JP2015009332A - 脆性材料基板のブレイク工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板の表面に形成されたスクライブラインに沿って手作業できれいにブレイクすることができるとともに、スクライブラインに沿って基板内部に浸透するクラックの浸透が浅い基板やスクライブラインのピッチが狭い基板であっても、確実にブレイクできるブレイク工具を提供する。
【解決手段】 表面に基板Ｗの一端部分Ｗ’を挿入する凹溝３を備えた受治具１と、基板Ｗの分断すべきスクライブラインを含む一端部分Ｗ’を突出させた状態で基板Ｗを挟み込んで保持する挟み込み治具２とからなり、挟み込み治具２は、基板Ｗを挟み込む間隔を隔てて平行姿勢で組み付けられた第一板材８及び第二板材９と、これらの両板材８、９と基板Ｗとの間に介在する板状のクッション部材１１とから形成され、両板材８、９の間隔が調整可能となるように形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミック等の脆性材料基板のブレイク工具に関する。特に本発明は、前段工程でスクライブライン（切溝）が形成された脆性材料基板（以下、単に「基板」という）のブレイク操作を手作業で行う簡易方式のブレイク工具に関する。

従来から、基板の表面にカッターホイール（スクライビングホイールともいう）やレーザービーム等のスクライブ手段を用いて、互いに直交するＸ方向並びにＹ方向のスクライブラインを形成し、その後、当該スクライブラインの反対側の面から外力を印加して基板を撓ませたり、押し曲げたりすることにより、基板を単位基板にブレイクする方法は知られており、例えば、特許文献１や特許文献２、特許文献３等で開示されている。

また、基板をスクライブラインに沿ってブレイクするための手段は、従来から各種のものが知られている。
図５は、一般的に用いられているブレイク方法の一例を示すものである。図５（ａ）に示すように、水平なテーブル２０上にクッションシート２１を挟んで基板Ｗを載置する。この場合、基板のスクライブラインＳが形成されている面が下側となるようにする。そして、基板Ｗの上方からブレイクバー２２を図５（ｂ）に示すように降下させ、基板Ｗを撓ませることによりスクライブラインＳから基板Ｗをブレイクする（特許文献１の図５参照）。

図６は別のブレイク方法を示すものである。この方法では、スクライブラインＳを挟んで基板Ｗを受ける一対の受刃２３、２３を配置し、基板ＷのスクライブラインＳを設けた面とは反対側の面からブレイクバー２４を基板に押し付けることにより基板Ｗを撓ませて、スクライブラインＳから基板をブレイクしている（特許文献２の図３参照）。

図７はさらに別のブレイク方法を示すものである。この方法では、テーブル２５の一端縁から基板Ｗの分断すべき一端部分Ｗａを外側に突き出した状態でテーブル２５上に基板Ｗを載置する。この場合、分断すべきスクライブラインＳは上向きにしてテーブル２４の端縁と一致させておく。そしてブレイクバー２６を降下させて基板Ｗの突き出した部分Ｗａを押下げ、スクライブラインＳから基板をブレイクしている（特許文献３の図１〜３参照）。

上記したブレイク方法では、いずれも基板をテーブル上に保持するための保持手段や、垂直方向に昇降するブレイクバーが不可欠である。このため、ブレイクバーを昇降可能に保持するフレームや昇降させるための駆動源、また、基板をテーブル上に安定保持するための吸引機構や押さえ部材等を必要とするため装置が大型化し、高価なものとなる。また、装置を最初に稼働させる際にはテーブル上での基板の位置決めや送りピッチ、ブレイクバーの押し付け圧力等の動作部の各種初期設定を行わなければならず、少量の基板（すなわち大量生産用ではない規格品以外の基板等）をブレイクするには不向きである。

そこで、特許文献４の第８図に示すような、手作業で基板をブレイクする簡単な工具が提案されている。
このブレイク工具は、本願図８に示すように、台盤２７の表面に複数の凹溝２８を設け、この凹溝２８に基板Ｗの一端部分を差し込んで基板Ｗの上端部分を手で掴み、図８（ｂ）の矢印で示す前後方向に振ることによって凹溝２８近傍位置にあるスクライブラインＳから基板Ｗをブレイクするようにしている。

