專利名稱：刀輪及其制造方法、手動劃線工具及劃線裝置的制作方法
技術領域：
本發明，是關于沿盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部以作為刀刃的脆性材料基板劃線用刀輪及其制造方法、手動劃線工具及劃線裝置。
背景技術：
用于平面顯示器(以下稱FPD)的面板，通常是將母基板割斷成既定尺寸的玻璃基板(單位基板)來形成。母基板的割斷，具體而言，是在一片母基板表面形成劃線，再沿所形成的劃線裂斷前述基板。在專利文獻1揭示有一種使用刀輪割斷玻璃基板的技術。圖13是用于脆性材料基板的劃線步驟的公知劃線裝置的前視圖。以圖13說明劃線方法。又，此圖中是以左右方向為X方向、與紙面正交的方向為 Y方向，說明如下。如圖13所示，劃線裝置100，具備載臺150，是以真空吸附機構固定所裝載的玻璃基板G，且能水平旋轉；彼此平行的一對導軌121，121，是將載臺150支撐成能移動在Y 方向；螺桿122，是使載臺150沿導軌121，121移動；導桿123，是沿X方向架設于載臺150 上方；劃線頭130，是以能沿X方向滑動的方式設于導桿123，用以對后述刀輪120賦予刀刃負載；馬達124，是使劃線頭130滑動；刀片保持具140，是以可升降且能擺動自如的方式設于劃線頭130下端；刀輪120，是以能旋轉的方式安裝于刀片保持具140下端；以及一對 CXD (電荷耦合裝置)攝影機125，是設置于導桿123上方，用以辨識形成于載臺150上的玻璃基板G的對準標記。圖14是說明將母基板割斷成單位基板的步驟例的圖。根據圖14說明玻璃基板G的割斷方法。(1)首先，如14(a)圖所示，將玻璃基板G裝載于劃線裝置的劃線載臺上，使用刀輪 120對玻璃基板上面(A面)進行劃線，而形成劃線Μ。由劃線M形成的垂直裂痕通常是形成為玻璃基板G板厚的10 15%的深度。(2)其次，上下翻轉上述玻璃基板G并將上述玻璃基板G搬送至裂斷裝置。接著， 如圖14(b)所示，以該裂斷裝置，將裂斷桿3沿與劃線M對向的線緊壓于裝載在墊板4上的玻璃基板G上面(B面)。藉此，裂痕即從玻璃基板G下側的A面的劃線M向上延伸，使玻璃基板G沿劃線Μ被裂斷。視玻璃基板G的種類不同來反復進行(1) ( 各程序一次或復數次，藉此將玻璃基板G割斷成單位基板。亦即，當玻璃基板G為單板時，是藉由上述各一次的劃線及裂斷來割斷成單位基板，但在玻璃基板G構成為液晶顯示面板時，由于欲割斷的玻璃基板G為貼合玻璃基板，因此在上述的裂斷后再度藉由進行(1)及O)的程序割斷成單位基板。液晶顯示面板，例如是在TFT(薄膜電晶體)液晶顯示面板的制造中，將TFT基板與濾色片彼此貼合，并藉由各二次的劃線及裂斷來割斷成單位基板后，將液晶注入彼此貼合的TFT基板與濾色片基板的間隙。近年來，隨著顯示畫面尺寸的大型化及液晶基板的需求擴大，使母基板亦隨之大型化。因此，難以如上述般，在劃線后上下翻轉上述玻璃基板G、 并將上述玻璃基板G搬送至裂斷裝置。再者，第五代以后的母基板(例如1100X 1250mm)， 是在液晶滴下注入后，藉由各二次的劃線及裂斷來割斷成單位基板。因此，當在液晶滴下注入后、為進行裂斷而例如使用真空吸附機構等上下翻轉上述玻璃基板G時，二片基板間之間隔即會局部擴大，產生于基板間之間隙出現不均的問題。如圖18及19所示，專利文獻2的脆性材料基板劃線用刀輪10，是沿盤狀刀輪的圓周部形成V字形棱線部11來作為刀刃，進一步地以細小間距在前述棱線部形成復數個突起 IOa0當使用刀輪10形成劃線時，藉由突起IOa對玻璃基板表面施加用以形成垂直裂痕的劃線壓，使從玻璃基板表面沿垂直方向延伸深達板厚80%以上的垂直裂痕伸展，而能進行省略裂斷步驟的割斷。如此，專利文獻2的刀輪10，由于對玻璃基板具有高滲透力，即使不設置裂斷步驟亦能使劃線后的玻璃基板成大致割斷狀態，因此能省略為進行此后的裂斷步驟而上下翻轉玻璃基板的步驟。專利文獻1 特開昭59-8632號公報。專利文獻2 日本專利第3，074，143號公報。

