JP2022038435A - 脆性材料基板用のスクライビングホイール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水平方向へのマイクロクラックの発生を低減又は抑制でき、特に厚さが０．１ｍｍ以下の脆性材料基板の切断性能を高めることができる脆性材料基板用のスクライビングホイール及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、脆性材料基板にスクライブラインを付すためのディスク状のスクライビングホイールに係る。スクライビングホイール１は、その外周部３に第１の刃１０と第２の刃２０とを円周方向交互に備える。外周部３は、Ｖ字状に交差して第１の刃１０をなす一対の斜面３ａと、一対の斜面３ａの一方又は両方から窪んで第２の刃２０をなす凹部２２とを含む。本発明において、第１の刃１０の刃先１１の位置と第２の刃２０の刃先２１の位置との半径方向における差Ｓは０．５μｍ未満である。【選択図】図１

Description

本発明は、脆性材料基板用のスクライビングホイール及びその製造方法に関し、特に、ガラス基板、石英基板、セラミックス基板等板にスクライブラインを付すためのディスク状の工具であるスクライビングホイールと、このようなスクライビングホイールを製造するための方法に関する。

フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のマザーガラス基板等の脆性材料基板を所定寸法の単位基板へと分断する方法の一つとして、スクライブ及びブレーク法が広く採用されている。この方法は、脆性材料基板上にスクライビングホイールを圧接転動させてスクライブライン、すなわち切りすじを付し、次いで、脆性材料基板に外力を加え、スクライブラインに沿ってブレーク、すなわち分断するものである。また、スクライビングホイールの一例として、外周稜部の刃先に所定ピッチで溝を設け、刃先を凹凸に加工したものが知られており、例えば特許第５０２２６０２号公報（特許文献１）に開示されている。

上記したような刃先を凹凸加工したスクライビングホイールを脆性材料基板上に圧接転動させると、基板表面に、図１１に示すようなスクライブラインＳＬが生じる。スクライブラインＳＬは、凸状の刃１による比較的太いライン部分Ｌ１´と凹状の刃２による比較的細いライン部分Ｌ２´とが交互に連続的に形成される。この際また、刃１及び刃２はスクライブラインＳＬから基板を水平方向に割き開くような力（以下、本明細書中、「水平開力」という。）を基板に与える。この水平開力は、図１１の矢印で便宜的に表すように刃１の方が刃２よりも大きい。このように刃１及び刃２による強弱の水平開力が連続的に基板に作用することにより、基板の厚さ方向に垂直クラックが浸透する。このような基板内部に生じた垂直クラックは基板をブレークする時の負荷を軽減させる。

本発明者は、ライン部分Ｌ１´におけるほぼ一定の太さからライン部分Ｌ２´に向かって細くなり始める角Ｃから水平方向（基板の広がり方向）にマイクロクラックｍｃ（一部のみ図示する）が生じる場合があることを見出した。このようなマイクロクラックｍｃは、基板の分断後の曲げ強度を低下させたり、基板表層を剥離させるおそれがある。特に、近年、脆性材料基板の軽量化に伴う薄肉化が求められており、例えば厚さが０．２ｍｍ以下のガラス基板も使用されているが、このような薄い基板は元々低強度であるため、上記マイクロクラックｍｃの発生は品質の低下に直結する。

また、現在、厚さが０．１ｍｍ（１００μｍ）以下の脆性材料基板に対するニーズが増えてきているが、このような薄い基板に対して従来のスクライビングホイールを使用すると、垂直クラックが基板の厚さ方向に必要以上に浸透して、基板を安定的に分断することが難しいという問題があった。

特許第５０２２６０２号公報

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、水平方向へのマイクロクラックの発生を低減又は抑制でき、特に厚さが０．１ｍｍ以下の脆性材料基板の切断性能を高めることができる脆性材料基板用のスクライビングホイール及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の一側面によれば、脆性材料基板にスクライブラインを付すためのディスク状のスクライビングホイールであって、前記スクライビングホイールの外周部に第１の刃と第２の刃とを円周方向交互に備え、前記外周部は、Ｖ字状に交差して前記第１の刃をなす一対の斜面と、前記一対の斜面の一方又は両方から窪んで前記第２の刃をなす凹部とを含み、前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差が０．５μｍ未満であることを特徴とする脆性材料基板用のスクライビングホイールが提供される。

本発明者は、上述した刃１による比較的太いスクライブライン部分Ｌ１´（図１１参照）の角Ｃからの水平方向へのマイクロクラックｍｃを発生させないスクライビングホイールを模索する中で、スクライビングホイールにおいて第１の刃の刃先の位置と第２の刃の刃先の位置との半径方向における差（間隔）を０．５μｍ未満とすることで、そのようなマイクロクラックが低減又は抑制できることを見出し、本発明に至った。なお、従来のスクライビングホイールの刃１と刃２の半径方向間隔は０．５μｍ以上に設定されており、これは、前記間隔が０．５μｍ未満のスクライビングホイールを要する切断ニーズが無かったことと、スクライビングホイールの前記間隔を０．５μｍ未満に加工する難易度が非常に高いためであると考えられる。

