JPWO2006009113A1 - カッターホイールとその製造方法、手動スクライブ工具およびスクライブ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、カッターホイールを用いてガラス基板を割断する技術が開示されている。
図13を用いてスクライブ方法を説明する。なお、この図において左右方向をX方向、紙面に直交する方向をY方向として以下に説明する。
図14に基づいて、ガラス基板Gの割断方法を説明する。
(2)次に、前記ガラス基板Gの上下を反転させて前記ガラス基板Gをブレイク装置に搬送する。そして、図14(b)に示すように、このブレイク装置で、マット4上に載置されたガラス基板Gの上面(B面)に対して、ブレイクバー3をスクライブラインSaに対向するラインに沿って押し付ける。これにより、ガラス基板Gの下側のA面は、スクライブラインSaから上方に向かってクラックが伸長し、ガラス基板GはスクライブラインSaに沿ってブレイクされる。
すなわち、ガラス基板Gが単板の場合は、上記した各1回のスクライブとブレイクによって単位基板に割断されるが、ガラス基板Gが液晶表示パネルを構成する場合は、割断されるガラス基板は貼り合わせガラス基板であり、上記のブレイクの後に、再度、(1)および(2)の工程を行うことによって単位基板に割断される。
近年、表示画面サイズの大型化と液晶基板の需要の拡大にともなって、マザー基板は大型化している。したがって、上記のように、スクライブ後に前記ガラス基板Gの上下を反転させて前記ガラス基板Gをブレイク装置に搬送するのが困難になってきた。
さらに、第5世代以降のマザー基板(例えば、1100×1250mm)は、液晶が滴下注入された後、各2回のスクライブとブレイクによって単位基板に割断されるようになった。そのため、液晶が滴下注入された後、ブレイクのために前記ガラス基板Gを、例えば、真空吸着手段等を用いて上下に反転させると、2枚の基板の間隔が部分的に拡がり、基板間のギャップにムラを生じるという問題が発生した。
カッターホイール10を用いて、スクライブラインを形成する際、突起10aによってガラス基板の表面に垂直クラックの形成のためのスクライブ圧が加えられ、ガラス基板の表面から垂直方向に板厚の80%以上に達する深い垂直クラックを伸展せしめ、ブレイク工程を省略した割断が可能になった。
そこで、マザー基板の素材となる素板ガラスを製造する素材メーカーでは、マザー基板の上記の問題を解決するために、ガラスの材質や表面処理等における改良が行われ、軽量で撓みの少ないマザー基板が開発されている。このように改良されたガラス(以下、便宜的に「改良された大型ガラス」と称する)は、搬送等における取り扱いの容易性が改善された反面、刃先の掛かりが悪いという欠点を有する。
上記した外切りの場合は、カッターホイール120がガラス基板Gに乗り上げる際にガラス基板Gの端面に衝突するため、ガラス基板Gの端面が欠けたり、カッターホイール120が損傷するおそれがある。
なお、これらの発明の切り欠きは、刃先の稜線に人為的に形成されたものであって、例えば、刃こぼれ等のような損傷や経時的な劣化によって偶然に生成されたものを含まない。
また、これらの発明には、柄の先に設けたホルダーに、本発明の脆性材料基板スクライブ用カッターホイールを回転自在に軸着してなる手動スクライブ工具が含まれる。
さらに、テーブルに載置した脆性材料基板に対して、カッターヘッドが相対的に少なくとも一方向(例えば、少なくともX方向、Y方向のいずれかの方向)に移動する機構の自動スクライブ装置において、前記カッターヘッドに本発明の脆性材料基板のスクライブ用カッターホイールを具備した自動スクライブ装置が含まれる。なお、この発明において、カッターヘッドとは、カッターホイールと、カッターホイールを基板上で転動可能に軸支するチップホルダとからなる。
なお、良好な掛かりを得るために、切り欠きは、前記稜線部の全周に3μm以上の深さで形成されれば、さらによい。なお、5μm以下の深さで形成されれば十分である。
