JP6897950B2 - カッターホイール - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス等の脆性材料基板や、2枚の脆性材料基板を貼り合わせた貼り合わせ基板の表面に分断用のスクライブライン(切り溝)を加工する際に使用されるカッターホイール(スクライビングホイールともいう)に関する。
従来、ガラス基板等の脆性材料基板(以下「基板」ともいう)を分断する加工では、カッターホイールを基板表面に押し付けてスクライブラインを形成し、その後、スクライブラインに沿って裏面側から外力を印加して基板を撓ませることにより、単位基板ごとに分断する方法が一般的に知られており、例えば、特許文献1に開示されている。
脆性材料基板にスクライブラインを加工するカッターホイールは、円周面に互いに交わる2つの斜面によるV字形の刃先を有し、中心に取り付け用の軸受孔を備えたカッターホイールが用いられる。
上記のカッターホイールとして、刃先稜線が滑らかに仕上げられたカッターホイール(以下これを「ノーマルカッターホイール」という)と、刃先稜線に所定のピッチで溝部(切り欠き)を設けたカッターホイール(以下これを「溝付きカッターホイール」という)とがある。
これらのカッターホイールによって形成されるスクライブラインについて、図3を参照しつつ説明する。図3は、基板に形成されるスクライブラインのリブマーク及び垂直クラックを示すものであって、図3(a)はスクライブライン方向に沿った断面図であり、図3(b)はスクライブラインを直交する方向に沿った断面図である。
スクライブラインSは、基板表面のカッターホイールの食い込み痕跡である塑性変形領域と、塑性変形領域直下に生じ、基板Wの厚み方向に浸透する垂直クラック8とにより形成される。垂直クラック8の上部には所定の深さにわたってリブマーク7と呼ばれる特徴的な痕跡が生じる。図3のL1は基板W表面からのリブマーク量(深さ)を表し、L2は基板W表面からの垂直クラック量(浸透深さ)を表すものである。
ノーマルカッターホイールでは、スクライブライン形成時にきれいな溝面を形成することができるものの、その反面、基板表面に対する食い込み力が小さく刃先が滑りやすいといった欠点がある。したがって、基板の端面より内側からスクライブを開始した場合、スクライブ開始直後から垂直クラックが発生しにくく、また深い垂直クラックを形成するためにスクライブ荷重を大きくすると、基板表面に水平方向に走る不規則な亀裂が生じたり、溝部に傷痕が生じたりして不良品の発生頻度が高くなる。
これに対し、刃先稜線に溝部(切り欠き)を設けた溝付きカッターホイールでは、溝部と刃先稜線部(凸部)とが交互に形成されている。これにより、ノーマルカッターホイールに比べて高いスクライブ荷重を基板に加えることができ、十分な深さの垂直クラックによるスクライブラインを形成することができるとともに、不規則な方向への割れや水平クラックの発生を抑制することが可能となる。
特許第3787489号公報
近年、ガラス基板を分断加工して得る液晶パネル等の単位製品の小型化や精密化により、切断面の端面強度に優れた高精度の分断が要求されるようになった。そのためには、より小さなスクライブ荷重で高浸透のきれいなスクライブラインを加工することのできる溝付きカッターホイールが必要となる。
特に図6、7に示すように、シール部10を介して2枚のガラス基板W、Wを貼り合わせて、このシール部10により格子状に区分けされた複数の液晶注入領域11を有する貼り合わせ基板において、シール部10の直上でカッターホイール12を用いてガラス基板WにスクライブラインSを加工する場合、シール部10の弾性等によりカッターホイール12の食い込みが悪くなり、通常のスクライブ荷重ではリブマークや垂直クラックが十分に形成できないといった問題点があった。また、スクライブ荷重を大きくすると、ガラス基板Wの撓みが大きくなって基板表面に水平方向に走る不規則な亀裂が生じたり、溝部に傷痕等の破壊が生じたりして不良品の発生頻度が高くなる。
そこで本発明は、ガラス等の脆性材料基板に対して従来よりも小さなスクライブ荷重であっても高浸透のきれいなスクライブラインを形成でき、これにより端面強度に優れた単位製品に分断することのできるカッターホイールを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明は、円周面に互いに交わる2つの斜面によるV字形の刃先稜線を有し、この刃先稜線の全域に所定のピッチで溝部が加工され、前記溝部と残った刃先稜線部とが交互に形成されている円板状のカッターホイールであって、前記ピッチが100〜200μmであり、前記溝部の長さが3〜10μmであり、前記溝部の深さが1〜3μmの範囲で構成した。
