JP4205664B2 - 脆性材料のスクライブ方法及びスクライブヘッド並びにこのスクライブヘッドを備えたスクライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、板ガラス、半導体ウェハ、セラミックス等の脆性材料の表面にスクライブラインを形成する方法及びスクライブヘッド並びにこのスクライブヘッドを備えたスクライブ装置に関する。

電子部品材料として使用される方形ガラスは、１枚の大きなガラス板を母材としこれを分断することにより得られる。この分断に際しては、まず、母材表面に対してカッターホイールチップを一方向に圧接転動させる作業を走行開始位置を順次ずらせながら所定回数繰り返すことにより、スクライブラインを並列に形成する。次に、カッターホイールチップの転動方向を前回の転動方向と交差する方向に変えて同様にスクライブラインを形成する。これにより、相互に交差するスクライブラインを形成する（以下、これをクロススクライブ加工という）。次に、このようにしてクロススクライブされた母材をブレークマシンに送り、そこで母材に対して所定の圧力をかけ、母材に形成されたスクライブラインに沿って曲げモーメントを加えることにより母材をスクライブラインに沿って分断し、目的とする方形ガラスを得る。

上記したスクライブ加工に使用されるスクライブ装置としては、例えば図１１に示されるような装置が公知である。なお、この図において左右方向をＸ方向、紙面に直交する方向をＹ方向として以下説明する。

このスクライブ装置は、載置されたガラス板９０を真空吸着手段によって固定する水平回転可能なテーブル２０と、このテーブル２０をＹ方向に移動可能に支承する平行な一対の案内レール２１，２１と、この案内レール２１，２１に沿ってテーブル２０を移動させるボールネジ２２と、Ｘ方向に沿ってテーブル２０の上方に架設されたガイドバー２３と、このガイドバー２３にＸ方向に摺動可能に設けられたスクライブヘッド２６と、このスクライブヘッド２６を摺動させるモータ２４と、スクライブヘッド２６の下部に昇降動可能且つ首振り自在に設けられたチップホルダ２７と、このチップホルダ２７の下端に回転可能に装着されたカッターホイールチップ２８と、ガイドバー２３の上方に設置されテーブル２０上のガラス板９０に記されたアライメントマークを認識する一対のＣＣＤカメラ２５とを備えたものである。

このような構成のスクライブ装置においては、ガラス板９０の表面に必然的に存在する微小な凹凸及びその他の要因によってスクライブヘッドの走行時にスクライブラインに歪みが生じるのを防ぐ工夫がスクライブヘッドに施されている。すなわち、図１２に示すように、スクライブヘッド本体２６Ａにチップホルダ２７をガラス板９０の表面と直交する回動軸２９を介して回動軸２９の軸心周りに揺動自在に設けるとともにこのチップホルダ２７にカッターホイールチップ２８を回動軸２９の軸心位置Ｑ₁ よりも走行方向（図１２において矢符Ｓ方向）とは逆方向にずれた位置Ｑ₂ に設けることで、スクライブヘッド走行中、カッターホイールチップ２８をスクライブヘッド本体２６Ａに追従させ、これによってカッターホイールチップ２８の直進安定性を得て、スクライブラインに歪みが発生することを防止している。

ところが、上記のスクライブ装置にあっては、ガラス板９０にスクライブラインを一方向にのみ形成するときは何ら問題はないが、クロススクライブを行う場合、図１３に示すように、最初に形成されたスクライブラインＬ₁ 〜Ｌ₃ をカッターホイールチップ２８が交差して通過する付近で、後から形成されるべきスクライブラインＬ₄ 〜Ｌ₆ が形成されない、いわゆる交点飛びと呼ばれる現象が発生していた。このような交点飛びがガラス板９０にあると、前述したブレークマシンでガラス板９０を分断しようとする際、スクライブラインの通りにガラス板９０が分断されず、その結果不良品が大量に発生し、生産効率が極めて悪くなるといった問題があった。

このような問題が生じる原因は、カッターホイールチップが既存のスクライブラインを交差して通過するとき、カッターホイールチップがガラス板９０に垂直に加えているスクライブに必要な力が、スクライブラインの両側に潜在する内部応力によって削がれてしまうことにある。

そこで出願人は、上記の問題を解決するものとして、脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、チップホルダが脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けられるとともにこのチップホルダにカッターホイールチップが前記回動軸の軸心位置よりも前記走行方向とは逆方向に変位した位置に設けられてなるスクライブヘッドを使用し、脆性材料の表面にスクライブラインを相互に交差させて形成する場合において、スクライブ中、前記チップホルダを、その揺動範囲が０°より大きく２°以下の範囲となるように制御するようにしたスクライブ方法及びスクライブヘッド並びにそれに用いるスクライブ装置を提案した（特許文献１）。

図１４は、その一実施態様であるスクライブヘッドを示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。

このスクライブヘッドは、スクライブヘッド本体３０と、ベアリングケース３１と、チップホルダ３２と、カッターホイールチップ３３と、付勢手段３４とを備えている。

スクライブヘッド本体３０は、その下部が切り欠かれており、この切欠部３５内にベアリングケース３１が格納されている。ベアリングケース３１は、その一端部が、スクライブヘッド本体３０に挿通された水平な支軸３６にベアリング３７を介して連結される一方、他端部が、スクライブヘッド本体３０内に支軸３６と平行に設けられた制止軸３８と当接されており、制止軸３８によって制止される範囲内で支軸３６の軸心周りに回動する。

