JP2015000497A - チップホルダユニット、チップホルダ、ピン、ホイールチップ及び基板加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ホイールチップをふらつかずに保持できるチップホルダを提供する。
【解決手段】 ホイールチップ２と、軸挿通孔１に挿通させたホイール軸３によりホイールチップ２を保持するチップホルダ４Ａとからなり、チップホルダ４Ａのホルダ本体４は、溝５を挟んで相対する面を備えた左右の支持部６、７を有し、該支持部６、７には取付孔８、９を介してホイール軸３が取り付けられ、ホイール軸３は、細径部３ａと、テーパー部３ｂと、大径部３ｃとにより形成され、細径部３ａの周面は軸挿通孔１に摺接可能に嵌合されており、ホイールチップ２の一側面に開口する軸挿通孔１の縁部にはガイド面１ａが設けられ、該ガイド面１ａにホイール軸３のテーパー部３ｂが接触し、ホイールチップ２のガイド面１ａとは反対側の側面２ａが一方の支持部材６の面６ａに接触した状態で、ホイールチップ２がホイール軸３に回転可能に支持されるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、外周稜線部に刃先を有する円板状のホイールチップ（カッターホイール、またはスクライビングホイールともいう）と、このホイールチップを保持するピン、ピンを保持するチップホルダ、及びチップホルダ、ホイールチップとピンからなるチップホルダユニット、また、このチップホルダユニットを使用した基板加工装置に関する。
このようなチップホルダ（チップホルダユニット）は、テーブル上に載置した基板の表面に、ホイールチップを押しつけながら転動させることにより、前記基板にスクライブ加工を行う基板加工装置等に用いられる。

従来から、ガラス、シリコン、セラミック、半導体などの脆性材料からなる基板や貼り合わせ基板（以下単に「基板」という）の表面に、ホイールチップを用いてスクライブラインを形成する基板加工装置が知られている（例えば特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
このような基板加工装置は、装置のフレームに移動可能に取り付けられたスクライブヘッドを備えており、スクライブヘッドにはホルダジョイントを介して、ホイールチップを保持するチップホルダが設けられている。
図７は、特許文献３等に開示されている従来のチップホルダを示すものであって、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は断面図である。
このチップホルダ２１は、略円柱状のホルダ本体２２と、ホルダ本体２２の下端でホイールチップ取り付け用の溝２３を挟んで平行に形成された左右一対の支持部２４、２４とを備えている。これら支持部２４、２４の間の溝２３に、ホイール軸（ピン）２５を介してホイールチップ２６が回転自在に取り付けられている。

ホイールチップ２６の側面と左右の支持部２４、２４の面との間にはわずかなクリアランスが確保されてり、このクリアランスは、例えばホイールチップ２６の直径が１．０〜３．０ｍｍの場合、５〜３５μｍ程度となっている。これにより、ホイールチップの自由な回転を許容するようにしているが、その反面、クリアランスの寸法だけホイール軸２５の軸方向への移動が自由となる。そのため、ホイールチップが左右にふらついてホイールチップの回転位置が安定せず、スクライブ時に所望のスクライブラインの形成位置からずれるなどの弊害が生じるおそれがあった。

ホイールチップのふらつきは、上記したクリアランスを、ホイールチップの自由回転を許す範囲内で極限まで小さくすることにより解決できるが、小さなホイールチップやチップホルダの支持部に高度な精密加工をすることが実質的に難しく、仮に加工が可能だとしても非常に高価になるなどの問題点がある。

このような問題を解決するために出願人は、特許文献３において、上記したチップホルダのホイール軸２５に、図８に示すような螺旋状の溝２５ａを外周面に設けたホイールチップ、あるいは図９に示すようなホイール軸２５自体をテーパー状にしたホイールチップを提案した。
これによれば、ホイール軸周面で回転するホイールチップ２６が螺旋状溝の螺進方向、もしくはテーパー面の傾斜下位方向に移動して一方の支持部２４の面２４ａに接する位置で回転することになり、ホイールチップ２６を常に定位置で回転させることができる。

