JP4365251B2 - ダイヤモンドスクライバー及びダイヤモンドスクライバーの製造方法 - Google Patents
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Description
このダイヤモンドスクライバーは、通常シャンクの先端に1/10〜1/150カラット程度の単結晶ダイヤモンドを取り付け、所定形状に成形研磨したもので、先端のダイヤモンドの形状としては、頂面が平面である三角錐台、四角錐台などの角錐台形状や、円錐台形状のものなどがある。
このようなダイヤモンドスクライバーを、ワーク表面に当接させ、一定の荷重をかけて移動させることで、ワークにスクライブ線(刻線)が形成される。この際、ワーク内部に歪みを発生させて、その部分から、ワークを分割(ブレーク)する。ワークに当接させることができるエッジ部の数によって、例えば2ポイントタイプ、3ポイントタイプ、4ポイントタイプ、8ポイントタイプなどがある。
図1は、4ポイントタイプとして、通常用いられているダイヤモンドスクライバーの1例の部分斜視図である。この図は、スクライバーのカッター1を頂面側から見た斜視図であって、カッター1は四角錐台の形状を有し、シャンク2に取り付けられている。このカッター1は、四角形の頂面1aと4つの側面1bとを有し、側面1b同士が交わる個所に4つの稜線1cが形成されており、また頂面1aと側面1bとが交わる個所に4つの頂面の辺1dが形成されている。そして、頂面1aの角には4つの三角錐のエッジ部3が形成されている。
図2は、上記スクライバーのカッターのエッジ部によってスクライブ線を形成させた1例を示す図であり、この図2に示すように、三角錐のエッジ部3をワーク4の表面に当接させ、稜線1c側にカッター1を移動することで、ワーク4の表面にスクライブ線として連続して垂直クラックが形成される。
カッター1の三角錐のエッジ部3は、使用により徐々に摩耗してくると、ワーク4に良好な垂直クラックを形成することができなくなる。このため、エッジ部3が摩耗すると、カッター1を回転し、新たな尖っているエッジ部3をワーク4の表面に当接することが行われる。
ダイヤモンドスクライバーは、単結晶ダイヤモンドを金属製シャンクの先端の凹部にロウ付け法などにより接合したのち、通常回転可能な鋳鉄製の円盤上にダイヤモンドパウダーを塗り付け、これに予め決められた研磨角度でセットされたダイヤモンドを押しつけて、前記円盤を回転させながら、一定荷重及び一定時間だけ研磨することにより、カッターを形成することが行われる。
例えば、前記の4ポイントタイプのスクライバーのカッターを作製する場合には、四角錐台形状にダイヤモンドを加工するために、スカイフ技術により4つの結晶面を全て平面研磨することが行われる。
一方、単結晶ダイヤモンドは結晶構造を有することから、結晶面{100}、{110}及び{111}があり、結晶面によって耐摩耗性が異なることが知られている。そこで、結晶面{100}、{110}及び{111}の中で、{111}面が、{100}面及び{110}面に比べて格段に耐摩耗性に優れていることから、{111}面を稜線と一致させるように研磨加工が行われている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、従来のダイヤモンドスクライバーにおける角錐台形状のカッターは、以下に示すような問題点があった。
(1)単結晶ダイヤモンドの研磨処理は、作業者の熟練により結晶面を選んで行われているが、作業者の熟練度にばらつきが大きく、稜線と結晶面とが正確に一致せず、切れ刃の耐摩耗性が悪くなる場合がある。
(2)結晶面を全て平面研磨する必要があるため、加工コストが高くつく。
(3)頂面の辺及び稜線をピン角にすると刃先が鋭角になるため欠損しやすくなる上、刃先の負荷が増大し、摩耗が早くなる。
従来、ダイヤモンドスクライバーのカッターの寿命を延ばすために、ワークに当接させることのできるエッジ部の数を多くする工夫がなされてきた(例えば特許文献2、特許文献3参照)。しかしながら、この場合、エッジ部の数には限度があり、また、エッジ部を多くすることによって、カッターを研磨加工して作製するための工程が煩雑となり、製造コストが高くつくのを免れないなどの問題があった。
すなわち、本発明は、
