JP5328900B2 - クリーンルーム環境下において、ガラス板のエッジを自動で研磨する装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、クリーンルーム環境下において、ガラス板のエッジを自動で研磨する装置及び方法に関する。

多くの場合において、近代的なガラスファサードは、単に構造体の機能要素としてだけではなく、次第にソーラエネルギを生み出す役割も果たすようになってきている。仕立てられたソーラモジュールは、ビルの格子や外観に適切に調和し得る。半透明なソーラセル（透明領域を有する不透明なソーラセルも含む）は、光起電性ガラスが光に満ち溢れているかのように見えさせる。ここで、ソーラセルは、しばしば太陽やまぶしい光に対する望ましい保護効果も担っている。

そのような光起電性システムの生産は、主に半導体や集積電子回路の生産に一般的とされる操作条件を必要とする。また、光起電性システムの生産では、これらのいわゆるクリーンルーム環境において、大きな表面領域を有する衝撃に敏感なガラス板を取り扱う必要がある。

そのようなガラス板の安全な取り扱いのため、ガラスを必要な形に切断する際に生じる鋭いエッジを取り除き、そしてそのエッジを研磨する必要がある。

この目的のため、旧東独国特許公報１２９７５１ＰＳは、ガラス板のエッジを処理する機器のための真空保持装置を開示している。

この保持装置は、付随する真空制御を利用したガラス板の保持及び解放に要する時間及び労力を減らすことを目的としている。

この目的を達成するため、前記文献は、円形及び楕円形ガラス板のエッジを研磨及び磨く機械に利用される真空保持装置について記述している。ここで、この真空保持装置は、圧縮空気供給装置が真空保持機器に接続されていることを特徴としており、真空ラインを介して遮断弁を備えたラインにより保持プレートへと接続され、そして一時的にしか開弁しない遮断弁を含むラインを介して真空ラインを遮断する電磁弁へと接続される。更に、接触マノメータが、真空ラインに接続されており、最低圧力に達した時点でシーケンス制御を開始する。

ガラス板のエッジを加工する目的のためにガラス板の保持及び解放に真空制御を利用する点は別にして、前記文献は、ガラス板のエッジの自動研磨に関しては何ら示唆を与えていない。

更に、独国特許公報８５０３９１４Ｕ１は、外形が環状の研磨輪を使用する際に、環状研磨輪ユニット間に必要とされる操作距離を、何ら問題を引き起こすことなく迅速かつ確実に設定することができるよう設計されたエッジ研磨機を開示している。

これは、環状研磨輪ユニット間の距離が、環状研磨輪ユニットの移動経路中を移動することができるエンドストップにより固定されることにより達成される。ここで、各々の環状研磨輪ユニットには複数のエンドストップが割り当てられ、それぞれの場合において１つのエンドストップが環状研磨輪ユニットの移動経路中に配置される。

この配置は、あらかじめ決められたエンドストップを移動させるだけで対応する環状研磨輪ユニットを所定の位置まで移動させることができるため、スキルや特別なケアを必要とすることなく環状研磨輪ユニット間の距離を変更することができるという利点を有する。

前記文献は、操作を簡便にするものの、ガラス板のエッジを自動で研磨するシステムについては何ら示唆していない。

更に、独国特許公報３２３１８９５Ａ１は、シート状ワークピース（特に、ガラス板）のエッジを面取りする機械を開示している。この機械では、ワークピースと配列された研磨輪との間の相対運動の間に、この配列された研磨輪が、ワークピースの少なくとも１つのエッジを研磨する。

この機械の場合、面取りされたエッジの品質は、先行技術の機械では明らかに認められる研磨トラックを減らした効果に匹敵するぐらい改善されるべきである。

この目的のため、独国特許公報３２３１８９５Ａ１では、配列された研磨輪は、少なくとも１つの環状研磨輪、好ましくは２つの隣接するエッジを同時に研磨するために２つの環状研磨輪を備え、そしてこの環状研磨輪の回転軸は、研磨の際に研磨されるエッジに対して実質平行となるように配置される。

