JP2010126383A - ガラス切断用カッターホイール - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板にスクライブラインを刻設するにあたり、カッターホイールにより同幅の連続したスクライブラインが形成されるようにするとともに、このスクライブラインに打点衝撃を与えることによりガラス基板の脆性破壊を助長して垂直クラックが深く形成されるようにし、カッターホイールに必要以上の刃先荷重を加えることなく、耐久性が高く長寿命のガラス切断用カッターホイールとなるようにする。
【解決手段】円盤形状の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃を有するガラス切断用カッターホイールであり、前記Ｖ字形状の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、且つ、前記刃先の直下の側部に単一または複数の打点凸部を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板を所定の大きさに型取りするにあたり、余分となる部分を分断して除去するため、このガラス基板の表面にスクライブラインを刻設するガラス切断用カッターホイールに関するものである。

一般に脆性のガラス基板にスクライブラインを刻設するには、ガラス基板の表面で転動させるガラス切断用カッターホイールが多く採用されている。このガラス切断用カッターホイールの基本的形状は、円盤の外周縁部に沿って角度１２０°前後のＶ字形状の刃が形成され、この刃の稜線となる刃先がガラス基板の表面にスクライブラインを刻設する。

このようなガラス切断用カッターホイールによる場合は、刃先に荷重が作用することで、刃先が当接しているガラス基板の表面に弾性変形が生じ、次いで、刃先荷重の増大に伴って当接箇所に塑性変形が発生する。さらに刃先荷重が増大すると、塑性変形の限界点を超えて脆性破壊が発生し、ガラス基板の厚み方向に垂直クラックが成長し始める。

このようにして垂直クラックが形成されることから、刃先荷重を大きくすることにより、刃先がガラス基板の表面に食い込む深度が大きくなり、垂直クラックを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックの深度も大きくなる。ところが、刃先荷重が一定の大きさを超えると、深い垂直クラックを形成させることができるものの、ガラス基板の表面のスクライブラインに沿う塑性変形領域の内部歪みが飽和状態となり、水平クラックが発生して望ましくない切り屑（カレット）を発生してしまうことになる。

このような事情から、深度の大きい垂直クラックを形成しつつ水平クラックの発生は極少となることが理想であり、多くの試行錯誤が繰り返されている。例えば、カッターホイールの外周縁部に形成されたＶ字形状の刃の稜線部となる刃先を、一定の範囲内の正多角形にするとともに、この正多角形の各辺に対応する刃先を含む刃角度が一定の範囲内となるようにしたものである（特許文献１参照）。

これにより、回転するカッターホイールの多角形の刃先の各頂点でガラス基板に打点衝撃を与えるとともに、各頂点以外ではガラス基板への必要以上の食い込みをなくしてガラス基板に水平クラックが発生するのを防止しようとしている。また、多角形の刃先の各頂点間に切り欠きを形成して直線部をなくすことによって各辺とガラス基板との接触を完全になくし、ガラス基板の水平クラックの発生を更に抑制しようとしている。

また、本願出願人においては、カッターホイールの円周を複数等分した中心角を交角とする２辺で囲まれた各範囲内に所定の刃角度を有する独立した刃が互いに隣接する刃の角度を異にして形成されるようにし、稜線を一定に保ちながら側面の角度を交互に変えることにより、刃を順次変えながらガラス基板への切り込みを深くして垂直クラックを深く形成できるガラス切断用カッターホイールを提案している（特許文献２参照）。
特開２００２−１２１０４０号公報 特開２００６−１０４０２９号公報

上記特許文献１に開示された技術は、スクライブラインの形成時にガラス基板に打点衝撃を与えることであることから、ガラス基板の内部に方向性が特定できない微細なクラック（マイクロクラック）を生じさせる可能性を否定することはできない。そして、このようにして完成されたガラス基板を実装した製品は潜在的な不良要因を内在するものとなり、高品質および高信頼性の製品を実現するためには問題を含んだ手法となる。

また、カッターホイールに求められるスクライブ特性においては、上述したように垂直クラックを如何に深く形成するかという要件が重要である。ところが、回転するカッターホイールの刃にできるだけ荷重が加わらないようにしてガラス基板に刃先を食い込ませなければならないのであるが、食い込みの乏しい上記特許文献１に開示されたカッターホイールで深い垂直クラックを形成することは過度の刃先荷重が必要となり、残留応力がガラス基板に発生することになり、成形品質の低下を招くことにもなる。

