專利名稱：金剛石砂輪及劃線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適用于在玻璃、石英、液晶或者剛玉類的脆性材料或類似物上形成劃痕的金剛石砂輪及劃線裝置。
背景技術(shù)：
為了切割預(yù)定尺寸的脆性材料，采用的方法是在脆性材料的表面形成劃痕，然后作用一個壓力，使其斷裂。通常，在脆性材料的表面滾動金屬坯料周圍部分具有研磨顆粒層的砂輪，以在脆性材料的表面形成劃痕。具有由粘結(jié)劑包容金剛石顆粒而形成的研磨顆粒層的砂輪稱為“金剛石砂輪”。
當(dāng)金剛石砂輪以稍微刺入脆性材料，即金剛石砂輪切入脆性材料的方式在脆性材料上滾動時，劃痕即在脆性材料的表面形成。劃痕是由連續(xù)的垂直切縫形成的，通過對形成劃痕的脆性材料施加一個壓力，脆性材料被切開。
如果金剛石砂輪在脆性材料的表面滑動而不是切入，將會沿著脆性材料表面的劃痕形成切縫，就像玻璃刀切割玻璃一樣。為了使金剛石砂輪切入脆性材料，將采用比脆性材料的Knoop硬度大的金剛石顆粒作為研磨顆粒。
在常規(guī)技術(shù)中，如圖7所示，是采用金剛石砂輪在脆性材料的表面形成劃痕的，其中，平均顆粒直徑為0.1至0.8μm(超過10000目的極細粉末)的金剛石粉末1，1由粘結(jié)劑2來保持。
此外，另一種公知的切割玻璃板的金剛石砂輪，公開于下面的專利申請1中，它是在圓盤的周圍部分形成V形刀鋒。如圖8所示，通過用研磨機或者放電加工，在金剛石砂輪的周圍部分的刀鋒邊緣，沿著圓周方向，切割形成節(jié)距為20至30μm的凹槽3。當(dāng)金剛石砂輪在玻璃板上滾動時，突起4切入玻璃板表面，從而在玻璃板上形成深的垂直切縫，該切縫可能透過玻璃板。
專利公開1日本專利公開No.HEI 9-188534。

發(fā)明內(nèi)容
然而，常規(guī)的金剛石砂輪中，平均顆粒直徑為0.1至0.8μm的極細的金剛石粉末由粘結(jié)劑來保持，盡管金剛石粉末被包容在粘結(jié)劑的幾乎所有部分里，金剛石粉末只能從粘結(jié)劑的表面突出其直徑的1/3至1/5。當(dāng)這樣的金剛石粉末被用作研磨顆粒時，金剛石粉末的切入量變小，以致于需要在金剛石砂輪上增加一個較大的力，以使其不發(fā)生滑動。如果力增大，碎屑，即水平裂紋將在脆性材料的表面生成，這樣將使脆性材料的質(zhì)量下降。
此外，即使采用上述專利申請1中公開的金剛石砂輪，碎屑，即水平裂紋仍然會在脆性材料的表面生成。這仿佛是在對刀鋒邊緣后加工而形成凹槽時凹槽3，3之間的節(jié)距不夠小的結(jié)果。為了使具有一定寬度、形成于凹槽3，3之間的頂部5切入玻璃板，需要施加一定量的力，由此，便產(chǎn)生了碎屑。
本發(fā)明的一個目的是解決上述常規(guī)技術(shù)中遇到的問題，并提供一種金剛石砂輪和劃線裝置，所述砂輪和劃線裝置在脆性材料的表面滾動而不發(fā)生滑動，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生水平裂紋。
解決問題的方法為解決上述問題，本申請的發(fā)明者著眼于金剛石顆粒的直徑，采用比常規(guī)金剛石顆粒直徑大的金剛石顆粒，以使金剛石顆粒能很容易地從粘結(jié)劑里突出出來。
更加具體地說，上述目的可以通過提供在脆性材料上滾動時形成劃痕的金剛石砂輪而實現(xiàn)，其中1000至8000目的金剛石顆粒被粘結(jié)劑包容。
