JP5695134B2 - 脆性材料基板クロススクライブ用のカッターホイール、脆性材料基板のスクライブ方法、脆性材料基板の分断方法およびカッターホイールの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先として形成され、前記稜線部の全周に突起と溝が形成された脆性材料基板スクライブ用のカッターホイール、このカッターホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法、脆性材料基板の分断方法およびこのカッターホイールの製造方法に関する。

平面表示パネル（以下、ＦＰＤと称する）の一種である液晶表示パネルは、２枚のガラス基板を貼り合わせ、そのギャップに液晶が注入されて表示パネルを構成する。また、ＬＣＯＳと呼ばれるプロジェクタ用基板の内の反射型の基板の場合は、石英基板と半導体ウェハとが貼り合わせられた一対の脆性基板が用いられる。このような脆性基板を貼り合わせた貼り合わせ基板は、通常、マザー基板となる貼り合わせ基板の表面にスクライブラインを形成し、次いで形成されたスクライブラインに沿って基板をブレイクすることにより、所定の寸法に分断された単位基板となる。
なお、この明細書において、スクライブラインを形成することを「切断」と称し、形成されたスクライブラインに沿って基板をブレイクして分離することを「分断」と称する。
また、この発明では、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、カッターホイールの性質を「浸透性」と称する。後述する高い浸透性を有するカッターホイールを用いた場合には、「切断」工程だけで基板を「分断」された状態にすることも可能である。
特許文献１および特許文献２には、カッターホイールを用いて貼り合わせマザー基板に対してスクライブラインを形成し、次いで、形成されたスクライブラインに沿って前記ガラス基板を所望する大きさの単位ガラス基板に分断する構成が開示されている。

特開平１１−１１６２６０号公報 特許第３０７４１４３号公報

図１７は、上記したスクライブ作業に使用される公知のスクライブ装置の正面図である。
図１７を用いて従来のスクライブ方法を説明する。なお、この図において左右方向をＸ方向、紙面に直交する方向をＹ方向として以下に説明する。

図１７に示すように、スクライブ装置１００は、載置されたガラス基板Ｇを真空吸着手段によって固定する水平回転可能なテーブル２８と、テーブル２８をＹ方向に移動可能に支持する互いに平行な一対の案内レール２１，２１と、案内レール２１，２１に沿ってテーブル２８を移動させるボールネジ２２と、Ｘ方向に沿ってテーブル２８の上方に架設されたガイドバー２３と、ガイドバー２３にＸ方向に摺動可能に設けられ、後述するカッターホイール１０に切断圧力を付与するスクライブヘッド１と、スクライブヘッド１をガイドバー２３に沿って摺動させるモータ２４と、スクライブヘッド１の下端に昇降可能かつ首振り自在に設けられたチップホルダ４と、チップホルダ４の下端に回転可能に装着されたカッターホイール１０と、ガイドバー２３の上方に設置されテーブル２８上のガラス基板Ｇに形成されたアライメントマークを認識する一対のＣＣＤカメラ２５とを備えたものである。

図１８および図１９は、ガラス基板の分断工程、すなわち、ガラス基板表面におけるスクライブラインの形成と、形成されたスクライブラインに沿ってガラス基板を分断するそれぞれの工程を説明する図である。
図１８および図１９に基づいて、ガラス基板の分断工程の２例を説明する。なお、以下の説明では、液晶パネルに使用される貼り合わせガラスであるガラス基板Ｇを例にして、一方側のガラス基板をＡ面ガラス基板、他方側をＢ面ガラス基板とする。

第１の例では、（１）まず、図１８（ａ）に示すように、Ａ面ガラス基板を上側にして、ガラス基板Ｇをスクライブ装置のスクライブテーブル上に載置し、Ａ面ガラス基板に対して、カッターホイール１０を用いてスクライブを行いスクライブラインＳａを形成する。
（２）次に、前記ガラス基板Ｇの上下を反転させて前記ガラス基板Ｇをブレイク装置に搬送する。そして、図１８（ｂ）に示すように、このブレイク装置で、マット４上に載置されたガラス基板ＧのＢ面ガラス基板に対して、ブレイクバー３をスクライブラインＳａに対向するラインに沿って押し付ける。これにより、下側のＡ面ガラス基板は、スクライブラインＳａから上方に向かってクラックが伸長し、Ａ面ガラス基板は、スクライブラインＳａに沿ってブレイクされる。
（３）次に、前記ガラス基板Ｇをスクライブ装置のスクライブテーブル上に搬送する。そして、このスクライブ装置で、図１８（ｃ）に示すように、Ｂ面ガラス基板に対して、カッターホイール１０を用いてスクライブを行いスクライブラインＳｂを形成する。（４）次に、前記ガラス基板Ｇの上下を反転させてブレイク装置に搬送する。そして、図１８（ｄ）に示すように、マット４上に載置された前記ガラス基板ＧのＡ面ガラス基板に対して、ブレイクバー３をスクライブラインＳｂに対向するラインに沿って押し付ける。これにより、下側のＢ面ガラス基板は、スクライブラインＳｂから上方に向かってクラックが伸長し、Ｂ面ガラス基板は、スクライブラインＳｂに沿ってブレイクされる。
この発明では、上記の工程からなる分断方式をＳＢＳＢ方式（Ｓはスクライブ、Ｂはブレイクを意味する）と称する。
また、第２の例では、（１）まず、図１９（ａ）に示すように、Ａ面ガラス基板を上側にして、ガラス基板Ｇをスクライブ装置のスクライブテーブル上に載置し、Ａ面ガラス基板に対して、カッターホイール１０を用いてスクライブを行いスクライブラインＳａを形成する。（２）次に、前記ガラス基板Ｇの上下を反転させて前記ガラス基板Ｇをスクライブテーブル上に載置し、Ｂ面ガラス基板に対して、カッターホイール１０を用いてスクライブを行いスクライブラインＳｂを形成する（図１９（ｂ））。（３）次に、前記ガラス基板Ｇをブレイク装置に搬送する。そして、図１９（ｃ）に示すように、このブレイク装置で、マット４上に載置されたガラス基板ＧのＢ面ガラス基板に対して、ブレイクバー３をスクライブラインＳａに対向するラインに沿って押し付ける。これにより、下側のＡ面ガラス基板は、スクライブラインＳａから上方に向かってクラックが伸長し、Ａ面ガラス基板は、スクライブラインＳａに沿ってブレイクされる。（４）次に、前記ガラス基板Ｇの上下を反転させ、図１９（ｄ）に示すように、ブレイク装置のマット４上に載置する。そして、前記ガラス基板ＧのＡ面ガラス基板に対して、ブレイクバー３をスクライブラインＳｂに対向するラインに沿って押し付ける。これにより、下側のＢ面ガラス基板は、スクライブラインＳｂから上方に向かってクラックが伸長し、Ｂ面ガラス基板は、スクライブラインＳｂに沿ってブレイクされる。
この発明では、上記の工程からなる分断方式をＳＳＢＢ方式と称する。

