(57)【要約】カッターホイール１は、軸孔６に支軸を挿通させて、脆性材料の表面上を転動しつつ脆性材料表面からの刃先２の侵入深度を規制する規制面３を刃先２の両側に有している。このカッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法は、このカッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に侵入させた状態を維持しながら該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブする。
2003057440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属材料の表面上を転動しつつ非金属材料をスクライブするカッターホイールにおいて、
該非金属材料表面からの刃先の侵入深度を規制する規制面を刃先の少なくとも片側に有することを特徴とする非金属材料用カッターホイール。
【請求項２】
前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部が全周にわたって切り欠かれたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項３】
前記刃先の刃先稜線が、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項４】
前記非金属材料が脆性材料であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項５】
前記刃先角度が１００°〜１６５°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項６】
前記刃先の刃先稜線と前記規制面との当該カッターホイールの径方向の距離は２μｍ〜１００μｍの範囲内とされることを特徴とする請求の範囲第４項又は５に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項７】
前記非金属材料がプラスチックであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項８】
前記刃先角度が１０°〜４０°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項９】
非金属材料を載置するテーブルと、
このテーブルの上方に配されたスクライブヘッドと、
このスクライブヘッドにより前記テーブル上の被加工対象物に相互に交差するスクライブラインを形成させるクロススクライブ手段とを備え、
前記スクライブヘッドに、請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールが設けられたことを特徴とするスクライブ装置。
【請求項１０】
１本のスクライブラインの形成が完了する毎にカッターホイールの向きを１８０度反転させるカッターホイール反転手段が設けられたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。
【請求項１１】
カッターホイールを２つ備え、これら２つのカッターホイールは並列に、且つ、相互の刃先稜線が最も離れた位置となるよう配されたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。
【請求項１２】
カッターヘッドが、非金属材料が載置されているテーブルに対して相対的にＸ方向及び／またはＹ方向に移動する機構を備えるスクライブ装置において、カッターヘッドに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ装置
【請求項１３】
筒状の柄からなる握り部と、この握り部の先端に設けられたチップホルダとを備え、このチップホルダに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ工具。
【請求項１４】
請求の範囲第１項乃至８のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法であって、
該カッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に侵入させた状態を維持しながら該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブすることを特徴とする非金属材料のスクライブ方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えばガラス、シリコン、セラミックス等といった非金属性の脆性材料やプラスチックシートといった非金属材料の切断に好適なカッターホイールと、このカッターホイールを用いたスクライブ装置、並びにスクライブ方法に関する。
背景技術
従来、上記脆性材料のスクライブには図１８に示すような鈍角を有する刃先を備えたカッターホイールＨが広く用いられている。このカッターホイールＨによるスクライブは、通常、刃先に脆性材料Ｇの材質や厚み等の諸条件に見合った荷重をかけながらカッターホイールＨを脆性材料の表面上を転動させることにより行われ、これによって脆性材料の表面に連続する垂直クラックＫのライン、すなわちスクライブラインが形成される。