本発明において、スクライビングホイールは、焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド又は超鋼合金又はこれらの組み合わせからなる。

本発明において、第１の刃は、Ｖ字状に交差する一対の斜面によって定義される。また、第２の刃は、一対の斜面の両方に設けた凹部がＶ字状に交差して定義されるか、又は、一対の斜面の一方に設けた凹部と一対の斜面の他方とがＶ字状に交差して定義される。

本発明の一実施形態において、前記第２の刃の角度は前記第１の刃の角度よりも小さい。好ましくは、第２の刃の角度は第１の刃の角度の９９．９８％～１０％であり、更に好ましくは、９８％～９０％の範囲である。第２の刃の角度を第１の刃の角度よりも小さくすることにより、第１及び第２の刃が脆性材料基板に与える水平開力の強弱変化を大きくして、厚さ方向への垂直クラックを伸長させることができる。

本発明の一実施形態において、前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差は０である。この形態において、第２の刃の刃先は第１の刃の刃先と共に真円の稜線（エッジ）をなし、スクライブラインは図１７に示すようにほぼ同じ太さのラインが連続する。しかしながら、第２の刃をなす凹部が第１の刃と円周方向交互に設けられるため、基板に対して第１及び第２の刃による水平開力の強弱変化が作用し、これにより、基板内部に垂直クラックが伸長すると考えられる。

本発明の一実施形態において、前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差が０．２μｍ以上で０．５μｍ未満であり、前記凹部各々は、前記一対の斜面の一方又は両方からの窪みの深さが最も深くなる円周方向中間の底部と、前記底部から円周方向において隣り合う２つの前記第１の刃へと前記深さを次第に浅くしつつ繋がる２つの底側部とを含み、互いに隣り合う前記底側部と前記第１の刃との境界の曲率半径は、互いに隣り合う前記底側部と前記底部との境界の曲率半径よりも大きい。本発明者は、このような形態のスクライビングホイールを使用した場合、脆性材料基板面に図２８に示すようなスクライブラインを形成し、水平方向へのマイクロクラックを更に低減又は抑制できることを見出した。この点については図２５～図２８に関連して後述する。

本発明の別の側面によれば、脆性材料基板にスクライブラインを付すためのディスク状のスクライビングホイールを製造する方法であって、前記スクライビングホイールとなる原体の外周部に一対の原斜面を加工する工程Ａであって、前記一対の原斜面がＶ字状に交差して第１の原刃をなす工程Ａと、前記一対の原斜面の両方から窪む一対の凹部を円周方向所定間隔で加工する工程Ｂであって、前記一対の凹部が第２の刃をなし、前記１の原刃と前記第２の刃とが円周方向交互となり、かつ前記第１の原刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差を０．５μｍ以上とする工程Ｂと、前記一対の原斜面を研磨して一対の斜面とする工程Ｃであって、前記一対の斜面がＶ字状に交差して第１の刃をなし、かつ前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差を０以上で０．５μｍ未満とする工程Ｃとを含むことを特徴とする脆性材料基板用のスクライビングホイール製造方法が提供される。

本方法は、上述した第１の刃の刃先の位置と第２の刃の刃先の位置との半径方向における差が０以上で０．５μｍ未満である脆性材料基板用のスクライビングホイールを製造するための方法に係る。本方法において、一対の原斜面の研磨には、所定粒度のダイヤモンド、セラミック、鉄等を用いることができ、一対の原斜面に対する凹部の形成には電子線やレーザー等を用いることができる。

本発明の一実施形態において、前記工程Ｂにおいて、前記第２の刃の角度を前記第１の原刃の角度よりも小さくし、前記工程Ｃにおいて、前記第１の刃の角度を前記第２の刃の角度よりも大きくする。これにより、第２の刃の角度が第１の刃の角度よりも小さくなる。

本発明の一実施形態において、前記工程Ｃの後、前記一対の斜面の一方を研磨して、この一方の斜面における前記凹部を無くす工程Ｄを含む。これにより、一対の斜面の他方にのみ凹部が残り、この凹部と一方の斜面とがＶ字状に交差して第２の刃を定義する。

