JP3597698B2

JP3597698B2 - Scribe device

Info

Publication number: JP3597698B2
Application number: JP8490798A
Authority: JP
Inventors: 暁下豊留
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1998-03-16
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2018-03-16
Also published as: JPH11263632A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板ガラス等の硬質脆性材料のワークの面に閉曲線からなる刻線を形成するスクライブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板ガラス等のワークを破断する方法として、ワークの面に予め刻線を形成し、この刻線に沿って破断する方法がある。
本発明者が開発した特開平９−２７８４７３号公報のスクライブ装置では、先端が尖ったカッタを板バネでワークに押し付け、この板バネを介して振動アクチュエータからの高周波振動をカッタに付与することにより、クラックを発生させる。これと同時に、カッタをワークに対して相対的に直線移動させることにより、連続したクラックからなる刻線を、ワークに形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
最近、発明者は、ワークに閉曲線からなる刻線を形成し、この刻線に沿って破段して、刻線を内周縁または外周縁とする製品を生産することを思いついたが、この刻線に沿って容易に破断することが課題として残されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の問題を解決するために、請求項１の発明は、スクライブ装置において、（イ）ワークを設置するテーブルと、（ロ）スクライブヘッドと、（ハ）上記スクライブヘッドをワークの面に沿って相対的に移動させることにより、閉曲線の軌跡を描かせる移動手段と、を備え、上記スクライブヘッドが、（i）尖った先端を有し、その先端がワーク面に当たるカッタと、（ii）上記カッタを保持するホルダと、（iii）上記ホルダを、微小スライド可能に支持するボデイと、（iv）上記ボデイの受部と上記ホルダの受部との間に挟持され、ホルダに高周波振動を付与する振動アクチュエータと、を有し、上記ホルダの微小スライドの方向を、ワーク面の法線に対して、スクライブヘッドの相対的移動方向と交差する方向に傾くように、設定することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のスクライブ装置において、さらにスライド支持機構を備え、このスライド機構は、垂直軸に対して傾斜したガイドと、このガイドに上下方向のスライド可能に支持されたスライダとを有し、このスライダに上記スクライブヘッドのボデイが取り付けられており、このスクライブヘッドの自重が上記カッタのワークに対する押圧力となり、上記ホルダの微小スライド方向が、このガイドと平行をなすことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載のスクライブ装置において、上記移動手段が、上記ワーク設置用テーブルを回転させる回転機構であることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載のスクライブ装置において、さらに位置決め手段を備え、この位置決め手段は、基台と、ワーク面と平行なＸ軸方向に移動可能に基台に支持された第１移動体と、ワーク面と平行でＸ軸と直交するＹ軸方向に移動可能に第１移動体に支持された第２移動体と、これら第１，第２移動体をそれぞれ移動させる第１，第２の駆動機構とを有し、この第２移動体に上記スクライブヘッドが取り付けられていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３に示すように、スクライブ装置は、ベースフレーム１に設けられた回転機構１０（移動手段）と、この回転機構１０に設けられたテーブル２０と、ベースフレーム１において回転機構１０の横に設けられたＸーＹステージ３０（位置決め手段）と、このＸーＹステージ３０に設けられたスクライブヘッド４０と、を備えている。
【００１０】
上記テーブル２０は、ワーク１００を水平に設置するためのものである。詳述すると、図３に示すように、テーブル２０の上面には、直線的に延びて互いに直交する２つの位置決め用段差２１が形成されている。ワーク１００は、例えば四角形状をなし、その２辺を上記位置決め用段差２１に当てて位置決めした状態で、テーブル２０の上面に設置される。テーブル２０の上面には、複数の吸引孔２２が形成されており、後述するスクライブを実行する際には、これら吸引孔２２に接続されるバキューム機構（図示しない）の駆動によって、ワーク１００を吸引し、このワーク１００を上記位置決め状態で保持するようになっている。
上記テーブル２０は、回転機構１０により水平回転されるようになっている。
【００１１】
上記Ｘ−Ｙステージ３０は、図１，図３に示すように、基台３１と第１移動体３２と第２移動体３３とを備えている。基台３１の上面には水平なＸ軸方向に延びる２本のレール３４が設けられており、このレール３４に沿って第１移動体３２がスライド可能に支持されている。第１移動体３２の上面にも、Ｙ軸方向に延びる２本のレール３５が設けられており、このレール３５に沿って第２移動体３３がスライド可能に支持されている。なおＹ軸は水平をなし、Ｘ軸と直交している。
【００１２】
図３に示すように、上記第１移動体３２は、第１駆動機構３６により、Ｘ軸方向に移動するようになっている。この第１駆動機構３６は、Ｘ軸方向に延びるねじロッド３６ａと、このねじロッド３６ａの一端に連結されたステッピングモータ３６ｂと、ねじロッド３６ａの他端を回転可能に支持する軸受３６ｃと、第１移動体３２の下面に固定されてねじロッド３６ａに螺合する螺合部材３６ｄとを備えている。上記ステッピングモータ３６ｂが駆動すると、ねじロッド３６ａが回転し、このねじロッド３６ａと螺合部材３６ｄの螺合作用を介して、第１移動体３２がＸ軸方向に移動する。
