JP2015048260A - スクライビングホイール、ホルダユニット及びスクライブ装置 - Google Patents

スクライビングホイール、ホルダユニット及びスクライブ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】強化ガラスの分断に適したスクライビングホイール、ホルダユニット及びスクライブ装置を提供する。
【解決手段】刃42に複数の溝部44が形成された強化ガラス基板分断用のスクライビングホイールであって、溝部44の深さHが1〜5μmであり、溝部44の幅Wが2〜35μmであり、溝部44には、刃先43の稜線方向Aと同じ方向に伸びる溝稜線部47を設けておくことで、強化ガラス基板の分断に非常に適したものとなる。
【選択図】図5

Description

本発明は、強化ガラスへスクライブラインを形成するためのスクライビングホイール、ホルダユニット及びスクライブ装置に関する。
ガラス基板を分断する際に用いられるスクライビングホイールとして、刃に所定形状の複数の溝を形成することで、ガラス基板に対する高い浸透性を実現しているものが知られている。
刃に形成される溝は、例えば特許文献1に記載されているように、円形状の砥石を用いて、この砥石を刃先となる稜線部分に直交させて当接することにより形成されている。また、この他、スクライビングホイールの側面方向からレーザ光を照射することにより、刃に溝が形成されたスクライビングホイールも知られている。
ところで、携帯用端末の表示部の保護カバーには、通常のガラスに比べて高い強度を持った強化ガラスが用いられている。そして、携帯用端末の急激な普及もあり、強化ガラスの使用量もますます多くなっている。当然ながら、用途にあった大きさの強化ガラスが必要となるため、強化ガラスの分断が行われ、強化ガラスの分断においても特許文献1のようなスクライビングホイールが用いられることになる。
特開2012−82099号公報
強化ガラスとして、例えばイオン交換法によりガラス表面を強化した化学強化ガラスが広く知られている。この化学強化ガラスを分断するために特許文献1に記載されているような刃に所定形状の複数の溝を形成したスクライビングホイールを用いてスクライブラインを形成してみたところ、通常のガラスにスクライブラインを形成する場合とは大きく異なる問題が生じた。
図7は、特許文献1に開示されている刃に所定形状の複数の溝を形成したスクライビングホイールを用いて、化学強化ガラスにスクライブラインを形成した際の表面の顕微鏡写真(1000倍)である。図7に示すように、回転するスクライビングホイールの刃先と溝とが交互に基板と接触することにより、化学強化ガラスの表面には刃先が基板に食い込んで形成される打痕70Aが刃先のピッチにあわせて複数形成される。
この時、打痕70Aの形状は四角くなっている。そのため、通常のガラスに比べ表面が硬い化学強化ガラスでは、打痕70Aの角からガラス表面に対し水平方向へのクラックが生じやすく、打痕70Aの角や隣接する打痕70Aとの間で、表面の剥離部70Bが非常に多く発生してしまう。そして、この剥離部70Bは、時間が経つと基板表面から完全に剥がれた状態(剥離部70C)になってしまう。
このように、特許文献1に開示されているような刃に所定形状の複数の溝を形成したスクライビングホイールを用いて、化学強化ガラスにスクライブラインを形成すると、通常のガラスでは発生し難い剥離部70Cのような数十μm程度のカレットが多発してしまう。
図8は、刃に所定形状の複数の溝を形成したスクライビングホイールを用いてスクライブラインを形成した図7とは異なる化学強化ガラスの表面写真である。図8(A)は表面全体の写真であり、図8(B)はその一部を70倍に拡大した写真である。図8(A)における参照符号80Aは、化学強化ガラスの表面でスクライビングホイールを回転させることで形成された実際のスクライブラインであり、参照符号80Bは実際に形成された割線である。
特許文献1に開示されているような刃に所定形状の複数の溝を形成したスクライビングホイールは、溝のないスクライビングホイールに比べて非常に高浸透であるため、荷重が少しでも大きくなり過ぎると、打痕の角で生じたクラックがスクライブラインをそれて基板の厚さ方向へと伸展し、打痕の角を起点に、本来の目的とするスクライビングライン80Aとは関係ない方向にガラスが割れてしまう、いわゆる先走りと呼ばれている割線80Bができてしまうことがある。