(1)多角形の頂面と、側面とを備えた多角錐台形状部を有する単結晶ダイヤモンドをカッターとするスクライバーにおいて、前記カッターの頂面が前記単結晶ダイヤモンドの結晶面の{100}又は{111}面であり、前記カッターの側面が曲面であり、かつ前記頂面と前記側面で形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ曲線であることを特徴とするダイヤモンドスクライバー、
(2)多角形が四角形であり、前記カッターの頂面が{100}面であり、かつ前記側面が{110}面に接する曲面であり、かつ前記稜線が{111}面に接する曲線である上記(1)項に記載のダイヤモンドスクライバー、及び
(3)四角形の頂面と、側面とを備えた四角錐台形状部を有する単結晶ダイヤモンドをカッターとするスクライバーの製造方法において、単結晶ダイヤモンドを軸状シャンクの一端に前記単結晶ダイヤモンドの{100}面が前記軸状シャンクの軸心に対して略垂直になるように取り付けた後、前記単結晶ダイヤモンドを研磨して{100}面の頂面を形成し、次いで該単結晶ダイヤモンドを前記軸状シャンクの軸心周りに回転させながら研磨盤に当接させることにより、前記側面が{110}面に接する曲面であり、かつ前記頂面と前記側面とで形成される頂面の辺が曲線であり、かつ稜線が{111}面に接する曲線であるカッターを形成することを特徴とするダイヤモンドスクライバーの製造方法、
を提供するものである。
図3は、本発明のダイヤモンドスクライバーにおいて、カッターとして用いられる単結晶ダイヤモンドの結晶面と、この面によって構成される結晶外形を示す説明図である。単結晶ダイヤモンドは、立方晶系に属する結晶構造を有しており、この図3で示されるように3種の結晶面が結晶体に現れる。
図3において(a)は{100}面を、また、この面だけから構成された結晶体を示している。結晶軸x、y、zに関してそれぞれ{100}面が現れ({100面}、{101}面、{001}面はそれぞれ互いに等価である。)、結晶体の肉側(内側)と空間側を分ける面がそれぞれ表にあるか裏にあるかに応じて、見かけ上合計6つの面がある。この6つの面だけで構成された場合が同図に示される六面体結晶である。
(b)は{110}面を、また、この面だけから構成された結晶体を示している。(a)と同様に考えて、見かけ上合計12の面がある。この12の面だけで構成された場合が同図に示される十二面体結晶である。更に、(c)は{111}面を、また、この面だけから構成された結晶体を示している。同様に、見かけ上合計8の面がある。この8つの面だけで構成された場合が同図に示される八面体結晶である。
これらの3種の面が普通は複合されて現れる。図4は、これら3種の結晶面の全てが現れたダイヤモンド単結晶の1例を示す図であるが、この図のようにほぼ球形に近い均整のとれた形になることは稀である。
図5のグラフからわかるように、十二面体面{110}面が最も加工性が高く、六面体面{100}面がこれに続く。一方、八面体面{111}面については、ほとんど摩耗が発生せず実質的に研磨できていない(特開2002−36017号公報)。
本発明のダイヤモンドスクライバーにおいては、前記カッターの頂面が前記単結晶ダイヤモンドの結晶面の{100}又は{111}面であり、前記カッターの側面が曲面であり、かつ前記頂面と前記側面で形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ曲線であることを特徴とするものである。そして、特に多角形が四角形であり、前記カッターの頂面が{100}面であり、かつ前記側面が{110}面に接する曲面であり、かつ前記稜線が{111}面に接する曲線であるものが好ましい。
従来の多角形の頂面と側面とを備えた多角錐台形状部を有する単結晶ダイヤモンドをカッターとするスクライバーにおいては、該カッターの頂面及び側面が、それぞれ前記単結晶ダイヤモンドにおける結晶面の{100}面及び{111}面であっても、頂面と側面とで形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ直線形状を有している。
図6は、従来の4ポイントタイプのダイヤモンドスクライバーにおけるカッターの1例の正面図(a)、平面図(b)、及びA視図(c)である。この4ポイントタイプのカッター60の四角錐台の稜線63と頂面62との交点61がカットポイントとなり、稜線63と頂面62が押していく形でスクライビングが進行する。しかし、稜線63及び頂面の辺64は直線状であり、切れ刃のチッピングなどの欠損が生じやすい。また、ワークと稜線との接触角度が鋭角で、点接触となるため、満足する良好なスクライブ線が得られにくい。
