CN106313346B - 刀轮及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有无凹凸的平滑的刀尖斜面、能够长期稳定使用的单晶金刚石制的刀轮及其制造方法。刀轮(A)是在其外周面具有刀尖部(2)的由单晶金刚石构成的刀轮，以如下方式构成：刀尖部(2)由左右对称的三个阶的斜面(2a)、(2b)、(2c)和在最上阶的左右的斜面(2c)、(2c)的交点处形成的棱线(2d)构成，各斜面(2a)～(2c)的倾斜角以上阶的斜面比下阶的斜面平缓的方式形成，最上阶的斜面(2c)和棱线(2d)形成实质上的刀尖，刀轮(A)形成为最上阶的斜面(2c)在厚度方向的宽度(L1)为圆板状主体(1)的厚度的一半以下，表面粗糙度以算术平均粗糙度计为0.03μm以下。

Description

刀轮及其制造方法
技术领域
本发明涉及在对脆性材料基板加工刻划线(切槽)或者进行分割时使用的刀轮(也称为刻划轮)及其制造方法。本发明特别涉及适于对氧化铝、HTCC、LTCC等陶瓷基板、蓝宝石基板、硅基板等比非晶质的玻璃基板更硬的脆性材料基板加工刻划线或者进行分割的由单晶金刚石构成的刀轮及其制造方法。
背景技术
在对脆性材料基板进行分割的加工中，通常已知如下在例如专利文献1中公开的方法：使用刀轮在基板表面形成刻划线，之后沿着刻划线从背面侧施加外力而使基板弯曲，由此分割成各个单元基板。
对脆性材料基板加工刻划线的刀轮使用在圆周面具有V字形的刀尖的刀轮。刀轮通常由超硬合金、多晶金刚石烧结体制作，但是，最近作为用于硬度比玻璃基板更高的陶瓷基板、蓝宝石基板、硅基板等的刻划的刀轮，由单晶金刚石构成的刀轮备受瞩目。
为了在刀轮的圆周面形成V字形的刀尖，如图3所示，将抛光装置的轴4插入到作为原料的圆板状主体101的轴承孔3中，使圆板状主体旋转，利用抛光磨石5对圆周面的两侧缘倾斜地进行抛光，形成由左右的斜面和棱线构成的V字形的刀尖。
在对玻璃基板等脆性材料基板进行分割的工序中，在用刀轮加工了刻划线后，向基板施加外力而沿着刻划线进行分割，但是，如果刀轮的刀尖斜面未被充分抛光而残留凹凸，则在分割时会在基板的分割端面残留伤痕而使基板的端面强度下降。此外，当在刀轮的刀尖斜面存在凹凸时，刻划时的阻力增加，会引起刀尖破损、磨耗加快，导致使用寿命的降低。因此，要求刀尖斜面形成无凹凸的平滑的面。优选该刀尖斜面的表面粗糙度以算术平均粗糙度(Ra)计为0.03μm以下。
专利文献
专利文献1：日本专利3787489号公报。
发明要解决的课题
但是，为了削掉圆板的圆周面的两侧缘来加工成V字形的刀尖的形态而被削掉的抛光区域多，因此必须使用粒度粗的粗抛光用的抛光磨石。因此，加工成V字形后，需用粒度细的抛光磨石对刀尖斜面进行最终抛光，但是，由于在利用粗抛光磨石加工后的刀尖斜面残留有大的凹凸，所以使用细粒度的抛光磨石而抛光到优选的表面粗糙度所需的时间长，并且抛光磨石的更换频率增加而使成本变高。此外，刀轮的刀尖的侵入脆性材料基板中的顶端棱线部分是实质上的刀尖，因此只将进行该工作的刀尖的顶端部分以所希望的表面粗糙度进行最终加工即可，但是在上述方法中，刀尖斜面的整个区域都被最终抛光，因此导致产生浪费的部分。特别是，在仅由硬度高、容易受到显现于表面的多个晶体取向的影响的单晶金刚石构成的刀轮的加工中，将残留有凹凸的刀尖斜面全周均匀地最终抛光至所希望的表面粗糙度是非常难的工作。
发明内容
