JP2019043124A - スクライビングホイール、その製造方法、スクライブ方法及びホルダユニット - Google Patents

Abstract

【課題】基板のスクライブの開始時にかかり不良を抑制することができるスクライビングホイール、その製造方法、及びスクライブ方法を提供する。【解決手段】スクライビングホイール１０は、円板状の基板の外周面に断面がＶ字状の傾斜面１２を形成する。次いで傾斜面が交差する稜線１３を中心として一定間隔の溝１４を形成する。各溝１４は傾斜面溝１４ａと稜線１３と連続する溝内稜線１４ｂと、溝内稜線１４ｂの一部が除去された平坦部１４ｃを有する。スクライブ時には脆性材料基板上でスクライビングホイールを接触させてスクライブする。このとき各溝に設けた平坦部１４ｃが隣接する溝１４で区切られた稜線に対してスクライブ方向の後方となるようにして、かかり性能を向上させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に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、その製造方法、スクライブ方法及びホルダユニットに関する。

脆性材料基板を分断するスクライビングホイールとして、このスクライビングホイールの稜線部分の刃先に溝を形成することが知られている。特許文献１には、モータの駆動軸に軸孔が装着されて回転駆動されるカッターホイールのＶ字形状となる刃先を含む両側の傾斜面に向けて、レーザ加工機からのレーザ光を照射して溶融溝を形成するカッターホイールの製造方法が開示されている。このような製造方法によって、傾斜面には、刃先側において交差するような帯状傾斜面溝が形成され、且つこの傾斜面溝が交差する刃先側にＶ字形状に対応する突起を有する刃先溝が形成されることとなる。

又特許文献２にはスクライビングホイールの刃先に溝を形成し、側面視において刃先の稜線が溝と接する角度が溝の両側で異なるようにしたスクライビングホイールが提案されている。

特開２００９−２３４８７４号公報 特開２０１４−１８９４１５号公報

特許文献１に形成されている溝は、稜線に沿って内部に突起を有し、この突起の形状は溝の最も深い部分における稜線に垂直な線に対して対称のものであった。このようなスクライビングホイールでは、ホルダへの取付時にどちらの向きに取り付けたとしても同じ性能を発揮することができるが、スクライブ進行方向に対する溝の最適な形状について十分に検討されてきたとはいえなかった。

又特許文献２によるスクライビングホイールでは、稜線が溝と接する角度が溝の両端で異なるようにして寿命を長くしているが、スクライブを開始するときのスクライブ性能（かかりの良さ）については特に考慮されていなかった。

本発明は、基板をスクライブする際に、荷重が小さくてもかかりの性能の高いスクライビングホイール、その製造方法、スクライブ方法及びこのスクライビングホイールを保持するホルダユニットを提供することを目的とする。

本発明のスクライビングホイールは、円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有するスクライビングホイールであって、前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備し、前記溝は、前記傾斜面に延在する傾斜面溝と、前記傾斜面溝内部に前記稜線の一端から連続する溝内稜線と前記溝内稜線の一部が除去された平坦部とを有し、前記平坦部は前記稜線に沿って前記溝の同一方向に形成されたものである。

ここで前記平坦部は、前記稜線の他端に連続するように形成されたものとしてもよい。

本発明のスクライブ方法は、前記スクライビングホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法であって、前記スクライビングホイールを転動自在として脆性材料基板に圧接し、前記スクライビングホイールの各溝に設けられた平坦部が前記稜線より先に前記脆性材料基板に接触するように前記脆性材料基板上で前記スクライビングホイールを回転させてスクライブするものである。

本発明のスクライビングホイールの製造方法は、円板状の基板の外周面に断面がＶ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを形成し、前記傾斜面に、前記稜線を含むように複数の溝を一定間隔で形成し、前記各溝に、前記稜線の一端から連続する溝内稜線と前記溝内稜線の一部が除去された平坦部とを有し、前記平坦部を、前記稜線に沿って前記溝の同一方向に位置するように形成したものである。

本発明のホルダユニットは、前記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ピンと、前記スクライビングホイールを配置しておく保持溝を形成する一対の支持部を含み、前記一対の支持部に前記ピンを配置しておくピン孔が設けられたホルダと、を具備するものである。

