CN110193857A - 刀轮及切断方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够顺利地切断基板且长寿命的刀轮以及使用了这种刀轮的基板的切断方法。本发明为一种刀轮(100)，其是对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的刀轮，其特征在于，具有：轴孔(101)，其被旋转轴(40b)插入；刀刃(110)，其沿所述刀轮的外周形成，对树脂基板进行切断，所述刀轮(100)具有比玻璃基板低且比树脂基板高的维氏硬度，通过与玻璃基板接触并且进行转动来切断树脂基板。

Description

刀轮及切断方法
技术领域
本发明涉及对树脂基板进行切断的刀轮以及对树脂基板进行切断的切断方法。
背景技术
通常使用切刀(cutter)对层叠在脆性材料基板的树脂基板进行切断。在以下的专利文献1中记载了一种切割方法，其使用将在外周形成有刀刃的圆盘的一部分去除而形成了相对于刀刃的棱线垂直且彼此平行的上平面和下平面的切刀来切断树脂基板。在专利文献1中，通过使切刀的上平面与切刀保持具(cutter holder)内的上部的平坦部抵接来定位安装。此时，使切刀的下平面与脆性材料基板的表面大致平行地相向。当使切刀切入树脂膜时，使切刀的下平面与脆性材料基板的表面接触。在该状态下，通过使切刀保持具头和旋转台同时或交替地移动和旋转，而在不使脆性材料基板的表面损坏且不使刀刃裂开的条件下，将层叠在脆性材料基板的树脂膜切断成所期望的形状。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5457014号。
发明要解决的课题
在上述的专利文献1的结构中，虽然以去除形成有切刀的刀刃的圆盘的一部分的方式形成了平面，但是这样的加工费时费力。此外，由于切刀在被固定的状态下使用，所以一直以相同的部分与基板接触。因此，切刀的刀刃一直被磨损，无法长时间使用切刀。当刀刃磨损时，在切断树脂基板时需要提高切刀对于树脂基板的载荷。当加大对于树脂基板的载荷时，有时刀刃嵌入树脂基板的深度超过规定的深度，难以顺利地切断树脂基板。
发明内容
鉴于上述课题，本发明的目的在于提供一种能够顺利地切断基板且长寿命的刀轮以及使用了这种刀轮的基板的切断方法。
用于解决课题的方案
本发明的主要方式涉及用于对基板进行切断的刀轮。该方式涉及的刀轮具有：轴孔，其被旋转轴插入；刀刃，其沿所述刀轮的外周形成，对树脂基板进行切断。此外，该方式涉及的刀轮具有比所述玻璃基板低且比所述树脂基板高的维氏硬度，通过与所述玻璃基板接触并且进行转动来切断所述树脂基板。
根据本方式涉及的刀轮，由于采用具有比玻璃基板低且比树脂基板高的维氏硬度的材料，所以能够不容易损坏玻璃基板的表面而完美地切断树脂基板。由于刀轮的刀刃与维氏硬度更高的玻璃基板接触并且进行旋转，所以随着使用时间的经过而磨损，刀刃的棱线的宽度由于磨损而逐渐扩展。这样的刀刃在保持能够切断树脂基板的程度的锐利度的同时在到达一定的棱线宽度时磨损难以进行。因此，即使与玻璃基板接触，也不容易断裂或缺损。像这样，如果是本方式涉及的刀轮，即使长期使用也能够顺利地切断树脂基板。此外，由于即使磨损也能够顺利地切断树脂基板，所以无需对树脂基板施加过度的载荷。因此，能够将刀轮对于树脂基板的载荷抑制为低载荷。
本方式涉及的刀轮能够由具有760～880N/mm2的维氏硬度的高速钢形成。
如果由像上述这样的高速钢形成刀轮，通过使用维氏硬度为通常5000N/mm2左右的玻璃基板，能够随着切断距离的增加而使刀刃的棱线的宽度逐渐地扩展。由此，即使刀刃与基底基板接触，也不会在树脂基板上断裂或缺损。由此，能够长期使用刀轮。
