TWI620632B - 脆性材料基板之分斷工具 - Google Patents

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TWI620632B
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Tomoko Kinoshita
Kenji Murakami
Masakazu Takeda
Kenji Otoda
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Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd
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Abstract

本發明提供一種分斷工具，其可沿著形成於基板表面之劃線以手工作業整齊地分斷，並且即便為沿著劃線滲透至基板內部之裂紋之滲透較淺之基板或劃線之間距較窄之基板，亦可確實地分斷。該分斷工具包括：支持夾具1，其於表面具有插入基板W之一端部分W'之凹槽3；及夾入夾具2，其於使基板W之包含應斷開之劃線之一端部分W'突出之狀態下夾入並保持基板W；且夾入夾具2包括第一板材8及第二板材9、以及介於該等兩板材8、9與基板W之間之板狀中間板材11而形成，中間板材11包含彈性材料而形成，且中間板材11之左右寬度L1形成為小於基板W之左右寬度L2，而於被夾持之基板W之左右兩端部分殘留未重疊有中間板材11之區域L3。

Description

脆性材料基板之分斷工具
本發明涉及一種陶瓷等脆性材料基板之分斷工具。本發明尤其涉及一種以手工作業進行已於前段步驟中形成有劃線(切槽)之脆性材料基板(以下，簡稱為「基板」)之分斷操作之簡易方式之分斷工具。
以往，已知如下方法：利用刀輪(亦稱為劃線輪)或雷射光束等劃線機構，於基板表面形成相互正交之X方向以及Y方向之劃線，其後，自該劃線之相反側之面施加外力而使基板彎曲、或壓彎基板，從而將基板分斷為單位基板，例如專利文獻1或專利文獻2、專利文獻3等中有揭示。
又，用以沿劃線分斷基板之方法，自先前以來便已知有各種方法。
圖12表示一般所使用之分斷方法之一例。如圖12(a)所示，隔著緩衝片材21而將基板W載置於水平之平台20上。於該情況下，使基板之形成有劃線S之面成為下側。然後，如圖12(b)所示，使分斷桿22自基板W之上方下降而使基板W彎曲，由此，沿著劃線S分斷基板W(參照專利文獻1之圖5)。
圖13表示另一分斷方法。該方法中，藉由配置夾持劃線S而支持基板W之一對支持刃23、23，且將分斷桿24自基板W之與設置有劃線S之面為相反側之面按壓於基板而使基板W彎曲，從而沿著劃線S分斷基板(參照專利文獻2之圖3)。
圖14表示又一分斷方法。該方法中，於使基板W之應斷開之一端部分Wa自平台25之一端緣突出至外側之狀態下，將基板W載置於平台25上。於該情況下，預先使應斷開之劃線S朝向上方而與平台24之端緣一致。然後，使分斷桿26下降而下壓基板W之突出部分Wa，從而沿著劃線S分斷基板(參照專利文獻3之圖1~3)。
上述之分斷方法均不可缺少用以將基板保持於平台上之保持機構、或沿垂直方向升降之分斷桿。因此，需要可升降地保持分斷桿之框架或用於升降之驅動源、及用以將基板穩定地保持於平台上之吸引機構或按壓構件等，由此裝置大型化而變得昂貴。又，必須於最初使裝置運行時進行平台上之基板之定位或進給間距、分斷桿之按壓壓力等動作部之各種初始設定，不適合分斷少量基板(即，非大量生產用之標準品以外之基板等)。