本発明に係るスクライビングホイールでは、第１の刃の刃先の位置と第２の刃の刃先の位置との半径方向における差を０．５μｍ未満とすることで、第１の刃がなすスクライブライン部分からの水平方向へのマイクロクラックを低減又は抑制することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るスクライビングホイールの斜視図である。 図２は図１のスクライビングホイールの側面図である。 図３は図１のスクライビングホイールの正面図である。 図４は図２の一部を拡大した図面である。 図５は、図１等のスクライビングホイールの製造工程を略示する説明図である。 図６は、図１等のスクライビングホイールの製造工程Ａを略示する説明図である。 図７は、図１等のスクライビングホイールの製造工程Ｂを略示する説明図である。 図８は、図１等のスクライビングホイールの製造工程Ｃを略示する説明図である。 図９は図６～図８の製造工程に対応する説明図である。 図１０は、図１等のスクライビングホイールによってガラス基板上に付したスクライブラインの模式図である。 図１１は、従来のスクライビングホイールがガラス基板上に付したスクライブラインの模式図である。 図１２は、本発明の第２実施形態に係るスクライビングホイールの斜視図である。 図１３は図１２のスクライビングホイールの側面図である。 図１４は図１２のスクライビングホイールの正面図である。 図１５は図１３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。 図１６は図１５の囲みＢ部分の拡大図である。 図１７は、図１２等のスクライビングホイールによってガラス基板上に付したスクライブラインの模式図である。 図１８は、第２実施形態のスクライビングホイールの変形例である。 図１９は、第１実施形態のスクライビングホイールの変形例である。 図２０は、図１９のスクライビングホイールの製造工程Ｄを略示する説明図である。 図２１は、本発明の第３実施形態に係るスクライビングホイールの部分側面図である。 図２２は、図２１のクライビングホイールの部分斜視図である。 図２３は図２１の一部拡大図である。 図２４は、図２１等のスクライビングホイールがガラス基板の表面に付したスクライブラインの模式図である。 図２５は、本発明の第４実施形態に係るスクライビングホイールの部分側面図である。 図２６は、図２５のクライビングホイールの部分斜視図である。 図２７は図２５の一部拡大図である。 図２８は、図２５等のスクライビングホイールがガラス基板の表面に付したスクライブラインの模式図である。

以下、本発明のいくかの実施形態を図面に基づいて説明するが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び均等の範囲内で変更等が可能である。図１、図２及び図３は、本発明の第１実施形態に係るスクライビングホイール（以下、単に「ホイール」ともいう。）１の斜視図、側面図及び正面図である。図４は、図２の一部を拡大した図面である。以下、ホイール１（及び後述するホイール６１、１０１、２０１）についての左右は別途指定しない限り図３、図１４等に基づくものとする。ホイール１（６１、１０１、２０１）は実質的に左右対称である。そのため、ホイール１（６１、１０１、２０１）の左右一方についての説明は、左右他方についても当てはまる。ホイール１は、ディスク状の本体部２と、本体部２から半径方向外側へと断面三角形状に突出する外周部３とを備える。ホイール１は、外周部３の半径方向外側端部である稜部４に、第１の刃１０と第２の刃２０とを円周方向交互に備える。本体部２は、ホイール１の軸線に垂直な左右の円環状の側面２ａを有する。また、本体部２は、左右の側面２ａ間を貫通する軸孔５を備える。ホイール１は、図示しないスクライビング装置の軸部が本体部２の軸孔５に通されてスクライビング装置に装着されて使用される。

外周部３は、本体部２の左右の側面２ａに対して傾斜する左右一対の斜面３ａを有する。左右の斜面３ａは、半径方向外側へと相互に次第に近づき、稜部４にてＶ字状に交差して第１の刃１０を定義する。第１の刃１０の刃先１１はホイール１において最も半径方向外側の外周エッジに沿う。左右の斜面３ａには、左右一対の凹部２２が円周方向所定間隔で設けられる。左右の凹部２２は斜面３ａから窪み、稜部４にてＶ字状に交差して第２の刃２０を定義する。第２の刃２０の角度Ａ２（図９参照）は第１の刃１０の角度（Ａ１）よりも小さくなるように設定される。本実施形態において、Ａ１は９５°～１１０°であり、Ａ２はＡ１の９０％～９８％に設定される。第２の刃２０の刃先２１は、第１の刃１０の刃先１１と共にホイール１の外周エッジをなす。第１及び第２の刃１０、２０の刃先１１、２１がなす外周エッジは稜部４の稜線でもある。

本実施形態において、１つの第２の刃２０の円周方向に沿う長さは、１つの第１の刃１０の円周方向に沿う長さの約３～４倍である。図４を参照して、各第２の刃２０の刃先２１は、その円周方向両端（図４において左右に隣り合う第１の刃１０の刃先１１との隣接点）から円周方向中間点へとわずかに半径方向内側に窪み、円周方向中間点にて最も半径方向内側への窪みが大きくなる。この第２の刃２０（及び凹部２２）の窪みは半径方向内側に凸となる湾曲状である。本実施形態において、第１の刃１０の刃先１１の位置と第２の刃２０の刃先２１の円周方向中間点との半径方向における差Ｓは０．２μｍであるが、０．１μｍ以上で０．５μｍ未満に設定することができる。また、第１の刃１０のピッチは０．０１４μｍ以上で０．０１９μｍ以下である。更に、ホイール１の直径は２．６ｍｍ、ホイール１の厚さ、すなわち左右の側面２ａ間の間隔は０．６５ｍｍである。