また、例えばガラス基板のスクライブ工程においては、図１９に示すように、ガラス基板Ｇをクロススクライブすることが日常的に行われている。このとき、第１の方向にスクライブを行ったときにスクライブラインＬ１〜Ｌ３の各両側に蓄積された内部歪みの影響を受けて、第１の方向と交差する第２の方向にスクライブを行ったとき、先のスクライブラインＬ１〜Ｌ３との交点付近でいわゆる交点飛びと呼ばれる現象が発生し、当該交点付近で第２のスクライブラインＬ４〜Ｌ６が形成されないといったことがしばしば起こる。内部歪みは、水平クラックの形で加工物の表面に出てくるため、カレットの発生とかブレーク後の断面品質の低下等の問題に関連してくる重要な現象で、できるだけその発生を減らす必要がある。そのためには、スクライブ時のスクライブ動作が安定することが必要となり、具体的にはスクライブ動作中にスクライブ圧を所定範囲内で安定させることが重要となる。そこで、上記の現象の発生を防止するため、従来は、第２のスクライブラインＬ４〜Ｌ６を形成するときに、その刃先荷重を第１のスクライブラインＬ１〜Ｌ３を形成した時の刃先荷重の約１．２〜３倍にしていた。
また、プラスチックシートのスクライブにおいては、プラスチックシートを硬いテーブルなどの上に吸着固定させてスクライブしていた。なお、プラスチックシートの場合は、図１８に示すカッターホイールの刃先角度は脆性材料の場合と異なり鋭角になっている。
脆性材料とかプラスチックシートとかの加工対象物をスクライブ加工する場合に、加工対象物の表面上を転動させて対象物の表面部を加工するカッターホイールを使用する場合は、加工対象物の表面に対してカッターホイールの刃先部を押圧方向に如何に安定して押圧させながら転動移動させていくのかが関心事である。
加工対象物の材料が脆性材料かプラスチック材料かによって、加工表面で発生する現象が異なるので、材料別に以下に詳述する。
まず、脆性材料の場合には、カッターホイールＨにより脆性材料Ｇに垂直クラックＫが発生するメカニズムをみてみると、まず刃先に荷重がかかることで脆性材料Ｇ表面の刃先と当接している箇所に弾性変形が生じ、次いで刃先荷重の増大に伴い上記箇所に塑性変形が生じる。さらに刃先荷重が増大すると塑性変形の限界点を超えることとなり、その結果脆性破壊が発生し、脆性材料の厚み方向に垂直クラックＫが成長し始める。この垂直クラックＫの成長は、垂直クラックＫの先端Ｍが、刃先荷重の大きさ及び脆性材料の材質や厚み等に応じた到達深度Ｐ（脆性材料表面からの距離）にまで達した時点で終息する。これを、一定の材質、一定の厚さの脆性材料について見ると、上記垂直クラックＫの先端Ｍが達する到達深度Ｐをコントロールできるのは刃先荷重だけとなる。すなわち、刃先荷重を増大させるとカッターホイールＨの刃先が脆性材料Ｇの表面に食い込む深さが長くなり、垂直クラックＫ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Ｋの到達深度は深くなる。ところが、刃先荷重がある一定の大きさを超えると、いわゆる深い垂直クラックＫが得られるもののそれと同時に脆性材料Ｇの表面付近に蓄積された内部歪みが飽和状態となり、垂直クラックＫの成長方向とは全く異なる方向に向かうクラック、いわゆる水平クラックが発生する。このような水平クラックは、望ましくない切り粉を多量に発生させる原因となる。
本発明者等は、上記したメカニズムをさらに詳しく探究した結果、刃先荷重と垂直クラックＫの到達深度Ｐとには図１４に示すような関係があることを見出した。すなわち、この図１４に示されたグラフからも分かるように、垂直クラックＫの到達深度Ｐは、刃先荷重が増大するに従って緩やかに深くなる領域（Ａ領域）がまず存在し、これに続いて、刃先荷重の増大に伴って急激に増加する領域（Ｂ領域）が存在し、さらに刃先荷重が増大してもほとんど増加しない領域（Ｃ領域）が存在する。そして、このＣ領域では、Ａ領域やＢ領域では見られなかった水平クラックの方が垂直クラックよりも大幅に増加するのである。
以上のことから、Ｂ領域、つまり刃先荷重の増大に伴って急激に到達深度Ｐが増加する領域内に相当する刃先荷重でスクライブを行うことによって、前記水平クラックの発生を伴わずに深い垂直クラックを得られることを見出した。
ところが、Ｂ領域の刃先荷重の設定可能な最適範囲が極めて狭く、通常のスクライブ時における刃先荷重の調節ではＢ領域内で長時間安定してスクライブできないことが解った。
また、クロススクライブにおいては、前述したように交点飛びの発生を防止するため第２のスクライブラインの形成にあたって刃先荷重を第１のスクライブライン形成時よりも大幅に増大させる必要があることから、刃先荷重が往々にして上記Ｃ領域に入ってしまうこととなり、このため多量の切り粉の発生を避けることができないといった問題があった。
さらに、上記したような問題とは別に、上記従来のカッターホイールＨを用いた、例えばガラス基板のスクライブでは、ガラスのうねりや反り、ガラス表面の凹凸、また、カッターホイールを保持するホルダやこのホルダを保持するスクライブヘッドのがたなどの外的要因により安定したスクライブラインが得られないことがしばしば発生していた。
また、一方の材料として上で取り上げたプラスチックについては、プラスチックシートの場合、プラスチックシートの厚みのばらつきや該シートを保持するテーブルの平坦度、あるいは相対的に動く刃先を保持する部分の該シートに対する高さ方向の平行度のばらつきなどにより、かなり余裕を持った刃先の深さ設定を必要としていた。このため、プラスチックシートに対する刃先の侵入深さが一定とならず、侵入深さが浅い部分ではプラスチックシートの分離がしにくくなり、また侵入深さが深い部分では刃先が硬いテーブルにまで達し、刃先の先端にダメージを受けるといった問題があった。
さらに、例えば液晶表示パネル用の貼り合わせ透光性プラスチック基板のように、２枚重ねの基板を切断する場合などにおいては、基板２枚分の厚みのばらつきの影響を受けて、刃先の先端が深く入り込んだときは、切断対象となっていない下側の基板にまで傷を付けてしまい、不良品の発生を招来し、逆に浅い場合は分離不可となって、製品の取り出しが困難になるといった問題があった。
発明の開示
