TW201600229A - 刻劃輪及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之刻劃輪,能夠使刻劃並分斷脆性材料基板時之基板之端面強度提高。 將刻劃輪之圓周研磨成V字狀並於研磨面形成鑽石膜。接著,以包含V字狀之前端之稜線的帶狀部分成為頂角α 2的方式藉由粗研磨形成研磨面15。進一步地對研磨面15之中包含稜線之帶狀部分進行精加工研磨,形成頂角α 3之研磨面16。而且將從稜線至粗研磨與精加工研磨之邊界的研磨寬度w設為20μm以上。據此能夠使刃前端之稜線與傾斜面之凹凸減少,且能夠使經刻劃之脆性材料基板之端面強度提高。

Description

刻劃輪及其製造方法
本發明係關於一種用於對陶瓷基板或玻璃基板等脆性材料基板進行刻劃之刻劃輪及其製造方法。
習知的刻劃輪,係對超硬合金製或燒結鑽石製圓板並對其圓周部從兩側相互傾斜地削入、且於圓周面形成V字形刃前端而成。刻劃輪於中心具有貫通孔,而呈旋轉自如地軸裝在刻劃裝置之刻劃頭等而使用。
習知為了在刻劃輪之圓周面形成V字形刃前端,首先在圓板101之中心形成貫通孔102。圖1(a)表示該圓板101之側視圖。接著,如圖1(b)中所示側視圖、圖1(c)中所示前視圖般,對圓周部分從兩側進行研磨成V字狀而成為刃前端部103。根據情況而對刃前端部103以更細粒度的研磨材進行精加工研磨,以構成刻劃輪100。
在專利文獻1中揭示有關於一種用於切斷玻璃基板之玻璃切斷用刀刃,且為了延長其壽命而以鑽石被覆V字形狀之刃前端表面。該玻璃切斷用刀刃,在以與鑽石相容性佳的陶瓷所形成的刃前端表面被覆鑽石膜,並對該鑽石膜進行表面研磨處理以加以整形。並揭示了藉由使用如此般之玻璃切斷用刀刃,其刀刃的壽命較長,並能以切斷面較平滑的方式切斷硬度高的玻璃。
此外,在專利文獻2中揭示有如下內容:在刻劃輪基材形成 鑽石膜,對刃前端部分之鑽石膜進行粗研磨,再進一步進行精加工研磨以製造刻劃輪。
專利文獻1:日本特開平04-224128號公報
專利文獻2:日本特開2013-202975號公報
若欲以機械研磨使鑽石之表面粗度變小,則有必要使用粒徑較小的研磨粒,但當研磨粒的粒徑為較小時,則加工量變少且研磨時間變長。另一方面,若欲縮短研磨時間則必須使用粒徑較大的研磨粒,從而難以使表面粗度變小。專利文獻1中所揭示的玻璃切斷用刀刃,係以基材為陶瓷且將剖面形狀設成V字形並被覆鑽石膜,再進一步進行研磨而構成。然而,僅一階段的研磨,雖可去除鑽石膜的凹凸,但無法使研磨後之面粗度充分地變小。在專利文獻2記載之鑽石被覆切斷刀刃中,係以縮短研磨時間為目的,而進行粗研磨與精加工研磨之二階段研磨。具體而言,使用粒徑較大的研磨粒藉由粗研磨以短時間進行整形,在更狹窄的範圍進行粒徑較小的研磨粒之精加工研磨而使稜線附近的面粗度變小,藉此能夠以較對整面進行精加工研磨更短的加工時間形成刃前端。然而,若刃前端的粗研磨與精加工研磨的角度差較大,則如下述般存在有研磨粒的修正時間變長,因而無法大幅提高加工效率的問題點。再進一步地,存在有稜線彎曲變大、難以遍及刻劃輪之稜線全周進行均勻加工的問題點。
在利用磨石等研磨材對被加工材進行研磨的情形,研磨材本身亦會磨耗,此外,因局部性的加工而使磨石等之形狀產生改變等而使加工性降低。在如此般之情形下,有必要修正(亦稱為矯正(truing)、修整(dressing))磨石等 之形狀或進行更換等。由於鑽石是非常地硬質,因此研磨材之形狀變化亦較大,而成為在磨石等之修正上花費時間、且製造費時的原因。
本發明係有鑑於如此般之問題而完成者,其目的在於:在被覆有鑽石膜之刻劃輪中藉由使研磨寬度變大,而使稜線之彎曲變小、均勻,並且使製造效率提高。
