JP7417976B2 - スクライビングホイールセット、ホルダユニット、スクライビングホイールのピン、および、スクライビングホイール - Google Patents

Description

本発明はスクライブ加工に用いられるスクライビングホイールセット、ホルダユニット、スクライビングホイールのピン、および、スクライビングホイールに関する。

脆性材料基板等の被加工物のスクライブ加工にスクライブ加工装置が用いられる。スクライブ加工装置はスクライビングホイールセット、および、これを支持するホルダ等を備える。スクライビングホイールセットはスクライビングホイールおよびピンにより構成される。ピンはホルダに支持される。スクライビングホイールはピンに支持される。スクライブ加工では、スクライブ加工装置はスクライビングホイールを被加工物に対して走査する。スクライビングホイールはホルダに対して回転しながら被加工物上を走行し、被加工物にスクライブラインを形成する。特許文献１は従来のスクライビングホイールセットの一例を開示している。

特開２０１１－９３１８９号公報

スクライブ加工時におけるスクライビングホイールの回転が安定しない場合、例えばファイバーと称される加工屑が生じるおそれがある。

本発明の目的はスクライビングホイールの回転の安定化に寄与するスクライビングホイールセット、ホルダユニット、ピン、および、スクライビングホイールを提供することである。

本発明に関するスクライビングホイールセットはピンが挿入される貫通孔を規定し、ラップ加工が施された内周面を含むスクライビングホイールと、ピン本体、および、前記ピン本体の外周面に設けられる硬質層を含むピンとを備え、前記スクライビングホイールの内周面は超硬合金または多結晶ダイヤモンドを含み、前記ピン本体の外周面は超硬合金を含み、前記硬質層はダイヤモンドライクカーボンを含んでいる。

以下では、スクライビングホイールの内周面を「ホイール内周面」と記述し、ピンの外周面を「ピン外周面」と記述する場合がある。上記スクライビングホイールセットのスクライビングホイールが被加工物に押し付けられた状態では、硬質層の外周面とホイール内周面とが接触する。被加工物に対するスクライビングホイールの走行距離(以下「ホイール走行距離」という)が短い状態では、ピンとスクライビングホイールとの間において主として摩擦する部分(以下「摩擦部」という)は硬質層の外周面とホイール内周面とにより構成される。

ピンとスクライビングホイールとの相対的な回転にともない硬質層の外周面とホイール内周面とが摩擦し、硬質層の外周面が摩耗する。硬質層の外周面から生じた摩耗粉は摩擦部の近傍に堆積する。ホイール内周面にはラップ加工が施されているため、ホイール内周面の表面粗さは小さい。そのホイール内周面にも微細な凹凸が存在する。ホイール内周面の微細な凸部は硬質層の外周面との摩擦により除去される、または、塑性変形する。これによりホイール内周面の状態は微細な凸部がより少ない状態に遷移する。摩擦によるこのような表面状態の遷移はなじみと称される。

ホイール走行距離が長くなるにつれて硬質層の摩耗、および、ホイール内周面のなじみがさらに進行する。硬質層の摩耗がある程度進行した場合、ピン本体が露出する。ピン本体の露出とは、ピン本体の外周面に設けられていた硬質層が除去されたことにより、硬質層が除去される前には硬質層に覆われていたピン本体の外周面が硬質層に覆われない状態に遷移することをいう。ピン本体が露出した状態では、ピン本体の外周面とホイール内周面とにより摩擦部が構成される。硬質層の外周面との摩擦によりホイール内周面がなじんだ状態にあるため、ホイール内周面と摩擦する対象が硬質層の外周面からピン本体の外周面に変化する過程における摩擦の状態が安定する。これは例えばスクライビングホイールの回転の安定化に寄与する。

ピンとスクライビングホイールとの相対的な回転にともないピン本体の外周面とホイール内周面とが摩擦し、ピン本体の外周面が摩耗する。ピン本体の外周面から生じた摩耗粉は摩擦部の近傍に堆積する。摩擦部の近傍に堆積する堆積物層が雰囲気中の酸素と反応して酸化し、ピン外周面とホイール内周面との間に酸化物層が形成される。酸化物層が形成された状態では、酸化物層の表面とホイール内周面とにより摩擦部が構成され、ピン外周面とホイール内周面とが実質的に接触せず、スクライビングホイールの回転の安定性が高くなる。

ピン本体が露出する前の状態では、ダイヤモンドライクカーボンの表面とホイール内周面とにより摩擦部が構成される。ダイヤモンドライクカーボンの表面はホイール内周面との摩擦により摩耗する。ダイヤモンドライクカーボンの物理的性質や化学的性質は安定しているため、ダイヤモンドライクカーボンの表面の摩耗が進行する過程における硬質層の外周面とホイール内周面との摩擦の状態が安定する。
ピン本体が露出した状態では、超硬合金を含むピン本体の外周面とホイール内周面とにより摩擦部が構成される。ホイール内周面との摩擦によりピン本体の外周面からは炭化タングステンを含む摩耗粉が生じる。摩擦部の近傍に堆積する堆積物層には炭化タングステンが含まれる。堆積物層が酸化する過程では、主に炭化タングステンが酸化し、酸化タングステンを含む酸化物層が生成される。酸化タングステンの物理的性質および化学的性質は安定しているため、酸化物層の表面とホイール内周面との摩擦の状態が安定する。

前記スクライビングホイールセットの一例では、前記スクライビングホイールの内周面はダイヤモンド焼結体を含む。

ピン本体が露出する前の状態では、硬質層の外周面とダイヤモンド焼結体を含むホイール内周面とにより摩擦部が構成される。硬質層の外周面はホイール内周面との摩擦により安定して摩耗する。

前記スクライビングホイールセットの一例では、前記スクライビングホイールの内周面のスキューネスは０未満である。
この例では、ホイール内周面の表面粗さが小さいため、硬質層の外周面とホイール内周面との摩擦によりホイール内周面のなじみが適切に進行する。

