TW201507985A - 刻劃輪、保持具單元及刻劃裝置 - Google Patents

Abstract

提供一種適於進行強化玻璃之分斷的刻劃輪、保持具單元及刻劃裝置。 本發明係於刀刃42形成有複數條槽部44之強化玻璃基板分斷用刻劃輪40，槽部44之深度H為1~5μm、槽部44之寬度W為2~35μm，藉由在槽部44設置延伸於與刀刃前端43之稜線方向A相同方向之槽稜線部47，成為非常適於進行強化玻璃基板17之分斷。

Description

刻劃輪、保持具單元及刻劃裝置

本發明係有關於強化玻璃形成刻劃線之刻劃輪、保持具單元及刻劃裝置。

作為在分斷玻璃基板時所使用之刻劃輪，藉由在刀刃形成既定形狀之複數條槽，據以實現對玻璃基板之高滲透性者廣為人知。

形成在刀刃之槽，例如專利文獻1之記載，係使用圓形磨石，將此磨石以正交方式抵接於將作為刀刃前端之稜線部分來據以形成。除此之外，亦有一種藉由從刻劃輪之側面方向照射雷射光，據以在刀刃形成槽之刻劃輪。

攜帶型終端裝置之顯示部之保護鏡，多使用較一般玻璃具有高強度之強化玻璃。隨著攜帶型終端裝置之急遽普及，強化玻璃之使用量亦益發增多。理所當然的，由於需要配合用途之大小不同的強化玻璃，而需要進行強化玻璃之分斷，於強化玻璃之分斷中即使用如專利文獻1所示之刻劃輪。

先行技術文獻

[專利文獻1]日本特開2012-82099號公報

作為強化玻璃，有一種例如透過離子更換法以強化玻璃表面之化學強化玻璃。為進行此種化學強化玻璃之分斷，在試著使用專利文獻1所揭示之於刀刃形成有既定形狀之複數條槽之刻劃輪形成刻劃線時，產生了較在一般玻璃形成刻劃線時大為不同的問題。

圖7係使用專利文獻1所揭示之於刀刃形成有既定形狀之複數條槽之刻劃輪，於化學強化玻璃形成刻劃線時之表面的顯微鏡照片(1000倍)。如圖7所示，由於旋轉之刻劃輪之刀刃前端與槽交互的與基板接觸，於化學強化玻璃表面，以和刀刃前端之間距同樣間距形成了複數個因刀刃前端侵入基板而形成之打痕70A。

此時，打痕70A之形狀為四角形。因此，與一般玻璃相較表面較硬之化學強化玻璃，亦產生從打痕70A之角相對玻璃表面往水平方向之裂痕，在打痕70A之角及相鄰打痕70A之間，產生非常多的表面剝離部70B。而此剝離部70B，隨著時間經過會成為從基板表面完全剝落的狀態(剝離部70C)。

如前所述，當以專利文獻1所揭示之於刀刃形成有既定形狀之複數條槽之刻劃輪，於化學強化玻璃形成刻劃線時，經常會產生於一般玻璃不易發生之如剝離部70C般之數十μm程度的玻璃屑(cullet)。

圖8係使用於刀刃形成有既定形狀之複數條槽之刻劃輪形成刻劃線之圖7不同的化學強化玻璃之表面照片。圖8(A)係表面整體的照片、圖8(B)係將其一部分放大70倍的照片。圖8(A)中之參照符號80A，係於化學強化玻璃表面使刻劃輪旋轉而形成之實際的刻劃線，參照符號80B係實際形成的割線。

如專利文獻1所揭示之於刀刃形成有既定形狀之複數條槽的刻劃輪，與無槽之刻劃輪相較其滲透性非常高，因此當荷重僅即使僅大一點時，於打痕角部產生之裂痕會錯開刻劃線而往基板之厚度方向伸展，而發生玻璃以打痕之角為起點，在與原本預定之刻劃線80A無關之方向裂開，亦即產生一被稱為「先行」之割線80B。

