JP7474475B2 - ホルダユニットおよびピン - Google Patents

Description

本発明はホルダユニット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）本発明に関するホルダユニットは、スクライビングホイールと、前記スクライビングホイールの挿入孔に挿入され、前記スクライビングホイールを回転可能に支持するピンと、前記ピンを保持するホルダと、からな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は、前記挿入孔の内周面に設けられた被規制部と、前記ピンに設けられた規制部とが２点で接触することにより支持されており、前記規制部は前記ピンの外周に形成される凹部であることを特徴とする。
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、ピンの規制部とスクライビングホイールの被規制部が２点で接触することにより、スクライビングホイールの位置及び姿勢がホルダ内で安定しやすい。

（２）好ましい例では（１）に記載のホルダユニットにおいて、前記被規制部は凸曲面である。
このため、規制部の構成が簡素である。

（３）好ましい例では（２）に記載のホルダユニットにおいて、前記凹部の幅は前記スクライビングホイールの厚さよりも小さい。
このため、被規制部と規制部とが確実に２点で接触する。

（４）好ましい例では（２）に記載のホルダユニットにおいて、前記凸曲面はスクライビングホイールの厚さ方向の全体にわたって設けられている。
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。

（５）本発明に関するピンは、スクライビングホイールの挿入孔に挿入され、前記スクライビングホイールを回転可能に支持するピンであって、
前記スクライビングホイールの挿入孔と２点で接触する規制部を備え、前記規制部は前記ピンの外周に形成される凹部である。
上記ピンによれば、（１）に記載の効果と同様の効果が得られる。

本発明に関するホルダユニット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。 実施形態のホルダユニットを用いてスクライブを行った場合のスクライブラインの振れを示す図。 従来のホルダユニットを用いてスクライブを行った場合のスクライブラインの振れを示す図。 実施形態のホルダユニットの規制部の変形例を示す拡大側面図。

（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及びピン７０を構成する材料の一例は焼結ダイヤモンド、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φ２．５ｍｍである。好ましい例では、スクライビングホイール６０の厚さは、０．３８ｍｍ～１．１ｍｍの範囲に含まれる。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のカレット等である。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２点で接触できるように、例えばピン７０の外周部に研磨加工、放電加工、レーザ加工など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はピン７０の外周面７１に対してピン７０の中心軸側に窪む形状である。

ピン７０の直径は０．３５ｍｍ～１．５ｍｍの範囲に含まれる。凹部８１の深さＸＡは１μｍ～１００μｍの範囲に含まれる。凹部８１の深さＸＡは１５μｍ～６０μｍの範囲に含まれることが好ましい。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の底部８１Ａ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、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８１Ｂと他方の縁８１Ｃとの距離で示される。凹部８１の幅ＸＢはスクライビングホイール６０の厚さより小さく、５０μｍ以上であることが好ましい。

被規制部９０は凹部８１と２点で接触する凸部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の幅と凸部９１の曲率半径ＲＢとの関係は任意に選択できる。第１例の場合、凹部８１の縁８１Ｂ、８１Ｃと凸部９１の面９１Ａとが２点で線接触するため、スクライビングホイール６０がピン７０に安定して支持されるとともにスクライブ時の摩擦抵抗が小さくなる。凸部９１の高さＨＡは０．１μｍ～２０μｍの範囲に含まれる。凸部９１の高さＨＡは０．５μｍ～１５μｍ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。

（実験）
本実施形態のホルダユニットを用いてスクライブを行い、スクライビングホイールの軸方向への変位量についての検証を行った。スクライビングホイールとして、外径２．５ｍｍ、内径０．８２ｍｍ、厚さ０．６４ｍｍのスクライビングホイールに、１３μｍの高さの曲面形状を有する凸部を形成したものを用いた。また、ピンとして、外径０．８０ｍｍ、長さ５．９９ｍｍのピンに、幅２８５μｍ、底部の深さ５０μｍの凹部を形成したピンを用いた。

このホルダユニットを用いて、ガラス基板に８０ｍｍの長さのスクライブラインを形成した。そして、スクライブ開始直後における影響を除くために、スクライブ始点より５ｍｍ離れた位置から、２０ｍｍの長さのスクライブラインについて、横方向（スクライブ方向に垂直な方向）へのスクライブラインの振れ量を、０．２ｍｍ間隔で測定した。このスクライブラインの振れ量は、主としてホルダ内におけるホイール軸方向変位に起因するものと考えられている。この測定結果を図３に示す。また、比較例として、凸部が設けられていない点を除き、実施形態と同じ形状の従来のスクライビングホイールと、凹部が設けられていない点を除き、実施形態と同じ形状の従来のピンを用いたホルダユニットを用い、同様にスクライブラインの振れ量を測定した。比較例の測定結果を図４に示す。