上記２例の（１）〜（４）の各工程を実施することにより、ガラス基板Ｇは、所望の位置でスクライブラインに沿って二つに分断される。
なお、ガラス基板を分断するには、スクライブの際に垂直クラックの進展が断続的に起こることによって「リブマーク」と呼ばれる肋骨状の刃面が発生することが１つの条件である。
スクライブ時のガラス基板Ｇに対するカッターホイールの押圧荷重（以下、「切断圧力」と称する）が良好なスクライブラインを形成できる適正切断領域に設定されると、リブマークが生成される。しかし、さらに切断圧力を上げてスクライブを行うと、ガラス基板Ｇの表面にチッピングと呼ばれる欠けの発生や水平クラックの増加が顕著になる。切断圧力の適正切断領域が狭いと切断圧力の設定が困難になり、切断圧力の下限値が高いとチッピングや水平クラックが発生しやすい。このように、切断圧力の適正な切断領域は広くかつ下限値が低い方が好ましい。

上記した従来のスクライブ装置を用いてガラス基板にスクライブラインを一方向にのみ形成する場合と違い、複数のスクライブラインを交差させて交点が形成されるように縦横にクロススクライブを行う場合には、交点飛びと呼ばれる現象が発生する場合がある。これは、図２０に示すように、最初に形成されたスクライブラインＬ１〜Ｌ３をカッターホイール２０が通過してスクライブラインＬ４〜Ｌ６を形成する際、これらスクライブラインの交点付近で、後から形成されるスクライブラインＬ４〜Ｌ６が交点付近で部分的に形成されない現象である。
このような交点飛びがガラス基板に発生すると、前記したブレイク装置でガラス基板を分断しようとする際、スクライブラインの通りにガラス基板が分断されず、その結果、大量の不良品が発生し、生産効率が著しく低下するといった問題があった。

交点飛びの原因は以下のように考えられている。すなわち、スクライブラインを最初に形成したとき、スクライブラインを挟んで両側のガラス表面付近に内部応力が内在される。次いで、カッターホイールが最初に形成されたスクライブラインを通過するとき、その付近に潜在する内部応力によりカッターホイールからガラス基板面に垂直方向に加えられているスクライブに必要な力が削がれてしまう結果、交点付近で、後から形成されるべきスクライブラインが形成されないものと考えられる。

一方、カッターホイールを用いてスクライブラインを形成する際、ガラス基板の表面に深い切り込み（垂直クラック）が得られず、また、スクライブ時にガラス基板の表面でスリップしやすく本来の正常なスクライブラインが形成されないという欠点があった。

図１および図２は、後述する従来の高い浸透性を有するカッターホイールの刃先形状およびこの発明の刃先形状を説明する模式図（一部拡大図を含む）である。
特許文献２には、図１および図２に示したように、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先２として形成され、前記稜線部に略等間隔で溝１０ｂを切り欠くことによって形成された所定形状の突起ｊが複数個形成された脆性材料基板スクライブ用のカッターホイール２０が開示されている。カッターホイール２０を用いてスクライブラインを形成することにより、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。
このような高い浸透性を有するカッターホイール２０を用いた場合には、上記の交点飛びやスクライブ時にガラス基板の表面でのスリップを抑えることができるとともにスクライブ後のブレイク工程の簡略化を図ることが可能となる。場合によっては、図１８（ｂ）および図１８（ｄ）に示したＳＢＳＢ方式におけるブレイク工程あるいは図１９（ｃ）および図１９（ｄ）に示したＳＳＢＢ方式におけるブレイク工程を省略することが可能である。

近年、液晶表示パネル等に使用されるガラス基板は携帯電話等の携帯端末への用途が広がり持ち運びの容易性の観点から軽量化の要求が高まり、それによってガラス基板の板厚がどんどん薄くなり、それにともなう剛性の低下を補うためにガラス基板の材質の改良が行われ、高い浸透性を有するカッターホイール２０を用いてもガラス基板に対して良好なスクライブラインを形成することが困難になる場合が増えてきている。言い換えると、従来の厚みのガラス基板に対するのと同様の荷重でスクライブを行うとガラス基板が破壊されやすい。ガラス基板の破壊を防止するために低荷重でスクライブを行うと、ガラス基板の表面にリブマークを形成することが困難になり、ガラス基板を単位基板に分断することが困難になる。