表１は、スクライビングホイール１の好ましい仕様範囲等を示す。

次に、スクライビングホイール１の製造方法について説明する。図５～図８はホイール１の製造工程を略示する説明図である。図９は図６～図８の製造工程に対応する説明図である。まず、最終的にホイール１となる原体１´を用意する（図５参照）。原体１´は、ホイール１の本体部２を半径方向外側へとそのまま拡張したディスク形状であり、左右の側面２ａ（ホイール１の左右の側面２ａと共通するため、同じ参照番号を用いる。）と、左右の側面２ａの半径方向外側端間を連結する周側面３´とを有する。なお、図５～図８において、原体１´及びホイール１は、図４のＣ－Ｃ線から見た断面にて示される。次いで、図６に示すように原体１´の外周部に一対の原斜面３ａ´を粗加工する（工程Ａ）。一対の原斜面３ａ´はＶ字状に交差して第１の原刃１０´をなす。第１の原刃１０´は刃先１１´を有する。第１の原刃１０´の角度は最終的に形成される第１の刃１０の角度と実質的に同じとされる。一対の原斜面３ａ´及び第１の原刃１０´は、最終的な一対の斜面３ａ及び第１の刃１０（図８等参照）よりもわずかに半径方向外側にある。

次いで、図７に示すように一対の原斜面３ａ´それぞれに凹部２２を円周方向所定間隔でレーザー加工する（工程Ｂ）。左右一対の凹部２２はＶ字状に交差して第２の刃２０を定義する。第２の刃２０は刃先２１を有する。図９を参照して、第２の刃２０の角度Ａ２は第１の原刃１０´の角度（実質的にＡ１）の９０％～９８％に設定される。そのため、一対の凹部２２の、原斜面３ａ´に対して垂直な深さｄ（図９参照）は、稜線にある刃先２１から凹部２２の半径方向内側端２２ｂへと次第にわずかに深くなる。第２の刃２０の形成により、第１の原刃１０´と第２の刃２０とが円周方向交互となる。また、この時点において、第１の原刃１０´の刃先１１´の位置と第２の刃２０の刃先２１の位置との半径方向における差Ｓ´（図９参照）は、０．５μｍをわずかに上回るように設定される。

次いで、一対の原斜面３ａ´を所定粒度のダイヤモンドで研磨して、第１の原刃１０´を図８に示す第１の刃１０とする（工程Ｃ）。この際、一対の原斜面３ａ´は最終的な一対の斜面３ａへと実質的に平行に研磨される。そのため、第１の刃１０の角度Ａ１は第１の原刃１０´の角度と実質的に同じであり、第２の刃２０の角度Ａ２よりも大きい。本実施形態において、第２の刃２０の角度Ａ２は第１の刃１０の角度Ａ１の９０％～９８％に設定される。また、工程Ｃにおいて、第１の刃１０の刃先１１の位置と第２の刃２０の刃先２１の位置との半径方向における差Ｓは０．２μｍに設定される。更に、工程Ｃにより凹部２２はわずかに浅くなる。すなわち、凹部２２の斜面３ａからの深さは、原斜面３ａ´からの深さよりもわずか小さくなる。以上によりスクライビングホイール１が得られる。以上の工程Ａ～Ｃは後述する第２～第４実施形態のホイール６１、１０１、２０１（図１２、図２１、図２５等参照）の製造についても実質的に当てはまるが、ホイール６１では、工程Ｃにおいて第１の刃７０の刃先７１の位置と第２の刃８０の刃先８１の位置との半径方向における差Ｓがゼロとなるように原斜面（３ａ´）が斜面３ａへと研磨される。

図１０は、ホイール１によってガラス基板上に付したスクライブラインＳＬ１の模式図である。スクライブラインＳＬ１は、第１の刃１０による比較的太いライン部分Ｌ１と第２の刃２０による比較的細いライン部分Ｌ２とが交互に連続的に形成される。図１１は、凸状の刃１と凹状の刃２を有する従来のスクライビングホイール（以下、「比較例ホイール」ともいう。）がガラス基板上に付したスクライブラインＳＬの模式図である。比較例ホイールにおいて刃１の刃先の位置と刃２の刃先の位置との半径方向間隔は１．５μｍであり、刃１の角度と刃２の角度はほぼ同じであり、ホイール径、ホイール厚及び刃１のピッチはホイール１とほぼ同じである。また、スクライブラインＳＬ１及びＳＬを付すガラス基板の厚さ、転動圧、転動速度等もホイール１及び比較例ホイールとで同じとした。ホイール１によるスクライブラインＳＬ１では、第１の刃１０の刃先１１と第２の刃２０の刃先２１との半径方向間隔Ｓを０．２μｍとしたため、ライン部分Ｌ１とライン部分Ｌ２との太さの差が図１１のスクライブラインＳＬに比べて縮小している。すなわち、スクライブラインＳＬ１のライン部分Ｌ１はスクライブラインＳＬのライン部分Ｌ１´に比べて細く、また、ライン部分Ｌ２はライン部分Ｌ２´とほぼ同じ細さである。これにより、スクライブラインＳＬ１ではライン部分Ｌ１とライン部分Ｌ２との間の変化が低減し、これによりマイクロクラックｍｃが低減又は抑制されたと考えられる。