一方、化学強化ガラスの表面は非常に硬いため、分断の際の荷重が小さくなり過ぎると、刃先が基板に食い込まなくなってしまう、いわゆるカカリ不良が生じてしまう。このように、強化ガラスの分断では、通常のガラスの分断の場合に比べると最適に分断できる荷重範囲(切断領域)が非常に狭く、分断が非常に難しいという問題がある。
本発明は、このような強化ガラスの分断に適したスクライビングホイール、ホルダユニット及びスクライブ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明のスクライビングホイールは、刃に複数の溝部が形成された強化ガラスを分断するためのスクライビングホイールであって、前記溝部の深さが1〜5μmであり、前記溝部の幅が2〜35μmであり、前記溝部には、刃先の稜線方向と同じ方向に伸びる溝稜線部が設けられていることを特徴とする。
本発明のスクライビングホイールによれば、強化ガラス基板の表面に形成される打痕が、丸みを帯びた形状となるので、打痕の角からクラックが生じ難く、基板表面での剥離が生じない等、強化ガラス基板の分断に非常に適したものとなる。
また、本発明のスクライビングホイールは、前記溝部の深さは3μm以下であることを特徴とする。
本発明のスクライビングホイールによれば、溝部が欠け難い等、強化ガラス基板の分断により適したものとなる。
また、本発明のスクライビングホイールは、前記溝稜線部を起点として前記溝部の長さは、20〜40μmであることを特徴とする。
本発明のスクライビングホイールによれば、比較的厚い強化ガラスにおいて上記作用効果がより良好に奏されるようになる。
また、本発明のスクライビングホイールは、前記溝部は、レーザ光を照射することにより形成されたものであることを特徴とする。
本発明のスクライビングホイールによれば、溝部及び溝稜線部の加工精度が向上するので、上記作用効果がより良好に奏されるようになる。
また、本発明のスクライビングホイールは、化学強化ガラス用であることを特徴とする。
本発明のスクライビングホイールによれば、表層が硬質である化学強化ガラスを良好に切断することができるようになる。
また、本発明のホルダユニットは、上記何れかに記載のスクライビングホイールと、前記スクライビングホイールを回転自在に保持するホルダと、を有することを特徴する。
本発明のホルダユニットによれば、強化ガラス基板の表面に形成される打痕が、丸みを帯びた形状となるので、打痕の角からクラックが生じ難く、基板表面での剥離が生じない等、強化ガラス基板の分断に非常に適したホルダユニットとなる。
また、本発明のスクライブ装置は、上記ホルダユニットを備えることを特徴とする。
本発明のスクライブ装置によれば、強化ガラス基板の表面に形成される打痕が、丸みを帯びた形状となるので、打痕の角からクラックが生じ難く、基板表面での剥離が生じない等、強化ガラス基板の分断に非常に適したスクライブ装置となる。
実施形態におけるスクライブ装置の概略図である。 実施形態におけるホルダジョイントの正面図である。 実施形態におけるホルダユニットの斜視図である。 実施形態におけるスクライビングホイールの側面図である。 図5(A)は実施形態における刃の拡大斜視図であり、図5(B)は実施形態における刃の拡大側面図である。 実施形態におけるスクライビングホイールによって形成されたスクライブラインの模式図である。 従来のスクライビングホイールによって形成されたスクライブラインの写真である。 図8(A)は、従来のスクライビングホイールによって形成されたスクライブラインの写真であり、図8(B)は一部の拡大写真である。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための一例を示すものであり、本発明をこの実施形態に特定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態にも適応できるものである。
図1は、本発明の一実施形態に係るスクライブ装置10の概略図である。スクライブ装置10は、移動台11を備えている。移動台11は、ボールネジ13と螺合されており、モータ14の駆動によりこのボールネジ13が回転することで、一対の案内レール12a、12bに沿ってy軸方向に移動するようになっている。
