JP2013095642A - 強化ガラス基板のスクライブ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工困難な強化ガラス製のガラス基板であっても、内切りで確実にスクライブラインを形成することができるスクライブ方法を提供する。
【解決手段】 基板Ｍの一端縁より内側に入り込んだ位置で、点状の尖端または線状の尖端を有するけがき部材１１を、基板Ｍに対し上方から下降するようにして衝突させて衝突痕を形成することで基板Ｍ表面の圧縮応力層を剥離し、当該衝突痕をスクライブの起点となるトリガ溝Ｔ_１として形成する剥離工程と、カッターホイール１２をトリガ溝に当接して圧接転動させることによりスクライブラインＳを形成するスクライブ工程とによるスクライブを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、強化ガラス製のガラス基板のスクライブ方法に関する。
ここで、「強化ガラス」とは、製造工程中におけるイオン交換による化学的処理により、ガラス基板の基板表面層（基板表面から深さが５μｍ〜５０μｍ程度）に圧縮応力が残留する圧縮応力層が形成され、基板内部に引張応力が残留するように製造されたガラスをいう。
強化ガラスの特徴は、圧縮応力層の影響で外力に対し割れにくい性質を有する反面、一旦、基板表面に亀裂が生じて残留引張応力が存在する基板内部まで進むと、今度は逆に亀裂が深く浸透しやすくなる性質を有している。

一般にガラス基板を分断する加工では、まず基板表面に有限深さのスクライブラインを形成し、その後、基板の裏側からスクライブラインに沿ってブレイクバーやブレイクローラで押圧することによりブレイクする方法が採用されている。
前者のスクライブラインを形成する工程では、基板表面に対して円盤状のカッターホイール（スクライビングホイールともいう）を圧接転動させることによりスクライブする方法が知られており、例えば特許文献１などで開示されている。

図１０は、ガラス製の基板Ｍ（マザー基板）を、それぞれが製品となる単位基板に分断するときに行われるクロススクライブ加工を示している。まず基板Ｍの表面に対してカッターホイールでＸ方向のスクライブラインＳ_１を形成し、次いで、Ｘ方向と交差するＹ方向のスクライブラインＳ_２を形成する。このようにＸ−Ｙ方向に交差した複数のスクライブラインを形成したあと、基板Ｍはブレイク装置に送られ、各スクライブラインに沿って裏面側から撓ませることにより、単位基板に分断される。

ところで、ガラス基板をカッターホイールでスクライブする方法には、「外切り」と「内切り」とがある。基板の種類や用途によって、外切りと内切りとを選択的に使い分けることができるようにしたスクライブ装置が開示されている（特許文献２参照）。

前者の外切りは、図１１（ａ）に示すように、カッターホイールの最下端を基板Ｍの表面（上面）より僅かに下方まで降下した状態で、基板Ｍの片側端部の外側位置（スクライブ開始位置Ｐ１）にセットする。そしてセットした位置から水平移動させ、基板Ｍ端部に衝突させて乗り上げ、さらに所定のスクライブ圧で押圧しながら、カッターホイールを水平移動させるようにしてスクライブを行う。

外切りでは、基板Ｍ端部でカッターホイールがスリップする問題は発生せず、形成されるスクライブラインは基板Ｍの端部まで達しているため、次工程でのブレイクが容易かつ正確に行える。その一方で、刃先が基板Ｍ端部に衝突するので、基板Ｍ端部にカケが生じ、基板Ｍ内部の引張応力の影響で端部からフルカットされてしまうおそれがあり、また、カッターホイールもエッジ部分との衝突で消耗しやすい。

後者の内切りは、図１１（ｂ）に示すように、基板Ｍの端縁から２ｍｍ〜１０ｍｍ程度内側（スクライブ開始位置Ｑ１）にてカッターホイールを上方から下降させて基板Ｍに所定のスクライブ圧で当接させ、押圧しながらカッターホイールを水平移動させるようにしてスクライブを行う。

