划线装置及方法

专利名称：划线装置及方法
技术领域：
本发明涉及划线装置及方法，所述划线装置通过使划线轮在脆性材料 基板的表面滚动而刻上划线，在形成划线的同时形成沿厚度方向延伸的垂
直裂缝。
背景技术：
随着近年来的技术革新，出现了节省空间且画面为平面的平板显示装
置(Flat Panel Display,以下称为"FPD")。对于实现FPD的技术而言， 己知有在两片玻璃基板之间封入了称作液晶的特殊物质的液晶显示装置、 在玻璃基板上蒸镀发光体的有机EL (organic electroluminescence有机电
致发光)显示装置、在两片玻璃基板之间封入了高压的稀有气体的等离子 显示装置等。
用于FPD的玻璃基板是通过如下方式构成的以规定的尺寸切断的单 位基板，g卩，在大尺寸的玻璃基板(母基板)的表面形成划线，接下来沿 划线折断玻璃基板。即，如图21所示，经过使划线轮1在母基板W的表 面滚动而形成划线Sa的划线形成工序、将折断棒2与形成有划线Sa的母 基板W的表面的相反侧的面按压接触而使垂直裂缝到达相反侧的面的折 断工序，由此将母基板W断开为单位基板。此外，在粘贴有两片玻璃基 板的液晶显示装置的情况下，分别在两片玻璃基板上进行划线形成工序和 折断工序。
近年来，用于FPD的玻璃基板朝着例如0.7mm、 0.5mm等厚度变薄 且变得更加硬质的方向发展。预测玻璃基板的薄型化及硬质化将来会更进 一步发展。然而，像现有的切断方法那样，在划线形成工序后的折断工序 中，若由折断棒敲击玻璃基板，则由于玻璃基板为硬质而可能导致玻璃基 板的切断面破坏，并产生碎屑。
为了解决该问题，需要在形成划线的阶段使垂直裂缝渗透至玻璃基板的深处。若垂直裂缝渗透较深，则能够不需要折断工序而断开玻璃基板。 作为能够使垂直裂缝渗透较深的划线方法，如图22所示，某一申请
人研究开发了使圆盘形状的划线轮3在玻璃基板W的表面上滚动、并同 时振动划线轮3的划线方法(专利文献1及2)。在该划线方法中，施加振 动的划线轮3使用圆周棱线3a平滑的普通轮(以下称为N刃)。
如图23所示，其他申请人提出了使用一种划线轮(以下称为P刃) 的划线方法作为能够形成深的垂直裂缝的划线方法，所述划线轮在圆盘形 状的划线轮4的圆周棱线4a沿圆周方向以一定的间距的P交替形成多个 槽6和突起7 (参照专利文献3)。在该划线方法中，没有对P刃施加振动。 若P刃在玻璃基板上滚动，则由于P刃的圆周棱线4a的突起7切入玻璃 基板，因此不施加振动也能够在玻璃基板上形成深的垂直裂缝。
如图24所示，另一申请人提出了一种划线轮(以下称为A刃)以及 使用了该划线轮的划线方法，所述划线轮使在划线轮8的圆周棱线8a以 一定的间距P形成的切口 9的圆周方向的长度a比突起10的圆周方向的 长度b短(参照专利文献4)。在该划线方法中，也由于A刃的圆周棱线 8a的突起IO切入玻璃基板，因此不对A刃施加振动。A刃是N刃和P刃 的中间范围的轮。A刃的切口9的数目没有P刃多。
专利文献1:日本特开平9-278473号公报；
专利文献2:日本特开平11-157860号公报；
专利文献3:日本专利第3074143号公报；
专利文献4:国际公开WO2007/4700号小册子。

发明内容
在振动N刃并同时进行划线的划线方法中，若N刃在玻璃基板上无 滑动地滚动，则能够形成深的垂直裂缝，且能够使对玻璃基板的损伤(玻 璃基板的表面的水平裂缝)变小。然而，玻璃基板越为硬质，N刃的圆周 棱线越平滑，因此存在N刃在玻璃基板的表面不滚动而滑动的情况变多的 倾向。在N刃滑动时，即使施加振动也不能形成稳定的垂直裂缝。
申请人反复进行用于使N刃切入玻璃基板而滚动的实验。其结果是， 若使N刃以15kHz 20kHz的高频率振动，则能够使N刃切入玻璃基板而进行滚动。并形成深的垂直裂缝。然而，在以高频率振动N刃时，N刃的
磨损也进一步加剧。此外，即使N刃从玻璃基板的外侧上行至玻璃基板上， 也能够使N刃切入玻璃基板。然而，在N刃上行至玻璃基板时，N刃对 玻璃基板造成损伤。为了不造成损伤，若在玻璃基板的内侧载置N刃，并 从载置该N刃的位置刻上划线，则最终N刃的切入变钝，N刃发生滑动。 这样，在硬质的玻璃基板上振动N刃并同时进行划线的方法存在限制。