在本方式涉及的刀轮中，可构成为，所述刀刃在侧视时在外周部形成有向彼此不同的方向倾斜的两个倾斜面，所述两个倾斜面所呈的角为15～45度。
根据本方式的结构，最初锐利的刀刃逐渐磨损，刀刃的棱线的宽度适当地扩展。由此，能够长期顺利地切断树脂基板。
本发明的第二方式涉及对基板进行切断的切断方法。该方式涉及的切断方法为对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的切断方法，通过使刀轮与所述玻璃基板接触并且进行转动来切断所述树脂基板，所述刀轮沿其外周形成有刀刃，并且所述刀轮的材质为维氏硬度是760～880N/mm2的高速钢。在该情况下，所述刀轮可构成为具有在侧视时向彼此不同的方向倾斜的两个倾斜面所呈的角为15～45度的刀刃。
根据本方式的结构，获得与上述的刀轮相同的效果。
本发明的第三方式涉及用于对基板进行切断的刀轮。该方式涉及的刀轮是对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的刀轮，具有：轴孔，其被旋转轴插入；刀刃，其沿所述刀轮的外周形成，对所述树脂基板进行切断。所述刀轮具有在累积行进距离至少小于5000m的情况下所述刀刃的棱线的宽度不超过100μm的结构。
根据本方式的结构，刀轮的刀刃随着使用期间的经过而磨损。由于该磨损而使刀刃的棱线的宽度逐渐扩展，在刀轮的累积行进距离至少小于5000m的情况下，棱线的宽度扩展至不超过100μm的程度。也就是说，与使用开始时相比，从侧面观察，刀刃成为平滑的形状。像这样，由于变化为平滑的形状的刀刃，所以能够不对树脂基板施加过度的载荷而将其顺利地切断。
本发明的第四方式涉及对基板进行切断的切断方法。该方式涉及的切断方法为对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的切断方法，构成为，通过使刀轮与所述玻璃基板接触并且进行转动来切断所述树脂基板，所述刀轮沿其外周形成刀刃，并且具有在累积行进距离至少小于5000m的情况下所述刀刃的棱线的宽度不超过100μm的结构。
根据本方式的结构，获得与上述第三方式的刀轮相同的效果。
发明效果
如上所述，根据本发明能够提供一种能够顺利地切断基板且长寿命的刀轮以及使用了这种刀轮的基板的切断方法。
本发明的效果或意义通过以下所示的实施方式的说明而更加清楚。但以下所示的实施方式毕竟也只是实施本发明时的一个例示，本发明并不限于以下的实施方式的记载。
附图说明
图1(a)为示意性地表示应用了实施方式涉及的刀轮的切断装置的结构的图。图1(b)为应用了实施方式涉及的刀轮的保持具的侧视图。图1(c)为实施方式涉及的刀轮的正视图。
图2(a)、(b)为示意性地表示应用了实施方式涉及的刀轮的保持具的安装方法的图。
图3(a)～(j)为对实施方式涉及的刀轮的刀刃的侧面以及棱线进行拍摄而成的照片。
图4(a)～(j)为对实施方式涉及的刀轮的刀刃的侧面以及棱线进行拍摄而成的照片。
图5(a)为表示实施方式涉及的刀轮的累积行进距离与棱线宽度的关系的图表。图5(b)为表示实施方式涉及的刀轮的棱线的宽度与切断载荷的关系的图表。
具体实施方式
以下，在本发明的实施方式中，参照附图进行说明。另外，在各图中，为了便于说明，标示有相互正交的X轴、Y轴以及Z轴。Z轴与刀轮的中心轴垂直。
<切断装置的结构>
图1(a)为示意性地表示应用了实施方式涉及的刀轮的切断装置的结构的图。图1(b)为应用了实施方式涉及的刀轮100的保持具40的侧视图。图1(c)为实施方式涉及的刀轮100的正视图。
如图1(a)所示，切断装置1具有刀头10、移动机构20、支承机构30。刀头10将由支承机构30支承的基板F切断。移动机构20使刀头10在切断方向(X轴正方向)上移动。支承机构30在上表面载置基板F，支承基板F。此外，支承机构30以切断线的形成间距而将支承的基板F朝向Y轴方向输送。
