TWI576321B - Engraving wheel retainer, retainer unit and scribing device - Google Patents

Description

刻劃輪用保持具、保持具單元及刻劃裝置

本發明係關於一種將用以於玻璃基板等之脆性材料基板形成刻劃線之刻劃輪保持成旋轉自如之刻劃輪用保持具、保持具單元及刻劃裝置。

作為分斷脆性材料基板之刻劃裝置，存在有將銷插入於刻劃輪之銷孔，並將該刻劃輪支持成旋轉自如之構成。

於專利文獻1中，揭示有插入銷之銷孔形成於保持具之下部，而將刻劃輪透過該銷設置成可旋轉之刻劃裝置。一般而言，使用超硬合金或碳素工具鋼作為形成銷孔之刻劃保持具之材料。

專利文獻1：日本特開第2012-10471號公報

然而，插入於刻劃輪之銷孔、將該刻劃輪支持成旋轉自如之銷，於進行刻劃時，具有隨著刻劃輪之旋轉而旋轉、或不旋轉等不規則舉動。如此般銷不規則的旋轉，係因銷與銷孔之間的摩擦影響等所導致。一旦如此般銷不規則地進行旋轉，則刻劃輪往切斷對象之侵入性降低、於切斷對象產生所謂的碎屑(chipping)等而使切斷品質降低。

本發明之目的在於提供一種藉由改善將刻劃輪支持成旋轉自如之銷的旋轉性，而抑制該銷之不規則旋轉的刻劃輪用保持具及刻劃裝置。

為了達成上述目的，本發明之一實施形態之刻劃輪用保持具，形成有支持將刻劃輪保持成旋轉自如之圓柱狀的銷之銷孔；該銷孔，於與該銷之側面接觸之位置形成有鑽石部。

如此般，藉由在與銷之側面接觸之位置形成有摩擦係數低之鑽石部，而可提供一種使該銷之旋轉性提高、抑制銷之不規則旋轉的刻劃輪用保持具。

本發明之另一實施形態之保持具單元，具有切斷被切斷物的刻劃輪、將該刻劃輪保持成旋轉自如之圓柱狀的銷、及形成有支持該銷之銷孔的保持具；該銷孔，於與該銷之側面接觸之位置形成有鑽石部。

如此般，藉由在與銷之側面接觸之位置形成有摩擦係數低之鑽石部，而可提供一種使該銷之旋轉性提高、抑制銷之不規則旋轉的保持具單元。

本發明之其他實施形態之刻劃裝置，具備有保持具單元；該保持具單元，具有切斷被切斷物的刻劃輪、將該刻劃輪保持成旋轉自如之圓柱狀的銷、及形成有支持該銷之銷孔的保持具；該銷孔，於與該銷之側面接觸之位置形成有鑽石部。

