JP2007039302A - ガラス基板割断方法およびガラス基板割断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板を高精度で効率的に割断し、かつ割断後の端部処理が容易な割断方法とその割断装置を実現する。
【解決手段】ガラス基板７０を保持する載置台８０と、ガラス基板７０の同一箇所を順次切削する複数の切削装置８３、８４と、ガラス基板７０と切削装置８３、８４とを相対的に移動させる移動手段とを備え、切削装置８３、８４は転動する回転カッター９４、９５と回転カッター９４、９５をガラス基板７０に押圧する空圧シリンダー８８、８９とを有し、複数の回転カッター９４、９５の刃先角をそれぞれ異ならせている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板の割断方法とその割断装置に関し、特に、プラズマディスプレイパネルの前面パネルあるいは背面パネル用のガラス基板の割断に好適な割断方法とその割断装置に関する。

従来のガラス基板を割断する方法としては、ダイヤモンドカッターなどによってスクライブを入れ、そのスクライブに沿ってせん断力を加える方法などが一般的である。また、せん断力を加えずに割断する方法としては、同一の転動可能な切削工具を用いて、押圧力を変えて複数回押圧転動し割断する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、スクライブによって１枚のガラス基板を精度よく割断する方法として、ガラス基板裏面の一部または全体をエッチングあるいはケミカルポリッシングなどの化学処理をした後、ガラス基板の裏面まで到達するクラックを生じさせるスクライブを形成することによりガラス基板を割断する方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−３２２３５５号公報 特開２００４−１６８５８４号公報

近年、大画面の薄型画像表示装置としてプラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）が注目されている。ＰＤＰは電極などが形成された厚みが約３ｍｍの前面ガラス基板と、隔壁や蛍光体などが形成された厚みが約３ｍｍの背面ガラス基板とを内部に放電空間が形成されるように対向配置し、その周辺部を封着部材で封着して構成している。

一方、ＰＤＰの大画面化に伴いガラス基板が大版化するため、その取り扱いに注意が必要となる。また、１枚の大版ガラス基板に複数枚のパネル構成物を製造し、その後に複数枚のパネルにガラス基板を割断する、いわゆる多面取り工法を用いて生産性を上げるなどの工法が要求されている。

しかしながら、従来の方法によってこのような大版のガラス基板を割断しようとすると、割断したガラス基板の端部に広い領域のマイクロクラック領域を発生し、多面取り工法の後の端部処理によって、ＰＤＰ内に異物を発生させ、表示画質を悪化させるなどの課題を有していた。また、化学的処理をする方法では、大版基板に対応するためには設備が大掛かりになり生産コストアップの要因になるなどの課題があった。

本発明はこれらの課題に鑑みてなされたものであり、ガラス基板を高精度で生産性良く割断し、特に大版で多面取り工法などを用いたＰＤＰ用ガラス基板の割断に好適な割断方法とその装置を実現することを目的とする。

上述したような課題を解決するために、本発明のガラス基板割断方法は、ガラス切削刃をガラス基板に押圧しながら移動させてガラス基板を割断するガラス基板割断方法であって、第一のガラス切削刃をガラス基板に押圧しながら移動させてガラス基板を切削する第一の切削工程と、第一のガラス切削刃の刃先角と刃先角の異なる第二のガラス切削刃をガラス基板の第一の切削工程により切削された部分に押圧しながら移動させてガラス基板を切削する第二の切削工程とを有している。

このような方法により、割断面の端部のマイクロクラック発生領域を小さくすることができ、割断後の端部処理を容易に行い、端部処理に伴う異物発生を少なくすることができる。

さらに、第二のガラス切削刃の刃先角は、第一のガラス切削刃の刃先角より小さいことが望ましく、割断を高精度に行うとともに、マイクロクラック発生領域をより小さくすることができる。

さらに、第一のガラス切削刃の刃先角が９０°以上１５２°以下であることが望ましく、ガラス基板表面に浅い溝のクラックを生成し、ガラス基板厚み方向に塑性変形に伴うクラックを進展させることができる。

