JP5276547B2 - カッターホイール - Google Patents

Description

本発明は、ガラス等の脆性材料基板上を転動させることにより、基板上にスクライブラインを形成するカッターホイールに関し、さらに詳細には、スクライブラインに沿って垂直方向（基板平面に対して直角方向）に形成されるクラック（垂直クラック）が深く浸透したスクライブライン（高浸透性スクライブライン）を形成することができる溝付きカッターホイールに関する。

一般に、ガラス基板にスクライブラインを形成するためのカッターホイールは、超硬合金製あるいは焼結ダイヤモンド製の円板を、外周面に沿って両面から研磨することで外周縁に断面がＶ字状となる刃面を成形し、刃先となる稜線が形成されるようにしている。

このようなカッターホイールでは、刃先両側の刃面がなす稜線角（刃先角ともいう）が小さすぎると、通常の圧接荷重ではスクライブラインが形成されず、圧接荷重を大きくすると、いきなり不規則な方向に割れてしまう。一方、稜線角が大きすぎると、圧接荷重が水平方向に分散されることより、スクライブラインを形成するために圧接荷重を大きくすることが必要となり、また、水平方向に分散される荷重も大きくなるため、断面の品質を低下させる水平クラック（垂直方向（基板平面に対して直角方向）からずれた方向のクラックであり、チッピング（欠け）の原因となる）が形成されやすくなる。そのため、通常のカッターホイールでは、稜線角を適切な角度にして、具体的には稜線角を、１００°〜１６０°、通常は１１０°〜１５０°程度にして、基板上に確実にスクライブラインが形成できるようにしている。

一方、刃先となる稜線に沿って周期的に溝を形成した溝付きカッターホイールが用いられている（特許文献１参照）。溝付きカッターホイールでは、以下の特徴を有している。
まず、刃先部分（突起）と溝部分とが交互に基板上を転動するので、突起は食い込みやすいが、順次基板上に位置することとなる溝部分が刃先の食い込みを制限する抵抗として働き、刃先が基板に深く食い込みすぎないように「食い込み抑制」がかかるようになる。これにより、荷重を大きくした場合でも、大きな稜線角の刃先の過度な食い込みによって生じる不規則な方向への割れや水平クラックの発生が防止され、方向が制御されたスクライブラインが形成されるようになる。また、刃先部分と溝部分とが基板上に交互に接近することにより、刃先が間欠的に基板に当たるようになる。その結果、基板に打点衝撃が与えられつつスクライブラインが形成されるので、スクライブラインに沿って伸展する垂直クラックの深さは、（溝のない）通常のカッターホイールによるスクライブラインに沿って形成されるクラックの深さよりも、はるかに深くなる。また、刃先部分に集中的に圧接荷重が加わるようになり、これによってもクラックの深さがより深くなる。

よって、溝付きカッターホイールの使用により、（溝のない）通常のカッターホイールよりも高浸透性のスクライブラインを、直線状に形成することができるようになり、しかも不規則な方向への割れや水平クラックの発生が防止できるようになる。
なお、溝付きカッターホイールでは、高浸透性のスクライブラインを形成できるので、場合によってはクラックが基板を貫通し、いきなり完全分断されてしまうこともあるが、その場合のクラックは基板平面に対して直角方向に伸展した垂直クラックとなり、クラックの方向はスクライブラインに沿った直線状になっており、上述した不規則な方向の割れとは異なり、クラックの伸展方向が制御された好ましい分断が行われることになる。

さらに、溝付きカッターホイールの別の利点として、溝によって「食い込み抑制」がかかるので、稜線角を小さくしても、例えば８０°〜１３０°、特に９０°〜１２０°程度まで小さくし、しかも荷重を大きくしても、水平クラックが発生する不具合や基板が不規則な方向に割れる不具合が発生しにくくなる。したがって、（溝のない）通常のカッターホイールではスクライブラインの形成が困難な小さい稜線角度でも、高浸透性のスクライブラインが形成できるようになる。

一方、カッターホイールの刃先を加工する上で、刃面の研磨加工の工数を減らし、生産効率を高めるための工夫として、円板の外周面に沿って両側面を斜めに研磨して断面がＶ字状の刃面を形成する際に、二段の傾斜面を加工することが開示されている（特許文献２の図１（ｃ）参照）。すなわち、図４に示すように、二段の傾斜面のうち、外周縁側の第一傾斜面Ｋ１を刃面として、通常のカッターホイールと同等の稜線角にして小さい幅で加工し、刃面として用いない根元側の第二傾斜面Ｋ２は、第二傾斜面Ｋ２を第一傾斜面Ｋ１側に延長したときの仮想の稜線角が第一傾斜面の稜線角より小さい角度になるように加工したカッターホイールが開示されている。このカッターホイールでは、第一傾斜面を形成する前に第二傾斜面のみを形成した稜線角の小さいホイールを製造しておき、必要に応じて所望の稜線角で第一傾斜面を形成することにより、所望のスクライブ性能を有するカッターホイールを製造することができる。このカッターホイールでは、ガラス基板上を転動する際に、第一傾斜面によってスクライブラインが形成され、第二傾斜面はガラス面に接することはない。

