JP4390552B2

JP4390552B2 - 板状脆性材の切断方法

Info

Publication number: JP4390552B2
Application number: JP2003429718A
Authority: JP
Inventors: 一也藤野; 啓文堀田
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2003-12-25
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2023-12-25
Also published as: JP2005186401A

Description

本発明は、例えば、板ガラスやセラミックスなどのような板状脆性材をその切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って、その一側面側から局部加熱手段により連続的に局部加熱しながら、引き続いて、その局部加熱部分を前記一側面側から局部冷却手段により連続的に局部冷却して前記板状脆性材を切断予定線に沿って切断する板状脆性材の切断方法に関する。

このような板状脆性材の切断方法としては、従来、板状脆性材の一側面側からレーザービームを照射して連続的に局部加熱し、引き続いて、その局部加熱部分を前記一側面側からの冷却流体のジェット流で連続的に局部冷却して切断する方法が知られており（例えば、特許文献１参照）、また、レーザービームで連続的に局部加熱した後、その局部加熱部分に冷却手段を接触させて連続的に局部冷却して切断する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３０２７７６８号公報特開２００２−１００５９０号公報

しかし、上記特許文献に記載の方法は、いずれも、板状脆性材を連続的に局部加熱し、その後、引き続いて、その局部加熱部分を連続的に局部冷却しながら切断するため、板状脆性材の切断終端部においては、その切断時の状況が、他の箇所における切断時の状況と異なり、そのため、切断終端部に切り残しが発生する。
具体的には、板状脆性材として板ガラスを使用し、その板ガラスを実際に切断してみると、図９に示すように、板ガラスＧの切断終端部Ｂに切り残し部分Ｃが存在し、板ガラスＧをその切断終端部Ｂに至るまで完全に切断することは殆ど不可能であり、その原因として下記のようなことが考えられる。

すなわち、実際の実施に際しては、局部加熱手段と局部冷却手段が一定の間隔を置いて並設され、その並設方向に沿って板状脆性材が相対移動されて切断されることになる。
したがって、板状脆性材の切断始端部から切断終端部の直前までは、局部冷却手段によって局部冷却する際、その局部冷却箇所に先行して、局部加熱手段が板状脆性材を局部加熱していることになる。
ところが、局部冷却手段が板状脆性材の切断終端部を局部加熱する頃には、先行する局部加熱手段がすでに板状脆性材の切断終端部を加熱し終わっており、そのため、切断終端部の加熱温度が低下し、その低下した温度下において切断終端部を局部冷却して切断するため、図９に示すような切り残し部分Ｃが発生するものと考えられる。

この切り残し部分Ｃは、板ガラスＧの上面から下面に至るまで完全に切り残し部分Ｃが存在する部分（図中、Ｎで示す）と下面の一部に切り残し部分Ｃが存在する部分（図中、Ｓで示す）があり、後述する実験結果にも示すように、完全に切り残し部分Ｃが存在するＮ部分の長さは、例えば、０．７ｍｍ厚の板ガラスＧを６０ｍｍ／秒の切断速度で切断すると２ｍｍ程度、８０ｍｍ／秒の切断速度で切断すると５ｍｍ程度となる。
そして、切り残し部分Ｃを残したまま、特に、上面から下面に至るまで完全に切り残し部分Ｃが存在するＮ部分を残したままで、板ガラスＧを強制的に引き離そうとすると、切断終端部Ｂにおける切断面が切断予定線に対して曲がったり、その曲がりが原因で割れを引き起こすことになり、この点に改良の余地がある。

本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って局部加熱し、引き続いて、その局部加熱部分を局部冷却するだけで、切断終端部において切断不可部分を残すことなく切断することのできる板状脆性材の切断方法を提供することにある。

本発明の第１の特徴構成は、板状脆性材をその切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って、その一側面側から局部加熱手段により連続的に局部加熱しながら、引き続いて、その局部加熱部分を前記一側面側から局部冷却手段により連続的に局部冷却して前記板状脆性材を切断予定線に沿って切断する板状脆性材の切断方法であって、前記局部加熱手段による局部加熱部分と前記局部冷却手段による局部冷却部分との間に、別の局部加熱手段による局部加熱部分を設け、前記一側面側の局部加熱手段による局部加熱部分が前記切断終端部に到った時点またはその前から、前記別の局部加熱手段により前記板状脆性材を他側面側から加熱しながら前記切断終端部を切断するところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、前記局部加熱手段による局部加熱部分と前記局部冷却手段による局部冷却部分との間に、別の局部加熱手段による局部加熱部分を設け、前記一側面側の局部加熱手段による局部加熱部分が前記切断終端部に到った時点またはその前から、前記別の局部加熱手段により前記板状脆性材を他側面側から加熱しながら前記切断終端部を切断するので、この場合にも、切断終端部において切断不可部分を残すことなく、下面の一部に切り残し部分が存在する部分も殆どない状態で、切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って板状脆性材を切断することができ、その後、板状脆性材を切断予定線に沿って強制的に引き離しても、切断終端部において切断面が切断予定線に対して曲がることも、割れを引き起こすこともなく、板状脆性材を切断予定線に沿って確実に切断することができる。

