專利名稱：刻劃方法、金剛石尖頭、及刻劃裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在脆性材料襯底上形成劃線的方法、及用于該方法的金剛石尖頭、進(jìn)而包含該金剛石尖頭的刻劃裝置。
背景技術(shù)：
以往，已知有通過金剛石尖頭或劃線刀輪來切削玻璃襯底，以在玻璃襯底上形成劃線的技術(shù)(例如，專利文獻(xiàn)I)。[背景技術(shù)文獻(xiàn)][專利文獻(xiàn)] 專利文獻(xiàn)I :日本專利特開2010-085791號公報

發(fā)明內(nèi)容
[發(fā)明所要解決的問題]在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，會產(chǎn)生因切削玻璃襯底而在劃線附近產(chǎn)生切屑的問題。而且，在專利文獻(xiàn)I的技術(shù)中，視情況，會產(chǎn)生在經(jīng)刻劃的截面上產(chǎn)生微裂(細(xì)小的龜裂)的問題。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種可在脆性材料襯底上形成良好劃線的刻劃方法、及用于該方法的金剛石尖頭、進(jìn)而包含該金剛石尖頭的刻劃裝置。[解決問題的技術(shù)手段]為了解決所述課題，技術(shù)方案I的發(fā)明是一種刻劃方法，其利用具備包含金剛石內(nèi)含物的刃部的刀具在脆性材料襯底上形成劃線，且其特征在于包括如下步驟(a)通過使所述刃部和所述脆性材料襯底接觸，而自所述刀具對所述脆性材料襯底施力；(b)在使所述刀具的所述刃部和所述脆性材料襯底接觸的狀態(tài)下，使所述刀具相對于所述脆性材料襯底進(jìn)行相對移動，由此在所述脆性材料襯底上形成劃線；且所述刃部的外表面具有曲面形狀的圓角面，且在所述步驟(a)中，通過使所述圓角面和所述脆性材料襯底接觸，而自所述刀具對所述脆性材料襯底施力，在所述步驟(b)中，保持著所述圓角面向下凸出的狀態(tài)，使所述刀具相對于所述脆性材料襯底進(jìn)行相對移動。 技術(shù)方案2的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案I所述的刻劃方法，其特征在于所述刀具是在作為圓柱狀或棱柱狀桿體的握持部的一端設(shè)置有所述刃部的金剛石尖頭。技術(shù)方案3的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案2所述的刻劃方法，其特征在于將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即，所述刃部包含前端面；多個斜面，分別和所述前端面連接；以及多個所述圓角面，分別由所述多個斜面中的2個即鄰接斜面和所述前端面包圍；所述刃部的各棱線包含作為所述2個鄰接斜面的交線的直線部；以及曲線部，位于和所述2個鄰接斜面的各個連接的圓角面上，且連接于所述直線部及所述前端面；并且，在所述刃部的各棱線上，所述直線部相對所述前端面的斜度設(shè)定為大于所述前端面為水平時所述曲線部相對所述前端面的斜度。
技術(shù)方案4的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案3所述的刻劃方法，其特征在于將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即，所述金剛石內(nèi)含物為多晶金剛石，所述多晶金剛石是將包含微細(xì)晶粒組織或非晶體的石墨型碳物質(zhì)作為起始物質(zhì)，在超高壓高溫下直接轉(zhuǎn)換燒結(jié)為金剛石，且實(shí)質(zhì)上僅含金剛石。技術(shù)方案5的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案3所述的刻劃方法，其特征在于將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即，所述金剛石內(nèi)含物是含有含量為65. O重量％ 75. O重量％的金剛石、含量為3. O重量％ 10. O重量％的超微粒碳化物、及其余的結(jié)合材料的燒結(jié)金剛石，且所述金剛石的平均粒徑為O. I μ m 5. O μ m，所述結(jié)合材料是以鈷為主成分的鐵系金屬。技術(shù)方案6的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案5所述的刻劃方法，其特征在于將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即，所述燒結(jié)金剛石中的所述超微粒碳化物的含量為6. O重量％ 8. O重量％ ,且所述超微粒碳化物含有I. O重量％ 4. O重量％的碳化鈦、及其余的碳化鶴。 技術(shù)方案7的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案I所述的刻劃方法，其特征在于所述刀具是在圓盤狀本體部的外周設(shè)置有所述刃部的劃線刀輪。技術(shù)方案8的發(fā)明是一種金剛石尖頭，其通過相對脆性材料襯底被相對移動，而在所述脆性材料襯底上形成劃線，且其特征在于包括圓柱狀或棱柱狀桿體的握持部、以及包含金剛石內(nèi)含物且設(shè)置在所述握持部的一端而形成的刃部，且所述刃部包含前端面；多個斜面，分別和所述前端面連接；以及多個圓角面，分別由所述多個斜面中的2個即鄰接斜面和所述前端面包圍；所述刃部的各棱線包含作為所述2個鄰接斜面的交線的直線部；以及曲線部，位于和所述2個鄰接斜面的各個連接的圓角面上，且連接于所述直線部及所述前端面；并且，在所述刃部的各棱線上，所述直線部相對所述前端面的斜度設(shè)定為大于所述前端面為水平時所述曲線部相對所述前端面的斜度。技術(shù)方案9的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案8所述的金剛石尖頭，其特征在于所述金剛石內(nèi)含物為多晶金剛石，所述多晶金剛石是將包含微細(xì)晶粒組織或非晶體的石墨型碳物質(zhì)作為起始物質(zhì)，在超高壓高溫下直接轉(zhuǎn)換燒結(jié)為金剛石，且實(shí)質(zhì)上僅含金剛石。技術(shù)方案10的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案8所述的金剛石尖頭，其特征在于所述金剛石內(nèi)含物為燒結(jié)金剛石，所述燒結(jié)金剛石含有含量為65. O重量％ 75. O重量％的金剛石、含量為3. O重量％ 10. O重量％的超微粒碳化物、及其余的結(jié)合材料，且所述金剛石的平均粒徑為O. I μ m 5. O μ m，所述結(jié)合材料是以鈷為主成分的鐵系金屬。技術(shù)方案11的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案10所述的金剛石尖頭，其特征在于所述燒結(jié)金剛石中的所述超微粒碳化物為6. O重量％ 8. O重量％，所述超微粒碳化物含有I. O重量％ 4. O重量％的碳化鈦、及其余的碳化鶴。技術(shù)方案12的發(fā)明是根據(jù)技術(shù)方案8至11中任一技術(shù)方案所述的金剛石尖頭，其特征在于所述多個圓角面是在所述脆性材料襯底上形成劃線時和所述脆性材料襯底接觸的接觸部。技術(shù)方案13的發(fā)明是一種刻劃裝置，其特征在于包括刻劃單元，包含根據(jù)技術(shù)方案8至11中任一技術(shù)方案所述的金剛石尖頭；以及保持單元，一面保持著所述脆性材料襯底一面使之移動；且，通過使所述保持單元相對于所述刻劃單元進(jìn)行相對移動而在所述脆性材料襯底上形成劃線。技術(shù)方案14的發(fā)明是一種刻劃裝置，其特征在于包括刻劃單元，包含根據(jù)技術(shù)方案12所述的金剛石尖頭；以及保持單元，一面保持著所述脆性材料襯底一面使之移動；且，通過使所述保持單元相對于所述刻劃單元進(jìn)行相對移動而在所述脆性材料襯底上形成劃線。[發(fā)明的效果]根據(jù)技術(shù)方案I至技術(shù)方案7所述的發(fā)明，如果使刀具一面接觸于脆性材料襯底一面進(jìn)行移動，則無需切削和刀具的圓角面接觸的脆性材料襯底的接觸部，便可使該接觸部產(chǎn)生大的壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力。利用該壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力，而在脆性材料襯底上形成劃線及垂直裂紋。由此，可防止在劃線附近產(chǎn)生切屑及微裂，從而可良好地刻劃脆性材料襯
