JP2012071459A

JP2012071459A - スクライビングホイール

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Publication number: JP2012071459A
Application number: JP2010216994A
Authority: JP
Inventors: Haruo Wakayama; 治雄若山; Takahiro Jinushi; 貴裕地主; Tomoki Nakagaki; 智貴中垣
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP5174112B2; KR101287785B1; CN102431098A; TWI457300B; CN102431098B; TW201213256A; KR20120032411A

Abstract

【課題】脆性材料基板を切断するに際し、スクライブ開始時のかかりがよく、交点飛びを防止し、脆性材料の分断面の品質が良好なクライビングホイールを提供すること。
【解決手段】スクライビングホイール１０の円周稜線１１に沿って第１群の溝２１−１〜２１−５を設け、夫々の溝に隣接して第２群の溝２２−１〜２２−５を設ける。第１群の各溝と隣接する第２群の溝との間隔を、脆性材料基板に圧接したときに２つの溝が同時に接することがない間隔とする。これによってかかり性能が良く、端面強度を保持したスクライビングホイールを実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は脆性材料基板に圧接させた状態で転動させて脆性材料基板をスクライブするためのスクライビングホイールに関するものである。

ガラス基板やフラットパネルディスプレイ等の脆性材料基板の製造時には、ガラス基板を所望のラインでスクライブした後ブレイクする。スクライブ工程ではスクライブ装置上に脆性材料基板を載置し、スクライビングホイールを用いてスクライブしてスクライブラインを形成する。

ここでガラス基板をスクライブするときに、ガラス基板に生じるスクライブラインの形成過程について説明する。スクライビングホイールに所定の圧力をかけて転動させた場合に、スクライビングホイールに圧力が加わったラインに沿ってリブマークと呼ばれる断続的な破壊が生じていれば、その下方には所定の深さまでの連続破壊が生じていることが確認できる。このような状態でスクライビングを終えれば、ガラス基板にスクライブラインに沿って開くよう圧力を加えることによって容易にブレイクすることができる。従ってリブマークの有無によってスクライブラインの良否を判断することができる。

さて従来より使用されているスクライビングホイールは、回転軸を共有する二つの円錐台の底部が交わって円周稜線が形成された円板状の部材であり、これを第１の刃先という。このスクライビングホイールをガラス基板に圧接し転動させることによりスクライブラインを形成することができる。

特許文献１には、ガラス基板の表面から垂直方向に板厚に対して相対的に深い垂直クラックを形成することができるスクライビングホイールが提案されている。このスクライビングホイールは、前述した従来のスクライビングホイールの円周稜線に沿って円周方向に、例えば２００〜３００程度の多数の溝及び突起を交互に形成したものである。突起は、円周稜線を所定のピッチおよび深さで切り欠くことによって形成されている。以下このスクライビングホイールを第２の刃先という。

又特許文献１と同様のスクライビングホイールであって、溝の数を大幅に少なく、例えば溝の数を５つとし、円周に等分に配置したスクライビングホイールも開発されている。以下このスクライビングホイールを第３の刃先という。

スクライブ装置を用いてガラス基板を小さい基板に分断する場合、ガラス基板に平行に多数のスクライブラインを形成し、更にこれらのスクライブラインと交差させて格子状にスクライブラインを形成する、いわゆるクロススクライブが行われる。クロススクライブでは、例えば図１に示すように、スクライビングホイールを平行に通過させてスクライブラインＬ１〜Ｌ５を形成し、その後テーブルを９０°回転させてスクライブラインＬ６〜Ｌ１０を形成する。