根據(jù)本發(fā)明，由于從粘結(jié)劑突出的金剛石顆粒很容易切入脆性材料，金剛石砂輪可以在脆性材料表面滾動，而不在其上滑動，不需施加比所需更大的力。因此，在脆性材料上形成劃痕時由于過大的力而導(dǎo)致的水平裂紋不會產(chǎn)生。由金剛石砂輪施加到脆性材料上的壓力，與根據(jù)從粘結(jié)劑突出出來的金剛石顆粒的尺寸所集中的力相對應(yīng)，因而，可以形成深的垂直切縫。
進一步，金剛石顆?？梢灾皇?000至8000目的研磨顆粒，或者也可以是1000至8000目的研磨顆粒與金剛石粉末的混和物。
需要在金剛石砂輪的周圍邊緣部分的全部圓周方向上形成V形截面的刀鋒，V形刀鋒前端邊緣的金剛石顆粒的節(jié)距，在圓周方向上設(shè)定為2至20μm。
根據(jù)本發(fā)明，金剛石顆粒的節(jié)距設(shè)定的較短，以使從粘結(jié)劑突出的金剛石顆粒，在相鄰金剛石顆粒之間形成的凹進部分與脆性材料的表面接觸之前，能更容易地切入脆性材料。因此，金剛石砂輪可以在脆性材料表面滾動，而不在其上滑動。此外，盡管垂直切縫在金剛石砂輪切入胞性材料時產(chǎn)生，但通過設(shè)置金剛石砂輪圓周方向上的金剛石顆粒的節(jié)距，該垂直切縫很容易延伸，這樣便形成了良好的劃痕。
還需要使V形截面具有110至165度的開度角。
根據(jù)本發(fā)明，因為脆性材料可以被具有鈍角的刀鋒邊緣所撕裂，也促進了垂直切縫的生成。
進一步，金剛石砂輪在脆性材料上滾動，同時在橫越脆性材料表面的方向發(fā)生振動。
通過在金剛石砂輪上施加振動，可形成更深的垂直切縫。
此外，本發(fā)明進一步提供一種劃線裝置，用于在脆性材料的表面形成劃痕，該劃線裝置包括一金剛石砂輪，其1000至8000目的金剛石顆粒被粘結(jié)劑保持；一支撐部件支撐部件，用于支撐該金剛石砂輪并使其旋轉(zhuǎn)；一振動發(fā)生裝置，用于使該支撐部件支撐部件沿著橫越脆性材料表面的方向振動；及一移動機構(gòu)，用于使該支撐部件支撐部件沿著脆性材料的表面移動，以使金剛石砂輪在脆性材料的表面滾動。


圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的劃線裝置的截面圖；圖2是細節(jié)圖，部分包括金剛石砂輪的截面；圖3是顯示金剛石顆粒突出的示意圖；圖4是顯示玻璃的切割表面的圖；圖5是顯示玻璃的切割表面的圖；圖6是顯示玻璃的切割表面的圖；圖7是顯示常規(guī)的金剛石砂輪的示意圖；圖8是顯示常規(guī)的金剛石砂輪的示意圖；附圖標(biāo)記的說明7---脆性材料8---金剛石砂輪9---支撐部件支撐部件11---振動發(fā)生裝置
15---金剛石顆粒16---粘結(jié)劑17---刀鋒具體實施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明進行說明。圖1表示根據(jù)本發(fā)明一個實施例的劃線裝置。該劃線裝置是一種在脆性材料7的一個表面上形成劃痕的劃線裝置，脆性材料7是薄板型的，它是由例如玻璃、石英、半導(dǎo)體、陶瓷或類似物形成的。在這里，劃痕是在脆性材料7的表面以連續(xù)垂直切縫的形式形成的切縫。
金剛石砂輪8被支撐部件9的低端部分支撐以進行旋轉(zhuǎn)。支撐部件9連接到振動發(fā)生裝置11，該振動發(fā)生裝置11通過中間軸10產(chǎn)生振動。就振動發(fā)生裝置11而言，可以采用例如可通過外部電場使其產(chǎn)生張力的壓電元件(壓電致動器)。當(dāng)施加到壓電元件上的電壓以預(yù)定的頻率變化時，壓電元件就周期性地膨脹和收縮。就振動發(fā)生裝置11而言，也可采用通過磁場使磁性元件產(chǎn)生張力的超磁致伸縮元件。由振動發(fā)生裝置11產(chǎn)生的振動被傳遞到中間軸10和支撐元件9，并最后傳遞到金剛石砂輪8。金剛石砂輪8因此在一個方向，例如，在垂直于脆性材料7的表面的垂直方向上借助振動發(fā)生裝置11來發(fā)生振動。