。 根據(jù)技術(shù)方案8至技術(shù)方案14所述的發(fā)明，如果在使刃部的圓角面接觸于脆性材料襯底，自圓角面對脆性材料襯底施力的狀態(tài)下，使金剛石尖頭移動，則無需切削和圓角面接觸的脆性材料襯底的接觸部，便可使該接觸部中產(chǎn)生大的壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力。利用該壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力，而在脆性材料襯底上形成劃線及垂直裂紋。由此，可防止在劃線附近產(chǎn)生切屑及微裂，從而可良好地刻劃脆性材料襯底。


圖I是表示本發(fā)明第I及第2實(shí)施方式中的刻劃裝置的整體構(gòu)成的一例的前視圖。圖2是表示本發(fā)明第I及第2實(shí)施方式中的刻劃裝置的整體構(gòu)成的一例的側(cè)視圖。圖3是表示劃線頭部附近的構(gòu)成的一例的前視圖。圖4是表示輪架擺動部附近的構(gòu)成的一例的側(cè)視圖。圖5是表示輪架擺動部附近的構(gòu)成的一例的側(cè)視圖。圖6是表示第I實(shí)施方式中的金剛石尖頭的構(gòu)成的一例的側(cè)視圖。圖7是表示第I實(shí)施方式中的刃部形狀的一例的前視圖。圖8是用以說明圖7中的刃部的棱線的前視圖。圖9是表示不具有圓角面的刃部的形狀的一例的前視圖。圖10是表示第2實(shí)施方式中的劃線刀輪附近的構(gòu)成的一例的前視圖。圖11是表示第2實(shí)施方式中的劃線刀輪附近的構(gòu)成的一例的底視圖。圖12是用以說明主銷后傾穩(wěn)定效應(yīng)的底視圖。圖13是表示第2實(shí)施方式中的劃線刀輪的一例的側(cè)視圖。圖14是表示第2實(shí)施方式中的劃線刀輪的一例的前視圖。圖15是圖14的符號A處的局部放大圖。圖16是用來說明用以評價經(jīng)刻劃的脆性材料襯底的端面強(qiáng)度的測試方法的圖式。圖17是用以說明實(shí)施例I及比較例I的測試條件的圖式。圖18是表示實(shí)施例I及比較例I的測試結(jié)果的圖式。
圖19是經(jīng)圖7所示的刃部刻劃的脆性材料襯底的照片。圖20是經(jīng)圖9所示的刃部刻劃的脆性材料襯底的照片。[符號的說明]I刻劃裝置4脆性材料襯底4a接觸部10保持單元IOa基部 11載置臺Ila吸附部Ilb旋轉(zhuǎn)臺Ilc移動臺Ild旋轉(zhuǎn)軸12滾珠螺桿機(jī)構(gòu)12a螺桿12b螺母13電動機(jī)14a支撐部14b支撐部15導(dǎo)軌16導(dǎo)軌17、17a、17b滑動部18、18a滑動部20刻劃單元30劃線頭部31輪架34輪架擺動部35輪架接頭36安裝片36a擺動軸38回轉(zhuǎn)部38a旋轉(zhuǎn)軸40輪架安裝塊40a安裝塊本體46、47軸承49固定部50升降部51氣缸51a本體部
51b連桿52傳遞部53引導(dǎo)機(jī)構(gòu)53a導(dǎo)軌53b導(dǎo)塊54安裝板56旋轉(zhuǎn)軸60金剛石尖頭
61刃部62握持部62a握持部62的一端64前端面65、65a、65b、65c、65d 斜面66棱線66b棱線67、67a、67b、67c、67d 圓角面68直線部68b直線部69曲線部69b曲線部70驅(qū)動部71、71a、71b支柱72導(dǎo)軌73電動機(jī)80攝像部單元85、85a、85b攝像機(jī)90控制單元91ROM (只讀存儲器)91a程序92RAM (隨機(jī)存取存儲器)93CPU (中央處理器)95、95a、95b上部支點(diǎn)96、96a、96b下部支點(diǎn)100刻劃裝置120刻劃單元130劃線頭部131輪架136銷137支撐框體
138回轉(zhuǎn)部138a旋轉(zhuǎn)軸160劃線刀輪160a貫通孔160b旋轉(zhuǎn)軸160c設(shè)置位置161本體部
162刃部162a刀尖165、165a、165b斜面167圓角面170驅(qū)動部190控制單元ARl箭線AR2箭線AR3箭線AR4箭線AR5箭線AR6箭線AR7箭線Rl箭線R2箭線R3箭線SL劃線K垂直裂紋Dl距離D2距離X坐標(biāo)軸Y坐標(biāo)軸Z坐標(biāo)軸Θ I角度Θ 2刀尖角Dm劃線刀輪160的外徑Tb刃部162的厚度Th劃線刀輪160的厚度
具體實(shí)施例方式以下，一面參照附圖，一面對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。〈I.第I實(shí)施方式〉
〈I. I.刻劃裝置的構(gòu)成>圖I及圖2分別是表示第I實(shí)施方式中的刻劃裝置I的整體構(gòu)成的一例的前視圖及側(cè)視圖?？虅澭b置I是在如同例如玻璃襯底或陶瓷襯底等之類的由脆性材料形成的襯底(以下，也簡稱為“脆性材料襯底”)4的表面上劃有劃線(切割紋路縱向裂紋)的裝置。如圖I及圖2所示，刻劃裝置I主要包括保持單元10、刻劃單元20、攝像部單元80、及控制單元90。此外，在圖I及以下各圖中，為明確這些構(gòu)件的方向關(guān)系，而視需要適當(dāng)?shù)貥?biāo)注有將Z軸方向作為鉛垂方向且將XY平面作為水平面的XYZ正交坐標(biāo)系。此處，在第I及第2實(shí)施方式中，將如下方法稱為“斷裂”，該方法是(I)通過刻劃裝置I (在第2實(shí)施方式的情況下為刻劃裝置100)，在脆性材料襯底4的表面上形成劃線SL及垂直裂紋K(參照下述圖7及圖10)(刻劃步驟)；
(2)接著，通過施加應(yīng)力，使垂直裂紋K進(jìn)一步伸展，將脆性材料襯底4切斷(斷裂步驟)。另一方面，將如下方法稱為“分裂”，該方法是僅通過刻劃步驟(即，不執(zhí)行斷裂步驟)，使垂直裂紋K從脆性材料襯底4的劃線SL的主面伸展到相反側(cè)的主面為止，將脆性材料襯底4切斷。而且，作為可通過本實(shí)施方式的刻劃方法而斷裂或分裂的脆性材料襯底4的材質(zhì)例，可列舉玻璃、陶瓷、硅、或藍(lán)寶石等。尤其近年來，作為用于與通信設(shè)備相關(guān)的高頻模塊的襯底，正在從HTCC (High Temperature Co-fired Ceramics,高溫共燒陶瓷)向著相對易于加工的LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics,低溫共燒陶瓷)加速轉(zhuǎn)移。因此，本實(shí)施方式的劃線方法不斷被有效地使用。保持單元10是通過一面保持脆性材料襯底4 一面使其移動，而使脆性材料襯底4相對刻劃單元20進(jìn)行移動。如圖I所示，保持單元10是設(shè)置在基部IOa上，且主要包括載置臺11、滾珠螺桿機(jī)構(gòu)12、及電動機(jī)13。