刻划轮的制作方法

本发明涉及用于在玻璃基板等脆性材料基板上形成刻划线的刻划轮。

背景技术：

玻璃基板等脆性材料基板的截断是通过在基板表面上形成刻划线的刻划工序和沿着形成的刻划线截断基板的断开工序来进行的。在刻划工序中，一边将刻划轮压靠于基板表面，一边使其沿着规定的线移动。由此，使刻划轮在基板表面上滚动，从而形成刻划线。

以下的专利文献1中记载了在外周棱线以规定间距形成有多个槽的刻划轮。通过使用该结构的刻划轮，在刚开始刻划后，就能够在基板上可靠地形成垂直裂纹，并且能够形成较深的垂直裂纹。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平09-188534号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

在使用上述结构的刻划轮的情况下，通过在基板表面以规定间距间歇地形成凹痕，并使在凹痕正下方形成的垂直裂纹连接，从而形成刻划线。在该情况下，凹痕间的间隔越窄，则在凹痕位置形成的垂直裂纹越容易连接，另外，在垂直裂纹更深地伸展的情况下，能够形成更好的刻划线。

鉴于该课题，本发明的目的在于提供一种能够在基板上更深且更好地形成垂直裂纹的刻划轮。

用于解决课题的方案

本发明的主要方式涉及用于在基板上形成刻划线的刻划轮。该方式的刻划轮具备：多个刃部，它们沿着所述刻划轮的外周缘形成；以及多个槽部，它们设置于周向上相邻的所述刃部之间，且向中心轴侧凹陷。在此，在所述槽部中，在沿着与所述中心轴平行的方向观察时，相对于最深部而位于所述周向的两侧的部分形成为向远离所述中心轴的方向凸出的形状。

根据本方式的刻划轮，当刻划轮在基板表面上滚动时，刃部附近的部分咬入基板，在基板表面形成凹痕。此时，由于槽部具有上述形状，所以刃部附近的咬入基板的部分的范围在周向上变大。因此，在基板上形成的凹痕的间隔变窄，在凹痕位置形成的垂直裂纹变得容易连接。另外，由于刃部附近的咬入基板的部分的体积变大，所以能够在凹痕位置使垂直裂纹更深地伸展。因而，根据本方式的刻划轮，能够在基板上更深且更好地形成垂直裂纹。

在本方式的刻划轮中，也可以为，在所述槽部中，在沿着与所述中心轴平行的方向观察时，相对于所述最深部而位于所述周向的两侧的部分形成为曲线形状。于是，伴随着刻划轮的滚动，槽部平滑地咬入基板。因而，能够在基板上顺利地形成垂直裂纹。

本方式的刻划轮可以构成为，在所述周向上相邻的所述槽部之间存在有沿着所述周向延伸的所述刃部的棱线。于是，由于刃部在周向上具有规定的宽度，所以咬入基板的刃部附近的部分的体积变得更大。因而，能够在基板上更深地形成垂直裂纹。

在本方式的刻划轮中，可以构成为，所述槽部由在沿着所述周向观察时向远离所述中心轴的方向凸出的曲面构成，所述曲面的曲率半径从所述槽部的所述周向的边界朝向所述槽部的所述最深部而逐渐变大。根据该结构，由于槽部由向远离刻划轮的中心轴的方向凸出的曲面构成，所以在刻划轮滚动而槽部与基板相对时，不会出现槽部内的尖锐的棱线较深地咬入基板的情况。因此，能够抑制由于槽部与基板抵接而产生碎片。

发明效果

如上所述，根据本发明，能提供一种能够利用简单的结构在基板上更深且良好地形成垂直裂纹的刻划轮。

通过以下示出的实施方式的说明来进一步明确本发明的效果及意义。但是，以下示出的实施方式仅为实施本发明时的一个例示，本发明不受以下实施方式中的记载的任何限制。

附图说明

图1(a)、(b)分别是示意性地示出实施方式的刻划轮的侧视图及主视图。图1(c)是将实施方式的刻划轮的外周附近的一部分放大示出的图。

图2(a)是在刃部位置通过与中心轴平行的平面沿着径向将实施方式的刻划轮切断得到的剖视图。图2(b)、(c)分别是在槽部位置通过与中心轴平行的平面沿着径向将实施方式的刻划轮切断得到的剖视图。

