TWI438164B - 劃線輪、劃線裝置、及劃線方法 - Google Patents

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TWI438164B TW100113760A TW100113760A TWI438164B TW I438164 B TWI438164 B TW I438164B TW 100113760 A TW100113760 A TW 100113760A TW 100113760 A TW100113760 A TW 100113760A TW I438164 B TWI438164 B TW I438164B
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Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
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Description

劃線輪、劃線裝置、及劃線方法
本發明係關於一種燒結金剛石製之劃線輪、及具有此劃線輪之劃線裝置、及使用此劃線輪之劃線方法。
先前，將貼合2片玻璃基板而形成之貼合玻璃基板藉由一系列之劃線步驟及斷裂步驟而裁剪為複數個單位貼合玻璃之技術眾所周知(例如，專利文獻1)。
另外，藉由於刀尖之稜線部形成突起部，而不產生水平裂痕，使深的垂直裂痕產生於玻璃板上之技術先前亦眾所周知(例如，專利文獻2)。
另外，使形成貼合基板之表面背面之單板基板不上下反轉及水平方向旋轉90°，而水平方向地於正交之兩個方向上連續分割之技術先前亦眾所周知(例如，專利文獻3)。
進而，藉由使輪之外徑、槽之深度、槽間之稜線之長度為所期望範圍，而使劃線輪之刀尖之磨損降低，使劃線輪長壽命化之技術先前亦眾所周知(例如，專利文獻4)。
[先技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第3042192號說明書
[專利文獻2]日本專利第3074143號說明書
[專利文獻3]國際公開第2005/087458號
[專利文獻4]國際公開第2009/148073號
此處，作為使劃線工數降低之方法之一，列舉如下方法：最大限度削減劃線輪與脆性材料基板隔離移動之時間，最大限度確保劃線輪與脆性材料基板(例如，玻璃基板等)抵接之時間。
然而，此方法會產生如下問題：於使脆性材料基板抵接(侵入)之狀態下，使劃線輪之行進方向變化，根據情形有時刀尖之突起部缺損。
因此，本發明之目的在於提供一種可於脆性材料基板上形成良好之劃線之劃線輪、及此具有劃線輪之劃線裝置、及使用此劃線輪之劃線方法。
為了解決上述問題，技術方案1之發明之特徵在於：其係燒結金剛石製之劃線輪，且包括：圓盤狀之本體部；設置於上述本體部之外周之圓環狀之刀；沿著上述刀之最外周部而設且具有複數個突起部之刀尖；上述刀之厚度從上述本體部之中心朝向上述刀尖變小，通過上述刀之最外周部之中心軸之平面之剖面成V形狀，各突起部設置於沿著上述刀尖而形成之複數個槽中鄰接之槽之間，上述燒結金剛石包含65.0~75.0重量%之金剛石、3.0~10.0重量%之超微粒子碳化物、及其餘部分之結合材料，上述金剛石之平均粒徑為0.6~1.5 μm之範圍，上述結合材料係以鈷為主成分之鐵系金屬。
另外，技術方案2之發明如技術方案1之劃線輪，其中，上述超微粒子碳化物為6.0~8.0重量%之範圍，並且包含1.0~4.0重量%之碳化鈦、及其餘部分之碳化鎢。
另外，技術方案3之發明之特徵在於包括：劃線單元，其藉由使如技術方案1或2之劃線輪相對於脆性材料基板壓接轉動，而於上述脆性材料基板上形成劃線；及保持單元，其保持上述脆性材料基板，且使被保持之上述脆性材料基板相對於劃線單元而相對性地移動。
另外，技術方案4之發明之特徵在於：其係利用如技術方案1或2之劃線輪於脆性材料基板上形成劃線之方法，且包括如下步驟：(a)使上述劃線輪與上述脆性材料基板抵接，且於與上述脆性材料基板平行之第1水平方向使上述劃線輪相對性地移動；及(b)於上述步驟(a)之後，於使上述劃線輪與上述脆性材料基板抵接之狀態下，將上述劃線輪之移動方向變更為與上述第1水平方向不同、且與上述脆性材料基板平行之第2水平方向。