脆性材料基板をスクライブするスクライブ方法の１つに、スクライブラインＬ６〜Ｌ１０のように脆性材料基板の外側から外側までをスクライブするスクライブ方法がある。これは、スクライビングホイールを脆性材料基板の端より少し外側のポイントにおいて、スクライビングホイールの最下端を脆性材料基板の上面よりも僅かに下方まで降下させる。そしてスクライビングホイールに対して所定の圧力をかけた状態で水平移動させることで脆性材料基板の一方の縁からスクライブを開始し、他方の縁までスクライブするものである。これを以下、外切りスクライブという。外切りスクライブの場合にはスクライブラインが基板の両端に達しているため、スクライブ後のブレイクが容易であるが、スクライブの開始部分で基板に損傷が生じ易いという欠点がある。

又スクライブラインＬ１〜Ｌ５のように、脆性材料基板の内側より内側までをスクライブして外側にはスクライブしないスクライブ方法がある。これは脆性材料基板の縁より少し内側にスクライビングホイールを降下させ、そしてスクライビングホイールに下向きの所定圧力をかけた状態で図中右方向に水平移動させることで、脆性材料基板の内側からスクライブを開始し、他端の内側までスクライブするものである。これを以下、内切りスクライブという。

日本特許第３，０７４，１４３号公報

さて、従来より、第１の刃先を用いてスクライブする場合に、ホイールの転動直後には刃先が基板表面で滑ってスクライブラインが形成されない現象が問題視されており、このような状態は「かかりが悪い」状態といわれていた。一方、第２の刃先によれば「かかりが悪い」状態を回避できるが、第１の刃先を用いてスクライブした場合と比較して、分断後のガラスの端面強度が低くなるという問題があり、ガラスの用途によっては分断後の端面処理を必要とする場合もあった。特に近年は、ガラスの用途の拡大、ガラスの薄板化、製品製造の簡素化の要求の点より、「かかりが悪い」状態を回避しつつ、第１の刃先を用いてスクライブした場合と同等の端面強度を得られる技術が求められている。

かかりが悪い場合には、外切りスクライブは可能であっても内切りスクライブができなくなることが多い。またクロススクライブすると、交点付近でスクライブラインが連続しない、いわゆる「交点飛び」が発生する問題があった。例えば図１において、スクライブラインＬ１〜Ｌ５を形成した後、テーブルを回転させスクライブラインＬ６〜Ｌ１０を形成すると、スクライブラインの交点でリブマークが終了してしまい、部分的にスクライブラインが形成されない交点飛び現象が発生する場合がある。

この原因は以下のように考えられている。すなわち、スクライブラインを最初に形成したとき、スクライブラインを挟んで両側のガラス表面付近に内部応力が生じる。次いで、既に形成されたスクライブラインをスクライビングホイールが直角に通過するとき、その付近に潜在する内部応力によりスクライビングホイールからガラス基板面に垂直方向に加えられる力が削がれてしまう。そのため、交点付近で後から形成されるべきスクライブラインが形成されないものと考えられる。

交点飛びがガラス基板に発生すると、ガラス基板は予定していたスクライブライン通りに分離されないため不良品が発生し、生産効率を低下させるといった問題があった。

また、携帯電話等に用いられるガラス基板では、軽量化のため厚みが薄くなっている。厚さが薄い基板に対して外切りスクライブを行うと、スクライビングホイールの基板への乗り上げ時に基板の端面エッジに与える衝撃でエッジに欠けが発生したり、基板自身が割れてしまうので製品の歩留まりが低下する。

そこで薄いガラス基板ではエッジに欠けが発生しないように、内切りスクライブが要求される。しかし従来の第１の刃先では、かかりが悪いため内切りではスクライブラインが形成できない場合もあった。

一方、特許文献1に記載の第２の刃先は、「かかりの良い」刃先であり、スクライビングホイールの転動直後からスクライブラインを形成することができる。従って第２の刃先を用いることにより、内切りスクライブすることができ、クロススクライブにおいても交点飛びを防止することができる。

フラットパネルディスプレイ等で要求されるガラス基板の端面強度については、第２の刃先は第１の刃先より端面強度が劣るという問題があった。端面強度はスクライビングホイールの周囲に形成される溝の数に依存しており、溝の数が大きくなれば強度が低下する。従って例えば溝の数を３００とすると、端面強度が大幅に低下してしまう。

