JP2776955B2

JP2776955B2 - 脆性材料からなる板状加工物の切断方法およびその装置

Info

Publication number: JP2776955B2
Application number: JP10862790A
Authority: JP
Inventors: 恒二中谷; 修一八川
Original assignee: Fujikoshi KK
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1990-04-26
Filing date: 1990-04-26
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2013-07-16
Also published as: JPH048500A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はセラミック基板やガラス基板等の脆性材料か
らなる板状加工物に設けられたＶ状溝に沿って所定寸法
どおり切断する方法およびその装置に関する。

（従来の技術）一般にセラミック基板など硬度の高い基板には切断す
べき位置にＶ状溝が設けられており、切欠き効果により
切断が確実に行われるようになっている。

従来は人手により、あるいは機械により例えば特開平
１−281899号や特開平２−36094号のようにＶ状溝の部
分に曲げモーメントを加えて分割切断していた。また長
尺材を対象とするものでは特開平２−24100号に示され
ているように、長尺材の軸線方向に引張応力を加えた状
態で切欠部に超音波振動によるせん断応力を重畳印加さ
せて切断する方法が知られている。

（発明が解決しようとする課題）人手による切断は生産性が低く、機械式のローラーに
よる分割切断ではローラーの押し付け力がＶ状溝に集中
する以前から徐々に力が加わるため、Ｖ状溝以外の個所
から亀裂が生じたり、Ｖ状溝内でも亀裂が一直線となら
ず分割後「ばり」状のものが残ったりする。特開平１−
281899号に示されたものはＶ状溝の反対面に支点を設け
てモーメントをかけるため、Ｖ状溝の反対面の切断部に
応力が集中しその部分に欠けができやすく、しかも切断
面が凹凸となり形状精度が出にくい問題がある。また、
特開平２−36094号に示されたものは弾性体からなる受
け台の上に基板を置き、それを弾性体からなる分割部材
で押し付けて分割する方法であるが、これも前者と同様
な欠点がある。さらに特開平２−24100号に示されたも
のは、被切断部材の軸方向に引張応力をかけているた
め、切断面にはどうしても凹凸部が出やすくなる。凹凸
部が出ないように引張応力を小さくすると超音波振動を
作用するための応力を大きくしなければならず、力を受
ける反対面の切断部に大きな応力がかかり欠けが生じや
すくなる。その調整はむずかしく切断面の形状精度は不
安定になりやすい。

（課題を解決するための手段）本発明は前述の課題を解決することを目的とし、特許
請求の範囲に記載した脆性材料からなる板状加工物の切
断方法およびその装置を提供することにより、従来技術
の欠点を解決した。

（作用）本発明の一実施例を示す第１図ないし第３図を参照し
て説明する。切断指定位置に前もってＶ状溝８が設けら
れた脆性材料からなる板状加工物７は切断装置の金型ホ
ルダ２内に挿入され、切断指定位置のＶ状溝が上下のダ
イ4,3とパンチ6,10の間になるよう位置決めされる。次
いで上下のダイ4,3により加工物７の切断指定位置Ｖ状
溝の根元側を挟んで拘束（クランプ）する。さらに上パ
ンチ６を下降させて加工物７の切断指定位置Ｖ状溝の先
端側に当てて加工物７に厚さ方向の振動（片振幅Ａ）を
印加する。この状態は第３図のパンチの変位と時間の関
係グラフにおいてａおよびｂで示される。そしてこの振
動を印加することにより、加工物のＶ状溝部には振動に
より繰返し応力が加えられ、切欠効果により微細なクラ
ックが発生して生長する。次にこの振動を印加しながら
加工物７のＶ状溝先端側を、拘束されたＶ状溝根元側に
対して加工物の厚さ方向に相対移動させると、前記微細
クラックに沿って切断が行われる。この状態は第３図の
ｃに示される。切断が終了すると第３図のｄに示される
ようにパンチ６の振動と下方への移動が停止し、一定時
間後にｅおよびｆに示すようにパンチ６は上昇して原位
置に復帰する。この間に上下のダイ4,3による加工物７
の拘束が解かれて本装置による切断作業の１サイクルが
終了する。