この発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、脆性材料基板を分断するに際し、脆性材料基板の板厚が薄い場合にも精度の高いスクライブラインを安定して形成できるカッターホイールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本願発明者らは、鋭意研究の結果、交点飛びの発生を抑えることができ、脆性材料基板の板厚が薄い場合でも精度の高いスクライブラインを安定して形成できる脆性材料基板クロススクライブ用のカッターホイール、脆性材料基板のスクライブ方法、脆性材料基板の分断方法およびカッターホイールの製造方法を見出し、この発明の完成に到った。

すなわち、この発明によれば、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先として形成され、前記稜線部に等間隔で突起が複数個形成された脆性材料基板クロススクライブ用のカッターホイールであって、ホイールの外径が１．０〜２．５ｍｍであり、前記突起が前記稜線部の全周に１１．８〜２７．３μｍのピッチで形成され、前記突起の高さが０．５〜３．０μｍであり、刃先の角度が８５〜１４０°であることを特徴とするクロススクライブ用カッターホイールが提供される。
特に、刃先の角度が９５〜１４０°であり、かつ、焼結ダイヤモンドまたは超硬合金を材料として形成されるのが好ましい。

この発明の別の観点によれば、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先として形成され、前記稜線部に等間隔で突起が複数個形成されたカッターホイールを脆性材料基板上に圧接転動させることにより脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブ方法であって、脆性材料基板をスクライブするに際し、ホイールの外径が１．０〜２．５ｍｍであり、前記突起が前記稜線部の全周に１１．８〜２７．３μｍのピッチで形成され、前記突起の高さが０．５〜３．０μｍであり、刃先の角度が８５〜１４０°であるカッターホイールを用いてクロススクライブすることを特徴とする脆性材料基板のスクライブ方法が提供される。

この発明のクロススクライブ用カッターホイールにおいて、ホイールの外径が１．０〜２．５μｍであり、かつ、刃先の角度が８５〜１４０°のホイールに対し、刃先の稜線部の全周に１１．８〜２７．３μｍのピッチで、高さが０．５〜３．０μｍとなる突起が形成されるように溝が形成されれば、交点飛びの発生を抑えることができ、脆性材料基板の板厚が薄い場合でも精度の高いスクライブラインを安定して形成できるカッターホイールを得ることができる。

この発明のカッターホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法では、交点飛びの発生を抑えることができ、脆性材料基板の板厚が薄い場合でも精度の高いスクライブラインを安定して形成できる。
厚さが０．４ｍｍから０．７ｍｍの範囲の脆性材料基板に対し、カッターホイールの刃先を０．０３〜０．１９ＭＰａの荷重を付加してスクライブを実施するので、比較的小さい切断圧力で精度の高いスクライブラインを安定して形成できる。
分断の対象となる脆性材料基板としては、無アルカリガラスまたは合成石英ガラスが挙げられ、ＴＦＴ液晶パネル用のガラス基板であるものが例示される。
この発明のカッターホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法では、分断される脆性材料基板の強度を高めることができる。なお、この発明における脆性材料基板の強度とは、ＪＩＳＲ ３４２０に規定された４点曲げ試験における曲げ強度を意味する。

この発明のカッターホイールおよび従来のカッターホイールをその回転軸に直交する方向から見た正面図。 図１の側面図。 この発明のカッターホイールが用いられる液晶パネル分断ラインの説明図。 実験１でのカッターホイールのガラス基板に対する分断性を評価した図。 実験２でのカッターホイールのガラス基板に対する分断性を評価した図。 実験２におけるソゲの発生原因を説明する図。 実験２におけるコジレの発生原因を説明する図。 実験３でのカッターホイールのガラス基板に対する分断性を評価した図。 実験４でのガラス曲げ強度試験に用いられた試験装置を示す図。 実験４で用いられた試料カッターホイールのそれぞれについて得られたガラス曲げ強度試験結果をワイブル確率紙上にプロットしたグラフ。 実験４のガラス曲げ強度試験で最終的に破断された試料基板についてそれぞれの破断面を分析し、それらを試料カッターホイールと関連付けて破壊モードの発生率として算出したグラフ。 実験４で用いられた試料カッターホイールのそれぞれについて得られたガラス曲げ強度試験結果をワイブル確率紙上にプロットしたグラフ。 実験４のガラス曲げ強度試験で最終的に破断された試料基板についてそれぞれの破断面を分析し、それらを試料カッターホイールと関連付けて破壊モードの発生率として算出したグラフ。 実験４で用いられた試料カッターホイールのそれぞれについて得られたガラス曲げ強度試験結果をワイブル確率紙上にプロットしたグラフ。 実験４のガラス曲げ強度試験で最終的に破断された試料基板についてそれぞれの破断面を分析し、それらを試料カッターホイールと関連付けて破壊モードの発生率として算出したグラフ。 この発明に係るカッターホイールの製造方法である二段研磨方式の一例を説明するための、刃先の先端側を拡大したカッターホイールの正面図。 スクライブ作業に使用される従来のスクライブ装置の正面図。 従来のＳＢＳＢ方式によるガラス基板表面に対するスクライブラインの形成と、形成されたスクライブラインに沿ってガラス基板を分断する工程の説明図。 従来のＳＳＢＢ方式によるガラス基板表面に対するスクライブラインの形成と、形成されたスクライブラインに沿ってガラス基板を分断する工程の説明図。 クロススクライブを行う際に発生する交点飛びの現象を説明する斜視図。

以下、この発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明の脆性材料基板としては、形態、材質、用途および大きさについて特に限定されるものではなく、単板からなる基板または２枚以上の単板を貼り合わせた貼り合わせ基板であってもよく、これらの表面または内部に薄膜あるいは半導体材料を付着させたり、含ませたりされたものであってもよい。