なお、この発明における「中心線平均粗さRa」とは、JIS B 0601で規定された工業製品の表面粗さを表すパラメーターの一つであり、対象物の表面からランダムに抜き取った算術平均値である。
10 カッターホイール(従来品)
10a 突起
20 カッターホイール
20a 稜線部
20b 切り欠き
30 刻設装置
31 切り欠き刻設用工具
32 突条
50 カッターホイール
50b 切り欠き
60 カッターホイール
60b 切り欠き
90 手動スクライブ工具
100 スクライブ装置
120 カッターホイール(従来品)
なお、本発明の脆性材料基板としては、形態、材質、用途および大きさについて特に限定されるものではなく、単板からなる基板または2枚以上の単板を貼り合わせた貼り合わせ基板であってもよく、これらの表面または内部に薄膜あるいは半導体材料を付着させたり、含ませたりされたものであってもよい。
図1は、カッターホイール20の回転軸に直交する方向から見た正面図であり、図2は、図1の側面図である。
なお、カッターホイール20は、図13を用いて説明した従来のスクライブ装置100のチップホルダー140に装着可能なカッターホイールである。
図1に示すように、カッターホイール20は、ホイール外径D、ホイール厚さTのディスク状を呈し、ホイールの外周部に刃先角Vの刃先2が形成されている。
V字形の稜線部20aは半径方向外方で収束する2つの斜面からなり、前記2つの斜面が収束して形成される稜線部20aの外周縁部は微細な凹凸を有し、前記凹凸の中心線平均粗さRaは0.40μmを超える。
図3は、カッターホイール20の切り欠き20bを刻設する装置の正面図である。
図3に示すように、刻設装置30は、切り欠き刻設用工具31と、切り欠き刻設用工具31を固定するベース32と、ベース32の上方に架設されたガイドバー33と、ガイドバー33に沿って図中X方向に移動させるモータを備え、後述するカッターホイール120に刻設荷重を付与する刻設ヘッド34と、刻設ヘッド34の下端に昇降可能に設けられ、カッターホイール120が着脱可能に取り付けられるチップホルダ35とから構成される。
刻設ヘッド34には、カッターホイール120に付与する刻設荷重およびX方向における移動距離等を設定するための図示しないコントローラが接続されている。
図4および図5に示すように、切り欠き刻設用工具31は、切り欠き20bを刻設しようとするカッターホイール120の刃先よりも硬い材質からなる複数の突条32を中央部 に有する板状部材である。切り欠き刻設用工具31は、例えば平坦な表面を有するPCD(Poly Crystalline Diamond)板状部材をワイヤー放電でその表面を条刻し、図5に示すように、所定の角度の稜線部を所定の間隔で有する互いに平行な複数の突条32を形成する。突条32の稜線部は、30〜120°の範囲で形成される。
図6は、切り欠き20bが刻設されていないカッターホイール120(図中左側)と、切り欠き20bが刻設されたカッターホイール20(図中右側)とを示すカッターホイールの正面図である。
なお、カッターホイール120の材質としては、超硬合金が例示される。
次いで、刻設ヘッド34のコントローラにおいて、カッターホイール120に付与する刻設荷重およびX方向におけるチップホルダ35の移動距離を設定する。チップホルダ35の移動距離は、例えばカッターホイール120の全周長さである。
これにより、カッターホイール120の稜線部20aの全周に、突条32の間隔に対応する間隔で切り欠き20bが形成され、チップホルダ35から取り外してカッターホイール20を得る。
このようにカッターホイール120の稜線部20aに切り欠き20bを形成することにより、カッターホイール20が得られる。
なお、以下における説明の便宜上、図3の刻設装置30を用いて稜線部に切り欠きを刻設する方法を転動方式と称し、図17の研削装置140を用いて稜線部20aに切り欠きを刻設する方法を研削方式と称する。
なお、カッターホイール20の稜線部の全周に形成される切り欠き20bの個数を分割数n、隣接する切り欠き20b間の距離をピッチP、カッターホイール20の外径をDとするとき、P/Dは、以下の式で表される。
