JP2000119031A

JP2000119031A - スクライブ方法及び装置

Info

Publication number: JP2000119031A
Application number: JP10293275A
Authority: JP
Inventors: Makoto Tatemura; 誠舘村; Shinji Sawa; 沢　　真司; Mitsuru Igarashi; 満五十嵐; Masanobu Nakamura; 正信中村; Katsumi Obara; 克美小原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-15
Filing date: 1998-10-15
Publication date: 2000-04-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ガラスの切断においてブレーク行程のないスク
ライブ行程のみの切断ラインの構築。【解決手段】ホイールカッタを脆性材料の表面に押しつ
けながら相対移動を行い、スクライブラインを形成する
スクライブ方法において、ホイールを脆性材料に対し
て、ホイールの垂直方向と進行方向に周期的に振動を発
生させることを特徴とするスクライブ方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガラス、セラミック
ス等の脆性材料に切断のためのスクライブラインを形成
する方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガラス、セラミックス等の脆性
材料の板を切断するにはスクライブ工程とブレーク工程
の２工程が必要となる。スクライブ工程は算盤玉状のホ
イールカッタを脆性材料に押し付けながら移動を行い、
スクライブラインを形成し、垂直方向のクラック（垂直
クラック）を設ける工程。ブレーク工程はスクライブ工
程後のスクライブラインを間にして板を曲げるもしくは
衝撃を与えるか等で垂直クラックを裏面まで貫通させる
工程。切断ラインの歩留まり向上及び高効率化には切断
ラインを単純化するのが好ましく、スクライブ工程の１
工程で、垂直クラックが裏面まで貫通し切断が完了でき
るのが望ましい。

【０００３】しかし、一般の装置ではスクライブライン
の垂直クラックの深さが板厚の１割から２割程となり、
ブレーク工程が必要となっていた。このような方法で、
垂直クラックをより深くするにはホイールに押しつける
力を大きくすれば良いが、垂直クラックとともにガラス
平面内に生じる水平クラックが発生する。この水平クラ
ックは時間の経過とともにガラス板内をクラックが進行
しガラス板が破断してしまうといった現象がある。その
ため、ガラス切断の生産ラインにおいて歩留まりの低下
が生じることから、垂直クラックをより深くすることが
できなかった。

【０００４】上記の垂直クラックをより深くする方法と
して、特開平９−２５１３号公報にみられるように、ホ
イールカッタのホイール部が脆性材料に対して相対的
に、ホイール部の回転軸方向に対して垂直の成分を有す
る方向に振動するように、外部からホイール部または脆
性材料に繰り返し衝撃荷重を付与することを特徴とする
スクライブラインを形成する方法がある。しかし、この
従来の方法では水平クラックを抑制しながらの状態で、
垂直クラックが十分深く入らず、ガラス裏面まで貫通し
ないという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、水平
クラックを抑制しながらの状態で、垂直クラックを深く
し、裏面まで垂直クラックが貫通することで、従来２工
程の切断ラインを１工程に縮めることができるスクライ
プ方法及び装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はホイールカッタ
を脆性材料の表面に押し付けながら相対移動を行い、ス
クライブラインを形成するスクライブ方法において、ホ
イールを脆性材料に対し垂直方向及びホイールの移動方
向に周期的に振動させることを特徴とするスクライブ方
法である。

【０００７】また、本発明はホイールカッタを脆性材料
の表面に押し付けながら相対移動を行い、スクライブラ
インを形成するスクライブ装置において、ホイールを脆
性材料に対し垂直方向及びホイールの移動方向に周期的
に振動を発生する手段を設けることを特徴とするスクラ
イブ装置である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に本発明を実施するための振
動付加対応ホイールカッタ装置の構成を示す。ホイール
カッタ部１０はホルダ３、カッタ軸９、ホイールカッタ
２からなる。ホイールカッタ部１０はホイールカッタの
進行方向に周期的に振動を加える圧電素子５に連結され
ている。

【０００９】さらに圧電素子５は支持部７に固定され、
ホイールカッタ部10はホイールカッタの進行方向に移動
が可能なようにリニアガイド８を介して支持部７に取り
付けられている。支持部７はガラス板１に垂直に振動を
加える圧電素子４に連結しており、圧電素子４はガラス
板１を押しつけるシリンダ６に取り付けられている。

【００１０】シリンダ６を作用させて加圧状態にすると
支持部７を介して、ホイールカッタ２がガラス板１を押
しつける。この状態で圧電素子４に電圧を印加すると圧
電素子４はガラス板１に垂直方向に周期的に振動を加え
る。このとき振動はシリンダ６のレスポンスと圧電素子
の振動周期の違いから、シリンダ６の方向に伝わって逃
げることはなくガラス板１に効率よく伝わる。圧電素子
５に電圧を印加するとホイールカッタ２の進行方向に周
期的に振動が加わる。圧電素子４と圧電素子５を同時に
電圧を印加すると、ガラス板１に垂直に振動が加わりな
がら、ホイールカッタ２の進行方向に周期的に振動が加
わる。