さらに、引用文献１のカッターホイールでは、多角形の刃先の各頂点がガラス基板に僅かな接触面積で打点衝撃を与えるようにしていることから、この頂点部分の激しい摩耗は当然予測できるもので、この部分が磨り減った状態になると、打点衝撃も減衰してしまうことから初期の結果を維持することができず、寿命の短いカッターホイールとなる懸念を残すものである。さらに、このカッターホイールによる場合、各頂点による打点が間欠的（ミシン目状）に形成されたスクライブラインとなるため、この部分で分断したガラス基板の端部は凹凸が連続する破断面となることから、破壊強度が低くなることが明らかとなっている。

ところで、一般にガラス基板はその製造過程で表層が先に冷却されて固化し、溶融した内部が後から固化することから、図１３に示すように表面に高い靱性の圧縮応力層が形成され、内部に低い靱性の引張応力層が形成され、この圧縮応力Ｆａと引張応力Ｆｂでバランスが保たれていることが知られている。ガラス基板の内部はこのような応力関係にあることから、図１４に示すように傷Ｃがあると、圧縮応力Ｆａと引張応力Ｆｂのバランスが崩れ易い状態、即ち、引張応力Ｆｂが優勢となり、僅かな衝撃Ｆｃがかかっても脆性破壊が生じて割れてしまう可能性がある。

そこで本発明は、圧縮応力には強いが、引張応力には弱いというガラス基板の性質を利用するようにしたもので、カッターホイールにより連続してスクライブラインが形成されるようにするとともに、このスクライブラインに打点衝撃を与えることによりスクライブラインにおける脆性破壊を助長し、垂直クラックが深く形成されるようにした。これによりカッターホイールに必要以上の刃先荷重を加えることがなくなることから、耐久性が高く長寿命のガラス切断用カッターホイールの提供が可能となるようにした。

そこで本発明は以下に述べる各手段により、上記課題を解決するようにした。即ち、請求項１記載の発明では、円盤形状の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃を有するガラス切断用カッターホイールであり、前記Ｖ字形状の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、且つ、前記刃先の直下の側部に単一または複数の打点凸部を形成する。

請求項２記載の発明では、円盤形状の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃を有するガラス切断用カッターホイールであり、前記Ｖ字形状の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、且つ、ガラス基板にスクライブラインを刻設するとき、該スクライブラインの深さ方向に臨む切欠凹部を前記刃先の直下に形成することにより先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されるようにし、さらに前記厚肉部に打点凸部を形成する。

請求項３記載の発明では、上記請求項１または請求項２記載のガラス切断用カッターホイールにおいて、刃先の直下に形成する打点凸部が複数であって同一円周上に等間隔または不等間隔であるようにする。

請求項４記載の発明では、上記請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたガラス切断用カッターホイールにおいて、超硬合金または焼結ダイヤモンド、或いは単結晶ダイヤモンド・ＰＣＤ・ＣＢＮ、ＰＶＤ・ＣＶＤなどのコーティングを施した素材であるようにする。

本発明のガラス切断用カッターホイールは、円盤形状の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成し、且つ、前記刃先の直下の側部に単一または複数の打点凸部を形成したので、この打点凸部がスクライブラインの溝端部に衝撃を与えることになる。

この結果、スクライブラインのおける脆性破壊が助長され、垂直クラックを深く形成することができる。このように垂直クラックの形成が打点凸部の衝撃により相乗的に行われるようになることから、カッターホイールに必要以上の刃先荷重を加えることがなくなり、耐久性が高く長寿命のカッターホイールとすることができる。

そして、薄肉部と厚肉部が形成されたカッターホイールによる場合において、この薄肉部でスクライブラインが刻設されるときは、ガラス基板の狭い範囲であってスクライブラインに沿う塑性変形領域には刃先が接触しないことから内部歪みの発生を低く抑えることができる。これにより、水平クラックが発生する確率が低くなり、切り屑（カレット）の発生を抑えることができる。また、スクライブラインが同幅の連続した状態となるため、分断処理された端面に凹凸が生じることのない高い成形品質のガラス基板を得ることができる。