上記第２移動体３３は、第２駆動機構３７により、Ｙ軸方向に移動するようになっている。この第２駆動機構３７は、第１駆動機構３６と同様に、ねじロッド３７ａと、ステッピングモータ３７ｂと、軸受３７ｃと、螺合部材３７ｄとを備えている。
【００１３】
上記第２移動体３３には、ブラケット３９が取り付けられている。このブラケット３９には、スライド機構５０を介して、上記スクライブヘッド４０が取り付けられている。
【００１４】
上記スライド機構５０は、上記ブラケット３９に固定された取付板５１と、この取付板５１に固定されて上下方向に延びるガイド５２と、このガイド５２にスライド可能に支持されたスライダ５３とを備えている。図３に良く示されているように、ガイド５２にはガイド溝５２ａが形成されており、このガイド溝５２ａにスライダ５３の縦長の凸部５３ａがスライド可能に入り込んでいる。このスライダ５３は、ガイド５２に設けられたストッパ（図示しない）により下限位置を決定されている。
【００１５】
図１に示すように、上記スライダ５３には、上下一対の水平をなす板バネ５５ａ，５５ｂを介して、上記スクライブヘッド４０のボデイ４１が取り付けられている。詳述すると、スライダ５３には、上下にＬ字形のブラケット５６ａ，５６ｂが１つずつ固定されており、これらブラケット５６ａ，５６ｂに、上記板バネ５５ａ，５５ｂの中央部がそれぞれ固定されている。他方、上記ボデイ４１には、上下に一対ずつＬ字形のブラケット５７ａ，５７ｂが固定されている。上側の一対のブラケット５７ａは、ブラケット５６ａを挟みこのブラケット５６ａから離れて配置されており、上記板バネ５５ａの両端部に固定されている。同様に、下側の一対のブラケット５７ｂも、ブラケット５６ｂを挟みこのブラケット５６ｂから離れて配置されており、上記板バネ５５ｂの両端部に固定されている。
【００１６】
次に、上記スクライブヘッド４０の構成について詳述する。上記スクライブヘッド４０は、上記ボデイ４１と、このボデイ４１に微小量の上下方向スライドを可能にして支持されたホルダ４２と、このホルダ４２の下端に固定されたカッタ４３（当接部材）と、ホルダ４２に上下方向の振動を付与するピエゾアクチュエータ４４（振動アクチュエータ）と、を備えている。
上記ボデイ４１は、中空をなす上部と、平板部をなす下部とを有しており、両者の境の段差４１ａが、上記ピエゾアクチュエータ４４の上端を係止するための受部として提供される。ボデイ４１の下部には、ガイド４５が固定されている。
【００１７】
上記ホルダ４２は、垂直方向に延びるように細長く構成されており、幅の狭い平板形状をなして垂直に延びる主ロッド４２ａと、この主ロッド４２ａの上端に連結されて上方に延びる補助ロッド４２ｂ（ホルダ４２の基端部）と、主ロッド４２ａの下端に固定されたアタッチメント４２ｃ（ホルダ４２の先端部）とを備えている。主ロッド４２ａは、ボデイ４１のガイド４５によって案内されて上下方向に微少量のスライドが可能になっている。
【００１８】
上記主ロッド４２ａの長手方向の中間部には受け部材４２ｄ（受部）が固定されており、この受け部材４２ｄに上記ピエゾアクチュエータ４４の下端が係止されている。その結果、ピエゾアクチュエータ４４は、上下方向に対峙した上記段差４１ａと受部材４２ｄとの間に挟まれるようにして配置されている。ピエゾアクチュエータ４４は、高周波交流電圧を受けて上下方向へ周期的に伸縮するものであり、その周期的伸縮によってホルダ４２を上下方向に振動させるようになっている。
【００１９】
上記補助ロッド４２ｂは、ボデイ４１の上壁を貫通して上方に突出している。ボデイ４１の上壁には、ゴムや樹脂等の弾性材料からなるボール４６（球形状の弾性部材）と、その上下の球面受座４７，４８が配置されており、これらを上記補助ロッド２２が貫通している。
上記補助ロッド４２ｂの上端部は雄ネジをなしており、この雄ネジに螺合された上側の球面受座４８を締め付けることにより、上記ボール４６が球面受座４７，４８で挟み付けられて弾性変形されている。このボール４６の復元力が、ホルダ４２をボデイ４１に対して上方へ付勢する力となり、ひいてはホルダ４２の受部材４２ｄを常時ピエゾアクチュエータ４４に押し付ける力となる。
【００２０】
上記ホルダ４２のアタッチメント４２ｃには、上記カッタ４３が固定されている。このカッタ４３は、上下方向に延び、その下端（先端）が円錐または角錐形状をなして尖っている。カッタ４３の下端には、角錐形状をなすダイヤモンド粒が固着されている。
【００２１】
さらに、アタッチメント４２ｃには、ガイド板４９が取り付けられている。このガイド板４９は、バネ材からなり、その平坦な両端部がアタッチメント４２ｃの両側面に取り付けられ、中央部が下に凸に湾曲している。
図４に最も良く示されているように、ガイド板４９の中央には穴４９ａが形成されている。上記カッタ４３は、この穴４９ａを通って、ガイド板４９より所定量（数ミクロン）だけ下方に突出している。なお、図においてこの突出量は誇張して示されている。
【００２２】
図２，図３に示すように、上記取付板５１には、エアシリンダ６０がほぼ垂直に取り付けられている。他方、スクライブヘッド４０のボデイ４１の上部側面にはＬ字形のブラケット６５が固定されており、このブラケット６５には、ほぼ垂直をなす短ロッド６６が螺合されている。この短ロッド６６は、上記エアシリンダ６０のロッド６１の真上に位置している。
【００２３】
スクライブ装置はさらに制御ユニット７０（制御手段、図３にのみ示す）を備えている。この制御ユニット７０は、上記バキューム機構，回転機構２０，上記Ｘ−Ｙステージ３０のステッピングモータ３６ｂ，３７ｂ，ピエゾアクチュエータ４４，エアシリンダ６０等を制御する。
【００２４】
次に、本発明の重要な特徴に係わる構成について説明する。取付板５１のスクライブヘッド４０側の面は傾斜している。その結果、スライド機構５０のガイド５１も傾斜しており、スクライブヘッド４０も傾斜している。より具体的には、カッタ４３の軸線Ｌが、垂直軸に対して傾いている。すなわち、回転機構１０の回転軸線Ｏおよび前述のようにしてテーブル２０に設置された板ガラス１００の上面の法線Ｎに対して傾いている。この傾斜角度Θは、図１，図５では誇張して示すが、０．１°〜５．０°より好ましくは０．２°〜２．０°とする。上記スライダ５３のスライド方向，ホルダ４２の微小スライド方向は、このカッタ４３の軸線Ｌと平行ないしは一致している。
