TWI718156B - 刀輪 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種能夠抑制刃前端部之研磨加工時因衝擊產生破損，並且穩定保持於研磨裝置之錐形軸的單結晶鑽石製之刀輪。
該刀輪，係在圓板狀本體1之外周面設有刃前端部2之單結晶鑽石製之刀輪，在圓板狀本體1之中心貫通形成軸承孔3，且軸承孔3之兩端開口緣以呈曲線狀切除而成之圓弧面3a、3a形成。

Description

刀輪
本發明係關於一種適用於對氧化鋁、HTCC(高溫共燒多層陶瓷)、LTCC(低溫共燒多層陶瓷基板)等陶瓷基板或藍寶石基板、矽基板等、較非晶質玻璃基板硬的脆性材料基板進行刻劃線(切槽)加工、分斷的由單結晶鑽石構成之刀輪(亦稱為刻劃輪)。
對脆性材料基板進行分斷之加工，一般已知有以下方法，例如專利文獻1揭示的方法，即，使用刀輪在基板表面形成刻劃線，之後，沿刻劃線從背面側施加外力以使基板撓曲，藉此分斷成各個單位基板。
用於在脆性材料基板加工刻劃線之刀輪，係使用在圓周面具有V字形之刃前端的刀輪。一般而言，刀輪係由超硬合金或多結晶鑽石燒結體作成，但最近受到注目的是對硬度較玻璃基板高之陶瓷基板或藍寶石基板、矽基板等刻劃用之由單結晶鑽石構成的刀輪。
為了在刀輪之圓周面形成V字形之刃前端，如圖3(a)所示，將作為素材的圓板狀本體101之軸承孔103嵌入研磨裝置之錐形軸4，使圓板狀本體101與錐形軸一起旋轉，藉由研磨石5將圓周面之兩側緣研磨成傾斜，以形成由左右之斜面與稜線構成之V字形之刃前端部102。
使用於脆性材料基板、尤其是半導體基板之刻劃的刀輪，由於其直徑為1~3mm非常地小，因此被要求能夠容易地相對研磨裝置之錐 形軸4或刀輪之保持具(未圖示)裝卸。因此，以內徑一定之貫通孔形成圓板狀本體101之軸承孔103，並形成將其兩端之開口緣斜切而成之切面103a，藉此容易往錐形軸4插入。
此外，研磨裝置之錐形軸4，通常是以超硬合金、碳鋼、不銹鋼、鋼材等工具材作成，且形成為緩和傾斜之前端細狀之狀態。藉此，如圖3所示，僅需將圓板狀本體101插入錐形軸4，便能夠在切面103a之角部103b與錐形軸4之周面接觸的位置，在無晃動的情形下穩定保持圓板狀本體101。此外，在研磨後，僅需將圓板狀本體101拔起，便能夠從錐形軸4卸除。
專利文獻1：日本專利3787489號公報
然而，如上所述，在圓板狀本體101被保持於錐形軸4的狀態下，如圖3(b)之放大圖所示，係以切面103a之尖的角部103b之一處接觸於錐形軸4。因此，在利用研磨石進行研磨加工時，由於負載集中於該尖的角部103b之一處，因此在由硬度高的單結晶鑽石構成之圓板狀本體101，有時會因碰撞而產生破裂等損壞。尤其是，由於單結晶鑽石與超硬合金或多結晶鑽石燒結體不同，其硬度根據結晶方位而有所不同，因此在硬度較周圍小的部分容易產生破裂。此外，有時會有因硬且尖的角部103b而在錐形軸4表面產生小凹凸的傷痕。一旦產生上述傷痕，由於圓板狀本體101以角部103b之一處支承於錐形軸4，因此在其姿勢產生微細的傾斜而無法將旋轉面維持水平。因此，使得旋轉不穩而無法精密加工刃前端尺寸。
本發明有鑑於上述課題，其目的在提供一種能夠抑制刃前端部之研磨加工時因碰撞產生破損，並且穩定保持於研磨裝置之錐形軸的單 結晶鑽石製之刀輪。
為了解決上述課題在本發明中提出如以下之技術性手段。亦即，本發明之刀輪，係在圓板狀本體之外周面設有研磨加工而成之刃前端部之單結晶鑽石製之刀輪，在該圓板狀本體之中心貫通形成軸承孔，且該軸承孔之兩端開口緣以切除成曲線狀之圓弧面形成。該圓弧面中的內面側之曲率半徑係在與該軸承孔之圓筒狀部分的邊界內接於該圓弧面之假想圓之半徑，該假想圓係以與該軸承孔之該圓筒狀部分的邊界的接點為起點，以中心角θ為30~90°之圓弧與該圓弧面一致之方式設定。該曲率半徑為該刀輪之厚度的0.03倍以上，且為100μm以下。