因此，鉴于上述课题，本发明目的在于提供一种具有无凹凸的平滑的刀尖斜面、能够长期稳定使用的单晶金刚石制的刀轮及其制造方法。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，在本发明中采取了如下的技术手段。即，本发明的刀轮是在外周面具有刀尖部的由单晶金刚石构成的刀轮，所述刀轮以如下方式构成：所述刀尖部由左右对称的三个阶的斜面和在最上阶的左右的斜面的交点处形成的棱线构成，所述三个阶的各斜面的倾斜角以上阶的斜面比下阶的斜面平缓的方式形成，所述最上阶的斜面和所述棱线形成侵入到成为刻划对象的脆性材料基板中的实质上的刀尖，所述刀轮形成为所述最上阶的斜面部在厚度方向的宽度为圆板状主体的厚度的一半以下，所述最上阶的斜面的表面粗糙度以算术平均粗糙度计为0.03μm以下。
在此，优选形成为所述最上阶的左右的斜面相交的角度为100～150°。
此外，本发明的特征在于以下的刀轮的制造方法。即，本发明的刀轮的制造方法是单晶金刚石制的刀轮的制造方法，所述刀轮在其外周面具有由左右对称的三个阶的斜面和在最上阶的斜面的交点处形成的棱线构成的刀尖部，所述三个阶的各斜面以上阶的斜面比下阶的斜面成为平缓的倾斜角的方式形成，所述刀轮的制造方法包括：第一次加工工序，除去圆板状主体的圆周面的两侧缘而形成最下阶的斜面，第二次加工工序，对利用所述第一次加工工序形成的最下阶的斜面的一部分进行加工而形成第二阶的斜面，以及第三次加工工序，对利用所述二次加工工序形成的第二阶的斜面的一部分进行加工而形成最上阶的斜面，在所述第三次加工工序中，以所述最上阶的斜面的表面粗糙度以算术平均粗糙度计成为0.03μm以下的方式进行加工，以在所述第三次加工工序中加工的最上阶的斜面部在厚度方向的宽度成为圆板状主体的厚度的一半以下的方式进行加工。
发明效果
根据本发明的刀轮，刀尖部的斜面由三个阶的斜面形成，因此对斜面进行加工时，能够从下阶的斜面至上阶依次分3次来进行加工。因此，通过按照加工工序顺序而更换成粒度细的抛光磨石，从而能够使表面的凹凸从第一阶的斜面至第二阶、第三阶的斜面依次变小，最终能够使用粒度细的最终加工用的抛光磨石将成为实质上的刀尖斜面的最上阶的斜面容易地加工至所希望的表面粗糙度。此外，由于使最上阶的斜面的宽度成为圆板状主体的厚度的一半以下，所以在用最终抛光磨石对最上阶的斜面进行抛光时，与像现有技术那样对刀尖斜面的整个宽度进行抛光相比，抛光区域大幅减少，因此能够无浪费地、迅速地进行最终抛光。由此，能够容易得到具有无凹凸的平滑的刀尖斜面、刃损坏少、使用寿命长的单晶金刚石制的刀轮。
此外，根据本发明的刀轮的制造方法，经过第一次、第二次、第三次的三个阶段的加工工序而加工具有三个阶的斜面的刀尖部，但是，此时，以从第一阶的斜面至第二阶、第三阶的斜面，表面的凹凸变小的方式依次进行加工。因此，最终能够使用粒度细的最终加工用的抛光磨石将成为实质上的刀尖斜面的最上阶的第三阶的斜面容易地加工至所希望的表面粗糙度。
此外，在第三次加工工序中，由于只将成为圆板状主体的厚度的一半以下的第三阶的斜面最终加工成所希望的表面粗糙度，所以与像现有技术那样的对刀尖斜面的整个宽度进行加工相比，加工区域大幅减少，能够无浪费地、迅速地进行最终加工。该优点在仅由硬的、容易受到不同的晶体取向的影响的单晶金刚石构成的刀轮的加工中特别显著地体现。由此，能够高效地制造在全周具有无凹凸的平滑的刀尖斜面、刃损坏少、使用寿命长的单晶金刚石制的刀轮。
在上述发明中，优选将棱线的轮廓最大高度设为0.3μm以下。此外，更优选将棱线的轮廓最大高度设为0.1μm以下，进一步优选设为0.05μm以下。