發明內容
如前所述，由于近年來用于液晶顯示面板的母基板逐漸大型化，使大型化的母基板的重量及撓曲量亦相對其厚度而增加，因此使包含移動或翻轉等的搬送較為困難。因此，制造構成母基板材料的原板玻璃的材料制造廠，為解決母基板的上述問題， 而進行玻璃材質或表面處理等的改良，開發出較輕且撓曲較少的母基板。以此方式改良的玻璃(以下為方便說明，稱為“改良后的大型玻璃”)，雖改善了搬送等中操作的容易性，但另一方面卻有刀刃的作用不良的缺點。另一方面，上述現有習知劃線裝置100(圖13)，在玻璃基板形成劃線時，例如圖15 所示，是使刀輪120在較玻璃基板G端稍外側的點、降下至刀輪120最下端在玻璃基板G上面的略下方，藉由在使既定劃線壓施加于刀輪120的狀態下進行水平移動，而從玻璃基板G 的端面開始進行劃線。此種劃線方法稱為“外切”。在進行上述外切時，由于刀輪120在置于玻璃基板G上時是碰撞于玻璃基板G端面，因此有可能使玻璃基板G端面出現缺口或使刀輪120損傷。因此，采用如圖16所示的方法，首先將刀輪120移動至玻璃基板G上方、較玻璃基板G端部更內側的點，其次，使刀輪120降下，在既定劃線壓作用在抵接于玻璃基板G的刀輪120的狀態下，在玻璃基板G上往圖中右方水平移動，藉此開始進行劃線。此種劃線方法稱為“內切”。然而，當欲以內切方式開始進行劃線時，刀輪120會在玻璃基板G表面上滑動，而產生刀刃無法從玻璃基板G表面深入內部的現象。當產生此種現象時，稱為“刀刃的作用不良”。由于上述現象在改良后的大型玻璃的劃線動作中較為顯著，因此被要求開發出一種可獲得良好作用的刀刃。本發明有鑒于此種新需求，其目的，是提供在割斷脆性材料基板時、在脆性材料基板表面可獲得良好作用的脆性材料基板劃線用刀輪及其制造方法、手動劃線工具及劃線裝置。本案發明人等，在對形成于刀輪的刀刃的切口形狀、數量等精心研究后，其結果， 完成了可獲得對基板表面的良好作用、且高生產性的脆性材料基板劃線用刀輪及其制造方法、手動劃線工具及劃線裝置。亦即，根據本發明，提供一種脆性基板劃線用刀輪，是沿由超硬合金或燒結金鋼石構成的盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部來作為刀刃，其特征在于在該棱線部刻設有至少一切口，該切口是以超過200 μ m之間距形成于該棱線部全周。根據本發明的另一觀點，提供一種脆性基板劃線用刀輪的制造方法，是沿由超硬合金或燒結金鋼石構成的盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部來作為刀刃，其特征在于在由較該刀輪棱線部硬的材料構成、且形成有至少一突條的切口刻設用工具上，使該刀輪抵接于突條部分一邊加壓一邊轉動，以將至少一個切口刻設于該棱線部。根據本發明的另一觀點，是在前述發明中提供一種刀輪，使前述刀輪抵接于較前述刀輪的棱線部硬的材料構成、且形成有至少一突條的切口刻設用工具的突條部分，藉一邊加壓一邊轉動來刻設切口。此等發明的切口，是指在沿盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部來作為刀刃時，沿大概與棱線部正交或與棱線部傾斜交會的方向局部性地對該刀刃刻設的槽狀凹部。切口在棱線方向的其至少一端部具有角部。此等發明中，刀輪轉動于脆性材料基板上時，藉由形成于棱線部的切口的上述角部深入脆性材料基板而產生刀刃的作用，藉此可制作劃線的起點。由此觀點來看，此等發明的切口的間距，是定義為反映刀刃的棱線方向的切口角部深入脆性材料基板、而形成于脆性材料基板的劃線起點的間隔。據此，此等發明，是包含在輪的圓周部形成有一個或形成有二個以上的切口的刀輪。此外，此等發明的切口是以人為方式形成于刀刃的棱線者，并不包含例如刀刃缺角等損傷或因隨時間劣化而偶然產生者。又，此等發明包含手動劃線工具，其是將本發明的脆性材料基板劃線用刀輪以旋轉自如的方式軸支于設在手柄前端的保持具。