スクライビングホイール
【課題】刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上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。
【解決手段】本発明のスクライビングホイール１０は、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先１２ａとなるように形成され、かつ、Ｖ字形の刃の傾斜面１２に刃先１２ａから所定距離離間した位置から切欠凹部１３が形成され、Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃが交互に形成され、切欠凹部１３は、刃先１２ａの角度をθ１、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度をθ２としたとき、１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２となるように形成されている。
【解決手段】本発明のスクライビングホイール１０は、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先１２ａとなるように形成され、かつ、Ｖ字形の刃の傾斜面１２に刃先１２ａから所定距離離間した位置から切欠凹部１３が形成され、Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃが交互に形成され、切欠凹部１３は、刃先１２ａの角度をθ１、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度をθ２としたとき、１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２となるように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクライビングホイールに関し、特に刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるスクライビングホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルや有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル等のフラットディスプレイパネル、太陽電池等の製造工程では、マザーガラス基板等の脆性材料基板の分断工程が設けられている。これらの分断工程では、スクライビングホイールに脆性基板の材質や厚み等の諸条件に見合った荷重を負荷しながら、スクライビングホイールを脆性基板の表面上を転動させてスクライブラインを形成し、脆性基板に所定の力を負荷することによって脆性基板をスクライブラインに沿って分断し、個々のパネルやガラス基板を製造している。
【０００３】
これらのスクライビングホイールとして、一般的にディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したもの（下記特許文献１参照。）が使用されている。この従来例のスクライビングホイールを使用してガラス基板にスクライブラインを形成する際には、スクライビングホイールの刃先に荷重が作用することで刃先が当接しているガラス基板の表面に弾性変形が生じ、次いで、刃先荷重の増大に伴ってスクライビングホイールの当接箇所に塑性変形が発生し、さらに刃先荷重が増大すると、塑性変形の限界点を超えて脆性破壊が発生し、ガラス基板の厚み方向に垂直クラックが成長する。
【０００４】
このとき、刃先荷重を大きくすることによって、刃先がガラス基板の表面に食い込む深さが大きくなり、垂直クラックを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックの長さも長くなる。しかしながら、刃先荷重が一定の大きさを超えると、長い垂直クラックを形成させることができるが、ガラス基板の表面のスクライブラインに沿う塑性変形領域の内部歪みが飽和状態となり、水平クラックが発生して望ましくない切り屑（カレット）が発生してしまう。
【０００５】
そのため、長い垂直クラックが形成されながら水平クラックの発生が少ないスクライビングホイールとして、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成すると共に、この刃先に一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝を形成したもの（下記特許文献２参照）が知られている。このスクライビングホイールによれば、突起部分がガラス基板に当接する際に打点衝撃を与えることができるため、突起による点接触が中心となり、スクライブ時にガラス基板の表面方向に発生する応力が従来のものと比べて少ないため、不要な水平クラックが発生せず、ガラス基板に板厚を貫通するほどの極めて長い垂直クラックを発生させつつ、ガラス基板を連続的にスクライブすることができるようになる。
【０００６】
同じく、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、かつ、ガラス基板にスクライブラインを形成するとき、スクライブラインの深さ方向に臨む切欠凹部を刃先の直下の刃の傾斜面に形成することにより、Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されるようにしたもの（下記特許文献３参照）も知られている。
【０００７】
ここで、下記特許文献３に開示されているスクライビングホイールを、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５Ａは下記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの側面図であり、図５Ｂは断面図であり、図５Ｃは正面図であり、図５Ｄはガラス基板にスクライブラインを形成している際の拡大断面図である。また、図６Ａは図５に示したスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図６Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【０００８】
このスクライビングホイール５０は、ディスク状のスクライビングホイール５０の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃の傾斜面５１により稜線部となる刃先５１ａが寸断されることなく連続して形成されている。また、スクライビングホイール５０の中央部には貫通孔５２が形成されており、この貫通孔５２に回転軸となるホイールピン(図示省略)が挿通され、このホイールピンに軸支されてスクライビングホイール５０が転動するようになされている。
【０００９】
刃先５１ａの直下の刃の傾斜面５１には、スクライビングホイール５０がガラス基板５４（図５Ｄ参照）にスクライブラインを形成するとき、このスクライブラインＳの深さ方向に臨む複数の切欠凹部５３が放電加工などの適宜手段により形成されている。なお、このスクライビングホイール５０では、切欠凹部５３を形成する面の刃先側部分５３ａは稜線部を形成する刃先５１ａと平行な状態となるように形成されている。
【００１０】
この切欠凹部５３は、図５Ｄに示したように、ガラス基板５４に形成されるスクライブラインＳの通常の深さ、即ち、ガラス基板５４の表面から刃先５１ａまでの深さがｄ１（約１０μｍ以下、通常５μｍ以下）である場合、刃の傾斜面５１において、刃先５１ａから後退した位置ｄ２からガラス基板５４の表面から後退した位置ｄ３を凹陥する範囲に定めて形成されている。また、切欠凹部５３を形成する面の刃先側部分５３ａは、ガラス基板５４の表面と実質的に垂直な配置関係になる。このように刃の傾斜面５１の刃先５１ａ側に切欠凹部５３が形成されていることにより、切欠凹部５３が形成された部分は薄肉部５１ｂとなり、切欠凹部５３が形成されていない部分は厚肉部５１ｃとなり、薄肉部５１ｂと厚肉部５１ｃが交互に形成されていると共に刃先５１ａが連続して形成された状態となる。
【００１１】
このスクライビングホイール５０を用いてガラス基板５４にスクライブラインを形成する際、スクライビングホイール５０の刃先５１ａがガラス基板５４の厚み方向の最下点に至るまでは、刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂと厚肉部５１ｃによるスクライブが交互に繰り返され、刃先５１ａの食い込みの深さを徐々に大きくしながらスクライブ処理が進行することになる。
【００１２】
刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂがスクライブ処理を行っている状態では、図６Ａに示すように、切欠凹部５３が逃げ凹部となってスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａと接触しないことから、刃先５１ａの先端部のみに荷重の全てが集中する状態となり、薄肉部５１ｂによるスクライブが効果的に進行する。この薄肉部５１ｂによるスクライブ処理では、スクライブラインＳに沿う塑性変形領域に刃先５１ａが接触しないことから、内部歪みの発生を低く抑えることができ、水平クラックの発生を防ぐことができ、スクライブラインＳの底部に浅い垂直クラックＳｂが形成される。このとき、厚肉部５１ｃはスクライブラインＳに進入する直前の状態となっている。
【００１３】
刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂが通過し、このスクライブラインＳに厚肉部５１ｃが進入すると、この厚肉部５１ｃの先端の両側部がスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに接触し、刃先荷重の全てがこの溝の傾斜面Ｓａに加わる。さらに厚肉部５１ｃが進入するに従い、図６Ｂに示すように、溝の傾斜面Ｓａが押圧されて塑性変形して平坦化される。このとき、スクライブラインＳは左右に押し広げられる状態となることから、垂直クラックＳｂがさらに大きく形成されることになる。なお、刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂにより形成されたスクライブラインＳに厚肉部５１ｃが進入するとき、この厚肉部５１ｃがスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに当接する態様となることから打点衝撃を与える状態となり、垂直クラックＳｂの形成が助長されることになる。
【００１４】
このようにして、刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂと厚肉部５１ｃのスクライブが交互に繰り返されることにより、順次ガラス基板５４への食い込みが深くなるので、従来と同等あるいはそれ以下の刃先荷重で従来よりも深い垂直クラックＳｂの形成が可能となる。その結果、スクライブ時にガラス基板５４に加わる荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板５４に発生することが殆どないことから、水平クラックの発生を抑えることができるという効果を奏するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０６−０５６４５１号公報
【特許文献２】特許第３０７４１４３号明細書
【特許文献３】特開２０１０−１２６３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール５０によれば、刃先５１ａとガラス基板５４との間のグリップ性が良好であり、スクライブラインの塑性変形領域に水平クラックの発生を抑えつつ垂直クラックが効果的に形成されるため、分断処理を行ったときには端面に凹凸が生じない高い成形品質のガラス基板が得られるという優れた効果を奏する。しかしながら、本発明者の検討結果によると、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール５０を用いてガラス基板５４をスクライブすると、得られたガラス基板の端面強度が低下するという課題が見出された。
【００１７】
本発明者は、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール５０の課題の生成原因を探るべく種々実験を繰り返した結果、切欠凹部５３を形成する面の刃先側部分５３ａがガラス基板５４の表面と実質的に垂直な配置関係になっているため、厚肉部５１ｃによる打点衝撃が大きすぎることによるものであることを知見した。そこで、本発明者等はさらに検討を重ね、この打点衝撃が全く存在しないわけではないが上記特許文献３に開示されているものよりも小さくなるようにするため、ディスク状のスクライビングホイールの外周縁部に沿って形成されたＶ字形状の刃の傾斜面に形成する切欠凹部の形状を見直すことにより、刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好でありながら、スクライブしたガラス基板等の脆性基板の端面強度を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１８】
すなわち、本発明は、刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明のスクライビングホイールは、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、かつ、前記Ｖ字形の刃の傾斜面に前記刃先から所定距離離間した位置から切欠凹部が形成され、前記Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されたスクライビングホイールにおいて、
前記切欠凹部は、前記刃先の角度をθ１（ただし、θ１＞９０°）、前記切欠凹部を形成する面の前記刃先側部分と前記刃の傾斜面との間の角度をθ２としたとき、
１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２
となるように形成されていることを特徴とする。
【００２０】
なお、本発明における「θ２」は、「切欠凹部を形成する面」が曲面の場合も含み、「切欠凹部を形成する面」が刃先側部分において刃の傾斜面と交差する位置での、「切欠凹部を形成する面」の接面と「刃の傾斜面」の接面との間に形成される角度を意味する。また、θ１は鈍角（θ＞９０°）であり、好ましくは、１６５°≧θ１＞９０°の範囲である。
【００２１】
そして、θ２＝１８０°の場合は、切欠凹部が形成されていない状態であり、上記特許文献１に開示されているようなディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したスクライビングホイールに対応する。また、θ２＝１８０°−（θ１）／２の場合は、切欠凹部を形成する面の刃先側部分が稜線部を形成する刃先と平行な状態であり、実質的に上記特許文献３に対応する。すなわち、本発明のスクライビングホイールは、Ｖ字形の刃の傾斜面に刃先から所定距離離間した位置から切欠凹部が形成されており、この切欠凹部を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面との間の角度が上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの場合よりも大きくなっているものである。
【００２２】
これにより、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールよりも水平クラックが発生し難くなるが、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールよりも垂直クラックが浅くなる。そのため、本発明のスクライビングホイールによれば、刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになる。加えて、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、交差部に欠けが生じ難くなる。
【００２３】
なお、本発明のスクライビングホイールは、超硬合金製、焼結ダイヤモンド製、或いは鋼や超硬合金の表面に、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ＣＢＮ等を物理的気相成長法ないし化学的気相成長法によりコーティングした部材を適宜選択して使用し得る。また、切欠凹部は、そのサイズが小さいため、高精度に加工するためにはレーザ加工により形成することが好ましい。また、本発明のスクライビングホイールにおいては、切欠凹部は両側のＶ字形の刃の傾斜面に形成されていることが好ましいが、用途によっては片側の刃の傾斜面にのみ形成されているものも採用し得る。
【００２４】
本発明のスクライビングホイールにおいては、前記θ２は、１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋５°となされていることが好ましく、さらには１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°となされていることがより好ましい。
【００２５】
θ２が１８０°＞θ２＞１７５°の条件となっている場合、切欠凹部を形成したことによる効果が小さく、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールとの間に生じる効果の差異も小さくなる。また、θ２が１８０°−（θ１）／２＋５°＞θ２≧１８０°−（θ１）／２の条件となっている場合、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールとの間に生じる効果の差異が小さくなる。θ２が１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°の条件となっている場合、よりスクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになる。
【００２６】
本発明のスクライビングホイールにおいては、前記切欠凹部は、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されているものとすることが好ましい。
【００２７】
本発明のスクライビングホイールにおいては、切欠凹部として、それぞれ異なる形状のものが単一ないし複数個、同一円周上に不等間隔ないしずれて形成されていてもそれなりの効果が奏される。しかしながら、切欠凹部として、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されていると、全長にわたって均質なスクライブラインを形成することができると共に、端部において脆性基板に当接するスクライビングホイールの接触状態が実質的に均一となるので、スクライブした脆性基板の端面強度をより向上させることができるようになる。また、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、より交差部に欠けが生じ難くなる。
【００２８】
本発明のスクライビングホイールにおいては、前記切欠凹部は、前記刃の傾斜面の延在方向に沿った長さａと前記刃の傾斜面と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａが、
ｂ／ａ＜１
となるように形成されているものとすることが好ましい。
【００２９】
切欠凹部がｂ／ａ＜１の条件を満たすようにすると、切欠凹部は、楕円状となり、刃の傾斜面の延在方向に揃って配列された状態となる。そのため、本発明のスクライビングホイールによれば、刃の傾斜面に多くの切欠凹部を形成することができるので、スクライブした脆性基板の端面形状がより均質となり、端面強度をより向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態のスクライビングホイールの側面図である。