根據技術方案1至技術方案4之發明，構成劃線輪之燒結金剛石包含65.0~75.0重量%之金剛石、3.0~10.0重量%之超微粒子碳化物、及其餘部分之結合材料，並且金剛石之平均粒徑為0.6~1.5 μm之範圍，結合材料係以鈷為主成分之鐵系金屬。
由此，此燒結金剛石製之劃線輪不僅可提高耐磨損性及耐衝擊強度特性，亦可提高耐扭動強度特性。即，於使劃線輪與成為切斷對象之脆性材料基板抵接之狀態下，即使於使劃線輪之行進方向變化之情形時，亦可有效地防止刀尖之突起部缺損。因此，可實現劃線輪之進一步長壽命化。
尤其，根據技術方案2之發明，超微粒子碳化物包含1.0~4.0重量%之碳化鈦。由此，於燒結過程中之金剛石之熔融凝固時，可抑制金剛石粒子之異常粒成長。因此，可進而使耐扭動強度特性提高。
<1.　劃線裝置之構成>
以下，一面參照圖式一面對本發明之實施形態進行詳細說明。
圖1及圖2係分別表示劃線裝置1之整體構成之一例之正面圖及側面圖。圖3及圖4係表示劃線輪50附近之構成之一例之正面圖及仰視圖。圖5係用以說明後傾轉向效應之仰視圖。
劃線裝置1係例如玻璃基板或者陶瓷基板等般，於由脆性材料而形成之基板(以下，亦僅稱為「脆性材料基板」)4之表面，劃入劃線(切縫：縱向裂痕)之裝置。
如圖1及圖2所示，劃線裝置1主要包括：保持單元10、劃線單元20、拍攝部單元60、及控制單元90。再者，於圖1及以後之各圖中，為了使該等單元之方向關係明確，而根據需要適當附上將Z軸方向設為鉛直方向、將XY平面設為水平面之XYZ正交座標系統。
此處，如圖3所示，當利用劃線裝置1於脆性材料基板4之表面形成劃線SL後，脆性材料基板4上將產生於垂直方向(Z軸方向)延伸之垂直裂痕K(劃線步驟)。
而且，藉由對產生了此垂直裂痕K之脆性材料基板4賦予應力(斷裂步驟)，而從形成了劃線SL之脆性材料基板4之主面至其相反側之主面為止使垂直裂痕K成長，從而將脆性材料基板4切斷，將此方法稱為「割斷」。
另一方面，僅通過劃線步驟(即，不執行斷裂步驟)，使垂直裂痕K自脆性材料基板4之劃線SL之主面伸展至相反側之主面為止，從而將脆性材料基板4切斷，將此方法稱為「分割」。
該等割斷及分割係於用以切斷之本質之要素為垂直裂痕之伸展之方面，較使用切出切屑為用以切斷之本質之要素之金剛石切割鋸(cutting saw)(或者輪)、或者金剛石切割鋸(dicing saw)之研削切斷更好之切斷方法。
另外，作為利用本實施形態之劃線方法能夠割斷或者分割之脆性材料基板4之材質之例，可列舉玻璃、陶瓷、矽、或者藍寶石等。尤其，近年來，作為通信機器關聯之高頻模塊所使用之基板，自HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics，高溫共燒陶瓷)向比較容易加工之LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics，低溫共燒陶瓷)之過渡正在加速。因此，本實施形態之劃線方法將日益有效地被使用。
保持單元10保持脆性材料基板4，並且使被保持之脆性材料基板4相對於劃線單元20而相對性地移動。如圖1所示，保持單元10設置於基部10a上，且主要具有平台11、滾珠螺桿機構12、及馬達13。
此處，基部10a例如由大致長方體狀之石定盤而形成，且其上表面(與保持單元10相向之面)被平坦加工。藉此，可降低基部10a之熱膨脹，可使由保持單元10保持之脆性材料基板4良好地移動。
平台11吸附保持所載置之脆性材料基板4。另外，平台11使被保持之脆性材料基板4於箭頭AR1方向(X軸正或者負方向：以下，亦簡稱為「進退方向」)進退，並且向箭頭R1方向旋轉。如圖1及圖2所示，平台11主要具有吸附部11a、旋轉台11b、及移動台11c。
吸附部11a設置於旋轉台11b之上側。如圖1及圖2所示，脆性材料基板4能夠載置於吸附部11a之上表面。另外，於吸附部11a之上表面格子狀地配置有複數個吸附槽(圖示省略)。因此，於載置著脆性材料基板4之狀態下，將各吸附槽內之環境排氣(吸引)，由此脆性材料基板4被吸附部11a吸附。
旋轉台11b設置於吸附部11a之下側，且使吸附部11a以與Z軸大致平行之旋轉軸11d為中心而旋轉。另外，移動台11c設置於旋轉台11b之下側，且沿著進退方向，使吸附部11a及旋轉台11b移動。