特開２０１３−０７１３３５号公報 特開２０１３−０７９１７１号公報 特開２００９−２２７５５０号公報 特公平０５−３７０９７号公報

通常、厚みのある板材を折り曲げると、折り曲げ箇所における内角側は圧縮応力がかかるとともに、外角側は引張応力がかかる。上記の図５〜７で示したブレイク方法では、基板をブレイクバーにより撓ませたときに、スクライブラインを設けた面が引張応力のかかる外角側（凸面側）となるようにして、スクライブラインのクラックの浸透を助長し、分断を容易にしている。
しかし、前述した図８のブレイク工具では、基板上端部分を手で掴んで折り曲げるように前後に振ってブレイクするものであるから、基板根元部分にあるスクライブラインには引張応力と圧縮応力が交互に負荷され、スクライブラインが破断限界点に達したときに一挙にブレイクされることになる。このため、基板分断面が乱雑になって、図９（ａ）において符号２９で示す「ソゲ」や、符号３０の「カケ」と呼ばれる現象が発生することがある。
また、基板上端部分を手で掴んで折り曲げるように傾倒させたときに、基板Ｗの左右両端部分にかかる力が不均等になって分断後の基板両端部に図９（ｂ）において符号３１で示す「ツノ」と呼ばれる現象が発生することがある。このような「ソゲ」や「カケ」、「ツノ」はブレイク後の製品の品質を劣化させるため、不良品の原因となる。
さらに、基板上端部分を手で掴んで折り曲げるようにしてブレイクするものであるから、ブレイク時に大きな力を必要とするとともに、狙った所とは別のスクライブラインから分断したり、分離不良（スクライブラインではない部分が割れること）が発生するおそれがある。これらの不具合は、スクライブラインのクラック浸透が浅い基板、またはスクライブラインのピッチが狭い基板ほど顕著になり、例えばスクライブラインのクラック浸透が基板厚みの１０％以下で、かつスクライブラインのピッチが３ｍｍ以下の基板では発生率が高くなって、殆ど実用に供さないといった問題点があった。

そこで本発明は、上記課題を解決し、基板を手できれいにブレイクすることができるとともに、クラック浸透が浅い基板、またはスクライブラインのピッチが狭い基板であっても確実にブレイクすることが可能なブレイク工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決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、本発明のブレイク工具は、表面に基板の一端部分を挿入する凹溝を備えた受治具と、前記基板の分断すべきスクライブラインを含む一端部分を先端から突出させた状態で前記基板を挟み込んで保持する挟み込み治具とからなり、前記挟み込み治具は、前記基板を挟み込む間隔を隔てて平行姿勢で組み付けられた第一板材及び第二板材と、これら板材と前記基板との間に介在する板状のクッション部材とから形成され、前記第一板材と第二板材の間隔が調整可能に形成されている構成とした。
前記挟み込み治具の第一板材と第二板材は調整ネジにより連結され、該調整ネジを操作することにより前記間隔が調整できるようにするのがよい。

本発明では、基板を挟み込み治具の第一板材と第二板材とによって、ブレイクしようとするスクライブラインに沿わせて挟み付け、しっかりと固定することができるため、厚みの薄い基板であっても基板中間部分のスクライブラインから基板が折れたり、分断されたりすることがなくなるとともに、挟み込み治具の先端部を支点として傾倒させることにより、てこの原理を応用して軽い力でブレイクすることができる。
特に本発明では、第一、第二板材と基板との間にクッション部材が介在しているので、基板表面の傷付きを未然に防止することができるとともに、各調整ネジの締め付け力に多少のバラツキがあっても、クッション部材の弾性力を介して基板を確実に挟着保持することができる。これにより基板全面を略均等した力で押し付けて傾倒させることができるので、「ツノ」の発生も抑制することができる。
また、挟み込み治具の先端から突出した基板先端部分のスクライブラインを、挟み込み治具の先端に近接させることにより、挟み込み治具を傾倒させたときの基板への曲げ応力をこのスクライブラインに集約させることができる。これにより、スクライブラインのクラックを基板の厚み方向に垂直に浸透させることができて、分断面に「ソゲ」や「カケ」が発生するのを抑制することができる。また、分断時に亀裂がスクライブラインの延在方向に沿って真っ直ぐに発生し、亀裂が斜めに走ったり蛇行したりすることを抑制することができて、高品質の分断面をもつ単位製品を得ることができるといった効果がある。