すなわち、
π/n(max)<P/D<π/n(min)・・・・・式1
π/n(max)<P/D<π・・・・・式2
実験1では、カッターホイール20の切り欠き20bのピッチを100μmずつ変更し、前記した改良された大型ガラスを対象として内切りする際の刃先の掛かり具合(滑りにくさ)について検証した。
対象ガラス基板G1 :無アルカリガラス(厚さ0.7mmのガラス単板)
対象ガラス基板G2 :改良された大型ガラス(厚さ0.63mmのガラス単板)
〔カッターホイール〕
材質:超硬合金 外径D:3.0mm 厚さT:0.65mm 軸孔径H:0.8mm
切り欠きのピッチP:100~400μm(円周を94〜23均等分割)
切り欠きの深さh:2〜3μm 刃先角度V:120°
切り欠きの刻設方法:切り欠き刻設用工具31を用いた前記の転動方式
〔スクライブ装置〕
三星ダイヤモンド株式会社製 MSタイプ
〔設定条件〕
ガラス基板切り込み深さ:0.15mm スクライブ速度:800mm/s
刃先荷重:0.06〜0.20MPa
実験1では、切断領域の下限値(LTH)を測定するとともに、切断領域の刃先荷重の高荷重側の0.15MPaおよび0.20MPaにおけるスクライブラインの良否判定を行った。
図7から、明らかなように、サンプルAの切り欠きのない刃先(カッターホイール120)については、刃先に滑りが生じたのに対して、この発明に係るサンプルB〜Eの切り欠きを有するカッターホイール20については、広い切断領域で刃先に滑りが生じないことがわかった。
また、カッターホイール20の切り欠きのピッチは、100μm以上あればよく、好ましくは200μm以上あれば確実に良好な掛かりが得られることがわかった。
実験2では、切り欠きのない刃先を有するカッターホイール120と、この発明の切り欠きを有するカッターホイール20とについて、所定の切断領域で前記した改良された大型ガラスに対して内切りを行い、そのときのスクライブの状況について検証した。
対象ガラス基板 :改良された大型ガラス(厚さ0.63mmのガラス単板)
〔カッターホイール〕
材質:超硬合金および焼結ダイヤモンド 外径D:3.0mm
厚さT:0.65mm 軸孔径H:0.8mm
切り欠きのピッチP:300μm(円周を31均等分割)
切り欠きの深さh:2〜3μm 刃先角度V:120°
切り欠きの刻設方法:切り欠き刻設用工具31を用いた前記の転動方式
〔スクライブ装置〕
三星ダイヤモンド株式会社製 MSタイプ
〔設定条件〕
ガラス基板切り込み深さ:0.10mm スクライブ速度 800mm/s
刃先荷重:0.03〜0.20MPa
なお、サンプルGは、材質が超硬合金で切り欠き刻設用工具31を用いた前記の転動方式により切り欠き20bを刻設したものであり、サンプルHは、材質が焼結ダイヤモンドで従来の研削装置140を用いて切り欠き20bを刻設したものである。なお、図8に記載した「切断領域」の「<MPa」は、0.20MPa以上でも切断が可能であったことを示す。
図8から、明らかなように、試料Fの切り欠き20bのない刃先(カッターホイール120)については、刃先に滑りが生じたのに対して、この発明の切り欠き20bを有するカッターホイール20については、広い切断領域で刃先2に滑りが生じないことがわかった。
また、カッターホイール20の切り欠き20bを前記した転動方式で刻設した場合でも、従来の研削装置140を用いた研削方式と同様の効果が得られることがわかった。
実験3では、カッターホイール20の切り欠き20bの深さを変えて、所定の切断領域で前記した改良された大型ガラスに対して内切りを行い、そのときのスクライブの状況を検証した。
対象ガラス基板 :改良された大型ガラス (厚さ0.63mmのガラス単板)
〔カッターホイール〕
材質:超硬合金 外径D:3.0mm 厚さT:0.65mm 軸孔径H:0.8mm
切り欠きのピッチP:40~9740μm(円周を230〜1分割)
切り欠きの深さh:1,2,3μmの各深さ 刃先角度V:120°
切り欠きの刻設方法:前記の転動方式
〔スクライブ装置〕
三星ダイヤモンド株式会社製 MSタイプ
