JP5171186B2 - 脆性材料基板の割断装置および割断方法 - Google Patents
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その主たる原因は、脆性材料の属性に依拠するものと考えられる。即ち、例えば、カッターホイールでガラス基板をスクライブする場合、亀裂は板厚の2倍乃至5倍程度の長さに亘って直線的に高速で進展し(先走り現象若しくは不安定破壊)、停止する。これは脆性材料の属性の一つである亀裂(割断)が進展し始める際のイニシエーション(initiation)のエネルギーが大きいためと考えられる。例えば円形に割断したい場合でも、実際の割断加工は、スクライブラインが屈曲し易く、滑らかな曲線状の割断を行うことが困難である。脆性材料から形成された板体の割断加工において特に必要なことは、技術的には形状の複雑ないわゆる曲線上の割断が可能なこと、並びに割断時に割断断面およびその近傍にチッピングや微細な損傷割れが伴わないことの二点に集約されると言っても過言ではない。特にチッピングや微細割れは製品の強度を著しく低下させるため、製品強度を保持するためには、加工面の状態を良好に(傷が無く、且つ、滑らかに)保つ必要があるといえる。
より具体的には、押圧箇所とスクライブラインが形成された箇所とが微妙にずれる可能性があり、ワークの表面から垂直クラックが進展する段階での垂直クラックの垂直方向の真直度の点でズレが起こる可能性がある。また、たとえスクライブラインの全長に亘って正確にその反対側から押圧手段でブレイク圧(分断圧)が加えられたとしても、スクライブラインの左右で機械的(物理的)な拘束点が存在する為に、左右で微妙に荷重変化にアンバランスが生じ、その結果、左右の荷重の釣り合った新たな箇所を起点として垂直クラックが進展していく関係で真直度の優れた垂直クラックの形成が不可能な状況となる。
「ガラス施工法(上巻)」60乃至61頁(編者:全国板硝子商工協同組合連合会職業訓練法事業委員会、発行者:財団法人職業訓練教材研究会、平成5年2月10日5版発行)
図1(a)は、本発明に係る割断装置の一形態を示す模式的な斜視図であり、図1(b)は、図1(a)におけるA−A線に沿った部分断面図である。加工テーブル1の中央部を縦断するように溝が形成され、この溝の内側には全長に亘って多孔質部材3bが配設され、さらにその下方にキャビティ31および給気孔32が連通するように形成されている。ワーク2は多孔質部材3bを横断するように跨ぐとともにワーク2の割断予定線が多孔質部材3bの上にくるように載置される。
亀裂成長抑制手段4は、亀裂成長手段3と同様に、ワーク2を挟んで、その両側に配置されたノズル4aと、多孔質部材3bとから構成される。ノズル4aはノズル3aよりも加圧面が大きくなるように幅広の口径にしてある。そして、この亀裂成長抑制手段4は、ワーク2の割断予定線に対して、亀裂成長手段3より前方に配置されており、これら亀裂成長手段3および亀裂成長抑制手段4の対によって割断制御装置5が構成されている。
また、この割断装置であれば、現在稼動している設備を僅かに変更するだけで直ちに適用出来るというメリットがある。
ノズル3bから吹き付けられる加圧エアーは、ワーク2の裏面側から表面側に向けて吹付けられる。この加圧エアーの圧力分布は、図3(c)に示すようにノズル3bの中心位置が一番高く、その周囲ほど圧力が低下する。一方、ノズル3a(31a,32a)から吹き付けられる加圧エアーは、ワーク2の表面側から裏面側に向けて吹付けられ、その圧力は、加圧ノズル3bから吹付けられる圧力と同等であることが好ましいが、多少のバラツキは許される。その結果、ワーク2を挟んでその両側の加圧ノズルから吹付けられた加圧エアーによって、初期亀裂21の部分に応力が集中し、ワーク2の亀裂が成長していく。
ワーク2の表面側には、割断制御装置5の一部を構成するアルファベットのU字状、V字状若しくは馬蹄型の中空体ノズル6が取り付けられる。これは図8で開示した中空ノズル6と、構造および機能等が実質的に同じであるので説明を省略する。
一方、割断制御装置5の一部を構成するアルファベットのU字状、V字状若しくは馬蹄型の中空体ノズル6(6a,6b)のうち、部分6bと対向する位置のエアー噴出口83(部分7)を電動式バルブなどによってU字状、V字状若しくは馬蹄型に順次吹き出していく。
