JP5508847B2 - スクライブ装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、脆性材料基板の表面にスクライビングホイールを転動させることによって、スクライブラインを刻み、スクライブラインと共に厚み方向に伸びる垂直クラックを形成するスクライブ装置及び方法に関する。

近年の技術革新によって、省スペースで画面が平面であるフラットパネルディスプレイ（Flat Panel Display、以下ＦＰＤという）が生み出されている。ＦＰＤを実現する技術には、二枚のガラス基板の間に液晶と呼ばれる特殊な物質を封入した液晶ディスプレイ、発光体をガラス基板に蒸着した有機ＥＬ（organic electroluminescence）ディスプレイ、二枚のガラス基板の間に高圧の希ガスを封入したプラズマディスプレイなどがある。

ＦＰＤに用いられるガラス基板は、大きいサイズのガラス基板（マザー基板）の表面にスクライブラインを形成し、次いでスクライブラインに沿ってガラス基板をブレイクすることによって所定の寸法に分断された単位基板となる。すなわち図２１に示されるように、マザー基板Ｗの表面にスクライビングホイール１を転動させてスクライブラインＳａを形成するスクライブライン形成工程と、スクライブラインＳａが形成されたマザー基板Ｗの表面の反対側の面にブレイクバー２を押し当てて、垂直クラックを反対側の面まで到達させるブレイク工程と、を経ることによって、マザー基板Ｗが単位基板に分断される。なお、二枚のガラス基板を貼合せた液晶ディスプレイの場合、二枚のガラス基板それぞれにスクライブライン形成工程とブレイク工程とが行われる。

近年、ＦＰＤに用いられるガラス基板は、例えば０．７ｍｍ、０．５ｍｍ等厚みが薄くなってきて、より硬質になってきている。ガラス基板の薄型化及び硬質化は将来的にもより一層進むと予想されている。しかし従来の切断方法のように、スクライブライン形成工程後のブレイク工程において、ブレイクバーでガラス基板を叩くと、ガラス基板が硬質になったことが原因でガラス基板の切断面が破壊し、チッピングが発生するおそれがある。

この問題を解決するためには、スクライブラインを形成する段階で垂直クラックをガラス基板の深くまで浸透させる必要がある。垂直クラックが深く浸透すると、ブレイク工程がなくてもガラス基板を分断できるようになるからである。

垂直クラックを深く浸透させることができるスクライブ方法として、一方の出願人は図２２に示されるように、円盤形状のスクライビングホイール３をガラス基板Ｗの表面上で転動させ、それと同時にスクライビングホイール３を振動させるスクライブ方法を研究開発している（特許文献１及び２）。このスクライブ方法において、振動が付与されるスクライビングホイール３には、円周稜線３ａが滑らかなノーマルホイール（以下Ｎ刃と称する）が用いられる。

他方の出願人は、深い垂直クラックを形成できるスクライブ方法として、図２３に示されるように、円盤形状のスクライビングホイール４の円周稜線４ａに円周方向に交互に多数の溝６と突起７とが一定のピッチＰで形成されたスクライビングホイール（以下Ｐ刃と称する）を用いたスクライブ方法を提案している（特許文献３参照）。このスクライブ方法において、Ｐ刃には振動を付与させていない。ガラス基板上をＰ刃が転動するとき、Ｐ刃の円周稜線４ａの突起７がガラス基板に食い込むので、振動を付与しなくてもガラス基板に深い垂直クラックを形成できる。

他方の出願人は、図２４に示されるように、スクライビングホイール８の円周稜線８ａに一定のピッチＰで形成された切欠き９の円周方向の長さａを突起１０の円周方向の長さｂよりも短くしたスクライビングホイール（以下Ａ刃と称する）及びそれを用いたスクライブ方法を提案している（特許文献４参照）。このスクライブ方法においても、Ａ刃の円周稜線８ａの突起１０がガラス基板に食い込むので、Ａ刃には振動を付与させていない。Ａ刃はＮ刃とＰ刃の中間のカテゴリのホイールである。Ａ刃の切欠き９の数は、Ｐ刃ほど多くはない。
特開平９−２７８４７３号公報 特開平１１−１５７８６０号公報 特許第３０７４１４３号公報 国際公開ＷＯ２００７／４７００号のパンフレット

Ｎ刃を振動させながらスクライブするスクライブ方法にあっては、Ｎ刃がガラス基板上を滑らずに転動するならば、深い垂直クラックを形成することができるし、ガラス基板に与えるダメージ（ガラス基板の表面の水平クラック）も小さくすることができる。しかし、ガラス基板が硬質になればなるほど、Ｎ刃の円周稜線が滑らかなので、Ｎ刃がガラス基板の表面を転動せずに滑ってしまうケースが多くなる傾向がある。Ｎ刃が滑ると、いくら振動を付与しても安定した垂直クラックを形成することはできない。

出願人は、Ｎ刃をガラス基板に食い込ませて転動させるための実験を重ねた。その結果、Ｎ刃を１５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの高周波数で振動させると、Ｎ刃をガラス基板に食い込ませて転動させることができ、深い垂直クラックを形成させることができた。しかし、Ｎ刃を高周波数で振動させると、Ｎ刃の摩耗も進行する。この他にも、ガラス基板の外側からガラス基板上にＮ刃が乗り上がるようにしても、Ｎ刃をガラス基板に食い込ませることができる。しかし、Ｎ刃がガラス基板に乗り上げるとき、Ｎ刃がガラス基板にダメージを与えてしまう。ダメージを与えないように、ガラス基板の内側にＮ刃を載せ、このＮ刃を載せた位置からスクイブラインを刻もうとしたら、やはりＮ刃の食い付きが甘くなり、Ｎ刃が滑ってしまう。このように、硬質のガラス基板を、Ｎ刃を振動させながらスクライブする方法には限界があった。

