KR20150123150A

KR20150123150A - 스크라이브용 커터 휠 그리고 스크라이브 장치

Info

Publication number: KR20150123150A
Application number: KR1020150023757A
Authority: KR
Inventors: 토모키 나카가키; 히로요시 하야시; 줌페이 이이다; 요시유키 아사이
Original assignee: 미쓰보시 다이야몬도 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2015-11-03
Also published as: TW201540682A; JP6332618B2; CN105036533B; CN105036533A; JP2015209342A; TWI644873B

Abstract

(과제) 취성 재료 기판에 「외절(外切)」의 수법에 의해 저하중으로 확실하게 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 커터 휠 그리고 스크라이브 장치를 제공한다.
(해결 수단) 날끝이 되는 원형의 능선(21)과, 당해 능선으로부터 이어지는 좌우 사면(斜面; 22a, 22b)으로 이루어지는 날끝 영역(20)을 구비한 커터 휠(A)로서, 좌우 사면(22a, 22b)에 의해 형성되는 날끝 각도 α가 125° 이상의 둔각이고, 날끝 영역(20)의 폭(L1)이, 예정되는 스크라이브 라인의 폭과 동등 또는 그 이하의 값인 10∼30㎛로 형성된 구성으로 한다.

Description

스크라이브용 커터 휠 그리고 스크라이브 장치{CUTTER WHEEL FOR SCRIBING AND SCRIBING APPARATUS}

본 발명은, 취성 재료 기판(brittle material substrate), 특히 강화 유리를 포함하는 유리 기판을 스크라이브하기 위한 커터 휠 그리고 스크라이브 장치에 관한 것이다. 여기에서, 「강화 유리」란, 제조 공정 중에 있어서의 이온 교환에 의한 화학적 처리에 의해, 유리판의 표면층(표면으로부터 깊이가 5㎛∼50㎛ 정도)에 압축 응력이 잔류하는 압축 응력층이 형성되고, 유리판 내부에 인장 응력이 잔류하도록 제조된 유리를 말한다.

강화 유리의 특징은, 압축 응력층의 영향으로 외력에 대하여 깨지기 어려운 성질을 갖는 반면, 일단, 유리판 표면에 균열이 발생하여 잔류 인장 응력이 존재하는 유리판 내부까지 진행되면, 이번에는 반대로 균열이 깊게 침투되기 쉬워지는 성질을 갖고 있다.

일반적으로, 유리판을 커터 휠로 분단(dividing)하는 방법은, 우선 유리판 표면에 커터 휠(스크라이빙 휠(scribing wheel)이라고도 함)로 유한(有限) 깊이의 스크라이브 라인(리브 마크(rib mark))을 형성하는 공정과, 그 후, 유리판의 이측(裏側)으로부터 스크라이브 라인을 따라 브레이크 바(breaking bar)나 브레이크 롤(breaking roller)러로 압압함으로써 브레이크하는 공정으로 이루어진다(특허문헌 1 그리고 특허문헌 2 참조).

유리판을 커터 휠로 스크라이브하는 방법에는, 「외절(外切)」과 「내절(內切)」이 있고, 유리판의 종류나 두께, 용도에 따라, 외절과 내절의 스크라이브 방법이 선택적으로 구분되어 사용되고 있다(특허문헌 2 참조).

일본특허공보 제3074143호 일본공개특허공보 2009-208237호

전자의 「외절」은, 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 커터 휠(K)의 최하단을 유리판(M)의 표면(상면)으로부터 근소하게 하방까지 강하한 상태에서, 유리판(M)의 편측 단부의 외측 위치(스크라이브 개시 위치)에 세트한다. 그리고 세트한 위치로부터 수평 이동시키고, 유리판(M) 단부에 충돌시켜 이니셜 크랙을 형성하고, 추가로 소정의 스크라이브압으로 압압하면서, 커터 휠(K)을 수평 이동시키도록 하여 스크라이브를 행하는 방법이다.