振動發(fā)生裝置11和中間軸10容置于殼體12中。該殼體12借助于線性移動導(dǎo)桿14安裝在基板13上，以使其能垂直滑動。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，殼體12、支撐部件9、中間軸10以及振動發(fā)生裝置11的重量，作為靜載荷，都通過金剛石砂輪8加到脆性材料上。
基板13由移動機構(gòu)(未示出)驅(qū)動，沿著與脆性材料7的表面平行的X軸方向以及Y軸方向移動。當(dāng)基板13沿著與脆性材料7的表面平行的方向移動時，鄰接于脆性材料7的金剛石砂輪在其上滾動。
當(dāng)金剛石砂輪8在脆性材料7的表面上滾動并同時振動時，劃痕將在脆性材料7的表面上以連續(xù)的垂直切縫的形式形成。形成劃線的脆性材料7從劃線裝置取下，采用斷裂裝置使其沿劃痕斷裂。
圖2是金剛石砂輪8的細節(jié)圖。在圖2(A)中，以算盤上的算珠的形式示出了一金剛石砂輪8，其具有中心孔，在圖2(B)中，以算盤上的算珠的形式示出了一金剛石砂輪，其具有從其兩側(cè)伸出的軸向銷，以及圖2(C)中，以組合圓錐體的形式示出了一金剛石砂輪。圖2(A)所示的金剛石砂輪8中，一根軸或銷可插入中心孔，以使金剛石砂輪在滑動中繞著軸旋轉(zhuǎn)。圖2(B)所示的金剛石砂輪8中，軸或銷18，18在滑動過程中相對于支撐軸18，18的軸承旋轉(zhuǎn)。圖2(C)所示的金剛石砂輪8中，圓錐的頂部被支撐框架支撐，在滑動過程中相對于支撐框架旋轉(zhuǎn)。
金剛石砂輪8形成有研磨顆粒層8a，該研磨顆粒層通過金屬坯料19周圍的粘結(jié)劑支承著金剛石顆粒。樹脂或金屬黏合劑被用作粘結(jié)劑。當(dāng)金剛石顆粒粘附到樹脂或金屬黏合劑上后，對其加壓或燒結(jié)，以使金剛石顆粒被更牢固地支撐在樹脂或金屬黏合劑上。就粘結(jié)劑而言，除了上面所述的樹脂或金屬黏合劑外，還可以采用樹脂和金屬的復(fù)合粘合材料。進一步，就金剛石顆粒而言，可采用1000-8000目(研磨顆粒的顆粒直徑為1至10μm)的研磨顆粒。金剛石顆?？梢灾挥?000至8000目的研磨顆粒組成，或者也可以是這樣的金剛石顆粒與超過8000目的金剛石粉末的混和物。金剛石砂輪的直徑，例如，可以選用2至8φ。此外，金屬坯料可以去除，金剛石砂輪8可以全部由研磨顆粒層形成。
金剛石砂輪8盤的圓周邊緣部分的兩側(cè)，沿著整個圓周被切除，以形成具有V形截面的刀鋒(刃)部分17，V形截面具有100至165度V形開度角θ。
圖3是顯示金剛石顆粒15，15在V形刀鋒部分17的前端邊緣突出的示意圖。由于采用了如上所述的平均顆粒直徑為1至10μm的研磨顆粒，因此，與常規(guī)的平均顆粒直徑為0.1至0.8μm的研磨顆粒相比，金剛石顆粒超過粘結(jié)劑16的突出量(距離)要大。金剛石顆粒15，15在V形刀鋒部分17的前端邊緣的節(jié)距P設(shè)定為2至20μm。
通過采用具有上述直徑的金剛石顆粒15，從粘結(jié)劑16突出的金剛石顆粒15能更容易地切入脆性材料7。因此，金剛石砂輪8可以在脆性材料7表面滾動，而不在其上滑動，不需施加比所需更大的力，不需設(shè)置大的凹槽。此外，由金剛石砂輪8施加到脆性材料7上的壓力，與依照從粘結(jié)劑16突出出來的金剛石顆粒15，15的尺寸而集中的力相應(yīng)，因而，可以形成深的垂直切縫。