另一方面，由於化學強化玻璃之表面非常硬，因此當分斷時之荷重過小時，刀刃前端即無法侵入而產生所謂起始不良的情形。如以上所述，強化玻璃之分斷與一般玻璃之分斷相較，其最佳分斷荷重範圍(切斷區域)非常的狹窄，具有分斷極為不易的問題。

本發明之目的在提供一種適於此種強化玻璃之分斷的刻劃輪、保持具單元及刻劃裝置。

為達成上述目的，本發明之刻劃輪，係於刀刃形成有複數條槽部用以分斷強化玻璃，其特徵在於：該槽部之深度為1~5μm、該槽部之寬度為2~35μm、於該槽部設有延伸於與刀刃前端之稜線方向相同方向的槽稜線部。

根據本發明之刻劃輪，由於形成在強化玻璃基板表面之打痕為具有圓弧之形狀，因此不易從打痕角部產生裂痕，不會產生從基板表面之剝離等，非常適於進行強化玻璃基板之分斷。

又，本發明之刻劃輪，前述槽部之深度在3μm以下。

根據此發明之刻劃輪，其槽部不易缺損等，為更適於強化玻璃基板之分斷。

又，本發明之刻劃輪，以前述槽稜線部為起點之槽部長度為20~40μm。

根據此本發明之刻劃輪，於較厚之強化玻璃更能良好發揮上述作用效果。

又，本發明之刻劃輪，其槽部係藉由雷射光之照射而形成。

根據此發明之刻劃輪，由於槽部及槽稜線部之加工精度提升，因此能良好的發揮上述作用效果。

又，本發明之刻劃輪係用於化學強化玻璃。

根據此發明之刻劃輪，能良好的切斷表層硬質之化學強化玻璃。

又，本發明之保持具單元，具有上述任一記載之刻劃輪、與將前述刻劃輪保持成旋轉自如之保持具。

根據本發明之保持具單元，由於形成在強化玻璃基板表面之打痕為具有圓弧之形狀，因此不易從打痕角部產生裂痕，不會產生從基板表面之剝離等，係一非常適於進行強化玻璃基板之分斷的保持具單元。

又，本發明之刻劃裝置具備上述保持具單元。

根據本發明之刻劃裝置，由於形成在強化玻璃基板表面之打痕為具有圓弧之形狀，因此不易從打痕角部產生裂痕，不會產生從基板表面之剝離等，係一非常適於進行強化玻璃基板之分斷的刻劃裝置。

10‧‧‧刻劃裝置

17‧‧‧強化玻璃基板

30‧‧‧保持具單元

31‧‧‧保持具

32‧‧‧安裝部

32a‧‧‧傾斜部

32b‧‧‧平坦部

33‧‧‧保持槽

34a、34b‧‧‧支承部

35‧‧‧支承孔

40‧‧‧刻劃輪

41‧‧‧刀輪本體部

42‧‧‧刀刃

43‧‧‧刀刃前端

44‧‧‧槽部

45‧‧‧貫通孔

46‧‧‧槽

47‧‧‧槽稜線部

50、70A‧‧‧打痕

51‧‧‧刻劃線

70B、70C‧‧‧剝離部

80A‧‧‧刻劃線

80B‧‧‧割線

A‧‧‧稜線方向

H‧‧‧槽之深度

P‧‧‧槽之間距

W‧‧‧槽之寬度

圖1係實施形態之刻劃裝置的概略圖。

圖2係實施形態之保持具接頭的前視圖。

圖3係實施形態之保持具單元的立體圖。

圖4係實施形態之刻劃輪的側視圖。

圖5(A)係實施形態之刀刃的放大立體圖、圖5(B)係實施形態之刀刃的放大側視圖。

圖6係以實施形態之刻劃輪形成之刻劃線的示意圖。

圖7係以習知刻劃輪形成知刻劃線的照片。

圖8(A)係以習知刻劃輪形成之刻劃線的照片、圖8(B)係部分放大照片。

以下，使用圖式說明本發明之實施形態。不過，以下所示之實施形態僅為使本發明之技術思想具體化之一例，並非將本發明特定於此實施形態。本發明可適用於申請專利範圍中所含之其他實施形態。