상기한 외절의 수법으로는, 유리판(M) 단부에서의 커터 휠(K)의 날끝의 걸림(파고듦)이 좋아, 이니셜 크랙을 용이하게 형성할 수 있음과 함께, 가공된 스크라이브 라인은 유리판(M)의 단부까지 도달하고 있기 때문에, 다음 공정에서의 브레이크를 용이하고 또한 정확하게 행할 수 있다.

그러나, 강화 유리판의 경우는, 그 표면층의 잔류 응력의 영향으로 유리판 단부에 날끝을 파고들게 하는 데에 강한 압압 하중을 필요로 하고, 특히 도 8에 나타내는 바와 같은 단면(R)을 모따기한 기판에서는 날끝이 미끄러지기 쉬운 점에서 더욱 강한 압압 하중을 필요로 하여, 기판 단부에서의 충돌시의 충격이 커진다. 이 때문에, 강화 유리판의 단부에 이빠짐이 발생하거나, 유리판 단부로부터 파단되어 불규칙한 균열이 앞지르거나 하는 경우가 있다. 또한, 커터 휠측에도 강화 유리판 단부와의 강한 충돌로 날끝의 마모나 날 이빠짐 등이 발생하기 쉬워, 사용 수명이 짧아진다.

후자의 「내절」은, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 유리판(M)의 단연(端緣)으로부터 2㎜∼10㎜ 정도 내측(스크라이브 개시 위치)에서 커터 휠(K)을 상방으로부터 하강시켜 유리판(M)에 소정의 스크라이브압으로 맞닿게 하여, 압압하면서 커터 휠(K)을 수평 이동시키도록 하여 스크라이브를 행하는 방법이다.

상기한 내절의 수법으로는, 커터 휠(K)이 유리판(M) 단부와 충돌하는 바와 같은 경우가 없기 때문에, 유리판(M) 단부에 이빠짐을 발생시킬 우려가 없다. 또한, 날끝의 소모에 대해서도 외절의 경우에 비해 억제할 수 있다.

그러나, 강화 유리판의 경우에는, 날끝을 압하하여 유리판 표면에 맞닿게 했을 때에, 유리판 표면층으로의 날끝의 파고듦이 매우 나쁘고, 그 때문에, 슬립이 발생하여 스크라이브 가공이 곤란해지는 경우가 있다. 또한, 날끝을 파고들게 하기 위해 강한 압압 하중으로 스크라이브하면, 강화 유리판 내부의 잔류 인장 응력의 영향으로 한번에 파단하여 완전 분단되거나, 날끝의 선단 각도를 작게 하면, 불규칙한 균열이 날끝의 진행 방향 전방으로 발생하는 앞지름이 발생하기 쉬워지는 등의 문제가 발생하는 경우가 있다.

이와 같이, 강화 유리판에 대해서는, 종래부터 사용되고 있는 소다 유리판 등에 대한 스크라이브 가공과는 상이하게, 「외절」에 의해서도, 또한, 「내절」에 의해서도, 제대로 스크라이브 라인을 형성하는 것이 곤란했다. 이 경향은, 유리판 표면의 압축 응력층이 두껍고 잔류 응력이 큰 유리판이나, 액정 표면을 보호하는 커버 유리 등과 같이 4모퉁이부를 곡선 형상으로 스크라이브하는 경우에 현저하게 나타난다.

그래서, 본 발명은, 가공 곤란한 강화 유리제의 유리판이라도, 「외절」의 수법에 의해 저하중으로 확실하게 스크라이브 라인을 형성할 수 있는 커터 휠 그리고 스크라이브 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 다음과 같은 기술적 수단을 강구했다. 즉, 본 발명의 커터 휠은, 날끝이 되는 원형의 능선과, 당해 능선으로부터 이어지는 좌우 사면(斜面)으로 이루어지는 날끝 영역을 구비한 커터 휠로서, 상기 좌우 사면에 의해 형성되는 날끝 각도가 125° 이상의 둔각이고, 상기 날끝 영역의 폭이, 예정되는 스크라이브 라인의 폭과 동등 또는 그 이하의 값으로 10㎛∼30㎛인 구성으로 했다.

