JP6897950B2

JP6897950B2 - カッターホイール

Info

Publication number: JP6897950B2
Application number: JP2016256569A
Authority: JP
Inventors: 貴裕地主; 智貴中垣; 阿部　浩; 浩阿部
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2016-12-28
Filing date: 2016-12-28
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2036-12-28
Also published as: KR102453526B1; TWI752132B; JP2018108659A; CN108247862A; KR20180077024A; TW201823171A

Description

本発明は、ガラス等の脆性材料基板や、２枚の脆性材料基板を貼り合わせた貼り合わせ基板の表面に分断用のスクライブライン（切り溝）を加工する際に使用されるカッターホイール（スクライビングホイールともいう）に関する。

従来、ガラス基板等の脆性材料基板（以下「基板」ともいう）を分断する加工では、カッターホイールを基板表面に押し付けてスクライブラインを形成し、その後、スクライブラインに沿って裏面側から外力を印加して基板を撓ませることにより、単位基板ごとに分断する方法が一般的に知られており、例えば、特許文献１に開示されている。

脆性材料基板にスクライブラインを加工するカッターホイールは、円周面に互いに交わる２つの斜面によるＶ字形の刃先を有し、中心に取り付け用の軸受孔を備えたカッターホイールが用いられる。

上記のカッターホイールとして、刃先稜線が滑らかに仕上げられたカッターホイール（以下これを「ノーマルカッターホイール」という）と、刃先稜線に所定のピッチで溝部（切り欠き）を設けたカッターホイール（以下これを「溝付きカッターホイール」という）とがある。
これらのカッターホイールによって形成されるスクライブラインについて、図３を参照しつつ説明する。図３は、基板に形成されるスクライブラインのリブマーク及び垂直クラックを示すものであって、図３（ａ）はスクライブライン方向に沿った断面図であり、図３（ｂ）はスクライブラインを直交する方向に沿った断面図である。
スクライブラインＳは、基板表面のカッターホイールの食い込み痕跡である塑性変形領域と、塑性変形領域直下に生じ、基板Ｗの厚み方向に浸透する垂直クラック８とにより形成される。垂直クラック８の上部には所定の深さにわたってリブマーク７と呼ばれる特徴的な痕跡が生じる。図３のＬ１は基板Ｗ表面からのリブマーク量（深さ）を表し、Ｌ２は基板Ｗ表面からの垂直クラック量（浸透深さ）を表すものである。

ノーマルカッターホイールでは、スクライブライン形成時にきれいな溝面を形成することができるものの、その反面、基板表面に対する食い込み力が小さく刃先が滑りやすいといった欠点がある。したがって、基板の端面より内側からスクライブを開始した場合、スクライブ開始直後から垂直クラックが発生しにくく、また深い垂直クラックを形成するためにスクライブ荷重を大きくすると、基板表面に水平方向に走る不規則な亀裂が生じたり、溝部に傷痕が生じたりして不良品の発生頻度が高くなる。

これに対し、刃先稜線に溝部（切り欠き）を設けた溝付きカッターホイールでは、溝部と刃先稜線部（凸部）とが交互に形成されている。これにより、ノーマルカッターホイールに比べて高いスクライブ荷重を基板に加えることができ、十分な深さの垂直クラックによるスクライブラインを形成することができるとともに、不規則な方向への割れや水平クラックの発生を抑制することが可能となる。

特許第３７８７４８９号公報

近年、ガラス基板を分断加工して得る液晶パネル等の単位製品の小型化や精密化により、切断面の端面強度に優れた高精度の分断が要求されるようになった。そのためには、より小さなスクライブ荷重で高浸透のきれいなスクライブラインを加工することのできる溝付きカッターホイールが必要となる。
特に図６、７に示すように、シール部１０を介して２枚のガラス基板Ｗ、Ｗを貼り合わせて、このシール部１０により格子状に区分けされた複数の液晶注入領域１１を有する貼り合わせ基板において、シール部１０の直上でカッターホイール１２を用いてガラス基板ＷにスクライブラインＳを加工する場合、シール部１０の弾性等によりカッターホイール１２の食い込みが悪くなり、通常のスクライブ荷重ではリブマークや垂直クラックが十分に形成できないといった問題点があった。また、スクライブ荷重を大きくすると、ガラス基板Ｗの撓みが大きくなって基板表面に水平方向に走る不規則な亀裂が生じたり、溝部に傷痕等の破壊が生じたりして不良品の発生頻度が高くなる。