チップホルダ３２は、ベアリングケース３１に、脆性材料面と直交する回動軸３９を介して回動軸３９の軸心周りに揺動自在に設けられている。回動軸３９とベアリングケース３１との間にはベアリング４０が介装されている。また、回動軸３９の上方には付勢手段３４が設けられており、この付勢手段３４による付勢力が回動軸３９及びチップホルダ３２を介してカッターホイールチップ３３に加えられるように構成されている。

カッターホイールチップ３３は、チップホルダ３２に、上記回動軸３９の軸心位置よりもスクライブヘッドの走行方向Ｓとは逆方向（図１４において左方向）に変位した位置に設けられている。

ここで、チップホルダ３２は、スクライブ中、揺動範囲θが０°よりも大きく２°以下に制御されるが、その制御手段としては、ベアリングケース３１の下面に形成した溝４１を利用したものとしている。すなわち、チップホルダ３２をその上端部がベアリングケース３１の溝４１内に納まるように取り付け、チップホルダ３２が揺動範囲の最大値まで揺動したときに、チップホルダ３２の上端部における四隅の角のうちいずれか対角に位置する組の角４２，４５（４３，４４）が溝４１の両内壁面４６，４７と当接するようにしている。これにより、溝４１の両内壁面４６，４７とチップホルダ３２の上端部における両側面４８，４９との間のクリアランスを調整することで、チップホルダ３２の揺動範囲θが上記所定範囲となるように調整できる。したがって、クリアランスを大きくとれば揺動範囲θを大きくでき、逆にクリアランスを小さくとれば揺動範囲を小さくできることになる。

出願人が提案したスクライブヘッドは、以上説明したような構成としたことにより、カッターホイールチップの直進性を維持しうるだけのチップホルダの揺動動作を確保しつつ交点付近に潜在する内部応力の影響を極限まで抑えることができるものであるから、クロススクライブを行う際にカッターホイールチップに付与される加圧力を一定にしたままでも交点飛びが発生することがなく、またスクライブ開始端においてスクライブラインが形成されないといったことがなくなり所期の目的を達成することができるものである。
特願２０００−１４２９６９号公報

ところが、上記スクライブヘッドは、カッターホイールチップがチップホルダにその回動軸の軸心位置よりも走行方向とは逆方向に変位して設けられており、スクライブ時は支軸側を先頭にして走行されるものであるため、既設のスクライブラインと交差する時や、ガラスのうねりや反りあるいはガラス表面の凹凸を通過する時にカッターホイールチップが上方へ突き上げられ、チップホルダが支軸周りに回動してガラス面から浮き上がろうとする。図５は、その現象を説明するための模式図である。

すなわち、支軸３６を先頭にし、付勢手段３４によりカッターホイールチップ３３をガラス板９０の表面に押圧させた状態でスクライブヘッドを走行させる（図中矢符Ｓ方向）と、カッターホイールチップ３３の刃先稜線３３Ａがガラス板９０の表面に接する点Ｐにおいて、カッターホイールチップ３３によりガラス板９０をスクライブ加工するときに必要なスクライブ力の水平方向の分力であるスクライブ加工水平分力Ｍとスクライブ力の垂直分力であるスクライブ加工垂直分力Ｎとの合力に対する反力Ｒがカッターホイールチップ３３の中心側に向かって生じる。この反力Ｒは支軸３６を中心とする回転モーメントとしてカッターホイールチップ３３に作用し、その結果、カッターホイールチップ３３は上方へ突き上げられることになり、図外チップホルダが支軸３６周りに回動してガラス板９０の表面から浮き上がろうとする。

上記したようなチップホルダの浮き上がり現象が生じると、カッターホイールチップ３３のガラス板９０への加圧力が前記反力Ｒにより削がれてしまうこととなり、その結果、深い垂直クラックが得にくくなるといった問題があった。

ところで、カッターホイールチップによりガラスに垂直クラックが発生するメカニズムをみてみると、まず刃先に荷重がかかることでガラス表面の刃先と当接している箇所に弾性変形が生じ、次いで刃先荷重の増大に伴い上記箇所に塑性変形が生じる。さらに刃先荷重が増大すると塑性変形の限界点を超えることとなり、その結果脆性破壊が発生し、ガラスの厚み方向に垂直クラックが成長し始める。この垂直クラックの成長は、クラックの先端が、刃先荷重の大きさ及びガラスの材質や厚み等に応じた深度（脆性材料表面からの距離）にまで達した時点で終息する。これを、一定の材質、一定の厚さのガラスについて見ると、上記垂直クラックの先端が達する深度（以下、垂直クラックの到達深度という。）をコントロールできるのは刃先荷重だけとなる。すなわち、刃先荷重を増大させるとカッターホイールチップの刃先がガラスの表面に食い込む深さが長くなり、垂直クラックを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックの到達深度は深くなる。ところが、刃先荷重がある一定の大きさを超えると、いわゆる深い垂直クラックが得られるもののそれと同時にガラスの表面付近に蓄積された内部歪みが飽和状態となり、垂直クラックの成長方向とは全く異なる方向に向かうクラック、いわゆる水平クラックが発生する。このような水平クラックは、望ましくない切り粉を多量に発生させる原因となる。