【００１１】図２は図１の振動付加対応ホイールカッタ
を用いて、ガラス板１を切断するべく移動を行っている
状態を示した例である。シリンダ６は本体に固定され、
本体はＸ、Ｙ、Ｚ軸を自由に動けるようになっている。
これによって、ホイールカッタ２はガラス板１の表面を
自由に移動することが可能である。本装置は１．１mm以
下の厚みのガラス板１又は１．４mmの重ね合わせガラス
板を切断することができる。以下の例は厚み０．７mmの
ガラス板を使用したときの数値を示す。ホイールカッタ
２の進行方向にホイールカッタ部１０が移動するとホイ
ールカッタ２の後方にはスクライブライン１２が形成す
る。このときの移動速度は５０〜６００mm/s、シリンダ
６によるホイールカッタ２のガラス板１押しつけ荷重は
０．５〜３．０kgfである。

【００１２】図３に従来の方法（圧電素子を作用させな
く振動を加えない状態）でスクライブライン１２を形成
したときの破断面を示す。破断面にはリブマーク２０と
呼ばれる波形が、ホイールの移動に伴って、スクライブ
ライン１２の下部に生じる。リブマーク２０の形状はホ
イール２の進行方向に対し、スクライブライン２０から
前方下に垂れ下がるような形で形成される。リブマーク
２０の線は５０〜２００μｍの間隔で生じ、この間隔は
ホイール２の刃先の研磨痕に依存する。一般的に垂直ク
ラック２２の深さはこのリブマークの深さとしている。

【００１３】板厚０．７mmのガラス板の場合、リブマー
クの深さ（垂直クラック深さ２２）は約８０〜１５０μ
ｍ生じ、板厚２３の１〜２割程度である。

【００１４】破断面には断続的にWallner line２１がリ
ブマーク以外に生じる。Wallner line２１の形状はホイ
ール２の進行方向に対して、受け皿の半分側のような形
をしており、リブマーク２０を上下に反転させたような
形状となる。Wallner line２１の発生原因は、ホイール
２がガラス板１に対して適切に追従しながら回転せずに
スリップしたりブレーキがかかったようなとき等に生じ
やすい。発明者らの実験検討によれば、Wallner line２
１の発生近くには、スクライブライン１２からガラス板
平面内方向に生じるクラック（水平クラック２６）が発
生しやすくなることがわかっている。水平クラック２６
が発生すると、ガラス板１内にある水平クラックが時間
の経過とともに進行し、ガラス板１が割れてしまうとい
った問題がある。水平クラック２６を抑制するにはWall
ner line２１の発生をできるだけ少なく押さえる必要が
ある。

【００１５】図４に本発明の装置を用いて圧電素子を作
用させ、振動を加えながらスクライブライン１２を形成
したときの破断面を示す。破断面には、図３と同様にリ
ブマーク２０（図示点線）が生じており、その外側にWa
llner line２１に似た波形２４がスクライブライン１２
の下部に連続に生じている。この波形２４の形状は、Wa
llner line２１と同様にホイール２の進行方向に対し、
リブマーク２０を上下に反転させた形である。この波形
２４の下側には垂直クラックの線２５が生じている。
又、破断面には断続的にWallner line２１が生じてい
る。

【００１６】板厚０．７mmのガラス板を用い、圧電素子
４に印加電圧を５０〜１００Ｖ、周波数（正弦波）を１
００〜１０００Ｈｚの振動条件を加え、ホイール２の押
しつけ荷重を１．０kgfでスクライブライン１２を入れ
た時、垂直クラック深さ２２は約５００μｍとなる。こ
のときの水平クラック２６の長さは約５０μｍである。
上記の振動を加えた条件でホイール２の押しつけ荷重を
１．２kgfにして、スクライブライン１２を形成した場
合は、垂直クラック深さ２２が約５８０μｍ、水平クラ
ック２６の長さが約１００μｍとなった。従って、上記
の振動条件で、ホイール２の押しつけ荷重を大きくする
と、垂直クラック深さ２２は深くなるが、同時に水平ク
ラック２６も大きくなってしまう。

【００１７】ホイール２の押しつけ荷重を１．０kgfに
設定し、上記の振動条件で圧電素子４と圧電素子５の両
方を駆動させ（振動を垂直方向と進行方向の両方に加
え）、スクライブライン１２を入れたときは、水平クラ
ック２６の長さが約５０μｍで、垂直クラック深さ２２
は約６００μｍとなった。この結果から、振動方向を垂
直方向だけでなく進行方向にも加えることによって、垂
直方向のみに振動を加えたときと比較して、垂直クラッ
ク深さ２２が深くなり、且つ、水平クラック２６の長さ
には変化がないことがわかった。すなわち、同じ垂直ク
ラック深さ２２においても、垂直方向のみに振動を加え
たものより、進行方向にも振動を加えた方が水平クラッ
ク２６の長さは小さくなることが明らかとなった。