図7は、本発明の4ポイントタイプのダイヤモンドスクライバーにおけるカッターの1例の正面図(a)及び平面図(b)である。この4ポイントタイプのカッター70の四角錐台の稜線73と頂面72との交点71がカットポイントとなり、稜線73と頂面72が押していく形でスクライビングが進行する。そして、稜線73及び頂面の辺74が曲線であり、その結果、切れ刃のチッピングなどの欠損を抑制することができる。また、ワークと稜線との接触する角度が緩やかになり、従来のように点接触ではなく、線接触することから、良好にスクライブされる。
本発明のダイヤモンドスクライバーにおけるカッターの多角錐台の形状については特に制限はないが、{111}面を効率よく利用するためには四角錐台であることが好ましい。そして、単結晶ダイヤモンドとしては、単結晶八面体ダイヤモンドが、形が明瞭で結晶面が分りやすいために、頂面の設定作業が容易であり、四角錐状かつ{111}面を有する結晶構造を有していることから、{111}面を効率よく利用し得るので好ましい。
また、該カッターは、稜線と{111}面が一致しているので、耐摩耗性が良好である。稜線と{111}面が一致しないと、すぐにエッジ部が摩耗し、ワークに良好なスクライブ線を形成することができなくなる。
本発明のダイヤモンドスクライバーの製造方法においては、四角形の頂面と、側面とを備えた四角錐台形状部を有する単結晶ダイヤモンドをカッターとするスクライバーを製造するに際し、まず、単結晶ダイヤモンドを軸状シャンクの一端に前記単結晶ダイヤモンドの{100}面が前記軸状シャンクの軸心に対して略垂直になるように取り付けた後、前記単結晶ダイヤモンドを研磨して{100}面の頂面を形成し、次いで該単結晶ダイヤモンドを前記軸状シャンクの軸心周りに回転させながら研磨盤に当接させることにより、前記側面が{110}面に接する曲面であり、かつ前記頂面と前記側面とで形成される頂面の辺が曲線であり、かつ稜線が{111}面に接する曲線であるカッターを形成させる。
単結晶ダイヤモンドの{100}面が前記軸状シャンクの軸心に略垂直になるように該ダイヤモンドをシャンクに取り付ける方法については特に制限はなく、従来公知の方法、例えばロウ付け法などを用いることができる。このロウ付け法としては、真空中又は不活性ガス雰囲気下で行う方法、あるいはダイヤモンド表面にチタニウム、タングステン、コバルトなどの遷移金属をスパッタリングしたのち、さらにその上に銅、銀、ニッケル又はこれらの台金の中から選ばれる少なくとも1種をスパッタリングし、このものを大気中でシャンクにロウ付けする方法などを用いることができる。前記単結晶ダイヤモンドを研磨して{100}面の頂面を形成させる方法については特に制限はなく、従来ダイヤモンドスクライバーのカッターの作製において慣用されている方法を用いることができる。
本発明方法においては、単結晶ダイヤモンドを軸状シャンクの一端に前記単結晶ダイヤモンドの{100}面が前記軸状シャンクの軸心に対して略垂直になるように取り付けた後、前記単結晶ダイヤモンドを研磨して{100}面の頂面を形成し、次いで該単結晶ダイヤモンドを前記軸状シャンクの軸心周りに回転させながら研磨盤に当接させて研磨する。この研磨法においては、例えば水平に保たれた回転可能なダイヤモンドパウダーを塗り付けた鋳鉄製の円盤上に対して、シャンクに取り付けられた単結晶ダイヤモンドを、所定の角度になるようにセットし、円盤及びシャンクを回転させながら、研磨処理が行われる。なお、頂面を研磨により研成する前に、略円錐形に粗加工してもよい。
図8は、本発明のダイヤモンドスクライバーの製造におけるカッター研磨の1例の模式図である。回転可能なダイヤモンドパウダーを塗り付けた円盤81上に対して、シャンク82に取り付けられた単結晶ダイヤモンド83を所定の角度にセットし、円盤81及びシャンク82を回転させて、該ダイヤモンドを研磨する状態が示されている。
単結晶八面体ダイヤモンドを、このような研磨法により研磨処理すると、前述のように、加工性が結晶面によって大きく異なるため、最も耐摩耗性の高い{111}面のみが研磨されずに残り、四角錐台の頂面及び側面が、それぞれ前記単結晶ダイヤモンドにおける結晶面の{100}面及び{111}面であり、かつ頂面と側面とで形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ曲線を有するカッターを形成することができる。