表２は、上述したスクライビングホイール１と比較例ホイールを用いた実験結果を示す。実験は次のように行った。まず、厚さ１００μｍ（０．１ｍｍ）及び１５０μｍ（０．１５ｍｍ）のガラス基板に対してスクライビングホイール１と比較例ホイールにより同じ転動圧力及び転動速度にてスクライブラインを付け、各ガラス基板内部に生じた垂直クラックの厚さ方向における長さ（μｍ）を測定した。これを、各厚さのガラス基板について８回繰り返した。

１回目の比較例ホイールによる厚さ１００μｍのガラス基板への垂直クラック長さは９０．９μｍであった。これは、１００μｍの厚さに対して垂直クラックが９０．９％浸透したことを意味する。そのため、１回目の「浸透率」は９０．９％である。比較例ホイール－厚さ１００μｍのガラス基板の２回目の垂直クラック長は８９．２μｍ（浸透率８９．２％）であり、以後３回～８回目の垂直クラック（浸透率）は表２の通りである。
１回目のホイール１による厚さ１００μｍのガラス基板への垂直クラック長さは８３．４μｍ（浸透率８３．４％）であった。以後２回～８回目の垂直クラック（浸透率）は表２の通りである。
１回目の比較例ホイールによる厚さ１５０μｍのガラス基板への垂直クラック長さは１２７．３μｍであった。そのため、浸透率は、１２７．３μｍ／１５０μｍ＝８４．９％である。以後２回～８回目の垂直クラック及び浸透率は表２の通りである。
１回目のホイール１による厚さ１５０μｍのガラス基板への垂直クラック長さは１０９．８μｍ（浸透率７３．２％）であった。以後２回～８回目の垂直クラック（浸透率）は表２の通りである。

グラフ１は、表２の平均浸透率をプロットすると共に、厚さ２００μｍ～１００μｍのガラス基板に対する上記実験と同様の多数の浸透率の測定値から推測した厚さ１５０μｍ～５０μｍのガラス基板に対する浸透率の推測値を示す。

一般に、ガラス基板にスクライブラインを付して分断する際、垂直クラックの浸透率が７５％～９０％の間にあると基板の分断作業が安定することが知られている。表２及びグラフ１から、本発明に係るホイール１は、厚さが１５０μｍ以下、特に１００μｍ以下のガラス基板に対して浸透率が７５％～９０％の間にあり、基板の分断作業が安定することが分かる。これに対し、比較例ホイールでは、厚さが１００μｍ以下のガラス基板に対して浸透率が９０％を上回り、基板の分断作業が不安定になると考えられる。

図１２、図１３及び図１４は、本発明の第２実施形態に係るスクライビングホイール６１の斜視図、側面図及び正面図である。図１５は図１３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図１６は図１５の囲みＢ部分の拡大図である。ホイール６１において、既述したホイール１と実質的に共通する構成、例えば本体部２、外周部３等については、ホイール１と同じ参照番号を用いてそれらの説明を省略する。ホイール６１は、外周部３の半径方向外側端部である稜部４に、第１の刃７０と第２の刃８０とを円周方向交互に備える。外周部３の左右一対の斜面３ａは、稜部４にてＶ字状に交差して第１の刃７０を定義する。左右の斜面３ａには、左右一対の凹部８２が円周方向所定間隔で設けられる。左右の凹部８２は斜面３ａから窪む。左右の凹部８２は稜部４にてＶ字状に交差して第２の刃８０を定義する。本実施形態において、第１の刃７０の刃先７１の位置と第２の刃８０の刃先８１の位置との半径方向における差Ｓはゼロ（Ｓ＝０）である。そのため、第１の刃７０の刃先７１と第２の刃８０の刃先８１とはホイール１において最も半径方向外側の真円の外周エッジに沿う。また、図１６を参照して、第１の刃７０の角度Ａ１は９５°～１１０°、第２の刃８０の角度Ａ２は第１の刃７０の角度Ａ１の９０％～９８％に設定される。なお、Ａ２は１０％～９９．９８％に設定可能である。本実施形態において、１つの第１の刃７０の円周方向に沿う長さは、１つの第２の刃８０の円周方向に沿う長さの約１．５倍である。ホイール６１は、ホイール１とほぼ同様に上述した工程Ａ～Ｃを経て製造されるが、ホイール６１では、工程Ｃにおいて第１の刃７０の刃先７１の位置と第２の刃８０の刃先８１の位置との半径方向における差Ｓがゼロとなるように原斜面３ａ´が斜面３ａへと研磨される。スクライビングホイール６１の好ましい仕様範囲等はＳ＝０の点を除きホイール１（表１参照）と同じである。

図１７は、ホイール６１によってガラス基板上に付したスクライブラインＳＬ２の模式図である。スクライブラインＳＬ２は、ホイール６１において第１の刃７０の刃先７１と第２の刃８０の刃先８１の半径方向間隔Ｓをゼロとしたことにより、ほぼ一定の細さのラインが連続する。しかしながら、第２の刃８０をなす凹部８２の存在と第１及び第２の刃７０、８０の角度差により、強弱の水平開力が連続的に基板に作用し、これにより基板の厚さ方向に垂直クラックが伸長する。また、スクライブラインＳＬ２では、第１の刃７０がなすライン部分と第２の刃８０がなすライン部分との間の変化がほとんどないため、水平方向へのマイクロクラックｍｃの発生が低減又は抑制されると考えられる。