本発明者等は、上記したメカニズムをさらに詳しく探究した結果、刃先荷重と垂直クラックの到達深度とには図６に示すような関係があることを見出した。すなわち、この図６に示されたグラフからも分かるように、垂直クラックの到達深度は、刃先荷重が増大するに従って緩やかに深くなる領域（Ａ領域）がまず存在し、これに続いて、刃先荷重の増大に伴って急激に増加する領域（Ｂ領域）が存在し、さらに刃先荷重が増大してもほとんど増加しない領域（Ｃ領域）が存在する。そして、このＣ領域では、Ａ領域やＢ領域では見られなかった水平クラックが大幅に増加するのである。

以上のことから、Ｂ領域、つまり刃先荷重の増大に伴って急激に到達深度Ｐが増加する領域内に相当する刃先荷重でスクライブすることによって、前記水平クラックの発生を伴わずに深い垂直クラックが得られることを見出した。

ところが、Ｂ領域の刃先荷重の範囲は極めて狭く、前述したように、従来技術ではチップホルダの浮き上がり現象の発生を避けることができず、これによってカッターホイールチップへの加圧力が前記反力Ｒにより削がれてしまうことから、範囲が極めて狭い上記Ｂ領域内に刃先荷重を調節することは極めて困難であった。

また、クロススクライブにおいては、前述したように交点飛びの発生を防止するため第２のスクライブラインの形成にあたって刃先荷重を第１のスクライブライン形成時よりも大幅に増大させる必要があることから、刃先荷重が往々にして上記Ｃ領域に入ってしまうこととなり、このため多量の切り粉の発生を避けることができないといった問題があった。

さらに、上記したような問題とは別に、上記従来のカッターホイールを用いたスクライブでは、ガラスのうねりや反り、ガラス表面の凹凸、また、カッターホイールチップを保持するチップホルダやこのチップホルダを保持するスクライブヘッドのがたなどの外的要因により安定したスクライブラインが得られないことがしばしば発生していた。

本発明等は、前述の知見に基づき、鋭意研究の結果、スクライブヘッドの走行方向を従来のものとは逆方向、つまり、従来は支軸を先頭にしてスクライブヘッドを走行させていたものを、支軸を後尾にしてスクライブヘッドを走行させれば、チップホルダの浮き上がり現象を防止することができ、その結果、カッターホイールチップに確実に刃先荷重を加えることができるようになって前記Ｂ領域に適合できるように刃先荷重を制御できることを見出した。すなわち、図５に示すように、支軸９が後尾となるようスクライブヘッドを矢符Ｔ方向に走行させると、カッターホイールチップ５の刃先稜線５Ａがガラス板９０の表面に接する点Ｅにおいて、走行方向に向かうスクライブ加工水平分力Ｖと、ガラス板９０の厚み方向に向かうスクライブ加工垂直分力Ｗとの合力に対する反力Ｘがカッターホイールチップ５の中心側に向かって生じ、この反力Ｘは支軸９に向かうものであるから、前述したようなカッターホイールチップ５をガラス板９０の表面から浮き上がらせるような回転モーメントの発生がなくなる。その結果、上記押圧力Ｗが何ら削がれることがなくなり、カッターホイールチップ５に確実に刃先荷重を加えることができるようになって実質的に前記Ｂ領域に納まるように刃先荷重をコントロールすることができるのである。このように、スクライブヘッドを、いわゆる逆走させることで、刃先荷重をこのＢ領域に納まるように調整することが従来に比べて格段に容易になることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。

本発明は、クロススクライブをする際に、交点飛びが発生せず、チップホルダの浮き上がり現象を防止して、カッターホイールチップへの加圧力を効率よく脆性材料に作用させて、従来のものよりも格段に深い垂直クラックを得ることができるスクライブ方法及びスクライブヘッド並びに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、本発明に係る脆性材料のスクライブ方法は、脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、チップホルダを、脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に、かつ、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けるとともに、この回転軸を、当該回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設け、前記チップホルダにスクライブカッターを設けたスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させて脆性材料面にスクライブラインを形成することによって特徴付けられている。

また、本発明に係る別の脆性材料のスクライブ方法は、脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、チップホルダを脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に設けるとともに、このチップホルダにスクライブカッターを設けたスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させて脆性材料面にスクライブラインを形成するとともに、当該チップホルダが脆性材料から浮き上がらないよう、前記スクライブカッターがスクライブ中に脆性材料から受ける反力の方向を、該反力の起点と前記支軸の軸心とを結ぶライン上もしくは該反力と脆性材料面とのなす角が前記ラインと脆性材料面とのなす角より小さい角度をなす状態を維持しつつスクライブすることによって特徴付けられている。

この構成の脆性材料のスクライブ方法において、前記スクライブカッターをカッターホイールチップとするとともに、このカッターホイールチップを脆性材料面と平行な回転軸を介して該回転軸の軸心周りに回転自在に設ける構成であってもよい。

さらに、この構成の脆性材料のスクライブ方法において、前記チップホルダを、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設ける構成であってもよい。

また、さらに、この構成の脆性材料のスクライブ方法において、前記回転軸を、前記回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設ける構成であってもよい。