他方、Ｐ刃を用いたスクライブ方法にあっては、ガラス基板に押し付けるだけでＰ刃の円周稜線の突起がガラス基板に食い込むので、Ｐ刃が確実にガラス基板上を転動する。よって、振動を付与しなくてもガラス基板に深い垂直クラックを形成できる。しかしその反面、Ｎ刃と比較して、Ｐ刃の突起がガラス基板に与えるダメージがあり、ガラス基板の表面の水平クラックが発生する場合がある。

Ａ刃を用いたスクライブ方法にあっては、Ｐ刃よりもガラス基板に与えるダメージ（ガラス基板の表面の水平クラック）の発生を少なくすることができる。しかし、Ａ刃はＰ刃ほど深い垂直クラックを形成することができない。Ａ刃に付与する荷重を大きくすれば垂直クラックを深く形成することができるが、ガラス基板に与えるダメージも大きく、限界がある。

そこで本発明は、硬質のガラス基板などの脆性材料基板にダメージ（脆性材料表面の水平クラック）を与えることなく、より深い垂直クラックを形成することができる新たなスクライブ装置及び方法を提供することを目的とする。

以下、本発明について説明する。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸を共有する二つの円錐の底部が交わって円周稜線が形成され、この円周稜線に沿って円周方向に交互に複数の切欠き及び突起が形成され、前記突起は前記円周稜線が切り欠かれて残った円周方向に長さを有する前記円周稜線の部分で構成され、前記切欠きの円周方向の長さは前記突起の円周方向の長さよりも短い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が前記回転軸の回りを回転できるように前記スクライビングホイールを保持すると共に、前記スクライビングホイールを脆性材料基板の表面に対して交差する方向に振動させる振動アクチュエータを有するスクライブヘッドと、前記スクライブヘッドを前記脆性材料基板の表面に沿って移動させる移動機構と、を備えるスクライブ装置であって、前記振動アクチュエータは、前記スクライビングホイールが前記脆性材料基板の表面から離れた状態において、前記スクライビングホイールを５〜２０μｍの振幅、１〜３ｋＨｚの周波数で振動させ、前記スクライブ装置はさらに、前記スクライビングホイールを０．１〜０．３ＭＰａの圧力で前記脆性材料基板に押し付ける加圧機構を備え、前記振動アクチュエータは、磁気ひずみの特性を利用して、電気振動を機械振動に変換する超磁歪素子を有するスクライブ装置である。

請求項２に記載の発明は、請求項１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は、前記振動アクチュエータが取り付けられる本体部と、前記スクライビングホイールが前記回転軸の回りを回転できるように保持するホルダと、前記振動アクチュエータの振動を前記ホルダに伝達すると共に、外周面に軸線方向に伸びる転動体転走溝が形成されるスプラインシャフトと、前記本体部に設けられ、前記スプラインシャフトの前記転動体転走溝に対向する軸線方向に伸びる負荷転動体転走溝を含む転動体循環経路を有し、前記スプラインシャフトが振動するのを案内するスプライン外筒と、前記スプライン外筒の前記転動体循環経路に配列される複数の転動体と、を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、回転軸を共有する二つの円錐の底部が交わって円周稜線が形成され、この円周稜線に沿って円周方向に交互に複数の切欠き及び突起が形成され、前記突起は前記円周稜線が切り欠かれて残った円周方向に長さを有する前記円周稜線の部分で構成され、前記切欠きの円周方向の長さは前記突起の円周方向の長さよりも短いスクライビングホイールを、磁気ひずみの特性を利用して電気振動を機械振動に変換する超磁歪素子を用いて、脆性材料基板の表面に対して交差する方向に振動させながら、前記スクライビングホイールを前記脆性材料基板の表面上を転動させ、前記スクライビングホイールを１〜３ｋＨｚの周波数で、かつ前記脆性材料基板の表面から離れた状態では５〜２０μｍの振幅となる条件で振動させながら、前記スクライビングホイールを０．１〜０．３ＭＰａの圧力で前記脆性材料基板に押し付ける脆性材料基板のスクライブ方法である。

請求項１に記載の発明によれば、脆性材料基板への食い付きの安定性という面で問題のないＡ刃を用い、なおかつＡ刃に振動を付与するので、脆性材料基板にダメージを与えることなく、垂直クラックを深く浸透させることができる。従来から脆性材料基板の分断には、スクライブ装置とブレイク装置が必要であったが、スクライブ装置で深い垂直クラックを形成することでブレイク装置を不要にすることもできる。ユーザに対しては、より安価な設備として供給できるというメリットもある。
また、従来のＮ刃を振動させるときの条件よりも低い荷重、大きな振幅、低い周波数でＡ刃を振動させることで、脆性材料基板にダメージを与えることなく、垂直クラックを深く浸透させることができる。
さらに、振動アクチュエータが超磁歪素子を有するので、広い周波数帯域で比較的大きな変位を安定して得ることができる。周波数が変化しても安定した振幅が得られるので、スクライビングホイールの振動を安定させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、スプラインシャフトとスプライン外筒とで構成されるスプライン装置が、振動アクチュエータの所望方向の振動をロスなくスクライビングホイールに伝えると共に、振動アクチュエータの所望方向以外の振動を抑制する。

