JP7398099B2 - スクライビングホイール - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板等の脆性材料基板に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に関する。

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を分断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が基板表面に押し付けられつつ所定のラインに沿って移動される。これにより、スクライビングホイールが基板表面を転動し、スクライブラインが形成される。

以下の特許文献１には、外周稜線に複数の溝が所定ピッチで形成されたスクライビングホイールが記載されている。この構成のスクライビングホイールを用いることにより、基板にスクライブ開始直後から確実に垂直クラックを形成できるとともに、深い垂直クラックを形成することができる。

特開平０９－１８８５３４号公報

上記構成のスクライビングホイールを用いた場合、基板表面に、所定ピッチで間欠的に打痕が形成され、打痕直下に形成された垂直クラックが繋がることによって、スクライブラインが形成される。さらに、溝の形状によってスクライブ品質が変化することが知られている。深い垂直クラックを形成するためには溝を深くする必要があるが、それにより分断後の基板の端面強度が低下する場合がある。

かかる課題に鑑み、本発明は、基板に十分な深さの垂直クラックを形成しながら、端面強度を向上させることが可能なスクライビングホイールを提供することを目的とする。

本発明の主たる態様は、基板に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に関する。この態様に係るスクライビングホイールは、外周縁に沿って、形成された複数の刃部と、周方向に隣り合う前記刃部の間に設けられ中心軸に凹んだ複数の溝部と、を備える。ここで、前記溝部は、前記中心軸に平行な方向に見て、溝部と刃部との境界位置における接線同士のなす角度が最深部における稜線のなす角度より大きく、前記溝部と刃部との境界位置における接線同士のなす角度が１５５度より大きくされている。

本態様に係るスクライビングホイールによれば、スクライビングホイールが基板表面を転動する際に、刃部付近の部分が基板に食い込んで、基板表面に打痕が形成される。このとき、溝部が上記形状を有するため、低荷重の場合に形成される打痕の間隔が狭くなり、打痕位置に形成された垂直クラックが繋がり易くなる。さらに、溝の端部、すなわち刃部と溝部の境界における角度変化が緩やかであり、基板の損傷が生じにくい。このため、分断後の基板の端面強度を向上させることができる。

本態様に係るスクライビングホイールにおいて、前記溝部は、前記最深部に対して前記周方向の両側の部分が、前記中心軸に平行な方向に見て、曲線形状となるように形成され得る。こうすると、スクライビングホイールの転動に伴い、溝部が滑らかに基板に食い込んでいく。よって、基板に円滑に垂直クラックを形成できる。

以上のとおり、本発明によれば、簡素な構成により、分断後の基板の端面強度を向上させることが可能なスクライビングホイール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（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、実施の形態に係るスクライビングホイールを模式的に示す側面図および正面図である。図１（ｃ）は、実施の形態に係るスクライビングホイールの外周付近の一部を拡大して示す図である。 図２は、実施の形態に係るスクライビングホイールの溝部を中心軸に平行な方向に見たときの形状を説明するための図である。 図３は、実験例１～６のスクライビングホイールを用いたスクライブ試験における荷重を示す図である。 図４は、実験例１～６のスクライビングホイールを用いたスクライブ試験における分断後の基板の端面強度を示す図である。

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。Ｚ軸は、スクライビングホイールの中心軸に平行である。

図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、スクライビングホイール１００の構成を模式的に示す側面図および正面図である。図１（ｃ）は、スクライビングホイール１００の外周付近の一部を拡大して示す図である。

スクライビングホイール１００は、外周部両側のエッジを斜めに切り落とした円板形状を有する。スクライビングホイール１００の外周部には、側面視において、互いに異なる方向に傾斜した２つの傾斜面１００ａが形成されている。２つの傾斜面１００ａが交差することにより、稜線を含む複数の刃部１０１が形成され、さらに、周方向に隣り合う刃部１０１の間に、中心軸Ｌ０側に凹んだ溝部１０２が形成されている。周方向における各刃部１０１の長さは互いに等しい。また、周方向における各溝部１０２の長さも互いに等しい。したがって、周方向における刃部１０１のピッチは一定であり、また、周方向における溝部１０２のピッチも一定である。

