JP7095913B2 - スクライブヘッド及びスクライブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体やガラスなどの脆性材料基板をスクライブするスクライブヘッド及びこれを用いたスクライブ装置に関する技術であり、特にスクライビングツールを加圧するエアシリンダーのロッドに軸交差方向に負荷（モーメント）が作用することを抑制し、脆性材料基板上に正確にスクライブラインを形成可能とする技術に関する。

従来、液晶表示パネルや液晶プロジェクタ基板等のフラットパネルディスプレイ等では、製造過程においてマザーガラス基板が貼り合わされた後に所定の大きさのパネルとなるように分断される。
このようなマザーガラス基板等の脆性材料基板を分断する際には、基板にスクライブライン（垂直クラック）を形成するスクライブ工程と、垂直クラックを完全に浸透させるブレイク工程と、が行われる。そして、スクライブ工程でスクライブラインを形成する際にはスクライブヘッドが用いられている。

具体的には、このスクライブヘッドは、スクライビングホイールやダイヤモンドポイントなどを用いたスクライビングツールを備えている。また、スクライビングツールはホルダにより下方に向かって刃先を向けるように保持されており、エアシリンダーにより基板に向けて加圧されている。つまり、スクライブヘッドでは、エアシリンダーを用いてスクライビングツールにより脆性材料基板に荷重を加えて脆性材料基板に垂直クラックを形成している。

ところで、昨今はスクライブ対象である脆性材料基板の薄肉化が進んでおり、低い接触圧すなわち低加工圧でスクライブを行うケースが増えている。
このようなケースで問題となるのが、エアシリンダーの特性である。
一般的なエアシリンダーは、シリンダ本体と、このシリンダ本体から決められたストロークの範囲内で出退自在とされたロッド（軸体）との間には、金属やゴムなどで形成されたシール部材が配備されていて、エアシリンダー内部のエアーが吐出することを防ぐようにしている。このシール部材により、ロッドの出退時には当該ロッドに対してある程度の大きさの摺動抵抗が不可避的に発生する。そのため、ロッドを出退させる際には、制御できない摺動抵抗により、ロッドの推力にばらつきが生じ、ロッドを低い接触圧で進出させ、精密な制御が困難な状況となっていた。

このような従来型の短所をカバーするため、エアシール方式（エアベアリング機構と呼ばれることもある）を有するエアシリンダーを用いることが提案されている。
エアシール方式を有するエアシリンダーでは、シリンダ本体とロッドとの間には、ゴムなどで形成されたシール部材が存在せず、空気によりシリンダ本体からロッドを浮かせた状態としている。それ故、ロッドの出退時にはシリンダ本体に対する摺動抵抗はゼロとなり、微細な力でロッドを押動したり精密に制御したりすることが可能となる。

エアシール方式（エアベアリング機構）のエアシリンダーを用いたスクライブヘッドとしては、特許文献１に示すものがある。
すなわち、特許文献１には、切断すべきガラス基板の面上を相対的に移動するカッター（スクライビングツール）を備えたガラス切断装置が開示されている。このカッターは、エアシリンダーのロッド先端に直接設けられており、エアシリンダーの力によりガラス基板面に所定の圧力で当接される構成となっている。

