TWI602667B - Scoring wheel and its manufacturing method - Google Patents

Description

刻劃輪及其製造方法

本發明係關於用以對脆性材料基板壓接．轉動並進行刻劃之刻劃輪及其製造方法。

習知的刻劃輪，如專利文獻1等所示般，係以超硬合金製或多結晶燒結鑽石(以下，稱為PCD)製之圓板作為基材。PCD圓板係使鑽石粒子與鈷(Co)等一起燒結而成者。刻劃輪，係從成為基材之圓板的兩側呈互相傾斜地削入圓周之邊緣，且於圓周面形成V字形之刀前端而形成者。將以如此方式形成之刻劃輪，以呈旋轉自如地軸裝於刻劃裝置之刻劃頭等，並以既定之負載按壓於脆性材料基板，使其沿脆性材料基板之面移動而藉此可一邊轉動一邊進行刻劃。

在專利文獻2中，揭示有為了使玻璃切斷用刀刃之壽命變長，而以鑽石被膜V字形狀之刀前端表面而成之玻璃切斷用刀刃。該玻璃切斷用刀刃，係在以與鑽石相容性佳之陶瓷所形成之刀前端表面被覆鑽石膜，對該鑽石膜進行表面研磨處理而加以整形。揭示有藉由使用如此般之玻璃切斷用刀刃，而可使刀刃之壽命變長，此外可以切斷面成為平滑之方式切斷高硬度玻璃。

專利文獻1：國際公開WO2003/51784號公報

專利文獻2：日本特開平04-224128號公報

以多結晶燒結鑽石(PCD)形成之習知的刻劃輪，由於係以鑽石粒子與結合材而構成，因此一旦對尤其是陶瓷等硬度高之脆性材料基板進行刻劃，則存在有磨耗激烈地進行、壽命較短之缺點。此外，由於近幾年玻璃之薄型化、大型化趨勢，使得對脆性材料基板進行刻劃、裂斷後之脆性材料基板之端面強度相當地要求。然而，在以PCD形成之習知的刻劃輪中，由於對應於素材所包含之鑽石粒子之大小，刀前端及稜線之粗度較粗，且亦難以藉由研磨而設成一定以下之粗度，因此存在有對脆性材料基板進行刻劃、裂斷後之脆性材料基板之端面強度降低之缺點。

專利文獻2記載之玻璃切斷用刀刃，雖係對鑽石被膜進行研磨，但由於在鑽石膜不具導電性，而無法藉由通電進行成為研磨時之基準位置之零點檢測。因此於鑽石被膜之研磨時因作業者而導致研磨開始點之偏差較大。尤其是鑽石被膜之厚度較薄、且在進行數μm~10μm之研磨作業之情形，存在有其影響較大、加工時之作業性變不佳之問題點。

本發明係有鑑於如此般之問題點而完成者，目的在於提供一種可容易地進行鑽石膜之研磨或溝槽加工的刻劃輪及其製造方法。

為了解決該課題，本發明之刻劃輪，係沿著圓周部形成稜線、具有由該稜線與該稜線兩側之傾斜面所構成之刀前端的刻劃輪，並具有形成於基材與基材之刀前端表面之鑽石膜，該稜線係由鑽石膜形成，該鑽石膜係具有導電性。

此處，亦可具有以既定間隔形成於該鑽石膜之稜線部分之溝槽，且將其之間設成突起。

為了解決該課題，本發明之刻劃輪之製造方法，係為具有沿著圓板之圓周部由稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刀前端的刻劃輪之製造方法，於圓板之中心設置貫通孔，以該中心為旋轉軸，沿著圓周部形成刀前端部分而構成刻劃輪基材，於該刻劃輪基材之刀前端部分藉由化學氣相成長法一邊摻雜雜質、一邊形成鑽石膜。

此處，該雜質較佳為硼(B)。

此處，亦可一邊於形成有該鑽石膜之刻劃輪與磨石之間供給電源、一邊對該鑽石膜進行研磨。

此處，亦可於該鑽石膜進行放電加工，進一步地形成由稜線與斜面構成之刀前端。

此處，亦可於該鑽石膜之稜線部分以既定間隔形成經切削而成之溝槽，且將其之間設成突起。

此處，亦可一邊於該鑽石膜與磨石之間供給電源、一邊切削該溝槽。

此處，亦可於該鑽石膜藉由放電加工形成該溝槽。

根據具有如此特徵之本發明，於刻劃輪形成具有導電性之鑽石膜，且對刀前端之鑽石膜進行研磨。藉此利用於研磨時係具有導電性而可進行成為研削之基準之零點檢測、進行施有通電、加熱之滑動研磨、進行放電加工，且可容易地進行製造。此外，在請求項2、4之發明中，利用刻劃輪之刀前端係具有導電性而可容易地進行溝槽加工，且可實現於表面具有鑽石層之高浸透型之刻劃輪。