さらに、ガラス基板はＰＤＰを構成する高歪点ガラスであり、ガラス基板の少なくとも一主面上に電極または誘電体層の少なくとも一つが形成されていてもよく、ＰＤＰの多面取り工法に最適で、異物発生のないガラス基板割断方法を実現することができる。

また、本発明のガラス基板割断装置は、ガラス基板を保持する保持手段と、ガラス基板の同一箇所を順次切削する複数の切削手段と、ガラス基板と切削手段とを相対的に移動させる移動手段とを備え、切削手段は切削刃と切削刃をガラス基板に押圧する押圧手段とを有し、複数の切削刃の刃先角がそれぞれ異なっている。

このような構成により、ガラス基板割断面の端部のマイクロクラック発生領域を小さくすることができ、割断後の端部処理を容易に行い、端部処理に伴う異物発生を少なくすることができる。

さらに、少なくとも第一切削刃を有する第一切削手段と第二切削刃を有する第二切削手段とを備え、第二切削刃の刃先角は、第一切削刃の刃先角より小さいことが望ましい。このような構成により、割断を高精度に行うとともに、マイクロクラック発生領域をより小さくすることができる。

さらに、第二切削刃を移動方向に対して首振りさせる可動手段を設けることが望ましく、第一切削刃によって形成された切削傷に第二切削刃を確実に追従させることによって、高精度な割断を実現することができる。

本発明によれば、ガラス基板を高精度で効率的に、かつ割断後の端部処理が容易な割断方法を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

（実施の形態）
本発明の実施の形態では、本発明のガラス基板の割断方法をＰＤＰの前面ガラス基板あるいは背面ガラス基板の割断に使用する場合について説明する。特に、ＰＤＰの生産効率を上げるために多面取り工法におけるガラス基板の割断について説明する。

したがって、まず、本発明の実施の形態の対象となるＰＤＰとその多面取り工法についてについて図面を参照しながら説明する。

図６はＰＤＰ５０の内部構造を示す部分断面斜視図である。ＰＤＰ５０は、互いに対向して配置された前面パネル５１と背面パネル６０とを備えている。前面パネル５１は、前面ガラス基板５２上に、透明電極５３およびバス電極５４、ブラックストライプ５５、誘電体層５６、およびＭｇＯ誘電体保護層５７が順に形成されている構造となっている。また、背面パネル６０は、背面ガラス基板６３上に、アドレス電極６４、下地誘電体層６５を形成し、その上に隔壁６６を形成し、さらに隔壁６６間に蛍光体層６７を形成した構造となっている。前面パネル５１と背面パネル６０とが対向配置されて放電空間６８を形成し、放電空間６８には、例えばＮｅ（ネオン）−Ｘｅ（キセノン）の混合ガスである放電ガスが、５３２００Ｐａ（４００Ｔｏｒｒ）〜７９８００Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ）の圧力で封入されている。放電ガスを電極間で放電させて紫外線を発生させ、その紫外線を蛍光体層６７に照射することによって、カラー表示の画像表示が可能になる。

また、前面ガラス基板５２や背面ガラス基板６３は、それらに形成されるバス電極５４、ブラックストライプ５５、誘電体層５６、隔壁６６などの構成物を熱処理工程によって形成するため、これらの熱処理工程に耐えうる厚さ２．８ｍｍ程度のガラス材料で形成され、一般的にはフロート法などにより形成された高歪点ガラスが用いられる。

前面パネル５１と背面パネル６０とはそれぞれの電極形成面が対向するように重ね合わせられ、その外周部を封着部材によって封着接合して内部に放電空間６８を形成している。

次に、多面取り工法について説明する。多面取り工法とは所定サイズのＰＤＰを製造する際に、前面パネル５１あるいは背面パネル６０を１枚の大版のガラス基板に複数枚製造し、その後、所定サイズにガラス基板を割断して、生産効率を高める方法である。図５は多面取り工法のガラス基板の配置の一例を示す平面図である。１枚の大版のガラス基板７０には、例えば前面パネル５１の透明電極５３およびバス電極５４、ブラックストライプ５５、誘電体層５６などの構成物７１が形成されている。このガラス基板７０を割断線７２、７３に沿って割断することによって、前面パネル５１が６枚取得可能な構成としている。