以上に述べた第１及び第２実施形態のホイール１、６１では、外周部３の左右一対の斜面３ａの両方に凹部２２、８２を設けて第２の刃２０、８０を定義したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。図１８は、第２実施形態のホイール６１の変形例であるホイール６１Ａの正面図である。ホイール６１Ａでは、左右一対の斜面３ａ、３Ａの一方（左方）３ａにのみ凹部８２を周方向所定間隔で設けている。そのため、各第２の刃８０（便宜的にホイール６１の第２の刃８０と同じ参照番号を用いる。）は、左方の凹部８２と右方の斜面３Ａとによって定義される。ホイール６１Ａにおいても、第１の刃７０の刃先７１と第２の刃８０の刃先８１は半径方向において同じ位置（Ｓ＝０）にあるため、ホイール６１とほぼ同様にマイクロクラックｍｃを低減又は抑制することができる。ホイール６１Ａの右方の凹部のない平坦な斜面３Ａは、次に述べる第１実施形態の変形例であるホイール１Ａの右方の平坦な斜面３Ａと同様に形成される実質的に同じ面であるため、同じ参照番号を用いる。

図１９は、第１実施形態のホイール１の変形例であるホイール１Ａの正面図である。ホイール１Ａでは、左右一対の斜面３ａ、３Ａの一方（左方）３ａにのみ凹部２２を周方向所定間隔で設けている。そのため、各第２の刃２０（便宜的にホイール１の第２の刃２０と同じ参照番号を用いる。）は、左方の凹部２２と右方の斜面３Ａとによって定義される。ホイール１Ａにおいても、第１の刃１０の刃先１１の位置と第２の刃２０の刃先２１の位置との半径方向間隔は０．２μｍ（Ｓ＝０．２μｍ）である。これにより、ホイール１とほぼ同様にマイクロクラックｍｃを低減又は抑制することができる。ホイール１Ａの右方の凹部のない平坦な斜面３Ａは、上述したホイール１の製造方法における工程Ｃ（図８参照）の後、図２０に示すように、右方の斜面３ａを研磨して、右方の斜面３ａの凹部２２を無くすことによって形成される（工程Ｄ）。工程Ｄにおいて、第２の刃２０の刃先２１の位置は維持される。これにより、図９において第１及び第２の刃１０、２０の刃先１１、２１を通る垂線（図示せず）に対する左右の斜面３ａ、３Ａの傾斜角度は、斜面３Ａの方がわずかに小さくなる。

図２１及び図２２は、本発明の第３実施形態に係るスクライビングホイール１０１の部分側面図及び部分斜視図である。図２３は図２１の一部拡大図である。以下のホイール１０１及びホイール２０１の説明において、既述したホイール１と実質的に共通する構成、例えば本体部２、外周部３等については、ホイール１と同じ参照番号を用いてそれらの説明を省略する。ホイール１０１は、外周部３の半径方向外側端部である稜部４に、第１の刃１１０と第２の刃１２０とを円周方向交互に備える。外周部３の左右一対の斜面３ａは、稜部４にてＶ字状に交差して第１の刃１１０を定義する。左右の斜面３ａには、左右一対の凹部１２２が円周方向所定間隔で設けられる。左右の凹部１２２は稜部４にてＶ字状に交差して第２の刃１２０を定義する。本実施形態において、第１の刃１１０の刃先１１１の位置と第２の刃１２０の刃先１２１の位置との半径方向における差Ｓは０．４μｍである。また、第１の刃１１０の角度Ａ１は１２０°、第２の刃１２０の角度Ａ２は１０８°である。

図２３を参照して、各凹部１２２は、窪みの深さが最も深くなる円周方向中間の底部１２２ａと、底部１２２ａから円周方向において隣り合う２つの第１の刃１１０へと深さを次第に浅くしつつ繋がる２つの底側部１２２ｂとを含む。本実施形態では、各底側部１２２ｂは、半径方向内側に凸となる湾曲面である。左右の凹部１２２が定義する第２の刃１２０の刃先１２１も底部１２２ａに対応する部分１２２ａ（便宜的に同じ参照番号を用いる）と２つの底側部１２２ｂに対応する部分１２２ｂ（便宜的に同じ参照番号を用いる）とを含む。ホイール１０１では、円周方向に隣り合う底側部１２２ｂと第１の刃１１０との境界の凸状の曲率半径Ｒ１´は円周方向に隣り合う底側部１２２ｂと底部１２２ａとの境界の凹状の曲率半径Ｒ２´よりも小さい（Ｒ１´＜Ｒ２´）。なお、Ｒ１´＋Ｒ２´＝一定である。