進一步地包含一種自動劃線裝置，其是在使刀盤相對裝載在載臺的脆性材料基板至少往一方向(例如X方向、Y方向的任一方向)移動的機構的自動劃線裝置中，在該刀盤具備本發明的脆性材料基板劃線用刀輪。此外，本發明中，刀盤是由刀輪以及將刀輪軸支成能在基板上轉動的刀片保持具所構成。本發明的脆性材料基板劃線用刀輪中，是沿盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部來作為刀刃，在該棱線部刻設有至少一切口，該切口是以超過100 μ m之間距形成于該棱線部全周，而以超過200 μ m之間距形成則又更佳。藉此，能在脆性材料基板表面獲得良好作用。此外，為了獲得良好作用，切口若以3 μ m以上的深度形成于前述棱線部則又更佳。又，以5μπι以下的深度形成的話即相當充分。本發明的脆性材料基板劃線用刀輪中，前述V字形棱線部由在半徑方向外側會聚的二斜面構成，前述二斜面會聚形成的圓周棱線具有微細凹凸，前述凹凸的中心線平均粗度Ra超過0. 40 μ m。此外，本發明的“中心線平均粗度Ra”是表示JISB0601所規定的工業產品的表面粗度的參數之一，且是從對象物表面任意擷取的算術平均值。只要將切口以隨機之間距及/或深度于該棱線部全周形成復數個的話，大致不需在切口刻設時的加工精度管理，即可獲得良好的刀刃作用。根據本發明的脆性材料基板劃線用刀輪的制造方法，是對刀輪(沿盤狀刀輪的圓周部形成V字形棱線部來作為刀刃)的該棱線部刻設至少一切口時，在由較該刀輪的棱線部硬的材料構成、且形成有至少一突條的切口刻設用工具上，使該刀輪抵接于突條部分一邊加壓一邊轉動。藉此，可簡化進行切口的刻設所需的設備，且作業時間亦較現有習知更加縮短。又，由于此種刻設作業與經驗差異及個人差異并無關連，因此可提高生產性。
圖1是從與其旋轉軸正交的方向觀看本發明一實施形態的刀輪的前視圖。 圖2是圖1的側視圖。
圖3是用以刻設圖1的刀輪的切口的裝置的前視圖。 圖4是固定于圖3的刻設裝置的切口刻設用工具的俯視圖。 圖5是圖4的前視圖。
圖6是顯示刻設切口前的刀輪(圖中左側)、以及刻設有切口的刀輪(圖中右側)


的刀輪前視圖。圖7是實驗1的刀輪對玻璃基板的作用狀況的評估表。圖8是實驗2的刀輪對玻璃基板的作用狀況的評估表。圖9是實驗3的刀輪對玻璃基板的作用狀況的評估表。圖10是從沿其旋轉軸的方向觀看本發明另一實施形態的刀輪的前視圖。圖11是從與其旋轉軸的方向觀看本發明再一實施形態的刀輪的前視圖。圖12是本發明實施形態的手動劃線工具的前視圖。圖13是用于劃線作業的公知劃線裝置的前視圖。圖14(a)、(b)是說明現有習知的將母基板割斷成單位基板的步驟例的圖,圖15是說明使用刀輪進行外切劃線的公知方法的圖。圖16是說明使用刀輪進行內切劃線的公知方法的圖。圖17是說明于刀輪的圓周形成切口的現有習知方法的圖。圖18是從與其旋轉軸正交的方向觀看現有習知的刀輪例的前視圖。圖19是圖18的側視圖。2 刀刃10，120 刀輪(現有習知品)IOa:突起20，50，60:刀輪20a:棱線部20b，50b，60b 切口30:刻設裝置31:切口刻設用工具32 突條90 手動劃線工具100 劃線裝置
具體實施例方式以下，根據圖式詳細說明本發明的實施形態。此外，作為本發明的脆性材料基板，并不特別限定形態、材質、用途及大小，可是由單板構成的基板或將二片以上的單板彼此貼合的貼合基板，或亦可是在其表面或內部附著或包含半導體材料者。作為本發明的脆性材料基板的材質，例如有玻璃、陶瓷、硅、藍寶石等，在用途方面，可作為液晶面板、電漿顯示面板、有機EL顯示面板等平板顯示面板。又，在稱為LCOS的投影機用基板的內反射型基板的情形，是使用貼合有石英基板與半導體晶圓的一對脆性基板，此種脆性材料基板亦包含在內。以下實施形態中，雖顯示關于本發明刀輪形狀的例，但本發明的刀輪并不限定于此。實施形態1使用圖1及2說明本發明的刀輪20的實施形態。圖1是從與刀輪20的旋轉軸正交的方向觀察的前視圖，圖2是圖1的側視圖。