JP2017030216A

JP2017030216A - スクライビングホイール

Info

Publication number: JP2017030216A
Application number: JP2015151697A
Authority: JP
Inventors: 弘義林; Hiroyoshi Hayashi
Original assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: TWI603930B; CN106396359B; KR20170015242A; CN106396359A; JP6572660B2; TW201711971A

Abstract

【課題】高硬度の脆性材料基板に対して「かかり」特性が良く、スクライブを開始した位置からすぐに垂直クラックを発生させることができるスクライビングホイールを提供すること。【解決手段】スクライビングホイールの外周に断面がＶ字形の単結晶ダイヤモンド又は多結晶ダイヤモンドから成る傾斜面を形成し、傾斜面の算術平均粗さＲａを０．０１μｍ以下とする。傾斜面１４ａ，１４ｂに稜線１３から所定距離隔てて０．５μｍ以上、１２μｍ未満のピッチPの窪み１５を全周に形成する。これによりダイヤモンドを素材とするスクライビングホイールにおいて、「かかり」特性を向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、高硬度の脆性材料基板をスクライブするために好適なスクライビングホイールに関するものである。

従来、液晶表示パネルや太陽電池等の製造工程では、脆性材料基板の分断工程が設けられている。分断工程では、超硬合金や多結晶焼結ダイヤモンド（ＰＣＤ）等から成るスクライビングホイールに脆性材料基板の材質や厚み等の諸条件に見合った荷重を付加しながら、スクライビングホイールを脆性材料基板の表面上を転動させてスクライブラインを形成し、スクライブラインから脆性材料基板の厚さ方向に伸びる垂直クラックを形成する。そして脆性材料基板のスクライブラインに沿って所定の力を加えることによって脆性材料基板を分断し、夫々のパネルやガラス板を製造している。

ガラス素材メーカにおいて、基板の材料における改良、熱処理加工における各種改良が行われてきた結果、従来の刃先（ノーマル刃先）を備えたスクライビングホイール（以下、ノーマルホイールともいう）を用いてスクライブした場合に、「かかりが悪い」状態、すなわちスクライビングホイールの転動直後に刃先が基板表面で滑り、スクライブラインが形成されないという現象が見られるようになってきた。

特許文献１には、高浸透効果を有するスクライビングホイールが開示されている。このスクライビングホイールは、断面Ｖ字形の円周稜線に沿って円周方向に交互に形成された多数の切り欠きと突起を有している。このスクライビングホイールを用いると、ガラス基板の表面から垂直方向にガラス基板の板厚に対して相対的に深い垂直クラックを形成することができる。

このような高浸透刃先のスクライビングホイールは、ノーマル刃先のスクライビングホイールよりも「かかりの良い」刃先として知られている。

特許第３０７４１４３号公報

しかるにガラス基板より硬質なセラミック等高硬度の脆性材料基板をスクライブする場合には、超硬合金やＰＣＤ製のスクライビングホイールでは、炭化タングステン又はダイヤモンド粒子とコバルト等の結合材で構成されるため、刃先が欠けたり摩耗したりして長い距離クラックを形成することができないことがある。従って硬質な脆性材料基板をスクライブする場合には、超硬合金や焼結ダイヤモンドよりも硬質で、且つ均質な材料の単結晶等のダイヤモンド製スクライビングホイールが好ましい。ダイヤモンド素材のスクライビングホイールでは、刃先は鏡面状となり、傾斜面の表面粗さが小さくなる。そのためさらに基板上で滑りやすく、「かかり」が悪くなり、スクライブ開始直後から垂直クラックを発生させることが難しくなると考えられる。

本発明はこのようなダイヤモンド素材のスクライビングホイールの問題点に鑑みてなされたものであって、脆性材料基板をダイヤモンド素材のスクライビングホイールを用いてスクライブする場合であっても、「かかり」が良く、垂直クラックを発生させ易いスクライビングホイールを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明のスクライビングホイールは、円板の周囲にダイヤモンドにより構成された稜線と一対の傾斜面から成る断面Ｖ字形の刃先を有し、前記一対の傾斜面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下とし、前記刃先の傾斜面の稜線から所定間隔隔てた位置に０．５μｍ以上、１２μｍ未満のピッチの窪みを全周に設けたものである。