本発明の第２の特徴構成は、板状脆性材をその切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って、その一側面側から局部加熱手段により連続的に局部加熱しながら、引き続いて、その局部加熱部分を前記一側面側から局部冷却手段により連続的に局部冷却して前記板状脆性材を切断予定線に沿って切断する板状脆性材の切断方法であって、前記一側面または縁側面に予め終端部切断用の切欠きを形成し、かつ、前記局部加熱手段による局部加熱部分と前記局部冷却手段による局部冷却部分との間に、別の局部加熱手段による局部加熱部分を設け、前記一側面側の局部加熱手段による局部加熱部分が前記切断終端部に到った時点またはその前から、前記別の局部加熱手段により前記板状脆性材を他側面側から加熱しながら前記切断終端部を切断するところにある。

本発明の第２の特徴構成によれば、前記一側面または縁側面に予め終端部切断用の切欠きを形成し、かつ、前記局部加熱手段による局部加熱部分と前記局部冷却手段による局部冷却部分との間に、別の局部加熱手段による局部加熱部分を設け、前記一側面側の局部加熱手段による局部加熱部分が前記切断終端部に到った時点またはその前から、前記別の局部加熱手段により前記板状脆性材を他側面側から加熱しながら前記切断終端部を切断するので、この場合においても、切断終端部において切断不可部分を残すことなく、下面の一部に切り残し部分が存在する部分も殆どない状態で、切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って板状脆性材を切断することができ、板状脆性材を切断予定線に沿って強制的に引き離しても、切断終端部において切断面が切断予定線に対して曲がることも、割れを引き起こすこともなく、板状脆性材を切断予定線に沿って確実に切断することができる。

本発明による板状脆性材の切断方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
この切断方法は、適宜の切断装置を使用して、例えば、板状脆性材の一例である板ガラスを切断する方法に関し、使用する切断装置１は、図１〜図３に示すように、搬送方向Ｌ１に沿って移動するステージ２を備え、ステージ２上の板ガラスＧをその切断始端部Ａの縁から切断終端部Ｂの縁にわたる切断予定線Ｌに沿って切断するように構成されている。
そのため、切断装置１の本体３は、板ガラスＧの切断予定線Ｌに沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段４と、その局部加熱手段４による板ガラスＧの局部加熱部分４ａを連続的に局部冷却して板ガラスＧを切断予定線Ｌに沿って切断する局部冷却手段としての接触子５を備えている。

局部加熱手段４は、レーザー発振器６と、レーザービームを成形する光学ユニット７、つまり、ビームエキスパンダー７ａ、反射ミラー７ｂ、および、シリンドリカルレンズ７ｃなどからなる光学ユニット７により構成され、図３に示すように、板ガラスＧに対して切断予定線Ｌ方向に細長い楕円のような形状に合焦して局部加熱部分４ａを形成するように構成されて、光学ユニット７を構成するシリンドリカルレンズ７ｃが、装置本体３に対して上下昇降自在に構成された昇降プレート８に取り付けられている。
この局部加熱手段４の熱源となるレーザーは、切断対象となる板状脆性材に吸収される波長のものであればよく、板状脆性材が板ガラスＧであれば、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザーが最適である。
ただし、局部加熱手段４の熱源はレーザーに限るものではなく、ハロゲンランプやクセノンランプを熱源として使用することもでき、また、局部加熱部分４ａについても、必ずしも細長い楕円のような形状に限るものではない。

局部冷却手段としての接触子５は、アルミ製で昇降プレート８に取り付けられ、スプリング９により下方へ押圧付勢されるとともに、その上面には、冷媒としての液体窒素を収納する冷媒タンク１０が載置固定され、冷媒タンク１０に循環供給される液体窒素によって冷却されて、図３において仮想線５ａで示す局部冷却部分を冷却し、局部加熱手段４により局部加熱された後の局部加熱部分４ａを局部的に冷却するように構成されている。
このような構成からなる切断装置１は、その装置本体３の下面に設けられたエア噴出口１１から噴出されるエアによって板ガラスＧの上面から所定距離離れた位置に浮上して維持され、板ガラスＧに対する相対移動方向Ｌ２、つまり、板ガラスＧが停止していると仮定した場合の板ガラスＧに対する切断装置１の移動方向Ｌ２（この実施形態では、板ガラスＧの方が搬送移動しているので、板ガラスＧの搬送方向Ｌ１と逆向きになる）の前方から後方に向けて、局部加熱手段４、接触子５の順に配設されている。

