CN108608588A - 刻划轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种刻划轮及其制造方法，提供一种在使用刃仅由钻石构成的刻划轮，进行较玻璃基板硬质的陶瓷基板等的分断时，寿命更长的刻划轮、保持具单元、刻划装置、刻划轮的制造方法及刻划方法。本发明借由刃(42)仅由钻石构成、刃前缘(43)施有半径0.8～5微米的R角加工的刻划轮(40)的使用，与未经R角加工的刻划轮相比，可大幅减少刃前缘缺口的形成，延长刻划轮的寿命。

Description

刻划轮及其制造方法

本申请是申请号为201410418893.1的名称为“刻划轮及其制造方法与刻划方法、保持具单元、刻划装置”的发明专利申请的分案申请，原申请的申请日是2014年08月22日。

技术领域

本发明涉及一种适合在陶瓷基板、蓝宝石基板、硅基板等较一般的非晶质玻璃基板更硬质的脆性材料基板表面形成刻划线的刻划轮、具备此刻划轮的保持具单元、刻划装置、刻划轮的制造方法及刻划方法。

背景技术

刻划轮的使用对于人们而言，具有息息相关与密不可分的关系。对用于液晶面板等非晶质玻璃基板进行分断时，一般而言，是使用如专利文献《日本实开昭55－106635号公报》所揭示的由超硬合金构成的刻划轮、或由较超硬合金硬质的多晶钻石(金刚石)烧结体构成的刻划轮。此种多晶钻石烧结体，是将混合了钻石粒子(含有量75～90vo l％)与结合材(钴等)的物，在高温高压下加以烧结。

然而，在进行例如较玻璃基板硬质的氧化铝等陶瓷基板的分断时，专利文献《日本实开昭55－106635号公报》所揭示的由超硬合金构成的刻划轮、及由多晶钻石烧结体构成的刻划轮，刃前缘会立刻产生缺口或摩耗，仅数十米程度即无法形成裂痕。因此，使用由超硬合金构成的刻划轮、或由多晶钻石烧结体构成的刻划轮来进行较玻璃基板更硬质的陶瓷基板等的分断，实际上是不可行的。

因此，在进行陶瓷基板等硬质基板的分断时，使用由较超硬合金及多晶钻石烧结体更硬质的多晶钻石及单晶钻石构成的刻划轮来进行一事，一直以来皆有所探讨。

有鉴于上述现有的刻划轮存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的刻划轮、保持具单元、刻划装置，一种新的刻划轮的制造方法及刻划方法，能够改进一般现有的刻划轮，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的刻划轮存在的缺陷，而提供一种新型结构的刻划轮、保持具单元、刻划装置，一种新的刻划轮的制造方法及刻划方法，所要解决的技术问题是提供一种使用刃仅由钻石构成的刻划轮进行较玻璃基板硬质的陶瓷基板等的分断时，具有更长寿命的刻划轮、保持具单元、刻划装置、刻划轮的制造方法及刻划方法，从而更加适于实用。

