专利名称：金刚石砂轮及划线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于在玻璃、石英、液晶或者刚玉类的脆性材料或类似物上形成划痕的金刚石砂轮及划线装置。
背景技术：
为了切割预定尺寸的脆性材料，采用的方法是在脆性材料的表面形成划痕，然后作用一个压力，使其断裂。通常，在脆性材料的表面滚动金属坯料周围部分具有研磨颗粒层的砂轮，以在脆性材料的表面形成划痕。具有由粘结剂包容金刚石颗粒而形成的研磨颗粒层的砂轮称为“金刚石砂轮”。
当金刚石砂轮以稍微刺入脆性材料，即金刚石砂轮切入脆性材料的方式在脆性材料上滚动时，划痕即在脆性材料的表面形成。划痕是由连续的垂直切缝形成的，通过对形成划痕的脆性材料施加一个压力，脆性材料被切开。
如果金刚石砂轮在脆性材料的表面滑动而不是切入，将会沿着脆性材料表面的划痕形成切缝，就像玻璃刀切割玻璃一样。为了使金刚石砂轮切入脆性材料，将采用比脆性材料的Knoop硬度大的金刚石颗粒作为研磨颗粒。
在常规技术中，如图7所示，是采用金刚石砂轮在脆性材料的表面形成划痕的，其中，平均颗粒直径为0.1至0.8μm(超过10000目的极细粉末)的金刚石粉末1，1由粘结剂2来保持。
此外，另一种公知的切割玻璃板的金刚石砂轮，公开于下面的专利申请1中，它是在圆盘的周围部分形成V形刀锋。如图8所示，通过用研磨机或者放电加工，在金刚石砂轮的周围部分的刀锋边缘，沿着圆周方向，切割形成节距为20至30μm的凹槽3。当金刚石砂轮在玻璃板上滚动时，突起4切入玻璃板表面，从而在玻璃板上形成深的垂直切缝，该切缝可能透过玻璃板。
专利公开1日本专利公开No.HEI 9-188534。
发明内容
然而，常规的金刚石砂轮中，平均颗粒直径为0.1至0.8μm的极细的金刚石粉末由粘结剂来保持，尽管金刚石粉末被包容在粘结剂的几乎所有部分里，金刚石粉末只能从粘结剂的表面突出其直径的1/3至1/5。当这样的金刚石粉末被用作研磨颗粒时，金刚石粉末的切入量变小，以致于需要在金刚石砂轮上增加一个较大的力，以使其不发生滑动。如果力增大，碎屑，即水平裂纹将在脆性材料的表面生成，这样将使脆性材料的质量下降。
此外，即使采用上述专利申请1中公开的金刚石砂轮，碎屑，即水平裂纹仍然会在脆性材料的表面生成。这仿佛是在对刀锋边缘后加工而形成凹槽时凹槽3，3之间的节距不够小的结果。为了使具有一定宽度、形成于凹槽3，3之间的顶部5切入玻璃板，需要施加一定量的力，由此，便产生了碎屑。
本发明的一个目的是解决上述常规技术中遇到的问题，并提供一种金刚石砂轮和划线装置，所述砂轮和划线装置在脆性材料的表面滚动而不发生滑动，并且几乎不产生水平裂纹。
解决问题的方法为解决上述问题，本申请的发明者着眼于金刚石颗粒的直径，采用比常规金刚石颗粒直径大的金刚石颗粒，以使金刚石颗粒能很容易地从粘结剂里突出出来。
更加具体地说，上述目的可以通过提供在脆性材料上滚动时形成划痕的金刚石砂轮而实现，其中1000至8000目的金刚石颗粒被粘结剂包容。
根据本发明，由于从粘结剂突出的金刚石颗粒很容易切入脆性材料，金刚石砂轮可以在脆性材料表面滚动，而不在其上滑动，不需施加比所需更大的力。因此，在脆性材料上形成划痕时由于过大的力而导致的水平裂纹不会产生。由金刚石砂轮施加到脆性材料上的压力，与根据从粘结剂突出出来的金刚石颗粒的尺寸所集中的力相对应，因而，可以形成深的垂直切缝。
进一步，金刚石颗粒可以只是1000至8000目的研磨颗粒，或者也可以是1000至8000目的研磨颗粒与金刚石粉末的混和物。
需要在金刚石砂轮的周围边缘部分的全部圆周方向上形成V形截面的刀锋，V形刀锋前端边缘的金刚石颗粒的节距，在圆周方向上设定为2至20μm。