基板有例如聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、PET等聚酯树脂、聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、聚苯乙烯，聚氯乙烯等聚乙烯树脂等的树脂基板等的有机质基板(也包含膜(film)、片(sheet)。以下相同)、玻璃基板、陶瓷基板等脆性材料基板等的无机基板。实施方式涉及的刀轮100切断的基板F为在作为脆性材料基板的基底基板上层叠的树脂基板。树脂基板也可以层叠不同的基板。例如，可以采用在作为基底基板的玻璃基板等脆性材料基板上层叠了PET的基板，或者，也可以采用在基底基板上从下层依次层叠了PET、聚酰亚胺树脂、PET的基板。而且，在基底基板与树脂基板之间也可以存在粘接剂层。
移动机构20具有移动构件21、移送部22、支承部23a、23b、驱动机构24。移动构件21由板状的构件组成，支承刀头10。移送部22具有将移动构件21沿X轴方向引导的导轨等，沿X轴方向移送移动构件21。支承部23a和23b支承移送部22。驱动机构24为移送部22的驱动源，由电机组成。
支承机构30具有载置台31、引导导轨32a和32b、驱动轴33。载置台31在上表面载置基板F，支承基板F。引导导轨32a和32b沿Y轴方向移送载置台31。驱动轴33为在外周具有齿轮槽的轴，与在载置台31形成的孔的齿轮槽是啮合的。通过未图示的电机而使驱动轴33旋转，从而沿Y轴方向驱动载置台31。
关于刀头10，沿着与基板F的表面垂直的方向(Z轴方向)设置在移动机构20的移动构件21。刀头10设置为被移动构件21引导而沿X轴方向移动。刀头10在下端具有保持具接头11。对刀轮100进行保持的保持具40经由保持具接头11安装于刀头10。
如图1(b)所示，保持具接头11具有旋转轴部12和接头部13。旋转轴部12经由筒状的垫片(spacer)15而配置于分别在Z轴正侧和负侧设置的轴承14a以及14b。保持具接头11以旋转自如的方式被刀头10保持。
在保持具接头11的接头部13从Z轴负侧形成有孔16。在孔16的内部，在Z轴正侧设置有磁铁17。保持具40插入孔16而安装于保持具接头11。关于该安装方法，此后参照图2(a)、(b)进行说明。
如图1(c)所示，在刀轮100中，形成棱线的刀刃110是沿所述刀轮的外周形成的。刀刃在外周部形成有从正面观察时朝向相互不同的方向倾斜的两个倾斜面110a和110b。将该两个倾斜面110a和110b所呈的角称为“刀刃的角”。刀轮100例如厚度为0.4～1.2mm左右，内径为1.0～3.0mm左右，外径为4～10mm左右。轴孔101的直径例如为1.0～3.0mm左右。刀刃的角α为15～90度左右，优选为15～60度的范围，更优选为15～45度的范围。刀轮100具有被旋转轴40b插入的轴孔101。轴孔101形成为贯穿刀轮100的两侧面的中心。
图2(a)、(b)为示意性地表示应用了实施方式涉及的刀轮100的保持具40的安装方法的图。在图2(a)、(b)中表示接头部13的内部被透视的状态。
如图2(a)、(b)所示，磁铁17设置在孔16的上部，而且平行销18设置在孔16的内部。此外，在保持具40中，通过对外侧面进行切口而形成有倾斜面40a。此外，刀轮100以能够旋转的方式被在保持具40的下端设置的旋转轴40b支承。在保持具40的下表面形成有用于对刀轮100进行保持的、与前后方向平行的槽，而且以垂直于该槽的方式形成有被旋转轴40b插入的孔。在对接头部13安装保持具40的情况下，将保持具40插入孔16。当保持具40的上端接近磁铁17时，保持具40被吸附于磁铁17。此时，保持具40的倾斜面40a与平行销18抵接，保持具40被定位在正确的位置。这样，如图2(b)所示，保持具40被安装在接头部13的下端。也就是说，保持具40经由保持具接头11而安装于刀头10。