この機械も、ガラス板のエッジを自動で研磨する目的には適していない。

更に、米国特許公報２００３／０１８１１４５Ａ１は、セパレートドライブにより研磨輪に沿って移動されるガラス板のエッジを研磨する装置を開示している。この文献においては、研磨輪と移動しているガラス板のエッジとの間で、あらかじめ決められた一定接触圧が有効となるように、圧力サブアセンブリが利用される。研磨操作の際に生じる廃棄物は破棄される。しかしながら、この既知の装置は、クリーンルームに必要とされる純度を満たさないため適切ではない。

安全ガラス板上のプラスチックラミネーションの突き出たエッジを除去するために利用される、米国特許公報６０９９３８５に記載された部分的に類似した装置では、研磨輪の摩耗を監視する装置が更に設けられる。この装置は、研磨される製品と研磨輪との間の接触圧を一定に維持し、増大した回転スピードによる摩耗によって引き起こされる研磨輪直径の減少を補うために利用される。この文献で与えられる排出装置は、研磨されるプラスチックラミネーションから大雑把にプラスチック断片を除去する際に用いられる。この装置は、クリーンルーム環境下におけるガラス板のエッジ研磨には適していない。

更なる類似したシステム設計は、欧州特許公報１４９１２８８Ａ１でも見られる。この文献は、ロボットハンドを利用して、研磨輪に沿ってガラス板をガイドする特定の方法について記述している。その結果、得られる面取り正確性は増加すべきであり、処理時間は減少すべきである。この文献は、特にクリーンルーム条件下において、どのように研磨塵を除去するかに関して何ら言及していない。

従って、上記の先行技術では、クリーンルームにおいてガラス板のエッジを研磨するシステムに必要とされる特別事項に関して考慮されていない。

そこで、本発明は、クリーンルーム環境下において、低コストで迅速かつ確実にガラス板のエッジを自動で研磨することができる装置及び方法を提供することを目的とする。

この目的は、請求項１に記載された特徴を備えた装置、及び請求項５に記載された対応する方法により達成される。

以下において、本発明は図面を参照して詳述される。

生産ライン領域における使用中の装置の全体斜視図。 上記装置を構成する吸引フレームの斜視図。 生産ライン外側から見た使用中の上記装置の全体斜視図。 上記装置を構成する排出システムの断面図。 上記装置を構成する排出システムの筺体の断面図。

図１は、生産ラインにおける使用中の装置の全体概観図を示す。

ここでは、生産ラインは、左側及び右側部分に見られるローラコンベヤ（８）とされる。静止したガラス板（１１）が、ローラコンベヤ（８）の左側部分に描かれている。同様に、互いに積み重ねられた複数のガラス板（１１）から構成されるレシーバスタック（１２）が、ローラコンベヤ（８）の左側領域に示されている。これは、ガラス板（１１）の供給手段として、ローラコンベヤ（８）から構成される生産ラインを選択することも可能であるし、レシーバスタック（１２）から加工すべきガラス板（１１）を得ることも可能であることを示すためである。図１の例では、本発明に係る研磨装置の本質部分を成すベースフレーム（１）が、生産ラインの通路に挿入されている。

多軸ロボット（２）のアーム（後ろに図示されている）は、その末端に矩形の吸引フレーム（９）を備え、吸引フレーム（９）は、その四隅と、その長手方向両側部中央に四角形の吸引ユニット（１０）を備える。

このタイプの吸引ユニット（１０）は、その形状によりガラス板のような角のある構造に適合する。吸引ユニット（１０）は、コンパクトで、非常に強い吸引力を持っている。受け入れたガラス板（１１）を吸引により保持するために必要な吸気を生み出し、制御し、そして分配するシステムは、図示されていない。この操作に必要とされる吸引ラインは、ロボット（２）のアームのあらゆる想定される動きに追随するものであり、このような吸引ラインの設計は、当業者にとって自明のものである。

ギア機構（５）に連結された研磨ユニットのドライブ（３）が、研磨ユニットのベースフレーム（１）上に見出される。研磨軸（４）は、排出機器の筺体（６）から突出しており、生産ラインに対して直交し、ギア機構（５）と連結されている。