如此般，藉由在與銷之側面接觸之位置形成有摩擦係數低之鑽石部，而可提供一種使該銷之旋轉性提高、抑制銷之不規則旋轉的刻劃裝置。

10‧‧‧刻劃裝置

11‧‧‧移動台

12a‧‧‧導引軌條

13‧‧‧滾珠螺桿

14‧‧‧馬達

15‧‧‧馬達

16‧‧‧平台

17‧‧‧脆性材料基板

18‧‧‧攝影機

19‧‧‧橋架

20a‧‧‧支柱

21‧‧‧刻劃頭

22‧‧‧導引件

23‧‧‧保持具接頭

23a‧‧‧旋轉軸部

23b‧‧‧接頭部

24‧‧‧保持具

24a‧‧‧軸承

24c‧‧‧隔片

25‧‧‧開口

26‧‧‧內部空間

27‧‧‧磁鐵

28‧‧‧平行銷

30‧‧‧保持具

31‧‧‧安裝部

31a‧‧‧傾斜部

31b‧‧‧平坦部

32‧‧‧保持溝槽

33a‧‧‧支持部

33b‧‧‧支持部

34a、34b‧‧‧銷孔

35a、35b‧‧‧插入部

40‧‧‧刻劃輪

41‧‧‧基材

42‧‧‧貫通孔

43‧‧‧刀刃部

44‧‧‧稜線

45‧‧‧傾斜面

50‧‧‧銷

60‧‧‧鑽石構件

75a、75b‧‧‧插入部

80‧‧‧鑽石構件

90‧‧‧鑽石層

圖1，係第一實施形態中之刻劃裝置之概略圖。

圖2，係第一實施形態中之刻劃裝置所具有的保持具接頭之前視圖。

圖3，係第一實施形態中之保持具單元之立體圖。

圖4，係第一實施形態中之保持具單元之一部分放大側視圖。

圖5，係第一實施形態中之保持具單元之一部分放大前視圖。

圖6，係第一實施形態中之刻劃輪之側視圖。

圖7，係第二實施形態中之保持具單元之一部分放大側視圖。

圖8，係第二實施形態中之保持具單元之一部分放大前視圖。

圖9，係第三實施形態中之保持具單元之一部分放大側視圖。

圖10，係第三實施形態中之保持具單元之一部分放大前視圖。

以下，針對本發明之實施形態，利用圖式進行說明。然而，以下所示之實施形態，係表示用以具體化本發明之技術思想之一例，並不意圖將本發明特定於該實施形態。本發明亦可適用於包含於申請專利範圍之其他的實施形態。

[第一實施形態]於圖1表示實施形態之刻劃裝置10之概略圖。刻劃裝置10，具備有移動台11。而且，該移動台11，與滾珠螺桿13螺合，而藉由利用馬達14之驅動使該滾珠螺桿13旋轉，從而可沿著一對導引軌條12a、12b於y軸方向移動。

於移動台11之上面，設置有馬達15。該馬達15，係用以使位於上部之平台16在xy平面旋轉而定位於既定角度者。作為該被切斷物之脆性材料基板17，載置於該平台16上，藉由未圖示之真空吸引手段等而保持。另外，作為成為刻劃對象之脆性材料基板17，係玻璃基板、由低溫燒 成陶瓷或高溫燒成陶瓷構成之陶瓷基板、矽基板、化合物半導體基板、藍寶石基板、及石英基板等。此外，脆性材料基板17，亦可為使薄膜或半導體材料附著、或包含於基板之表面或內部者。此外，脆性材料基板17，亦可於其表面附著有不屬於脆性材料之薄膜等。

刻劃裝置10，於脆性材料基板17之上方，具備有對形成於脆性材料基板17表面之對準標記進行拍攝之2台CCD攝影機18。而且，於刻劃裝置10，沿著x軸方向將橋架19藉由支柱20a、20b而架設成橫跨移動台11與其上部之平台16。

於該橋架19，安裝有導引件22，而將刻劃頭21設置成可沿導引件22並沿x軸方向移動。而且，於刻劃頭21，透過保持具接頭23，安裝有保持具30。

圖2，係安裝有保持具30之保持具接頭23之前視圖。圖3，係保持具30之立體圖。圖4，係放大從圖2之A方向所觀察到的保持具30側面之一部分的圖。圖5，係放大從圖4之B方向所觀察到的保持具30前視面之一部分的圖。

保持具接頭23呈大致圓柱狀，具備有旋轉軸部23a、及接頭部23b。於刻劃頭21裝附有保持具接頭23之狀態下，於該旋轉軸部23a，隔著圓筒形之隔片(spacer)24c安裝有用以將保持具接頭23保持成旋動自如之二個軸承24a、24b。另外，於圖2，表示保持具接頭23之前視圖，並一併表示有安裝於旋轉軸部23a之軸承24a、24b與隔片24c之剖面圖。

於圓柱形之接頭部23b，於下端側設置有具備圓形開口25之內部空間26。於該內部空間26之上部埋設有磁鐵27。於接頭部23b，將 具備保持具30與刻劃輪40與銷50之保持具單元裝附成裝卸自如。具體而言，係將保持具單元之保持具30以藉由接頭部23b之磁鐵27而裝卸自如地插入於內部空間26之方式安裝。

該保持具30，如圖3所示般具有大致圓柱形之本體，於該保持具30之上部，設置有定位用之安裝部31。該安裝部31，以切削保持具30上部之方式形成，且具備有傾斜部31a與平坦部31b。

