JP7053013B2 - ホルダユニット、ならびに、そのスクライビングホイールおよびピン - Google Patents

Description

本発明はホルダユニット、ならびに、そのスクライビングホイールおよびピンに関する。

ガラス基板等の脆性材料基板に対するスクライブラインの形成にスクライブ装置が用いられる。スクライブ装置にはホルダユニット、および、これを走査する走査装置が設けられる。ホルダユニットはホルダ本体、ピン、および、スクライビングホイールにより構成される。ホルダ本体は走査装置に取り付けられる。ピンはホルダ本体に支持される。スクライビングホイールはピンに支持される。特許文献１では、ホルダユニットの一例であるスクライブユニット(２０)を開示している。スクライブユニット(２０)はスクライビングホイール(６０)、スクライビングホイール(６０)を回転可能に支持するピン(３２)、および、ピン(３２)を支持する支持枠体(３３)により構成される。スクライビングユニット(２０)が脆性材料基板に対して所定の走査方向に走査されることにより脆性材料基板にスクライブラインが形成される。

特開２０１２－１０６４７９号公報

従来のスクライブ装置では、例えばホルダユニットが直線方向に走査された場合に非直線状のスクライブラインが脆性材料基板に形成されることがある。一例では非直線状のスクライブラインは、スクライビングホイールの走査方向に沿う直線部分と、走査方向とは異なる方向に進行した非直線部分とを含む。非直線部分がスクライブラインの１箇所または数箇所に部分的に形成される場合、スクライブラインのおおよそ全体において直線部分と非直線部分とが交互に形成される場合などがあり、非直線状のスクライブラインの形状は多様である。ブレイクされた脆性材料基板の品質を高める点から、走査方向に沿うスクライブラインが形成されることが好ましい。これは直線状のスクライブラインを形成する場合だけでなく、直線とは異なる形状のスクライブラインを形成する場合も同様である。

（１）本発明に関するスクライビングホイールのピンはスクライビングホイールを支持するピンであって、前記ピンの軸方向における前記ピンに対する前記スクライビングホイールの移動を妨げる規制部を備える。
スクライビングホイールの走査時にピンの軸方向に作用する反力がスクライビングホイールに生じた場合、この反力がピンの規制部により受けられる。このため、ピンの軸方向におけるピンに対するスクライビングホイールの移動が抑えられる。これにより、ホルダユニットの走査方向に沿うスクライブラインを容易に形成できる。
また、前記規制部は前記ピンの外周に形成される凹部を含む。このため、規制部の構成が簡素である。

（２）好ましい例では（１）に記載のスクライビングホイールのピンにおいて、前記凹部の面は曲面である。
このため、凹部に応力集中が生じにくい。

（３）本発明に関するスクライビングホイールは、（１）または（２）のいずれか一項に記載のピンに支持されるスクライビングホイールであって、前記規制部と接触する被規制部を備え、前記被規制部は前記凹部に挿入される凸部を含む。
上記スクライビングホイールによれば、（１）に記載の効果と同様の効果が得られるとともに、被規制部の構成が簡素である。

（４）好ましい例では（３）に記載のスクライビングホイールは、前記凸部の面は曲面である。
このため、凸部に応力集中が生じにくい。

（５）好ましい例では、（２）に記載のピンに支持されるスクライビングホイールであって、前記規制部と接触する被規制部を備え、前記被規制部は前記凹部に挿入される凸部を含み、前記凹部の面は曲面であり、前記凹部の曲率半径は前記凸部の曲率半径よりも大きい。
凹部と凸部とが線接触するため、スクライブ時の摩擦抵抗が小さくなる。

（６）本発明に関するホルダユニットは、（１）または（２）に記載のピンと、（３）または（４）に記載のスクライビングホイールとを備える。
上記ホルダユニットによれば、（１）に記載の効果と同様の効果が得られる。

（７）好ましい例では、ホルダユニットは、（２）に記載のピンと、（５）に記載のスクライビングホイールとを備える。
凹部と凸部とが線接触するため、スクライブ時の摩擦抵抗が小さくなる。