본 발명의 커터 휠은, 스크라이브 장치에 조입(incorporation)되어 있는 스크라이브 헤드의 홀더에 부착하여, 테이블 상에 올려놓은 강화 유리판에 대하여 「외절」의 수법으로 스크라이브할 때에 사용된다. 이 스크라이브시, 날끝 영역의 폭은, 예정되는 스크라이브 라인의 폭과 동등 또는 그 이하의 값으로 10㎛∼30㎛의 얇은 폭으로 했기 때문에, 외절의 공정에서 날끝이 강화 유리판의 단부에 올라탔을 때에, 날끝에 집중 하중이 부하됨으로써 저하중이라도 효율적으로 이니셜 크랙을 형성할 수 있고, 계속해서 행하는 스크라이브 라인의 가공을 종래의 커터 휠보다 저하중으로 형성할 수 있다. 또한, 날끝 영역의 폭이 작아도, 날끝 각도가 125° 이상의 둔각이 되어 있는 점에서, 앞지름이 발생하기 어렵고, 또한 스크라이브에 필요한 날끝 강도를 유지할 수 있어, 날 이빠짐 등을 억제할 수 있다는 효과가 있다.

상기 발명에 있어서, 상기 커터 휠이 방전 가공 가능한 재료로 형성되고, 또한, 커터 휠의 좌우폭이 상기 날끝 영역의 폭보다 크게 형성되고, 당해 커터 휠의 좌우 측면과 상기 능선을 연결하는 좌우의 경사면의 일부가, 방전 가공에 의해 절제됨으로써 상기 날끝 영역이 형성되어 있는 구성으로 하는 것이 좋다.

이에 따라, 방전 가공의 지그(治具) 전극을 좌우의 경사면에 밀어붙이는 것만으로써, 폭이 좁고 미세한 날끝 영역을 용이하고 또한 정밀하게 가공할 수 있음과 함께, 방전 가공에 의해 절제한 오목부는, 스크라이브시에 가공해야 하는 유리판에 접촉하여 스크라이브하는 부분이 아니기 때문에, 연마 마무리 등의 후처리를 필요로 하지 않고, 그대로 제품으로서 사용할 수 있다. 또한, 폭이 좁은 날끝 영역은, 좌우폭을 날끝 영역보다 넓게 한 커터 휠의 보디 부분으로 이어져 지지되고 있기 때문에, 스크라이브에 필요한 강도를 유지할 수 있고, 스크라이브 중의 파손을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 스크라이브 장치를 나타내는 개략적인 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 커터 휠을 나타내는 정면도이다.
도 3은 도 2의 커터 휠의 날끝 영역을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 커터 휠이 강화 유리의 단부에 올라탄 상태를 나타내는 확대 단면도이다.
도 5는 날끝 가공 전의 커터 휠을 나타내는 정면도이다.
도 6은 커터 휠에 형조(形彫) 방전 가공으로 오목부를 행할 때의 설명도이다.
도 7은 외절과 내절의 수법을 나타내는 설명도이다.
도 8은 가공해야 하는 강화 유리의 단부를 나타내는 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에 있어서, 본 발명의 커터 휠 그리고 당해 커터 휠을 이용한 스크라이브 장치에 대해서, 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 스크라이브 장치를 나타내는 것으로서, 취성 재료 기판(W)을 올려놓고 지지하는 테이블(1)을 구비하고 있다. 취성 재료 기판으로서는, 예를 들면 유리 기판이나, 저온 소성 세라믹스나 고온 소성 세라믹스 등으로 이루어지는 세라믹 기판, 실리콘 기판, 화합물 반도체 기판, 사파이어 기판, 석영 기판 등을 들 수 있다. 본 실시예에 있어서는, 취성 재료 기판으로서 강화 유리판을 이용했다. 테이블(1)은, 수평한 레일(2)을 따라 Y방향(도 1의 전후 방향)으로 이동할 수 있게 되어 있고, 모터(도시하지 않음)에 의해 회전하는 나사축(3)에 의해 구동된다. 또한, 테이블(1)은 모터를 내장하는 회전 구동부(4)에 의해 수평면 내에서 회전 운동할 수 있도록 되어 있다.