根据本发明，金刚石颗粒的节距设定的较短，以使从粘结剂突出的金刚石颗粒，在相邻金刚石颗粒之间形成的凹进部分与脆性材料的表面接触之前，能更容易地切入脆性材料。因此，金刚石砂轮可以在脆性材料表面滚动，而不在其上滑动。此外，尽管垂直切缝在金刚石砂轮切入胞性材料时产生，但通过设置金刚石砂轮圆周方向上的金刚石颗粒的节距，该垂直切缝很容易延伸，这样便形成了良好的划痕。
还需要使V形截面具有110至165度的开度角。
根据本发明，因为脆性材料可以被具有钝角的刀锋边缘所撕裂，也促进了垂直切缝的生成。
进一步，金刚石砂轮在脆性材料上滚动，同时在横越脆性材料表面的方向发生振动。
通过在金刚石砂轮上施加振动，可形成更深的垂直切缝。
此外，本发明进一步提供一种划线装置，用于在脆性材料的表面形成划痕，该划线装置包括一金刚石砂轮，其1000至8000目的金刚石颗粒被粘结剂保持；一支撑部件支撑部件，用于支撑该金刚石砂轮并使其旋转；一振动发生装置，用于使该支撑部件支撑部件沿着横越脆性材料表面的方向振动；及一移动机构，用于使该支撑部件支撑部件沿着脆性材料的表面移动，以使金刚石砂轮在脆性材料的表面滚动。
图1是显示根据本发明一个实施例的划线装置的截面图；图2是细节图，部分包括金刚石砂轮的截面；图3是显示金刚石颗粒突出的示意图；图4是显示玻璃的切割表面的图；图5是显示玻璃的切割表面的图；图6是显示玻璃的切割表面的图；图7是显示常规的金刚石砂轮的示意图；图8是显示常规的金刚石砂轮的示意图；附图标记的说明7---脆性材料8---金刚石砂轮9---支撑部件支撑部件11---振动发生装置
15---金刚石颗粒16---粘结剂17---刀锋具体实施方式
下面，参照附图对本发明进行说明。图1表示根据本发明一个实施例的划线装置。该划线装置是一种在脆性材料7的一个表面上形成划痕的划线装置，脆性材料7是薄板型的，它是由例如玻璃、石英、半导体、陶瓷或类似物形成的。在这里，划痕是在脆性材料7的表面以连续垂直切缝的形式形成的切缝。
金刚石砂轮8被支撑部件9的低端部分支撑以进行旋转。支撑部件9连接到振动发生装置11，该振动发生装置11通过中间轴10产生振动。就振动发生装置11而言，可以采用例如可通过外部电场使其产生张力的压电元件(压电致动器)。当施加到压电元件上的电压以预定的频率变化时，压电元件就周期性地膨胀和收缩。就振动发生装置11而言，也可采用通过磁场使磁性元件产生张力的超磁致伸缩元件。由振动发生装置11产生的振动被传递到中间轴10和支撑元件9，并最后传递到金刚石砂轮8。金刚石砂轮8因此在一个方向，例如，在垂直于脆性材料7的表面的垂直方向上借助振动发生装置11来发生振动。
振动发生装置11和中间轴10容置于壳体12中。该壳体12借助于线性移动导杆14安装在基板13上，以使其能垂直滑动。根据这样的结构，壳体12、支撑部件9、中间轴10以及振动发生装置11的重量，作为静载荷，都通过金刚石砂轮8加到脆性材料上。
基板13由移动机构(未示出)驱动，沿着与脆性材料7的表面平行的X轴方向以及Y轴方向移动。当基板13沿着与脆性材料7的表面平行的方向移动时，邻接于脆性材料7的金刚石砂轮在其上滚动。
当金刚石砂轮8在脆性材料7的表面上滚动并同时振动时，划痕将在脆性材料7的表面上以连续的垂直切缝的形式形成。形成划线的脆性材料7从划线装置取下，采用断裂装置使其沿划痕断裂。
图2是金刚石砂轮8的细节图。在图2(A)中，以算盘上的算珠的形式示出了一金刚石砂轮8，其具有中心孔，在图2(B)中，以算盘上的算珠的形式示出了一金刚石砂轮，其具有从其两侧伸出的轴向销，以及图2(C)中，以组合圆锥体的形式示出了一金刚石砂轮。图2(A)所示的金刚石砂轮8中，一根轴或销可插入中心孔，以使金刚石砂轮在滑动中绕着轴旋转。图2(B)所示的金刚石砂轮8中，轴或销18，18在滑动过程中相对于支撑轴18，18的轴承旋转。图2(C)所示的金刚石砂轮8中，圆锥的顶部被支撑框架支撑，在滑动过程中相对于支撑框架旋转。