因此，提出如專利文獻4之第8圖所示之以手工作業分斷基板之簡單之工具。
該分斷工具如本案之圖15所示，於工作台27之表面設置有多條凹槽28，藉由將基板W之一端部分插入至該凹槽28中，並用手握著基板W之上端部分向圖15(b)之箭頭所示之前後方向搖動，而自位於凹槽28附近位置之劃線S分斷基板W。
[背景技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2013-071335號公報
[專利文獻2]日本專利特開2013-079171號公報
[專利文獻3]日本專利特開2009-227550號公報
[專利文獻4]日本專利特公平05-37097號公報
通常，若折彎具有厚度之板材，則折彎部位之內角側被施加壓縮應力，並且外角側被施加拉伸應力。上述圖12~14所示之分斷方法中，當利用分斷桿使基板彎曲時，設置有劃線之面成為被施加拉伸應力之外角側(凸面側)，而促進劃線之裂紋之滲透，從而易於斷開。
然而，上述圖15之分斷工具中，因為以用手握著基板上端部分進行折彎之方式前後搖動而分斷，因此位於基板根部分之劃線交替地承受拉伸應力與壓縮應力，於劃線達到斷裂臨界點時一下子被分斷。因此，基板斷開面變得雜亂，有產生圖16(a)中符號29所示之稱為「裂片」、或符號30之稱為「缺口」之現象之情況。
又，當以用手握著基板上端部分進行折彎之方式使基板傾倒時，有對基板W之左右兩端部分施加之力不均等，而導致於斷開後之基板兩端部產生圖16(b)中符號31所示之稱為「突角」之現象。此種「裂片」或「缺口」、「突角」會使分斷後之產品之品質變差，因此導致出現不合格品。
再者，因為以用手握著基板上端部分進行折彎之方式分斷，因此有以下擔憂，即於分斷時需要較大之力，並且自與所瞄準之位置不同之劃線斷開、或產生分離不良(非劃線部分斷裂)。該等不良情況於劃線之裂紋滲透較淺之基板、或劃線之間距較窄之基板中變得更為顯著，例如，若係劃線之裂紋滲透為基板厚度之10%以下、且劃線之間距為3mm以下之基板，則存在產生率變高而幾乎無法用於實用之問題。
因此，本發明之目的在於解決上述課題，而提供一種分斷工具，可用手整齊地分斷基板，並且即便為裂紋滲透較淺之基板、或劃線之間距較窄之基板，亦可確實地分斷。
為了解決上述課題，本發明中想到如下技術性方法。即，本發 明之分斷工具設為如下構成，即包括：支持夾具，其於表面具有插入基板之一端部分之凹槽；及夾入夾具，其於使上述基板之包含應斷開之劃線之一端部分自前端突出之狀態下夾入而保持上述基板；且上述夾入夾具包括隔開夾入上述基板之間隔且以平行姿勢組裝之第一板材及第二板材，且可調整上述第一板材與第二板材之間隔地形成。
上述夾入夾具設為如下構成為佳，即包括：第一板材及第二板材，其等隔開夾入上述基板之間隔且以平行姿勢組裝；以及中間板材(例如板狀之緩衝構件)，介於該等板材與上述基板之間，且包含彈性材料。
上述中間板材設為如下構成為佳，即左右寬度以較上述基板之左右寬度小之尺寸形成。
上述夾入夾具之第一板材與第二板材藉由調整螺絲連結，且可藉由操作該調整螺絲而調整上述間隔為佳。
本發明中，因為可藉由夾入夾具之第一板材及第二板材沿著所要分斷之劃線夾緊基板，而牢固地固定基板，因此即便為沿著劃線滲透至基板內部之裂紋之滲透較淺之基板(例如裂紋深度為基板厚度之10%以下之情況)、或劃線之間距較窄之基板(例如劃線之間距為3mm以下之情況)，亦可消除基板自基板之劃線以外之部分折斷、或於所期望之劃線以外之劃線斷開之情況，並且藉由以夾入夾具之前端部為支點使基板傾倒，而可應用「槓桿」原理以較輕之力分斷。