ここで前記スクライビングホイールは、前記傾斜面に沿った前記稜線側端部と稜線との距離Ｌが１μｍ以上、５μｍ以下であるようにしてもよい。

ここで前記スクライビングホイールは、単結晶ダイヤモンドから成るようにしてもよい。

ここで前記スクライビングホイールの窪みの深さは、０．３μｍ以下としてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、スクライビングホイールの傾斜面に刃先の稜線から所定距離を隔てた両側の傾斜面の全周に、１２μｍ未満の小さいピッチで窪みが形成されている。このため、スクライブ時にかかり性が良好となり、スクライブ開始直後から深いクラックで硬度の高い基板をスクライブすることができるという効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの側面図及び正面図である。図２は本実施の形態のダイヤモンドホイールの刃先部分を拡大して示す側面図及び正面図である。図３は本実施の形態のスクライビングホイールの刃先の稜線部分の断面図である。図４は本実施の形態のスクライビングホイールを用いてスクライブする状態を示す拡大断面図である。図５は本発明の第２の実施の形態によるスクライビングホイールの刃先部分を拡大して示す側面図及び正面図である。図６は本発明の第３の実施の形態によるスクライビングホイールの刃先部分を拡大して示す側面図及び正面図である。

以下、本発明の実施の形態によるスクライビングホイールについて図面を用いて詳細に説明する。本実施の形態において加工の対象となる脆性材料基板は、硬度の高いＳｉＣ基板としているが、これに限定されるものではなく、液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネルなどのガラス基板、単結晶シリコン基板、セラミック基板、サファイア基板などの脆性材料基板であってもよい。また、本明細書で用いられている「算術平均粗さＲａ」とは、ＪＩＳＢ０６０１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る。

本発明の実施の形態によるスクライビングホイールの形状を説明する。図１（ａ）は本実施の形態によるスクライビングホイールをその中心軸方向から見た正面図であり、図１（ｂ）はそのスクライビングホイールの側面図である。又図２（ａ）は稜線部分を拡大して示す側面図、図２（ｂ）はその正面図である。

本実施の形態のスクライビングホイール１０は、単結晶ダイヤモンドで形成された円板状のホイールであり、図１に示すように、中心軸１１の中心にスクライビングホイール１０を軸支するための図示しないピンが貫通される貫通孔１２を有する。このスクライビングホイール１０の外周面は断面がＶ字形となるように切欠かれ、その中心に稜線１３が形成され、左右には図示のように傾斜面１４ａ，１４ｂを有している。傾斜面１４ａ，１４ｂは、収束角度（α）を有するように形成されている。傾斜面１４ａ，１４ｂは、傾斜面の算術平均粗さＲａが０．０１μｍ以下となるように加工されている。

さてこの実施の形態のスクライビングホイールは、図２に示すように刃先の稜線１３を中心に含む傾斜面１４ａ，１４ｂに、稜線１３からわずかに離れた位置に等間隔で一定のピッチＰにより窪み１５が全周に施されたものである。ここで窪み加工は少なくともスクライブ時に基板と接触する部分に形成されていることが好ましい。図３は刃先部分の断面を示す拡大断面図であり、本図に示すように傾斜面に沿った稜線１３と窪み１５の稜線側の端部との距離Ｌは、例えば１μｍ以上、５μｍ以下とする。この窪み１５はほぼ円形の窪み状であり、稜線１３の両側に所定間隔隔てて形成されている。この窪み１５のピッチＰは０．５μｍ以上で、１２μｍ未満、好ましくは８μｍ未満、さらに好ましくは１μｍ以下とする。又窪み１５の深さｄは０．０５μｍ以上０．７μｍ未満、好ましくは０．３μｍ以下とする。