特開平９－２９５８２２号公報

ところで、特許文献１のガラス切断装置では、ガラス基板の面に沿ってカッターを移動させた場合に、カッターの支持軸であるエアシリンダーのロッドに対しても、ロッドの長手方向に対し垂直な力（モーメント）が加わる。
しかしながら、特許文献１のエアシリンダーは、ロッドをエアシール方式で支持しており、シリンダ本体に対してロッドが浮いた状態となっている。浮遊状態のロッドに対して上述したモーメントを作用させることは、最も避けなければならない操作であり、軸交差方向の力、すなわちロッドに対するモーメントにより、当該ロッドがスムーズに動作しなくなったり、ひどい場合にはエアシリンダー自体が破損されてしまったりする可能性もある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、脆性材料基板の面に沿ってスクライビングツールを移動させても、エアシール方式のエアシリンダーのロッドにモーメントが加わることがなく、低荷重における応答性が高く、モーメントに強いスクライブヘッド及びスクライブ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のスクライブヘッドは以下の技術的手段を講じている。
即ち、本発明のスクライブヘッドは、被加工物に対してスクライブを行うスクライビングツールを保持するホルダと、前記ホルダが先端に設けられたホルダ保持材と、前記スクライビングツールに荷重を加えるエアシリンダーと、前記スクライブヘッド及び前記エアシリンダーを支持する支持体と、を備えたスクライブヘッドであって、前記エアシリンダーは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に導入されるエアーにより当該シリンダ本体から出退自在とされた軸体を有し、前記軸体はシリンダ本体に対してエアシールされる構成を有しており、前記軸体がシリンダ本体から進出することで、前記スクライブヘッドから被加工物に対して荷重が加わり、前記軸体がシリンダ本体へ退行することで、前記スクライブヘッドから被加工物に加わる荷重が除去されるようになっており、前記軸体の先端とホルダ保持材が非連結とされており、前記軸体の長手方向に沿った力のみ、前記スクライビングツールへ伝達可能に構成されており、前記ホルダ保持材は前記軸体に対面する側に研磨加工された平坦な接触面を有しており、前記軸体の先端は球状接触子に形成されており、前記球状接触子が前記接触面に点接触する構成とされていることを特徴とする。

また、本発明のスクライブ装置は、被加工物に対してスクライブを行うスクライブ装置であって、スクライビングツールを保持するホルダと、前記ホルダが先端に設けられたホルダ保持材と、前記ホルダ保持材を被加工物に対して近接離反させるエアシリンダーと、前記ホルダ保持材及び前記エアシリンダーを支持する支持体と、を備えるスクライブヘッドと、被加工物を戴置するテーブルと、前記スクライブヘッドと前記テーブルとを相対的に移動させる駆動機構と、を備え、前記スクライブヘッドにおいて、前記エアシリンダーは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に導入されるエアーにより当該シリンダ本体から出退自在とされた軸体を有し、前記軸体はシリンダ本体に対してエアシールされる構成を有しており、前記軸体がシリンダ本体から進出することで、前記ホルダ保持材が被加工物に対して近づき、前記軸体がシリンダ本体へ退行することで、前記ホルダ保持材が被加工物から離反するようになっており、前記軸体の先端とホルダ保持材が非連結とされており、前記軸体の長手方向に沿った力のみ、前記ホルダ保持材へ伝達可能に構成され、前記ホルダ保持材は前記軸体に対面する側に平坦な接触面を有しており、前記軸体の先端は球状接触子に形成されており、前記球状接触子が前記接触面に点接触する構成とされたことを特徴とする。

本発明のスクライブヘッド及びスクライブ装置によれば、脆性材料基板の面に沿ってスクライビングツールを移動させても、加圧機構であるエアシリンダーのロッドに対して、モーメントが加わることがなく、微細な力で脆性材料基板を精密にスクライブすることができる。

スクライブヘッドを用いた脆性材料基板のスクライブ手順を示した図である。 第１実施形態のスクライブヘッドの正面図である。 第１実施形態のエアシリンダーの退行状態と進出状態とを、図２のＡ－Ａ線断面で比較した図である。 第２実施形態のスクライブヘッドの構造の一部を拡大して示した図である。

［第１実施形態］
以下、本発明のスクライブヘッド１の実施形態を、図面に基づき詳しく説明する。
図１は、本発明のスクライブヘッド１を用いた基板Ｂ（被加工物である脆性材料基板）の分断工程を模式的に示したものである。
上述したスクライブヘッド１は、スクライブ装置（図示せず）に設けられており、このスクライブ装置には、基板Ｂを載置するテーブル２が備えられている。このテーブル２の上には水平方向に沿ってビームが架設されており（図示せず）、上述したスクライブヘッド１は、スクライブヘッド１と基板Ｂとを相対的に移動させる駆動機構（図示せず）により、ビームに沿って水平方向に移動可能とされている。また、スクライブヘッド１は、サーボモーターなどの機構により、上下方向にも移動可能とされている。さらに、スクライブヘッド１は、後述するエアシリンダー３を用いて下方に力を発生させ、スクライビングツール４を基板Ｂ側に押し付けることで基板Ｂにスクライブラインを形成可能な構成となっている。

