールホルダユニットを示す。こうすればホルダ押さえ30の下面が常にツール取付部22bの面に対して平行に接することとなるため、先端にダイヤモンドツール10を確実に固定することができる。
又ダイヤモンドツール10を他のダイヤモンドツールに交換する際、その厚さが元のものと異なっても、新たなダイヤモンドツールの厚さに等しい径の厚さ調整ピン33を用いることによって任意の厚さのダイヤモンドツールを固定することができる。こうして先端にダイヤモンドツールを固定した状態でその先端を研磨して前述した傾斜面14a〜14d,15a〜15dを形成したり、研磨を終えたダイヤモンドツールを固定しているツールホルダユニットを用いてスクライブ装置に取付けることができる。
図6はこの先端にダイヤモンドツールを有するツールホルダユニットをスクライブヘッドユニットに取付けた状態を示す正面図及び側面図である。これらの図に示すようにスクライブヘッドユニット40は板状のヘッドベース41自体が図示しないスライド機構によって全体に上下動するように構成されている。そしてこのヘッドプレート41にはスクライブ荷重用のエアシリンダ42が固定される。エアシリンダ42の下端は図6に示すようにロッド42aが伸縮自在に突出している。さて図6(b)に示すようにヘッドプレート41のロッド42aの下方には、ガイド機構43とスライド部44が設けられ、所定の荷重でスライド部44を下方に押圧している。ガイド機構43はスライド部44を上下動自在に保持するものである。スライド部44にはL字形のプレート45が設けられる。プレート45は図6(a)に示すようにスライド部44と共に上下動するが、ストッパ46によって下限が規制されている。そしてこのプレート45には図6(a)に示すようにツールホルダ20が貫通孔23b,24bにねじ47a,47bを貫通させて斜め方向に固定されている。そしてスクライブヘッドユニット40を矢印A方向に移動させることでスクライブすることができる。
次にこの実施の形態のダイヤモンドツール10を用いてスクライブする場合について、説明する。基板をスクライブする際には、スクライブヘッドユニット40と共にツールホルダの1つのポイントP1を基板に対して接するまで下降させてスクライブヘッドユニット40を図示の矢印A方向に移動させ、スクライブを行う。このときダイヤモンドツール10は転動させないので、同じポイントでスクライブを行うことができる。基板に接しているポイントP1が摩耗により劣化した場合には、ダイヤモンドツール10を一旦ツールホルダ20から取り外し、90°回転させて再びツールホルダ20に固定し、他のポイント、例えばポイントP2を基板に接触させて同様にしてスクライブを行う。
又ポイントP1〜P4の4箇所のポイントが全て摩耗すると、ダイヤモンドツール10を反転させてツールホルダ20に固定し、他方の側面のポイントP5〜P8を順次接触させてスクライブを行う。こうすれば更に4回ポイント位置を変化させてスクライブを行うことができ、合計8回ポイントを交換してスクライブを行うことができる。
次にダイヤモンドツールの変形例について説明する。図7は本実施の形態の変形例によるダイヤモンドツール50の一例を示す側面図及び正面図である。このダイヤモンドツール50は一定の厚さで正方形の板状のベース51を単結晶ダイヤモンドにより構成し、その中心に貫通孔52を有している。このベース51に対して図7に示すように四方の角部分の両側より正面視においてV字形に研磨する。即ち一方の底面51aよりベースの外周面に向けてベース51の厚さの1/2以上となるまで切欠いて、第1の傾斜面53aを形成する。このとき第1の傾斜面53aとベース51の2つの隣り合う外周面56、59とがそれぞれ成す角が互いに等しくなるように切欠くことが好ましい。同様に、同じ底面51aより他の角についても第1の傾斜面53b〜53dを形成する。次にベース51の他方の底面51bより同様にしてベース51の2つの隣り合う外周面56、59に向けてベース51の厚さの1/2程度となるまで切欠いて、台形となる第2の傾斜面54a〜54dを形成する。このような傾斜面はレーザ加工又は機械加工によって容易に形成することができる。また、レーザ加工の後にさらに機械研磨を行い、稜線を形成する部分をより精密な研磨面としてもよい。
