JP2017019704A

JP2017019704A - 硬質脆性板の割断方法及び装置

Info

Publication number: JP2017019704A
Application number: JP2015140711A
Authority: JP
Inventors: 高志宮本; Takashi Miyamoto; 智尚上野; Tomonao Ueno
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-01-26
Also published as: CN206029032U; TWM533062U; KR20170008676A

Abstract

【課題】携帯端末のディスプレイ基板のような比較的薄いガラス板その他の熱可塑性硬質脆性板をマイクロクラックやカレットを発生させないで割断する方法及び装置を得る。【解決手段】テーブル１上に固定した熱可塑性硬質脆性板ｗの割断線に沿ってレーザビームＢの照射点Ｐを移動し、レーザビームＢの照射によって加熱されて表面側が軟化ｓした割断線上にスクライブカッタを押圧して移動させる。スクライブする直前にガラス板ｗの表面側を軟化ｓさせることにより、カッタをガラス板ｗに押圧したときに、ガラス板表面がマイクロクラックを生じることなく押し広げられてスクライブ溝が形成され、そのスクライブ溝の先端から延びる垂直クラックによってガラス板ｗが割断される。【選択図】図２

Description

この発明は、携帯端末のディスプレイに用いるガラス板その他の薄い熱可塑性硬質脆性板を割断（割って切断）するのに特に好適な割断方法及び装置に関するものである。

ガラス板の切断は、通常、スクライブとブレークの２工程によって行われている。スクライブは、鋭利な周縁を備えたローラや尖針などからなるスクライブカッタ（以下、単に「カッタ」と言う。）を割断線に沿って走行させてガラス板の面に直交する方向のクラック（垂直クラック）を生成させる工程である。ブレークは、スクライブされた割断線に局部的な応力を与えることによって垂直クラックを成長させてガラス板を分断する工程である。

図４は、レーザビームの熱応力によってブレークする割断装置の一例を示した図である。図４において、ｗは割断しようとするガラス板、ａはガラス板ｗの割断線、１はガラス板ｗを固定するテーブル、２１は図示しない不動部材に装架された案内桁、２は案内桁２１に沿って走行する移動台、ｄはガラス板ｗの割断時における移動台２の移動方向、４は付勢シリンダ２６を介して移動台２に装着されたカッタ、３は移動台２に装着されたレーザ発振器、Ｑはカッタ４の押圧点、Ｐはレーザ発振器３から照射されるレーザビームＢの照射点である。レーザビームの照射点Ｐは、カッタの押圧点Ｑのガラス板切断時における移動方向後方に位置している。

図４の装置では、移動台２を図の矢印方向ｄに移動させることによって、テーブル１に固定されたガラス板ｗの割断線ａに沿ってカッタ４及びレーザ発振器３が移動し、カッタ４がスクライブした直後にレーザビームＢによって局部的な熱応力が付与されてガラス板ｗが切断されてゆく。

図５は、スクライブされたガラス板を模式的に示した拡大断面図である。ガラス板ｗの表面（カッタ４が押圧される側の面）に割断線ａに沿うＶ形断面のスクライブ溝ｇが形成され、その底端からガラス板の裏面に向かって垂直クラックｃが発生している。

一方、ガラス板ｗの表面側には、カッタ４によって割断線ａを境にして両側に押し広げる力が作用する関係上、スクライブ溝ｇの壁面に水平クラックやマイクロクラックと呼ばれる小さなクラックｍが発生し、これに伴ってカレット（欠けて飛散する微細なガラス粒）が発生する。

マイクロクラックｍは、割断した後のガラス板の搬送時や後工程時に、ガラス板に作用する外力によって成長して、ガラス板を破損させる原因となる。また、ディスプレイ用のガラス基板などでは、飛散したカレットがガラス基板面に付着し、剥がれなくなって、ガラス板上に形成した回路のパターン不良や積層される偏光板の貼り付け不良に起因する不良基板が発生する。

