CN111825326A - 刻划头及刻划装置 - Google Patents

Abstract

提供刻划头及刻划装置，通过充分减小刻划负载，可安全且高精度地对较薄的基板进行刻划。刻划头(1)用于对脆性材料基板(W)的表面进行刻划，其具有框架部件(13)、切割机构(23)、切割保持件(21)、第一气缸机构(25)、第二气缸机构(27)。切割保持件(21)被支承为能够相对于框架部件(13)沿上下方向滑动，并保持切割机构(23)。第一气缸机构(25)对切割保持件(21)施加朝向脆性材料基板(W)侧的负载。第二气缸机构(27)对切割保持件(21)施加朝向脆性材料基板(W)的相反侧的负载。利用基于第一气缸机构(25)和第二气缸机构(27)的差压推力，使切割保持件(21)向脆性材料基板(W)侧移动。

Description

刻划头及刻划装置

技术领域

本发明涉及刻划头以及刻划装置，特别是涉及为了对脆性材料基板进行刻划而使用的刻划头以及刻划装置。

背景技术

作为FPD(平面显示器)用面板基板使用的脆性材料基板通常通过利用刻划装置对大尺寸的母基板进行刻划，然后分割成规定的大小来制造。例如在专利文献1中公开了为了对玻璃基板进行刻划而使用的刻划装置。

刻划装置具有：工作台，以水平状态保持形成有刻划线的玻璃基板；刻划头，对保持在该工作台上的玻璃基板进行刻划；桥，具有可滑动地安装了各刻划头的导轨。

在刻划头的下部设置有切割轮安装机构。切割轮安装机构具有保持件和安装于保持件的切割轮尖端。切割轮尖端具有尖端主体和安装于该尖端主体的切割轮。

切割轮安装机构能够通过刻划头的升降机构来相对于头主体沿上下方向移动，通过与保持在工作台上的玻璃基板压接，相对于玻璃基板相对地移动来对玻璃基板进行刻划。由此，在玻璃基板上形成刻划线。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4948837号公报。

发明内容

发明要解决的课题

作为FPD用而使用的玻璃基板的厚度，从以往的主力的0.7mm厚，到用于便携终端的用途等的主力的0.4mm～0.3mm厚或更薄，存在越来越薄的趋势。在对这样的较薄的玻璃基板进行刻划时，需要在设定得比以往小的负载范围内高精度地控制对于玻璃基板的刻划负载。这是因为，如果不能实现上述要求，则通过切割轮尖端将较大的刻划负载施加于玻璃基板，导致在刻划时玻璃基板损坏，或者在相对于规定的刻划预定线偏移的状态下形成刻划线。

但是，将对于玻璃基板的刻划负载调整为小于切割机构整体的自重的负载并不容易。这是因为，切割机构整体沿上下方向滑动，因此会对玻璃基板施加切割机构整体的自重。

本发明的目的在于，在刻划头中，通过充分减小刻划负载，可以安全且高精度地对较薄的基板进行刻划。

用于解决课题的方案

以下，作为用于解决课题的手段，对多个方式进行说明。这些方式能够根据需要任意组合。

本发明的一个观点涉及的刻划头用于对脆性材料基板的表面进行刻划，其具有基部、切割机构、切割保持件、第一气缸机构、第二气缸机构。

切割保持件被支承为相对于基部在上下方向上能够滑动，并保持切割机构。

第一气缸机构对切割保持件施加朝向脆性材料基板侧的负载。

第二气缸机构对切割保持件施加朝向脆性材料基板的相反侧的负载。

第一气缸机构的负载被设定为比第二气缸机构的负载大，由此利用基于第一气缸机构和第二气缸机构的差压推力，使切割保持件向脆性材料基板侧移动。

在该刻划头中，利用基于第一气缸机构和第二气缸机构的差压推力，使切割保持件向脆性材料基板侧移动。因此，可以极端地减小从切割机构施加到基板上的负载。其结果为，能够在不损坏薄板的脆性材料基板的情况下，高精度地进行刻划动作。

刻划头还可以具有进行切割保持件的上下方向的定位的定位机构。

定位机构也可以具有以使切割保持件能够从脆性材料基板侧脱离的方式支承切割保持件的支承部件。

在该刻划头中，当定位机构对切割保持件进行定位而使切割机构与脆性材料基板抵接时，接下来定位机构的支承部件从切割保持件向脆性材料基板侧离开。于是，之后仅利用第一气缸机构和第二气缸机构的差压推力将切割机构按压在脆性材料基板上。该状态是切割机构能够切割脆性材料基板的状态，即在由切割机构切割基板的过程中定位机构与切割加压系统分离。其结果为，在基板切割中定位机构的各部分的阻力不会对切割加压系统产生影响。

