TW201540682A - 刻劃用刀輪及刻劃裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種能夠對脆性材料基板藉由「外切」方法以低負載確實地形成刻劃線之刀輪及刻劃裝置。 具備有由成為刃前端之圓形稜線21、與從該稜線連續之左右斜面22a、22b構成之刃前端區域20的刀輪A，其由左右斜面22a、22b形成之刃前端角度α為125°以上之鈍角，刃前端區域20之寬度L1，以與預定之刻劃線之寬度相等或者為其以下之值即10μm~30μm形成。

Description

刻劃用刀輪及刻劃裝置

本發明係關於一種用於對脆性材料基板、尤其是對包含強化玻璃之玻璃基板進行刻劃之刀輪及刻劃裝置。此處，所謂的「強化玻璃」，係以藉由在製造步驟中的離子交換之化學性處理，而在玻璃板之表面層(從表面起深度為5μm~50μm左右)形成壓縮應力殘留之壓縮應力層，且在玻璃板內部殘留伸張應力的方式所製造出的玻璃。

強化玻璃之特徵，具有因壓縮應力層的影響而對於外力難以破裂之性質，相反地，一旦在玻璃板表面產生龜裂並進展至殘留伸張應力存在之玻璃板內部，則於當下反而有使龜裂變得容易加深浸透的性質。

一般而言，以刀輪分斷玻璃板之方法，係由首先利用刀輪(亦稱刻劃輪)在玻璃板表面形成有限深度的刻劃線(肋痕)之步驟、及其後藉由從玻璃板之背側沿刻劃線以裂斷桿或裂斷滾筒進行按壓而裂斷之步驟構成(參照專利文獻1及專利文獻2)。

在以刀輪刻劃玻璃板之方法中，存在有「外切」與「內切」，且外切與內切之刻劃方法可根據玻璃板之種類或厚度、用途，而選擇性地分開使用(參照專利文獻2)。

專利文獻1：日本特許第3074143號公報

專利文獻2：日本特開2009-208237號公報

前者之「外切」，如圖7(a)所示，係以如下之方式進行刻劃 之方法：將刀輪K之最下端以下降至較玻璃板M表面(上面)稍微下方的狀態下，設定在玻璃板M之單側端部之外側位置(刻劃開始位置)。然後，使刀輪K從設定位置水平移動，與玻璃板M端部碰撞而形成初始痕，進一步地一邊以既定之刻劃壓按壓、一邊水平移動。

在上述之外切手段(方法)中，刀輪K之刃前端在玻璃板M 端部之刻入(侵入)佳，能夠容易形成初始痕，並且由於已加工之刻劃線到達至玻璃板M之端部，因此在接下來的步驟中之裂斷能夠容易且正確地進行。

然而，在強化玻璃板之情形，因其表面層之殘留應力的影響而對於使刃前端侵入玻璃板端部需要較強的按壓負載，尤其是在如圖8所示般之已將端面R進行倒角處理之基板，由於刃前端容易滑動，因此必須設定更強的按壓負載，使在基板端部之碰撞時之衝擊變大。因此，有時會有在強化玻璃板之端部產生缺欠，從玻璃板端部破斷且不規則之龜裂先行等情況。此外，亦在刀輪側因與強化玻璃板端部有較強的碰撞而容易產生刃前端之磨耗或刃損傷等，使得使用壽命變短。

後者之「內切」，如圖7(b)所示，係以如下之方式進行刻劃之方法：在從玻璃板M之端緣起2mm~10mm左右內側(刻劃開始位置)使刀輪K從上方下降並以既定之刻劃壓抵接於玻璃板M，一邊按壓一邊使刀輪K水平移動。

在上述之內切手段中，由於刀輪K並不會有與玻璃板M端部碰撞般的情形，因此不會有在玻璃板M端部產生缺欠的情況。此外，關 於刃前端之耗損亦相較於外切的情形能夠獲得抑制。

然而，在強化玻璃板之情形，在使刃前端往下按壓並抵接於玻璃板表面時，刃前端往玻璃板表面層之侵入非常地不佳，因此，有時會有因滑動產生而使刻劃加工變困難的情形。此外，有時會存在如以下等的不佳情況：為了使刃前端侵入而若以較強之按壓負載進行刻劃，則因強化玻璃板內部之殘留伸張應力的影響而導致一次性破斷而完全分斷，若將刃前端之前端角度設為較小，則使得不規則之龜裂產生於刃前端之行進方向前方的先行情況容易產生。