10、30‧‧‧刻劃輪

11、31‧‧‧圓板

12、32‧‧‧貫通孔

13、33‧‧‧研磨面

14、34‧‧‧鑽石膜

16‧‧‧圓周面

25‧‧‧電源

35‧‧‧溝槽

41‧‧‧研磨機馬達

42‧‧‧磨石

圖1A，係本發明之第1實施形態之刻劃輪的前視圖。

圖1B，係第1實施形態之刻劃輪的側視圖。

圖2A，係第1實施形態之刀前端研磨前之稜線部分的放大剖面圖。

圖2B，係第1實施形態之研磨後之稜線部分的放大剖面圖。

圖3A，係本發明之第3實施形態之刻劃輪的前視圖。

圖3B，係第3實施形態之研磨後之稜線部分的放大剖面圖。

圖3C，係圖3A所示之圓形部分的放大圖。

圖4，係表示第3實施形態之溝槽加工之狀態的圖式。

圖1A係本發明之實施形態之刻劃輪的前視圖，圖1B係其側視圖。於製造刻劃輪時，例如，首先，如圖1A所示般，於超硬合金等之成為刻劃輪基材之圓板11之中央形成成為軸孔之貫通孔12。接著，將未圖示之馬達等之軸桿(shaft)與該貫通孔12連通，並一邊以貫通孔12之中心軸為旋轉軸12a使其旋轉，一邊對圓板11之整個圓周從圓板之表背兩側相對於旋轉軸12a傾斜地進行研磨，而如圖1B所示般，使稜線與稜線之兩側的傾斜面形成為垂直剖面V字形。以如此形成之V字形斜面作為研磨面13。

接著針對鑽石薄膜之形成，利用圖2A之刀前端之稜線部分之放大剖面圖進行說明。首先，預先將V字形之研磨面13設成粗面以使鑽石膜之附著變容易。接著，在將成為次微米(submicron)以下之粒徑之核的鑽石膜形成於斜面部分之後，藉由化學氣相成長反應使鑽石薄膜成長。如此於刻劃輪之V字形之斜面部分藉由化學氣相成長法(CVD法)，形成膜厚例 如20~30μm之鑽石膜14。

在本實施形態中，在利用化學氣相成長反應進行鑽石膜之成長時，摻雜硼等之雜質。藉此可使鑽石膜14成為具有導電性之膜。鑽石膜14之導電率係依存於摻雜量，而藉由使導電率變大，可使放電加工時之放電容易穩定、使放電加工條件值降低、使放電加工之效率提高等。

之後，如下述般，至少對前端部分進行研磨以使前端變銳利。圖2B係表示該研磨後之狀態的部分放大剖面圖。於如此般研磨時，亦可成為較原本之鑽石膜14例如更為5°~10°鈍角。而且，使包含由研磨後之稜線構成之圓之面，相對於旋轉軸12a成為垂直。此處，進行研磨之區域亦可僅為於中央包含傾斜面之稜線的帶狀之部分。圖2B之寬度w之區域表示該前端部分、亦即稜線兩側之鑽石膜的研磨區域，例如將寬度w設成10~20μm。

於研磨時，使磨石旋轉，對具有鑽石膜之刻劃輪之刀前端進行研磨。此時，於刻劃輪與磨石之間連接電源。然後，一邊使磨石以一定速度旋轉同時刻劃輪10亦沿著該旋轉軸12a旋轉，一邊使往磨石之距離接近。由於鑽石膜14與直線磨石20在接觸時進行通電，因此可藉由通電而檢測刻劃輪10與磨石20已接觸。將該接觸時設成成為研磨開始點之零點，從此處對鑽石膜進行研磨至適當之厚度。此外，藉由進行通電，除了因接觸時之摩擦阻力導致發熱外，亦藉由鑽石膜具有適度之電阻力產生焦耳熱而加熱鑽石膜14。因此亦可使鑽石膜14之研磨更高能率地進行。當結束一面之研磨時，對另一面亦同樣地進行研磨。如此般利用鑽石膜具有通電性而於磨石與成為加工對象之刻劃輪使電流流通，藉由於研磨中進行通電而可 有效率地進行研磨作業。

接著，針對本發明之第2實施形態進行說明。該實施形態與第1實施形態係刀前端之傾斜面之加工方法有所不同。由於鑽石膜14具有導電性，因此不僅可藉由機械研磨亦可藉由放電加工而加工傾斜面，形成銳利之稜線。於放電加工中，亦可利用藉由使已通電之線(wire)沿鑽石膜移動而加工成所欲之形狀的線放電加工。此外，除此之外，亦可使用雕型放電加工(Die-sinking Electrical Discharge Machining)。於雕型放電加工中，可利用具備有供加工之具有凸狀之刀前端之反轉形狀的模具之治具電極，按壓於旋轉體而藉此加工刀前端。在進行如此般之線放電加工或雕型放電加工後，為了去除因放電加工產生之變質層，較佳為進一步地進行利用磨石之精加工研磨。

藉由如此般進行研磨或放電加工，可使有助於鑽石膜刻劃之刀前端部分之稜線之粗細變細。因此一旦使用該刻劃輪對脆性材料基板、例如陶瓷基板進行刻劃、分斷，則可獲得能使脆性材料基板之切斷面之端面精度提高、隨之亦使端面強度提高的效果。