移動台11の上面には、モータ15が設置されている。モータ15は、上部に位置するテーブル16をxy平面で回転させて所定角度に位置決めする。分断(スクライブ)対象物としての強化ガラス基板17は、テーブル16上に載置され、図示しない真空吸引手段等によって保持される。
強化ガラス基板17として、具体的には化学強化ガラスを用いている。化学強化ガラスは薄いガラス基板に対する強化加工が簡単にできるため、携帯用端末など、軽量化が要求されるものに多用されている強化ガラスである。化学強化ガラスからなる強化ガラス基板17は、イオン交換法によりガラス表面に圧縮応力を発生させたガラスである。
スクライブ装置10は、テーブル16に載置された強化ガラス基板17の上方に、この強化ガラス基板17の表面に形成されたアライメントマークを撮像する二台のCCDカメラ18を備えている。移動台11とその上部のテーブル16とを跨ぐように、ブリッジ19がx軸方向に沿うようにして支柱20a、20bに架設されている。
ブリッジ19にはガイド22が取り付けられており、スクライブヘッド21はこのガイド22に案内されてx軸方向に移動するように設置されている。スクライブヘッド21には、ホルダジョイント23を介してホルダユニット30が取り付けられている。
図2はホルダユニット30が取り付けられたホルダジョイント23の正面図である。また、図3はホルダユニット30の斜視図である。
ホルダジョイント23は略円柱状をしており、回転軸部23aと、ジョイント部23bを備えている。スクライブヘッド21にホルダジョイント23が装着された状態においては、回転軸部23aが二つのベアリング24a、24bに円筒形のスペーサ24cを介して取り付けられ、このホルダジョイント23は回動自在に保持される。
円柱形のジョイント部23bには、下端側に円形の開口25を備えた内部空間26が設けられている。この内部空間26の上部にマグネット27が埋設されている。そして、マグネット27によって着脱自在なホルダユニット30が、この内部空間26に挿入されて取り付けられている。
ホルダユニット30は、ホルダ31と、スクライビングホイール40と、ピン(図示せず)とが一体となったものである。ホルダ31は、図3に示すように略円柱形をしており、磁性体金属で形成されている。ホルダ31の上部には、位置決め用の取付部32が設けられている。この取付部32は、ホルダ31の上部を切り欠いて形成されており、傾斜部32aと平坦部32bを備えている。
ホルダ31の取付部32側を、開口25を介して内部空間26へ挿入する。その際、ホルダ31の上端側がマグネット27によって引き寄せられ、取付部32の傾斜部32aが内部空間26を通る平行ピン28と接触することで、ホルダジョイント23に対するホルダユニット30の位置決めと固定が行われる。また、ホルダジョイント23からホルダユニット30を取り外す際には、ホルダ31を下方へ引くことで容易に外すことができる。
なお、スクライビングホイール40は、消耗品であるため、定期的な交換が必要になる。本実施形態においては、ホルダユニット30の着脱が容易に行えるため、ホルダユニット30そのものを交換することで、ホルダユニット30を構成するスクライビングホイール40の交換を行うようになっており、スクライビングホイール40の交換を迅速に行うことができる。
ホルダ31の下部には、ホルダ31を切り欠いて形成された保持溝33が設けられている。この保持溝33を設けるために切り欠いたホルダ31の下部には、保持溝33を挟んで支持部34a、34bが位置している。この保持溝33には、スクライビングホイール40が回転自在に配置されている。また、支持部34a、34bには、スクライビングホイール40を回転自在に保持するためのピンが挿入される支持孔35がそれぞれ形成されている。
次に、強化ガラス基板17を分断するためのスクライビングホイール40の詳細について説明を行う。図4はホルダ31の先端に取り付けられるスクライビングホイール40の側面図である。図5は図4の円Bで示す刃42の拡大図であり、図5(A)は斜視図、図5(B)は側面図である。
図4、図5に示すように、スクライビングホイール40は円板状であり、ホイール本体部41と、刃42と、刃先43と、溝部44とを備える。
ホイール本体部41の中心付近には、このホイール本体部41を回転軸方向に貫通する貫通孔45が形成されている。貫通孔45にピンが挿入されることで、スクライビングホイール40はこのピンを介してホルダ31に回転自在に保持される。