請求項３に記載の発明によれば、脆性材料基板への食い付きの安定性という面で問題のないＡ刃を用い、なおかつＡ刃に振動を付与するので、脆性材料基板にダメージを与えることなく、垂直クラックを深く浸透させることができる。
また、従来のＮ刃を振動させるときの条件よりも低い荷重、大きな振幅、低い周波数でＡ刃を振動させるので、Ａ刃がガラス基板上を滑ることなく転動するという元々の特性に加えて、脆性材料基板にダメージを与えることなく、垂直クラックを深く浸透させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、従来のＮ刃を振動させるときの条件よりも低い荷重、大きな振幅、低い周波数でＡ刃を振動させるので、Ａ刃がガラス基板上を滑ることなく転動するという元々の特性に加えて、脆性材料基板にダメージを与えることなく、垂直クラックを深く浸透させることができる。

本発明の一実施形態におけるスクライブ装置の概略斜視図 Ｚ軸移動機構及びスクライブヘッドを示す正面図 スクライブヘッドの断面図 スクライブヘッドの他の例の断面図 振動アクチュエータの断面図 超磁歪素子の振動の振動特性の一例を示すグラフ スプライン装置の斜視図 スクライビングホイールの進行方向からみた正面図 スクライビングホイールの側面図 図９の部分拡大図 図９の部分拡大図 スクライビングホイールの他の例を示す図 スクライビングホイールの切欠きの他の例を示す図 スクライビングホイールの特性の比較を示す図 ｔ＝０．７ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの実験データ ｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの実験データ ｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをクロスカットしたときの実験データ（連結タイプのスクライブヘッド） ｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをクロスカットしたときの実験データ（分離タイプのスクライブヘッド） 各ヘッドのスクライブ特性を比較した実験データ ｔ＝０．２ｍｍのサンマップ（商品名）を敷いた場合のｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの実験データ 従来のスクライブ方法の工程図 従来のＮ刃を示す図 従来のＰ刃を示す図 従来のＡ刃を示す図

符号の説明

１１…テーブル
１３…Ｙ軸移動機構（移動機構）
２４，４４…スクライブヘッド
２５…Ｘ軸移動機構（移動機構）
３２…荷重印加シリンダ（加圧機構）
３４…スクライビングホイール
３５…振動アクチュエータ
３６…本体部
３７…スプラインシャフト
３７ｂ…ボール転走溝（転動体転走溝）
３８…ホルダ
３９…スプライン外筒
４６…超磁歪素子
５２…ボール（転動体）
５４ａ…ボール循環経路（転動体循環経路）
６０…回転軸
６１…円錐台
６２…円周稜線
６４…切欠き
６５…突起
Ｗ…脆性材料基板

以下添付図面に基づいて、本発明の実施形態を説明する。
本発明において加工の対象となる脆性材料基板の形態、材質、用途、及び大きさについては特に限定されるものではない。例えば単板からなる基板又は二枚以上の基板を貼り合わせた貼合せ基板であってもよく、またこれらの内部に薄膜あるいは半導体材料を付着させたり、含ませたりしたものであってもよい。表面に薄膜等が付着していても、スクライブ装置によるスクライブの対象になる。

本発明の脆性材料の材質としては、ガラス、セラミックス、半導体（シリコン等）、サファイヤ等が挙げられ、その用途としては液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル、電界放出型ディスプレイパネル（ＦＥＤ）等のフラットパネルディスプレイが挙げられる。

図１は、本発明の一実施形態におけるスクライブ装置の概略斜視図を示す。ガラス基板などの脆性材料基板Ｗはスクライブ装置のテーブル１１上に載置される。テーブル１１上には、脆性材料基板Ｗを吸着する複数の吸着孔が設けられる。テーブル１１は基礎フレーム１２上に設けられた移動機構であるＹ軸移動機構１３によってＹ方向に移動される。

Ｙ軸移動機構１３は、Ｙステージ１４と、Ｙステージ１４をＹ方向に駆動させるボールねじ機構又はリニアモータなどの駆動手段１５と、Ｙステージ１４がＹ方向に直線運動するのを案内するリニアガイド１６と、から構成される。

Ｙ軸移動機構１３のＹステージ１４上には、θ軸回転機構１８（不図示）を介してテーブル１１が取り付けられる。θ軸回転機構１８は、テーブル１１を水平面内で旋回させる。

基礎フレーム１２上にはコラム２２が設けられている。コラム２２はスクライブヘッド２４の移動方向であるＸ方向に伸びる。コラム２２には、スクライブヘッド２４をＸ方向に移動させる移動機構であるＸ軸移動機構２５が設けられている。

Ｘ軸移動機構２５は、Ｘステージ２６（図２参照）と、Ｘステージ２６をＸ方向に駆動させるボールねじ機構又はリニアモータなどの駆動手段と、Ｘステージ２６がＸ方向に直線運動するのを案内するリニアガイド２７と、から構成される。

図２は、Ｘ軸移動機構２５のＸステージ２６に取り付けられるＺ軸移動機構２８及びスクライブヘッド２４を示す。Ｚ軸移動機構２８は、Ｚステージ２９と、Ｚステージ２９をＺ方向に駆動させるボールねじ機構３０と、Ｚステージ２９がＺ方向に直線運動するのを案内するリニアガイド３１と、から構成される。

Ｚステージ２９には、加圧機構である荷重印加シリンダ３２が取り付けられる。荷重印加シリンダ３２のロッド３２ａには、スクライブヘッド２４が取り付けられる。Ｚステージ２９に対するスクライブヘッド２４の上下方向の移動は図示しないリニアガイドによって案内される。