根據本發明之刀輪，由於在為了進行刃前端部之研磨加工而將圓板狀本體安裝於研磨裝置之錐形軸時，以軸承孔之兩端緣之圓弧面接觸保持於錐形軸之周面，因此相較於習知以尖的角部接觸之支承構造，能夠緩和負載集中於一點，抑制因碰撞產生破損。又，由於圓弧面之曲率半徑為刀輪之厚度的0.03倍以上，且為100μm以下，因此容易使施加於與錐形軸接觸的接觸部分之負載分散。此外，由於以圓弧面接觸錐形軸，因此不會如習知以尖的角部接觸的情形般在錐形軸周面產生小傷痕。藉此，能夠以始終穩定之姿勢、且以無旋轉不穩之狀態支承圓板狀本體，能夠精密地進行刃前端部之研磨加工。
在上述發明中，較佳為：沿著該軸承孔之軸方向的該圓弧面之長度，形成為該軸承孔之全長的3~12%。
藉此，在將刀輪安裝於刻劃裝置之保持具軸時，能夠將與保持具軸周面接觸之軸承孔內面確保為軸承孔全長之80%以上，能夠穩定地使刀輪被 周接觸支承於保持具軸。
此外在上述發明中，較佳為：該圓弧面，以越靠近軸承孔之開口端則曲率越大的曲線形成。
藉此，軸承孔之開口端以較正圓之圓弧大且呈喇叭狀擴大而能夠更容易進行往錐形軸或保持具軸之插入操作。
A:刀輪
L:軸承孔之全長
L1:軸承孔方向之圓弧面長度
L2:圓板狀本體側面方向之圓弧面長度
1:圓板狀本體
1’:研磨加工前之圓板狀本體
2:刃前端部
3:軸承孔
3a:圓弧面
4:錐形軸
圖1，係顯示本發明之刀輪的圖。
圖2，係顯示本發明之刀輪之製造步驟的說明圖。
圖3，係顯示習知的刀輪之製造步驟的說明圖。
以下，針對本發明之刀輪，根據圖1、2詳細地進行說明。
圖1係顯示本發明之刀輪A的圖，圖1(a)係前視圖，圖1(b)係側視剖面圖，圖1(c)係軸承孔3之圓弧面3a部分的放大圖。該刀輪A，僅以單結晶鑽石製作，且在具備貫通中心之軸承孔3的圓板狀本體1之外周面設置刃前端部2。刃前端部2，由左右之斜面2a、2a、與形成於該等斜面2a、2a之交點的稜線2b構成。本實施例中，刀輪A之直徑形成為2mm，厚度形成為650μm。
圓板狀本體1之軸承孔3形成為內徑一定的貫通孔，其兩端開口緣以切除成曲線狀之圓弧面3a形成。
圓弧面3a之沿軸承孔方向的長度L1，形成為軸承孔3之全長L的3~12%，較佳為7~10%。本實施例中，相對於軸承孔全長650μm設為25~ 60μm。
該圓弧面之內面側之曲率半徑R，係在與軸承孔3之圓筒狀部分的邊界內接於圓弧面之假想圓之半徑，該假想圓，係以與軸承孔3之圓筒狀部分的邊界的接點為起點，以中心角θ為30~90°之圓弧與圓弧面一致之方式設定。此外，R為輪之厚度的0.03倍以上，且為100μm以下。
此外，圓弧面3a之圓板狀本體1之側面側的長度L2，設成為沿軸承孔方向之長度L1的0.5~2.0倍、較佳為1.0~1.5倍之長度。
本實施例中，該圓弧面3a，以越靠近軸承孔3之開口端則曲線之曲率越大的方式形成。即使在此情形下，和與軸承孔3之圓筒狀部分的邊界相接之假想圓之半徑即內面側之曲率半徑R，為輪厚度的0.03倍以上。藉此，如圖1(c)所示，圓弧面3a之圓板狀本體1之側面的長度L2形成為較L1長。本實施例中，L2之長度範圍為25~100μm、較佳為60~100μm，更佳之例為採用80μm。
圖2係顯示本發明之刀輪A之製造步驟的說明圖，符號1’係表示刃前端部2之研磨加工前的圓板狀本體。該圓板狀本體1’，從側面觀察為圓形，其外周面平坦，且於中心預先加工軸承孔3，該軸承孔3係於兩端開口緣具備上述之圓弧面3a。