割断された所定サイズのガラス基板にさらに誘電体保護層５７などを形成したり、後処理工程を施して前面パネル５１を完成させる。さらに、同様の多面取り工法によって製造した背面パネル６０と重ね合わせることによってＰＤＰ５０を完成させる。なお、多面取り工法において、割断はＰＤＰ５０を構成する各要素の製造工程中の、構成物の印刷後やその乾燥後、あるいは焼成後などのいずれの工程でもよい。

１枚の大版のガラス基板７０を割断線７２、７３に沿って所定サイズに割断する際に、割断面の精度と割断の高生産性、さらには割断工具の耐久性が要求される。特に、割断の精度に関しては、割断によってＰＤＰの表示性能や、後加工の生産性を落とすことのないような割断精度が求められる。

このような、厚みが３ｍｍ程度の高歪点ガラスのガラス基板を転動する切削刃で切断する方法として、重荷重を印加して一回で割断する方法では直線の割断線を得ることができないといった課題があった。さらに、同一切削刃を複数回押し当てて切削する方法では、切断加工の生産性が低下する課題や、特に割断面の端部に発生するマイクロクラック領域が大きくなるといった課題を有している。このようなマイクロクラック領域が大きくなると、割断されたガラス基板の破壊を抑制する目的の、端部処理加工としての面取り加工領域を大きくすることが必要となり、異物発生の確率を上げてしまう。そのため、ＰＤＰの製造などの場合には、それらの異物が、前面パネル５１や背面パネル６０に入りこみ、画像表示欠陥を発生させるなどの、表示品質低下を引き起こす。また、切削刃に重荷重を加えると刃先の磨耗などが促進されて寿命を著しく短くする。

図１は本発明の実施の形態におけるガラス基板割断装置を示す図、図２は図１の切削装置をその進行方向からみた図、図３は図１のガラス基板割断装置における割断の状況を示す図、また、図４は第二切削装置の回転カッターの首振り状況を示す平面図である。

図１に示すように、割断装置は、載置台８０と切削装置８１とにより構成され、載置台８０と切削装置８１とが相対的に移動可能なように移動手段（図示せず）を備えている。載置台８０はガラス基板７０を載置して保持する保持手段であり、多面取り工法によってＰＤＰの構成物が形成された大版のガラス基板７０を載置するとともに、真空ポンプ（図示せず）などによって真空排気経路８２を真空排気して真空吸着によって固定している。切削装置８１は第一切削手段としての第一切削装置８３と、第二切削手段としての第二切削装置８４とにより構成されている。図１に示す実施の形態では、第一切削装置８３と第二切削装置８４とをさらに同一の固定台８５に固定している。載置台８０と切削装置８１とは移動手段（図示せず）によって相対的に移動させられ、切削装置８１がガラス基板７０に対して矢印Ａ方向に進行するようにしている。

第一切削装置８３と第二切削装置８４とは次のように構成されている。すなわち、固定台８５にホルダー８６、８７が固定され、ホルダー８６、８７には押圧手段である空圧シリンダー８８、８９が設けられている。空圧シリンダー８８、８９の先端には保持具９０、９１の保持軸９２、９３と嵌合されて回転する第一の切削刃である回転カッター９４、第二の切削刃である回転カッター９５が設けられている。回転カッター９４、９５は、空圧シリンダー８８、８９によりガラス基板７０に一定の圧力で押圧される。

また、回転カッター９４か回転カッター９５とは、切削装置８１が進行する方向で略同一線を走行するように調整されている。さらに、少なくとも回転カッター９５は図４に示すように、進行方向Ｃに対して所定の角度γの範囲内で首振りが可能なように、保持具９１の軸が回転可能なように構成されている。

また、本実施の形態において用いた回転カッターは、外径が直径４ｍｍ、厚みが１ｍｍの超超硬合金、例えば、タングステンカーバイトの回転カッターである。

本実施の形態においては、回転カッターの外径が直径４ｍｍのものを使用したが、外径が直径３．５〜１４ｍｍであれば特に問題はない。

したがって、載置台８０にガラス基板７０を吸着固定し、回転カッター９４と回転カッター９５とをガラス基板７０に押圧しながら、第一切削装置８３の回転カッター９４を先頭にして回転カッター９４が転動しながらガラス基板７０面に切削傷を入れ、その切削傷上をさらに第二切削装置８４の回転カッター９５が転動しながら切削するものである。