此處，基部IOa是由例如大致立方體狀的石板形成，且其上表面(和保持單元10對向的面)經(jīng)平坦加工。由此，可降低基部IOa的熱膨脹，從而使由保持單元10保持的脆性材料襯底4良好地移動。載置臺11是吸附保持所載置的脆性材料襯底4。而且，載置臺11使所保持的脆性材料襯底4沿著箭線ARl方向(X軸的正或負(fù)方向以下，也簡稱為“進(jìn)退方向”)進(jìn)退移動，并且沿著箭線Rl方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如圖I及圖2所示，載置臺11主要包括吸附部11a、旋轉(zhuǎn)臺lib、及移動臺11c。吸附部Ila是設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺Ilb的上側(cè)。如圖I及圖2所示，在吸附部Ila的上表面可載置脆性材料襯底4。而且，在吸附部Ila的上表面，柵格狀地配置有多個吸附槽(省略圖示)。在吸附部Ila的上表面上載置著脆性材料襯底4的狀態(tài)下，通過將各吸附槽內(nèi)的環(huán)境氣體進(jìn)行排氣(吸引)，而使脆性材料襯底4吸附在吸附部11a。旋轉(zhuǎn)臺Ilb是設(shè)置在吸附部Ila的下側(cè)，且使吸附部Ila以和Z軸大致平行的旋轉(zhuǎn)軸Ild為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。而且，移動臺Ilc是設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺Ilb的下側(cè)，且使吸附部Ila及旋轉(zhuǎn)臺Ilb沿進(jìn)退方向進(jìn)行移動。因此，由載置臺11吸附保持的脆性材料襯底4沿著箭線ARl方向進(jìn)退移動，并且以隨著吸附部Ila的進(jìn)退動作而移動的旋轉(zhuǎn)軸Ild為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
滾珠螺桿機(jī)構(gòu)12是配置在載置臺11的下側(cè)，且使載置臺11沿著箭線ARl方向進(jìn)退移動。如圖I及圖2所示，滾珠螺桿機(jī)構(gòu)12主要包括進(jìn)給螺桿12a和螺母12b。進(jìn)給螺桿12a是沿著載置臺11的進(jìn)退方向延伸的桿體。在進(jìn)給螺桿12a的外周面，設(shè)置有螺旋狀的槽(省略圖示)。而且，進(jìn)給螺桿12a的一端是由支撐部14a可旋轉(zhuǎn)地支撐，且進(jìn)給螺桿12a的另一端是由支撐部14b可旋轉(zhuǎn)地支撐。進(jìn)而，進(jìn)給螺桿12a是和電動機(jī)13聯(lián)動連結(jié)，且如果電動機(jī)13進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則進(jìn)給螺桿12a沿著電動機(jī)13的旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。螺母12b是隨著進(jìn)給螺桿12a旋轉(zhuǎn)，利用未圖示滾珠的滾動，沿著箭線ARl方向進(jìn)退。如圖I及圖2所示，螺母12b是固定在移動臺Ilc的下部。由此，若將電動機(jī)13驅(qū)動，將電動機(jī)13的旋轉(zhuǎn)力傳遞給進(jìn)給螺桿12a，那么，螺母12b將沿著箭線ARl方向進(jìn)退移動。最終，固定著螺母12b的載置臺11和螺母12b同樣地 沿著箭線ARl方向進(jìn)退移動。 —對導(dǎo)軌15、16是約束載置臺11在行進(jìn)方向上的移動。如圖2所不，一對導(dǎo)軌15、16是在基部IOa上，隔開特定距離固定在箭線AR2方向上。多個(本實(shí)施方式中為2個)滑動部17(17a、17b)是沿著導(dǎo)軌15在箭線ARl方向上自如滑動。如圖I及圖2所示，各滑動部17(17a、17b)是在移動臺Ilc的下部，隔開特定距離固定在箭線ARl方向上。多個(本實(shí)施方式中為2個其中，為了方便圖示，而僅記載滑動部18a)滑動部18是沿著導(dǎo)軌16在箭線ARl方向上自如滑動。如圖I及圖2所示，各滑動部18是和滑動部17(17a、17b)同樣地，在移動臺Ilc的下部，隔開特定距離固定在箭線ARl方向上。因具有以上構(gòu)成，而在保持單元10中，如果將電動機(jī)13的旋轉(zhuǎn)力施加給滾珠螺桿機(jī)構(gòu)12，則載置臺11將沿著一對導(dǎo)軌15、16進(jìn)行移動。因此，可確保載置臺11在進(jìn)退方向上的平移性。刻劃單元20是通過使用金剛石尖頭60 (參照下述圖3)，而在脆性材料襯底4上形成劃線。如圖I及圖2所示，刻劃單元20主要包括劃線頭部30和驅(qū)動部70。劃線頭部30是從所保持的金剛石尖頭60對脆性材料襯底4的表面施加擠壓力(以下，也簡稱為“刻劃負(fù)荷”)。而且，劃線頭部30通過在使金剛石尖頭60的刃部61 (參照圖3)接觸于脆性材料襯底4的狀態(tài)下，使金剛石尖頭60移動，而在脆性材料襯底4上形成劃線。此外，關(guān)于劃線頭部30的詳細(xì)構(gòu)成，將在下文中進(jìn)行敘述。驅(qū)動部70是使由劃線頭部30保持的金剛石尖頭60沿著箭線AR2方向(Y軸正或負(fù)方向)進(jìn)行往復(fù)移動。如圖2所示,驅(qū)動部70主要包括支柱71、導(dǎo)軌72、及電動機(jī)73。多根(本實(shí)施方式中為2根)支柱71(71a、71b)是從基部IOa沿著上下方向(Z軸方向)延伸。如圖2所示，各導(dǎo)軌72是在夾在支柱7la、7Ib之間的狀態(tài)下相對這些支柱71a,71b 固定。多條(本實(shí)施方式中為2條)導(dǎo)軌72是約束劃線頭部30在加工方向上的移動。如圖2所示，多條導(dǎo)軌72是隔開特定距離固定在上下方向上。電動機(jī)73是和未圖示的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(例如，滾珠螺桿機(jī)構(gòu))聯(lián)動連結(jié)。由此，如果電動機(jī)73進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則劃線頭部30沿著多條導(dǎo)軌72在箭線AR2方向上往復(fù)移動。攝像部單元80是拍攝由保持單元10保持的脆性材料襯底4。如圖2所示,攝像部單元80包含多臺攝像機(jī)85 (85a、85b)。如圖I及圖2所示，多臺(本實(shí)施方式中為2臺)攝像機(jī)85(85a、85b)是配置在保持單元10的上方。各攝像機(jī)85(85a、85b)是拍攝形成在脆性材料襯底4上的特征性部分(例如，對準(zhǔn)標(biāo)記(省略圖示))的圖像。而且，基于由各攝像機(jī)85(85a、85b)拍攝的圖像，求出脆性材料襯底4的位置及姿勢?？刂茊卧?0是實(shí)現(xiàn)刻劃裝置I的各元件的動作控制、及數(shù)據(jù)運(yùn)算。如圖I及圖2所不，控制單兀90主要包括ROM (Read Only Memory,只讀存儲器)91、RAM (Random AccessMemory,隨機(jī)存取存儲器)92、及 CPU (Central Processing Unit,中央處理器)93。ROM (Read Only Memory) 91是所謂的非揮發(fā)性存儲部，且存儲有例如程序91a。此夕卜，作為R0M91，也可以使用讀寫自如的非揮發(fā)性存儲器即閃存。RAM (Random Access Memory) 92是揮發(fā)性的存儲部,存儲有例如CPU93運(yùn)算中使用的數(shù)據(jù)。