ガラス板を切断する他の方法として、本願出願人は、ガラス板を真空吸着するテーブル上にガラス板の割断線に沿う突条を設けて、ガラス板をテーブル１上に吸着したときにその割断線に沿って曲げ応力が付与されるようにし、その状態でカッタを割断線に沿って走行させるという、ブレーク工程を省略した割断方法を提案している（特許文献１）。また、スクライブを不要にした切断方法として、割断線に沿ってレーザビームを照射する工程のみによってガラス板を切断する方法も実用されている。

特開２００３−２６１３４５号公報

携帯端末のディスプレイに使用されるガラス基板は、小型化と軽量化のために薄肉化が強く要望されている。例えば、スマートフォンのディスプレイに使用されるガラス板は、従来、０．３ｍｍや０．２ｍｍの２枚重ねであったものが、０．１５ｍｍの２枚重ねになってきており、更に０．１ｍｍにしたいという要望がある。このような薄いガラス板は、割断後に割断縁の研削を行うことは困難である。また、携帯端末は、価格競争が激しいことから、製造コストの低減も重要課題である。

携帯端末のディスプレイ用の厚さ０．１５ｍｍ程度のガラス基板をスクライブ−ブレーク方式で割断し、割断縁の研削を行わないで後工程を行うと、後工程中における基板の破損（割れ）が増加する。また、飛散したカレットがガラス基板に付着することによる不良品発生も多くなる。

スクライブを行わないでレーザビームのみでガラス板を切断する方法によれば、マイクロクラックが発生しないので、上記のような後工程における割れやカレットの付着による不良基板の発生は防止できる。しかし、レーザビームのみでの切断は、熱応力による切断の為、熱伝達率の影響が大きく、特にガラス板が薄い場合には熱の拡散が早いために応力差が出にくく、ガラス板の材質や厚さによる条件設定が難しい。

更に、レーザのみで切断する場合には、細くて強力なレーザが必要なので、強力で高価なレーザ発振器を用いなければならず、切断に要する装置コスト及びランニングコストが増大するという問題がある。また、カッタによるスクライブとレーザによるブレークで割断する方法では、スクライブ時に生じたマイクロクラックがブレーク後も残るので、上記の問題を解決することはできない。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、比較的薄いガラス板をマイクロクラックやカレットを発生させないで切断することができる割断方法及び装置を得ることを課題としている。

この発明の熱可塑性硬質脆性板の割断方法は、テーブル１上に固定した熱可塑性硬質脆性板ｗの所望の割断線ａに沿ってレーザビームＢの照射点Ｐを移動し、レーザビームＢの照射によって加熱されて表面側が軟化ｓした割断線ａ上にスクライブカッタ４を押圧して移動させるという工程を備えている。この発明の割断は、ガラス板ｗに垂直クラックｃを発生させるスクライブ工程を備えているが、スクライブする直前にレーザビームＢを照射してガラス板ｗの表面側を軟化ｓさせることを特徴とする。

スクライブする直前に、ガラス板ｗの表面側を軟化ｓさせることにより、カッタ４をガラス板ｗに押圧したときに、ガラス板表面がマイクロクラックを生じることなく押し広げられてスクライブ溝ｇが形成され、そのスクライブ溝ｇの先端から延びる垂直クラックｃによってガラス板ｗが割断される。

カッタ４に先行するレーザビームＢの強度によって軟化ｓする領域の深さを調整することができ、マイクロクラックを生じさせることなく、所望深さのスクライブ溝ｇを形成できる。通常のローラーカッターでのスクライブでは、垂直クラックが０．３〜０．４ｍｍまで入るので、厚さ０．１５ｍｍの基板のような薄いガラス板であれば、スクライブ時に垂直クラックｃをガラス板ｗの裏面にまで到達させてブレーク工程を必要としないブレークレス割断を実現できる。また、特許文献１で開示されているようなガラス板ｗの切断部分に曲げ応力を付与した状態でスクライブすることにより、より厚いガラス板のブレークレス割断を行うことができる。

