专利名称：划线头和使用该划线头的划线装置以及划线方法
技术领域：
本发明涉及在板玻璃、半导体晶片、陶瓷等脆性材料基板上形成划痕的划线头和使用该划线头的划线装置以及划线方法。
背景技术：
图16是表示现有技术中的划线头50的结构的图，图17示出其侧视图。使刀盘片51能够旋转的刀片架52经由设在刀架保持部54上的铅直方向的轴承55可自由摆头地设置，借此，随着本划线头50的移动(图16中向右的移动)，刀片架52仿形其移动方向地摆头。
在该刀架保持部54上隔着小间隙G布置着划线单元56。在刀架保持部54的右侧的规定部位轴承57沿正交于纸面方向镶入，该轴承57的中轴57a与划线单元56成为一体。而且刀架保持部54的左下端部被挡块53卡止。借此，刀架保持部54在图示的间隙G的范围内以轴承57为支点转动。
在划线单元56内形成在上下方向延长的气缸室58，在该气缸室58内插着活塞59，在形成于该活塞59的下端部的凹部中以松配合状态收容着轴承60，其中轴60a支持于活塞59上。因而，轴承60的外环旋转自如，其下端部从上方抵接在刀架保持部54上。这里规定压力的空气通到气缸室58，借此活塞59与轴承60一起被向下推，刀盘片51上赋予规定的划线压力(划线载荷)。轴承60用来即使在刀架保持部54倾斜的状态下，也始终把活塞59引起的推压对刀架保持部54沿正下方向传递。
这种划线头50如图17中所示，设成能够沿着划线装置66的水平方向的导轨67移动，而且，通过升降缸或马达65的驱动自由升降。如果使划线头50下降，则刀盘片51碰到玻璃板W。然后，刀架保持部54以轴承57为支点转动，借此，如果在挡块53上产生间隙，则这被检测到，停止划线头50的下降。进而划线头50按规定的切入量下降，然后，气缸室58中被设定规定的划线压力。
在图18中所示的特开平8-225333号公报中所公开的板玻璃切断装置20中，为了检测玻璃刀38的升降动作和想要的划线压力等采用使用了压电元件的检测部24，在放大部39、处理部26处理由该压电元件28检测的信号，然后靠控制器部28控制直线马达22。
但是，在图16的划线头50中，使刀盘片51下降到规定的高度用的马达和为了设定想要的划线压力电-空气变换器等复杂的机构是必要的。在图18的装置中也需要检测部24或处理其检测信号用的电路，划线头的机构复杂。此外，因为移动件的惯性很大，故响应性差，使划线质量稳定是困难的。
另一方面，作为电子零件材料所使用的芯片状的方形玻璃是以一张大的玻璃板为母材，从这种母材分断出多个方形玻璃获得的。在分断之际，首先，对母材表面从行走开始位置依次错位并反复进行规定次数的使刀盘片在一个方向上行走的作业形成并列的划痕后，这次通过把刀盘片的行走方向变成与前次交叉的方向进行形成相互交叉的划痕的交叉划线作业。接着，把像这样交叉划线了的母材送到断裂机，在那里对母材施加规定的压力，沿着母材上所形成的划痕施加弯曲力矩借此把母材沿着划痕分断，从而得到作为目的的芯片状的方形玻璃。
作为用于上述划线作业中的划线装置，例如图19中所示的装置是公知的。再者，在此图中以左右方向为X方向，以正交于纸面的方向为Y方向在以下进行说明。
这种划线装置备有靠真空吸附机构固定所放置的玻璃板GL的能够水平旋转的工作台，能够沿Y方向移动地支承这种工作台70的一对导轨71、71，使工作台70沿着该导轨71、71移动的滚珠丝杠72，沿着X方向架设于工作台70的上方的导向梁73，能够沿X方向滑动地设在该导向梁73上的划线头76，使该划线头76滑动的马达74，能够升降运动且自由摆头地设在划线头76的下部的刀片架77，能够旋转地装设于该刀片架77的下端的刀盘片78，设置于导向梁73的上方的识别记在玻璃板GL上的找正标记的一对CCD摄像头75。
在这种构成的划线装置中，在划线头上施行了防止因玻璃板GL面上必然存在的微小的凸凹和其他因素在划线头的行走时在划痕上产生的歪斜的措施。也就是说，如图20中所示，在划线头主体76A上经由与玻璃板GL面正交的转动轴79绕着转动轴自由摆动地设置刀片架77，并且在这种刀片架77上把刀盘片78设在转动轴79的轴心位置Q1的与行走方向(图9中箭头S方向)相反方向错开的位置Q2，借此在划线头行走中，使刀盘片78追随划线头主体76A，借此得到刀盘片78的直进稳定性，防止划痕中出现歪斜。