如此般，對強化玻璃板之刻劃加工，與對習知所使用之碳酸 鈉玻璃板等之刻劃加工不同，即使是藉由「外切」，或即使是藉由「內切」，均難以良好地形成刻劃線。該傾向，在玻璃板表面之壓縮應力層較厚且殘留應力較大之玻璃板、或如保護液晶表面之覆蓋玻璃等般呈曲線狀對4個角落進行刻劃的情形更明顯地出現。

因此，本發明之目的在於提供一種即使是對加工困難之強化 玻璃製之玻璃板，亦能夠藉由「外切」之手段以低負載並確實地形成刻劃線之刀輪及刻劃裝置。

為了達成上述目的，在本發明中提出了如以下般之技術性手 段。亦即，本發明之刀輪，係具備由成為刃前端之圓形稜線、與從該稜線連續之左右斜面構成之刃前端區域；其成為如下之構成：由該左右斜面形成之刃前端角度為125°以上之鈍角；該刃前端區域之寬度，與預定之刻劃線之寬度相等或者為其以下之值，並為10μm~30μm。

本發明之刀輪，係安裝在被組入於刻劃裝置之刻劃頭之保持 具，且於對在平台上所載置之強化玻璃板以「外切」之手段進行刻劃時使用。其具有以下之效果：在該刻劃時，由於已將刃前端區域之寬度設成為與預定之刻劃線之寬度相等或者為其以下之值並為10μm~30μm之細窄寬度，因此在外切之步驟中，在刃前端騎上強化玻璃板之端部時，藉由刃前端施加集中負載而藉此即使是低負載亦能夠有效率地形成初始痕，且能夠使接著進行的刻劃線加工以較習知的刀輪更低之負載形成。此外，刃前端區域之寬度即使較小，由於刃前端角度為125°以上之鈍角，因此(龜裂)先行難以產生，此外能夠維持刻劃所必需的刃前端強度，並能夠抑制刃損傷等。

在上述發明中，較佳為設成如下之構成：該刀輪以可放電加 工之材料形成，且刀輪之左右寬度形成為較該刃前端區域之寬度大，連結該刀輪左右側面與該稜線的左右之傾斜面之一部分，藉由放電加工切除而藉此形成該刃前端區域。

藉此，僅將放電加工之治具電極按壓於左右之傾斜面，而能夠容易且精密地加工寬度狹窄且細微之刃前端區域，並且由於藉由放電加工切除之凹部，並非接觸於刻劃時應加工之玻璃板而進行刻劃的部分，因此無需精加工研磨等之後置處理，而能夠以原狀態作為製品使用。此外，寬度狹窄之刃前端區域，與已將左右寬度設成較刃前端區域寬之刀輪之本體部分連接而受到支承，因此能夠保持刻劃所必需之強度，且能夠抑制刻劃中之破損。

A‧‧‧刀輪

L1‧‧‧刃前端區域之寬度

L2‧‧‧刀輪之寬度

W‧‧‧強化玻璃

α‧‧‧刃前端角度

1‧‧‧平台

10‧‧‧刻劃頭

11‧‧‧保持具

20‧‧‧刃前端區域

21‧‧‧刃前端稜線

22a、22b‧‧‧左右斜面

23‧‧‧凹部

圖1，係表示本發明之刻劃裝置之概略性的前視圖。

圖2，係表示本發明之刀輪的前視圖。

圖3，係表示圖2之刀輪之刃前端區域的放大剖面圖。

圖4，係表示刀輪騎上強化玻璃之端部之狀態的放大剖面圖。

圖5，係表示刃前端加工前之刀輪的前視圖。

圖6，係對刀輪以形雕放電加工實施凹部時的說明圖。

圖7，係表示外切與內切之手段的說明圖。

圖8，係表示應加工之強化玻璃之端部的立體圖。

以下，針對本發明之刀輪及使用該刀輪之刻劃裝置，根據圖式詳細地進行說明。

圖1係表示本發明之刻劃裝置，其具備有載置並保持脆性材料基板W之平台1。作為脆性材料基板，可例舉如玻璃基板、或由低溫燒成陶瓷或高溫燒成陶瓷等構成之陶瓷基板、矽基板、化合物半導體基板、藍寶石基板、石英基板等。在本實施例中，使用強化玻璃板作為脆性材料基板。平台1，成為可沿水平之軌條2於Y方向(圖1之前後方向)移動，由藉由馬達(未圖示)旋轉之螺桿軸3驅動。進一步地，平台1成為可藉由內藏馬達之旋轉驅動部4而於水平面內旋動。