因此，被平台11吸附保持之脆性材料基板4於箭頭AR1方向進退，並且以隨著吸附部11a之進退動作而移動之旋轉軸11d為中心而旋轉。
滾珠螺桿機構12配置於平台11之下側，且使平台11於箭頭AR1方向進退。如圖1及圖2所示，滾珠螺桿機構12主要具有進給螺桿12a與螺母12b。
進給螺桿12a為沿著平台11之進退方向延伸之棒體。於進給螺桿12a之外周面設置有螺旋狀之槽(圖示省略)。另外，進給螺桿12a之一端由支持部14a可旋轉地支持，進給螺桿12a之另一端由支持部14b可旋轉地支持。進而，進給螺桿12a與馬達13連動連結，若馬達13旋轉，則進給螺桿12a於其旋轉方向上旋轉。
螺母12b隨著進給螺桿12a之旋轉，藉由未圖示之滾珠之滾轉運動，而於箭頭AR1方向進退。如圖1及圖2所示，螺母12b被固定於移動台11c之下部。
因此，當驅動馬達13，馬達13之旋轉力傳達到進給螺桿12a後，螺母12b於箭頭AR1方向進退。其結果，固定了螺母12b之平台11與螺母12b同樣地於箭頭AR1方向進退。
一對導軌15、16限制行進方向中之平台11之移動。如圖2所示，一對導軌15、16於基部10a上，於箭頭AR2方向僅隔開特定距離而固定。
複數個(本實施形態中為2個)滑動部17(17a、17b)沿著導軌15於箭頭AR1方向滑動自如。如圖1及圖2所示，各滑動部17(17a、17b)於移動台11c之下部，於箭頭AR1方向僅隔開特定距離而固定。
複數個(本實施形態中為2個：然而，為便於圖示，僅記載滑動部18a)滑動部18沿著導軌16於箭頭AR1方向滑動自如。如圖1及圖2所示，各滑動部18與滑動部17(17a、17b)同樣地，於移動台11c之下部，於箭頭AR1方向僅隔開特定距離而固定。
如此，當將馬達13之旋轉力賦予滾珠螺桿機構12後，平台11沿著一對導軌15、16移動。因此，可確保進退方向中之平台11之直進性。
劃線單元20相對於被保持單元10保持之脆性材料基板4，使燒結金剛石製之劃線輪50(參照圖3)壓接轉動，由此於脆性材料基板4之表面形成劃線SL。如圖1及圖2所示，劃線單元20主要具有頭部30與驅動部40。
頭部30由未圖示之升降‧加壓機構，自被保持之劃線輪50對脆性材料基板4之表面，賦予擠壓力(以下，亦僅稱為「劃線負荷」)。如圖3所示，頭部30具有支架35。另外，支架35為旋轉自如地保持劃線輪50之要素。如圖3所示，支架35主要具有銷36、支持框體37、及迴轉部38。
銷36係於插入至貫通劃線輪50之貫通孔50a中之狀態下固定之棒體。此處，如圖3及圖4所示，貫通孔50a沿著與X軸大致平行之旋轉軸50b延伸。
如圖3所示，支持框體37係以覆蓋貫通孔50a之兩個開口(兩端)之方式而配置之構造物。自貫通孔50a之兩端突出之銷36相對於支持框體37可旋轉地設置。因此，被銷36固定之劃線輪50相對於支持框體37旋轉自如。
如圖3所示，迴轉部38設置於支持框體37之上部，且以與Z軸大致平行之旋轉軸38a為中心而使支持框體37旋轉。如圖4所示，自下表面觀察之迴轉部38之旋轉軸38a之位置與脆性材料基板4中之保持單元10之設置位置50c偏移。
藉此，如圖5所示，當劃線輪50之行進方向自箭頭AR3(2點鏈線)方向變化為箭頭AR4(實線)方向時，由於後傾轉向效應，使得旋轉軸38a周圍之轉矩作用於劃線輪50。因此，劃線輪50於箭頭R2方向轉動，劃線輪50之位置自2點鏈線位置變化為實線位置。
如此，劃線輪50之行進方向變化，即便於劃線輪50之姿勢相對於行進方向僅偏移角度θ1之情形時，箭頭R2方向之轉矩亦作用於劃線輪50。其結果，劃線輪50迴轉，使劃線輪50之姿勢與劃線輪50之行進方向大致平行。
驅動部40使劃線輪50所設置之頭部30於箭頭AR2方向(Y軸正或者負方向：以下，亦僅稱為「往返方向」)往返。如圖2所示，驅動部40主要具有支柱41、軌道42、及馬達43。
複數根(本實施形態中為2根)支柱41(41a、41b)自基部10a起於上下方向(Z軸方向)延伸。如圖2所示，各導軌42於被夾持於支柱41a、41b之間之狀態下，對該等支柱41a、41b固定。
複數根(本實施形態中為2根)導軌42限制往返方向上之頭部30之移動。如圖2所示，複數根導軌42於上下方向僅隔開特定距離而固定。
馬達43與未圖示之進給機構(例如，滾珠螺桿機構)連動連結。藉此，若馬達43旋轉，則頭部30沿著複數根導軌42於箭頭AR2方向往返。