なお、この発明は、ブレークレスで割断することを特徴とするものではなく、スクライブ時にカッタが押し付けられるガラス板の表面側にマイクロクラックが発生するのを防止して、カレットの付着などによる不良品の発生を軽減しようとするものである。従って、例えば比較的厚いガラス板を割断する場合などには、カッタ４に先行するレーザビームＢによってガラス板の表面側を軟化させ、次にカッタ４でスクライブを行い、更にスクライブ後にレーザによる熱衝撃でブレークするという割断も可能である。

垂直クラックｃ及び当該垂直クラックを成長させたガラス板の裏面側の割断面には、マイクロクラックは発生しない。この発明の方法では、スクライブ溝ｇが刻設されるガラス板の表面側を軟化ｓして、スクライブ時におけるガラス板表面側のマイクロクラック及びカレットの発生を防止している。従って、この発明の方法によって割断されたガラス板の割断面には、マイクロクラックやカレットの発生がなく、割断後のガラス板の破損やカレットの付着による不良品の発生を防止することができる。

上記のように、この発明の方法による熱可塑性硬質脆性板の割断によれば、スクライブ時に発生するマイクロクラックを抑えることができ、スクライブ時のカレットの発生も抑制できるので、マイクロクラックや欠けのない鏡面の割断面が得られ、割断後のガラス板の破損やカレットの付着による不良品の発生を大幅に低減できる。

特に携帯端末のディスプレイ基板となるような薄いガラス板の割断においては、ブレークレスで割断することができ、またレーザビームのみで切断する方法やスクライブ後にレーザビームでブレークする方法に比べて、低出力のレーザ発振器の使用が可能で、切断時のレーザビームの条件設定も簡単なので、基板の製造コストを低減することができる。

実施例の割断装置の一例を示す斜視図表面が軟化されたガラス板の模式的な部分断面図表面を軟化してスクライブしたガラス板の模式的な部分断面図従来の割断装置の一例を示す斜視図従来方法でスクライブされたガラス板の模式的な拡大断面図

以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。この発明の割断装置が、図４で示した従来装置と異なる点は、割断時の移動台２の移動方向ｄに対するレーザビームの照射点Ｐとカッタ４の押圧点Ｑの前後関係が逆になっている点である。すなわち、この発明の装置では、スクライブカッタ４による垂直クラックの生成に先行してレーザビームＢによるガラス板ｗの加熱が行われる。

ガラス板ｗのスクライブ時には、移動台２の移動により、レーザビームの照射点Ｐがスクライブカッタ４の押圧点Ｑに先行して割断線ａに沿って移動し、ガラス板ｗの表面側を軟化ｓさせる。そして、軟化ｓしているガラス板の表面にスクライブカッタ４が押圧されて移動することにより、スクライブ溝ｇが形成され、スクライブ溝ｇの先端から軟化していないガラス板の裏面側の部分に垂直クラックｃ（図３参照）が生成される。

この発明の割断装置の一例を示す図１において、ｗは割断しようとするガラス板、ａはガラス板ｗの割断線、１はガラス板ｗを固定するテーブル、２１は図示しない不動部材に装架された案内桁、２は送りモータ２２で正逆回転する送りねじ２３に螺合して案内桁２１に沿って走行する移動台、ｄはガラス板ｗのスクライブ時における移動台２の移動方向、２４は移動台２に設けた昇降モータ、２５は移動台２に設けた鉛直方向のガイドに案内されて昇降モータ２４で昇降する昇降台、３は昇降台２５に装着されたカッタ、２６はカッタ４に押圧力を付与する付勢シリンダ、３は焦点調整用の高さ調整器２７を介して移動台２に装着されたレーザ発振器、Ｑはカッタ４の押圧点、Ｐはレーザ発振器３から照射されるレーザビームＢの照射点、５は割断線ａの直下の位置でテーブル１に貼着された薄い細幅の帯材（テーブル上の突条。例えば細幅の粘着テープ。）である。レーザビームの照射点Ｐは、カッタの押圧点Ｑのガラス板スクライブ時における移動方向前方に位置している。