本申請的發(fā)明者已經(jīng)證實，根據(jù)本發(fā)明，與常規(guī)的平均顆粒直徑為0.1至0.8μm的金剛石砂輪相比，即使施加較小的力，凹槽設(shè)定的較小，并且金剛石砂輪的驅(qū)動速度設(shè)定得較快，金剛石砂輪都可以在脆性材料表面滾動，而不在其上滑動，并能形成良好的劃痕。
附帶說明的是，在LCD工業(yè)領(lǐng)域或者類似領(lǐng)域的電子裝置或元件中，經(jīng)常要在脆性材料的表面形成厚度為0.1至0.5μm的涂層，作為偏振板、保護層、金屬放射層或者類似用途。通過將金剛石顆粒15的直徑設(shè)定為上述值，從粘結(jié)劑16突出的金剛石顆粒15能容易地穿透這些涂層，而不會把這些表面層剝下，這是由于應(yīng)用了壓力，并且作為基底而刺入脆性材料的表面。因此，劃痕也可以在上面沉積有金屬放射層的脆性材料上形成。
因為金剛石砂輪的強度隨著金剛石顆粒15，15的濃度的增加而增加，因而需要更多地增加金剛石顆粒15，15的濃度。但是，總體來說，當(dāng)金剛石顆粒15，15的顆粒直徑增大時，很難使?jié)舛韧瑫r升高。采用根據(jù)本發(fā)明的金剛石砂輪8的情況下，應(yīng)用到金剛石砂輪8上的力變小成為可能，使得可以保證金剛石砂輪8的有效工作壽命不會變短。
進一步，在所述的實施例中，盡管劃痕是在振動金剛石砂輪的過程中形成的，但當(dāng)要在軟的脆性材料上形成劃痕時，不振動金剛石砂輪也能形成良好的劃痕。
圖4是放大比例顯示的玻璃切割表面的截面圖，在該切割表面上形成了劃痕，然后沿著劃痕切斷。玻璃是由非堿性硬材料形成的。切割表面包括三層推入/離開層7a、表面裂紋部分7b和平滑裂紋表面7c。該推入/璃開層7a，作為最前的表面層，是由于橫向裂紋或者微裂紋而形成的。表面裂紋部分7b形成于推入/離開層7a的下面，表面裂紋部分7b作為連續(xù)的表面裂紋(即垂直切縫)被稱為“肋狀紋”。當(dāng)表面裂紋在玻璃板的厚度方向延伸，并且在厚度方向透過玻璃板時，玻璃板被切斷。裂紋要延伸到的部分被稱為“平滑裂紋表面”7c。
圖4(A)表示采用根據(jù)本發(fā)明的平均顆粒直徑為2μm的金剛石顆粒的金剛石砂輪的實例，以及圖4(B)表示采用平均顆粒直徑為0.2μm的金剛石顆粒的金剛石砂輪的對比實例。在每一個實例中，都在金剛石砂輪上施加了振動。
可以發(fā)現(xiàn)，用本發(fā)明實例的金剛石砂輪切割玻璃板的情形，與對比實例的情形相比，由于橫向裂紋或者微裂紋而形成的玻璃板表面的推入/離開層7a變得較薄，并且在玻璃板上形成了較深的表面層裂紋部分7b。此外，根據(jù)本發(fā)明的實例，表面層裂紋部分7b與平滑裂紋表面7c之間的邊界的光反射差別較小，由此可知，本發(fā)明的金剛石砂輪的偏斜較小。
根據(jù)以上事實，金剛石砂輪的刀鋒能夠切割剛玉類的脆性材料，例如石英或者液晶，包括依靠負(fù)載的網(wǎng)孔類型的常規(guī)技術(shù)中無法切割的硬玻璃。
圖5包括本發(fā)明的實例(圖5(A))，其中包含堿性軟材料的玻璃被平均顆粒直徑為2μm的金剛石砂輪切割，以及平均顆粒直徑為0.2μm的金剛石顆粒的對比實例(圖5(B))。在軟材料玻璃的實例中，金剛石顆粒在不振動金剛石砂輪的情況下切入玻璃表面，由此，這兩個實例中，金剛石砂輪都不振動。根據(jù)本發(fā)明實例的金剛石砂輪的青形下，肋狀紋7b只是由于金剛石顆粒切入玻璃表面而形成。另一方面，根據(jù)對比實例的金剛石砂輪的情形下，沒有形成肋狀紋。