図２は、スクライブヘッド１のみを拡大して示したものである。
図２に示すように、第１実施形態のスクライブヘッド１は、基板Ｂに対してスクライブを行うスクライビングツール４を保持するホルダ５と、ホルダ５が先端に設けられたホルダ保持材６と、ホルダ保持材６に対して加圧するエアシリンダー３と、ホルダ保持材６及びエアシリンダー３を支持する支持体７と、を備えている。

これら支持体７、ホルダ保持材６、ホルダ５、スクライビングツール４、及びエアシリンダー３について詳細を説明する。
なお、図２における左右方向を、スクライブヘッド１を説明する際の右左方向とする。また、図２における上下方向を、スクライブヘッド１を説明する際の上下方向とする。さらに、図３における左右方向を、スクライブヘッド１を説明する際の前後方向とする。これらの方向は、適宜図面に記載している。

図２に示すように、支持体７は正面視で矩形とされた板状の部材であり、スクライブヘッド１を構成するホルダ保持材６とエアシリンダー３とが取り付けられる部材となっている。この支持体７の前面上側にエアシリンダー３が配備され、前面下側にホルダ保持材６が配備されている。
具体的には、図３に示す如く、側面視で支持体７の上下方向の中央のやや上側には、前方に向かって突出した張り出し部８が形成されている。この張り出し部８の中央側には、張り出し部８を上下方向に貫通する貫通孔９が形成されている。そして、この張り出し部８の上側には、エアシリンダー３がロッド３ａの先端を下方に向けるような姿勢（下向きの起立した姿勢）で取り付けられている。つまり、エアシリンダー３のロッド３ａ（軸体）を伸長させれば、ロッド３ａの先端が貫通孔９を通って張り出し部８の下方に伸び、ホルダ保持材６を下方に押し下げることが可能となる。

ホルダ保持材６は、アルミなどの金属で略角状に形成された部材であり、上述した支持体７に対して上下方向に移動可能に配備されている。
具体的には、図３に示す如く、ホルダ保持材６の上部には、エアシリンダー３のロッド３ａの先端と接触するロッド接触部材１０が設けられている。また、ホルダ保持材６の後面（支持体７の前面に向き合う面）には、支持体７に対してホルダ保持材６を上下方向に案内するガイド体１１が設けられている。ホルダ保持材６およびガイド体１１は、エアシリンダー３からの推力をスクライビングツール４へと伝達する推力伝達機構を構成する。

ホルダ保持材６の下部には、ホルダ５を保持するホルダジョイントを取付可能とする取り付け穴１２が形成されており、ホルダジョイントがネジなどの締結具を用いて着脱自在に固定されている。このホルダジョイントは、上部にベアリングを備え、下方にホルダ５をネジなどで保持する部材である。またホルダジョイントに保持されるホルダ５は、金属などを用いて角状に形成された部材であり、下面には、スクライビングツール４を挿入した上で固定可能とされた溝が形成されている。

スクライビングツール４は、基板Ｂに対してスクライブラインを形成する部材である。このスクライビングツール４には、スクライビングホイールやダイヤモンドポイントなどの様々なツールを用いることができる。
さて、上記したホルダ保持材６は、ガイド体１１を介して、支持体７に対して上下方向に摺動自在に移動可能となっている。

ガイド体１１は、支持体７に対してホルダ保持材６を上下方向に案内する部材であり、支持体７の前面下部とホルダ保持材６の後面との間に設けられている。
具体的には、図３に示すように、このガイド体１１は、支持体７の前面に上下方向に沿って形成された案内レール１３と、案内レール１３の敷設方向に沿って上下方向に移動可能であって且つホルダ保持材６の後面に取り付けられたスライダ１４と、を有している。さらに、スライダ１４の上方移動を規制するように案内レール１３の上端に設けられた上側の位置決め部材１５も備えている。