CPU (Central Processing Unit) 93是執(zhí)行遵循R0M91的程序91a的控制(例如， 驅(qū)動部70對輪架31的往復(fù)動作、及升降部50對輪架31 (參照下述圖3)的升降動作等的控制)、及各種數(shù)據(jù)運(yùn)算處理等?！碔. 2.劃線頭部的構(gòu)成〉圖3是表示劃線頭部30附近的構(gòu)成的一例的前視圖。圖4及圖5分別是表示輪架擺動部34附近的構(gòu)成的一例的側(cè)視圖。如圖3至圖5所示，劃線頭部30主要包括輪架31、輪架擺動部34、輪架接頭35、升降部50、及金剛石尖頭60。輪架31是將金剛石尖頭60固定在劃線頭部30。如圖3至圖5所示，輪架31是以金剛石尖頭60的刃部61成為脆性材料襯底4側(cè)的方式，握持金剛石尖頭60的握持部62。金剛石尖頭60是通過相對脆性材料襯底4進(jìn)行移動而在脆性材料襯底4上形成劃線的刀具(工具)。此外，關(guān)于金剛石尖頭60的詳細(xì)構(gòu)成，將在下文中進(jìn)行敘述。輪架擺動部34是使金剛石尖頭60的刃部61以擺動軸36a及/或旋轉(zhuǎn)軸38a為中心進(jìn)行擺動。如圖4及圖5所示，輪架擺動部34主要包括輪架接頭35和輪架安裝塊40。輪架接頭35是將輪架31及輪架安裝塊40聯(lián)動連結(jié)。如圖3至圖5所示，輪架接頭35是固定在回轉(zhuǎn)部38的下端，且主要包括安裝片36和回轉(zhuǎn)部38。安裝片36是用來在輪架接頭35的下部安裝輪架31的安裝元件。如圖3至圖5所示，安裝片36是設(shè)置在輪架接頭35的下端，且安裝片36的形狀在側(cè)視圖中呈大致L字狀。而且，如圖3至圖5所示，安裝片36具有擺動軸36a。擺動軸36a是沿著和金剛石尖頭60的延伸方向(箭線AR3方向)大致垂直的方向(箭線AR4方向以下，也簡稱為“軸心方向”)延伸。而且，輪架31是以設(shè)置在安裝片36的擺動軸36a為中心進(jìn)行擺動?；剞D(zhuǎn)部38是可以沿著金剛石尖頭60的延伸方向(箭線AR3方向)的旋轉(zhuǎn)軸38a為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如圖3所示，回轉(zhuǎn)部38是以和軸承46、47的內(nèi)徑面對向的方式插入。輪架安裝塊40如上所述可轉(zhuǎn)動地支撐輪架接頭35。如圖3所示，輪架安裝塊40是設(shè)置在輪架接頭35的安裝片36的上方、及輪架31的上方，且主要包括軸承46、47和固定部49。軸承46、47是在安裝塊本體40a內(nèi)，且從上到下依次進(jìn)行配置。軸承46、47軸頸支撐輪架接頭35的回轉(zhuǎn)部38。
固定部49是利用軸承46、47將轉(zhuǎn)動自如的回轉(zhuǎn)部38固定在輪架安裝塊40。由此，可設(shè)定輪架接頭35圍繞旋轉(zhuǎn)軸38a的轉(zhuǎn)動角。此外，也可以使用例如螺釘?shù)染o固構(gòu)件作為固定部49。而且，軸承的個數(shù)并不限定為2個，也可以為例如I個或3個以上。升降部50是通過使輪架31在和保持單元10接近的方向上移動，而使固定在輪架31上的金剛石尖頭60的刃部61抵住脆性材料襯底4。如圖3所示，升降部50主要包括氣缸51和傳遞部52。氣缸51是對輪架安裝塊40側(cè)施加沿著上下方向(Z軸的正或負(fù)方向)的驅(qū)動力的驅(qū)動力供給源。如圖3所示，氣缸51是配置在輪架安裝塊40的上方，且主要包括本體部51a和連桿51b。連桿51b是可相對本體部51a進(jìn)退移動。如圖3所示，連桿51b的下端是連結(jié)在 傳遞部52。因此，通過驅(qū)動氣缸51，使連桿51b從本體部51a進(jìn)出，而使傳遞部52被連桿51b的下端朝下方向按壓。傳遞部52是設(shè)置在氣缸51及輪架安裝塊40之間，且將來自氣缸51的驅(qū)動力傳遞給輪架安裝塊40。如圖3所示，弓丨導(dǎo)機(jī)構(gòu)53主要包括導(dǎo)軌53a、和沿著導(dǎo)軌53a在上下方向自如滑動的導(dǎo)塊53b。而且，安裝板54是夾在引導(dǎo)機(jī)構(gòu)53及輪架安裝塊40之間的板材。輪架安裝塊40是隔著安裝板54固定在導(dǎo)塊53b上。由此，如果對輪架安裝塊40施加沿上下方向的驅(qū)動力，那么引導(dǎo)機(jī)構(gòu)53將沿著導(dǎo)塊53b的升降方向，引導(dǎo)輪架安裝塊40。如圖3至圖5所示，旋轉(zhuǎn)軸56是和金剛石尖頭60的延伸方向(箭線AR3方向)大致垂直，且在和設(shè)置在安裝片36的擺動軸36a大致垂直的方向上延伸。由此，可設(shè)定輪架安裝塊40圍繞旋轉(zhuǎn)軸56的旋轉(zhuǎn)角。因此，可在YZ平面內(nèi)調(diào)整固定在輪架31上的金剛石尖頭60的姿勢。〈I. 3.金剛石尖頭的構(gòu)成〉圖6是表示金剛石尖頭60的構(gòu)成的一例的側(cè)視圖。圖7是表示金剛石尖頭60的刃部61的形狀的一例的前視圖。圖8是用來說明圖7中的刃部61的棱線66的前視圖。如圖6所示，金剛石尖頭60主要包括刃部61和握持部62。如圖6所示，金剛石尖頭60是在作為圓柱狀或棱柱狀桿體的握持部62的一端62a設(shè)置有刃部61。利用由輪架31握持著握持部62，而將金剛石尖頭60安裝在劃線頭部30。此處,在本實(shí)施方式中，握持部62的直徑優(yōu)選2mm 6mm,且握持部62的長度優(yōu)選IOmm 70mmo刃部61是由金剛石內(nèi)含物成形。通過使刃部61抵住脆性材料襯底4，而在脆性材料襯底4上形成劃線。如圖7及圖8所示，刃部61呈四棱錐臺狀，且主要包含前端面64、多個斜面65 (65a 65d)、及多個圓角面67 (67a 67d :其中，為方便圖示而省略圓角面67d)。而且，由鄰接2個斜面65形成刃部61的棱線66。如圖7及圖8所示，多個斜面65 (65a 65d)形成作為四棱錐臺狀的刃部61的側(cè)面。各斜面65 (65a 65d)是設(shè)為梯形的平面。多個圓角面67 ^7a 67d)是形成在前端面64的各角部，且呈曲面狀。而且，各圓角面67是由多個斜面65中對應(yīng)的鄰接斜面65和前端面64包圍。例如，如圖7所示，圓角面67a是由互相鄰接的斜面65a、65b和前端面64包圍。此處，在本實(shí)施方式中，刃部61的各棱線66包含形成于2個鄰接的斜面65之間的線段(2個鄰接的斜面65的交線)即直線部68、以及位于和該鄰接的斜面65分別連接的圓角面67上且和直線部68及前端面64連接的曲線部69。例如，如圖7及圖8所示，棱線66b包含直線部68b及曲線部69b。直線部68b是形成于鄰接的斜面65a、65d之間的線段(斜面65a、65d的交線)。另一方面，曲線部69b是和直線部68b及前端面64連接的圓弧狀的曲線。而且，如圖8所示，在刃部61的各棱線66中，直線部68相對前端面64的斜度設(shè)定為大于前端面64為水平時曲線部69相對前端面64的斜度(S卩，曲線部69上的各位置上的切線的斜度)。此外，在本實(shí)施方式中，對握持部62的安裝位置附近(位于和前端面64相反一側(cè)的四棱錐臺的底面)的刃部61的大小優(yōu)選O. 5mm見方 3. Omm見方,更優(yōu)選O. 8mm見方 2. Omm見方。〈1.4.刃部所含的材料〉如上所述，刃部61是由金剛石內(nèi)含物成形。作為該金剛石內(nèi)含物的一例，可列舉燒結(jié)金剛石、多晶金剛石、天然單晶金剛石、及合成單晶金剛石。以下，對燒結(jié)金剛石及多晶金剛石進(jìn)行特別說明?！碔. 4. I.燒結(jié)金剛石>刃部61成形中使用的燒結(jié)金剛石優(yōu)選包含金剛石粒子和其余的結(jié)合相，且相鄰的金剛石粒子彼此互相結(jié)合?？赏ㄟ^相鄰的金剛石粒子彼此互相結(jié)合，而獲得優(yōu)異的耐磨性及強(qiáng)度。