上述的刀轮100为例如由高速钢形成的圆板状的构件。高速钢有多个种类，实施方式涉及的刀轮100由具有760～880N/mm2的维氏硬度的高速钢形成。作为这样的高速钢，例如能够采用SKH51、SKH59。
刀轮100的旋转轴40b例如由烧结金刚石、超硬合金、碳工具钢等形成，为圆柱状的构件，一端或两端为尖头形状的尖头部。旋转轴40b的直径比刀轮100的轴孔101的直径稍小，在旋转轴40b插入轴孔101的状态下，在旋转轴40b与轴孔101之间产生间隙(间隔)。此外，保持具40由不锈钢、碳工具钢等形成。
在使用切断装置1在基板F形成切断线的情况下，首先，安装了刀轮100的保持具40安装于刀头10。切断装置1使刀头10移动到规定的位置，对刀轮100施加规定的载荷，使其与基板F接触。此后，切断装置1使刀头10沿X轴方向移动，同时按压刀轮100而使其进入基板F，并且在与作为基底基板的玻璃基板接触的状态下一边进行旋转(转动)一边对基板F进行切断。另外，切断装置1根据需要使载置台31转动或者在Y轴方向移动。
在上述的实施方式中，示出了刀头沿X轴方向移动，载置台31沿Y轴方向移动，并且进行旋转的切断装置，但是切断装置只要刀头与载置台相对移动即可。例如，也可以为刀头被固定，载置台沿X轴、Y轴方向移动，并且进行旋转的切断装置。
<验证>
本申请发明者们对使用了上述结构的刀轮的情况下的效果进行了验证。以下，参照附图等对该验证以及验证结果进行说明。
[验证1]
使用由具有760～880N/mm2的维氏硬度的SKH51形成的、直径6mm、刀刃的角30度的刀轮，按照以下步骤进行了验证。
(1)玻璃基板的行进
在下述条件下，使刀轮在玻璃基板的表面行进。
·玻璃基板：厚度0.5mm
·行进载荷：0.11MPa(验证开始时)
·行进速度：100mm/sec
·切入量：0.3mm
利用上述刀轮，在相当于基底基板的玻璃基板行进了规定距离。在验证开始时，将规定距离设为100m。然后，使行进距离逐次增加100m直至累积行进距离成为3000m为止。在累积行进距离为3000m以后，考虑到在后述的步骤(3-3)增加了需要的切断载荷，使行进载荷也逐渐增加。此外，使刀轮在上述的玻璃基板上行进直至累积行进距离成为4600m为止，但此后从玻璃基板替换为陶瓷基板进行了验证。此时的行进载荷设为与验证开始时相同的0.11MPa。关于此，在[验证1和验证2的结果]中进行说明。
(2)刀轮的观察
对从行进了规定距离后的刀轮的刀刃的侧面即Y轴正侧观察到的部分进行了拍摄。此外，对刀轮的行进的痕迹即在玻璃基板的表面形成的刀刃的棱线进行了拍摄。
(3)基板的分离性的确认
在观察刀刃之后，针对在作为基底基板的厚度0.5mm的玻璃基板上层叠作为树脂基板的厚度20μm的聚酰亚胺(PI)基板而形成的基板，使用上述刀轮并按照以下的步骤进行切断。
(3-1)
在下述条件下，用上述刀轮切断PI基板的表面。
·切断载荷：0.11MPa(验证开始时)
·切断速度：100mm/sec
·切入量：0.3mm
(3-2)
接着，在下述条件下，用划刻轮对玻璃基板的表面进行划刻。
·划刻载荷：0.11Mpa
·划刻速度：100mm/sec
·切入量：0.3mm
(3-3)
在对玻璃基板的表面进行了划刻后，通过操作者的手将基板分割，对基板的分离性进行了确认。即，对树脂基板是否已切断进行了判断。关于判断，在能够用手分离的情况下，判断为“分离性良好”，在难以分离的情况下判断为“分离性稍不佳”。在完全无法分离的情况下，判断为“分离性不佳”。
