CN101663246B - 划线装置以及划线方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种减少工件的表面损伤、且能够获得深穿透的划线装置以及方法。本发明的划线装置具有：工作台(1)，所述工作台(1)将工件(W)的夹着要刻划线(L)的预定的部分的一侧的至少一部分固定，且使工件(W)的另一侧处于浮在空中的悬臂状态；相对移动机构(3、6)，所述相对移动机构(3、6)将刀具(10)与处于浮在空中的状态下的要刻划线(L)的预定的部分抵接，沿着要刻划线的预定的部分使刀具(10)相对于工件(W)相对移动，从而在工件(W)上刻上划线(L)。抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的矢量(在工件(W)的表面内与划线正交的方向的力)的力通过解除工件(W)的另一侧的固定而不发挥作用。因此，垂直裂缝易于生长，且水平裂缝的生长也能够受到抑制。

Description

划线装置以及划线方法
技术领域
本发明涉及在由玻璃、半导体等脆性材料构成的薄板状的工件上刻上划线的划线装置以及方法。
背景技术
在切断由脆性材料构成的薄板状的工件时，预先在工件的表面刻上划线。在形成划线后，若沿划线弯曲工件，则划线的裂缝到达工件的背面，从而将工件切断。
作为在工件上刻上划线的方法已知有以下方法：在划线头部设置算盘珠状的可旋转的切断轮，在将切断轮按压到工件的状态下，使划线头部移动而使切断轮在工件的表面上滚转；代替切断轮将称作单点金刚石的前端尖的工具按压到工件而刻上划线。为了形成深的垂直裂缝，有时也对切断轮或单点金刚石等刀具施加振动。
如图10所示，在现有的划线装置中，当在工件W刻划线时，将工件W的夹着要刻划线L的预定的部分的两侧固定在工作台61上。然后，使刀具沿着要刻划线L的预定的部分相对移动，在工件W的表面刻上垂直裂缝(例如，参照专利文献1)。通过将夹着划线L的两侧固定在工作台61上，从而能够稳定地支承工件。
专利文献1：日本特开平9-315832号公报。
然而，若将工件的要刻划线的预定的部分的两侧固定在工作台上，则力(2)发挥作用，该力(2)抑制使划线时产生的垂直裂缝欲要生长的方向的力(1)的矢量(在工件的表面内与划线正交的方向的力)。因此，垂直裂缝难以生长，剩余的力使水平裂缝生长。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种减少工件的表面损伤、且能够获得深穿透的划线装置以及方法。
以下，对本发明进行说明。为了解决上述课题，第一发明的划线装置具有：工作台，其将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定，且使所述工件的另一侧处于浮在空中的状态；相对移动机构，其将刀具与处于浮在空中的状态下的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分使所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
第二发明的划线装置以第一发明所述的划线装置为基础，其特征在于，在所述刀具与所述工件抵接时，所述刀具将所述工件压弯，以使在所述刀具抵接的一侧的所述工件的表面产生拉伸应力。
第三发明的划线装置以第二发明所述的划线装置为基础，其特征在于，具有工件弯曲机构，所述工件弯曲机构使所述工件挠曲，且使所述工件的所述另一侧从所述工作台浮起。
第四发明的划线装置以第三发明所述的划线装置为基础，其特征在于，所述工件弯曲机构沿着所述工件的要刻所述划线的预定的部分设置，由介设在所述工件和所述工作台之间的板构成，通过将所述工件的所述一侧固定在所述工作台上，而以所述板为支点使所述工件挠曲。
第五发明的划线装置以第四发明所述的划线装置为基础，其特征在于，所述弯曲机构由设于所述工作台的多个空气通过孔构成，与所述工件的所述一侧对应的多个空气通过孔将所述工件的一侧真空吸附于所述工作台，并且与所述工件的所述另一侧对应的多个空气通过孔向所述工件的所述另一侧吹出空气，由此使所述工件挠曲。
第六发明的划线装置以第五发明所述的划线装置为基础，其特征在于，所述多个空气通过孔可切换地具有真空吸附所述工件的功能和向所述工件吹出空气的功能，能够改变真空吸附所述工件的系统的多个空气流通孔的组合和向所述工件吹出空气的系统的多个空气流通孔的组合。
