专利名称：刀轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种刀轮(cutter wheel)，该刀轮在玻璃板等的表面上以被按压的状 态滚动来加工划痕线(切割线)。
背景技术：
如图9所示，为了在玻璃板的表面上加工划痕线(划线)而使用的玻璃刀轮20形 成为直径①的圆盘状，在其外周面上形成有规定角度9的V字形状的刀尖21。
划线的过程中，如图10所示，在玻璃刀轮20上施加荷重，使其按压在玻璃板30 上，并使其旋转，以在接触部前缘处进行按压切割(图中的加载过程)。加载过程中在玻璃 板30的刀尖压入部发生塑性变形，随着加载的增大，垂直裂纹33从刀尖正下方的弹性变形 域31和塑性变形域32的边界处产生并扩大。接着，随着玻璃刀轮20的旋转，在接触部后 缘处荷重被卸载(图中的卸载过程)，垂直裂纹33闭口，在垂直裂纹33的深部产生残余变 形的伸长裂纹34(例如参照非专利文献1、非专利文献2)。 在卸载过程中，若荷重的大小、刀尖的角度9不恰当，则水平裂纹35会从弹性变 形域31和塑性变形域32的边界处扩大，若发展到玻璃表面，则会产生称为碎屑的不良情 况。即，水平裂纹会根据划线条件的不同而产生，成为玻璃板的切断中因不必要的因素而导 致不良产品的原因。 非专利文献1 :森田昇，"砥粒加工学会誌"(《磨粒加工学会杂志》)，Vol. 45 No. 7， 2001 Jul. ，335-337 非专利文献2 :留井等，"2008年度砥粒加工学会学術講演会論文集"(《2008年度 磨粒加工学会学术报告会论文集》)，P. 179-184 但是，为了切断玻璃板，较为理想的是垂直裂纹被形成得较深。为了加深垂直裂 纹，可以考虑增大玻璃刀轮对玻璃板施加的荷重。 但是，若加大对玻璃板施加的荷重，则容易产生上述水平裂纹，会存在产品品质低 下的问题。
发明内容
本发明以上述情况为背景发明而成，目的在于提供一种在抑制水平裂纹产生的同 时能在被加工材料上较深地形成垂直裂纹的刀轮。
S卩，本发明的刀轮中，技术方案1的特征是，在圆盘状的刀轮本体的外周面上，分
别沿周向形成有从轴向两端部侧朝着轴向内侧直径增大的倾斜切削刃面，在该倾斜切削刃
面之间，分别以与上述倾斜切削刃面连接的形态形成有刀尖切削刃面，该刀尖切削刃面具
有比上述倾斜切削刃面的倾斜角度大的倾斜角度，且相互连接而形成刀尖。 技术方案2的刀轮是在上述技术方案1中，其特征是，上述刀尖的轴向宽度为1
50 ii m。 技术方案3的刀轮是在上述技术方案1或2中，其特征是，从上述倾斜切削刃面到上述刀尖切削刃面，上述倾斜角度阶段地或连续地增大。 技术方案4的刀轮是在上述技术方案1至3的任一方案中，其特征是，上述刀尖的 角度为直角或锐角，而上述倾斜切削刃面之间的交叉角度为钝角。 技术方案5的刀轮是在上述技术方案4中，其特征是，上述倾斜切削刃面之间的交 叉角度为110度 150度。 技术方案6的刀轮是在上述技术方案1至5的任一方案中，其特征是，在上述倾斜 切削刃面上，沿周向隔开间隔地设置有凹凸形状。 即，根据本发明，在加工玻璃板等被加工材料时，将刀轮按抵在被加工材料的表面 上，通过倾斜切削刃面按压被加工材料面，并且将刀尖较深地按入到比上述按压面更靠内 侧来按压切割被加工材料。此时，由于引起垂直裂纹产生的拉伸应力与现有的刀轮相比在 离被加工材料表面更深的位置产生，因此垂直裂纹被较深地形成，此外，刀轮从被加工材料 表面离开进行卸载时，由于引起水平裂纹产生的拉伸应力与现有的刀轮相比在离产生水平 裂纹的弹性变形域和塑性变形域的边界的位置更远的位置上产生，因此能抑制水平裂纹的 产生。 藉此，即使在与以往相同的荷重下，也能抑制水平裂纹并较深地形成垂直裂纹。