为达成上述目的，本发明的刃仅由钻石构成的刻划轮，其刃的刃前缘施有半径0.8～5μm的R角加工。

根据本发明的刻划轮，由于刃前缘施有R角加工而成圆弧，因此即使是用于陶瓷基板等的分断，与未施有R角加工的刻划轮相比，能大幅减少刃前缘形成缺口，使刻划轮的寿命更长。

又，本发明的刻划轮中，前述钻石为单晶钻石。

根据本发明的刻划轮，能在透过单晶钻石的结晶方位减少对强度的影响的同时，抑制刃前缘缺口的形成，延长刻划轮的寿命。

又，本发明的刻划轮，是用于选自陶瓷、蓝宝石及硅构成的群中的至少一种脆性材料基板的分断。

根据本发明的刻划轮，对较用于液晶面板等一般的非晶质玻璃基板更硬的脆性材料基板，能良好的进行长距离的切断。

又，本发明的保持具单元，具有上述任一项的刻划轮、与将前述刻划轮保持成旋转自如的保持具。

根据本发明的保持具单元，能大幅减少刻划轮刃前缘缺口的形成，延长刻划轮的寿命，为适合进行陶瓷基板等的分断的保持具单元。

又，本发明的刻划装置，具备上述保持具单元。

根据本发明的刻划装置，能大幅减少刻划轮刃前缘缺口的形成，延长刻划轮的寿命，为适合进行陶瓷基板等的分断的刻划装置。

又，本发明的刻划轮的制造方法，包含在仅由钻石构成的圆板状构件形成刃的步骤、与对前述刃的刃前缘进行R角加工的步骤。

根据本发明的刻划轮的制造方法，由于在形成刃后，进行刃前缘的R角加工，因此借由对刃表面进行充分的研磨降低刃的表面粗糙度，而能防止刃表面形成缺口，进一步延长刻划轮的寿命。此外，在形成刃后，进行刃前缘的R角加工，因此较易进行达到作为目标的刃前缘半径的加工。

又，本发明的刻划方法，是以刃仅由钻石构成的刻划轮在选自由陶瓷、蓝宝石及硅构成的群中的至少一种脆性材料基板上形成刻划线，其是使用前述该刃的刃前缘施有半径0.8～5μm的R角加工的前述刻划轮。

根据本发明的刻划方法，借由刃仅由钻石构成的刻划轮，对较用于液晶面板等一般的非晶质玻璃基板更硬的脆性材料基板，能形成更长距离的刻划线。

综上所述，本发明是有关于一种刻划轮及其制造方法与刻划方法、保持具单元、刻划装置，提供一种在使用刃仅由钻石构成的刻划轮，进行较玻璃基板硬质的陶瓷基板等的分解时，寿命更长的刻划轮、保持具单元、刻划装置、刻划轮的制造方法及刻划方法，借由刃42仅由钻石构成、刃前缘43施有半径0.8～5μm的R角加工的刻划轮40的使用，与未经R角加工的刻划轮相比，可大幅减少刃前缘缺口的形成，延长刻划轮的寿命。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是实施形态的刻划装置的概略图。

图2是实施形态的保持具接头的主视图。

图3是实施形态的保持具单元的立体图。

图4(A)是实施形态的刻划轮的左视图。

图4(B)是刻划轮的主视图。

图5(A)是实施形态的刃前缘的R角加工前的主视图。

图5(B)是刃前缘的R角加工后的主视图。

图6(A)是显示R角加工的一方法的概念图。

图6(B)是显示R角加工的另一方法的概念图。

图7(A)是显示实施形态的刻划轮的拍摄点的说明图。

图7(B)是实施形态的刻划轮的刃前缘的照片。

图8是用以比较的刻划轮的刃前缘的照片。

图9(A)是关于实施形态的刻划轮的图表。

图9(B)是关于用以比较的刻划轮的图表。

【符号说明】

10：刻划装置 11：移动台

12a、12b：导轨 13：滚珠螺杆

14、15：马达 16：桌台

17：玻璃基板 18：CCD摄影机

19：桥架 20a、20b：支柱

21：刻划头 22：导件

23：保持具接头 23a：旋转轴部

23b：接头部 24a、24b：轴承

24c：间隔件 25：圆形开口

26：内部空间 27：磁石

28：平行销 30：保持具单元

31：保持具 32：安装部

32a：倾斜部 32b：平坦部

33：保持槽 34a、34b：支承部

35：支承孔 40、140：刻划轮

41：刀轮本体部 42、52：刃

43：刃前缘 43a：棱线部

44：贯通孔 51：销

52a、53a：旋转轴 52b、53b：砥石的平面

53：砥石

具体实施方式

以下，使用图面说明本发明的实施形态。不过，以下所示实施形态仅为使本发明的技术思想具体化的一例，并无任何将本发明特定于此实施形态的意图。本发明当然可适用于申请专利范围中所含的其他实施形态。

图1是本发明实施形态的刻划装置10的概略图。刻划装置10具备移动台11。移动台11与滚珠螺杆13螺合，借由马达14的驱动使此滚珠螺杆13旋转，据以沿一对导轨12a、12b移动于y轴方向。