この切断装置１によれば、板ガラスＧは、ステージ２上に載置されて搬送方向Ｌ１に沿って搬送され、装置本体３は、エア噴出口１１から噴出されるエアによって、その板ガラスＧの上面から所定距離離れた位置に確実に浮上維持される。
その板ガラスＧに対して、まず、局部加熱手段４が、細長い局部加熱部分４ａを形成しながら板ガラスＧを切断予定線Ｌに沿って、その一側面側つまり上面側から連続的に局部加熱する。その後、その局部加熱に引き続いて、接触子５が、ほぼ一定の押圧力で板ガラスＧの上面に接触し、局部冷却部分５ａを形成しながら局部加熱部分４ａを連続的に局部冷却して、板ガラスＧを切断予定線Ｌに沿って切断することになる。

つぎに、この切断装置１を使用して板ガラスＧを切断する方法につき、参考の第１、第２の実施形態、第１、第２の実施形態に基づいて具体的に説明するとともに、それらの実施形態における実験結果について言及する。
各実験には、板状脆性材として、幅２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの板ガラスＧを使用し、局部加熱手段４として、レーザー出力３５Ｗの炭酸ガスレーザーを使用し、その局部加熱部分４ａが、長さ８．０ｍｍ、幅２．０ｍｍになるように調整するとともに、場合によっては、切断速度（ｍｍ／秒）を変えて実験した。
なお、実験結果を示す図表中の記号に関しては、図８と図９を参照して、Ｆは上面から下面まで完全に切断されたことを意味し、Ｓは下面の一部に切り残し部分Ｃが存在することを意味し、Ｎは上面から下面に至るまで完全に切り残し部分Ｃが存在することを意味する。
そして、各記号の後の数字はその長さを示し、例えば、Ｆ９２であれば、上面から下面まで完全に切断された部分の長さが９２ｍｍであることを示し、Ｓ４であれば、下面の一部に切り残し部分が存在し、その長さが４ｍｍであることを示すものとする。

（参考の第１の実施形態）
参考の第１の実施形態では、図４に示すように、板ガラスＧの切断終端部Ｂにおいて、切断予定線Ｌ上に位置する状態で、板ガラスＧの一側面つまり上面に予め終端部切断用の切欠きａを形成しておくか、または、板ガラスＧの縁側面に予め終端部切断用の切欠きｂを形成しておいて、切断装置１により板ガラスＧを切断処理するのである。

この参考の第１の実施形態に関しては、板ガラスＧの上面に形成する終端部切断用の切欠きａの長さを０．５〜１５ｍｍまで変えながら、かつ、切断速度も６０ｍｍ／秒と８０ｍｍ／秒の２つの速度について実験した。
その結果が図８の（ロ）であり、切欠きａが無い場合には、切断速度６０ｍｍ／秒で２ｍｍ程度、８０ｍｍ／秒で５ｍｍ程度、上面から下面に至るまで完全に切り残しとなるＮ部分が存在するのに対し、少なくとも０．５ｍｍ程度の切欠きａを予め形成しておけば、Ｎ部分は存在しないことが確認された。
したがって、その後、板ガラスＧを切断予定線Ｌに沿って強制的に引き離しても、切断終端部Ｂにおいて切断面が切断予定線Ｌに対して曲がることはなく、また、板ガラスＧの縁側面に終端部切断用の切欠きｂを形成する場合にも、同じような結果になることが確認された。

板ガラスＧの切断終端部Ｂに終端部切断用の切欠きａまたはｂを形成しておくことで、
上面から下面に至るまで完全に切り残しとなるＮ部分が存在することなく切断できる理由としては、局部加熱部分４ａが板ガラスＧの切断終端部Ｂに近づくと、切欠きａまたはｂに対して熱応力が作用して切断が徐々に進行し、それが局部冷却部分５ａによる実際の切断線側へと進展して合流するためであると推測される。