切割保持件还可以具有第一活塞部件、第二活塞部件和负载计。第一活塞部件可以由第一气缸机构驱动。第二活塞部件可以设置于第一活塞部件的脆性材料基板侧，由第二气缸机构驱动。负载计可以配置于第一活塞部件与第二活塞部件之间。

在该刻划单元中，能够通过负载计来测定基板切割中的动压。

切割保持件也可以具有：承接部件，设置于第二活塞部件的第一活塞部件侧；抵接部件，设置于第一活塞部件的第二活塞部件侧，并能够与承接部件抵接。

在该刻划单元中，通过利用承接部件和抵接部件而使第一活塞部件和第二活塞部件相互抵接，从而能够在两部件之间传递负载。

承接部件具有球面，抵接部件可以具有与球面抵接的平坦面。

在该刻划单元中，即使存在第一活塞部件与第二活塞部件的中心位置的偏移也可以吸收。

刻划头还可以具有将切割保持件支承为能够相对于基部滑动的空气轴承。

在该刻划头中，在切割保持件上下移动时阻力大幅变小。

本发明的另一个观点涉及的刻划装置，具有基板载置部、用于对脆性材料基板的表面进行刻划的刻划头、驱动刻划头的驱动部。

刻划头具有基部、切割机构、切割保持件、第一气缸机构、第二气缸机构。

切割保持件被支承为相对于基部在上下方向上能够滑动，并保持切割机构。

第一气缸机构对切割保持件施加朝向脆性材料基板侧的负载。

第二气缸机构对切割保持件施加朝向与脆性材料基板为相反侧的负载。

第一气缸机构的负载被设定为比第二气缸机构的负载大，由此利用基于第一气缸机构和第二气缸机构的差压推力，使切割保持件向脆性材料基板侧移动。

在该刻划装置中，利用基于第一气缸机构和第二气缸机构的差压推力，使切割保持件向脆性材料基板侧移动。因此，可以极端地减小从切割机构施加到基板上的负载。其结果为，能够在不损坏薄板的脆性材料基板的情况下，高精度地进行刻划动作。

发明的效果

在本发明涉及的刻划头中，通过充分减小刻划负载，可以安全且高精度地对较薄的基板进行刻划。

附图说明

图1是刻划装置的概略立体图。

图2是刻划头的立体图。

图3是刻划头的剖视图。

图4是刻划头的内部的侧视图。

图5是刻划头的内部的立体图。

图6是刻划头的内部的局部立体图。

图7是表示刻划头的空气供给的流程的示意图。

图8是刻划头的剖视图。

图9是刻划头的剖视图。

符号说明

1…刻划头，13…框架部件，15…加压机构，17…定位机构，21…切割保持件，21A…第一活塞杆，21B…第二活塞杆，21a…滑动块，21b…连结部，23…切割机构，23a…尖端保持件，23b…切割轮，25…第一气缸机构，25a…空气供给口，27…第二气缸机构，27a…空气供给口，31…伺服电机，31a…电机主体部，31b…旋转轴，33…联轴器，35…滚珠丝杠，37…螺母部件，39…支承部件，39a…定位板，39b…螺栓，51…承接部件，53…抵接部件，61…第一空气轴承，63…第二空气轴承，65…第三空气轴承，75…负载计，77…板部件，79…螺旋弹簧，101…刻划装置，W…脆性材料基板。

具体实施方式

1.第一实施方式

(1)刻划装置

使用图1对刻划装置101进行说明。图1是刻划装置的概略立体图。刻划装置101是对脆性材料基板W(以下称为“基板W”。)进行刻划加工的装置。基板W例如是玻璃基板、陶瓷基板、蓝宝石基板、硅基板等。

刻划装置101的加压范围例如是0.1～20N，加压最小单位例如是0.1N。刻划装置101适合于薄板玻璃基板(例如0.1～0.3mm的厚度)的刻划形成。

刻划装置101具有载置基板W的工作台102(基板载置部的一例)。工作台102搭载于移动台103，移动台103能够沿着水平的轨道105a、105b移动，由通过电机106旋转的滚珠丝杠107驱动。