刃42は、ホイール本体部41の外周に円環状に形成されている。刃42は正面視で略V字状となっており、回転軸方向に対する刃52の厚さが、稜線部分となる刃先43に向かうに従って徐々に小さくなっている。
刃先43は、刃42の最外周部に沿って設けられ、スクライビングホイール40の稜線を形成している。刃42の最外周部には、刃先43と溝部44とが交互に等ピッチで形成されている。
溝部44は、刃先43から刃42の両傾斜面に沿って伸びる長く窪んだ溝46と、刃先43よりもホイール本体部41の中心側(貫通孔45側)に窪むとともに刃先43の稜線方向(図5の矢印A方向)に沿って延びる溝稜線部47と、により構成されている。
なお、特許文献1のスクライビングホイールの刃に形成されている溝部は、円形状の砥石を刃先となる稜線部分に直交させて当接することにより形成されているため、刃先を切り欠いたような形状となり、曲面状の溝底部となり、図5に示した本実施形態のような刃42の両傾斜面に沿って長く窪んだ溝46や、溝稜線部47は存在していない。
そして、本実施形態の溝部44が溝46や溝稜線部47を備えるスクライビングホイール40を用いて強化ガラス基板17にスクライブラインを形成することで、後述する形状の打痕50(図6参照)が形成され、特許文献1に示されているスクライビングホイールによる打痕(図7に示した打痕70A)とは明確に異なる形状となるとともに、明確に異なる分断結果となる。なお、かかる点についての詳細は、後述する。
スクライビングホイール40は、焼結ダイヤモンド(Poly Crystalline Diamond)や超硬合金、単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンド等から形成される。スクライビングホイール40は、超硬合金等の基材にダイヤモンド等の硬質材料の膜をコーティングしたものを用いることもできる。この場合、溝部44は膜にのみ形成しても良く、基材に溝部を形成した後に膜をコーティングするようにし、溝部44を形成しても良い。
例えば、焼結ダイヤモンド製のスクライビングホイール40は主に、ダイヤモンド粒子と、残部の添加剤及び結合材からなる結合相とから調製される。ダイヤモンド粒子の平均粒子径は1.5μm以下のものが用いられる。焼結ダイヤモンド中におけるダイヤモンドの含有量は、75.0〜90.0vol%の範囲とすることが好ましい。
添加剤としては例えば、タングステン、チタン、ニオブ、タンタルより選ばれる少なくとも1種以上の元素の超微粒子炭化物が好適に用いられる。焼結ダイヤモンド中における超微粒子炭化物の含有量は3.0〜10.0vol%の範囲であり、この超微粒子炭化物は1.0〜4.0vol%の炭化チタンと、残部の炭化タングステンとを含む。
結合材としては、通常、鉄族元素が好適に用いられる。鉄族元素としては、例えばコバルトやニッケル、鉄等が挙げられ、この中でもコバルトが好適である。焼結ダイヤモンド中における結合材の含有量は、好ましくはダイヤモンド及び超微粒子炭化物の残部であり、さらに好ましくは3.0〜20.5vol%の範囲である。
ダイヤモンド粒子、添加剤及び結合材を混合し、ダイヤモンドが熱力学的に安定となる高温及び超高圧下において、これらの混合物を焼結させことで、焼結ダイヤモンドが製造される。この焼結時において、超高圧発生装置の金型内の圧力は5.0〜8.0GPaの範囲であり、金型内の温度は1500〜1900℃の範囲である。このようにして製造された焼結ダイヤモンドから所望する半径となる円板を切り取り、この円板の周縁部の両面側それぞれを削ることで刃先43の形成されたスクライビングホイール40が製造される。
そして、このスクライビングホイール40の刃先43に溝部44が形成される。溝部44は、例えば、スクライビングホイール40の貫通孔45を、図示しないモータの回転軸に装着し、レーザ照射装置からレーザ光を回転軸と直交する方向(図4の矢印C方向)から刃42の両傾斜面や刃先43へ向けて照射することによって、高精度に形成することができる。
スクライビングホイール40の寸法について説明する。スクライビングホイール40の外径は1.0〜10.0mm、好ましくは1.0〜5.0mmの範囲であり、更に好ましくは1.0〜3.0mmである。スクライビングホイール40の外径が1.0mmより小さい場合には、スクライビングホイール40の取り扱い性が低下する。一方、スクライビングホイール40の外径が10.0mmより大きい場合には、スクライブ時の垂直クラックが強化ガラス基板17に対して十分に深く形成されないことがある。