又，根據包含彈性材料之中間板材介於第一、第二板材與基板之間之實施形態(第二實施形態)，可預防對基板表面造成損傷，並且即便各調整螺絲之緊固力略有偏差，亦可藉由中間板材之彈性力而確實地夾持保持基板。由此，能夠以大致均等之力按壓基板之整個面使之傾倒，因此亦可抑制「突角」之產生。
尤其係根據以較上述基板之左右寬度小之尺寸形成中間板材之左右寬度之實施形態(第三實施形態)，與以較基板之左右寬度大之尺寸形成中間板材之左右寬度之情況相比，可進一步抑制「突角」之產生。認為此係因為分斷時對基板兩端部施加之負載變小之故。即，認為於以較基板之左右寬度大之尺寸形成中間板材之左右寬度之情況下，尤其於中間板材為彈性材料之情況下，若緊固基板及中間板材，則中間板材被壓縮，中間板材之未與基板相向之部分成為相對性地膨脹之狀態，與基板之中央部分相比，對基板之端面、尤其與中間板材接觸之端部會施加過大之應力，由此，於分斷時向不自然之方向施加應力而引起「突角」之產生。與此相對，認為以較基板之左右寬度小之尺寸形成中間板材之左右寬度之實施形態中，由於基板之端部處於開放之狀態，因此於分斷時不會對基板之端部施加不必要之應力，裂紋沿著劃線自然地擴展而抑制「突角」之產生。
又，藉由使自夾入夾具之前端突出之基板前端部分之劃線接近夾入夾具之前端，可令使夾入夾具傾倒時對基板施加之彎曲應力聚集於該劃線。由此，可使劃線之裂紋沿基板之厚度方向垂直地滲透，而抑制於斷開面產生「裂片」或「缺口」。又，有以下效果，即於斷開時沿劃線之延伸方向筆直地產生龜裂，可抑制龜裂之走向傾斜或蜿蜒，從而可獲得具有高品質之斷開面之單位產品。
於本發明中，上述支持夾具設為如下構成為佳，即可沿槽寬方向移動而進行調整地形成有形成上述凹槽之一側壁之構件，且可沿凹槽之深度方向移動而進行調整地形成有形成上述凹槽之底面之構件。
由此，可配合於應斷開之基板之厚度或劃線之間距而調整凹槽之寬度或深度，從而可用於各種基板之分斷。
1‧‧‧支持夾具
2‧‧‧夾入夾具
3‧‧‧凹槽
3a‧‧‧固定側壁構件
3b‧‧‧可動側壁構件
3c‧‧‧可動底板構件
4‧‧‧工作台
5‧‧‧支撐板
6‧‧‧第一調整螺栓
7‧‧‧第二調整螺栓
8‧‧‧第一板材
8a‧‧‧夾持面
9‧‧‧第二板材
9a‧‧‧夾持面
10‧‧‧調整螺絲
11‧‧‧中間板材
20‧‧‧平台
21‧‧‧緩衝片材
22‧‧‧分斷桿
23‧‧‧支持刃
24‧‧‧分斷桿
25‧‧‧平台
26‧‧‧分斷桿
27‧‧‧工作台
28‧‧‧凹槽
29‧‧‧裂片
30‧‧‧缺口
31‧‧‧突角
A‧‧‧分斷工具
L1‧‧‧中間板材之左右寬度
L2‧‧‧基板之左右寬度
L3‧‧‧未重疊有中間板材之區域
W‧‧‧脆性材料基板
W'‧‧‧自夾入夾具之前端突出之基板一端部分
Wa‧‧‧一端部分
S‧‧‧劃線
S1‧‧‧縱向劃線
S2、S2'‧‧‧橫向劃線
圖1係表示本發明之分斷工具之一實施例(第一實施形態)之立體 圖。
圖2係圖1之分斷工具之剖面圖。
圖3(a)-(c)係表示使用圖1之分斷工具進行之基板之分斷步驟之說明圖。
圖4係表示本發明之分斷工具之一實施例(第二實施形態)之立體圖。
圖5係圖4之分斷工具之剖面圖。
圖6(a)-(c)係表示使用圖4之分斷工具進行之基板之分斷步驟之說明圖。
圖7係表示本發明之分斷工具之一實施例(第三實施形態)之立體圖。
圖8係圖7之分斷工具之剖面圖。
圖9(a)-(c)係表示使用圖7之分斷工具進行之基板之分斷步驟之說明圖。
圖10係表示圖7之分斷工具中之夾入夾具之前視圖。
圖11係表示藉由本發明之分斷工具分斷之基板之一例之俯視圖。
圖12(a)、(b)係表示現有之普通之分斷方法之一例之說明圖。
