JP6736156B2 - スクライブ装置およびホルダユニット - Google Patents

Description

本発明は、基板にスクライブラインを形成するためのスクライブ装置およびホルダユニットに関する。

従来、ガラス基板等の脆性材料基板の分断は、基板表面にスクライブラインを形成するスクライブ工程と、形成されたスクライブラインに沿って基板表面に所定の力を付加するブレイク工程とによって行われる。スクライブ工程では、スクライビングホイールの刃先が、基板表面に押し付けられながら、所定のラインに沿って移動される。スクライブラインの形成には、スクライブヘッドを備えたスクライブ装置が用いられる。

以下の特許文献１には、スクライビングホイールが基板表面を回転しながら進むことにより、基板表面にスクライブラインを形成するスクライブ装置が開示されている。このスクライブ装置では、ホルダに形成された保持溝にスクライビングホイールを挿入した状態で、ホルダに形成された孔とスクライビングホイールに形成された孔の両方にピン軸を差し込むことにより、スクライビングホイールがホルダに回転可能に保持される。

ＷＯ２００７／０６３９７９号公報

ホルダに取り付けられたスクライビングホイールは、スクライブラインを形成するために保持溝内で回転する必要がある。このため、保持溝の幅はスクライビングホイールの厚みより若干広くなっており、スクライビングホイールと保持部との間にはクリアランスが確保されている。このクリアランスにより、スクライビングホイールは、ホルダ溝内でピン軸に沿って移動可能な状態にある。ところが、スクライブラインを形成する際に、スクライビングホイールがピン軸方向に移動すると、スクライブラインの形成位置が安定しなくなる。このため、従来のスクライブ装置では、スクライブラインが所望の位置からずれるということが問題となっていた。

かかる課題に鑑み、本発明は、スクライブラインの形成位置を安定させることが可能なスクライブ装置およびホルダユニットを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、基板表面にスクライブラインを形成するスクライブ装置に関する。この態様に係るスクライブ装置は、スクライビングホイールを保持するホルダユニットと、前記基板表面に垂直な軸の周りに回転可能に前記ホルダユニットを保持するスクライブヘッドと、を備える。前記ホルダユニットは、前記スクライビングホイールが挿入される保持溝と、前記保持溝を跨ぐように形成されたピン孔と、前記保持溝に挿入された前記スクライビングホイールの貫通孔と前記ピン孔とに挿入されるピン軸と、を備える。前記スクライビングホイールが前記基板表面に押し付けられると、前記スクライビングホイールの両側面がそれぞれ前記保持溝の互いに対向する内側面に押し付けられるように、前記貫通孔と前記ピン軸との間のクリアランスと、前記保持溝の内側面と前記スクライビングホイールの側面と間のクリアランスと、前記保持溝の内側面に対する前記ピン軸の傾斜角が設定されている。

本態様に係るスクライブ装置によれば、前記スクライビングホイールが前記基板表面に押し付けられると、前記スクライビングホイールの両側面がそれぞれ前記保持溝の互いに対向する内側面に押し付けられる。このため、スクライブラインを形成する際に、スクライビングホイールがピン軸方向に移動することが抑制される。よって、スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

本態様に係るスクライブ装置において、前記ピン孔は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾くように形成され、前記ピン孔および前記貫通孔に挿入された前記ピン軸は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾いている構成とされる。この構成によれば、以下の実施形態で検証するように、スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

この場合、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対する前記基板表面に平行な方向の前記ピン軸の傾斜角が、２°以下に設定されることが好ましい。これにより、より効果的にスクライブラインの形成位置を安定させることができる。

本態様に係るスクライブ装置において、前記ピン孔は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、前記基板表面に垂直な方向にも傾くように形成され、前記ピン孔および前記貫通孔に挿入された前記ピン軸は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、前記基板表面に垂直な方向にも傾いている構成とされ得る。この構成によれば、以下の実施形態で検証するように、より一層スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

この場合、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対する前記基板表面に垂直な方向の前記ピン軸の傾斜角が、１．５度以下に設定されることが好ましい。これにより、さらに効果的にスクライブラインの形成位置を安定させることができる。

本発明の第２の態様は、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を保持するホルダユニットに関する。この態様に係るホルダユニットは、前記スクライビングホイールが挿入される保持溝と、前記保持溝を跨ぐように形成されたピン孔と、前記保持溝に挿入された前記スクライビングホイールの貫通孔と前記ピン孔とに挿入されるピン軸と、を備える。前記スクライビングホイールが基板表面に押し付けられると、前記スクライビングホイールの両側面がそれぞれ前記保持溝の互いに対向する内側面に押し付けられるように、前記貫通孔と前記ピン軸との間のクリアランスと、前記保持溝の内側面と前記スクライビングホイールの側面と間のクリアランスと、前記保持溝の内側面に対する前記ピン軸の傾斜角が設定されている。前記ピン孔は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾くように形成され、前記ピン孔および前記貫通孔に挿入された前記ピン軸は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾いている。

本態様に係るホルダユニットが、基板表面に垂直な軸の周りに回転可能にスクライブヘッドに保持されることにより、上記第１の態様と同様の効果が奏され得る。

以上のとおり、本発明によれば、スクライブラインの形成位置を安定させることが可能なスクライブ装置およびホルダユニットを提供することができる。

本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の１つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。