（第１の実施形態）
第１の実施形態では、切断装置１により板ガラスＧを切断処理するに際し、図５に示すように、局部加熱手段４による局部加熱部分４ａが板ガラスＧの切断終端部Ｂに到った時点またはその少し前から、その切断終端部Ｂにおける切断予定線Ｌ上に位置する状態で、板ガラスＧの他側面つまり下面を加熱しながら、例えば、レーザービーム１２の照射により加熱しながら切断処理するのである。
この場合には、下面の一部に切り残し部分Ｃが存在するＳ部分も殆どない状態で切断できることが確認された。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、上述した参考の第１の実施形態と第１の実施形態を併用するもので、図６に示すように、板ガラスＧの切断終端部Ｂにおいて、板ガラスＧの上面に切断予定線Ｌ上に位置する終端部切断用の切欠きａを形成しておくか、または、板ガラスＧの縁側面に切断予定線Ｌ上に位置する終端部切断用に切欠きｂを形成しておき、かつ、例えば、レーザービーム１２の照射により板ガラスＧの下面を加熱しながら切断処理するのである。
この場合には、下面の一部に切り残し部分Ｃが存在するＳ部分が殆どない状態で一層良好に切断できることが確認された。

（参考の第２の実施形態）
参考の第２の実施形態では、図７に示すように、板ガラスＧの切断予定線Ｌ上において、その切断予定線Ｌの全長にわたって板ガラスＧの他側面つまり下面に予め切断用の切欠きｃを形成しておいて、切断装置１により板ガラスＧを切断処理するのである。
このように板ガラスＧの下面に切欠きを形成する場合、板ガラスＧの切断終端部Ｂのみに切欠きを形成しても効果はなく、上面から下面に至るまで完全に切り残しとなるＮ部分が２〜５ｍｍ程度存在するのに対し、全長にわたって切断用の切欠きｃを形成しておくと、Ｎ部分が存在しない状態で切断できることが確認された。

〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、局部加熱手段４の熱源としてレーザーを使用した例を示したが、上述したように、ハロゲンランプやクセノンランプを熱源として使用することもでき、同様に、局部冷却手段５についても、特に接触子に限るものではなく、例えば、ペルチェ素子を使用した冷却手段で構成したり、冷媒用の気体や液体を板ガラスＧの上面に直接吹き付けるようにして局部冷却手段を構成することもできる。

（２）先の実施形態では、切断の対象である板状脆性材Ｇの一例として板ガラスを示したが、板ガラス以外にも、例えば、板状のセラミックスやシリコンウエーハなどのような各種の板状脆性材を切断の対象として適用することができる。

切断装置を示す概略斜視図切断装置を示す概略側面図板状脆性材の切断部分を示す平面図参考の第１の実施形態による板状脆性材の切断状態を示す斜視図第１の実施形態による板状脆性材の切断状態を示す側面図第２の実施形態による板状脆性材の切断状態を示す斜視図参考の第２の実施形態による板状脆性材の切断状態を示す斜視図実験結果の説明図と実験結果を示す図表従来技術による切断状態を示す説明図

４ａ局部加熱部分
５ａ局部冷却部分
Ａ切断始端部
Ｂ切断終端部
Ｇ板状脆性材
Ｌ切断予定線
ａ，ｂ終端部切断用の切欠き
ｃ切断用の切欠き

Claims

板状脆性材をその切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って、その一側面側から局部加熱手段により連続的に局部加熱しながら、引き続いて、その局部加熱部分を前記一側面側から局部冷却手段により連続的に局部冷却して前記板状脆性材を切断予定線に沿って切断する板状脆性材の切断方法であって、
前記局部加熱手段による局部加熱部分と前記局部冷却手段による局部冷却部分との間に、別の局部加熱手段による局部加熱部分を設け、
前記一側面側の局部加熱手段による局部加熱部分が前記切断終端部に到った時点またはその前から、前記別の局部加熱手段により前記板状脆性材を他側面側から加熱しながら前記切断終端部を切断する板状脆性材の切断方法。
板状脆性材をその切断始端部の縁から切断終端部の縁にわたる切断予定線に沿って、その一側面側から局部加熱手段により連続的に局部加熱しながら、引き続いて、その局部加熱部分を前記一側面側から局部冷却手段により連続的に局部冷却して前記板状脆性材を切断予定線に沿って切断する板状脆性材の切断方法であって、
前記一側面または縁側面に予め終端部切断用の切欠きを形成し、かつ、前記局部加熱手段による局部加熱部分と前記局部冷却手段による局部冷却部分との間に、別の局部加熱手段による局部加熱部分を設け、
前記一側面側の局部加熱手段による局部加熱部分が前記切断終端部に到った時点またはその前から、前記別の局部加熱手段により前記板状脆性材を他側面側から加熱しながら前記切断終端部を切断する板状脆性材の切断方法。