それぞれの回転カッター９４、９５のガラス基板７０への押圧力は、空圧レギュレータ９６、９７で調整され、空圧計９８、９９でモニタされる。また、切削装置８１とガラス基板７０との相対移動速度は移動手段（図示せず）に調整される。

図３は割断の状況を示す図であり、図３（ａ）には第一切削装置８３における割断の状況を示し、図３（ｂ）には第二切削装置８４における割断の状況を示している。図３に示すように、本発明では、回転カッター９４の刃先角α１と回転カッター９５の刃先角α２とを異ならせている。本発明の実施の形態では、刃先角α１を９０°〜１５２°、望ましくは１４５°±３°に設定し、刃先角α２をα１よりも小さい鋭角とし、α１が１４５°±３°のときに１１０°±５°としている。

図３を用いて、本発明の実施の形態の割断方法について説明する。図３に示すように、本発明の実施の形態のガラス基板の割断方法は、先頭に位置する転動可能な切削工具、すなわち回転カッター９４によって、小さな荷重印加で小さな切込み量を与えるとともに、ガラス基板７０表面には回転カッター９４の刃先角α１に近似した溝１００を形成する。そのとき、ガラス基板７０の厚さ方向には塑性変形を利用して刃先角α１よりも角度の小さい溝１０１を形成する。このようにして、回転カッター９４に印加する荷重が小さい状態で、これらの溝１００、１０１を形成することができる。

次に、回転カッター９５の刃先角α２を、回転カッター９４によって塑性変形で形成された溝１０１の角度β１に近い角度とし、溝１００、１０１に沿って小さな荷重を印加して押圧する。その結果、回転カッター９５によってさらに塑性変形を進展させて、ガラス基板７０の裏面に到達する溝を形成し、ガラス基板７０を割断することが可能となる。

このようにして、ガラス基板７０の板厚、すなわち割断に必要な切込み量に応じて、回転カッターの刃先角を徐々に小さくして塑性変形を進展させることによって、荷重が小さい状態でも割断面の精度が高い割断を実現することが可能となる。したがって、本発明の実施の形態によれば、回転カッターを押圧する荷重が小さいため、図３（ａ）に示す端部のマイクロクラック１０２の発生領域を小さくすることができる。そのため、割断後の面取り処理などの後工程を簡単にすることができるため、この後工程で発生するガラスチップなどの異物発生を抑えることができる。これらの異物は、ＰＤＰ内に残留すると表示欠陥などを引き起こすが、本発明によれば、これらの欠陥発生を抑制することができる。特に、多面取り工法などのガラス基板の割断においては、マイクロクラックの破壊による異物発生や面取り処理などによって異物が発生すると、これらの異物を除去するための洗浄などが他の構成物に影響を与えるために不可能となり、ＰＤＰ内に残留して表示欠陥を引き起こす要因となる。したがって、マイクロクラックの発生領域を０．２ｍｍ以下とすることが必要である。

なお、本発明の実施の形態では、厚さ２．８ｍｍの高歪点ガラスを用いて、誘電体層までを形成したＰＤＰ５０の前面ガラス基板５２を割断する際に、次の条件の範囲内で組み合わせることによって、高精度で異物発生のない割断ができ、さらに一つの回転カッターの寿命を長寿命化できる割断方法を実現することができた。

ガラス基板：厚さ ２．８ｍｍ 高歪点ガラス 電極、誘電体層付
第一切削装置：回転カッター
材質：タングステンカーバイト（超超硬合金）
寸法：外径直径 ４ｍｍ、厚み １ｍｍ
刃先角：１４５°±３°（１５２°を超えると１回で割断してしまう）
押圧力：０．３ＭＰａ（０．４ＭＰａではＮＧ）
第二切削装置：回転カッター
材質：タングステンカーバイト（超超硬合金）
寸法：外径直径 ４ｍｍ、厚み １ｍｍ
刃先角：１１０°±５°
押圧力：０．２〜０．２５ＭＰａ
移動速度：３００ｍｍ／ｓ（移動速度は特に関係はない）
なお、第二切削装置は、第一切削装置より０．０５〜０．１ｍｍ程度深めに入れる必要があることは当然である。