国際公開ＷＯ２００７／０６３９７９号公報 特開２０１１−２１８８１５号公報 特開２０１２−０００９９５号公報

しかし、特許文献３の手段では次のような問題点が存在することが判明した。
すなわち、図８で示した螺旋状の溝を有するホイール軸２５では、螺旋状の溝２５ａが浅すぎると、ホイールチップ２６を回転摩擦力で螺進方向に移動させることができない。したがって、螺旋状の溝２５ａを回転摩擦力によって移動させるに充分な螺旋溝の深さ（谷山）にする必要があるが、溝を深くすると、細いピンを用いなければならない場合に軸強度が劣化しやすくなるといった問題点がある。
また、図９で示したテーパー状のホイール軸２５では、図９（ｂ）に示すように、回転中のホイールチップ２６はホイール軸２５の外周面に対し常に線接触で接触し、この線接触部分に荷重が集中的に負荷されることになる。このため、線接触部分の摩耗が進むと、ホイールチップ２６の回転位置を正確に定めることが難しくなっていた。
さらに、特許文献３の手段においては、いずれもホイールチップの回転に伴ってホイールチップが移動するため、スクライブ開始からホイールチップがホルダの側面に当接するまでのわずかな間は、スクライブラインが蛇行する場合があった。
そこで本発明は、上記課題に鑑み、スクライブの開始時点からホイールチップのふらつきが生じないように保持することが可能なチップホルダを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明のチップホルダユニットは、外周稜線部に刃先を有し、かつ中心に軸挿通孔を有する円板状のホイールチップと、前記軸挿通孔に挿通させたホイール軸と、前記ホイール軸を支持することにより前記ホイールチップを保持するチップホルダとからなり、前記チップホルダのホルダ本体は、前記ホイールチップを配置する溝を挟んで互いに相対する面を備えた左右一対の支持部を有し、該支持部には取付孔を介して前記ホイール軸が取り付けられているようにする。
前記ホイール軸は、細径部と、該細径部に連なるテーパー部と、該テーパー部に連なる大径部とにより形成され、前記細径部の周面が前記ホイールチップの軸挿通孔に摺接可能に嵌合するように形成されているようにする。
そして、前記ホイールチップの一側面に開口する前記軸挿通孔の縁部には外側に広がったガイド面が設けられており、このガイド面に前記ホイール軸のテーパー部が接触し、ホイールチップの前記ガイド面とは反対側にある側面が一方の支持部材の面に接触した状態で、ホイールチップが前記ホイール軸に回転可能に支持されている構成とした。

上記ホイールチップの軸挿通孔の一端開口縁に設けられるガイド面は直線状の傾斜面であってもよく、凸円弧面であってもよい。また、ホイール軸のテーパー部も直線状の傾斜面に限らず、緩やかに膨らんだ円弧面であってもよい。

本発明によれば、ホイール軸のテーパー部がホイールチップのガイド面に当接し、ホイールチップの一側面が支持部材の面に接触した状態でホイールチップがホイール軸に回転可能に支持される。したがって、ホイールチップは一方の支持部材の面とホイール軸のテーパー部との間で位置決めされ、ふらつきのない状態で回転することが可能となる。これにより、スクライブ時に定められたスクライブ予定ラインに沿って精度よくスクライブすることができる。また、ホイール軸の細径部の周面がホイールチップの軸挿通孔に面接触で摺接可能に嵌合されているので、ホイールチップをホイール軸の周りで安定した状態で円滑に回転させることができる、といった効果がある。

上記発明において、前記ホイール軸の前記細径部と前記ホイールチップの軸挿通孔内周面との摺接部分が、ホイールチップの厚みの半分以上とするのがよい。
これにより、ホイールチップの回転の安定性及び円滑性をさらに高めることができる。

上記発明において、前記ホイール軸の大径部の外端が位置する一方の取付孔を当板で塞ぐことにより前記ホイール軸の取り付け状態を保持するようにするのがよい。
これにより、ホイール軸を支持部に固定してホイールチップの位置決めされた状態を保持するとともに、ホイール軸が取付孔から抜脱するのを阻止することができる。

