专利名称：脆性材料用切割刀、采用该切割刀的划线器及划线方法
技术领域：
本发明有关一种用于切断脆性材料的切割刀，特别是有关用于切断玻璃的切割刀。
背景技术：
首先，就脆性材料的切断以玻璃为例来说明。切断玻璃的方法中，以下的方法被广为使用。也就是说一种方法是利用具有钻石刀片的钻石切割刀或超硬合金制的轮式切割刀来割(划线)玻璃表面，使玻璃附近产生裂缝，沿着该裂缝施加弯曲力矩或冲击力等，以让裂缝在玻璃内部成长而切断玻璃。
例如，图18是表示用附设刀轮的玻璃切割刀100使裂缝发生于玻璃板101时的情形。将超硬合金制的刀轮3按压在玻璃表面后，一旦按压压力超过玻璃的应力应变的临界值，则与压力方向(板面)垂直的方向上就产生裂缝102。将该裂缝称为垂直裂缝。若该垂直裂缝一成长至到达玻璃板的另一侧，玻璃板101就被切断。
在按压压力大的场合，在水平方向上将同时发生八字形的裂缝103。将该裂缝称为水平裂缝。水平裂缝一发生，则因该裂缝扩展开，故按压压力被抵消，而将阻碍切断上重要的垂直裂缝的扩展。同时表面的玻璃剥落而成为切屑。
因而，用玻璃切割刀划玻璃表面时，重要的是不让水平裂缝发生。
影响该划线的因素中，具有代表性的有以下数种(1)切割刀种类、材质、刀尖角度、(刀轮直径轮式切割刀的场合)(2)玻璃表面附近的特性、玻璃组成、残留应力(3)划线条件刀尖负荷、划线速度(4)环境空气的温度及湿度、切割刀用油的有无为正确地切断厚玻璃板，需要获得深的垂直裂缝。因此，只要让刀尖角度变大且让刀尖负荷变大即可。又，轮式切割刀的场合，使刀轮直径变大也有效。
手持玻璃切割刀并划过玻璃表面之际，在开始划线时，大多施加在刀尖上的负荷都不够。因此，经常无法让有效的垂直裂缝发生。在此将不发生该有效垂直裂缝的划线部分称为「空切部分」。空切时，垂直裂缝所造成的的独特的划线声(有如毛发或纤维因被烧缩短所发出的声音)不会发生。
在划线起点上，若不能得到有效的垂直裂缝，则例如将玻璃板以施加弯曲应力的方式来切断时，该切割起点的部分无法正确地被切断，而使玻璃发生有缺角的部分等不良情况。尤其是用于液晶显示器等的极薄的玻璃板自划线起点开始就获得有效的垂直裂缝将是困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脆性材料用切割刀，通过简单的机构可自划线起点开始使有效的垂直裂缝发生。
本发明的另一目的在于提供一种使用该切割刀的划线器以及一种划线方法，使划线一开始便可产生有效的垂直裂缝。
为实现上述目的，本发明的脆性材料用切割刀，它包括脆性材料切断用刀刃、用于支撑所述刀刃的支撑轴、及用于收纳所述支撑轴的筒部，其特点是所述筒部设置成使所述支撑轴保持成可前后滑动，所述筒部的内部设置有触发产生机构及冲击施加机构。
所述触发产生机构是由弹性体、具有凹部的重物及圆锥状体所构成，切断开始时，握住所述筒部并将所述刀刃压在被切断构件上时，使所述支撑轴在所述筒部内部移动既定量，且将所述圆锥状体的一部分嵌入所述重物上所设的所述凹部而动作；所述冲击施加机构是由所述重物所构成，所述触发产生机构动作时，使所述重物由于弹性体的作用而瞬间回到起始位置，借以通过所述支撑轴向所述刀刃传达冲击。
所述触发产生机构由第一吸引构件、第二吸引构件、及用于抑制第一吸引构件移动的弹性体所构成，切断开始时，为将所述刀刃压在被切断构件上而握住所述筒部并让所述支撑轴滑动时，使所述第一吸引构件瞬间离开第二吸引构件而动作；所述冲击施加机构由卡止机构所构成，所述触发产生机构动作时，使所述第一吸引构件由于所述弹性体的作用而瞬间回到起始位置，借以通过所述支撑轴向所述刀刃传达冲击。