藉由使劃線輪50於脆性材料基板4上壓接轉動，而於脆性材料基板4上形成劃線SL(參照圖3)。劃線輪50例如係將燒結金剛石(Polycrystalline diamond：多晶鑽石，以下亦簡稱為「PCD」)成形而成者。再者，關於劃線輪50之詳細之構成將於下文敘述。
拍攝部單元60拍攝被保持單元10保持之脆性材料基板4。如圖2所示，拍攝部單元60具有複數個相機65(65a、65b)。
複數個(本實施形態中為2台)相機65(65a、65b)如圖1及圖2所示，配置於保持單元10之上方。各相機65(65a、65b)拍攝脆性材料基板4上所形成之特徵性之部分(例如，對準標記(圖示省略))之圖像。然後，根據由各相機65(65a、65b)所拍攝之圖像，求出脆性材料基板4之位置及姿勢。
此處，所謂脆性材料基板4之「位置」，係指絕對座標系統中之脆性材料基板4上之任意之位置。另外，所謂脆性材料基板4之「姿勢」，係指相對於頭部30之往返方向之脆性材料基板4之基準線(例如，於脆性材料基板4為四方形之情形時，為4邊中之1邊)之傾斜。
進而，於本實施形態中，使用四方形之脆性材料基板4，於脆性材料基板4之4個角部中鄰接之2個角部形成對準標記。另外，各對準標記由所對應之相機65a、65b拍攝，根據該等已拍攝之圖像，求出絕對座標系統中之各對準標記之位置。然後，根據該等對準標記之位置，運算脆性材料基板4之位置及姿勢。
控制單元90實現劃線裝置1之各要素之動作控制、及資料運算。如圖1及圖2所示，控制單元90主要具有ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)91、RAM(Random Access Memory，隨機存儲記憶體)92、及CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)93。
ROM(Read Only Memory)91係所謂非揮發性之記憶部，例如，儲存程式91a。再者，作為ROM91，亦可使用讀寫自如之非揮發性記憶體即快閃記憶體。RAM(Random Access Memory)92係揮發性之記憶部，例如，儲存CPU93之運算所使用之資料。
CPU(Central Processing Unit)93執行根據ROM91之程式91a之控制(保持單元10之進退‧旋轉動作、及由驅動部40進行之頭部30之往返動作等之控制)、及脆性材料基板4之位置及姿勢運算等之資料處理。
例
如，CPU93
(1)運算脆性材料基板4之位置及姿勢，並且
(2)根據此位置及姿勢之運算結果，使旋轉台11b旋轉動作，且使移動台11c進退動作，
由此執行相對於頭部30之脆性材料基板4之對準處理。
<2.　劃線輪之構成>
圖6及圖7係表示劃線輪50之構成之一例之側面圖及正面圖。圖8係圖6之A部分之放大圖。如圖3至圖7所示，劃線輪50係以2個圓錐台之下底面(其中，下底面較上底面而言面積大)相互對向之方式而配置者，且具有大致圓盤形狀(算盤珠形狀)。如圖6至圖8所示，劃線輪50主要具有本體部51、刀52、及刀尖52a。
如圖6及圖7所示，本體部51形成為圓盤狀，於本體部51之中心附近沿著旋轉軸50b而設置有貫通本體部51之貫通孔50a。另外，於本體部51之外周設置有圓環狀之本體部51。
如圖6所示，刀52係由以旋轉軸50b為中心之同心圓狀之內周及外周而形成之圓環狀體。如圖7所示，刀52正面觀察為V字狀。沿著旋轉軸50b之刀52之厚度Tb(參照圖7)隨著自旋轉軸50b側朝向刀尖52a逐漸變小。
刀尖52a沿著刀52之最外周部(即，刀52中距旋轉軸50b之距離最大、刀52之厚度Tb最小之部分)而設置。如圖8所示，刀尖52a具有突起部54，並且於刀尖52a設置有槽53與稜線54a。
複數個槽53係設置於刀尖52a之側面觀察大致V字狀之凹部。如圖8所示，鄰接之槽53沿著刀52之外周僅隔開所期望之間距P而形成。
如圖8所示，複數個突起部54沿著本體部51之最外周部而設置。更具體而言，各突起部54設置於沿著刀尖52a而設置之複數個槽53中鄰接之槽53之間。
再者，圖8中，為便於圖示，僅記載有3個槽53、及4個突起部54。另外，形成於刀尖52a之複數個槽53為微米級且意圖加工者。因此，複數個槽53係區別於由刀尖52a形成時之研削加工而必然形成之研削條痕。