スクライビングホイール１００は、超硬合金、焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンドまたは多結晶ダイヤモンド等によって形成されている。スクライビングホイール１００の中央には、回転軸となるシャフトが挿入される円形の孔１００ｂが形成されている。スクライビングホイール１００の直径は、１ｍｍ～５ｍｍ程度であり、厚みは、０．４～１ｍｍ程度である。また、刃部１０１の角度、すなわち、２つの傾斜面１００ａのなす角は、１００～１６０°程度であり、孔１００ｂの直径は、０．４～１．５ｍｍ程度である。

溝部１０２のピッチｐ１（１つの溝部１０２の周方向の長さ（Ｌ１）と１つの刃部１０１の周方向の長さ（Ｌ２）の和）は、たとえば、１０～１００μｍ程度である。溝の深さｄ１（刃部１０１の稜線と溝部１０２の最深部とのスクライビングホイール１００の径方向の距離の差）は、たとえば１～１０μｍ程度である。スクライビングホイール１００の外周の刃部１０１の稜線よりもくぼんだ領域の長さである溝部１０２の周方向の長さ（Ｌ１）は、たとえば３～４０μｍ程度である。また、溝部１０２の内部には、刃部１０１と同様の稜線が形成されている。

図２は、スクライビングホイール１００の溝部１０２を中心軸Ｌ０に平行な方向から見たときの形状を説明するための図である。

図２に示すように、隣り合う刃部１０１の間に、周方向の幅がＷの溝部１０２が形成されている。溝部１０２は、中心軸Ｌ０に平行な方向（Ｚ軸方向）に見て、最深部１０２ａに対して周方向の両側の部分が、中心軸Ｌ０から離れる方向に凸の形状となっている。すなわち、刃部１０１と溝部１０２の境界位置Ｐ３、Ｐ４における稜線が交わる角度である端部溝角度は、最深部１０２ａの溝部１０２の稜線のなす角度である底部溝角度とは異なり、端部溝角度が底部溝角度よりも大きくされている。ここでは、最深部１０２ａに対して周方向の両側において、溝部１０２の稜線が刃部１０１の稜線となす角度が、位置Ｐ１，Ｐ２において変化するようにされている。なお、図２においては説明のため刃部１０１及び溝部１０２を直線で構成される形状としたが、実際には曲線を含む形状である。

溝部１０２と刃部１０１との境界位置Ｐ３、Ｐ４において溝１０２の端部における接線Ｌｎ１、Ｌｎ２を設定し、接線Ｌｎ１、Ｌｎ２のなす角度２０を端部溝角度θ１とする。また、最深部１０２ａの両側の部分に接線Ｌｎ３、Ｌｎ４を設定し、接線Ｌｎ３、Ｌｎ４のなす角度を底部溝角度θ２とする。本実施の形態においては、θ１はθ２より大きくされている。また、θ１は１５５度以上であり、好ましくは１６０度以上、さらに好ましくは１６５度以上とされている。これにより、最深部１０２aは、接線Ｌｎ１、Ｌｎ２の交点よりもスクライビングホイールの中心軸側に位置している。

このように、スクライビングホイール１００において、刃部１０１と溝部１０２との境界位置における溝部の接線のなす角度である端部溝角度θ１が１５５度以上とされていると、特にスクライブ荷重が小さい場合において、基板に食い込む部分の体積が大きくなり、且つ、基板に食い込む部分の間隔が狭くなる。これにより、より低い荷重で垂直クラックが生じやすくなる。また、刃部１０１と溝部１０２の境界位置Ｐ３、Ｐ４における刃部１０１と溝部１０２における角度がより鈍角になることから、基板に与える衝撃をさらに小さくすることができ、スクライブ荷重が小さいことと相まって、分断後の基板の端面強度を向上させることができる。

また、溝の底部における底部溝角度θ２が端部溝角度θ１よりも小さくされていることから、基板の種類及び厚さに応じて、個別に溝の深さｄ１及び溝幅を変化させることができる。
＜実験例＞

発明者らは、溝端部角度θ１を６段階に変化させた実験例１～６に係るスクライビングホイール１００を用いてスクライブ評価を行った。脆性材料基板として、厚さ０．４ｍｍのガラス基板を用いた。スクライブ速度は、１００ｍｍ／秒とした。中心軸Ｌ０の方向に見たときの溝部１０２の形状以外の構成は、実験例１～６のスクライビングホイールで同じとし、外径２．０ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ、刃先角度１１５度とした。