【図２】図１のスクライビングホイールの正面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った拡大断面図である。
【図４】図４Ａは実施形態のスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図４Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【図５】図５Ａは従来例のスクライビングホイールの側面図であり、図５Ｂは断面図であり、図５Ｃは正面図であり、図５Ｄはガラス基板にスクライブラインを形成している際の拡大断面図である。
【図６】図６Ａは図５に示したスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図６Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのスクライビングホイールの一例を示すものであって、本発明をこのスクライビングホイールに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。また、以下に示す図面においては、各構成をわかりやすく視認できるようにするため、各構成部分毎に適宜縮尺を異ならせており、必ずしも実際の寸法ないし角度のとおり図示されているものではない。
【００３２】
最初に実施形態のスクライビングホイールについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は実施形態のスクライビングホイールの側面図である。図２は図１のスクライビングホイールの正面図である。図３は図１のIII−III線に沿った拡大断面図である。
【００３３】
図１〜図３に示すように、実施形態のスクライビングホイール１０は、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字形の刃が形成された形状を備えている。より詳細には、下底面が上底面より面積が大きい２つの円錐台の下底面同士が互いに対向するように配置された形状を備えており、算盤玉形状を有しており、本体部１１と、刃の傾斜面１２と、刃の傾斜面によって形成される稜線部である刃先１２ａと、を有している。
【００３４】
なお、このスクライビングホイール１０は、超硬合金製、焼結ダイヤモンド製、或いは鋼や超硬合金の表面に、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ＣＢＮ等を物理的気相成長法ないし化学的気相成長法によりコーティングした部材を適宜選択して使用し得る。
【００３５】
本体部１１は、図１及び図２に示すように、ディスク状とされており、本体部１１の中心付近には回転軸１０ｂに沿って本体部１１を貫通する貫通孔１０ａが設けられている。また、本体部１１の外周には、円環状に刃の傾斜面１２が設けられている。
【００３６】
刃の傾斜面１２は、図１に示すように、回転軸１０ｂを中心とした同心円状の内周及び外周により形成される円環状体である。また、刃の傾斜面１２は、図２に示すように、正面視Ｖ字状とされている。回転軸１０ｂに沿った刃の傾斜面１２の厚さは、回転軸１０ｂ側から刃先１２ａに向かうに従って徐々に小さくなっている。刃先１２ａは刃の傾斜面１２の最外周部に沿って設けられている。なお、刃の傾斜面１２は、従来例の場合と同様に、ベベル研削法（砥石の面を使用して研削し、傾斜面を形成する方法）によって形成することができる。
【００３７】
そして、本実施形態のスクライビングホイール１０では、刃の傾斜面１２に複数の同一形状の切欠凹部１３が同心円状に、等間隔に、形成されている。なお、図１及び図２では、作図の都合上、切欠凹部１３としてそれぞれ数個のみ図示してある。この切欠凹部１３は、そのサイズが小さいため、高精度に加工するために、レーザ加工法によって形成するとよい。なお、切欠凹部１３は、全てが同一形状でなくてもよく、等間隔でなくてもよく、さらには刃の傾斜面の両面でそれぞれ異なる位置にあってもよい。
【００３８】
また、切欠凹部１３は切欠凹部１３を形成する面１３ａ（図３参照）が曲面の場合も含むので、切欠凹部を形成する面１３ａの刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度θ２は、切欠凹部を形成する面１３ａが刃先側部分において刃の傾斜面１２と交差する位置での、切欠凹部を形成する面の接面Ｌと刃の傾斜面１２の接面との間に形成される角度として定義される。
【００３９】
個々の切欠凹部１３は、刃の傾斜面１２の延在方向に沿った長さａと刃の傾斜面１２と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａがｂ／ａ＜１となるように楕円形状に形成されており、図１及び図２においては、ｂ／ａ＜０．５以下の長楕円形状とした例を示してある。この複数の切欠凹部１３は、上記特許文献３に示したものと同様に、ガラス基板１４（図４参照）に形成されるスクライブラインＳの通常の深さ、即ち、ガラス基板１４の表面から刃先１２ａまでの深さがｄ１（約５μｍ以下）である場合、刃の傾斜面１２において、刃先１２ａから後退した位置ｄ２からガラス基板１４の表面から後退した位置ｄ３を凹陥する範囲に定めて形成されている。
【００４０】
また、切欠凹部１３は、Ｖ字形の刃の傾斜面１２に刃先１２ａから所定距離離間した位置から形成され、刃の傾斜面１２の刃先１２ａ側に切欠凹部１３が形成されていることにより、切欠凹部１３が形成された部分は薄肉部１２ｂとなり、切欠凹部１３が形成されていない部分は厚肉部１２ｃとなり、Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃが交互に形成されていると共に刃先１２ａが連続して形成された状態となる。
【００４１】
そして、本実施形態のスクライビングホイールでは、上記特許文献３に示したものとは異なり、図３に示したように、切欠凹部１３として、刃先１２ａの角度をθ１、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度をθ２としたとき、１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２となるように形成されている。
【００４２】
このθ２は以下のようにして定められたものである。すなわち、θ２＝１８０°の場合、切欠凹部が形成されていない状態であり、上記特許文献１に開示されているようなディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したスクライビングホイールと同形状となる。この場合は、刃先荷重を大きくすることによって、刃先１２ａがガラス基板１４の表面に食い込む深度が大きくなり、垂直クラックを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックの深度も大きくなるが、刃先荷重が一定の大きさを超えると、水平クラックが発生して望ましくないカレットが多く発生してしまうようになる。
【００４３】
一方、θ２＝１８０°−（θ１）／２の場合、上記特許文献３に開示されているような切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分が稜線部を形成する刃先１２ａと平行な状態と同形状となる。すなわち、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分は、ガラス基板１４の表面と実質的に垂直な配置関係になる。この場合は、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂにより形成されたスクライブラインに厚肉部１２ｃが進入するときに打点衝撃を与える状態となるので、垂直クラックの形成が助長されることになる。
【００４４】
その結果、スクライブ時にガラス基板１４に加わる荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板１４に発生することが殆どなくなり、水平クラックの発生を抑えることができるので、分断処理を行ったとき、端面に凹凸が生じない高い成形品質のガラス基板が得られる。その反面、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂにより形成されたスクライブラインに厚肉部１２ｃが進入するときの打点衝撃が大きいため、端面強度が低下してしまう。
【００４５】
そこで、本実施形態では、切欠凹部１３が形成されている状態とするために１８０°＞θ２という条件を採用し、さらに、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂにより形成されたスクライブラインに厚肉部１２ｃが進入するときの打点衝撃が大きくなりすぎないようにするため、θ２＞１８０°−（θ１）／２という条件を採用したものである。
【００４６】
この実施形態のスクライビングホイール１０を用いてガラス基板１４にスクライブラインＳを形成する際の作用を図４を用いて説明する。なお、図４Ａは実施形態のスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図４Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【００４７】
実施形態のスクライビングホイール１０の刃先１２ａがガラス基板１４の厚み方向に設定された食い込みの深度に至るまでは、図６に示した上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの場合と同様に、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃによるスクライブが交互に繰り返される。
【００４８】