具備有夾著平台1設置的兩側之支承柱5、5、及於X方向水平延伸之樑(橫樑)6的橋架7，以跨越平台1上之方式設置。在樑6，設置有於X方向水平延伸之導引件9，在該導引件9安裝刻劃頭10以使該刻劃頭10成為可藉由馬達8而於X方向移動。

在刻劃頭10之下部，設置有保持具11，該保持具11保持 刀輪A，該刀輪A對載置於平台1上之強化玻璃W表面進行刻劃加工。保持具11，形成為可藉由流體汽缸12而與刀輪A一起升降。

圖2係表示本發明之刀輪A的前視圖。圖3係其刃前端區域之放大剖面圖。

刀輪A，由工具特性佳之硬質材料作成，且在周面具備有刃前端區域20。刃前端區域20，藉由成為刃前端之圓形稜線21、及從該刃前端稜線21連續之左右斜面22a、22b而形成。左右斜面22a、22b之傾斜端與凹部23之邊緣連接。凹部23，如圖3所示，以鑿入延長左右斜面22a、22b而成之假想傾斜面24a、24b之方式形成，藉此使刃前端區域20之左右寬度L1變細。

該刃前端20之左右寬度L1以與被加工之刻劃線之預定寬度相等或者其以下之附近值設定，形成為10μm~30μm、較佳為10μm~20μm之範圍內。此處，刻劃線之預定寬度由刃前端稜線之角度α、與刃前端區域20之一部分侵入於基板之深度計算而求出。例如，在刃前端角度為140°、刃前端之侵入深度為3μm時，預定之刻劃線之寬度約為16μm，在刃前端角度為150°、刃前端之侵入深度為3μm時之刻劃線預定寬度約為22μm。刃前端區域20之寬度L1，較佳為設定成與該刻劃線之預定寬度相同、或較其小之值。但是，在刃前端區域20之寬度L1小於10μm的情形時，則難以保持突出之刃前端區域20之強度。

此外，刀輪A之直徑以約0.5mm~6.0mm、較佳為1.0mm~3.0mm之尺寸形成，厚度L2以約0.4mm~1.2mm之尺寸形成，藉由刃前端區域20之左右斜面22a、22b而形成之刃前端稜線之角度α，以125°以上之鈍角、較佳為 140°~160°形成。此外，凹部23之深度為從假想傾斜面24a、24b起1.0μm~30.0μm、較佳為3.0μm~10.0μm。

在本實施例中，將刀輪A之直徑設為2.5mm、厚度L2設為0.65mm、刃前端角度α設為150°、刃前端區域20之寬度L1設為15μm。此外，刃前端之侵入深度一般為1.0μm~5.0μm、較佳為1.0μm~3.0μm。

上述之刀輪A，例如可以如以下般之加工方法而容易製作。

如圖5所示，以可放電加工之硬質材料，例如超硬合金或燒結鑽石、具有導電性之單結晶鑽石或多結晶鑽石，製作具備有圓形之刃前端稜線21’及與其相連結之左右之傾斜面25、25的刀輪B。在該情形，將由左右之傾斜面25、25所形成之刃前端角度α，設成與成為製品之刀輪A之刃前端角度相同。如此般之刀輪B，若刃前端角度α與成為製品之刀輪A之刃前端角度相同，則亦可維持不變地利用一般的刻劃用刀輪。此外，作為刀輪B，亦可使用在刃前端稜線21’部分設有溝槽之刀輪。

保留該刀輪B之刃前端稜線21’附近之前端部分(成為圖2之刃前端區域20的部分)，並藉由將連續於前端部分之左右之傾斜面25、25之一部分以放電加工切除而形成凹部23(參照圖3)。

藉此，能夠藉由對在圖5所示之刀輪B進行追加加工而形成本發明之刀輪A。

此處，對刀輪B以形雕放電加工來加工凹部23之方法之一例表示於圖6。

在該方法中，在刀輪B之軸孔26嵌入旋轉軸(未圖示)，藉由一邊使刀輪B旋轉，一邊將具備具有應切除之部分之顛倒形狀之母模27的治具電極 28，對進行旋轉之刀輪B之左右之傾斜面25、25同時地或交互地按壓而以1.0μm~30.0μm之深度切除傾斜面25之一部分。藉此，製作形成有凹部23之刀輪A，該凹部23係連續於刀輪B之刃前端稜線21’之左右之傾斜面25、25的一部分陷入，且使刃前端區域20之寬度L1(參照圖3)變狹窄。