国際公開ＷＯ２００５／０７２９２６号公報 特開平９−１８８５３４号公報

基板にスクライブラインを形成する場合に、水平クラックの発生や不規則な方向に割れてしまう不具合をなくしつつ、それでいて、できるだけ深い垂直クラックを伴うスクライブラインを形成できることが望ましい。
特許文献１に記載された溝付きカッターホイールは、通常のカッターホイールに比べると、深い垂直クラックを伴う高浸透性のスクライブラインを形成することができる点で優れている。
しかしながら、被加工基板の厚みや材質により、さらに深い垂直クラックを伴う高浸透性のスクライブラインを形成することが望まれる場合があり、また、より望ましくは、同じ高浸透性のスクライブラインを形成する場合でも、できるだけ小さい圧接荷重で高浸透性のスクライブラインを形成できることがスクライブラインの加工品質を高める上で好ましい。

そこで、本発明は、従来の溝付きカッターホイールと比較して、
（１）さらに深い垂直クラックを伴う高浸透性のスクライブラインを形成することができるカッターホイール、
（２）相対的に低い圧接荷重でも高浸透性のスクライブラインを形成することができるカッターホイール、を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の溝付きカッターホイールは、以下の構成を有する。すなわち、円形の外周縁に沿って第一稜線角Φ１をなす稜線が形成された断面Ｖ字状の第一刃面と、この第一刃面の根元側に続く第二刃面とからなる二段の刃面を有している。第二刃面は、第一刃面側に第二刃面を延長したときに形成される仮想的な第二稜線角Φ２が第一稜線角Φ１より小さい角となるように形成される。さらに、第一刃面の稜線に沿って第二刃面に達する深さを有する溝が周期的に形成されるようにしてある。そして、スクライブする際に、この溝付きカッターホイールは、第一刃面とともに第二刃面が被加工基板に食い込むようにしてスクライブラインを形成する。

本発明によれば、被加工基板に対し、第一稜線角Φ１の第一刃面が根元まで食い込み、続いて第二稜線角Φ２の第二刃面が食い込むようになる。このとき、第二稜線角Φ２は第一稜線角Φ１より小さく、稜線角の広い第一刃面による被加工基板に対する圧接面は狭くされているので、狭くされていない第一刃面だけでスクライブする従来型のカッターホイールよりも小さな圧接荷重で、第二刃面に達する深さまで、溝間の突起を食い込ませることができる。一方、刃先稜線に沿って第二刃面に達する深さの溝が周期的に形成されているので、第二刃面まで食い込んだとき、これら溝によって食い込み抑制が働き出すと、それ以上の食い込みが制限されるようになる。

本発明によれば、第二刃面まで食い込ませることで深いスクライブラインが形成できるとともに、食い込み深さが溝深さに近づくと、それ以上の食い込みが抑制されるようになり、その結果、刃面の過度の食い込みによる不規則な方向の割れや水平クラックが生じる不具合をなくすことができる。

上記発明において、溝付きカッターホイールの第一刃面の外径Ｄが１ｍｍ〜１０ｍｍ、特に２ｍｍ〜５ｍｍで、かつ、第一稜線角Φ１が１００°〜１６０°、特に１１０°〜１３０°であるようにするのが好ましい。
第一稜線角Φ１を１００°〜１６０°にすることにより、第一刃面が基板に圧接されたときに、適切な圧接荷重でスクライブラインを形成すること（水平クラックの発生や不規則な方向への割れが発生する不具合を防止すること）ができ、さらに外径Ｄを１ｍｍ〜１０ｍｍにすることにより、使いやすく、ホイールの研磨加工が比較的容易な大きさの溝付きカッターホイールを作成することができる。