内切りでは、カッターホイールが基板Ｍ端部のエッジ部分と衝突するようなことがないため、基板Ｍ端部にカケが生じるおそれはなく、刃先の消耗についても外切りに比べて抑えることができる。しかし、基板Ｍ端部からスクライブ開始位置Ｑ１までは、スクライブラインが形成されていないため外切りに比べるとブレイクが難しくなる傾向がある。また、カッターホイールが基板Ｍに当接した状態から水平方向に移動させるときに刃先の食い込みが悪くスリップしてしまい、スクライブできない場合がある。
このように、外切りと内切りとは、それぞれ長所短所を有しているため、基板の種類や用途によって、外切りと内切りとを使い分けている。

特許第３０７４１４３号公報 特開２００９−２０８２３７号公報

近年、携帯電話等のカバーガラス等に使用されるガラス製品のなかには、いわゆる強化ガラス（化学強化ガラスともいう）と呼ばれるガラスの使用が望まれている。上述したように、強化ガラスは、基板表面層に圧縮応力が残留するようにして製造されており、これによりガラスの板厚が薄いにもかかわらず、割れにくいガラスが得られる。

したがって強化ガラスを用いると、薄くて軽く、しかも丈夫なカバーガラスが製造できる点で優れている。その一方で、カバーガラスにするには、大面積のマザー基板から所望の大きさ、所望の形状の単位製品に切り出す加工が必要になる。

ところが、強化ガラスに対し、外切りでスクライブラインを形成した場合、基板端部で刃先が衝突する際に表面圧縮応力層より深くスクライブされると、基板内部の残留引張応力の影響を受け、一挙に完全分断されてしまう不具合が発生してしまうおそれがある。
そのため、強化ガラスでは、外切りよりも内切りでのスクライブの方が好ましいと考えられる。

しかしながら、内切りでスクライブしようとしても、刃先を当接させたときに、強化ガラスであるが故に、基板表面層の残留圧縮応力の影響で、刃先が基板表面に食い込みにくく、基板への刃先のかかりが非常に悪いため、スリップが生じてしまい、スクライブすることができなかった。そのため、かえってスクライブ加工が困難となるという問題が生じることになった。

このように、強化ガラスに対しては、従来から使用されているソーダガラス基板に対するスクライブ加工とは異なり、外切りによっても、また内切りによっても、うまくスクライブラインを形成することが困難であった。この傾向は、基板表面の圧縮応力層が厚くて残留応力が大きい基板ほど顕著になる。

そこで、本発明は、加工困難な強化ガラス製のガラス基板であっても、内切りで確実にスクライブラインを形成することができるスクライブ方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明では次のような技術的手段を講じた。
すなわち、本発明のスクライブ方法では、基板表面に圧縮応力層が形成された強化ガラス基板に対し、スクライブラインを形成する強化ガラス基板のスクライブ方法であって、
（ａ）基板の一端縁より内側に入り込んだ位置で、点状の尖端または線状の尖端を有するけがき部材を、基板に対し上方から下降するようにして衝突させて衝突痕を形成することで基板表面の圧縮応力層を剥離し、当該衝突痕をスクライブの起点となるトリガ溝として形成する剥離工程と、
（ｂ）カッターホイールをトリガ溝に当接して圧接転動させることによりスクライブラインを形成するスクライブ工程とからなるようにしている。

本発明のスクライブ方法によれば、基板の一端縁より内側に入り込んだ位置から「内切り」を行う際に、まず、基板に対し上方からけがき部材を下降するようにして衝突させて衝突痕を形成する。使用するけがき部材の当接部分が点状の尖端であれば、点状の微小な衝突痕が形成され、線状の尖端であれば、線状の微小な衝突痕が形成される。衝突時に表面に加える圧力は、あらかじめ同じ材質のダミー基板で最適化することにより、衝突時の圧力が強すぎていきなりブレイクされてしまわないように、また、弱すぎて衝突痕が形成できなくならないようにすることで、衝突痕を確実に形成することができる。衝突痕の形成により、基板表面の圧縮応力層を剥離することができるので、衝突痕の部分をスクライブの起点であるトリガ溝とする。そして、形成されたトリガ溝にカッターホイールを当接させて所定のスクライブ圧をかけながら転動させることにより、スリップすることなくスクライブラインを形成することができる。