以下、本発明の実施態様の例を図に基づいて詳細に説明する。

（第１実施例）
図１は本発明の第１実施例に係るガラス切断用カッターホイールＡの側面図、図２はその断面図、図３は正面図を示す。同各図において、円盤形状のカッターホイールＡの外周縁部に沿ってＶ字形状の刃の稜線部となる刃先１が寸断されることなく連続して形成されている。なお、この刃先１の角度は１５〜１６０°の範囲で任意に設定して定める。なお、このカッターホイールＡは、超硬合金または焼結ダイヤモンド、或いは単結晶ダイヤモンド・ＰＣＤ・ＣＢＮ、ＰＶＤ・ＣＶＤなどのコーティングを施した素材を採用する。

そして、カッターホイールＡの中央部には貫通孔２が形成されており、この貫通孔２に回転軸が挿通され、この回転軸に軸支されてカッターホイールＡが転動することになる。なお、前記構成によらず、回転軸をカッターホイールＡとともに一体に形成するようにしてもよく、あるいはカッターホイールＡの中央部に凹部を形成し、この部分を軸支して転動可能となるようにしてもよい。

さらに、前記刃先１の直下には、模式的に図４に示すようにカッターホイールＡがワークテーブルＴ上に配置されたガラス基板Ｗにスクライブラインを刻設するとき、このスクライブラインの稜線部に当接する打点凸部３を一体に形成する。前記打点凸部３は、単一または複数を刃先１の直下の同一円周上に形成するが等間隔または不等間隔であってもよい。

つぎに、以上ごとく形成された第１実施例によるカッターホイールＡを実際に使用した場合の作用について以下に説明する。まず、図４に示すように図示しないガラススクライバーのカッターヘッドへカッターホイールＡを回転可能に軸着し、ワークテーブルＴ上に配置されたガラス基板Ｗに対してカッターホイールＡの刃先１が所定の深さに食い込むように、ガラス基板とカッターホイールＡのうちの何れか一方または両方を調節することによりガラス基板とカッターホイールＡとの距離を設定する。

そして、ガラス基板ＷとカッターホイールＡのうち何れか一方または両方を所定の速度で移動させながら、カッターホイールＡを転動させてスクライブ処理を行う。なお、このスクライブ処理には、カッターホイールＡに所定の刃先荷重が加えられる。

このようにしてスクライブ処理が開始されると、まず、図５（Ａ）に示すようにカッターホイールＡの打点凸部３が形成されていない部分の刃先１でスクライブラインＳが刻設され、垂直クラックＳａが僅かに形成される。かかる状態においてカッターホイールＡの回転が進み、打点凸部３が図５（Ｂ）に示すようにスクライブラインＳの稜線部Ｓｂに当接する。このとき刃先１は僅かに上昇するが、打点凸部３による打点衝撃Ｆｃが稜線部Ｓｂに加わり、スクライブラインＳを押し広げる方向に作用し、垂直クラックＳａの形成が助長される。

そして、カッターホイールＡの回転が更に進み、打点凸部３が稜線部Ｓｂから離脱すると、この打点凸部３の形成されていない刃先１が図５（Ｃ）に示すようにスクライブラインＳ内に介在すようになる。このとき、僅かに上昇していた刃先１は刃先荷重で押し戻され、このときの荷重衝撃Ｆｄによりスクライブラインは更に押し広げられるとともに、垂直クラックＳａの形成が更に助長される。

このようにスクライブ処理をするようにしたことから、刃先１により刻設される初期のスクライブラインＳが浅いものであっても、打点凸部３による打点衝撃Ｆｃと刃先１による荷重衝撃Ｆｄによりガラス基板ＷのスクライブラインＳの部分に脆性破壊を効果的に誘起することができ、図５（Ａ）〜（Ｃ）の工程が繰り返されて所望の深さに垂直クラックＳａの形成が可能となる。