本発明に関するホルダユニット、ならびに、そのスクライビングホイールおよびピンによれば、ホルダユニットの走査方向に沿うスクライブラインを容易に形成できる。

実施形態のスクライブ装置の斜視図。 図１のホルダユニットの断面図。 第１変形例のホルダユニットの断面図。 第２変形例のホルダユニットの断面図。

(実施形態)
図１に示されるスクライブ装置１は、例えばガラス基板またはセラミックス基板等の脆性材料で形成された基板(以下「脆性材料基板ＧＢ」)を分断するために脆性材料基板ＧＢの表面にスクライブラインを形成するために用いられる。脆性材料基板ＧＢの一例はガラス基板である。ガラス基板の一例は無アルカリガラスである。無アルカリガラスはフラットパネルディスプレイ等に用いられる。

スクライブ装置１を構成する主な要素は移動装置１０、テーブル装置２０、保持機構３０、および、ホルダユニット４０である。移動装置１０は脆性材料基板ＧＢを走査方向に走査させる。移動装置１０は、テーブル装置２０が搭載される移動台１１を備える。移動台１１は一対のレール１２上に載せられている。回転直進変換装置１３は移動台１１をレール１２に沿って移動させる。回転直進変換装置１３の一例は、送りねじ装置であり、駆動源となるモータ１３Ａと、モータ１３Ａの出力軸に接続された送りねじ部１３Ｂとを備える。

テーブル装置２０は回転中心軸Ｊを中心に回転可能なテーブル２１、および、テーブル２１を回転させるためのモータ２２を備える。脆性材料基板ＧＢはテーブル２１上に載置され、真空吸引手段(図示略)によってテーブル２１に吸着されることによりテーブル２１に保持される。モータ２２はテーブル２１内に収容されている。モータ２２は、テーブル２１を回転させることにより、テーブル２１の回転方向における脆性材料基板ＧＢの位置を決める。

保持機構３０はホルダユニット４０を保持する。保持機構３０はテーブル２１を上方から跨ぐように設置されたブリッジ３１、および、ブリッジ３１を支持する一対の支柱３２を備える。ブリッジ３１には、ガイド３１Ａが設けられている。ガイド３１Ａには、連結部３３を介してスクライブヘッド３４が移動可能に取り付けられている。連結部３３およびスクライブヘッド３４はガイド３１Ａに沿って移動する。連結部３３とスクライブヘッド３４は昇降機構(図示略)を介して連結されている。昇降機構が駆動することにより、スクライブヘッド３４は連結部３３に対して上下方向に移動する。スクライブヘッド３４には、ホルダジョイント３５を介してホルダユニット４０が着脱可能に取り付けられている。

図２に示されるホルダユニット４０を構成する主な要素はホルダ５０、スクライビングホイール６０、および、スクライビングホイール６０のピン７０(以下「ピン７０」)である。スクライビングホイール６０は消耗品であるため、定期的に交換される。一例では、スクライビングホイール６０のみ、または、ホルダユニット４０を交換することにより、スクライビングホイール６０の交換が行われる。

ホルダ５０を構成する材料の一例は磁性体金属である。ホルダ５０は略円柱形状または角柱形状である。ホルダ５０はスクライビングホイール６０の一部を収容するための溝部５１、および、溝部５１に連通するようにホルダ５０を貫通する支持孔５２を備える。溝部５１は、スクライブヘッド３４(図１参照)にホルダ５０が取り付けられた状態において、脆性材料基板ＧＢに向けて開口する。