【００２５】
上記構成をなすスクライブ装置の作用を説明する。前述したように、水平のテーブル２０に板ガラス１００（ワーク）を位置決めして水平にセットする。初期状態では、スクライブヘッド４０のカッタ４３は、板ガラス１００の縁から水平方向に離れており、テーブル２０の上面から微小間隔だけ離れている。この状態で、制御ユニット７０のスタートボタンをオンすると、制御ユニット７０は、バキューム機構を駆動させて板ガラス１００を吸着する。
【００２６】
次に、Ｘ−Ｙステージ３０のステッピングモータ３７ｂを駆動させて、第２移動体３３をＹ軸方向に移動させ、これによりスクライブヘッド４０を板ガラス１００に向かってＹ軸方向に移動させる。これと同時にピエゾアクチュエータ４４に高周波電圧を付与する。
上記スクライブヘッド４０がＹ軸方向に移動すると、ガイド板４９の湾曲した部分が、板ガラス１００の１辺の縁に当たり、その傾斜によってスクライブヘッド４０が押し上げられる。これにより、カッタ４３は、板ガラス１００の一辺の縁を越えてその上面に円滑に乗り上げることができる。
【００２７】
さらに、第２移動体３３をＹ軸方向に移動させることにより、カッタ４３は、図７（Ａ）に示すようにワーク１００の４つの辺のすべての縁から離れた点Ｐまで進む。この過程でのスクライブにより、板ガラス１００にＹ軸方向に延びる直線からなる刻線１０１が形成される。
上記カッタ４３が点Ｐに位置した時、カッタ４３の軸線Ｌと回転機構１０の回転軸線Ｏが同一の垂直平面上に配置される。換言すれば、カッタ４３の軸線Ｌが回転軸線Ｏに向かって傾いている。
【００２８】
上記スクライブヘッド４０のカッタ４３が点Ｐまで達した時に、第２移動体３３の移動を停止させる。これによりカッタ４３の点Ｐでの位置決めがなされる。次に、回転機構１０を駆動して、板ガラス１００を１回転させる。これにより、図７（Ｂ）に示すように、カッタ４３はワーク１００に対して真円をなす閉曲線を描き、その過程でのスクライブにより、真円の刻線１０２が形成される。この真円の半径は、回転機構１０の回転軸線Ｏと上記点Ｐまでの距離に等しい。
上記カッタ４３が再び点Ｐに戻った時に、回転機構１０を停止させ、再び第２移動体３２をＹ軸方向に移動させて、カッタ４３を板ガラス１００の他の辺の縁まで移動させる。この過程でのスクライブにより、図７（Ｃ）に示すように、上記刻線１０１と一直線をなして連なる刻線１０３が形成される。
【００２９】
次に、エアシリンダ６０を駆動させて、スクライブヘッド４０を上方に押し上げる。そして、Ｘ−Ｙステージ３０の移動体３２，３３を移動させて、カッタ４３を上記真円の刻線１０２の内側の点Ｑに位置決めする。点Ｑは、上記点Ｐと回転軸線Ｏを結ぶ直線上にある。この点Ｑでの位置決め後に、エアシリンダ５０を逆方向に駆動させて、スクライブヘッド４０を下降させ、カッタ４３を板ガラス１００の上面に乗せる。その後、再び回転機構１０を駆動させる、この過程でのスクライブにより、図７（Ｄ）に示す小さい半径の真円からなる刻線１０４が形成される。
その後、再びエアシリンダ６０を駆動させてスクライブヘッド４０を上方に押し上げ、Ｘ−Ｙステージ３０を制御して、板ガラス１００から離れた初期位置まで戻す。
【００３０】
上記刻線１０１〜１０４の形成のためのスクライブ作用について詳述する。カッタ４３には板ガラス１００の上面に対する押圧力Ｐ１が常に付与されている。すなわち、上記スクライブヘッド４０は、スライド支持機構５０を介してスライド可能に支持されており、このスクライブヘッド４０の自重（主にボデイ４１とホルダ４２の自重）と、スライダ５３の自重がカッタ４３への押圧力となる。
【００３１】
上記のように、スクライブヘッド４０の自重等でカッタ４３を板ガラス１００の面に押し付けた状態で、ピエゾアクチュエータ４４に高周波電圧を印加させて、ピエゾアクチュエータ４４を周期的に伸縮させると、この周期的伸縮に伴うホルダ４２の振動がカッタ４３を介して板ガラス１００に伝達される。換言すれば、図６に示すように、カッタ４３を介して板ガラス１００に付与される押圧力Ｐは、上記ボデイ１０等の自重に起因する押圧力Ｐ１を下限値とし、ピエゾアクチュエータ４４の振動に起因して周期的に変動する。したがって押圧力Ｐは、周期的に非常に大きな力となり、カッタ４３の尖った下端を介して板ガラス１００に衝撃を付与することになり、深いクラックを有する刻線１０１〜１０５を形成することができる。しかし、自重に起因する押圧力Ｐ１は比較的小さいので、従来装置のような水平クラックの発生をほとんど皆無にすることができる。
【００３２】
なお、押圧力Ｐの周期、換言すればピエゾアクチュエータ４４に印加する高周波電圧の周波数は、例えば３〜３０ＫＨｚ程度に設定し、ピエゾアクチュエータ４４の伸縮量、つまり振幅は数μｍ〜２０μｍ程度に設定する。また、カッタ４３の送り速度は、上の周波数を採用する場合、１００〜２５０ｍｍ／ｓｅｃ程度に設定するのがよい。
【００３３】
上記スクライブに際して、カッタ４３はスクライブヘッド４０等の自重に伴う押圧力をもって常に板ガラス１００の面に接した状態であり、この面から瞬間的に離れることがないので、刻線１０１〜１０４の近傍の欠損をなくし、きれいな刻線１０１〜１０４を形成することができる。また、ホルダ４２が剛体でありカッタ４３が弾性体を介在せずに直接ホルダ４２に固定されているので、カッタ４３はホルダ４２と一体となって振動し、ピエゾアクチュエータ４４の振動エネルギーを良好にカッタ４３に伝達することができ、共振の可能性を減じることができ、カッタ４３の跳ね上げの可能性を減じることができる。
しかも、本実施形態では、ボデイ４１とスライダ５３との間に板バネ５５ａ，５５ｂが介在されているので、共振の可能性をより一層減じることができる。
【００３４】
次に、本発明の特徴に係わる重要な作用について説明する。上記真円からなる刻線１０２，１０４の形成に際して、自重に伴う押圧力と振動エネルギーは、図５に示すように、回転機構１０の回転軸線Ｏに向かって傾斜した軸線Ｌに沿って、ワーク１００に伝達される。その結果、図８に示すように、発生するクラックが傾斜し、このクラックが連続して、円錐面の一部（傾斜面）を構成することになる。