<2.1.　劃線輪之尺寸>
此處，劃線輪50之外徑Dm(參照圖7)較佳為1~5(mm)(更佳為1~3(mm))之範圍。於劃線輪50之外徑Dm小於1 mm之情形時，劃線輪50之操作性及耐久性降低。另一方面，於劃線輪50之外徑Dm大於5 mm之情形時，有時劃線時之垂直裂痕K相對於脆性材料基板4不形成得較深。
另外，劃線輪50之厚度Th(參照圖7)較佳為0.5~1.2(mm)(更佳為0.5~1.1(mm))之範圍。於劃線輪50之厚度Th小於0.5 mm之情形時，有時加工性及操作性降低。另一方面，於劃線輪50之厚度Th大於12 mm之情形時，劃線輪50之材料及製造用之成本變高。
另外，刀52之刀尖角θ2(參照圖7)通常為鈍角，較佳為90<θ2≦160(deg)(更佳為100≦θ2≦140(deg))之範圍。再者，刀尖角θ2之具體之角度根據切斷之脆性材料基板4之材質、及/或厚度等而適當設定。
另外，形成於刀尖52a之槽53之深度Dp(換而言之突起部54之高度)較佳為1~60(μm)，通常為2~25(μm)(更佳為3~15(μm))之範圍。
另外，鄰接之槽53之間之間距P(參照圖8)較佳為20~200(μm)(更佳為30~70(μm))之範圍。於鄰接之槽53之間之間距P小於20 μm之情形時，會有劃線輪50之刀尖52a之磨損變大、耐久性降低之情形。另一方面，於該間距P大於200 μm之情形時，會有無法於脆性材料基板4上形成良好之垂直裂痕K之情形。
另外，形成於鄰接之槽53之間之稜線54a之長度L(參照圖8)較佳為25~75(μm)(更佳為25~75(μm))之範圍。於該稜線54a之長度L小於25 μm之情形時，將產生無法確保充分之有效切削長度，因而導致劃線輪50之壽命變短之問題。
另外，槽53之寬度W相對於稜線54a之長度L之比例Rt(=W/L)較佳為0.5~5.0(更佳為1.0~3.5)之範圍。於此情形時，可充分確保有效切削長度。
<2.2.　劃線輪中所包含之材料>
另外，劃線輪50之成形所使用之燒結金剛石具有金剛石粒子與其餘部分之結合相，較佳為相鄰之金剛石粒子彼此相互結合。由於相鄰之金剛石粒子彼此相互結合，可獲得優異之耐磨損性及強度。
此處，對燒結金剛石中所包含之材料中之金剛石粒子、及結合相中所包含之結合材料及添加劑進行說明。
金剛石粒子之平均粒徑較佳為0.6~1.5(μm)(更佳為0.7~1.0(μm))之範圍。
此處，劃線輪50係於突起部54之稜線54a中求出銳利度。因此，金剛石粒子之平均粒徑必需為至少1.5 μm以下之超微粒子。
另一方面，於金剛石之平均粒徑小於0.6 μm之情形時，於金剛石晶界中裂痕容易傳播。因此，當扭動力反覆作用於刀尖52a之突起部54時，會助長此突起部54之缺損。其結果將產生劃線輪50之壽命變短之問題。
燒結金剛石中之金剛石之含量較佳為65.0~75.0(重量%)(更佳為68.0~72.0(重量%)：85.0~86.0(容量%))之範圍。此處，於金剛石之含量小於68.0重量%之情形時，燒結金剛石之耐磨損性降低。
作為添加劑，例如，較佳地使用選自鎢、鈦、鈮、鉭之至少1種以上之元素之超微粒子碳化物。
此處，燒結金剛石中之超微粒子碳化物之含量較佳為3.0~10.0(重量%)之範圍。
更佳為，超微粒子碳化物之含量為6.0~8.0(重量%)之範圍，超微粒子碳化物包含1.0~4.0(重量%)之碳化鈦與其餘部分之碳化鎢。藉此，於燒結過程中之金剛石之熔融凝固時，可抑制金剛石粒子之異常粒成長。因此，可進而使耐扭動強度特性提高。
作為結合材料，通常，較佳地使用鐵族元素。作為鐵族元素，例如可列舉鈷、鎳、鐵等，其中鈷較佳。另外，燒結金剛石中之結合材料之含量較佳為金剛石及超微粒子碳化物之其餘部分，更佳為20~25(重量%)之範圍。
再者，本實施形態中之「重量%」係根據利用EDX(Energy Dispersive X-ray spectrometry，能量彌散X射線光譜測定)而進行之元素分析來求出。另一方面，「容量%」係指金剛石粒子之合計體積相對於包含孔隙之燒結金剛石之總體積之比例。
<3.　劃線輪之製造方法>
於說明劃線輪50之製造方法時，首先，說明燒結金剛石之燒結方法，接著，對自燒結金剛石成形劃線輪50之方法進行說明。
