JP2009084096A - ガラス切断装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス板に形成されるクラックを制御し、良好な切断をすることができるガラス切断装置及び方法を提供する。
【解決手段】ガラス板を載置する載置板と、前記載置板を一軸方向に移動させる載置板駆動手段と、前記ガラス板にレーザ光を発振するレーザ光発振部と、前記レーザ光により形成される前記ガラス板のクラックを感知するセンサと、を備え、前記載置板駆動手段は、前記センサにより感知された前記クラックの伸長の度合に応じて、前記載置板の一軸方向の移動速度を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明はガラス切断装置及び方法に関し、特にガラス板に形成するクラックの伸長を制御して、安定的にガラス板の切断が可能なガラス切断装置及び方法に関する。

液晶表示パネル及びプラズマディスプレイパネルのフラットディスプレイパネルの製造時等には、１枚のガラス基板の上に表示素子及び回路を形成し、所定の分割線に沿って分割することにより、１枚のガラス基板から複数枚のパネルを取り出している。このパネルとしては、電極等の金属が形成された１対のガラス基板を接着剤等で貼り合せたものであり、レーザ切断装置は、このような貼り合わせガラスの他、他の脆性材料等の切断にも使用されている。

図５は従来のＣＯ_２レーザを使用したガラスの切断方法を示している。ガラス基板５０の切断開始端部５１に、ホイールカッタを用いて切れ込みを形成する。そして、ガラスを透過しないＣＯ_２レーザ６０等の赤外線レーザを、ガラス基板５０の表面に照射しながら、ＣＯ_２レーザをガラス基板５０に対し相対的に走査し、このレーザ照射部の後方の近傍を純水等の冷却材６５により急冷する。これにより、ガラス基板５０の表面に熱応力を発生させてスクライブ線５５を形成し、その後、ガラス基板５０にブレイク力を印加してガラス基板５０を撓ませることにより、ガラス基板５０をスクライブ線５５に沿って割断する。

特許文献１には、放射ビームの照射により脆性非金属材料の軟化点よりも低い温度に前記脆性非金属の表面を過熱し、過熱されたターゲット領域より後方の所定距離離れた位置にある領域に冷媒を供給し、放射ビームと脆性非金属材料本体との相対的な移動速度を、ビームスポットの寸法及び前記所定距離等に基づいて規定する脆性非金属材料の分断方法が開示されている。

特許第３０２７７６８号公報

しかし、それぞれのガラス板には、内部応力の程度の違いや、物性のばらつき等が存在し、同条件でガラス板を切断した場合も、その出来上がりに違いが生じる。そのため、ガラス板の安定的な切断を実現するため、レーザ照射によるクラックの伸長を制御して良好なクラックを形成する必要がある。上述したように、水等の冷却材を使用してクラックの伸長の制御を行う場合、水の処理に手間がかかり、また、ガラス板を２枚重ねて切断する場合に下側に配されたガラス板の冷却が出来ない、という問題があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、ガラス板に形成されたクラックの伸長を直接測定して、この測定結果をレーザ光とガラス板との相対速度に反映することにより、ガラス板に伸長するクラックの制御を行い、良好なクラックを形成することができるガラス切断装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明に係るガラス切断装置は、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、切断対象のガラス板の所定の切断線に沿って前記レーザ発振部からのレーザ光の照射部を走査させるレーザ光走査部と、前記レーザ光の照射により前記ガラス板に生じたクラックの先端位置を検出するセンサと、前記ガラス板を前記照射部に相対的に移動させるときの移動速度を前記センサにより検出されたクラック先端位置が前記レーザ光の照射部により決まる前記クラック先端の適正位置に追随するように制御する制御部と、を有することを特徴とする。

また、前記制御部は、前記クラックの始端部においては、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度を、前記クラックの伸長とは無関係に所定値まで上昇させることを特徴とする。

また、前記制御部は、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度の許容上限値と許容下限値との間で、前記クラックの先端位置が前記照射部を追い越すことがないように制御することを特徴とする。

本発明に係るガラス切断方法は、レーザ光を切断対象のガラス板に照射し、所定の切断線に沿ってレーザ光の照射部を走査することにより、前記ガラス板を切断するガラス切断方法において、前記レーザ光の照射により前記ガラス板に生じたクラックの先端位置をセンサにより検出する工程と、前記ガラス板を前記照射部に相対的に移動させるときの移動速度を前記センサにより検出されたクラック先端位置が前記レーザ光の照射部により決まる前記クラック先端の適正位置に追随するように制御する工程と、を有することを特徴とする。

また、前記クラックの始端部においては、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度を、前記クラックの伸長とは無関係に所定値まで上昇させることを特徴とする。

また、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度の許容上限値と許容下限値との間で、前記クラックの先端位置が前記照射部を追い越すことがないように制御することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、冷却材を用いずに伸長するクラックを制御することができるため、冷却材の処理に手間がかからないという効果を奏する。