本発明によれば、これまでカッターホイールでは内切りでのスクライブラインの形成が困難であった強化ガラスを、尖端がスリップすることもなく、基板がブレイクされてしまうこともなく、カッターホイールを用いて有限深さのスクライブラインを形成することができるようになる。

ここで、けがき部材は先端が尖ったポインタ（例えばダイヤポインタ、超硬合金製ポインタなど）、または、先端に直刃が形成された固定刃（例えば超硬合金製の直刃カッタなど）を用いてもよいし、カッターホイールのような回転刃であってもよい。ポインタでは点状の衝突痕を形成することができ、固定刃であれば刃先長さに対応した線状の衝突痕を形成することができる。また、カッターホイールでは、ホイールの稜線に沿った線状の衝突痕を形成することができる。なおカッターホイールの場合は、次工程のスクライブに用いるカッターホイールと兼用することもできる。

剥離工程において、けがき部材を衝突痕から水平に移動させることにより１ｍｍ〜３ｍｍの長さのトリガ溝に拡張、拡大するようにしてもよい。けがき部材を衝突痕から水平に移動させることによりトリガ溝を拡張することができ、これにより位置合わせが容易になるので、次工程でのスクライブの際のトリガ溝としての使用が容易になる。

衝突痕の深さが圧縮応力層の厚さより小さくなるように、けがき部材を衝突させるのが好ましい。圧縮応力層の厚さ（通常５μｍから５０μｍ程度）の情報は、あらかじめ基板メーカから入手できるので、予備実験で衝突圧と衝突痕の深さとの関係を求め、圧縮応力層の厚さ情報を参照して、適切な衝突圧に調整することで、圧縮応力層の厚さよりも衝突痕が浅くなるようにけがき部材を衝突させる。これにより、圧縮層だけを剥離させることができ、誤ってブレイクしてしまう不具合の発生を確実に防止できる。

本発明のスクライブ方法に用いるスクライブ装置の一実施例を示す正面図。 図１のダイヤポインタの一例を示す拡大図。 図１のカッターホイールを示す正面図および左側面図。 図１のスクライブ装置によるスクライブ方法の手順を示す平面図。 本発明のスクライブ方法に用いるスクライブ装置の他の一例を示す正面図。 図５における固定刃を示す図。 図５のスクライブ装置によるスクライブ方法の手順を示す平面図。 本発明のスクライブ方法に用いるスクライブ装置のさらに他の一例を示す正面図。 図８のスクライブ装置によるスクライブ方法の手順を示す平面図。 マザー基板のクロススクライブ加工を示す図。 カッターホイールによる従来のスクライブ方法を示す図。

（実施形態１）
以下において本発明に係るスクライブ方法の詳細を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明方法を実施する際に用いるスクライブ装置の一例を示す正面図である。スクライブ装置ＳＣ１では、けがき部材としてダイヤポインタを用いる。
スクライブ装置ＳＣ１は、強化ガラス基板Ｍを上面に保持するとともに、水平方向の回転機構を有するテーブル４と、このテーブル４を一方向（紙面に垂直方向）に移動可能に保持するレール５と、テーブル４の上方でレール５と直交する方向（図１の左右方向）に橋架されたガイドバー６とを備えている。
このガイドバー６には、水平方向に移動可能に設けられた２基のスクライブヘッド７ａ、７ｂと、スクライブヘッド７ａ、７ｂの下端に昇降可能に装着されたホルダ８ａ、８ｂとを備えている。このうち、一方のホルダ８ａには衝突痕を形成するためのけがき部材であるダイヤポインタ１１が取り付けられ、他方のホルダ８ｂにはカッターホイール１２が取り付けられている。

図２はダイヤポインタ１１の一例を示す拡大図である。ダイヤポインタ１１は片端が円錐形状に成形された円柱ロッド１１ａの先端に、先端を尖らせたダイヤ片１１ｂが固定してあり、このダイヤ片１１ｂを強化ガラス基板Ｍに衝突させることで点状の衝突痕が形成されるようにしてある。