图3(a)是用于说明沿着与中心轴平行的方向观察实施方式的刻划轮的槽部时的形状的图。图3(b)是示意性地示出沿着与中心轴平行的方向观察实施方式的刻划轮的槽部时的形状的图。图3(c)是示意性地示出沿着与中心轴平行的方向观察实施方式的实际制造出的刻划轮的槽部时的形状的图。

图4(a)是示意性地示出实施方式的刻划轮的刃部与基板对置时的垂直裂纹的形成状态的图。图4(b)、(c)分别是示意性地示出实施方式的刻划轮的槽部与基板对置时的垂直裂纹的形成状态的图。

图5(a)是示意性地示出使实施方式的刻划轮与基板压接前的状态的图。图5(b)是示意性地示出使比较例的刻划轮与基板压接前的状态的图。

图6(a)是示意性地示出使实施方式的刻划轮与基板压接后的状态的图。图6(b)是示意性地示出使比较例的刻划轮与基板压接后的状态的图。

附图标记说明：

100…刻划轮；

101…刃部；

102…槽部；

102a…最深部；

200…基板；

201…垂直裂纹。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。需要说明的是，为了方便起见，在各图中附记有彼此正交的x轴、y轴及z轴。z轴与刻划轮的中心轴平行。

图1(a)、(b)分别是示意性地示出刻划轮100的结构的侧视图及主视图。图1(c)是将刻划轮100的外周附近的一部分放大示出的图。

刻划轮100具有将外周部两侧的边缘倾斜地切掉而成的圆板形状。在刻划轮100的外周部形成有在侧视时向彼此不同的方向倾斜的两个倾斜面100a。通过使两个倾斜面100a交叉，从而形成多个刃部101，而且，在周向上相邻的刃部101之间形成有向中心轴l0侧凹陷的槽部102。各刃部101的周向上的长度彼此相等。另外，各槽部102的周向上的长度也彼此相等。因此，刃部101的周向上的间距恒定，另外，槽部102的周向上的间距也恒定。

刻划轮100由超硬合金、烧结金刚石、单结晶金刚石或多结晶金刚石等形成。在刻划轮100的中央形成有供成为旋转轴的轴插入的圆形的孔100b。刻划轮100的直径为1mm～5mm左右，厚度为0.4～1mm左右。另外，刃部101的角度、即两个倾斜面100a所成的角为100～160°左右，孔100b的直径为0.4～1.5mm左右。

槽部102的间距p1(一个槽部102的周向上的长度(l1)与一个刃部101的周向上的长度(l2)之和)例如为10～100μm左右。槽的深度d1(刃部101的棱线与槽部102的最深部的刻划轮100的径向上的距离之差)例如为1～10μm左右。与刻划轮100的外周的刃部101的棱线相比凹陷的区域的长度、即槽部102的周向上的长度(l1)例如为3～40μm左右。槽部102的周向上的长度(l1)与刃部101(被相邻的槽部102夹着的区域)的棱线的长度(l2)之比(l1/l2)例如为0.5～5.0。

槽部102由在沿着周向观察时向远离中心轴l0的方向凸出的曲面构成。另外，从槽部102与刃部101的边界朝向槽部102的周向中央的最深部，刻划轮100的径向上的剖面的曲率半径逐渐变大。

图2(a)是在刃部101的位置通过与中心轴l0平行的平面(y-z平面)沿着径向将刻划轮100切断得到的剖视图。图2(b)、(c)分别是在槽部102的位置通过与中心轴l0平行的平面(y-z平面)沿着径向将刻划轮100切断得到的剖视图。图2(a)～(c)分别是图1(c)的a-a’位置、b-b’位置及c-c’位置处的剖视图。

如图2(a)所示，沿着周向观察时的刃部101的剖面形状为规定角度的v字形状。即使假定刃部101的剖面形状为将v字形状的角倒圆角而得到的圆弧状的曲面形状，其曲率半径r也为2μm以下。

在周向上的位置从刃部101向槽部102转变时，如图2(b)所示，沿着周向观察时的槽部102的剖面形状为将v字形状的角倒圆角而得到的圆弧状的曲面形状。图2(b)是周向上的位置位于槽部102的肩上棱线位置时的刻划轮的径向的剖视图。此时的肩上棱线位置的高度比刃部101的棱线的高度低d1。