又第３の刃先を用いてスクライブすると、端面強度は従来の第１の刃先とほぼ同等の結果が得られるが、かかり性能が第２の刃先より劣るという欠点がある。

そこで脆性材料基板の種類にかかわらずかかりがよく、交点飛びが発生しにくい刃先であって端面強度が第１の刃先と同等程度の品質が確保できる刃先が求められている。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、脆性材料基板を切断するに際し、スクライブ開始時のかかりがよく、交点飛びを防止し、脆性材料の分断面の品質（端面強度）が良好なスクライブ性能を発揮するスクライビングホイールを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールは、回転軸を共有する２つの円錐台の底部が交わって円錐稜線が形成された外周縁部を有し、脆性材料基板をスクライブする円板状のスクライビングホイールであって、前記円周稜線に沿って複数の溝が形成されており、各溝は、スクライビングホイールを用いてスクライブするときに脆性材料基板に同時に接することがない間隔で且つ１００μｍ以上の間隔で形成されており、隣接する２つの溝の間隔が１００〜４００μｍの部分が少なくとも１箇所存在し、隣接する２つの溝が１００〜４００μｍである一組の溝が２箇所以上存在する場合は各組の溝の間隔は１００００μｍ以内であるものである。また、前記円周稜線に沿って形成された所定数の第１群の溝と、前記第１群の夫々の溝から同一回転方向に隣接する位置に夫々形成された第２群の溝と、を有し、前記第１群の溝に隣接する第２群の夫々の溝は、スクライビングホイールを用いてスクライブするときに脆性材料基板に第１群の溝と同時に接することがない間隔で、且つ一方の側の第１群の溝との間隔は１００〜４００μｍに設定され、他方の側の第１群の溝との間隔は８００〜１００００μｍに設定されたものである。

ここで前記第１群の溝の溝数及び前記第２群の溝の溝数は夫々５以内としてもよい。

ここで前記第１群、第２群の溝の数は夫々５であり、各第１群の溝と、当該溝に最も近く隣接する第２群の溝のピッチを１００〜４００μｍとしてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、第１の刃先と同等程度の端面強度を得ることができ、第２の刃先と同等のかかり性能を得ることができる。従って薄い脆性材料基板であっても内切りスクライブをすることができ、又クロススクライブをする場合も交点飛びが生じることがなく、好適に使用することができる。

図１は従来のスクライビングホイールを用いてクロススクライブをする状態を示す平面図である。図２は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの正面図である。図３は本実施の形態によるスクライブ装置の側面図である。図４は本実施の形態によるスクライビングホイールの正面の部分拡大図である。

本発明において加工の対象となる脆性材料基板としては、形態、材質、用途および大きさについて特に限定されるものではなく、単板からなる基板または２枚以上の単板を貼り合わせた貼合せ基板であってもよく、これらの表面または内部に薄膜あるいは半導体材料を付着させたり、含ませたりされたものであってもよい。また脆性材料基板の材質としては、ガラス、セラミックス、半導体（シリコン等）、サファイヤ等が挙げられ、その用途としては液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル、表面電界ディスプレイ（SED）用パネル等の電界放出ディスプレイ（FED）用パネル等のフラットパネルディスプレイ用のパネルが挙げられる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図２は本実施の形態のスクライビングホイール１０の回転軸から見た正面図であり、図３はその側面図である。本実施の形態のスクライビングホイール１０は、例えば、従来のスクライブ装置のスクライブヘッドに装着して用いられる。