第七发明的划线装置以第一发明或第二发明所述的划线装置为基础，其特征在于，在所述工件的所述另一侧从所述工作台露出的状态下，所述工件的所述一侧的至少一部分固定在所述工作台上。
第八发明的划线装置具有：工作台，其将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定，且与所述工件的另一侧接触但不固定；相对移动机构，其将刀具与所述工件的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分使所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
第九发明的划线装置以第一到第八发明中任一项所述的划线装置为基础，其特征在于，所述划线为闭合曲线，在所述工作台固定所述工件的所述一侧、即所述工件的要刻所述划线的预定的部分的内侧的至少一部分，而不固定所述工件的所述另一侧、即所述工件的要刻所述划线的预定的部分的外侧。
第十发明的划线方法包括工序：将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定在工作台上，且使所述工件的另一侧处于浮在空中的状态，从而将所述工件安装在所述工作台上；将刀具与处于浮在空中的状态下的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分将所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
第十一发明的划线方法包括工序：将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定在工作台上，且使其另一侧与所述工作台接触但不固定在所述工作台上，从而将所述工件安装在所述工作台上；将刀具与所述工件的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分将所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
根据第一发明，抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的矢量(在工件的表面内与划线正交的方向的力)的力通过解除工件的另一侧的固定而不发挥作用。因此，垂直裂缝易于生长，且水平裂缝的生长也能够受到抑制。另外，在工作台上对工件进行划线的方法中，当由于工作台的平面度、工件的厚度的变化等外在主要原因而产生剩余的力时，该力直接对工件产生影响，可能会对工件造成损伤。通过使工件浮在空中，由于能够在工件的挠曲变形的作用下避开该剩余的力，从而能够防止划线后的工件的品质恶化。
根据第二发明，在工件的表面产生的拉伸应力进一步使垂直裂缝生长。
根据第三发明，能够使工件的另一侧从工作台浮在空中。
根据第四发明，能够以设于工作台上的板为支点使工件挠曲。
根据第五发明，通过从设于工作台的空气通过孔向工件的另一侧吹出空气，而使工件挠曲。
根据第六发明，通过改变吸附工件的系统的空气流通孔的组合和向工件吹出空气的系统的空气流通孔的组合，而能够在一个工作台上形成多条划线。
根据第七发明，能够使工件的另一侧浮在空中。
根据第八发明，抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的矢量(在工件的表面内与划线正交的方向的力)的力通过解除工件的另一侧的固定而不发挥作用。因此，垂直裂缝易于生长，水平裂缝的生长也能够受到抑制。
当在工件上刻上闭合曲线的划线而将工件切断时，为了获得稳定的截面形状，必须具有以下必要条件，即，在划线时使垂直裂缝深深地穿透。
根据第九发明，能够沿着闭合曲线的划线而使垂直裂缝深深地穿透。
根据第十发明，抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的矢量(在工件的表面内与划线正交的方向的力)的力通过解除工件的另一侧的固定而不发挥作用。因此，垂直裂缝易于生长，水平裂缝的生长也能够受到抑制。另外，在工作台上对工件进行划线的方法中，当由于工作台的平面度、工件的厚度的变化等外在主要原因而产生剩余的力的情况时，该力直接对工件产生影响，可能会对工件造成损伤。通过使工件浮在空中，由于能够在工件的挠曲变形的作用下避开该剩余的力，从而能够防止划线后的工件的品质恶化。