需要说明的是，在以下的说明中，将轨道105a、105b的延伸的水平方向称为Y方向，将与其正交的水平方向称为X方向。

工作台102具有能够将基板W保持在固定位置的保持办法(图中没示出)。保持办法例如是来自在工作台102上开口的多个小的吸附孔(图中没示出)的空气吸引。

在刻划装置101中，以跨越移动台103和工作台102的方式，沿着X方向由支柱112a、112b架设有桥111。

在桥111上安装有引导件113，刻划头1以能够沿着引导件113沿X方向移动的方式设置。设置有驱动刻划头1的电机(图中没示出，驱动部的一例)。

如上所述，通过使安装于刻划装置101的刻划头1的切割轮23b(后述)下降至载置在工作台102上的基板W的表面，使其一边按压于基板W的表面一边相对地直线移动，由此在基板W的表面上加工断开用的刻划线。

(2)刻划头的概要

使用图2～图7对刻划头1进行说明。图2是刻划头的立体图。图3是刻划头的剖视图。图4是刻划头的内部的侧视图。图5是刻划头的内部的立体图。图6是刻划头的内部的局部立体图。图7是表示刻划头的空气供给的流程的示意图。

刻划头1通过对基板W的表面进行刻划而形成刻划线。刻划头1主要具有框架部件13、加压机构15、定位机构17。加压机构15和定位机构17如图3以及图4所示。

框架部件13(基部的一例)是由板部件构成的长方体形状的部件，在内部收容后述的各种部件。需要说明的是，在以下的说明中，为了简化说明，有时将固定于框架部件13而维持静止状态的结构称为框架部件13。

加压机构15是在刻划动作中产生对基板施加的刻划负载的机构。

定位机构17(定位机构的一例)是使加压机构15移动至相对于基板W的规定位置的机构。需要说明的是，在刻划动作中，由定位机构17产生的阻力不作用于加压机构15(后述)。

(3)刻划头的详情

(3-1)加压机构

加压机构15设置有主气缸和差压产生用气缸，进行产生微小压作为主气缸与差压产生用气缸的差分的差压控制。例如，如果主气缸产生5.1N，差压产生用气缸产生5.0N，则可以得到0.1N的微小压。

加压机构15具有切割保持件21(切割保持件的一例)。切割保持件21被支承为相对于框架部件13在上下方向上能够滑动，并保持切割机构23(后述)。

加压机构15具有第一气缸机构25(第一气缸机构的一例)作为主气缸。第一气缸机构25对切割保持件21施加朝向基板W侧的负载。具体而言，第一气缸机构25具有作为对切割保持件21施加朝向下方的负载的空气供给源的泵(图中没示出)、调节器(图中没示出)、空气供给口25a。

加压机构15具有第二气缸机构27(第二气缸机构的一例)作为差压产生用气缸。第二气缸机构27对切割保持件21施加朝向与基板W为相反侧的负载。具体而言，第二气缸机构27具有作为对切割保持件21施加朝向上方的负载的空气供给源的泵(图中没示出)、调节器(图中没示出)、空气供给口27a。

在加压机构15中，通过利用第一气缸机构25和第二气缸机构27的差压推力，使切割保持件21向基板W侧移动。因此，可以极端地减小从切割机构23施加到基板W上的负载。其结果为，能够在不损坏较薄的基板W的情况下，精度良好地进行刻划动作。

切割保持件21具有由第一气缸机构25驱动的第一活塞杆21A(第一活塞部件的一例)。切割保持件21还具有设置于第一活塞杆21A的基板W侧且由第二气缸机构27驱动的第二活塞杆21B(第二活塞部件的一例)。

上述的空气供给口25a与由框架部件13形成的第一活塞杆21A的上侧的空间连接。上述的空气供给口27a与由框架部件13形成的第二活塞杆21B的周围的空间连接。

切割保持件21具有设置于第二活塞杆21B的第一活塞杆21A侧的承接部件51(承接部件的一例)、设置于第一活塞杆21A的第二活塞杆21B侧且能够与承接部件抵接的抵接部件53(抵接部件的一例)。承接部件51由球构成，具有球面。抵接部件53是固定于第一活塞杆21A侧的部件(具体而言，后述的测力传感器75以及板部件77)的螺栓，具有与球面抵接的平坦的头部顶面。像这样，通过利用承接部件51和抵接部件53而使第一活塞杆21A和第二活塞杆21B相互抵接，从而能够在两部件之间传递负载。另外，即使存在第一活塞杆21A与第二活塞杆21B的中心位置(负载点)的偏移也可以吸收。