所述筒部内设置空气导入机构，所述第二吸引构件设置成具有活塞的功能，以利用空压来将既定的划线压力设定成可改变。
所述的触发产生机构采用以下3种方式中的任一种1.圆锥体16的一部分嵌入重物12；2.第一吸引构件33及第二吸引构件34瞬间分开；
3.第一吸引构件43及第二吸引构件瞬间分开。
上述冲击施加机构采用以下2种方式中的任一种1.重物12或第一吸引构件33借助弹性体的作用而瞬间回到起始值；2.让第一吸引构件撞击第一卡止构件上。
弹性体上主要用螺旋弹簧、压缩弹簧等，而低硬度的橡胶材料或树脂材料也可以。
若采用本发明的脆性材料用切割刀，则将刀头部压进去既定量时，触发产生机构会启动，通过该启动所致的对刀头部的刀尖施加冲击力，自划线开始起便在脆性材料形成有效的垂直裂缝，而能消除空切现象。
为更清楚理解本发明的目的、特点和优点，下面将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。
图1是本发明的第一实施例的玻璃切割刀的剖面构造图；图2是表示图1的玻璃切割刀的动作的主要部放大剖面图；图3是利用本发明的玻璃切割刀来划线后的玻璃板剖面图；图4是利用现有玻璃切割刀来划线后的玻璃板剖面图；图5是表示图1的玻璃切割刀的刀锤部的另一实施例；图6是表示图1所示第一实施例的玻璃切割刀的刀头部构成的详细剖面图；图7是本发明的第二实施例的玻璃切割刀的剖面构造图；图8是本发明的第三实施例的玻璃切割刀的剖面构造图；图9是表示图8的玻璃切割刀动作的剖面构造图；图10是本发明的第四实施例的玻璃切割刀的剖面构造图；图11是本发明的第五实施例的玻璃切割刀的剖面构造图；图12是本发明的第六实施例的玻璃切割刀的剖面构造图；图13是划圆器的一例的立体图；图14是圆切割器的一例的立体图；图15是不定形切割器的一例的立体图；图16是自动玻璃划线器的前视图；图17是自动圆形划线器的前视图；图18是表示划线时在玻璃板内部所产生的裂缝的情形。
具体实施例方式
图1是表示本发明的第一实施例的玻璃切割刀1的剖面构造。玻璃切割刀1是由以下两部分所构成1.由筒体2所构成的本体部1a；2.刀头部1b，将例如由钨合金所构成的刀轮3旋转自如地安装在保持部4。
借助保持部4上所设的轴6穿过筒体2下端上所安装的轴支持部7，以使刀头部1b能在上下方向滑动。该轴6的上端具有铆钉状的头部8，以免该轴6自所述轴支撑部7上脱落。
另外，本发明如后所述，当划线时，玻璃切割刀用以将轴6与刀头部1b一起向上推入既定量，而对刀头部1b施加冲击力，故轴6具有轴方向的既定量冲程。
作为握把部的筒体2的中空部内，形成用于将其中空部分分为上下的凸缘状的卡止部2a。该卡止部2a上，如在图1的A-A’线向上所见的放大剖面图所示，在其偏心位置上形成圆形的窗10。该卡止部2a实际上与筒体2一体成型。
在卡止部2a的下中空部，收纳与所述轴6的头部8抵接的推杆11，在卡止部2a的下中空部，收纳用于让冲击力发生的既定重量的锤部12以及用于对锤部12施加弹压的螺旋弹簧13。本体部1a的顶部14上螺合一螺栓15，该螺栓15的下端按压螺旋弹簧13的上端。因此，通过旋转该螺栓15而上下移动，以使螺旋弹簧13的弹压可调整。