此外，由于能得到抑制水平裂纹的作用，因此也能施加比以往更大的荷重来进行 加工。 另外，上述刀轮的直径、外周面宽度等尺寸没有特别的限定，但若考虑一般的划痕 线的大小，切削刃的轴向宽度在1 50iim的范围内较为合适，而刀尖深度为1 50iim较 为合适。 此外，就倾斜切削刃面和刀尖切削刃面的倾斜角度(相对刀轮轴向的角度)而言， 刀尖切削刃面相对较大为好，绝对值不限定于规定的角度。但是，为了更有效地实现其作 用，较为理想的是，刀尖的角度(刀尖切削刃面彼此之间的交叉角)为直角或锐角(比直角 小的角度)，而倾斜切削刃面彼此之间的交叉角为钝角(比直角大的角度)。作为上述倾斜 切削刃面彼此之间的交叉角，例如为110度 150度。 此外，在上述刀轮中，能在倾斜切削刃面上沿周向隔开间隔地设置凹凸。上述凹凸 在周向上既可以是等间隔地设置，此外，也可以是使间隔变化地设置。在加工被加工材料 时，上述凹凸在被加工材料表面旋转的同时被按抵而带来荷重的变化，促进刀尖压入被加 工材料，垂直裂纹容易较深地产生，并且抑制水平裂纹的产生。此外，由于上述凹凸只在倾 斜切削刃面上设置而不在刀尖切削刃面上设置，因此能以不会在形成于被加工材料的划痕 线上复制出凹凸形状的状态良好地维持划痕线的形状精度。 如以上说明所述，根据本发明的刀轮，由于在圆盘状的刀轮本体的外周面上分别 沿周向形成有从轴向两端部侧朝着内侧直径增大的倾斜切削刃面，在该倾斜切削刃面之间 分别以与上述倾斜切削刃面连接的形态形成有刀尖切削刃面，该刀尖切削刃面具有比上述 倾斜切削刃面的倾斜角度大的倾斜角度，且相互连接而形成刀尖，因此有垂直裂纹被较深 地形成并且抑制水平裂纹产生的效果。
图1是表示本发明一实施方式的刀轮的主视图、侧视图和c部放大图。
4
图2是说明使用图1的实施方式的刀轮的加工过程的图。 图3是表示图1的实施方式的刀轮的变形例的局部放大侧视图。 图4是表示本发明的其他实施方式的刀轮的局部放大侧视图和表示其变形例的图。 图5是表示本发明的实施例中的发明例的最大划线荷重时的塑性域和应力分布的等值线图。 图6是表示图5的发明例和现有例的最大划线荷重时的玻璃板厚度方向上的水平方向应力分布的图。 图7是表示本发明的实施例中的发明例的在卸载时的塑性域和应力分布的等值线图。 图8是表示图7的发明例和现有例的在卸载时的玻璃板厚度方向上的水平方向应
力分布的图。
图9是表示现有的刀轮的主视图和侧视图。图10是说明使用现有的刀轮的加工过程的图。(符号说明)l刀轮la刀轮本体2倾斜切削刃面3刀尖3a刀尖切削刃面5、6、7凹部8凸部30玻璃33、33a垂直裂纹35水平裂纹