為了解決該課題,本發明之刻劃輪之製造方法,該刻劃輪係沿圓周部形成有稜線,且具有由該稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刃前端,該製造方法包含:藉由研磨材對刻劃輪基材之包含該稜線部分之該傾斜面進行粗研磨,且以使藉由粗研磨而形成之第1研磨面交叉之頂角(α 2)大於該鑽石膜之傾斜面交叉之頂角(α 1)的方式進行研磨而形成第1研磨面,其中,該刻劃輪基材係圓板狀、且以鑽石膜形成有沿圓周部從兩側之側面各個呈傾斜地形成之傾斜面相互交叉之稜線部分;對該第1研磨面中、包含稜線部分之傾斜面,藉由粒度較粗研磨更細的研磨材進行精加工研磨,且以將從稜線至粗研磨與精加工研磨之邊界的寬度設為20μm以上、使第2研磨面交叉之頂角(α 3)大於該第1研磨面交叉之頂角的方式形成該第2研磨面。
此處,亦可為:將該第1研磨面交叉之頂角與該第2研磨面交叉之頂角之差(θ 2)設為大於5°,且為25°以下。
此處,亦可為:該鑽石膜之傾斜面交叉之頂角與該第1研磨面交叉之頂角之差(θ 1),大於該第1研磨面交叉之頂角與該第2研磨面交叉之頂角之差(θ 2)。
此處,亦可為:該刻劃輪基材,為超硬合金。
為了解決該課題,本發明之刻劃輪,係沿圓周部形成有稜線,且具有由該稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刃前端,其具有:刻劃輪基材,沿圓板之圓周形成有刃前端部分;鑽石膜,形成於該刻劃輪基材之刃前端表面;第1研磨面,在以該鑽石膜形成的稜線之兩側區域藉由研磨材研磨而成;以及第2研磨面,在該第1研磨面前端的稜線之兩側區域藉由研磨材研磨而成;該第2研磨面交叉之頂角(α 3)大於該第1研磨面交叉之頂角(α 2),並將從該稜線至粗研磨與精加工研磨之邊界的研磨寬度設為20μm以上。
根據具有如此般之特徵的本發明,將刻劃輪之刃前端研磨成V字形,並且在研磨面形成鑽石膜,僅對其前端部分進行粗研磨,之後進行精加工研磨。而且,使精加工研磨之頂角角度大於粗研磨時的頂角角度,並將從稜線至粗研磨與精加工研磨之邊界的研磨寬度設為20μm以上。藉此能夠獲得如下之效果:能夠使稜線之彎曲程度較小、且遍及稜線全周均勻,並且縮短磨石修正時間,且能夠使製造效率提高。
10‧‧‧刻劃輪
11‧‧‧圓板
12‧‧‧貫通孔
12a‧‧‧旋轉軸
13‧‧‧研磨面
14‧‧‧鑽石膜
15‧‧‧第1研磨面
16‧‧‧第2研磨面
圖1,係表示習知例的刻劃輪與其製造過程的側視圖及前視圖。
圖2,係本發明之實施形態之刻劃輪的前視圖及側視圖。
圖3,係表示本實施形態之刻劃輪之製造過程的側視圖。
圖4A,係表示在本實施形態之刻劃輪基材上生成有鑽石膜的狀態的前端部分的放大剖面圖。
圖4B,係表示進行了粗研磨的刻劃輪之前端部分的放大剖面圖。
圖4C,係表示進行了精加工研磨的刻劃輪之前端部分的放大剖面圖。
圖5,係表示本發明之實施例與比較例之刻劃輪之研磨角度與磨石修正時間、稜線曲率半徑及研磨寬度的圖。
圖2(a)係本發明之實施形態之刻劃輪的前視圖,圖2(b)係其側視圖。此外,圖3(a)~(d)係表示該實施形態之刻劃輪之製造過程的側視圖。在製造刻劃輪10時,例如,首先在超硬合金、或陶瓷製之刻劃輪基材的圓板11中央如圖3(b)所示般形成成為軸孔的貫通孔12。
接著,在該貫通孔12連通馬達等之軸並以貫通孔12之中心軸為旋轉軸12a一邊使其旋轉,一邊從兩側研磨圓板11之全圓周而如圖3(b)所示般形成具有傾斜面與稜線的垂直剖面V字形,使該斜面成為研磨面13。此時的頂角較佳為80°~150°,更佳為90°~140°。若為80°以下則稜線前端在加工時易破損,若為150°以上則存在有作為刃前端的實用性消失的傾向。
接著,在大致V字形的研磨面13形成鑽石薄膜。首先如圖4A之表示刃前端之稜線部分的放大剖面圖般,以鑽石膜之附著變容易的方式預先使大致V字形的研磨面13成為粗面。接著在斜面部分形成有為次微米(submicron)以下粒徑之核的鑽石後,藉由化學氣相反應使鑽石之核成長,形成膜厚例如為10~30μm的鑽石膜14。如此般之鑽石膜之形成亦可一次進行而成為單層的鑽石膜,此外亦可反覆進行多次而成為多層的鑽石膜。此處,由於鑽石膜係在刻劃輪基材之傾斜面及稜線呈大致均勻地形成,因此鑽石膜之頂角與刻劃輪基材之頂角大致相等。將該鑽石膜之頂角設為第1頂角α 1。頂角α 1較佳為80°~150°,更佳為90°~140°。若為80°以下則稜線前 端在加工時易破損,若為150°以上則存在有作為刃前端的實用性消失的傾向。