さらに、上記発明において、第二稜線角Φ２が１０°〜９０°であり、かつ、第二刃面の最小幅Ｗが２μｍ〜２００μｍ、特に５〜１００μｍにするのが好ましい。
第二刃面の最小幅Ｗ（第一刃面の最大幅と同じである）を２μｍ〜２００μｍにすることにより、また、第一稜線角が１００°〜１６０°であることにより、幾何学的な関係から、第一刃面の稜線から第一刃面の根元までの深さが約１μｍ〜１００μｍとなる。
例えば、液晶パネル等で使用する一般的なガラス基板の厚さは０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であることから、第一刃面の深さが上記範囲（１μｍ〜１００μｍ）であれば、ガラスの板厚に応じて、第二刃面の最小幅Ｗを、上記範囲内で適切な値にすることで、第一刃面が根元まで基板に食い込んだ上（すなわち第一刃面は１μｍ〜１００μｍ食い込む）で、さらに第二刃面が食い込もうとするときに、水平クラックの発生や不規則な方向の割れを防止することができる。その後は、第二刃面がさらに食い込んでいくが、このとき、カッターホイールの溝の深さは、第二刃面に達していることから、第一刃面の深さよりも大きな溝深さにしてあり、具体的には第一刃面の深さが１μｍのときは１μｍより深く、１００μｍのときは１００μｍより深くしてある。第二刃面が食い込むと、やがて溝による食い込み抑制が働くようになるため、第二刃面が食い込みすぎて水平クラックや不規則な方向の割れが生じることを防止することができる。

本発明の一実施形態であるカッターホイールの正面図および側面図である。 図１のカッターホイールの外周縁近傍を拡大した断面図である。 本発明の他の一実施形態であるカッターホイールの側面図である。 二段の傾斜面が形成された従来のカッターホイールの例である。

以下、本発明のカッターホイールについて、図面に基づいて詳細に説明する。ここでは、板厚が０．１ｍｍ〜２ｍｍ程度の液晶パネル等に使用するガラス基板の加工に適したカッターホイールを例にして説明するが、もちろん、それより厚い板厚のガラス基板にも適用できることはいうまでもない。また、ガラス基板以外の脆性材料基板（例えば、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミックス）等のセラミックス基板、サファイア基板、半導体材料）にも適用できる。

図１は本発明の一実施形態である溝付きカッターホイールの構成を示す正面図（図１（ａ）および側面図（図１（ｂ））である。また、図２は図１のカッターホイールにおける外周縁近傍の拡大断面図である。

カッターホイール１０は、超硬合金又は焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）の円板を用いたホイール本体１１に、第一刃面１２と、その根元側に続く第二刃面１３とからなる二段の刃面が研磨される。通常は、第二刃面を形成した後、第一刃面を形成する。
ホイール本体１１は、使用の際に使いやすく、研磨加工もしやすいように、外径Ｄを１ｍｍ〜１０ｍｍ（通常は２〜５ｍｍ）にしている。
第一刃面１２は、ホイール本体１１の外周縁に第一稜線角Φ１の稜線をなすように形成され、先端が刃先１４となる。この第一稜線角Φ１を１００°〜１６０°の範囲で設定することで、稜線角が狭すぎる場合や広すぎる場合の不都合（不規則な方向へのクラックの発生、食い込みすぎによる被加工基板の破壊等）を防止している。

第二刃面１３は、第二刃面１３を第一刃面１２側に延長したときに第二稜線角Φ２をなすように形成される。第二稜線角Φ２は第一稜線角Φ１よりも小さくなるようにしてある。具体的には、１０°〜９０°（通常は２０°〜９０°）の範囲で設定するようにし、これにより第一刃面１２に続いて第二刃面１３が食い込む際に不必要な抵抗を回避することにより、荷重の水平方向への分散を抑制できるようにしてある。

そして、刃先１４となる稜線に沿って周期的に溝１５が形成されている。溝１５の深さＭ（溝１５底部から刃先１４までの垂直距離）は、第一刃面の深さＬ（第一刃面１２と第二刃面１３との境界１６から刃先１４までの垂直距離）よりも深くしてあり、したがって、溝１５の底部が第二刃面１３に達するようにしてある。これにより、第二刃面１３がガラス基板に食い込んだときに、溝１５の部分で第二刃面１３の食い込み抑制がかかるようにしてある。なお、図１は各構成部分の概要を説明するための模式的な図面であり、溝の数、溝の深さ、溝の幅、溝の間隔（溝間の刃先部分（突起）の長さ）等は、実際の縮尺によるものではない。例えば、図１では、見かけ上、溝の幅が溝の間隔（突起の長さ）と比較して同等以下になっているが、一般に、溝の幅を溝間の間隔（刃先部分（突起）の長さ）よりも長く設定することによって、高浸透性のスクライブラインを形成しやすくなる。