本発明に係るチップホルダユニットの一例を示す斜視図。 チップホルダユニットのホルダジョイントへの取付状態を示す一部断面図。 チップホルダのホイールチップ取付部分を示す分解図並びに断面図。 チップホルダユニットのホイールチップガイド面の別実施例を示す断面図。 図４のさらに別の実施例を示す断面図。 チップホルダユニットにおけるホイール軸の固定例を示す断面図。 従来のチップホルダを示す側面図並びに断面図。 従来のチップホルダのホイール軸部分の一例を示す説明図。 図８の他の一例を示す説明図。

以下において、本発明に係るチップホルダユニットについて説明する。図１は本発明が実施されるチップホルダユニットの一態様を示す斜視図であり、図２はチップホルダユニットを基板加工装置のスクライブヘッドに設けられたホルダジョイントに取り付けた状態を示す一部断面図、図３はチップホルダユニットにおけるホイールチップの取り付け部分を示す分解図並びに断面図である。

チップホルダユニットＡは、外周稜線部に刃先を有し、かつ、中心に軸挿通孔１を有する円板状のホイールチップ２と、軸挿通孔１に挿通させたホイール軸３によりホイールチップ２を保持するチップホルダ４Ａと、ホイール軸３から構成される。ホイールチップ２並びにホイール軸３は、超硬合金や焼結ダイヤモンドなどの工具特性に優れた材料で形成するのがよい。
チップホルダ４Ａのホルダ本体４は、ホイールチップ２を配置する溝５を挟んで互いに相対する平坦な面６ａ、７ａを備えた左右一対の支持部６、７を有する。該支持部６、７には内径の異なる取付孔が同軸に形成されており、これらを介して上記ホイール軸３が取り付けられている。本実施形態においては、支持部６には細径取付孔８が、支持部７には細径取付孔８よりも内径の大きい大径取付孔９が形成されている。細径取付孔８、大径取付孔９はそれぞれ後述するホイール軸３の細径部３ａ、大径部３ｃに対応して径が決定される。

ホイール軸３は円柱体で形成され、細径部３ａと、細径部３ａに連なるテーパー部３ｂと、テーパー部３ｂに連なる大径部３ｃとにより形成されている。そして、細径部３ａの周面がホイールチップ２の軸挿通孔１と細径取付孔８の内径に、大径部３ｃが大径取付孔９とそれぞれ面接触で摺接可能に嵌合するように形成されている。この軸挿通孔１の摺接部分の幅Ｌは、ホイールチップ２の厚みの半分以上とするのが好ましい。基板にホイールを押しつけたときに加わる荷重は、幅Ｌの部分で均等に分散させることができて集中荷重とならないので、ホイール軸３の局所的な摩耗が低減される。そしてホイールチップ２がホイール軸３の周りで安定した状態で円滑に回転することができる。なお、テーパー部３ｂの形状は、図示したような直線に限らず、緩やかに膨らんだ曲面で形成してもよい。