案内レール１３は支持体７に対してネジ止めされており、スライダ１４はホルダ保持材６に対してネジ止めされている。案内レール１３に対してスライダ１４が上下方向に移動すると、支持体７に対してホルダ保持材６が上下方向に移動する。
さて、本発明の大きな特徴は、エアシリンダー３から出退するロッド３ａの先端とホルダ保持材６が非連結とされており、ロッド３ａの長手方向に沿った力のみ、ホルダ保持材６へ伝達可能に構成されている点にある。

この構成を実現するために、ロッド３ａの先端が球状接触子とされると共に、ホルダ保持材６の上部にロッド接触部材１０が設けられている。ロッド接触部材１０は、ボルト形状をしたものであり、ホルダ保持材６の上面に螺合取付可能とされている。ロッド接触部材１０の頭部はその上面が研磨により平坦に形成され、エアシリンダー３のロッド３ａの先端が接触可能となっている。なお、ロッド３ａの先端は半球状に形成されているため、ロッド３ａの先端部はロッド接触部材１０の頭部に対して、点接触するようになっている。また、ロッド接触部材１０の頭部は研磨加工されていることから、ロッド３ａの先端部とロッド接触部材１０の頭部との摩擦抵抗を軽減することができる。さらに、ロッド接触部材１０の頭部の上面が平坦にされていることから、ロッド３ａからの力を確実に長手方向に沿ってホルダ保持材に伝達することができる。なお、ロッド３ａの先端部とロッド接触部材１０との接触面における摩擦抵抗が小さく、長手方向への力を安定させられるような形状であればよい。

一方、図２に示す如く、正面視において、ホルダ保持材６の左側には上下方向に長いバネ部材１６が設けられている。このバネ部材１６の下端は、ホルダ保持材６の左上面に取り付けられ、バネ部材１６の上端は、取付部材１７を介して支持体７に連結されるものとなっている。
このバネ部材１６は、ホルダ保持材６の上方側に付勢する付勢力を発現する構成となっている。このような構成であれば、低荷重でのスクライブにおいて、エアシリンダー３から加えられる荷重に、ホルダ保持材６の自重がさらに加わることを防止する（自重をキャンセルする）ことが可能となる。

ところで、第１実施形態のスクライブヘッド１においては、ホルダ保持材６の直上に、ロッド３ａが上下方向に出退するように下方向きでエアシリンダー３が配備されている。
エアシリンダー３は、シリンダ本体３ｂと、シリンダ本体３ｂ内に導入されるエアーによりシリンダ本体３ｂから出退自在とされたロッド３ａ（軸体）を有し、ロッド３ａがシリンダ本体３ｂに対してエアシールされる構成（エアベアリング機構）を有するものとなっている。

エアシール方式とされているため、ロッド３ａとシリンダ本体３ｂとの間隙に高圧のエアが存在し、ロッド３ａが浮き上がった状態となっている。そのため、ロッド３ａをシリンダ本体３ｂから出退させたとしても、ロッド３ａに対して摺動抵抗が発生することはなく、ロッド３ａをシリンダ本体３ｂから微細な力をもって精密な制御により出退させることが可能となる。

なお、ロッド３ａの先端は半球状（球状接触子）とされており、前述したロッド接触部材１０の頭部（平面とされた頭部）に対して点接触状態とされ、エアシリンダー３とホルダ保持材６とが非連結状態とされている。
以上述べた第１実施形態のスクライブヘッド１では、ロッド３ａの先端（下端）は下方に向かって球面状に形成されている。一方、ホルダ保持材６の上面は、平坦面に形成されていて、上述したロッド３ａの曲面状の先端が点で接触できるようになっている。このようにロッド３ａとホルダ保持材６とが点接触し合う構成を採用すれば、ロッド３ａからホルダ保持材６に向かって上下方向に力を伝達することが可能であるにもかかわらず、ロッド３ａに対してホルダ保持材６は水平方向に移動自在となり、ホルダ保持材６のロッド３ａにモーメント（例えば、スクライブ時における軸交差方向の力）が作用しても、そのモーメントは、ロッド３ａ及びホルダ保持材６側に伝達することがない。