本発明の脆性材料基板の材質としては、ガラス、セラミックス、シリコン、サファイア等が挙げられ、その用途としては液晶表示パネル、プラズマディスプレイパネル、有機ＥＬディスプレイパネル等のフラットパネルディスプレイ用のパネルが挙げられる。
本発明における「突起の分割数」とは、カッターホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先として形成された部分に適切な間隔で所定形状の突起を複数個形成するために、前記円周を均等に分割した個数であり、突起の個数を示す。

以下の実施の形態では、この発明のカッターホイールの形状に関わる例を示すが、この発明のカッターホイールはこれらに限定されるものではない。

図１および図２を用いて、この発明のカッターホイール４０の実施形態を説明する。
図１は、カッターホイール４０の回転軸に直交する方向から見た正面図であり、図２は、図１の側面図である。
なお、カッターホイール４０は、図１７を用いて説明した従来のスクライブ装置１００のスクライブヘッド１に装着可能なカッターホイールである。
図１に示すように、カッターホイール４０は、ホイール外径φ、ホイール厚さＷのディスク状を呈し、ホイールの外周部に刃先角αの刃先２が形成されている。

さらに、図１および図２に示すように、カッターホイール４０は、刃先２が形成された稜線部４０ａに凹凸が形成されている。すなわち、この例では、図２の部分拡大図に示すように、Ｕ字状またはＶ字状の溝４０ｂが形成されている。溝４０ｂは、平坦な稜線部４０ａから深さｈに、ピッチＰ毎に切り欠くことにより形成されている。このような溝４０ｂの形成により、高さｈの突起ｊ（稜線部４０ａに相当）がピッチＰ毎に形成される。なお、溝４０ｂは、肉眼では見ることができないミクロンオーダーのサイズである。

図３は、この発明のカッターホイール４０が用いられる液晶パネル分断ライン３０Ａ，３０Ｂを説明する図である。図３（ａ）は図１８に示したＳＢＳＢ方式が実施されるライン３０Ａであり、図３（ｂ）は図１９に示したＳＳＢＢ方式が実施されるライン３０Ｂである。
図３に示すように、液晶パネル分断ライン３０Ａ，３０Ｂは、液晶パネル分断装置３２，３４と、面取り装置３６と、これらの各装置の間に配設された各搬送ロボット３１，３３，３５とからなる。

図３（ａ）に示すように、液晶パネル分断装置３２は、ＳＢＳＢ方式を実施するためのスクライブ装置Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）およびブレイク装置Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）と、ガラス基板Ｇの上下の各面を反転させて搬送する反転搬送ロボットＲ１およびＲ２と、ガラス基板Ｇを反転させずに搬送する搬送ロボットＭとから構成される。
図３（ｂ）に示すように、液晶パネル分断装置３４は、ＳＳＢＢ方式を実施するためのスクライブ装置Ｓ（Ｓ１，Ｓ２）およびブレイク装置Ｂ（Ｂ１，Ｂ２）と、図３（ａ）と同様に、ガラス基板Ｇを搬送するための反転搬送ロボットＲ１およびＲ２と搬送ロボットＭとから構成される。
それぞれのスクライブ装置Ｓ１，Ｓ２は、図１７のスクライブ装置１００と同様の装置構成であり、図１７中のカッターホイール１０に代わってカッターホイール３０がチップホルダ４に装着されている。

図４〜図１５に基づいて、この発明に係るカッターホイールのガラス基板に対する分断特性を評価するために行った実験とその結果を説明する。
〔実験１〕
実験１では、カッターホイール４０を用いてガラス基板を分断するに際し、カッターホイール４０の刃先２によって形成されたリブマークの深さと切断圧力における切断領域（分断可能なレンジ）との関係を測定した。なお、上記した「リブマーク」とは、亀裂の進展が断続的に起こるために発生する肋骨状破面を指し、良好なスクライブライン形成の指標となる目視可能なマークである。

分断条件を以下に示す。
＜対象ガラス基板＞
無アルカリガラス（厚さ０．４ｍｍのガラス単板）
＜カッターホイール＞
材質：焼結ダイヤモンド
外径φ：２．０ｍｍ
厚さＷ：０．６５ｍｍ
軸孔径：０．８ｍｍ
突起ピッチＰ：８．７〜３４．１μｍ（円周を２３０〜９００に均等分割）
突起の高さｈ：０．５〜３μｍ
刃先角度α：９０〜１１５°
＜スクライブ装置＞
三星ダイヤモンド工業株式会社製 ＭＳタイプ
＜設定条件＞
ガラス基板切り込み深さ：０．１ｍｍ
スクライブ速度：３００ｍｍ／ｓｅｃ
切断圧力：０．０３〜０．２２ＭＰａ
（切断圧力＝スクライブラインを形成する際にカッターホイールに負荷される圧力）

試料として用いられたカッターホイールの刃先の特徴を表１に示す。

図４は、実験１のカッターホイールのガラス基板に対する分断性を評価したものである。すなわち、カッターホイールの刃先によって形成されたリブマークの深さと切断圧力についての切断領域との関係を刃先毎に測定した。
図４から、明らかなように、試料Ｎｏ．７，８，１０および１１の刃先、その中でも、試料Ｎｏ．７，１０および１１の刃先について、比較的深いリブマークが形成され、かつ切断圧力について広い切断領域が得られることがわかった。

〔実験２〕
実験２では、カッターホイールを用いてガラス基板に対してクロススクライブを行い、クロススクライブが行われたガラス基板の交点における端面の状況について観察した。分断条件および試料として用いられたカッターホイール４０は、実験１と同様に、表１に示されたものである。