<3.1.　燒結金剛石之燒結方法>
此處，對燒結金剛石之燒結方法進行說明。此燒結方法中，首先，將上述金剛石粒子、結合材料、添加劑加以混合。其次，金剛石於熱力學性地穩定之高溫及超高壓下，將該等混合物燒結。由此，製造燒結金剛石。
此處，於燒結時，超高壓產生裝置之模具內之壓力較佳為5~8(GPa)之範圍。另外，此模具內之溫度較佳為1500~1900(℃)之範圍。
<3.2.　劃線輪之成形方法>
此處，對自所製造出之燒結金剛石成形劃線輪50之方法進行說明。首先，本成形方法中，首先，自較佳厚度(0.5~1.2(mm))之燒結金剛石切取所期望之半徑之圓盤。
其次，削圓盤之周緣部，以使沿著旋轉軸50b之刀52之厚度Tb隨著自旋轉軸50b側朝向刀尖52a而逐漸變小。藉此，於圓盤之周緣部，形成正面觀察為V字狀之刀52。
然後，利用雷射加工、放電加工、或者研削加工等先前公知之加工方法，於刀尖52a形成複數個槽53。再者，本實施形態之劃線輪50如上所述直徑小(1~5(mm))，槽53之形成要求加工精度。因此，作為槽53之加工方法推薦雷射加工，作為所使用之雷射光，可列舉例如YAG(yttrium aluminum garnet，釔鋁石榴石)雷射。
<4.　劃線方法>
此處，對藉由劃線輪50而於脆性材料基板4上形成劃線SL之方法進行說明。
於本方法中，頭部30之劃線輪50由未圖示之升降‧加壓機構而相對於脆性材料基板4壓接。另外，驅動保持單元10之馬達13、及/或驅動部40之馬達43，使頭部30相對於被保持單元10保持之脆性材料基板4而於水平面內相對性地移動。因此，於脆性材料基板4上由劃線輪50形成所期望之劃線SL，且產生垂直裂痕K。
此處，劃線負荷較佳為5~50(N)(更佳為15~30(N))之範圍。另外，劃線輪50相對於脆性材料基板4之移動速度(以下，亦僅稱為「劃線速度」)較佳為50~300(mm/sec)之範圍。再者，劃線負荷及劃線速度之具體性之值可根據脆性材料基板4之材質、及/或厚度等而適當設定。
另外，於脆性材料基板4上，對應頭部30之相對移動，形成如以下之劃線SL。
例如，若於使馬達43停止之狀態下，驅動馬達13，則於使頭部30停止之狀態下，使保持單元10於進退方向(圖1之箭頭AR1方向)移動。即，頭部30相對於被保持單元10保持之脆性材料基板4於進退方向相對移動。因此，於脆性材料基板4之上表面，形成沿著此進退方向之劃線SL(參照圖3)。
另一方面，若於使馬達13停止之狀態下，驅動馬達43，則於保持單元10停止之狀態下，使頭部30於往返方向(圖2之箭頭AR2方向)移動。即，頭部30相對於被保持單元10保持之脆性材料基板4於往返方向相對移動。因此，於脆性材料基板4之上表面，形成沿著此往返方向之劃線SL(參照圖3)。
另外，若各馬達13、43之動作狀態自(1)馬達43停止、馬達13驅動之狀態變化為(2)馬達13停止、馬達43驅動之狀態，則頭部30之移動方向因後傾轉向效應而自與脆性材料基板4平行之進退方向(第1水平方向)變化為往返方向(第2水平方向)。即，劃線輪50保持與脆性材料基板4抵接之狀態，劃線輪50之刀尖52a之方向變更90度。因此，於脆性材料基板4之上表面形成大致L字狀之劃線SL(參照圖3)。
進而，於馬達13、43同時旋轉之情形時，頭部30之行進方向成為相對於進退方向(箭頭AR1方向)及往返方向(箭頭AR2方向)而傾斜之狀態。因此，於脆性材料基板4之上表面，形成相對於進退方向及往返方向而傾斜之狀態之劃線SL(參照圖3)。進而，於使馬達13、43之旋轉數變化之情形時，形成曲線狀之劃線SL(參照圖3)。
此處，於本實施形態中，將為了形成大致L字狀之劃線而使脆性材料基板4產生垂直裂痕K(參照圖3)之情況亦稱為「L字劃線」。
再者，於割斷之情形時，利用斷裂裝置(圖示省略)，對脆性材料基板4之主面中(1)形成了劃線SL之主面(以下，亦僅稱為「形成面」)、(2)與形成面為相反側之主面賦予應力。因此，於劃線步驟中，產生於脆性材料基板4上之垂直裂痕K成長至與形成面為相反側之面為止，從而脆性材料基板4被切斷(斷裂步驟)。
另外，於分割之情形時，利用劃線步驟形成深的垂直裂痕K。因此，不需要斷裂裝置(圖示省略)，僅利用劃線步驟即可切斷脆性材料基板4。
<5.　本實施形態中之劃線輪之優點>