このような特徴を有する本発明のスクライビングホイール、このスクライビングホイールを用いたスクライブ方法及びホルダユニットによれば、基板を分断する際に、スクライビングホイールから基板に加えられる荷重をあまり大きくしなくても滑り量が少なくかかりの良いスクライブ方法とすることができる。

本発明のスクライビングホイールの製造方法によれば、基板を分断する際に、スクライビングホイールから基板に加えられる荷重をあまり大きくしなくても、滑り量が少なくかかりの良いスクライビングホイールを製造することができる。

図１（ａ），（ｂ）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及び側面図である。 図２（ａ）はスクライビングホイールの刃先に溝を形成する第１ステップの加工方法を示す概略図であり、図２（ｂ）は第２ステップの加工方法を示す概略図である。 図３は本発明の実施の形態におけるスクライビングホイールについて第１ステップの加工を終了したときの１つの溝を拡大して示す正面図である。 図４は図３に示す溝の稜線に平行なＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線、稜線に垂直なＣ−Ｃ線，Ｄ−Ｄ線及びＥ−Ｅ線の部分断面図である。 図５は第２ステップの加工時のレーザ光の軌跡を示す部分断面図である。 図６は本発明の実施の形態におけるスクライビングホイールについて第２ステップの加工を終了したときの１つの溝を拡大して示す正面図である。 図７は図６に示す溝の稜線に平行なＦ−Ｆ線，Ｇ−Ｇ線、及び稜線に垂直なＨ−Ｈ線，Ｉ−Ｉ線，Ｊ−Ｊ線及びＫ−Ｋ線の部分断面図である。 図８は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールを用い、溝の平坦部が後方の場合及び前方の場合について荷重を変化させてスクライブしたときに、スクライブが開始されるまでの距離を示す表である。 図９はスクライブ方向とスクライビングホイールの平坦部との位置関係を示す模式図である。 図１０（ａ）は本発明の実施の形態によるホルダユニットを示す正面図、図１０（ｂ）はその部分拡大側面図である。

以下、本発明の実施の形態によるスクライビングホイールについて製造方法と共に説明する。図１（ａ），（ｂ）は本実施の形態によるスクライビングホイール１０の正面図及び側面図である。スクライビングホイール１０は円板状であり、焼結ダイヤモンドから所望の半径となる円板を切り取る。円板の中心部分には、スクライビングホイール１０を回転軸方向に対して貫通する貫通孔１１を形成する。そして円板の外周部において、両面から削ることで外周面に断面が略Ｖ字状の傾斜面１２を形成する。傾斜面１２の最外周部には、傾斜面が交わる稜線１３が形成され、稜線１３に沿って多数の溝１４が形成されている。

溝１４は稜線１３を中心に含む傾斜面１２に一定間隔で形成され、全て同一形状であるが、稜線１３に垂直な方向から見て非対称であるので、その形状について製造過程に沿って拡大図を用いて詳細に説明する。溝１４は例えばレーザ加工により円板の外周部に以下の２つのステップで形成する。

まず第１のステップでは、図２（ａ）に示すようにスクライビングホイール１０の貫通孔１１をモータ２１の軸２２に連結して固定する。そしてスクライビングホイール１０の稜線に対して平行な方向から刃先に向けて、レーザ加工機２３よりレーザ光を照射する。そして回転軸に沿って稜線１３を中心としてＸ軸方向の前後に一定間隔を移動させることによって、稜線１３を中央に含み、傾斜面に延在する傾斜面溝１４ａを形成する。図３はレーザ加工により形成したスクライビングホイールの１つの傾斜面溝１４ａの拡大図を示している。図４（ａ），（ｂ）はこうして形成した溝について稜線１３に平行な方向から見たＡ−Ａ線断面図、Ｂ−Ｂ線断面図であり、図４（ｃ）〜（ｅ）は稜線に垂直な方向から見たＣ−Ｃ線断面図、Ｄ−Ｄ線断面図、及び溝が形成されていない部分のＥ−Ｅ線断面図である。図３，図４に示すように、傾斜面溝１４ａは例えば外周が楕円形で、その内部は稜線１３に平行な方向から見て、元の形状に対してＶ字形の窪みとなっている。また稜線１３に垂直な方向における断面においては、元の傾斜面から連続した山形の形状とされており、傾斜面溝１４ａ内部には稜線１３から連続した溝内稜線１４ｂが形成されている。本実施の形態においては、図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、傾斜面溝１４ａは傾斜面に沿って稜線から遠ざかるにつれてその深さが浅くなるように形成されている。