図５は、実験２における分断性を評価したものである。すなわち、前記した試料Ｎｏ．１〜１１の刃先について、クロススクライブが行われたガラス基板の交点における端面の状況と切断圧力における切断領域との関係を刃先毎に測定した。
図５において、「◎」は特に良好な状態、「〇」は良好な状態、「△」は損傷の程度が低い状態、「×」は損傷の程度が高い状態、「−」は切断不能の状態をそれぞれ意味する。
図６および図７は、後述する「ソゲ」や「コジレ」などのガラス基板の損傷を説明する図であり、それぞれの上図が、それぞれの下に図示されたスクライブラインＬ１より後に形成されたスクライブラインＬ４における断面を示し、それぞれの下図が各平面を示す。

図５の考察の欄に記載された「ソゲ」とは、図６に示すように、カッターホイールＣがガラス基板に圧接転動してスクライブラインＬ４を形成しながら図中矢印方向へ進行し、既設のスクライブラインＬ１にさしかかろうとするとき、半分断状態（垂直クラックＫがガラス基板Ｇの厚さの約９０％まで達している状態）のスクライブラインＬ１がガラス基板Ｇの裏面近傍で斜め方向に分断されてしまい、図６中のγで示されたような不具合が生じる現象を意味する。
また、「コジレ」とは、図７に示すように、カッターホイールＣがガラス基板に圧接転動してスクライブラインＬ４を形成しながら図中矢印方向へ進行し、図２０に示すように既設のスクライブラインＬ１〜Ｌ３にさしかかる手前で（図７ではスクライブラインＬ１のみを示す）、半分断状態（垂直クラックＫがガラス基板Ｇの厚さの約９０％まで達している状態）にあるガラス基板Ｇどうしが競り合って、それぞれの端面部に発生する微細なカケ（欠け）であって、図７中のβで示されたような不具合が生じる現象を意味する。

実験２では、図５に示すように、試料Ｎｏ．２，３，５，６，９，１０および１１の刃先、その中でも、試料Ｎｏ．３，５，６および１０の刃先については、切断圧力における比較的広い切断領域にわたって良好な交点が得られた。

実験１および実験２から、ホイールの外径が１．０〜２．５ｍｍであり、前記突起が前記稜線部の全周に８〜３５μｍのピッチで形成され、前記突起の高さが０．５〜６．０μｍであり、刃先の角度が９０〜１１５°であるカッターホイールを用いた場合には、交点および端面においてソゲ、コジレなどの不具合な現象の発生を抑えられ、分断されるガラス基板Ｇは端面の強度が高められたことがわかる。さらに角度範囲を広げて確認した結果、８５〜１４０°の範囲で端面強度の向上が確認できた。

〔実験３〕
実験３では、カッターホイールを用いてガラス基板に対してクロススクライブを行った。クロススクライブが行われたガラス基板の交点における端面の状況と形成されたガラス基板に対する垂直クラックの深さの程度（浸透性）について、切断圧力における切断領域と関連付けて刃先毎にガラス基板の分断性を測定した。

分断条件を以下に示す。
＜対象ガラス基板＞
無アルカリガラス（厚さ０．７ｍｍのガラス単板）
＜カッターホイール＞
材質：焼結ダイヤモンド
外径φ：２．０ｍｍ
厚さＷ：０．６５ｍｍ
軸孔径：０．８ｍｍ
突起ピッチＰ：１７．４μｍ（円周を３６０均等分割）
突起の高さｈ：３μｍ
刃先角度α：１１０°，１１５°，１２０°
＜スクライブ装置＞
三星ダイヤモンド工業株式会社製 ＭＳタイプ
＜設定条件＞
ガラス基板切り込み深さ：０．１ｍｍ
スクライブ速度：３００ｍｍ／ｓｅｃ
切断圧力：０．０４〜０．２１ＭＰａ

図８は、試料として用いられたカッターホイールの刃先の形状と、その切断結果を示す。
図８は、実験３における分断性を評価したものであり、評価方法としては、ガラス基板の表面に８ｍｍ×８ｍｍピッチで直交するＸ軸およびＹ軸方向にそれぞれ１０本ずつの直線状のクロススクライブラインを形成し、形成される交点１００箇所について交点飛びの状況を評価した。図中において、ｎ＝１，ｎ＝２およびｎ＝３は、評価ｎ数（新たな刃先をそれぞれ使用した繰り返し評価回数）を示す。

図８中の交点チェックの欄において、「全飛び」とは、スクライブ進行方向における交点の前後においてスクライブラインが形成されなかった場合、「半飛び」とは、スクライブ進行方向における交点の前後いずれかにおいてスクライブラインが形成されなかった場合を示す。
図８中の交点チェックの欄の「浸透」の列において、○印は、垂直クラックがガラス基板厚さの１０〜２０％までにとどまり深く浸透しなかった場合、△印は、垂直クラックがガラス基板厚さの９０％以上まで達した場合をそれぞれ示す。

図８から明らかなように、切断圧力を０．０８〜０．１７ＭＰａに設定した場合、交点飛びの発生を大幅に抑えることができるとともに、ガラス基板に対する刃先の過剰な浸透を抑えることができた。
また、刃先角度αが１１５〜１２０°の範囲で、切断圧力について比較的広い切断領域を確保することができた。この場合も、さらに角度範囲を広げて確認した結果、８５〜１４０°の範囲でソゲ、コジレの改善が確認できた。

実験３から、ホイールの外径が１．０〜２．５ｍｍであり、前記突起が前記稜線部の全周に８〜３５μｍのピッチで形成され、前記突起の高さが０．５〜６．０μｍであり、刃先の角度が８５〜１４０°であるカッターホイールを用いた場合には、交点および端面において、ソゲ、コジレなどの不良が抑えられ脆性材料基板の板厚が薄い場合でも精度の高いスクライブラインを安定して形成できることがわかった。