そして、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂがスクライブ処理を行っている状態では、図４Ａに示すように、切欠凹部１３がスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａと接触するが、刃先１２ａの先端部のみに荷重の全てが集中する状態となり、薄肉部１２ｂによるスクライブが効果的に進行する。この薄肉部１２ｂによるスクライブ処理では、スクライブラインＳに沿う塑性変形領域に刃先１２ａが接触しても、内部歪みの発生を低く抑えることができ、水平クラックの発生を防ぐことができ、スクライブラインＳの底部に浅い垂直クラックＳｃが形成される。このとき、厚肉部１２ｃはスクライブラインＳに進入する直前の状態となっている。
【００４９】
刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂが通過し、このスクライブラインＳに厚肉部１２ｃが進入すると、この厚肉部１２ｃの先端の両側部がスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに接触し、刃先荷重の全てがこの溝の傾斜面Ｓａに加わる。さらに厚肉部１２ｃが進入するに従い、図４Ｂに示すように、溝の傾斜面Ｓａが押圧されて塑性変形して平坦化される。このとき、スクライブラインＳは左右に押し広げられる状態となることから、垂直クラックＳｃがさらに大きく形成されることになり、しかも、この厚肉部１２ｃがスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに当接する態様となることから、垂直クラックＳｃの形成が助長されることになる。
【００５０】
このようにして、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃのスクライブが交互に繰り返されることにより、従来と同等あるいはそれ以下の刃先荷重で垂直クラックＳｃの形成が可能となる。その結果、スクライブ時にガラス基板１４に加わる荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板１４に発生することが殆どないことから、水平クラックの発生を抑えることができる。
【００５１】
加えて、本実施形態のスクライビングホイール１０では、刃先角度θ１と、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度θ２との間に、θ２＞１８０°−（θ１）／２という条件を満たすようにされているので、刃の先端側に形成された厚肉部１２ｃによる打点衝撃はθ２＝１８０°−（θ１）／２とされている上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの場合よりも小さくなる。
【００５２】
そのため、本実施形態のスクライビングホイール１０によれば、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールよりも水平クラックが発生し難くなるが、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールよりも垂直クラックが浅くなると共に、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールと同様に刃先とガラス基板等の脆性基板との間のグリップ性が良好となる。しかも、垂直クラックが浅くなることにより、スクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになると共に、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、交差部に欠けが生じ難くなる。
【００５３】
なお、本実施形態のスクライビングホイール１０では、刃先角度θ１と、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度θ２との間に、１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋５°となされていることが好ましく、さらには１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°となされていることがより好ましい。
【００５４】
θ２が１８０°＞θ２＞１７５°の条件となっている場合、切欠凹部１３を形成したことによる効果が小さく、実質的に上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールとの間に効果の差異が生じないようになる。また、θ２が１８０°−（θ１）／２＋５°＞θ２≧１８０°−（θ１）／２の条件となっている場合、実質的に上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールとの間に効果の差異が生じないようになる。θ２が１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°の条件となっている場合、垂直クラックが深くなりすぎないため、よりスクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになる。
【００５５】
なお、スクライビングホイール１０の外径Ｄ（図２参照）は、好ましくは１〜５ｍｍの範囲である。スクライビングホイール１０の外径Ｄが１ｍｍより小さい場合には、スクライビングホイール１０の取り扱い性及び耐久性が低下すると共に、工業的な生産も困難になる。一方、スクライビングホイール１０の外径Ｄが５ｍｍより大きい場合には、スクライブ時の適正荷重範囲が高荷重側にシフトし、低い荷重ではスクライブラインが形成され難くなる傾向がある。
【００５６】
また、スクライビングホイール１０の厚さＴは、好ましくは０．５〜１．２ｍｍの範囲である。スクライビングホイール１０の厚さＴが０．５ｍｍより小さい場合には加工性及び取り扱い性が低下することがある。一方、スクライビングホイール１０の厚さＴが１．２ｍｍより大きい場合にはスクライビングホイール１０の製造のためのコストが高くなる。
【００５７】
また、刃先１２ａの刃先角度θ１は、通常鈍角であり、好ましくは、１６５°≧θ＞９０°の範囲である。なお、刃先角度θ１の具体的角度は、切断する脆性材料基板の材質や厚さ等から適宜設定される。また、この切欠凹部１３の最適な形成位置は、脆性材料基板の材質及び厚さ、スクライビングホイールの刃先角度θ１及び厚さを考慮の上、スクライビング時の脆性基板の表面から刃先１２ａまでの深さよりも小さい範囲、すなわち１〜５μｍ程度の範囲で実験的に適宜設定すればよい。また、隣接する切欠凹部１３の間のピッチは、臨界的限界は存在しないが、２０〜２００μｍの範囲で適宜選択すればよい。なお、上記実施形態のスクライビングホイールと、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイール（従来例１）と、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール（従来例２）との特性の差を纏めると、下記表１に記載したとおりとなる。
【００５８】
【表１】
【００５９】
なお、上記実施形態のスクライビングホイール１０においては、切欠凹部１３として同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔形成された例を示したが、本発明においては、切欠凹部１３としてそれぞれ異なる形状のものが単一ないし複数個、同一円周上に不等間隔ないしずれて形成されていてもそれなりの効果が奏される。しかしながら、切欠凹部１３として、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されていると、全長にわたって均質なスクライブラインを形成することができると共に、端部においてガラス基板等の脆性基板に当接するスクライビングホイールの接触状態が実質的に均一となるので、スクライブした脆性基板の端面強度をより向上させることができるようになると共に、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、より交差部に欠けが生じ難くなる
【００６０】
上記実施形態のスクライビングホイール１０においては、切欠凹部１３として、刃の傾斜面１２の延在方向に沿った長さａと刃の傾斜面１２と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａがｂ／ａ＜０．５の長楕円状の例を示した。しかしながら、本発明においては、切欠凹部１３としては、ｂ／ａ≧１の条件であっても、それなりの効果を奏することができるが、少なくとも、ｂ／ａ＜１の条件を満たしていれば、切欠凹部１３の形状が楕円状となり、刃の傾斜面１２と直交する方向に揃って配列された状態となるので、刃の傾斜面１２に多くの切欠凹部１３を形成することができ、スクライブした脆性基板の端面形状がより均質となり、端面強度をより向上させることができるようになる。
【符号の説明】
【００６１】
１０：スクライビングホイール
１０ａ：貫通孔
１０ｂ：回転軸
１１：本体部
１２：刃の傾斜面
１２ａ：刃先
１２ｂ：薄肉部
１２ｃ：厚肉部
１３：切欠凹部
１４：ガラス基板
Ｓ：スクライブライン
Ｓａ：溝の傾斜面
Ｓｃ：垂直クラック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクライビングホイールに関し、特に刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるスクライビングホイールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶表示パネルや有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル等のフラットディスプレイパネル、太陽電池等の製造工程では、マザーガラス基板等の脆性材料基板の分断工程が設けられている。これらの分断工程では、スクライビングホイールに脆性基板の材質や厚み等の諸条件に見合った荷重を負荷しながら、スクライビングホイールを脆性基板の表面上を転動させてスクライブラインを形成し、脆性基板に所定の力を負荷することによって脆性基板をスクライブラインに沿って分断し、個々のパネルやガラス基板を製造している。