図１において、位置センサ（７）は、定形化された様式で示される円錐の先端に取り付けられている。この位置センサ（７）の高さは、研磨輪（１３）上端の高さと同一とされる。図１において、研磨輪（１３）は、排出機器の筺体（６）中に収容されているため図示されていない。詳細は、図４及び図５を参照されたい。

位置センサ（７）は、研磨輪（１３）により研磨され、そしてロボット（２）により水平に保持されるガラス板（１１）のエッジ高さを決定する。ここで、位置センサ（７）の固定様式は重要ではなく、位置センサ（７）は、加工されるガラスエッジ領域に固定されていればよい。ロボット（２）のアームの位置正確性及びその動きのスピードに関しては、比較的多くが求められる。これは、特に、ロボット（２）が微調整することなくガラス板（１１）を所定の位置まで持ち上げなければならない場合に重要となる。

好ましい実施形態においては、ガラス板（１１）の正確な位置を決定する更なる位置センサ（７）が利用されることにより、ガラス板（１１）の位置正確性及び／又はその配置スピードが向上される。これは、より大型のガラス板（１１）を加工するために、図示されているものよりも大きな吸引フレーム（９）をロボット（２）に装着する場合にも応用することができる。

図２は、展示用に会社のロゴが刻印され、底面に６つの吸引ユニット（１０）が設けられた吸引フレーム（９）を示す。吸引フレーム（９）は、堅牢かつ比較的軽量な材料から構成される。好ましい実施形態においては、ケブラーが吸引フレーム（９）の材料として利用される。吸引ユニット（１０）の操作に必要とされ、真空を供給及び配分するライン、並びにロボット（２）のアームを介して真空を形成及び伝達するラインは、図示されていない。

図３は、生産ラインの外側から見た使用中の装置の全体斜視図を示す。この図では、位置センサ（７）の定型化された配置が特によく分かる。ガラス板（１１）は、研磨輪（１３）により加工される際の配置で図示されている。

図４は、排出機器の断面図を示す。中央の十字印は、研磨軸（４）及び研磨軸（４）により駆動される研磨輪（１３）の中央軸を示す。これらは、排出機器（図示せず）へと連なるメイン排出ダクト（１４）に縁取られた形で同心円状に配置される。

メイン排出ダクト（１４）の中央において、研磨エマルションが、ダクト（１５）を通じて排気された空気の上流から加圧されて供給される。メイン排出ダクト（１４）は、研磨輪（１３）領域まで直接結ばれている。研磨輪（１３）に利用されなかった研磨エマルションは、排出機器により取り込まれ、再びループへと戻される。

図４に示されるシーリングリップ（１７）は、排出機器と排出機器に隣接するクリーンルームとを隔てる境界として機能する。このシーリングリップ（１７）は、研磨操作が行われる領域において、周囲のクリーンルームから可能な限り効率的にガラス板（１１）を封止するために、非常に柔軟性に富んだ延性のある材料から構成される。図４では、研磨されるガラス板（１１）のエッジの通り道が、水平な線で示されている。

図４では、環状排出（１６）が、シーリングリップ（１７）と同心円状の半円として、シーリングリップ（１７）に面して見られる。この環状排出（１６）は、シーリングリップ（１７）に向かうパイプライン領域に、穴、スロット、又はこれらと似た構造体を形成することにより設けられる。

ここで、環状排出（１６）による排出は、メイン排出ダクト（１４）中の空気の流れにより直接起こり得る、又は、空気排出システムと専用接続を持ち、その強度が制御され得る。ここでは、シーリングリップ（１７）から漏れ出した粒子を検知するセンサ（詳細は示さず）からの出力信号が、この制御の参照値として働く。

研磨輪較正機器（１８）は、研磨輪（１３）の状態を検知及び監視する。この研磨輪較正機器（１８）により測定された研磨輪（１３）の全体的な摩耗の程度、及び研磨輪（１３）表面における接触パターンの不規則性は随時検知され、既知の許容値と比較される。その結果、損傷した研磨輪（１３）を適宜交換することが可能となり、対象となる生産ラインにおけるコストのかかる損害効果を回避することができる。