在移动台11的上面设置有马达15。马达15使位于上部的桌台16在xy平面旋转并将其定位于既定角度。作为分断(scr ibe)对象物的强化玻璃基板17被装载于桌台16上，以未图示的真空吸引手段等加以保持。

此脆性材料基板17是由低温烧成陶瓷及高温烧成陶瓷构成的陶瓷基板、硅基板、蓝宝石基板等，选自由陶瓷、蓝宝石及硅所构成的群中的至少一种脆性材料基板，较液晶面板的基板等一般所使用的非晶质玻璃基板更硬质的脆性材料基板。

刻划装置10，在装载在桌台16的强化玻璃基板17上方，装备有用以拍摄形成在此强化玻璃基板17表面的对准标记的二台CCD摄影机18。桥架19以跨于移动台11与其上部的桌台16的方式，沿x轴方向架设于支柱20a、20b。

在桥架19安装有导件22，刻划头21设置成可被此导件22引导而往x轴方向移动。在刻划头21，通过保持具接头23安装有保持具单元30。

图2是安装有保持具单元30的保持具接头23的主视图。又，图3是保持具单元30的立体图。

保持具接头23呈略圆柱状，具备旋转轴部23a与接头部23b。在保持具接头23安装于刻划头21的状态下，旋转轴部23a通过圆筒形的间隔件24c安装于二个轴承24a、24b，此保持具接头23被保持成旋动自如。

在圆柱形的接头部23b，设有下端侧具圆形开口25的内部空间26。此内部空间26的上部埋设有磁石27。而借由磁石27装卸自如的保持具单元30，插入安装在此内部空间26。

保持具单元30是保持具31、刻划轮40、以及销(pi n、未图示)呈一体者。保持具31具有图3所示的略圆柱形，以磁性体金属形成。在保持具31的上部设有定位用安装部32。此安装部32是将保持具31的上部切开形成，具备倾斜部32a与平坦部32b。

将保持具31的安装部32侧通过开口25插入内部空间26。此时，保持具31的上端侧被磁石27吸引，安装部32的倾斜部32a与通过内部空间26的平行销28接触，据以进行保持具单元30对保持具接头23的定位与固定。又，在从保持具接头23取下保持具单元30时，只要将保持具31往下方拉即能轻易地取下。

由于刻划轮40是消耗品，需定期进行更换。本实施形态中，为了容易地进行保持具单元30的装拆，是借由更换保持具单元30本身，以进行构成保持具单元30的刻划轮40的更换，能迅速地更换刻划轮40。

在保持具31下部，设有切开保持具31形成的保持槽33。在为设置此保持槽33而切开的保持具31的下部，夹着保持槽33有支承部34a、34b。在此保持槽33，刻划轮40以旋转自如的方式配置。又，在支承部34a、34b分别形成有用以旋转自如的保持刻划轮40的销插入的支承孔35。

其次，说明用以分断脆性材料基板17的刻划轮40的细节。图4(A)是安装在保持具31前端的刻划轮40的左视图、图4(B)是刻划轮40的主视图。

请参阅图4，刻划轮40呈圆板状，具备刀轮本体部41、刃42、与刃前缘43。

在刀轮本体部41的中心附近，形成有将此刀轮本体部41贯通于旋转轴方向的贯通孔44。借由贯通孔44插入销，刻划轮40即能通过此销被旋转自如地保持于保持具31。

刃42，在刀轮本体部41的外周形成为圆环状。刃42在前视下呈略V字状，相对于旋转轴方向的刃52的厚度，随着朝向刃前端43而渐渐变小。

刃前缘43，与一般的刻划轮的刃前缘不同，刃42的前端施有后述的R角加工，沿最外周部呈圆弧状。

接着，使用图面说明刻划轮40的制造方法。图5是以图4(B)的圆A所示的刃42前端的放大图、图5(A)是加工前的刃前缘43的主视图、图5(B)是加工后的刃前缘43的主视图。