圖13係表示現有之分斷方法之另一例之說明圖。
圖14係表示現有之分斷方法之又一例之說明圖。
圖15(a)、(b)係表示現有之分斷方法之又一例之說明圖。
圖16(a)、(b)係分斷時於基板斷開面產生之加工不良現象之說明圖。
以下，基於圖1~11詳細地說明本發明之分斷工具。
本發明之分斷工具A包括：支持夾具1，於表面具有插入基板W之一端部分之直線狀凹槽3；及夾入夾具2，於使基板W之應斷開之一 端部分W'自前端(圖1之下端)突出之狀態下夾入該基板W而保持。圖1~3係與第一實施形態之夾入夾具相關之圖式，圖4~6係與第二實施形態之夾入夾具相關之圖式，圖7~10係與第三實施形態之夾入夾具相關之圖式。
支持夾具1包括：固定側壁構件3a，其形成凹槽3之一側壁；可動側壁構件3b，其形成另一側壁；可動底板構件3c，其形成凹槽3之底面；及工作台4，其保持該等構件。
固定側壁構件3a經由支撐板5而固定於工作台4。可動側壁構件3b係僅可沿槽寬方向滑動地被載置於工作台4上，且以可藉由第一調整螺栓6調整槽寬之方式形成。又，可動底板構件3c配置於工作台4與固定側壁構件3a之間，且以可藉由第二調整螺栓7沿凹槽3之深度方向移動而進行調整地被保持。
第一實施形態中，夾入夾具2包含隔開夾入基板W之間隔且以平行姿勢組裝之包含金屬等硬質材料之第一板材8及第二板材9。第一板材8以及第二板材9包括相互對向之平坦之夾持面8a、9a，該等夾持面8a、9a於保持平行姿勢之狀態下，藉由左右之調整螺絲10連結，藉由緊固該調整螺絲10而可夾持保持基板W。又，藉由旋鬆該調整螺絲10而可使位於兩板材8、9間之基板W依次向下方移動、或裝卸基板W。
第二實施形態中，夾入夾具2包含：第一板材8及第二板材9，其等隔開夾入基板W之間隔且以平行姿勢組裝，包含金屬等硬質材料；以及中間板材(例如板狀之緩衝構件)11、11，其等分別介於該等板材8、9與基板W之間。該中間板材11較佳為包含硬度相對較高之天然或合成橡膠等材料。第一板材8以及第二板材9包括相互對向之平坦之夾持面8a、9a，於該等夾持面8a、9a之間，隔著中間板材11、11而夾持基板W。
第二實施形態中，如圖4所示，於中間板材11之兩端部分設置有 螺絲插通孔12，藉由使上述之調整螺絲10貫穿該插通孔12，而將中間板材11保持於夾入夾具2。於該情況下，中間板材11之前端以未自第一板材8以及第二板材9之前端突出之方式安裝。然而，雖然省略圖示，但亦可使中間板材11之左右寬度為正好嵌於左右之調整螺絲10、10間之尺寸，而僅使中間板材11之左右寬度介於基板W與各板材8、9之間。
第三實施形態中，夾入夾具2包含：第一板材8及第二板材9，其等隔開夾入基板W之間隔且以平行姿勢組裝，包含金屬等硬質材料；以及中間板材11、11，其等分別介於該等板材8、9與基板W之間。該中間板材11包含硬度相對較高之天然或合成橡膠等彈性材料。第一板材8以及第二板材9包括相互對向之平坦之夾持面8a、9a，於該等夾持面8a、9a之間，隔著中間板材11、11而夾持基板W。再者，中間板材11以其前端(圖7中之下端部分)未自第一板材8以及第二板材9之前端突出之方式安裝。
又，第一板材8與第二板材9藉由左右之調整螺絲10連結，且藉由緊固該調整螺絲10而可夾持保持基板W。又，藉由旋鬆該調整螺絲10而可使位於兩板材8、9間之基板W依次向下方移動、或裝卸基板W。
再者，第三實施形態中，如圖10所示，以中間板材11之左右寬度L1成為較基板W之左右寬度L2小之尺寸之方式形成，於所夾持之基板W之左右兩端部分殘留有未重疊中間板材11之區域L3。該區域L3較佳為基板W之左右寬度L2之3~30%(尤其係5~15%)左右。例如於基板W之左右寬度為50mm之情況下，區域L3之長度宜為1.5~15.0mm(較佳為2.5~7.5mm)。