前記の脆性材料のスクライブ方法において、前記スクライブカッターをダイヤモンドカッターとするとともに、このダイヤモンドカッターを前記チップホルダに固着することが好ましい。

本発明に係る脆性材料のスクライブヘッドは、脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に設けられたベアリングケースと、前記ベアリングケースに脆性材料面と直交する回動軸を介して前記回動軸の軸心回りに揺動自在に設けられたチップホルダと、前記チップホルダに設けられたスクライブカッターと、を具備し、前記スクライブカッターの刃先と脆性材料が当接する箇所が前記回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに設けられていることによって特徴付けられている。

この構成のスクライブヘッドにおいて、前記支軸の軸心が、前記スクライブカッターがスクライブ中に脆性材料から受ける反力のベクトル上のライン上に位置しているか、もしくは、該反力の起点と前記支軸の軸心を結ぶラインと脆性材料となす角度が、該反力と脆性材料とのなす角度より大きい状態で位置していることが好ましい。

また、これらのスクライブヘッドにおいて、前記スクライブカッターがカッターホイールチップであるとともに、このカッターホイールチップがチップホルダーに脆性材料面と平行な回転軸を介して該回転軸の軸心周りに回転自在に具備することが好ましい。

また、このスクライブヘッドにおいて、前記スクライブカッターがダイヤモンドカッターであるとともに、このダイヤモンドカッターは前記チップホルダに固着されていることが好ましい。

本発明に係る脆性材料のスクライブ装置は、前記のスクライブヘッドを具備し、このスクライブヘッドを前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することによって特徴付けられている。

本発明に係る別の脆性材料のスクライブ装置は、脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に、かつ、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けられたチップホルダと、この回転軸を、当該回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設け、前記チップホルダにスクライブカッターが設けたスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することによって特徴付けられている。

また、本発明に係るさらに別の脆性材料のスクライブ装置は、脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に設けられたチップホルダを具備し、前記チップホルダにスクライブカッターが設けられ、前記支軸の軸心が、前記スクライブカッターがスクライブ中に脆性材料から受ける反力のベクトル上のライン上に位置しているか、もしくは、該反力の起点と前記支軸の軸心を結ぶラインと脆性材料となす角度が、該反力と脆性材料とのなす角度より大きい状態で位置しているスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することによって特徴付けられている。

また、前記別のスクライブ装置、あるいは、前記さらに別のスクライブ装置において、前記スクライブヘッドに備えられた前記スクライブカッターがダイヤモンドカッターであるとともに、前記ダイヤモンドカッターが前記チップホルダに固着されている構成であってもよい。

本発明に係るスクライブ方法及びスクライブヘッド並びにスクライブ装置は、上記した構成により、次のような作用を奏する。

例えば、スクライブカッターとしてカッターホイールチップを用いた構成では、図５に示すように、支軸９を後側にしてスクライブヘッドを走行させる（図中矢符Ｔ方向）ことで、カッターホイールチップ５の刃先稜線５Ａがガラス板９０の表面に接する点Ｅにおいて、走行方向に向かうスクライブ加工水平分力Ｖと、ガラス板９０の厚み方向に向かうスクライブ加工垂直分力Ｗとの合力に対する反力Ｘが生じるが、この反力Ｘは支軸９に向かうものであって、カッターホイールチップ５に作用する回転モーメントとはならない。これにより、前述したようなチップホルダの浮き上がり現象が発生せず、カッターホイールチップ５への加圧力が反力Ｘにより削がれてしまうことがない。

また、スクライブカッターとしてダイヤモンドカッターを用いた構成においても同様に説明される。具体的には、図１０に示すように、支軸９を後側にしてスクライブヘッドを走行させる（図中矢符Ｔ方向）ことで、ダイヤモンドカッター７４の刃先稜線７４Ａがガラス板９０の表面に接する点Ｐにおいて、走行方向に向かうスクライブ加工水平分力Ｖと、ガラス板９０の厚み方向に向かうスクライブ加工垂直分力Ｗとの合力に対する反力Ｘが生じるが、この反力Ｘは支軸９に向かうものであって、ダイヤモンドカッター７４に作用する回転モーメントとはならない。これにより、前述したようなチップホルダの浮き上がり現象が発生せず、ダイヤモンドカッター７４への加圧力が反力Ｘにより削がれてしまうことがない。

以上のことから、カッターホイールチップ５あるいはダイヤモンドカッター７４への加圧力が効率よくガラス板９０（脆性材料）に作用することとなり、従来のものよりも格段に深い垂直クラックを得ることが可能となる。

ここで、前記チップホルダを、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けた場合は、チップホルダのスクライブヘッドの走行方向への追従性を向上させることができる。

さらに、前記回転軸を、上記回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設けた場合も、チップホルダのスクライブヘッド走行方向への追従性をより高めることができる。

また、本発明のスクライブ方法及びスクライブヘッド並びにスクライブ装置においては、カッターホイールチップがスクライブ中に脆性材料から受ける反力の方向を、該反力の起点と前記支軸の軸心とを結ぶライン上もしくは該反力と脆性材料面とのなす角が前記ラインと脆性材料面とのなす角より小さい角度をなす状態を維持するようにすれば、前記回転モーメントの発生をより確実になくすことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、本発明に係るスクライブ方法は、スクライブヘッドにおいて実施されるものであるため、ここではスクライブヘッドについての実施の形態の説明のなかでスクライブ方法の実施の形態についても説明する。

