JP5201774B2 - 移動中の脆性材料シートから板を分離する装置および方法 - Google Patents

移動中の脆性材料シートから板を分離する装置および方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はガラスの製造、特にエッジ(edge)すなわち端縁の接触によるガラス片の過剰発生およびそれにより生じる損傷なく移動中のガラスリボンからガラス板を分離する問題に関する。
【0002】
さらに全般的に、本発明は移動中の任意の脆性材料のリボンからその材料の板(シート片)を分離することに関する。しかし、説明を容易にするため、次の議論はガラス製造に関し、請求項に限定されている本発明は、脆性材料がガラスであると指定している請求項以外はそのように限定されないと理解される。
【0003】
【従来の技術】
液晶ディスプレイや類似の装置の製造において基板として使用されているような特殊ガラスは表面傷について過酷な規格を持っている。このような表面傷の一つの原因は移動中のガラスリボンからガラス板を分離するときに発生するガラスチップである。
【0004】
従来、このような分離は次の作業工程を使用して手動で実施されてきた。第1工程では、自動式スクライブ(scribe)/移動式アンビル(anvil )装置を使用してガラスリボンに分離線(スコアライン)が形成された。つぎに作業員がスコアラインの下でガラスに真空カップ列を取り付け、ガラスに曲げモーメントを作用させてガラスをスコアラインで割り、かくして希望のガラス板を作った。この割り作業で移動中のリボンに新たに前縁が形成され、且つガラス板に新たに後縁が形成された。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
これらの新たにできた前縁と後縁の損傷を無くすため、作業員は進行してくるリボンの前縁からガラス板を素早く移動させる努力をしてきた。このことは明らかに容易にはできなかった。その理由は、とりわけ、進行してくるリボンからガラス板が分離される毎に、そのガラス板に同一の曲げモーメントを作用させることが困難であったからである。曲げモーメントが同一でなく違ってくると分離の度毎にガラス板に異なるオリエンテーション(向き)が生じ、このことがエッジ(端縁)を接触させないことを一層困難にした。また、曲げモーメントが違ってくると、エッジ(端縁)の接触に関係なく割れの特質すなわち割れの良否が影響を受ける。さらに、曲げモーメントが同一であっても、各ガラス板はそれぞれ異なる角度で分離し得るので、エッジ(端縁)接触の防止がなお一層困難になる。
【0006】
その結果、高熟練の作業員のみがガラス板の分離作業を完遂することができ、このような作業員でもエッジ(端縁)の接触と割れの特質の変動が不良品のガラス板を発生させた。
【0007】
【課題を解決するための手段】
以上の観点において、本発明の目的は、移動中の脆性材料のリボンから脆性材料の板を分離するときにエッジすなわち端縁の接触問題を解決できる方法および装置を提供することにある。また、本発明の目的は、移動中の脆性材料のリボンから脆性材料の板を分離するため脆性材料の板に均一な曲げモーメントを繰り返し作用させるための方法および装置を提供することにある。
【0008】
これらの目的およびその他の目的を達成するため、本発明により、移動中の脆性材料シート13から分離線47に沿って脆性材料板11を分離する装置において、該シートおよび板の幅がWであり、前記板の分離時の長さがLであり、前記シートの移動がベクトル
【数7】
で表示され、
(a)分離される板の長さLと幅Wにより画成される区域内で前記移動中のシートに解放自在に係合するようになった板(シート片)係合装置(保持装置)15と、
(b)前記保持装置を前記移動中のシートに係合させ且つ前記保持装置を前記分離線と実質的に一致する軸線を中心にして回転させ、この回転により板をシートから分離させるようになったトランスポータ29と、
(c)前記板を移動中のシートから分離するとき前記保持装置が前記トランスポータに相対的に移動し、前記板の分離後に板とシートが互いに接触しないよう前記保持装置と前記トランスポータを連結するコネクター装置31と、
を含むことを特徴とする移動中の脆性材料シートから板を分離する装置が提供される。
【0009】
別の態様において、本発明により、
移動中の脆性材料シート13から分離線47に沿って脆性材料板11を分離する方法において、該シートおよび板の幅がWであり、前記板の分離時の長さがLであり、前記シートの移動がベクトル
【数8】
で表示され、
(a)分離される板の長さLと幅Wにより画成される区域内で前記移動中のシート13に解放自在に係合する工程と、
(b)分離される板を、前記分離線と実質的に一致する軸線を中心にして回転させ、この回転により板をシートから分離させる工程と、