接著,對鑽石膜14進行粗研磨。在粗研磨中,例如使用粒度8000號或其以下之號碼的研磨材。較8000號大的研磨材的情形,將因研磨材粒徑過細而無法得到對於鑽石膜14為必要的加工度。在該步驟中,僅針對於中心包含稜線的帶狀部分進行研磨成第2頂角α 2(α 2>α 1)。圖4B係表示該前端部分的放大圖。將以如此方式形成的研磨面設為第1研磨面15。此處頂角α 2係以成為相對於α 1僅大θ 1之值的方式進行研磨。
接著如圖4C所示般僅針對於中央包含研磨面15之稜線的更窄寬度的帶狀部分進行精加工研磨。在精加工研磨中使用較粗研磨更細粒度之微粉之研磨材進行研磨。而且對研磨後之包含由稜線所成之圓的面以相對於旋轉軸12a成為垂直之方式、此外以頂角成為所欲之第3頂角α 3(α 3>α 2)之方式進行研磨。將以如此方式形成的精加工之研磨面設為第2研磨面16。此處將從稜線至研磨面15、16之邊界的研磨寬度設為w。該研磨寬度w為20μm以上。
此處研磨材之粒度較佳為粒度9000號以上,更佳為10000號以上,尤佳為15000號以上。由於在精加工研磨中使用較粗研磨更細粒度之微粉之研磨材進行研磨,因此第2研磨面之算術平均粗度較第1研磨面之算術平均粗度小。在精加工研磨步驟中進行研磨至研磨後之刃前端表面及稜線之算術平均粗度Ra為0.03μm以下,較佳為0.015μm以下。研磨材之粒度若小於9000號,則難以使研磨後之刃前端表面及稜線之算術平均粗度Ra成為0.03μm以下。因此在刻劃時膜之缺欠或剝離易產生,此外在分 斷之脆性材料基板端面存在有容易殘留傷痕的傾向。此處頂角α 3係以成為相對於α 2僅大θ 2之值的方式進行研磨。θ 2大於5°。此外θ 2為25°以下,較佳為設為20°以下。θ 2越大,則精加工研磨之刃前端的前端之形狀變化越大。此外,θ 2小於θ 1為較佳。藉由該精加工研磨而包含由鑽石膜之稜線所成之圓的面成為垂直於刻劃輪基材之中心軸。此外最終的頂角α 3為較大者適合於以較高之刻劃負載而進行使用,頂角α 3為較小者適合於以較低之刻劃負載而進行使用。
刻劃輪,藉由磨石等之研磨材而進行研磨,藉此容易以同一角度遍及刻劃輪全周研磨傾斜面。當完成一面之粗研磨或精加工研磨時,亦對另一面同樣地進行研磨。如此般,根據尤其是使用了磨石的研磨,容易認定頂角α 2、α 3成為所欲之值、在側視觀察下使刻劃輪之稜線為直線等。進一步地,能夠容易地確實地研磨所欲之寬度w之區域。
如此般藉由將刃前端設成2段之V字狀並僅對作為刻劃輪為必要的刃前端之鑽石前端部分進行精加工研磨,以減少加工面積藉此能夠縮短加工時間並使刃前端之稜線之凹凸變少。
藉由以如此方式進行研磨,與習知的燒結鑽石之刻劃輪相比,由於與脆性材料基板接觸的部分整體為鑽石,因此能夠使刻劃輪之耐磨耗性提高。此外,由於與脆性材料基板接觸的部分整體為鑽石膜,因此能夠使提供刻劃之刃前端部分及稜線之粗度變細。進一步地與離子束(ion beam)之研磨不同,由於能夠以同一條件研磨稜線之兩側,因此所研磨之兩側之研磨面粗度能夠相等,此外容易使稜線在側視觀察下為直線狀及使稜線所形成之彎曲度之偏差減少。
此外,此處所揭示之研磨材之粒度為一例子,並不限定於該粒度。
【實施例】