図１は、本発明に係るスクライブヘッドの実施の形態を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。

スクライブヘッド１は、スクライブヘッド本体２と、ベアリングケース３と、チップホルダ４と、カッターホイールチップ５と、付勢手段６とを備えている。 スクライブヘッド本体２は、その下部が切り欠かれており、この切欠部８内にベアリングケース３が格納されている。ベアリングケース３は、その一端部が、スクライブヘッド本体２に挿通された水平な支軸９にベアリング１０を介して連結される一方、他端部が、スクライブヘッド本体２内に支軸９と平行に設けられた制止軸１１と当接されており、制止軸１１によって制止される範囲内で支軸９の軸心周りに回動する。

チップホルダ４は、ベアリングケース３に、脆性材料面と直交する回動軸７を介して回動軸７の軸心周りに揺動自在に設けられている。回動軸７とベアリングケース３との間にはベアリング１２が介装されている。また、回動軸７の上方には付勢手段６が設けられており、この付勢手段６による付勢力が回動軸７及びチップホルダ４を介してカッターホイールチップ５に加えられるように構成されている。

なお、チップホルダ４は、上述のように必ずしも回動軸７の軸心周りに揺動自在に設けられる必要はなく、スクライブヘッド本体２に対して固定されていてもよい。その場合は、ベアリングケース３及びベアリング１２等揺動に必要な部材を省略すればよい。

カッターホイールチップ５は、チップホルダ４に、脆性材料面と平行な回転軸１３を介して該回転軸１３の軸心周りに回転自在に、且つ、回転軸１３が前記回動軸７の軸心位置より支軸９側寄りに変位して設けられている。

なお、カッターホイールチップ５と回動軸７との位置関係は上記した関係に限るものではなく、カッターホイールチップ５の回転軸１３が、回動軸７の軸心の直下に位置していてもよい。

上記のスクライブヘッド１によりスクライブを行うにあたっては、支軸９をカッターホイールチップ５に対し後側にしてスクライブヘッド１を脆性材料上を走行させる。つまり、図１における矢符Ｔで示す方向にスクライブヘッド１を走行させる。このように支軸９をカッターホイールチップ５に対し後側にしてスクライブヘッドを走行させることで、図５に示すように、カッターホイールチップ５の刃先稜線５Ａがガラス板９０の表面に接する点Ｅにおいて、走行方向に向かうスクライブ加工水平分力Ｖと、ガラス板９０の厚み方向に向かうスクライブ加工垂直分力Ｗとの合力に対する反力Ｘが生じるが、この反力Ｘは支軸９に向かうものであって、カッターホイールチップ５をガラス板９０表面から浮き上がらせるように作用する回転モーメントとはならない。これにより、前述したようなチップホルダの浮き上がり現象が発生せず、カッターホイールチップ５への加圧力が反力Ｘにより削がれてしまうことがない。その結果、カッターホイールチップ５への加圧力が効率よく脆性材料に作用することとなり、従来のものよりも格段に深い垂直クラックを得ることが可能となるのである。

ここで、図５に示すように、カッターホイールチップ５がスクライブ中にガラス板９０から受ける反力Ｘの方向が、該反力Ｘの起点Ｅと支軸９の軸心とを結ぶラインＨ上もしくは該ラインＨよりガラス板９０寄りに存する状態を維持するとよく（図５中、点線矢符Ｘ₁ ，Ｗ₁ ，Ｖ₁ 参照）、このようにすれば、前記回転モーメントの発生をより確実になくすことが可能となる。当該状態の維持にあたっては、スクライブ速度、カッターホイールチップ５に対する加圧力、カッターホイールチップ５と支軸９との相対位置関係を適宜調整することで行うことができる。

次に、本発明のスクライブ装置の実施の形態について図２及び図３を参照して説明する。

図２は、スクライブヘッド５０を備えたスクライブ装置の側面図、図３はそのスクライブヘッド５０の主要部の正面図である。

このスクライブヘッド５０は、一対の側壁５１間にサーボモータ５２が倒立状態で保持され、その側壁５１の下部には、側方から見てＬ字状のホルダー保持具５３が支軸５４を通じて回動自在に設けられている。そのホルダー保持具５３の前方（図３中、右方向）には、カッターホイールチップ５を回転可能に支持するチップホルダ４が取り付けられている。

チップホルダ４は、その上端に設けられた回動軸７及びこの回動軸７が挿通されるベアリング１２を介してホルダー保持具５３に取り付けられており、回動軸７の軸心周りに回動可能とされている。

カッターホイールチップ５は、前述の実施の形態１の場合と同様、チップホルダ４に、脆性材料面と平行な回転軸１３を介して該回転軸１３の軸心周りに回転自在に、且つ、回転軸１３がチップホルダ４の回動軸７の軸心位置より支軸５４側寄りに変位して設けられている。

サーボモータ５２の回転軸と支軸５４とには、平傘歯車５５が互いにかみ合うように装着されている。これにより、サーボモータ５２の正逆回転により、ホルダー保持具５３は支軸５４を中心として回転し、カッターホイールチップ５が上下動する。このスクライブヘッド５０自体は、スクライブ装置１００の水平方向のガイドレール５８に沿い移動可能に設けられている。なお、動力伝達機構は平傘歯車５５に限定されない。