図３はカッターホイール１２の一例を示す図である。直径２ｍｍ〜６ｍｍ程度の超硬合金製の円盤ディスク１２ａに刃先となる稜線１２ｂが形成されている。なお、本実施例では、稜線に溝が形成されていない溝無しホイール（ノーマルホイールともいう）を使用しているが、稜線に溝が形成された溝付きホイール（例えば三星ダイヤモンド工業株式会社製のアピオ（ＡＰＩＯ（登録商標））カッターホイール）を用いてもよい。

次に、このスクライブ装置ＳＣ１を用いたスクライブ方法を説明する。
まず図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板Ｍに想定したスクライブ予定ライン上で、基板Ｍの一端縁より内側（例えば３ｍｍ内側）に入り込んだ箇所にダイヤポインタ１１を、あらかじめ予備実験で求めた衝突圧で、上からガラス基板Ｍの表面を軽く打ちつけるように降下させ、その後、上昇させることにより、点状の衝突痕Ｔ_１を形成する。この衝突痕は次工程でスクライブの起点として用いるので、「トリガ溝Ｔ_１」とも呼ぶ。衝突痕Ｔ_１を大きくするときは、続いて図４（ｄ）に示すように、ダイヤポインタ１１を衝突痕Ｔ_１に再び当接させてスクライブ予定ラインの方向に水平移動させて拡張し、長さが１ｍｍ〜３ｍｍ程度のトリガ溝Ｔ_１’とする。拡張したトリガ溝Ｔ_１’を形成することにより、カッターホイール１２の刃先が合わせやすくなる。

次いで、図４（ｅ）に示すように、カッターホイール１２を、トリガ溝Ｔ_１’を形成した位置に降下させて当接し、図４（ｆ）で示すように、スクライブ予定ラインに沿って圧接しながら転動させることにより、スクライブラインＳを形成する。すなわち、上述した内切りの手法によってスクライブラインＳを形成する。カッターホイール１２は、あらかじめ形成してあるトリガ溝Ｔ_１’に食い込むことができるので、スリップすることなくスクライブラインＳを形成することができる。

（実施形態２）
図５は、本発明方法を実施する際に用いるスクライブ装置の他の一例を示す概略的な正面図である。なお、図１と同じ部分については同符号を付すことにより、説明を省略する。このスクライブ装置ＳＣ２では、けがき部材として直刃の固定刃１３を用いる。
図６（ａ）は、固定刃１３の正面図、図６（ｂ）は側面図である。固定刃１３は超硬合金の円柱ロッド１３ａの片側端に、直刃１３ｂが形成してある。直刃１３ｂの刃先長さａは１ｍｍ〜３ｍｍにしてあり、刃先を基板Ｍに衝突させると、刃先長さａの直線状の衝突痕Ｔ_２が形成される（図７参照）。なお、直刃１３ｂの刃先長さａを短くし、上述した実施形態１と同様に、衝突後に直刃１３ｂの刃先を当接した状態で水平移動することにより衝突痕を拡張するようにして１ｍｍ〜３ｍｍにしてもよい。このようにして形成された衝突痕Ｔ_２は、トリガ溝Ｔ_２を形成することになる。
次に、このスクライブ装置ＳＣ２を用いたスクライブ方法を説明する。

まず図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板Ｍに想定したスクライブ予定ライン上で、基板Ｍの一端縁より内側に入り込んだ箇所に固定刃１３を、上からガラス基板Ｍの表面を軽く打ちつけるように降下させ、そのあと上昇させることにより、直線状の衝突痕Ｔ_２（トリガ溝Ｔ_２）を形成する。ここでは長さが２ｍｍ程度のトリガ溝Ｔ_２が形成されたものとする。

次いで、図７（ｄ）に示すように、カッターホイール１２を、トリガ溝Ｔ_２を形成した位置にカッターホイール１２を降下させて当接し、図７（ｅ）で示すように、スクライブ予定ラインに沿って圧接しながら転動させることにより、スクライブラインＳを形成する。すなわち、上述した内切りの手法によってスクライブラインＳを形成する。カッターホイール１２は、あらかじめ形成してあるトリガ溝Ｔ_２に食い込むことができるので、スリップすることなくスクライブラインＳを形成することができる。