また、クラックの伸長を直接測定してレーザの移動速度に反映させることができるため、より安定したクラックの形成が可能となり、また、ガラス板の切断速度を向上させることができるという効果を奏する。

以下、本発明に係るガラス切断装置及び方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るガラス切断装置及び方法を示した概要図である。このガラス切断装置７０は、載置板２０と、載置板モータ２５と、ボールネジ２６と、レーザ出射部３０と、センサ４０とを備えている。

ガラス板１０が載置される載置板２０は、下方に図示しない２つのナットを備え、それぞれのナットは、同様に下方に配されたボールネジ２６と接続されている。ボールネジ２６の一端には、ボールネジ２６を任意の方向に回転可能な載置板モータ２５が接続されている。この載置板モータ２５が任意の回転を行うことにより、載置板２０は、図中矢印に沿った任意の一軸方向（左右方向）に移動することができる。なお、載置板２０の移動方法は、前記の方法に限定するものではなく、公知の技術から選択することができる。

レーザ出射部３０は、載置板２０の上方に、ガラス板１０と対向した位置に取り付けられている。レーザ出射部３０は、一定の焦点距離でレーザ光３１を出射しながら、ガラス板１０の端部に形成された初期クラック形成位置１１から、所望の切断線に沿ってレーザ照射位置を走査する。レーザ光照射位置３２を走査させるためには、載置板モータ２５を回転させて、載置板２０と接続したボールネジ２６を回転させることにより実現することができる。本実施形態では、図中の矢印の方向（右方向）に載置板２０を移動させた場合を示している。

レーザ出射部３０からレーザ光３１がガラス板１０に出射されると、所望の切断線を挟んで比較的広い範囲が加熱され、熱応力がガラス板１０に発生する。即ち、ガラス板１０がレーザ光３１の照射を受けてこれを吸収し、この照射部位が発熱する。これにより、この照査部位とその周囲の温度が低い部位との間で、熱膨張の差から熱応力が発生する。そのため、切断線を中心としてその両側に対称に熱応力が形成され、引張応力が発生する。この引張応力がガラス板１０の強度を超えると、初期クラックを起点としたクラック１２が発生する。そして、レーザ照査位置３２が所望の切断線を走査することにより、クラック１２が伸長していく。

ガラス板１０に伸長するクラック１２の先端位置（以下、クラック先端位置１３とする）を、レーザ照査位置３２に対して適正な位置に維持することにより、均一なクラック１２をガラス板１０の所望の切断線に形成することができる。そのため、ガラス板１０に形成されるクラック先端位置１３がクラック先端適正位置１５を追随するように、クラックの伸長が制御される。クラック１２の伸長を制御するために、本発明に係るガラス切断装置７０は、クラック先端位置１３を検知するするセンサ４０と、センサ４０から得られた情報を基に載置板２０の移動速度を変化させる載置板モータ２５と、これらを制御する制御部１００とを備えている。

センサ４０は、載置板２０の上方に、ガラス板１０に対向した位置に配されている。センサ４０は、クラック先端位置１３を検知し、レーザ光照射位置３２との位置関係を明らかにするため、レーザ出射部３０に固定的に取り付けるのが望ましい。センサ４０はガラス板１２を撮影し、撮影された画像を画像処理することにより、クラック先端位置１３を把握することができる。その他、センサ４０は公知の技術のものから選定することができる。例えば、レーザを発射する変位センサを用いて、クラックの発生により生じる乱反射を感知することによってクラック先端位置１３を把握してもよい。

クラック先端適正位置１５とは、ガラス切断装置７０が稼働中のある時点において、レーザ光照射位置３２に対して最適なクラック先端位置１３を示している。このクラック先端適正位置１５は、切断するガラス板１０の寸法や、照射するレーザ光３１等の特性により経験的に定まる。図１では、クラック先端位置１３は、クラック先端適正位置１５の＋側（図中右側で、クラック１２の伸長が遅い場合）に位置した場合を示している。このように、クラック先端位置１３がクラック先端適正位置１５まで達していない場合は、クラック先端適正位置１５に対して＋側にあるとする。反対に、クラック先端位置１３がクラック先端適正位置１５を越えて形成されている場合（図中左側にある場合）は、クラック先端位置１３は、クラック先端適正位置１５に対して−側にあるとする。

クラック先端位置１３がクラック適正位置１５と離れている場合、良好なクラックの形成に不具合を生じさせる。例えば、クラック先端位置１３が＋側に大きく離れた場合、レーザ光３１を照射しても、それ以上クラック１２が伸長しない。反対に、クラック先端位置１３が−側に大きく離れた場合、クラック先端位置１３がレーザ光照射位置３２を越えて、予想外の方向にクラック１２を伸長させる恐れがある。このようなクラック１２の伸長に不具合を生じさせず、良好なクラック１２を形成するために、制御部１００は各装置の制御を行う。