夾入夾具2之第一板材8以及第二板材9之前端外緣，以越往前端越接近夾持面8a、9a之傾斜面切割而成為前端尖細狀。再者，較佳為 如圖1、圖4及圖7所示，連結第一板材8與第二板材9之調整螺絲10於上下各設置有一對而共設置有4根。由此，能夠確實地保持兩板材8、9之平行間隔而以均等之緊固力穩定性佳地夾持基板W，但亦可僅由左右一對形成。
其次，對使用上述分斷工具A分斷基板W之方法進行說明。
作為所要分斷之基板W，本實施例中使用50mm×60mm見方之尺寸、且厚度為1.0mm之氧化鋁基板。如圖11所示，於基板W之表面，於先行進行之劃線步驟中加工有縱向劃線S1以及橫向劃線S2。再者，本實施例中之各個劃線之間隔(間距)為2.5mm。
第一實施形態中如圖1~3所示，將該基板W夾入於夾入夾具2之第一板材8與第二板材9之間而保持，第二實施形態及第三實施形態中如圖4~10所示，將該基板W夾入於位於夾入夾具2之第一板材8側之中間板材11、與位於第二板材9側之中間板材11之間而保持。此時，如圖2、圖5及圖8所示，預先使包括要最初切開之橫向劃線S2'之基板一端部分W'自夾入夾具2之前端突出。又，應斷開之劃線S2'設為儘可能地接近夾入夾具2之第一板材8以及第二板材9之前端之狀態為佳。
另一方面，支持夾具1之凹槽3之寬度及深度，預先配合於應斷開之基板W之厚度以及突出之一端部分W'之尺寸而加以調整。即，凹槽3之槽寬係利用第一調整螺栓6使可動側壁構件3b移動而調整為可使突出之基板一端部分W'無晃動地插入之尺寸。又，槽深係利用第二調整螺栓7使可動底板構件3c移動而預先調整為自應斷開之劃線S2'至突出之基板一端部分W'之端緣為止之長度(相當於劃線S2之間距之長度)。
圖3表示使用圖1之分斷工具(夾入夾具)分斷基板W之步驟，圖6表示使用圖4之分斷工具(夾入夾具)分斷基板W之步驟，圖9表示使用圖7之分斷工具(夾入夾具)分斷基板W之步驟。
如圖3(a)、圖6(a)及圖9(a)所示，用手握著夾入夾具2之上部，將自夾具2之前端突出之基板一端部分W'如圖3(b)、圖6(b)及圖9(b)般插入至支持夾具1之凹槽3。其次，如圖3(c)、圖6(b)及圖9(b)般，使夾入夾具2向劃線S2'之相反側傾倒而自劃線S2'分斷基板一端部分W'。當使該夾入夾具2傾倒時，由於已將第一板材8以及第二板材9之前端外緣切割為傾斜面而形成前端尖細狀，因此可於使夾入夾具2之變得尖細之前端接觸於支持夾具1之表面之狀態下，以該接觸部為支點而使夾入夾具2傾倒。
將以此方式分斷之基板一端部分W'自支持夾具1之凹槽3中取出，而成為長方形之短條狀基板W1(參照圖11)。
然後，自支持夾具1之凹槽3去除基板一端部分W'後，旋鬆夾入夾具2之調整螺絲10而將基板W拉出至下一應切掉之基板一端部分W'突出之位置。然後，緊固調整螺絲10而再次夾持並保持基板W後，以與上述相同之方式將突出之基板一端部分W'插入至支持夾具1之凹槽3且使夾入夾具2傾倒，而分斷突出之基板一端部分W'。藉由依次重複進行上述操作，自所有橫向劃線S2分斷基板W而取出多個短條狀基板W1。
其後，於將縱向劃線S1橫放之狀態、且使應斷開之基板一端部分W'突出之狀態下，將短條狀之基板W1安裝於夾入夾具2。然後，以與上述相同之方式將突出之基板一端部分W'插入至支持夾具1之凹槽3，依次自劃線S1分斷，而完成圖11所示之單位產品W2。