（実施形態３）
図８は、本発明方法を実施する際に用いるスクライブ装置のさらに他の一例を示す概略的な正面図である。なお、図１と同じ部分については同符号を付すことにより、説明を省略する。このスクライブ装置ＳＣ３では、けがき部材として、図３で示したカッターホイール１２を用いる。すなわち、衝突痕を形成するけがき部材として、カッターホイール１２を兼用する。
そのため、ガイドバー６には、図１におけるスクライブヘッド７ｂだけが用いられ、図１におけるスクライブヘッド７ａ、および、これに装着されるホルダ８ａ、けがき部材１１、１３（図１，５参照）は取り付けられていない。

次に、このスクライブ装置ＳＣ３を用いたスクライブ方法を説明する。
まず図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、基板Ｍに想定したスクライブ予定ライン上で、基板Ｍの一端縁より内側に入り込んだ箇所にカッターホイール１２を、上からガラス基板Ｍの表面を軽く打ちつけるように降下させ、そのあと上昇させることにより、稜線に対応した線状の衝突痕Ｔ_３（トリガ溝Ｔ_３）を形成する。ここでは長さが２ｍｍ程度のトリガ溝Ｔ_３が形成されたものとする。

次いで、図９（ｄ）に示すように、カッターホイール１２を、トリガ溝Ｔ_３を形成した位置に再び降下させて当接し、図９（ｅ）で示すように、スクライブ予定ラインに沿って圧接しながら転動させることにより、スクライブラインＳを形成する。すなわち、上述した内切りの手法によってスクライブラインＳを形成する。カッターホイール１２は、あらかじめ形成してあるトリガ溝Ｔ_３に食い込むことができるので、スリップすることなくスクライブラインＳを形成することができる。

以上の実施形態では、スクライブラインを一つ形成する例で説明したが、平行に複数本形成したり、ＸＹ方向に交差するスクライブラインを形成したりする場合にも適用することができる。
また、上記実施形態では、カッターホイール１２に溝無しホイールを用いたが、溝付きホイールにしてもよい。溝付きホイールを用いることによりさらに食いつきがよくなる。
上記実施形態では、衝突痕であるトリガ溝を形成したが、衝突痕を設けた位置は基板の端縁近傍であるため、この部分を端材領域としておき、最終的には端材として廃棄するようにすれば、製品には衝突痕がついていないので衝突痕による問題は発生しない。
その他本発明では、その目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明のスクライブ方法は、強化ガラス基板をスクライブする場合に利用することができる。

Ｍ 基板
Ｓ スクライブライン
Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３ 衝突痕（トリガ溝）
１１ ダイヤポインタ
１２ カッターホイール
１３ 固定刃

Claims (5)

1. 基板表面に圧縮応力層が形成されている強化ガラス基板に対し、スクライブラインを形成する強化ガラス基板のスクライブ方法であって、
   （ａ）前記基板の一端縁より内側に入り込んだ位置で、点状の尖端または線状の尖端を有するけがき部材を、前記基板に対し上方から下降するようにして衝突させて衝突痕を形成することで基板表面の圧縮応力層を剥離し、当該衝突痕をスクライブの起点となるトリガ溝として形成する剥離工程と、
   （ｂ）カッターホイールを前記トリガ溝に当接して圧接転動させることによりスクライブラインを形成するスクライブ工程とからなる強化ガラス基板のスクライブ方法。
2. 前記けがき部材は、先端が尖ったポインタ、または、先端に直刃が形成された固定刃である請求項１に記載の強化ガラスのスクライブ方法。
3. 前記けがき部材がカッターホイールである請求項１に記載の強化ガラスのスクライブ方法。
4. 前記剥離工程において、前記けがき部材を前記衝突痕から水平に移動させることにより１ｍｍ〜３ｍｍの長さのトリガ溝に拡大する請求項１または２に記載の強化ガラスのスクライブ方法。
5. 衝突痕の深さが圧縮応力層の厚さより小さくなるようにけがき部材を衝突させる請求項１〜請求項４のいずれかに記載の強化ガラスのスクライブ方法。

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