將該圓板狀本體1’之軸承孔3，如圖2(a)所示插入研磨裝置之錐形軸4以安裝圓板狀本體1’，一邊使圓板狀本體1’旋轉一邊將研磨石5按壓於圓板狀本體1’之外周面之側緣部分以加工刃前端2。在此步驟中，首先加工一側之刃前端斜面，接著使圓板狀本體1’反轉以加工另一側之刃前端斜面。藉此，加工出由圖1所示之左右之斜面2a、2a與稜線2b 構成之刃前端2。
上述刃前端加工步驟中，安裝於研磨裝置之錐形軸4的圓板狀本體1’，如圖2(b)之放大圖所示，以軸承孔3之兩端緣之圓弧面3a、3a接觸保持於錐形軸4之周面。該圓弧面3a與錐形軸4之周面的接觸，於負載為0時係點接觸，當在接觸部分施加負載時，接觸部分變形並在對應負載之狹窄的範圍內進行面接觸(參考：赫茲接觸理論(球與平面))。藉此，相較於以如圖3之尖的角部103b接觸錐形軸4之周面的習知構造，能夠緩和負載之集中於一點，抑制因碰撞產生破損。另外，圓弧面3a之曲率半徑R越大，則越容易使施加於與錐形軸接觸的接觸部分之負載分散。此外，本發明中由於係以圓弧面3a接觸錐形軸4，因此不會如習知的以尖的角部103b接觸的情形時在錐形軸4之周面產生小傷痕，而能夠以始終穩定的姿勢保持圓板狀本體1’。
此外，圓弧面3a，由於將沿軸承孔3之軸方向的長度L1設為軸承孔3之全長L的3~12%，因此在將刀輪A安裝於刻劃裝置之保持具軸(未圖示)時，能夠確保接觸保持具軸周面之軸承孔3內面為軸承孔3全長的80%以上。藉此，能夠使刀輪A以穩定的狀態被周接觸支承於保持具軸。
進一步地，該圓弧面3a，由於係以越靠近軸承孔3之開口端則曲線之曲率越大的方式形成，且圓弧面3a於圓板狀本體1之側面側的長度L2較軸承孔方向的長度L1長，因此使軸承孔3之開口端以較正圓之圓弧大且呈喇叭狀擴大，而使往錐形軸4或保持具軸之插入操作更為容易。
以上，雖針對本發明之代表性的實施例進行了說明，但本發明並不一定特定於上述實施形態。例如，本發明可適用於包含上述實施例 所示之直徑2mm的0.8~3mm的刀輪。
此外，本發明可在達成其目的、不脫離申請專利範圍之範圍內適當地進行修改、變更。
本發明適用於對陶瓷基板或藍寶石基板、矽基板等、較非晶質玻璃基板硬的脆性材料基板加工刻劃線、進行分斷時使用之單結晶鑽石製的刀輪。
A‧‧‧刀輪
L‧‧‧軸承孔之全長
L1‧‧‧軸承孔方向之圓弧面長度
L2‧‧‧圓板狀本體側面方向之圓弧面長度
R‧‧‧圓弧面之內面側之曲率半徑
θ‧‧‧中心角
1‧‧‧圓板狀本體
2‧‧‧刃前端部
2a‧‧‧斜面
2b‧‧‧稜線
3‧‧‧軸承孔
3a‧‧‧圓弧面

Claims (3)

  1. 一種刀輪，係在圓板狀本體之外周面設有研磨加工而成之刃前端部的單結晶鑽石製之刀輪，其特徵在於：在該圓板狀本體之中心貫通形成軸承孔，且該軸承孔之兩端開口緣以切除成曲線狀之圓弧面形成，該圓弧面中的內面側之曲率半徑係在與該軸承孔之圓筒狀部分的邊界內接於該圓弧面之假想圓之半徑，該假想圓係以與該軸承孔之該圓筒狀部分的邊界的接點為起點，以中心角θ為30~90°之圓弧與該圓弧面一致之方式設定，該曲率半徑為該刀輪之厚度的0.03倍以上，且為100μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之刀輪，其中，沿著該軸承孔之軸方向的該圓弧面之長度，形成為該軸承孔之全長的3~12%。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之刀輪，其中，該圓弧面，以越靠近軸承孔之開口端則曲率越大的曲線形成。
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