本発明者等は、前述の知見に基づき、脆性材料に対しては、上記Ｂ領域の刃先荷重に相当するスクライブ圧を安定して加え続けることで刃先の脆性材料への食い込み量を一定に保つことができれば、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを安定して確実に得られるばかりでなく、上記の外的要因によるスクライブラインの不安定化といった問題も解消し得ることを見出し、また、プラスチックシートに対しても、刃先の侵入深さを一定に保つことができれば、プラスチックシートの厚みのばらつき等に左右されることなく一定深さの切り込みを形成す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。
この種のカッターホイールの使用法において、刃先部を転動させて移動させる際に、加工物表面部の凹凸の影響とかカッターホイールの刃先を転動させる際の物理運動の不安定性などによる外乱の影響で、刃先の加工性能が不安定になるのを可能な限り少なくさせることが重要である。
こうした点に鑑みて、安定した転動動作が得られるように、加工物表面を押圧するカッターホイールの刃先部の押圧方向の動きを簡単な機構で規制する役目を果たす手段として、刃先の両側面部に規制手段としての規制部位を設ける。
すなわち、本発明に係る非金属材料用カッターホイールは、非金属材料の表面上を転動しつつ非金属材料をスクライブするカッターホイールにおいて、該非金属材料表面からの刃先の侵入深度を規制する規制面を刃先の少なくとも片側に有することを特徴とするものである。
本発明によれば、刃先の侵入深度を規制する面と刃先稜線との間のカッターホイールの径方向の距離をサブミクロンオーダーの精度で精密に加工することにより、脆性材料に対しては、刃先荷重の調整では得られなかったＢ領域の垂直クラックが得られ、プラスチックシートに対しては一定深さの切り込みが安定して得られる。
そして、脆性材料に対しては、刃先にたとえ前記Ｂ領域の範囲を超えるような大きな荷重がかけられても、刃先の少なくとも片側の規制面が脆性材料の表面と当接することによってその荷重を受け、これによって刃先の脆性材料への食い込み量が常に一定に保たれることになるので、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを確実に得ることが可能となる。
また、上記したように刃先の少なくとも片側に規制面があることによって刃先に大きな荷重をかけても水平クラックが発生する心配がないことから、前述したような外的要因を、刃先荷重を大きくすることで払拭することが可能となり、その結果安定したスクライブラインが得られる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いてもよい。
このような形状のカッターホイールの場合、表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板を、素子単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、上記素子間に露出する基板面をカッターホイールでスクライブする場合、図１８に示すような形状のカッターホイールでは、刃先の傾斜面が素子と干渉してしまうが、前述したように各規制面と各側面とがそれぞれ出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いた形状とすることによって、素子と干渉することなく刃先を素子間に挿入することが可能となり、素子間に露出する基板面をスクライブすることができる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、刃先の刃先稜線を、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位させてもよい。
この場合も表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板を、素子単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、刃先稜線が寄っている側のカッターホイールの側面を素子の側面に臨ませることで、刃先稜線を、従来のカッターホイールに比べて、素子に近接させることが可能となり、基板の切断に際して、素子の個々について素子の直近を、素子を損傷することなくスクライブすることができる。
本発明のスクライブ装置は、非金属材料を載置するテーブルと、このテーブルの上方に配されたスクライブヘッドと、このスクライブヘッドにより前記テーブル上の被加工対象物に相互に交差するスクライブラインを形成させるクロススクライブ手段とを備え、前記スクライブヘッドに、上記したいずれかの非金属材料用カッターホイールを設けたことを特徴とするものである。
また、このスクライブ装置において、１本のスクライブラインの形成が完了する毎にカッターホイールの向きを１８０度反転させるカッターホイール反転手段を設けてもよい。
これにより、基板を反転させずに、基板の所定箇所、つまり各素子の凸部や薄膜に近接した箇所をスクライブすることが可能となる。
また、上記スクライブ装置において、カッターホイールを２つ備えたものを用いてもよい。この場合、これら２つのカッターホイールは並列に、且つ、相互の刃先稜線が最も離れた位置となるよう配する。そして、上記２つのカッターホイールは動作プログラムにより選択的に同時或いは個別にスクライブできる。これによって、上記のように１本のスクライブラインが形成される毎にカッターホイールを１８０度反転させる必要がなくなる。
また、スクライブヘッドが、非金属材料が載置されているテーブルに対して相対的にＸ方向及び／またはＹ方向に移動する機構を備えるスクライブ装置において、スクライブヘッドに上記したいずれかの非金属材料用カッターホイールを設けた構成としてもよい。