可是，在前述划线装置中，虽然在玻璃板上仅沿一个方向形成划线时没有问题，但是在进行交叉划线的场合，如图21中所示，在刀盘片78交叉地通过最初形成的划痕L1～L3的附近，后来应该形成的划痕L4～L6不能形成，发生所谓交点跳跃现象。如果在玻璃板的划线时发生这种交点跳跃，则在上述断裂机中对玻璃板进行分断之际，玻璃板不沿着划痕分断，结果存在着产生大量次品，生产效率极度恶化这样的问题。
这种问题产生的原因在于，刀盘片交叉通过已有的划痕时，对划线头向玻璃板面方向所加的划线所需要的力被在划线的两侧潜在的内部应力削弱。
因此申请人作为解决前述问题的装置，提出了在使用在行走于脆性材料基板上的划线头主体上，经由正交于脆性材料基板的转动轴可绕着该转动轴自由摆动地设置刀片架，并且在这种刀片架上刀盘片设在从前述旋转轴的轴心位置向与前述行走方向反向位移的位置而成的划线头，在脆性材料基板上相互交叉地形成划痕的场合，在划线中，控制前述刀片架，以便其摆动范围成为大于0°、2°以下的划线方法和划线头以及划线装置(专利申请2000-142969号)。图22是作为其一个实施方式的划线头的主视图，图23是其仰视图。
这种划线头备有划线头主体80，轴承箱81，刀片架82，刀盘片83，以及加载机构84。
划线头主体80其下部开有缺口，在这种缺口部85内容纳轴承箱81。轴承箱81其一端部经由轴承87连接于穿过划线头主体80的水平的支轴86上，另一方面，另一端抵接在划线头主体80内与支轴86平行地设置的制止轴88上，在靠制止轴88所制止的范围内绕着支轴88的轴心转动。
刀片架82绕着与脆性材料基板面正交的转动轴89的轴心摆动自如地设在轴承箱81中。在转动轴89与轴承箱81之间夹装着轴承40。此外，在转动轴89的上方设有加载机构84，构成为这种加载机构84引起的加载力经由转动轴89和刀片架82加在刀盘片83上。
刀盘片83设在刀片架82上从前述转动轴89的轴心位置向与划线头的行走方向相反方向(图22中左方)位移的位置上。
这里，虽然刀片架82被控制成在划线中其摆动范围大于0°、2°以下，但是作为其控制机构，利用了在轴承箱81的下面上形成的槽41。也就是说，把刀片架82安装成其上端部纳入轴承箱81的槽41内，在刀片架82摆动到摆动范围的最大值时，刀片架82的上端部中的四角的角当中的位于某个对角的一组角42、45(43、44)与槽41的两内壁46、47接触。借此，通过调整槽41的两内壁46、47与刀片架82的上端部中的两侧面48、49之间的间隙，刀片架82的摆动范围A可以调整成前述规定范围。因而，如果把间隙取大则可以加大摆动范围A，相反如果把间隙取小则可以减小摆动范围A。
申请人提出的划线头是通过取为以上说明的构成，可以既确保仅维持刀盘片的直进性的刀片架的摆动动作又抑制交点附近潜在的内部应力的影响而确保动作，所以在进行交叉划线之际即使对划线头的加压力恒定也不发生交点跳跃，此外在划线开始端不会不形成划痕，可以实现预期的目的。
可是，前述划线头由于是刀盘片在刀片架上从其转动轴的轴心位置向与行走方向相反方向位移地设置，划线时跟在支轴侧后面行走，故在与已设的划痕交叉时，或通过玻璃的波纹或翘曲或者玻璃表面的凹凸时刀盘片向上弹起，刀片架绕着支轴转动而从玻璃面上浮。图13是用来说明该现象的示意图，标号GL表示玻璃，83表示刀盘片，86表示支轴。
也就是说，如果使刀盘片跟在支轴86后面行走(图中箭头S方向)，则在刀盘片83的刀尖棱线83A接触于玻璃面GL的点P处，指向刀盘片83的中心侧产生对指向行走方向的摩擦力M，和指向玻璃GL的厚度方向的推压力N的合力的反力R。这种反力R作为以支轴86为中心的旋转力矩作用于刀盘片83上，结果，刀盘片83向上弹起，未画出的刀片架绕着支轴86转动而从玻璃面GL上浮。
如果产生上述这种刀片架的上浮现象，则对刀盘片83的加压力被前述反力R削弱，结果，存在着很难得到深的垂直裂纹这样的问题。
可是，如果考察刀盘片在玻璃上引起垂直裂纹发生的机理，则首先通过对刀尖施加载荷在玻璃表面的与刀尖接触的部位产生弹性变形，接着随着刀尖载荷的增大在前述部位产生塑性变形。进而，如果刀尖载荷增大则超过塑性变形的临界点，结果发生脆性破坏，沿玻璃的厚度方向开始成长垂直裂纹，裂纹的前端在达到与刀尖载荷的大小与玻璃的材质或厚度等相应的深度(离脆性材料基板表面的距离)的时刻停息。如果就一定的材质，一定的厚度的玻璃来看这些，则能够控制前述垂直裂纹达到的深度(以下称为垂直裂纹的到达深度。)的只有刀尖载荷。也就是说，因为如果增大刀尖载荷则刀盘片的刀尖切入玻璃的表面的深度加大，发生垂直裂纹用的能量加大，故垂直裂纹的到达深度加深。可是，如果刀尖载荷超过一定的大小，则虽然得到所谓深的垂直裂纹但是与此同时在玻璃的表面附近所蓄积的内部应变成为饱和状态，发生指向与垂直裂纹的成长方向完全不同的方向的裂纹，所谓水平裂纹。这种水平裂纹成为大量发生不希望的切粉的原因。