接著，針對本發明之第3實施形態進行說明。於日本國專利第3074143號提及有於刻劃輪之圓周面隔著既定間隔形成多個溝槽、且將其之間設成突起而成為高浸透型之刻劃輪。本發明亦可適用於如此般之刻劃輪。圖3A係該實施形態之刻劃輪的前視圖，圖3B係前端之稜線部分的放大剖面圖，圖3C係於圖3A以一點鏈線表示之圓形部分的放大圖。於製造刻劃輪時，首先，如圖3A所示般，於超硬合金、或陶瓷製等之成為刻劃輪基材之圓板31之中央形成成為軸孔之貫通孔32。接著，將馬達等之旋轉軸 與該貫通孔32連通，並一邊使其旋轉，一邊對圓板31之整個圓周從兩側進行研磨而形成V字形。以如此形成之V字形斜面作為研磨面33。亦於該情形與第1實施形態同樣地，於刻劃輪之刀前端部分藉由CVD法鍍敷鑽石膜34，且以上述之方法進行研磨。

接著，當將鑽石膜34設成20μm時，則如圖3C所示般，於鑽石膜34之厚度之範圍內形成溝槽35。圖4係表示形成溝槽35之狀態的圖式。如圖4所示，將圓板狀之磨石42安裝於研磨機馬達41之軸並使其旋轉。該磨石之圓周面形成V字狀，而藉由該磨石於刻劃輪10之圓周部形成溝槽35。於該情形，如圖4所示般，從電源25對刻劃輪10與圓板狀之磨石42之間進行通電，藉由檢測出零點，而可確實地控制溝槽之深度。進一步地，藉由通電時之加熱可促進研削加工。如此於形成1個溝槽後，使刻劃輪旋轉既定角度而固定，進一步地使研磨機馬達41旋轉並使磨石42接近而形成溝槽。如此於刻劃輪之全周以一定之間距形成溝槽。如此，在製造高浸透型之刻劃輪之情形，可使溝槽之深度均一。刻劃輪之溝槽之深度，例如根據脆性材料基板之厚度而為0.5~10μm左右。

除了研磨外，亦可藉由對鑽石膜進行放電加工形成溝槽、或藉由雷射加工形成溝槽。

此外，除此之外，亦可預先於刻劃輪基材之V字形之刀前端部形成溝槽，於該刻劃輪基材藉由CVD法鍍敷鑽石膜、進行研磨而藉此構成刻劃輪。

本發明之刻劃輪，係提供耐磨耗性、耐剝離性較高且能夠切出端面強度高之脆性材料基板之刻劃輪，且可適合使用於刻劃裝置。

13‧‧‧研磨面

14‧‧‧鑽石膜

w‧‧‧寬度

Claims (7)

1. 一種刻劃輪，係沿著圓周部形成稜線、具有由該稜線與該稜線兩側之傾斜面所構成之刀前端，其特徵在於：具有基材與形成於基材之刀前端表面之鑽石膜；該稜線係由鑽石膜形成；該鑽石膜係具有導電性；於該稜線兩側具有研磨區域，且該研磨區域之寬度為10~20μm。
2. 如申請專利範圍第1項之刻劃輪，其具有以既定間隔形成於該鑽石膜之稜線部分之溝槽，且將其之間設成突起。
3. 一種刻劃輪之製造方法，該刻劃輪係具有沿著圓板之圓周部由稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刀前端，其特徵在於：於圓板之中心設置貫通孔，以該中心為旋轉軸，沿著圓周部形成刀前端部分而構成刻劃輪基材；於該刻劃輪基材之刀前端部分，藉由化學氣相成長法一邊摻雜雜質、一邊形成鑽石膜；一邊於形成有該鑽石膜之刻劃輪與磨石之間供給電源、一邊對該鑽石膜進行研磨。
4. 如申請專利範圍第3項之刻劃輪之製造方法，其中，該雜質係硼(B)。
5. 如申請專利範圍第3項之刻劃輪之製造方法，其中，於該鑽石膜之稜線部分以既定間隔形成經切削而成之溝槽，且將其之間設成突起。
6. 如申請專利範圍第5項之刻劃輪之製造方法，其中，於該鑽石膜藉由放電加工形成該溝槽。
7. 一種刻劃輪之製造方法，該刻劃輪係具有沿著圓板之圓周部由稜線與該稜線兩側之傾斜面構成之刀前端，其特徵在於：於圓板之中心設置貫通孔，以該中心為旋轉軸，沿著圓周部形成刀前端部分而構成刻劃輪基材；於該刻劃輪基材之刀前端部分，藉由化學氣相成長法一邊摻雜雜質、一邊形成鑽石膜；於該鑽石膜之稜線部分以既定間隔形成經切削而成之溝槽，且將其之間設成突起；一邊於該鑽石膜與磨石之間供給電源、一邊切削該溝槽。