さらに、手切りのスクライブ工具として、筒状の柄からなる握り部と、この握り部の先端に設けられたチップホルダとを備え、このチップホルダに上記したいずれかの非金属材料用カッターホイールを設けた構成としてもよい。
また、本発明に係るスクライブ方法は、上記した各種の非金属材料用カッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法であって、該カッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に侵入させた状態を維持しながら該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブすることを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるカッターホイール１の斜視図、図２はその側面図、図３はその正面図である。
このカッターホイール１は、軸孔６に支軸（不図示）を挿通させて、図外脆性材料の表面上を転動しつつ脆性材料表面からの刃先２の侵入深度を規制する規制面３を刃先２の両側に有している。
上記刃先２の刃先角度θは、ガラス等の脆性材料が切断対象の場合、１００°〜１６５°とするのがよい。刃先角度θが１００°より小さいと刃先２の必要強度が得られず、また１６５°より大きいと刃先２は脆性材料内に食い込み難い。また、刃先２の刃先稜線２１と規制面３との径方向の距離Ｄは、２μｍ〜１００μｍとするのがよい。この距離が２μｍより小さいと脆性材料に塑性変形が生じず、その結果として垂直クラックが発生しない。また、１００μｍより大きいと脆性材料への刃先２の食い込み量が大き過ぎることになり、脆性材料が割れてしまうこととなる。また、脆性材料の材質にもよるが、脆性材料の厚みが厚くなるにしたがって上記範囲内で距離Ｄを選定すると、効率よく深い垂直クラックＫが得られる。
なお、上記刃先角度θと距離Ｄとの兼ね合いについては、切断の対象となる脆性材料Ｇの材質や厚み及びカッターホイール１自体の厚み等に応じ、上記規制面３が所定の機能を果たしうる面積を確保できる範囲内で適宜選択すればよい。
上記規制面３は、スクライブ時、脆性材料Ｇの表面に加圧された状態で当該表面上を円滑に転動しうるよう、鏡面加工が施されていることが望ましい。
図４は、本発明に係る他の実施の形態を示し、この例では、カッターホイール１は、各規制面３とカッターホイールの各側面４とがそれぞれ出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いたものである。
このような形状のカッターホイール１の場合、図６に示すように、表面に多数個の素子Ｔがマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板Ｇを、素子Ｔ単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、素子Ｔ間に露出する基板面をこのカッターホイール１でスクライブする場合は、素子Ｔと干渉することなくカッターホイール１を素子Ｔ間に挿入することが可能となり、素子Ｔ間に露出する基板面をスクライブすることができる。
図５は、本発明に係るさらに他の実施の形態を示し、この例では、カッターホイール１は、刃先２の刃先稜線２１を、カッターホイール１の両側面４，４間の中心よりいずれか一方の側面４（図示例では左側の側面４）寄りに偏位させたものである。
この実施の形態では、両側面４間の厚みは機械的強度として必要とされる厚みを確保する一方で、片方の側面４と刃先の刃先稜線との距離を狭めることにより、図６に示した実施の形態と同様の特徴を発揮するスクライブが可能となる。
この場合も、図４に示す上記実施の形態のものと同様、表面に多数個の素子Ｔがマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板Ｇを、素子Ｔ単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、図７に示すように、刃先稜線２１が寄っている側のホイール側面４を素子Ｔの側面に臨ませることで、刃先稜線２１を、従来のカッターホイールＨに比べて、素子Ｔに近接させることが可能となり、基板Ｇの切断に際して、素子Ｔの個々について素子Ｔの直近を、素子Ｔを損傷することなくスクライブすることができる。
次に、本発明に係るスクライブ方法は、上記の各実施の形態で示したカッターホイールを用いるものであり、図３に示すように、カッターホイール１をその規制面３が脆性材料Ｇの表面に当接するまで加圧して刃先２を脆性材料Ｇ内に侵入させた状態を維持しながらカッターホイール１を所定方向（図３において紙面に直交する方向）に転動させることにより脆性材料Ｇをスクライブするものである。
ここで、刃先２にかける荷重の大きさであるが、図１４に示すＢ領域に存する値となるよう調整することが望ましい。つまり刃先荷重が増大しても垂直クラックＫの深さがほとんど増加しないＣ領域に及ぶようなことがあっても、刃先２の両側の規制面３が脆性材料Ｇの表面と当接することによってその荷重を受け止め、これによって刃先２が脆性材料Ｇを押圧するスクライブ圧の変動が抑えられ、脆性材料Ｇへの食い込み量が常に一定に保たれることになるので、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックＫを確実に得ることができると同時に水平クラックの発生が殆どないため、クロススクライブにおいての交点飛びを有効に防止することができ、切り粉の発生を極めて少なくすることができる。