【００３５】
図７（Ｄ）に示すように、上記板ガラス１００は、刻線１０１〜１０４により４つの部分１０６〜１０９に区分けされる。すなわち、小径の真円の刻線１０４の内側の円形の部分１０６と、真円の刻線１０２，１０４で挟まれたリング形状の部分１０７と、刻線１０４の外側の２つの部分１０８，１０９とである。
まず、外側の２つの部分１０８，１０９を軽く力を加えて分離する。これら部分１０８，１０９は、一直線をなす刻線１０１，１０３によって区分けされているので、容易に分離される。
【００３６】
次に、上記刻線１０２の内側の２つの部分１０６，１０７を、外側の部分１０８に対して下方に押すことにより、分離する。この際、外側の部分１０８がリング形状をなさず、点Ｐにおいて刻線１０２が解放されていること、および刻線１０２を構成するクラックが円錐面をなすことにより、分離が容易である。
次に、部分１０６を部分１０７に対して下方に押すことにより、両者を分離する。この分離も、刻線１０４を構成するクラックが円錐面をなしているので、容易である。
上記のようにして、図７（Ｄ），図９に示すように、刻線１０２を外周縁とし、刻線１０４を内周縁とする部分１０７を得ることができる。この部分１０７は、例えば記憶媒体用ディスクとして用いられる。このディスク１０７は、２つの平行な平坦面１０７ａ，１０７ｂを有するとともに、中央に円形の穴１０７ｃを有している。
ディスク１０７は、上記製造工程での説明から明らかなように、円錐面の一部をなし、上記平坦面１０７ａ，１０７ｂに対して傾斜する外周面１０７ｘと内周面１０７ｙとを有している。
【００３７】
なお、本実施例では、上記刻線１０１〜１０４を形成するクラックは、板ガラス１００の上面（一方の平坦面）から下面（他方の平坦面）に達しているため、この刻線１０１〜１０４に沿う破断を非常に軽い力で行うことができ、より一層分離が容易となるが、このクラックが比較的浅い場合には、エア圧ないしは機械的な圧力を用いて破断する。
【００３８】
本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態が可能である。例えば、刻線１０２のクラックが傾斜している場合には、図７（Ｄ）に示す刻線１０１，１０３がなくても、この刻線１０２に沿う破断は比較的容易である。
また、上記刻線１０１，１０３が形成される場合には、図１０に示すように、大径の真円をなす刻線１０２のクラックは、板ガラス１００の面に対して垂直であってもよい。
移動手段を、回転機構と、姿勢制御手段で構成し、スクライブヘッドをこの姿勢制御手段を介して回転機構に取り付けるようにしてもよい。スクライブヘッドは、回転機構の回転軸線から離れており、回転機構の駆動により真円の軌跡を描く。この過程で、スクライブヘッドは姿勢制御され、常にカッタの軸線が回転軸線に向かって傾くようにされる。
刻線は真円ではなく、他の形状、例えば楕円，３つ以上の直線からなる多角形等の閉曲線（環状線）であってもよい。この場合、移動手段は、Ｘ−Ｙステージと姿勢制御手段とで構成される。
カッタは、周縁が尖った円盤形状をなして、ホルダに回転自在に保持されるものであってもよい。この場合、周縁の一部がワークに当接し、尖った先端として機能する。
硬質脆性材料のワークとしては、板ガラスに限らず、セラミック製の板，シリコンウエハー等のであってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、カッタに振動アクチュエータの高周波振動を付与し、この振動方向を傾けたことにより、閉曲線をなす刻線の内側と外側の部分の分離を容易にすることができる。高周波振動がホルダを介して効率良くカッタに伝達され、良好なスクライブを実行することができる。
請求項２の発明によれば、簡単な機構で、カッタの押圧力方向を傾かせることができる。
請求項３の発明によれば、ワークに回転を付与することにより、スクライブヘッドの姿勢制御をすることなく、真円をなす刻線を形成することができる。
請求項４の発明によれば、位置決め手段により、閉曲線をワークの任意の箇所に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態をなすスクライブ装置を一部断面にして示す側面図である。
【図２】同スクライブ装置の正面図である。
【図３】同スクライブ装置の平面図である。
【図４】同装置のスクライブヘッドの要部を一部断面にして示す拡大正面図である。
【図５】同スクライブヘッドのカッタの傾きを誇張して示す拡大側面図である。
【図６】カッタの板ガラスに対する押圧力を示す図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｅ）は、記憶媒体用ディスクを製造するためにワークに刻線を形成する過程を順を追って説明する平面図である。
【図８】図７（Ｄ）においてＶＩＩＩーＶＩＩＩ線に沿うワークの拡大断面図であり、刻線を構成するクラックの傾きとワークの厚みを誇張して示す。
【図９】図７（Ｅ）においてＩＸーＩＸ線に沿う記憶媒体用ディスクの拡大断面図であり、厚みと外周面，内周面の傾きを誇張して示す。
【図１０】記憶媒体用ディスク製造のためにワークに形成される刻線の他の態様を示す図８相当図である。
【符号の説明】
１０ワーク設置用テーブル
２０回転機構（移動手段）
３０ＸーＹステージ（位置決め手段）
３１基台
３２第１移動体
３３第２移動体
３６第１駆動機構
３７第２駆動機構
４０スクライブヘッド
４１ボデイ
４１ａ段差（受部）
４２ホルダ
４２ｄ受け部材（受部）
４３カッタ（当接部材）
４４ピエゾアクチュエータ（振動アクチュエータ）
５０スライド機構
５２ガイド
５３スライダ
１００板ガラス（ワーク）
１０１〜１０４刻線
１０７記憶媒体用ディスク
１０７ａ，１０７ｂ平坦面
１０７ｃ穴
１０７ｙ内周面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a scribe device that forms a scored line formed of a closed curve on a surface of a work made of a hard brittle material such as a sheet glass .