(c)分離後に板とシートが接触しないようにするため、動力(すなわち、唯一の動力)として重力を使用して受動的に、または動力として水圧力、機械的スプリング力、空気圧力、真空圧の内の少なくとも一つを、単独にまたは重力と組み合わせて使用して能動的に、分離した板を移動中のシートに相対的に移動させる工程と、
を含むことを特徴とする移動中の脆性材料シートから板を分離する方法が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の作動原理を示す。図1に示すように、板係合装置15が脆性材料からなる移動中のリボン13と係合させられている。矢印51で示すように、板係合装置と脆性材料のリボンの両者が該図面において同一方向に同一速度で、すなわち、同一のベクトル速度を持って移動中である。この図1に示すように、スコアライン47が脆性材料に形成され、且つスコアライン47のまわりに曲げモーメントを加えられるような位置にストップ49が存在する。分離線すなわちスコアラインはベクトル
【数9】
に対して実質的に垂直であり、且つ分離されるべき板の長さLを画成している。このスコアラインは後述する形式のスコアリング装置21や従来公知の他のスコアリング装置により形成することができる。
【0011】
矢印53と矢印55は、本発明により、(1)板をリボンから分離させるため、(2)分離されたとき直ちに板をリボンから遠ざけるため、に作用される力をそれぞれ表している。
【0012】
特に、矢印53は板係合装置により板に加えられ、板をスコアラインにおいてリボンから分離させる曲げモーメントを表す。図1から理解できるように、この曲げモーメントは板係合装置をスコアライン47の周囲に回転させることにより加えられる。このように理論的な曲げモーメントがスコアラインに加えられることにより、スコアラインが開き、シートを貫通する。詳細に後述するように、コネクター31を通じて作用するトランスポータ29がこの回転作用を作り出す(図4、5参照)。
【0013】
矢印55は分離された板を、進行中のリボンから遠ざけるための力を示す。この力は能動的力や受動的力またはこれら両者の組合せである。図1は水平方向におけるシステムを示し、この場合の力は、能動的力、例えば水圧力、機械的スプリング力、空気圧、真空圧などである必要がある。垂直方向システムでは板が重力によりリボンから受動的に遠ざかることができる。
【0014】
力55は、板係合装置15とトランスポータ29とコネクター装置31の協動により、分離された板に作用する(例えば、図5、12参照)。能動的システムの場合、コネクター装置31が板係合装置および分離された板の組合せと、トランスポータとの間に相対的移動を発生させる。このような能動的力は、例えばコネクター装置や、トランスポータや、設備やそのハウジングの他の部品、に取り付けられた空気圧シリンダーのような力発生機により発生することができる。動力として重力を使用する受動的システムの場合、コネクター装置は板係合装置および分離された板の組合せをトランスポータに相対的に調整「下降」させ、板を進行中のリボンから遠ざける。
【0015】
曲げモーメント53を作用させることにより、スコアライン47を中心にした板の回転が生じ、その結果、力55が進行中のリボンの前縁から板を遠ざける機能を遂行するとき、最早、力55は速度ベクトル51に平行でなくなることに注意すべきである。例えば、ガラスシートの厚さの10%以下の深さのスコアーラインを備えた約0.7mm厚さの代表的な液晶ディスプレイガラスにおいて、分離は通常ゼロより大きく約10度を越えない角度で起こる。しかし、必要なことは力55が、板をリボンの前縁から遠ざけるため十分なベクトル51の方向の成分(分力)を有することであり、力55がベクトル51に平行となる必要はない。
【0016】
本発明の付加的な特徴と効果は次の詳細な記載に述べられており、且つ一部は当業者によりその記載から容易に明らかとなり、または本発明をここに記載されたように実施することにより理解される。
【0017】
上述したように、本発明は移動中のガラスリボンからガラス板を分離するとき、該ガラスリボンに新たに形成された前縁をガラス板の新たに形成された後縁と接触させずに分離作業を行うことに関する。また、本発明はリボンから形成された板の破断形状の変動を最小限にするため、脆性材料からなる板に均一な曲げモーメントを繰り返し作用させることに関する。
【0018】
図2−図11はこのような板を本発明により形成する代表的な工程順序を示す。これらの各図面において、参照番号41はガラス製造ライン、例えば液晶ディスプレイ(LCD)ガラスのオーバフロー・ダウンドロー(overflow downdraw )ガラス製造ラインを表示し、参照番号43は板搬送システムを表示し、該搬送システム43は分離された板を例えばエッジング(edging)ステーションや検査ステーション等の爾後の製造工程に移動させるための板グリッパ45を含んでいる。
【0019】
図2はアンビル23とスクライブ25とスクライブ搬送器27とを含むスコアリング装置21にガラスリボン13が進入して作業開始状態の全システムを示す。通常、スコアリング装置21は、なるべく、移動式スクライブ/移動式アンビル型であるが、必要に応じその他の形式のスコアリングシステム、例えばレーザ式システムを使用することもできる。