また、図５に示す上記の実施形態に係るカッターホイール１で脆性基板Ｇのスクライブを行うには、図７に示すように、カッターホイール１を、刃先稜線２１が寄っている方の側面が素子Ｔの側面に臨むようにして脆性基板Ｇにあてがわれる。ここで、素子Ｔは脆性基板Ｇ上にマトリックス状に配列されているので、一方の列の素子に沿ってそれらの側面直近をスクライブし、１本のスクライブラインを形成したならば、次にカッターホイール１を１８０度反転して、先の列に隣接する列の素子Ｔに沿ってそれらの側面直近をスクライブし、次のスクライブラインを形成する。
また、スクライブに際しては、上記のように、１本のスクライブラインの形成を完了する毎にカッターホイール１を１８０度反転させる他に、２個のカッターホイール１，１を、図８に示すような関係となるよう、すなわち２個のカッターホイール１，１が並列に、且つ、相互の刃先稜線２１，２１が最も離れた位置となるよう配されたカッターホルダー（図示省略）を使用してもよい。このように２個のカッターホイール１，１を用いた場合は、各素子Ｔ間を１回走らせるだけで、隣接する各素子Ｔの対向する各側面にそれぞれ近接した箇所を同時にスクライブすることが可能となり、上記のように１本のスクライブラインが形成される毎にカッターホイールを１８０度反転させる必要がなくなり、作業性を向上させることができる。
また、本発明の実施の形態の別の脆性材料のカッターホイールの一例としては、図９のような刃先部３２の両側の規制面３３と円錐形状の軸部３５が一体となったカッターホイールが含まれる。このカッターホイールは軸部が円錐形状となっているため、カッターホイールをホルダーの軸受けに最適な状態で回転可能に保持させると、カッターホイールと軸受けとの間に生じる摩擦抵抗を低減させることができるとともに、カッターホイール自体の寿命がカッターホイールと比べて１００倍以上長くなる。そして、刃先部３２、規制面３３と軸部３５はそれぞれ別部材の別材質のものをロー付けし、その後、仕上げ加工してもよい。
本発明のカッターホイールは、上記した脆性材料に限らず、プラスチックシートを切断するのにも有効に用いることができる。
液晶表示パネル基板用の透光性プラスチックに、例えば、厚み０．２ｍｍのアクリル系樹脂を用い、この基板を鉄材やアルミ材の硬いテーブル上に吸引吸着させて分離するときには、刃先の食い込み量を一定にして、例えば０．１５ｍｍにして切り込みを形成する必要がある。
従来、刃先の食い込み量を規制する面の無いカッターホイールで透光性プラスチック基板に切り込みを形成しようとすると、基板自体の厚みのばらつきや基板を吸着保持するテーブル平坦度のばらつき、さらに、基板表面に対して平行に相対的に移動するカッターホイールの高さのばらつきにより、カッターホイールで形成される切り込みの深さが一定しなかった。
このため、基板に形成された切り込みの深さが浅い箇所では基板が分離しづらく、切り込みが基板の裏面にまで到達している箇所では、刃先がテーブルに接触して、刃先にダメージが与えられることがあった。
また、液晶表示パネル用の貼り合わせ透光性プラスチック基板を分離するときには、基板の２枚分の厚みのばらつきの影響を受けて、刃先が深く入り込んだときには、加工対象となっていない下側の基板にまで傷をつけてしまい、切り込み深さが浅いときには基板を分離することができず、不良品を発生させていた。
図１０は、本発明のカッターホイールを用いた単板の透光性プラスチック基板７０の加工状態図であり、図１１は、本発明のカッターホイールを用いた貼り合わせ透光性プラスチック基板６０の加工状態図である。
上述の問題点を解消させるためには、図１０、図１１のように、透光性プラスチック基板に切り込みを形成するカッターホイール４１に刃先が侵入する深さを規制する規制面４３を設け、カッターホイール４１の刃先に所定の切り込み荷重を加えて、カッターホイールの規制面４３が加工中に、常に基板表面７１、６１に当接するようにすることで、透光性プラスチック基板７０、６０に形成される切り込み深さが一定とされる。
透光性プラスチック基板に切り込みを形成するために適した刃先の先端角度αは１０°〜４０°が最適であり、加工対象の基板の厚みが大きくなるほど鋭角にする必要がある。この点は脆性材料の場合、厚みが増加する程鈍角にするのと反対である。
透光性プラスチック基板用のカッターホイールとしては図１２のように、軸孔４６に支軸（不図示）を挿入して基板表面を転動するディスク形状のものが規制面４３で基板表面に傷を付ける虞がないため最も好ましい。
また、図１３のように、ディスク形状のカッターホイールの刃先の稜線の片側にのみ規制面が設けられたものであってもよい。
カッターホイールの材質としては、鉄、セラミックス、超硬合金、ダイヤモンドなどが用いられる。
透光性プラスチック基板としては、上述のアクリル系樹脂の他に、例えばポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリエーテル等が挙げられる。
−スクライブ装置−
図１５は、上記したカッターホイールを装着したスクライブ装置の一実施の形態を示す概略正面図である。
図１６は、図１５のスクライブ装置の側面図である。
このスクライブ装置は、例えば、載置された脆性材料基板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５１と、このテーブル５１をＹ方向（図１５の紙面に直交する方向）に移動可能に支承する平行な一対の案内レール５２，５２と、この案内レール５２，５２に沿ってテーブル５１を移動させるボールネジ５３と、Ｘ方向（この図における左右方向）に沿ってテーブル５１の上方に架設されたガイドバー５４と、このガイドバー５４にＸ方向に摺動可能に設けられたスクライブヘッド５５と、このスクライブヘッド５５を摺動させるモータ５６と、スクライブヘッド５５の下部に昇降動可能且つ首振り自在に設けられたチップホルダ５７と、このチップホルダ５７の下端に回転可能に装着された上述のカッターホイール１と、ガイドバー５４の上方に設置されテーブル５１上の脆性材料基板Ｇに表示されたアラインメントマークを認識する一対のＣＣＤカメラ５８とを備えたものである。また、上記スクライブヘッド５５内には、１本のスクライブラインの形成が完了する毎に前述の如くカッターホイール１を１８０度反転させるべくチップホルダ５７を１８０度反転させるカッターホイール反転手段が内蔵されている。