１つの溝の加工を終了すると、モータ２１によりスクライビングホイール１０を所定角度回転させ、レーザ加工機２３からレーザ光を照射して同様の溝加工を行う。このような作業を繰り返すことによって、図１に示すようにスクライビングホイール１０の外周部の全周に一定のピッチで多数の傾斜面溝１４ａを形成する。

次に溝加工の第２ステップについて説明する。第２ステップでは傾斜面溝１４ａの内部の溝内稜線１４ｂの一部を除去して新たに平坦部を形成することによって非対称の溝１４とする。これは図２（ｂ）に示すようにモータ２１の軸２２にスクライビングホイール１０を回転自在に保持すると共に、固定した状態で１つの傾斜面溝１４ａに向けて回転軸に平行にレーザ光を照射する。そしてこのレーザ加工機２３をＹ軸方向にわずかに移動させる。このときスクライビングホイール自体を移動させてもよい。この移動は図４（ａ）に示すＡ−Ａ線断面図に対して、図５に示すように紙面に垂直なレーザ光を破線で示す軌跡２４に沿ったものとする。こうすれば図６に示すように傾斜面溝１４ａに平坦部１４ｃが加えられる。図７は１つの溝１４について、図６に示す稜線に平行なＦ−Ｆ線断面図，Ｇ−Ｇ全断面図、及び稜線に垂直なＨ−Ｈ線断面図，Ｉ−Ｉ線断面図，Ｊ−Ｊ線断面図及びＫ−Ｋ線断面図を示す。これらの図に示すように、溝１４は外周の稜線１３から連続した溝内稜線１４ｂを有し、溝の最も深い部分を境界として、片側に平坦部１４ｃを有している。ここで平坦部１４ｃは図６に示すように三角形状であり、溝１４からわずかに突出し、その頂点部分が稜線１３ｃと連続するように形成されている。そして図１に示すように各傾斜面溝１４ａの最も深い部分に対して常に同一方向に突出部が位置するように、例えば図１（ｂ）に示される範囲では上方にのみ設けられている。

１つの溝の加工を終了すると、モータ２１によりスクライビングホイール１０を所定角度回転させ、レーザ加工機２３からレーザ光を照射して同様の溝加工を行う。このような作業を繰り返すことによってスクライビングホイール１０の外周部の全周に対して一定ピッチの溝１４を形成し、その内部を円周方向において溝の底部に対し非対称な形状とすることができる。

次に本実施の形態によるスクライビングホイール１０を用いてスクライブする場合のスクライブ方法について説明する。図８は前述した実施の形態によるスクライビングホイールを用いてガラス基板に対してスクライブを行った際にスクライブ荷重と滑り量を示す図であり、図９はスクライブ方向とスクライビングホイールの一部分を拡大し、溝１４と平坦部１４ｃとの位置関係を示す模式図である。図８の表では荷重を変化させていった場合に、スクライブ始点から垂直クラックが発生して正常なスクライブができるまでの距離（μｍ）を示しており、スクライビングホイール１０が基板に接触する際に、隣接する溝１４で区切られた１つの稜線を基準として、スクライブ方向の後方を平坦部１４ｃとなるようにスクライブした場合（後方平坦部）と、スクライブ方向の前方を平坦部１４ｃとなるようにスクライブした場合（前方平坦部）とに分けて示している。

ここで各溝１４を１４−０，１４−１，１４−２・・・とし、溝１４−ｉの内部に形成される溝内稜線を１４ｂ−ｉ、平坦部を１４ｃ−ｉとし、２つの溝１４−ｉ，１４−（ｉ＋１）に隣接する溝で区切られた１つの稜線を１３−ｉとする。そして図９（ａ） に示すように、隣接する溝１４、例えば溝１４−１，１４−２で区切られた１つの稜線１３−１と、稜線１３−１の両側の平坦部１４ｃ−１，溝内稜線１４ｂ−２に着目する。ここで図示のように右向き矢印Ａをスクライブ方向とすると、スクライブ方向の後方が平坦部１４ｃ−１となるように基板２５をスクライブする場合には、スクライビングホイール１０の回転に伴い、平坦部１４ｃ−１が先に基板２５に接触し、続いて稜線１３−１が基板２５に圧接し、最後に溝内稜線１４ｂ−２が基板２５に接触する。