Ｚ軸移動機構２８によってスクライブヘッド２４のスクライビングホイール３４を下降させると、脆性材料基板Ｗにスクライビングホイール３４を当接させることができる。荷重印加シリンダ３２は、スクライビングホイール３４が脆性材料基板Ｗを押す圧力を調整する。スクライブヘッド２４には振動アクチュエータ３５が組み込まれる。振動アクチュエータ３５はスクライビングホイール３４の振動の振幅及び周波数を調整する。脆性材料基板Ｗにスクライビングホイール３４を当接させた状態で、Ｘ軸移動機構２５によってスクライブヘッド２４をＸ方向に移動させると、脆性材料基板Ｗの表面にＸ方向に伸びるスクライブラインを刻み付けることができる。

なお、Ｘ方向に伸びるスクライブラインを形成した後、テーブルをＹ方向に所定のピッチで移動させ、再びＸ方向に伸びるスクライブラインを形成することで、Ｘ方向に伸びる平行な複数本のスクライブラインを形成することができる。またθ軸回転機構によって脆性材料基板Ｗを９０度回転させることで、縦横に複数本のスクライブラインを形成することができる。

図３は、スクライブヘッド２４の断面図を示す。スクライブヘッド２４は、振動アクチュエータ３５と、振動アクチュエータ３５が取り付けられる本体部３６と、スクライビングホイール３４を回転可能に保持するホルダ３８と、振動アクチュエータ３５の振動をホルダ３８に伝達するスプラインシャフト３７と、スプラインシャフト３７が振動するのを案内するスプライン外筒３９と、を備える。

本体部３６は上下に二分割されていて、筒状下部３６ｂと、蓋状上部３６ａを結合して構成される。筒状下部３６ｂと蓋状上部３６ａとの間に振動アクチュエータ３５のフランジが挟まれている。振動アクチュエータ３５のロッド３５ａには、連結部３７ａを介してスプラインシャフト３７が連結される。振動伝達のロスを無くすために、振動アクチュエータ３５のロッド３５ａとスプラインシャフト３７の連結部３７ａとはねじ結合される。スプラインシャフト３７は垂直方向に伸び、その下端部が筒状下部３６ｂから露出している。横方向の変位を抑制するためにスプラインシャフト３７の振動はスプライン外筒３９によって案内される。スプライン外筒３９は筒状下部３６ｂに収容される。

スプラインシャフト３７の下端には、Ｔ形状のホルダ３８が取り付けられる。ホルダ３８はスプラインシャフト３７にねじ結合される。ホルダ３８は下端部が二股に分かれている。ホルダ３８の下端部には回転軸が設けられ、回転軸にスクライビングホイール３４が回転可能に支持される。

図４は、スクライブヘッドの他の例を示す。この例のスクライブヘッド４４は、図３に示されるスクライブヘッド２４と異なり、振動アクチュエータ３５とスプラインシャフト３７とが分離されている。振動アクチュエータ３５のロッド３５ａの横変位をスプラインシャフト３７に伝達することなく、縦変位のみをスプラインシャフト３７に伝達するためである。スプラインシャフト３７の振動をロッド３５ａの振動に追従させるため、スプラインシャフト３７をロッド３５ａに付勢する付勢手段として皿ばね４０が設けられる。皿ばね４０は、スプラインシャフト３７の上端の大径部３７ｃと、筒状下部３６ｂの中間小径部３６ｃとの間に介在して設けられる。

図５は、振動アクチュエータ３５の断面図を示す。振動アクチュエータ３５は、磁気ひずみの特性を利用して、電気振動を機械振動に変換する超磁歪素子４６を有する。振動アクチュエータ３５の円筒ケースには、同心円状に超磁歪素子４６、コイル４７、バイアス磁石４８が収容されている。超磁歪素子４６はコイル４７やバイアス磁石４８からの磁界に応じて寸法を変化させる。コイル４７に流す電流を所定の周期で振動させると、超磁歪素子４６も所定の周期で振動する。超磁歪素子４６の振動はケース４９の下部に設けたロッド３５ａに伝達される。ロッド３５ａの振動は直線ベアリング５０によって案内される。ケース４９の底部にはロッド３５ａの振動を超磁歪素子４６の振動に追従させるための皿ばね５１が設けられる。

図６は、超磁歪素子４６の振動の振動特性の一例を示すグラフである。横軸は交流電流の周波数であり、縦軸は変位量である。この例において、振動アクチュエータ３５のコイルには、±１．４Ａの交流電流が供給される。縦軸には、交流電流の周波数を１〜５ｋＨｚの範囲で変化したときの変位量が示されている。図６中のグラフは、図５に示される垂直方向の変位量である。この図から３．５ｋＨｚ付近の周波数において垂直方向の変位量にわずかなピークが生ずるが、周波数が変化しても安定した変位量が得られることがわかる。

なお振動子として、超磁歪素子４６の替わりにピエゾアクチュエータを使用することも可能である。ただし、ピエゾアクチュエータを使用すると、特定の周波数で変位量が大きくなり、共振が生じ易いことに留意する必要がある。共振点付近でピエゾアクチュエータを振動させると、横方向の振れも大きくなるから、共振点を避けた周波数でピエゾアクチュエータを振動させるのが望ましい。

図７は、スプラインシャフト３７とスプライン外筒３９とを備えるスプライン装置を示す。スプラインシャフト３７の外周面には、軸線方向に伸びる複数条の転動体転走溝であるボール転走溝３７ｂが形成される。スプラインシャフト３７は炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼からなる。ボール５２が転がり運動するので、ボール転走溝３７ｂは研削加工されると共に熱処理される。

スプライン外筒３９は、スプラインシャフト３７に遊嵌された筒体５３と、スプラインシャフト３７と筒体５３との間に転がり運動可能に介在される複数のボール５２と、筒体５３に組み込まれ、複数のボール５２を循環させるサーキット状のボール循環経路（転動体循環経路）を有する保持器５４と、を備える。