図２及び図３に示すように、スクライビングホイール１０は、回転軸１２を共有する二つの円錐台１３の底部が交わって円周稜線１１が形成された外周縁部１４と、円周稜線１１に沿って円周方向に形成された複数の溝を有する円板状の部材である。溝の詳細については後述する。スクライビングホイール１０は、スクライビングホイール１０を軸支するためピンを貫通させる軸孔１５を有している。スクライビングホイール１０は、円板の外周縁部１４に軸心から半径方向に向かって研削加工を施すことによって円周稜線１１を形成することができ、収束角度をαとする。スクライビングホイール１０の材質は、超硬合金、焼結ダイヤモンド、セラミックスあるいはサーメットが好ましい。

さて本実施の形態においては、前述した第３の刃先と同様に、全周を５分割して等間隔に溝２１−１，２１−２，２１−３，２１−４，２１−５を形成する。以下ではこれらの溝を第１群の溝２１とする。そして第１群の溝に対し同一の回転方向に隣接して、夫々１つの溝２２−１，２２−２，２２−３，２２−４及び２２−５を形成する。これらの溝を第２群の溝２２という。ここで第１群と第２群の隣接する２つの溝は夫々一組の溝を構成する。即ち溝２１−ｉと２２−ｉ（ｉ＝１〜５）は夫々一組の溝とする。

図４は溝２１−１と２２−１から成る一組の溝を示す部分拡大図である。これらの２つの溝の間隔は、一方の溝が脆性材料基板に接したときに、他方の溝は同時には脆性材料基板に接することがない間隔の中で最小のピッチＰとするのがよい。第１群と第２群に属する他の隣接する２つの溝の間隔も同一とする。即ちスクライビングホイールを脆性材料基板に圧接すると、その円周稜線１１の一部分が基板に食い込む状態となるが、このときスクライビングホイール１０の隣接する２つの溝、例えば２１−１と２２−１とが同時に接することがない間隔とする。尚これらの溝２１，２２は、平坦な円周稜線１１から概略Ｖ字状の溝を深さｈで切り欠くことにより形成されている。こうすればスクライブするときに確実に亀裂を継続させ、第１の刃先のガラス破壊強度を維持しながらかかり性能を向上させたスクライビングホイールを実現することができる。ここで、第１群の溝と隣接する第２群の溝との間隔が小さく、同時に脆性材料基板に接する間隔であると、「かかりの悪い」状態を回避するための効果が低く、且つ分断後の脆性材料基板の端面強度が低下する傾向がある。溝による「かかりの悪い」状態を回避する効果は溝が脆性材料基板に接触しはじめる際の作用の寄与が大きいと考えられるところ、同時に接する間隔であると、第１群の溝が接している間に第２群の溝が接しはじめることになり、第２群の溝の作用が第１の溝の作用によって減殺されることになるため、「かかりの悪い」状態を回避する効果が低くなるものと考えられる。また、溝の間隔が短く、同時に接するような状態では脆性材料基板の端面強度に悪影響を与え易いものと考えられる。一方、第１群の溝と隣接する第２群の溝との間隔が大きすぎると、脆性材料基板の端面強度の低下は抑制されるが、「かかりの悪い」状態を回避することができなくなる。

ここで第１群の溝と第２群の溝の間隔の具体例について説明する。例えばスクライビングホイールの直径を２ｍｍφとすると、その円周稜線１１の全周は６．２８ｍｍとなる。そしてスクライビングホイールを脆性材料基板に圧接し、２μｍだけ刃先を基板に食い込ませるものとすると、この間隔は少なくとも１２６．４μｍとなる。このうちピッチＰは１２６．４μｍ〜４００μｍが好ましい。又隣接する２組の溝の間隔は４００〜１００００μｍとし、好ましくは８００〜１００００μｍとする。例えば図１において溝２２−１と２１−２の間隔は８００〜１００００μｍとする。

ここで第１の溝と第２の溝の間隔の他の具体例について説明する。例えばスクライビングホイールの直径を３ｍｍφとすると、その円周稜線１１の全周は９．４２ｍｍとなる。そしてスクライビングホイールを脆性材料基板に圧接し、２μｍだけ刃先を基板に食い込ませるものとすると、この間隔は少なくとも１３５．６μｍとなる。このうちピッチＰは１３５．６μｍ〜４００μｍが好ましい。