具体实施例方式(实施方式1) 以下根据图1、图2对本发明的一实施方式进行说明。 本实施方式的刀轮1具有圆盘状的刀轮本体la，在该刀轮本体la的外周面上沿周向形成有从轴向两端部朝轴向内侧直径增大的倾斜切削刃面2、2，在该倾斜切削刃面2、2之间沿周向同样形成有朝内侧直径增大的刀尖切削刃面3a、3a。刀尖切削刃面3a、3a在内侧相互连接形成刀尖3。 倾斜切削刃面2、2相对刀轮本体la的水平外周面分别以规定的倾斜角度a 2倾斜，刀尖切削刃面3a、3a同样也相对刀轮本体la的水平外周面分别以规定的倾斜角度a 1倾斜。不过，与倾斜切削刃面2、2的倾斜角度相比，刀尖切削刃面3a、3a的倾斜角度较大。其结果是，刀尖3的角度9 1(刀尖切削刃面3a、3a彼此之间的交叉角)比倾斜切削刃面2、
2彼此之间的交叉角e 2小。较好的是，角度e l为直角或锐角，而角度e 2为钝角(例如
110度 150度)。此外，刀尖3的深度为Y。
下面对使用上述刀轮1切断玻璃板30的动作进行说明。与以往相同，对刀轮1施加荷重，将刀轮1按抵在玻璃板30的表面上，并使刀轮1旋转。藉此，玻璃板30面上的加工位置移动，在玻璃板30的表面上经过加载过程和卸载过程形成划痕线(scribe line)。
图2 (a)表示通过刀轮1对玻璃板30进行的加载过程。刀尖3的角度比倾斜切削刃面2的交叉角小，因此，即使刀尖3被压入到玻璃板30的深处位置并受到与以往相同程度的荷重加载，也能在更深处形成塑性变形域32a。此外，通过倾斜切削刃面2对玻璃板30表面施加荷重，在塑性变形域32a的深部侧形成弹性变形域31a。其结果是，垂直裂纹33a形成到深处，而水平裂纹的形成则被抑制。如图2(b)所示，卸载后，在玻璃板30上抑制水平裂纹产生的同时形成延伸到深处位置的垂直裂纹33a。 另外，上面对倾斜切削刃面彼此、刀尖切削刃面彼此标注同一符号进行了说明，但倾斜切削刃面彼此、刀尖切削刃面彼此的倾斜角度也可以不同。刀尖切削刃面相对与自身连接的倾斜切削刃面的倾斜角度较大为好，而不限定与其他倾斜切削刃面的倾斜角度的大小。但是，较为理想的是，相对其他倾斜切削刃面的倾斜角度也较大。 此外，如图3 (a)所示，从倾斜切削刃面2到刀尖切削刃面3a，还可以设置倾斜角度阶段地增加的过渡倾斜面3b。其结果是，过渡倾斜面3b、3b彼此之间的交叉角度9 3为在刀尖角度9 1与倾斜切削刃面的交叉角度9 2的范围内的角度。 此外，如图3 (b)所示，从倾斜切削刃面2到刀尖切削刃面3a，还可以设置倾斜角度连续地增加的过渡倾斜面3c。此时，过渡倾斜面3c、3c彼此之间的交叉角度为在刀尖角度9 1与倾斜切削刃面的交叉角度9 2的范围内变化的角度。 另外，从倾斜切削刃面2到刀尖切削刃面3a，还可以具有任何倾斜角度阶段地变化的形状和倾斜角度连续地变化的形状。 此外，在倾斜切削刃面或刀尖切削刃面上，倾斜角度还可以是阶段地或连续地变
化。另外，虽然倾斜切削刃面和刀尖切削刃面也可以由倾斜角度在整体上连续地变化的弯
曲面形成，但是较为理想的是将上述过渡倾斜面以外的倾斜切削刃面和刀尖切削刃面全部
形成为平面(包括台阶部)，或者是倾斜切削刃面和刀尖切削刃面的一者或两者的至少一
部分由平面形成，以便能充分发挥倾斜切削刃面和刀尖切削刃面各自的作用。 此外，在上述方式中，作为被加工材料以玻璃板为例进行了说明，但作为本发明申
请的被加工材料的对象不限定于玻璃板，还可以是其他材料，例如陶瓷、半导体晶片等脆性