筒体５３の内周面には、スプラインシャフト３７のボール転走溝３７ｂに対向して軸線方向に伸びる複数条の負荷ボール転走溝（負荷転動体転走溝）が形成される。筒体５３は炭素鋼、クロム鋼、又はステンレス鋼からなる。ボール５２が転がり運動するので、負荷ボール転走溝は研削加工されると共に熱処理される。筒体５３の軸線方向の両端には、筒体５３に保持器５４を組み付けるための止め輪５５が設けられる。保持器５４には、サーキット状のボール循環経路５４ａが形成される。サーキット状のボール循環経路５４ａは、ボール転走溝３７ｂと負荷ボール転走溝との間の負荷ボール転走路と、一対のＵ字状の方向転換路と、負荷ボール転走路と平行に伸びる戻し通路とから構成される。

スプライン外筒３９に対するスプラインシャフト３７の相対的な直線運動に伴い、ボール５２がスプラインシャフト３７のボール転走溝３７ｂと筒体５３の負荷ボール転走溝との間を転がり運動する。筒体５３の負荷ボール転走溝の長手方向の端まで転がったボールは、保持器５４によってボール転走溝３７ｂから掬い上げられる。そしてボール５２は、保持器５４のＵ字状の方向転換路を経由した後、向きを変えて負荷ボール転走溝と平行に伸びる戻し通路に入る。戻し通路を通過したボールは、反対側の方向転換路を経由した後、再びボール転走溝３７ｂ上に戻される。

図８及び図９は、スクライビングホイール３４を示す。図８は、スクライビングホイール３４の進行方向からみた正面図であり、図９は、図８の側面図である。スクライビングホイール３４は、回転軸６０を供給する二つの円錐台６１の底部が交わって円周稜線６２が形成された外周縁部６３と、円周稜線６２に沿って円周方向に形成された複数の切欠き６４及び突起６５を有する（図１０参照）。円周稜線６２は、軸心から半径方向外方に向かって研削加工が施されることによって形成され、研削加工が施された外周縁部６３の表面には研削条痕が残る。外周縁部６３は、収束角度（α）を有して形成される。

スクライビングホイール３４は、スクライビングホイール３４を軸支するための図示しないピンが貫通する軸孔６６を有するディスク状のホイールである。スクライビングホイール３４の材質は、超硬合金、焼結ダイヤモンド、セラミックスあるいはサーメットが好ましい。

外周縁部６３は二つの円錐台６１の斜面によって構成される。円周稜線６２を形成するための研削加工に由来して、外周縁部６３には研削条痕が残る。斜面の中心線平均粗さＲａが０．４５μｍ以下になるように加工が施される。ここで「中心線平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定された工業製品の表面粗さを表すパラメータの一つであり、対象物の表面からランダムに抜き取った算術平均値である。円周稜線６２は、外周縁部６３を構成する円錐台６１の斜面の上記研削条痕によって形成される微細な凹凸を有する。凹凸の中心線平均粗さＲａは０．４０μｍ以下である。

図１０及び図１１は、図９の部分拡大図を示す。スクライビングホイール３４の切欠き６４は、ピッチＰで形成され、その円周方向の長さaが、突起６５の円周方向の長さｂよりも短い。突起６５は、円周稜線６２が切り欠かれて残った、円周方向に長さを有する円周稜線６２の部分（突起）で構成される。

切欠き６４は、概略Ｖ字状の溝を平坦な円周稜線６２から深さｈに、ピッチＰ毎に切り欠くことにより形成されている。このような切欠き６４の形成により、円周稜線６２には、高さｈの突起６５がピッチＰ毎に形成される。

突起６５の円周稜線６２に相当する部分は、円錐台６１の斜面の上記研削条痕によって形成される微細な凹凸を有する。凹凸の中心線平均粗さＲａは０．４０μｍ以下である。

図１１に示されるように、切欠き６４は、スクライビングホイール３４の底部の半径方向内方に向かって切り欠かれた切欠き面６８を有し、突起６５の端部６５ａにおける接線Ｃが切欠き面６８と３０〜６０°の角度（θ）で交わる。

つまり、突起６５の端部６５ａにおける接線Ｃが切欠き面６８と直角あるいは直角に近い角度で交わっていれば、突起６５の端部における基板表面への食い付きはよくなるが、突起６５の端部の摩耗が早まる。突起６５の端部における接線Ｃが切欠き面６８と３０°以下の角度で交わっていれば、突起６５の端部における基板表面への食い付きが悪くなる。角度（θ）の範囲を３０°〜６０°にすることによって、スクライビングホイール３４の長寿命化を図りながら、基板表面へのスクライビングホイール３４の食い付きを良好に維持することができる。

切欠き６４は、円錐台６１の軸線方向からみた形状が略Ｖ字形状であるため、Ｖ字の角度を変えることにより、切欠き６４の深さ（突起６５の高さ）ｈを確保しながら、切欠き６４の円周方向の長さａと突起６５の円周方向の長さｂを容易に調整することができる。

スクライビングホイール３４の製造方法の一例を説明する。スクライビングホイール３４の母体となる円柱ディスクを準備し、この円柱ディスクに対して両側の外周縁部６３を研削加工することにより、二つの円錐台６１の斜面が交差して円周稜線６２が形成される。円錐台６１の斜面はその中心線平均粗さＲａが０．４５μｍ以下になり、円周稜線６２は凹凸の中心線平均粗さＲａが０．４０μｍ以下になるように、使用される砥石の粒度が選定される。円錐台６１の斜面及び円周稜線６２の表面粗さを抑えることにより、形成されるスクライブラインはその幅が狭く一定のものとなる。