ホイールチップ２の一側面に開口する軸挿通孔１の縁部には、外側に広がったガイド面１ａが設けられている。このガイド面１ａにホイール軸３のテーパー部３ｂが当接し、ホイールチップ２のガイド面１ａとは反対側にある側面２ａが、一方の支持部材６の面６ａにわずかなクリアランスでホイールチップ２がホイール軸３に回転可能に支持されるようにしてある。これにより、ホイールチップ２がふらつきのない状態で位置決めされ、常に定位置で回転することができる。溝５の幅とホイールチップ２の厚さの公差によれば、最大３５μｍのクリアランスが生じるが、ホイール軸３のテーパー部３ｂがガイド面１ａに当接することにより、このクリアランスを最大１５μｍ程度とすることができる。なお、ホイールチップ２が面６ａに完全に押しつけられてクリアランスが０となった場合には、ホイールチップ２の円滑な回転を妨げるおそれがあるため、１〜５μｍ程度確保することが好ましい。
なお、ガイド面１ａは、ホイール軸３のテーパー部３ｂに接触してホイールチップ２の位置決めができればよいものであるから、図３に示すような直線に限らず、図４に示すような凸円弧面で形成することも可能である。また、ガイド面１ａが直線の傾斜面の場合は、その傾斜角度が図３（ｂ）のようにホイール軸３のテーパー部３ｂの傾斜角度よりも大きくてもよく、図５（ａ）に示すように同じであってもよく、図５（ｂ）に示すように小さくてもよい。これらの角度は、ホイールチップ及びホイール軸の素材や表面粗さ等により、適宜調整される。ガイド面１ａ及びテーパー部３ｂがともに直線で、傾斜角度が等しい場合には面接触となり回転抵抗が比較的高くなるが、荷重を分散させることができる。また、それぞれを凸円弧面で形成した場合や傾斜角度が異なる場合には線接触となり、回転抵抗を低くすることができるが、接触部分では摩耗が起こりやすくなる。いずれの場合も、ホイール軸３のテーパー部３ｂをガイド面１ａに当接させることにより上記したホイールチップ２の位置決めが可能である。
また、ガイド面１ａはホイールチップ２の一側面に形成されていればよいが、両側面に形成されてもよい。

図３に示したように、チップホルダユニットＡの組み立てにおいて、ホイール軸３は、ホルダ本体４の大径取付孔９に細径部から挿入され、溝５内のホイールチップ２の軸挿通孔１を貫通し、細径部３ａが細径取付孔８に、大径部３ｃが大径取付孔９内に保持される。そして、上記したホイールチップ２の位置決めされた取り付け状態を維持するため、支持部材に固定する必要がある。そのために本実施例では、図６（ａ）に示すように、チップホルダ４Ａに当板１０とビス１１を設け、ホイール軸３の大径部３ｃの外端が支持部７の大径取付孔９からわずかに内部に位置するように取り付け、この大径取付孔９を支持部７の外面から当板１０で当てつけて塞ぐようにしている。当板１０はビス１１によりホルダ本体４に止着されるようにする。これによりホイール軸３を支持部７に保持することができて、ホイールチップ２の位置決めされた状態を保持するとともに、取付孔９内でホイール軸３はわずかなクリアランスで固定され、ホイールチップ２が面６ａに押しつけられて回転が妨げられることなく、取付孔９からホイール軸３が抜脱するのを阻止することができる。
なお、ホイール軸３の固定手段は、上記の実施例に限らず下記の方法によっても取り付けることが可能である。

（変形例１）
変形例１では、図６（ｂ）に示すように、ホイール軸３の大径部３ｃの外端が支持部７の大径取付孔９からわずかに内部に位置するように取り付け、この大径取付孔９を支持部７の外面から２〜４箇所程度カシメることにより爪片１５を形成する。この爪片１５により、ホイール軸３を保持している。本変形例では、ホイールチップ２及びホイール軸３をチップホルダと一体としたチップホルダユニットとすることで、ホイールチップ２の交換時にチップホルダユニットごと交換することができる。

（変形例２）
変形例２では、図６（ｃ）に示すように、ホイール軸３の大径部３ｃの外端が支持部７の大径取付孔９から内部に位置するように取り付け、さらに大径取付孔９内に当板１０ａを挿入する。そして、この大径取付孔９を支持部７の外面から当板ごと２〜４箇所程度カシメることにより爪片１５を形成してホイール軸３を保持している。ホイール軸３がホイールチップ２の回転に伴って回転した場合にも、当板１０ａに当接してカシメた部分に直接接触することがないため、ホイール軸３をより強固に取付孔９内に保持することができる。

（変形例３）
変形例３では、図６（ｄ）に示すように、ホイール軸３の大径部３ｃの外端が支持部７の大径取付孔９から内部に位置するように取り付け、大径部３ｃの外側に所定厚さのスポンジ、ゴムまたはバネ等の弾性体１６を挿入する。そして、この大径取付孔９を支持部７の外面から当板１０で当てつけて塞ぐようにしている。当板１０はビス１１によりホルダ本体４に止着される。本変形例では、弾性体１６の弾性力により、ホイールチップ２を面６ａに押しつけすぎることなく保持することができる。なお、当板１０は変形例２のようにカシメて固定しても同様の効果を得ることができる。