材料。不过，本发明申请尤其好地适用于容易产生水平裂纹的玻璃。(实施方式2) 以下根据图4对本发明的其他实施方式进行说明。 本实施方式2与上述实施方式1相同，在刀轮的外周面上具有倾斜切削刃面2、2和刀尖切削刃面3a、3a，其中，刀尖切削刃面3a、3a在倾斜切削刃面之间，其倾斜角度比倾斜切削刃面2的倾斜角度大。 而且，如图4的(a) 、 (b)所示，在本实施方式的刀轮中，在倾斜切削刃面2、2上沿周向隔开间隔地形成有长孔形状的凹部5…5。上述凹部5的周向上的边缘分别形成为朝外侧鼓起的曲面形状。上述凹部5、5的配置间隔p没有特别的限定，例如可以是60 100ym。此外，凹部5的深度在本发明中也没有特别的限定。上述凹部5的形成方法没有特别的限定，通过适当的加工方法等便能形成。
6
如上述实施方式所作的说明，本实施方式的刀轮具有倾斜角度与倾斜切削刃面的
倾斜角度不同的刀尖，藉此能在抑制水平裂纹产生的同时较深地形成垂直裂纹。而且，形成划痕线时，上述凹部5经过时间后与玻璃表面相抵，因此施加于玻璃表面的荷重产生变化，
促进刀尖的按入，能更深地形成垂直裂纹，并且抑制水平裂纹的生成。此外，由于刀尖上没
有形成有凹部，因此能在划痕线的形状不变粗的情况下保持良好的形状精度。 图4(c)表示上述凹部的变形例，在倾斜切削刃面2、2上，沿周向隔开间隔地形成
有横竖为大致相同的尺寸的凹部6…6。上述凹部6的周向上的边缘均形成为朝刀尖切削
刃面侧鼓起的曲面形状。 图4(d)表示上述凹部的其他变形例，在倾斜切削刃面2，2上，沿周向隔开间隔地形成有轴向较长的细沟形状的凹部7…7。 此外，图4(e)表示在倾斜切削刃面上沿周向隔开间隔地形成有凸部8…8的例子。
S卩，在倾斜切削刃面上，既可以是形成凹凸中的任一形状，也可以是将其混合的形状。此外，凹凸既可以在两个倾斜切削刃面上同时形成，也可以只在一个倾斜切削刃面上形成。此外，在两个倾斜切削刃面上同时形成凹凸时，凹凸既可以在倾斜切削刃面上形成于周向上对齐的位置，此外，也可以在周向上将位置错开，在两个倾斜切削刃面上设置为在周向上交替。 上述凹凸至少需要设置在倾斜切削刃面中的、将刀轮按抵于被加工材料时与被加
工材料接触的部分，较为理想的是设置在离刀尖切削刃面较近的位置。
(实施例1) 以下对本发明的实施例进行说明。 在本实施例中，以有上述实施方式的刀尖形状的刀轮和有现有的刀尖形状的刀轮
为前提。刀尖形状为以下三种类型。
(1)现有例1 (图9):刀尖角度9 = 90° (2)现有例2(图9):刀尖角度9 = 150° (3)发明例(图1的两级切削刃面) 刀尖角度e 1 = 90° ，倾斜切削刃面交叉角度9 2 = 150° ，刀尖深度=10iim
刀尖角度e 1 = 90° ，倾斜切削刃面交叉角度9 2 = 150° ，刀尖深度=15iim
刀尖角度e 1 = 60° ，倾斜切削刃面交叉角度9 2 = 150° ，刀尖深度=10iim
刀尖角度9 1 = 120° ，倾斜切削刃面交叉角度9 2 = 150° ，刀尖深度=10iim
实施例中，在对刀轮施加荷重、将刀轮按压在玻璃表面上形成划痕线后进行卸载的划线(scribing)过程中，将玻璃内部产生的应力状态通过有限元法(Finite ElementMethod)用弹塑性分析模拟来进行比较。 图5中表示的是利用发明例的刀轮时产生的最大划线荷重时的塑性域和应力分布的等值线图。可以知道经过塑性变形形成了划痕线，在塑性域的正下方作用有引起垂直裂纹产生的水平方向的拉伸应力。 图6中表示的是现有例和本发明例的刀轮的在最大划线荷重时的玻璃板厚度方向的水平方向应力分布。可以知道与现有例的刀尖角度为150。的刀轮相比，本发明例的刀轮的引起垂直裂纹产生的应力较大。这就意味着与现有例的刀尖角度为150°的刀轮相比垂直裂纹能形成得更深。虽然现有例的刀尖角度为90。的刀轮的引起垂直裂纹产生的应