図２４はホイール１０１がガラス基板の表面に付したスクライブラインＳＬ３を示す模式図である。スクライブラインＳＬ３は、ホイール１０１の第１の刃１１０による比較的太いライン部分Ｌ１１と第２の刃１２０による比較的細いライン部分Ｌ１２とが交互に連続する。スクライブラインＳＬ３には、ホイール１０１の凹部１２２の底側部１２２ｂと第１の刃１１０との間の曲率半径Ｒ１´に対応する角Ｃ１´が生じる。このような角Ｃ１´からはスクライブラインＳＬ３の外側の水平方向にマイクロクラックｍｃ（図１１参照）が発生し易いが、第１の刃１１０の刃先１１１と第２の刃１２０の刃先１２１との半径方向間隔Ｓを５μｍ未満とすることにより、そのようなマイクロクラックｍｃの発生を低減又は抑制することができる。

図２５及び図２６は、本発明の第４実施形態に係るスクライビングホイール２０１の部分側面図及び部分斜視図である。図２７は図２５の一部拡大図である。ホイール２０１は、外周部３の半径方向外側端部である稜部４に、第１の刃２１０と第２の刃２２０とを円周方向交互に備える。外周部３の左右一対の斜面３ａは、稜部４にてＶ字状に交差して第１の刃２１０を定義する。左右の斜面３ａには、左右一対の凹部２２２が円周方向所定間隔で設けられる。左右の凹部２２２は稜部４にてＶ字状に交差して第２の刃２２０を定義する。本実施形態において、第１の刃２１０の刃先２１１の位置と第２の刃２２０の刃先２２１の位置との半径方向における差Ｓは０．４μｍである。また、第１の刃２１０の角度Ａ１は１２０°、第２の刃２２０の角度Ａ２は１０８°である。

図２７を参照して、各凹部２２２は、窪みの深さが最も深くなる円周方向中間の底部２２２ａと、底部２２２ａから円周方向において隣り合う２つの第１の刃２１０へと深さを次第に浅くしつつ繋がる２つの底側部２２２ｂとを含む。本実施形態では、各底側部２２２ｂは、半径方向外側に凸となる湾曲面である。左右の凹部２２２が定義する第２の刃２２０の刃先２２１も底部２２２ａに対応する部分２２２ａ（便宜的に同じ参照番号を用いる）と２つの底側部２２２ｂに対応する部分２２２ｂ（便宜的に同じ参照番号を用いる）とを含む。ホイール２０１では、円周方向に隣り合う底側部２２２ｂと第１の刃２１０との境界の凸状の曲率半径Ｒ１は円周方向に隣り合う底側部２２２ｂと底部２２２ａとの境界の凹状の曲率半径Ｒ２よりも大きい（Ｒ１＞Ｒ２）。なお、Ｒ１＋Ｒ２＝一定である。

図２８はホイール２０１がガラス基板の表面に付したスクライブラインＳＬ４を示す模式図である。スクライブラインＳＬ４は、ホイール２０１の第１の刃２１０による比較的太いライン部分Ｌ２１と第２の刃２２０による比較的細いライン部分Ｌ２２とが交互に連続する。スクライブラインＳＬ４では、凹部２２２の底側部２２２ｂと第１の刃２１０との間の曲率半径Ｒ１が比較的大きいため、スクライブラインＳＬ３（図２４参照）の角Ｃ１´のような角が生じない。そのため、マイクロクラックｍｃの発生をより一層低減又は抑制することができる。なお、底側部２２２ｂと底部２２２ａとの間の比較的小さい曲率半径Ｒ２により、スクライブラインＳＬ４における比較的太いライン部分Ｌ２１と比較的細いライン部分Ｌ２２との間に水平マイクロクラックが発生し易くなるが、このマイクロクラックはスクライブラインＳＬ４の外側ではなく内側に生じるため、何ら問題はない。

１、１Ａ、６１、６１Ａ、１０１、２０１ スクライビングホイール
２ 本体部
３ 外周部
３ａ 一対の斜面
３Ａ 凹部を無くした斜面
４ 稜部
１０、７０、１１０、２１０ 第１の刃
１１、７１、１１１、２１１ 第１の刃の刃先
２０、８０、１２０、２２０ 第２の刃
２１、８１、１２１、２２１ 第２の刃の刃先
２２、８２、１２２、２２２ 凹部
１２２ａ、２２２ａ 底部
１２２ｂ、２２２ｂ 底側部
ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４ スクライブライン
Ｃ１´ 角
Ｒ１、Ｒ１´、Ｒ２、Ｒ２´ 曲率半径

本発明の一実施形態において、前記第２の刃の角度は前記第１の刃の角度よりも小さい。好ましくは、第２の刃の角度は第１の刃の角度の９９．９８％～１０％であり、更に好ましくは、９８％～９０％の範囲である。第２の刃の角度を第１の刃の角度よりも小さくすることにより、第１及び第２の刃が脆性材料基板に与える水平開力の強弱変化を大きくして、厚さ方向への垂直クラックを伸長させることができる。