図４に示されるメイン排出ダクト（１４）末端領域の半円形状は、単なる例示に過ぎない。この領域は、放物線状、双曲線状、又は矩形状であってもよい。

また、追加で装備され、研磨操作後にガラス板（１１）を綺麗にするクリーニングシステム（図を分かりやすくするため、ここでは図示されていない）が、メイン排出ダクト（１４）の前記末端領域に有益に設けられてもよい。このクリーニングシステムは、２つのクリーニングエレメントを備え、これらのクリーニングエレメントは、それぞれ小さな環状ブラシに似ており、ガラス板（１１）の研磨エッジに対して実質平行に回転できるように配置される。ここで、４５度の面取りエッジが与えられる際には、これらのクリーニングエレメントの回転軸は、互いに直交するように配置され、クリーニングエレメントの回転方向は、研磨粒子がメイン排出ダクト（１４）の方へ搬送されるように定められる。同時に、クリーニング液体の供給強度、及び／又は上述の環状ブラシの回転スピードは、関連する処理パラメータに依存して、ガラス板（１１）の進行速度に従って制御され得る。

図５は、図４の排出機器を略９０度回転させたものを示す。研磨軸（４）に加え、排出機器の筐体（６）、研磨輪（１３）、及びシーリングリップ（１７）が、特によく分かる。

ガラス板（１１）の正確な配置は、更なるラインレーザ又はマーキングを利用して監視され得る（詳細は図示せず）。ここで、ガラス板（１１）の位置は、レーザ及び／又はセンサを用いて監視される。

これにより、本発明によれば、クリーンルーム環境下においてガラス板（１１）をロボット（２）のアームにより極めて正確に移動し、エッジ研磨装置による更なる加工に供することが可能となる。

特定サイズのガラス板（１１）に対応するため、研磨軸（４）は、垂直方向に調節可能である。この動きを検知する更なるセンサが、ロボット（２）の制御プログラムに対応するパラメータを供給する。非常に大型のガラス板（１１）の迅速な研磨には、連続して配置された複数の研磨ユニットを同時に駆動させることが好ましい。

ガラス板（１１）のエッジが加工された後すぐに、研磨輪（１３）の位置には新しいエッジが設置される必要があり、この動作は迅速かつ正確に起こらなければいけないため、極めて特殊な要求が、この制御プログラムに課される。

各々の場合において用いられる動作部及びセンサの対話式制御は、特別な制御プログラムを必要とする。

このように、他の既知のガラス研磨装置とは対照的に、本発明の装置又は対応する方法によれば、仮に吸引フレーム（９）がガラス板（１１）を正確に配置し損ねたとしても、研磨の失敗は起こらない。これは、信頼性の高い操作過程が、制御技術を駆使して研磨輪（１３）に対するガラス板（１１）の正確な位置の直接検知により常に保証されているためである。

１ ベースフレーム（研磨ユニット）
２ ロボット
３ 研磨ユニットのドライブ
４ 研磨軸
５ 研磨ユニットのギア機構
６ 排出機器の筐体
７ 位置センサ
８ ローラコンベヤ
９ 吸引フレーム
１０ 吸引ユニット
１１ ガラス板
１２ レシーバスタック
１３ 研磨輪
１４ メイン排出ダクト
１５ 研磨エマルションの供給
１６ シーリングリップ上の環状排出
１７ シーリングリップ
１８ 検知機器と連結された研磨輪較正機器

Claims (10)