図２は、本発明に係るガラス切断機の構成図を示している。制御部１００は、モータドライバ２６に指令を出して載置板モータ２５を駆動させるとともに、レーザ発振器３５に指令を出して、レーザ出射部３０からガラス板１０にレーザ光を照射する。レーザ光の照射により形成されるクラックの先端位置は、センサ４０により検知され、得られた情報は制御部１００に送られる。制御部１００は、この情報を基にモータドライバ２６に指令を出して、クラックの先端位置が適正位置を追随するように、載置板モータ２５を駆動する。

制御部１００は、図示しないプロセッサ、プロセッサによる処理の手順を定義したプログラムを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory)、ユーザによる適当な数値入力等を受けて実行されるプログラム、及び必要な情報を記憶しておくＲＡＭ(Random Access Memory)、を備えている。制御部１００は、ＲＯＭに記憶されたプログラム、あるいはユーザからの入力等により、レーザ出射部３０に出射指令を出し、センサ４０から得られた情報を元に、載置板モータ２５を駆動制御する。

図３は、図１で説明したガラス切断機のクラック制御方法を説明したフローチャートである。以下、本フローチャートを用いてクラック１２の制御方法について説明する。なお、特に断りがない限り、クラック１２の制御は制御部１００により行われるものとする。

ガラス板１０の切断開始時は、クラック先端位置１３とは無関係に、載置板２０は加速される（Ｓ１１１）。そして、載置板２０の移動速度は、設定された下限速度以上まで高められる（Ｓ１１２）。このように、載置板２０の移動速度に、下限速度の他、上限速度を設定して載置板２０の移動速度の範囲を制限することにより、過度な載置板２０の移動を防止して、安定した切断作業を行うことができる。この移動速度の範囲は、切断されるガラス板１０の物性や寸法、照査されるレーザ光３１の特性等が考慮され設定されている。

載置板２０の移動速度が下限を超えるとセンサ４０が始動され、クラック先端位置１３が適正位置１５にあるかがチェックされる（Ｓ１１３）。このとき、適正位置１５の−側にあると判断された場合（Ｓ１１４）、載置板２０の移動速度が上限以下であると（Ｓ１１５）、載置板２０の加速処理が行われる（Ｓ１１６）。また、クラック先端位置１３が適正位置１５の＋側にあると判断された場合（Ｓ１１４）、載置板２０の移動速度が下限以上であると（Ｓ１１７）、載置板２０の減速処理が行われる（Ｓ１１８）。このように、クラック先端位置１３が、適正位置を超えている場合（−側にある場合）は載置板２０の加速処理を行い、適正位置に達していない場合（＋側にある場合）は載置板２０の減速処理を行うことにより、クラック先端位置１３の適正位置１５への追随が図られる。

ここで、Ｓ１１３においてクラック先端位置１３が適正位置にある場合、あるいは、Ｓ１１５，Ｓ１１６において載置板２０の移動速度が限界速度である場合は、載置板２０は現状の移動速度が維持される。

以下に、制御部１００によるクラック１２の制御について、図４を用いて説明する。

図４は、図１で説明したガラス切断機のクラック制御方法の概要を示したグラフである。図中の上側のグラフは、載置板移動速度と時間との関係を示している。また、下側のグラフは、クラック先端位置と、上側のグラフと同期させた時間との関係を示している。グラフ中に記されたそれぞれのローマ数字は、ガラス切断機７０の稼働中の、矢印で示した期間を示している。以下、各期間について、センサ４０が検知したクラック先端位置１３により、制御部１００が指令する載置板移動速度について説明する。なお、本実施形態では、ガラス切断機７０の稼働と同時にレーザ出射部３０から一定量のレーザ光３１が出射されるものとし、レーザ出力の制御は行わないものとする。

I期間は、ガラス切断機７０によるガラス板１０の切断開始時を示している。ガラス板１０の切断開始時は、クラック先端位置１３とは無関係に、載置板２０は設定された下限速度（グラフ白丸部）まで加速される（グラフ中に強制駆動期間と記す）。こうすることにより、制御部１００に記憶されたプログラムのデッドロック状態を防ぐことができる。

載置板移動速度が下限速度に達するまで加速されると、制御部１００はセンサ４０を始動する。以後、センサ４０は切断終了までクラック先端位置１３を測定し続ける。センサ４０始動時に測定されたクラック先端位置１３（グラフ白丸部）は、適正位置１５の−側（図１参照）に位置しているため、載置板移動速度の加速状態が維持される。