所述推杆11，是将其外径做成比筒体2下部的中空部内径为小约数毫米，而在该中空部内处于游嵌状态。另外，在推杆11的上端部形成圆锥体16，且在该圆锥体16的顶端部上形成细的柱状体17。在所述圆锥体16底部的外径比推杆11外径为小，借此在推杆11上面所产生的肩部与卡止部2a之间设置圆锥台状的螺旋弹簧18。借助该螺旋弹簧18，对推杆11向下方施加弹压，并使所述柱状体17在待机时匹配于中空部的中心轴。
在上述锤部12下面的偏心(图中右方)的位置上，形成朝向上的孔19。该孔19的直径是比推杆11的柱状体17的直径稍微大一些。在A-A’线的放大剖面图中，卡止部2a的窗10是在包含所述孔19及推杆11的柱状体17的位置上。
另外，在锤部12上，如B-B’线的放大剖面图所示，在轴方向上形成一对沟槽12a，并在筒体2的内周面的轴方向上形成突起2b，以卡合所述沟槽12a。借此，锤部12在上下移动时，限制其圆周方向的旋转。
另外，螺旋弹簧13及18的代替品只要能得到同等的功能，其他的弹性体也可以。
所述的本切割刀1的动作将参考图2中(a)至(d)的主要部放大剖面图来说明。图(a)是待机时的场合，和图1相同的状态。其次，一旦将握住的本体部1a向下方压且将刀轮3按压在玻璃板上，推杆11就抵抗螺旋弹簧13的弹压力而上升。若该推杆11的圆锥体16表面一碰到卡止部2a，之后，如图(b)所示，推杆11本身就一边往顺时针方向改变方向一边上升。
图(c)是表示位于该圆锥体16顶部的柱状体17已经匹配于锤部12下面所形成的孔19的场合，之后，如图(d)所示，锤部12瞬间下降，且该孔19的面Z撞击柱状体17的上端面。此时，所发生的向下冲击力经由推杆11及轴6而传至刀头部1b的刀轮3。
如此，冲击力发生前，将刀头部1b按压在玻璃板上，并确认该冲击力的发生后，与普通的场合一样进行划线。若将该冲击力的发生所需的按压压力设为在划线开始点所需要的切割压力，则能在划线开始点施加最佳的切割压力。
另外，在施加切割压力的状态，因冲击力经由刀轮3向玻璃板作用，故垂直裂缝的成长更加被促进而能得到深的垂直裂缝。
图3是表示在本玻璃切割刀1所形成的垂直裂缝的模式图。自划线开始点起在玻璃板101上形成有效的垂直裂缝C。相对地，由现有的玻璃切割刀100所形成的垂直裂缝C是如图4所示，在划线开始点初期存在着空切的部分。
图1的玻璃切割刀1中，作为触发产生机构，构成为推杆11顶端的柱状体17嵌入锤部12的孔19，但如图5所示的另一触发产生机构上，通过在锤部12’形成2级构成的孔19’后，将螺旋弹簧13的恢复分为二次而能产生二次冲击力。
图6是表示刀头部1b的一个例子的剖面图。在轴6内部插入棉芯25，该棉芯25上浸含有切割刀用油。棉芯25的末端接触刀轮3，以便能供给切割刀用油。
图7是表示本发明的第二实施例的玻璃切割刀1’。如图1所示，为限制锤部12的圆周方向旋转，在筒体2的内周面形成突起2a且在锤部12的外周形成沟槽12a，但为此必须做细微加工。
因此，图7的玻璃切割刀1’上，在锤部12’下面形成环状的沟槽26，以取代所述孔19。借此，锤部12’即使在圆周方向旋转，倾斜部21与卡止部2a抵接时，推杆20朝顺时针方向倾斜后，其柱状体22一定嵌入沟槽26。
另外，该玻璃切割刀1’上，轴6的头部8’形成平面，相反地，推杆20的底部23形成碗状，待机时因推杆20会自行站立，故图1所采用的螺旋弹簧18将不需要。