エアシール式のエアシリンダー３のロッド３ａは、シリンダ本体３ｂに対して浮き上がった状態となっているため、ロッド３ａにモーメントが作用すると、ロッド３ａが拗れてシリンダ本体３ｂに悪影響を及ぼし、ひどい場合はエアシリンダー３自体が破損したりする可能性がある。しかしながら、第１実施形態のホルダ保持材６の場合は、ロッド３ａの先端とホルダ保持材６が非連結とされており、ロッド３ａの長手方向に沿った力のみがホルダ保持材６へ伝達可能であり、モーメントの影響を排除することが可能なものとなっている。そのため、基板Ｂの面に沿ってスクライビングツール４を移動させても、ロッド３ａに軸交差方向の力が加わることがなく、微細な力で基板Ｂを精密にスクライブすることができる。

なお、エアシリンダー３のロッド３ａとホルダ保持材６とを非連結状態とするやり方には、第２実施形態に示されるような手法も考えられる。
［第２実施形態］
図４は第２実施形態のスクライブヘッドの構造の一部を拡大して示した図である。第２実施形態のホルダ保持材６は、片持ち式の揺動タイプとされており、揺動することにより、スクライビングツール４に加わったモーメントが、エアシリンダー３のロッド３ａへ伝達することを防ぐ構成とされている。

図４に示すように、第２実施形態のホルダ保持材６は鈎型の形状を呈していて長手方向が水平とされるように配備されている。ホルダ保持材６の左端部が前後方向を向く揺動軸１８回りに揺動可能に支持体７に支持されており、右端が上下方向に若干ながら揺動自在となっている。ホルダ保持材６の下面には、ホルダジョイントを取付可能とする取り付け穴１２が形成されており、ホルダ保持材６の上面には、エアシリンダー３のロッド３ａの先端が接するようになっている。

このように、揺動軸１８回りにスクライブヘッド１が上下動することにより、スクライビングツール４に加わったモーメントを吸収することができ、モーメントがエアシリンダー３のロッド３ａへ伝達することを防ぐものとなっている。
モーメントがロッド３ａに伝達することをより効果的に防止するため、ロッド３ａの先端には、転動体１９が設けられるとよい。この転動体１９を介して、ロッド３ａとスクライブヘッド１の上面とが接触することで、ホルダ保持材６が大きく揺動したとしても、ホルダ保持材６に対するロッド３ａの接触点が左右方向に位置を変え、ロッド３ａへのモーメント伝達を可及的に防止することが可能となる。

これらのことにより、第２実施形態のスクライブヘッド１であっても、基板Ｂの面に沿ってスクライビングツール４を移動させても、ロッド３ａに軸交差方向の力が加わることがなく、微細な力で基板Ｂを精密にスクライブすることができる。
なお、その他の構造に関しては、第２実施形態のスクライブヘッド１は、第１実施形態のスクライブヘッド１と略同じであるため、詳細な説明は省略する。

以上まとめれば、本発明のスクライブヘッドは、被加工物に対してスクライブを行うスクライビングツールを保持するホルダと、ホルダが先端に設けられたホルダ保持材と、ホルダ保持材を被加工物に対して近接させるエアシリンダーと、ホルダ保持材及びエアシリンダーを支持する支持体と、を備えたものである。前述したエアシリンダーは、シリンダ本体と、シリンダ本体内に導入されるエアーにより当該シリンダ本体から出退自在とされた軸体を有し、軸体はシリンダ本体に対してエアシールされる構成を有している。また、軸体がシリンダ本体から進出することで、ホルダ保持材が被加工物に対して近づくようになっており、軸体の先端とホルダ保持材が非連結とされており、軸体の長手方向に沿った力のみ、ホルダ保持材へ伝達可能に構成されているといった特徴を有する。