図１は、実施の形態に係るスクライブ装置の構成を模式的に示す図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係るホルダユニットの正面図および側面図である。 図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、実施の形態に係るホルダの動作を模式的に示す断面図である。 図４は、検証１における比較例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、検証１における比較例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図６は、検証１における実施例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、検証１における実施例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図８は、検証２における比較例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図９は、検証２における比較例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１０（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、検証２における比較例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１１は、検証２における実施例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１２は、検証２における実施例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１３（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、検証２における比較例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１４（ａ）は、本実施の形態に係るスクライビングホイールと保持溝とにおける各種パラメータを示す図である。図１４（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ、標準的な保持溝のギャップとスクライビングホイールの厚みを示す図である。図１４（ｃ）、（ｅ）は、各径のスクライビングホイールの最大傾斜角を求めた算出結果を示す図である。 図１５は、検証３における実施例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１６は、検証３における実施例のスクライビングホイールのずれの測定結果を示す図である。 図１７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係るピン軸を鉛直方向に傾斜させた場合の作用を説明する図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図には、便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸が付記されている。Ｘ−Ｙ平面は水平面に平行で、Ｚ軸方向は鉛直方向である。

図１は、スクライブ装置１の構成を模式的に示す図である。

スクライブ装置１は、移動台１０を備えている。移動台１０は、ボールネジ１１と螺合されている。移動台１０は、一対の案内レール１２によってＹ軸方向に移動可能に支持されている。モータの駆動によりボールネジ１１が回転することで、移動台１０が、一対の案内レール１２に沿ってＹ軸方向に移動する。

移動台１０の上面には、モータ１３が設置されている。モータ１３は、上部に位置するテーブル１４をＸＹ平面で回転させて所定角度に位置決めする。モータ１３により水平回転可能なテーブル１４は、図示しない真空吸着手段を備えている。テーブル１４上に載置された基板１５は、この真空吸着手段によって、テーブル１４上に保持される。

基板１５は、ガラス基板、低温焼成セラミックスや高温焼成セラミックスからなるセラミック基板、シリコン基板、化合物半導体基板、サファイア基板、石英基板等である。また、基板１５は、基板の表面または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。また、基板１５は、その表面に脆性材料に該当しない薄膜等が付着されていてもよい。

スクライブ装置１は、テーブル１４に載置された基板１５の上方に、この基板１５の表面に形成されたアライメントマークを撮像する二台のカメラ１６を備えている。また、移動台１０とその上部のテーブル１４とを跨ぐように、ブリッジ１７が支柱１８ａ、１８ｂに架設されている。

ブリッジ１７には、ガイド１９が取り付けられている。スクライブヘッド２０は、このガイド１９に案内されてＸ軸方向に移動するように設置されている。スクライブヘッド２０は、下端にホルダジョイント２１を備えている。ホルダ６０にスクライビングホイール４０が保持されているホルダユニット３０が、ホルダジョイント２１を介してスクライブヘッド２０に取り付けられている。

スクライブ装置１を用いて基板１５にスクライブラインを形成する場合、まず、スクライビングホイール４０が取り付けられたホルダ６０がスクライブヘッド２０に取り付けられる。次に、スクライブ装置１は、一対のカメラ１６によって基板１５の位置決めを行う。そして、スクライブ装置１は、スクライブヘッド２０を所定の位置に移動させ、スクライビングホイール４０に対して所定の荷重を印加して、基板１５へ接触させる。その後、スクライブ装置１は、スクライブヘッド２０をＸ軸方向に移動させることにより、基板１５の表面に所定のスクライブラインを形成する。なお、スクライブ装置１は、必要に応じてテーブル１４を回動ないしＹ軸方向に移動し、上記の場合と同様にしてスクライブラインを形成する。

上記の実施の形態においては、スクライブヘッドがＸ軸方向に移動し、テーブル１４がＹ軸方向に移動すると共に、回転するスクライブ装置について示したが、スクライブ装置はスクライブヘッドとテーブルとが相対的に移動するものであればよい。たとえば、スクライブヘッドが固定され、テーブルがＸ軸、Ｙ軸方向に移動し、かつ回転するスクライブ装置であってもよい。また、この場合、カメラ１６はスクライブヘッド２０に固定されていてもよい。

次に、ホルダユニット３０の構成について、図２（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、ホルダユニット３０をＸ軸正側から見た正面図、図２（ｂ）は、ホルダユニット３０をＹ軸正側から見た側面図である。なお、図２（ａ）、（ｂ）には、ホルダユニット３０が直接取り付けられるホルダジョイント２１が併せて図示されている。

ホルダユニット３０は、スクライビングホイール４０と、ピン軸５０と、ホルダ６０と、が一体となったものである。ホルダユニット３０は、図２（ｂ）に示すようにホルダジョイント２１に取付ネジ３１によって取り付けられている。ホルダジョイント２１は、取付部２２と、回転軸２３と、２つのベアリング２４ａ、２４ｂと、で構成されている。取付部２２は、断面形状が逆Ｌ字状となっている。取付部２２は、鉛直方向に延びる壁２２ａと、水平方向に延びる壁２２ｂからなっている。回転軸２３は、取付部２２の壁２２ｂの天面側から鉛直方向に延びている。ベアリング２４ａ、２４ｂには、回転軸２３が挿通されている。

ホルダユニット３０がホルダジョイント２１に取り付けられると、ホルダユニット３０の側面が取付部２２の壁２２ａと接触し、ホルダユニット３０の上面が壁２２ｂと接触する。また、壁２２ａには、図２（ａ）に示すように取付ネジ３１が挿入されるネジ孔２５が形成されている。