而且，將保持具30之安裝部31側，透過開口25往內部空間26插入。此時，保持具30之上端側藉由磁鐵27吸引，安裝部31之傾斜部31a與通過內部空間26之平行銷28接觸，藉此進行保持具30相對於保持具接頭23之定位與固定。此外，在從保持具接頭23取出保持具30時，藉由往下方拉出保持具30，而可容易地取出。

於保持具30之下部，設置有切削保持具30而形成之保持溝槽32。而且，為了設置保持溝槽32而於經切削之保持具30之下部，以夾著保持溝槽32之方式設置有支持部33a、33b。而且，於該保持溝槽32，將刻劃輪40配置成旋轉自如。

此外，於支持部33a、33b，分別形成有支持用以將刻劃輪40保持成旋轉自如之銷50的銷孔34a、34b。保持具30之支持部33a、33b或銷孔34a、34b，例如由超硬合金或碳素工具鋼等構成。另外，銷孔34a，於內部具有階部，且使保持溝槽32側(於圖4中的左側)之開口之孔徑，較另一側(於圖4中的右側)之開口之孔徑大。

如圖4所示，使銷50貫通於刻劃輪40之貫通孔42，並且將銷50之兩端設置於銷孔34a、34b，藉此，將刻劃輪40安裝成相對於保 持具30旋轉自如。

銷50係圓柱形狀之構件，一端成為尖頭形狀。而且，將銷50從尖頭形狀側往銷孔34b插入，貫通貫通孔42，且尖頭形狀部分與銷孔34a之階部相接，藉此保持刻劃輪40。銷50，由銷孔34a、34b支持成旋轉自如。

於支持部33a、33b，於銷孔34a、34b各個之上方(相對於銷孔34a、34b，與平台16相反側)形成有插入部35a、35b。插入部35a、35b，分別係圓筒狀之空間，且該等之下方(平台16側)之一部分以分別與銷孔34a、34b成為一體之方式開口。於插入部35a、35b各個之保持溝槽32側(在圖4中為內側)之內部形成有階部，且使保持溝槽32側之開口之孔徑，較另一側(在圖4中為外側)之開口之孔徑小。進一步地，使插入部35a、35b之孔徑較下述之鑽石構件60稍微小。

於插入部35a、35b各個，將鑽石構件60插入。在本實施形態中，鑽石構件60，除了長度較銷50短以外，係與該銷50同樣地構成。具體而言，鑽石構件60係由與銷50為相同材質及相同直徑構成之圓柱形狀之構件，一端成為尖頭形狀。插入部35a、35b之孔徑較鑽石構件60稍微小，因此將鑽石構件60從尖頭形狀側往插入部35a、35b各個藉由壓入而插入，且使尖頭形狀部分與插入部35a、35b內部之階部相接，藉此將該鑽石構件60固定於保持具30。由於將鑽石構件60往保持具30壓入，因此鑽石構件60，即使銷50進行旋轉亦不會一起旋轉。另外，鑽石，係相較於鐵或超硬合金、碳素工具鋼等，摩擦係數較低之物質。

藉由將鑽石構件60插入於插入部35a、35b各個，於與銷50 接觸之銷孔34a、34b之頂部形成鑽石面。

另外，亦可設置將與銷孔34a、34b及插入部35a、35b各個之保持溝槽32側相反側(在圖4中為外側)之開口覆蓋之蓋部，並於該等銷孔34a、34b及插入部35a、35b保持銷50及鑽石構件60。

此處，刻劃裝置10之刻劃，係以使刻劃輪40接觸平台16上之脆性材料基板17，並且使該刻劃輪40旋轉之方式進行。此時，對銷50，往脆性材料基板17之相反側方向賦予負載。因此於進行刻劃中，主要使銷孔34a、34b之內側之中相對於平台16相反側(在圖4、5中為上方)與圓柱狀之銷50之側面接觸，在該部分之摩擦較容易增大。一旦於銷50與銷孔34a、34b之間產生之摩擦增大，則起因於此而容易使銷50產生旋轉、不旋轉之不規則舉動。