此外，刀輪20，是一可安裝于使用圖13所說明的現有習知劃線裝置100的刀片保持具140的刀輪。如圖1所示，刀輪20呈一輪外徑為D、輪厚為T的盤狀，在輪外周部形成有刀刃角為V的刀刃2。再者，如圖1及2所示，刀輪20，是在形成有刀刃2的棱線部20a形成有凹凸。亦即，如圖2的部分放大圖所示，此例中，形成有U字形或V字形的切口 20b。切口 20b，是每隔間隙P、從平坦的棱線部20a切出一深度h的切口而形成。相鄰的切口 20b，彼此間殘留有較切口 20b的圓周方向的長度更長的棱線部20a。V字形棱線部20a是由在半徑方向外側會聚的二斜面構成，前述二斜面會聚形成的棱線部20a外周緣部具有微細凹凸，前述凹凸的中心線平均粗度Ra超過0. 40 μ m。使用圖3至6說明用以刻設本發明的刀輪20的切口 20b的裝置及刻設方法的實施形態。圖3是用以刻設刀輪20的切口 20b的裝置的前視圖。如圖3所示，刻設裝置30，包含切口刻設用工具31 ；底座36，是用以固定切口刻設用工具31 ；導桿33，是架設于底座36上方；刻設頭34，具備使刻設頭沿導桿33移動于圖中X方向的馬達，用以對后述刀輪120賦予刻設負載；以及刀片保持具35，是以能升降的方式設于刻設頭34下端，并安裝有能拆裝的刀輪120。在刻設頭34連接有未圖示控制器，其用以設定賦予刀輪120的刻設負載及X方向的移動距離等。圖4是固定于刻設裝置30的切口刻設用工具31的俯視圖，圖5是圖4的前視圖。如圖4及5所示，切口刻設用工具31是一板狀構件，其在中央部具有較刀輪 120(用以刻設切口 20b)的刀刃硬的材質構成的復數突條32。切口刻設用工具31，藉由以線放電方式在例如具有平坦表面的P⑶(Poly Crystalline Diamond，多晶金剛石)板狀構件表面刻出條紋，如圖5所示，在既定角度的棱線部形成具有既定間隔、彼此平行的復數條突條32。突條32的棱線部形成在30 120°的范圍內。接著，說明使用圖3的刻設裝置30將切口 20b刻設于刀輪120的方法的實施形態。圖6是顯示未刻設切口 20b的刀輪120 (圖中左側)、以及已刻設切口 20b的刀輪 20(圖中右側)的刀輪前視圖。此外，是以超硬合金為例來作為刀輪120的材質。首先，將圖6左側的刀輪120安裝于圖3的刻設裝置30的刀片保持具35。其次，在刻設頭34的控制器設定施加于刀輪120的刻設負載及X方向的刀片保持具35的移動距離。刀片保持具35的移動距離例如為刀輪120的全周長。其次，使刀片保持具35下降，使刀輪120抵接于一端部的突條32，一邊以設定的刻設負載加壓一邊轉動。當刀片保持具35轉動設定的移動距離后，即使刀片保持具35上升。藉此，在刀輪120的棱線部20a全周，以對應突條32之間隔的間隔形成切口 20b， 從刀片保持具35拆下即可得到刀輪20。如上所述，由于使用刻設裝置30 —邊轉動刀輪120 —邊于棱線部20a全周刻設切口 20b時，即可在短時間內量產刀輪20，因此可簡化設備，此外，由于刻設作業與經驗差異及個人差異并無關連，因此可提高生產性。又，圖17是說明用以將切口刻設于刀輪的先前所使用的裝置例的圖。如圖17所示，研磨裝置140，相對支撐于馬達M的旋轉軸的盤狀磨石Z，使刀輪120 的棱線部20a與其研磨面正交并加以抵接，藉此在棱線部切出一切口 20b。之后，使刀輪120 退離至圖中下方，其次使刀輪120僅旋轉相當于間距P的旋轉角度后，再度在棱線部20a切出一切口 20b。藉由以此方式將切口 20b形成于刀輪120的棱線部20a，而可得到刀輪20。又，以下為方便說明，將使用圖3的刻設裝置30刻設切口于棱線部的方法稱為轉動方式，將使用圖17的研磨裝置140刻設切口于棱線部的方法稱為研磨方式。為了在玻璃基板等的表面獲得良好作用，刀輪20至少需要一切口 20b。切口 20b 最好是以超過200 μ m之間距形成于棱線部全周。切口 20b的深度最好是刻設成小于5 μ m。 刀輪20的輪外徑雖未特別限制，但對應基板的厚度，輪外徑最好是1. 0 50mm，特別是在 2. 