ホルダジョイント２１は、取付部２２に取り付けられたホルダユニット３０がスクライブヘッド２０の下端から露出するように、スクライブヘッド２０の内部へと固定される。このとき、ホルダユニット３０は、ホルダジョイント２１の回転軸２３を中心として回転自在となっている。なお、一点鎖線は、回転軸２３の軸中心Ｓを示しており、破線は、基板１５の表面Ｈを示している。表面Ｈは、水平面に平行で、回転軸２３に対して垂直である。

スクライブ装置１を用いて基板１５の表面Ｈにスクライブラインを形成する場合、スクライビングホイール４０は、図２（ｂ）に示す矢印Ｒの方向（Ｘ軸方向）に進むように回転する。なお、スクライブ装置１は、ホルダジョイント２１を用いないで、ホルダユニット３０自身が回転軸２３やベアリング２４ａ、２４ｂを備える構成であってもよい。

スクライビングホイール４０は、たとえば、焼結ダイヤモンドや超硬合金等で形成された、円板状の部材である。スクライビングホイール４０には、ピン軸５０が挿入される貫通孔４１が形成されている。貫通孔４１は、スクライビングホイール４０の両側面の中心を貫通するように形成されている。また、スクライビングホイール４０には、稜線を形成するＶ字状の刃が外周部に形成されている。スクライビングホイール４０は、たとえば、厚さが０．４〜１．１ｍｍ程度、外径が１．０〜５．０ｍｍ程度である。また、貫通孔４１の径は、たとえば、０．４〜１．５ｍｍ程度、刃の刃先角は、９０〜１５０°程度である。

ピン軸５０は、たとえば、焼結ダイヤモンドや超硬合金等で形成された、円柱状の部材であり、一端または両端が尖頭形状の尖頭部５１になっている。ピン軸５０の径は、スクライビングホイール４０の貫通孔４１の径よりもやや小さい。ピン軸５０の径は、たとえば、貫通孔４１の径が０．８ｍｍのとき０．７７ｍｍ程度である。ピン軸５０が貫通孔４１に挿入された状態では、ピン軸５０と貫通孔４１との間に隙間（クリアランス）が生じる。

ホルダ６０は、ステンレスや炭素工具鋼からなっている。ホルダ６０は、図２（ｂ）に示すように、下部が側面視において下端に向かって幅が狭くなる台形形状となっている。また、ホルダ６０の台形形状部分には、それぞれ保持部６２ａ、６２ｂが形成され、保持部６２ａ、６２ｂとの間に保持溝６３が形成されている。保持溝６３の互いに対向する内側面６５ａ、６５ｂは、水平面（ＸＹ平面）に垂直である。

なお、図２（ａ）、（ｂ）の構成では、ホルダ６０が、１つの基材で構成されているが、たとえば、保持部６２ａ、６２ｂをそれぞれ有する２つの基材を固定することでホルダ６０が形成されてもよい。

保持部６２ａ、６２ｂには、ピン軸５０が挿入されるピン孔６４ａ、６４ｂが、保持溝６３を跨ぐように形成されている。ピン孔６４ａ、６４ｂの径は、ピン軸５０の径よりも僅かに大きい。ピン孔６４ａ、６４ｂは、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対して、少なくとも基板１５の表面Ｈに平行な方向（ＸＹ平面に平行な方向）に傾くように形成されている。ピン孔６４ａ、６４ｂが、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対して、さらに基板１５の表面Ｈに垂直な方向（ＹＺ平面に平行な方向）にも傾くように形成されてもよい。

スクライビングホイール４０が保持溝６３に挿入された状態で、スクライビングホイール４０の貫通孔４１とピン孔６４ａ、６４ｂとにピン軸５０が挿入される。上記のように、ピン孔６４ａ、６４ｂは、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対して傾くように形成されているため、ピン孔６４ａ、６４ｂおよび貫通孔４１に挿入されたピン軸５０は、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対して、少なくとも基板１５の表面Ｈに平行な方向（ＸＹ平面に平行な方向）に傾いている。

ホルダ６０の上部には、取付ネジ３１が挿入されるネジ孔６６が形成されている。また、保持部６２ａのＹ軸正側の側面には、止め金６７ａがネジ６８ａで取り付けられ、保持部６２ｂのＹ軸負側の側面には、止め金６７ｂがネジ６８ｂで取り付けられている。止め金６７ａ、６７ｂは、ピン孔６４ａ、６４ｂを閉塞するためのものである。

以上の構成を備えたスクライブ装置１では、スクライブラインの形成動作においてスクライビングホイール４０が基板１５の表面Ｈに押し付けられると、スクライビングホイール４０の両側面が、それぞれ、保持溝６３の互いに対向する内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられる。このため、スクライブラインの形成動作において、スクライビングホイール４０がピン軸５０に沿って移動することが抑制され、これにより、スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

以下、スクライビングホイール４０の両側面が、それぞれ、保持溝６３の互いに対向する内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられる動作について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、ホルダ６０の動作を模式的に示す断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、図２（ａ）、（ｂ）に示すホルダ６０を、ピン軸５０のＺ軸方向中央位置において、ＸＹ平面に平行な平面で切断した断面をＺ軸正側から見た断面図である。便宜上、図３（ａ）〜（ｄ）では、ホルダ６０の一部の構成の図示が省略されている。一点鎖線は、スクライビングホイール４０の刃の稜線を示している。