在本實施形態中，於銷孔34a、34b之內側之中相對於平台16相反側配置有鑽石構件60，而使銷50於刻劃輪40之旋轉中在相對於平台相反側之側面與該鑽石構件60接觸。因此，在銷50與銷孔34a、34b之間的摩擦難以增大，使該銷50之旋轉性提高且抑制銷50之不規則的旋轉。

此外，在本實施形態中，將鑽石構件60相對於保持具30固定。因此，與鑽石構件60相對於保持具30不固定之情形相比，可限制該鑽石構件60本身之動作。由於鑽石構件60難以作動且不易振動，因此起因於該鑽石構件60之動作的銷50之振動亦不易產生且使刻劃輪之旋轉穩定。

如此般，保持具30，具有插入於刻劃輪40之貫通孔42且形成有支持將該刻劃輪40保持成旋轉自如之銷50的銷孔34a、34b之本體，且該銷孔34a、34b，於與銷50接觸之位置形成鑽石部。

另外，刻劃裝置10，亦可於脆性材料基板17之下方配置保持具30，從下方對該脆性材料基板17進行刻劃之構成。於該情形，鑽石構件60，配置於銷孔34a、34b之下方。

接著，針對刻劃輪40之細節進行說明。圖6，係安裝於保持具30之前端的刻劃輪40之側視圖。

該刻劃輪40，主要具備有圓板狀之基材41、形成於基材41之大致中心之用以使銷50貫通之貫通孔42、及切削基材41之圓周部兩端而形成之刀刃部43。

基材41，係由超硬合金、不銹鋼、陶瓷、燒結鑽石(Poly Crystalline Diamond，以下稱為「PCD」)等硬質物構成之圓板狀之構件。尤其較佳為硬度亦比較高的超硬合金或PCD。在本實施形態中，使用超硬合金作為刻劃輪40之基材。另外，超硬合金，係使用混合碳化鎢(tungsten carbide)與結合材(binder)即鈷(Co)並燒結而成者。亦可根據用途而添加碳化鈦(TiC)或碳化鉭(TaC)等。此外，貫通孔42，係以將基材41之大致中心切削成圓形而形成。

刀刃部43，具備有切削圓板狀之基材41之圓周部兩端而形成之稜線44、及稜線44兩側之傾斜面45。

接著，針對刻劃輪40之尺寸進行說明。刻劃輪40之外徑，係1.0~10.0mm之範圍，較佳為1.0~5.0mm之範圍。在刻劃輪40之外徑小於1.0mm之情形，刻劃輪40之可處理性降低。另一方面，在刻劃輪40之外徑大於10.0mm之情形，存在有刻劃時無法對脆性材料基板17形成較深的垂直裂痕之情況。而在本實施形態中，使刻劃輪40外徑成為2.5mm。

此外，刻劃輪40之厚度，係0.4~1.2mm之範圍，較佳為0.4~1.1mm之範圍。在刻劃輪40之厚度小於0.4mm之情形，存在有可加工性及可處理性降低之情況。另一方面，在刻劃輪40之厚度大於1.2mm之情形，將使刻劃輪40之材料及用於製造之成本變高。而在本實施形態中，使用厚度為0.65mm之刻劃輪40。另外，使保持具30a之保持溝槽32之寬度(支持部33a與支持部33b之距離)，相對於刻劃輪40之厚度稍微大，例如在刻劃輪40之厚度為0.65mm之情形，保持溝槽32之寬度約0.67mm。在本實施形態中，刻劃輪40之貫通孔42之孔徑為0.8mm。

此外，刀刃部43之刃前角，一般為鈍角，且為90~160°之範圍，較佳為90~140°之範圍。另外，刃前角之具體的角度，可根據將進行切斷之脆性材料基板17之材質或厚度等而適宜地設定。

接著，針對銷50及鑽石構件60之細節進行說明。作為銷50之材料，與刻劃輪40之基材41同樣地，可使用超硬合金、不銹鋼、陶瓷、PCD等硬質物。而在本實施形態中，使用PCD作為銷50及鑽石構件60各個之材料。