需要说明的是，由于抵接部件53是磁铁，承接部件51是磁性体，所以始终维持与承接部件51抵接的状态。另外，通过采用磁铁连接，易于组装和拆卸第一活塞杆21A和第二活塞杆21B。

切割保持件21以相对于框架部件13在上下方向上移动自如的方式被引导。具体而言，第一活塞杆21A经由第一空气轴承61被支承为相对于框架部件13在上下方向上能够滑动。第二活塞杆21B的上部经由第二空气轴承63，下部经由第三空气轴承65，以相对于框架部件13在上下方向上移动自如的方式被引导。因此，对于切割保持件21的阻力大幅变小。

第一空气轴承61经由空气供给口61a(图7)与泵(图中没示出)和调节器(图中没示出)连接。第二空气轴承63经由空气供给口63a(图7)与泵(图中没示出)和调节器(图中没示出)连接。第三空气轴承65经由空气供给口65a(图7)与泵(图中没示出)和调节器(图中没示出)连接。

在第一活塞杆21A与第二活塞杆21B之间配置有测力传感器75(负载计的一例)。通过测力传感器75能够测定基板W的切断中的动压。通过像这样内置测力传感器75，能够监测刻划中的负载。需要说明的是，在测力传感器75的基板W侧配置有板部件77。

加压机构15具有切割机构23。切割机构23保持于第二活塞杆21B的下端部。具体而言，第二活塞杆21B具有滑动块21a和以从该滑动块21a向下方延伸的方式设置的圆筒状的连结部21b，切割机构23由连结部21b保持。切割机构23具有保持在连结部21b内的尖端保持件23a和在其下端部以能够通过水平轴旋转的方式设置的切割轮23b。

(3-2)定位机构

定位机构17是进行加压机构15，具体而言是进行切割保持件21的上下方向的定位的机构。切入量的设定也由定位机构17进行。

定位机构17具有伺服电机31。伺服电机31固定于框架部件13的上表面。伺服电机31具有配置成垂直状态的电机主体部31a和从电机主体部31a向下方延伸的旋转轴31b。在旋转轴31b上经由联轴器33连结有滚珠丝杠35。滚珠丝杠35与伺服电机31的旋转轴31b为同轴状态，与旋转轴31b一体地旋转。

定位机构17具有螺母部件37。螺母部件37与滚珠丝杠35螺纹结合。因此，当滚珠丝杠35通过伺服电机31的旋转轴31b的旋转而旋转时，螺母部件37在上下方向上螺纹进给，在上下方向上滑动。

如图4～图6所示，定位机构17具有支承部件39(支承部件的一例)。支承部件39将切割保持件21支承为能够从基板W侧脱离。具体而言，支承部件39固定于螺母部件37，由向加压机构15侧延伸的定位板39a和固定于该定位板39a的螺栓39b构成。螺栓39b能够从下方与板部件77抵接或接近。

具体而言，螺栓39b为三根，即支承部件39在三个点处从下方支承板部件77。

在滚珠丝杠35与框架部件13的一部分之间配置有螺旋弹簧79。螺旋弹簧79在切割保持件21下降的状态下被压缩。因此，在发生异常而切断电源时，能够通过螺旋弹簧79拉起刀尖。需要说明的是，在该实施方式中，如图5所示，配置有两根螺旋弹簧79。

(4)刻划动作

首先，搬运基板W，并载置于工作台102的上方。然后，使刻划头1沿X方向移动而定位在规定的位置。

接着，对使刻划头1的切割保持件下降的动作进行说明。

如图3所示，在初始状态下，来自第一气缸机构25的压力处于作用于第一活塞杆21A的状态。另外，由于第一活塞杆21A由支承部件39支承，因此切割保持件21不向下方移动。此时，在切割轮23b与基板W之间确保有距离S1(例如10mm)。

接着，如图8所示，在刻划头1中，伺服电机31被正转驱动。由此，与伺服电机31的旋转轴31b连结的滚珠丝杠35与旋转轴31b一体地向相同方向旋转。另外，螺母部件37向下方螺纹进给。因此，第一活塞杆21A和第二活塞杆21B在相互推挤的状态下与支承部件39的移动一起向下方移动。最后，切割轮23b与基板W抵接。