（変形例４）
変更例４では、図６（ｅ）に示すように、ホイール軸３の大径部３ｃの外端を支持部７の外面よりわずかに突出するようにし、板バネ等の弾性体で形成した当板１０ｂでホイール軸３の突出端面を弾力的に押しつけるようにしてもよい。当板１０ｂはビス１１によりホルダ本体４に止着される。この場合も当板１０ｂの弾性力により、ホイールチップ２を面６ａに押しつけすぎることなく保持することができる。

なお、ホイール軸３の固着手段としては、上記方法の他に、例えば大径部３ｃの外周面並びに大径取付孔９の内面にネジを設けて螺合手段により取り付けたり、あるいは接着剤により固着したりすることも可能である。

ホルダ本体４の上部は、図１、２に示すように、チップホルダユニットＡをホルダジョイント１３に取り付けるための取付部１２を形成している。ホルダジョイント１３は、初頭で述べた基板加工装置のスクライブヘッド１４に組み付けられている。
ホルダ本体４の取付部１２は磁性体金属により形成され、取付部１２の一部を切り欠くことにより垂直な平面部１２ａと傾斜面１２ｂが形成されている。

ホルダジョイント１３は、上部にベアリング１３ａを備えており、下部がチップホルダユニットＡを保持する保持部１３ｂとなっている。保持部１３ｂには、下方に向かって開口する断面略円形の開口部１３ｃが設けられており、その内奥部に磁石１３ｄが取り付けられている。さらに、開口部１３ｃの内部には、開口部の軸心とは離れた箇所で該軸心と直交する方向に延びる平行ピン１３ｅが設けられている。この平行ピン１３ｅは、チップホルダユニットＡが開口部１３ｃに挿入されたときに、ホルダ本体４の傾斜面１２ｂに接触してチップホルダユニットＡの方向や姿勢が一定になるように位置決めするものである。

チップホルダユニットＡをホルダジョイント１３に取り付ける際は、ホルダジョイント１３の開口部１３ｃにチップホルダユニットＡを、その取付部１２から挿入して行う。取付部１２がホルダジョイント１３の開口部１３ｃに挿入されると、チップホルダユニットＡの傾斜面１２ｂに平行ピン１３ｅが接触すると共に、チップホルダユニットＡの上端部が磁石１３ｄに磁着されて保持される。これにより、チップホルダユニットＡの姿勢が自動的に一定方向に向いた状態でチップホルダユニットＡをホルダジョイント１３に取り付けることができる。

以上述べたように、本発明のチップホルダユニットＡでは、ホイール軸３のテーパー部３ｂがホイールチップ２のガイド面１ａに当接し、ホイールチップ２の側面２ａが支持部材６の面６ａに接触した状態でホイールチップ２がホイール軸３に回転可能に支持される。したがって、ホイールチップ２は一方の支持部材６の面６ａとホイール軸３のテーパー部３ｂとの間で挟まれて位置決めされ、ふらつきのない状態で回転することが可能となる。これにより、スクライブ時に定められたスクライブ予定ラインに沿って正確にスクライブすることができる。
また、ホイール軸３の細径部３ａの周面がホイールチップ２の軸挿通孔１に面接触で摺接可能に嵌合されているので、ホイールチップ２をホイール軸３の周りで安定した状態で円滑に回転させることができる。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものでない。例えば、チップホルダユニットＡを基板加工装置のスクライブヘッドに取り付ける部分の構成は上記実施例に限定されるものでなく、ネジ止め等によりチップホルダをスクライブヘッドに直接取り付けるなど、どのような形態のものであってもよい。また、上記実施例のような基板加工装置に限定されるものではなく、例えば、チップホルダまたはチップホルダが取り付けられたホルダジョイントに柄を取り付け、ユーザーがこの柄を持って移動させることで脆性材料基板を加工するハンドカッターとしてもよい。その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明は、セラミック基板やガラス基板等の脆性材料基板にスクライブラインを加工したり、分断したりする際に使用されるホイールチップのホルダに適用される。