在步骤(1)中，验证开始时将规定距离设为100m。然后，使行进距离逐次增加100m直至累积行进距离成为3000m为止，每次均反复进行步骤(2)和(3)。3000m以后酌情增加行进距离。
此外，在步骤(3-3)中，在判断为“分离性稍不佳”或“分离性不佳”的情况下，返回步骤(3-1)，增加载荷并再次切断树脂基板。也就是说，增加载荷直至能够确认树脂基板的分离为止。
[验证2]
验证2使用将作为树脂基板的PET基板和PI基板层叠于作为基底基板的玻璃基板而形成的基板进行了验证。验证2涉及的基板为从上依次层叠厚度60μm的PET基板、厚度20μm的PI基板以及厚度0.5mm的玻璃基板而形成的基板。
由于验证2除了使用上述的基板之外与验证1的条件和步骤均相同，所以省略。
[验证1和验证2的结果]
验证1～2的结果如表1以及图3(a)～图5(b)所示。图3(a)～(j)以及图4(a)～(j)为在步骤(2)中拍摄的照片。图5(a)为表示步骤(1)中的刀轮的累积行进距离与棱线宽度的关系的图表。图5(b)为表示验证1和验证2中的刀刃的棱线的宽度与树脂基板涉及的切断载荷的关系的图表。
[表1]
在上述的步骤(1)中，使刀轮在玻璃基板上行进直至累积行进距离到达4600m为止。在此，如图5(a)的图表所示，能够确认到在累积行进距离从3500m至4600m为止刀刃的棱线宽度从50μm左右不增加。此时，切断载荷在验证1的PI基板中为0.15MPa，在验证2的PET基板中为0.20MPa，切断载荷也未发现变化。可认为这是因为，通过棱线宽度扩展而与基板接触时的力分散，抑制了玻璃基板上进一步的磨损。因此，在累积行进距离为4600m以后，通过使刀轮在作为陶瓷基板的氧化铝基板上行进，促进刀刃的磨损而强制增加刀刃的棱线宽度，从而确认棱线宽度与切断载荷的关系。氧化铝基板的维氏硬度约为13700N/mm2。由此，如表1和图5(a)的图表所示，当刀轮的累积行进距离为4610m时，棱线宽度约为70μm，刀刃的磨损迅速加剧。此时的刀刃的照片如图4(h)所示。
根据表1的结果，当刀轮的累积行进距离增加时，需要使载荷增加，但即使在棱线宽度成为98μm的情况下，如果将载荷设定为0.40MPa，在验证1中也确认到能够切断PI基板。在验证2中，至少能够切断PET基板。
此外，如图5(a)所示，随着从验证开始起累积行进距离增加，从而刀刃的棱线宽度也增加了，但当累积行进距离超过3500m时，直至4600m为止，在玻璃基板上棱线宽度不增加。
[验证1和验证2的总结]
在验证1～2中，如图3(a)所示，刀轮的刀刃在使用开始时为锐利的形状。如图3(b)～图4(j)所示，当累积行进距离成为长距离时，刀刃的形状变化为平滑。这是因为由于刀刃的磨损而使形状变化为平滑，伴随于此，棱线宽度也扩展。这样的刀轮在与基板接触时，不容易在基板上缺损、断裂。而且，行进初期的锐利的刀刃容易产生微小的缺损，但即使在产生了缺损的情况下刀刃的形状也由于磨损而逐渐变得均匀。由此，如表1所示，估计即使在4600m以上的长距离的行进后也能够切断树脂基板。因此，实施方式的刀轮因为刀刃由于磨损而朝向平滑的形状变化，从而能够长期使用。
此外，如上所述，在验证1～2中，使用了刀刃角为30度的刀轮。确认了因为这样的锐利的刀刃由于磨损而变化为平滑的形状，从而能够长期使用。由此，如果刀刃为锐利的形状，例如刀刃的角为15～60度的范围，则能够推断可获得与验证1～2相同的结果。从刀刃的角锐利这方面出发，能够推断刀刃的角优选为15～45度的范围。
而且，作为刀轮的材质，采用了具有760～880N/mm2的维氏硬度的高速钢。由此，能够推断由于与作为基底基板的玻璃基板的接触而使刀刃磨损，使棱线宽度适当地扩展了。而且，通过由于棱线宽度适当地扩展而使刀刃变得不容易缺损并且使与基板接触时的载荷分散，从而当累积行进距离超过3500m时，能够抑制玻璃基板上进一步的磨损以及载荷的增加。由此，可以说能够长期使用刀轮。