本発明において、前記受治具は、前記凹溝の一方の側壁を形成する部材が溝幅方向に移動調整可能に形成され、前記凹溝の底面を形成する部材が凹溝の深さ方向に移動調整可能に形成されている構成とするのがよい。
これにより、分断すべき基板の厚みやスクライブラインのピッチに合わせて凹溝の幅や深さを調整することができて、各種基板のブレイクに利用することができる。

本発明に係るブレイク工具の一実施例を示す斜視図。 図１のブレイク工具の断面図。 図１のブレイク工具を用いた基板のブレイク手順を示す説明図。 図１のブレイク工具によりブレイクされる基板の一例を示す平面図。 従来の一般的なブレイク方法の一例を示す説明図。 従来のブレイク方法の別の例を示す説明図。 従来のブレイク方法のさらに別の例を示す説明図。 従来のブレイク方法のさらに他の例を示す説明図。 ブレイク時に基板分断面に発生する加工不良現象の説明図。

以下において、本発明のブレイク工具を図１〜４に基づいて詳細に説明する。
本発明に係るブレイク工具Ａは、表面に基板Ｗの一端部分を挿入する直線状の凹溝３を備えた受治具１と、基板Ｗの分断すべき一端部分Ｗ’を先端（図１の下端）から突出させた状態で該基板Ｗを挟み込んで保持する挟み込み治具２とから構成される。

受治具１は、凹溝３の一方の側壁を形成する固定側壁部材３ａと、他方の側壁を形成する可動側壁部材３ｂと、凹溝３の底面を形成する可動底板部材３ｃと、これら部材を保持する台盤４とで構成される。
固定側壁部材３ａは支持プレート５を介して台盤４に固着されている。可動側壁部材３ｂは台盤４上に溝幅方向にのみスライド可能に載置され、第一調整ボルト６により溝幅が調整できるように形成されている。また、可動底板部材３ｃは、台盤４と固定側壁部材３ａとの間に配置され、第二調整ボルト７により凹溝３の深さ方向に移動調整可能に保持されている。

挟み込み治具２は、基板Ｗを挟み込む間隔を隔てて平行姿勢で組み付けられた金属等の硬質材料からなる第一板材８及び第二板材９と、これらの板材８、９と基板Ｗとの間にそれぞれ介在する板状のクッション部材１１、１１とから形成されている。このクッション部材１１は、比較的硬度の高い天然もしくは合成ゴム等の材料で形成するのが好ましい。
第一板材８並びに第二板材９は、互いに対向する平らな挟着面８ａ、９ａを備え、これら挟着面８ａ、９ａの間で、クッション部材１１、１１を介して基板Ｗが挟着されるようにしている。
また、第一板材８と第二板材９は、左右の調整ネジ１０により連結されており、この調整ネジ１０を締め付けることにより、基板Ｗを挟着保持することができるようになっている。また、この調整ネジ１０を緩めることにより、両板材８、９の間にある基板Ｗを順次下方に移動させたり、着脱したりすることができるようにしてある。

本実施例では、図１に示すように、クッション部材１１の両端部分にネジ挿通孔１２が設けられており、この挿通孔１２に前記した調整ネジ１０を貫通させることにより、クッション部材１１が挟み込み治具２に保持されている。この場合、クッション部材１１の先端が第一板材８並びに第二板材９の先端から突出しないように取り付けられる。しかしながら、図示は省略するが、クッション部材１１の左右幅を左右の調整ネジ１０、１０の間にはまる寸法として、単に基板Ｗと各板材８、９との間に介在させるようにしてもよい。