本发明者们进一步详细探究前述机理的结果，发现刀尖载荷与垂直裂纹的到达深度间存在着图14中所示的关系。也就是说，从这种图14中所示的曲线图可以看出，首先存在着垂直裂纹的到达深度随着刀尖载荷的增大缓慢加深的区域(A区域)，接着存在着随着刀尖载荷的增大急剧增加的区域(B区域)，进而存在着即使刀尖载荷增大也几乎不增加的区域(C区域)。而且，在这种C区域中，在A区域或B区域中未出现的水平裂纹大幅度增加。
根据以上发现，通过以相当于B区域，也就是随着刀尖载荷的增大到达深度急剧增加的区域内的刀尖载荷进行划线，可以不伴随前述水平裂纹的发生而得到深的垂直裂纹。
可是，B区域的刀尖载荷的范围极其狭窄，明白了靠通常的划线时的刀尖载荷的调节仅在B区域内稳定地进行划线是困难的。特别是，如上所述，在现有技术中无法避免刀盘片的上浮现象，致使对刀盘片的加压力被前述反力R削弱，所以在范围极其狭窄的前述B区域内调节刀尖载荷是极其困难的。
此外，因为在交叉划线中，如上所述为了防止交点跳跃的发生在第2划痕的形成时要比第1划痕的形成时大幅度增大刀尖载荷，所以刀尖载荷往往成为进入前述C区域，因此存在着无法避免伴随水平裂纹的增加而产生大量的切粉这样的问题。
进而，与前述这种问题不同，在前述以往的采用刀盘片的划线中，因玻璃的波纹或翘曲，玻璃表面的凹凸，此外保持刀盘片架的刀片架或保持这种刀片架的划线头的晃动等外在因素而不能得到稳定的划痕的情况屡屡发生。
本发明为了解决上述课题而作成，其第1目的在于提供一种作为简单的机构，可以适当地适应种种的划线条件的划线头和采用该划线头的划线装置以及划线方法。第2目的在于提供一种在进行交叉划线之际，不发生交点跳跃，防止刀片架的上浮现象，使对刀盘片的加压力高效地作用于脆性材料基板上，可以得到比以往格外深的垂直裂纹的划线头和用该划线头的划线装置以及划线方法。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的划线头是具备在脆性材料基板上形成划痕的划线刀的划线头，其特征在于，通过伺服马达的旋转来进行划线刀的升降，而且，使伺服马达的旋转力矩作为对划线刀的划线压力传递。
通过采用伺服马达，划线头的机构被简化，可以提供廉价的划线头和划线装置。此外，0点位置的检测也可以在软件上进行，也不需要以往的接点机构进行的0点位置的检测。进而，因为发生划线压力的机构的响应性好，故还可以很好地适应种种的划线条件。
在这种构成中，也可以取为经由齿轮把前述伺服马达的旋转运动变换成上下运动，而且，使旋转力矩作为划线压力作用的构成。
此外，也可以取为在横跨过划线完毕的划痕进行划线的场合，在通过该划痕时，暂时提高划线压力的构成。或者，最好是把前述伺服马达的旋转力矩，在该划线头的刀在脆性材料基板上移动的位置处，控制成预先设定的限制值。此外，最好是前述伺服马达被位置控制。在这种场合，最好是与划线开始大致同时将由前述伺服马达所设定的离开脆性材料基板上表面下方的位置向更下方设定。
如果用这种构成，则可以避免横跨过划线完毕的隆起的划痕之际的刀盘片跳动，对付所谓交点跳跃是有效的。
此外，本发明的另一种划线头的特征在于，刀片架经由与脆性材料基板平行的支轴绕着该支轴的轴心摆动自如地设于在脆性材料基板上行走的划线头主体上，并且刀盘片经由与脆性材料基板面平行的旋转轴绕着该旋转轴旋转自如地设在该刀片架上的构成。
这种另一种划线头也可以是含有上述划线头的构成。
在本发明的划线头中，最好是前述刀片架经由与脆性材料基板面正交的转动轴绕着该转动轴摆动自如地设置着。
此外，也可以是前述旋转轴从前述转动轴的轴心位置位移到靠近前述支轴侧地设置。
进而，也可以是前述支轴的轴心配置成前述刀盘片位于在划线中从脆性材料基板受到的反力的向量上的线上或者该线的上方。
本发明的划线装置是通过具备在脆性材料基板上形成划痕的划线刀的划线头的移动，对脆性材料基板进行划线的划线装置，其特征在于，设有前述划线头的任何一种。
此外，本发明的划线方法的特征在于，使划线头以支轴相对前述刀盘片为后侧地在脆性材料基板上行走而在脆性材料基板面上形成划痕，其中划线头是使刀片架经由与脆性材料基板面平行的所述支轴绕着该支轴旋转自如地设于在脆性材料基板上行走的划线头主体上，并且刀盘片经由与脆性材料基板面平行的旋转轴绕着该旋转轴的轴心旋转自如地设在该刀片架上而构成。