如以上般，本實施形態之劃線輪50為燒結金剛石製，此燒結金剛石包含65.0~75.0重量%之金剛石、3.0~10.0重量%之超微粒子碳化物、及其餘部分之結合材料，並且金剛石之平均粒徑為0.6~1.5 μm之範圍，結合材料係以鈷為主成分之鐵系金屬。
藉此，此劃線輪50不僅可提高耐磨損性及耐衝擊強度特性，還可提高耐扭動強度特性。即，於使劃線輪50與脆性材料基板4抵接之狀態下，即便於使劃線輪50之行進方向變化之情形時，亦可有效地防止刀尖52a之突起部54缺損。因此，可實現劃線輪50之進一步長壽命化。
<6.　變形例>
以上，對本發明之實施形態進行了說明，但本發明並不限定於上述實施形態，可進行各種變形。
於本實施形態中，說明了設置於刀尖52a之複數個槽53之形狀為側面觀察大致V字狀之情況，但並不限定於此。圖9至圖11係表示劃線輪50之刀尖52a上所形成之槽53之其他例之圖。如圖9所示，槽53例如亦可為側面觀察梯形狀之凹部。另外，如圖10及圖11所示，亦可為側面觀察圓弧狀或者矩形狀之凹部。
[實施例]
以下，根據實施例進一步對本發明進行詳細說明，但本發明並不對該等例作任何限定。
<實施例1＞
此處，對實施例1進行說明。圖12係用以說明耐扭動測試之平面圖。圖13係表示實施例1及比較例1、2所分別對應之劃線輪50之材質及尺寸、及耐扭動測試之條件之圖。
此耐扭動測試中，如圖12所示，反覆執行L字劃線。而且，藉由觀察各劃線輪50之刀尖52a之突起部54之缺損狀況，來判斷實施例1、及比較例1、2所分別對應之劃線輪50之耐扭動強度特性。
如圖13所示，關於構成實施例1之劃線輪50之燒結金剛石，金剛石之平均粒徑及含量、鐵族金屬之含量、及超微粒子碳化物之含量均為較佳之範圍內。
另一方面，構成比較例1之劃線輪50之燒結金剛石於以下方面與構成實施例1之劃線輪50之燒結金剛石不同：
(1)金剛石之平均粒徑大於較佳之範圍之上限值，
(2)金剛石之含量小於較佳之範圍之下限值，且
(3)碳化物之含量多於較佳之範圍之上限值。
另外，構成比較例2之劃線輪50之燒結金剛石於以下方面與構成實施例1之劃線輪50之燒結金剛石不同：
(1)金剛石之平均粒徑小於較佳之範圍之下限值。
此處，耐扭動測試中所執行之L字劃線按照以下順序執行。首先，於使保持單元10之馬達13停止之狀態下，驅動部40之馬達43驅動，由此頭部30之劃線輪50於Y軸正方向移動。由此，於脆性材料基板4上形成長度D1之劃線SL1。
其次，使驅動部40之馬達43自驅動狀態變為停止狀態，使保持單元10之馬達13自停止狀態變為驅動狀態。由此，劃線輪50之刀尖52a之突起部54與脆性材料基板4抵接(侵入)，且因後傾轉向效應而劃線輪50之行進方向變化約90度。
繼而，藉由使頭部30之劃線輪50進而於X軸正方向移動，而於脆性材料基板4上形成長度D2之劃線SL2。
然後，於將形成劃線SL1、SL2之L字劃線執行複數次之後，求出刀尖52a之突起部54之缺損狀況(例如，突起部54之缺損個數)，由此求出實施例1、及比較例1、2所分別對應之劃線輪50之耐扭動強度特性。
圖14係表示耐扭動測試前之實施例1之劃線輪50之突起部54之照片。圖15係表示耐扭動測試後(將L字劃線執行1000次之後)之實施例1之劃線輪50之突起部54之照片。如圖14及圖15所示，雖然耐扭動測試後之實施例1之突起部54存於稍微之缺損，但藉由執行1000次之後之劃線輪50亦可良好地執行L字劃線。
圖16及圖18係表示耐扭動測試前之比較例1及2之劃線輪50之突起部54之照片。圖17及圖19係表示耐扭動測試後(將L字劃線執行10次之後)之比較例1及2之劃線輪50之突起部54之照片。
比較例1及2之劃線輪50如圖17及圖19所示，於執行10次之時間點突起部54明顯缺損，無法繼續進行10次以上劃線步驟。
然後，認為比較例1及2之結果起因於以下情況。即，比較例1之金剛石之含量為64.0重量%，小於較佳之範圍(68.0~72.0(重量%))之下限值。由此，認為比較例1之劃線輪50之耐磨損性降低。因此，認為比較例1之劃線輪50之壽命比實施例1之劃線輪50短。
另外，比較例2之金剛石之平均粒徑為0.5 μm，小於較佳之範圍(0.6~1.5(μm))。由此，與實施例1相比而比較例2中，金剛石晶界容易產生裂痕，刀尖52a之突起部54容易缺損。即，與實施例1相比而比較例2之耐扭動強度特性差。因此，認為比較例2之劃線輪50之壽命比實施例1之劃線輪50短。