スクライビングホイール40の厚さは、0.4〜1.2mm、好ましくは0.4〜1.1mmの範囲である。スクライビングホイール40の厚さが0.4mmより小さい場合には、加工性及び取り扱い性が低下することがある。一方、スクライビングホイール40の厚さが1.2mmより大きい場合には、スクライビングホイール40の材料及び製造のためのコストが高くなる。また、貫通孔45の孔径は、例えば0.8mmである。
刃42の刃先角は通常鈍角であり、90〜160°、好ましくは100〜150°、特に好ましくは115〜145°の範囲である。刃先角が90°より小さい場合には表面剥離や先走りが発生しやすく、160°より大きい場合にはカカリ不良が生じやすくなる。
溝部44の深さHは、浅過ぎると強化ガラス基板17へ食い込み難くカカリ不良が生じてしまい、深過ぎると強化ガラス基板17へ食い込み過ぎたり、刃先43が欠け易くなったりしてしまうため、1〜5μmの範囲で形成され、好ましくは2〜3μmの範囲である。
溝部44の幅Wは、2〜35μmの範囲で形成される。そして、強化ガラス基板17の板厚が0.7mm程度の場合、幅Wは2〜15μmの範囲がより好ましく、板厚が1.1mm程度の場合、幅Wが10〜30μmの範囲がより好ましい。
また、溝部44の溝46が刃42の両傾斜面に沿って伸びる長さは、あまり長過ぎても短過ぎても効果を奏さないため、溝稜線部47を起点としてそれぞれ両傾斜面に沿って20〜40μm程度の長さがあればよい。
また、溝部44の数(分割数)はホイール径に応じて5〜900程度、溝のピッチPは10〜2000μm程度の間から適宜選択される。溝の個数が多く、溝のピッチPが狭い方がカカリが良く、先走りが起こりにくい傾向があり、溝のピッチが10〜50μmとなるように溝部44を形成することが好ましい。
なお、溝部44の深さHや幅Wは、図5(B)に示すように、刃先43の位置する最外周部を基準としている。したがって、刃42の両傾斜面における溝46の位置によっては、深さや幅が、基準となる深さHや幅Wと異なった値となる場合もある。また、例えば、刃42の両傾斜面における溝46では、刃先43から離れるにしたがって深さや幅が変化していくような構成であっても構わない。
次に、実際にスクライビングホイール40を用いて強化ガラス基板17の分断を行った結果について具体的に説明する。分断条件は次のとおりである。
スクライビングホイール40は、外径2.0mm、刃先角130°、溝部44の深さH3.0μm、幅W30μm、隣接する溝に挟まれた刃先43の幅15μm、溝部44の数(分割数)140である。
用いたスクライブ装置は、三星ダイヤモンド工業株式会社製スクライブ装置(モデル名:MS500)である。分断を行った強化ガラス基板17は、板厚0.7mmの化学強化ガラスである。
切断速度は200mm/secであり、切込量が0.15mmとなるようスクライブ荷重の設定を行った。
上記の分断条件によって、強化ガラス基板17の表面に形成されたスクライブラインについて模式図を用いて説明する。図6は、強化ガラス基板17の表面に形成されたスクライブラインの模式図である。
図6に示すように、強化ガラス基板17の表面に、スクライビングホイール40の刃先43が食い込むことで、複数の打痕50が形成される。この時、打痕50は、図7に示した四角い打痕70Aとは異なり、全体として丸みを帯びた形状になっている。したがって、打痕70Aのように角からの水平方向へのクラックは生じ難く、図7のような表面の剥離部70Bについてはほとんど生じなかった。
また、打痕50においては、打痕の角部を起点としたスクライブラインから外れた部分でのクラックが生じ難いため、図8のような先走りと呼ばれる割線80Bも生じなかった。また、打痕50では表面の剥離や先走りが生じ難いため、分断の際の荷重が多少大きくなったりしても分断に大きな影響がないため、最適に分断できる切断領域も広くなり、スクライビングホイール40を用いることで、強化ガラスの分断をより容易に行うことができた。
また、溝部44には溝稜線部47が設けられているため、図6に示すように打痕50と打痕50の間にもスクライブライン51が形成されることになり、予期しない方向へのクラックの伸展を抑制することができ、強化ガラス基板17の表面に安定したスクライブラインを形成することができた。