在这种构成中，最好是前述刀片架经由与脆性材料基板面正交的转动轴绕着该转动轴的轴心摆动自如地设置。
进而，也可以是前述旋转轴从前述旋转轴的轴心位置位移到靠近前述支轴侧地设置。
此外，在本发明的划线方法中，也可以是前述刀盘片一边维持在划线中从脆性材料基板所受到的反力的方向存在于连接该反力的起点与前述支轴的轴心的线上或者比该线靠近脆性材料基板的状态一边进行划线。
由于本申请的权利要求7至11的划线头和本申请的权利要求12至15的划线方法中具有如前所述的特征，所以起到以下的作用。也就是说，如图13中所示，以支轴99为后侧使划线头行走(图中箭头T方向)，刀盘片95的刀尖棱线95A在接触于玻璃面GL的点E处，虽然产生对指向行走方向的摩擦力V，和指向玻璃GL的厚度方向的推压力W的合力的反力X，但是这种反力X指向支轴99，不成为使刀盘片95上浮地作用的旋转力矩。借此，不发生上述那种刀片架的上浮现象，对刀盘片95的加压力不会被前述反力X削弱。结果，对刀盘片95的加压力高效地作用于玻璃(脆性材料基板)，可得到比以往更深的垂直裂纹。
这里，前述刀片架也可以经由与脆性材料基板面正交的转动轴绕着该转动轴的轴心摆动自如地设置，在这种场合，可以提高刀片架向划线头的行走方向的跟踪性。
进而，前述旋转轴也可以从前述转动轴的轴心位置位移到靠近前述支轴侧地设置，在这种场合也可以提高刀片架向划线头行走方向的跟踪性。
此外，在前述划线方法和划线头中，可以维持刀盘片在划线中从脆性材料基板所受到的反力的方向存在于连接该反力的起点与支轴的轴心的线上或者比该线靠近脆性材料基板的状态，这样一来，可更加可靠地消除上述使刀片架上浮的旋转力矩的发生。
图1是根据本发明的第1实施方式的划线头的侧视图，图2是其主要部分的主视图。
图3是表示根据本发明的划线头的控制系统的图。
图4是表示第1实施方式的划线头的刀盘片的划线时的动作的图。
图5是表示对已经形成的划痕正交地进行划线时的情形的构成图。
图6是表示根据本发明的另一个实施方式的划线头的图。
图7是表示根据本发明的划线头的控制方法的程序框图，表示一个划线动作。
图8是表示这种控制方法中的一个划线动作的时间分配图，表示X轴动作、Z轴动作和Z轴转矩的各自的变化。
图9是根据本发明的划线头的第2实施方式的主视图，图10是其仰视图。
图11是表示根据本发明的第3实施方式的划线头的主要部分的主视图。
图12是表示图11中所示的划线装置中的划线头的另一个实施方式的主视图。
图13是用来说明刀盘片中产生的旋转力矩的示意图。
图14是表示以往的划线方法中的刀尖载荷与垂直裂纹的关系的曲线图。
图15是表示本发明中的刀尖载荷与垂直裂纹的关系的曲线图。
图16是以往的划线头的剖视图，图17是其侧视图。
图18是以往的另一个划线头的构成图。
图19是表示以往的划线装置的概略主视图。
图20是表示以往的又一个划线头的概略图。
图21是说明交点跳跃现象的图。
图22是以往的另一个划线头的主视图，图23是其仰视图。
具体实施例方式
下面，参照附图就本发明的实施方式进行说明。
<第1实施方式>
图1示出表示本发明的第1实施方式的划线头1的侧视图，图2示出其主要部分的主视图。
这种划线头1在一对侧壁2间以倒立状态保持伺服马达3，在该侧壁2的下部，从侧方看成L字形的架保持件4通过支轴5转动自如地设置着。在该架保持件4的前方(图2中，右方)安装着能够旋转地支持刀盘片6的刀片架7。
刀片架7经由设在其上端的转动轴17和这种转动轴17所穿过的轴承12安装于架保持件44，能够绕着转动轴17的轴心转动。
刀盘片6经由与脆性材料基板面平行的旋转轴13可绕着旋转轴13的轴心自由旋转地设置在刀片架7上，并且设置成旋转轴13相对刀片架7的转动轴17的轴心位移到与支轴5相反一侧。
平伞齿轮8相互啮合地装设在伺服马达3的旋转轴与支轴5上。借此，通过伺服马达3的正反旋转，架保持件4以支轴5为支点进行俯仰动作，刀盘片6上下运动。这种划线头1本身设置成能够沿着划线装置66的水平方向的导轨67移动。再者，动力传递机构不限于平伞齿轮8。
图3是表示图1中所示的划线头1的控制系统的图。
编码器9检测伺服马达3的旋转状况。伺服放大器10控制伺服马达3，基于来自编码器9的反馈信号，向伺服马达3送出规定的驱动信号。上位控制器11控制划线头的动作，对伺服放大器10供给位置指令信号。