并且，在周向上的位置从刃部101的肩上棱线位置向刃部101中央的最深部的位置转变时，如图2(c)所示，沿着周向观察时的槽部102的剖面形状为在槽部102的整个范围内曲率半径最大的圆弧形状。最深部的高度比刃部101的棱线的高度低d2。d2对应于图1(c)所示的深度d1。

这样，槽部102的曲面形状的曲率半径随着从槽部102与刃部101的边界朝向最深部而逐渐变大。另外，槽部102的周向的棱线随着从槽部102与刃部101的边界朝向最深部而逐渐地相对于刃部101的棱线变低，向靠近刻划轮100的中心轴l0的方向(y轴负方向)后退。槽部102例如通过对在整周范围内形成有刃部101的刻划轮100实施使用激光的切削加工而形成。

图3(a)是用于说明沿着与中心轴l0平行的方向观察刻划轮100的槽部102时的形状的图。图3(b)是示意性地示出沿着与中心轴l0平行的方向观察刻划轮100的槽部102时的形状的图。

如图3(a)、(b)所示，在相邻的刃部101之间形成有周向的宽度为w1的槽部102。在槽部102中，在沿着与中心轴l0平行的方向(z轴方向)观察时，相对于最深部102a而位于周向的两侧的部分形成为向远离中心轴l0的方向凸出的形状。在此，相对于最深部102a而位于周向的两侧的部分形成为向远离中心轴l0的方向凸出的曲线形状。另外，该曲线形状的曲率从槽部102的周向的端部朝向最深部102a而变大。即，最深部102a两侧的部分的槽部102的棱线与刃部101的边界位置p3、p4附近的棱线所成的角θ1、θ2随着朝向最深部102a而变大。另外，在沿着与中心轴l0平行的方向观察时，槽部102的刃部101侧的端部在边界位置p3、p4以规定的角度与刃部101呈弯曲状地连接。

当在最深部102a两侧的部分的边界位置p3、p4附近的棱线设定与x-y平面平行的切线ln1、ln2时，切线ln1、ln2的交点的位置p2与最深部102a的位置p1相比远离中心轴l0。即，刃部101的棱线与位置p2之间的径向上的距离d12比刃部101的棱线与位置p1之间的径向上的距离d11小。

图3(c)是示意性地示出与图3(b)相比最深部102a的两侧的部分呈向远离中心轴l0的方向进一步呈凸状地带有圆角的形状的情况下的槽部102的形状的图。

在此，如图3(c)所示，边界位置p3、p4处的外周形状也形成为带有圆角的形状，而不是如图3(b)那样急剧地弯曲的形状。在该情况下，与图3(a)相比，切线ln1、ln2的交点的位置p2与最深部102a的位置p1的距离、即d11与d12之差变得更大。

接下来，对在进行刻划动作时刻划轮100在基板200的表面上滚动时的刃部101及槽部102的作用进行说明。

图4(a)是示意性地示出刻划轮100的刃部101与基板200对置时的垂直裂纹201的形成状态的图。图4(b)、(c)分别是示意性地示出刻划轮100的槽部102与基板200对置时的垂直裂纹201的形成状态的图。

如图4(a)所示，在刻划轮100的刃部101与基板200对置时，刃部101咬入基板200，使基板200产生塑性变形，并且在其下方形成垂直裂纹201。基板200例如为厚度为1mm以下的玻璃基板。在刃部101与基板200对置的期间，持续进行由刃部101产生的塑性变形和基板200的垂直裂纹201的伸展。

之后，在由于刻划轮100的滚动而刻划轮100的槽部102如图4(b)所示那样与基板200对置时，成为随着槽部102的曲率半径的变化而槽部102平缓地从垂直裂纹201退出的状态。然后，在槽部102的曲率半径达到规定的大小时，槽部102以完全从垂直裂纹201退出的状态与基板200的上表面相接，仅按压基板200的上表面。

在槽部102按压基板200的上表面的期间，基板200通过槽部102的按压而如图4(c)所示那样进行弹性变形。通过该按压，使之前刚由刃部101形成的垂直裂纹201伸展。于是，在槽部102的抵接位置也形成垂直裂纹201。