次いで、円周稜線６２に切欠き６４を形成する。切欠き６４を形成する一例としては、レーザー光の照射によって円錐の軸線方向からみた形状がＶ字形状となる切欠き６４を外周縁部６３に形成する。この方法によれば、Ｖ字の中心角度を変えることによって、突起６５の高さを一定に保持したまま、切欠き６４の円周方向の長さａと突起６５の円周方向の長さｂを容易に調整することができる。

スクライビングホイール３４の外径、切欠き６４のピッチ、切欠き６４の円周方向の長さａと突起６５の円周方向の長さｂ、切欠き６４の深さ及び外周縁部６３の収束角度（α）等のスクライビングホイール３４の仕様は、切断対象の脆性材料の種類、厚さ、熱履歴及び要望される脆性材料分断面の品質等に応じて適宜決定される。

スクライビングホイール３４の条件の一例としては、ホイールの外径が１〜２０ｍｍ、切欠き６４のピッチが２０〜５０００μｍ、切欠き６４の深さが０．５〜５μｍであり、円周稜線６２の収束角度が８５〜１４０°である。より好ましいスクライビングホイール３４の条件としては、ホイールの外径が１〜５ｍｍ、切欠き６４のピッチが２０〜５０μｍ、切欠き６４の深さが１〜３μｍであり、円周稜線６２の収束角度が１００〜１３０°である。

一般に、切欠き６４の深さの深いスクライビングホイール３４を使用することにより、脆性材料に対するかかり（特にクロススクライブ時の交点とびの少なさ）が良好になる傾向があり、例えば、脆性材料に対するかかりの点からは、切欠き６４の深さは、例えば２〜３μｍであることが好ましい。一方、切欠き６４の深さの浅いスクライビングホイール３４を使用することにより、脆性材料の分断面の品質（端面強度）が向上する傾向がある。端面強度の点からは、切欠き６４の深さは、例えば、１〜２μｍであることが好ましい。

一般に、切欠き６４のピッチの短い（分割数の多い）スクライビングホイール３４を使用することにより、脆性材料に対するかかりが向上する傾向がある。脆性材料に対するかかりの点からは、切欠き６４のピッチは、例えば２０〜１０００μｍであることが好ましく、貼合わせガラス基板を分断する場合に特に好適である。一方、切欠き６４のピッチの長い（分割数の少ない）スクライビングホイール３４を使用することにより、脆性材料の分断面の品質（端面強度）が向上する傾向があり、スクライビングホイール３４の製造の容易さの点からも、例えば、１０００〜５０００μｍであることが好ましく、原料素板の単板を分断する場合に特に好適である。

一般に、貼合せガラス基板の分断には、外径の小さいスクライビングホイール３４を使用することが好ましく、例えば、外径が１〜４ｍｍのスクライビングホイール３４が好適である。一方、原料素板である単板の分断には、外径が大きいスクライビングホイール３４を使用することが好ましく、例えば、外径が４〜２０ｍｍのスクライビングホイール３４が好適である。

一般に、切欠き６４の円周方向の長さが長いスクライビングホイール３４を使用することにより、脆性材料に対するかかりが良好になる傾向があり、脆性材料のかかりの点からは、切欠き６４は、その円周方向の長さが４〜１４μｍの範囲であり、より好ましくは７〜１２μｍの範囲である。一方、切欠き６４の円周方向の長さが短いスクライビングホイール３４を使用することにより、脆性材料の分断面の品質（端面強度）が向上する傾向がある。脆性材料の分断面の品質の点からは、切欠き６４はその円周方向の長さが１〜６μｍの範囲であり、より好ましくは１〜５μｍの範囲である。

図１３に示されるように、切欠き６４は、回転軸６０の軸線方向からみた形状が概略台形であってもよい。切欠き６４が台形のスクライビングホイール３４であれば、台形の底辺６９の長さａ´を変えることによって、突起６５の端部６５ａにおける接線が切欠き面６８と交わる角度を変えることなく、切欠き６４の深さｈを一定に保持したまま、切欠き６４の円周方向の長さａと突起６５の円周方向の長さｂを容易に調整することができる。なお、図１３では、切欠き６４における台形の底辺６９を便宜的に直線としたが、円弧であってもよい。切欠き６４の例示として、回転軸６０の軸線方向からみた形状が略Ｖ字形状や台形を示したが、本発明では特にこれらに限定されることなく、円弧状、略U字状であってもよい。

上記の実施の形態では、スクライビングホイール３４を軸支するためのピンが貫通される軸孔を有するディスク状のスクライビングホイール３４を例示したが、図１２に示したように、ピンが一体的に形成された一体型のスクライビングホイール３４を用いる場合も本発明に含まれる。

以下に本発明の一実施形態のスクライブ方法を図１を用いて説明する。上記に記載のスクライビングホイール３４を用意し、スクライブヘッド２４に装着する。そして、テーブル１１上に脆性材料基板Ｗを載せ、テーブル１１に脆性材料基板Ｗを吸着させる。位置決めのために、ＣＣＤカメラ等の撮影素子が脆性材料基板Ｗ上のアライメントマークを読み取る。制御装置は、撮影素子が読み取ったアライメントマークの位置情報に基づいて、Ｘ軸移動機構２５、Ｙ軸移動機構１３、θ軸回転機構１８を操作し、脆性材料基板Ｗの位置決めをする。脆性材料基板Ｗの位置決めが終了した後、制御装置がＸ軸移動機構２５及びＹ軸移動機構１３を操作し、スクライブヘッド２４を脆性材料基板Ｗ上のスクライブ開始点へ移動させる。