接下来，参照图4的表示刀盘片的划线时的动作的图说明图3的控制系统中的动作。
划线头1通过沿着划线装置66的导轨67移动，划线头1的刀盘片6向图4中所示的起点a移动，如果发出从0点位置(玻璃板W的上面)向下降x的切入位置移动的指令，则刀盘片6向其高度移动，在该位置被保持。
进而，为了设定刀盘片6搭上玻璃板W时的划线压力P1，将马达3的旋转力矩(力矩限制值)变更成搭上力矩限制值P1。但是，这种旋转力矩P1设定成在刀尖搭上玻璃板W时，在基板端面上不引起缺陷的值。
接着，使划线头1以预先设定的向玻璃板W的搭上速度平行移动，在b点处刀盘片6搭上玻璃板W后，刀盘片6从该b的位置移动预定的距离(b-c间)，在c点处靠来自上位控制器11的指令把旋转力矩(力矩限制值)变更成力矩限制值P2，把适于玻璃板W的材质等的划线压力传递到刀盘片6上。
如果旋转力矩P2(＞P1)被设定，在刀盘片6上设定所需要的划线压力，则划线头1以预先设定的划线速度移动。旋转力矩与划线压力的关系预先测量做成换算表。
如果刀盘片6达到d点，则划线头1从前述划线速度减速成预先设定的从玻璃板W退刀的速度。而且，旋转力矩(力矩限制值)变更成退刀力矩限制值P3(＜P2)。再者，P3与搭上时同样是不在玻璃的端部造成缺陷的低力矩。在该状态下进到e点。如果在e点处从玻璃板W上退出，则由于旋转力矩被变更成定位力矩，刀盘片6的高度再次在切入位置被保持。如果在这种状态下移动到f点，则一系列的划线结束。
把旋转力矩P1、P3取为小于划线时的旋转力矩P2是为了在刀盘片6搭上玻璃板W时或从它退出时，不在玻璃板W上发生无用的裂纹的措施。从a点到f点的各自的坐标数据根据玻璃板W的尺寸预先设定。
像以上这样，在本实施方式的划线头1中，由于取为使伺服马达3的旋转力矩作为划线压力直接作用的机构，所以响应性极好，因而，以下的划线成为可能。
图5示出对划线完了的玻璃板W进一步在正交方向进行划线的情形，因为在横跨隆起的划痕时，刀盘片6在那里跳跃，故有时发生划痕不连续的划线缺陷。为了避免这种问题，在横跨划痕时，暂时提高划线压力就可以了。
在本实施方式的划线头1中，因为可瞬时地变更划线压力，故预先输入成为将要形成的划痕交叉的交点的部位的位置数据，在划线头1移动时，每当通过该交点瞬时地加减划线压力就可以了。
进一步详细地说明在用以上这种伺服马达划线头对脆性材料基板进行划线之际，对伺服马达划线头(划线头1)进行位置控制的控制方法。
首先，图7是示出一个划线动作中的这种伺服马达划线头(划线头1)的控制方法的程序框图，图8与时间的推移相对应地表示X轴动作(划线头在基板上移动的动作)、Z轴动作(安装在划线头上的刀盘片的动作)和Z轴力矩(伺服马达的旋转力矩)各自的变化。
在这些图中，示出刀片在基板上从左向右移动(在该移动方向上位置数据增加)，在X轴的位置数据增加的方向上进行划线时的例子。在本实施方式中，基于X轴的位置数据控制X轴力矩这一点成为特征。
首先，作为X轴的位置数据，在X轴动作开始位置和X轴动作结束位置之间，设定X轴起动位置，X轴切入位置，X轴推入结束位置，X轴切入结束位置，X轴划线结束位置各自的数据。在X轴切入位置与X轴推入结束位置之间，进行控制伺服马达的伺服放大器的I N-POS(切入位置)信号的OFF检测，确认刀盘片已完全搭上基板。X轴切入位置数据是在划线动作中使Z轴(刀盘片)移动到切入位置的X轴的点。X轴推入结束位置数据是在划线动作中使Z轴(刀盘片)从推入位置移动到切入位置的X轴的点。而且，X轴切入结束位置是在划线动作中使Z轴(刀盘片)从切入位置移动到等待位置的X轴的点。此外，在关于Z轴力矩的设定数据中设定以下的限制值。有在划线中作为刀盘片搭上玻璃时的力矩限制值的Z轴搭上力矩限制值，在划线中作为刀盘片从玻璃退出时的力矩限制值的Z轴退刀力矩限制值，在划线中作为从刀盘片完全搭在基板上到结束刀盘片的推入的力矩限制值的Z轴推入力矩限制值，以及作为定位刀盘片时的力矩限制值的Z轴定位力矩限制值。
一个划线动作中的这种控制方法如图7中所示，首先，设定输出Z轴定位力矩限制值(步骤1)。接着，使刀盘片移动到Z轴待机位置(图8中Z1)(步骤2)。在X轴动作为切入位置以上的场合，使刀盘片移动到Z轴切入位置(图8中Z2)(步骤3)。接着，设定并输出Z轴搭上力矩限制值(步骤4)。