図３（ａ）は、スクライビングホイール４０が基板１５の表面Ｈに押し付けられる前の状態を示している。この状態において、スクライビングホイール４０は、稜線がＸＺ平面に略平行となっており、スクライビングホイール４０の両側の側面４２ａ、４２ｂと、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂとの間には、隙間（クリアランス）が生じている。ピン軸５０は、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対してＸＹ平面に平行な方向に傾いている。

この状態から、スクライビングホイール４０が基板１５の表面Ｈに押し付けられると、スクライビングホイール４０の貫通孔４１がピン軸５０に対して平行となるように、スクライビングホイール４０にトルクが生じる。上記のように、貫通孔４１の径はピン軸５０の径よりも大きいため、スクライビングホイール４０は、貫通孔４１とピン軸５０との間のクリアランスで許容される範囲において、ＸＹ平面に平行な方向に回転可能である。したがって、上記のようにスクライビングホイール４０にトルクが生じると、図３（ｂ）に示すように、このトルクによって、スクライビングホイール４０が時計方向に回転し、スクライビングホイール４０の側面４２ａ、４２ｂが、それぞれ、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられる。

その後、スクライブヘッド２０の移動に伴って、ホルダ６０がＸ軸方向（矢印Ｒ方向）に移動されると、スクライビングホイール４０の稜線をスクライブ方向（矢印Ｒ方向）に平行にするトルクが生じる。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、ホルダ６０は回転軸２３の周りに回転可能であるため、このトルクによって、図３（ｃ）に示すように、スクライビングホイール４０の稜線がスクライブ方向（矢印Ｒ方向）に平行となるように、ホルダ６０が反時計方向に回転する。

その後は、図３（ｄ）に示すように、回転軸２３（図２（ａ）、（ｂ）参照）の周りにホルダ６０がやや回転した状態で、スクライブ動作が行われる。この場合も、スクライビングホイール４０は、基板１５の表面Ｈに対する荷重によって、両側の側面４２ａ、４２ｂが保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられた状態にある。この状態で、スクライビングホイール４０は、ピン軸５０の周りを回転する。

このように、本実施の形態では、スクライブラインの形成動作において、スクライビングホイール４０の両側面が、それぞれ、保持溝６３の互いに対向する内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられるため、スクライブラインの形成動作において、スクライビングホイール４０がピン軸５０に沿って移動することが抑制される。これにより、スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

以下、本願発明者らが行った検証およびその結果について説明する。

＜検証１＞
本検証の条件は、以下の通りである。

（１）基板 … ガラス基板（ＯＡ−１０Ｇ）、厚み３ｍｍ（ｔ３）
（２）スクライブ荷重 … ５Ｎ
（３）スクライブ速度 … ３００ｍｍ／ｓｅｃ
（４）スクライビングホイール径 … ３ｍｍ、２ｍｍ、２．５ｍｍの３種類
（５）ピン軸の径 … ０．８０ｍｍ

なお、スクライビングホイールの貫通孔の径は、ピン軸の径よりも僅かに大きく、そのクリアランスは０．０３５〜０．０６５μｍの範囲であった。また、スクライビングホイール厚み（実測値）は、径３ｍｍのスクライビングホイールが０．６３９ｍｍ、径２ｍｍのスクライビングホイールが０．６４１ｍｍ、径２．５ｍｍのスクライビングホイールがいずれも０．６４２ｍｍであった。後述のように、径２．５ｍｍのスクライビングホイールについては、互いに異なる２つのスクライビングホイールを用いて検証を行った。ホルダの保持溝のギャップ（実測値）は、後述の比較例では０．６５１ｍｍ、後述の実施例では０．６５３ｍｍであった。

上記条件のもと、保持溝の内側面に対してピン軸が垂直に設置されるホルダ（比較例）に、上記条件（４）に示す３種の径のスクライビングホイールをそれぞれ装着して、スクライブ動作を行った。同様に、上記条件のもと、保持溝の内側面に垂直な方向に対して水平方向に１°傾くようにピン軸が設置されるホルダ（実施例）に、上記条件（４）に示す３種の径のスクライビングホイールをそれぞれ装着して、スクライブ動作を行った。なお、実施例のホルダは、保持溝の内側面に垂直な方向に対してさらに鉛直方向にも０．５°傾くようにピン軸が設置されるよう調整した。

このスクライブ動作において、スクライブ方向に平行な方向に撮像方向が向くように設置されたカメラによってスクライブラインを撮像し、撮像画像に基づいて、スクライブラインのフレ、すなわちスクライブ動作時におけるスクライビングホイールの基板との接触部の水平方向（ピン軸に平行な方向）の変位を測定した。測定は、スクライブラインの終端から２ｍｍごとに合計１６６回行った。

なお、比較例および実施例では、上記のように３種のスクライビングホイールの厚みが保持溝のギャップよりも小さいため、何れのスクライビングホイールが装着された場合も、スクライビングホイールはピン軸に沿ってクリアランスの範囲で移動可能であった。

まず、比較例の測定結果を図４および図５（ａ）〜（ｄ）に示す。各図において、横軸は、測定回数であり、縦軸は、スクライビングホイールの変位量（μｍ）である。縦軸のずれ量は、測定開始位置（スクライブ動作終端位置）を基準位置として、この基準位置に対するスクライビングホイールの水平方向のずれ量を示している。 図４には、４つの測定結果が示されている。図４中、φ２、φ３のグラフは、それぞれ、径が２ｍｍ、３ｍｍのスクライビングホイールを用いた場合の測定結果を示している。また、φ２．５（１）、φ２．５（２）のグラフは、径が２．５ｍｍの同種の２つのスクライビングホイールをそれぞれ用いた場合の測定結果を示している。