ピン７０はスクライビングホイール６０を支持する。ピン７０は支持孔５２に挿入される。ピン７０の一方の端部７０Ａは先細りの形状である。支持孔５２とピン７０との関係は任意に選択できる。第１例では、ピン７０は支持孔５２に対して回転できないように、支持孔５２に固定される。固定方法は圧入または接着である。第１例の場合、支持孔５２の最大の内径とピン７０の最大の外径とは実質的に等しいことが好ましい。第２例ではピン７０は支持孔５２に対して回転できるように、支持孔５２に挿入される。第２例の場合、支持孔５２の最大の内径はピン７０の最大の外径よりも若干大きい。以下では、ピン７０の中心軸の延びる方向をピン軸方向と称する。

スクライビングホイール６０を構成する材料の一例は焼結ダイヤモンド(Poly Crystalline Diamond)、超硬合金、単結晶ダイヤモンド、および、多結晶ダイヤモンドである。別の例では、スクライビングホイール６０に硬質材料がコーティングされる場合がある。硬質材料は例えばダイヤモンドである。

スクライビングホイール６０は主に、本体部６１および刃先部６２に区分される。本体部６１は、円板状であり、スクライビングホイール６０において刃先部６２よりも径方向の内側の部分である。刃先部６２は、断面Ｖ字状であり、スクライビングホイール６０の外周部の全周にわたり形成されている。断面Ｖ字状とは、スクライビングホイール６０の厚さ方向(以下「厚さ方向ＤＴ」)に沿う平面でスクライビングホイール６０を切った断面において、スクライビングホイール６０の外周縁に向けて先細りの形状である。以下の説明では、スクライビングホイール６０の径方向に平行な平面に直交する断面を直交断面と称する。好ましい例では、スクライビングホイール６０の外径の一例はφ１ｍｍ～φ７ｍｍの範囲に含まれる。一例では、スクライビングホイール６０の外径はφ２ｍｍである。スクライビングホイール６０の厚さの一例は、０．６４ｍｍである。なお、溝部５１の厚さ方向ＤＴにおける長さ、すなわち溝部５１の内面のうち厚さ方向ＤＴに対面する２つの面５１Ａ、５１Ｂの厚さ方向ＤＴの間の距離の一例は０．６６ｍｍである。

本体部６１の中心部には、本体部６１を厚さ方向ＤＴに貫通する挿入孔６３が形成されている。挿入孔６３には、ピン７０が挿入されている。本体部６１は、挿入孔６３の一端が形成される第１側面６１Ａ、および、挿入孔６３の他端が形成される第２側面６１Ｂを備える。第１側面６１Ａのうち溝部５１に収容されている部分は所定の隙間ＳＡを介して溝部５１の面５１Ａと対向している。第２側面６１Ｂのうち溝部５１に収容されている部分は所定の隙間ＳＢを介して溝部５１の面５１Ｂと対向している。厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡの大きさと隙間ＳＢの大きさの関係は後述する規制部８０の位置、および、大きさに応じて任意に選択できる。図２に示される第１例では、厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡの大きさと隙間ＳＢの大きさとは等しい。第２例では、厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡの大きさと隙間ＳＢの大きさとは異なる。

厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡ、ＳＢの大きさは任意に設定できる。好ましい例では、厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡ、ＳＢの大きさは厚さ方向ＤＴにおけるホルダ５０の溝部５１内でのスクライビングホイール６０の傾きの抑制のしやすさ、および、隙間ＳＡ、ＳＢへの異物の詰まりにくさとの関係に基づいて決められる。異物の一例はスクライブラインを形成することにより発生する脆性材料基板ＧＢの削りかすである。厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡ、ＳＢの大きさの最大値の一例はそれぞれ１０μｍである。隙間ＳＡ、ＳＢの大きさが１０μｍ以下である場合、厚さ方向ＤＴにおけるホルダ５０の溝部５１内でのスクライビングホイール６０の傾きを抑制しやすくなる。厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡ、ＳＢの大きさの最小値の一例はそれぞれ２μｍである。隙間ＳＡ、ＳＢの大きさが２μｍ以上である場合、隙間ＳＡ、ＳＢに異物が詰まりにくい。さらには、スクライビングホイール６０とホルダ５０とが干渉しにくい。厚さ方向ＤＴにおける隙間ＳＡ、ＳＢの合計の大きさの取り得る範囲の一例は４μｍ～２０μｍである。