虽然在刀轮的材料为多晶金刚石烧结体的情况下不会成为太大问题，但是近年来已知，由单晶金刚石构成的刀轮具有表面的微细的伤痕(龟裂)成为起点而容易发生破裂的性质。特别是，在将单晶金刚石加工成圆板状、进而在其外周形成刀尖的情况下，由于在圆周上周期性地受到不同的晶体取向的影响，所以容易在特定的地方出现微细的伤痕(龟裂)。因此，已经查明了不仅是算术平均粗糙度(Ra)，通过在受到不同的晶体取向的影响的多个地方使棱线的轮廓最大高度(Rz)的值以相同程度变小，对于防止破裂是有效的。即，通过以在外周上没有作为棱线的峰高度的最大值和谷深度的最大值的和的棱线的轮廓最大高度(Rz)比上述的值大的地方的方式进行加工，并且也减少刀轮表面的算术平均粗糙度(Ra)的值所难以体现的局部的凹凸，从而能够减少刻划时刀轮受到局部且集中的负载而导致发生破裂的问题。
附图说明
图1是示出本发明的刀轮的正视图、侧视图和刀尖部分的放大图。
图2是示出本发明的刀轮的制造工序的说明图。
图3是示出本发明的刀轮的制造方法中的一次抛光工序的说明图。
图4是说明本发明的效果的图。
具体实施方式
以下，关于本发明的刀轮及其制造方法，基于图1～图3进行详细说明。
图1(a)是示出本发明的刀轮A的正视图，图1(b)是侧视图，图1(c)是刀尖部分的放大图。该刀轮A仅由单晶金刚石制作，在中心具有轴承孔3的圆板状主体1的外周面设有刀尖部2。在本实施例中，刀轮A以直径D为2mm、厚度t为650μm、第三阶(最上阶)的斜面的相交的角度为120°的方式形成。
刀轮A的刀尖部2由左右对称地形成的三个阶的斜面2a、2b、2c和在最上阶的斜面2c、2c的交点处形成的棱线2d构成。这些斜面2a、2b、2c的倾斜角度以上阶的斜面比下阶的斜面平缓的方式形成。在本实施例中，以如下方式形成，即，第一阶(最下阶)的左右的斜面2a、2a的相交的角度α1为90～140°，优选为100～140°，第二阶的左右的斜面2b、2b的相交的角度α2为95～145°，优选为105～145°，第三阶(最上阶)的左右的斜面2c、2c的相交的角度α3为100～150°，优选为110～150°。该第三阶的斜面2c、2c和这些斜面相交的棱线2d成为刻划时侵入脆性材料基板中的实质上的刀尖。因此，斜面2c、2c相交的角度α3成为刀尖角度。在此，优选以如下方式形成，即，第三阶(最上阶)的斜面2c、2c的相交的角度α3和第二阶的斜面2b、2b的相交的角度α2的角度差为5～10°，第二阶的斜面2b、2b的相交的角度α2和第一阶(最下阶)的斜面2a、2a的相交的角度α1的角度差为5～10°。通过设成这样的角度差，从而能够使通过加工而除去的量为最小限度，并且能够高精度地、可靠地形成倾斜面和棱线。
成为实质上的刀尖的第三阶的斜面2c、2c的从棱线起沿着斜面的宽度W1在直径2mm、厚度650μm的刀轮A中优选以单侧成为10～50μm的方式形成。当第三阶(最上阶)的斜面的相交的角度为120°、沿着斜面的宽度W1单侧为50μm时，将第三阶的左右的斜面部合在一起的厚度方向的宽度成为约80μm。
接着，基于图2及图3对刀轮A的制造方法进行说明。
图2(a)示出刀尖加工前的圆板状主体101。该圆板状主体101从侧面观察时呈圆形，外周面平坦，在中心设有贯通了的轴承孔3。圆板状主体101的厚度t与完成后的刀轮A的厚度同为650μm。
如图3所示，将抛光装置的旋转轴4插入到该圆板状主体101的轴承孔3来安装圆板状主体101，一边使圆板状主体101旋转一边将抛光磨石5按压在圆板状主体101的外周面的侧缘部分，进行第一阶的斜面2a的加工，即，进行第一次加工工序。在该工序中，首先加工一个斜面2a，接着使圆板状主体101反转而加工另一个斜面2a。由此，形成如图2(b)所示的仅由斜面2a形成刀尖斜面的圆板状主体102。