圖1係本發明一實施形態之刻劃裝置10的概略圖。刻劃裝置10具備移動台11。移動台11與滾珠螺桿13螺合，藉由馬達14之驅動使此滾珠螺桿13旋轉，據以沿一對導軌12a、12b移動於y軸方向。

於移動台11之上面設置有馬達15。馬達15使位於上部之桌台16於xy平面旋轉並將之定位於既定角度。作為分斷(scribe)對象物之強化玻璃基板17被裝載於桌台16上，以未圖示之真空吸引手段等加以保持。

作為強化玻璃基板17，具體而言係使用化學強化玻璃。化學強化玻璃由於可簡單完成對薄玻璃基板之強化加工，因此係大量使用於 攜帶用終端裝置等要求輕量化之強化玻璃。由化學強化玻璃構成之強化玻璃基板17，係以離子更換法於玻璃表面產生壓縮應力之玻璃。

刻劃裝置10，於裝載在桌台16之強化玻璃基板17上方，裝備有用以拍攝形成在此強化玻璃基板17表面之對準標記的二台CCD攝影機18。橋架19以跨於移動台11與其上部之桌台16之方式，沿x軸方向架設於支柱20a、20b。

於橋架19安裝有導件22，刻劃頭21設置成可被此導件22引導而往x軸方向移動。於刻劃頭21，透過保持具接頭23安裝有保持具單元30。

圖2係安裝有保持具單元30之保持具接頭23的前視圖。又，圖3係保持具單元30的立體圖。

保持具接頭23呈略圓柱狀，具備旋轉軸部23a與接頭部23b。在保持具接頭23安裝於刻劃頭21之狀態下，旋轉軸部23a透過圓筒形之間隔件24c安裝於二個軸承24a、24b，此保持具接頭23被保持成旋動自如。

於圓柱形之接頭部23b，設有下端側據圓形開口25之內部空間26。此內部空間26之上部埋設有磁石27。而藉由磁石27裝卸自如之保持具單元30，插入安裝在此內部空間26。

保持具單元30係保持具31、刻劃輪40、以及銷(未圖示)成一體者。保持具31具有圖3所示之略圓柱形，以磁性體金屬形成。於保持具31之上部設有定位用安裝部32。此安裝部32係將保持具31之上部切開形成，具備傾斜部32a與平坦部32b。

將保持具31之安裝部32側透過開口25插入內部空間26。此時，保持具31之上端側被磁石27吸引，安裝部32之傾斜部32a與通過內部空間26之平行銷28接觸，據以進行保持具單元30對保持具接頭23之定位與固定。又，在從保持具接頭23取下保持具單元30時，只要將保持具31往下方拉即能輕易地取下。

由於刻劃輪40係消耗品，需定期進行更換。本實施形態中，為了容易地進行保持具單元30之裝拆，係藉由更換保持具單元30本身，已進行構成保持具單元30之刻劃輪40之更換，能迅速地進行刻劃輪40之更換。

於保持具31下部，設有切開保持具31形成之保持槽33。在為設置此保持槽33而切開之保持具31之下部，夾著保持槽33有支承部34a、34b。於此保持槽33，刻劃輪40以旋轉自如之方式配置。又，於支承部34a、34b分別形成有用以旋轉自如的保持刻劃輪40之銷插入的支承孔35。

其次，說明用以分斷強化玻璃基板17之刻劃輪40之細節。圖4係安裝在保持具31前端之刻劃輪40的側視圖。圖5係圖4之以圓B顯示之刀刃42的放大圖，圖5(A)為立體圖、圖5(B)為側視圖。