根据第十一发明，抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的矢量(在工件的表面内与划线正交的方向的力)的力通过解除工件的另一侧的固定而不发挥作用。因此，垂直裂缝易于生长，水平裂缝的生长也能够受到抑制。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的划线装置的立体图。
图2是吸附在工作台上的工件的俯视图。
图3是吸附在工作台上的工件的剖面图(图中(A)表示吸附固定时，图中(B)表示施加载荷时)。
图4是表示本发明的第一实施方式的划线装置的工作台的另一例的剖面图。
图5是表示本发明的第一实施方式的划线装置的工作台的又一例的俯视图。
图6是表示本发明的第一实施方式的划线装置的工作台的再一例的剖面图。
图7是本发明的第二实施方式的划线装置的工作台的剖面图。
图8是表示本发明的第二实施方式的划线装置的工作台的另一例的剖面图。
图9是表示本发明的第二实施方式的划线装置的工作台的又一例的剖面图。
图10是表示现有的划线装置的工作台的剖面图。
符号说明：1-工作台，3-Y轴移动机构(相对移动机构)，6-X轴移动机构，8-划线头部，10-刀具，11-板，12-支点，21-工作台，22-工作台，24-工作台，31-工作台，32-空气通过孔，41-工作台，42a～42g-空气流通孔，L-划线，W-工件。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的第一实施方式的划线装置进行说明。图1表示划线装置的立体图。由玻璃、半导体等脆性材料构成的薄板状的工件载置在划线装置的工作台1上。在平坦的工作台1上开口有多个吸附孔，从而将载置在工作台1上的工件W吸附。工作台1通过设于基础架2上的作为移动机构的Y轴移动机构3而在水平面内的Y方向进行移动。在Y轴移动机构3的载物台3a上设置对准(定位)用的θ轴旋转机构4。在该θ轴旋转机构4上安装有工作台1。
在基础架2上设有柱5。柱5向划线头部8的移动方向即X轴方向延伸。作为移动机构的X轴移动机构6使划线头部8向水平方向内的X轴方向移动。划线头部8安装在X轴移动机构6的载物台上。通过Z轴移动机构使划线头部8沿上下方向移动。在划线头部8经由在水平面内360度旋转的旋转轴承9安装刀具10。刀具10是算盘珠状且能够在垂直面内旋转的切断轮或者在前端埋入金刚石的单点金刚石。
在开始划线时，在工作台1上载置工件W，通过θ轴旋转机构4来进行工件W的θ轴的定位，并通过X轴移动机构6以及Y轴移动机构3来进行工件W的X、Y坐标的定位。在完成工件W的定位后，通过Z轴移动机构使划线头部8的刀具10下降，从而使刀具10与工件W的表面抵接。对刀具10施加载荷，获得规定的进刀量，若通过X轴移动机构6使划线头部8沿X方向移动，与此同时通过Y轴移动机构3使工作台1向Y方向移动，则能够在工件W的表面在水平面内刻上任意的划线。在本实施方式中，在工件W的表面形成四边形的角为圆弧状的闭合曲线的划线L。
图2是表示吸附在工作台1上的工件W的俯视图，图3是表示吸附在工作台1上的工件W的剖面图。在将工件W吸附在工作台1之前，将板11介设在工作台1和工件W之间。板11沿着工件W的要刻划线L的预定的部分形成为四边形的框状。而且，将工件W的夹着要刻划线L的预定的部分的一侧(框状的板11的内侧)在真空吸附的作用下与工作台1接触、固定。若这样如图3(A)所示，板11的内周缘变为工件W的挠曲变形的支点12而工件W发生挠曲，且工件W的夹着要刻划线L的预定的部分的另一侧(框状的板11的外侧)的整体处于从工作台1浮在空中的悬臂状态。要刻划线L的预定的部分从支点12配置在板11的外侧，在要刻划线L的预定的部分的正下方存在中空部分。在将工件W固定在工作台1的状态下，不向工件W的浮在空中的部分施加弯矩和载荷。
若将刀具10与浮在空中的状态下的工件W抵接，而对刀具10施加载荷，则如图3(B)所示，在刀具10抵接的一侧的工件W的表面产生拉伸应力(换言之，工件W变成向上凸的曲面)，由此刀具10将工件W压弯。此时，对工件W的浮在空中的部分仅施加来自刀具10的载荷。
在该状态下，若X轴移动机构6以及Y轴移动机构3沿着要刻划线L的预定的部分使刀具10相对于工件W相对移动，则在工件W上刻上划线L。在工件W的另一侧，由于抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的力不发挥作用，因此垂直裂缝易于生长。进而，由于在玻璃的表面产生的拉伸应力发挥作用而使产生的垂直裂缝生长，因此能够使垂直裂缝一直生长到工件W的内部。