前記スクライビングホイールセットの一例では、前記スクライビングホイールの内周面の算術平均粗さは０．０５μｍ以下である。

この例では、ホイール内周面の表面粗さが小さいため、硬質層の外周面とホイール内周面との摩擦によりホイール内周面のなじみが適切に進行する。

前記スクライビングホイールセットの一例では、前記スクライビングホイールの内周面の表面粗さに関する最大高さは０．５μｍ以下である。

この例では、ホイール内周面の表面粗さが小さいため、硬質層の外周面とホイール内周面との摩擦によりホイール内周面のなじみが適切に進行する。

本発明に関するスクライビングホイールセットは、前記スクライビングホイールの内周面と前記ピンの外周面との間に設けられる酸化物層とを備える。

上記スクライビングホイールセットでは、酸化物層の表面とホイール内周面とにより摩擦部が構成される。このため、スクライビングホイールの回転の安定性が高くなる。

本発明に関するホルダユニットは前記スクライビングホイールセットと、前記ピンを保持するホルダとを備える。

上記ホルダユニットによれば、スクライビングホイールの回転の安定性が高くなる。

本発明に関するスクライビングホイールのピンはピンの外周面の少なくとも一部を構成する酸化物層を備え、前記ピン本体の素材は超硬合金であり、前記ピン本体の外周面に設けられる硬質層はダイヤモンドライクカーボンである。

上記ピンを含めて構成されるスクライビングホイールセットでは、超硬合金を含むピン本体の外周面の一部を構成する酸化物層の表面とホイール内周面とにより摩擦部が構成される。このため、スクライビングホイールの回転の安定性が高くなる。

本発明に関するスクライビングホイールはピンが挿入される貫通孔を規定する内周面にラップ加工が施されており、前記内周面は超硬合金を含み、さらに少なくとも一部を構成する酸化物層を備える。

上記スクライビングホイールを含めて構成されるスクライビングホイールセットでは、酸化物層の表面とラップ加工が施され、超硬合金を含むホイール内周面とにより摩擦部が構成される。このため、スクライビングホイールの回転の安定性が高くなる。

本発明に関するスクライビングホイールセット、ホルダユニット、スクライビングホイールのピン、および、スクライビングホイールによれば、スクライビングホイールの回転の安定性が高くなる。

第１実施形態のスクライビングホイールセットの斜視図。 スクライビングホイールセットの正面図。 ホルダユニットの正面図。 スクライビングホイールの側面図。 径方向に沿うスクライビングホイールの断面図。 ピンの正面図。 径方向に沿うピンの断面図。 スクライビングホイールセットの初期状態を示すモデル図。 初期状態に対応するピンのモデル図。 スクライビングホイールセットの第１遷移状態を示すモデル図。 第１遷移状態に対応するピンのモデル図。 スクライビングホイールセットの第２遷移状態を示すモデル図。 第２遷移状態に対応するピンのモデル図。 スクライビングホイールセットの第３遷移状態を示すモデル図。 第３遷移状態に対応するピンのモデル図。 スクライビングホイールセットの第４遷移状態を示すモデル図。 第４遷移状態に対応するピンのモデル図。 スクライビングホイールセットの遷移後状態を示すモデル図。 遷移後状態に対応するピンのモデル図。 第２実施形態のスクライビングホイールセットのモデル図。 第３実施形態のスクライビングホイールセットのモデル図。 第４実施形態のスクライビングホイールセットのモデル図。

(第１実施形態)
図１に示されるスクライビングホイールセット１０は被加工物のスクライブ加工に用いられる。被加工物は例えば基板である。基板は例えば脆性材料基板である。脆性材料基板は例えばガラス基板またはセラミックス基板である。スクライビングホイールセット１０はスクライビングホイール１００およびピン２００を備えている。スクライビングホイール１００とピン２００とは図２に示されるように組み合わせられる。

スクライビングホイールセット１０は被加工物をスクライブ加工するスクライブ加工装置に組み込まれる。一例では、スクライブ加工装置は走査装置、および、図３に示されるホルダユニット５０を備えている。ホルダユニット５０は走査装置に取り付けられる。走査装置は被加工物に対するホルダユニット５０の位置を任意に変更できるように構成されている。スクライブ加工時には、走査装置によりホルダユニット５０の位置が制御され、スクライビングホイール１００が被加工物に対して走査される。

ホルダユニット５０はスクライビングホイールセット１０およびホルダ６０を備えている。ホルダ６０は走査装置に取り付けられる本体６１、および、ピン２００を支持する支持部６２を備えている。支持部６２は例えば本体６１に設けられる第１アーム６２Ａおよび第２アーム６２Ｂにより構成される。第１アーム６２Ａと第２アーム６２Ｂとの間には、スクライビングホイール１００が配置される配置空間６０Ａが形成されている。各アーム６２Ａ、６２Ｂにはピン２００が挿入される貫通孔６２Ｃが形成されている。スクライビングホイール１００は配置空間６０Ａに配置される。ピン２００はスクライビングホイール１００のホイール孔１１１および各アーム６２Ａ、６２Ｂの貫通孔６２Ｃに挿入され、各アーム６２Ａ、６２Ｂに支持される。スクライビングホイール１００はピン２００に支持される。各貫通孔６２Ｃの外側の開口には、ピン２００の脱落を防止する閉塞部６３が設けられる。閉塞部６３は例えば蓋、カシメ、接着、溶接、または、これらの組み合わせにより構成される。一例では、閉塞部６３の蓋は本体６１および支持部６２に対して着脱できるように構成される。

スクライビングホイール１００は本体１１０および刃先部１２０を備えている。スクライビングホイール１００の基礎的構造は例えば第１構造および第２構造に分類される。第１構造では、スクライビングホイール１００の全体が単一の高硬度材料により形成される。第２構造では、スクライビングホイール１００は高硬度材料により形成される本体、および、本体とは異なる高硬度材料により形成される刃先部を含む。高硬度材料としては例えば超硬合金、多結晶ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンドが挙げられる。多結晶ダイヤモンドは例えばダイヤモンド焼結体(Poly-Crystalline Diamond、略称はPCD)、または、ナノ多結晶ダイヤモンド(Nano-Polycrystalline Diamond、略称はNPD)である。