[0002]
[Prior art]
As a method of breaking a work such as a sheet glass, there is a method of forming a score line in advance on the surface of the work and breaking along the score line.
In the scribing apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-278473 developed by the present inventors, a cutter having a sharp tip is pressed against a work by a leaf spring, and high frequency vibration from a vibration actuator is applied to the cutter via the leaf spring. Causes cracks. At the same time, the cutter is linearly moved relative to the work, so that a scored line consisting of continuous cracks is formed on the work.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, the inventor came up with the idea of forming a scored line consisting of a closed curve on a workpiece, breaking the work along the scored line, and producing a product having the scored line as an inner peripheral edge or an outer peripheral edge. Easy breaking along the line remained a challenge.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1 provides a scribing apparatus, wherein (a) a table on which a work is installed, (b) a scribe head, and (c) the scribe head is arranged along a surface of the work. Moving means for relatively moving to draw a locus of a closed curve, wherein the scribe head has (i) a cutter having a sharp tip, and the tip contacts a work surface; and (ii) a cutter having a sharp tip. (Iii) a body that supports the holder so as to be slidable, and (iv) is sandwiched between a receiving portion of the body and a receiving portion of the holder to apply high-frequency vibration to the holder. A vibrating actuator, and setting the direction of the minute slide of the holder so as to be inclined in a direction intersecting the direction of relative movement of the scribe head with respect to the normal line of the work surface. The features.
[0007]
According to a second aspect of the invention, in the scribing apparatus of claim 1, further comprising a slide support mechanism, the sliding mechanism includes a guide inclined relative to the vertical axis, the vertical direction slidably supported in the guide A body of the scribe head is attached to the slider, and the weight of the scribe head is a pressing force of the cutter against the work, and the direction of the minute slide of the holder is parallel to the guide. It is characterized by the following.
A third aspect of the present invention, in the scribing apparatus of claim 1, said moving means, characterized in that it is a rotating mechanism for rotating the workpiece setting table.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the scribing device according to the third aspect , further comprising a positioning means, the positioning means being supported by the base so as to be movable in the X-axis direction parallel to the work surface. A first moving body, a second moving body supported by the first moving body movably in a Y-axis direction parallel to the work surface and orthogonal to the X-axis, and a second moving body for moving the first and second moving bodies, respectively. And a second driving mechanism, wherein the scribe head is attached to the second moving body.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 to 3, the scribing device includes a rotation mechanism 10 (moving means) provided on the base frame 1, a table 20 provided on the rotation mechanism 10, and a rotation mechanism 10 on the base frame 1. An XY stage 30 (positioning means) provided laterally and a scribe head 40 provided on the XY stage 30 are provided.
[0010]
The table 20 is for placing the work 100 horizontally. More specifically, as shown in FIG. 3, two positioning steps 21 extending linearly and orthogonal to each other are formed on the upper surface of the table 20. The work 100 has a rectangular shape, for example, and is placed on the upper surface of the table 20 in a state where two sides thereof are positioned with the positioning step 21 being positioned. A plurality of suction holes 22 are formed on the upper surface of the table 20, and when performing a scribe described later, the work 100 is sucked by driving a vacuum mechanism (not shown) connected to these suction holes 22. Then, the work 100 is held in the above-described positioning state.
The table 20 is horizontally rotated by the rotation mechanism 10.
[0011]
The XY stage 30 includes a base 31, a first moving body 32, and a second moving body 33, as shown in FIGS. On the upper surface of the base 31, two rails 34 extending in the horizontal X-axis direction are provided, and the first moving body 32 is slidably supported along the rails 34. Two rails 35 extending in the Y-axis direction are also provided on the upper surface of the first moving body 32, and the second moving body 33 is slidably supported along the rails 35. The Y axis is horizontal and orthogonal to the X axis.
[0012]
As shown in FIG. 3, the first moving body 32 is moved in the X-axis direction by a first driving mechanism 36. The first drive mechanism 36 includes a screw rod 36a extending in the X-axis direction, a stepping motor 36b connected to one end of the screw rod 36a, a bearing 36c rotatably supporting the other end of the screw rod 36a, A screw member 36d fixed to the lower surface of the one moving body 32 and screwed to the screw rod 36a. When the stepping motor 36b is driven, the screw rod 36a rotates, and the first moving body 32 moves in the X-axis direction through the screwing action of the screw rod 36a and the screwing member 36d.
The second moving body 33 is moved in the Y-axis direction by a second driving mechanism 37. Like the first drive mechanism 36, the second drive mechanism 37 includes a screw rod 37a, a stepping motor 37b, a bearing 37c, and a screw member 37d.
[0013]
A bracket 39 is attached to the second moving body 33. The scribe head 40 is attached to the bracket 39 via a slide mechanism 50.
[0014]
The slide mechanism 50 includes a mounting plate 51 fixed to the bracket 39, a guide 52 fixed to the mounting plate 51 and extending in the vertical direction, and a slider 53 slidably supported by the guide 52. I have. As shown in FIG. 3, a guide groove 52a is formed in the guide 52, and a vertically long convex portion 53a of the slider 53 is slidably inserted into the guide groove 52a. The lower limit position of the slider 53 is determined by a stopper (not shown) provided on the guide 52.