當利用上述之分斷工具A斷開基板時，因為基板W被夾入夾具2之第一板材8與第二板材9夾持而被牢固地固定，因此即便為沿劃線滲透至基板內部之裂紋之滲透較淺之基板(例如裂紋深度為基板厚度之10%以下之情況)、或劃線之間距較窄之基板(例如劃線之間距為3mm以下之情況)，亦可消除基板自基板之劃線以外之部分折斷、或於所 期望之劃線以外之劃線斷開之情況，並且藉由應用以夾入夾具2之前端接觸部為支點之「槓桿」之原理而能以較輕之力斷開。又，因為可藉由第一板材8與第二板材9以均等之力按壓基板W之整個面，因此亦可抑制開始所敍述之「突角」之產生。
當利用上述分斷工具A斷開基板時，因為基板W被夾入夾具2之第一板材8與第二板材9夾持而被牢固地固定，因此即便為沿劃線滲透至基板內部之裂紋之滲透較淺之基板(例如裂紋深度為基板厚度之10%以下之情況)、或劃線之間距窄之基板(例如劃線之間距為3mm以下之情況)，亦可消除基板自基板之劃線以外之部分折斷、或於所期望之劃線以外之劃線斷開之情況，並且藉由應用以夾入夾具2之前端接觸部為支點之「槓桿」之原理而以較輕之力斷開。
又，第二實施形態中，因為於各板材8、9與基板W之間介置著包含彈性材料之中間板材11，因此可防止對基板W表面造成損傷，並且即便各調整螺絲10之緊固力略有偏差，亦可藉由中間板材11之彈性力而確實地夾持保持基板W。由此，因為能夠以均等之力對基板W之整個表面按壓使之傾倒，因此亦可抑制開始所敍述之「突角」之產生。
尤其係第三實施形態中，認為之因此能夠抑制「突角」之產生，係因為以較基板W之左右寬度L2小之尺寸形成中間板材11之左右寬度L1，而於被夾持之基板W之左右兩端部分殘留著未重疊有中間板材11之區域L3，因此分斷時對基板兩端部施加之負載變小。
又，因為劃分自夾入夾具2之前端突出之基板一端部分W'之劃線S2位於儘可能地接近夾入夾具2之前端之位置，因此使夾入夾具2傾倒時對基板W施加之彎曲應力集中地施加於劃線S2。由此，可使劃線S2之裂紋沿基板W之厚度方向垂直地滲透，且可抑制於斷開面產生「裂片」。
再者，因為夾入夾具2之前端係於接近劃線S2之位置沿著劃線S2 配置，因此斷開時龜裂沿著劃線之延伸方向筆直地產生，可抑制龜裂之走向傾斜或蜿蜒，從而可獲得具有高品質之斷開面之單位產品W2。
以上，對本發明之代表性實施例進行了說明，但本發明並非必須僅特定為上述實施例之構造。例如上述實施例中，以支持夾具1之凹槽3朝向上方之方式形成，但亦可橫向形成凹槽3。此外，本發明中，可於達成發明目的、且不脫離申請專利範圍之範圍內適當地進行修正、變更。
[產業上之可利用性]
本發明可應用於用手分斷包含玻璃、陶瓷、藍寶石等脆性材料之基板之分斷工具。

Claims (3)

  1. 一種脆性材料基板之分斷工具，其包括：支持夾具，其於表面具有插入基板之一端部分之凹槽；及夾入夾具，其於使上述基板之包含應斷開之劃線之一端部分自前端突出之狀態下夾住並保持上述基板；且上述夾入夾具包含隔開夾入上述基板之間隔且以平行姿勢組裝之第一板材及第二板材、以及介於該等板材與上述基板之間之中間板材而形成，上述中間板材包含彈性材料而形成，上述第一板材與第二板材之間隔可調整；其中上述中間板材之左右寬度以較上述基板之左右寬度小之尺寸形成。
  2. 如請求項1之脆性材料基板之分斷工具，其中上述夾入夾具之第一板材與第二板材藉由調整螺絲連結，且以可藉由操作該調整螺絲而調整上述間隔之方式形成。
  3. 如請求項1之脆性材料基板之分斷工具，其中上述支持夾具係其形成上述凹槽之一側壁之構件可沿槽寬方向移動調整地形成，且形成上述凹槽之底面之構件可沿凹槽之深度方向移動調整地形成。
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