테이블(1)을 사이에 두고 설치되어 있는 양측의 지지 기둥(5, 5)과, X방향으로 수평하게 연장되는 빔(동살)(6)을 구비한 브리지(7)가, 테이블(1) 상을 걸치도록 하여 설치되어 있다. 빔(6)에는, X방향으로 수평하게 연장되는 가이드(9)가 설치되고, 이 가이드(9)에는 스크라이브 헤드(10)가 모터(8)에 의해 X방향으로 이동할 수 있도록 부착되어 있다.

스크라이브 헤드(10)의 하부에는, 테이블(1) 상에 올려놓여지는 강화 유리(W)의 표면을 스크라이브 가공하는 커터 휠(A)을 지지하는 홀더(11)가 설치되어 있다. 홀더(11)는, 유체 실린더(12)에 의해 커터 휠(A)과 함께 승강할 수 있도록 형성되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 커터 휠(A)을 나타내는 정면도이고, 도 3은 그 날끝 영역의 확대 단면도이다.

커터 휠(A)은, 공구 특성이 우수한 경질 재료로 만들어지고, 또한, 주면(周面)에 날끝 영역(20)을 구비하고 있다. 날끝 영역(20)은, 날끝이 되는 원형의 능선(21)과, 이 날끝 능선(21)으로부터 이어지는 좌우 사면(22a, 22b)에 의해 형성되어 있다. 좌우 사면(22a, 22b)의 경사단(傾斜端)은 오목부(23)의 에지로 이어져 있다. 오목부(23)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 좌우 사면(22a, 22b)을 연장한 가상 경사면(24a, 24b)을 도려내도록 하여 형성되어 있어, 이에 따라 날끝 영역(20)의 좌우폭(L1)이 가늘어져 있다.

이 날끝 영역(20)의 좌우폭(L1)은 가공되는 스크라이브 라인의 예정폭과 동등 또는 그 이하의 근방값으로 설정되어 있고, 10㎛∼30㎛, 바람직하게는 10㎛∼20㎛의 범위로 형성되어 있다. 여기에서, 스크라이브 라인의 예정폭은 날끝 능선의 각도 α와, 기판에 날끝 영역(20)의 일부가 파고드는 깊이로부터 계산하여 구할 수 있다. 예를 들면, 날끝 각도가 140°, 날끝의 파고듦 깊이가 3㎛일 때에, 예정되는 스크라이브 라인의 폭은 약 16㎛가 되고, 날끝 각도가 150°, 날끝의 파고듦 깊이가 3㎛일 때의 스크라이브 라인 예정폭은 약 22㎛가 된다. 날끝 영역(20)의 폭(L1)은, 이 스크라이브 라인의 예정폭과 동일하거나, 그것보다 작은 값으로 하는 것이 좋다. 그러나, 날끝 영역(20)의 폭(L1)이 10㎛보다 작은 경우에는, 돌출된 날끝 영역(20)의 강도를 유지하는 것이 어려워진다.

또한, 커터 휠(A)의 직경은 약 0.5㎜∼6.0㎜, 바람직하게는 1.0㎜∼3.0㎜, 두께(L2)는 약 0.4㎜∼1.2㎜의 사이즈로 형성되고, 날끝 영역(20)의 좌우 사면(22a, 22b)에 의해 형성되는 날끝 능선의 각도 α는, 125° 이상의 둔각, 바람직하게는 140°∼160°로 형성되어 있다. 또한, 오목부(23)의 깊이는 가상 경사면(24a, 24b)으로부터 1.0㎛∼30.0㎛, 바람직하게는 3.0㎛∼10.0㎛로 되어 있다.

본 실시예에서는, 커터 휠(A)의 직경을 2.5㎜, 두께(L2)를 0.65㎜로 하고, 날끝 각도 α를 150°로 하고, 날끝 영역(20)의 폭(L1)을 15㎛로 했다. 또한, 날끝의 파고듦 깊이는 통상 1.0㎛∼5.0㎛이고, 바람직하게는 1.0㎛∼3.0㎛이다.