やがて、クラック先端位置１３が適正位置にきたことがセンサ４０により確認されると、載置板２０の現状の移動速度が維持される（II期間）。

II期間において適正位置１５に保たれていたクラック先端位置１３が、適正位置１５の＋側に位置したことがセンサにより確認されると、載置板２０が減速される（III期間）。この載置板移動速度の減速量は、切断されるガラス板の材料や寸法、照射されるレーザ光の特性等が考慮され、経験、実験的に定められる。このように制御部１００は、クラック１２の伸長が適正位置１５に達しない場合、載置板２０の減速を行うことで、クラック先端位置１３の適正位置１５への復帰を図る。

III期間に行われた載置板２０の減速操作により、クラック先端位置１３が適正位置１５をはさんで＋側から−側へ移動したことがセンサ４０により確認されると、制御部１００は載置板２０を加速させる（IV期間）。このように制御部１００は、クラック１２の伸長が適正位置１５を超えた場合、載置板２０の加速を行うことで、クラック先端位置１３の適正位置１５への復帰を図る。

IV期間に行われた載置板２０の加速操作により、クラック先端位置１３が適正位置１５をはさんで−側から＋側へ移動したことがセンサ４０により確認されると、制御部１００は載置板２０を減速させる（V期間）。この際、載置板２０の移動速度が予め設定された下限速度に達しても、クラック先端位置１３が適正位置１５へ復帰しない場合は、下限速度が維持される。

V期間に行われた載置板２０の制御操作により、クラック先端位置１３が適正位置１５をはさんで＋側から−側へ移動したことがセンサ４０により確認されると、制御部１００は載置板２０を加速させる(IV期間）。この際、載置板２０の移動速度が予め設定された上限速度に達しても、クラック先端位置１３が適正位置１５へ復帰しない場合は、上限速度が維持される。

このように、本実施形態に係るガラス切断機及び方法を用いると、ガラス板に形成されるクラックの伸長に応じて、ガラス板の移動速度を変化させることが出来る。これにより、伸長するクラックの先端位置を、良好なクラックを形成できる最適な位置に維持することができるため、安定したガラス板の切断が可能となる。

また、伸長するクラックの先端をセンサにより検知し、このセンサから得られた情報を基に載置板を駆動するモータを制御するという簡単な構成のため、クラックをより早く形成でき、切断スピードの向上を図ることができる。

本発明の実施形態に係るガラス切断装置及び方法を示した概要図。 本発明に係るガラス切断機の構成図。 本発明に係るクラックの制御方法を説明したフローチャート。 本発明に係るクラックの制御方法の概要を示したグラフ。 従来のＣＯ_２レーザを使用したガラスの切断方法を示した斜視図。

符号の説明

１０ ガラス板
１１ 初期クラック形成位置
１２ クラック
１３ クラック先端位置
１５ （クラック先端）適正位置
２０ 載置板
２５ 載置板モータ
２６ モータドライバ
２６ ボールネジ
３０ レーザ出射部
３１ レーザ光
３２ レーザ光照射位置
３５ レーザ発振器
４０ センサ
７０ ガラス切断装置
１００ 制御部

Claims (6)

1. レーザ光を発振するレーザ光発振部と、切断対象のガラス板の所定の切断線に沿って前記レーザ発振部からのレーザ光の照射部を走査させるレーザ光走査部と、前記レーザ光の照射により前記ガラス板に生じたクラックの先端位置を検出するセンサと、前記ガラス板を前記照射部に相対的に移動させるときの移動速度を前記センサにより検出されたクラック先端位置が前記レーザ光の照射部により決まる前記クラック先端の適正位置に追随するように制御する制御部と、を有することを特徴とするガラス切断装置。
2. 前記制御部は、前記クラックの始端部においては、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度を、前記クラックの伸長とは無関係に所定値まで上昇させることを特徴とする請求項１に記載のガラス切断装置。
3. 前記制御部は、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度の許容上限値と許容下限値との間で、前記クラックの先端位置が前記照射部を追い越すことがないように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス切断装置。
4. レーザ光を切断対象のガラス板に照射し、所定の切断線に沿ってレーザ光の照射部を走査することにより、前記ガラス板を切断するガラス切断方法において、前記レーザ光の照射により前記ガラス板に生じたクラックの先端位置をセンサにより検出する工程と、前記ガラス板を前記照射部に相対的に移動させるときの移動速度を前記センサにより検出されたクラック先端位置が前記レーザ光の照射部により決まる前記クラック先端の適正位置に追随するように制御する工程と、を有することを特徴とするガラス切断方法。
5. 前記クラックの始端部においては、前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度を、前記クラックの伸長とは無関係に所定値まで上昇させることを特徴とする請求項４に記載のガラス切断方法。
6. 前記ガラス板と前記照射部との相対的な移動速度の許容上限値と許容下限値との間で、前記クラックの先端位置が前記照射部を追い越すことがないように制御することを特徴とする請求項４又は５に記載のガラス切断方法。

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