図１２、図１３及び図１４は、本発明の第２実施形態に係るスクライビングホイール６１の斜視図、側面図及び正面図である。図１５は図１３のＡ－Ａ線に沿う断面図である。図１６は図１５の囲みＢ部分の拡大図である。ホイール６１において、既述したホイール１と実質的に共通する構成、例えば本体部２、外周部３等については、ホイール１と同じ参照番号を用いてそれらの説明を省略する。ホイール６１は、外周部３の半径方向外側端部である稜部４に、第１の刃７０と第２の刃８０とを円周方向交互に備える。外周部３の左右一対の斜面３ａは、稜部４にてＶ字状に交差して第１の刃７０を定義する。左右の斜面３ａには、左右一対の凹部８２が円周方向所定間隔で設けられる。左右の凹部８２は斜面３ａから窪む。左右の凹部８２は稜部４にてＶ字状に交差して第２の刃８０を定義する。本実施形態において、第１の刃７０の刃先７１の位置と第２の刃８０の刃先８１の位置との半径方向における差Ｓはゼロ（Ｓ＝０）である。そのため、第１の刃７０の刃先７１と第２の刃８０の刃先８１とはホイール１において最も半径方向外側の真円の外周エッジに沿う。また、図１６を参照して、第１の刃７０の角度Ａ１は９５°～１１０°、第２の刃８０の角度Ａ２は第１の刃７０の角度Ａ１の９０％～９８％に設定される。なお、Ａ２は１０％～９９．９８％に設定可能である。本実施形態において、１つの第１の刃７０の円周方向に沿う長さは、１つの第２の刃８０の円周方向に沿う長さの約１．５倍である。ホイール６１は、ホイール１とほぼ同様に上述した工程Ａ～Ｃを経て製造されるが、ホイール６１では、工程Ｃにおいて第１の刃７０の刃先７１の位置と第２の刃８０の刃先８１の位置との半径方向における差Ｓがゼロとなるように原斜面３ａ´が斜面３ａへと研磨される。スクライビングホイール６１の好ましい仕様範囲等はＳ＝０の点を除きホイール１（表１参照）と同じである。

Claims (9)

1. 脆性材料基板にスクライブラインを付すためのディスク状のスクライビングホイールであって、
   前記スクライビングホイールの外周部に第１の刃と第２の刃とを円周方向交互に備え、
   前記外周部は、Ｖ字状に交差して前記第１の刃をなす一対の斜面と、前記一対の斜面の一方又は両方から窪んで前記第２の刃をなす凹部とを含み、
   前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差が０．５μｍ未満であることを特徴とする脆性材料基板用のスクライビングホイール。
2. 前記第２の刃の角度が前記第１の刃の角度より小さいことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料基板用のスクライビングホイール。
3. 前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差が０であることを特徴とする請求項１又は２に記載の脆性材料基板用のスクライビングホイール。
4. 前記凹部は、前記一対の斜面の一方のみから窪んで前記第２の刃を、前記一対の斜面の他方と共になすことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の脆性材料基板用のスクライビングホイール。
5. 前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差が０．２μｍ以上で０．５μｍ未満であり、
   前記凹部各々は、前記一対の斜面の一方又は両方からの窪みの深さが最も深くなる円周方向中間の底部と、前記底部から円周方向において隣り合う２つの前記第１の刃へと前記深さを次第に浅くしつつ繋がる２つの底側部とを含み、
   互いに隣り合う前記底側部と前記第１の刃との境界の曲率半径は、互いに隣り合う前記底側部と前記底部との境界の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の脆性材料基板用のスクライビングホイール。
6. 脆性材料基板にスクライブラインを付すためのディスク状のスクライビングホイールを製造する方法であって、
   前記スクライビングホイールとなる原体の外周部に一対の原斜面を加工する工程Ａであって、前記一対の原斜面がＶ字状に交差して第１の原刃をなす工程Ａと、
   前記一対の原斜面の両方から窪む一対の凹部を円周方向所定間隔で加工する工程Ｂであって、前記一対の凹部が第２の刃をなし、前記１の原刃と前記第２の刃とが円周方向交互となり、かつ前記第１の原刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差を０．５μｍ以上とする工程Ｂと、
   前記一対の原斜面を研磨して一対の斜面とする工程Ｃであって、前記一対の斜面がＶ字状に交差して第１の刃をなし、かつ前記第１の刃の刃先の位置と前記第２の刃の刃先の位置との半径方向における差を０以上で０．５μｍ未満とする工程Ｃとを含むことを特徴とする脆性材料基板用のスクライビングホイール製造方法。
7. 前記工程Ｂにおいて、前記第２の刃の角度を前記第１の原刃の角度よりも小さくし、前記工程Ｃにおいて、前記第１の刃の角度を前記第２の刃の角度よりも大きくすることを特徴とする請求項６に記載の脆性材料基板用のスクライビングホイール製造方法。
8. 前記工程Ｃの後、前記一対の斜面の一方を研磨して、この一方の斜面における前記凹部を無くす工程Ｄを含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の脆性材料基板用のスクライビングホイール製造方法。
9. 請求項１～５のいずれか１項に記載のスクライビングホイールを用いて切断した脆性材料基板。

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