（第２実施例）
図６は本発明の第２実施例に係るガラス切断用カッターホイールＢの側面図、図７はその断面図、図８は正面図を示す。同各図において、円盤形状のカッターホイールＢの外周縁部に沿ってＶ字形状の刃の稜線部となる刃先１が寸断されることなく連続して形成されている。なお、この刃先１の角度は１５〜１６０°の範囲で任意に定める。なお、実施例２のカッターホイールＢの場合においても、超硬合金または焼結ダイヤモンド、或いは単結晶・ＰＣＤ・ＣＢＮ、ＰＶＤ・ＣＶＤなどのコーティングを施した素材を採用する。

そして、カッターホイールＢの中央部には貫通孔２が形成されており、この貫通孔２に回転軸が挿通され、この回転軸に軸支されてカッターホイールＢが転動することになる。なお、第２実施例による場合も、前記構成によらず、回転軸をカッターホイールＡとともに一体に形成するようにしてもよく、あるいはカッターホイールＡの中央部に凹部を形成し、この部分を軸支して転動可能となるようにしてもよい。

つぎに、前記刃先１の直下には、模式的に図９に示すようにカッターホイールＢがワークテーブルＴ上に配置されたガラス基板Ｗにスクライブラインを刻設するとき、このスクライブラインの深さ方向に臨む複数の切欠凹部４が放電加工などの適宜手段により形成されている。この切欠凹部４は、図１０、図１１に示すようにガラス基板Ｗに刻設されるスクライブラインＳの通常の深さ、即ち、ガラス基板Ｗの表面から刃先１までの深さがｔ１（約３０μ）である場合、刃先１の先端から後退した位置ｔ２からガラス基板Ｗの表面から後退した位置ｔ３を凹陥する範囲に定めて形成する。

このように刃先１の部分に切欠凹部４が形成されることにより、図１１に示すように切欠凹部４が形成された部分は薄肉部１ａとなり、切欠凹部３が形成されていない部分は厚肉部１ｂとなり、この薄肉部１ａと厚肉部１ｂが交互に連続して形成される状態となる。さらに第２実施例においては、前記厚肉部１ｂの中間位置にスクライブラインＳの稜線部Ｓｂに当接する打点凸部３を一体に形成する。

つぎに、以上にように形成された第２実施例によるカッターホイールＢを実際に使用した場合の作用について以下に説明する。まず、図９に示すように図示しないガラススクライバーのカッターヘッドへカッターホイールＢを回転可能に軸着し、ワークテーブルＴ上に配置されたガラス基板Ｗに対してカッターホイールＢの刃先１が所定の深さに食い込むように、ガラス基板とカッターホイールＢのうち一方または両方を調節することによりガラス基板とカッターホイールＢとの距離を設定する。

そして、ガラス基板ＷとカッターホイールＡのうち何れか一方または両方を所定の速度で移動させながら、カッターホイールＡを転動させてスクライブ処理を行う。なお、このスクライブ処理には、カッターホイールＡに所定の刃先荷重が加えられる。

このようにしてスクライブ処理が開始されると、カッターホイールＢの刃先１がガラス基板Ｗの表面に対し、ある瞬間に最初に接触するのは、薄肉部１ａまたは厚肉部１ｂの何れか一方である。ところが、薄肉部１ａまたは厚肉部１ｂの何れが最初にガラス基板Ｗに接触しようとも、カッターホイールＢの刃先１がガラス基板Ｗの厚み方向の最下点に至るまでは、薄肉部１ａと厚肉部１ｂによるスクライブが交互に繰り返され、刃先１の食い込みの深度を徐々に深くしながらスクライブ処理が進行することになる。

かかるスクライブ処理において、図１２（Ａ）に示すように刃先１の薄肉部１ａがスクライブ処理を行っている状態では、同図に示すように切欠凹部４が逃げ凹部となってスクライブラインＳの溝の稜線部Ｓｂと接触しないことから、刃先１の先端部のみに荷重の全てが集中する状態となる。もし、仮に切欠凹部４が形成されていないと、刃先１のガラス基板Ｗに対する接触面積が大きくなることから、荷重が分散してしまうことになるが、このように荷重を集中させることにより薄肉部１ａによるスクライブが効果的に進行する。

このようにして薄肉部１ａによるスクライブが行われることにより、スクライブラインＳに沿う塑性変形領域に刃先１が接触しないことから、内部歪みの発生を低く抑えることができ、水平クラックの発生を防ぐことができる。そして、薄肉部１ａによりスクライブが行われると、スクライブラインＳの底部に浅い垂直クラックＳａが形成されることになる。

