JP4173243B2

JP4173243B2 - 破断方法および破断装置

Info

Publication number: JP4173243B2
Application number: JP08320199A
Authority: JP
Inventors: 暁下豊留
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 1999-03-26
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2019-03-26
Also published as: JP2000272928A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、板ガラス等の脆性材料からなるワークの面に閉曲線を描く刻線を形成した後、この刻線に沿って破断することにより、ワークの刻線の内側部分を外側部分から分離する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本願出願人は、閉曲線を描く刻線が形成された板ガラス等のワークを上記刻線に沿って破断することにより、刻線の内側部分と外側部分とを分離する装置を先に出願した（特願平９−３０４９５２）。この装置は、ワークの外側部分を挟持するとともに、ワークの内側部分に対峙する穴を有する一対の挟持部材（保持手段）と、この一対の挟持部材の一方に設けられその内部容積が可変である容積変更器（圧力可変手段）とを備えている。容積変更器の内部空間は、上記一方の挟持部材の穴を介してワークの一方の面と対峙し、他方の挟持部材の穴は大気に開放されている。容積変更器の内部容積を急激に減少させると、ワークに衝撃的なエア圧が付与され、ワークが刻線に沿って破断される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の先願に係る装置では、ワークが内側部分と外側部分とに破断されはするものの、その破断面の摩擦抵抗によって内側部分を外側部分から離すことができない場合があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、第１の発明は、閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断する方法において、上記ワークの刻線より内側の部分に圧力を与えると同時に、またはその後、上記内側部分に、別途、衝撃部材を衝突させ、上記ワークの刻線より外側の部分から上記内側部分を分離することを特徴とする。
【０００５】
第２の発明は、閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断する方法において、上記ワークの刻線より内側の部分の一方の面に、この面に接する流体の圧力上昇による押圧力を付与すると同時に衝撃部材を衝突させ、上記ワークの刻線より外側の部分から上記内側部分を分離することを特徴とする破断方法。
【０００６】
第３の発明は、閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断する方法において、上記ワークの刻線より内側の部分の一方の面に、この面に接する流体の圧力降下による吸引力を付与し、次に、上記内側部分の一方の面に、上記流体の圧力上昇による押圧力を付与すると同時に衝撃部材を衝突させ、上記ワークの刻線より外側の部分から上記内側部分を分離することを特徴とする。
【０００７】
第４の発明は、閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断することにより、刻線より内側の部分を外側の部分から分離する装置において、上記ワークの外側部分を全周にわたって保持する保持手段と、上記ワークの内側部分の一方の面に接する流体の圧力を変更可能な圧力可変手段と、上記ワークに直交する方向に移動可能に設けられた衝撃部材とを備え、上記圧力可変手段が、上記流体の圧力を上昇させると同時に、上記衝撃部材が、上記内側部分の一方の面に衝突することを特徴とする。