図４は本実施の形態によるスクライビングホイールを用いてガラス基板をスクライブするときの刃先部分の断面を示す拡大断面図である。本図に示すようにスクライブする際には刃先の先端がガラス基板２０に食い込んでおり、ガラス２０の面が窪み１５にまで入り込むようにスクライブしている。このように微細な窪み加工を稜線１３の両側に形成することによって、高い硬度のＳｉＣ基板等の基板に対しても一定の摩擦係数を確保することができ、かかり性の改善を図ることができる。又窪み１５は稜線１３には掛かっていないため、このスクライビングホイール１０を用いてスクライブし分断したときの基板の端面強度を向上させることができる。

本実施の形態のダイヤモンドで形成されたスクライビングホイールの傾斜面に対する窪み加工は、フェムト秒レーザによる表面加工装置を用いて行うことができる。フェムト秒レーザはフェムト秒単位の、極めて短い時間にパワーを圧縮した光源であり、種々の材料に周期的な構造の溝やパターンを形成することができる。ここでは図２，図３に示すように稜線１３の近傍の傾斜面１４ａ，１４ｂに一定ピッチＰで窪み加工を行う。そしてこのフェムト秒レーザの光源やパルス幅を適宜選択することによって所望のサイズ、ピッチＰ及び深さｄの窪み加工を行うことができる。

尚本実施の形態では、窪み加工は図２，図３では円形としているが、図５に第２の実施の形態のスクライビングホイールを示すように長円形の窪み１６であってもよく、又楕円形の窪みであってもよい。この場合にはスクライブする際に基板に食い込む深さを変化させることができるため、スクライブ荷重の幅を大きくすることができる。

又本発明の第１の実施の形態では図３に示すように稜線１３に対して傾斜面１４ａ，１４ｂに対称に窪み１５を配置しているが、図６に第３の実施の形態を示すように、傾斜面１４ａ，１４ｂに互い違いに窪み１５が形成されたものであってもよい。また、傾斜面１４、１４ｂのいずれか一方にのみ窪み１５が形成されたものであってもよい。

本発明にかかる実施の形態のスクライビングホイールは、かかり性が良好であり、高硬度の基板に対しても滑ることなく、スクライブ開始直後から垂直クラックを生じさせることができる。従って高い硬度の基板に対しても内切りスクライブをすることができるという優れた効果が得られる。また、滑りが生じないためスクライビングホイール稜線が均一に摩耗することになり、スクライビングホイールの寿命をさらに長くすることができる。

尚この実施の形態ではスクライビングホイールの素材を単結晶ダイヤモンドとしているが、多結晶ダイヤモンドを素材として用いてもよい。この場合にもスクライビングホイールの稜線部分に同様の窪み加工を施すことによって同様の効果を有するスクライビングホイールを構成することができる。

又、本実施の形態においては、スクライビングホイール全体が単結晶ダイヤモンドからなるものを示したが、例えば、超硬合金等で構成されたホイール本体部に単結晶又は多結晶ダイヤモンドで構成された刃先部分を接着又は成膜等により固定したスクライビングホイールに対しても本発明は適用可能である。このような構成のスクライビングホイールであれば、高価な単結晶ダイヤモンドの使用を減らし、安価なスクライビングホイールを提供することができる。

本発明は高硬度の脆性材料基板をスクライブするスクライブ装置に適用することができる。

１０スクライビングホイール
１１中心軸
１２貫通孔
１３稜線
１４ａ，１４ｂ傾斜面
１５，１６窪み

Claims

円板の周囲にダイヤモンドにより構成された稜線と一対の傾斜面から成る断面Ｖ字形の刃先を有し、前記一対の傾斜面の算術平均粗さを０．０１μｍ以下とし、前記刃先の傾斜面の稜線から所定間隔隔てた位置に０．５μｍ以上、１２μｍ未満のピッチの窪みが全周に設けられたスクライビングホイール。
前記スクライビングホイールは、その傾斜面に沿った前記稜線側端部と稜線との距離Ｌが１μｍ以上、５μｍ以下である請求項１記載のスクライビングホイール。
前記スクライビングホイールは、単結晶ダイヤモンドから成る請求項１又は２記載のスクライビングホイール。
前記スクライビングホイールの窪みの深さは、０．３μｍ以下である請求項１〜３のいずれか１項記載のスクライビングホイール。