こうすれば同一の角に対する一対の第1,第2の傾斜面53aと54aが交わってベース51の厚さ方向の中間、好ましくは図5(b)に示すように中央位置に、ベースの底面51a,51bに平行で、かつ側面視におけるベースの対角線に対して垂直な稜線55aが形成される。同様にして第1,第2の傾斜面53bと54b,53cと54c,53dと54dが交わって夫々ベース51の厚さ方向の中間、好ましくは中央位置に、ベースの底面51a,51bに平行な稜線55b,55c,55dが構成され、ベースの対角線に対して垂直な4つの稜線がベース51の角の部分に形成されることとなる。ここでベース51の四方の外周面は天面56,57,58,59となる。ここで天面とは、稜線を形成する第1、第2の傾斜面に接し、稜線の一端を共有する面をいう。1つの稜線55aが天面56,59と接する稜線の両端、すなわち第1の傾斜面53a、第2の傾斜面54aと天面56,59との交点をポイントP1,P2とする。このポイントP1,P2における天面と稜線のなす角度αは約135°となる。その他の3箇所の傾斜面についても同様であり、稜線55b〜55dの両端の天面と接する点、すなわち第1の傾斜面53b〜53d、第2の傾斜面54b〜54dと天面56〜59との交点を夫々ポイントP3〜P8とする。このように稜線55a〜55dの両端をポイントP1〜P8とすることで、図7(a)に示すように側面視において八角形となったダイヤモンドツール50について周囲に8箇所のポイントを形成することができる。
このダイヤモンドツール50を用いてスクライブする際には、ダイヤモンドツール50をツールホルダ20に本実施の形態と同様にして取付ける。そしてツールホルダをスクライブヘッドユニット40に取付ける。このときツールホルダ20の貫通孔23a,24aにねじ47a,47bを貫通させて斜め方向に固定する。こうして図8に示すように矢印A方向に示すようにスクライブヘッドユニットを移動させることで1つのポイントP1を基板に接触させてスクライブを行う。そしてこのポイントが摩耗した場合には、ダイヤモンドツール50の他のポイントを接触させてスクライブを行う。
なお、前述した実施の形態においては、ダイヤモンドツール10、50をツールホルダ20に取付けているが、ベース11、51をツールホルダ20に取付けた状態で研磨を行い、第1,第2の傾斜面を形成することで、ダイヤモンドツール10、50を形成してもよい。これにより、ツールホルダ20に対する各ポイントの位置のばらつきを減らすことができ、ポイントを交換した場合にも精度を向上させることができる。さらにまた、貫通孔12,52の加工が不要となるため、加工時間のさらなる短縮を行うことができる。
又前述した実施の形態では平板全体を単結晶ダイヤモンドで構成しているが、脆性材料基板に接触する表面部分にダイヤモンド層があれば足りるため、超硬合金や焼結ダイヤモンド製のベースの刃先部分の表面に多結晶ダイヤモンド層を形成してこれに傾斜面を形成してもよい。また、ボロン等の不純物をドープし、導電性を持たせた単結晶または多結晶ダイヤモンドを使用してもよい。導電性を有するダイヤモンドを用いることで、放電加工により傾斜面を容易に形成することができる。
この実施の形態では正方形状のダイヤモンドツールをツールホルダに取付けるため図2に示すように先端において約90°の角度をなすように広がる溝28を設けているが、ダイヤモンドツールが六角形や八角形の平板である場合には、その形状に対応させた溝を有するツールホルダとする。
又この実施の形態ではダイヤモンドツールの厚さを調整する厚さ調整部材として厚さ調整ピンを用いているが、ピンに限定されるものではなく、ダイヤモンドツールの厚さに相当する厚さの平板を用いてもよい。又、厚さ調整溝25とツール保持溝28の深さと、厚さ調整部材である厚さ調整ピン33の径とダイヤモンドツール10の厚さがそれぞれ異なっていてもよい。この場合には、ホルダ押さえ30の下面が常にツール取付部22bの面に対して平行に接するように、厚さ調整溝25の深さと厚さ調整ピン33の径が調整される。さらに、ダイヤモンドツールが常に同一の厚さのものを使用する場合には、ツール保持溝28をダイヤモンドツールの厚さに相当する分浅くすれば厚さ調整ピン等を設ける必要はなくなる。
本発明のツールホルダは、複数のポイントを有するダイヤモンドツールをその厚さにかかわらず確実に保持することができ、ダイヤモンドツールのポイント形成や完成したダイヤモンドツールのスクライブに有効に使用することができる。
10,50 マルチポイントダイヤモンドツール
11,51 ベース
12,52 貫通孔
13a〜13d 稜線