エアー噴出口82(82a)とアルファベットのU字状、V字状若しくは馬蹄型の中空体ノズル6の両側端である部分6a,6aから吹き出される加圧エアーによって、ワーク2は下方に弾性変形し亀裂が成長してゆくが、その前方にある亀裂成長抑制手段を構成する中空体ノズル6の部分6bと、同形状のエアー噴出口83によって形成された部分7とから、ワーク2に向けてエアーが吹付けられるので、ワーク2の弾性変形は矯正される。すなわち、このアルファベットのU字状、V字状若しくは馬蹄型の中空体ノズル6を初期亀裂21を始端として割断予定線に沿って加圧エアーをワーク2に向けて吹付けながら移動させると同時に、加工テーブル81に設けられた各エアー噴出口82(82a,83)から、中空体ノズル6の動きに連動させて、適宜に、エアーを吹き出してゆけば真直性、断面品質等に優れた割断面がワーク2に形成される。
ノズル4aは亀裂成長抑制手段4の一部を構成する。加工テーブルの表面は、多孔質部材3bで形成され、一部に吸引孔11aが形成される。なお、ワーク2の表面側には初期亀裂21が形成されている。
非接触吸引装置33aはワーク2に対向する面の周囲から空気が放出されるため、ワーク2と非接触吸引装置33aとが接触することはない。また、多孔質部材3bから吹き付けられる加圧エアーの方向は、大部分がワーク2に向けて吹付けられるが、ワーク2の水平性及びテーブルからの吹き上げ高さ等を保持するため、一部吸引するように設定しておくのが好ましい(図13(b),(c)の矢印の方向によりエアーの吹き付け、吸引を示した)。なお、亀裂成長抑制手段4についての説明は、これまでの実施形態(図1参照)と略同一なので、説明は省略する。
図15(a)は他の実施形態である模式的な平面図であり、図15(b),(c),(d)及び(e)は、要部の断面図である。図15(b)と図15(c)の違いは、傾斜または抜き勾配の方向の違いである。そして、図15(b)と図15(d)、図15(c)と図15(e)は、夫々対応関係にある。ノズル3a(31a,32a)とノズル3bとは、亀裂成長手段3を構成し、その構造、機能は図5(a)に開示したものと同一なので、相違点についてのみ説明する。
先ず、下方基板GDに初期亀裂21が形成され、そこから割断する場合について説明する。本実施形態における亀裂成長手段3ついて説明すると、下方基板GDに形成された初期亀裂21を挟んで、その左右両側にノズル31b,32bが配設されており、一方、上方基板GU側には初期亀裂21と対向する位置であって、その左右両側にノズル31a,32aを配設する。
ここで注意しなければならないのは、4点曲げ(JIS R1621)の観点から、ノズル31bと32bとの距離(スパン)が、ノズル31aと32aとで形成される距離(スパン)より長く(広く)位置されていなければならないということである。かかる状態で各ノズルからワーク2に向けてエアーを吹き出すと、図21(d)のように初期亀裂21から上方に湾曲変形し、亀裂が成長していくことになるが、亀裂成長抑制手段4(4a,4b)が亀裂成長手段3の前方に配設されているので、弾性変形が矯正され、亀裂が先走りすることなく下方基板GDが初期亀裂21から割断予定線に沿って割断される。
一方、上方基板GUに形成された初期亀裂21aから割断予定線に沿って割断する場合は、図21(a)と同様なノズルの位置関係に配設すれば(図22参照)、初期亀裂21aを始端として割断予定線に沿って(図面の後方に向けて)亀裂は成長し、割断されていくが、亀裂成長抑制手段4がその前方に配設されているので、先走り現象は起こらず、上方基板は割断される。
この実施形態の特徴は、ノズルの位置を自由に変えられるので、液晶表示パネル用基板の大小にかかわらず割断することが出来る。また、この装置を用いれば、ブレイク(分断)するのにワーク2を反転する必要がなく、生産効率の向上に大いに寄与する。
図23(d)は、割断装置の正面から見た模式的な要部の断面図である。本実施形態は、上方基板GUおよび下方基板GDに近接させて多孔質部材3bを夫々配設するのだが、その多孔質部材3bには吸引孔33bを設けておき、各多孔質部材3bから各基板に向けて吹付けられる加圧力Prと多孔質部材3bに設けた吸引孔33bから各基板を吸引する(上方基板は上方へ、下方基板は下方へ)吸引圧力Abとのバランスによって、ワーク2を多孔質部材3b−3b間に浮上させながら加工するものである。より具体的には下方基板GDに初期亀裂21が形成されており、これに近接し、かつ対向する位置に非接触吸引装置33aが配設される。通常は、図23(b)の方法で割断するのだが、そのためにはワーク2を反転しなければならない。本実施形態では、この反転作業を省略することができる。即ち、非接触吸引装置33aを下方基板GD側だけでなく、上方基板GU側にも移動可能な状態で配設する。それと同時に多孔質部材3bも移動可能にしておくことによって、ワーク2を反転することなく割断が可能になる。
割断の作用は、図23(a),(b)の場合と実質的に同一なので、説明は省略する。なお、亀裂成長抑制手段は図示していないが、非接触吸引装置33aの前方に配設されていることは言うまでもないことである。
2 ワーク
3 亀裂成長手段
3a ノズル
3b 多孔質部材
3c 吸気孔