在使用上述之刀輪A進行刻劃加工的情形時，將該刀輪A 安裝於刻劃頭10之保持具11。然後，在使平台1移動而進行強化玻璃W之定位後，使刀輪A下降，並利用上述之「外切」方法對強化玻璃W進行刻劃加工。

本發明者們，在將刀輪A之按壓負載以設成與習知的玻璃 板之刻劃負載相同地以0.14MPa之低負載進行了外切方法之強化玻璃W之刻劃實驗的結果，完成了在不產生缺欠或不規則破斷的情況下形成作為初始痕為充分深度之溝槽。

圖4係從上述實驗值推測刀輪A騎上強化玻璃W端部時之狀態的放大剖面圖。若將刃前端稜線21往玻璃板W之侵入深度L3設為3μm，則刃前端侵入之部分的寬度，由刃前端角度150°進行計算而為小於刃前端區域20之寬度L1及刻劃預定寬度之22μm的約15μm。如此般，即使是低負載亦能形成有效之初始痕，被認為係由於在較細地加工而成之刃前端區域20的部分集中負載之故。在形成該初始痕後，接著藉由使刀輪A一邊以上述按壓負載按壓、一邊行進，而能夠在強化玻璃W以刃前端區域20之寬度L1效率佳地形成刻劃線。

此外，在本實施例中，由於寬度狹窄之刃前端區域20，係形成為與左右寬度設成較刃前端區域20寬之刀輪A之本體部分連接，因此能夠保持刻 劃所必需之強度，且能夠抑制刻劃中之破損。

如上述般，本發明之刀輪A，由於將刃前端區域20之寬度L1，設成與預定之刻劃線之寬度相等或其以下之值、並為10μm~30μm之細窄寬度，因此在以外切方法使刃前端騎上強化玻璃W之端部時，由刃前端施以集中負載而即使是低負載亦能夠有效率地形成初始痕，並且能夠相較於習知的刀輪以低負載形成接著進行之刻劃線之加工。此外，即使刃前端區域20之寬度L1較小，由於刃前端角度為125°以上之鈍角，因此(龜裂)先行難以產生，且能夠維持刻劃所必需之刃前端強度並能夠抑制刃損傷等。

以上，雖已針對本發明之代表性的實施例進行了說明，但本發明並不特定於上述之實施形態，可在達成其目的、不脫離申請專利範圍之範圍內適當地進行修改、變更。

本發明適用於對脆性材料基板進行刻劃線加工時所使用之刀輪及刻劃裝置。

A‧‧‧刀輪

L1‧‧‧刃前端區域之寬度

L2‧‧‧刀輪之寬度

α‧‧‧刃前端角度

20‧‧‧刃前端區域

21‧‧‧刃前端稜線

22a、22b‧‧‧左右斜面

23‧‧‧凹部

24a、24b‧‧‧假想傾斜面

Claims (4)

1. 一種刻劃用刀輪，係具備由成為刃前端之圓形稜線、與從該稜線連續之左右斜面構成之刃前端區域；其特徵在於：由該左右斜面形成之刃前端角度為125°以上之鈍角；該刃前端區域之寬度，與預定之刻劃線之寬度相等或者為其以下之值，並為10μm~30μm。
2. 如申請專利範圍第1項之刻劃用刀輪，其中，該刀輪以可放電加工之材料形成，且刀輪之左右寬度形成為較該刃前端區域之寬度大，連結該刀輪左右側面與該稜線的左右之傾斜面之一部分，藉由放電加工切除而藉此形成該刃前端區域。
3. 如申請專利範圍第1或2項之刻劃用刀輪，其中，該材料係可放電加工之超硬合金或燒結鑽石、單結晶鑽石或多結晶鑽石。
4. 一種刻劃裝置，其特徵在於：具備透過保持具保持申請專利範圍第1至3項中任一項之刀輪之刻劃頭、及載置應加工之脆性材料基板之平台；藉由使該刻劃頭相對於該脆性材料基板相對移動，利用該刀輪之刃前端於該脆性材料基板之表面形成有限深度之刻劃線。