0 30mm內則又更佳。此外，當將形成于刀輪20的棱線部全周的切口 20b個數設為分割數η、將相鄰的切口 20b間的距離設為間距P、將刀輪20外徑設為D時，P/D即以下式表示。亦即Ji /n (max) < P/D < π /n (min) …式 1藉由η (min) = 1，上述式1可表示成如下Ji /n (max) < P/D < π ...式 2根據圖7至9說明為了評估本發明的刀輪的切斷特性所進行的實驗及其結果。〔實驗1〕實驗1中，是在每次改變刀輪20的切口 20b的間距IOOym時、以前述改良后的大型玻璃為對象檢驗進行內切時刀刃的作用狀況(滑動困難度)。實驗1的條件顯示如下。對象玻璃基板Gl 無堿玻璃(厚度0. 7mm的玻璃單板)
對象玻璃基板G2 改良后的大型玻璃(厚度0. 63mm的玻璃單板)〔刀輪〕材質超硬合金外徑D 3. Omm厚度T :0. 65mm軸孔徑H :0. 8mm切口間距P :100 400 μ m (將圓周均等分割94 23)切口深度h :2 3μπι刀刃角度V :120°切口的刻設方法使用切口刻設用工具31之前述轉動方式〔劃線裝置〕三星鉆石株式會社制MS型〔設定條件〕玻璃基板切入深度0. 15mm劃線速度800mm/s刀刃負載0.06 0. 20MPa根據所獲得的切斷區域的測定值，來對對象玻璃基板Gl及對象玻璃基板G2評估使用刀輪進行玻璃基板的劃線時的刀輪的刀刃2有無滑動。此外，本發明的切斷區域是定義為刀輪可割斷玻璃基板的刀刃負載區域。又，使用對應表壓力(MPa)的負載(Kgf)來作為刀刃負載。實驗1中，在測定切斷區域的下限值(Lth)的同時，亦進行切斷區域的刀刃負載的高負載側0. 15MPa及0. 20MPa中劃線的良否判定。在表1顯示用作為樣品的刀輪的刀刃特征。表權利要求
1.一種刀輪，是脆性基板劃線用刀輪，在沿由超硬合金或燒結金鋼石構成的盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部來做為刀刃，其特征在于在該棱線部刻設有至少一切口，該切口是以超過200 μ m之間距形成于該棱線部全周， 且殘留有比前述切口的圓周方向的長度長的棱線部。
2.如權利要求1所述的刀輪，其特征在于其中所述的V字形棱線部是由在半徑方向外側會聚的二斜面構成，該二斜面會聚形成的圓周棱線具有微細的凹凸，該凹凸的中心線平均粗度Ra超過0. 40 μ m。
3.如權利要求1所述的刀輪，其特征在于其中所述的切口是以隨機的間距及/或深度在該棱線部全周形成多數個。
4.如權利要求1所述的刀輪，其特征在于是將該刀輪抵接于由較該刀輪棱線部硬的材料構成、且形成有至少一突條的切口刻設用工具的突條部分，藉一邊加壓一邊轉動來刻設該切口。
5.如權利要求1所述的刀輪，其特征在于輸外徑是1.0 3. 0mm。
6.如權利要求1所述的刀輪，其特征在于切口是以30 120°的范圍形成的V字狀的切口。
7.一種手動劃線工具，是將權利要求1至6中任一項所述的刀輪，以旋轉自如的方式軸支于設在手柄前端的保持具。
8.一種自動劃線裝置，是具備使刀盤相對裝載在載臺的脆性材料基板至少往一方向移動的機構，其特征在于在該刀盤具備權利要求1至6中任一項所述的刀輪。
9.一種脆性材料基板的劃線方法，是使用權利要求1至6中任一項所述的刀輪。
全文摘要
本發明提供一種在割斷用于液晶顯示面板等的脆性材料基板時，在脆性材料基板表面的作用良好的脆性材料基板劃線用刀輪及其高生產性的制造方法。由超硬合金或燒結金鋼石構成的刀輪，在沿盤狀刀輪圓周部形成V字形棱線部來作為刀刃，在該棱線部刻設有至少一切口，該切口是以超過200μm之間距形成于該棱線部全周。
文檔編號B28D1/24GK102276139SQ20111012701
公開日2011年12月14日 申請日期2005年7月15日 優先權日2004年7月16日
發明者關島孝志, 塩沢哲司, 小笠原規幸, 曾山浩, 若山治雄 申請人:三星鉆石工業股份有限公司