ここで、前記カッターホイールの直径を1〜5mmとし、前記2つの斜面が交わる刃先角度が90〜120°とするのがよい。
本発明のカッターホイールでは、上記の条件で構成することにより低いスクライブ荷重であっても確実に基板に食い込んでリブマークを形成すると共に、分断に必要な高浸透の垂直クラックを形成することができる。これにより、ブレイク時に傷痕のないきれいな分断面でブレイクすることが可能となり、端面強度に優れた単位製品を得ることができる。
特に、シール部を介して2枚のガラス基板を貼り合わせた貼り合わせ基板において、シール部直上でガラス基板にスクライブラインを加工する場合に、シール部の存在に影響されることなく、小さなスクライブ荷重で深いリブマークと高浸透の垂直クラックを有するスクライブラインを加工することが可能となり、端面強度に優れた分断面でブレイクすることができるといった効果がある。
本発明に係る溝付きカッターホイールの斜視図。 本発明に係る溝付きカッターホイールの側面図と正面図。 脆性材料基板に形成されるスクライブラインを示す断面図。 分割数の異なる溝付きカッターホイールを用いたスクライブ試験データを示す図。 図4の数値データを線グラフに表した図。 加工対象となる貼り合わせ基板を示す平面図。 図6の断面図。 スクライブ装置を概略的に示す正面図。
以下において、本発明の溝付きカッターホイールについて、図に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係る溝付きカッターホイールAを示す斜視図であり、図2はその側面図並びに正面図である。この溝付きカッターホイールAは、工具特性に優れた金属材料、例えば超硬合金や焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド等から作製され、円板状のボディ1の中心に取り付け用の軸受孔2を有し、円周面に互いに交わる左右の斜面3a、3aからなる刃先稜線4が形成されている。溝付きカッターホイールAの直径Dは1〜5mmのものから選択されるが、本実施形態では直径Dが2mm、左右の斜面3a、3aが交わる刃先角度αが105°で形成されており、また、厚みは650μm、軸受孔2の内径は0.8mmで形成されている。
さらに、本発明の溝付きカッターホイールAは、刃先稜線4の全域に所定のピッチPで溝部5…が加工され、この溝部5と、残った刃先稜線部6とが交互に形成されることにより構成されている。
本実施例において、溝部5のピッチPを0.126mmとし、溝部5の深さ5bは1.5μm、溝部5の円周方向の長さ5aは溝部5の深さ5bの約3倍の4.4μmで形成した。この場合、刃先稜線部6の円周方向の長さ6aは、ピッチPから溝部5の長さ5aを差し引いた寸法のとなる。なお、図面では、わかりやすくするために溝部5の長さ5a及び深さ5bや刃先稜線部6の長さ6aは、実寸上の比率とは異なって表示されている。
溝部5のピッチPの寸法126μmは、直径2mmのカッターホイールではその全周を50分割することにより得ることができる。式に表せば次の通りとなる。
P=πD/n
ただし、Dはカッターホイールの直径(mm)、nはカッターホイール全周の分割数である。
また、所望のピッチPの寸法0.126mmを得るための分割数nは、
n=πD/P
となり、例えば直径3mmのカッターホイールでは、所望のピッチPの寸法0.126mmを得るための分割数は、上記の計算式から約75分割となる。
同様にして、直径4mmのカッターホイールでは、所望のピッチPの寸法0.126mmを得るための分割数は、約100分割となる。
上記のごとく構成した溝付きカッターホイールAを、図8に示すスクライブ装置Bのスクライブヘッド13に取り付け、テーブル14上に載置した基板Wの表面に押し付けながら相対的に直線移動させることにより、基板W表面に分断用のスクライブラインSを加工する。
このとき、本発明に係る溝付きカッターホイールAでは、上記の構成を条件とすることにより、図4に示す通り、基板に垂直クラックが形成されにくいスクライブ低荷重のような条件であっても基板Wに確実に食い込むことができ、分断に必要な高浸透の垂直クラックを形成することができた。