[0015]
As shown in FIG. 1, the body 41 of the scribe head 40 is attached to the slider 53 via a pair of upper and lower horizontal leaf springs 55a and 55b. More specifically, the slider 53 has upper and lower L-shaped brackets 56a, 56b fixed thereto one by one, and the central portions of the leaf springs 55a, 55b are fixed to the brackets 56a, 56b, respectively. On the other hand, L-shaped brackets 57a and 57b are fixed to the body 41, one pair at a time, one above the other. The upper pair of brackets 57a are disposed apart from the bracket 56a with the bracket 56a interposed therebetween, and are fixed to both ends of the leaf spring 55a. Similarly, the lower pair of brackets 57b are also disposed apart from the bracket 56b with the bracket 56b interposed therebetween, and are fixed to both ends of the leaf spring 55b.
[0016]
Next, the configuration of the scribe head 40 will be described in detail. The scribe head 40 includes the body 41, a holder 42 supported by the body 41 so as to be able to slide a small amount in the vertical direction, and a cutter 43 (contact member) fixed to a lower end of the holder 42. A piezo actuator 44 (vibration actuator) for imparting vertical vibration to the holder 42.
The body 41 has a hollow upper portion and a lower portion forming a flat plate portion, and a step 41 a between the two is provided as a receiving portion for locking the upper end of the piezo actuator 44. A guide 45 is fixed below the body 41.
[0017]
The holder 42 is elongated so as to extend in the vertical direction. The holder 42 has a main rod 42a extending in the shape of a narrow flat plate and extending vertically, and an auxiliary rod 42b connected to the upper end of the main rod 42a and extending upward. A base end of the holder 42) and an attachment 42c (a distal end of the holder 42) fixed to a lower end of the main rod 42a are provided. The main rod 42a is guided by a guide 45 of the body 41, and can slide a small amount in the vertical direction.
[0018]
A receiving member 42d (receiving portion) is fixed to an intermediate portion in the longitudinal direction of the main rod 42a, and a lower end of the piezo actuator 44 is locked to the receiving member 42d. As a result, the piezo actuator 44 is disposed so as to be sandwiched between the step 41a facing in the vertical direction and the receiving member 42d. The piezo actuator 44 periodically expands and contracts in response to a high-frequency AC voltage, and vibrates the holder 42 in the vertical direction by the periodic expansion and contraction.
[0019]
The auxiliary rod 42b penetrates the upper wall of the body 41 and protrudes upward. On the upper wall of the body 41, a ball 46 (spherical elastic member) made of an elastic material such as rubber or resin, and upper and lower spherical seats 47 and 48 are arranged. Penetrates.
The upper end of the auxiliary rod 42b is formed with a male screw. By tightening the upper spherical seat 48 screwed to the male screw, the ball 46 is sandwiched between the spherical seats 47, 48 and elastically. It has been transformed. The restoring force of the ball 46 is a force for urging the holder 42 upward with respect to the body 41, and is a force for constantly pressing the receiving member 42d of the holder 42 against the piezo actuator 44.
[0020]
The cutter 43 is fixed to the attachment 42c of the holder 42. The cutter 43 extends in the up-down direction, and its lower end (tip) is pointed in a conical or pyramid shape. At the lower end of the cutter 43, diamond particles having a pyramid shape are fixed.
[0021]
Further, a guide plate 49 is attached to the attachment 42c. The guide plate 49 is made of a spring material, and both flat end portions are attached to both side surfaces of the attachment 42c, and a center portion is curved so as to protrude downward.
As best shown in FIG. 4, a hole 49a is formed in the center of the guide plate 49. The cutter 43 projects downward by a predetermined amount (several microns) from the guide plate 49 through the hole 49a. In the drawings, the amount of protrusion is exaggerated.
[0022]
As shown in FIGS. 2 and 3, the air cylinder 60 is mounted on the mounting plate 51 almost vertically. On the other hand, an L-shaped bracket 65 is fixed to the upper side surface of the body 41 of the scribe head 40, and a substantially vertical short rod 66 is screwed to the bracket 65. The short rod 66 is located right above the rod 61 of the air cylinder 60.
[0023]
The scribing device further comprises a control unit 70 (control means, shown only in FIG. 3). The control unit 70 controls the vacuum mechanism, the rotation mechanism 20, the stepping motors 36b and 37b of the XY stage 30, the piezo actuator 44, the air cylinder 60, and the like.
[0024]
Next, a configuration related to an important feature of the present invention will be described. The surface of the mounting plate 51 on the scribe head 40 side is inclined. As a result, the guide 51 of the slide mechanism 50 is also inclined, and the scribe head 40 is also inclined. More specifically, the axis L of the cutter 43 is inclined with respect to the vertical axis. That is, it is inclined with respect to the rotation axis O of the rotation mechanism 10 and the normal N of the upper surface of the plate glass 100 installed on the table 20 as described above. The tilt angle Θ is exaggerated in FIGS. 1 and 5, but is preferably 0.1 ° to 5.0 °, more preferably 0.2 ° to 2.0 °. The sliding direction of the slider 53 and the minute sliding direction of the holder 42 are parallel to or coincide with the axis L of the cutter 43.
[0025]
The operation of the scribe device having the above configuration will be described. As described above, the plate glass 100 (work) is positioned on the horizontal table 20 and set horizontally. In the initial state, the cutter 43 of the scribe head 40 is horizontally separated from the edge of the glass sheet 100 and is separated from the upper surface of the table 20 by a small distance. When the start button of the control unit 70 is turned on in this state, the control unit 70 drives the vacuum mechanism to suck the plate glass 100.
[0026]
Next, the stepping motor 37b of the XY stage 30 is driven to move the second moving body 33 in the Y-axis direction, thereby moving the scribe head 40 toward the plate glass 100 in the Y-axis direction. At the same time, a high-frequency voltage is applied to the piezo actuator 44.