前述したスクライブヘッドは、軸体に対面する側に平坦な接触面を有しており、軸体の先端は球状接触子に形成されており、球状接触子が接触面に点接触する構成とされていることを特徴としている。
本発明のスクライブ装置は、前述したスクライブヘッドを備えることを特徴としており、スクライビングツールを保持するホルダと、ホルダが先端に設けられたホルダ保持材と、ホルダ保持材を被加工物に対して近接離反させるエアシリンダーと、ホルダ保持材及びエアシリンダーを支持する支持体と、を備えるスクライブヘッドと、被加工物を戴置するテーブルと、スクライブヘッドとテーブルとを相対的に移動させる駆動機構と、を備え、スクライブヘッドにおいて、エアシリンダーは、シリンダ本体と、シリンダ本体内に導入されるエアーにより当該シリンダ本体から出退自在とされた軸体を有し、軸体はシリンダ本体に対してエアシールされる構成を有しており、軸体がシリンダ本体から進出することで、ホルダ保持材が被加工物に対して近づくようになっており、軸体の先端とホルダ保持材が非連結とされており、軸体の長手方向に沿った力のみ、ホルダ保持材へ伝達可能に構成されていることを特徴とする。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ スクライブヘッド
２ テーブル
３ エアシリンダー
３ａ ロッド（軸体）
３ｂ シリンダ本体
４ スクライビングツール
５ ホルダ
６ ホルダ保持材
７ 支持体
８ 張り出し部
９ 貫通孔
１０ ロッド接触部材
１１ ガイド体
１２ 取り付け穴
１３ 案内レール
１４ スライダ
１５ 上側の位置決め部材
１６ バネ部材
１７ 取付部材
１８ 揺動軸
１９ 転動体
Ｂ 基板

Claims (2)

1. 被加工物に対してスクライブを行うスクライビングツールを保持するホルダと、前記ホルダが先端に設けられたホルダ保持材と、前記ホルダ保持材を被加工物に対して近接させるエアシリンダーと、前記ホルダ保持材及び前記エアシリンダーを支持する支持体と、を備えたスクライブヘッドであって、
   前記エアシリンダーは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に導入されるエアーにより当該シリンダ本体から出退自在とされた軸体を有し、前記軸体は前記シリンダ本体に対してエアシールされる構成を有しており、
   前記軸体が前記シリンダ本体から進出することで、前記ホルダ保持材が被加工物に対して近づくようになっており、
   前記軸体の先端と前記ホルダ保持材が非連結とされており、前記軸体の長手方向に沿った力のみ、前記ホルダ保持材へ伝達可能に構成されており、
   前記スクライブヘッドは、前記軸体に対面する側に研磨加工された平坦な接触面を有しており、前記軸体の先端は球状接触子に形成されており、前記球状接触子が前記接触面に点接触する構成とされている
   ことを特徴とするスクライブヘッド。
2. 被加工物に対してスクライブを行うスクライブ装置であって、
   スクライビングツールを保持するホルダと、前記ホルダが先端に設けられたホルダ保持材と、前記ホルダ保持材を被加工物に対して近接させるエアシリンダーと、前記ホルダ保持材及び前記エアシリンダーを支持する支持体と、を備えるスクライブヘッドと、
   被加工物を戴置するテーブルと、
   前記スクライブヘッドと前記テーブルとを相対的に移動させる駆動機構と、
   を備え、
   前記スクライブヘッドにおいて、前記エアシリンダーは、シリンダ本体と、前記シリンダ本体内に導入されるエアーにより当該シリンダ本体から出退自在とされた軸体を有し、前記軸体は前記シリンダ本体に対してエアシールされる構成を有しており、
   前記軸体が前記シリンダ本体から進出することで、前記ホルダ保持材が被加工物に対して近づくようになっており、
   前記軸体の先端と前記ホルダ保持材が非連結とされており、前記軸体の長手方向に沿った力のみ、前記ホルダ保持材へ伝達可能に構成され、
   前記スクライブヘッドは、前記軸体に対面する側に研磨加工された平坦な接触面を有しており、前記軸体の先端は球状接触子に形成されており、前記球状接触子が前記接触面に点接触する構成とされたことを特徴とするスクライブ装置。

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