このようにスクライブすれば、図８より知られるようにスクライブ荷重をあまり大きくしなくても滑り量が少なく、かかりが良いという効果が得られる。これは、平坦部１４ｃが稜線より先に基板２５に接触する際に、基板をスクライブ進行方向に対して後方斜め下方向に面で押すような力を加えることによって、垂直クラックの起点となるクラックが形成されやすくなるためと考えられる。

一方スクライビングホイール１０を反転させ、図９（ｂ）に示すようにスクライブ方向の前方を平坦部１４ｃ−１となるようにスクライブする場合には、スクライビングホイール１０の回転に伴い、溝内稜線１４ｂ−２が先に基板２５に接触し、続いて稜線１３−１が基板２５に圧接し、最後に平坦部１４ｃ−１が基板２５に接触することとなる。このようにスクライブした場合には、図８より示されるように低い荷重では垂直クラックが発生し難く、スクライブ荷重を大きくしなければスクライブ開始直後から垂直クラックが発生することがない。これは基板２５に先に接触する溝内稜線１４ｂにより、基板２５の後方斜め下方向に稜線で基板２５を押すような力が加わり、垂直クラックの起点となるクラックは形成されにくいため、滑り量が多く、かかり不良になっていると考えられる。

本実施の形態のスクライビングホイールを用いて脆性材料基板のスクライブを行う場合には、例えば以下のようなホルダユニット及びホルダジョイントが用いられる。ホルダユニット３０は回転自在にスクライビングホイール１０を保持するものである。ホルダジョイント４０はホルダユニット３０を回転自在に保持するものである。図１０（ａ）には、ホルダユニット３０が取り付けられたホルダジョイント４０の正面図と、回転軸部４０ａに取り付けられたベアリング４１ａ、４１ｂとスペーサ４１ｃの断面図が併せて示されている。図１０（ｂ）はホルダユニット３０の下部側面を図１０（ａ）とは異なる方向から示した拡大図である。

ホルダジョイント４０は略円柱状をしており、回転軸部４０ａと、円柱形のジョイント部４０ｂとで構成されている。回転軸部４０ａには円筒形のスペーサ４１ｃを介して上下２つのベアリング４１ａ，４１ｂが取り付けられ、ホルダジョイント４０は回動自在に保持される。

ジョイント部４０ｂの下端から軸に沿った円形の開口４２が形成され、この開口４２の上部にはマグネット４３が埋設されている。ホルダユニット３０は開口４２に挿入され、着脱自在に取り付けられる。ホルダユニット３０は、ホルダ３１と、ピン３２と、スクライビングホイール１０とを備えている。

図１０（ｂ）に示すようにホルダ３１は略円柱形の金属等からなり、その下端側には平坦部３３ａ、３３ｂが形成されている。平坦部３３ａと平坦部３３ｂとの間には、スクライビングホイール１０を保持するための保持溝３３が形成されている。平坦部３３ａ、３３ｂにはそれぞれ、スクライビングホイール１０を固定するために孔状のピン孔３４が形成されている。ピン孔３４及びスクライビングホイール１０の貫通孔１１にピン３２を貫通させることで、このスクライビングホイール１０がホルダ３１に対して回転自在に取り付けられる。

図１０（ｂ）に示すようにホルダ３１の上端側には、位置決め用の取付部３５が形成されている。取付部３５はホルダ３１を切り欠いて形成されており、傾斜部３５ａと平坦部３５ｂとを有している。

ホルダジョイント４０にホルダユニット３０を装着する際は、このホルダユニット３０を開口４２に向けて取付部３５側から挿入する。その際、ホルダ３１の上端側の金属部分がマグネット４３に引き寄せられ、取付部３５の傾斜部３５ａが開口４２の内部を通る平行ピン４４と接触することで位置決めされ、ホルダ３１はホルダジョイント４０に固定される。このときホルダジョイント４０の回転軸中心に対して、スクライビングホイール１０の回転軸であるピン３２の位置が、傾斜面３５ａと逆方向に所定距離オフセットされていることにより、脆性材料基板にスクライブラインを形成する際に、ホルダ３１の傾斜部３５ａ側が常に矢印Ａで示すスクライブ進行方向前方となる。