第二刃面１３の最小幅Ｗ（第一刃面の最大幅でもある）は、第一稜線角Φ１との幾何学的な関係で、第一刃面の深さＬを決定することになる。第一刃面の深さＬは、被加工基板の板厚や材質によって適切な値に設定することが必要になる。例えば、仮想の議論として、ガラス基板の板厚が２ｍｍ程度のときは、第一刃面の深さＬが０．５ｍｍであっても第二刃面１３まで食い込ませることができるが、ガラス基板の板厚が０．５ｍｍ程度のときは、第一刃面の深さＬが０．５ｍｍであれば第二刃面１３を食い込ませる前に分断されてしまう。
したがって、第二刃面１３の最小幅Ｗを、被加工基板の板厚によって適切な値に設定する必要がある。具体的には、板厚が０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のガラス基板のスクライブを行う場合は、板厚に応じて、最小幅Ｗを２μｍ〜２００μｍの範囲で設定するようにしている。

表１に、カッターホイール１０の外径Ｄを２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲で変化させたときの、第一稜線角Φ１、第二稜線角Φ２、第一刃面深さＬ、溝深さＭ、第二刃面の最小幅Ｗ（第一刃面の最大幅と同じ）の典型例を示す。
第一稜線角Φ１は１００°〜１６０°の範囲で任意に設定することができる。第二稜線角Φ２は外径Ｄとのバランスで適切な値を設定しており、具体的には、カッターホイール全体の厚み（通常、０．３〜１ｍｍ程度）を考慮して、外径Ｄが大きくなるにつれて、第二稜線角Φ２が小さくなるようにしている。
第一刃面の深さＬは、外径Ｄが小さくなるほど、深くすることができるようになる。そして溝深さＭは第一刃面の深さＬより深くするようにすればよいが、通常は、２〜１００μｍ、特には５〜５０μｍであり、最低でも２μｍより深くするようにしている。これより小さくすると、打点衝撃が加わりにくくなり、また、食い込み抑制も働きにくくなるからである。
第二刃面の最小幅Ｗは、最大でも２００μｍ以下にするようにして、第二刃面を食い込ませる際の抵抗が低減されるようにしている。

以上本発明の代表的な例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の特徴を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。例えば、図３は本発明の他の一実施形態であるカッターホイールの外周縁近傍の拡大図である。図１、図２と同じ部分については同符号を付すことにより説明を省略する。
この実施形態では、第二刃面１３の根元側に刃先でない傾斜面１７を設けることにより、第二刃面１３を小さくして研磨加工が簡単にできるようにしている。

本発明は、ガラス基板を始めとする脆性材料基板に対し、水平クラックを発生させることなく高浸透性のスクライブラインを形成するカッターホイールに利用することができる。

１０ カッターホイール
１１ ホイール本体
１２ 第一刃面
１３ 第二刃面
１４ 刃先
１５ 溝
１６ 第一刃面と第二刃面との境界
２ｂ 第１の傾斜面
２ｃ 第２の傾斜面
Φ１ 第一稜線角
Φ２ 第二稜線角
Ｄ 外径
Ｌ 第一刃面深さ
Ｍ 溝深さ
Ｗ 第二刃面の最小幅（第一刃面の最大幅）

Claims (7)

1. 円形の外周縁に沿って第一稜線角Φ１をなす稜線が形成された断面Ｖ字状の第一刃面と、第一刃面の根元側に続く第二刃面とからなる二段の刃面を有し、
   第二刃面は、第一刃面側に延長したときに形成される仮想的な第二稜線角Φ２が第一稜線角Φ１より小さい角となるように形成され、
   第一刃面の稜線に沿って第二刃面に達する深さの溝が周期的に形成され、
   第一刃面とともに第二刃面を被加工基板に食い込ませて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基板用のカッターホイール。
2. 第一刃面の外径Ｄが１ｍｍ〜１０ｍｍで、かつ、第一稜線角Φ１が１００°〜１６０°である請求項１に記載のカッターホイール。
3. 第二稜線角Φ２が１０°〜９０°であり、かつ、第二刃面の最小幅Ｗが２μｍ〜２００μｍである請求項２に記載のカッターホイール。
4. 前記溝の深さが２μｍ〜５０μｍである請求項３に記載の溝付きカッターホイール。
5. 前記第二刃面の最小幅が２〜２００μｍである請求項１に記載の溝付きカッターホイール。
6. 脆性材料基板の表面に請求項１記載のカッターホイールを圧接し、転動させることを特徴とする脆性材料基板のスクライブ方法。
7. 前記カッターホイールをその第二刃面まで脆性材料基板に食い込むように圧接する請求項６記載のスクライブ方法。
   

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