상기한 커터 휠(A)은, 예를 들면 다음과 같은 가공 방법으로 용이하게 제작할 수 있다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 원형의 날끝 능선(21')과, 이것에 어어지는 좌우의 경사면(25, 25)을 구비한 커터 휠(B)을, 방전 가공 가능한 경질 재료, 예를 들면 초경합금 또는 소결 다이아몬드, 도전성을 갖는 단결정 다이아몬드 또는 다결정 다이아몬드에 의해 제작한다. 이 경우, 좌우의 경사면(25, 25)에 의해 형성되는 날끝 각도 α를, 제품이 되는 커터 휠(A)의 날끝 각도와 동일하게 한다. 이러한 커터 휠(B)은, 날끝 각도 α가 제품이 되는 커터 휠(A)의 날끝 각도와 동일하면, 일반적인 스크라이브용 커터 휠을 그대로 이용할 수도 있다. 또한, 커터 휠(B)로서 날끝 능선(21') 부분에 홈을 형성한 커터 휠을 이용할 수도 있다.

이 커터 휠(B)의 날끝 능선(21') 근방의 선단 부분(도 2의 날끝 영역(20)이 되는 부분)을 남김과 함께, 선단 부분으로 이어지는 좌우의 경사면(25, 25)의 일부를 방전 가공에 의해 절제함으로써, 오목부(23)(도 3 참조)를 형성한다.

이에 따라, 도 5에서 나타낸 커터 휠(B)에 추가 가공을 행함으로써 본 발명의 커터 휠(A)을 형성할 수 있다.

여기에서, 커터 휠(B)에 오목부(23)를 형조 방전 가공으로 가공하는 방법의 일 예를 도 6에 나타낸다.

이 방법에서는, 커터 휠(B)의 축구멍(26)에 회전축(도시하지 않음)을 끼워 넣고, 커터 휠(B)을 회전시키면서, 절제해야 하는 부분의 반전 형상을 갖는 암형(27)을 구비한 지그 전극(28)을, 회전하는 커터 휠(B)의 좌우의 경사면(25, 25)에 대하여 동시에, 또는 교대로 밀어붙임으로써 경사면(25)의 일부를 1.0㎛∼30.0㎛의 깊이로 절제한다. 이에 따라, 커터 휠(B)의 날끝 능선(21')으로 이어지는 좌우의 경사면(25, 25)의 일부가 함몰되고, 날끝 영역(20)의 폭(L1)(도 3 참조)을 좁게 하는 오목부(23)가 형성된 커터 휠(A)이 제작된다.

전술한 커터 휠(A)을 이용하여 스크라이브 가공을 행하는 경우는, 이 커터 휠(A)을 스크라이브 헤드(10)의 홀더(11)에 부착한다. 그리고, 테이블(1)을 이동시켜 강화 유리(W)의 위치 결정을 행한 후에 커터 휠(A)을 하강시켜, 전술한 「외절」의 수법으로 강화 유리(W)에 스크라이브 가공을 행한다.

발명자들은, 커터 휠(A)의 압압 하중을, 종래의 유리판의 스크라이브 하중과 동일하게 0.14㎫의 저하중으로 외절의 수법에 의한 강화 유리(W)의 스크라이브 실험을 행한 결과, 이니셜 크랙으로서 충분한 깊이의 홈을, 이빠짐이나 불규칙한 파단을 발생시키는 일 없이 형성할 수 있었다.