本体１１０はスクライビングホイール１００の中心軸１０１まわりに設けられている。以下では、スクライビングホイール１００の中心軸１０１に沿う方向をスクライビングホイール１００の軸方向と称する。スクライビングホイール１００の軸方向においてスクライビングホイール１００の中心を通過し、中心軸１０１に直交する面を中心面と称する。スクライビングホイール１００は中心面に対して対称または非対称である。図２に示される例では、スクライビングホイール１００は中心面に対して対称である。中心面はスクライビングホイール１００の対称面に相当する。

図４に示されるスクライビングホイール１００の側面視では、本体１１０の形状は環である。刃先部１２０は本体１１０に対してスクライビングホイール１００の径方向の外方に設けられている。刃先部１２０はスクライビングホイール１００の刃を構成する。スクライビングホイール１００の側面視では、刃先部１２０の形状は環である。刃先部１２０の厚さはスクライビングホイール１００の径方向の外方に向かうにつれて薄くなる。

本体１１０には、ピン２００が挿入される貫通孔であるホイール孔１１１が形成されている。ホイール孔１１１は本体１１０をスクライビングホイール１００の軸方向に貫通する。ホイール孔１１１の周囲には面取り１１２が形成されている。図２に示されるように、ピン２００はホイール孔１１１および貫通孔６２Ｃに挿入される。スクライビングホイール１００とピン２００とのはめあいはすきまばめ、または、中間ばめである。ピン２００とホルダ６０とのはめあいは、スクライビングホイール１００がホルダ６０に対して回転できるように、すきまばめ、中間ばめ、または、しまりばめから選択される。

図５に示されるように、スクライビングホイール１００の表面１３０はホイール孔１１１を規定する内周面であるホイール内周面１３１を含む。ホイール内周面１３１は表面粗さが小さい平滑な面である。一例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工が施されている。ラップ加工は鏡面加工とも称される。ラップ加工では、例えば砥粒を用いて仕上げ加工の対象であるホイール内周面１３１を加工する。

ホイール内周面１３１の表面粗さに関するパラメータについて例示する。一例では、ホイール内周面１３１の算術平均粗さは０．０５μｍ以下である。好ましい例では、ホイール内周面１３１の算術平均粗さは０．０１μｍ以下である。一例では、ホイール内周面１３１の最大高さは０．５μｍ以下である。好ましい例では、ホイール内周面１３１の最大高さは０．０５μｍ以下である。一例では、ホイール内周面１３１のスキューネスは０未満である。

図６および図７を参照して、ピン２００の構成について説明する。
ピン２００はピン本体２１０および硬質層２２０を備えている。ピン本体２１０および硬質層２２０が示される図６等では、ピン本体２１０の直径に対する硬質層２２０の厚さを誇張して表現している。ピン本体２１０の軸方向の長さはスクライビングホイール１００の厚さよりも大きい。硬質層２２０はピン本体２１０の外周面２１１に設けられている。硬質層２２０はピン本体２１０の外周面２１１に付着している。硬質層２２０はホイール内周面１３１との摩擦によりホイール内周面１３１のなじみを促進させることができる程度の硬度を有する。

ピン本体２１０の軸方向においてピン本体２１０は中間部２１２および端部２１３に区分される。端部２１３はホルダ６０の貫通孔６２Ｃに挿入される。中間部２１２は一方の端部２１３と他方の端部２１３との間に設けられる。中間部２１２はホイール孔１１１に挿入される。ピン本体２１０の形状について例示する。第１例では、中間部２１２は円柱により構成される。一方の端部２１３は円柱により構成される。他方の端部２１３は円柱および円錐により構成される。図６に例示されるピン本体２１０は第１例のピン本体２１０である。第２例では、中間部２１２は円柱により構成される。各端部２１３は円柱および円錐により構成される。第３例では、中間部２１２および各端部２１３は円柱により構成される。

ピン本体２１０を構成する材料について例示する。第１例では、ピン本体２１０は超硬合金により形成される。第２例では、ピン本体２１０はダイヤモンドにより形成される。ダイヤモンドは例えば多結晶ダイヤモンドまたは単結晶ダイヤモンドである。多結晶ダイヤモンドは例えばダイヤモンド焼結体またはナノ多結晶ダイヤモンドである。

スクライビングホイール１００の素材とピン本体２１０の素材との関係について例示する。第１例では、スクライビングホイール１００の素材はダイヤモンドであり、ピン本体２１０の素材は超硬合金である。第２例では、スクライビングホイール１００の素材はダイヤモンドであり、ピン本体２１０の素材もダイヤモンドである。第３例では、スクライビングホイール１００の素材は超硬合金であり、ピン本体２１０の素材はダイヤモンドである。第４例では、スクライビングホイール１００の素材は超硬合金であり、ピン本体２１０の素材も超硬合金である。

超硬合金は硬質の金属炭化物の粉末に金属の結合材を混合し、焼結した複合材料である。硬質の金属炭化物は例えば周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属炭化物である。金属の結合材は例えば鉄系金属である。鉄系金属は例えば鉄(Ｆｅ)、コバルト(Ｃｏ)、および、ニッケル(Ｎｉ)の少なくとも１つである。超硬合金の一例は、硬質の金属炭化物である炭化タングステン(ＷＣ)の粉末と金属の結合材であるコバルト(Ｃｏ)とを混合して焼結した複合材料である。硬質の金属炭化物の粉末と金属の結合材との混合物の焼結では、超硬合金の材料特性に変化を与える添加物が混合物に添加される場合がある。添加物は例えば炭化チタン(ＴｉＣ)または炭化タンタル(ＴａＣ)である。