刀具10在位于板上方的工件W上刻上划线L。在将刀具10向工件W压紧时，由于板11承受发生了挠曲的工件W，因此能够使划线L稳定。
在形成划线L后，沿划线L断开工件W。在该断开工序中，将工件W沿划线L折弯，使工件W的表面的垂直裂缝到达工件W的背面，从而切断工件W。在沿着闭合曲线的划线L切断工件W时，从基样玻璃除去闭合曲线的模型而进行切断。为了容易地进行工件W的切断，在划线工序中，可以形成从基样玻璃的端部到达划线L的费线(捨線)。通过将工件W沿划线L以及费线多次切断，从而使工件W的切断变得容易。
在将板状的脆性材料以直线以外的轨迹(异形)切断时，为了获得稳定的截面形状，必须具有以下必要条件，即，在划线时使垂直裂缝深深地穿透。例如在将玻璃以圆弧形状切断时，如果不能使垂直裂缝深深地穿透，则由于切断成长的垂直裂缝将要直线前进，因此不会追随圆弧形状的划线L。因此，与形成有划线L的工件W的表面相反的一侧的工件W的背面的玻璃形状不能形成圆弧形状。另外，如果划线时的垂直裂缝较浅，在切断时需要较大的弯曲力，则切断时玻璃彼此摩擦，而对产品部分产生较大的损伤。
为了使垂直裂缝高穿透，目前仅使用施加特殊工具或振动等的方法，仅凭普通轮难以使垂直裂缝深深地穿透。然而，通过在工件W和工作台1之间夹持板11，即使使用普通轮也能够容易地获得垂直裂缝深的划线L。即使在以闭合曲线进行划线时，也能够获得垂直裂缝深的划线L，因此能够实现尽可能减少产品损伤的切断。
图4表示工作台1的另一实例。在该实例中，在工作台31上设置多个空气通过孔32。配置在夹着划线L的工件W的一侧的至少一部分上的多个空气通过孔将工件W的一侧真空吸附，而将工件W的一侧固定在工作台31上。配置在工件W的另一侧的多个空气通过孔32通过向工件W的另一侧吹出空气，而使工件W的另一侧挠曲，使工件W的另一侧浮在空中。这样，通过组合真空吸附和正压空气喷出，而能够在不使用板11的情况下使工件W挠曲。在该实例中，刀具10位于与工件W抵接的位置，为了使工件W从工作台31浮起，工件W从工作台31浮起的位置33配置在比刀具10与工件W抵接的位置靠吸附固定侧(图中左侧)的位置。在浮起位置33和刀具10与工件W抵接的位置之间配置的空气通过孔32向工件W吹出空气。
图5表示工作台1的又一实例。在该实例中，多个空气流通孔42a～42g可切换地具有真空吸附工件W的功能和向工件W吹出空气的功能。将排列为纵向一排的多个空气流通孔42a～42g统称为一个系统，一个系统的空气流通孔42a～42g横向设置多排。与工件的划线L的位置一致而改变真空吸附系统的排数和吹出空气的系统的排数。通过改变真空吸附工件W的系统的多个空气流通孔42a～42g的组合和向工件W吹出空气的系统的多个空气流通孔42a～42g的组合，能够相对于多条划线L实现吸附工件W的一侧且向另一侧吹出空气的状态。即，能够在一个工作台41上形成多条划线L。进而，通过组合真空吸附和正压空气喷出而能够随意地获得玻璃的凸形状。
图6表示工作台1的再一实例。在该实例中，没有使工件W在工作台51上挠曲，而是使工件W从工作台51露出，从而使工件W处于浮在空中的状态。即，在夹着划线L的工件W的另一侧从工作台51露出的状态下，工件W的一侧的至少一部分固定在工作台51上。工件W悬臂支承在工作台51上，且刀具10与工件W抵接的位置浮在空中。在刀具10与工件W抵接时，刀具10压弯工件W，以使在刀具10抵接的一侧的工件W的表面上产生拉伸引力。
图7表示本发明的第二实施方式的划线装置的工作台。在该实施方式中，工件W的整体(夹着要刻划线L的预定的部分的两侧)载置在平坦的工作台21的上表面，工件W的整体与工作台21的上表面接触。而且，仅将夹着要刻划线L的预定的部分的工件W的一侧固定在工作台21上，且另一侧的整体不固定在工作台21上。即使在该实例的工作台21中，抑制用于使垂直裂缝生长所需要的力的矢量(在工件W的表面内与划线L正交的方向的力)的力通过解除工件W的另一侧的固定而不发挥作用。因此，垂直裂缝易于生长，且水平裂缝的生长也能够受到抑制。其中，由于是在工作台21上对工件W进行划线的方法，因此当由于工作台21的平面度、工件W的厚度的变化等外在主要原因而产生剩余的力时，该力直接对工件W产生影响，可能会对工件W造成损伤。
图8以及图9表示第二实施方式的划线装置的工作台21的另一实例。如图8所示，可以在工作台22的要刻划线L的预定的部分的下方形成槽23。另外，如图9所示，也可以使工件W的另一侧的局部从工作台24露出。