金刚石砂轮8形成有研磨颗粒层8a，该研磨颗粒层通过金属坯料19周围的粘结剂支承着金刚石颗粒。树脂或金属黏合剂被用作粘结剂。当金刚石颗粒粘附到树脂或金属黏合剂上后，对其加压或烧结，以使金刚石颗粒被更牢固地支撑在树脂或金属黏合剂上。就粘结剂而言，除了上面所述的树脂或金属黏合剂外，还可以采用树脂和金属的复合粘合材料。进一步，就金刚石颗粒而言，可采用1000-8000目(研磨颗粒的颗粒直径为1至10μm)的研磨颗粒。金刚石颗粒可以只由1000至8000目的研磨颗粒组成，或者也可以是这样的金刚石颗粒与超过8000目的金刚石粉末的混和物。金刚石砂轮的直径，例如，可以选用2至8φ。此外，金属坯料可以去除，金刚石砂轮8可以全部由研磨颗粒层形成。
金刚石砂轮8盘的圆周边缘部分的两侧，沿着整个圆周被切除，以形成具有V形截面的刀锋(刃)部分17，V形截面具有100至165度V形开度角θ。
图3是显示金刚石颗粒15，15在V形刀锋部分17的前端边缘突出的示意图。由于采用了如上所述的平均颗粒直径为1至10μm的研磨颗粒，因此，与常规的平均颗粒直径为0.1至0.8μm的研磨颗粒相比，金刚石颗粒超过粘结剂16的突出量(距离)要大。金刚石颗粒15，15在V形刀锋部分17的前端边缘的节距P设定为2至20μm。
通过采用具有上述直径的金刚石颗粒15，从粘结剂16突出的金刚石颗粒15能更容易地切入脆性材料7。因此，金刚石砂轮8可以在脆性材料7表面滚动，而不在其上滑动，不需施加比所需更大的力，不需设置大的凹槽。此外，由金刚石砂轮8施加到脆性材料7上的压力，与依照从粘结剂16突出出来的金刚石颗粒15，15的尺寸而集中的力相应，因而，可以形成深的垂直切缝。
本申请的发明者已经证实，根据本发明，与常规的平均颗粒直径为0.1至0.8μm的金刚石砂轮相比，即使施加较小的力，凹槽设定的较小，并且金刚石砂轮的驱动速度设定得较快，金刚石砂轮都可以在脆性材料表面滚动，而不在其上滑动，并能形成良好的划痕。
附带说明的是，在LCD工业领域或者类似领域的电子装置或元件中，经常要在脆性材料的表面形成厚度为0.1至0.5μm的涂层，作为偏振板、保护层、金属放射层或者类似用途。通过将金刚石颗粒15的直径设定为上述值，从粘结剂16突出的金刚石颗粒15能容易地穿透这些涂层，而不会把这些表面层剥下，这是由于应用了压力，并且作为基底而刺入脆性材料的表面。因此，划痕也可以在上面沉积有金属放射层的脆性材料上形成。
因为金刚石砂轮的强度随着金刚石颗粒15，15的浓度的增加而增加，因而需要更多地增加金刚石颗粒15，15的浓度。但是，总体来说，当金刚石颗粒15，15的颗粒直径增大时，很难使浓度同时升高。采用根据本发明的金刚石砂轮8的情况下，应用到金刚石砂轮8上的力变小成为可能，使得可以保证金刚石砂轮8的有效工作寿命不会变短。
进一步，在所述的实施例中，尽管划痕是在振动金刚石砂轮的过程中形成的，但当要在软的脆性材料上形成划痕时，不振动金刚石砂轮也能形成良好的划痕。
图4是放大比例显示的玻璃切割表面的截面图，在该切割表面上形成了划痕，然后沿着划痕切断。玻璃是由非碱性硬材料形成的。切割表面包括三层推入/离开层7a、表面裂纹部分7b和平滑裂纹表面7c。该推入/璃开层7a，作为最前的表面层，是由于横向裂纹或者微裂纹而形成的。表面裂纹部分7b形成于推入/离开层7a的下面，表面裂纹部分7b作为连续的表面裂纹(即垂直切缝)被称为“肋状纹”。当表面裂纹在玻璃板的厚度方向延伸，并且在厚度方向透过玻璃板时，玻璃板被切断。裂纹要延伸到的部分被称为“平滑裂纹表面”7c。
图4(A)表示采用根据本发明的平均颗粒直径为2μm的金刚石颗粒的金刚石砂轮的实例，以及图4(B)表示采用平均颗粒直径为0.2μm的金刚石颗粒的金刚石砂轮的对比实例。在每一个实例中，都在金刚石砂轮上施加了振动。