テーブル１の上面には、真空源に連通された多数の吸着孔（図示されていない。）が設けられており、テーブル１上に載置されたガラス板ｗは、吸着孔に作用する負圧で吸着されて固定される。割断線ａを帯材５の真上に位置させてガラス板ｗが吸着されると、図２、３に誇張して示すように、帯材５が貼付された部分でガラス板が上凸に屈曲して、ガラス板の当該部分に上面側に引張応力、下面側に圧縮応力が付与される。

この状態で、必要であればテーブル１を移動してガラス板ｗの割断線ａをレーザビームの照射点Ｐ及びスクライブカッタの押圧点Ｑの移動軌跡上に位置決めし、レーザビームＢを照射しかつシリンダ２６でカッタ４をガラス板ｗに押圧しながら移動台２をスクライブ時の移動方向ｄに移動させる。すると、割断線上のレーザビームの照射点Ｐ部分が加熱されて軟化ｓし（図２）、その軟化ｓした部分にスクライブカッタ４が押圧されて、スクライブ溝ｇが形成され、その先端に垂直クラックｃが発生し（図３）、この部分に作用している上方が引張側となる曲げ応力により、垂直クラックｃの成長が助長されてガラス板ｗの裏面にまで達し、ガラス板ｗが割断される。この作用により、ガラス板ｗは移動台２の移動に伴って連続的に切断されてゆく。

上記の例は、テーブル１上に貼着した帯材５でガラス板ｗの割断線ａ部分に曲げ応力を付与した状態で割断する例を示したが、前述したように、ガラス板ｗの厚さが薄いときは、割断線ａの部分に曲げ応力を付与することなく、ブレークレス割断が可能である。また、帯材５を用いてもブレークレス割断ができないような厚いガラス板に対しては、スクライブした後、昇降台２５を上昇してカッタ４をガラス板ｗから離間させた状態でレーザビームＢを照射しながら移動台２を復帰移動させることにより、レーザーによる熱応力でブレークを行って割断することもできる。

また、レーザーとして、エネルギー変換効率が高く、高出力化でき、光軸ずれがなく、ビーム品質に優れるとされるファイバレーザを用いるのも有効である。ファイバーレーザーを用いれば、出力ファイバーの先端とカッタとの間隔をより狭くすることが可能で、出力ファイバーの先端の位置を移動台の移動方向にネジなどで調整可能な構造とすることで、ガラス板の材質や板厚に応じてレーザービームの照射点Ｐとカッタの押圧点Ｑの間隔を調整可能にすることも比較的容易である。

１テーブル
３レーザ発振器
４スクライブカッタ
ａ割断線
Ｂレーザビーム
ｃ垂直クラック
ｇスクライブ溝
Ｐ照射点
ｓ軟化
ｗガラス板

Claims

テーブル上に固定した硬質脆性板の所望の割断線に沿ってレーザビームの照射点を移動し、当該照射によって加熱されて表面側が軟化した前記割断線上にスクライブカッタを移動させることを特徴とする、硬質脆性板の割断方法。
テーブルの前記割断線の下になる部分に突条を設けて、テーブル上に固定した硬質脆性板に上記割断線を稜部とする上凸の撓みを生じさせた状態で、前記レーザビームの照射点の移動及びスクライブカッタの押圧点の移動を行う、請求項１記載の硬質脆性板の割断方法。
割断しようとする硬質脆性板を負圧空気で吸引固定するテーブルと、このテーブルの上方でテーブル面と平行に移動する移動台と、この移動台に搭載されてレーザビームを前記テーブル上の硬質脆性板に向けて照射するレーザ発振器及び当該硬質脆性板に向けて付勢されたスクライブカッタとを備え、前記移動台は、スクライブ時に前記レーザビームの照射点がスクライブカッタの押圧点に先行して移動する方向に移動する、硬質脆性板の割断装置。