再者，在刀盘片搭上脆性材料基板时，因为Z轴切入位置的刀盘片的位置错位，故伺服马达即使从伺服放大器所输出的I N-POS(切入位置)信号为ON，也使刀盘片的位置返回原来的Z轴切入位置。因此，产生限制伺服马达返回原来的位置的力矩的必要，设定Z轴搭上力矩限制值。此外，Z轴搭上力矩限制值设定成在刀盘片搭上脆性材料基板时，在脆性材料基板的端部不产生缺陷的低力矩值。而且，在从伺服放大器所输出的IN-POS(切入位置)信号为OFF的场合，设定输出Z轴推入力矩限制值(步骤5)。
接下来，使刀盘片移动到Z轴推入位置(图8中Z3)(步骤6)。通常，Z轴切入位置设定在离脆性材料基板上面0.05mm～0.20mm下方。在从伺服放大器所输出的IN-POS(切入位置)信号成为OFF，确认刀盘片搭上脆性材料基板时，则靠作为Z轴推入力矩限制值设定的力矩，脆性材料基板被划线。此时，因为Z轴的位置在Z轴切入位置时位移很小，故无法得到适合于划线的推入力矩(力矩达不到Z轴推入力矩限制值)。因此，把Z轴的位置从脆性材料基板的上面比Z轴切入位置更加下方作为Z轴切入位置设定，可以得到适于对种种脆性材料基板进行划线的Z轴推入力矩限制值。
接下来，在划线头的X轴移动位置成为X轴推入结束位置数据以上的位置的场合，设定输出Z轴退刀力矩限制值，使Z轴的位置为Z轴切入位置。Z轴退刀力矩限制值设定成在刀盘片从脆性材料基板退刀时不在脆性材料基板的端部产生缺陷的低力矩值(步骤7)。而且，在划线头成为X轴切入结束位置数据以上的位置的场合，设定输出Z轴定位力矩限制值(步骤8)。而且，把刀盘片移动到Z轴待机位置(图中Z1)(步骤9)。然后，在X轴动作成为切入位置以下的场合，在储存划线动作的数据后，复位(步骤10)，一个划线的动作结束。
这样一来，在所设定的位置靠位置控制的伺服马达错位时，虽然限制伺服马达引起的向设定位置返回动作的旋转力矩，给脆性材料基板划线，但是为了不在脆性材料基板的端部产生缺陷，得到优质的划痕，要在与开始划线大致同时把一旦设定的Z轴的位置向离脆性材料基板的上面更加下方设定。
再者，虽然在图7的程序框图中，描述了划线头在基板上对其移动方向增加位置数据的场合，但是在X轴的位置数据减少的方向上进行划线的场合，表示判断的处理符号内的‘以上’、‘以下’的用语分别置换成‘以下’、‘以上’的用语来进行处理。这种一系列的处理可以表示成图8中所示的时间分配图。也就是说，划线头起动，在X轴切入位置处，此前位于待机位置(Z1)的刀盘片一边将Z轴力矩作为Z轴定位力矩限制值一边移动到Z轴切入位置(Z2)。而且，直到检测到伺服放大器的IN-POS(切入位置)信号的OFF，Z轴的设定位置成为Z轴切入位置(Z2)，Z轴力矩维持成Z轴搭上力矩限制值。检测到伺服放大器的IN-POS(切入位置)信号的OFF后，直到X轴推入结束位置，Z轴的设定位置成为Z轴推入位置(Z3)，Z轴力矩维持成Z轴推入力矩限制值。而且，从X轴推入结束位置到X轴切入结束位置之间，Z轴的设定位置成为Z轴切入位置(Z2)，Z轴力矩维持成Z轴退刀力矩限制值。此后进而，从X轴划线结束位置复位到初始状态。
像以上这样，因为在伺服马达划线头的控制方法中采用位置控制，故根据划线头的移动，可适当地一边变更预先设定的旋转力矩的限制值一边对脆性材料基板进行划线，控制中所用的程序也比较容易。
虽然在本实施例中，如图1中所示，作为动力传递机构用平伞齿轮8向架保持件4传递动力，但是也可以如图6中所示取为把伺服马达3的旋转轴直接连接在架保持件4上的构成。
虽然在本实施例中对作为脆性材料基板的一种的玻璃板进行划线用的划线头，说明了在划线头中具备硬质合金制或金刚石制的刀盘片之一例，但是作为划线头中具备的刀盘片不限于前述刀盘片，包括把菱形点或圆形的刀尖棱线的两侧加工成圆锥或圆锥台状的刀具等在脆性材料基板上形成划痕的刀具。
接下来，参照
权利要求7至9的划线头和13至16的划线方法的实施方式。再者，由于本发明的划线方法是在划线头中实施，故这里在就划线头的实施方式的说明中也就划线方法的实施方式进行说明。
<第2实施方式>
图9是根据本发明的划线头的第2实施方式的主视图，图10是其仰视图。
划线头90备有划线头主体92，轴承箱93，刀片架94，刀盘片95，和加载机构96。
划线头主体92在其下部被开缺口，在该缺口部98内装入轴承箱93。轴承箱93其一端部经由轴承900连接于穿过划线头主体92的水平的支轴99上，另一方面，另一端部与在划线头主体92内与支轴99平行设置的制止轴91抵接，在靠制止轴91所制止的范围内绕着支轴99的轴心转动。