4 亀裂成長抑制手段
4a,4b ノズル
5 割断制御装置
6 中空体ノズル
7 中空体ノズル
8 レーザビーム
8a レーザ照射領域
11 位置決めピン
11a 吸引孔
21 初期亀裂
31a,32a ノズル
33a 非接触吸引装置
70 マット
71 エアーノズル
72 押し当て機構
81 加工テーブル
82,83 エアー噴出口
Claims (9)
- 少なくとも切り欠き若しくは初期亀裂が形成された脆性材料基板の割断装置であって、
前記切り欠き若しくは初期亀裂を始端とし、他端を終端とする割断予定線の近傍が固定されていない自由支持状態になるように前記脆性材料基板が載置される加工テーブルと、
前記脆性材料基板の表裏面のうち、切り欠き若しくは初期亀裂を形成していない側の面の前記割断予定線上に局所的に加圧流体を吹き付けて、または、切り欠き若しくは初期亀裂を形成した側の面の前記割断予定線上に局所的に負圧を生じさせて、前記加圧流体が押圧する加圧点または負圧が作用する負圧点を中心として前記脆性材料基板を非接触状態で弾性変形させる亀裂成長手段、および、前記割断予定線の方向に沿って前記亀裂成長手段よりも前方位置に配置され、当該亀裂成長手段により発生される当該割断予定線前方位置での弾性変形を、当該前方位置への表裏両側からの加圧流体の吹き付けにより、または、当該前方位置への局所加熱で生じさせる圧縮応力によって非接触状態で矯正する亀裂成長抑制手段からなる割断制御装置とを備え、
前記割断制御装置を前記脆性材料基板と非接触状態に保持しつつ、前記脆性材料基板の切り欠き若しくは初期亀裂から割断予定線に沿って移動させることを特徴とする脆性材料基板の割断装置。 - 前記割断制御装置を構成する前記亀裂成長手段を前記亀裂成長抑制手段に追随させて移動させることを特徴とする請求項1に記載の脆性材料基板の割断装置。
- 前記亀裂成長手段が、前記脆性材料基板の切り欠き若しくは初期亀裂を形成していない側の面から前記割断予定線上に加圧流体を吹き付ける吹き付けノズルを有することを特徴とする請求項1に記載の脆性材料基板の割断装置。
- 前記亀裂成長手段が、前記脆性材料基板の切り欠き若しくは初期亀裂を形成した側の面から前記割断予定線を挟んでその両側に局所的に加圧流体を吹き付ける吹き付けノズルをさらに有することを特徴とする請求項3に記載の脆性材料基板の割断装置。
- 前記脆性材料基板の切り欠き若しくは初期亀裂を形成した側の面から前記割断予定線の両側に加圧流体を吹き付ける吹き付けノズルは、前記割断予定線に対して非対称な位置に加圧流体を吹き付けるように構成されることを特徴とする請求項4に記載の脆性材料基板の割断装置。
- 前記亀裂成長手段が、前記脆性材料基板の切り欠き若しくは初期亀裂を形成した側の面から前記割断予定線上に対向するように配置され負圧を生じさせる吸引ノズルを有することを特徴とする請求項1に記載の脆性材料基板の割断装置。
- 前記亀裂成長抑制手段が、前記脆性材料基板の表裏両側から割断予定線上に加圧流体を吹き付けて前記前方位置での弾性変形を矯正する吹き付け装置であり、少なくとも表裏両側のいずれか一方には吹き付けノズルを備えることを特徴とする請求項1に記載の脆性材料基板の割断装置。
- 前記亀裂成長抑制手段が、前記脆性材料基板の表面または裏面の少なくとも一方の面から、割断予定線上を、クラックを発生させないエネルギー密度のレーザ照射により局所的に加熱して圧縮応力を生じさせる加熱装置であることを特徴とする請求項1に記載の脆性材料の割断装置。
- 少なくとも切り欠き若しくは初期亀裂が形成された脆性材料基板を割断する方法であって、前記切り欠き若しくは初期亀裂を始端とし、他端を終端とする割断予定線の近傍が固定されていない自由支持状態になるように脆性材料基板を保持した状態で、
前記脆性材料基板の表裏面のうち、切り欠き若しくは初期亀裂を形成していない側の面の前記割断予定線上に局所的に加圧流体を吹き付けて、または、切り欠き若しくは初期亀裂を形成した側の面の前記割断予定線上に局所的に負圧を生じさせて、前記加圧流体が押圧する加圧点または負圧が作用する負圧点を中心として、前記脆性材料基板を非接触状態で弾性変形させる亀裂成長加工を行うとともに、
前記割断予定線の方向に沿って前記亀裂成長加工を行う部位よりも前方位置において、当該亀裂成長加工で生じた弾性変形を当該割断予定線前方位置での当該前方位置への表裏両側からの加圧流体の吹き付けによって、または、当該前方位置への局所加熱で生じさせる圧縮圧力によって非接触状態で矯正する亀裂成長抑制加工を行う割断制御を行い、
当該割断制御を前記始端から割断予定線に沿って前記終端に向けて移動しながら行うことを特徴とする脆性材料基板の割断方法。
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