【0020】
図3はガラスリボン13をスコアリング装置21からガラス板係合装置15の区域にさらに前進させるのを示す。ガラス板係合装置15はガラス板係合部材19を担持するフレーム17を有する。図13はフレーム17の好適な形状を示す。図13に示すように、フレーム17の4隅に4個のガラス板係合部材19が展開され、フレーム17の幅W’と長さL’はガラス板11の幅Wと長さLより小さい。ガラス板係合部材19はなるべく柔らかい真空吸引カップであるが、ガラス板と係合するその他の装置、例えばクランプを必要に応じ使用することができる。必要に応じ4個以上または以下のガラス板係合部材を使用することができる。
【0021】
ガラス板係合装置15はコネクター装置31を通じてトランスポータ29により担持されている。トランスポータ29はガラス板係合装置15とコネクター装置31に直線運動57(図12)と回転運動59(図12)を与えるための工業ロボットおよび/または固定式オートメイションである。上述したように、図2−11の受動的重力式実施形態において、一旦分離が起きた場合、コネクター装置31はガラス板係合装置15と分離されたガラス板との組合体に対し、トランスポータ29に、したがって、リボン13の前縁に、相対的な制御された「下降」を行わせる重要な機能を果たす。
【0022】
図12はコネクター装置31の好適な構造を示す。図12に示すように、コネクター装置31はフレーム17に取付けられた連結部材33と、トランスポータ29に取付けられた連結部材35を有する。連結部材33と連結部材35は、1対の線状軸受37aと相手の1対の線状支持レール37bまたはガイド37b(図12にそれら37aと37bの各1個が略示されている)を含む線状軸受装置37(または線状軸受ブロック37)により連結されている。
【0023】
線状軸受装置37はフレーム17の運動を、線状レール37bにより形成される軸線(この軸線はスコアライン47にほぼ垂直である)に制限する。線状軸受装置37はトランスポータ29と共に回転するので、ガラス板の角度の変動に関係なく、分離の瞬間に線状軸受装置37はガラス板の角度に沿って自動的に移動できるようになる。本発明を実施するに際し、フレーム17に希望の運動を行わせる別の構造を使用してもよい。この別の構造として、図1で説明した受動的システムも含まれる。一般に、このような構造は線状ガイド型または線状軸型であるが、希望に応じて別の形式の運動、例えば円弧に沿った運動も使用できる。
【0024】
図12は線状軸受37aを線状レール37bに沿って下部位置(第2位置)から上部位置(第1位置)へ移動させるため使用されているリセット装置39を示す。このリセット装置39は例えば空気圧シリンダーである。勿論、線状軸受37aを線状レール37bに沿って移動させる別の装置を必要に応じ使用してもよい。例えば、水圧式動力システムや機械式連結具を駆動する電気モータ等である。リセット装置39は、ガラス板係合装置15の位置をリセットすなわち再調整することに加えて、ガラス板係合装置15および分離されたガラス板の下降を制限することもできる。実際問題として、凡そ半インチ(12.7mm)ないし1インチ(25.4mm)の「下降」が端縁接触問題を解決するのに十分であると判明した。
【0025】
能動的分離が望ましい場合、単に連結部材33を重力で下降させるのでなく、リセット装置39が連結部材33を引き上げることができる。例えば、受動的分離が望ましく且つリセット装置として空気圧シリンダーが使用される場合、ガラス板係合装置15がガラスシートに一旦係合したら、空気圧シリンダーの空気圧を放出しさえすればよい。これに反して、完全な能動的分離や一部能動的分離が望ましい場合、シリンダーの空気圧を単に放出することなく、分離が一旦起こったら、シリンダーに真空を作用させてガラス板を能動的にリボンから引き離すようにする。
【0026】
リセット装置はガラス板係合装置の位置について全制御装置(図示せず)に情報を提供する近接スイッチまたは類似の装置を有する。特に、ガラス板係合装置15がトランスポータ29に相対的に下方に移動した情報は、ガラス板がリボンから分離したことを意味するので、トランスポータ29の回転を止めさせる信号として使用される。
【0027】
図2−11の順番に戻ると、図4はスクライブ25によりガラスリボン13に分離線47を形成したことを示している。また、図4に示すようにガラス板係合部材19がガラスシートと係合したことを示している。この係合はシートがスコアーされる(切れ目すなわちスコアラインをつけるスコアリング作業)前または後のいずれかで起きる。この係合作業はガラス板係合部材を、シートが過度の移動をしないよう真空吸引カップのような十分に柔らかい係合部材と組み合わせて、堅固に配置することにより実施することができる。
【0028】