【０００８】
第５の発明は、第４の発明において、上記圧力可変手段が、上記内側部分の一方の面に当てがわれる当接面、およびこの当接面と直交する方向に延び、当接面に開口するシリンダ孔を有するシリンダと、上記シリンダ孔に摺動自在に挿入されたピストンと、このピストンを摺動させる駆動機構とを有し、上記ピストンにおける上記ワークを向く先端面に、上記衝撃部材が突出して設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第６の発明は、第５の発明において、上記シリンダ孔が、先端部が上記当接面に開口する小径孔部と、この小径孔部の基端部に連なり、小径孔部より大径をなす大径孔部とを有し、上記ピストンが、上記小径孔部に摺動自在に挿入され、先端面に上記衝撃部材が設けられた小径部と、この小径部の基端部に連なり、上記大径孔部に摺動自在に挿入された大径部とを有し、上記駆動機構が、上記大径孔部における上記大径部より基端側の部分にエア圧を供給する前進用エア圧供給手段と、上記大径孔部における上記大径部より先端側の部分にエア圧を供給する後退用エア圧供給手段とを有していることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。
はじめに、破断の対象となるワークについて説明しておく。
図４に示すように、四角形の板ガラスからなるワーク１の上面（一方の面）には、円（閉曲線）を描く刻線１ａと、この刻線１ａと同心で刻線１ａより大径の円を描く刻線１ｂとが形成されている。ワーク１において内側の刻線１ａより内側の部分２は、本発明の破断装置および破断方法によって分離除去される。外側の刻線１ｂより外側の部分３は、本発明とは別の装置で所定の一箇所３ａが叩かれることによって、分離除去される。残された刻線１ａ，１ｂの間の環状をなす部分４が、コンピュータ等における記憶ディスクの基板となる。
【００１１】
図５に示すように、刻線１ａ，１ｂはスクライブ装置５によって形成される。スクライブ装置５は、先端に例えばダイヤモンド薄膜からなる硬質皮膜が形成されたカッタ６と、このカッタ６を保持するホルダ７と、このホルダ７に超音波振動を付与するアクチュエータ（図示せず）とを有している。カッタ６の先端をワーク１の上面に押しつけた状態で、超音波振動を付与しながら移動させることにより、刻線１ａ，１ｂを形成する。刻線１ａ，１ｂは、ワーク１の下面に向かって延びるクラックを有している。このクラックは、ほぼ垂直で、下方に向かうにしたがって僅かに拡径するテーパ状をなしている。
【００１２】
破断装置について説明する。
図１に示すように、破断装置は、軸線を鉛直に向けたシリンダ１０と、このシリンダ１０に収容されたピストン２０とを備えている。シリンダ１０は、移動機構９０に接続されており、この移動機構９０によって上記スクライブ装置５による刻線１ａ，１ｂのスクライブ場所、上記他の装置による外側部分３の分離場所、および内側部分２の分離場所の間を移動自在になっている。
【００１３】
シリンダ１０は、本体部材１１と当接板１２とを備えている。本体部材１１は、軸線に沿って延びる大径孔部１１ａを有し、筒状をなしている。本体部材１１の下面の外径は、ワーク１の外側の刻線１ｂの直径より僅かに小さい（図４参照）。本体部材１１の下面には凹部１１ｂが形成されており、この凹部１１ｂに当接板１２が嵌め込まれ、ボルト（図示せず）で固定されている。
【００１４】
当接板１２は、軸線に沿って上方に突出する円筒部１２ａを有しており、この円筒部１２ａが大径孔部１１ａの内部に挿入されている。円筒部１２ａの内部空間が、小径孔部１２ｂとなっている。小径孔部１２ｂの上端部（基端部）は大径孔部１１ａに連なり、下端部（先端部）は当接板１２の下面（当接面）に開口されている。小径孔部１２ｂの内径は、上記ワーク１の内側の刻線１ａの直径より小さい（図４参照）。
【００１５】