如此，於使由實施例1之燒結金剛石而製作之劃線輪50與脆性材料基板4抵接之狀態下，即便於使此劃線輪50之行進方向變化之情形時，亦可有效地防止刀尖52a之突起部54缺損。因此，可實現劃線輪50之進一步長壽命化。
<實施例2＞
此處，對實施例2進行說明。圖20係表示實施例2及比較例1、2所分別對應之劃線輪50之材質及尺寸、及耐扭動測試之條件之圖。
如圖20所示，關於構成實施例2之劃線輪50之燒結金剛石，金剛石之平均粒徑及含量、鐵族金屬之含量、及超微粒子碳化物之含量均為較佳之範圍內。另外，實施例2中，執行與實施例1相同之耐扭動測試。
因此，由實施例2之燒結金剛石而製作之劃線輪50亦與實施例1之情況相同，可實現進一步長壽命化。
[產業上之可利用性]
本實施形態之劃線輪於如下方面有益：不僅提高耐磨損性及耐衝擊強度特性，還提高耐扭動強度特性，且可於幹式脆性材料基板上產生較深之垂直裂痕。
1．．．劃線裝置
4．．．脆性材料基板
10．．．保持單元
20．．．劃線單元
30．．．頭部
40．．．驅動部
50．．．劃線輪
51．．．本體部
52．．．刀
52a．．．刀尖
53．．．槽
54．．．突起部
54a．．．稜線
60．．．拍攝部單元
90．．．控制單元
SL．．．劃線
K．．．垂直裂痕
圖1係表示本發明之實施形態中之劃線裝置之整體構成之一例之正面圖；
圖2係表示本發明之實施形態中之劃線裝置之整體構成之一例之側面圖；
圖3係表示劃線輪附近之構成之一例之正面圖；
圖4係表示劃線輪附近之構成之一例之仰視圖；
圖5係用以說明後傾轉向效應之仰視圖；
圖6係表示劃線輪之構成之一例之側面圖；
圖7係表示劃線輪之構成之一例之正面圖；
圖8係圖6之A部分之放大圖；
圖9係表示形成於劃線輪之刀尖之槽形狀之其他例之圖；
圖10係表示形成於劃線輪之刀尖之槽形狀之其他例之圖；
圖11係表示形成於劃線輪之刀尖之槽形狀之其他例之圖；
圖12係用以說明耐扭動測試之平面圖；
圖13係用以說明實施例1、比較例1、及比較例2之測試條件之圖；
圖14係表示耐扭動測試前之實施例1之劃線輪之突起部之照片；
圖15係表示耐扭動測試後之實施例1之劃線輪之突起部之照片；
圖16係表示耐扭動測試前之比較例1之劃線輪之突起部之照片；
圖17係表示耐扭動測試後之比較例1之劃線輪之突起部之照片；
圖18係表示耐扭動測試前之比較例2之劃線輪之突起部之照片；
圖19係表示耐扭動測試後之比較例2之劃線輪之突起部之照片；及
圖20係用以說明實施例2、比較例1、及比較例2之測試條件之圖。
(無元件符號說明)

Claims (4)

  1. 一種劃線輪，其特徵在於：其係燒結金剛石製之劃線輪，且包括：(a)圓盤狀之本體部；(b)設置於上述本體部之外周之圓環狀之刀；(c)沿著上述刀之最外周部而設且具有複數個突起部之刀尖；上述刀之厚度從上述本體部之中心朝向上述刀尖變小，通過上述刀之最外周部之中心軸之平面之剖面成V形狀，各突起部設置於沿著上述刀尖而形成之複數個槽中鄰接之槽之間，上述燒結金剛石包含65.0~75.0重量%之金剛石、3.0~10.0重量%之超微粒子碳化物、及其餘部分之結合材料，上述金剛石之平均粒徑為0.6~1.5 μm之範圍，上述結合材料係以鈷為主成分之鐵系金屬。
  2. 如請求項1之劃線輪，其中上述超微粒子碳化物為6.0~8.0重量%之範圍，並且包含1.0~4.0重量%之碳化鈦、及其餘部分之碳化鎢。
  3. 一種劃線裝置，其特徵在於包括：劃線單元，其藉由使如請求項1或2之劃線輪相對於脆性材料基板壓接轉動，而於上述脆性材料基板上形成劃線；及保持單元，其保持上述脆性材料基板，且使被保持之上述脆性材料基板相對於劃線單元而相對性地移動。
  4. 一種劃線方法，其特徵在於：其係利用如請求項1或2之劃線輪於脆性材料基板上形成劃線之方法，且包括如下步驟：(a)使上述劃線輪與上述脆性材料基板抵接，且於與上述脆性材料基板平行之第1水平方向使上述劃線輪相對性地移動；及(b)於上述步驟(a)之後，於使上述劃線輪與上述脆性材料基板抵接之狀態下，將上述劃線輪之移動方向變更為與上述第1水平方向不同、且與上述脆性材料基板平行之第2水平方向。
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