また、実施形態のスクライビングホイール40を用いて強化ガラス基板17にスクライブラインを形成すると、カレットが生じ難く、溝部44に溝稜線部47が設けられているため、カレットが生じても、刃42の両傾斜面に沿って伸びる溝46を介してカレットは排出されてしまうので、溝部44には溜まり難い。
以上のように、刃42に複数の溝部44が形成された強化ガラス基板分断用のスクライビングホイール40であって、溝部44の深さHが1〜5μmであり、溝部44の幅Wが2〜35μmであり、溝部44には、刃先43の稜線方向Aと同じ方向に伸びる溝稜線部47が設けられているスクライビングホイール40は、特許文献1のようなスクライビングホイールに比べて、強化ガラス基板17の分断に非常に適していることが分かった。
なお、図5に示した拡大図は、スクライビングホイール40の刃42を模式的に示している。したがって、刃42の両傾斜面に沿って伸びる溝46の両端は、溝46の窪みと刃42との境目が明確に描かれているが、必ずしも溝46の窪みと刃42との境目が図5のように明確である必要はない。また、溝46の窪みと刃42との境目がなだらかに変化するように形成しておくことで、表面が非常に硬い強化ガラス基板17を分断する際、境目での欠けを防ぐことができるので、スクライビングホイール40の寿命を延ばすことができる。溝46の窪みと刃42との境目がなだらかに変化するように形成するには、レーザ照射の調整により、高精度に簡単に行うことができる。
また、本実施形態のスクライブ装置10は、スクライビングホイール40を保持するホルダ31をスクライブヘッド21に取り付ける際に、ホルダジョイント23を介して取り付ける構成となっている。しかしながら、スクライブ装置10は、スクライブヘッド21に直接ホルダ31を取り付ける構成であってもよい。
また、本実施形態のスクライブ装置10として、スクライブヘッド21を移動させるためのガイド22やブリッジ19が設けられていたり、強化ガラス基板17が載置されるテーブル16を回転させる移動台11が備わっていたりするものを示したが、このようなスクライブ装置10に限定されるものではない。例えば、ホルダ31が取り付けられたスクライブヘッド21をユーザが握れるようにするために、スクライブヘッド21の一部形状が柄の形状をしており、ユーザがこの柄を持って移動させることで強化ガラス基板17の分断を行う、いわゆる手動式のスクライブ装置であっても適用可能である。
10…スクライブ装置
17…強化ガラス基板
30…ホルダユニット
31…ホルダ
40…スクライビングホイール
41…ホイール本体部
42…刃
43…刃先
44…溝部
45…貫通孔
46…溝
47…溝稜線部
50、70A…打痕
51…スクライブライン
70B、70C…剥離部
80B…割線

Claims (7)

  1. 刃に複数の溝部が形成された強化ガラスを分断するためのスクライビングホイールであって、
    前記溝部の深さが1〜5μmであり、
    前記溝部の幅が2〜35μmであり、
    前記溝部には、刃先の稜線方向と同じ方向に伸びる溝稜線部が設けられていることを特徴とするスクライビングホイール。
  2. 前記溝部の深さは3μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のスクライビングホイール。
  3. 前記溝稜線部を起点として前記溝部の長さは、20〜40μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載のスクライビングホイール。
  4. 前記溝部は、レーザ光を照射することにより形成されたものであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載のスクライビングホイール。
  5. 化学強化ガラス用であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のスクライビングホイール。
  6. 請求項1〜5の何れかに記載のスクライビングホイールと、前記スクライビングホイールを回転自在に保持するホルダと、を有するホルダユニット。
  7. 請求項6に記載のホルダユニットを備えるスクライブ装置。
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