挟み込み治具２の第一板材８並びに第二板材９の先端外縁は、先端に至るほど挟着面８ａ、９ａに近づく傾斜面でカットされて先細り状となっている。なお、第一板材８と第二板材９を連結する調整ネジ１０は、図１に示すように、上下に一対ずつ、合計４本設けるのがよい。これにより、両板材８、９の平行間隔を確実に保持して基板Ｗを均等な締め付け力で安定よく挟着することができるが、左右一対のみで形成することも可能である。

次に、上記のブレイク工具Ａを使用して基板Ｗをブレイクする方法について説明する。
ブレイクされる基板Ｗとして本実施例では、５０ｍｍ×４０ｍｍ角のサイズで、厚みが１．０ｍｍのアルミナ基板を用いた。基板Ｗの表面には、図４に示すように、先行するスクライブ工程で縦方向のスクライブラインＳ１並びに横方向のスクライブラインＳ２が加工されている。なお、本実施例におけるそれぞれのスクライブラインの間隔（ピッチ）は２．５ｍｍである。

この基板Ｗを、図１〜３に示すように、挟み込み治具２の第一板材８側にあるクッション部材１１と、第二板材９側にあるクッション部材１１との間に挟み込んで保持する。この際、図２に示すように、挟み込み治具２の先端から、最初に切り離す横方向のスクライブラインＳ２’を含む基板一端部分Ｗ’が突出するようにしておく。また、分断すべきスクライブラインＳ２’は、挟み込み治具２の第一板材８並びに第二板材９の先端に可能な限り近づけた状態とするのがよい。
一方、受治具１の凹溝３の幅及び深さは、分断すべき基板Ｗの厚み並びに突出した一端部分Ｗ’の寸法に合わせて予め調整しておく。すなわち、凹溝３の溝幅は、第一調整ボルト６で可動側壁部材３ｂを移動させて突出した基板一端部分Ｗ’がガタツキなく挿入できる寸法に調整する。また、溝深さは、第二調整ボルト７で可動底板部材３ｃを移動させて、分断すべきスクライブラインＳ２’から突出した基板一端部分Ｗ’の端縁までの長さ（スクライブラインＳ２のピッチに相当する長さ）に調整しておく。

図３は、図１のブレイク工具を用いて基板Ｗをブレイクする工程を示すものである。
図３（ａ）に示すように、挟み込み治具２の上部を手で掴んで治具２の先端から突出した基板一端部分Ｗ’を、図３（ｂ）のように受治具１の凹溝３に挿入する。次いで、図３（ｃ）に示すように、挟み込み治具２をスクライブラインＳ２’の反対側に傾倒させて基板一端部分Ｗ’をスクライブラインＳ２’からブレイクする。この挟み込み治具２を傾倒させる際は、第一板材８並びに第二板材９の先端外縁を傾斜面にカットして先細り状としているので、挟み込み治具２の先細りとなった先端を受治具１の表面に接触させた状態で、その接触部を支点として挟み込み治具２を傾倒させることができる。
このようにしてブレイクされた基板一端部分Ｗ’は受治具１の凹溝３から取り外され、長方形の短冊状基板Ｗ１（図４参照）となる。

そして、受治具１の凹溝３から基板一端部分Ｗ’を除去した後、挟み込み治具２の調整ネジ１０を緩めて次に切り離すべき基板一端部分Ｗ’が突出する位置まで基板Ｗを引き出す。そして調整ネジ１０を締め付けて基板Ｗを再度挟着保持した後、上記同様に、突出した基板一端部分Ｗ’を受治具１の凹溝３に差し込んで挟み込み治具２を傾倒させ、突出した基板一端部分Ｗ’をブレイクする。このような操作を順次繰り返すことにより、横方向の全てのスクライブラインＳ２から基板Ｗをブレイクして複数の短冊状基板Ｗ１を取り出す。
短冊状の基板Ｗ１は、その後、縦方向のスクライブラインＳ１を横にした状態で、かつ、分断すべき基板一端部分Ｗ’を突出させた状態で挟み込み治具２に取り付ける。そして、上記同様に、突出した基板一端部分Ｗ’を受治具１の凹溝３に差し込んでスクライブラインＳ１から順次ブレイクし、図４に示す単位製品Ｗ２を完成させる。