（実施例）本発明の装置の一実施例を図面により説明する。第１
図において機台１に載置された金型ホルダ２には下ダイ
３が固定されている。下ダイ３に対向して上ダイ４が設
けられ、金型ホルダ２に案内されてダイクランプシリン
ダ５により昇降可能とされている。上ダイ４を貫通して
上パンチ６があり、その上端に連設されたパンチクラン
プシリンダ９により昇降可能である。また、下ダイ３を
貫通して下パンチ10が立ち上っており、その下端はコ字
形の加振フレーム12の下辺に取付けられている。そして
これら上下のダイとパンチの間の切断面にはクリアラン
ス（間隙）Ｃが設けられている。加振フレーム12は前述
の金型ホルダ２を抱くようにそのまわりに配設され、上
辺にはパンチクランプシリンダ９が取付けられている。
さらに加振フレーム12は機台１に取付けられたサーボシ
リンダ13に直結されていて、加振フレーム12を介して下
パンチ10,パンチクランプシリンダ9,上パンチ６に上下
方向の振動を加えるようにされている。

サーボシリンダ13に供給される圧油を制御するサーボ
弁14は圧油源およびタンクと接続され、サーボアンプ15
からの信号によりサーボシリンダ13を作動させ振動を加
振フレーム12に加えるようになっている。また、サーボ
アンプ15はサーボシリンダ13の一端に設けられた変位計
16および変位測定用アンプ17の信号を受けてサーボ弁14
に制御信号を送り、さらにサーボアンプ15は関数発生器
11に連結されていて振動開始指令を受ける。シーケンサ
18は関数発生器11に直結していてこれを作動させると共
に、ダイクランプシリンダ５の切換弁20およびパンチク
ランプシリンダ９の切換弁19に指令を送り、圧油源から
圧油を導いて各シリンダを順次作動させるようにしてい
る。

この装置によりセラミック基板を切断するには、第２
図（イ）に示すように加工物７のＶ状溝８がダイとパン
チのクリアランスＣの中に入るよう位置決めし、次いで
操作盤（図示せず）によりシーケンサ18の加工開始指令
を与える。するとダイクランプ用の切換弁20に指令が入
り、ダイクランプシリンダ５を作動させて上ダイ４が下
降し、上ダイ４と下ダイ３とで加工物７のＶ状溝根元側
を拘束する。次にパンチクランプ用の切換弁19に指令が
入り、パンチクランプシリンダ９を作動させて上パンチ
６が下降し、上パンチ６と下パンチ10で加工物７のＶ状
溝先端側を拘束する。この際ダイおよびパンチの拘束力
は材料のＶ状溝８に急激な応力集中が生じない範囲で出
来るだけ高くする。

この状態で関数発生器11により振動開始指令がサーボ
アンプ15を経てサーボ弁14に与えられる。サーボ弁14は
サーボシリンダ13を作動させ、加振フレーム12に所定の
振動を与える。加振フレーム12が振動すると第２図
（ロ）に示すように上，下パンチ6,10に振動が加わる。
これは第３図に示す振動波形のa,bの部分でなされるの
であり、このときの振幅と周波数は加工物７のＶ状物８
に切欠効果が現れる範囲で設定される。この時加工物７
のＶ状溝８部分には、振動により繰返し応力が加えられ
ることで切欠効果により微細なクラックが発生して成長
する。

次に関数発生器11からの切断開始指令がサーボアンプ
15を経てサーボ弁14に与えられると、サーボシリンダ13
が作動して加振フレーム12を振動させながら比較的緩や
かに下降させ第２図（ハ）に示すように加工物７を切断
する。このときの振動波形は第３図のｃ部分のように示
される。

この切断工程ではＶ状溝８から発生した微細クラック
に沿って切断が行われるが、切断された加工物の切片
７′ともとの加工物７とは切断面同志が接触したまま移
動するので、振動により互の切断面が研磨され、ばり等
の不整部分が除去されるため良好な切断面が得られる。