如圖4、圖5所示，刻劃輪40為圓板狀，具備刀輪本體部41、刀刃42、刀刃前端43、以及槽部44。

於刀輪本體部41之中心附近，形成有將此刀輪本體部41於旋轉軸方向貫通之貫通孔45。藉由將銷插入貫通孔45，刻劃輪40即透過此銷旋轉自如地被保持於保持具31。

刀刃42，於刀輪本體部41之外周形成為圓環狀。刀刃42在前視下呈略V字狀，相對於旋轉軸方向之刀刃52之厚度，隨著朝向作為稜線部分之刀刃前端43而漸漸變小。

刀刃前端43沿著刀刃42之最外周部設置，形成刻劃輪40之稜線。於刀刃42之最外周部，刀刃前端43與槽部44交互的以等間距形成。

槽部44，由從刀刃前端43沿刀刃42之兩傾斜面延伸之長凹入的槽46、與較刀刃前端43凹向刀輪本體部41之中心側(貫通孔45側)並沿刀刃前端43之稜線方向(圖5之箭頭A方向)延伸的槽稜線部47構成。

又，形成在專利文獻1之刻劃輪刀刃的槽部，由於係將圓形狀之磨石以正交方式抵接於將作為刀刃前端之稜線部分而形成，因此係將刀刃前端切開之形狀，而為曲面狀之槽底部，並不存在如圖5所示之本實施形態般之沿刀刃42之兩傾斜面長凹入的槽46、以及槽稜線部47。

藉由使用本實施形態之槽部44具備槽46及槽稜線部47之刻劃輪40於強化玻璃基板17形成刻劃線，會形成後述形狀之打痕50(參照圖6)，係一與使用專利文獻1所示之刻劃輪形成的打痕(圖7所示之打痕70A)明確相異之形狀，並明確的具有相異之分斷結果。關於此點之詳情，留待後敘。

刻劃輪40係由燒結金剛石(Poly Crystalline Diamond)及超硬合金、單結晶金剛石或多結晶金剛石等形成。刻劃輪40，可使用於超硬 合金等基材塗敷金剛石等硬質材料之膜者。此場合，槽部44可僅形成於膜、亦可在基材形成槽部後塗敷膜以形成槽部44。

例如，燒結金剛石製之刻劃輪40，主要係由金剛石粒子、與殘部之添加劑及結合材構成之結合相調製而成。金剛石粒子之平均粒子徑係使用1.5μm以下者。燒結金剛石中之金剛石之含有量以75.0~90.0vol%之範圍較佳。

作為添加劑，例如選自鎢、鈦、鈮、鉭中之至少1種以上元素之超微粒子碳化物是非常適合使用的。燒結金剛石中之超微粒子碳化物之含有量在3.0~10.0vol%之範圍，此超微粒子碳化物包含1.0~4.0vol%之碳化鈦、與殘部之碳化鎢。

作為結合材，通常，鐵族元素是適合使用的。作為鐵族元素，例如有鈷、鎳、鐵等，其中尤以鈷較佳。燒結金剛石中之結合材之含有量，較佳是金剛石及超微粒子碳化物之殘部，更佳的是在3.0~20.5vol%之範圍。

將金剛石粒子、添加劑及結合材加以混合，在金剛石於熱力學上安定之高温及超高壓下，將此等之混合物加以燒結，據以製造燒結金剛石。於此燒結時，超高壓產生裝置之模具內之壓力在5.0~8.0GPa之範圍、模具內之温度在1500~1900℃之範圍。從以此方式製造之燒結金剛石切出具所欲半徑之圓板，並分別削掉此圓板周緣部之兩面側以製造形成有刀刃前端43之刻劃輪40。

接著，於此刻劃輪40之刀刃前端43形成槽部44。槽部44，例如，可藉由將刻劃輪40之貫通孔45安裝於未圖示之馬達之旋轉軸，從雷 射照射裝置將雷射光從與旋轉軸正交之方向(圖4之箭頭C方向)照射向刀刃42之兩傾斜面及刀刃前端43，即能高精度地加以形成。