図4は上記の50分割した溝付きカッターホイールAと、この溝付きカッターホイールAと同じ2mmの直径で、同じく105°の刃先角度を有する溝付きカッターホイールをそれぞれ5分割、200分割、600分割したものを用意し、0.02、0.03及び0.04MPaのスクライブ荷重でガラス基板Wをそれぞれ複数回ずつスクライブ試験したときのリブマーク量L1、及び垂直クラック量L2の平均値を示すものである。なお、5分割、200分割及び600分割したときの溝部5の長さ5a及び深さ5bは、50分割の溝付きカッターホイールAと同じとした。また、5分割、200分割及び600分割したときのピッチはそれぞれ計算上1256μm、31.4μm、10.5μmであった。また、加工対象となるガラス基板Wは、厚み0.2mmの単板を用いた。
さらに、図5は、図4の各数値データを線グラフで表したものであって、図5(a)は基板表面からのリブマークの深さを示すものであり、図5(b)は基板表面からリブマークを含めた垂直クラックの深さを示すものである。
これによれば、本発明に係る50分割の溝付きカッターホイールAでは、0.02MPaの低いスクライブ荷重の領域で、他のものに比べて最も深い30μm以上のリブマーク量L1が検出された。しかも、0.02MPaの低いスクライブ荷重でありながら、垂直クラック量L2では他のものより大きく、141.46μmの数値が検出された。この試験データから、0.02MPaの低いスクライブ荷重であってもガラス基板Wに確実にリブマークを形成すると共に、分断に必要な高浸透の垂直クラックが形成されたことがわかる。これにより、ブレイク時に基板を大きく撓ませることなくきれいな分断面でブレイクすることができ、端面強度に優れた単位製品を得ることが可能となる。
このことは、特にシール部を介して2枚のガラス基板を貼り合わせた貼り合わせ基板において、シール部直上でガラス基板にスクライブラインを加工する場合に、シール部の存在に影響されることなく小さなスクライブ荷重で深い垂直クラックを加工することができるので極めて有効となる。
また、稜線の長さに対する溝部の割合が比較的小さいため、深い垂直クラックを効果的に形成しながら端面強度の低下を抑制することができる。
なお、試験データの提示は省略するが、上記の直径2mmの溝付きカッターホイールAと同じ溝の長さと深さを有し、かつ、同じ溝ピッチで75分割された直径3mmの溝付きカッターホイールや、100分割された直径4mmの溝付きカッターホイールの場合でも、上記した直径2mmの溝付きカッターホイールAと同じような深いリブマークと高浸透の垂直クラックを有するきれいなスクライブラインを形成することができた。
上記した溝付きカッターホイールAの溝部5のピッチPや、溝部5の長さ5a及び深さ5bの数値は、最も好ましい一例として示したものであって、本発明は上記の数値に限定されるものではなく以下の範囲内で実施することができる。すなわち、ピッチPは100〜200μm、溝部5の長さ5aは3〜10μm、深さ5bは1〜3μmの範囲内で実施可能である。また、刃先角度αも105°に特定されるものではなく、90〜120°の範囲のものが許容できる。さらに、溝部5の側面形状も、図示した台形状に代えてV字形状や円弧形状としてもよい。
以上、本発明の代表的な実施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特定されるものではなく、本発明の目的を達成し、請求の範囲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。
本発明は、ガラス等の脆性材料基板や、2枚の脆性材料基板を貼り合わせた貼り合わせ基板の表面に分断用のスクライブラインを加工する際に使用されるカッターホイールに好適に利用される。
A 溝付きカッターホイール
B スクライブ装置
S スクライブライン
W 脆性材料基板
α 刃先角度
1 ボディ
2 軸受孔
3a 斜面
4 刃先稜線
5 溝部
5a 溝部の長さ
5b 溝部の深さ
6 刃先稜線部
6a 刃先稜線部の長さ
7 リブマーク
8 垂直クラック

Claims (2)

  1. 円周面に互いに交わる2つの斜面によるV字形の刃先稜線を有し、この刃先稜線の全域に所定のピッチで溝部が加工され、前記溝部と残った刃先稜線部とが交互に形成されている円板状のカッターホイールであって、
    前記ピッチが100〜200μmであり、前記溝部の長さが3〜10μmであり、前記溝部の深さが1〜3μmであるカッターホイール。
  2. 前記カッターホイールの直径が1〜5mmであり、前記2つの斜面が交わる刃先角度が90〜120°である請求項1に記載のカッターホイール。
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