上記ピストン２０は、大径孔部１１ａに摺動自在に挿入された大径ピストン２１（大径部）と、小径孔部１２ｂに摺動自在に挿入された小径ピストン２２（小径部）とを有している。これら大径ピストン２１と小径ピストン２２とは、小径ピストン２２の上端部（基端部）に設けられたボルト２３と、このボルト２３にねじ込まれたナット２４とによって連結固定されている。小径ピストン２２の下端面（先端面）の中央には、衝撃部材２５が突出して設けられている。衝撃部材２５の尖った下端（先端）には、例えばダイヤモンド薄膜からなる硬質皮膜が形成されている。
【００１６】
大径ピストン２１によって、大径孔部１１ａが上側（基端側）の前進用エア圧室１１ｃと下側（先端側）の後退用エア圧室１１ｄとに仕切られている。前進用エア圧室１１ｃは、エア圧通路３３および共用エア圧通路３１を介してエア圧源３０に接続されている。共用エア圧通路３１とエア圧通路３３との間には、電磁切換弁３２が設けられている。
【００１７】
本体部材１１には、後退用エア圧室１１ｄの内周面から外周面に延びる横孔１１ｅが形成されている。横孔１１ｅは、エア圧通路３４、電磁切換弁３２、および共用エア圧通路３１を介してエア圧源３０に接続されている。
【００１８】
図１に示すように、電磁切換弁３２のソレノイドがオフのときは、エア圧通路３３が大気に開放される一方、エア圧通路３４がエア圧源３０に連通される。これによって、前進用エア圧室１１ｃが大気に開放される一方、後退用エア圧室１１ｄにエア圧が供給される。このエア圧によって、ピストン２０が、図示しないストッパに突き当たるまで押し上げられ、最大後退位置に達する。図２に示すように、電磁切換弁３２のソレノイドがオンのときは、エア圧通路３３がエア圧源３０に連通される一方、エア圧通路３４が大気に開放される。これによって、後退用エア圧室１１ｄが大気に開放される一方、前進用エア圧室１１ｃにエア圧が供給される。このエア圧によって、ピストン２０が当接板１２に突き当たるまで押し下げられ、最大前進位置に達する。ピストン２０が最大前進位置のとき、衝撃部材２５の先端は、当接板１２の下面より若干下に突出している。
【００１９】
シリンダ１０は、特許請求の範囲の「保持手段」としても提供されている。
詳述すると、本体部材１１の凹部１１ｂの上面と当接板１２の上面との間には、環状をなす空間１０ａが形成されている。この環状空間１０ａの外周縁より外側の本体部材１１と当接板１２との間と、内周縁より内側の本体部材１１と当接板１２との間とには、それぞれＯリング１３，１４が設けられている。これによって、環状空間１０ａの外周縁と内周縁とが気密にシールされている。
【００２０】
当接板１２には、上記環状空間１０ａから下面に延びる縦孔１２ｃが形成されている。図４に示すように、縦孔１２ｃは、周方向および径方向に離れて複数配置されている。何れの縦孔１２ｃについても、それからシリンダ１０の軸線までの距離が、上記ワーク１の内側の刻線１ａの半径より大きく、外側の刻線１ｂの半径より小さい範囲内に配置されている。
【００２１】
図１に示すように、本体部材１１には、上記環状空間１０ａから延びる接続孔１１ｆが形成されている。接続孔１１ｆは、吸引通路４２を介し真空ポンプ４０に接続されている。吸引通路４２には、電磁切換弁４１が設けられている。電磁切換弁４１のソレノイドがオフのときは、吸引通路４２を介して接続孔１１ｆ、環状空間１０ａ、および縦孔１２ｃの内部が大気に開放される。電磁切換弁４１のソレノイドがオンのときは、真空ポンプ４０によって、接続孔１１ｆ、環状空間１０ａ、および縦孔１２ｃの内部が負圧にされる。
真空ポンプ４０、電磁切換弁４１、吸引通路４２、並びにシリンダ１０の接続孔１１ｆ、環状空間１０ａ、および縦孔１２ｃによって、特許請求の範囲の「保持手段」が構成されている。
【００２２】
上記のように構成された破断装置による破断方法について説明する。
図１に示すように、予め電磁切換弁３２をオフし、ピストン２０を最大後退位置にしておく。次に、シリンダ１０を移動機構９０によって上記スクライブ場所まで移動させ、刻線１ａ，１ｂが形成されたワーク１に当てがう。このとき、シリンダ１０の軸線をワーク１の中心に合わせる。これによって、小径孔部１２ｂの下端部がワーク１の内側部分２によって塞がれる。また、縦孔１２ｃの下端部がワーク１の環状部分４によって塞がれる。