【０００３】
これらのスクライビングホイールとして、一般的にディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したもの（下記特許文献１参照。）が使用されている。この従来例のスクライビングホイールを使用してガラス基板にスクライブラインを形成する際には、スクライビングホイールの刃先に荷重が作用することで刃先が当接しているガラス基板の表面に弾性変形が生じ、次いで、刃先荷重の増大に伴ってスクライビングホイールの当接箇所に塑性変形が発生し、さらに刃先荷重が増大すると、塑性変形の限界点を超えて脆性破壊が発生し、ガラス基板の厚み方向に垂直クラックが成長する。
【０００４】
このとき、刃先荷重を大きくすることによって、刃先がガラス基板の表面に食い込む深さが大きくなり、垂直クラックを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックの長さも長くなる。しかしながら、刃先荷重が一定の大きさを超えると、長い垂直クラックを形成させることができるが、ガラス基板の表面のスクライブラインに沿う塑性変形領域の内部歪みが飽和状態となり、水平クラックが発生して望ましくない切り屑（カレット）が発生してしまう。
【０００５】
そのため、長い垂直クラックが形成されながら水平クラックの発生が少ないスクライビングホイールとして、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成すると共に、この刃先に一定ピッチで一定高さの突起ないし一定深さの溝を形成したもの（下記特許文献２参照）が知られている。このスクライビングホイールによれば、突起部分がガラス基板に当接する際に打点衝撃を与えることができるため、突起による点接触が中心となり、スクライブ時にガラス基板の表面方向に発生する応力が従来のものと比べて少ないため、不要な水平クラックが発生せず、ガラス基板に板厚を貫通するほどの極めて長い垂直クラックを発生させつつ、ガラス基板を連続的にスクライブすることができるようになる。
【０００６】
同じく、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、かつ、ガラス基板にスクライブラインを形成するとき、スクライブラインの深さ方向に臨む切欠凹部を刃先の直下の刃の傾斜面に形成することにより、Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されるようにしたもの（下記特許文献３参照）も知られている。
【０００７】
ここで、下記特許文献３に開示されているスクライビングホイールを、図５及び図６を用いて説明する。なお、図５Ａは下記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの側面図であり、図５Ｂは断面図であり、図５Ｃは正面図であり、図５Ｄはガラス基板にスクライブラインを形成している際の拡大断面図である。また、図６Ａは図５に示したスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図６Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【０００８】
このスクライビングホイール５０は、ディスク状のスクライビングホイール５０の外周縁部に沿ってＶ字形状の刃の傾斜面５１により稜線部となる刃先５１ａが寸断されることなく連続して形成されている。また、スクライビングホイール５０の中央部には貫通孔５２が形成されており、この貫通孔５２に回転軸となるホイールピン(図示省略)が挿通され、このホイールピンに軸支されてスクライビングホイール５０が転動するようになされている。
【０００９】
刃先５１ａの直下の刃の傾斜面５１には、スクライビングホイール５０がガラス基板５４（図５Ｄ参照）にスクライブラインを形成するとき、このスクライブラインＳの深さ方向に臨む複数の切欠凹部５３が放電加工などの適宜手段により形成されている。なお、このスクライビングホイール５０では、切欠凹部５３を形成する面の刃先側部分５３ａは稜線部を形成する刃先５１ａと平行な状態となるように形成されている。
【００１０】
この切欠凹部５３は、図５Ｄに示したように、ガラス基板５４に形成されるスクライブラインＳの通常の深さ、即ち、ガラス基板５４の表面から刃先５１ａまでの深さがｄ１（約１０μｍ以下、通常５μｍ以下）である場合、刃の傾斜面５１において、刃先５１ａから後退した位置ｄ２からガラス基板５４の表面から後退した位置ｄ３を凹陥する範囲に定めて形成されている。また、切欠凹部５３を形成する面の刃先側部分５３ａは、ガラス基板５４の表面と実質的に垂直な配置関係になる。このように刃の傾斜面５１の刃先５１ａ側に切欠凹部５３が形成されていることにより、切欠凹部５３が形成された部分は薄肉部５１ｂとなり、切欠凹部５３が形成されていない部分は厚肉部５１ｃとなり、薄肉部５１ｂと厚肉部５１ｃが交互に形成されていると共に刃先５１ａが連続して形成された状態となる。
【００１１】
このスクライビングホイール５０を用いてガラス基板５４にスクライブラインを形成する際、スクライビングホイール５０の刃先５１ａがガラス基板５４の厚み方向の最下点に至るまでは、刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂと厚肉部５１ｃによるスクライブが交互に繰り返され、刃先５１ａの食い込みの深さを徐々に大きくしながらスクライブ処理が進行することになる。
【００１２】
刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂがスクライブ処理を行っている状態では、図６Ａに示すように、切欠凹部５３が逃げ凹部となってスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａと接触しないことから、刃先５１ａの先端部のみに荷重の全てが集中する状態となり、薄肉部５１ｂによるスクライブが効果的に進行する。この薄肉部５１ｂによるスクライブ処理では、スクライブラインＳに沿う塑性変形領域に刃先５１ａが接触しないことから、内部歪みの発生を低く抑えることができ、水平クラックの発生を防ぐことができ、スクライブラインＳの底部に浅い垂直クラックＳｂが形成される。このとき、厚肉部５１ｃはスクライブラインＳに進入する直前の状態となっている。
【００１３】
刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂが通過し、このスクライブラインＳに厚肉部５１ｃが進入すると、この厚肉部５１ｃの先端の両側部がスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに接触し、刃先荷重の全てがこの溝の傾斜面Ｓａに加わる。さらに厚肉部５１ｃが進入するに従い、図６Ｂに示すように、溝の傾斜面Ｓａが押圧されて塑性変形して平坦化される。このとき、スクライブラインＳは左右に押し広げられる状態となることから、垂直クラックＳｂがさらに大きく形成されることになる。なお、刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂにより形成されたスクライブラインＳに厚肉部５１ｃが進入するとき、この厚肉部５１ｃがスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに当接する態様となることから打点衝撃を与える状態となり、垂直クラックＳｂの形成が助長されることになる。
【００１４】
このようにして、刃の先端側に形成された薄肉部５１ｂと厚肉部５１ｃのスクライブが交互に繰り返されることにより、順次ガラス基板５４への食い込みが深くなるので、従来と同等あるいはそれ以下の刃先荷重で従来よりも深い垂直クラックＳｂの形成が可能となる。その結果、スクライブ時にガラス基板５４に加わる荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板５４に発生することが殆どないことから、水平クラックの発生を抑えることができるという効果を奏するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平０６−０５６４５１号公報
【特許文献２】特許第３０７４１４３号明細書
【特許文献３】特開２０１０−１２６３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール５０によれば、刃先５１ａとガラス基板５４との間のグリップ性が良好であり、スクライブラインの塑性変形領域に水平クラックの発生を抑えつつ垂直クラックが効果的に形成されるため、分断処理を行ったときには端面に凹凸が生じない高い成形品質のガラス基板が得られるという優れた効果を奏する。しかしながら、本発明者の検討結果によると、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール５０を用いてガラス基板５４をスクライブすると、得られたガラス基板の端面強度が低下するという課題が見出された。
【００１７】
本発明者は、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール５０の課題の生成原因を探るべく種々実験を繰り返した結果、切欠凹部５３を形成する面の刃先側部分５３ａがガラス基板５４の表面と実質的に垂直な配置関係になっているため、厚肉部５１ｃによる打点衝撃が大きすぎることによるものであることを知見した。そこで、本発明者等はさらに検討を重ね、この打点衝撃が全く存在しないわけではないが上記特許文献３に開示されているものよりも小さくなるようにするため、ディスク状のスクライビングホイールの外周縁部に沿って形成されたＶ字形状の刃の傾斜面に形成する切欠凹部の形状を見直すことにより、刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好でありながら、スクライブしたガラス基板等の脆性基板の端面強度を向上させることができることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１８】