在第一次加工工序中，由于被除去的区域S1大，即加工区域大，所以在利用抛光进行加工的情况下，使用粒度粗的抛光磨石例如粒度400～1000号、优选600～900号的粗抛光磨石进行抛光。
接着，根据与上述同样的手法进行第二次加工工序，该第二次加工工序对在先前的第一次加工工序中加工的第一阶的斜面2a的上方部分进行加工而形成第二阶的斜面2b、2b。由此，如图2(c)所示，形成具有由第一阶的斜面2a和第二阶的斜面2b构成的二阶形状的刀尖斜面的圆板状主体103。在该情况下，优选根据角度使第二阶的斜面2b、2b的沿着倾斜面的宽度W2在单侧成为30～80μm。
在该第二次加工工序中，由于通过加工而除去的区域S2即加工区域与第一次加工工序的加工区域S1相比格外少，所以在利用抛光进行加工的情况下，能够使用比在第一次加工工序中使用的抛光磨石的粒度细的抛光磨石、例如粒度2000～8000号、优选3000～5000号的抛光磨石进行抛光。由此，第二阶的斜面2b以比第一阶的斜面2a小的凹凸面而被加工。
接着，如图2(d)所示，进行第三次加工工序而完成圆板状主体1，该三次加工工序对利用第二次加工工序加工的第二阶的斜面2b的上方部分进行加工而形成第三阶的斜面2c、2c。在该情况下，优选使第三阶的斜面2c、2c的从棱线起的沿着斜面的宽度W1成为10～50μm。此外，此时，使第三阶的左右的斜面部在厚度方向的宽度L1为圆板状主体1的厚度t的一半以下。该第三阶的斜面2c、2c和在这些斜面的交点处形成的棱线2d形成在刻划时侵入脆性材料基板中的实质上的刀尖。
在第三次加工工序中，通过加工而除去的区域S3与第二次加工工序的加工区域S2相比更少，而且被削去的第二阶的斜面2b的表面的凹凸由于先前的第二次加工工序变小。因此，在利用抛光进行加工的情况下，能够使用比在第二次加工工序中使用的抛光磨石粒度更细的最终加工用的抛光磨石、例如粒度10000～30000号的抛光磨石。由此，能够容易地抛光至所希望的表面粗糙度，即，以JIS0601﹕2013中规定的算术平均粗糙度(Ra)计为0.03μm以下，优选为0.01μm。
同样地，测量JIS0601﹕2013所规定的轮廓最大高度(Rz)，使轮廓最大高度(Rz)成为0.3μm以下、优选为0.1μm以下、进一步优选为0.05μm以下。由此，能够使由棱线的微细的伤痕(凹凸)引起的破裂不易发生。另外，在该加工中，虽然使算术平均粗糙度(Ra)及轮廓最大高度(Rz)越小，破裂越不易发生，但是加工的难易度也增加，因此用与加工成本的关系来决定粗糙度的精度。
如上所述，在本发明中，经过第一次、第二次、第三次的三个阶段的加工工序，加工具有三个阶的斜面的刀尖部2。此时，通过按照加工工序顺序而改换成粒度细的抛光磨石，从而从第一阶的斜面2a到第二阶的斜面2b再到第三阶的斜面2c，以表面的凹凸依次变小的方式进行加工。因此，在加工成为实质上的刀尖斜面的第三阶的斜面2c的第三次加工工序中，能够使用粒度细的最终加工用的抛光磨石容易地加工至所希望的表面粗糙度。此外，在第三次加工工序中，只将成为实质上的刀尖斜面的第三阶的斜面2c最终加工至所希望的表面粗糙度，因此如图4(b)所示，与现有技术的刀尖斜面的宽度L相比，图4(a)所示的斜面2c的宽度L1为圆板状主体1的厚度t的一半以下，因此能够无浪费地、迅速地进行最终加工。该优点特别显著地体现在仅由硬的单晶金刚石构成的刀轮的抛光中。