刻划轮40，是如多晶钻石及单晶钻石般，不包含结合材而仅以钻石形成。本实施形态中，刻划轮40是以单晶钻石形成。

由单晶钻石构成的刻划轮40，首先，是形成由单晶钻石构成的圆板状构件。具体而言，单晶钻石是人工合成之物，以高温高压合成法或化学气相沉积法制造。接着，将此单晶钻石以激光等方式切出具有所欲半径的圆板。

其次，圆板状的单晶钻石，借由分别沿削圆板的圆周部的两面侧，以形成具有如图5(A)所示的前端尖形状的刃前缘43的刃42。又，此时的刃前缘43的棱线部以符号43a表示。此状态是一般的刻划轮。此时，单晶钻石与习知PCD及超硬合金相比能使表面粗糙度更小，其结果，刃前缘棱线部更为鋭利。

其次，对刃42的刃前缘43进行R角加工，从棱线部43a进行研磨，沿图5(B)所示的最外周部、在前视下使刃前缘43的前端成圆形。

此处，针对使刃前缘43的前端成圆弧的R角加工的具体方向，使用图面加以说明。例如，作为一个方法，请参阅图6(A)，在刻划轮40的贯通孔44插入支承用的销51，一边使刻划轮40旋转、一边相对以旋转轴52a为中心旋转的圆板状砥石52的平面52b垂直的抵接刃前缘43，并使销51在箭头所示方向交互的摆动。据此，即能使刃前缘43的前端成圆形。

又，另一方法，则请参阅图6(B)，在刻划轮40的贯通孔44插入支承用的销51，一边使刻划轮40旋转、一边相对以旋转轴53a为中心旋转的具柔软性的软质的砥石53的平面53b垂直的抵接刃前缘43。此时，会陷入砥石53的平面53b，即能使刃前缘43的前端成圆形。

借由以上方法，能制造刃42的刃前缘43呈圆形的刻划轮40。又，本实施形态中，请参阅图5(A)，是在使刃前缘43的前端成圆形之前，先分别沿削圆板的圆周部两面侧，以形成前端尖的倾斜面。因此，能将刃42的倾斜面好好的研磨至镜面状，使刃42的表面粗糙度为最小，而进一步延长刃42的寿命。又，由于是先完成刃42的倾斜面、再进行刃前缘43的R角加工，因此较易加工至作为目标的R半径。

其次，说明刻划轮40的尺寸。刻划轮40的外径为1.0～10.0mm、较佳为1.0～5.0mm的范围、尤以1.0～3.0mm更佳。刻划轮40的外径小于1.0mm时，刻划轮40的操作性将降低。另一方面，当刻划轮40的外径大于10.0mm时，则有可能产生刻划时的垂直裂痕相对脆性材料基板17无法充分深入形成的情形。

刻划轮40的厚度为0.4～1.2mm、较佳的是0.4～1.1mm的范围。刻划轮40的厚度小于0.4mm时，有可能会使加工性及操作性降低。另一方面，当刻划轮40的厚度大于1.2mm时，刻划轮40的材料及制造成本变高。此外，贯通孔44的孔径，例如为0.8mm。

刃42的刃前缘角通常为钝角90～160°、较佳为100～150°的范围。

又，关于前端的圆形刃前缘43，R角加工的R半径若小于0.8μm的话，荷重会集中于刃前缘的前端，造成局部的压力而易于产生刃前缘的缺口或磨损。另一方面，R半径过大的话，划线时的荷重将大幅増加使分断后基板的剖面品质降低。因此，R半径的范围以0.8～5μm、尤以3μm以下较佳。R半径在0.8～5μm的范围的话，因接触面积大而能适度分散荷重，能抑制局部的压力防止刃前缘的缺口及磨耗。

又，一般而言，脆性材料基板17中的氧化铝基板等，因烧结后的氧化铝粒子的粒径会使表面较粗，例如，后述经测量氧化铝基板的表面粗糙度Ra，表面粗糙度Ra为0.296μm。因此，刃前缘43的R半径，在考虑分断对象的脆性材料基板17的表面粗糙度后，借由取充分大的値，防止因基板凹凸造成的缺口等方面效果非常大。