すなわち、本発明は、刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するため、本発明のスクライビングホイールは、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、かつ、前記Ｖ字形の刃の傾斜面に前記刃先から所定距離離間した位置から切欠凹部が形成され、前記Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されたスクライビングホイールにおいて、
前記切欠凹部は、前記刃先の角度をθ１（ただし、θ１＞９０°）、前記切欠凹部を形成する面の前記刃先側部分と前記刃の傾斜面との間の角度をθ２としたとき、
１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２
となるように形成されていることを特徴とする。
【００２０】
なお、本発明における「θ２」は、「切欠凹部を形成する面」が曲面の場合も含み、「切欠凹部を形成する面」が刃先側部分において刃の傾斜面と交差する位置での、「切欠凹部を形成する面」の接面と「刃の傾斜面」の接面との間に形成される角度を意味する。また、θ１は鈍角（θ＞９０°）であり、好ましくは、１６５°≧θ１＞９０°の範囲である。
【００２１】
そして、θ２＝１８０°の場合は、切欠凹部が形成されていない状態であり、上記特許文献１に開示されているようなディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したスクライビングホイールに対応する。また、θ２＝１８０°−（θ１）／２の場合は、切欠凹部を形成する面の刃先側部分が稜線部を形成する刃先と平行な状態であり、実質的に上記特許文献３に対応する。すなわち、本発明のスクライビングホイールは、Ｖ字形の刃の傾斜面に刃先から所定距離離間した位置から切欠凹部が形成されており、この切欠凹部を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面との間の角度が上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの場合よりも大きくなっているものである。
【００２２】
これにより、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールよりも水平クラックが発生し難くなるが、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールよりも垂直クラックが浅くなる。そのため、本発明のスクライビングホイールによれば、刃先と脆性基板との間のグリップ性が良好であり、スクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになる。加えて、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、交差部に欠けが生じ難くなる。
【００２３】
なお、本発明のスクライビングホイールは、超硬合金製、焼結ダイヤモンド製、或いは鋼や超硬合金の表面に、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ＣＢＮ等を物理的気相成長法ないし化学的気相成長法によりコーティングした部材を適宜選択して使用し得る。また、切欠凹部は、そのサイズが小さいため、高精度に加工するためにはレーザ加工により形成することが好ましい。また、本発明のスクライビングホイールにおいては、切欠凹部は両側のＶ字形の刃の傾斜面に形成されていることが好ましいが、用途によっては片側の刃の傾斜面にのみ形成されているものも採用し得る。
【００２４】
本発明のスクライビングホイールにおいては、前記θ２は、１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋５°となされていることが好ましく、さらには１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°となされていることがより好ましい。
【００２５】
θ２が１８０°＞θ２＞１７５°の条件となっている場合、切欠凹部を形成したことによる効果が小さく、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールとの間に生じる効果の差異も小さくなる。また、θ２が１８０°−（θ１）／２＋５°＞θ２≧１８０°−（θ１）／２の条件となっている場合、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールとの間に生じる効果の差異が小さくなる。θ２が１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°の条件となっている場合、よりスクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになる。
【００２６】
本発明のスクライビングホイールにおいては、前記切欠凹部は、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されているものとすることが好ましい。
【００２７】
本発明のスクライビングホイールにおいては、切欠凹部として、それぞれ異なる形状のものが単一ないし複数個、同一円周上に不等間隔ないしずれて形成されていてもそれなりの効果が奏される。しかしながら、切欠凹部として、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されていると、全長にわたって均質なスクライブラインを形成することができると共に、端部において脆性基板に当接するスクライビングホイールの接触状態が実質的に均一となるので、スクライブした脆性基板の端面強度をより向上させることができるようになる。また、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、より交差部に欠けが生じ難くなる。
【００２８】
本発明のスクライビングホイールにおいては、前記切欠凹部は、前記刃の傾斜面の延在方向に沿った長さａと前記刃の傾斜面と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａが、
ｂ／ａ＜１
となるように形成されているものとすることが好ましい。
【００２９】
切欠凹部がｂ／ａ＜１の条件を満たすようにすると、切欠凹部は、楕円状となり、刃の傾斜面の延在方向に揃って配列された状態となる。そのため、本発明のスクライビングホイールによれば、刃の傾斜面に多くの切欠凹部を形成することができるので、スクライブした脆性基板の端面形状がより均質となり、端面強度をより向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態のスクライビングホイールの側面図である。
【図２】図１のスクライビングホイールの正面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿った拡大断面図である。
【図４】図４Ａは実施形態のスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図４Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【図５】図５Ａは従来例のスクライビングホイールの側面図であり、図５Ｂは断面図であり、図５Ｃは正面図であり、図５Ｄはガラス基板にスクライブラインを形成している際の拡大断面図である。
【図６】図６Ａは図５に示したスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図６Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのスクライビングホイールの一例を示すものであって、本発明をこのスクライビングホイールに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適用し得るものである。また、以下に示す図面においては、各構成をわかりやすく視認できるようにするため、各構成部分毎に適宜縮尺を異ならせており、必ずしも実際の寸法ないし角度のとおり図示されているものではない。
【００３２】
最初に実施形態のスクライビングホイールについて、図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は実施形態のスクライビングホイールの側面図である。図２は図１のスクライビングホイールの正面図である。図３は図１のIII−III線に沿った拡大断面図である。
【００３３】
図１〜図３に示すように、実施形態のスクライビングホイール１０は、ディスク状ホイールの円周部に沿った全周にわたりＶ字形の刃が形成された形状を備えている。より詳細には、下底面が上底面より面積が大きい２つの円錐台の下底面同士が互いに対向するように配置された形状を備えており、算盤玉形状を有しており、本体部１１と、刃の傾斜面１２と、刃の傾斜面によって形成される稜線部である刃先１２ａと、を有している。
【００３４】
なお、このスクライビングホイール１０は、超硬合金製、焼結ダイヤモンド製、或いは鋼や超硬合金の表面に、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド、ＣＢＮ等を物理的気相成長法ないし化学的気相成長法によりコーティングした部材を適宜選択して使用し得る。
【００３５】