上記の実施の形態から明らかなように、前記した従来の高浸透タイプのカッターホイール２０に対して、突起のピッチをより小さくした（すなわち、円周に対して分割数を増やした）カッターホイール４０をスクライブに用いることにより、形成されたスクライブラインで分断されるガラス基板の端面の強度を高め、薄い板厚でも良好なスクライブラインが形成できる。
また、良好なスクライブラインを形成できる切断領域が広いので、刃先の摩耗や、ガラス基板上におけるスクライブラインの形成位置の差異による影響を受けにくくなり、長時間にわたって安定したスクライブラインの形成が可能になる。
従来の高浸透タイプのカッターホイール２０と本発明のカッターホイール４０とを選択的に用いることにより、薄い板厚から厚い板厚まで広い範囲のスクライブ対象基板に対して良好なスクライブラインが形成できる。
なお、突起のピッチを小さくするとともに、突起の高さを低くすることによっても、形成されたスクライブラインで分断されるガラス基板のブレイクした後の端面の強度が高められることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
また、板厚が０．４ｍｍ以下の基板に対してもカッターホイール４０の突起の高さやピッチを調整することにより、良好なスクライブラインを形成できるとともに、ブレイク後の不要な亀裂の発生およびその伸展を防止することができる。

〔実験４〕
実験４では、それぞれの刃先部分における突起の分割数（ピッチ）あるいは突起の高さが異なるカッターホイール（以下、試料カッターホイールと称する）を用いて素ガラス基板に対するクロススクライブを行い、その後ブレイクを行って試料となる分断されたガラス基板（以下、試料基板と称する）を得た。
得られた試料基板についてガラス曲げ強度試験を行い、突起の形態とガラス基板の強度とを関連付けて評価した。

分断条件を以下に示す。
＜対象ガラス基板＞
Ａ）無アルカリガラス（厚さ０．６３ｍｍのガラス単板）
ガラス密度：２．３７
素ガラス基板寸法：３７０×４７０ｍｍ
試料基板：１００×１５ｍｍ
Ｂ）アルカリガラス（厚さ０．７０ｍｍのガラス単板）
ガラス密度：２．５０
素ガラス基板寸法：３００×４００ｍｍ
試料基板：１００×１５ｍｍ
Ｃ）無アルカリガラス（厚さ０．７０ｍｍのガラス単板）
ガラス密度：２．５４
素ガラス基板寸法：３６０×４６０ｍｍ
試料基板：１００×１５ｍｍ
＜カッターホイール＞
材質：焼結ダイヤモンド
外径φ：２．０ｍｍ
厚さＷ：０．６５ｍｍ
軸孔径：０．８ｍｍ
突起ピッチＰ：１７．４〜５７．１μｍ（円周を１１０〜３６０均等分割）
突起の高さｈ：３〜１０μｍ
刃先角度α：１２５°
＜スクライブ装置＞
三星ダイヤモンド工業株式会社製 ＭＳタイプ
＜設定条件＞
外−外切断法
（素ガラス基板の外側に試料カッターホイールを位置させて一方の基板端面部から他方の 基板端面部までスクライブラインを形成する方法）
ガラス基板切り込み深さ：０．１５ｍｍ
スクライブ速度：３００ｍｍ／ｓｅｃ
切断圧力：０．２２〜０．２５ＭＰａ

図９は、ガラス曲げ強度試験に用いられたガラス曲げ強度試験装置を示す。

さらに、ガラス曲げ強度試験の試験条件を以下に示す。
＜試験装置＞
島津製作所 ＥｚＴｅｓｔ／ＣＥ
＜試験方法＞
ＪＩＳ Ｒ ３４２０ ４点曲げ試験
上部支点間距離Ａ：２０ｍｍ
下部支点間距離Ｂ：６０ｍｍ
試料基板の一方の長さＣ：１００ｍｍ

表２は、使用した試料カッターホイールの形態、設定切断圧力およびリブマーク量（リブマークの深さ）の各値を示す。なお、下記の表２中の試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２は高浸透性を有する従来のカッターホイール（特許文献２に記載のカッターホイール）であり、試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．８は本発明のカッターホイールである。

実験４の具体的な手順を以下に示す。
まず、表２の試料カッターホイール１〜６を用いて素ガラス基板の片面にクロススクライブを行った。このとき、基準深さが１００μｍのリブマークが各素ガラス基板に形成されるように、表２の設定切断圧力でスクライブラインを形成した。なお、スクライブラインは、まず、素ガラス基板の外側に試料カッターホイールを位置させて一方の基板端面部から他方の基板端面部まで形成された（外−外切断法）。それぞれの設定切断圧力で形成された実際のリブマークの深さを、表２中で「リブマーク量」として示した。
その後、素ガラス基板に対して手折りによるブレイクを行い、複数の試料基板（１００ｍｍ×１５ｍｍ）を得た。

次いで、得られた各試料基板に対して、図９に示すガラス曲げ強度試験装置を用いてガラス曲げ強度試験を実施した。
ガラス曲げ強度試験では、上記のクロススクライブによってスクライブラインが形成された側の面が図中の下面側になるように試料基板を支持して試験を行った。
ガラス曲げ強度試験によって得られた各試料基板に対する試料カッターホイール毎の数値（ガラス曲げ強度試験結果）をワイブル確率紙上にプロットした。その結果を図１０，図１２および図１４に示す。図１２は対象ガラス基板がＡ）無アルカリガラスの場合の結果を示し、図１２は対象ガラス基板がＢ）アルカリガラスの場合の結果を示し、図１４はＣ）無アルカリガラスの場合の結果を示す。