次に制御装置は、図２に示されたＺ軸移動機構２８を操作して、スクライブヘッド２４を降下させ、スクライブヘッド２４のスクライビングホイール３４を脆性材料基板Ｗの表面に当接させる。制御装置は、スクライビングホイール３４を脆性材料基板Ｗの表面に当接した後も、所定の切り込み深さになるまでＺステージ２９を僅かに降下させる。なおスクライブヘッド２４は、スクライビングホイール３４が脆性材料基板Ｗの表面に当接した時点で降下しないようにする。

次に制御装置は、荷重印加シリンダ３２を作動させ、スクライビングホイール３４を脆性材料基板Ｗに所定の圧力で押し付ける。この状態で制御装置は、振動アクチュエータ３５を動作させ、スクライビングホイール３４に振動を付与する。制御装置は、振動アクチュエータ３５を動作させるのと同時にＸ軸移動機構２５を動作させ、スクライブヘッド２４をＸ方向に移動させる。以上により、脆性材料基板Ｗの表面にスクライブラインが形成される。

図１４は、脆性材料としてのガラス基板への食い付き、垂直クラック、水平クラックの観点からみたスクライビングホイール３４の特性の比較を示す。非常に優れているものから劣るものへと順番に◎→○→△→×のマークにて評価がなされている。Ｐ刃はガラス基板への食い付き、垂直クラックの浸透のいずれも良好であるが、強度低下の要因となる水平クラックが発生しやすい。Ａ刃は、ガラス基板への食い付きが良好で、水平クラックが発生しにくいが、垂直クラックを深く形成することができない。Ｎ刃は、水平クラックが良好であるが、ガラス基板への食い付きが悪く、また深い垂直クラックを形成することができない。

ガラス基板への食い付きの安定性という面で問題のないＡ刃を用い、なおかつＡ刃に振動を付与することで、ガラス基板にダメージを与えることなく、垂直クラックを深く浸透させることができる。よって、ガラスへの食い付き、垂直クラック、水平クラックのいずれも良好なスクライブラインが得られる。Ｐ刃を用いる場合は、振動を付与しなくとも垂直クラックを深く形成することができるため、実用上振動を付与する必要性はなく、振動を付与したとしても、強度低下の要因となる水平クラックが多量に発生してしまうことになる。

本実施形態においては、荷重印加シリンダ３２が振動させていない状態のスクライビングホイール３４を０．１〜０．３ＭＰａの圧力で前記脆性材料基板Ｗに押し付ける。そして、振動アクチュエータ３５は、脆性材料基板Ｗの表面から離れた状態のスクライビングホイール３４を５〜２０μｍの振幅で振動させる条件で、かつ１〜５ｋＨｚの周波数で加工時に振動させる。脆性材料基板Ｗの表面から離れた状態のスクライビングホイール３４の振幅は、レーザー変位計によって測定することができる。スクライビングホイール３４の振動周波数は、振動アクチュエータ３５に供給される交流周波数から求めることができる。

図１５ないし図２０は、実際に硬質ガラスをスクライブしたときの実験データを示す。
図１５〜図２０において、図中の記号はスクライブラインが以下の状態であることを意味する。
×：分離不可、又は破壊。
▲：リブマーク形成なし、又は形成不安定。
△：クラックは浅いがリブマークが飛ばずに形成。
○：Ｐ刃並ではないがクラックがしっかり形成。
◎：Ｐ刃並にクラックが形成。
☆：吸着解除後自然分離、又は触っただけで分離。
Ｄ：断面不良(疵，うねり)。
Ｃ：チッピング発生。

図１５は、振動を付与させたＡ刃を用いてｔ（厚み）＝０．７ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの実験データを示す。実験条件は以下のとおりである。先端工具：Ａ刃 φ2.0×0.65×φ0.8 130°、ワーク：硬質ガラス ｔ0.7、振動ヘッド：連結タイプ（図３参照）、スクライブ条件：荷重 0.18ＭＰａ (12.6N)、速度 300mm/s，切込量 0.15mm。

図１５の実験データにおいては、硬質ガラスの表面から離れた状態のＡ刃先の変位量（振幅）、荷重及び周波数を変化させている。図１５から、５μｍ以上の変位量があれば、周波数にかかわりなく垂直クラックをしっかり形成できること、特に１０μｍ以上の変位量があれば、周波数の選定により、高浸透クラックの形成やフルカットができることがわかった。

図１６は、振動を付与させたＡ刃を用いてｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの実験データを示す。実験条件は以下のとおりである。先端工具：Ａ刃 φ2.0×0.65×φ0.8 130°、ワーク：硬質ガラス t0.5、振動ヘッド：連結タイプ（図３参照），分離タイプ（図４参照）、スクライブ条件：速度 300mm/s，切込量 0.15mm、振動なし、振動あり(2.0ｋＨｚ，縦変位量10μm)。

スクライブヘッド２４，４４には図３に示される連結タイプと、図４に示される分離タイプを用いた。この図１６から、いずれのタイプのスクライブヘッドでも、振動を付与することにより、深い垂直クラックを形成することができることがわかった。

図１７は、振動を付与させたＡ刃を用いてｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをクロスカットしたときの実験データを示す（連結タイプのスクライブヘッド）。実験条件は以下のとおりである。先端工具：Ａ刃 φ2.0×0.65×φ0.8 130°、ワーク：硬質ガラス t0.5、振動ヘッド：連結タイプ、スクライブ条件：速度 300mm/s，切込量 0.15mm、振動なし、振動あり(2.0〜4.0ｋＨｚ，10μm)。