脆性材料基板ＧＢにスクライブラインを形成する工程では、スクライビングホイール６０が脆性材料基板ＧＢの表面に押し付けられた状態でホルダユニット４０が所定の走査方向に走査される。走査方法としてはホルダユニット４０を脆性材料基板ＧＢに対して移動させる方法、脆性材料基板ＧＢをホルダユニット４０に対して移動させる方法、および、これらを組み合わせた方法が挙げられる。脆性材料基板ＧＢのスクライブ時、スクライビングホイール６０には走査方向とは反対方向に作用する成分を含む第１反力だけでなく、ピン軸方向の成分を含む第２反力が作用する。これは主に脆性材料基板ＧＢの表面の性状の不均一さにより生じる。表面の性状の不均一さは例えば、表面に不均一に分布する多数の微小な凹凸、および、表面のたわみなどにより生じる。第２反力はピン軸方向の一方である第１ピン軸方向に作用する反力、および、ピン軸方向の他方である第２ピン軸方向に作用する反力を含む。脆性材料基板ＧＢの表面の凹凸の形状は部位毎に異なるため、スクライビングホイール６０に作用する第２反力の方向および強さがスクライビングホイール６０の進行にともない変化する。スクライビングホイール６０はピン７０に対して固定されていないため、第２反力がスクライビングホイール６０に作用することにともない、スクライビングホイール６０がピン７０に対してピン軸方向に変位する。以下の説明では、ピン７０に対するピン軸方向へのスクライビングホイール６０の移動を「ホイール軸方向変位」と称する。

ホイール軸方向変位の方向および変位量は主に第１ピン軸方向に作用する第２反力の強さと第２ピン軸方向に作用する第２反力の強さとの関係に依存する。ホイール軸方向変位が生じることにより非直線状のスクライブラインが形成される。この変位を抑えることにより非直線状のスクライブラインが形成されにくくなる。ホルダユニット４０はホイール軸方向変位を抑える変位抑制構造を備えている。変位抑制構造はピン７０に設けられる規制部８０、および、スクライビングホイール６０に設けられる被規制部９０を含む。

規制部８０の構成は任意に選択できる。図２に示される例では、規制部８０はピン７０の外周に形成される凹部８１を含む。このため、規制部８０の構成が簡素である。凹部８１は被規制部９０と接触できるように、例えばピン７０の外周部に研磨加工を施すことにより形成される部分であり、ピン７０の製造時に形成される微小な凹凸は含まれない。凹部８１はピン７０の外周を１周する。ピン７０の軸方向における凹部８１の位置は任意に選択できる。一例では、凹部８１はピン７０の軸方向における中央に設けられる。凹部８１の面８１Ａはピン７０の外周面７１に対してピン７０の中心軸側に窪む曲面である。このため、凹部８１に応力集中が生じにくい。直交断面上において面８１Ａは所定の曲率半径ＲＡを有する。

ピン７０の直径は０．４ｍｍ～１．１ｍｍの範囲に含まれる。凹部８１の深さＸＡは０．５μｍ～３．０μｍの範囲に含まれる。凹部８１の深さＸＡは例えば、直交断面上においてピン７０の外周面７１を通過する直線ＬＡと凹部８１の頂点８１Ｂとの距離で示される。

ピン軸方向における凹部８１の幅ＸＢはスクライビングホイール６０の厚さと等しい。凹部８１の幅ＸＢは直交断面上において外周面７１を通過する直線ＬＡ上における凹部８１の一方の縁と他方の縁との距離で示される。凹部８１の幅はスクライビングホイール６０の厚さと等しい、または、スクライビングホイール６０の厚さよりも大きい。凹部８１の幅は０．４ｍｍ～１．２ｍｍの範囲に含まれる。