此處，對燒結(jié)金剛石中所含的材料中的金剛石粒子、及結(jié)合相中所含的結(jié)合材料及添加劑進(jìn)行說明。金剛石粒子的平均粒徑優(yōu)選O. I μ m 5. O μ m,更優(yōu)選O. 5 μ m I. O μ m。此處，當(dāng)金剛石的平均粒徑小于O. 6 μ m時，裂紋易于在金剛石晶界內(nèi)傳播。因此，產(chǎn)生金剛石尖頭60壽命縮短的問題。燒結(jié)金剛石中的金剛石的含量優(yōu)選65. O重量％ 75. O重量％ (更優(yōu)選68. O重量％ 72.0重量83. O容量％ 88. O容量％ )。此處，當(dāng)金剛石的含量小于68. O重量％時，燒結(jié)金剛石的耐磨性下降。作為添加劑，優(yōu)選使用例如選自鎢、鈦、鈮、鉭中的至少I種以上的元素的超微粒碳化物。燒結(jié)金剛石中超微粒碳化物的含量優(yōu)選3. O重量％ 10. O重量％。更優(yōu)選，超微粒碳化物的含量為6. O重量％ 8. O重量％，且超微粒碳化物含有I. O重量％ 4. O重量％的碳化鈦和其余的碳化鎢。由此，可在燒結(jié)過程中金剛石的熔融-凝固時抑制金剛石粒子的異常晶粒生長。因此，可進(jìn)一步提高抗扭強(qiáng)度特性。通常，優(yōu)選使用鐵族元素作為結(jié)合材料。作為鐵族元素，可列舉例如鈷、鎳、鐵等，其中宜為鈷。而且，優(yōu)選結(jié)合材料在燒結(jié)金剛石中為金剛石及超微粒碳化物以外的其余物，更優(yōu)選結(jié)合材料的含量為20重量％ 25重量％。此外，本實(shí)施方式中由“重量％ ”表示的含量是基于由EDX(Energy DispersiveX-ray spectrometry,能量色散X射線光譜儀)所進(jìn)行的元素分析而求出。另一方面，由“容量表示的含量是指金剛石粒子的合計體積相對包含空隙的燒結(jié)金剛石的總體積的比例?！?.4.2.多晶金剛石〉而且，刃部61成形中使用的多晶金剛石是將包含微細(xì)晶粒組織、或非晶體的石墨型碳物質(zhì)作為起始物質(zhì)，在超高壓高溫下直接轉(zhuǎn)換燒結(jié)為金剛石而成。而且，多晶金剛石實(shí)質(zhì)上僅含金剛石，且多晶金剛石中未有意地添加其他物質(zhì)。作為包含微細(xì)晶粒組織的石墨型碳物質(zhì)，可列舉例如平均粒徑為O. 5 μ m I μ m的金剛石粒子。而且，作為包含非晶體的石墨型碳物質(zhì)，可列舉非晶形碳(amorphousCarbon :a_G)、碳納米管(Carbon Nanotube :CNT)、或富勒烯(fullerene)C60?！碔. 5.刻劃方法> 此處，一面參照圖I、圖2及圖7 —面對利用作為金剛石內(nèi)含物的刀具的一例而列舉的金剛石尖頭60在脆性材料襯底4上形成劃線SUscribe line)的方法進(jìn)行說明。本方法是通過劃線頭部30的動作使金剛石尖頭60的外表面中的圓角面67和脆性材料襯底4接觸。而且，從和脆性材料襯底4接觸的圓角面67對脆性材料襯底4施力)刻劃負(fù)荷)。接著，在使金剛石尖頭60的圓角面67和脆性材料襯底4接觸的狀態(tài)下，使金剛石尖頭60相對于脆性材料襯底4進(jìn)行相對移動。在此情況下，使金剛石尖頭60和保持脆性材料襯底4的保持單元10分別在X軸方向(箭線ARl方向參照圖I)和Y軸方向(箭線AR2方向參照圖2)上移動。由此，在脆性材料襯底4的表面上形成和金剛石尖頭60的刃部61 (參照圖7)的軌跡相應(yīng)的劃線SL。而且，在脆性材料襯底4上形成從劃線SL沿著垂直方向(Z軸方向)延伸的垂直裂紋K。此處，在一面使金剛石尖頭60和脆性材料襯底4接觸一面使金剛石尖頭60相對于脆性材料襯底4移動的情況下，如圖7所示，使和脆性材料襯底4接觸的圓角面67朝下凸出。而且，刻劃負(fù)荷優(yōu)選設(shè)定為0. 3N 3. 0N,更優(yōu)選設(shè)定為0. 5 2. 5N。而且，金剛石尖頭60相對脆性材料襯底4的移動速度通常設(shè)定為50mm/sec 1200mm/sec,優(yōu)選設(shè)定為lOOmm/sec 800mm/sec。此外，刻劃負(fù)荷及移動速度的具體值是根據(jù)脆性材料襯底4的材質(zhì)、及/或厚度等適當(dāng)設(shè)定。〈I. 6.刻劃原理>此處，一面參照圖7及圖9，一面將在刃部61中成形有圓角面67時的刻劃原理和在刃部61中未成形有圓角面67的情況加以比較地進(jìn)行說明。圖9是刃部61不具有圓角面67，而具有棱線66的直線部68到達(dá)前端面64的角部為止的形狀的情況(棱線66不包含曲線部69的情況)下的刃部61的前視圖。首先，對刃部61中未成形有圓角面67時的劃線SL及垂直裂紋K的形成方式進(jìn)行說明。在所述情況下，如圖9所示，如果在使刃部61的棱線66和脆性材料襯底4接觸的狀態(tài)下，從刃部61對脆性材料襯底4施力，并且使刃部61相對于脆性材料襯底4進(jìn)行移動，那么，一方面脆性材料襯底4由僅含直線部68的刃部61的棱線66進(jìn)行切削,一方面在脆性材料襯底4上形成劃線SL。而且，通過從刃部61對脆性材料襯底4施加的力，在脆性材料襯底4上形成從該劃線SL沿著垂直方向伸展的垂直裂紋K。S卩，在刃部61不具有圓角面67的情況下，劃線SL附近的脆性材料襯底4被切削。最終導(dǎo)致出現(xiàn)產(chǎn)生脆性材料襯底4的切屑之類的問題。而且，視情況也會產(chǎn)生在劃線SL附近(被刻劃的截面)產(chǎn)生微裂的問題。接著，對刃部61中成形有圓角面67時的劃線SL及垂直裂紋K的形成方式進(jìn)行說明。
如圖7所示，曲線部69的形狀是和直線部68的形狀相比較為平緩。S卩，在刃部61的各棱線66中，直線部68相對前端面64的斜度設(shè)定為大于曲線部69相對前端面64的斜度。由此，在刃部61不具有圓角面67的情況下(參照圖9)，即便將與大小可切削脆性材料襯底4的力同等的力從刃部61的圓角面67施加到脆性材料襯底4時，脆性材料襯底4也不會被切削。S卩，在刃部61中成形有圓角面67的情況下，如果在使刃部61的曲線部69和脆性材料襯底4接觸的狀態(tài)下，從刃部61施加所述同等的力(視情況為同等以上的力)，那么，在和圓角面67接觸的脆性材料襯底4的接觸部4a中將產(chǎn)生壓縮應(yīng)力(從劃線SL的兩側(cè)朝向劃線SL的應(yīng)力)。接著，如果使刃部61在和接觸部4a分離的方向上移動，則在該接觸部4a中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。而且，由于該接觸部4a沿著刃部61的移動方向進(jìn)行移動，在各接觸部4a中產(chǎn)生壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力，而在脆性材料襯底4上形成以起始裂紋為起點(diǎn)的劃線SL及垂直裂紋K。這樣一來,在刃部61中成形有圓角面67的情況下,可從圓角面67對脆性材料襯底4施加大的刻劃負(fù)荷，而不會切削脆性材料襯底4。S卩，在刃部61中成形有圓角面67的情況下，由于通過刃部61的棱線66的曲線部69形成劃線SL及垂直裂紋K，所以可使接觸部4a中產(chǎn)生比刃部61的棱線66不包含曲線部69且通過直線部68形成劃線SL及垂直裂紋K時更大的壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力。因此，可防止產(chǎn)生切屑及微裂，從而可良好地刻劃脆性材料襯底4?！碔. 7.本實(shí)施方式的金剛石尖頭的優(yōu)點(diǎn)>如上所述，在本實(shí)施方式的刻劃裝置I所含的金剛石尖頭60中，如圖7及圖8所示，刃部61包含前端面64、多個斜面65、及分別形成為曲面形狀的多個圓角面67。