如上所述，在验证2中，在刀轮的棱线宽度为98μm的情况下，如果将切断载荷设定为0.40MPa，至少能够切断PET基板。由此，能够推断在验证2中如果使载荷从0.40Mpa进一步增加，也能够切断PI基板。
根据表1的结果，通过使刀轮在陶瓷基板上行进，刀刃的棱线宽度增加至约98μm。如上所述，能够推测出，在验证2的情况下，如果使载荷从0.40Mpa进一步增加，也能够切断PI基板，由此能够推断出，如果棱线宽度为100μm以下则能够切断树脂基板，此外在对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的情况下，即使累积行进距离超过5000m棱线宽度也不会超过100μm。
<实施方式的效果>
根据本实施方式，获得以下的效果。
刀轮100由具有比基底基板低且比树脂基板高的维氏硬度，具体而言为具有760～880N/mm2的维氏硬度的高速钢形成，所以能够不损伤基底基板的表面而整齐地切断树脂基板。
此外，由于能够将切断载荷设定为低载荷，所以无需对树脂基板施加过度的载荷。
在刀轮100的刀刃110的角α为15～45度的范围时，最初锐利的刀刃110逐渐地磨损，能够使刀刃110的棱线宽度适当地扩展。由此，能够长期顺利地切断树脂基板。
刀轮100具有在玻璃基板上的累积行进距离至少小于5000m的情况下棱线的宽度不超过100μm的结构。如果是这样的棱线宽度的刀刃，则能够不对树脂基板施加过度的载荷而顺利地进行切断。
附图标记说明
40b：旋转轴；
100：刀轮；
101：轴孔；
110：刀刃；
110a、110b：斜面；
F：基板；
α：刀刃的角。

Claims (7)

1.一种刀轮，其是对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的刀轮，其特征在于，具有：
轴孔，其被旋转轴插入；
刀刃，其沿所述刀轮的外周形成，对所述树脂基板进行切断，
所述刀轮具有比所述玻璃基板低且比所述树脂基板高的维氏硬度，通过与所述玻璃基板接触并且进行转动来切断所述树脂基板。
2.如权利要求1所述的刀轮，其特征在于，
其由具有760～880N/mm2的维氏硬度的高速钢形成。
3.如权利要求1或2所述的刀轮，其特征在于，
所述刀刃在侧视时在外周部形成有向彼此不同的方向倾斜的两个倾斜面，所述两个倾斜面所呈的角为15～45度。
4.一种切断方法，对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断，其特征在于，
通过使刀轮与所述玻璃基板接触并且进行转动来切断所述树脂基板，所述刀轮沿其外周形成有刀刃，并且所述刀轮的材质为维氏硬度是760～880N/mm2的高速钢。
5.如权利要求4所述的切断方法，其特征在于，
所述刀轮具有在侧视时向彼此不同的方向倾斜的两个倾斜面所呈的角为15～45度的刀刃。
6.一种刀轮，其是对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断的刀轮，其特征在于，具有：
轴孔，其被旋转轴插入；
刀刃，其沿所述刀轮的外周形成，对所述树脂基板进行切断，
所述刀轮具有在累积行进距离至少小于5000m的情况下所述刀刃的棱线的宽度不超过100μm的结构。
7.一种切断方法，对层叠在玻璃基板的树脂基板进行切断，其特征在于，
通过使刀轮与所述玻璃基板接触并且进行转动来切断所述树脂基板，所述刀轮沿其外周形成刀刃，并且具有在累积行进距离至少小于5000m的情况下所述刀刃的棱线的宽度不超过100μm的结构。
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