14a〜14d,53a〜53d 第1の傾斜面
15a〜15d,54a〜54d 第2の傾斜面
20 ツールホルダ
21 ツールホルダ本体
22a ホルダ保持部
22b ツール保持部
23a,23b,24a,24b 貫通孔
25 厚さ調整溝
26a,26b,26c,31a,31b,31c 傾斜面
27 ねじ溝
28 ツール保持溝
30 ホルダ押さえ
33 厚さ調整ピン
34 ねじ
40 スクライブヘッドユニット
41 ヘッドベース
42 エアシリンダ
43 ガイド機構
44 スライド部
45 プレート
P1〜P8 ポイント

Claims (6)

  1. 2つの底面と、周囲に複数のポイントを有する平板状のダイヤモンドツールを保持するツールホルダであって、
    ホルダ保持部、及び前記ホルダ保持部の先端部に形成されたツール保持部を有するツールホルダ本体と、
    前記ツールホルダのツール保持部に固定されたホルダ押さえと、を具備し、
    前記ツール保持部は、
    前記ツール保持部の中央部分に設けられ前記ツール保持部に前記ホルダ押さえを固定するためのねじ溝と、
    前記ツール保持部の先端に設けられ、前記ダイヤモンドツールの一方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを保持するツール保持溝と、
    前記ねじ溝に対して前記ホルダ保持部側に設けられた、厚さ調整部材を挿入するための厚さ調整溝と、を有し、
    前記ホルダ押さえは、下面が前記ダイヤモンドツールの他方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを固定するものであるツールホルダ。
  2. 前記厚さ調整部材は、前記ホルダ押さえの下面が前記ツール取付部の面に対して平行となるように、厚さが選択されたものである、請求項1記載のツールホルダ。
  3. 前記厚さ調整部材は、
    厚さ調整ピンである請求項1又は2記載のツールホルダ。
  4. ツールホルダと、
    前記ツールホルダの先端に保持され、2つの底面と、周囲に複数のポイントを有する平板状のダイヤモンドツールと、を具備し、
    前記ツールホルダは、
    直方体状のホルダ保持部、及び前記ホルダ保持部の先端部に形成されたツール保持部を有するツールホルダ本体と、
    前記ツールホルダのツール保持部に固定されたホルダ押さえと、を具備し、
    前記ツール保持部は、
    前記ツール保持部の中央部分に設けられ前記ツール保持部に前記ホルダ押さえを固定するためのねじ溝と、
    前記ツール保持部の先端に設けられ、前記ダイヤモンドツールの一方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを保持するツール保持溝と、
    前記ねじ溝に対して前記ホルダ保持部側に設けられた、厚さ調整部材を挿入するための厚さ調整溝を有し、
    前記ホルダ押さえは、下面が前記ダイヤモンドツールの他方の底面に接触して前記ダイヤモンドツールを固定するものであるツールホルダユニット。
  5. 前記ダイヤモンドツールは、
    所定の厚さを有する角柱状であって、前記2つの底面と複数の外周面を有するベースと、
    前記外周面の交線である稜線と、少なくとも一方の底面より稜線に向けて傾けた傾斜面を有し、
    前記ベースの少なくとも外周面がダイヤモンドで形成されており、
    前記傾斜面と前記稜線との交点をポイントとするものである請求項4記載のツールホルダユニット。
  6. 前記ダイヤモンドツールは、
    所定の厚さを有する角柱状であって、前記2つの底面と複数の外周面を有するベースと、
    前記ベースの少なくとも1つの角に対して、
    前記ベースの両底面より隣り合う2つの前記外周面に向けて傾けた第1,第2の傾斜面と、前記第1,第2の傾斜面の交線である稜線と、を具備し、
    少なくとも前記稜線を含む部分がダイヤモンドで形成されており、
    前記稜線の両端をポイントとする請求項4記載のツールホルダユニット。
JP2015190991A 2015-09-29 2015-09-29 ツールホルダ及びツールホルダユニット Expired - Fee Related JP6638285B2 (ja)

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