図５（ａ）〜（ｄ）には、図４の測定結果からφ３、φ２、φ２．５（２）およびφ２．５（１）の測定結果が抜き出されて示されている。なお、図５（ａ）〜（ｄ）には、それぞれ、スクライビングホイールの位置の遷移を示す近似曲線が併せて太線で示されている。

図４および図５（ａ）〜（ｄ）を参照すると、各径のスクライビングホイールにおいて、突発的な大きなずれが生じていることが分かる。特に、φ２．５（１）の測定結果では、スクライブ動作の終了前の一定期間において、スクライビングホイールの位置に大きなずれが生じている。

なお、図４および図５（ａ）〜（ｄ）を参照すると、各グラフにおいて、周期的な細かい波が生じているが、この波は、スクライビングホイールの刃先の稜線が、スクライビングホイールの外周を１周する間に、公差によって、厚み方向に揺らいでいることに基づくものである。比較例では、この波の振幅が一様では無く、振幅に変動が生じていることが分かる。

次に、実施例の測定結果を図６および図７（ａ）〜（ｄ）に示す。各図の横軸と縦軸は、図４および図５（ａ）〜（ｄ）と同様、それぞれ、測定回数とずれ量である。また、図６中、φ２、φ３のグラフは、それぞれ、径が２ｍｍ、３ｍｍのスクライビングホイールを用いた場合の測定結果を示し、φ２．５（１）、φ２．５（２）のグラフは、径が２．５ｍｍの同種の２つのスクライビングホイールをそれぞれ用いた場合の測定結果を示している。図６と図７（ａ）〜（ｄ）の関係は、図４と図５（ａ）〜（ｄ）の関係と同様である。

図６および図７（ａ）〜（ｄ）を参照すると、各径のスクライビングホイールの何れにおいても、突発的な大きなずれが生じていない。また、φ２．５（１）の測定結果においても、スクライビングホイールの位置に大きなずれが生じておらず、他のスクライビングホイールと同様の測定結果が得られている。細かい波の振幅も、比較例の場合に比べて抑制されている。したがって、実施例のホルダを用いた場合、異なるスクライビングホイールを用いた場合のばらつきを抑え、非常に良い精度でスクライブラインを形成できることが分かる。

＜検証２＞
次に、スクライビングホイールに対する荷重を変化させた場合のスクライビングホイールのずれについて検証を行った。検証の条件は、荷重を変化させたことを除いて、検証１と同様である。なお、本検証では、径が３ｍｍのスクライビングホイールを用いた。

検証１と同様、比較例では、保持溝の内側面に対してピン軸が垂直に設置されるホルダにスクライビングホイールを装着して、スクライブ動作を行った。また、実施例では、保持溝の内側面に垂直な方向に対して水平方向に１°傾き且つ鉛直方向に０．５°傾くようにピン軸が設置されるホルダに、スクライビングホイールを装着して、スクライブ動作を行った。荷重は、４Ｎ、６Ｎ、８Ｎ、１０Ｎ、１２Ｎ、１４Ｎの６種類に変化させた。各荷重でスクライブ動作を行った場合のスクライビングホイールのずれ量を、上記検証１と同様、カメラによるスクライブラインの撮像画像に基づいて測定した。

まず、比較例の測定結果を図８、９および図１０（ａ）〜（ｅ）に示す。各図の横軸と縦軸は、図４および図５（ａ）〜（ｄ）と同様、それぞれ、測定回数とずれ量である。図８には、荷重が４Ｎ、６Ｎ、８Ｎである場合の測定結果が示されており、図９には、荷重が１０Ｎ、１２Ｎ、１４Ｎである場合の測定結果が示されている。図１０（ａ）〜（ｅ）には、図８および図９の測定結果から荷重４Ｎ、６Ｎ、８Ｎ、１０Ｎ、１２Ｎ、１４Ｎの測定結果が抜き出されて示されている。なお、図１０（ａ）〜（ｅ）には、それぞれ、スクライビングホイールの位置の遷移を示す近似曲線が併せて太線で示されている。

図８、９および図１０（ａ）〜（ｅ）を参照すると、荷重が小さいほど、スクライビングホイールの水平方向の位置が不安定であり、位置のばらつきが大きいことが分かる。この測定結果から、比較例のホルダを用いた場合、スクライブ動作時の荷重を小さく設定すると、保持溝内でスクライビングホイールがピン軸に沿って移動し、スクライブラインの形成精度が低下することが分かる。

次に、実施例の測定結果を図１１、１２および図１３（ａ）〜（ｅ）に示す。各図の横軸と縦軸は、比較例の図８、９および図１０（ａ）〜（ｅ）と同様である。実施例においても、比較例と同様、４Ｎ、６Ｎ、８Ｎ、１０Ｎ、１２Ｎ、１４Ｎの６種類に荷重を変化させた。

図１１、１２および図１３（ａ）〜（ｅ）を参照すると、荷重の大小に拘わらず、スクライビングホイールの水平方向の位置が安定し、位置のばらつきが抑制されていることが分かる。この測定結果から、実施例のホルダを用いた場合、スクライブ動作時の荷重に拘わらず、保持溝内におけるスクライビングホイールの移動を抑制でき、スクライブラインの形成精度が顕著に高められ得ることが分かる。

＜傾斜角の検討＞
次に、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、荷重によってスクライビングホイール４０の両側の側面４２ａ、４２ｂを保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに押し付けるために必要な、ピン軸５０の水平方向の傾斜角について検討する。