接着，具体说明使用实际上刃前缘43经R角加工而成圆形的刻划轮40、与刃前缘43未经R角加工的刻划轮140，进行脆性材料基板17分断的结果。分断条件如下。

由单晶钻石构成的刻划轮40，外径为2mm、刃前缘角为120°。又，经R角加工，刃前缘43的R半径为1.0μm。另一方面，刻划轮140与刻划轮40的差异仅在有无R角加工，是由单晶钻石构成的外径2mm、刃前缘角120°的刻划轮。又，未经R角加工的刻划轮40的前端R半径经测定，为0.17μm。

进行了分断枝脆性材料基板17是板厚0.635mm的氧化铝基板(京瓷株式会社制、材料号：A476T)。

切断速度为100mm/sec、以裂痕的渗透量120μm为目标调整划线荷重等进行了切断。

针对以上述分断条件在脆性材料基板17表面形成刻划线后的刃前缘的状态，使用所拍摄的照片等加以说明如后。图7是关于刻划轮40的分断结果，图7(A)是显示所拍摄的点的说明图、图7(B)是拍摄刃前缘43的照片与裂痕的渗透量。图8是拍摄刻划轮140的刃前缘的照片与裂痕的渗透量。图9是显示相对行走距离的刃前缘缺口的发生量的图表，图9(A)是关于刻划轮40的图表、图9(B)则是关于刻划轮140的图表。

请参阅图7(A)，刃前缘43的拍摄，是在刻划轮40决定一任意的点P1，以该点P1为基准，以约45°刻度决定P2、P3、P4、P5，在P1～P5的各点从刻划轮40的前面进行了拍摄。又，关于图8的刻划轮140的刃前缘，也以和刻划轮40相同的点进行了拍摄。

又，图9中，将在刃前缘形成的缺口的大小(宽度)，以10～50μm者为数量a、50～100μm者为数量b、100μm～者为数量c的棒状图加以显示。又，图7(B)与图8中所示的裂痕的渗透量(μm)以d的弯折线图表显示。

由图9可知，刃前缘43为圆形的刻划轮40与刃前缘未成圆形的刻划轮140相比，具有毫不逊色的裂痕的渗透量。因此，即使对刃前缘43进行R角加工，也不会产生渗透量的降低。

另一方面，关于刃前缘的缺口，在刻划轮140，在刃前缘的行走距离超过500m的地方开始起，刃前缘的缺口急遽増加，特别是产生了100μm以上的大缺口。然而，在刻划轮40，在刃前缘的行走距离为1000m程度，刃前缘43几乎不会产生变化，即使到1500m也没有产生100μm以上的大缺口。

如以上所述，如刻划轮40般借由对刃前缘43进行R角加工，使刃前缘43成圆形，可大幅减少刃前缘43产生缺口，延长刻划轮40的寿命。特别是单晶钻石的情形时，在图5(A)的状态下由于刃前缘43的前端是非常鋭利的形状，因此当用于氧化铝基板的分断时，刃前缘43非常易产生缺口。然而，借由使刃前缘43成圆形，即使是由单晶钻石构成的刻划轮40，也能大幅减少刃前缘43的缺口。

当观察图8所示的刃前缘未经R角加工的刻划轮140的刃前缘的照片，可发现在拍摄点P4、P5产生了大的缺口，另一方面，P1、P2则几乎未产生缺口。

此是由于刻划轮140由单晶钻石构成，单晶钻石由于具有结晶方位，且由于此结晶方位使硬度有大的差异之故。因此，若是由多晶钻石构成的刻划轮的话，不会太有因刃前缘位置的不同而产生缺口未至不同的情形，而会在刃前缘全体同样的产生缺口。另一方面，是由单晶钻石构成的刻划轮的情形时，请参阅图8，一般会因单晶钻石的结晶方位，使得因刃前缘的位置不同而有缺口产生的状况大幅相异的情形。