接著使用圖5之實施例及比較例針對本發明之刻劃輪之研磨前狀態與研磨後狀態進行說明。此處將刻劃輪之精加工後之頂角α 3設為140°。刻劃輪基材之頂角為100°,在其上形成有鑽石膜。而且研磨前之刃前端角度α 1均為100°,在粗研磨中比較例為110°,實施例為130°。因此α 1與α 2之差θ 1在實施例中為30°,在比較例中為10°,α 2與α 3之差θ 2在實施例中為10°,在比較例中為30°。亦即,在實施例中θ 1>θ 2,在比較例中θ 1<θ 2。而且將精加工研磨時之對磨石的壓入量設為一定,精加工研磨結束後之頂角α 3均研磨成140°。此時研磨寬度w在比較例中約15μm左右,在實施例中約30μm左右。精加工研磨中的研磨寬度較大者將使得對磨石的接觸面積變大,對磨石的負載變小,因此在使用磨石後為必要的磨石修正時間變短。例如在比較例中磨石修正時間約50分,相對於此,在實施例中約10分。另一方面,沒有因研磨寬度不同所導致的研磨時間之變化。在粗研磨的情形由於使用粒徑較精加工研磨大的磨粒,因此對想要實現的前端角度的加工較容易,在實施例與比較例中在研磨時間上並無實質上的差異。在精加工研磨的情形,雖在實施例中研磨寬度較比較例大,但θ 2小於比較例,且前端之形狀未較大地變化,因此研磨時間並無較比較例長的情況。此外,稜線之彎曲度在比較例中約2.5μm與2μm以上且偏差較大。相對於此,在實施例中約1.5μm左右與2μm以下,與稜線相比為較小。使用如此般之刻劃輪能夠在刻劃中進行切斷時使脆性材料基板之端 面精度提高。
本發明之刻劃輪,可使用於刻劃脆性材料基板之刻劃裝置中,尤其是對於刻劃薄且硬質之脆性材料基板的刻劃裝置是很有效果的。
13‧‧‧研磨面
14‧‧‧鑽石膜
15‧‧‧第1研磨面
16‧‧‧第2研磨面
w‧‧‧研磨寬度
α 3‧‧‧頂角

Claims (8)

  1. 一種刻劃輪之製造方法,該刻劃輪係沿圓周部形成有稜線,且具有由該稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刃前端,其特徵在於:藉由研磨材對刻劃輪基材之包含該稜線部分之該傾斜面進行粗研磨,且以使藉由粗研磨而形成之第1研磨面交叉之頂角(α 2)大於該鑽石膜之傾斜面交叉之頂角(α 1)的方式進行研磨而形成第1研磨面,其中,該刻劃輪基材係圓板狀、且以鑽石膜形成有沿圓周部從兩側之側面各個呈傾斜地形成之傾斜面相互交叉之稜線部分;對該第1研磨面中、包含稜線部分之傾斜面,藉由粒度較粗研磨更細的研磨材進行精加工研磨,且以將從稜線至粗研磨與精加工研磨之邊界的寬度設為20μm以上、使該第2研磨面交叉之頂角(α 3)大於該第1研磨面交叉之頂角的方式形成該第2研磨面。
  2. 如申請專利範圍第1項之刻劃輪之製造方法,其中,將該第1研磨面交叉之頂角與該第2研磨面交叉之頂角之差(θ 2)設為大於5°,且為25°以下。
  3. 如申請專利範圍第1項之刻劃輪之製造方法,其中,該鑽石膜之傾斜面交叉之頂角與該第1研磨面交叉之頂角之差(θ 1),大於該第1研磨面交叉之頂角與該第2研磨面交叉之頂角之差(θ 2)。
  4. 如申請專利範圍第1項之刻劃輪之製造方法,其中,該刻劃輪基材,由超硬合金構成。
  5. 一種刻劃輪,係沿圓周部形成有稜線,且具有由該稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刃前端,其特徵在於,具有: 刻劃輪基材,沿圓板之圓周形成有刃前端部分;鑽石膜,形成於該刻劃輪基材之刃前端表面;第1研磨面,在以該鑽石膜形成的稜線之兩側區域藉由研磨材研磨而成;以及第2研磨面,在該第1研磨面前端的稜線之兩側區域藉由研磨材研磨而成;該第2研磨面交叉之頂角(α 3)大於該第1研磨面交叉之頂角(α 2),並將從該稜線至粗研磨與精加工研磨之邊界的研磨寬度設為20μm以上。
  6. 如申請專利範圍第5項之刻劃輪,其中,將該第1研磨面交叉之頂角與該第2研磨面交叉之頂角之差(θ 2)設為大於5°,且為25°以下。
  7. 如申請專利範圍第5項之刻劃輪,其中,該鑽石膜之傾斜面交叉之頂角與該第1研磨面交叉之頂角之差(θ 1),大於該第1研磨面交叉之頂角與該第2研磨面交叉之頂角之差(θ 2)。
  8. 如申請專利範圍第5項之刻劃輪,其中,該刻劃輪基材,由超硬合金構成。
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