また、ガラス曲げ強度試験で最終的に破断された試料基板についてそれぞれの破断面を分析し、それらを試料カッターホイール１〜８と関連付けて破壊モードの発生率として算出した。
その結果を図１１，図１３および図１５に示す。図１１は対象ガラス基板がＡ）無アルカリガラスの場合の結果を示し、図１３は対象ガラス基板がＢ）アルカリガラスの場合の結果を示し、図１５はＣ）無アルカリガラスの場合の結果を示す。
なお、破壊モードが図中左から右に（モードＡからモードＨ側へ）向かうにつれて試料基板自体の破壊に抗する強度が高いことを示す。

図１０，図１２および図１４から明らかなように、スクライブに用いる試料カッターホイールは、突起の分割数が増え、突起高さが高い方から低い方へと設定されるにしたがって、得られた試料基板の強度が高まる傾向が見られる。
また、図１１，図１３および図１５から明らかなように、スクライブに用いる試料カッターホイールは、突起の分割数が増え、突起高さが高い方から低い方へと設定されるにしたがって、ガラス曲げ強度試験で最終的に破断された試料基板の端面強度が高まる。

実験４に示したように、突起の分割数を増加させ、突起高さを低く設定した本発明の試料カッターホイールを用いてガラス基板にスクライブラインを形成した場合、高浸透性を有する従来のカッターホイール（特許文献２に記載のカッターホイール）を用いた場合に比べて、その後のブレイクによって分断され最終的に試料基板として得られたガラス基板は、その曲げ強度および端面強度が高まることが理解される。

〔実験５〕
実験５では、本発明のカッターホイール４０を用いて貼り合わせガラス基板を切断するに際し、貼り合わせガラス基板の厚さおよび刃先の条件と切断圧力における切断領域との関係を測定した。
貼り合わせガラス基板に対する切断方法は、図１９に示すように、Ａ面ガラス基板を上側にして、ガラス基板Ｇをスクライブ装置のスクライブテーブル上に載置し、Ａ面ガラス基板に対して、カッターホイール３０を用いてスクライブラインＳａを形成し、次に、前記ガラス基板Ｇの上下を反転させて前記ガラス基板Ｇをスクライブテーブル上に載置し、Ｂ面ガラス基板に対して、同じカッターホイール３０を用いてスクライブを行いスクライブラインＳｂを形成した（以下、ＳＳ方式と称する）。
ＳＳ方式におけるＡ面ガラス基板の切断圧力における切断領域（下限値および上限値からなる）とＢ面ガラス基板の切断圧力における切断領域（下限値および上限値からなる）との共通した切断領域を算出し、これを貼り合わせガラス基板の切断領域としてその下限値および上限値を測定結果に示した。

分断条件を以下に示す。
＜対象貼り合わせガラス基板＞
アルカリガラスおよび無アルカリガラス
ガラス基板の厚さ：０．２〜０．３５ｍｍ（Ａ面およびＢ面ガラス基板の各々の厚さ）
＜カッターホイール＞
材質：焼結ダイヤモンド
外径φ：２．０ｍｍ
厚さＷ：０．６５ｍｍ
軸孔径：０．８ｍｍ
突起ピッチＰ：１７．４μｍ（円周を３６０均等分割）
突起の高さｈ：３μｍ
刃先角度α：９５〜１２０°
＜スクライブ装置＞
三星ダイヤモンド工業株式会社製 ＭＳタイプ
＜設定条件＞
ガラス基板切り込み深さ：０．１ｍｍ
スクライブ速度：２００ｍｍ／ｓｅｃ
切断圧力：０．０４〜０．１８ＭＰａ

試料として用いられた貼り合わせガラス基板の厚さ、種類およびカッターホイールの刃先の条件と、貼り合わせガラス基板の切断領域としてその下限値および上限値を表３に示す。
なお、表３において、「ガラス厚さ」とは貼り合わせガラス基板を構成するＡ面ガラス基板およびＢ面ガラス基板のそれぞれの厚さを意味する。「↑」は、「同上であること」を示す。

表３から明らかなように、異なる材質および厚さの貼り合わせガラス基板に対してカッターホイール４０を用いてスクライブを行った場合、広くかつ比較的低い切断領域が得られた。

〔他の実施の形態〕
図１６は、この発明に係るカッターホイール４０の製造方法の一例を説明するための、刃先の先端側を拡大したカッターホイール４０の正面図である。カッターホイール４０は、ディスク状ホイールに対して、まずその円周部に沿ってＶ字形の稜線部２０ａからなる刃先が形成され、次いで図１および図２に示すように稜線部４０ａに凹凸（溝４０ｂ）が形成される。
この実施の形態では、刃先の形成方法について述べるため、凹凸（溝４０ｂ）の形成については省略する。凹凸（溝４０ｂ）の形成については、特許第３０７４１４３号公報の記載を参照されたい。