接着，如图9所示，使支承部件39向下方移动距离S2(例如2mm)，成为从切割轮23b对基板W施加了期望的刻划负载的状态。其结果为，切割轮23b的下端成为从基板W的表面下降了规定距离的位置。此时，支承部件39从板部件77向下方离开距离S2，因此刻划负载仅由加压机构15产生。

如上所述，在该刻划装置101中，利用基于第一气缸机构25和第二气缸机构27的差压推力，使切割保持件21向基板W侧移动。因此，可以极端地减小从切割机构23施加到基板W上的负载。其结果为，能够在不损坏薄板的基板W的情况下，精度良好地进行刻划动作。

如上所述，在该刻划头1中，当定位机构17对切割保持件21进行定位而使切割机构23与基板W抵接时，接下来定位机构17的支承部件39从切割保持件21向基板W侧离开。于是，之后仅利用第一气缸机构25和第二气缸机构27的差压推力将切割机构23按压在基板W上。该状态是切割机构23能够切断基板W的状态，即在由切割机构23切断基板W的过程中定位机构17与加压机构15分离。其结果为，在基板W的切断中定位机构17的各部分的阻力不会对加压机构15产生影响。

最后，通过使刻划头1沿X方向移动，切割轮23b在通过预先设定的规定的刻划负载而压接于基板W的状态下在基板W的表面上移动。由此，在基板W上形成刻划线。

2.其他实施方式

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种变更。特别是，本说明书中记载的多个实施方式以及变形例能够根据需要任意组合。

第一活塞杆与第二活塞杆的连结可以使用浮动连接器，也可以采用机械紧固。

支承部件也可以以平面形状支承切割机构。

切割保持件也可以是一体的部件。

工业上的利用可能性

本发明可以广泛地适用于为了对脆性材料基板进行刻划而使用的刻划头以及刻划装置。

Claims (7)

1.一种刻划头，用于对脆性材料基板的表面进行刻划，所述刻划头具备：

基部；

切割机构；

切割保持件，被支承为相对于所述基部在上下方向上能够滑动，并保持所述切割机构；

第一气缸机构，对所述切割保持件施加朝向所述脆性材料基板侧的负载；以及

第二气缸机构，对所述切割保持件施加朝向与所述脆性材料基板为相反侧的负载，

所述第一气缸机构的负载被设定为比所述第二气缸机构的负载大，由此利用基于所述第一气缸机构和所述第二气缸机构的差压推力，使所述切割保持件向所述脆性材料基板侧移动。

2.根据权利要求1所述的刻划头，其中，

还具备进行所述切割保持件的上下方向的定位的定位机构，

所述定位机构具有以使所述切割保持件能够从所述脆性材料基板侧脱离的方式支承所述切割保持件的支承部件。

3.根据权利要求2所述的刻划头，其中，

所述切割保持件还具有：

第一活塞部件，由所述第一气缸机构驱动；

第二活塞部件，设置于所述第一活塞部件的所述脆性材料基板侧，由所述第二气缸机构驱动；以及

负载计，配置于所述第一活塞部件与所述第二活塞部件之间。

4.根据权利要求3所述的刻划头，其中，

所述切割保持件还具有：

承接部件，设置于所述第二活塞部件的所述第一活塞部件侧；以及

抵接部件，设置于所述第一活塞部件的所述第二活塞部件侧，并能够与所述承接部件抵接。

5.根据权利要求4所述的刻划头，其中，

所述承接部件具有球面，所述抵接部件具有与所述球面抵接的平坦面。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的刻划头，其中，

还具有以使所述切割保持件能够相对于所述基部滑动的方式支承所述切割保持件的空气轴承。

7.一种刻划装置，具备：

基板载置部；

刻划头，用于对脆性材料基板的表面进行刻划；以及

驱动部，驱动所述刻划头；

所述刻划头具有：

基部；

切割机构；

切割保持件，被支承为相对于所述基部在上下方向上能够滑动，并保持所述切割机构；

第一气缸机构，对所述切割保持件施加朝向所述脆性材料基板侧的负载；以及

第二气缸机构，对所述切割保持件施加朝向与所述脆性材料基板为相反侧的负载，

所述第一气缸机构的负载被设定为比所述第二气缸机构的负载大，由此利用基于所述第一气缸机构和所述第二气缸机构的差压推力，使所述切割保持件向所述脆性材料基板侧移动。

Images