硬質層２２０の形成範囲について例示する。第１例では、硬質層２２０は中間部２１２の外周面２１１の少なくとも一部に設けられる。第２例では、硬質層２２０は中間部２１２の外周面２１１の全体に設けられる。第３例では、硬質層２２０は第１例の形成範囲または第２例の形成範囲に加えて、端部２１３の外周面２１１の少なくとも一部に設けられる。第４例では、硬質層２２０は第１例の形成範囲または第２例の形成範囲に加えて、端部２１３の外周面２１１の全体に設けられる。

ピン２００の外周面であるピン外周面２０１はピン本体２１０の外周面２１１および硬質層２２０の外周面２２１の少なくとも一方により構成される。ピン本体２１０に硬質層２２０が設けられる部分では、硬質層２２０の外周面２２１がピン外周面２０１を構成する。ピン本体２１０に硬質層２２０が設けられない部分では、ピン本体２１０の外周面２１１がピン外周面２０１を構成する。硬質層２２０が設けられない部分は、硬質層２２０が予め設けられないピン本体２１０の部分、および、設けられていた硬質層２２０が除去されたピン本体２１０の部分を含む。

一例では、硬質層２２０はホイール内周面１３１のなじみの促進に寄与する材料により形成される。硬質層２２０の素材は例えばダイヤモンドライクカーボン(Diamond-Like Carbon、略称はDLC)、窒化チタン、窒化ホウ素、炭化チタン、または、テフロン(登録商標)である。ダイヤモンドライクカーボンは炭化水素または炭素の同素体により構成されるアモルファスの硬質層である。ダイヤモンドライクカーボンは水素の含有の有無の点から、水素を含む水素化アモルファスカーボンと、水素を含まないテトラヘドラルアモルファスカーボンとに分類される。

被加工物をスクライブ加工する場合、スクライビングホイールセット１０はスクライブ加工装置のホルダ６０に取り付けられる。スクライブ加工装置はスクライビングホイール１００を走査することにより被加工物にスクライブラインを形成する。スクライビングホイールセット１０では、被加工物に対するスクライビングホイール１００の走行距離(以下「ホイール走行距離」という)に応じてピン２００の状態、および、ピン２００まわりの状態が変化する。以下では、ピン２００の状態、および、ピン２００まわりの状態を「ピン２００の状態等」と記述する場合がある。

図８～図１９はピン２００の状態等の変化の一例をホイール走行距離毎に示している。図８、図１０、図１２、図１４、図１６、図１８はスクライビングホイールセット１０の径方向に沿う断面のモデルを示している。これらの図では、ホイール孔１１１に対するピン２００の大きさを図１、図２とは異なる比率で示している。図９、図１１、図１３、図１５、図１７、図１９はピンの正面視のモデルを示している。スクライビングホイールセット１０は例えば次のように構成される。スクライビングホイール１００の素材はダイヤモンド焼結体である。ピン本体２１０の素材は炭化タングステンおよびコバルトの混合物を焼結した超硬合金である。硬質層２２０はダイヤモンドライクカーボンである。硬質層２２０はピン本体２１０の円柱の外周面の全体に形成される。

以下では、ホイール走行距離が０の状態を「初期状態」と称する。図８、図９は初期状態に対応する。ホイール走行距離が０よりも長い第１距離範囲に含まれる状態を「第１遷移状態」と称する。図１０、図１１は第１遷移状態に対応する。ホイール走行距離が第１距離範囲よりも長い第２距離範囲に含まれる状態を「第２遷移状態」と称する。図１２、図１３は第２遷移状態に対応する。ホイール走行距離が第２距離範囲よりも長い第３距離範囲に含まれる状態を「第３遷移状態」と称する。図１４、図１５は第３遷移状態に対応する。ホイール走行距離が第３距離範囲よりも長い第４距離範囲に含まれる状態を「第４遷移状態」と称する。図１６、図１７は第４遷移状態に対応する。ホイール走行距離が第４距離範囲よりも長い第５距離範囲に含まれる状態を「遷移後状態」と称する。図１８、図１９は遷移後状態に対応する。

図８に示されるように、スクライビングホイール１００が被加工物に押し付けられることにより、ピン外周面２０１とホイール内周面１３１とが接触する。ピン外周面２０１を構成する硬質層２２０の外周面２２１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。摩擦部２０はピン２００とスクライビングホイール１００との間において主として摩擦する部分である。

図１８に示されるように、遷移後状態のスクライビングホイールセット１０では、ピン外周面２０１とホイール内周面１３１との間に形成された酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。一例では、酸化物層３０は硬質層２２０の外周面２２１またはピン本体２１０の外周面２１１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される場合と比較して、摩擦部２０の摩擦係数が小さくなるような表面構造を有する。酸化物層３０はピン本体２１０の外周面２１１に付着している。ピン外周面２０１とホイール内周面１３１とは直接的に接触しない。

酸化物層３０の表面３１を含めて摩擦部２０が構成される状態では、スクライビングホイール１００の回転の安定性が高くなる。これは酸化物層３０が化学的に安定した物質であり、ホイール内周面１３１との摩擦による物理的性質および化学的性質の一方または両方の変化が生じにくいことが影響していると考えられる。酸化物層３０が形成される機序は以下のように推測される。なお、以下に説明する酸化物層３０の形成機序は、本願発明者が観察したピン２００の状態等、および、それから推測される事項に基づく形成機序の一例である。

ピン２００とスクライビングホイール１００との相対的な回転にともない硬質層２２０の外周面２２１とホイール内周面１３１とが摩擦し、硬質層２２０の外周面２２１が摩耗する。硬質層２２０の外周面２２１から生じた摩耗粉(以下「第１種摩耗粉４１」という)は摩擦部２０の近傍に堆積する。ホイール走行距離の増加にともない堆積物の量が増加し、堆積物の層である堆積物層４０が形成される。堆積物層４０には第１種摩耗粉４１の他に異物４３が含まれる場合がある。異物４３はピン外周面２０１に存在するコンタミネーション、ホイール内周面１３１に存在するコンタミネーション、および、ホイール内周面１３１から生じた摩耗粉の少なくとも１つを含む。