【００２３】
次に、真空ポンプ４０を駆動するとともに、電磁切換弁４１をオンする。これによって、縦孔１２ｃ内の空気が真空吸引され、ワーク１が当接板１２に吸着保持される。
【００２４】
この吸着保持されたワーク１を移動手段９０によって上昇させ、上記外側部分分離場所に搬送し、外側部分３を分離した後、さらに、上記内側部分分離場所に搬送する。（なお、外側部分３の分離は、内側部分２の分離後に行ってもよい。）
【００２５】
内側部分分離場所には、バケット（図示せず）が設けられている。ワーク１はこのバケットの上に離れて位置決めされる。したがって、ワーク１の下面は大気に接している。
【００２６】
ワーク１の位置決め後、図２に示すように、電磁切換弁３２をオンする。これによって、ワーク１の内側部分２が環状部分４から瞬間的に分離される。
詳述すると、電磁切換弁３２のオンによる前進用エア圧室１１ｃへのエア圧導入によって、ピストン２０が一気に下降する。これによって、小径孔部１２ｂ内のエア（気体）が一気に圧縮されて急激な圧力上昇が生じ、衝撃的な押圧力がワーク１の内側部分２の上面に付与される。しかも、このエアによる押圧力付与とほぼ同時に、衝撃部材２５がワーク１の中心に極めて高速で衝突する。これによって、刻線１ａの全周にわたって均一に非常に強い応力集中が発生し、刻線１ａのクラックがワーク１の下面に瞬間的に到達するとともに、ワーク１の中心が衝撃部材２５によって下に突き動かされる。この結果、ワーク１が、内側部分２と環状部分４とに破断されると同時に、内側部分２が環状部分４より下に突き出され分離される。そして、内側部分２は上記バケット内に落下収容される。図４において仮想線２ａで示すように、この落下された内側部分２は、衝撃部材２５の衝突によって中心から放射状に破砕されている。
【００２７】
上記小径ピストン２２が下降する際、その下面には小径孔部１２ｂ内のエア圧によって下降を阻止しようとする抵抗力が作用する。しかし、この小径ピストン２２の下面より大きな受圧面積を有する大径ピストン２１の上面に、エア圧源３０からのエア圧が作用しているので、小径ピストン２２は、上記抵抗力によって減速されることなく、一気に最大前進位置まで押し下げられる。したがって、ワーク１に付与されるエア圧の衝撃や衝撃部材２５の衝突速度が減少させられることはない。
【００２８】
内側部分２の分離後、電磁切換弁４１をオフして、当接板１２の縦孔１２ｃを大気に開放することにより、環状部分４をシリンダ１０から取り外す。この環状部分４の内周縁、すなわち破断面は、極めて綺麗であり、その後研磨する必要がない。上記のように、急激なエア圧上昇による衝撃と衝撃部材２５の衝突によって瞬間的に破断したものだからであり、内側部分２の放射状の破砕が環状部分２に波及することもないからである。また、刻線１ａから延びるクラックが下方に向かうにしたがって僅かに拡径するテーパ状をなしているので、内側部分２が下に突き出される時に、環状部分４の内周縁が欠けることがないからである。
【００２９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図３に示すように、この実施形態では、エア圧源３０とエア圧通路３３，３４との間に設けられた電磁切換弁３２Ａが、第１、第２のオフセット位置３２ａ，３２ｂとニュートラル位置３２ｃとを有している。第１のオフセット位置３２ａでは、エア圧通路３３がエア圧源３０に連通される一方、エア圧通路３４が大気に開放される。第２のオフセット位置３２ｂでは、エア圧通路３４がエア圧源３０に連通される一方、エア圧通路３３が大気に開放される。ニュートラル位置３２ｃでは、いずれのエア圧通路３３，３４も大気に開放される。
【００３０】
この電磁切換弁３２Ａをニュートラル位置３２ｃにした状態で、シリンダ１０の当接板１２をスクライブ場所に置かれたワーク１の上面に当てがう。これによって、衝撃部材２５、ひいてはピストン２０が、ワーク１によって、最大前進位置での衝撃部材２５の当接板１２からの突出分だけ突き上げられる。