图8是表示本发明的第三实施例的玻璃切割刀31的剖面构造，对与图1对应的构件采用共同的标号。在自刀头部31b的保持部4起向上延伸的轴6中间，固定地安装有阻挡块32，且在该轴6上插入滑动自如的铁制绕线管(bobbin)33，该轴6上端被螺合在磁铁34下面。
阻挡块32下面是抵接轴支撑部7的第一肩部7a，绕线管33下面是抵接轴支撑部7的第二肩部7b。另外，螺旋弹簧35嵌入绕线管33的下端部所形成的径向突出部33a与所述卡止部2a下面之间。另外，上限阻挡块36用于限制磁铁34的向上移动。
图8所示的待机时，绕线管33通过螺旋弹簧35受向下的弹压，并借助吸附在磁铁34上而成一体，轴6及刀头部31b也受向下的弹压。
其次，如图9中的图(a)所示，若将刀轮3一按压在玻璃板上，则磁铁34与绕线管33就成一体并向上方移动，螺旋弹簧35通过该绕线管33的移动而受压缩。结果，通过该螺旋弹簧35的反作用力，将对绕线管33作用向下的力(即，将绕线管33自磁铁34拉开的力量)。
若将所述刀轮3再继续按压在玻璃板上，则和磁铁34的移动量成正比的螺旋弹簧35的反作用力将增大。该反作用力一旦超过磁铁34与绕线管33间的吸引力，则如图(b)所示，仅绕线管33就因螺旋弹簧35的弹压力而瞬间下降，并用力敲击阻挡块32上面。这样，通过轴6对刀头部31b的刀轮3施加向下的冲击力，以得到与前实施例相同的作用效果。
通过以改变磁铁34的直径或改变磁性材料的方式改变磁力、改变螺旋弹簧35的弹性系数、或改变长度，获得在刀头部31b所需的压入量而分开磁铁34与绕线管33。另外，为改变冲击力，只要改变绕线管33的质量、或改变绕线管33与阻挡块32间距离就可以。再有，若设磁铁34为电磁铁，则能随意设定绕线管33分开的时机。而且，也可通过对电磁铁断电来分开绕线管33。
图10是表示本发明的第四实施例的玻璃切割刀41的剖面构造。和图8不同之处，上限阻挡块36’形成管构造，并经由该上限阻挡块36’将空气引导至筒体2上部。借此，磁铁34作为活塞而动作，并通过调整空压，得以设定刀轮3所需的划线压力。
图11是表示本发明的第五实施例的玻璃切割刀51的剖面构造。和图8不同之处，是使用有如将杯子颠倒的筒体构件37来用力压螺旋弹簧35的上端。将磁铁34的直径变小，以免接触该筒体构件37，且该磁铁34是由非铁材料所形成，以免筒体构件37被磁铁34吸附。另外，在该筒体构件37上部安装着旋转螺栓38，通过旋转该旋转螺栓38，筒体构件37就上下而能变更螺旋弹簧35的间隔。采用这样的结构可随时设定绕线管33的分开时机。
图12是表示本发明的第六实施例的玻璃切割刀61的剖面构造。在筒体2的卡止部2a上固定铁制的环构件43，位于环构件43上部的圆盘状的磁铁44是与轴6固定一起。另外，图8中的螺旋弹簧被省去。
图(A)是表示待机时的状态，磁铁44吸附于环构件43。在该状态，一旦将筒体2向下方压进去，磁铁44与环构件43的吸附就解除，而仅筒体2向下方下降，且筒体2的卡止部2a下面撞击在轴6上所固定的阻挡块32上面。借此，向下的冲击力将施加于刀轮3。另外，环构件43为磁铁，磁铁44为铁材料也可以，或双方可都为磁铁也可以。
用于卡止轴6的向上移动以及使刀头部1b能旋转的机构(未图示)内藏于本发明的第一至第六实施例的筒部2内部，此处省略该机构的详细说明。
虽以上所述的玻璃切割刀1、1’、31、51、61中的任一种皆以用手握住其本体部来划线，但也能以装设在以下所示的装置上的方式使用。