図１４（ａ）は、スクライビングホイール４０と保持溝６３とにおける各種パラメータを示す図である。

図１４（ａ）において、Ｔは、保持溝６３のギャップ、ｔは、スクライビングホイール４０の厚み、Δｔは、保持溝６３とスクライビングホイール４０との間のクリアランス、φＤは、スクライビングホイール４０の径、Ｄ１は、スクライビングホイールの刃先の高さ、Ｄ２は、スクライビングホイール４０の中心Ｃ１から刃先の側面と傾斜面の交点までの径方向の距離、Ｐ１は、スクライビングホイール４０が図１４（ａ）の状態からスクライビングホイール４０の中心Ｃ１の周りに反時計方向に回転したときに保持溝６３の左側の内側面に当接する、刃先とスクライビングホイール４０の右側の側面との境界部分、Ｘは、スクライビングホイール４０の中心から境界部分Ｐ１までの距離、θは、刃先の角度、αは、スクライビングホイール４０が中心Ｃ１の周りに回転する場合のスクライビングホイール４０の最大傾斜角（境界部分Ｐ１が保持溝６３の左側の内側面に当接するまでの角度）である。

図１４（ａ）を参照して自明に分かるとおり、厚みｔが小さく、また、ギャップＴが大きいほど、境界部分Ｐ１が保持溝６３の内側面に当接するまでのスクライビングホイール４０の最大傾斜角αが大きくなる。また、刃先の角度が小さくなるほど、刃先の高さＤ１が大きくなり、距離Ｘが小さくなるため、境界部分Ｐ１が保持溝６３の内側面に当接するまでのスクライビングホイール４０の最大傾斜角αが大きくなる。したがって、最大傾斜角αは、厚みｔが小さく、ギャップＴが大きく、刃先の角度θが小さいほど大きくなる。

図１４（ｂ）は、径が３．０ｍｍ、２．５ｍｍ、２．０ｍｍ、１．８ｍｍのスクライビングホイール４０を用いた場合の、スクライビングホイール４０の厚みｔと保持溝６３のギャップＴの標準的な寸法を示す図である。ここで、ギャップＴは、公差を見込んだ場合のギャップの最大値であり、厚みｔは、公差を見込んだ場合のスクライビングホイール４０の厚みの最小値である。

図１４（ｃ）は、ギャップＴと厚みｔが図１４（ｂ）に示す値である場合に、各径のスクライビングホイール４０の最大傾斜角αを算出した値である。ここでは、刃先の角度θを、標準的な角度である９０〜１５０°の最小値である９０°として、最大傾斜角αを算出している。

図１４（ｄ）は、径が１．５ｍｍ、１．０ｍｍのスクライビングホイール４０を用いた場合の、スクライビングホイール４０の厚みｔと保持溝６３のギャップＴの標準的な寸法を示す図である。上記と同様、ギャップＴは、公差を見込んだ場合の最大ギャップであり、厚みｔは、公差を見込んだ場合のスクライビングホイール４０の最小厚みである。

図１４（ｅ）は、ギャップＴと厚みｔが図１４（ｄ）に示す値である場合に、各径のスクライビングホイール４０の最大傾斜角αを算出した値である。ここでも、上記と同様、刃先の角度θを、標準的な角度である９０〜１５０°の最小値である９０°として、最大傾斜角αを算出している。

図１４（ｃ）、（ｅ）に示すように、スクライビングホイール４０が保持溝６３の左右の両側面に当接するまでの最大傾斜角αは、ギャップＴが同じ場合であってもスクライビングホイール４０の種類ごとに異なる。ここで、最も大きい最大傾斜角αは、径が１．０のスクライビングホイール４０を用いた場合の１．８８°であるので、スクライビングホイール４０の両側の側面を保持溝６３の内側面に押し付けるためには、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向のピン軸５０の傾斜角を、少なくとも１．８８°を超える値に設定する必要がある。

他方、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向のピン軸５０の傾斜角を大きくするほど、スクライビングホイール４０の両側面が保持溝６３の内側面に押し付けられる力が大きくなり、スクライブ動作時にスクライビングホイール４０の回転が制動され易くなる。また、この制動による摩擦により、スクライビングホイール４０の側面に摩耗が生じ易くなる。このため、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向のピン軸５０の傾斜角は、なるべく制限することが好ましいと言える。

以上から、保持溝６３とスクライビングホイール側面とのクリアランスが０．０２０ｍｍ以下の場合の保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向のピン軸５０の傾斜角は、１．８８°をやや超える２．０°程度以下に設定することが望ましいと言える。各径のスクライビングホイール４０を用いる場合、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向のピン軸５０の傾斜角は、スクライビングホイール４０の厚みｔと保持溝６３のギャップＴの数値に応じて各径のスクライビングホイール４０に最適の角度に設定すればよい。

なお、図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、荷重によってスクライビングホイール４０の両側の側面４２ａ、４２ｂを保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに押し付けるためには、ピン軸５０の径よりもスクライビングホイール４０の貫通孔４１の径が大きく、スクライビングホイール４０の両側の側面４２ａ、４２ｂが保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに当接可能にスクライビングホイール４０がピン軸５０に対して水平方向に回転可能であることが必要である。