【００１８】ホイールカッタ２の押しつけ荷重を１．４
kgfに設定し、上記の振動条件で圧電素子４と圧電素子
５を駆動した（垂直方向と進行方向に振動を加えた）場
合、垂直クラック深さ２２は板厚２３に対して１００％
（垂直クラック深さ２２は７７００μｍ）の値となり、
垂直クラックがガラス板１の裏面を貫通した。このとき
の水平クラック２６の長さは約１００μｍとなった。一
方、従来技術のように垂直方向のみに振動を加え、約１
００μｍの水平クラック２６が発生する場合、垂直クラ
ック深さ２２は約５８０μｍと、ガラス板１の裏面を貫
通することができなかった。これらのことから、垂直方
向のみに振動を加えた場合と、本発明の垂直方向と進行
方向にも振動を加えた場合で、発生する水平クラック長
さが同じでも、垂直方向のみの振動を加えた条件では、
垂直クラックがガラス板１を貫通できず、垂直方向と進
行方向の両方に振動を加えた条件では垂直クラックがガ
ラス板１を貫通するということが明らかとなった。

【００１９】振動を加えたときに生じる波形２４は圧電
素子に加える周波数が異なると波形２４の間隔も異な
る。例えば、周波数５００Ｈｚで振動を加えながらホイ
ール２の移動速度を５０mm/sでスクライブライン１２を
形成した場合、そのときの波形２４の間隔は約１００μ
ｍ前後となる。周波数１００Ｈｚの場合は約５００μｍ
前後、周波数１０００Ｈｚの場合は約５０μｍ前後とな
る。すなわち、ホイール２の移動速度と周波数の関係か
ら波形２４の間隔が決定される。

【００２０】垂直クラック深さ２２が５００μｍ以上深
く入るときは、波形２４の間隔が１５０μｍ以下とする
必要があり、波形２４の間隔を変えないで、ホイール２
の移動速度を速くする場合は、周波数を高くする必要が
ある。

【００２１】本装置では圧電素子により振動を加えてい
るが、周期的に振動を加えるものであればその方式は問
わない。又、本実施例では、周波数の波形は正弦波とし
ているが、その波形の形は問わない。振動付加する方向
は基本的にはガラス板１の表面に対して垂直方向である
が、ホイールカッタ２の進行方向成分にも振動を加える
ことによって、垂直クラックはより深くなり、又スクラ
イブライン１２の破断面の品質も向上する。垂直方向と
進行方向に振動を付加する場合、垂直方向と進行方向を
同期させる必要はなく、別々の振動波形でも同様の効果
を得ることができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、垂直方向だけでなく進行
方向にも振動を加えながらスクライブラインを形成する
ことで、垂直クラックが深くなるとともに、水平クラッ
クは抑制される。

【００２３】又、ある条件で、垂直方向と進行方向に振
動を加えながらスクライブラインを形成すると、ガラス
板の裏面まで垂直クラックが貫通するため、スクライブ
のみでガラスを完全分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の振動付加対応ホイールカッタ
装置の構成を示す側面図。

【図２】本発明の振動付加対応ホイールカッタ装置の作
動状態を示す斜視図。

【図３】振動を加えない（従来の方法）でスクライブラ
インを形成したきの破断面図。

【図４】本発明の装置で振動を加えスクライブラインを
形成したときの破断面図。

【符号の説明】

１…ガラス板、２…ホイールカッタ、３…ホルダ、４…
圧電素子、５…圧電素子、６…シリンダ、７…支
持部、８…リニアガイド、９…カッタ軸、１０…ホ
イールカッタ部、１２…スクライブライン、２０…リ
ブマーク、２１…Wallner line、２２…垂直クラ
ック深さ、２３…板厚、２４…波形、
２５…垂直クラックの線、２６…水平クラック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者五十嵐満千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者中村正信千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者小原克美千葉県茂原市早野3300番地株式会社日立製作所電子デバイス事業部内Ｆターム(参考） 3C060 CA10 CB13 CB14 3C069 AA03 BA04 BB01 CA11 EA01 EA05 4G015 FA03 FB01 FB02 FC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホイールカッタを脆性材料の表面に押し付
けながら相対移動を行い、スクライブラインを形成する
スクライブ方法において、ホイールを脆性材料に対し垂
直方向と進行方向に周期的に振動させることを特徴とす
るスクライブ方法。
【請求項２】ホイールカッタを脆性材料の表面に押し付
けながら相対移動を行い、スクライブラインを形成する
スクライブ装置において、ホイールを脆性材料に対し垂
直方向と進行方向に周期的に振動を発生する手段を設け
ることを特徴とするスクライブ装置。