図３は実験例１～６のスクライビングホイールに関する表である。図３に示すように、スクライビングホイール１００の端部溝角度θ１は、実験例１では１６５．２度、実験例２では１６２．７度、実験例３では１５７．８度、実験例４では１５４．０度、実験例５では１５３．４度、実験例６では１５０．０度とした。これらのスクライビングホイールを用い、スクライブラインを形成するごとに荷重を変化させて、基板にリブマークを形成することができ、かつスクライブ品質が良好な荷重の範囲を確認した。

図３に示すように、実験例１～６においてリブマークが形成される最低の荷重は５．０～６．５Ｎであり、溝端部角度θ１が大きいほど最低荷重が小さい傾向があった。良好な品質のスクライブラインが得られる最高の荷重は１４．５～１５．０Ｎであり、溝端部角度θ１による変化は最低荷重と比較して小さかった。

次に、それぞれのスクライビングホイールを用い、図３に示す最低荷重より０．５Ｎ高くした荷重でスクライブラインを形成し、分断後の試験片２０個について４点曲げ試験により端面強度を測定した。

図４は、実験例１～６のスクライビングホイールを用いたスクライブ試験における分断後の基板の端面強度を示す図である。図４においては、端面強度の平均値が数値で示され、最大値及び最小値がバーで示されている。下方の棒グラフは標準偏差を示す。図４に示すように、端面強度の平均値は実験例１のスクライビングホイールにおいては１２１．０Ｎ、実験例２のスクライビングホイールにおいては１１０．０Ｎであった。また実験例１及び２のスクライビングホイールにおいては端面強度の最小値も１００Ｎを超えており、標準偏差も比較的低い傾向が見られた。一方、実験例１のスクライビングホイールにおいては端面強度の平均値は８９．５Ｎであり、十分高い値となった。これに対して、実験例４、５、６のスクライビングホイールにおける端面強度はそれぞれ７３．３Ｎ、５３．０Ｎ、５１．３Ｎであった。

このように、端部溝角度θが１５５度以上のスクライビングホイール１００を用いることによって、スクライブラインを形成可能な最低荷重付近の荷重で分断した後の基板の端面強度を従来よりも大幅に向上させることができることを確認できた。よって、実施の形態に係るスクライビングホイール１００を用いることにより、より低荷重でも良好なスクライブラインを形成できることが確認できた。

＜変更例＞
本発明の実施の形態は、上記以外に種々の変更が可能である。

たとえば、上記実施の形態では、図２に示したとおり、中心軸Ｌ０に平行な方向に見たときに、直線部分を含む形状であったが、この部分の形状は、これに限定されるものではなく、中心軸Ｌ０から離れる方向に凸である限りにおいて、適宜変更可能である。たとえば、最深部１０２ａの両側の部分の形状が、最深部１０２ａに向かって曲率が変化する曲線形状としてもよい。

また、周方向における刃部１０１の稜線の長さは、スクライビングホイール１００の外周に形成される溝部１０２の数に応じて、適宜調整され得る。同様に、周方向における溝部１０２の幅Ｗも、スクライビングホイール１００の外周に形成される溝部１０２の数に応じて、適宜調整され得る。

また、上記実施の形態では、図１（ｂ）、（ｃ）に示したとおり、溝部１０２の内部に稜線を有する形状であったが、周方向に見たときの溝部１０２の形状は、中心軸から離れる方向に凸の曲面形状や、径方向に垂直な平面を含む形状等、他の形状であってもよい。

この他、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。

１００ … スクライビングホイール
１０１ … 刃部
１０２ … 溝部
１０２ａ … 最深部

Claims (2)

1. 基板に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であって、
   外周縁に沿って形成された稜線を含む複数の刃部と、
   周方向に隣り合う前記刃部の間に設けられ中心軸側に凹んだ複数の溝部と、を備え、
   前記溝部の内部には、稜線が形成されており、
   前記中心軸に平行な方向に見て、溝部と刃部との境界位置における接線同士のなす角度が最深部における稜線のなす角度より大きく、前記溝部と刃部との境界位置における接線同士のなす角度が１５５度より大きい、
   ことを特徴とするスクライビングホイール。
2. 請求項１に記載のスクライビングホイールにおいて、
   前記溝部は、前記最深部に対して前記周方向の両側の部分が、前記中心軸に平行な方向に見て、曲線形状となっている、
   ことを特徴とするスクライビングホイール。