以上，关于本发明的代表性的实施例进行了说明，但是，本发明并不限定于上述的实施方式。例如，本发明能够适用于包括上述实施例所示出的直径2mm的刀轮的、0.8～3mm的刀轮。此外，成为实质上的刀尖角度的第三阶的斜面2c的交点角度α3在本实施例中是120°，但是可以在100～150°的范围内实施。
此外，本实施例在第一次加工工序、第二次加工工序、第三次加工工序中通过抛光形成加工区域，但是也可以通过其它的加工方法形成加工区域。例如，能够利用激光加工，或者在掺杂硼或磷等杂质而带有导电性的单晶金刚石的情况下能够利用放电加工。在加工区域大的第一次加工工序中，通过使用激光加工、放电加工能够缩短加工时间。另一方面，为了使加工后的表面粗糙度变小，第三次加工优选进行抛光加工。
另外，在本发明中，只要实现其目的，能够在不脱离所要求的范围内适当进行修正、变更。
产业上的可利用性
本发明适用于在对陶瓷基板、蓝宝石基板、硅基板等比非晶质的玻璃基板更硬的脆性材料基板加工刻划线或者进行分割时使用的单晶金刚石制的刀轮。
附图标记说明
A：刀轮；
L1：第三阶(最上阶)的斜面的宽度；
α3：第三阶的斜面的交点角度；
1：圆板状主体；
2：刀尖部；
2a：第一阶(最下阶)的斜面；
2b：第二阶的斜面；
2c：第三阶的斜面；
2d：棱线；
3：轴承孔。

Claims (8)

1.一种刀轮，其是在外周面具有刀尖部的由单晶金刚石构成的刀轮，所述刀轮以如下方式构成：
所述刀尖部由左右对称的三个阶的斜面和在最上阶的左右的斜面的交点处形成的棱线构成，
所述三个阶的各斜面的倾斜角以上阶的斜面比下阶的斜面平缓的方式形成，
所述最上阶的斜面和所述棱线形成侵入到成为刻划对象的脆性材料基板中的实质上的刀尖，
所述刀轮形成为所述最上阶的斜面部在厚度方向的宽度为圆板状主体的厚度的一半以下，所述最上阶的斜面的表面粗糙度以算术平均粗糙度计为0.03μm以下，
所述棱线的轮廓最大高度为0.3μm以下。
2.如权利要求1所述的刀轮，其中，
所述最上阶的左右的斜面相交的角度为100～150°。
3.如权利要求1或2所述的刀轮，其中，
所述棱线的轮廓最大高度为0.1μm以下。
4.如权利要求3所述的刀轮，其中，
所述棱线的轮廓最大高度为0.05μm以下。
5.一种刀轮的制造方法，所述刀轮是单晶金刚石制的刀轮，在其外周面具有由左右对称的三个阶的斜面和在最上阶的斜面的交点处形成的棱线构成的刀尖部，所述三个阶的各斜面以上阶的斜面比下阶的斜面成为平缓的倾斜角的方式形成，所述刀轮的制造方法包括：
第一次加工工序，除去圆板状主体的圆周面的两侧缘而形成最下阶的斜面，
第二次加工工序，对利用所述第一次加工工序形成的最下阶的斜面的一部分进行加工而形成第二阶的斜面，以及
第三次加工工序，对利用所述二次加工工序形成的第二阶的斜面的一部分进行加工而形成最上阶的斜面，
在所述第三次加工工序中，以所述最上阶的斜面的表面粗糙度以算术平均粗糙度计成为0.03μm以下的方式进行加工，
以在所述第三次加工工序中加工的最上阶的斜面部在厚度方向的宽度成为圆板状主体的厚度的一半以下的方式进行加工，
所述棱线的轮廓最大高度为0.3μm以下。
6.如权利要求5所述的刀轮的制造方法，其中，
在所述第三次加工工序中，以所述最上阶的左右的斜面相交的角度为100～150°的方式进行加工。
7.如权利要求5或6所述的刀轮的制造方法，其中，
所述棱线的轮廓最大高度为0.1μm以下。
8.如权利要求7所述的刀轮的制造方法，其中，
所述棱线的轮廓最大高度为0.05μm以下。
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