したがって、検証１、２で示した効果を得るためには、荷重によって、スクライビングホイール４０の両側面がそれぞれ保持溝６３の互いに対向する内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられるように、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂとスクライビングホイール４０の側面４２ａ、４２ｂと間のクリアランスと、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに対するピン軸５０の傾斜角を調整するとともに、貫通孔４１とピン軸５０との間にもクリアランスを設定する必要がある。通常、貫通孔４１とピン軸５０の間には０．００５〜０．０６５μｍ程度のクリアランスが設けられているが、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂとスクライビングホイール４０の側面４２ａ、４２ｂと間のクリアランスに応じて適宜設定されればよい。

＜検証３＞
次に、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向および鉛直方向のピン軸５０の傾斜角をそれぞれ変化させた場合のスクライビングホイールのずれについて検証を行った。本検証では、径が２ｍｍのスクライビングホイールを用いた。保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する水平方向のピン軸５０の傾斜角は１．５°とし、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する鉛直方向のピン軸５０の傾斜角を１°とした。保持溝６３のギャップは０．６５３ｍｍであり、スクライビングホイールの厚みは０．６３９ｍｍであった。その他の検証条件は、検証１と同様である。

図１５は、検証結果を示す図である。ここでは、基板に３本のスクライブラインを形成し、各スクライブラインの終端側から２ｍｍごとに、スクライビングホイールの水平方向のずれ量を測定した。検証１と同様、測定はカメラを用いて行った。

図１５の横軸は測定回数であり、縦軸はずれ量（μｍ）である。なお、本検証の測定では、カメラの撮像中心とスクライブラインの形成位置とが水平方向にずれていたため、３本のスクライブラインの開始時におけるずれ量は、カメラの撮像中心とスクライブラインの形成位置との間のずれ量を反映した値となっている。

図１５中、太い実線、細い実線および破線は、それぞれ、１本目、２本目および３本目のスクライブライン形成時の測定結果である。図１５を参照すると、何れのスクライブライン形成時においても、スクライビングホイールに突発的な大きなずれが生じておらず、また、細かい波の振幅も、顕著に抑制されている。図７（ｂ）に示した検証１の検証結果（径が２ｍｍのスクライビングホイールを用いた検証結果）と比較すると、図１５の測定結果では、波形の大きなうねりが抑制されている。よって、この測定結果から、検証１の場合より一層良い精度でスクライブラインを形成できたことが分かる。

図１６は、図１５の場合と比べてスクライビングホイールを表裏逆にホルダに装着して同様の測定を行った場合の測定結果である。この場合にも、図１５の場合と同様、検証１の検証結果（径が２ｍｍのスクライビングホイールを用いた検証結果）に比べて、波形の大きなうねりが抑制されている。よって、スクライビングホイールを表裏逆に装着した場合も、非常に良い精度でスクライブラインを形成できることが分かる。

以上の検証から、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対するピン軸５０の傾斜角を、水平方向のみならず鉛直方向においても調整することにより、スクライブ動作におけるスクライビングホイール４０の水平方向の移動を効果的に抑制でき、スクライブラインの形成を顕著に安定させ得ることが確認できた。

保持溝６３の内側面に垂直な方向に対してピン軸５０を鉛直方向に傾けると、スクライブ動作時に付与される荷重により、スクライビングホイール４０の貫通孔４１がピン軸５０に沿うように、スクライビングホイール４０が鉛直方向に回転する。すなわち、図１７（ａ）の状態において荷重によりスクライビングホイール４０が基板１５の表面Ｈに押しつけられると、図１７（ｂ）に示すようにスクライビングホイール４０が傾く。この傾きによって、スクライビングホイール４０の側面４２ａ、４２ｂが保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられて、スクライビングホイール４０の移動が規制される。

保持溝６３の内側面に垂直な方向に対してピン軸５０を水平方向のみならず垂直方向にも傾けると、水平方向にピン軸５０を傾けたことによってスクライビングホイール４０の移動が規制される効果と、鉛直方向にピン軸５０を傾けたことによってスクライビングホイール４０の移動が規制される効果とが複合される。これにより、本検証の測定結果のように、スクライブ動作時におけるスクライビングホイール４０の軸方向の移動が顕著に抑制され、スクライブラインの形成精度をより一層高めることができたものと推測される。

なお、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対するピン軸５０の鉛直方向の傾斜角は、本検証では１°に設定され、上記検証１では０．５°に設定された。これらの検証結果からすると、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対するピン軸５０の鉛直方向の傾斜角が１°をさらに超えるように設定された場合にも、１°の場合と同様か、さらに良好な効果が奏され得るものと推測され得る。また、上記保持溝６３の内側面に垂直な方向に対するピン軸５０の水平方向の傾斜角の検証結果からすると、スクライビングホイールの径が小さくされるほど、スクライビングホイール４０の軸方向の移動が抑制されるために最適な角度は大きくなると推測され得る。

しかし、その反面、ピン軸５０を鉛直方向に傾けると、図１７（ｂ）に示すように、スクライビングホイール４０が基板１５の表面Ｈに対して傾いた状態で押しつけられることになる。このときの表面Ｈに対するスクライビングホイール４０の傾斜角は、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対するピン軸５０の鉛直方向の傾斜角が大きくなるほど大きくなる。この場合、表面Ｈに対するスクライビングホイール４０の傾斜角が過度に大きくなると、スクライブラインの形成精度が低下する虞がある。また、ホルダ溝内でのスクライビングホイールの移動が抑制されることにより、スクライブ時のスクライビングホイールの回転抵抗が大きくなる虞がある。よって、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対するピン軸５０の鉛直方向の傾斜角は、なるべく小さく抑えることが好ましい。