刀片架94经由与脆性材料基板正交的转动轴97绕着转动轴97的轴心摆动自如地设在轴承箱93中。在转动轴97与轴承箱93之间夹装着轴承901。此外，在转动轴97的上方设有加载机构96，构成为这种加载机构96引起的加载力经由转动轴97和刀片架94加到刀盘片95上。
再者，刀片架94没有必要如上所述一定绕着转动轴97的轴心摆动自如地设置，也可以相对轴承箱93固定。在这种场合，省略轴承901等摆动所需要的构件就可以了。
刀盘片95经由与脆性材料基板面平行的旋转轴913绕着该旋转轴913的轴心自由旋转，并且，旋转轴913从前述转动轴97的轴心位置位移到靠近支轴99一侧地设在刀片架94上。再者，刀盘片95与转动轴97的位置关系不限于前述关系，也可以刀盘片95的旋转轴913位于转动轴97的轴心的正下方。
在用上述划线头90实施划线时，以支轴99相对刀盘片95为后侧地使划线头90在脆性材料基板上行走。也就是说使划线头90朝图9中的箭头T所示方向行走。这样一来通过以支轴99相对刀盘片95为后侧地使划线头行走，如图13中所示，在刀盘片95的刀尖棱线95A接触于玻璃面GL的点E处，虽然产生对指向行走方向的摩擦力V，和指向玻璃GL的厚度方向的推压力W的合力的反力X，但是这种反力X指向支轴99，不成为使刀盘片95从玻璃GL上浮地作用的旋转力矩。借此，不发生上述那种刀片架的上浮现象，对刀盘片95的加压力不会被反力X削弱。结果，成为对刀盘片95的加压力高效率地作用于脆性材料基板上，可得到比以往更深的垂直裂纹。
这里，如图13中所示，维持刀盘片95在划线中从脆性材料基板GL所受到的反力X的方向存在于连接该反力X的起点E与支轴99的轴心的线H上或者比该线H靠近脆性材料基板GL的状态就可以了(参照图13中，虚线箭头X1、W1、V1)，这样一来，可更可靠地消除上述使刀片架上浮的旋转力矩的发生。维持该状态时，可以通过适当调整划线速度、对刀盘片95的加压力、刀盘片95与支轴99的相对位置关系来进行。
<第3实施方式>
接下来，参照图11就本发明的第3实施方式进行说明。
图11是划线头的主要部分的主视图，其侧视图由于可以与图1同样地表示而省略。
这种划线头1，伺服马达3以倒立状态保持于一对侧壁2之间，在该侧壁2的下部，从侧方看L字形的架保持件4通过支轴5转动自如地设置着。在该架保持件4的前方(图11中，右方)设有能够旋转地支持刀盘片95的刀片架94。
刀片架94经由设在其上端的转动轴17和该转动轴17所穿过的轴承12安装于架保持件4上，能够绕着转动轴17的轴心转动。
刀盘片95与上述第2实施方式同样，经由与脆性材料基板面平行的旋转轴13绕着该旋转轴13的轴心自由旋转，并且旋转轴13从刀片架94的转动轴17的轴心位置位移到靠近支轴5一侧地设在刀片架94上。
在伺服马达3的旋转轴与支轴5上相互啮合地装设着平伞齿轮8。借此，通过伺服马达3的正反旋转，架保持件4以支轴5为支点进行俯仰动作，刀盘片95上下运动。这种划线头本身设成能够沿着划线装置66的水平方向的导轨67移动(参照图1)。再者，动力传递机构不限定于平伞齿轮8。
再者，虽然在本实施方式中，作为动力传递机构用平伞齿轮8传递向架保持件4的动力，但是也可以如图12中所示，取为把伺服马达3的旋转轴直接连接在架保持件4的构成。
这里，如图13中所示，维持刀盘片95在划线中从脆性材料基板GL受到的反力X的方向存在于连接该反力X的起点E与支轴99的轴心的线H上或者比该线H靠近脆性材料基板GL的状态就可以了(参照图13中，虚线箭头X1、W1、V1)，这样一来，可更可靠地消除使刀盘片95上浮的旋转力矩的发生。在维持该状态时，可以通过适当调整划线速度、对刀盘片95的加压力、刀盘片95与支轴99的相对位置关系来进行。
接下来，分别实施根据本发明的划线方法与以往的划线方法，测定在玻璃上所形成的垂直裂纹的深度。
(实施例)关于根据本发明的划线方法，用图12中所示的划线头，在以下条件下进行划线。
刀盘片的盘直径2.5mm刀盘片的盘厚度0.65mm刀盘片的刀尖角度125°划线速度300mm/sec刀尖载荷1.1kgf玻璃的材质钠钙玻璃玻璃的厚度0.7mm划线头的行走方向图12中箭头T方向(比较例)作为比较，把划线头的行走方向按照以往，也就是图12中箭头S的方向，其他在与前述本发明的实施例相同条件下进行。但是，刀盘片95的旋转轴913在行走时位于转动轴97的后侧地使刀片架94的朝向与前述实施例相反。
(测定结果)用前述各方法进行划线后，针对各个测定垂直裂纹的深度，得到以下结果。