被規制部９０は凹部８１に挿入される凸部９１を含む。このため、被規制部９０の構成が簡素である。凸部９１の面９１Ａは厚さ方向ＤＴにおいて第１側面６１Ａと第２側面６１Ｂとの間に形成され、所定の曲率半径ＲＢにより規定される曲面である。このため、凸部９１に応力集中が生じにくい。凹部８１の曲率半径ＲＡと凸部９１の曲率半径ＲＢとの関係は任意に選択できる。図２に示される第１例では、凹部８１の曲率半径ＲＡは凸部９１の曲率半径ＲＢよりも大きい。第１例の場合、凹部８１の面８１Ａと凸部９１の面９１Ａとが線接触するため、スクライブ時の摩擦抵抗が小さくなる。第２例では、凹部８１の曲率半径ＲＡは凸部９１の曲率半径ＲＢと等しい、または、凸部９１の曲率半径ＲＢよりも小さい。凸部９１の高さＨＡは０．１μｍ～１．０μｍの範囲に含まれる。凸部９１の高さＨＡは０．１μｍ～０．５μｍの範囲に含まれることが好ましい。凸部９１の高さＨＡは本体部６１の側面６１Ａ、６１Ｂと面９１Ａとの境界を通過する直線ＬＢと凸部９１の頂点９１Ｂとの距離で示される。スクライビングホイール６０の挿入孔６３の凸部９１における最小の内径はピン７０の最大の外径よりも若干大きい。

ホルダユニット４０の作用および効果について説明する。スクライビングホイール６０が脆性材料基板ＧＢに押し付けられ、走査されていない状態では、直交断面上においてスクライビングホイール６０の被規制部９０の頂点９１Ｂがピン７０の規制部８０に接触する。実際には被規制部９０の一定の範囲が規制部８０と線接触する。被規制部９０は規制部８０から押付方向に作用する反力を受ける。スクライビングホイール６０の走査にともないスクライビングホイール６０に第２反力が作用した場合、被規制部９０をピン軸方向に移動させようとする第２反力がピン７０の規制部８０により受けられる。このため、スクライビングホイール６０のホイール軸方向変位が妨げられ、スクライビングホイール６０が走査方向に沿って進行し、脆性材料基板ＧＢに直線状のスクライブラインが形成される。このため、ホルダユニット４０の走査方向に沿うスクライブラインを容易に形成できる。

(変形例)
上記実施形態は本発明に関するホルダユニット、ならびに、そのスクライビングホイールおよびピンが取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に関するホルダユニット、ならびに、そのスクライビングホイールおよびピンは実施形態に例示された形態とは異なる形態を取り得る。その一例は、実施形態の構成の一部を置換、変更、もしくは、省略した形態、または、実施形態に新たな構成を付加した形態である。以下に実施形態の変形例の一例を示す。

・規制部８０および被規制部９０の構成は任意に変更可能である。図３は第１変形例の規制部１８０および被規制部１９０を含むホルダユニット４０の構成を示している。規制部１８０はピン７０の外周に形成される凸部１８１を含む。凸部１８１は被規制部１９０と接触できるように、ピン７０の外周面７１から突出した部分である。凸部１８１はピン７０の外周面７１のうち、スクライビングホイール６０の挿入孔６３と対向する位置の全体にわたり設けられる。ピン７０の軸方向における凸部１８１が設けられる位置は任意に選択できる。一例では、凸部１８１は溝部５１の軸方向における中央に設けられる。凸部１８１の面１８１Ａは所定の曲率半径ＲＡにより規定される曲面である。被規制部１９０は凸部１８１が挿入される凹部１９１を含む。凹部１９１は例えば挿入孔６３に研磨加工を施すことにより形成される部分であり、スクライビングホイール６０の製造時に形成される微小な凹凸は含まれない。凹部１９１の面１９１Ａは厚さ方向ＤＴにおいて第１側面６１Ａと第２側面６１Ｂとの間に形成され、所定の曲率半径ＲＢにより規定される曲面である。なお、第１変形例においてはホルダ５０を一体の部材で形成するのではなく、溝部５１の面５１Ａを含む部分と面５１Ｂを含む部分とで分割される部材とすることでホルダユニット４０を容易に組み立てることができる。