另一方面，在使用了P刃的划线方法中，仅按压在玻璃基板上P刃的 圆周棱线的突起切入玻璃基板，因此P刃可靠地在玻璃基板上滚动。由此， 即使不施加振动也能够在玻璃基板上形成深的垂直裂缝。然而另一方面， 与N刃相比，存在以下情况P刃的突起对玻璃基板造成损伤，且玻璃基 板的表面产生水平裂缝。
在使用了 A刃的划线方法中，与P刃相比能够减少对玻璃基板造成损 伤(玻璃基板的表面的水平裂缝)的情况。然而，A刃不能够像P刃那样 形成深的垂直裂缝。若施加给A刃的载荷变大，则能够较深地形成垂直裂 缝，但对玻璃基板造成的损伤也变大，因此该方法也存在限制。
因此，本发明的目的在于提供一种不会对硬质的玻璃基板等脆性材料 基板造成损伤(脆性材料表面的水平裂缝)，且能够形成更深的垂直裂缝 的新型划线装置及划线方法。
以下，对本发明进行说明。
为了解决上述课题，技术方案1记载的发明的划线装置具备划线轮， 其中，共有旋转轴的两个圆锥的底部相交而形成圆周棱线，沿该圆周棱线 在圆周方向上交替地形成多个切口及突起，所述突起由切下所述圆周棱线 而剩余的在圆周方向上具有长度的所述圆周棱线的部分构成，所述切口的 圆周方向的长度比所述突起的圆周方向的长度短；划线头，该划线头保持 所述划线轮并使所述划线轮能够绕所述旋转轴旋转，并且具有使所述划线 轮在相对于脆性材料基板的表面交叉的方向上振动的振动致动器；移动机
构，该移动机构使所述划线头沿所述脆性材料基板的表面移动。
技术方案2所述的发明以技术方案1所述的划线装置为基础，其特征 在于，所述振动致动器在所述划线轮从所述脆性材料基板的表面离开的状 态下，使所述划线轮以5 2(^m的振幅、1 5kHz的频率振动，所述划线装
6置还具备将所述划线轮以(U 0.3MPa的压力向所述脆性材料基板按压的加压机构。
技术方案3的划线装置以技术方案2所述的划线装置为基础，其特征在于，所述振动致动器具有超磁致伸縮元件，该超磁致伸縮元件利用磁致伸縮的特性将电振动变换为机械振动。
技术方案4所述的发明以技术方案2或3所述的划线装置为基础，其特征在于，所述划线头具有主体部，该主体部安装所述振动致动器；保持架，该保持架保持所述划线轮并使所述划线轮能够绕所述旋转轴旋转；花键轴，该花键轴将所述振动致动器的振动传递给所述保持架，并且在外周面形成沿轴线方向延伸的滚动体滚道槽；花键外筒，该花键外筒设置于所述主体部，且具有滚动体循环路径，该滚动体循环路径包括与所述花键轴的所述滚动体滚道槽对置的沿轴线方向延伸的负载滚动体滚道槽，所述花键外筒对所述花键轴的振动进行引导；多个滚动体，该多个滚动体排列于所述花键外筒的所述滚动体循环路径。
技术方案5所述的发明为一种划线方法，其中，使划线轮沿相对于脆性材料基板的表面交叉的方向上振动，同时使所述划线轮在所述脆性材料基板的表面上滚动，其中，在所述划线轮中，共有旋转轴的两个圆锥的底部相交而形成圆周棱线，沿该圆周棱线在圆周方向交替地形成多个切口及突起，所述突起由切下所述圆周棱线而剩余的在圆周方向上具有长度的所述圆周棱线的部分构成，所述切口的圆周方向的长度比所述突起的圆周方向的长度短。
技术方案6所述的发明以技术方案5所述的划线方法为基础，使所述划线轮以1 5kHz的频率、且在从所述脆性材料基板的表面离开的状态下以5 20pm的振幅的条件进行振动，同时将所述划线轮以(U 0.3MPa的压
力向所述脆性材料基板按压。发明效果
根据技术方案1所述的发明，由于使用在向脆性材料基板的切入的稳定性的方面没有问题的A刃，且对A刃施加振动，因此不会对脆性材料基板造成损伤，而能够使垂直裂缝渗透较深。现有的脆性材料的基板的切断需要划线装置和折断装置，但通过由划线装置形成深的垂直裂缝而可以说明书第5/16页
不需要折断装置。对于使用者而言，具有能够供给更加价格低廉的设备这
一优点。
根据技术方案2所述的发明，通过使A刃以与振动现有的N刃时的条件相比低载荷、大振幅、低频率振动，从而不会对脆性材料基板造成损伤，且能够使垂直裂缝渗透较深。
根据技术方案3所述的发明，由于振动制动器具有超磁致伸縮元件，因此能够在广阔的频率带宽内稳定地获得比较大的位移。另外，即使频率变化也能够获得稳定的振幅，因此能够使划线轮的振动稳定。
根据技术方案4所述的发明，由花键轴和花键外筒构成的划线装置将振动制动器的期望方向的振动无损耗地传递给划线轮，并且抑制振动致动器的期望方向以外的振动。
根据技术方案5所述的发明，由于使用在向脆性材料基板的切入的稳定性的方面没有问题的A刃，且对A刃施加振动，因此不会对脆性材料基板造成损伤，且能够使垂直裂缝渗透较深。