シートがスコアラインの形成後に係合される場合は、この係合によりスコアラインの周りに曲げモーメントを発生させるべきでない。この曲げモーメントはガラス板をシートから時期尚早に分離させる。すなわち、係合はガラスの平面を保持しながら実施される必要がある。係合時の曲げモーメントの縮小は、最上部のガラス板係合部材とスコアラインとの間の間隔を調整することにより行われる。実際問題として、150mmの間隔で0.7mmないし1.1mmのLCDガラスを成功裏に加工することが判明した。勿論、必要に応じ、その他の距離を使用することもできる。
【0029】
完全な能動的システムにおいて、ガラス板係合装置15がガラス板とスコアリングの前に係合するか、またはスコアリングの後に係合するかにかかわらず、ガラス板係合装置15は、リボンからガラス板を分離する曲げモーメントが加えられる前にガラス板に取り付けられねばならない。ガラスの平面が維持されている限り、リボン13はスコアーされた時でさえも相当の重量を支持することができる。ガラスに引張力/圧縮力のグラジェント(gradient)を発生させる曲げモーメントの作用によりスコアラインが開き且つシートを貫通させられると、シートのみがその強度を失う。
【0030】
図5は曲げモーメントの作用を示す。図5に示すように、曲げモーメントはアンビル23を回転中心として使用し、シートの裏側(スコアーされていない面)の付近に作用される。分離すると直ちに、線状軸受37aが線状レール37bに沿って下方に滑り(図12)、かくして、分離されたガラス板の後縁を進行中のリボン13の前縁から自動的に遠ざける。このようにして、目的とする端縁損傷の減少が本発明により達成される。
【0031】
図6−9は分離したガラス板を、図5の分離の位置から、ガラス板搬送システム43のガラス板クリッパー45がガラス板に係合する位置へ、移動する状態を示す。上述したように、ガラス板搬送システム43は分離したガラス板をガラス製造設備の別の処理ステーションに移動させる。リボン13の続行前進とスコアリング装置21のリセッチング(再調整)も図6−9に示されている。
【0032】
図10、11は1サイクル中の最終工程、すなわち、トランスポータ29とこれに共同するガラス板係合装置15およびコネクター装置31がリボン13の近くの位置に復帰するのを示す。その後、作業が繰り返され、各ガラス板はリボン13から確実に分離され且つリボンの端縁とガラス板の端縁との間を接触損傷させることなくガラス板搬送システム43に配送される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作動原理を説明する略図
【図2】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図3】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図4】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図5】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図6】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図7】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図8】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図9】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図10】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図11】本発明により移動中のリボンからガラス板を分離する連続工程の一部を説明する略図
【図12】本発明のコネクター装置の構成要素を説明する略図
【図13】本発明のガラス板係合装置の構成要素を説明する略図
【符号の説明】
11 ガラス板
13 ガラスリボン
15 ガラス板係合装置
17 フレーム
19 ガラス板係合部材
21 スコアリング装置
23 アンビル
25 スクライブ
27 スクライブ搬送器
29 トランスポータ
31 コネクター装置
33 連結部材
35 連結部材
37 線状軸受装置
37a 線状軸受
37b 線状レール
39 リセット装置
41 ガラス製造ライン
43 ガラス板搬送システム
45 ガラス板クリッパー
47 分離線またはスコアライン
49 ストップ
53 曲げモーメントの矢印
55 力
57 トランスポータの直線運動
59 トランスポータの回転運動

Claims (19)

  1. 連続的に移動する脆性材料のシートから分離線に沿って前記脆性材料のシート片を分離する装置において、
    (a)分離される前記シート片の長さと幅により画成される区域内で前記移動中のシートを着脱自在に保持する保持装置と、