这样，在槽部102从垂直裂纹201退出后，槽部102按压基板200的上表面而产生弹性变形，并且仅使之前刚由刃部101形成的垂直裂纹201伸展。因此，至少在此期间，基于塑性变形导致的碎片的产生变少。另外，槽部102的径向上的剖面由向远离刻划轮100的中心轴l0的方向凸出的曲面构成，在槽部102内未形成有尖锐的棱线，因此，在刻划轮100滚动而槽部102与基板200相对时，不会出现槽部102内的尖锐的棱线咬入基板200而产生塑性变形的情况。因而，能够有效地抑制碎片的产生。

另外，由于槽部102的径向上的剖面由向远离中心轴l0的方向凸出的曲面构成，所以在与基板200接触的接触位置从刃部101向槽部102转变的期间，从刃部101咬入的状态成为槽部102从垂直裂纹201缓和地脱离并退出的状态，不会对垂直裂纹201施加较大的冲击。因而，在此期间也能够抑制碎片的产生。

图5(a)是示意性地示出使上述结构的刻划轮100与基板200压接前的状态的图。图5(b)是示意性地示出使比较例的刻划轮110与基板200压接前的状态的图。

在比较例的刻划轮110中，在沿着与中心轴l0平行的方向观察时，以向朝向中心轴l0的方向凹陷的方式形成有槽部112，在相邻的槽部112之间形成有刃部111。此时，当在最深部112a两侧的部分的与刃部111的边界位置p3、p4附近的棱线设定与x-y平面平行的切线ln1、ln2时，切线ln1、ln2的交点的位置p2比最深部112a的位置p1更靠近中心轴l0。即，刃部111的棱线与位置p2之间的径向上的距离d12比刃部111的棱线与位置p1之间的径向上的距离d11大。刃部111的形状与上述实施方式的刻划轮100的刃部101相同。另外，与上述实施方式同样地，槽部112的与径向平行的剖面形成为向远离中心轴l0的方向凸出的曲面。因此，沿着周向观察时的槽部112的曲率半径随着朝向槽部112的最深部而变大。

图6(a)、(b)分别是示意性地示出在刻划动作中使上述实施方式的刻划轮100和比较例的刻划轮110与基板200压接后的状态的图。

如图6(b)所示，在比较例的刻划轮110中，由于相对于槽部112的最深部112a而位于周向的两侧的部分为向朝向中心轴l0的方向凹陷的形状，所以咬入基板200的部分v1会受到刃部111及与其前后相连的槽部112的一部分的限制，另外，咬入基板200的部分v1的间隔g1变大。

与此相对，在实施方式的刻划轮100中，如图6(a)所示，由于相对于槽部102的最深部102a而位于周向的两侧的部分为向远离中心轴l0的方向凸出的形状，所以咬入基板200的部分v0在除了最深部102a附近之外的范围内较大，另外，咬入基板200的部分v0的间隔g0变窄。

这样，在比较刻划轮100与刻划轮110时，与刻划轮110相比，刻划轮100的咬入基板200的部分v0的体积显著地增大，且咬入基板200的部分v0的间隔g0显著地变窄。咬入基板200的部分的体积越大，则使基板200产生越大的塑性变形，在其下方会形成更深的垂直裂纹201。另外，咬入基板200的部分的间隔越窄，则由塑性变形产生的垂直裂纹201越容易连接，能够更好地形成刻划线。

因此，根据实施方式的刻划轮100，与比较例的刻划轮110相比，能够在凹痕位置、即刃部101咬入的位置的正下方形成更深的垂直裂纹201，且在各个刃部101的下方形成的垂直裂纹201彼此容易连接。因而，根据实施方式的刻划轮100，能够形成更好的刻划线。

需要说明的是，在实施方式的刻划轮100中，由于咬入基板200的部分v0的体积比比较例的刻划轮110大，因此，可以想到：与比较例相比，刃部101难以咬入基板200。因此，可以想到：在实施方式的刻划轮100中，如上所述，能够在凹痕位置的正下方使垂直裂纹201更深地伸展，但用于使刃部101咬入基板200的载荷变大。