根据技术方案6所述的发明，通过使A刃以与振动现有的N刃时的条件相比低载荷、大振幅、低频率振动，由此赋予A刃不在玻璃基板上滑动而进行滚动这一原本的特性，从而不会对脆性材料基板造成损伤，能够使垂直裂缝渗透较深。


图1是本发明的一实施方式的划线装置的简要立体图。
图2是表示Z轴移动机构及划线头的主视图。
图3是划线头的剖面图。
图4是划线头的另一示例的剖面图。
图5是振动致动器的剖面图。
图6是表示超磁致伸缩元件的振动的振动特性的一例。
图7是划线装置的立体图。
图8是从划线轮的行进方向观察的主视图。
图9是划线轮的侧视图。
图10是图9的局部放大图。
8图11是图9的局部放大图。
图12是表示划线轮的另一示例的图。图13是表示划线轮的切口的另一示例的图。图14是表示划线轮的特性的比较的图。图15是对t=0.7mm的硬质玻璃进行划线时的实验数据。图16是对t=0.5mm的硬质玻璃进行划线时的实验数据。图17是对^0.5mm的硬质玻璃进行横切时的实验数据(连结型的划线头)。
图18是对t=0.5mm的硬质玻璃进行横切时的实验数据(分离型的划线头)。
图19是比较各头部的划线特性的实验数据。
图20是对铺设t=0.2mm的sunmap (廿乂7、;/:7。)(商品名)时的t=0.5mm的硬质玻璃进行划线时的实验数据。图21是现有的划线方法的工序图。图22是表示现有的N刃的图。图23是表示现有的P刃的图。图24是表示现有的A刃的图。
符号说明11-工作台，13-Y轴移动机构(移动机构)，24、 44-划线头，25-X轴移动机构(移动机构)，32-载荷施加工作缸(加压机构)，34-划线轮，35-振动致动器，36-主体部，37-花键轴，37b-滚珠滚道槽(滚动体滚道槽)，38-保持架，39-花键外筒，46-超磁致伸縮元件，52-滚珠(滚动体)，54a-滚珠循环路径(滚动体循环路径)，60-旋转轴，61-圆锥台，62-圆周棱线，64-切口， 65-突起，W-脆性材料基板。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
在本发明中作为加工对象的脆性材料基板的形态、材质、用途及尺寸并没有特定的限制。例如可以是单板构成的基板或粘贴有两片以上的基板的粘贴基板，也可以在这些内部附着或含有薄膜或半导体材料。即使薄膜等附着在表面，也能够成为划线装置的划线对象。作为本发明的脆性材料的材质可以举出玻璃、陶瓷、半导体(硅等)、蓝宝石等，作为其用途可以举出液晶显示屏、等离子体显示屏、有机EL
显示屏、场致发射型显示屏(FED)等平板显示装置。
图1是表示本发明的一实施方式的划线装置的简要立体图。玻璃基板等脆性材料基板W载置在划线装置的工作台11上。在工作台11上设置吸附脆性材料基板W的多个吸附孔。工作台11通过设置在基础架12上的作为移动机构的Y轴移动机构13沿Y方向移动。
Y轴移动机构13包括Y载物台14、沿Y方向驱动Y载物台14的滚珠丝杠机构或直线电动机等驱动机构15、引导Y载物台14沿Y方向的直线运动的直线导轨16。
在Y轴移动机构13的Y载物台14上经由9轴旋转机构18 (未图示)安装工作台11。 9轴旋转机构18使工作台11在水平面内旋转。
在基础架12上设有柱22。柱22在作为划线头24的移动方向的X方向延伸。在柱22设有使划线头24沿X方向移动的作为移动机构的X轴移动机构25。
X轴移动机构25包括X载物台26 (参照图2)、将X载物台26沿X方向驱动的滚珠丝杠机构或直线电动机等驱动机构、引导X载物台26沿X方向的直线运动的直线导轨27。
图2表示在X轴移动机构25的X载物台26安装的Z轴移动机构28及划线头24。 Z轴移动机构28包括Z载物台29、使Z载物台29沿Z方向驱动的滚珠丝杠机构30、引导Z载物台29沿Z方向的直线运动的直线导轨31。
在Z载物台29安装有作为加压机构的载荷施加工作缸32。在载荷施加工作缸32的杆32a安装划线头24。划线头24相对于Z载物台29的上下方向的移动通过未图示的直线导轨进行引导。
若通过Z轴移动机构28使划线头24的划线轮34下降，则能够使划线轮34与脆性材料基板W抵接。载荷施加工作缸32调整划线轮34按压脆性材料基板W的压力。在划线头24装入振动致动器35。振动致动器35调整划线轮34的振动的振幅及频率。若在划线轮34与脆性材料基板W抵接的状态下，通过X轴移动机构25使划线头24沿X方向移动，则能,够在脆性材料基板W的表面刻上沿X方向延伸的划线。