ホイール内周面１３１にはラップ加工が施されているため、ホイール内周面１３１の表面粗さは小さい。そのホイール内周面１３１にも微細な凹凸が存在する。ホイール内周面１３１の微細な凸部は硬質層２２０の外周面２２１との摩擦により除去される、または、塑性変形する。これによりホイール内周面１３１の状態は微細な凸部がより少ない状態に遷移する。つまり、ピン外周面２０１との摩擦によりホイール内周面１３１のなじみが進行する。

ホイール走行距離が長くなるにつれて硬質層２２０の摩耗がさらに進行し、ピン本体２１０が露出する。ピン本体２１０の露出とは、ピン本体２１０の外周面２１１に設けられていた硬質層２２０が除去されたことにより、硬質層２２０が除去される前には硬質層２２０に覆われていたピン本体２１０の外周面２１１が硬質層２２０に覆われない状態に遷移することをいう。ピン本体２１０が露出した状態では、ピン本体２１０の外周面２１１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。硬質層２２０の外周面２１１との摩擦によりホイール内周面１３１がなじんだ状態にあるため、ホイール内周面１３１と摩擦する対象が硬質層２２０の外周面２２１からピン本体２１０の外周面２１１に変化する過程における摩擦の状態が安定する。これは例えばスクライビングホイール１００の回転の安定化に寄与する。

ピン２００とスクライビングホイール１００との相対的な回転にともないピン本体２１０の外周面２１１とホイール内周面１３１とが摩擦し、ピン本体２１０の外周面２１１が摩耗する。ピン本体２１０の外周面２１１から生じた摩耗粉(以下「第２種摩耗粉４２」という)は摩擦部２０の近傍に堆積する。摩擦部２０の近傍に堆積する堆積物層４０が雰囲気中の酸素と反応して酸化し、ピン外周面２０１とホイール内周面１３１との間に酸化物層３０が形成される。酸化物層３０が形成された状態では、酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成され、ピン外周面２０１とホイール内周面１３１とが実質的に接触しない。このため、スクライビングホイール１００の回転の安定性が高くなる。なお、ここで説明した酸化物層３０の形成機序とは異なる形成機序に従って酸化物層３０が形成される場合にも上記と同様の効果が得られると考えられる。

図８～図１９を参照して、酸化物層３０が形成される機序の詳細について説明する。
図８に示されるように、初期状態ではスクライビングホイール１００が被加工物に押し付けられ、被加工物上で静止している。図９に示されるように、初期状態では硬質層２２０は摩耗していない。スクライビングホイール１００が被加工物に押し付けられることにともない、ピン外周面２０１を構成する硬質層２２０の外周面２２１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。

スクライビングホイール１００が被加工物に対して鉛直方向の上方に配置される場合には、ピン外周面２０１のうちの主に下方の部分、および、ホイール内周面１３１のうちの主に下方の部分が摩擦部２０を構成する。スクライビングホイール１００が被加工物に対して鉛直方向の下方に配置される場合には、ピン外周面２０１のうちの主に上方の部分、および、ホイール内周面１３１のうちの主に上方の部分が摩擦部２０を構成する。ホイール孔１１１における摩擦部２０に対するスクライビングホイール１００の走行方向の前方には空間(以下「前方空間Ｓ」という)が形成される。前方空間Ｓはピン外周面２０１とホイール内周面１３１との間に形成される。

図１０、図１１に示される第１遷移状態では、スクライビングホイール１００がピン２００に対して時計回りに回転しながら被加工物に対して走行する。図１０、図１２、図１４、図１６、図１８の矢印Ａはスクライビングホイール１００の回転方向を示す。摩擦部２０では、ピン外周面２０１とホイール内周面１３１との摩擦により、ピン外周面２０１を構成する硬質層２２０の外周面２２１の摩耗、および、ホイール内周面１３１のなじみが進行する。硬質層２２０における摩擦部２０を構成する部分には、その部分の周囲の部分に対してピン本体２１０に向けて窪む凹部２２２が形成される。ホイール走行距離の増加にともない硬質層２２０の摩耗量が増加し、硬質層２２０のうちの摩擦部２０を構成する部分の厚さが薄くなる。前方空間Ｓは凹部２２２に対してスクライビングホイール１００の走行方向の前方に隣接する。硬質層２２０の外周面２２１から生じた第１種摩耗粉４１は主に前方空間Ｓに堆積する。なお、第１種摩耗粉４１がホイール孔１１１内における前方空間Ｓ以外の箇所に堆積する場合もある。

図１２、図１３に示される第２遷移状態では、第１遷移状態に引き続きスクライビングホイール１００がピン２００に対して時計回りに回転しながら被加工物に対して走行する。ホイール走行距離の増加にともない前方空間Ｓに堆積する第１種摩耗粉４１の量が増加し、前方空間Ｓに堆積物層４０が形成される。前方空間Ｓに移動する第１種摩耗粉４１の量の増加に応じて堆積物層４０が成長する。

硬質層２２０の摩耗が進行するにつれて凹部２２２の深さが深くなる。凹部２２２の底を構成する硬質層２２０がピン本体２１０から除去された場合、ピン本体２１０が露出する。ピン本体２１０が露出した状態では、ピン本体２１０の外周面２１１も摩擦部２０を構成する。つまり、硬質層２２０の外周面２２１およびピン本体２１０の外周面２１１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。前方空間Ｓは露出したピン本体２１０の外周面２１１に対してスクライビングホイール１００の走行方向の前方に隣接する。摩擦部２０を構成する硬質層２２０の外周面２２１の面積と摩擦部２０を構成するピン本体２１０の外周面２１１の面積との比率はピン本体２１０の露出面積に応じて変化する。ピン本体２１０の露出面積が広くなるにつれて摩擦部２０を構成するピン本体２１０の外周面２１１の比率が高くなる。第２遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数は第１遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数よりも大きい。これには硬質層２２０の摩耗が影響していると考えられる。