图13是表示用于将玻璃板101挖开成圆形的划圆器71。将吸盘72固定于玻璃板101，将臂73设置成以该吸盘72为中心能旋转，且该臂73以该吸盘72为支点能移动。在该臂73的端部刀头部保持构件74被安装成能在臂方向上移动。该刀头部保持构件74上安装本发明的刀头110的本体部1a。另外，在刀头110上部装设把手75。
因将该把手75用手握住并一向下按压，则如所述，触发产生机构就发生作用而冲击力施加在刀轮3上，之后，结果使该把手75以圆形移动的方式对玻璃板101划线。
图14是表示用于将玻璃板101挖开成圆形的圆切割器81。在平台82的一端设有固定台83，并安装有自该固定台83的支持柱上端部起向平台82的中心方向延伸的固定臂84。在该固定臂84的末端安装有上下方向的轴承部85，在自贯穿该轴承部85的旋转轴86下端部起在水平方向上延伸的旋转臂87上，安装有用于固定刀头110的刀头保持构件74。另外，在所述旋转轴86上端安装有用手转动的臂88。
在该场合同样地，将用手转动的臂88向下按压，使刀头110的刀轮产生冲击之后，再以旋转该用手转动的臂88的方式划线。
图15是表示将玻璃板101挖开成自由封闭曲线的形状的不定形切割器91。采用作为关节机构的臂92使臂末端上所安装的刀头110移动至任意位置。
在以上的各加工机上，也可将1、1’、31、51、61中的任一种用于刀头110上。
图16是表示一般的自动玻璃划线器95的前视图，用于载置玻璃板101的平台111，除了借助旋转平台112以在水平方向旋转，还通过滚珠螺杆113得以在Y方向(图16中的与纸面垂直的方向)移动，另外，在下端具备本发明的脆性材料用切割刀41的刀头120，它顺沿轨道114而能在X方向(图16中的左右方向)移动。划线时，每次将平台111往Y方向移动既定的节距，借助将刀头120往X方向移动，玻璃板101就在X方向被划线，之后，将平台111旋转90°后，若同样地划线，则玻璃板101这次就在Y方向被划线。
此处所示的自动玻璃划线器是一个例子，也可将刀头120固定，平台111往X方向及Y方向移动的型式，或平台111固定，刀头120往X方向及Y方向移动的型式应用于本发明的脆性材料用切割刀。
图17是表示用于将玻璃板101挖开成圆形的自动圆形划线器96，在平台131的一端设有支柱132，且安装有自该支柱上端部起向平台131的中心方向延伸的固定臂133。在该固定臂133的末端部上安装有上下方向的轴承部134，在自贯穿该轴承部134的旋转轴135下端部起延伸的旋转臂136的顶端部上，安装具有本发明的脆性材料用切割刀41的刀头140。另外，电动机137连接于所述旋转轴135上端。
划线时，旋转轴135与旋转臂136及电动机137成为一体，并向玻璃板101下降，借此，刀头140也下降。然后，由电动机137驱动的刀头旋转一圈，玻璃板101被划线成圆形。
权利要求
1.一种脆性材料用切割刀，它包括脆性材料切断用刀刃(3)、用于支撑所述刀刃的支撑轴(6)、及用于收纳所述支撑轴的筒部(2)，其特征在于所述筒部设置成使所述支撑轴保持成可前后滑动，所述筒部的内部设置有触发产生机构及冲击施加机构。
2.如权利要求1所述的脆性材料用切割刀，其特征在于，所述触发产生机构，是由弹性体(13)、具有凹部的重物(12)及圆锥状体(16)所构成，切断开始时，通过所述筒部所述刀刃被压在被切断构件上，以使所述支撑轴在所述筒部内部移动既定量，并且使所述圆锥状体的一部分嵌入所述重物上所设的凹部而动作；所述冲击施加机构是由所述重物所构成，所述触发产生机构动作时所述重物在弹性体作用下而瞬间回到起始位置，借以通过所述支撑轴向所述刀刃传达冲击。