1. クリーンルーム環境下においてガラス板のエッジを自動で研磨する装置であって、
   ａ）ガラス板（１１）を受け取るために、複数の吸引ユニット（１０）を有する吸引フレーム（９）を保持したグリッパアームを備えた多軸ロボット（２）と、
   ｂ）前記ロボット（２）のグリッパアームの回転範囲内に導入され、少なくとも１つの回転可能な研磨輪（１３）を備え、固定された様式で設置された研磨ユニット（１）と、
   ｃ）加工される前記ガラス板（１１）のエッジ位置を検知し、前記ロボット（２）の制御に用いられるデータを測定する少なくとも１つの位置センサ（７）と、
   ｄ）メイン排出ダクト（１４）と、前記メイン排出ダクト（１４）領域において研磨エマルションを供給するダクト（１５）と、前記研磨輪（１３）の研磨領域において前記ガラス板（１１）の両面を密着して覆う柔軟性に富んだシーリングリップ（１７）と、を有し、前記研磨ユニット（１）の操作により生じた研磨塵を排出する排出システムと、
   ｅ）検知機器に連結され、前記研磨輪（１３）の摩耗の程度及び状態を監視する較正機器（１８）と、を備え、
   前記シーリングリップ（１７）と同心円状の半円として前記シーリングリップ（１７）に面するように環状排出（１６）が直接的に形成され、前記環状排出（１６）による排出強度は制御され、この制御の参照値は、前記シーリングリップ（１７）から漏れ出した粒子を検知するセンサにより与えられることを特徴とする装置。
2. 前記ガラス板（１１）の正確な位置を決定する更なる位置センサ（７）、ラインレーザ、又はマーキングを用いて、前記ガラス板（１１）の位置正確性及び／又は配置スピードを向上させ、比較的大型の前記ガラス板（１１）の加工に特に適するように成したことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 垂直方向に調整可能な研磨軸（４）を備え、前記研磨軸（４）の動きを検知するセンサは、前記ロボット（２）の制御プログラムに対応するパラメータを与えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. 前記メイン排出ダクト（１４）の末端領域に設けられ、研磨操作の後に前記ガラス板（１１）を綺麗にするクリーニングシステムを備え、前記クリーニングシステムは、小さな環状ブラシに似た、前記ガラス板（１１）の研磨エッジに対して実質平行に回転できるように配置された２つのクリーニングエレメントを備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の装置。
5. クリーンルーム環境下においてガラス板のエッジを自動で研磨する方法であって、
   ａ）ガラス板（１１）を受け取るために、複数の吸引ユニット（１０）を有する吸引フレーム（９）を保持したグリッパアームを備えた多軸ロボット（２）と、
   ｂ）前記ロボット（２）のグリッパアームの回転範囲内に導入され、少なくとも１つの回転可能な研磨輪（１３）を備え、固定された様式で設置された研磨ユニット（１）と、
   ｃ）加工される前記ガラス板（１１）のエッジ位置を検知し、前記ロボット（２）の制御に用いられるデータを測定する少なくとも１つの位置センサ（７）と、
   ｄ）メイン排出ダクト（１４）と、前記メイン排出ダクト（１４）領域において研磨エマルションを供給するダクト（１５）と、前記研磨輪（１３）の研磨領域において前記ガラス板（１１）の両面を密着して覆う柔軟性に富んだシーリングリップ（１７）と、を有し、前記研磨ユニット（１）の操作により生じた研磨塵を排出するように前記研磨ユニット（１）の領域に設けられた排出システムと、
   ｅ）検知機器に連結され、前記研磨輪（１３）の摩耗の程度及び状態を監視する較正機器（１８）と、を備え、
   前記シーリングリップ（１７）と同心円状の半円として前記シーリングリップ（１７）に面するように環状排出（１６）が直接的に形成され、前記環状排出（１６）による排出強度は制御され、この制御の参照値は、前記シーリングリップ（１７）から漏れ出した粒子を検知するセンサにより与えられることを特徴とする方法。
6. 前記ガラス板（１１）の正確な位置を決定する更なる位置センサ（７）、ラインレーザ、又はマーキングを用いて、前記ガラス板（１１）の位置正確性及び／又は配置スピードを向上させ、比較的大型の前記ガラス板（１１）の加工に特に適するように成したことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記メイン排出ダクト（１４）の末端領域に設けられ、研磨操作の後に前記ガラス板（１１）を綺麗にするクリーニングシステムを備え、前記クリーニングシステムは、小さな環状ブラシに似た、前記ガラス板（１１）の研磨エッジに対して実質平行に回転できるように配置された２つのクリーニングエレメントを備えたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 生産ラインの操作領域内側又は外側のいずれかに、前記方法を実行するための装置が導入されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. プログラムがコンピュータにより遂行される場合、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の前記方法を実行するプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。
10. プログラムがコンピュータにより遂行される場合、請求項５乃至請求項８のいずれか一項に記載の前記方法を実行するコンピュータプログラムのプログラムコードを備えた機械可読記憶媒体。

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