此外，在形成沿X方向延伸的划线后，通过使工作台以规定的间距沿
Y方向移动，再次形成沿X方向延伸的划线，由此能够形成沿X方向延
伸的平行的多根划线。另外，通过e轴旋转机构使脆性材料基板w旋转
90度，由此能够纵横形成多根划线。
图3表示划线头24的剖面图。划线头24具备振动致动器35;安装 振动致动器35的主体部36;将划线轮34旋转可能地保持的保持架38; 将振动致动器35的振动传递给保持架38的花键轴37;引导花键轴37的 振动的花键外筒39。
主体部36上下分割，结合筒状下部36b和盖状上部36a而构成。在 筒状下部36b和盖状上部36a之间夹有振动致动器35的凸缘。花键轴37 经由连结部37a与振动致动器35的杆35a连结。为了使振动传递无损耗， 振动致动器35的杆35a和花键轴37的连结部37a螺纹结合。花键轴37 沿垂直方向延伸，其下端部从筒状下部36b露出。为了抑制横向的位移利 用花键外筒39引导花键轴37的振动。花键外筒39收容在筒状下部36b。
在花键轴37的下端安装T形状的保持架38。保持架38与花键轴37 螺纹结合。保持架38的下端部分为两部分，在保持架38的下端部设置旋 转轴，在旋转轴支承划线轮34并使其能够旋转。
图4表示划线头的另一示例。该示例的划线头44与图3所示的划线 头24不同，将振动致动器35和花键轴37分离。因此不能将振动致动器 35的杆35a的横向位移传递给花键轴37，而仅将纵向位移传递给花键轴 37。为了使花键轴37的振动追随杆35a的振动，设有碟形弹簧40作为将 花键轴37向杆35a施力的施力机构。碟形弹簧40夹在花键轴37的上端 的大径部37c和筒状下部36b的中间小径部36c之间而设置。
图5表示振动致动器35的剖面图。振动致动器35具有超磁致伸缩元 件46，所述超磁致伸縮元件46利用磁致伸縮的特性而将电振动变换为机 械振动。在振动致动器35的圆筒箱体中以同心圆状收容有超磁致伸缩元 件46、线圈47、偏置磁铁48。超磁致伸缩元件46根据来自线圈47和偏 置磁铁48的磁场来改变尺寸。若在规定的周期使流动于线圈47中的电流 振动，则超磁致伸縮元件46也在规定的周期振动。超磁致伸縮元件46的振动向设于箱体49的下部的杆35a传递。通过直线轴承50引导杆35a的 振动。在箱体49的底部设置用于使杆35a的振动追随超磁致伸縮元件46 的振动的碟形弹簧5K
图6是表示超磁致伸縮元件46的振动的振动特性的一例的图表。横 轴是交流电流的频率，纵轴是位移量。在本例中，向振动致动器35的线 圈供给土1.4A的交流电流。纵轴表示在1 5kHz的范围内改变交流电流的 频率时的位移量。图6中的图表表示图5所示的垂直方向的位移量。从该 图可知，虽然在3.5kHz附近的频率下垂直方向的位移量稍产生峰值，但 即使频率变化也能获得稳定的位移量。
此外，作为振子可以使用压电致动器代替超磁致伸縮元件46。但是， 在使用压电致动器时，需要注意在确定的频率下位移量变大，容易产生共 振的情况。若在共振点附近振动压电致动器，则横向的振动也变大，因此 优选在避开共振点的频率下振动压电致动器。
图7表示具备花键轴37和花键外筒39的花键装置。在花键轴37的 外周面形成有沿轴线方向延伸的多条滚动体滚道槽即滚珠滚道槽37b。花 键轴37由碳素钢、铬钢或不锈钢构成。由于滚珠52滚动运动，因此对滚 珠滚道槽37b进行磨削加工，并且进行热处理。
花键外筒39具备与花键轴37间隙配合的筒体53;能够滚动运动地 夹设在花键轴37和筒体53之间的多个滚珠52;装入筒体53、使多个滚 珠52循环的回路状的滚珠循环路径(滚动体循环路径)的保持架54。
在筒体53的内周面形成与花键轴37的滚珠滚道槽37b对置而沿轴线 方向延伸的多条的负载滚珠滚道槽(负载滚动体滚道槽)。筒体53由碳素 钢、铬钢或不锈钢构成。由于滚珠52滚动运动，因此对负载滚珠滚道槽 进行磨削加工，并且进行热处理。在筒体53的轴线方向的两端设置用于 将保持架54装入筒体53的挡圈55。在保持架54形成回路状的滚珠循环 路径54a。回路状的滚珠循环路径54a包括滚珠滚道槽37b和负载滚珠滚 道槽之间的负载滚珠滚道、 一对U字状的方向转换路、与负载滚珠滚道平 行延伸的返回通路。