도 4는 상기 실험값으로부터, 커터 휠(A)이 강화 유리(W)의 단부에 올라탔을 때의 상태를 추측한 확대 단면도이다. 날끝 능선(21)의 유리판(W)으로의 파고듦 깊이(L3)를 3㎛로 하면, 날끝이 파고든 부분의 폭은, 날끝 각도 150°로부터 계산하여 날끝 영역(20)의 폭(L1) 및 스크라이브 예정폭인 22㎛보다 작은 약 15㎛가 된다. 이와 같이, 저하중이라도 유효한 이니셜 크랙이 형성되는 것은, 좁게 가공한 날끝 영역(20)의 부분에 하중이 집중되기 때문이라고 생각할 수 있다. 이 이니셜 크랙을 형성한 후, 계속해서 커터 휠(A)을 상기 압압 하중으로 밀어붙이면서 진행시킴으로써, 강화 유리(W)에 스크라이브 라인을 날끝 영역(20)의 폭(L1)으로 효율 좋게 형성할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 폭이 좁은 날끝 영역(20)은, 좌우폭을 날끝 영역(20)보다 넓게 한 커터 휠(A)의 보디 부분으로 이어져 형성되어 있기 때문에, 스크라이브에 필요한 강도를 유지할 수 있고, 스크라이브 중의 파손을 억제할 수 있다.

상기와 같이 본 발명에 따른 커터 휠(A)은, 날끝 영역(20)의 폭(L1)을, 예정되는 스크라이브 라인의 폭과 동등 또는 그 이하의 값이며 10㎛∼30㎛의 얇은 폭으로 했기 때문에, 외절의 수법으로 날끝이 강화 유리(W)의 단부에 올라탔을 때에는, 날끝에 집중 하중이 부하되어 저하중이라도 효율적으로 이니셜 크랙을 형성할 수 있음과 함께, 계속해서 행하는 스크라이브 라인의 가공을, 종래의 커터 휠보다 저하중으로 형성할 수 있다. 또한, 날끝 영역(20)의 폭(L1)이 작아도, 날끝 각도가 125° 이상의 둔각인 점에서, 앞지름이 발생하기 어렵고, 스크라이브에 필요한 날끝 강도를 유지할 수 있어 날 이빠짐 등을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 대표적인 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은 반드시 상기의 실시 형태에 특정되는 것이 아니며, 그 목적을 달성하고, 청구의 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서 적절하게 수정, 변경하는 것이 가능하다.

본 발명은, 취성 재료 기판에 스크라이브 라인을 가공할 때에 사용되는 커터 휠 그리고 스크라이브 장치에 적용된다.

A : 커터 휠
L1 : 날끝 영역의 폭
L2 : 커터 휠의 폭
W : 강화 유리
α : 날끝 각도
1 : 테이블
10 : 스크라이브 헤드
11 : 홀더
20 : 날끝 영역
21 : 날끝 능선
22a, 22b : 좌우 사면
23 : 오목부

Claims

날끝이 되는 원형의 능선과, 당해 능선으로부터 이어지는 좌우 사면(斜面)으로 이루어지는 날끝 영역을 구비한 커터 휠로서, 상기 좌우 사면에 의해 형성되는 날끝 각도가 125° 이상의 둔각이고, 상기 날끝 영역의 폭이, 예정되는 스크라이브 라인의 폭과 동등 또는 그 이하의 값으로 10㎛∼30㎛인 스크라이브용 커터 휠.
제1항에 있어서,
상기 커터 휠이 방전 가공 가능한 재료로 형성되고, 또한, 커터 휠의 좌우폭이 상기 날끝 영역의 폭보다 크게 형성되고, 당해 커터 휠의 좌우 측면과 상기 능선을 연결하는 좌우의 경사면의 일부가, 방전 가공에 의해 절제됨으로써 상기 날끝 영역이 형성되어 있는 스크라이브용 커터 휠.
제2항에 있어서,
상기 재료가 방전 가공 가능한 초경합금 또는 소결 다이아몬드, 단결정 다이아몬드 또는 다결정 다이아몬드인 스크라이브용 커터 휠.
상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 커터 휠을, 홀더를 통하여 지지(holding)하는 스크라이브 헤드와, 가공해야 하는 취성 재료 기판을 올려놓는 테이블을 구비하고, 상기 스크라이브 헤드를 상기 취성 재료 기판에 대하여 상대적으로 이동시킴으로써, 상기 커터 휠의 날끝으로 상기 취성 재료 기판의 표면에 유한(有限) 깊이의 스크라이브 라인을 형성하도록 한 스크라이브 장치.