本体部１１は、図１及び図２に示すように、ディスク状とされており、本体部１１の中心付近には回転軸１０ｂに沿って本体部１１を貫通する貫通孔１０ａが設けられている。また、本体部１１の外周には、円環状に刃の傾斜面１２が設けられている。
【００３６】
刃の傾斜面１２は、図１に示すように、回転軸１０ｂを中心とした同心円状の内周及び外周により形成される円環状体である。また、刃の傾斜面１２は、図２に示すように、正面視Ｖ字状とされている。回転軸１０ｂに沿った刃の傾斜面１２の厚さは、回転軸１０ｂ側から刃先１２ａに向かうに従って徐々に小さくなっている。刃先１２ａは刃の傾斜面１２の最外周部に沿って設けられている。なお、刃の傾斜面１２は、従来例の場合と同様に、ベベル研削法（砥石の面を使用して研削し、傾斜面を形成する方法）によって形成することができる。
【００３７】
そして、本実施形態のスクライビングホイール１０では、刃の傾斜面１２に複数の同一形状の切欠凹部１３が同心円状に、等間隔に、形成されている。なお、図１及び図２では、作図の都合上、切欠凹部１３としてそれぞれ数個のみ図示してある。この切欠凹部１３は、そのサイズが小さいため、高精度に加工するために、レーザ加工法によって形成するとよい。なお、切欠凹部１３は、全てが同一形状でなくてもよく、等間隔でなくてもよく、さらには刃の傾斜面の両面でそれぞれ異なる位置にあってもよい。
【００３８】
また、切欠凹部１３は切欠凹部１３を形成する面１３ａ（図３参照）が曲面の場合も含むので、切欠凹部を形成する面１３ａの刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度θ２は、切欠凹部を形成する面１３ａが刃先側部分において刃の傾斜面１２と交差する位置での、切欠凹部を形成する面の接面Ｌと刃の傾斜面１２の接面との間に形成される角度として定義される。
【００３９】
個々の切欠凹部１３は、刃の傾斜面１２の延在方向に沿った長さａと刃の傾斜面１２と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａがｂ／ａ＜１となるように楕円形状に形成されており、図１及び図２においては、ｂ／ａ＜０．５以下の長楕円形状とした例を示してある。この複数の切欠凹部１３は、上記特許文献３に示したものと同様に、ガラス基板１４（図４参照）に形成されるスクライブラインＳの通常の深さ、即ち、ガラス基板１４の表面から刃先１２ａまでの深さがｄ１（約５μｍ以下）である場合、刃の傾斜面１２において、刃先１２ａから後退した位置ｄ２からガラス基板１４の表面から後退した位置ｄ３を凹陥する範囲に定めて形成されている。
【００４０】
また、切欠凹部１３は、Ｖ字形の刃の傾斜面１２に刃先１２ａから所定距離離間した位置から形成され、刃の傾斜面１２の刃先１２ａ側に切欠凹部１３が形成されていることにより、切欠凹部１３が形成された部分は薄肉部１２ｂとなり、切欠凹部１３が形成されていない部分は厚肉部１２ｃとなり、Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃが交互に形成されていると共に刃先１２ａが連続して形成された状態となる。
【００４１】
そして、本実施形態のスクライビングホイールでは、上記特許文献３に示したものとは異なり、図３に示したように、切欠凹部１３として、刃先１２ａの角度をθ１、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度をθ２としたとき、１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２となるように形成されている。
【００４２】
このθ２は以下のようにして定められたものである。すなわち、θ２＝１８０°の場合、切欠凹部が形成されていない状態であり、上記特許文献１に開示されているようなディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃を形成したスクライビングホイールと同形状となる。この場合は、刃先荷重を大きくすることによって、刃先１２ａがガラス基板１４の表面に食い込む深度が大きくなり、垂直クラックを発生させるためのエネルギーが大きくなるため、垂直クラックの深度も大きくなるが、刃先荷重が一定の大きさを超えると、水平クラックが発生して望ましくないカレットが多く発生してしまうようになる。
【００４３】
一方、θ２＝１８０°−（θ１）／２の場合、上記特許文献３に開示されているような切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分が稜線部を形成する刃先１２ａと平行な状態と同形状となる。すなわち、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分は、ガラス基板１４の表面と実質的に垂直な配置関係になる。この場合は、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂにより形成されたスクライブラインに厚肉部１２ｃが進入するときに打点衝撃を与える状態となるので、垂直クラックの形成が助長されることになる。
【００４４】
その結果、スクライブ時にガラス基板１４に加わる荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板１４に発生することが殆どなくなり、水平クラックの発生を抑えることができるので、分断処理を行ったとき、端面に凹凸が生じない高い成形品質のガラス基板が得られる。その反面、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂにより形成されたスクライブラインに厚肉部１２ｃが進入するときの打点衝撃が大きいため、端面強度が低下してしまう。
【００４５】
そこで、本実施形態では、切欠凹部１３が形成されている状態とするために１８０°＞θ２という条件を採用し、さらに、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂにより形成されたスクライブラインに厚肉部１２ｃが進入するときの打点衝撃が大きくなりすぎないようにするため、θ２＞１８０°−（θ１）／２という条件を採用したものである。
【００４６】
この実施形態のスクライビングホイール１０を用いてガラス基板１４にスクライブラインＳを形成する際の作用を図４を用いて説明する。なお、図４Ａは実施形態のスクライビングホイールの薄肉部の作用を説明する図であり、図４Ｂは厚肉部の作用を説明する図である。
【００４７】
実施形態のスクライビングホイール１０の刃先１２ａがガラス基板１４の厚み方向に設定された食い込みの深度に至るまでは、図６に示した上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの場合と同様に、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃによるスクライブが交互に繰り返される。
【００４８】
そして、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂがスクライブ処理を行っている状態では、図４Ａに示すように、切欠凹部１３がスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａと接触するが、刃先１２ａの先端部のみに荷重の全てが集中する状態となり、薄肉部１２ｂによるスクライブが効果的に進行する。この薄肉部１２ｂによるスクライブ処理では、スクライブラインＳに沿う塑性変形領域に刃先１２ａが接触しても、内部歪みの発生を低く抑えることができ、水平クラックの発生を防ぐことができ、スクライブラインＳの底部に浅い垂直クラックＳｃが形成される。このとき、厚肉部１２ｃはスクライブラインＳに進入する直前の状態となっている。
【００４９】
刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂが通過し、このスクライブラインＳに厚肉部１２ｃが進入すると、この厚肉部１２ｃの先端の両側部がスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに接触し、刃先荷重の全てがこの溝の傾斜面Ｓａに加わる。さらに厚肉部１２ｃが進入するに従い、図４Ｂに示すように、溝の傾斜面Ｓａが押圧されて塑性変形して平坦化される。このとき、スクライブラインＳは左右に押し広げられる状態となることから、垂直クラックＳｃがさらに大きく形成されることになり、しかも、この厚肉部１２ｃがスクライブラインＳの溝の傾斜面Ｓａに当接する態様となることから、垂直クラックＳｃの形成が助長されることになる。
【００５０】
このようにして、刃の先端側に形成された薄肉部１２ｂと厚肉部１２ｃのスクライブが交互に繰り返されることにより、従来と同等あるいはそれ以下の刃先荷重で垂直クラックＳｃの形成が可能となる。その結果、スクライブ時にガラス基板１４に加わる荷重を小さくすることができるので、残留応力がガラス基板１４に発生することが殆どないことから、水平クラックの発生を抑えることができる。
【００５１】
加えて、本実施形態のスクライビングホイール１０では、刃先角度θ１と、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度θ２との間に、θ２＞１８０°−（θ１）／２という条件を満たすようにされているので、刃の先端側に形成された厚肉部１２ｃによる打点衝撃はθ２＝１８０°−（θ１）／２とされている上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールの場合よりも小さくなる。
【００５２】