其次，說明刻劃輪40之尺寸。刻劃輪40之外徑為1.0~10.0mm、較佳為1.0~5.0mm之範圍、尤以1.0~3.0mm更佳。刻劃輪40之外徑小於1.0mm時，刻劃輪40之操作性將降低。另一方面，當刻劃輪40之外徑大於10.0mm時，則有可能產生刻劃時之垂直裂痕相對強化玻璃基板17無法充分深入形成的情形。

刻劃輪40之厚度為0.4~1.2mm、較佳的是0.4~1.1mm之範圍。刻劃輪40之厚度小於0.4mm時，有可能會使加工性及操作性降低。另一方面，當刻劃輪40之厚度大於1.2mm時，刻劃輪40之材料及製造成本變高。此外，貫通孔45之孔徑，例如為0.8mm。

刀刃42之刀刃前端角通常為鈍角之90~160°、較佳為100~150°、尤以115~145°之範圍更佳。刀刃前端角小於90°時，易產生表面剝離及先行，當大於160°時則易於發生起始不良。

槽部44之深度H，若過淺的話不易侵入強化玻璃基板17而發生起始不良，過深的話則會過於侵入強化玻璃基板17而使得刀刃前端43易於產生缺口，因此係以1~5μm之範圍形成，較佳是在2~3μm之範圍。

槽部44之寬度W係以2~35μm之範圍形成。當強化玻璃基板17之板厚為0.7mm程度之情形時，寬度W以2~15μm之範圍較佳，當板厚為1.1mm程度之情形時，寬度W以10~30μm之範圍較佳。

又，槽部44之槽46沿刀刃42之兩傾斜面延伸之長度，無輪過長或過短皆不會發揮其效果，因此，只要有以槽稜線部47為起點分別 沿兩傾斜面延伸20~40μm程度之長度即可。此外，槽部44之數量(分割數)視刀輪徑為5~900程度，槽之間距P可從10~2000μm程度之間適當的加以選擇。槽之數量越多、槽之間距P越窄，越有起始佳、先行不易發生之傾向，以槽之間距在10~50μm之方式形成槽部44較佳。

又，槽部44之深度H及寬度W，如圖5(B)所示，係以位於刀刃前端43之最外周部為基準。因此，視槽46在刀刃42之兩傾斜面之位置，深度及寬度有可能成為與作為基準之深度H及寬度W相異的情形。此外，例如，位在刀刃42之兩傾斜面之槽46，亦可以是隨著離開刀刃前端43而深度及寬度逐漸變化之構成。

其次，針對實際使用刻劃輪40進行強化玻璃基板17之分斷之結果，具體的加以說明。分斷條件如下。

刻劃輪40，其外徑為2.0mm、刀刃前端角為130°、槽部44之深度H為3.0μm、寬度W為30μm、相鄰槽所夾之刀刃前端43之寬度為15μm、槽部44之數(分割數)為140。

所使用之刻劃裝置，係三星鑽石工業株式會社製刻劃裝置(型號名：MS500)。進行分斷之強化玻璃基板17係板厚0.7mm之化學強化玻璃。

以切斷速度為200mm/sec、切入量為0.15mm之方式設定了刻劃荷重之設定。

針對使用上述分斷條件，於強化玻璃基板17表面形成之刻劃線，使用示意圖說明如後。圖6係於強化玻璃基板17表面形成之刻劃線的示意圖。

如圖6所示，因刻劃輪40之刀刃前端43侵入強化玻璃基板17表面而形成複數之打痕50。此時，打痕50與圖7所示之四方形打痕70A不同的，係一整體具有圓弧之形狀。因此，不易如打痕70A般產生從角部往水平方向之裂痕，如圖7般之表面剝離部70B幾乎完全沒有產生。