また、スクライブ装置は、上記したようなカッターホイール反転手段を設けずに、２個のチップホルダ５７，５７に２個のカッターホイール１，１を並列に、且つ、相互の刃先稜線２１，２１が最も離れた位置となるよう取り付けてもよい。このように２個のカッターホイール１，１を用いた場合は、例えば、図８に示すように、各素子間をスクライブヘッドを１回走らせるだけで、隣接する各素子Ｔ，Ｔの凸部や薄膜にそれぞれ近接した箇所Ｅ，Ｆを同時にスクライブすることが可能となり、上記のように１本のスクライブラインが形成される毎にカッターホイール１を１８０度反転させる必要がなくなり、作業性が向上する。
さらに、２個のカッターホイール１，１は、動作プログラムにより、選択的に、同時または個別にスクライブすることができるようになっており、スクライブヘッド５５には２個のチップホルダ５７，５７を個別に昇降させることができる昇降手段を内蔵している。
また、プラスチックシートをスクライブする場合には、上述のスクライブ装置のカッターホイール１に替えてカッターホイール４１を使用すればよい。
さらに、図１７は上記したカッターホイール１を装着したスクライブ工具の実施の形態を示す一部切り欠き断面図である。
この図１７に示す構造は、本出願人による「ガラス切り」（実公昭６２−２３７８０）で開示したガラス切りの切刃に替えて、本願発明のカッターホイール１を装着したものである。このガラス切りは、筒状の柄（ハンドル）によって構成された握り部８１と、この握り部８１の端部に設けられたチップホルダ８２とを備え、このチップホルダ８２の先端に本願発明のカッターホイール１が軸１１ａを介して回転自在に設けられている。このガラス切りは、更に、カッターホイール１に油を供給するための構造として、握り部８１の中空部に油室８３と、この油室８３のキャップ８４が設けられており、さらに、これらに付随する機構９１〜９９を備える。ここでは、機構９１〜９９は本願発明の首題に直接関連するものではないので、これらの説明は省略する。
産業上の利用可能性
以上説明したように、本発明の非金属材料用カッターホイール、スクライブ装置及びスクライブ方法によれば、脆性材料に対しては、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを確実に得ることができるばかりでなく、前述したような外的要因によるスクライブラインの不安定化といった問題も解消することができる。
また、クロススクライブにおいての交点飛びを有効に防止することができ、切り粉の発生を極めて少なくすることができる。
一方、プラスチックシートに対しては、プラスチックシートの厚みやテーブルの平坦度にばらつきがあったりしても、形成される切り込み深さを一定とすることができる。
このように、本発明の装置及び方法によって、品質のよい、信頼性の高い製品を供給することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に係るカッターホイールの実施の形態を示す斜視図、図２は同じく側面図であり、図３は同じく正面図である。
図４は、本発明の他の実施の形態を示すカッターホイールの正面図である。
図５は、本発明のさらに他の実施の形態を示すカッターホイールの正面図である。
図６は、素子がマトリックス状に配された脆性材料を図４に示すカッターホイールによりスクライブする状況を示す正面図である。
図７は、素子がマトリックス状に配された脆性材料を図５に示すカッターホイールによりスクライブする状況を示す正面図である。
図８は、素子がマトリックス状に配された脆性材料を図５に示すカッターホイールを２個使用してスクライブする状況を示す正面図である。
図９は、本発明に係るカッターホイールのさらに別の実施の形態を示す斜視図である。
図１０は、本発明のカッターホイールを用いた単板の透光性プラスチック基板の加工状態図である。
図１１は、本発明のカッターホイールを用いた貼り合わせ透光性プラスチック基板の加工状態図である。
図１２は、本発明の別の実施の形態を示すカッターホイールの正面図ある。
図１３は、本発明のさらに別の実施の形態を示すカッターホイールの正面図である。
図１４は、脆性材料の切断における刃先荷重と垂直クラックの到達深度との関係をグラフで示す図である。
図１５は、本発明に係るスクライブ装置の実施の形態を示す概略正面図である。
図１６は、図１５のスクライブ装置の側面図である。
図１７は、本発明に係るカッターホイールを装着したスクライブ工具の実施の形態を示す一部切り欠き断面図である。
図１８は、従来のカッターホイールを示す正面図である。
図１９は、従来のカッターホイールによるクロススクライブの状況を示す概略斜視図である。
【図１】
2003057440.tif 000003
【図２】
2003057440.tif 000004
【図３】
2003057440.tif 000005
【図４】
2003057440.tif 000006
【図５】
2003057440.tif 000007
【図６】
2003057440.tif 000008
【図７】
2003057440.tif 000009
【図８】
2003057440.tif 000010
【図９】
2003057440.tif 000011
【図１０】