【００３１】
次に、真空ポンプ４０によってワーク１を当接板１２に吸着保持する。そして、内側部分分離場所において電磁切換弁３２Ａを第２のオフセット位置３２ｂに切り換える。これによって、エア圧源３０のエア圧が後退用エア圧室１１ｄに供給され、ピストン２０が最大後退位置まで一気に上昇する。これによって、小径孔部１２ｂ内のエアが一気に膨張して急激な圧力降下が生じ、衝撃的な吸引力がワーク１の内側部分２の上面に付与される。この結果、刻線１ａの全周にわたって均一に応力集中が発生し、刻線１ａのクラックがワーク１の下面に向かって成長する。
【００３２】
ピストン２０が最大後退位置に達した直後、電磁切換弁３２Ａを第１のオフセット位置２１ａに切り換える。これによって、エア圧源３０のエア圧が前進用エア圧室１１ｃに供給され、ピストン２０が一気に最大前進位置まで下降する。これによって、ワーク１の内側部分２の上面に、衝撃部材２５が極めて高速で衝突するとともに、小径孔部１２ｂ内のエアの急激な圧力上昇による衝撃的な押圧力が付与される。これによって、内側部分２が環状部分４から破断分離される。
以上のように、この実施形態では、予め急激なエア圧降下による衝撃によってクラックを成長させておくので、ワーク１が厚い場合でも、刻線１ａのクラックをワーク１の下面に確実に到達させることができ、内側部分２を確実に破断分離することができる。
【００３３】
本発明は、上記実施の形態に限定されず、種々の形態を採用可能である。
例えば、ワーク１に圧力を与える流体は、エアなどの気体（圧縮性流体）のほか、水などの液体（非圧縮性流体）でもよい。
流体圧付与に代えて、内側部分２に弾性樹脂（ゴム）などの押圧部材を当てがい、この押圧部材によって内側部分２をワーク１に直交する向きに押すことにしてもよい。または、内側部分２に弾性樹脂（ゴム）などの引張り部材を接着し、この引張り部材をワーク１に直交し、しかもワーク１から離れる向きに引っ張ってもよい。若しくは、引張り部材の接着に代えて、その先端部に吸盤（吸着部）を設け、この吸盤を内側部分２に吸着させてもよい。上記押圧部材または引張り部材は、刻線１ａの全周にわたって均一に応力集中を起こさせるようにするのが望ましい。
内側部分２の下面（他方の面）を引くと同時に上面（一方の面）に衝撃部材２５を衝突させてもよい。内側部分２の上面を引き、又は下面を押すと同時に上面に衝撃部材２５を衝突させてもよい。
刻線は、ワーク１の下面（他方の面）に形成してもよい。その場合において、衝撃部材２５をワーク１の上から衝突させるときは、刻線に含まれるクラックは、上面に向かうにしたがって僅かに縮径するテーパ状にするのが望ましい。
保持手段は、ワーク１の環状部分４を上下から挟持するようになっていてもよい。
圧力可変手段は、一定量の気体の容積を変更する方式の他、容積一定の容器内に気体を圧縮注入し、または上記容器内から気体を真空吸引する方式であってもよい。
衝撃部材は、発射手段から発射される弾丸（飛行体）でもよい。
駆動機構は、ピストンをハンマー等の打撃手段で叩いて前進させ、コイルばね等の付勢手段で後退させるように構成してもよい。
エア圧源３０を後退用エア圧室１１ｄにのみ連通可能とし、ピストン２０を上昇させた後自重で落下させるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、第１、第２の発明は、ワークの内側部分を外側部分から破断すると同時に突き出すことができ、確実に分離することができる。
第３の発明は、刻線のクラックを成長させておくことによって、内側部分を外側部分から一層確実に破断し、分離することができる。
第４の発明は、ワークに対して流体の急激な圧力上昇による衝撃付与と衝撃部材の衝突とを同時に行うことによって、ワークの内側部分を外側部分から破断すると同時に突き出すことができ、確実に分離することができる。
第５の発明は、ワークに対する流体の急激な圧力上昇による衝撃付与と衝撃部材の衝突とを確実に同時に行うことができる。