このような研磨法によると、それぞれの面を平面研磨することや、それぞれの面を結晶面に合わせる工程が不要となり、簡単な方法で結晶面を一致させることができるので、耐摩耗性に優れ、寿命が長く、低コストのダイヤモンドスクライバーを製造することができる。しかも、作業者の熟練度のばらつきをなくすことができる。
本発明のダイヤモンドスクライバーは、通常以下のようにして使用される。図9は、本発明のダイヤモンドスクライバーの使用方法の1例を示す説明図である。スクライブ装置のアーム91に、ダイヤモンドスクライバー92を取付け、板状脆性材料(ワーク)93の表面に、ダイヤモンドスクライバー92のカッター部を所定の角度で当接させ、板状脆性材料(ワーク)93の表面上を移動させることにより、所定パターンのスクライブ線を設ける。
比較例1
1/100ctの単結晶八面体ダイヤモンドを、径3.0mmのSUS430製のシャンクの一端に設けた凹部に、{100}面が頂面になるようにセットし、銀ロウを使用してロウ付けした。その後、ダイヤモンドを回転可能なダイヤモンドパウダーを塗り付けた鋳鉄製の円盤上に押し付けて、該円盤のみ軸中心に回転させることにより、4つの面を平面研磨で形成し、頂面と側面とで形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ直線を有するカッターを形成し、ダイヤモンドスクライバーを製作した。
実施例1
比較例1と同様にして、ダイヤモンドを、{100}面が頂面になるようにセットし、ロウ付けしたのち、回転可能なダイヤモンドパウダーを塗り付けた鋳鉄製の円盤上に対して、シャンクに取り付けられたダイヤモンドを角度が45°になるようにセットし、円盤及びシャンクを軸中心に回転させることにより、研磨処理を行った。これにより、四角錐台の頂面及び側面がそれぞれ{100}面及び{111}面であり、かつ頂面と側面とで形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ曲線を有するカッターを形成し、本発明のダイヤモンドスクライバーを製作した。
比較例1で得られたダイヤモンドスクライバー及び実施例1で得られたダイヤモンドスクライバーを用い、厚さ0.4mm、径50.0mmの円板状のサファイヤに対して、以下に示すような試験を行った。
取り付け角度:70度
カットスピード:10mm/s
荷重:294mN(30g)
その結果、比較例1のスクライバーにおいては、溝入れ加工を50本行った後に、ワークの水平方向に大きなクラックが発生し、100本行った後に、ワークにスクライブ線を形成することができなくなった。
これに対し、実施例1のスクライバーにおいては、溝入れ加工を200本行った後も、ワークに確実にスクライブ線を形成することができると共に、ワークに、水平方向に大きなクラックが発生することがなかった。
1a、62、72 頂面
1b 側面
1c、63、73 稜線
1d、64、74 頂面の辺
2、82 シャンク
3、61、71 エッジ部(カットポイント)
4、93 ワーク
5 凹み
81 円盤
83 単結晶ダイヤモンド
91 アーム
92 ダイヤモンドスクライバー
Claims (3)
- 多角形の頂面と、側面とを備えた多角錐台形状部を有する単結晶ダイヤモンドをカッターとするスクライバーにおいて、前記カッターの頂面が前記単結晶ダイヤモンドの結晶面の{100}又は{111}面であり、前記カッターの側面が曲面であり、かつ前記頂面と前記側面で形成される頂面の辺及び側面と側面とで形成される稜線が、それぞれ曲線であることを特徴とするダイヤモンドスクライバー。
- 多角形が四角形であり、前記カッターの頂面が{100}面であり、かつ前記側面が{110}面に接する曲面であり、かつ前記稜線が{111}面に接する曲線である請求項1に記載のダイヤモンドスクライバー。
- 四角形の頂面と、側面とを備えた四角錐台形状部を有する単結晶ダイヤモンドをカッターとするスクライバーの製造方法において、単結晶ダイヤモンドを軸状シャンクの一端に前記単結晶ダイヤモンドの{100}面が前記軸状シャンクの軸心に対して略垂直になるように取り付けた後、前記単結晶ダイヤモンドを研磨して{100}面の頂面を形成し、次いで該単結晶ダイヤモンドを前記軸状シャンクの軸心周りに回転させながら研磨盤に当接させることにより、前記側面が{110}面に接する曲面であり、かつ前記頂面と前記側面とで形成される頂面の辺が曲線であり、かつ稜線が{111}面に接する曲線であるカッターを形成することを特徴とするダイヤモンドスクライバーの製造方法。
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