ここで、図５に示すように、カッターホイールチップ５がスクライブ中にガラス板９０から受ける反力Ｘの方向が、該反力Ｘの起点Ｅと支軸５４の軸心とを結ぶラインＨ上もしくは該ラインＨよりガラス板９０寄りに存する状態を維持するとよく（図５中、点線矢符Ｘ₁ ，Ｗ₁ ，Ｖ₁ 参照）、このようにすれば、前記回転モーメントの発生をより確実になくすことが可能となる。当該状態の維持にあたっては、スクライブ速度、カッターホイールチップ５に対する加圧力、カッターホイールチップ５と支軸５４との相対位置関係を適宜調整することで行うことができる。

なお、本実施の形態においては、動力伝達機構として平傘歯車５５を用いてホルダー保持具５３への動力を伝えたが、図４に示すように、サーボモータ５２の回転軸５６をホルダー保持具５３に直結した構成にしてもよい。

以上の実施の形態では、スクライブカッターとしてカッターホイールチップを用いたスクライブヘッド及びこのスクライブヘッドを用いたスクライブ装置を説明したが、スクライブカッターはこのカッターホイールチップに限ることなく、他の例としてダイヤモンドカッターを用いた構成としてもよい。以下に、このダイヤモンドカッターを用いたスクライブヘッドについて説明する。

図７は、図１に示すスクライブ装置に用いられるスクライブヘッドの他の実施の形態を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。

この実施の形態では、上記の実施の形態とはスクライブカッターの構成が異なるだけで、他の構成は同様であるので、同様の構成の説明は省略する。

このスクライブヘッド７０では、上記実施の形態と同様回動軸７の上方には付勢手段６が設けられているが、この付勢手段６による付勢力が回動軸７及びチップホルダ７２を介してダイヤモンド保持部材７３に接合されたダイヤモンドカッター７４に加えられる。

なお、チップホルダ７２は、上述のように必ずしも回動軸７の軸心周りに揺動自在に設けられる必要はなく、スクライブヘッド本体２に対して固定されていてもよい。その場合は、ベアリングケース３及びベアリング１２等揺動に必要な部材を省略すればよい。

ダイヤモンドカッター７４は、円柱形状のダイヤモンド保持部材７３に設けられる。このダイヤモンド保持部材７３の一方の端部に凹部が形成されており、この凹部にダイヤモンドカッター７４が嵌め込まれ、かしめられた後、ロウ付けされる。また、チップホルダ７２には、このダイヤモンド保持部材７３の他方の端部を嵌め込む孔が形成されており、ダイヤモンド保持部材７３はこの孔に嵌め込まれた状態でロウ付けされ、接合される。このようにダイヤモンドカッター７４が接合されたダイヤモンド保持部材７３は、チップホルダ７２に、回動軸７の軸心位置より支軸９側寄りに変位して設けられている。
ダイヤモンドカッターは、具体的には図８あるいは図９に示す構成が適用できる。

図８は、図７に示すスクライブヘッドの実施の形態に適用されるダイヤモンドカッターの例を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）はスクライブ状態の説明図である。

このダイヤモンドカッター７４は、図８（ａ）に示すように、４つのへき開面７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄとこれら４つのへき開面７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄにかこまれた正方形をなす端面７４ａとによって形成されている。このダイヤモンドカッター７４のカッティングポイント７４１、７４２、７４３、７４４は端面７４ａの角部である。また、図８（ｂ）に示すように、例えばへき開面は９０度の角θa に集束する辺５５１，５５２をもつ。スクライブの際には、例えば図８（ｃ）に示すように、各へき開面は１１０度の角θa に集束する辺をもつダイヤモンドカッターでは、ガラス板９０に対し角θa の中心線ＣＣがなす角度θ_b を５７〜５８度とすることによって、カッティングポイント７４２によるスクライブが可能になる。
ダイヤモンドカッターはこのような構成の他、図９に示す構成を用いることができる。

図９は、図７に示すスクライブヘッドの実施の形態に適用されるダイヤモンドカッターの他の例を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢符Ｘ方向からみた側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の矢符Ｙ方向からみた側面図である。

このダイヤモンドカッター８４は、図９（ａ）に示すように、貝殻状のいわゆるシェルタイプのダイヤモンドカッターであり、２つの傾斜面８４ａ，８４ｂによって刃先稜線８４ｓが形成されている。このダイヤモンドカッター８４は、図９（ｃ）に示すように、へき開面８４Ａは９０度の角θc に集束する辺をもち、刃先稜線８４ｓは図９（ａ）の矢符Ｙ方向からみて丸みをもつ形状とされている。

上記のスクライブヘッド７０によりスクライブを行うにあたっては、支軸９をダイヤモンドカッター７４に対し後側にしてスクライブヘッド７０を脆性材料上を走行させる。つまり、図７における矢符Ｔで示す方向にスクライブヘッド７０を走行させる。このように支軸９をダイヤモンドカッター７４に対し後側にしてスクライブヘッドを走行させることで、図１０に示すように、ダイヤモンドカッター７４のカッティングポイント７４１、７４２、７４３、７４４あるいは刃先稜線８４ｓがガラス板９０の表面に接する点Ｐにおいて、走行方向に向かうスクライブ加工水平分力Ｖと、ガラス板９０の厚み方向に向かうスクライブ加工垂直分力Ｗとの合力に対する反力Ｘが生じるが、この反力Ｘは支軸９に向かうものであって、ダイヤモンドカッター７４をガラス板９０表面から浮き上がらせるように作用する回転モーメントとはならない。これにより、前述したようなチップホルダの浮き上がり現象が発生せず、ダイヤモンドカッター７４の刃先荷重が反力Ｘにより削がれてしまうことがない。その結果、ダイヤモンドカッター７４の刃先荷重が効率よく脆性材料に作用することとなり、従来のものよりも格段に深い垂直クラックを得ることが可能となるのである。