スクライビングホイール１０は、消耗品であるため定期的な交換が必要となる。ホルダジョイン４０からホルダユニット３０を取り外す際は、ホルダ３１を下方へ引く抜くことで、容易に取り外すことができる。本実施の形態においては、ホルダジョイント４０を介してホルダユニット３０が図示を省略するスクライブ装置に装着されているので、このホルダユニット３０の着脱が容易に行われる。このため、スクライビングホイール１０をホルダ３１から取り外すことなく、これらスクライビングホイール１０とホルダ３１とが一体として扱われる。このとき、あらかじめ平坦部１４がスクライブ方向の後方になるようにスクライビングホイール１０が取付けられたホルダユニット３０を準備しておくことで、スクライビングホイール交換の際に、容易に平坦部１４ｃをスクライブ方向の後方とすることができる。

尚この実施の形態ではスクライビングホイールの稜線上に一定間隔で多数の溝を形成しているが、溝の数については限定されるものではない。溝の形状については稜線に垂直な方向に長軸を有する楕円形としているが、傾斜面に沿って所定の長さを有する形状であれば、長方形等任意の形状とすることができる。側面視における溝の形状も、Ｖ字状の溝に限らずＵ字状の溝など公知の形状としてもよい。又溝の深さが傾斜面に沿って溝内で変化するようにされているが、溝内で一定の深さとしてもよく、稜線の左右の傾斜面において深さが異なっていてもよい。さらに、溝の稜線方向の幅及び間隔、外周稜線に対する角度についても任意に決定することができる。

また、本実施の形態においてはレーザ加工により円板の外周部に２つのステップで形成しているが、回転軸に沿って稜線１３を中心としてＸ軸方向の前後に一定間隔を移動させながらレーザを照射する第１のステップにおいて、稜線１３を中央に含む傾斜面溝１４ａ、溝内稜線１４ｂと同時に平坦部１４ｃを同時に形成し、第２のステップを省略してもよい。また、第１，第２のステップともに砥石加工等その他の加工方法に代えることもできる。

本発明のスクライビングホイールは単板及び貼り合わせ基板をスクライブするスクライブ装置やスクライブ工具に適用することができる。

１０ スクライビングホイール
１１ 貫通孔
１２ 傾斜面
１３ 稜線
１４ 溝
１４ａ 傾斜面溝
１４ｂ 溝内稜線
１４ｃ 平坦部
３０ ホルダユニット
３１ ホルダ
３２ ピン
４０ ホルダジョイント

Claims (5)

1. 円板状で外周が断面Ｖ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを有するスクライビングホイールであって、
   前記稜線を含む前記傾斜面の一定間隔毎に複数の溝を具備し、
   前記溝は、前記傾斜面に延在する傾斜面溝と、前記傾斜面溝内部に前記稜線の一端から連続する溝内稜線と前記溝内稜線の一部が除去された平坦部とを有し、前記平坦部は前記稜線に沿って前記溝の同一方向に形成されたものであるスクライビングホイール。
2. 前記平坦部は、前記稜線の他端に連続するように形成されたものである請求項１記載のスクライビングホイール。
3. 請求項１又は２記載のスクライビングホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法であって、
   前記スクライビングホイールを転動自在として脆性材料基板に圧接し、
   前記スクライビングホイールの各溝に設けられた平坦部が前記稜線より先に前記脆性材料基板に接触するように前記脆性材料基板上で前記スクライビングホイールを回転させてスクライブするスクライブ方法。
4. スクライビングホイールの製造方法であって、
   円板状の基板の外周面に断面がＶ字状の傾斜面と、前記傾斜面が交わる稜線とを形成し、
   前記傾斜面に、前記稜線を含むように複数の溝を一定間隔で形成し、
   前記各溝に、前記稜線の一端から連続する溝内稜線と前記溝内稜線の一部が除去された平坦部とを有し、前記平坦部を、前記稜線に沿って前記溝の同一方向に位置するように形成したスクライビングホイールの製造方法。
5. 請求項１又は２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ピンと、
   前記スクライビングホイールを配置しておく保持溝を形成する一対の支持部を含み、前記一対の支持部に前記ピンを配置しておくピン孔が設けられたホルダと、を具備するホルダユニット。

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