図１４、図１５に示される第３遷移状態では、第２遷移状態に引き続きスクライビングホイール１００がピン２００に対して時計回りに回転しながら被加工物に対して走行する。ホイール走行距離の増加にともない硬質層２２０の外周面２２１の摩耗、および、ホイール内周面１３１のなじみがさらに進行する。前方空間Ｓの堆積物層４０の量がさらに増加する。堆積物層４０の量の増加にともない堆積物層４０の厚さが増加する。摩擦部２０を構成するピン本体２１０の外周面２１１はホイール内周面１３１との摩擦により摩耗する。図１５の密度が低いドットは外周面２１１の摩耗部分の一例を示している。

硬質層２２０の摩耗がある程度進行した状態では、摩擦部２０に硬質層２２０の外周面２２１が含まれなくなる場合がある。ピン本体２１０の外周面２１１の摩耗により第２種摩耗粉４２が生じる。第２種摩耗粉４２は前方空間Ｓに移動する。堆積物層４０には第２種摩耗粉４２がさらに含まれる。摩擦部２０を構成するピン本体２１０の外周面２１１の摩耗の進行にともない、その外周面２１１に酸化タングステンが形成される場合がある。これには摩擦熱が影響していると考えられる。図１５の密度が高いドットは外周面２１１の酸化部分の一例を示している。第３遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数は第２遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数よりも大きい。これにはピン本体２１０の外周面２１１の摩耗が影響していると考えられる。

堆積物層４０の厚さがある程度の厚さに達した場合、第３遷移状態から第４遷移状態に遷移する。第３遷移状態における摩擦部２０の状態はピン外周面２０１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される第１摩擦状態である。第４遷移状態における摩擦部２０の状態は堆積物層４０の表面４４とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される第２摩擦状態である。第２摩擦状態では、ピン外周面２０１とホイール内周面１３１とは実質的に接触しない。

図１６、図１７に示される第４遷移状態では、第３遷移状態に引き続きスクライビングホイール１００がピン２００に対して時計回りに回転しながら被加工物に対して走行する。ホイール走行距離の増加にともないホイール内周面１３１のなじみがさらに進行する。第４遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数は第２および第３遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数よりも小さい。これにはピン外周面２０１とホイール内周面１３１とが接触していないことが影響していると考えられる。

第２～第４遷移状態における堆積物層４０の厚さについて例示する。第１例では、堆積物層４０の最大厚さは硬質層２２０の最大厚さよりも厚い。第２例では、堆積物層４０の最大厚さは硬質層２２０の最大厚さと実質的に等しい。第３例では、堆積物層４０の最大厚さは硬質層２２０の最大厚さよりも薄い。堆積物層４０の厚さは硬質層２２０の外周面２２１から生じる第１種摩耗粉４１の量、ピン本体２１０の外周面２１１から生じる第２種摩耗粉４２の量、および、前方空間Ｓに移動する異物４３の量に応じて異なる。

スクライビングホイール１００がピン２００に対して時計回りに回転しながら被加工物に対して引き続き走行することにともない、ホイール内周面１３１のなじみがさらに進行する。前方空間Ｓの堆積物層４０はピン２００とスクライビングホイール１００との相対的な回転にともない加えられる力により徐々に引き延ばされる。図１８、図１９に示される遷移後状態では、堆積物層４０の一部または全部は前方空間Ｓから、露出したピン本体２１０の外周面２１１とホイール内周面１３１との間に移動している。堆積物層４０が移動した状態では、堆積物層４０の表面４４とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。

移動した堆積物層４０は雰囲気中の酸素と反応して酸化物層３０に変化する。酸化反応は堆積物層４０に加えられる力、および、摩擦熱により促進されると考えられる。第２種摩耗粉４２にタングステンが含まれる例では、酸化物層３０の主成分は酸化タングステンである。酸化物層３０が形成された状態では、酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。遷移後状態における摩擦部２０の摩擦係数は第１～第４遷移状態における摩擦部２０の摩擦係数よりも小さい。これにはピン外周面２０１とホイール内周面１３１とが接触していないこと、および、ホイール内周面１３１との摩擦による物理的性質および化学的性質の一方または両方の変化が生じにくい酸化物層３０の表面３１を含めて摩擦部２０が構成されていることが影響していると考えられる。

酸化物層３０の厚さについて例示する。第１例では、酸化物層３０の最大厚さは硬質層２２０の最大厚さよりも厚い。第２例では、酸化物層３０の最大厚さは硬質層２２０の最大厚さと実質的に等しい。第３例では、酸化物層３０の最大厚さは硬質層２２０の最大厚さよりも薄い。酸化物層３０の厚さは主に酸化前の堆積物層４０の厚さに応じて決まる。

遷移後状態のスクライビングホイールセット１０では、ホイール走行距離がさらに増加してもピン２００の状態等が安定する。ピン２００の状態等の安定とは、第１～第４遷移状態におけるホイール走行距離の増加に応じたピン２００の状態等の変化と比較して変化の度合が小さいこと、または、ピン２００の状態等が実質的に変化しないことをいう。遷移後状態における摩擦部２０の摩擦係数はホイール走行距離の増加に対する変動幅が小さい、または、ホイール走行距離が増加しても実質的に変化しない。これにはピン外周面２０１とホイール内周面１３１とが接触していないこと、および、ホイール内周面１３１との摩擦による物理的性質および化学的性質の一方または両方の変化が生じにくい酸化物層３０の表面３１を含めて摩擦部２０が構成されていることが影響していると考えられる。

スクライビングホイールセット１０の作用および効果について説明する。
スクライビングホイールセット１０では、ホイール走行距離の増加にともないピン外周面２０１とホイール内周面１３１との間に酸化物層３０が形成される。酸化物層３０が形成された状態では、酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。このため、スクライビングホイール１００の回転の安定性が高くなり、被加工物のスクライブ加工時にファイバーが発生しにくくなる。これは例えばスクライブ加工された被加工物の品質の向上に寄与する。