而且，刃部61的各棱線66包含直線部68，形成于多個斜面65中相應(yīng)的2個鄰接斜面之間；以及曲線部69，位于和該2個鄰接斜面分別連接的圓角面67上，且連接直線部68及前端面64。進(jìn)而，在刃部61的各棱線66中，直線部68相對前端面64的斜度設(shè)定為曲線部69相對前端面64的斜度。而且，當(dāng)利用金剛石尖頭60在脆性材料襯底4上形成劃線SL時，使和脆性材料襯底4接觸的圓角面67成為朝下凸出的狀態(tài)。由此，在從刃部61的圓角面67對脆性材料襯底4施力的情況下，金剛石尖頭60可不切削和圓角面67接觸的脆性材料襯底4的接觸部4a(參照圖7)，而使該接觸部4a中產(chǎn)生大的壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力。而且，通過該壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力，而在脆性材料襯底4上形成劃線SL及垂直裂紋K。 因此，金剛石尖頭60可防止在劃線SL附近產(chǎn)生切屑及微裂，從而可良好地刻劃脆性材料襯底4。而且，可延長金剛石尖頭60的壽命?！?.第2實(shí)施方式>接著，對本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。第I及第2實(shí)施方式的刻劃裝置I、100是除了對應(yīng)的刻劃單元20、120的構(gòu)成相互不同以外，具有相同的構(gòu)成。因此，以下以該不同之處為中心進(jìn)行說明。此外，對刻劃裝置1、100中相同的構(gòu)成要素標(biāo)注相同符號，且標(biāo)注該相同符號的構(gòu)成要素在第I實(shí)施方式中已進(jìn)行說明。因此，以下省略與該相同符號對應(yīng)的構(gòu)成要素的說明。〈2. I.刻劃裝置的構(gòu)成> 圖10及圖11是表示劃線刀輪160附近的構(gòu)成的一例的前視圖及底視圖。圖12是用來說明主銷后傾穩(wěn)定效應(yīng)的底視圖。以下，一面參照圖I、圖2、及圖10至圖12—面對刻劃裝置100的構(gòu)成進(jìn)行說明?？虅澭b置100是和第I實(shí)施方式的刻劃裝置I同樣地在脆性材料襯底4中劃有劃線的裝置。如圖I及圖2所示，刻劃裝置100主要包括保持單元10、刻劃單元120、攝像部單元80、及控制單元190。保持單元10通過一面保持脆性材料襯底4 一面使其移動，而使脆性材料襯底4相對刻劃單元120進(jìn)行移動。如圖I所示，保持單元10是設(shè)置在基部IOa上，且主要包括載置臺11、滾珠螺桿機(jī)構(gòu)12、及電動機(jī)13?？虅潌卧?20是通過使劃線刀輪160對脆性材料襯底4壓接滾動，而在脆性材料襯底4上形成劃線。如圖I及圖2所示，刻劃單元120主要包括劃線頭部130和驅(qū)動部170。劃線頭部130是自所保持的劃線刀輪160對脆性材料襯底4的表面施加刻劃負(fù)荷。如圖10所示，劃線頭部130包含輪架131。而且，輪架131是旋轉(zhuǎn)自如地保持劃線刀輪160的元件。如圖10所示，輪架131主要包括銷136、支撐框體137、及回轉(zhuǎn)部138。銷136是在插入到貫通劃線刀輪160的貫通孔160a中的狀態(tài)下固定的桿體。此處，如圖10及圖11所示，貫通孔160a是沿著和X軸大致平行的旋轉(zhuǎn)軸160b延伸。如圖10所示，支撐框體137是以覆蓋貫通孔160a的兩開口(兩端)的方式配置的構(gòu)造物。從貫通孔160a的兩端突出的銷136是可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在支撐框體137。因此，可使由銷136固定的劃線刀輪160相對支撐框體137自如旋轉(zhuǎn)。如圖10所示，回轉(zhuǎn)部138設(shè)置在支撐框體137的上部，且以和Z軸大致平行的旋轉(zhuǎn)軸138a為中心使支撐框體137進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如圖11所示，從鉛垂下方觀察的回轉(zhuǎn)部138的旋轉(zhuǎn)軸138a的位置和脆性材料襯底4中的保持單元10的設(shè)置位置160c為錯開。因此，如圖12所示，如果劃線刀輪160的行進(jìn)方向由箭線AR5( 二點(diǎn)鏈線)方向變?yōu)榧€AR6(實(shí)線)方向，則因主銷后傾穩(wěn)定效應(yīng)而使環(huán)繞旋轉(zhuǎn)軸138a的扭矩作用在劃線刀輪160。由此，劃線刀輪160沿著箭線R2方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動，劃線刀輪160的位置由二點(diǎn)鏈線位置變?yōu)閷?shí)線位置。這樣一來，在本實(shí)施方式的刻劃裝置100中，即便劃線刀輪160的行進(jìn)方向產(chǎn)生變化，導(dǎo)致劃線刀輪160的姿勢相對于行進(jìn)方向錯開角度Θ 1，箭線R2方向的扭矩也會作用于劃線刀輪160。最終，以劃線刀輪160的姿勢和劃線刀輪160的行進(jìn)方向達(dá)到大致平行的方式，劃線刀輪160進(jìn)行回轉(zhuǎn)。驅(qū)動部170使由劃線頭部130保持的劃線刀輪160沿著箭線AR2方向進(jìn)行往復(fù)移動。如圖2所示，驅(qū)動部170主要包括支柱71、導(dǎo)軌72、及電動機(jī)73?？刂茊卧?90實(shí)現(xiàn)刻劃裝置100的各元件的動作控制、及數(shù)據(jù)運(yùn)算。如圖I及圖2所示，控制單元190主要包括R0M91、RAM92、及CPU93?！?. 2.劃線刀輪的構(gòu)成>圖13及圖14是表示劃線刀輪160的構(gòu)成的一例的側(cè)視圖及前視圖。圖15是圖14的符號A處的局部放大圖。劃線刀輪160是由和第I實(shí)施方式的刃部61相同的金剛石內(nèi)含物(例如，燒結(jié)金剛石或多晶金剛石)成形。劃線刀輪160是通過相對脆性材料襯底4進(jìn)行移動而在脆性材料襯底4上形成劃線的刀具。 如圖10至圖14所示，劃線刀輪160是以2個圓錐臺的下底面(其中，下底面的面積大于上底面)相互對向的方式配置，且呈大致圓盤狀(算盤珠狀)。如圖13及圖14所示，劃線刀輪160主要包括本體部161和刃部162。如圖13及圖14所示，本體部161是劃線刀輪160中除去設(shè)置在外周部分的刃部162以外的圓盤狀的部位，且在本體部161的中心附近設(shè)置有沿著旋轉(zhuǎn)軸160b貫通本體部161的貫通孔160a。而且，在本體部161的外周，設(shè)置有圓環(huán)狀的刃部162。如圖13所示，刃部162是劃線刀輪160的外周部分。如圖14所示，刃部162是形成為在前視圖中呈V字狀。在刃部162中，沿著旋轉(zhuǎn)軸160b的方向的厚度Tb (參照圖14)隨著從旋轉(zhuǎn)軸160b側(cè)朝向刀尖162a而逐漸變小。刀尖162a是沿著刃部162的最外周部(S卩，刃部162中相距旋轉(zhuǎn)軸160b的距離最大，且刃部162的厚度Tb最小的部分)設(shè)置。如圖15所示，刀尖162a主要包括多個斜面 165 (165a、165b)和圓角面 167。此外，如圖13所示，并未有意地在刀尖162a上形成凹凸。如圖15所不，多個(本實(shí)施方式中為2個)斜面165 (165a、165b)形成刃部162的側(cè)面。而且，如圖15所示，圓角面167和斜面165 (165a、165b)分別連接。<2. 3.劃線刀輪的尺寸>此處,劃線刀輪160的外徑Dm (參照圖14)通常為Imm IOmm,優(yōu)選Imm 5mm (更優(yōu)選Imm 3mm)。當(dāng)劃線刀輪160的外徑Dm小于Imm時,劃線刀輪160的操作性及耐久性下降。另一方面，當(dāng)劃線刀輪160的外徑Dm大于5mm時,存在刻劃時的垂直裂紋K未較深地形成在脆性材料襯底4的情況。而且,劃線刀輪160的厚度Th(參照圖14)優(yōu)選O. 5mm I. 2mm,更優(yōu)選O. 5mm I. 1mm。當(dāng)劃線刀輪160的厚度Th小于O. 5mm時，存在加工性及操作性下降的情況。另一方面，當(dāng)劃線刀輪160的厚度Th大于I. 2mm時，用于劃線刀輪160的材料及制造劃線刀輪160的成本變高。而且，刃部162的刀尖角Θ 2(參照圖14)通常為鈍角，優(yōu)選90deg< Θ 2彡160deg(更優(yōu)選IOOdeg彡Θ 2彡140deg)。此外，刀尖角Θ 2的具體值是根據(jù)切斷的脆性材料襯底4的材質(zhì)、及/或厚度等適當(dāng)設(shè)定?！?.4.劃線刀輪的成形方法〉