伴随着花键轴37相对于花键外筒39的相对的直线运动，滚珠52在 花键轴37的滚珠滚道槽37b和筒体53的负载滚珠滚道槽之间滚动运动。
12滚动到筒体53的负载滚珠滚道槽的长度方向的一端的滚珠通过保持架54 而从滚珠滚道槽37b被顶起。然后，滚珠52在经由保持器54的U字状的 方向转换路后，改变方向进入与负载滚珠滚道槽平行延伸的返回通路。通 过了返回通路的滚珠在经由相反侧的方向转换路后，再次返回到滚珠滚道 槽37b上。
图8及图9表示划线轮34。图8是从划线轮34的行进方向观察的主 视图，图9是图8的侧视图。划线轮34具有供给旋转轴60的两个圆锥 台61的底部相交而形成有圆周棱线62的外周缘部63;沿圆周棱线62在 圆周方向形成的多个切口 64及突起65 (参照图IO)。圆周棱线62通过从 轴心向半径方向外方施加磨削加工而形成，施加了磨削加工的外周缘部63 的表面残留有磨削条痕。外周缘部63形成为具有收敛角度(cO。
划线轮34是具有用于轴支承划线轮34的未图示的销贯通的轴孔66 的盘状的轮。划线轮34的材质优选超硬合金、烧结金刚石、陶瓷或金属 陶瓷。
外周缘部63由两个圆锥台61的斜面构成。由于用于形成圆周棱线62 的磨削加工，而在外周缘部63残留有磨削条痕。实施加工使斜面的中心 线平均粗糙度Ra变为0.45pm以下。这里，"中心线平均粗糙度Ra"是表 示JISB0601所规定的工业产品的表面粗糙度的一个参数，是指从对象物 的表面随机选取后的算术平均值。圆周棱线62具有通过构成外周缘部63 的圆锥台61的斜面的所述磨削条痕而形成的微细的凹凸。凹凸的中心线 平均粗糙度Ra在0.40pm以下。
图10及图11表示图9的局部放大图。划线轮34的切口 64以间距P 形成，其圆周方向的长度a比突起65的圆周方向的长度b短。突起65由 未切入圆周棱线62而剩余的在圆周方向上具有长度的圆周棱线62的部分 (突起)构成。
通过从平坦的圆周棱线62以深度h每间距P切出大致V字状的槽而 形成切口 64。通过这样的切口 64的形成，在圆周棱线62上每间距P形成 高度h的突起65。
突起65的相当于圆周棱线62的部分具有通过圆锥台61的斜面的所 述磨削条痕而形成的微细的凹凸。凹凸的中心线平均粗糙度Ra在0.40)Lim以下。
如图11所示，切口 64具有向划线轮34的底部的半径方向内方切入 的切口面68，突起65的端部65a的切线C与切口面68以30 60°的角度 (e)相交。
艮口，若突起65的端部65a的切线C与切口面68以直角或接近直角的 角度相交，则突起65的端部向基板表面的切入变好，但突起65的端部的 磨损也变快。若突起65的端部的切线C与切口面68以30。以下的角度相 交，则突起65的端部向基板表面的切入变差。通过将角度(e)的范围设 定在30°~60°，能够实现划线轮34的长寿命化，并且能够良好地维持划线 轮34向基板表面的切入。
在切口 64中，从圆锥台61的轴线方向观察的形状为大致V字形状， 因此通过改变V字的角度，能够确保切口64的深度(突起65的高度)h， 同时容易调整切口 64的圆周方向的长度a和突起65的圆周方向的长度b。
对划线轮34的制造方法的一例进行说明。准备作为划线轮34的母体 的圆柱盘，相对于该圆柱盘磨削加工两侧的外周缘部63，由此两个圆锥台 61的斜面交叉而形成圆周棱线62。选定所使用的砂轮的粒度，从而使圆 锥台61的斜面的中心线平均粗糙度Ra变为0.45|im以下，且使圆周棱线 62的凹凸的中心线平均粗糙度Ra变为0.4(Vm以下。通过抑制圆锥台61 的斜面及圆周棱线62的表面粗糙度，而使形成的划线的宽度粗细一定。
接下来，在圆周棱线62形成切口 64。作为形成切口 64的一例，通过 激光的照射在外周缘部63形成从圆锥的轴线方向观察的形状为V字形状 的切口64。根据该方法，通过改变V字的中心角度，能够在将突起65的 高度保持为一定的情况下，容易地调整切口 64的圆周方向的长度a和突 起65的圆周方向的长度b。
划线轮34的外径、切口64的间距、切口 64的圆周方向的长度a和 突起65的圆周方向的长度b、切口 64的深度及外周缘部63的收敛角度(cO 等划线轮34的规格，根据切断对象的脆性材料的种类、厚度、热过程及
所期望的脆性材料的切断面的品质等而适当地确定。