(第２実施形態)
第１実施形態のスクライビングホイールセット１０では、ピン２００の状態等の変化を経てピン外周面２０１とホイール内周面１３１の間に酸化物層３０が形成される。図２０に示される第２実施形態のスクライビングホイールセット１０では、ピン２００の状態等の変化を経ることなくピン外周面２０１とホイール内周面１３１の間に酸化物層３０が予め形成されている。酸化物層３０は例えば周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族の金属酸化物を含む。第２実施形態のスクライビングホイールセット１０はこの点で第１実施形態のスクライビングホイールセット１０と相違し、その他の点では第１実施形態のスクライビングホイールセット１０に準じた構成を備えている。摩擦部２０は酸化物層３０の表面３１とピン外周面２０１およびホイール内周面１３１の少なくとも一方とにより構成される。ホイール走行距離と摩擦部２０の摩擦係数との関係は第１実施形態におけるホイール走行距離と摩擦部２０の摩擦係数との関係に準じる。

ピン２００の構成について例示する。図２０に示される第１例では、ピン２００はピン本体２１０を備え、硬質層２２０を備えない。第２例では、ピン２００はピン本体２１０および硬質層２２０を備える。硬質層２２０の形成範囲について例示する。第1例では、硬質層２２０は第１実施形態の初期状態、第１～第４遷移状態、および、遷移後状態のいずれかにおける硬質層２２０と同様の範囲に形成される。第２例では、硬質層２２０は第１例の形成範囲よりも狭い範囲に形成される。ホイール内周面１３１の加工状態について例示する。第１例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工が施される。第２例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工とは異なる仕上げ加工が施される。第３例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工を含めて仕上げ加工が施されない。好ましくは、ホイール内周面１３１はラップ加工またはその他の仕上げ加工が施された平滑な面である。この例では、スクライブ加工時において酸化物層３０が安定して保持される。

酸化物層３０の形成範囲について例示する。第１例では、酸化物層３０はピン外周面２０１とホイール内周面１３１との間における摩擦部２０に対応する範囲に形成される。第２例では、酸化物層３０はピン外周面２０１における摩擦部２０に対応する範囲に形成される。第３例では、酸化物層３０はピン本体２１０の中間部２１２に対応するピン外周面２０１の全体に形成される。第４例では、酸化物層３０はピン本体２１０の円柱に対応するピン外周面２０１の全体に形成される。第５例では、酸化物層３０はピン外周面２０１の全体に形成される。第６例では、酸化物層３０はホイール内周面１３１における摩擦部２０に対応する範囲に形成される。スクライブ加工時においてスクライビングホイール１００がピン２００に対して回転するため、第６例の摩擦部２０に対応する範囲はホイール内周面１３１における環状の範囲となる。第７例では、酸化物層３０はホイール内周面１３１の全体に形成される。第８例では、酸化物層３０は第６例の形成範囲よりも広く、第７例の形成範囲よりも狭い範囲に形成される。酸化物層３０の構成について例示する。第１例では、酸化物層３０はホイール内周面１３１およびピン外周面２０１とは別に形成される酸化物を含む。第２例では、酸化物層３０はホイール内周面１３１またはピン外周面２０１に形成される酸化被膜を含む。

酸化物層３０とピン外周面２０１およびホイール内周面１３１との関係について例示する。第１例では、酸化物層３０はピン外周面２０１に付着し、ホイール内周面１３１に付着しない。酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。第２例では、酸化物層３０はホイール内周面１３１に付着し、ピン外周面２０１に付着しない。ピン外周面２０１と酸化物層３０の表面３１とにより摩擦部２０が構成される。第３例では、酸化物層３０はピン外周面２０１およびホイール内周面１３１のいずれにも付着しない。ピン外周面２０１と酸化物層３０の表面３１とにより第１の摩擦部２０が構成される。酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより第２の摩擦部２０が構成される。

(第３実施形態)
第１実施形態のスクライビングホイールセット１０は、初期状態においてピン外周面２０１に硬質層２２０が形成されていないピン２００を備えている。図２１に示される第３実施形態のスクライビングホイールセット１０のピン２００は初期状態においてピン外周面２０１の少なくとも一部を構成する酸化物層３０を備えている。第３実施形態のスクライビングホイールセット１０はこの点で第１実施形態のスクライビングホイールセット１０と相違し、その他の点では第１実施形態のスクライビングホイールセット１０に準じた構成を備えている。酸化物層３０の表面３１とホイール内周面１３１とにより摩擦部２０が構成される。ホイール走行距離と摩擦部２０の摩擦係数との関係は第１実施形態におけるホイール走行距離と摩擦部２０の摩擦係数との関係に準じる。

ピン２００の構成について例示する。図２１に示される第１例では、ピン２００はピン本体２１０および酸化物層３０を備え、硬質層２２０を備えていない。第２例では、ピン２００はピン本体２１０、硬質層２２０、および、酸化物層３０を備えている。硬質層２２０の形成範囲について例示する。第１例では、硬質層２２０は第１実施形態の初期状態、第１～第４遷移状態、および、遷移後状態のいずれかにおける硬質層２２０と同様の範囲に形成される。第２例では、硬質層２２０は第１例の形成範囲よりも狭い範囲に形成される。ホイール内周面１３１の加工状態について例示する。第１例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工が施される。第２例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工とは異なる仕上げ加工が施される。第３例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工を含めて仕上げ加工が施されない。好ましくは、ホイール内周面１３１はラップ加工またはその他の仕上げ加工が施された平滑な面である。この例では、スクライブ加工時において酸化物層３０が安定して保持される。