此處，針對銷50及鑽石構件60各個之材料即PCD之製造方法進行說明。另外，如上所述亦可使用PCD作為刻劃輪40之材料，該情形亦為同樣之製造方法。

PCD主要係由鑽石粒子、及其餘之由添加劑及結合材構成之結合相作成。該鑽石粒子之平均粒子徑係使用1.5μm以下者。而且，PCD中之鑽石含有量為75.0~95.0vol%之範圍。

作為添加劑，例如可適當地使用從鎢、鈦、鈮、鉭選擇至少 1種以上之元素之超微粒子碳化物。PCD中之超微粒子碳化物含有量係0.3~10.0vol%之範圍，且該超微粒子碳化物包含1.0~4.0vol%之碳化鈦、及其餘部分之碳化鎢。

作為結合材，一般而言，可適當地使用鐵族元素。作為鐵族元素，可例舉如鈷、鎳、鐵等，其中亦以鈷較佳。此外，PCD中之結合材含有量較佳為鑽石及超微粒子碳化物之其餘，更佳為3.0~20.5vol%之範圍。

而且，首先，混合上述之鑽石粒子、添加劑、結合材，且在鑽石成為熱力學上安定之高溫及超高壓下，使該等混合物燒結。藉此製造PCD。在該燒結時，超高壓產生裝置之模具內的壓力係5.0~8.0GPa之範圍，模具內的溫度係1500~1900℃之範圍。

從如此方式製造出之PCD切取所希望之長度的圓柱。然後，將該圓柱之一端削成尖頭形狀而藉此製造銷50。進一步地，與使用於銷50之圓柱相比，切取較短的圓柱，將該圓柱之一端削成尖頭形狀而藉此製造鑽石構件60。另外，若為藉由PCD製造刻劃輪40之情形，則從所製造出之PCD切取成為所希望之半徑之圓板。然後，在該圓板之周緣部，分別切削兩面側而藉此形成二個傾斜面45，製造具有刀刃部43之刻劃輪40。

作為鑽石構件60，除了長度與銷50不同以外，係使用同樣地構成者，藉此除了改變切取之圓柱之長度，關於兩者，可同樣地進行製造。因此，省去製造鑽石構件60之手續時間。藉由於支持部33a、33b形成插入部35a、35b而配置鑽石構件60，使鑽石面往銷孔之頂部之形成變更容易。

在本實施形態中，雖已針對相對於銷50之周方向於上方之 一部位設置鑽石構件60，且該等銷50與鑽石構件60在一線上接觸之構成進行了說明，但不限於此，亦可為將鑽石構件以沿著銷50之周方向之方式設置多個，且銷50與多個鑽石構件60在多條線上接觸。

此外，在上述實施形態中，雖已針對於支持部33a、33b之任何者形成插入部35a、35b，於該等插入部35a、35b分別插入鑽石構件60之構成進行了說明，但不限於此，亦可為僅於支持部33a、33b之某一方設置鑽石構件60。

此外，在上述實施形態中，雖已針對將鑽石構件60固定在保持具30之構成進行了說明，但不限於此，亦可設置成使鑽石構件60隨著銷50之旋轉而旋轉。進一步地，關於將鑽石構件60固定在保持具30之構成，除了壓入以外，亦可藉由接合或熔接等固定。

另外，鑽石構件60，取代由PCD構成，亦可為使用單結晶鑽石、多結晶鑽石或於基材之表面被覆鑽石而成者。

[第二實施形態]接著，針對本發明之第二實施形態進行說明。對與第一實施形態為相同之構件標記相同符號，且省略重複之說明。在相對於第一實施形態中使用圓柱狀之鑽石構件60，第二實施形態中係使用板狀之鑽石構件80的方面係為不同。

圖7，係放大從圖2之A方向所觀察到的保持具30之側面之一部分的圖。圖8，係放大從圖7之B方向所觀察到的保持具30之前視面之一部分的圖。

於第二實施形態之保持具30之支持部33a、33b，於銷孔34a、34b各個之上方(相對於銷孔34a、34b，與平台16相反側)形成有插入 部75a、75b。插入部75a、75b分別為長方體狀之空間，該等在下方(平台16側)之一部分，以與銷孔34a、34b分別成為一體之方式開口。