作为划线轮34的条件的一例，轮的外径为l 20mm、切口64的间距 为20 5000pm、切口 64的深度为0.5 5(im、圆周棱线62的收敛角度为85 140°。作为更优选的划线轮34的条件，轮的外径为l~5mm、切口 64 的间距为20 50pm、切口 64的深度为l~3pm、圆周棱线62的收敛角度为 100 130o。
通常，通过使用切口 64的深度深的划线轮34，从而具有对脆性材料 的划线特性(特别在交叉划线时的交点遗漏少)变得良好的倾向，例如， 对脆性材料的划线特性这一点而言，优选切口 64的深度为例如2 3,。 另一方面，通过使用切口 64的深度浅的划线轮34，从而具有脆性材料的 断开面的品质(端面强度)提高的倾向。对端面强度这一点而言，优选切 口 64的深度为例如1 2pm。
通常，通过使用切口64的间距短(分割数多)的划线轮34，从而具 有对脆性材料的划线特性提高的倾向。对脆性材料的划线特性这一点而 言，优选切口 64的间距为例如20 100(Him，在断开粘贴玻璃基板时尤其 优选。另一方面，通过使用切口64的间距长(分割数少)的划线轮34， 从而具有脆性材料的断开面的品质(端面强度)提高的倾向，对划线轮34 的制造的容易度这一点而言，也优选为例如1000~500(^m，在断开原料板 的单板时尤其优选。
通常，在粘贴基板的断开时，优选使用外径小的划线轮34，例如优选 外径为1 4mm的划线轮34。另一方面，在作为原料板的单板的断开时， 优选使用外径大的划线轮34，例如优选外径为4 20mm的划线轮34。
通常，通过使用切口 64的圆周方向的长度长的划线轮34，从而具有 对脆性材料的划线特性变得良好的倾向，对脆性材料的划线特性这一点而 言，优选切口 64的圆周方向的长度在4 14jam的范围，进而优选7 12pm 的范围。另一方面，通过使用切口 64的圆周方向的长度短的划线轮34， 从而具有脆性材料的断开面的品质(端面强度)提高的倾向。对脆性材料 的断开面的品质这一点而言，优选切口 64的圆周方向的长度在1 6pm的 范围，进而优选在1 5pm的范围。
如图13所示，切口 64从旋转轴60的轴线方向观察的形状也可以是 大致梯形。若切口 64是梯形的划线轮34，则通过改变梯形的底边69的长 度a，，能够在不改变突起65的端部65a的切线与切口面68相交的角度 且将切口 64的深度h保持为一定的情况下，容易地调整切口 64的圆周方向的长度a和突起65的圆周方向的长度b。此外，在图13中，将切口64 的梯形的底边69方便地设为直线，但也可以为圆弧。作为切口 64的例示， 从旋转轴60的轴线方向观察的形状为大致V字形状或梯形，但本发明并 不特别局限于此，也可以是圆弧状、大致U字状。
所述实施方式例示了具有用于轴支承划线轮34的销贯通的轴孔的盘 状的划线轮34，但如图12所示，使用一体形成销的一体型的划线轮34 的情况也包含于本发明。
以下，使用图l对本发明的一实施方式的划线方法进行说明。准备上 述的划线轮34，并安装在划线头24。然后，将脆性材料基板W载置在工 作台11上，在工作台11吸附脆性材料基板W。为了定位，CCD相机等 摄影元件读取脆性材料基板W上的对准标记。控制装置根据摄影元件读 取的对准标记的位置情况，操作X轴移动机构25、 Y轴移动机构13、 e 轴旋转机构18，对脆性材料基板W进行定位。在脆性材料基板W的定位 结束后，控制装置操作X轴移动机构25及Y轴移动机构13，使划线头 24向脆性材料基板W上的划线开始点移动。
接下来，控制装置操作图2所示的Z轴移动机构28，使划线头24下 降，从而使划线头24的划线轮34与脆性材料基板W的表面抵接。控制 装置在使划线轮34与脆性材料基板W的表面抵接后，稍使Z载物台29 下降至规定的切入深度。此外，划线头24在划线轮34与脆性材料基板W 的表面抵接时不会下降。
接下来，控制装置使载荷施加工作缸32工作，将划线轮34以规定的 压力按压到脆性材料基板W。在该状态下的控制装置使振动致动器35动 作，对划线轮34施加振动。控制装置在使振动致动器35动作的同时使X 轴移动机构25动作，从而使划线头24沿X方向移动。由此，在脆性材料 基板W的表面形成划线。
图14表示从向作为脆性材料的玻璃基板的切入、垂直裂缝、水平裂 缝这些观点观察的划线轮34的特性的比较。对从非常优越的特性到低劣 的特性按顺序使用 —〇一X的标记进行评价。在P刃中，向玻璃基