又，於打痕50，由於以打痕之角部為起點、在脫離刻劃線之部分之裂痕不易產生，因此亦未產生如圖8般之稱為「先行」的割線80B。此外，於打痕50由於不易發生表面之剝離及先行現象，因此即使分斷時之荷重略大亦不會對分斷有大的影響，因此，可分斷之最佳切斷區域亦變大，藉由刻劃輪40之使用，可更輕易地進行強化玻璃之分斷。

又，由於在槽部44設有槽稜線部47，因此如圖6所示的，在打痕50與打痕50之間亦形成有刻劃線51，可抑制裂痕往不預期之方向之伸展，於強化玻璃基板17表面形成安定的刻劃線。

又，當使用實施形態之刻劃輪40於強化玻璃基板17形成刻劃線時，不易產生玻璃屑，且由於在槽部44設有槽稜線部47，即使產生玻璃屑亦能透過沿刀刃42之兩傾斜面延伸之槽46排出玻璃屑，不易殘留蓄積在槽部44。

如以上所述，可知本發明之於刀刃42形成有複數條槽部44之強化玻璃基板分斷用之刻劃輪40，係槽部44之深度H為1~5μm、槽部44之寬度W為2~35μm，於槽部44設有與刀刃前端43之稜線方向A延伸於相同方向之槽稜線部47的刻劃輪40，與專利文獻1所揭示之刻劃輪相較，非常適於強化玻璃基板17之分斷。

又，圖5所示之放大圖，係以示意方式顯示刻劃輪40之刀刃42。因此，沿刀刃42之兩傾斜面延伸之槽46之兩端，明確描繪出槽46之凹部與刀刃42之交界處，然而槽46之凹部與刀刃42之交界處必並不一定需要如圖5般的明確。此外，藉由將槽46之凹部與刀刃42之交界處形成為平滑地變化，在進行表面非常硬之強化玻璃基板17之分斷時，可防止在交界處產生缺口，因此可延長刻劃輪40之壽命。欲將槽46之凹部與刀刃42之交界處形成為平滑地變化，可藉由雷射照射之調整，高精度且簡單的進行。

又，本實施形態之刻劃裝置10，在將保持刻劃輪40之保持具31安裝於刻劃頭21時，係透過保持具接頭23安裝之構成。然而，刻劃裝置10亦可以是直接於刻劃頭21安裝保持具31之構成。

又，本實施形態之刻劃裝置10，雖係例示了裝有用以使刻劃頭21移動之導件22及橋架19、及具備使裝載強化玻璃基板17之桌台16旋轉之移動台11者，但不限於此種刻劃裝置10。例如，為了使使用者握持安裝有保持具31之刻劃頭21，亦可適用於刻劃頭21之部分形狀為柄之形狀，使用者握著此柄進行移動以進行強化玻璃基板17之分斷的、所謂手動式刻劃裝置。

42‧‧‧刀刃

43‧‧‧刀刃前端

44‧‧‧槽部

46‧‧‧槽

47‧‧‧槽稜線部

A‧‧‧稜線方向

H‧‧‧槽之深度

P‧‧‧槽之間距

W‧‧‧槽之寬度

Claims (7)

1. 一種刻劃輪，係於刀刃形成有複數條槽部用以分斷強化玻璃，其特徵在於：該槽部之深度為1~5μm、該槽部之寬度為2~35μm、於該槽部設有延伸於與刀刃前端之稜線方向相同方向的槽稜線部。
2. 如申請專利範圍第1項之刻劃輪，其中，該槽部之深度在3μm以下。
3. 如申請專利範圍第1或2項之刻劃輪，其中，以該槽稜線部為起點時該槽部之長度為20~40μm。
4. 如申請專利範圍第1或2項之刻劃輪，其中，該槽部係藉由雷射光之照射而形成。
5. 如申請專利範圍第1或2項之刻劃輪，其係化學強化玻璃用。
6. 一種保持具單元，其具備申請專利範圍第1至5項中任一項之刻劃輪、與將該刻劃輪保持成旋轉自如之保持具。
7. 一種刻劃裝置，其具備專利範圍第6項之保持具單元。