When the scribe head 40 moves in the Y-axis direction, the curved portion of the guide plate 49 hits one edge of the glass sheet 100, and the scribe head 40 is pushed up by its inclination. Thereby, the cutter 43 can ride on the upper surface of the plate glass 100 smoothly beyond the edge of one side thereof.
[0027]
Further, by moving the second moving body 33 in the Y-axis direction, the cutter 43 advances to a point P separated from all four edges of the work 100 as shown in FIG. By scribing in this process, a score line 101 composed of a straight line extending in the Y-axis direction is formed on the sheet glass 100.
When the cutter 43 is located at the point P, the axis L of the cutter 43 and the rotation axis O of the rotating mechanism 10 are arranged on the same vertical plane. In other words, the axis L of the cutter 43 is inclined toward the rotation axis O.
[0028]
When the cutter 43 of the scribe head 40 reaches the point P, the movement of the second moving body 33 is stopped. Thereby, the positioning of the cutter 43 at the point P is performed. Next, the rotation mechanism 10 is driven to make the glass sheet 100 make one rotation. As a result, as shown in FIG. 7B, the cutter 43 draws a closed curve that forms a perfect circle with respect to the workpiece 100, and a scribe line in the process forms a true circle ruled line 102. The radius of this perfect circle is equal to the distance between the rotation axis O of the rotation mechanism 10 and the point P.
When the cutter 43 returns to the point P again, the rotation mechanism 10 is stopped, the second moving body 32 is moved again in the Y-axis direction, and the cutter 43 is moved to the edge of the other side of the glass sheet 100. By the scribing in this process, as shown in FIG. 7 (C), a score line 103 which is continuous with the score line 101 is formed.
[0029]
Next, the air cylinder 60 is driven to push the scribe head 40 upward. Then, the moving bodies 32 and 33 of the XY stage 30 are moved, and the cutter 43 is positioned at the point Q inside the above-described engraved line 102 of the perfect circle. The point Q is on a straight line connecting the point P and the rotation axis O. After positioning at this point Q, the air cylinder 50 is driven in the reverse direction to lower the scribe head 40, and the cutter 43 is placed on the upper surface of the glass sheet 100. After that, the rotating mechanism 10 is driven again, and the scribing in this process forms a ruled line 104 composed of a perfect circle having a small radius as shown in FIG. 7D.
Thereafter, the air cylinder 60 is driven again to push the scribe head 40 upward, and the XY stage 30 is controlled to return to the initial position away from the plate glass 100.
[0030]
The scribing operation for forming the score lines 101 to 104 will be described in detail. The pressing force P1 against the upper surface of the sheet glass 100 is always applied to the cutter 43. That is, the scribe head 40 is slidably supported via the slide support mechanism 50, and the weight of the scribe head 40 (mainly the weight of the body 41 and the holder 42) and the weight of the slider 53 are transmitted to the cutter 43. Pressing force.
[0031]
As described above, when the cutter 43 is pressed against the surface of the glass sheet 100 by the weight of the scribe head 40 or the like, a high-frequency voltage is applied to the piezo actuator 44 to periodically expand and contract the piezo actuator 44. The vibration of the holder 42 accompanying the expansion and contraction is transmitted to the glass sheet 100 via the cutter 43. In other words, as shown in FIG. 6, the pressing force P applied to the sheet glass 100 via the cutter 43 has the lower limit value of the pressing force P1 caused by the weight of the body 10 and the like, and And periodically fluctuates. Therefore, the pressing force P periodically becomes a very large force, and gives an impact to the glass sheet 100 via the sharp lower end of the cutter 43, so that the scored lines 101 to 105 having deep cracks can be formed. . However, since the pressing force P1 due to its own weight is relatively small, the occurrence of horizontal cracks unlike the conventional device can be almost completely eliminated.
[0032]
The cycle of the pressing force P, in other words, the frequency of the high-frequency voltage applied to the piezo actuator 44 is set to, for example, about 3 to 30 KHz, and the amount of expansion and contraction of the piezo actuator 44, that is, the amplitude, is set to about several μm to 20 μm. . When the upper frequency is adopted, the feed speed of the cutter 43 is preferably set to about 100 to 250 mm / sec.
[0033]
During the scribing, the cutter 43 is always in contact with the surface of the sheet glass 100 with the pressing force due to its own weight of the scribe head 40 and the like, and does not instantaneously leave this surface. Defects can be eliminated, and clean score lines 101 to 104 can be formed. Further, since the holder 42 is a rigid body and the cutter 43 is directly fixed to the holder 42 without any intervening elastic body, the cutter 43 vibrates integrally with the holder 42 and satisfactorily reduces the vibration energy of the piezo actuator 44. It can be transmitted to the cutter 43, and the possibility of resonance can be reduced, and the possibility of the cutter 43 jumping up can be reduced.
Moreover, in the present embodiment, the leaf springs 55a and 55b are interposed between the body 41 and the slider 53, so that the possibility of resonance can be further reduced.
[0034]
Next, important operations relating to the features of the present invention will be described. When forming the engraved lines 102 and 104 formed of the perfect circles, the pressing force and the vibration energy due to the own weight are changed along the axis L inclined toward the rotation axis O of the rotation mechanism 10 as shown in FIG. 100. As a result, as shown in FIG. 8, the generated cracks are inclined, and the cracks are continuous and form a part (inclined surface) of the conical surface.
[0035]
As shown in FIG. 7D, the plate glass 100 is divided into four portions 106 to 109 by marking lines 101 to 104. That is, a circular portion 106 inside the small diameter perfect circle engraved line 104, a ring-shaped portion 107 sandwiched between the perfect circular engraved lines 102, 104, and two portions 108, 109 outside the engraved line 104. And
First, the outer two parts 108 and 109 are separated by applying light force. These parts 108, 109 are easily separated because they are separated by straight lines 101, 103.
[0036]
Next, the two inner portions 106 and 107 of the scored line 102 are separated by pressing the outer portions 108 downward. At this time, the outer portion 108 does not form a ring shape, the score line 102 is released at the point P, and the cracks constituting the score line 102 form a conical surface, so that separation is easy.