可以发现，用本发明实例的金刚石砂轮切割玻璃板的情形，与对比实例的情形相比，由于横向裂纹或者微裂纹而形成的玻璃板表面的推入/离开层7a变得较薄，并且在玻璃板上形成了较深的表面层裂纹部分7b。此外，根据本发明的实例，表面层裂纹部分7b与平滑裂纹表面7c之间的边界的光反射差别较小，由此可知，本发明的金刚石砂轮的偏斜较小。
根据以上事实，金刚石砂轮的刀锋能够切割刚玉类的脆性材料，例如石英或者液晶，包括依靠负载的网孔类型的常规技术中无法切割的硬玻璃。
图5包括本发明的实例(图5(A))，其中包含碱性软材料的玻璃被平均颗粒直径为2μm的金刚石砂轮切割，以及平均颗粒直径为0.2μm的金刚石颗粒的对比实例(图5(B))。在软材料玻璃的实例中，金刚石颗粒在不振动金刚石砂轮的情况下切入玻璃表面，由此，这两个实例中，金刚石砂轮都不振动。根据本发明实例的金刚石砂轮的青形下，肋状纹7b只是由于金刚石颗粒切入玻璃表面而形成。另一方面，根据对比实例的金刚石砂轮的情形下，没有形成肋状纹。
图6包括采用根据本发明的金刚石砂轮来切割玻璃(图6中的(A-1)和(A-2))的实例，以及采用常规的专利公开1中所述的金刚石砂轮来切割玻璃((B-1)和(B-2))的实例。在(A-1)和(B-1)的实例中，金刚石砂轮不振动，另一方面，在(A-2)和(B-2)的实例中，金刚石砂轮振动。
在采用本发明的金刚石砂轮切割玻璃的实例中，即使在不振动的情形下，玻璃表面的凹进部分与突出部分的差值为7μm。相反地，在采用专利公开1中公开的金刚石砂轮切割玻璃的实例中，玻璃表面的凹进部分与突出部分的差值，在不振动的情形下为30μm，另一方面，在振动的情形下为25μm。进一步，在专利公开1中公开的金刚石砂轮的实例中，不规则性(突出和凹进)相应于切割节距(本实例中为60μm)的形成而连续形成。
此外，需要注意的是，对上述本发明的实施例进行各种变形和修改，都可用于具体表现本发明。这样，本发明的权利要求只是限定了发明的范围，并且权利要求包括的结构和等同物都包含在其内。
申请日为2003年6月12日、申请号为2003-167236的日本专利申请包括说明书、权利要求、附图和摘要的全部内容，在这里全文引入作为参考。
权利要求
1.一种在脆性材料的表面上滚动时形成划痕的金刚石砂轮，其特征在于1000至8000目的金刚石颗粒借助粘结剂被保持。
2.根据权利要求1所述的金刚石砂轮，其特征在于在金刚石砂轮的周围边缘部分的全部圆周方向上形成V形截面的刀锋，V形刀锋前端边缘的金刚石颗粒的节距，在圆周方向上设定为2至20μm。
3.根据权利要求2所述的金刚石砂轮，其特征在于V形截面具有110至165度的开度角。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的金刚石砂轮，其特征在于金刚石砂轮在脆性材料上滚动，同时在横越脆性材料表面的方向发生振动。
5.用于在脆性材料的表面形成划痕的划线装置，包括一金刚石砂轮，其1000至8000目的金刚石颗粒被粘结剂保持；一支撑部件，用于支撑该金刚石砂轮并使其可被旋转；一振动发生装置，用于使该支撑部件沿着横越脆性材料表面的方向振动；及一移动机构，用于使该支撑部件沿着脆性材料的表面移动，以使金刚石砂轮在脆性材料的表面上滚动。
全文摘要
公开了一种只在脆性材料的表面滚动而不发生滑动，并且几乎不产生横向裂纹的金刚石砂轮。金刚石砂轮(8)在脆性材料的表面滚动时形成划痕。该金刚石砂轮中，1000至8000目的金刚石颗粒(15，15)借助粘结剂保持。从粘结剂(16)突出的金刚石颗粒很容易切入脆性材料，使得金刚石砂轮即使在不采用比所需更大的力的情况下，也可以在脆性材料表面滚动，而不在其上滑动。
文档编号C03B33/00GK1802243SQ20048001599
公开日2006年7月12日 申请日期2004年6月3日 优先权日2003年6月12日
发明者石川裕一 申请人:Thk株式会社, 株式会社貝尔德克斯