この図１７から、２．０ｋＨz以上の振動を付与する場合、４．０ｋＨｚ以下の低周波数でも、振動なしの場合よりも、より低荷重領域でクロス飛びが０％になること、クロス飛び０％領域は周波数が高くなるほど低荷重方向へシフトすることがわかった。

図１８は、振動を付与させたＡ刃を用いてｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをクロスカットしたときの実験データを示す（分離タイプのスクライブヘッド）。実験条件は以下のとおりである。先端工具：Ａ刃 φ2.0×0.65×φ0.8 130°、ワーク：硬質ガラス t0.5、振動ヘッド：分離タイプ、スクライブ条件：速度 300mm/s，切込量 0.15mm、振動なし、振動あり(2.0〜5.0ｋＨｚ，10(7)μm)

この図１８から、振動の付与によって低荷重領域でクロス飛びが０％になること、連結タイプと比較しても顕著な差が見られないことがわかった。

図１９は、振動を付与させたＡ刃を用いてｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの各ヘッドのスクライブ特性を比較した実験データを示す。実験条件は以下のとおりである。先端工具：Ａ刃 φ2.0×0.65×φ0.8 130°、ワーク：硬質ガラス t0.5、スクライブ条件：速度 300mm/s，切込量 0.15mm、振動条件：振動なし，振動あり(2.0ｋＨｚ，縦変位量10μm)

いずれのスクライブヘッドにおいても、振動を付与することで、垂直クラックが深くなる荷重領域が低くなることがわかった。

図２０は、振動を付与させたＡ刃を用いてｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスをスクライブしたときの実験データを示す。実験条件は以下のとおりである。先端工具：Ａ刃 φ2.0×0.65×φ0.8 130°、ワーク：硬質ガラス t0.5、振動ヘッド：連結タイプ、スクライブ条件：荷重0.06〜0.36ＭＰａ(5.0〜27.3N) 0.02ＭＰａ毎、速度300mm/s，切込量0.15mm、超高分子ポリエチレン多孔質フィルム（サンマップ（商品名）ｔ０．２ｍｍ）をガラス下部に貼り付け、振動条件：振動なし，振動あり(2.0，4.0ｋＨｚ，縦変位量10μm)。

ｔ＝０．５ｍｍの硬質ガラスには、超高分子ポリエチレン多孔質フィルムが貼られる。図２０から、変位量１０μｍの振動を付与すると切断荷重領域が拡大すること、周波数が高くなると切断荷重領域が低荷重方向へシフトすることがわかった。

本明細書は、２００７年４月１２日出願の特願２００７−１０５３７２に基づく。この内容はすべてここに含めておく。

Claims (3)

1. 回転軸を共有する二つの円錐の底部が交わって円周稜線が形成され、この円周稜線に沿って円周方向に交互に複数の切欠き及び突起が形成され、前記突起は前記円周稜線が切り欠かれて残った円周方向に長さを有する前記円周稜線の部分で構成され、前記切欠きの円周方向の長さは前記突起の円周方向の長さよりも短い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が前記回転軸の回りを回転できるように前記スクライビングホイールを保持すると共に、前記スクライビングホイールを脆性材料基板の表面に対して交差する方向に振動させる振動アクチュエータを有するスクライブヘッドと、
   前記スクライブヘッドを前記脆性材料基板の表面に沿って移動させる移動機構と、
   を備えるスクライブ装置であって、
   前記振動アクチュエータは、前記スクライビングホイールが前記脆性材料基板の表面から離れた状態において、前記スクライビングホイールを５〜２０μｍの振幅、１〜３ｋＨｚの周波数で振動させ、
   前記スクライブ装置はさらに、前記スクライビングホイールを０．１〜０．３ＭＰａの圧力で前記脆性材料基板に押し付ける加圧機構を備え、
   前記振動アクチュエータは、磁気ひずみの特性を利用して、電気振動を機械振動に変換する超磁歪素子を有するスクライブ装置。
2. 前記スクライブヘッドは、
   前記振動アクチュエータが取り付けられる本体部と、
   前記スクライビングホイールが前記回転軸の回りを回転できるように保持するホルダと、
   前記振動アクチュエータの振動を前記ホルダに伝達すると共に、外周面に軸線方向に伸びる転動体転走溝が形成されるスプラインシャフトと、
   前記本体部に設けられ、前記スプラインシャフトの前記転動体転走溝に対向する軸線方向に伸びる負荷転動体転走溝を含む転動体循環経路を有し、前記スプラインシャフトが振動するのを案内するスプライン外筒と、
   前記スプライン外筒の前記転動体循環経路に配列される複数の転動体と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のスクライブ装置。
3. 回転軸を共有する二つの円錐の底部が交わって円周稜線が形成され、この円周稜線に沿って円周方向に交互に複数の切欠き及び突起が形成され、前記突起は前記円周稜線が切り欠かれて残った円周方向に長さを有する前記円周稜線の部分で構成され、前記切欠きの円周方向の長さは前記突起の円周方向の長さよりも短いスクライビングホイールを、磁気ひずみの特性を利用して電気振動を機械振動に変換する超磁歪素子を用いて、脆性材料基板の表面に対して交差する方向に振動させながら、前記スクライビングホイールを前記脆性材料基板の表面上を転動させ、
   前記スクライビングホイールを１〜３ｋＨｚの周波数で、かつ前記脆性材料基板の表面から離れた状態では５〜２０μｍの振幅となる条件で振動させながら、前記スクライビングホイールを０．１〜０．３ＭＰａの圧力で前記脆性材料基板に押し付ける脆性材料基板のスクライブ方法。

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