そこで本発明は、ガラス等の脆性材料基板に対して従来よりも小さなスクライブ荷重であっても高浸透のきれいなスクライブラインを形成でき、これにより端面強度に優れた単位製品に分断することのできるカッターホイールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明では次のような技術的手段を講じた。すなわち本発明は、円周面に互いに交わる２つの斜面によるＶ字形の刃先稜線を有し、この刃先稜線の全域に所定のピッチで溝部が加工され、前記溝部と残った刃先稜線部とが交互に形成されている円板状のカッターホイールであって、前記ピッチが１００〜２００μｍであり、前記溝部の長さが３〜１０μｍであり、前記溝部の深さが１〜３μｍの範囲で構成した。
ここで、前記カッターホイールの直径を１〜５ｍｍとし、前記２つの斜面が交わる刃先角度が９０〜１２０°とするのがよい。

本発明のカッターホイールでは、上記の条件で構成することにより低いスクライブ荷重であっても確実に基板に食い込んでリブマークを形成すると共に、分断に必要な高浸透の垂直クラックを形成することができる。これにより、ブレイク時に傷痕のないきれいな分断面でブレイクすることが可能となり、端面強度に優れた単位製品を得ることができる。
特に、シール部を介して２枚のガラス基板を貼り合わせた貼り合わせ基板において、シール部直上でガラス基板にスクライブラインを加工する場合に、シール部の存在に影響されることなく、小さなスクライブ荷重で深いリブマークと高浸透の垂直クラックを有するスクライブラインを加工することが可能となり、端面強度に優れた分断面でブレイクすることができるといった効果がある。

本発明に係る溝付きカッターホイールの斜視図。本発明に係る溝付きカッターホイールの側面図と正面図。脆性材料基板に形成されるスクライブラインを示す断面図。分割数の異なる溝付きカッターホイールを用いたスクライブ試験データを示す図。図４の数値データを線グラフに表した図。加工対象となる貼り合わせ基板を示す平面図。図６の断面図。スクライブ装置を概略的に示す正面図。

以下において、本発明の溝付きカッターホイールについて、図に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明に係る溝付きカッターホイールＡを示す斜視図であり、図２はその側面図並びに正面図である。この溝付きカッターホイールＡは、工具特性に優れた金属材料、例えば超硬合金や焼結ダイヤモンド、単結晶ダイヤモンド等から作製され、円板状のボディ１の中心に取り付け用の軸受孔２を有し、円周面に互いに交わる左右の斜面３ａ、３ａからなる刃先稜線４が形成されている。溝付きカッターホイールＡの直径Ｄは１〜５ｍｍのものから選択されるが、本実施形態では直径Ｄが２ｍｍ、左右の斜面３ａ、３ａが交わる刃先角度αが１０５°で形成されており、また、厚みは６５０μｍ、軸受孔２の内径は０．８ｍｍで形成されている。

さらに、本発明の溝付きカッターホイールＡは、刃先稜線４の全域に所定のピッチＰで溝部５…が加工され、この溝部５と、残った刃先稜線部６とが交互に形成されることにより構成されている。

本実施例において、溝部５のピッチＰを０．１２６ｍｍとし、溝部５の深さ５ｂは１．５μｍ、溝部５の円周方向の長さ５ａは溝部５の深さ５ｂの約３倍の４．４μｍで形成した。この場合、刃先稜線部６の円周方向の長さ６ａは、ピッチＰから溝部５の長さ５ａを差し引いた寸法のとなる。なお、図面では、わかりやすくするために溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂや刃先稜線部６の長さ６ａは、実寸上の比率とは異なって表示されている。

溝部５のピッチＰの寸法１２６μｍは、直径２ｍｍのカッターホイールではその全周を５０分割することにより得ることができる。式に表せば次の通りとなる。
Ｐ＝πＤ／ｎ
ただし、Ｄはカッターホイールの直径（ｍｍ）、ｎはカッターホイール全周の分割数である。
また、所望のピッチＰの寸法０．１２６ｍｍを得るための分割数ｎは、
ｎ＝πＤ／Ｐ
となり、例えば直径３ｍｍのカッターホイールでは、所望のピッチＰの寸法０．１２６ｍｍを得るための分割数は、上記の計算式から約７５分割となる。
同様にして、直径４ｍｍのカッターホイールでは、所望のピッチＰの寸法０．１２６ｍｍを得るための分割数は、約１００分割となる。

上記のごとく構成した溝付きカッターホイールＡを、図８に示すスクライブ装置Ｂのスクライブヘッド１３に取り付け、テーブル１４上に載置した基板Ｗの表面に押し付けながら相対的に直線移動させることにより、基板Ｗ表面に分断用のスクライブラインＳを加工する。
このとき、本発明に係る溝付きカッターホイールＡでは、上記の構成を条件とすることにより、図４に示す通り、基板に垂直クラックが形成されにくいスクライブ低荷重のような条件であっても基板Ｗに確実に食い込むことができ、分断に必要な高浸透の垂直クラックを形成することができた。