この発明に係るカッターホイール４０の刃先の形成方法（以下、「二段研磨方式」と称する）について図１６を参照しながら具体的に説明する。
まず、ディスク状ホイール１０Ａの刃先を少なくとも１つの刃先角度θ１で粗研磨して形成する（図中の実線で示した輪郭の刃先）。
刃先角度θ１のカッターホイール４０が必要な場合は、刃先が粗研磨された上記ディスク状ホイール１０Ａをさらに仕上げ研磨して刃先角度θ１のホイール１０Ｂを形成する。次いで、このホイール１０Ｂに対して前記の方法で凹凸（溝４０ｂ）を形成することにより刃先角度θ１のカッターホイール４０が得られる。
刃先角度θ２のカッターホイール４０が必要な場合は、刃先が粗研磨された上記ディスク状ホイール１０Ａに仕上げ研磨を施して刃先角度θ２のホイール１０Ｃを形成する（図中の破線で示した輪郭の刃先）。次いで、このホイール１０Ｃに対して前記の方法で凹凸（溝４０ｂ）を形成することにより刃先角度θ２のカッターホイール４０が得られる。
このように（安定した需要が見込まれる）１つの刃先角度θ１に予め仕上げられたカッターホイール４０を標準品として複数ストックしておけば、わずかな仕上げ研磨を施すだけで多様な刃先角度（θ２・・・）を備えたカッターホイール３０を短時間で製造できるので、大幅な納期の短縮を図ることができ、多品種少量生産にも適合した生産体制を築くことができる。
なお、上記の「二段研磨方式」は、この発明に係るカッターホイールのみならず、特許文献１に記載されたカッターホイール１０（すなわち、ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先として形成されたカッターホイール）および特許文献２に記載されたカッターホイール２０（すなわち、カッターホイール１０の前記稜線部に略等間隔で所定形状の突起が複数個形成されたカッターホイール）についても適用される。

上記の実施の形態１〜５で明らかなように、前記した従来の高浸透タイプのカッターホイール２０に対して、突起のピッチをより小さくした（すなわち、円周に対して分割数を増やした）カッターホイール４０をスクライブに用いることにより、形成されたスクライブラインで分断されるガラス基板の端面の強度を高め、薄い板厚でも良好なスクライブラインが形成できる。
また、良好なスクライブラインが形成できる切断領域が広いので、刃先の摩耗や、ガラス基板上におけるスクライブラインの形成位置の差異による影響を受けにくくなり、長時間にわたって安定したスクライブラインの形成が可能になる。
従来の高浸透タイプのカッターホイール２０と本発明のカッターホイール４０とを選択的に用いることにより、薄い板厚から厚い板厚まで広い範囲のスクライブ対象基板に対して良好なスクライブラインが形成できる。
なお、突起のピッチを小さくするとともに、突起の高さを低くすることによっても、形成されたスクライブラインで分断されるガラス基板のブレイクした後の端面の強度が高められることは、当業者であれば容易に理解されるであろう。
また、板厚が０．４ｍｍ以下の基板に対してもカッターホイール４０の突起の高さやピッチを調整することにより、良好なスクライブラインを形成できるとともに、ブレイク後の不要な亀裂の発生およびその伸展を防止することができる。
さらに、本発明のカッターホイール４０を用いてガラス基板にスクライブラインを形成した場合、その後のブレイクによって分断され最終的に得られたガラス基板は、その曲げ強度および端面強度が高められる。
さらに、本発明のカッターホイール４０を用いてガラス基板にスクライブラインを形成した場合、異なる材質および厚さの貼り合わせガラス基板に対して広くかつ比較的低い切断領域が得られる。

なお、前記の実施の形態では、カッターホイール４０は、突起がホイールの円周部の全周に均等に形成されたものを例示したが、これらに限定されることはなく、突起がホイールの円周部の一部分のみに形成されたものやホイールの円周部の全周に不均等に形成されたものも本発明のカッターホイールに含まれる。

この発明のカッターホイールを用いた脆性材料基板のスクライブ方法では、交点飛びの発生を抑えることができ、脆性材料基板の板厚が薄い場合でも精度の高いスクライブラインを安定して形成できるので、ガラスなどの脆性材料基板のスクライブの際に利用することができる。
特に、この発明のカッターホイールを用いて、厚さが０．４ｍｍから０．７ｍｍの範囲の脆性材料基板をスクライブするに際し、カッターホイールの刃先を脆性材料基板に対して、０．０３〜０．１９ＭＰａの荷重を付加してスクライブするスクライブ方法が有効である。
この発明は、無アルカリガラスまたは合成石英ガラスであるガラス基板に特に有効であり、用途としてはＴＦＴ液晶パネル、ＴＮ液晶パネル、ＳＴＮ液晶パネルを代表例とする各種の平面表示パネル用の各種脆性材料基板が挙げられる。

１ スクライブヘッド
２ 刃先
３ ブレイクバー
４０ カッターホイール
４０ａ 稜線部
４０ｂ 溝
１００ スクライブ装置

Claims (5)

1. ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ字形の稜線部が刃先として形成され、前記稜線部に等間隔で突起が複数個形成された脆性材料基板クロススクライブ用のカッターホイールであって、ホイールの外径が１．０〜２．５ｍｍであり、前記突起が前記稜線部の全周に１１．８〜２７．３μｍのピッチで形成され、前記突起の高さが０．５〜３．０μｍであり、刃先の角度が８５〜１４０°であることを特徴とするクロススクライブ用カッターホイール。
2. 刃先の角度が９５〜１４０°である請求項１に記載のクロススクライブ用カッターホイール。
3. 焼結ダイヤモンドまたは超硬合金を材料として形成された請求項１に記載のクロススクライブ用カッターホイール。
4. ディスク状ホイールの円周部に沿ってＶ 字形の稜線部が刃先として形成され、前記稜線部に等間隔で突起が複数個形成されたカッターホイールを脆性材料基板上に圧接転動させることにより脆性材料基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブ方法であって、脆性材料基板をスクライブするに際し、ホイールの外径が１．０〜２．５ｍｍであり、前記突起が前記稜線部の全周に１１．８〜２７．３μｍのピッチで形成され、前記突起の高さが０．５〜３．０μｍであり、刃先の角度が８５〜１４０°であるカッターホイールを用いてクロススクライブすることを特徴とする脆性材料基板のスクライブ方法。
5. 請求項１に記載のカッターホイールを用いてクロススクライブを行うことによって脆性材料基板にスクライブラインを形成し、続いて形成されたスクライブラインに沿って荷重をかけてブレイクすることを特徴とする脆性材料基板の分断方法。
   
   

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