实施例450μm～500μm比较例110μm～120μm从以上结果可以看出，如果用根据本发明的划线方法和划线头，则在同一刀尖载荷下，可以得到以往的大约4倍以上的垂直裂纹。
工业实用性通过用伺服马达，划线头的机构得到简化，可以提供廉价的划线头和划线装置。此外，0点位置的检测也可以在软件上进行，以往的接点机构进行的0点位置的检测也不需要。进而，因为发生划线压力的机构的响应性好、故还可以很好地适应种种的划线条件。
此外，由于在进行交叉划线之际当然不发生交点跳跃，不发生刀片架的上浮，所以使对刀盘片的加压力高效率地作用于脆性材料基板上而可以得到比以往更深的垂直裂纹。因而，在交叉划线后的分断工序中，可以沿着划痕精确地分断玻璃板，可以不发生次品而比以往更加提高生产效率。
权利要求
1.一种划线头，具备在脆性材料基板上形成划痕的划线刀，其特征在于，由伺服马达的旋转来进行划线刀的升降，而且，使伺服马达的旋转力矩作为对划线刀的划线压力传递。
2.权利要求1中所述的划线头，其特征在于，经由齿轮把前述伺服马达的旋转运动变换成上下运动，而且，使旋转力矩作为划线压力作用。
3.权利要求1或2中所述的划线头，其特征在于，在横跨过划线完毕的该划痕进行划线的场合，在通过该划痕时，暂时提高划线压力。
4.权利要求1或2中所述的划线头，其特征在于，把前述伺服马达的旋转力矩，在该划线头的刀在脆性材料基板上移动的位置处，控制成预先设定的限制值。
5.权利要求1至4中的任何一项中所述的划线头，其特征在于，前述伺服马达被位置控制。
6.权利要求5中所述的划线头，其特征在于，与划线开始大致同时将由前述伺服马达所设定的离开脆性材料基板上表面下方的位置向更下方设定。
7.一种划线头，其特征在于，刀片架经由与脆性材料基板平行的支轴绕着该支轴的轴心摆动自如地设于在脆性材料基板上行走的划线头主体上，并且刀盘片经由与脆性材料基板面平行的旋转轴绕着该旋转轴旋转自如地设在该刀片架上。
8.权利要求1至6中的任何一项中所述的划线头，其特征在于，刀片架经由与脆性材料基板平行的支轴绕着该支轴的轴心摆动自如地设于在脆性材料基板上行走的划线头主体上，并且刀盘片经由与脆性材料基板面平行的旋转轴绕着该旋转轴旋转自如地设在该刀片架上。
9.权利要求8中所述的划线头，其特征在于，前述刀片架经由与脆性材料基板面正交的转动轴绕着该转动轴摆动自如地设置着。
10.权利要求9中所述的划线头，其特征在于，前述旋转轴从前述转动轴的轴心位置位移到靠近前述支轴侧地设置。
11.权利要求7至10中的任何一项中所述的划线头，其特征在于，前述支轴的轴心配置成前述刀盘片位于在划线中从脆性材料基板受到的反力的向量上的线上或者该线的上方。
12.一种划线装置，通过具备在脆性材料基板上形成划痕的划线刀的划线头的移动，对脆性材料基板进行划线，其特征在于，设有权利要求1至11的任何一项中所述的划线头。
13.一种脆性材料基板的划线方法，其特征在于，使划线头以支轴相对前述刀盘片为后侧地在脆性材料基板上行走而在脆性材料基板面上形成划痕，其中划线头是使刀片架经由与脆性材料基板面平行的所述支轴绕着该支轴旋转自如地设于在脆性材料基板上行走的划线头主体上，并且刀盘片经由与脆性材料基板面平行的旋转轴绕着该旋转轴的轴心旋转自如地设在该刀片架上而构成。
14.权利要求13中所述的脆性材料基板的划线方法，其特征在于，前述刀片架经由与脆性材料基板面正交的转动轴绕着该转动轴的轴心摆动自如地设置。
15.权利要求14中所述的脆性材料基板的划线方法，其特征在于，前述旋转轴从前述转动轴的轴心位置位移到靠近前述支轴侧地设置。
16.权利要求13至15中的任何一项中所述的脆性材料基板的划线方法，其特征在于，前述刀盘片一边维持在划线中从脆性材料基板所受到的反力的方向存在于连接该反力的起点与前述支轴的轴心的线上或者比该线靠近脆性材料基板的状态一边进行划线。
全文摘要
本发明的划线头(1)通过伺服马达(3)的旋转进行划线刀的升降，并将伺服马达(3)的旋转力矩作为划线压力向划线刀传递。当横过划痕划线时，划线压力在穿过划痕时暂时增强。此外，当划线头的刀(6)处于沿着脆性材料基板运动的位置时，伺服马达(3)的旋转力矩被控制成预定的限制值。伺服马达(3)被位置控制。
文档编号H01L21/301GK1863740SQ0281447
公开日2006年11月15日 申请日期2002年7月18日 优先权日2001年7月18日
发明者若山治雄, 酒井敏行, 林敬子, 西尾仁孝, 松本润一 申请人:三星钻石工业股份有限公司