    (b)前記保持装置を移動させて、連続して移動する前記シートを保持させ且つ前記保持装置を前記分離線と実質的に一致する軸線のまわりに曲げモーメントを加えられるように該軸線を中心にして、分離すべき前記シート片により画成される前記シートの領域を回転させ、この回転により前記シートを折り曲げて割ることにより前記シート片を連続的に移動する前記シートから分離させるトランスポータと、
    (c)前記保持装置と前記トランスポータを連結し、前記シート片を連続的に移動するシートから分離するとき前記保持装置を前記トランスポータに対し該シートから離れるように相対的に移動させて前記シート片の分離後に該シート片と前記シートが互いに接触することを妨げるコネクター装置と、
    を含むことを特徴とする装置。
  2. 前記保持装置が複数個の真空吸引カップを有することを特徴とする請求項1に記載の装置。
  3. 前記トランスポータが工業用ロボットを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
  4. 前記保持装置が重力により前記トランスポータに対し相対的に移動することを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の装置。
  5. 前記シートの移動方向が実質的に鉛直下方であることを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の装置。
  6. 前記保持装置が該保持装置に加えられる力により前記トランスポータに対し相対的に移動することを特徴とする請求項1から5いずれか1項に記載の装置。
  7. 前記シート片の分離時に前記保持装置が該保持装置に加えられる力により、および重力により前記トランスポータに対し相対的に移動することを特徴とする請求項1から6いずれか1項に記載の装置。
  8. (a)前記シート片の分離時に前記保持装置が第1位置から第2位置へ移動し、(b)前記保持装置を前記第1位置に戻すためのリセット装置を有することを特徴とする請求項1から7いずれか1項に記載の装置。
  9. 前記リセット装置が空気圧式であることを特徴とする請求項8に記載の装置。
  10. 前記脆性材料がガラスであることを特徴とする請求項1から9いずれか1項に記載の装置。
  11. 移動中の脆性材料のシートから分離線に沿って前記脆性材料のシート片を分離する方法において、
    (a)分離されるべき前記シート片の長さと幅により画成される区域内で前記移動中のシートを着脱自在に保持する工程と、
    (b)分離されるべき前記シート片を、前記分離線と実質的に一致する軸線のまわりに曲げモーメントを加えられるように該軸線を中心にして回転させ、この回転により前記シートを折り曲げて割ることにより前記シート片を前記シートから分離させる工程と、
    (c)重力を動力として使用し、分離した前記シート片を前記移動中のシートに対し該シートから離れるように相対的に移動させ、分離後に前記シート片と前記シートを互いに接触させないようにする工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
  12. 前記シートの移動方向が実質的に鉛直下方であることを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. 解放自在の係合が真空係合であることを特徴とする請求項11または12に記載の方法。
  14. 前記脆性材料がガラスであることを特徴とする請求項11から13いずれか1項に記載の方法。
  15. 移動中の脆性材料のシートから分離線に沿って前記脆性材料のシート片を分離する方法において、
    (a)分離されるべきシート片の長さと幅により画成される区域内で前記移動中のシートを着脱自在に保持する工程と、
    (b)分離されるべき前記シート片を、前記分離線と実質的に一致する軸線のまわりに曲げモーメントを加えられるように該軸線を中心にして回転させ、この回転により前記シートを折り曲げて割ることにより前記シート片を前記シートから分離させる工程と、
    (c)分離後に前記シート片と前記シートが接触しないようにするため、分離した前記板シート片を前記移動中のシートに対し該シートから離れるように相対的に移動させ、該移動に水圧力、機械的スプリング力、空気圧力、真空圧の中の少なくとも一つを動力として使用する工程と、
    を含むことを特徴とする方法。
  16. 前記動力の1部分が重力によることを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 前記シートの移動方向が実質的に鉛直下方であることを特徴とする請求項15または16に記載の方法。
  18. 解放自在係合が真空圧係合であることを特徴とする請求項15から17いずれか1項に記載の方法。
  19. 前記脆性材料がガラスであることを特徴とする請求項15から18いずれか1項に記載の方法。
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