Ａ チップホルダユニット
１ 軸挿通孔
１ａ ガイド面
２ ホイールチップ
３ ホイール軸
３ａ 細径部
３ｂ テーパー部
３ｃ 大径部
４ ホルダ本体
４Ａ チップホルダ
５ 溝
６、７ 支持部
８、９ 取付孔
１０ 当板

Claims (11)

1. 外周稜線部に刃先を有し、かつ中心に軸挿通孔を有する円板状のホイールチップと、前記軸挿通孔に挿通させたホイール軸と、前記ホイール軸を支持することにより前記ホイールチップを保持するチップホルダとからなり、
   前記チップホルダのホルダ本体は、前記ホイールチップを配置する溝を挟んで互いに相対する面を備えた左右一対の支持部を有し、該支持部には取付孔を介して前記ホイール軸が取り付けられており、
   前記ホイール軸は、細径部と、該細径部に連なるテーパー部と、該テーパー部に連なる大径部とにより形成され、前記細径部の周面が前記ホイールチップの軸挿通孔に摺接可能に嵌合するように形成されており、
   前記ホイールチップの一側面に開口する前記軸挿通孔の縁部には外側に広がったガイド面が設けられており、このガイド面に前記ホイール軸のテーパー部が接触し、ホイールチップの前記ガイド面とは反対側にある側面が一方の支持部材の面に接触した状態で、ホイールチップが前記ホイール軸に回転可能に支持されているチップホルダユニット。
2. 前記ホイール軸の前記細径部と前記ホイールチップの軸挿通孔内周面との摺接部分が、ホイールチップの厚みの半分以上である請求項１に記載のチップホルダユニット。
3. 前記ホイールチップの軸挿通孔の前記ガイド面が直線状の傾斜面である請求項１または請求項２に記載のチップホルダユニット。
4. 前記ホイールチップの軸挿通孔の前記ガイド面が凸円弧面である請求項１または請求項２に記載のチップホルダユニット。
5. 前記ホイール軸の大径部の外端が位置する一方の取付孔を当板で塞ぐことにより前記ホイール軸の取り付け状態を保持するようにした請求項１〜請求項４のいずれかの請求項に記載のチップホルダユニット。
6. ホイールチップを保持するチップホルダであって、
   前記チップホルダのホルダ本体は、前記ホイールチップを配置する溝を挟んで互いに相対する面を備えた左右一対の支持部を有し、該支持部にはホイール軸が取り付けられる取付孔が設けられており、
   前記取付孔は、支持部の一方に形成された細径取付孔と支持部の他方に前記細径取付孔と同軸に形成された、前記細径取付孔よりも内径の大きな大径取付孔とにより形成されているチップホルダ。
7. 前記ホルダ本体の前記大径取付孔を塞ぐ当板を有することを特徴とする請求項６に記載のチップホルダ。
8. ホイールチップの軸挿通孔に挿通されるピンであって、細径部と、該細径部に連なるテーパー部と、該テーパー部に連なる大径部を有するピン。
9. 外周稜線部に刃先を有し、かつ中心に軸挿通孔を有する円板状のホイールチップであって、前記ホイールチップの一側面に開口する前記軸挿通孔の縁部には外側に広がったガイド面が設けられていることを特徴とするホイールチップ。
10. テーブル上に載置した脆性材料基板の表面に、ホイールチップを押しつけながら転動させることにより、前記脆性材料基板にスクライブ加工を行う基板加工装置であって、
    スクライブヘッドに組み付けられたホルダジョイントに請求項１〜４のいずれかに記載のチップホルダユニットが取り付けられることを特徴とする基板加工装置。
11. 請求項１〜４のいずれかに記載のチップホルダユニットに柄が取り付けられることを特徴とする基板加工装置。

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