此處，對由燒結(jié)金剛石或多晶金剛石成形劃線刀輪160的方法進(jìn)行說明。本成形方法中，首先，從較佳厚度(O. 5mm I. 2mm)的多晶金剛石中切取所需半徑的圓盤。接著，以使沿著旋轉(zhuǎn)軸160b的刃部162的厚度Tb隨著從旋轉(zhuǎn)軸160b側(cè)朝向刀尖162a而逐漸變小的方式，切削圓盤的周緣部。由此，在圓盤的周緣部形成前視圖中呈V字狀的刃部162。<2. 5.刻劃方法>此處，一面參照圖I、圖2、及圖15，一面對利用作為金剛石內(nèi)含物的刀具的一例而列舉的劃線刀輪160在脆性材料襯底4上形成劃線SL的方法進(jìn)行說明。本方法是通過劃線頭部130的動作，使劃線刀輪160的外表面中的圓角面167接觸于脆性材料襯底4。而且，從和脆性材料襯底4接觸的圓角面167對脆性材料襯底4施力(刻劃負(fù)荷)。 接著，在使劃線刀輪160的圓角面167和脆性材料襯底4接觸的狀態(tài)下，使劃線刀輪160相對于脆性材料襯底4進(jìn)行相對移動。在此情況下，使劃線刀輪160和保持脆性材料襯底4的保持單元10分別在X軸方向(箭線ARl方向參照圖I)和Y軸方向(箭線AR2方向參照圖2)上進(jìn)行移動。由此，使劃線刀輪160在脆性材料襯底4上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而在脆性材料襯底4上形成和刀尖162a的圓角面167 (參照圖15)的軌跡相應(yīng)的劃線SL。而且，在脆性材料襯底4上形成從劃線SL沿垂直方向(Z軸方向)延伸的垂直裂紋K。此處，刻劃負(fù)荷優(yōu)選設(shè)定為3N 30N，更優(yōu)選設(shè)定為5N 20N。而且，劃線刀輪160相對脆性材料襯底4的移動速度通常設(shè)定為50mm/sec 1200mm/sec,優(yōu)選設(shè)定為50mm/sec 300mm/sec。此外，刻劃負(fù)荷及移動速度的具體值是根據(jù)脆性材料襯底4的材質(zhì)、及/或厚度等而適當(dāng)設(shè)定。<2. 6.刻劃原理>如圖15所示，在本實(shí)施方式的劃線刀輪160的刀尖162a上成形有圓角面167。由此，可以和第I實(shí)施方式同樣地，從刀尖162a的圓角面167對脆性材料襯底4施加大的刻劃負(fù)荷，而不會切削脆性材料襯底4。S卩，在刀尖162a上成形有圓角面167，且通過該圓角面167形成劃線SL及垂直裂紋K的情況下，可使接觸部4a中產(chǎn)生大的壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力。由此，可防止產(chǎn)生切屑及微裂，從而可良好地刻劃脆性材料襯底4?！?.7.本實(shí)施方式中的劃線刀輪的優(yōu)點(diǎn)〉如上所述，本實(shí)施方式的刻劃裝置100所含的劃線刀輪160如圖14所示包含刃部162，該刃部162是厚度Tb從本體部161的中心朝向刀尖162a變小。而且，如圖15所示，刃部162的刀尖162a具有圓角面167，該圓角面167是和形成162的側(cè)面的2個斜面165(165a、165b)分別連接。進(jìn)而，圓角面167具有曲面形狀。由此，在從刀尖162a的圓角面167對脆性材料襯底4施力的情況下，劃線刀輪160可使該接觸部4a中產(chǎn)生大的壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力，而不會切削和圓角面167接觸的脆性材料襯底4的接觸部4a(參照圖10)。而且，通過該壓縮應(yīng)力及拉伸應(yīng)力，在脆性材料襯底4上形成劃線SL及垂直裂紋K。因此，劃線刀輪160可以和第I實(shí)施方式的金剛石尖頭60同樣地，防止在劃線SL附近產(chǎn)生切屑及微裂，從而可良好地刻劃脆性材料襯底4。而且，可延長劃線刀輪160的壽命O<3.變形例 >以上，對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限定于所述實(shí)施方式，可進(jìn)行各種變形。(I)在第I實(shí)施方式中，對刃部61呈四棱錐臺狀的情況進(jìn)行了說明，但刃部61的形狀并不限定為四棱錐臺狀。例如，刃部61也可以呈三棱錐臺狀，并且也可以具有η棱錐臺狀(其中，η為5以上的整數(shù))。進(jìn)而，刃部61也可以呈m棱錐狀(其中，m為3以上的整數(shù))。(2)而且，第I及第2實(shí)施方式是采用使用滾珠螺桿作為驅(qū)動部70、170的進(jìn)給機(jī)構(gòu)(參照圖2)，但進(jìn)給機(jī)構(gòu)并不限定于此。例如，也可以采用線性電動機(jī)(線性導(dǎo)軌)等作為進(jìn)給機(jī)構(gòu)。(3)進(jìn)而，對第I實(shí)施方式中的驅(qū)動部70和第2實(shí)施方式中的驅(qū)動部170分別使 劃線頭部30、130相對保持單元10進(jìn)行移動的情況進(jìn)行了說明，但劃線頭部30、130的移動方式并不限定于此。例如，也可以將劃線頭部30、130固定，而使保持單元10沿箭線ARl方向(參照圖I)移動。而且，也可以將保持單元10固定，而利用驅(qū)動部70、170使劃線頭部30、130分別沿箭線AR2方向(參照圖2)移動。進(jìn)而，也可以使劃線頭部30及保持單元10兩者移動。這樣一來，只要保持脆性材料襯底4的保持單元10和握持金剛石尖頭60的劃線頭部30或握持劃線刀輪160的劃線頭部130中至少一者可相對于另一者進(jìn)行相對移動即可。[實(shí)施例]以下，通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明，但本發(fā)明不受這些示例任何限制?！磳?shí)施例I及比較例I>圖16是用來說明用以評價被刻劃的脆性材料襯底4的端面強(qiáng)度的測試方法的圖式。圖17是表示實(shí)施例I及比較例I的測試條件的圖式。圖18是表示實(shí)施例I及比較例I的測試結(jié)果的圖式。圖19是實(shí)施例I的經(jīng)具有圓角面67的刃部61 (參照圖7)刻劃的脆性材料襯底4的照片。圖20是比較例I的經(jīng)不具有圓角面的刃部(參照圖9)刻劃的脆性材料襯底4的照片。在實(shí)施例I及比較例I中，采用4點(diǎn)彎曲測試作為評價被刻劃的脆性材料襯底4的端面強(qiáng)度的測試。如圖16及圖17所示，本測試是使上部支點(diǎn)95(95a、95b)間距離Dl為10. 0mm，使下部支點(diǎn)96(96a、96b)間距離D2為20. 0mm，且在使刻劃面朝下的狀態(tài)下，使長邊側(cè)沿箭線AR7方向彎曲。如圖18所示，實(shí)施例I的破裂負(fù)荷的平均值約為比較例I的破裂負(fù)荷的平均值的3倍。這種情況表示通過實(shí)施例I刻劃的脆性材料襯底4的強(qiáng)度高于通過比較例I刻劃的脆性材料襯底4。而且，比較例I (參照圖20)中，在劃線SL附近產(chǎn)生有切屑，而在實(shí)施例I中，劃線SL附近未產(chǎn)生切屑。這種情況表示實(shí)施例I和比較例I相比更能對脆性材料襯底4實(shí)施良好的刻劃。