面１８１Ａの曲率半径ＲＡと面１９１Ａの曲率半径ＲＢとの関係は任意に選択できる。図３に示される第１例では、面１８１Ａの曲率半径ＲＡは面１９１Ａの曲率半径ＲＢよりも小さい。第１例の場合、面１８１Ａと面１９１Ａとが線接触するため、スクライブ時の摩擦抵抗が小さくなる。第２例では、面１８１Ａの曲率半径ＲＡは面１９１Ａの曲率半径ＲＢと等しい、または、面１９１Ａの曲率半径ＲＢよりも大きい。

図４は第２変形例の規制部２８０および被規制部２９０を備えるホルダユニット４０の構成を示している。規制部２８０はピン７０の外周面７１に形成される凹部２８１を含む。凹部２８１は被規制部２９０と接触できるように、例えばピン７０の外周面７１に研磨加工を施すことにより形成される部分であり、ピン７０の製造時に形成される微小な凹凸は含まれない。凹部２８１はピン７０の外周面７１のうち、スクライビングホイール６０の挿入孔６３と対向する位置の全体にわたり設けられる。ピン７０の軸方向における凹部２８１が設けられる位置は任意に選択できる。一例では、凹部２８１はピン７０の軸方向における中央に設けられる。凹部２８１は角を含む溝である。図４に示される例では、凹部２８１はＶ字状の溝である。被規制部２９０は凹部２８１に挿入される凸部２９１を含む。凸部２９１は厚さ方向ＤＴにおいて第１側面６１Ａと第２側面６１Ｂとの間に形成される。凸部２９１は角を含む突起である。図４に示される例では、凸部２９１はＶ字状の突起である。スクライビングホイール６０の挿入孔６３の凸部２９１における最小の内径はピン７０の最大の外径よりも若干大きい。

・ホルダユニット４０の構成は任意に変更可能である。一例では、ホルダユニット４０は被規制部９０が省略される。この場合、規制部８０の幅がスクライビングホイール６０の幅よりも大きく、溝部５１の幅よりも狭いことが好ましい。また、規制部８０および被規制部９０の形状も上記実施形態に開示された構成に限定されるものではなく、例えば一部に平坦部を有する形状としてもよい。また、凸部９１の形状と凹部８１の形状とが一致していなくてもよい。この場合、凹部８１の幅が凸部９１の幅よりも大きいことが好ましい。

１ ：スクライブ装置
４０：ホルダユニット
６０：スクライビングホイール
７０：ピン
８０：規制部
８１：凹部
９０：被規制部
９１：凸部

Claims (7)

1. スクライビングホイールを支持するピンであって、
   前記ピンの軸方向における前記ピンに対する前記スクライビングホイールの移動を妨げる規制部を備え、
   前記規制部は前記ピンの外周に形成される凹部を含む
   スクライビングホイールのピン。
2. 前記凹部の面は曲面である
   請求項１に記載のスクライビングホイールのピン。
3. 請求項１または２に記載のピンに支持されるスクライビングホイールであって、
   前記規制部と接触する被規制部を備え、
   前記被規制部は前記凹部に挿入される凸部を含む
   スクライビングホイール。
4. 前記凸部の面は曲面である
   請求項３に記載のスクライビングホイール。
5. 請求項２に記載のピンに支持されるスクライビングホイールであって、
   前記規制部と接触する被規制部を備え、
   前記被規制部は前記凹部に挿入される凸部を含み、
   前記凸部の面は曲面であり、
   前記凹部の曲率半径は前記凸部の曲率半径よりも大きい
   スクライビングホイール。
6. 請求項１または２に記載のピンと、
   請求項３または４に記載のスクライビングホイールとを備える
   ホルダユニット。
7. 請求項２に記載のピンと、
   請求項５に記載のスクライビングホイールとを備える
   ホルダユニット。

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