上記したブレイク工具Ａによる基板分断の際、基板Ｗは挟み込み治具２の第一板材８と第二板材９とによって挟み付けられてしっかりと固定されているため、スクライブラインに沿って基板内部に浸透したクラックの浸透の浅い基板（例えば、クラック深さが基板厚みの１０％以下の場合）や、スクライブラインのピッチの狭い基板（例えば、スクライブラインのピッチが３ｍｍ以下の場合）であっても、基板のスクライブライン以外の部分から基板が折れたり、意図したスクライブライン以外のスクライブラインで分断されることがなくなるとともに、挟み込み治具２の先端接触部を支点としたてこの原理の応用により軽い力で分断することができる。
特に本発明では、各板材８、９と基板Ｗとの間にクッション部材１１を介在させているので、基板Ｗの表面への傷付きを防止することができるとともに、各調整ネジ１０の締め付け力に多少のバラツキがあっても、クッション部材１１の弾性力を介して基板Ｗを確実に挟着保持することができる。これにより、基板Ｗの全表面に対して均等した力で押し付けて傾倒させることができるので、初頭で述べたような「ツノ」の発生も抑制することができる。

また、挟み込み治具２の先端から突出した基板一端部分Ｗ’を区分けするスクライブラインＳ２が、挟み込み治具２の先端に可能な限り近づけた位置にあるので、挟み込み治具２を傾倒させたときの基板Ｗへの曲げ応力がスクライブラインＳ２に集中的に負荷される。これにより、スクライブラインＳ２のクラックを基板Ｗの厚み方向に垂直に浸透させることができ、分断面における「ソゲ」の発生を抑制することができる。
さらに、挟み込み治具２の先端がスクライブラインＳ２に近接した位置でスクライブラインＳ２に沿って配置されているので、分断時に亀裂がスクライブラインの延在方向に沿って真っ直ぐに発生し、亀裂が斜めに走ったり、蛇行したりすることを抑制することができて、高品質の分断面をもつ単位製品Ｗ２を得ることができる。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施例構造のみに特定されるものでない。例えば、上記実施例では、受治具１の凹溝３が上向きとなるように形成したが、横向きにして形成することもできる。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、変更することができる。

本発明は、セラミック等の脆性材料からなる基板を手作業でブレイクするブレイク工具に適用することができる。

Ａ ブレイク工具
Ｗ 脆性材料基板
Ｗ’挟み込み治具の先端から突出した基板一端部分
Ｓ１ 縦方向のスクライブライン
Ｓ２ 横方向のスクライブライン
１ 受治具
２ 挟み込み治具
３ 凹溝
３ａ 固定側壁部材
３ｂ 可動側壁部材
３ｃ 可動底板部材
４ 台盤
８ 第一板材
９ 第二板材
１０ 調整ネジ
１１ クッション部材

Claims (3)

1. 表面に基板の一端部分を挿入する凹溝を備えた受治具と、
   前記基板の分断すべきスクライブラインを含む一端部分を先端から突出させた状態で前記基板を挟み込んで保持する挟み込み治具とからなり、
   前記挟み込み治具は、前記基板を挟み込む間隔を隔てて平行姿勢で組み付けられた第一板材及び第二板材と、これら板材と前記基板との間に介在する板状のクッション部材とから形成され、前記第一板材と第二板材の間隔が調整可能に形成されている脆性材料基板のブレイク工具。
2. 前記挟み込み治具の第一板材と第二板材は調整ネジにより連結され、該調整ネジを操作することにより前記間隔が調整できるように形成されている請求項１に記載の脆性材料基板のブレイク工具。
3. 前記受治具は、前記凹溝の一方の側壁を形成する部材が溝幅方向に移動調整可能に形成され、前記凹溝の底面を形成する部材が凹溝の深さ方向に移動調整可能に形成されている請求項１または請求項２に記載の脆性材料基板のブレイク工具。

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