図１２（Ａ）の状態からカッターホイールＢの回転が進むと、図１２（Ｂ）に示すように厚肉部１ｂの平坦面がスクライブラインＳの稜線部Ｓｂに接触し、刃先荷重の全てが稜線部Ｓｂに加わる。これにより稜線部Ｓｂは平坦化されるとともに、垂直クラックＳａの形成が進行する。この状態からカッターホイールＢの回転が更に進むと、厚肉部１ｂの中間位置に形成された打点凸部３が稜線部Ｓｂに図１２（Ｃ）に示すように当接する。このとき刃先１は僅かに上昇するが、打点凸部３による打点衝撃Ｆｃが稜線部Ｓｂに加わり、スクライブラインＳを押し広げる方向に作用し、垂直クラックＳａの形成が助長される。

そして、打点凸部３が稜線部Ｓｂを通過すると、図１２（Ｂ）と同様に厚肉部１ｂに平坦面が稜線部Ｓｂに接触する。このようにして、刃先１の薄肉部１ａ→厚肉部１ｂ→打点凸部３→厚肉部１ｂ→薄肉部１ａという工程が繰り返されることにより、順次ガラス基板Ｗへの食い込みが深くなるので、従来と同等あるいはそれ以下の刃先荷重で従来よりも深い垂直クラックＳｂの形成が可能となる。その結果、スクライブ時にガラス基板Ｗに加わる刃先荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板Ｗに発生することが殆どないことから、水平クラックの発生を抑えることができる。

また、以上から明らかなように、本発明のガラス切断用カッターホイールＡ、Ｂは、その稜線の刃先が寸断された状態のものでないことから、ガラス基板Ｗ上に形成されるスクライブラインＳは同幅の連続したものになるとともに、端面の滑面処理も同時に施されることから高い成形品質のガラス基板とすることができる。

本発明の第１実施例のカッターホイールの側面図である。 本発明の第１実施例のカッターホイールの断面図である。 本発明の第１実施例のカッターホイールの正面図である。 スクライブの状態を説明する模式図である。 スクライブの状態を説明する工程図である。 本発明の第２実施例のカッターホイールの側面図である。 本発明の第２実施例のカッターホイールの断面図である。 本発明の第２実施例のカッターホイールの正面図である。 スクライブの状態を説明する模式図である。 本発明の第２実施例のカッターホイールの要部を説明する拡大図である。 本発明の第２実施例のカッターホイールの要部を説明する拡大図である。 スクライブの状態を説明する工程図である。 ガラス基板の内部の応力関係を説明する図である。 ガラス基板の内部の応力関係を説明する図である。

符号の説明

Ａ・・・・・・カッターホイール
Ｂ・・・・・・カッターホイール
１・・・・・・刃先
１ａ・・・・・薄肉部
１Ｂ・・・・・厚肉部
２・・・・・・貫通孔
３・・・・・・打点凸部
４・・・・・・切欠凹部
Ｗ・・・・・・カラス基板
Ｓ・・・・・・スクライブライン
Ｓａ・・・・・垂直クラック
Ｓｂ・・・・・稜線部

Claims (4)

1. 円盤形状の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃を有するガラス切断用カッターホイールであり、前記Ｖ字形状の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、且つ、前記刃先の直下の側部に単一または複数の打点凸部を形成したことを特徴とするガラス切断用カッターホイール。
2. 円盤形状の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃を有するガラス切断用カッターホイールであり、前記Ｖ字形状の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、且つ、ガラス基板にスクライブラインを刻設するとき、該スクライブラインの深さ方向に臨む切欠凹部を前記刃先の直下に形成することにより先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されるようにし、さらに前記厚肉部に打点凸部を形成したことを特徴とするガラス切断用カッターホイール。
3. 前記刃先の直下に形成する打点凸部が複数であって同一円周上に等間隔または不等間隔であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガラス切断用カッターホイール。
4. 超硬合金または焼結ダイヤモンド、或いは単結晶ダイヤモンド・ＰＣＤ・ＣＢＮ、ＰＶＤ・ＣＶＤなどのコーティングを施した素材としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたガラス切断用カッターホイール。

Images