酸化物層３０の形成範囲について例示する。第１例では、ピン外周面２０１のうちの摩擦部２０に対応する部分が酸化物層３０の表面３１により構成される。第２例では、ピン本体２１０の中間部２１２に対応するピン外周面２０１の全体が酸化物層３０の表面３１により構成される。第３例では、ピン本体２１０の円柱に対応するピン外周面２０１の全体が酸化物層３０の表面３１により構成される。第４例では、ピン外周面２０１の全体が酸化物層３０の表面３１により構成される。酸化物層３０の構成について例示する。第１例では、酸化物層３０はピン本体２１０または硬質層２２０とは別に形成される酸化物を含む。第２例では、酸化物層３０はピン本体２１０の外周面２１１に形成される酸化被膜を含む。

(第４実施形態)
第１実施形態のスクライビングホイールセット１０は、初期状態においてホイール内周面１３１上に酸化物層３０が形成されていないスクライビングホイール１００を備えている。図２２に示される第４実施形態のスクライビングホイールセット１０のスクライビングホイール１００は初期状態においてホイール内周面１３１の少なくとも一部を構成する酸化物層３０を備えている。第４実施形態のスクライビングホイールセット１０はこの点で第１実施形態のスクライビングホイールセット１０と相違し、その他の点では第１実施形態のスクライビングホイールセット１０に準じた構成を備えている。ピン外周面２０１と酸化物層３０の表面３１とにより摩擦部２０が構成される。好ましくは、ピン外周面２０１はラップ加工またはその他の仕上げ加工が施された平滑な面である。この例では、スクライブ加工時において酸化物層３０が安定して保持される。ホイール走行距離と摩擦部２０の摩擦係数との関係は第１実施形態におけるホイール走行距離と摩擦部２０の摩擦係数との関係に準じる。

酸化物層３０の表面３１により構成される部分を除いたホイール内周面１３１の加工状態について例示する。第１例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工が施される。第２例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工とは異なる仕上げ加工が施される。第３例では、ホイール内周面１３１にはラップ加工を含めて仕上げ加工が施されない。

酸化物層３０の形成範囲について例示する。第１例では、ホイール内周面１３１のうちの摩擦部２０に対応する部分が酸化物層３０の表面３１により構成される。スクライブ加工時においてスクライビングホイール１００がピン２００に対して回転するため、第１例の摩擦部２０に対応する部分はホイール内周面１３１における環状の部分となる。第２例では、ホイール内周面１３１の全体が酸化物層３０の表面３１により構成される。第３例では、ホイール内周面１３１のうちの第１例の形成範囲よりも広く、第２例の形成範囲よりも狭い範囲が酸化物層３０の表面３１により構成される。酸化物層３０の構成について例示する。第１例では、酸化物層３０はスクライビングホイール１００の本体１１０とは別に形成される酸化物を含む。第２例では、酸化物層３０はスクライビングホイール１００の本体１１０の表面１３０に形成される酸化被膜を含む。

なお、上記各実施形態では本発明に関するスクライビングホイールセット等が取り得る形態を例示している。上記各実施形態の説明は本発明に関するスクライビングホイール等が取り得る形態を制限することを意図していない。本発明に関するスクライビングホイール等は各実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、各実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、各実施形態に新たな構成を付加した形態である。

１０ ：スクライビングホイールセット
２０ ：摩擦部
３０ ：酸化物層
３１ ：表面
４０ ：堆積物層
４１ ：第１種摩耗粉
４２ ：第２種摩耗粉
４３ ：異物
４４ ：表面
５０ ：ホルダユニット
６０ ：ホルダ
６０Ａ：配置空間
６１ ：本体
６２ ：支持部
６２Ａ：第１アーム
６２Ｂ：第２アーム
６２Ｃ：貫通孔
６３ ：閉塞部
１００：スクライビングホイール
１０１：中心軸
１１０：本体
１１１：ホイール孔
１１２：面取り
１２０：刃先部
１３０：表面
１３１：ホイール内周面
２００：ピン
２０１：ピン外周面
２１０：ピン本体
２１１：外周面
２１２：中間部
２１３：端部
２２０：硬質層
２２１：外周面
２２２：凹部
Ｓ ：前方空間

Claims (9)

1. ピンが挿入される貫通孔を規定し、ラップ加工が施された内周面を含むスクライビングホイールと、
   ピン本体、および、前記ピン本体の外周面に設けられる硬質層を含むピンとを備え、
   前記スクライビングホイールの内周面は超硬合金または多結晶ダイヤモンドを含み、
   前記ピン本体の外周面は超硬合金を含み、
   前記硬質層はダイヤモンドライクカーボンを含む
   スクライビングホイールセット。
2. 前記スクライビングホイールの内周面はダイヤモンド焼結体を含む
   請求項１に記載のスクライビングホイールセット。
3. 前記スクライビングホイールの内周面のスキューネスは０未満である
   請求項１または２に記載のスクライビングホイールセット。
4. 前記スクライビングホイールの内周面の算術平均粗さは０．０５μｍ以下である
   請求項１～３のいずれか一項に記載のスクライビングホイールセット。
5. 前記スクライビングホイールの内周面の表面粗さに関する最大高さは０．５μｍ以下である
   請求項１～４のいずれか一項に記載のスクライビングホイールセット。
6. 前記スクライビングホイールの内周面と前記ピンの外周面との間に設けられる酸化物層とを備える
   請求項１～５のいずれか一項に記載のスクライビングホイールセット。
7. 請求項１～６のいずれか一項に記載のスクライビングホイールセットと、
   前記ピンを支持するホルダとを備える
   ホルダユニット。
8. 超硬合金を含むピン本体と、
   前記ピン本体の外周面に設けられるダイヤモンドライクカーボンを含む硬質層と、
   前記ピン本体の外周面の少なくとも一部を構成する酸化物層を備える
   スクライビングホイールのピン。
9. ピンが挿入される貫通孔を規定する内周面にラップ加工が施されており、前記内周面は超硬合金を含み、さらに少なくとも一部を構成する酸化物層を備える
   スクライビングホイール。