因而，发明者们针对实施方式的刻划轮100和比较例的刻划轮110，通过实验测量了在基板200上形成肋状纹所需的载荷。在实验中，使用厚度为0.5mm的玻璃基板作为基板200。刻划速度为100mm/秒。沿着中心轴l0的方向观察时的槽部102的形状以外的结构在刻划轮100与刻划轮110中相同。在此，对于实施方式的刻划轮100和比较例的刻划轮110，在每次形成刻划线时改变载荷，并确认能够在基板200上形成肋状纹且刻划品质良好的载荷的范围。

作为验证结果，在使用比较例的刻划轮110的情况下形成肋状纹且刻划品质良好的载荷为7.0～16.0n，相对于此，在使用实施方式的刻划轮100的情况下形成肋状纹且刻划品质良好的载荷为5.0～15.0n。这样，能够确认：通过使用实施方式的刻划轮100，从而能够以比比较例低的载荷在基板200上形成垂直裂纹201。因而，能够确认：通过使用实施方式的刻划轮100，即使在更低的载荷的情况下也能够形成良好的刻划线。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，能够发挥以下效果。

如图6(a)所示，当刻划轮100在基板200的表面上滚动时，刃部101附近的部分咬入基板200，在基板200的表面形成凹痕。此时，由于槽部102具有图3(a)～(c)的形状，所以刃部101附近的咬入基板200的部分v0的范围在周向上变大。因此，在基板200上形成的凹痕的间隔g0变窄，在凹痕位置形成的垂直裂纹201变得容易连接。另外，由于刃部101附近的咬入基板200的部分v0的体积变大，所以能够在凹痕位置使垂直裂纹201更深地伸展。因而，根据实施方式的刻划轮100，能够在基板200上更深且更好地形成垂直裂纹201。

如图3(a)～(c)所示，在槽部102中，在沿着与中心轴l0平行的方向观察时，相对于最深部102a而位于周向的两侧的部分形成为曲线形状。由此，伴随着刻划轮100的滚动，槽部102平滑地咬入基板200。因而，能够在基板200上顺利地形成垂直裂纹201。

如图3(a)～(c)所示，刻划轮100构成为在周向上相邻的槽部102之间存在有沿着周向延伸的刃部101的棱线。由此，由于刃部101在周向上具有规定的宽度，所以咬入基板200的刃部101附近的部分v0的体积会变得更大。因而，能够在基板200上更深地形成垂直裂纹201。

如图2(b)、(c)所示，槽部102由沿着周向观察时向远离中心轴l0的方向凸出的曲面构成，并构成为曲面的曲率半径从槽部102与刃部101的边界朝向槽部102的最深部102a而逐渐变大。这样，由于槽部102由向远离刻划轮100的中心轴l0的方向凸出的曲面构成，所以在刻划轮滚动而槽部102与基板200相对时，不会出现槽部102内的尖锐的棱线较深地咬入基板的情况。因此，能够抑制由于槽部102与基板200抵接而产生碎片。

<变更例>

本发明的实施方式除了上述内容以外，还能够进行各种变更。

例如在上述实施方式中，如图3(a)～(c)所示，在沿着与中心轴l0平行的方向观察时，最深部102a的两侧的部分的形状为曲率朝向最深部102a变化的曲线形状，但该部分的形状并不限定于此，只要向远离中心轴l0的方向凸出，则能够适当进行变更。例如在沿着与中心轴l0平行的方向观察时，最深部102a的两侧的部分可以为曲率恒定的曲线形状，或者，也可以为包含有直线部分的形状。

另外，在上述实施方式中，如图3(a)～(c)所示，存在有沿着周向的刃部101的棱线，但周向上的刃部101的棱线的长度也可以显著地变短，或者，也可以为在槽部102的加工工序中沿着周向延伸的刃部101的棱线实质上消失的状态。周向上的刃部101的棱线的长度能够与在刻划轮100的外周形成的槽部102的数量相应地适当进行调整。同样地，周向上的槽部102的宽度w1也能够与在刻划轮100的外周形成的槽部102的数量相应地适当进行调整。

另外，在上述实施方式中，如图2(b)、(c)所示，沿着周向观察时的槽部102的形状为向远离中心轴的方向凸出的曲面形状，但沿着周向观察时的槽部102的形状也可以是在槽部102内形成有与刃部101同样的尖锐的棱线的形状、与径向垂直的平面等其他形状。

此外，本发明的实施方式能够在由技术方案示出的技术思想的范围内适当地进行各种变更。