以上から、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対する鉛直方向のピン軸５０の傾斜角は、本検証にて設定した１°をやや超える１．５°程度以下に設定することが望ましいと言える。他の径のスクライビングホイール４０を用いる場合、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する鉛直方向のピン軸５０の傾斜角は、１．５°以下の範囲において、各径のスクライビングホイール４０に最適の角度に設定すればよい。

＜実施形態の効果＞
本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。

図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対して、ピン軸５０が水平方向に傾いているため、スクライビングホイール４０が基板１５の表面Ｈに押し付けられると、スクライビングホイール４０の側面４２ａ、４２ｂがそれぞれ保持溝６３の互いに対向する内側面６５ａ、６５ｂに押し付けられる。このため、スクライブラインを形成する際に、スクライビングホイール４０がピン軸５０に平行な方向に移動することが抑制される。よって、スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

なお、上記「傾斜角の検討」の項で説明したように、保持溝６３の内側面に垂直な方向に対する基板１５の表面Ｈに平行な方向（水平方向）のピン軸５０の傾斜角は、２°以下に設定されることが好ましい。これにより、より効果的にスクライブラインの形成位置を安定させることができる。

また、上記検証１〜３で検証したとおり、ピン軸５０は、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対して、基板１５の表面Ｈに垂直な方向（鉛直方向）にも傾いていることが好ましい。こうすると、検証１〜３で検証したとおり、より一層スクライブラインの形成位置を安定させることができる。

なお、上述のとおり、保持溝６３の内側面６５ａ、６５ｂに垂直な方向に対する基板１５の表面Ｈに垂直な方向（鉛直方向）のピン軸５０の傾斜角は、１．５度以下に設定されることが好ましい。これにより、さらに効果的にスクライブラインの形成位置を安定させることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施形態も上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施形態１の実験では、刃先の稜線に溝が形成されていないスクライビングホイール４０が用いられたが、稜線に一定間隔で溝が形成されたスクライビングホイールが用いられてもよい。

また、スクライブヘッド２０の構成や、スクライブ装置１の構成も、適宜、変更可能である。図１には、基板１５の片面のみにスクライブラインを形成するスクライブ装置が示されたが、本発明は、基板１５の両面に並行してスクライブラインを形成するスクライブ装置にも適用可能である。

本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。

１ … スクライブ装置
１５ … 基板
２０ … スクライブヘッド
３０ … ホルダユニット
４０ … スクライビングホイール
４１ … 貫通孔
４２ａ、４２ｂ … 側面
５０ … ピン軸
６０ … ホルダ
６３ … 保持溝
６４ａ、６４ｂ … ピン孔
６５ａ、６５ｂ … 内側面
Ｈ … 表面

Claims (5)

1. 基板表面にスクライブラインを形成するスクライブ装置であって、
   スクライビングホイールを保持するホルダユニットと、
   前記基板表面に垂直な軸の周りに回転可能に前記ホルダユニットを保持するスクライブヘッドと、を備え、
   前記ホルダユニットは、
   前記スクライビングホイールが挿入される保持溝と、
   前記保持溝を跨ぐように形成されたピン孔と、
   前記保持溝に挿入された前記スクライビングホイールの貫通孔と前記ピン孔とに挿入されるピン軸と、を備え、
   前記スクライビングホイールが前記基板表面に押し付けられると、前記スクライビングホイールの両側面がそれぞれ前記保持溝の互いに対向する内側面に押し付けられるように、前記貫通孔と前記ピン軸との間のクリアランスと、前記保持溝の内側面と前記スクライビングホイールの側面と間のクリアランスと、前記保持溝の内側面に対する前記ピン軸の傾斜角が設定されており、
   前記ピン孔は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾くように形成され、
   前記ピン孔および前記貫通孔に挿入された前記ピン軸は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾いている、
   ことを特徴とするスクライブ装置。
2. 請求項１に記載のスクライブ装置において、
   前記保持溝の内側面に垂直な方向に対する前記基板表面に平行な方向の前記ピン軸の傾斜角が、２°以下に設定されている、
   ことを特徴とするスクライブ装置。
3. 請求項１または２に記載のスクライブ装置において、
   前記ピン孔は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、前記基板表面に垂直な方向にも傾くように形成され、
   前記ピン孔および前記貫通孔に挿入された前記ピン軸は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、前記基板表面に垂直な方向にも傾いている、
   ことを特徴とするスクライブ装置。
4. 請求項３に記載のスクライブ装置において、
   前記保持溝の内側面に垂直な方向に対する前記基板表面に垂直な方向の前記ピン軸の傾斜角が、１．５度以下に設定されている、
   ことを特徴とするスクライブ装置。
5. 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を保持するホルダユニットであって、
   前記スクライビングホイールが挿入される保持溝と、
   前記保持溝を跨ぐように形成されたピン孔と、
   前記保持溝に挿入された前記スクライビングホイールの貫通孔と前記ピン孔とに挿入されるピン軸と、を備え、
   前記スクライビングホイールが基板表面に押し付けられると、前記スクライビングホイールの両側面がそれぞれ前記保持溝の互いに対向する内側面に押し付けられるように、前記貫通孔と前記ピン軸との間のクリアランスと、前記保持溝の内側面と前記スクライビングホイールの側面と間のクリアランスと、前記保持溝の内側面に対する前記ピン軸の傾斜角が設定されており、
   前記ピン孔は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾くように形成され、
   前記ピン孔および前記貫通孔に挿入された前記ピン軸は、前記保持溝の内側面に垂直な方向に対して、少なくとも前記基板表面に平行な方向に傾いている、
   ことを特徴とするホルダユニット。

Images