なお、上記の実施の形態では、２つの回転カッターによって切削し割断する場合について述べたが、必ずしも２つである必要はなく、複数の回転カッターによって順次塑性変形によって発生する溝を形成することでより高精度の割断が可能となる。

また、上記の実施の形態では、２つの回転カッターを同一の切削装置に取り付けて同時に移動する方式としているが、必ずしも同一装置とする必要はなく、例えば、第一の切削と第二の切削とを時間をおいて、あるいは別の切削装置上で行ってもよい。

また、図４に示すように後続する回転カッター９５に進行方向への首振り機能を付加することによって、先行する回転カッター９４によって形成された溝の直線性が崩れても、その溝に追従させて割断することが可能となり、効率的な割断を実現できる。

以上のように、本発明のガラス基板の割断方法と割断装置は、ガラス基板を極めて高精度、高品質に、かつ、簡単な装置構成で実現できる。

本発明によるガラス基板の割断方法および割断装置は、大面積のガラス基板を高品質で効率的に割断することができるため、ガラス基板を大型表示装置の製造方法、装置として有用である。

本発明の実施の形態におけるガラス基板割断装置の構成を示す図 図１の切削装置をその進行方向からみた図 本発明の実施の形態におけるガラス基板割断装置の割断の状況を示す図 同ガラス基板割断装置の第二切削装置の回転カッターの首振り状況を示す図 ＰＤＰの多面取り工法のガラス基板の配置の一例を示す平面図 ＰＤＰの内部構造を示す部分断面斜視図

符号の説明

５０ ＰＤＰ
５２ 前面ガラス基板
６３ 背面ガラス基板
７０ ガラス基板
７１ 構成物
７２，７３ 割断線
８０ 載置台
８１ 切削装置
８３ （第一）切削装置
８４ （第二）切削装置
８５ 固定台
８６，８７ ホルダー
８８，８９ 空圧シリンダー
９０，９１ 保持具
９２，９３ 保持軸
９４，９５ 回転カッター
９６，９７ 空圧レギュレータ
９８，９９ 空圧計
１００，１０１ 溝
１０２ マイクロクラック

Claims (7)

1. ガラス切削刃をガラス基板に押圧しながら移動させて前記ガラス基板を割断するガラス基板割断方法であって、第一のガラス切削刃を前記ガラス基板に押圧しながら移動させて前記ガラス基板を切削する第一の切削工程と、前記第一のガラス切削刃の刃先角と刃先角の異なる第二のガラス切削刃を前記ガラス基板の前記第一の切削工程により切削された部分に押圧しながら移動させて前記ガラス基板を切削する第二の切削工程とを有することを特徴とするガラス基板割断方法。
2. 第二のガラス切削刃の刃先角は、第一のガラス切削刃の刃先角より小さいことを特徴とする請求項１に記載のガラス基板割断方法。
3. 第一のガラス切削刃の刃先角が９０°以上１５２°以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス基板割断方法。
4. 前記ガラス基板はプラズマディスプレイパネルを構成する高歪点ガラスであり、前記ガラス基板の少なくとも一主面上に電極または誘電体層の少なくとも一つが形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガラス基板割断方法。
5. ガラス基板を保持する保持手段と、前記ガラス基板の同一箇所を順次切削する複数の切削手段と、前記ガラス基板と前記切削手段とを相対的に移動させる移動手段とを備え、前記切削手段は切削刃と前記切削刃を前記ガラス基板に押圧する押圧手段とを有し、複数の前記切削刃の刃先角がそれぞれ異なることを特徴とするガラス基板割断装置。
6. 少なくとも第一切削刃を有する第一切削手段と第二切削刃を有する第二切削手段とを備え、前記第二切削刃の刃先角は、前記第一切削刃の刃先角より小さいことを特徴とする請求項５に記載のガラス基板割断装置。
7. 前記第二切削刃を移動方向に対して首振りさせる可動手段を設けたことを特徴とする請求項６に記載のガラス基板割断装置。

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