Next, the part 106 is pressed downward against the part 107 to separate them. This separation is also easy because the cracks forming the score line 104 have a conical surface.
As described above, as shown in FIGS. 7D and 9, a portion 107 having the scored line 102 as the outer peripheral edge and the scored line 104 as the inner peripheral edge can be obtained. This part 107 is used, for example, as a storage medium disk. This disk 107 has two parallel flat surfaces 107a and 107b and a circular hole 107c in the center.
As is clear from the description of the manufacturing process, the disk 107 has a part of a conical surface, and has an outer peripheral surface 107x and an inner peripheral surface 107y inclined with respect to the flat surfaces 107a and 107b.
[0037]
In the present embodiment, the cracks forming the score lines 101 to 104 extend from the upper surface (one flat surface) to the lower surface (the other flat surface) of the glass sheet 100. Along the breaking along a very light force, the separation becomes easier, but if the crack is relatively shallow, it will break using air pressure or mechanical pressure.
[0038]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modes are possible. For example, when the cracks in the score line 102 are inclined, the break along the score line 102 is relatively easy even without the score lines 101 and 103 shown in FIG.
In the case where the score lines 101 and 103 are formed, as shown in FIG. 10, the cracks of the score line 102 forming a perfect circle with a large diameter may be perpendicular to the surface of the glass sheet 100. .
The moving means may be constituted by a rotation mechanism and an attitude control means, and the scribe head may be attached to the rotation mechanism via the attitude control means. The scribe head is separated from the rotation axis of the rotation mechanism, and draws a true circular locus by driving the rotation mechanism. In this process, the attitude of the scribe head is controlled, and the axis of the cutter is always inclined toward the rotation axis.
The engraved line is not a perfect circle, but may be another shape, for example, a closed curve (annular line) such as an ellipse or a polygon composed of three or more straight lines. In this case, the moving means includes an XY stage and a posture control means.
The cutter may have a disk shape with a sharp peripheral edge and may be rotatably held by the holder. In this case, a part of the peripheral edge abuts on the workpiece and functions as a sharp tip.
The work of the hard and brittle material is not limited to the plate glass, but may be a ceramic plate, a silicon wafer, or the like.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the high frequency vibration of the vibration actuator is applied to the cutter and the direction of the vibration is inclined, so that the inside and the outside of the engraved line forming the closed curve can be easily separated. Can be The high-frequency vibration is efficiently transmitted to the cutter via the holder, and a good scribe can be performed.
According to the invention of claim 2 , the pressing force direction of the cutter can be inclined with a simple mechanism.
According to the third aspect of the present invention, by imparting rotation to the workpiece, it is possible to form a true circle marking line without controlling the attitude of the scribe head.
According to the fourth aspect of the invention, the closed curve can be formed at an arbitrary position on the workpiece by the positioning means.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing, in partial cross section, a scribe device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a front view of the scribe device.
FIG. 3 is a plan view of the scribe device.
FIG. 4 is an enlarged front view showing a main part of a scribe head of the apparatus in a partial cross section.
FIG. 5 is an enlarged side view showing an exaggerated inclination of a cutter of the scribe head.
FIG. 6 is a diagram showing a pressing force of a cutter against a sheet glass.
FIGS. 7A to 7E are plan views for sequentially explaining a process of forming a score line on a work for manufacturing a storage medium disk.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view of the work taken along the line VIII-VIII in FIG. 7 (D), and exaggeratedly shows the inclination of cracks forming the score line and the thickness of the work.
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of the storage medium disk taken along line IX-IX in FIG. 7E, in which the thickness and the inclination of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are exaggerated.
FIG. 10 is a diagram corresponding to FIG. 8, showing another mode of a score line formed on a work for manufacturing a storage medium disk.
[Explanation of symbols]
10 Work setting table 20 Rotation mechanism (moving means)
30 XY stage (positioning means)
31 Base 32 First moving body 33 Second moving body 36 First driving mechanism 37 Second driving mechanism 40 Scribe head 41 Body 41a Step (receiving part)
42 holder 42d receiving member (receiving part)
43 cutter (contact member)
44 Piezo actuator (vibration actuator)
50 Slide mechanism 52 Guide 53 Slider 100 Plate glass (work)
101 to 104 Marking line 107 Disk for storage medium 107a, 107b Flat surface 107c Hole 107y Inner peripheral surface

Claims

(B) a table on which to place the work,
(B) scribe head,
(C) moving means for drawing a closed curve trajectory by relatively moving the scribe head along the surface of the work;
And the scribe head is
(I) a cutter having a sharp tip, the tip of which contacts the work surface;
(Ii) a holder for holding the cutter,
(Iii) a body that supports the holder so that it can slide finely;
(Iv) a vibration actuator that is sandwiched between a receiving portion of the body and a receiving portion of the holder and applies high-frequency vibration to the holder;
A scribe device, wherein the direction of the minute slide of the holder is set so as to be inclined in a direction intersecting with the direction of relative movement of the scribe head with respect to the normal line of the work surface.

The slide mechanism further includes a guide inclined with respect to a vertical axis, and a slider supported by the guide so as to be slidable in a vertical direction, and the body of the scribe head is attached to the slider. 2. The scribing apparatus according to claim 1 , wherein the self-weight of the scribing head is a pressing force of the cutter against the work, and a direction in which the holder slides minutely is parallel to the guide.

2. The scribing apparatus according to claim 1 , wherein said moving means is a rotating mechanism for rotating said work setting table.

The apparatus further includes positioning means, the positioning means comprising: a base; a first moving body supported on the base so as to be movable in an X-axis direction parallel to the work surface; and a Y movable parallel to the work surface and orthogonal to the X-axis. A second movable body supported by the first movable body so as to be movable in the axial direction, and first and second driving mechanisms for respectively moving the first and second movable bodies; The scribe device according to claim 3 , wherein the scribe head is mounted on the scribe head.