そのため、本実施形態のスクライビングホイール１０によれば、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールよりも水平クラックが発生し難くなるが、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールよりも垂直クラックが浅くなると共に、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールと同様に刃先とガラス基板等の脆性基板との間のグリップ性が良好となる。しかも、垂直クラックが浅くなることにより、スクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになると共に、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、交差部に欠けが生じ難くなる。
【００５３】
なお、本実施形態のスクライビングホイール１０では、刃先角度θ１と、切欠凹部１３を形成する面の刃先側部分と刃の傾斜面１２との間の角度θ２との間に、１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋５°となされていることが好ましく、さらには１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°となされていることがより好ましい。
【００５４】
θ２が１８０°＞θ２＞１７５°の条件となっている場合、切欠凹部１３を形成したことによる効果が小さく、実質的に上記特許文献１に開示されているスクライビングホイールとの間に効果の差異が生じないようになる。また、θ２が１８０°−（θ１）／２＋５°＞θ２≧１８０°−（θ１）／２の条件となっている場合、実質的に上記特許文献３に開示されているスクライビングホイールとの間に効果の差異が生じないようになる。θ２が１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°の条件となっている場合、垂直クラックが深くなりすぎないため、よりスクライブした脆性基板の端面強度を向上させることができるようになる。
【００５５】
なお、スクライビングホイール１０の外径Ｄ（図２参照）は、好ましくは１〜５ｍｍの範囲である。スクライビングホイール１０の外径Ｄが１ｍｍより小さい場合には、スクライビングホイール１０の取り扱い性及び耐久性が低下すると共に、工業的な生産も困難になる。一方、スクライビングホイール１０の外径Ｄが５ｍｍより大きい場合には、スクライブ時の適正荷重範囲が高荷重側にシフトし、低い荷重ではスクライブラインが形成され難くなる傾向がある。
【００５６】
また、スクライビングホイール１０の厚さＴは、好ましくは０．５〜１．２ｍｍの範囲である。スクライビングホイール１０の厚さＴが０．５ｍｍより小さい場合には加工性及び取り扱い性が低下することがある。一方、スクライビングホイール１０の厚さＴが１．２ｍｍより大きい場合にはスクライビングホイール１０の製造のためのコストが高くなる。
【００５７】
また、刃先１２ａの刃先角度θ１は、通常鈍角であり、好ましくは、１６５°≧θ＞９０°の範囲である。なお、刃先角度θ１の具体的角度は、切断する脆性材料基板の材質や厚さ等から適宜設定される。また、この切欠凹部１３の最適な形成位置は、脆性材料基板の材質及び厚さ、スクライビングホイールの刃先角度θ１及び厚さを考慮の上、スクライビング時の脆性基板の表面から刃先１２ａまでの深さよりも小さい範囲、すなわち１〜５μｍ程度の範囲で実験的に適宜設定すればよい。また、隣接する切欠凹部１３の間のピッチは、臨界的限界は存在しないが、２０〜２００μｍの範囲で適宜選択すればよい。なお、上記実施形態のスクライビングホイールと、上記特許文献１に開示されているスクライビングホイール（従来例１）と、上記特許文献３に開示されているスクライビングホイール（従来例２）との特性の差を纏めると、下記表１に記載したとおりとなる。
【００５８】
【表１】
【００５９】
なお、上記実施形態のスクライビングホイール１０においては、切欠凹部１３として同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔形成された例を示したが、本発明においては、切欠凹部１３としてそれぞれ異なる形状のものが単一ないし複数個、同一円周上に不等間隔ないしずれて形成されていてもそれなりの効果が奏される。しかしながら、切欠凹部１３として、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されていると、全長にわたって均質なスクライブラインを形成することができると共に、端部においてガラス基板等の脆性基板に当接するスクライビングホイールの接触状態が実質的に均一となるので、スクライブした脆性基板の端面強度をより向上させることができるようになると共に、他のスクライブラインと交差するようなことがあっても、より交差部に欠けが生じ難くなる
【００６０】
上記実施形態のスクライビングホイール１０においては、切欠凹部１３として、刃の傾斜面１２の延在方向に沿った長さａと刃の傾斜面１２と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａがｂ／ａ＜０．５の長楕円状の例を示した。しかしながら、本発明においては、切欠凹部１３としては、ｂ／ａ≧１の条件であっても、それなりの効果を奏することができるが、少なくとも、ｂ／ａ＜１の条件を満たしていれば、切欠凹部１３の形状が楕円状となり、刃の傾斜面１２と直交する方向に揃って配列された状態となるので、刃の傾斜面１２に多くの切欠凹部１３を形成することができ、スクライブした脆性基板の端面形状がより均質となり、端面強度をより向上させることができるようになる。
【符号の説明】
【００６１】
１０：スクライビングホイール
１０ａ：貫通孔
１０ｂ：回転軸
１１：本体部
１２：刃の傾斜面
１２ａ：刃先
１２ｂ：薄肉部
１２ｃ：厚肉部
１３：切欠凹部
１４：ガラス基板
Ｓ：スクライブライン
Ｓａ：溝の傾斜面
Ｓｃ：垂直クラック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、かつ、前記Ｖ字形の刃の傾斜面に前記刃先から所定距離離間した位置から切欠凹部が形成され、前記Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されたスクライビングホイールにおいて、
前記切欠凹部は、前記刃先の角度をθ１（ただし、θ１＞９０°）、前記切欠凹部を形成する面の前記刃先側部分と前記刃の傾斜面との間の角度をθ２としたとき、
１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２
となるように形成されていることを特徴とするスクライビングホイール。
【請求項２】
前記θ２は、
１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋５°
となされていることを特徴とする請求項１に記載のスクライビングホイール。
【請求項３】
前記θ２は、
１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°
となされていることを特徴とする請求項２に記載のスクライビングホイール。
【請求項４】
前記切欠凹部は、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクライビングホイール。
【請求項５】
前記切欠凹部は、前記刃の傾斜面の延在方向に沿った長さａと前記刃の傾斜面と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａが、
ｂ／ａ＜１
となるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクライビングホイール。
【請求項１】
ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の刃の稜線部が連続する刃先となるように形成され、かつ、前記Ｖ字形の刃の傾斜面に前記刃先から所定距離離間した位置から切欠凹部が形成され、前記Ｖ字形の刃の先端部分に薄肉部と厚肉部が交互に形成されたスクライビングホイールにおいて、
前記切欠凹部は、前記刃先の角度をθ１（ただし、θ１＞９０°）、前記切欠凹部を形成する面の前記刃先側部分と前記刃の傾斜面との間の角度をθ２としたとき、
１８０°＞θ２＞１８０°−（θ１）／２
となるように形成されていることを特徴とするスクライビングホイール。
【請求項２】
前記θ２は、
１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋５°
となされていることを特徴とする請求項１に記載のスクライビングホイール。
【請求項３】
前記θ２は、
１７５°≧θ２≧１８０°−（θ１）／２＋４５°
となされていることを特徴とする請求項２に記載のスクライビングホイール。
【請求項４】
前記切欠凹部は、同一形状のものが複数個、同一円周上に等間隔に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクライビングホイール。
【請求項５】
前記切欠凹部は、前記刃の傾斜面の延在方向に沿った長さａと前記刃の傾斜面と直交する方向に沿った長さｂの比ｂ／ａが、
ｂ／ａ＜１
となるように形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクライビングホイール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４９５９７（Ｐ２０１３−４９５９７Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８７９９０（Ｐ２０１１−１８７９９０）
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（３９００００６０８）三星ダイヤモンド工業株式会社 (383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３０日（２０１１．８．３０）
【出願人】（３９００００６０８）三星ダイヤモンド工業株式会社 (383)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]