板的切入、垂直裂缝的渗透中任一种均良好，但作为强度降低的主要原因 的水平裂缝容易产生。在A刃中，向玻璃基板的切入良好，且水平裂缝不
16易产生，但不能够较深地形成垂直裂缝。在N刃中，水平裂缝良好，但向 玻璃基板的切入恶劣，且不能够形成深的垂直裂缝。
通过使用在向玻璃基板的切入的稳定性方面没有问题的A刃，且对A
刃施加振动，从而能够不对玻璃基板造成损伤，使垂直裂缝较深地渗透。 由此，能够获得向玻璃的切入、垂直裂缝、水平裂缝中任一种均良好的划 线。在使用p刃时，即使不施加振动，也能够较深地形成垂直裂缝，因此 在实用上没有施加振动的必要性，即使施加了振动，作为强度降低的主要 原因的水平裂缝也会大量产生。
在本实施方式中，将在没有振动载荷施加工作缸32的状态下的划线 轮34以0.1 0.3MPa的压力按压到所述脆性材料基板W。然后，振动致动 器35使从脆性材料基板W的表面离开的状态下的划线轮34在以5~20pm 的振幅振动的条件下、且在1 5kHz的频率下加工时振动。从脆性材料基 板W的表面离开的状态下的划线轮34的振幅可以通过激光位移计进行测 定。划线轮34的振动频率可以由供给到振动致动器35的交流频率求解。
实施例
图15至图20表示实际对硬质玻璃进行划线时的实验数据。 在图15 图20中，图中的符号意味着划线为以下的状态。 X:不能分离、或破坏。
肋状纹没有形成、或形成不稳定。
裂缝浅，但没有遗漏地形成肋状纹。 〇P刃不并列，但裂缝可靠地形成。 ◎ : P刃并列地形成裂缝。
吸附解除后自然分离、或稍接触后分离。 D:截面不良(损伤、弯曲)。 C:碎屑产生。
图15表示使用赋予了振动的A刃来对t (厚度)=0.7mm的硬质玻璃 进行划线时的实验数据。实验条件如下。前端工具A刃02.0X0.65X0
0.8 130°，工件硬质玻璃t0.7，振动头连结型(参照图3)，划线条件
载荷0.18MPa (12.6N)、速度300mm/s，切入量0.15mm。
在图15的实验数据中，使从硬质玻璃的表面离开的状态下的A刀尖的位移量(振幅)、载荷及频率变化。从图15可知，若存在5pm以上的位 移量，则能够不拘于频率而可靠地形成垂直裂缝，特别是，若存在10pm 以上的位移量，则通过频率的选定，能够实现高渗透裂缝的形成或全切。
图16表示使用赋予了振动的A刃来对t=0.5mm的硬质玻璃进行划线 时的实验数据。实验条件如下。前端工具A刃02.0X0.65X00.8 130°， 工件硬质玻璃t0.5，振动头连结型(参照图3)、分离型(参照图4)， 划线条件速度300mm/s，切入量0.15mm，没有振动，有振动(2.0kHz, 纵向位移量10pm)。
划线头24、 44使用图3所示的连结型和图4所示的分离型。从该图 16可知，无论哪种类型的划线头，通过赋予振动，都能够形成深的垂直裂 缝。
图17表示使用施加了振动的A刃来对t=0.5mm的硬质玻璃进行横切 时的实验数据(连结型的划线头)。实验条件如下。前端工具A刃02.0 XO.65X0O.8 130°，工件硬质玻璃t0.5，振动头连结型，划线条件 速度300mm/s，切入量0.15mm，没有振动，有振动(2.0 4.0kHz， 10|im)。
从该图17可知，在赋予2.0kHz以上的振动时，4.0kHz以下的低频率 与没有振动的情况相比，在更低载荷区域内交点遗漏变为0%，频率越高 交点遗漏为0%的区域越向低载荷方向转移。
图18表示使用赋予了振动的A刃来对t-0.5mm的硬质玻璃进行横切 时的实验数据(分离型的划线头)。实验条件如下。前端工具A刃02.0 XO.65X0O.8 130°，工件硬质玻璃t0.5，振动头分离型，划线条件 速度300mm/s，切入量0.15mm，没有振动，有振动(2.0 5.0kHz， 10 (7) [im)o
从该图18可知，通过赋予振动而在低载荷区域交点遗漏变为0%，与
连结型相比没有明显的差别。
图19表示对使用赋予了振动的A刃来对t=0.5mm的硬质玻璃进行划 线时的各头部的划线特性进行比较的实验数据。实验条件如下。前端工具 A刃0 2.0X0.65X0 0.8 130°，工件硬质玻璃t0.5，划线条件速度 300mm/s，切入量0.15mm，振动条件没有振动，有振动(2.0kHz，纵 向位移量10jim)。可知，无论哪种划线头，通过赋予振动都能够使形成深的垂直裂缝的载荷区域变低。