図４は上記の５０分割した溝付きカッターホイールＡと、この溝付きカッターホイールＡと同じ２ｍｍの直径で、同じく１０５°の刃先角度を有する溝付きカッターホイールをそれぞれ５分割、２００分割、６００分割したものを用意し、０．０２、０．０３及び０．０４ＭＰａのスクライブ荷重でガラス基板Ｗをそれぞれ複数回ずつスクライブ試験したときのリブマーク量Ｌ１、及び垂直クラック量Ｌ２の平均値を示すものである。なお、５分割、２００分割及び６００分割したときの溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂは、５０分割の溝付きカッターホイールＡと同じとした。また、５分割、２００分割及び６００分割したときのピッチはそれぞれ計算上１２５６μｍ、３１．４μｍ、１０．５μｍであった。また、加工対象となるガラス基板Ｗは、厚み０．２ｍｍの単板を用いた。
さらに、図５は、図４の各数値データを線グラフで表したものであって、図５（ａ）は基板表面からのリブマークの深さを示すものであり、図５（ｂ）は基板表面からリブマークを含めた垂直クラックの深さを示すものである。

これによれば、本発明に係る５０分割の溝付きカッターホイールＡでは、０．０２ＭＰａの低いスクライブ荷重の領域で、他のものに比べて最も深い３０μｍ以上のリブマーク量Ｌ１が検出された。しかも、０．０２ＭＰａの低いスクライブ荷重でありながら、垂直クラック量Ｌ２では他のものより大きく、１４１．４６μｍの数値が検出された。この試験データから、０．０２ＭＰａの低いスクライブ荷重であってもガラス基板Ｗに確実にリブマークを形成すると共に、分断に必要な高浸透の垂直クラックが形成されたことがわかる。これにより、ブレイク時に基板を大きく撓ませることなくきれいな分断面でブレイクすることができ、端面強度に優れた単位製品を得ることが可能となる。
このことは、特にシール部を介して２枚のガラス基板を貼り合わせた貼り合わせ基板において、シール部直上でガラス基板にスクライブラインを加工する場合に、シール部の存在に影響されることなく小さなスクライブ荷重で深い垂直クラックを加工することができるので極めて有効となる。

また、稜線の長さに対する溝部の割合が比較的小さいため、深い垂直クラックを効果的に形成しながら端面強度の低下を抑制することができる。

なお、試験データの提示は省略するが、上記の直径２ｍｍの溝付きカッターホイールＡと同じ溝の長さと深さを有し、かつ、同じ溝ピッチで７５分割された直径３ｍｍの溝付きカッターホイールや、１００分割された直径４ｍｍの溝付きカッターホイールの場合でも、上記した直径２ｍｍの溝付きカッターホイールＡと同じような深いリブマークと高浸透の垂直クラックを有するきれいなスクライブラインを形成することができた。

上記した溝付きカッターホイールＡの溝部５のピッチＰや、溝部５の長さ５ａ及び深さ５ｂの数値は、最も好ましい一例として示したものであって、本発明は上記の数値に限定されるものではなく以下の範囲内で実施することができる。すなわち、ピッチＰは１００〜２００μｍ、溝部５の長さ５ａは３〜１０μｍ、深さ５ｂは１〜３μｍの範囲内で実施可能である。また、刃先角度αも１０５°に特定されるものではなく、９０〜１２０°の範囲のものが許容できる。さらに、溝部５の側面形状も、図示した台形状に代えてＶ字形状や円弧形状としてもよい。

以上、本発明の代表的な実施例について説明したが、本発明は必ずしも上記の実施形態に特定されるものではなく、本発明の目的を達成し、請求の範囲を逸脱しない範囲内で適宜修正、変更することが可能である。

本発明は、ガラス等の脆性材料基板や、２枚の脆性材料基板を貼り合わせた貼り合わせ基板の表面に分断用のスクライブラインを加工する際に使用されるカッターホイールに好適に利用される。

Ａ溝付きカッターホイール
Ｂスクライブ装置
Ｓスクライブライン
Ｗ脆性材料基板
α 刃先角度
１ボディ
２軸受孔
３ａ斜面
４刃先稜線
５溝部
５ａ溝部の長さ
５ｂ溝部の深さ
６刃先稜線部
６ａ刃先稜線部の長さ
７リブマーク
８垂直クラック

Claims

円周面に互いに交わる２つの斜面によるＶ字形の刃先稜線を有し、この刃先稜線の全域に所定のピッチで溝部が加工され、前記溝部と残った刃先稜線部とが交互に形成されている円板状のカッターホイールであって、
前記ピッチが１００〜２００μｍであり、前記溝部の長さが３〜１０μｍであり、前記溝部の深さが１〜３μｍであるカッターホイール。
前記カッターホイールの直径が１〜５ｍｍであり、前記２つの斜面が交わる刃先角度が９０〜１２０°である請求項１に記載のカッターホイール。