〔設定条件〕
ガラス基板切り込み深さ:0.10mm スクライブ速度:800mm/s
刃先荷重:0.09〜0.24MPa
図9から、明らかなように、切り欠きの深さが3μmになると、ほぼ刃先に滑りが生じにくくなり、広い切断領域で安定した内切りが可能になることがわかった。
また、前記した従来の高浸透タイプのカッターホイール10に比べて、切り欠きのピッチをより大きくした場合、すなわち、円周における分割数を減らした場合でも、良好な掛かりを得ることが可能となり、切り欠きの刻設が容易になる。
図10および図11を用いて、この発明のカッターホイールの他の実施の形態を説明する。
図10および図11は、カッターホイールの回転軸に沿う方向から見た本発明のカッターホイールの各側面図である。
すなわち、それぞれの切り欠きが200μmを超えるピッチで1つ以上形成されることにより良好な掛かりを得ることが可能となる。
なお、カッターホイール20、60におけるそれぞれの切り欠きの形成は、前記した刻設装置30を用いた転動方式に限定されることなく、従来の研削方式であってもよいし、放電加工あるいはレーザ加工であってもよい。
図12は、上記した手動スクライブ工具の正面図である。
手動スクライブ工具90は、一端にカッターホイール20、60が取り換え可能装着されるホルダー91と、ホルダー91を着脱可能な棒状のハンドル92とから主に構成される。
ハンドル92は、内部に油室93が形成され、一端がホルダー91との結合部を形成し、他端が油室93に潤滑油を供給するためのキャップ94を着脱自在に備えている。
このようなスクライブ装置としては、図13に示したような前記のスクライブ装置が挙げられる。
切り欠きが前記稜線部の全周にピッチおよび/または深さがランダムに複数形成されておれば、製造時の精度管理がほぼ不要になり、良好な刃先の掛かりが得られる。
Claims (7)
- 超硬合金または焼結ダイヤモンドからなるディスク状ホイールの円周部に沿ってV字形の稜線部が刃先として形成された脆性材料基板スクライブ用のカッターホイールであって、
前記稜線部に少なくとも1つの切り欠きが刻設され、前記切り欠きが前記稜線部の全周に200μmを超えるピッチで形成されてなることを特徴とするカッターホイール。 - 前記V字形の稜線部が半径方向外方で収束する2つの斜面からなり、前記2つの斜面が収束して形成される円周稜線は微細な凹凸を有し、前記凹凸の中心線平均粗さRaが0.40μmを超えることを特徴とする請求項1に記載のカッターホイール。
- 前記切り欠きは、前記稜線部の全周にピッチおよび/または深さがランダムに複数形成されてなる請求項1に記載のカッターホイール。
- 前記カッターホイールの稜線部より硬い材料で形成され、かつ、少なくとも1つの突条が形成された切り欠き刻設用工具の突条部分に対して、前記カッターホイールを当接させ、加圧しながら転動させることにより前記切り欠きが刻設されてなることを特徴とする請求項1に記載のカッターホイール。
- 超硬合金または焼結ダイヤモンドからなるディスク状ホイールの円周部に沿ってV字形の稜線部が刃先として形成された脆性材料基板スクライブ用カッターホイールの製造方法であって、
前記カッターホイールの稜線部より硬い材料からなり、少なくとも1つの突条が形成された切り欠き刻設用工具の上で、前記カッターホイールを前記突条に当接し、加圧しながら転動して前記稜線部に少なくとも1つの切り欠きを刻設することを特徴とするカッターホイールの製造方法。 - 柄の先に設けたホルダーに、請求項1ないし請求項4のいずれか1つに記載のカッターホイールを回転自在に軸着してなる手動スクライブ工具。
- テーブルに載置した脆性材料基板に対して、カッターヘッドが相対的に少なくとも一方向に移動する機構を備えた自動スクライブ装置において、前記カッターヘッドに請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とする自動スクライブ装置。
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