実施形態のホルダユニットにおいては、スクライブラインが周期的に左右に蛇行していることが確認されるものの、スクライブラインの振れ量は最大でも２μｍ程度となった。実施形態のホルダユニットにおいては、スクライビングホイールが安定して規制部と被規制部の間の２点で支持されるため、ホイール軸方向変位が抑制されることで、スクライブラインの振れ量を抑制することができるといえる。したがって、本実施形態のホルダユニットは、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。

これに対して、比較例のホルダユニットにおいては、スクライブラインが不規則に蛇行するとともに、最大の振れ量は１４μｍ程度となった。比較例のホルダユニットにおいては、スクライブ時にスクライビングホイールとピンとの接触位置が安定せず、スクライビングホイールの軸方向変位が生じたり、スクライビングホイールがホルダ内で傾いたりすることにより、スクライブラインに大きく不規則な振れが生じていると考えられる。

さらに、凹部８１の幅を４０８μｍとし、その他の構成は上記実施形態と同じにしたホルダユニットを用いた場合においても、上記実施形態と同様の傾向が見られた。

（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。

ピン７０に設けられた規制部８０の構成は任意に変更可能である。図５は変形例の規制部を備えるピンの構成を示している。図５（ａ）は第１変形例のピン１７０の、規制部１８０を含む部分の拡大側面図である。ピン規制部１８０では、凹部１８１は側面視において所定の曲率半径を有する曲面を有する溝であり、ピン１７０の外周を一周するように設けられている。ここで、凹部１８１の曲率半径は凸部９１の曲率半径ＲＢよりも小さいことが好ましい。

図５（ｂ）は第２変形例のピン２７０の規制部２８０を含む部分の拡大側面図である。規制部２８０では、凹部２８１は側面視において所定の深さを有する矩形状の溝であり、ピン２７０の外周を一周するように設けられている。また、図５（ｃ）は第３変形例のピン３７０の規制部３８０を含む部分の拡大側面図である。規制部３８０では、凹部３８１は側面視において、最深部へ向かう傾斜面を備えるＶ字形状の溝であり、ピン３７０の外周を一周するように設けられている。

規制部の形状は、スクライビングホイールの被規制部の頂点と接触しない所定の深さを備えるものであれば、これらの変形例に限られない。例えば、実施形態の凹部の深さと同等の高さを有する２つの凸部を、所定の間隔でピン７０の外周を一周するように設けてもよい。

スクライビングホイール６０の被規制部９０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の被規制部９０はスクライビングホイール６０の挿入孔６３の内面に形成された微小な凹凸を含むものとしてもよい。この場合、被規制部９０は、挿入孔６３に設けられた所定の高さの凸部であって、その表面における最大高さＲｚが０．５μｍ～２．０μｍとされることが好ましい。これにより、被規制部の凸部の高さが比較的小さい場合でも、規制部の縁８１Ｂと他方の縁８１Ｃの２点と接触する際に、より確実にホイール軸方向変位を抑制することができる。また、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。

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 (5)

1. スクライビングホイールと、
   前記スクライビングホイールの挿入孔に挿入され、前記スクライビングホイールを回転可能に支持するピンと、
   前記ピンを保持するホルダと、からな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は、前記挿入孔の内周面に設けられた被規制部と、前記ピンに設けられた規制部とが２点で接触することにより支持されており、
   前記規制部は前記ピンの外周に形成される凹部である、ホルダユニット。
2. 前記被規制部は凸曲面である
   請求項１に記載のホルダユニット。
3. 前記凹部の幅は前記スクライビングホイールの厚さよりも小さい、
   請求項２に記載のホルダユニット。
4. 前記凸曲面はスクライビングホイールの厚さ方向の全体にわたって設けられている、
   請求項２に記載のホルダユニット。
5. スクライビングホイールの挿入孔に挿入され、前記スクライビングホイールを回転可能に支持するピンであって、
   前記スクライビングホイールの挿入孔と２点で接触する規制部を備え、
   前記規制部は前記ピンの外周に形成される凹部である、
   ピン。