2003057440.tif 000012
【図１１】
2003057440.tif 000013
【図１２】
2003057440.tif 000014
【図１３】
2003057440.tif 000015
【図１４】
2003057440.tif 000016
【図１５】
2003057440.tif 000017
【図１６】
2003057440.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月19日(2003.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（補正後）非金属材料の表面上を転動しつつ非金属材料をスクライブするカッターホイールにおいて、当該非金属材料表面から進入する刃先の進入深度を規制するための規制面を、上記刃先の少なくとも片側に有しており、この規制面を当該非金属材料表面に当接することにより上記進入深度が一定とされることを特徴とする非金属材料用カッターホイール。
【請求項２】
前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部が全周にわたって切り欠かれたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項３】
前記刃先の刃先稜線が、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項４】
前記非金属材料が脆性材料であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項５】
前記刃先角度が１００°〜１６５°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項６】
前記刃先の刃先稜線と前記規制面との当該カッターホイールの径方向の距離は２μｍ〜１００μｍの範囲内とされることを特徴とする請求の範囲第４項又は５に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項７】
前記非金属材料がプラスチックであることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項８】
前記刃先角度が１０°〜４０°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第７項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項９】
非金属材料を載置するテーブルと、
このテーブルの上方に配されたスクライブヘッドと、
このスクライブヘッドにより前記テーブル上の被加工対象物に相互に交差するスクライブラインを形成させるクロススクライブ手段とを備え、
前記スクライブヘッドに、請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールが設けられたことを特徴とするスクライブ装置。
【請求項１０】
１本のスクライブラインの形成が完了する毎にカッターホイールの向きを１８０度反転させるカッターホイール反転手段が設けられたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。
【請求項１１】
カッターホイールを２つ備え、これら２つのカッターホイールは並列に、且つ、相互の刃先稜線が最も離れた位置となるよう配されたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。
【請求項１２】
カッターヘッドが、非金属材料が載置されているテーブルに対して相対的にＸ方向及び／またはＹ方向に移動する機構を備えるスクライブ装置において、カッターヘッドに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ装置
【請求項１３】
筒状の柄からなる握り部と、この握り部の先端に設けられたスクライブヘッドとを備え、このスクライブヘッドに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ装置。
【請求項１４】
（補正後）請求の範囲第１項乃至８のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法であって、
当該カッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に進入させた状態を維持しながら当該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブすることを特徴とする非金属材料のスクライブ方法。
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月12日(2003.12.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属材料の表面上を転動しつつ非金属材料をスクライブするカッターホイールにおいて、当該非金属材料表面から進入する刃先の進入深度を規制するための規制面を、前記刃先の少なくとも片側に有しており、前記刃先の刃先稜線と前記規制面との当該カッターホイールの径方向の距離は２μｍ〜１００μｍの範囲内とされることを特徴とする非金属材料用カッターホイール。
【請求項２】
前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部が全周にわたって切り欠かれたことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項３】