需要说明的是，本发明并不局限于所述实施方式，在不改变本发明的要点的范围可以进行各种变更。例如，划线并不局限于闭合曲线，也可以形成为直线状。
刀具相对于工件的移动是相对的，也可以固定刀具或工件的任意一个，仅移动另一个。
在所述实施方式中从工件的上侧抵接刀具，也可以从工件的下侧抵接刀具。
在所述实施方式中，为了使工件挠曲使用了板，但只要是能够使工件挠曲的机构都可以。例如，也可以使用压电驱动器代替板的顶起。
本说明书根据2007年3月30日申请的专利2007-095047。其内容全部包含于此。

Claims (11)

1.一种划线装置，其具有：
工作台，其将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定，且使所述工件的另一侧处于浮在空中的状态；
相对移动机构，其将刀具与处于浮在空中的状态下的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分使所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
2.根据权利要求1所述的划线装置，其特征在于，
在所述刀具与所述工件抵接时，所述刀具将所述工件压弯，以使在所述刀具抵接的一侧的所述工件的表面产生拉伸应力。
3.根据权利要求1或2所述的划线装置，其特征在于，
具有工件弯曲机构，所述工件弯曲机构使所述工件挠曲，且使所述工件的所述另一侧从所述工作台浮起。
4.根据权利要求3所述的划线装置，其特征在于，
所述工件弯曲机构沿着所述工件的要刻所述划线的预定的部分设置，由介设在所述工件和所述工作台之间的板构成，
通过将所述工件的所述一侧固定在所述工作台上，而以所述板为支点使所述工件挠曲。
5.根据权利要求3所述的划线装置，其特征在于，
所述工件弯曲机构由设于所述工作台的多个空气通过孔构成，
与所述工件的所述一侧对应的多个空气通过孔将所述工件的一侧真空吸附于所述工作台，并且与所述工件的所述另一侧对应的多个空气通过孔向所述工件的所述另一侧吹出空气，由此使所述工件挠曲。
6.根据权利要求5所述的划线装置，其特征在于，
所述多个空气通过孔可切换地具有真空吸附所述工件的功能和向所述工件吹出空气的功能，
所述划线装置能够改变真空吸附所述工件的系统的多个空气流通孔的组合和向所述工件吹出空气的系统的多个空气流通孔的组合。
7.根据权利要求1或2所述的划线装置，其特征在于，
在所述工件的所述另一侧从所述工作台露出的状态下，所述工件的所述一侧的至少一部分固定在所述工作台上。
8.一种划线装置，其具有：
工作台，其将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定，且与其另一侧接触但不固定；
相对移动机构，其将刀具与所述工件的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分使所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
9.根据权利要求1或8所述的划线装置，其特征在于，
所述划线为闭合曲线，
在所述工作台固定所述工件的所述一侧、即所述工件的要刻所述划线的预定的部分的内侧的至少一部分，而不固定所述工件的所述另一侧、即所述工件的要刻所述划线的预定的部分的外侧。
10.一种划线方法，其包括如下工序：
将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定在工作台上，且使所述工件的另一侧处于浮在空中的状态，从而将所述工件安装在所述工作台上；
将刀具与处于浮在空中的状态下的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分将所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
11.一种划线方法，其包括如下工序：
将工件的夹着要刻划线的预定的部分的一侧的至少一部分固定在工作台上，且使其另一侧与所述工作台接触但不固定在所述工作台上，从而将所述工件安装在所述工作台上；
将刀具与所述工件的要刻所述划线的预定的部分抵接，沿着要刻所述划线的预定的部分将所述刀具相对于所述工件相对移动，从而在所述工件上刻上划线。
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