7力最大，但是产生后述的水平裂纹的应力大，因而成为不良产品的可能性也大。 图7中表示的是图5所示的本发明例的刀轮的在划线卸载时的塑性域和应力分布
的等值线图。 图8中表示的是现有例和本发明例的刀轮的在划线卸载时的玻璃板厚度方向的 垂直方向应力的比较图。 根据上述图，本发明例的刀轮与现有例的刀尖角度为90。的刀轮相比其引起水 平裂纹产生的塑性域正下方的垂直方向最大拉伸应力要小得多，与现有例的刀尖角度为 150°大致相同。藉此，便意味着本发明例的刀轮比现有的刀尖角度为90。的刀轮更难产生 水平裂纹。 以上根据上述实施方式和实施例对本发明进行了说明，但本发明不限定于上述说 明的内容，只要不脱离本发明，能作适当的变更。
权利要求
一种刀轮，其特征在于，在圆盘状的刀轮本体的外周面上，分别沿周向形成有从轴向两端部侧朝着轴向内侧直径增大的倾斜切削刃面，在该倾斜切削刃面之间，分别以与所述倾斜切削刃面连接的形态形成有刀尖切削刃面，该刀尖切削刃面具有比所述倾斜切削刃面的倾斜角度大的倾斜角度，且相互连接而形成刀尖。
2. 如权利要求1所述的刀轮，其特征在于，所述刀尖的轴向宽度为1 50iim。
3. 如权利要求1或2所述的刀轮，其特征在于，从所述倾斜切削刃面到所述刀尖切削刃 面，所述倾斜角度阶段地或连续地增大。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的刀轮，其特征在于，所述刀尖的角度为直角或锐 角，而所述倾斜切削刃面之间的交叉角度为钝角。
5. 如权利要求4所述的刀轮，其特征在于，所述倾斜切削刃面之间的交叉角度为 110° 150° 。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的刀轮，其特征在于，在所述倾斜切削刃面上，沿周 向隔开间隔地设置有凹凸形状。
全文摘要
一种刀轮，在玻璃板上使用刀轮形成划痕线时，在抑制水平裂纹的同时将垂直裂纹形成到深处位置。在圆盘状的刀轮本体(1a)的外周面上，分别沿周向形成从轴向两端部侧朝着轴向内侧直径增大的倾斜切削刃面(2、2)，在该倾斜切削刃面(2、2)之间，分别以与倾斜切削刃面(2、2)连接的形态形成刀尖切削刃面(3a、3a)，该刀尖切削刃面(3a、3a)具有比上述倾斜切削刃面(2)的倾斜角度大的倾斜角度，且相互连接而形成刀尖(3)。最好的是，上述刀尖的角度为直角或锐角，而上述倾斜切削刃面之间的交叉角度为钝角。上述刀轮有较深地形成垂直裂纹并且抑制水平裂纹产生的效果。
文档编号C03B33/10GK101734850SQ20091022456
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月12日 优先权日2008年11月26日
发明者吉田稔, 小泽胜洋, 望月保仁, 绪方芳树 申请人:株式会社日本制钢所;常阳工学株式会社