圖6包括采用根據(jù)本發(fā)明的金剛石砂輪來切割玻璃(圖6中的(A-1)和(A-2))的實例，以及采用常規(guī)的專利公開1中所述的金剛石砂輪來切割玻璃((B-1)和(B-2))的實例。在(A-1)和(B-1)的實例中，金剛石砂輪不振動，另一方面，在(A-2)和(B-2)的實例中，金剛石砂輪振動。
在采用本發(fā)明的金剛石砂輪切割玻璃的實例中，即使在不振動的情形下，玻璃表面的凹進部分與突出部分的差值為7μm。相反地，在采用專利公開1中公開的金剛石砂輪切割玻璃的實例中，玻璃表面的凹進部分與突出部分的差值，在不振動的情形下為30μm，另一方面，在振動的情形下為25μm。進一步，在專利公開1中公開的金剛石砂輪的實例中，不規(guī)則性(突出和凹進)相應(yīng)于切割節(jié)距(本實例中為60μm)的形成而連續(xù)形成。
此外，需要注意的是，對上述本發(fā)明的實施例進行各種變形和修改，都可用于具體表現(xiàn)本發(fā)明。這樣，本發(fā)明的權(quán)利要求只是限定了發(fā)明的范圍，并且權(quán)利要求包括的結(jié)構(gòu)和等同物都包含在其內(nèi)。
申請日為2003年6月12日、申請?zhí)枮?003-167236的日本專利申請包括說明書、權(quán)利要求、附圖和摘要的全部內(nèi)容，在這里全文引入作為參考。
權(quán)利要求
1.一種在脆性材料的表面上滾動時形成劃痕的金剛石砂輪，其特征在于1000至8000目的金剛石顆粒借助粘結(jié)劑被保持。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金剛石砂輪，其特征在于在金剛石砂輪的周圍邊緣部分的全部圓周方向上形成V形截面的刀鋒，V形刀鋒前端邊緣的金剛石顆粒的節(jié)距，在圓周方向上設(shè)定為2至20μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金剛石砂輪，其特征在于V形截面具有110至165度的開度角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項所述的金剛石砂輪，其特征在于金剛石砂輪在脆性材料上滾動，同時在橫越脆性材料表面的方向發(fā)生振動。
5.用于在脆性材料的表面形成劃痕的劃線裝置，包括一金剛石砂輪，其1000至8000目的金剛石顆粒被粘結(jié)劑保持；一支撐部件，用于支撐該金剛石砂輪并使其可被旋轉(zhuǎn)；一振動發(fā)生裝置，用于使該支撐部件沿著橫越脆性材料表面的方向振動；及一移動機構(gòu)，用于使該支撐部件沿著脆性材料的表面移動，以使金剛石砂輪在脆性材料的表面上滾動。
全文摘要
公開了一種只在脆性材料的表面滾動而不發(fā)生滑動，并且?guī)缀醪划a(chǎn)生橫向裂紋的金剛石砂輪。金剛石砂輪(8)在脆性材料的表面滾動時形成劃痕。該金剛石砂輪中，1000至8000目的金剛石顆粒(15，15)借助粘結(jié)劑保持。從粘結(jié)劑(16)突出的金剛石顆粒很容易切入脆性材料，使得金剛石砂輪即使在不采用比所需更大的力的情況下，也可以在脆性材料表面滾動，而不在其上滑動。
文檔編號C03B33/00GK1802243SQ20048001599
公開日2006年7月12日 申請日期2004年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者石川裕一 申請人:Thk株式會社, 株式會社貝爾德克斯