スクライビングホイールは、例えばホイールの外径が１〜２０ｍｍ、溝２１，２２の深さが０．５〜５μｍであり、円周稜線１１の収束角度が８５〜１４０°である。より好ましいスクライビングホイールは、ホイールの外径が１〜５ｍｍ、溝２１，２２の深さが１〜３μｍであり、円周稜線１１の収束角度が１００〜１３０°である。一般に、切り欠きの深さの深いスクライビングホイールを使用することにより、脆性材料に対するかかり（特にクロススクライブ時の交点とびの少なさ）が良好になる傾向があり、溝の浅いスクライビングホイールを使用することにより、脆性材料の分断面の品質（端面強度）が向上する傾向がある。従ってこのバランスを保つように溝の深さを決定する。具体的には、溝の深さは例えば１〜３μｍであることが好ましい。

上記の実施の形態では、スクライビングホイールを軸支するため軸孔１５を有するスクライビングホイール１０を例示したが、ピンが一体的に形成された一体型のスクライビングホイールであってもよい。こうすれば回転精度が高く摺動抵抗も少なくできるので、安定した回転が得られ、刃先としての寿命が長い。

尚本実施の形態では第１群の溝の数及び第２群の溝の数をそれぞれ５としているが、この数はスクライビングホイールの直径に応じて決定することができる。端面強度を第１の刃先と同等に保つためには溝の数は少ない方が好ましいが、一方スクライブを開始する際にスクライビングホイールをガラス基板に圧接した位置と実際にスクライブラインが形成される位置との許容誤差を少なくするためには、多い方が好ましい。従ってこれらのバランスをとって溝数は決定されるが、直径３ｍｍφ以下では溝数は５以下が好ましい。

本発明によるスクライビングホイールは、スクライブ装置のスクライブヘッドの先端に用いて脆性材料基板をスクライブするために用いることができる。又本発明によるスクライビングホイールは、柄の先に設けたホルダーに回転自在に軸着した手動スクライブ工具にも用いることができる。

１０スクライビングホイール
１１円周稜線
１２回転軸
１３円錐台
１４外周縁部
１５軸孔
２１−１，２１−２，２１−３，２１−４，２１−５第１群の溝
２２−１，２２−２，２２−３，２２−４，２２−５第２群の溝

Claims

回転軸を共有する２つの円錐台の底部が交わって円錐稜線が形成された外周縁部を有し、脆性材料基板をスクライブする円板状のスクライビングホイールであって、
前記円周稜線に沿って複数の溝が形成されており、
各溝は、スクライビングホイールを用いてスクライブするときに脆性材料基板に同時に接することがない間隔で且つ１００μｍ以上の間隔で形成されており、
隣接する２つの溝の間隔が１００〜４００μｍの部分が少なくとも１箇所存在し、隣接する２つの溝が１００〜４００μｍである一組の溝が２箇所以上存在する場合は各組の溝の間隔は１００００μｍ以内であるスクライビングホイール。
前記円周稜線に沿って形成された所定数の第１群の溝と、
前記第１群の夫々の溝から同一回転方向に隣接する位置に夫々形成された第２群の溝と、を有し、
前記第１群の溝に隣接する第２群の夫々の溝は、スクライビングホイールを用いてスクライブするときに脆性材料基板に第１群の溝と同時に接することがない間隔で、且つ一方の側の第１群の溝との間隔は１００〜４００μｍに設定され、他方の側の第１群の溝との間隔は８００〜１００００μｍに設定されたスクライビングホイール。
前記第１群の溝の溝数及び前記第２群の溝の溝数は夫々５以内である請求項２記載のスクライビングホイール。
前記第１群、第２群の溝の数は夫々５であり、各第１群の溝と、当該溝に最も近く隣接する第２群の溝のピッチを１００〜４００μｍとした請求項３記載のスクライビングホイール。