權(quán)利要求
1.一種刻劃方法，其利用具備包含金剛石內(nèi)含物的刃部的刀具在脆性材料襯底上形成劃線，且其特征在于包括如下步驟 (a)通過使所述刃部和所述脆性材料襯底接觸，而自所述刀具對所述脆性材料襯底施力； (b)在使所述刀具的所述刃部和所述脆性材料襯底接觸的狀態(tài)下，使所述刀具相對于所述脆性材料襯底進(jìn)行相對移動，由此在所述脆性材料襯底上形成劃線； 所述刃部的外表面具有曲面形狀的圓角面，且 在所述步驟(a)中，通過使所述圓角面和所述脆性材料襯底接觸，而自所述刀具對所述脆性材料襯底施力， 在所述步驟(b)中，保持著所述圓角面向下凸出的狀態(tài)，使所述刀具相對于所述脆性材料襯底進(jìn)行相對移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的刻劃方法，其特征在于 所述刀具是在作為圓柱狀或棱柱狀桿體的握持部的一端設(shè)置有所述刃部的金剛石尖頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的刻劃方法，其特征在于 將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即，所述刃部包含 前端面； 多個斜面，分別和所述前端面連接；以及 多個所述圓角面，分別由所述多個斜面中的2個即鄰接斜面和所述前端面包圍； 所述刃部的各棱線包含 作為所述2個鄰接斜面的交線的直線部；以及 曲線部，位于和所述2個鄰接斜面的各個連接的圓角面上，且連接于所述直線部及所述前端面； 并且，在所述刃部的各棱線上，所述直線部相對所述前端面的斜度設(shè)定為大于所述前端面為水平時所述曲線部相對所述前端面的斜度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻劃方法，其特征在于 將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即， 所述金剛石內(nèi)含物為多晶金剛石， 所述多晶金剛石是將包含微細(xì)晶粒組織或非晶體的石墨型碳物質(zhì)作為起始物質(zhì)，在超高壓高溫下直接轉(zhuǎn)換燒結(jié)為金剛石，且實(shí)質(zhì)上僅含金剛石。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的刻劃方法，其特征在于 將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即， 所述金剛石內(nèi)含物是含有 含量為65. O重量 75. O重量的金剛石、 含量為3. O重量％ 10. 0重量％的超微粒碳化物、及 其余的結(jié)合材料的燒結(jié)金剛石，且 所述金剛石的平均粒徑為0. I ii m 5. 0 ii m, 所述結(jié)合材料是以鈷為主成分的鐵系金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的刻劃方法，其特征在于將如下金剛石尖頭用作所述金剛石尖頭，即， 所述燒結(jié)金剛石中的所述超微粒碳化物的含量為6. O重量％ 8. O重量％，且所述超微粒碳化物含有 I.O重量％ 4. O重量％的碳化鈦、及 其余的碳化鎢。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的刻劃方法，其特征在于 所述刀具是在圓盤狀本體部的外周設(shè)置有所述刃部的劃線刀輪。
8.—種金剛石尖頭,其通過相對脆性材料襯底被相對移動,而在所述脆性材料襯底上形成劃線，且其特征在于包括 圓柱狀或棱柱狀桿體的握持部、以及 包含金剛石內(nèi)含物且設(shè)置在所述握持部的一端而形成的刃部， 所述刃部包含 前端面； 多個斜面，分別和所述前端面連接；以及 多個圓角面，分別由所述多個斜面中的2個即鄰接斜面和所述前端面包圍； 所述刃部的各棱線包含 作為所述2個鄰接斜面的交線的直線部；以及 曲線部，位于和所述2個鄰接斜面的各個連接的圓角面上，且連接于所述直線部及所述前端面； 并且，在所述刃部的各棱線上，所述直線部相對所述前端面的斜度設(shè)定為大于所述前端面為水平時所述曲線部相對所述前端面的斜度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金剛石尖頭，其特征在于 所述金剛石內(nèi)含物為多晶金剛石， 所述多晶金剛石是將包含微細(xì)晶粒組織或非晶體的石墨型碳物質(zhì)作為起始物質(zhì)，在超高壓高溫下直接轉(zhuǎn)換燒結(jié)為金剛石，且實(shí)質(zhì)上僅含金剛石。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金剛石尖頭，其特征在于 所述金剛石內(nèi)含物為燒結(jié)金剛石， 所述燒結(jié)金剛石含有 含量為65. 0重量 75. 0重量的金剛石、 含量為3. 0重量％ 10. 0重量％的超微粒碳化物、及 其余的結(jié)合材料，且 所述金剛石的平均粒徑為0. I ii m 5. 0 ii m, 所述結(jié)合材料是以鈷為主成分的鐵系金屬。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的金剛石尖頭，其特征在于 所述燒結(jié)金剛石中的所述超微粒碳化物為6. 0重量％ 8. 0重量％， 所述超微粒碳化物含有 I.0重量％ 4. 0重量％的碳化鈦、及 其余的碳化鎢。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一權(quán)利要求所述的金剛石尖頭，其特征在于所述多個圓角面是在所述脆性材料襯底上形成劃線時和所述脆性材料襯底接觸的接觸部。
13.一種刻劃裝置，其特征在于包括 刻劃單元，包含根據(jù)權(quán)利要求8至11中任一權(quán)利要求所述的金剛石尖頭；以及 保持單元，一面保持著所述脆性材料襯底一面使之移動； 通過使所述保持單元相對于所述刻劃單元進(jìn)行相對移動而在所述脆性材料襯底上形成劃線。
14.一種刻劃裝置，其特征在于包括 刻劃單元，包含根據(jù)權(quán)利要求12所述的金剛石尖頭；以及 保持單元，一面保持著所述脆性材料襯底一面使之移動； 通過使所述保持單元相對于所述刻劃單元進(jìn)行相對移動而在所述脆性材料襯底上形成劃線。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可在脆性材料襯底上形成良好的劃線的刻劃方法及用于該刻劃方法的金剛石尖頭，進(jìn)而提供一種包含該金剛石尖頭的刻劃裝置。金剛石尖頭是通過相對脆性材料襯底(4)被移動而在脆性材料襯底(4)上形成劃線的刀具(tool)。金剛石尖頭的刃部(61)呈四棱錐臺狀，且主要包含前端面(64)、多個(本實(shí)施方式為4個)斜面(65(65a～65d))、及多個圓角面(67(67a～67d))。而且，刃部(61)的各棱線(66)包含2個鄰接斜面(65)的交線即直線部(68)、及位于和該鄰接斜面(65)的各個連接的圓角面(67)上且連接于直線部(68)及前端面(64)的曲線部(69)。
文檔編號C03B33/02GK102807316SQ20121016194
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者福西　利夫, 千代　康弘, 山本　幸司, 中野忠信, 北市充 申請人:三星鉆石工業(yè)股份有限公司