前記刃先の刃先稜線が、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位されたことを特徴とする請求の範囲第１項又は２のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項４】
前記非金属材料が脆性材料であることを特徴とする請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか一項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項５】
前記刃先角度が１００°〜１６５°の範囲内であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の非金属材料用カッターホイール。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
非金属材料を載置するテーブルと、
このテーブルの上方に配されたスクライブヘッドと、
このスクライブヘッドにより前記テーブル上の被加工対象物に相互に交差するスクライブラインを形成させるクロススクライブ手段とを備え、
前記スクライブヘッドに、請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のカッターホイールが設けられたことを特徴とするスクライブ装置。
【請求項１０】
１本のスクライブラインの形成が完了する毎にカッターホイールの向きを１８０度反転させるカッターホイール反転手段が設けられたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。
【請求項１１】
カッターホイールを２つ備え、これら２つのカッターホイールは並列に、且つ、刃先稜線が寄っている側の当該カッターホイールの側面が素子の側面に臨むように相互の刃先稜線が最も離れた位置となるよう配されたことを特徴とする請求の範囲第９項に記載のスクライブ装置。
【請求項１２】
カッターヘツドが、非金属材料が載置されているテーブルに対して相対的にＸ方向及び／またはＹ方向に移動する機構を備えるスクライブ装置において、カッターヘッドに請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ装置
【請求項１３】
筒状の柄からなる握り部と、この握り部の先端に設けられたスクライブヘッドとを備え、このスクライブヘッドに請求の範囲第１項乃至第８項のいずれかに記載のカッターホイールを具備したことを特徴とするスクライブ装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１項乃至８のいずれかに記載の非金属材料用カッターホイールを用いた非金属材料のスクライブ方法であって、
当該カッターホイールをその規制面が非金属材料の表面に接触するまで加圧して刃先を非金属材料内に進入させた状態を維持しながら当該カッターホイールを所定方向に転動させることにより非金属材料をスクライブすることを特徴とする非金属材料のスクライブ方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
属材料表面からの刃先の侵入深度を規制する規制面を刃先の少なくとも片側に有しており、前記刃先の刃先稜線と前記規制面との当該カッターホイールの径方向の距離は２μｍ〜１００μｍの範囲内とされることを特徴とするものである。
本発明によれば、刃先の侵入深度を規制する面をサブミクロンオーダーで精密に仕上げることにより、脆性材料に対しては、刃先荷重の調整では得られなかったＢ領域の垂直クラックが得られ、プラスチックシートに対しては一定深さの切り込みが安定して得られる。
そして、脆性材料に対しては、刃先にたとえ前記Ｂ領域の範囲を超えるような大きな荷重がかけられても、刃先の少なくとも片側の規制面が脆性材料の表面と当接することによってその荷重を受け、これによって刃先の脆性材料への食い込み量が常に一定に保たれることになるので、水平クラックの発生を招来することなく極めて深い深度にまで達する垂直クラックを確実に得ることが可能となる。
また、上記したように刃先の少なくとも片側に規制面があることによって刃先に大きな荷重をかけても水平クラックが発生する心配がないことから、前述したような外的要因を、刃先荷重を大きくすることで払拭することが可能となり、その結果安定したスクライブラインが得られる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、前記規制面とカッターホイールの側面とが出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いてもよい。
このような形状のカッターホイールの場合、表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシリコンウエハ等の脆性材料基板を、素子単位に切断するのに好適なものとなる。すなわち、上記素子間に露出する基板面をカッターホイールでスクライブする場合、図１９に示すような形状のカッターホイールでは、刃先の傾斜面が素子と干渉してしまうが、前述したように各規制面と各側面とがそれぞれ出会う周縁角部を全周にわたって切り欠いた形状とすることによって、素子と干渉することなく刃先を素子間に挿入することが可能となり、素子間に露出する基板面をスクライブすることができる。
また、上記の非金属材料用カッターホイールは、刃先の刃先稜線を、カッターホイールの両側面間の中心よりいずれか一方の側面寄りに偏位させてもよい。
この場合も表面に多数個の素子がマトリックス状に形成されたガラス基板やシ




【国際調査報告】
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