ここで、図１０に示すように、ダイヤモンドカッター７４がスクライブ中にガラス板９０から受ける反力Ｘの方向が、該反力Ｘの起点Ｐと支軸９の軸心とを結ぶラインＨ上もしくは該ラインＨよりガラス板９０寄りに存する状態を維持するとよく（図１０中、点線矢符Ｘ₂ ，Ｗ₂ ，Ｖ₂ 参照）、このようにすれば、前記回転モーメントの発生をより確実になくすことが可能となる。当該状態の維持にあたっては、スクライブ速度、ダイヤモンドカッター７４に対する加圧力、ダイヤモンドカッター７４と支軸９との相対位置関係を適宜調整することで行うことができる。

なお、ここではスクライブヘッド１及びスクライブヘッド５０を備えたスクライブ装置について説明したが、このスクライブヘッド１に替えて、ダイヤモンドカッターを用いたスクライブヘッド７０を備えたスクライブ装置についても本実施の形態に含まれる。その構成はスクライブヘッド以外については本実施の形態と同じであり、スクライブヘッド７０については上述したので、詳細な説明は省略する。また、スクライブヘッド７０を備えた装置構成による力学的作用は上述した図１０に基づく説明が適用されることを記しておく。

次に、本発明に係るスクライブ方法と従来のスクライブ方法とをそれぞれ実施し、ガラスに形成された垂直クラックの深さを測定した。

（実施例）
本発明に係るスクライブ方法については、図４に示すスクライブヘッド６０を用いて、次の条件でスクライブを行った。
カッターホイールチップのホイール径 ２．５mm
カッターホイールチップのホイール厚 ０．６５mm
カッターホイールチップの刃先角度 １２５°
スクライブ速度 ３００mm／sec
刃先荷重 １．１kgf
ガラス板の材質 ソーダガラス
ガラス板の厚み ０．７mm
スクライブヘッドの走行方向 図４において矢符Ｔ方向

（比較例）
比較として、スクライブヘッドの走行方向を従来通り、つまり図４において矢符Ｓの方向としてその他は、上記本発明の実施例と同条件で行った。但し、カッターホイールチップ５の回転軸１３が、走行時に回動軸７の後側に位置するようチップホルダ４の向きを上記実施例とは逆にした。

（測定結果）
上記各方法でスクライブした後、それぞれについて垂直クラックの深さを測定したところ、次の結果を得た。
実施例 ４５０μｍ〜５００μｍ
比較例 １１０μｍ〜１２０μｍ
以上の結果からも明らかなように、本実施例のスクライブ方法及びスクライブヘッドによれば、同じ刃先荷重で、比較例の約４倍以上にも達する深さの垂直クラックが得られることが解る。

尚、上述の説明においては、脆性材料の一種であるガラス板にスクライブラインを形成する場合について主に述べたが、これに限ることなく、例えば液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ），有機ＥＬディスプレイ等の脆性材料を貼り合わせたフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、透過型プロジェクタ基板、反射型プロジェクタ基板等のマザー貼り合わせ基板にスクライブラインを形成する工程に本発明のスクライブ方法及びスクライブヘッドが有効に適用される。

本発明のスクライブ方法及びスクライブヘッド並びにスクライブ装置は、スクライブラインを形成する垂直クラックが従来と比べて格段に深いものが得られ、特に、相互に交差するスクライブラインを脆性材料基板上に形成するのに好適であり、クロススクライブ後における分断工程において、スクライブラインに沿って容易に脆性材料基板を分断することができる点で有益である。また、不良品の発生をなくすことができ、生産効率を従来に比べて格段に向上させる点でも有益である。

また、本発明によるスクライブラインの形成技術は、ガラス板のみならず、液晶表示パネル、ＰＤＰ，ＦＰＤ、透過型プロジェクタ基板、反射型プロジェクタ基板等のマザー貼り合わせ基板などにも適用可能である。

本発明に係るスクライブヘッドの実施の形態を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。 本発明に係るスクライブヘッドの他の実施の形態を示す側面図である。 図２に示すスクライブヘッドの主要部を示す正面図である。 スクライブヘッドのさらに他の実施の形態を示す正面図である。 カッターホイールチップに生じる回転モーメントを説明するための模式図である。 従来のスクライブ方法における刃先荷重と垂直クラックの深さとの関係を示すグラフである。 スクライブヘッドのさらに他の実施の形態を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。 図７に示すスクライブヘッドの実施の形態に適用されるダイヤモンドカッターの一例を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）はスクライブ状態の説明図である。 図７に示すスクライブヘッドの実施の形態に適用されるダイヤモンドカッターの他の例を示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は同図（ａ）の矢符Ｘ方向からみた側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）の矢符Ｙ方向からみた側面図である。 スクライブカッターとしてダイヤモンドカッターを用いた場合のカッターホイールチップに生じる回転モーメントを説明するための模式図である。 従来のスクライブ装置を示す概略正面図である。 従来のスクライブヘッドを示す正面図である。 交点飛びの現象を説明する図である。 従来のスクライブヘッドを示し、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は底面図である。