於插入部75a、75b各個，供鑽石構件80插入。在本實施形態中，鑽石構件80形成為長方體狀之構件。將鑽石構件80分別插入插入部75a、75b，藉此於與銷50接觸之銷孔34a、34b之頂部形成鑽石構件80之一部分(鑽石面)。

在插入部75a、75b及鑽石構件80形成為長方體狀之情形，相較於不具有本構成之情形(例如，鑽石構件80等形成為圓柱狀之情形)，可以更容易之構成限制該鑽石構件80本身之作動。由於鑽石構件80難以作動且振動亦不易產生，因此起因於該鑽石構件80之銷50之振動亦難以產生且使刻劃輪之旋轉穩定。

[第三實施形態]接著，針對本發明之第三實施形態進行說明。對與第一實施形態為相同之構件標記相同符號，且省略重複之說明。在相對於第一實施形態中使用圓柱狀之鑽石構件60，第三實施形態中係於銷孔34a、34b形成有鑽石層90的方面係為不同。

圖9，係放大從圖2之A方向所觀察到的保持具30之側面之一部分的圖。圖10，係放大從圖9之B方向所觀察到的保持具30之前視面之一部分的圖。

於第三實施形態之保持具30之銷孔34a、34b之內部，形成有鑽石層90。鑽石層90，例如藉由化學氣相沉積法以鑽石膜被覆銷孔34a、34b之內面整體而形成。

在本實施形態中，如圖9所示，使銷50貫通於刻劃輪40之 貫通孔42，並且於分別形成於銷孔34a、34b之鑽石層90之內側設置銷50之兩端，藉此可將刻劃輪40安裝成相對於保持具30旋轉自如。

使銷孔34a、34b透過鑽石層90支持銷50，並於該銷50之周方向整體配置摩擦係數低之鑽石。因此，相較於不具有本構成之情形，在銷50與銷孔34a、34b之間的摩擦更難以增加，抑制使該銷50變不旋轉之情況。

另外，該等之實施形態，雖係均使用與刻劃輪成為一體而使用之圓筒形之保持具者，但不限於此，亦可同樣地適用於具有銷孔之其他形狀之保持具。

32‧‧‧保持溝槽

33a‧‧‧支持部

33b‧‧‧支持部

34a、34b‧‧‧銷孔

35a、35b‧‧‧插入部

40‧‧‧刻劃輪

41‧‧‧基材

42‧‧‧貫通孔

43‧‧‧刀刃部

44‧‧‧稜線

50‧‧‧銷

60‧‧‧鑽石構件

Claims (8)

1. 一種刻劃輪用保持具，其特徵在於：形成有支持將刻劃輪保持成旋轉自如之圓柱狀的銷之銷孔；該銷孔，於與該銷之側面接觸之位置形成有鑽石部；在該銷孔之上方形成有以一部分與該銷孔成為一體之方式開口之插入部；具有插入於該插入部並形成該鑽石部之鑽石構件。
2. 如申請專利範圍第1項之刻劃輪用保持具，其中，該鑽石構件，相對於該插入部固定。
3. 如申請專利範圍第1或2項之刻劃輪用保持具，其中，該鑽石部，由燒結鑽石構成。
4. 一種保持具單元，其特徵在於：具有切斷被切斷物的刻劃輪、將該刻劃輪保持成旋轉自如之圓柱狀的銷、及形成有支持該銷之銷孔的刻劃輪用保持具；該銷孔，於與該銷之側面接觸之位置形成有鑽石部；在該銷孔之上方形成有以一部分與該銷孔成為一體之方式開口之插入部；進一步具有插入於該插入部並形成該鑽石部之鑽石構件。
5. 如申請專利範圍第4項之保持具單元，其中，該鑽石構件與該銷，形成由相同材質及相同直徑構成之圓柱狀。
6. 如申請專利範圍第4項之保持具單元，其中，該鑽石構件，相對於該刻劃輪用保持具固定。
7. 如申請專利範圍第4至6項中任一項之保持具單元，其中，該鑽石部，由燒結鑽石構成。
8. 一種刻劃裝置，其特徵在於：具備申請專利範圍第4至7項中任一項之保持具單元。