然而，如本实施形态的由单晶钻石构成的刻划轮40，借由刃前缘43的R角加工的进行使刃前缘43成圆形，请参阅图7(B)，无论在刃前缘43的哪一点皆能抑制大缺口的产生，因此能降低因单晶钻石的结晶方位对强度的影响。此外，由于单晶钻石的结晶方位影响，将图5(A)所示的前端尖的刃前缘43的形状，在刻划轮40的圆周全体均匀的予以加工是非常困难的。然而，为进行如图5(B)所示的刃前缘43的R角加工，并不要求如图5(A)的刃前缘43的加工般，对圆周整体均一的进行。

如以上所述，刃42仅由钻石构成、刃前缘43经半径0.8～5μm的R角加工而成圆形的刻划轮40，即使是用于选自由陶瓷、蓝宝石及硅构成群中的至少一种脆性材料基板17的分断，与未经R角加工的刻划轮相比，能大幅减少刃前缘43形成缺口，延长刻划轮40的寿命。

又，本实施形态中，虽是例示刻划轮40整体由单晶钻石构成者，但本发明也能适用于例如仅刃42由单晶钻石构成，而以超硬合金构成刀轮本体部41，将刀轮本体部41与刃42以粘剂加以固定的刻划轮40，或刻划轮40的圆周上的倾斜面中、仅至少与脆性材料基板接触的刃42部分以单晶钻石形成的刻划轮。若是此种构成的刻划轮的话，能减少昂贵单晶钻石的使用，提供便宜的刻划轮。

又，本实施形态中，作为刻划轮40虽是使用单晶钻石做了说明，但也可是刃42由多晶钻石构成的刻划轮40。多晶钻石中，有以具有微细结晶粒组织、或非晶质的石墨型碳素物质作为起始材料，在超高压高温下直接烧结转换成钻石者、或以化学气相沉积(CVD)法合成的钻石。多晶钻石，虽无在上述的刃前缘圆周因结晶方位导致的硬度差异，但有可能因形成刃前缘的钻石粒子脱落而形成缺口的情形。本发明在使用此种多晶钻石的刻划轮40的缺口防止上也是有效的。

又，此等单晶钻石及多晶钻石实质上是仅由钻石构成之物，虽不包含作为结合材的铁系金属，但也包含在钻石结晶内刻意添加硼或磷等微量杂质者。借由此种杂质的添加，可对钻石赋予导电性，提高耐热性。

又，本实施形态的刻划装置10，在将保持刻划轮40的保持具31安装于刻划头21时，是通过保持具接头23安装构成。然而，刻划装置10也可以是在刻划头21直接安装保持具31的构成。

又，本实施形态的刻划装置10，虽是例示了设有用以使刻划头21移动的导件22及桥架19，具备使装载脆性材料基板17的桌台16旋转的移动台11，但不限定于此种刻划装置10。也能适用于，例如为使使用者能握持安装有保持具31的刻划头21，将刻划头21的部分形状作成柄的形状，使用者握持此柄进行移动以进行脆性材料基板17的分断的所谓的手动式刻划装置。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种由单结晶钻石构成的圆板状的刻划轮，其特征在于:具有于外周形成为圆环状的刃与设于刃的前端的刃前缘，该刃前缘于圆周上具有因结晶方位而硬度相异的部分，对该刃前缘的圆周全体施有半径0.8～3微米的R角加工。

2.根据权利要求1所述的刻划轮，其特征在于其是用于选自由陶瓷、蓝宝石及硅构成的群中的至少一种脆性材料基板的分断。

3.一种刻划轮的制造方法，其特征在于包含:

在由单结晶钻石构成的圆板状构件的外周，形成具有因结晶方位而硬度相异的部分的刃的步骤；以及

对该刃的刃前缘的圆周全体施以半径0.8～3微米的R角加工的步骤。

4.根据权利要求3所述的刻划轮的制造方法，其特征在于:该形成刃的步骤，进一步包含该刃的倾斜面研磨至镜面状的步骤。