Claims (16)

1. 脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、チップホルダを、脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に、かつ、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けるとともに、この回転軸を、当該回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設け、前記チップホルダにスクライブカッターを設けたスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させて脆性材料面にスクライブラインを形成することを特徴とする脆性材料のスクライブ方法。
2. 脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、チップホルダを脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に設けるとともに、このチップホルダにスクライブカッターを設けたスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させて脆性材料面にスクライブラインを形成するとともに、当該チップホルダが脆性材料から浮き上がらないよう、前記スクライブカッターがスクライブ中に脆性材料から受ける反力の方向を、該反力の起点と前記支軸の軸心とを結ぶライン上もしくは該反力と脆性材料面とのなす角が前記ラインと脆性材料面とのなす角より小さい角度をなす状態を維持しつつスクライブすることを特徴とする脆性材料のスクライブ方法。
3. 請求項２に記載の脆性材料のスクライブ方法において、前記スクライブカッターをカッターホイールチップとするとともに、このカッターホイールチップを脆性材料面と平行な回転軸を介して該回転軸の軸心周りに回転自在に設けることを特徴とする脆性材料のスクライブ方法。
4. 請求項３に記載の脆性材料のスクライブ方法において、前記チップホルダを、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けることを特徴とする脆性材料のスクライブ方法。
5. 請求項４に記載の脆性材料のスクライブ方法において、前記回転軸を、前記回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設けることを特徴とする脆性材料のスクライブ方法。
6. 請求項１または２に記載の脆性材料のスクライブ方法において、前記スクライブカッターをダイヤモンドカッターとするとともに、このダイヤモンドカッターを前記チップホルダに固着することを特徴とする脆性材料のスクライブ方法。
7. 脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に設けられたベアリングケースと、前記ベアリングケースに脆性材料面と直交する回動軸を介して前記回動軸の軸心回りに揺動自在に設けられたチップホルダと、前記チップホルダに設けられたスクライブカッターと、を具備し、前記スクライブカッターの刃先と脆性材料が当接する箇所が前記回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに設けられていることを特徴とする脆性材料のスクライブヘッド。
8. 請求項７に記載のスクライブヘッドにおいて、前記支軸の軸心が、前記スクライブカッターがスクライブ中に脆性材料から受ける反力のベクトル上のライン上に位置しているか、もしくは、該反力の起点と前記支軸の軸心を結ぶラインと脆性材料となす角度が、該反力と脆性材料とのなす角度より大きい状態で位置していることを特徴とする脆性材料のスクライブヘッド。
9. 請求項７または８に記載のスクライブヘッドにおいて、前記スクライブカッターがカッターホイールチップであるとともに、このカッターホイールチップがチップホルダーに脆性材料面と平行な回転軸を介して該回転軸の軸心周りに回転自在に具備することを特徴とする脆性材料のスクライブヘッド。
10. 請求項７または８に記載のスクライブヘッドにおいて、前記スクライブカッターがダイヤモンドカッターであるとともに、このダイヤモンドカッターは前記チップホルダに固着されていることを特徴とする脆性材料のスクライブヘッド。
11. 請求項７または８に記載のスクライブヘッドを具備し、このスクライブヘッドを前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することを特徴とするスクライブ装置。
12. 請求項９に記載のスクライブヘッドを具備し、このスクライブヘッドを、前記支軸を前記カッターホイールチップに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することを特徴とするスクライブ装置。
13. 請求項１０に記載のスクライブヘッドを具備し、このスクライブヘッドを、前記支軸を前記ダイヤモンドカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することを特徴とするスクライブ装置。
14. 脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に、脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に、かつ、脆性材料面と直交する回動軸を介して該回動軸の軸心周りに揺動自在に設けられたチップホルダと、この回転軸を、当該回動軸の軸心位置より前記支軸側寄りに変位して設け、前記チップホルダにスクライブカッターが設けたスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することを特徴とするスクライブ装置。
15. 脆性材料上を走行するスクライブヘッド本体に脆性材料面と平行な支軸を介して該支軸の軸心周りに揺動自在に設けられたチップホルダを具備し、前記チップホルダにスクライブカッターが設けられ、前記支軸の軸心が、前記スクライブカッターがスクライブ中に脆性材料から受ける反力のベクトル上のライン上に位置しているか、もしくは、該反力の起点と前記支軸の軸心を結ぶラインと脆性材料となす角度が、該反力と脆性材料とのなす角度より大きい状態で位置しているスクライブヘッドを、前記支軸を前記スクライブカッターに対し後側にして脆性材料上を走行させることにより、脆性材料面にスクライブラインを形成することを特徴とするスクライブ装置。
16. 請求項１４または１５に記載のスクライブ装置において、前記スクライブヘッドに備えられた前記スクライブカッターがダイヤモンドカッターであるとともに、前記ダイヤモンドカッターが前記チップホルダに固着されていることを特徴とするスクライブ装置。

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