第６の発明は、ピストンを小径孔部内の流体の圧縮抵抗に拘わらず一気に前進させることができる。したがって、ワークに流体圧縮による極めて大きな衝撃を付与するとともに、衝撃部材を極めて高速で衝突させることができ、ひいては、きれいな破断面を形成することができ、破断後の研磨が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る破断装置を、ワークを吸着保持した時の状態で示す正面断面図である。
【図２】上記破断装置を、ワークの内側部分を分離する時の状態で示す正面断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る破断装置を、ワークの上面に当てがった時の状態で示す正面断面図である。
【図４】刻線が形成されたワークを、仮想線で示すシリンダに吸着保持させた状態で示す平面図である。
【図５】刻線を形成するためのスクライブ装置の正面断面図である。
【符号の説明】
１ワーク
１ａ刻線
２内側部分
１０シリンダ
１１ａ大径孔部
１２ｂ小径孔部
２０ピストン
２１大径ピストン（大径部）
２２小径ピストン（小径部）
２５衝撃部材
３０エア圧源（前進用エア圧供給手段、後退用エア圧供給手段）

Claims

閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断する方法において、
上記ワークの刻線より内側の部分に圧力を与えると同時に、またはその後、上記内側部分に、別途、衝撃部材を衝突させ、上記ワークの刻線より外側の部分から上記内側部分を分離することを特徴とする破断方法。
閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断する方法において、
上記ワークの刻線より内側の部分の一方の面に、この面に接する流体の圧力上昇による押圧力を付与すると同時に衝撃部材を衝突させ、上記ワークの刻線より外側の部分から上記内側部分を分離することを特徴とする破断方法。
閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断する方法において、
上記ワークの刻線より内側の部分の一方の面に、この面に接する流体の圧力降下による吸引力を付与し、次に、上記内側部分の一方の面に、上記流体の圧力上昇による押圧力を付与すると同時に衝撃部材を衝突させ、上記ワークの刻線より外側の部分から上記内側部分を分離することを特徴とする破断方法。
閉曲線を描く刻線が形成された板状ワークを、上記刻線に沿って破断することにより、刻線より内側の部分を外側の部分から分離する装置において、
上記ワークの外側部分を全周にわたって保持する保持手段と、
上記ワークの内側部分の一方の面に接する流体の圧力を変更可能な圧力可変手段と、
上記ワークに直交する方向に移動可能に設けられた衝撃部材とを備え、
上記圧力可変手段が、上記流体の圧力を上昇させると同時に、上記衝撃部材が、上記内側部分の一方の面に衝突することを特徴とする破断装置。
上記圧力可変手段が、上記内側部分の一方の面に当てがわれる当接面、およびこの当接面と直交する方向に延び、当接面に開口するシリンダ孔を有するシリンダと、上記シリンダ孔に摺動自在に挿入されたピストンと、このピストンを摺動させる駆動機構とを有し、
上記ピストンにおける上記ワークを向く先端面に、上記衝撃部材が突出して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の破断装置。
上記シリンダ孔が、先端部が上記当接面に開口する小径孔部と、この小径孔部の基端部に連なり、小径孔部より大径をなす大径孔部とを有し、
上記ピストンが、上記小径孔部に摺動自在に挿入され、先端面に上記衝撃部材が設けられた小径部と、この小径部の基端部に連なり、上記大径孔部に摺動自在に挿入された大径部とを有し、
上記駆動機構が、上記大径孔部における上記大径部より基端側の部分にエア圧を供給する前進用エア圧供給手段と、上記大径孔部における上記大径部より先端側の部分にエア圧を供給する後退用エア圧供給手段とを有していることを特徴とする請求項５に記載の破断装置。