3.如权利要求1所述的脆性材料用切割刀，其特征在于，所述触发产生机构是由第一吸引构件(33)、第二吸引构件(34)、及用于抑制第一吸引构件(33)移动的弹性体(35)所构成，切断开始时，所述刀刃压在被切断构件上并且所述筒部使所述支撑轴滑动，以使所述第一吸引构件(33)瞬间离开第二吸引构件(34)而动作；所述冲击施加机构是由卡止机构(32)所构成，所述触发产生机构动作时使所述第一吸引构件在所述弹性体的作用下而瞬间回到起始位置，借以通过所述支撑轴向所述刀刃传达冲击。
4.如权利要求3所述的脆性材料用切割刀，其特征在于，在所述筒部内设置有空气导入机构，所述第二吸引构件(34)进行活塞运动，以通过空压改变既定的划线压力。
5.一种划线器，用于将脆性材料基板挖开成圆形，其特征在于，其刀头(110)具备权利要求1至3之任一项所述的脆性材料用切割刀。
6.一种划线器，其特征在于脆性材料基板载置于平台(82)上，当手动摇臂旋转一圈，所述脆性材料基板挖开成圆形的圆切割刀，其刀头(110)具备权利要求1至3之任一项所述的脆性材料用切割刀。
7.一种划线器，其特征在于作为关节机构的臂(92)将脆性材料基板挖开成具有自由封闭曲线形状的不定形切割刀，其刀头(110)具备权利要求1至3之任一项所述的脆性材料用切割刀。
8.一种划线器，附设有载置在平台上的脆性材料基板，刀头通过自动移动机构相对地在X方向及Y方向上移动，其特征在于所述刀头(120)上具备权利要求4所述的脆性材料用切割刀。
9.一种划线器，它包括载置于平台(131)上的脆性材料基板，电动机(13)驱动旋转臂(136)旋转一圈可自动将所述脆性材料基板挖开成圆形，其特征在于其刀头(140)上具备权利要求4所述的脆性材料用切割刀。
10.一种脆性材料的划线方法，它利用一切割刀，该切割刀具备脆性材料切断用刀刃(3)、支撑所述刀刃的支撑轴(6)、及收纳所述支撑轴的筒部(2)，其特征在于所述筒部的内部具备触发产生机构及冲击施加机构；当将刀刃压在被加工脆性材料上，并在所述筒部内使所述支撑轴滑动而移动既定移动量时，将施加在所述被加工脆性材料的划线压力连续地增加，以在移动既定移动量时产生既定的划线压力，并使所述触发产生机构动作，通过其动作，使所述冲击施加机构所造成的既定大小的冲击力作用于刀刃，之后继续借助所述既定的划线压力来划线。
全文摘要
一种脆性材料用切割刀,它包括脆性材料切断用刀刃、用于支撑所述刀刃的支撑轴、及用于收纳所述支撑轴的筒部,其特点是:所述筒部设置成使所述支撑轴保持成可前后滑动,所述筒部的内部设置有触发产生机构及冲击施加机构。本发明还涉及一种划线器,用于将脆性材料基板挖开成圆形,其刀头具备所述的脆性材料用切割刀。刀头部可保持成上下移动自如,通过螺旋弹簧预先在下方给予弹压,刀头部抵抗所述螺旋弹簧的弹压并被压进去既定量后,借助触发机构将该螺旋弹簧的变形瞬间释放,利用所述螺旋弹簧的复原力,将冲击力传至所述刀头部的刀刃。本发明有效解决了自划线开始因在设定适当的划线压力上有困难而在划线开始点无法得到有效的垂直裂缝的问题。
文档编号C03B33/10GK1338439SQ0112497
公开日2002年3月6日 申请日期2001年8月10日 优先权日2000年8月11日
发明者仓本俊司, 曾山浩, 阪口良太, 小笠原规幸, 羽阪登 申请人:三星钻石工业股份有限公司