切断工程が終了すると関数発生器11からの指令によ
り、第３図のｄ部分に示すように加振フレーム12の振動
と降下が停止し、第３図のe,f部分に示すように加振フ
レーム12が上昇して原位置に復帰する。次いでシーケン
サ18からの指令により上パンチ６は引上られ図示しない
搬出装置により切断された切片７′は機外に搬出され
る。搬出が終ると上ダイ４も原位置に復帰して本装置に
よる切断作業の１サイクルが終了する。

第４図に示すものは第２の実施例であり、下パンチ10
を省略したものである。金型ホルダ２は日の字状枠形の
機台１の中段に載置されており、上パンチ６は機台上段
に取付けられたサーボシリンダ13のピストンロッドに直
接取付けられている。また、切断された切片７′を逃が
すための穴が下ダイ３、金型ホルダ２および機台１中断
を貫通して設けられ、その下部には搬出装置の受皿21が
設けられている。その他の部分は図示を省略した部分を
含めて第１図に示す実施例と同様である。

この装置によりセラミック基板を切断する工程は、第
５図（イ），（ロ），（ハ）に示すようになる。この場
合は板状加工物７のＶ状溝先端側の拘束がなく、振動お
よび切断時の上下の移動は上パンチ６のみによって与え
られる。第５図（ハ）に示すように切断された切片７′
は逃がし穴を通過して直下の受皿21上に落ち機外に搬出
される。

第２の実施例では、パンチクランプシリンダ９および
加振フレーム12を省略でき装置が簡単化される。また、
切断された切片７′が受皿21へ直接落下するため加工後
の処理時間が短縮される。なお、実施例１および２は切
断すべき加工物の材質、形状、表面処理の有無等によっ
て使いわけられる。

第１および第２の実施例装置を使用した切断加工の実
験例は第１表に示すとおりであり、切断加工された基板
の寸法、形状および歩止り率は良好な結果を得た。

（発明の効果）本発明は切断指定位置の切欠の片側を拘束し、他の片
側に材料の厚さ方向の振動を印加しているため、切欠部
に応力集中が強く働らき微小亀裂の連続が良く、切断さ
れた材料の寸法精度が格段に優れている。

また、切断時には片側を厚さ方向に平行移動させるの
で、切断部が微小振動しながら接触し切断面が相互に研
磨されるため、「ばり」などの不整が除去され切断面の
平坦度が向上する。

さらに、本発明装置の前後には材料の搬入，位置決め
および搬出の各装置を組み込むことが容易なため、完全
自動化でき生産性を大幅に上げることができる。

また、金型のパンチとダイのクリアランスが大きいた
め、摩耗が少なく金型の寿命も長くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の装置を示す要部断面全体
図、第２図は第１図の実施例のダイとパンチとの作動を
示す説明図、第３図はパンチの変位と時間の関係を示す
グラフ、第４図は第２の実施例の装置の断面正面図、第
５図は第２の実施例のダイとパンチの作動を示す説明図
である。１……機台、２……金型ホルダ、３……下ダイ、４……
上ダイ、５……ダイクランプシリンダ、６……上パン
チ、７……加工物、８……Ｖ状溝、９……パンチクラン
プシリンダ、10……下パンチ、12……加振フレーム、13
……サーボシリンダ、14……サーボ弁。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B26F 3/00 B28D 1/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】脆性材料からなる板状加工物の切断指定位
置に予めＶ状溝を設け、Ｖ状溝をはさむ片側を拘束する
とともに他の一側に加工物の厚さ方向の振動を印加し、
さらに前記振動を印加しながら前記他の一側を前記拘束
された片側と加工物の厚さ方向に相対移動させることを
特徴とする脆性材料からなる板状加工物の切断方法。
【請求項２】板状加工物の切断指定位置の片側を拘束す
る一対のダイからなる手段と、切断指定位置の他の一側
に加工物の厚さ方向の振動を印加するパンチからなる手
段と、前記振動を印加しながら前記他の一側を前記拘束
された片側と加工物の厚さ方向に相対移動させる手段と
を具備することを特徴とする脆性材料からなる板状加工
物の切断装置。
【請求項３】相対して摺接移動するダイとパンチの間に
切断すべき加工物の厚さの１〜100％のクリアランスを
設けた請求項２記載の脆性材料からなる板状加工物の切
断装置。