图20表示使用赋予了振动的A刃来对t=0.5mm的硬质玻璃进行划线时的实验数据。实验条件如下。前端工具A刃02.OXO.65X00.8 130°，工件硬质玻璃t0.5，振动头连结型，划线条件载荷0.06~0.36MPa(5.0 27.3N)每0.02MPa，速度300mm/s，切入量0.15mm，将超高分子聚乙烯多孔质膜(sunmap (商品名)t0.2mm)粘贴在玻璃下部，振动条件没有振动，有振动(2.0、 4.0kHz，纵向位移量l(^m)。
在t=0.5mm的硬质玻璃上粘贴超高分子聚乙烯多孔质膜。
从图20可知，若赋予位移量10pm的振动，则切断载荷区域扩大，若频率变高，则切断载荷区域向低载荷方向转移。
本说明书以2007年4月12日申请的日本特愿2007-105372为基础。其内容全部包含于此。
权利要求
1.一种划线装置，其中，具备划线轮，其中，共有旋转轴的两个圆锥的底部相交而形成圆周棱线，沿该圆周棱线在圆周方向上交替地形成多个切口及突起，所述突起由切下所述圆周棱线而剩余的在圆周方向上具有长度的所述圆周棱线的部分构成，所述切口的圆周方向的长度比所述突起的圆周方向的长度短；划线头，该划线头保持所述划线轮并使所述划线轮能够绕所述旋转轴旋转，并且具有使所述划线轮在相对于脆性材料基板的表面交叉的方向上振动的振动致动器；移动机构，该移动机构使所述划线头沿所述脆性材料基板的表面移动。
2. 根据权利要求1所述的划线装置，其特征在于，所述振动致动器在所述划线轮从所述脆性材料基板的表面离开的状态下，使所述划线轮以5 2(Hmi的振幅、1 5kHz的频率振动，所述划线装置还具备将所述划线轮以0.1 0.3MPa的压力向所述脆性材料基板按压的加压机构。
3. 根据权利要求2所述的划线装置，其特征在于，所述振动致动器具有超磁致伸縮元件，该超磁致伸縮元件利用磁致伸縮的特性将电振动变换为机械振动。
4. 根据权利要求2或3所述的划线装置，其特征在于，所述划线头具有主体部，该主体部安装所述振动致动器；保持架，该保持架保持所述划线轮并使所述划线轮能够绕所述旋转轴旋转；花键轴，该花键轴将所述振动致动器的振动传递给所述保持架，并且在外周面形成沿轴线方向延伸的滚动体滚道槽；花键外筒，该花键外筒设置于所述主体部，且具有滚动体循环路径，该滚动体循环路径包括与所述花键轴的所述滚动体滚道槽对置的沿轴线方向延伸的负载滚动体滚道槽，所述花键外筒对所述花键轴的振动进行引导；多个滚动体，该多个滚动体排列于所述花键外筒的所述滚动体循环路径。
5. —种脆性材料基板的划线方法，其特征在于，使划线轮在相对于脆性材料基板的表面交叉的方向上振动，同时使所述划线轮在所述脆性材料基板的表面上滚动，其中，在所述划线轮中，共有旋转轴的两个圆锥的底部相交而形成圆周棱线，沿该圆周棱线在圆周方向交替地形成多个切口及突起，所述突起由切下所述圆周棱线而剩余的在圆周方向上具有长度的所述圆周棱线的部分构成，所述切口的圆周方向的长度比所述突起的圆周方向的长度短。
6. 根据权利要求5所述的划线方法，其特征在于，使所述划线轮以1 5kHz的频率、且在从所述脆性材料基板的表面离开的状态下以5~20pm的振幅的条件进行振动，同时将所述划线轮以0.1~0.3MPa的压力向所述脆性材料基板按压。
全文摘要
本发明提供一种不会对硬质的玻璃基板等脆性材料基板(W)造成损伤，且能够形成深的垂直裂缝的新型划线装置及划线方法。本发明的划线装置具备划线轮(34)，其中，共有旋转轴(60)的两个圆锥的底部相交而形成圆周棱线(62)，沿该圆周棱线(62)在圆周方向交替地形成多个切口(64)及突起(65)，突起(65)由切下圆周棱线(62)而剩余的在圆周方向上具有长度的圆周棱线(62)的部分构成，切口(64)的圆周方向的长度(a)比突起(65)的圆周方向的长度(b)短；划线头(24)，其具有使划线轮(34)在相对于所述脆性材料基板(W)的表面交叉的方向上振动的振动致动器(35)；移动机构(25)，其使划线头(24)沿脆性材料基板(W)的表面移动。
文档编号C03B33/023GK101657388SQ20088001173
公开日2010年2月24日 申请日期2008年4月8日 优先权日2007年4月12日
发明者前川和哉, 宍户善明 申请人:三星钻石工业股份有限公司;Thk英特克斯股份有限公司