JP5996376B2

JP5996376B2 - 硬質脆性板の割断装置

Info

Publication number: JP5996376B2
Application number: JP2012239916A
Authority: JP
Inventors: 了中囿; 重人岩崎
Original assignee: 株式会社尼崎工作所
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2016-09-21
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014088295A

Description

本発明は、液晶パネルや建築用などに使用されるガラス基板等の硬質脆性板を割断するための装置に関し、詳しくは、テーブル上に載置した硬質脆性板上の所望の切断線に沿ってカッターホイールを押圧走行させることにより、当該硬質脆性板を割断するための装置に関するものである。

従来、自動車、建築、産業用の各種ガラス、セラミックガラス等の硬質脆性板を切断するには、手動、自動の何れにおいても、切断ヘッド部材の先端にカッターホイールを取り付けた構造のガラス切断治具を用い、ガラス基板の表面にカッターホイールを押し当てて移動させることにより、カッターホイールの鋭い周縁でガラス基板の表面に所望の割断方向に沿ったスクライブラインを形成するスクライブ工程と、ガラス基板の表面に形成されたスクライブラインに沿った曲げモーメントを付加することによりガラス基板をスクライブラインに沿って割断するブレーク工程とを実行することにより行われる。

ガラス基板の表面にスクライブラインを形成するスクライブ工程では、垂直クラックをガラス基板の表面に対して垂直方向に形成することができれば、後のブレーク工程において、スクライブラインに沿って割断する際の切断面の品質を向上させることができるので、垂直クラックを適正に形成することは重要である。特に、近年、パソコン用、テレビジョン用の液晶ディスプレイにおいては、その表示画面を大型化、高精細化及び軽量化する要求が高まっており、この要求に合わせてガラス基板の大寸法化及び薄型化が進められている。ガラス基板の大寸法化及び薄型化に伴って、ガラス基板を所望の寸法に高精細に割断する高度な基板割断技術が必要であり、ガラス基板の切断面の品質向上への要求はますます強くなっている。

スクライブとブレークによる硬質脆性板の機械的割断は、割断速度が速く、消費エネルギーが小さいという利点はあるが、スクライブ線に沿って好ましくない水平クラックが生成することにより、割断線に沿って欠けや割れが生じることがあるという欠点がある。
欠けや割れを防止して不良品の発生を避け、且つきれいな割断面を得るためには、スクライブ時に水平クラックを発生させないで、できるだけ深い垂直クラックを生成させることが必要である。このための１つの方法として、スクライブ溝を刻設する回転カッターに硬質脆性板の面直角方向の振動を付与することが提案されている（特許文献１）。また、特許文献２には、回転カッターを鋸刃状にすることにより、回転カッターがガラス基板表面を転動したときに、当該ガラス基板に振動的な力を印加させる方法が提案されている。

割断時に割れや欠けが発生しないためのもう１つの重要な要件は、所望の割断線に沿って均一なスクライブ溝（垂直クラック）を形成することである。そのためには、硬質脆性板の表面上を転動する回転カッターの切込量と付加圧力とを割断線の全長に沿って一定に保持することが必要である。スクライブ時に硬質脆性板を載置するテーブルの表面には、加工精度や熱変形に基づくうねりがあり、割断対象である硬質脆性板の厚さにもバラツキがある。従って、スクライブ時に回転カッターが走行する硬質脆性板の表面には、これらのうねりやバラツキの集積による高低差が存在することになる。そこで、回転カッターが被切断面の高低差に滑らかに追従して一定の押圧力及び切込深さが維持されるように、回転カッターを空気付圧装置を介して支持及び付勢する構造が特許文献３に提案されている。

特開平１１−１５７８６０号公報特開平９−１８８５３４号公報特開２００２−８０２３４号公報

特許文献１や特許文献２に開示されているように、回転カッターを割断しようとする硬質脆性板の略面直角方向に振動させてスクライブ溝の刻設を行う振動スクライブ方法は、数十cm毎秒またはそれ以上の速度で回転カッターを移動させる場合には、割断に有利に作用する深い垂直クラックを生成させることが可能である。しかし、回転カッターの移動速度が数十cm毎秒を下回るとスクライブ溝の深さは大幅に低下し易く、硬質脆性板の切断は難しくなる傾向にある。複雑な曲線切断を実施する際には、装置の機構上、回転カッターの移動速度を数十cm毎秒以下に落とさざるを得ないので、回転カッターを硬質脆性板の表面に押し当てる圧力を高くすれば、スクライブ溝を深くすることができる。しかし、押圧力の増大に伴って硬質脆性板表面のスクライブ溝周辺に発生する微少な割れや欠けが大幅に増大して、切断面の品質が低下してしまう。

また、特許文献３のように、回転カッターを空気付圧装置を介して支持及び付勢しているスクライブ装置においては、回転カッターを割断しようとする硬質脆性板表面のうねりに円滑に追従させるために回転カッターを振動させるための加振装置を設けても、その振動が回転カッターに伝達されないという問題がある。

本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、硬質脆性板表面の形状に関わらず、切断面の品質が良好な硬質脆性板の割断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、硬質脆性板に割断線を形成するカッターホイールと、このカッターホイールを上記硬質脆性板に対して予め設定された形成すべき割断線に沿って移動させる移動手段と、空気圧により上記カッターホイールを硬質脆性板に対して上下方向に周期的に押圧する押圧装置と、硬質脆性板に対して常時一定の弾性力を付加することができるスプリングと、上記押圧装置が上下方向に弧を描くことが可能なように押圧装置を旋回させる旋回アームとを備えることを特徴としている。

旋回アームの一端側にカッターホイールが保持され、旋回アームの他端側に旋回アームの旋回中心を有し、カッターホイールの直上方向に押圧装置を備えることが好ましい。

本発明によれば、旋回アームにより押圧装置が上下方向に弧を描くように旋回することにより、カッターホイールが割断線に沿って移動することに伴って押圧装置に負荷される水平方向の抵抗を軽減することができる。しかも、硬質脆性板に対して常時一定の弾性力を付加することができるスプリングを備えることにより、カッターホイールと硬質脆性板とはその弾性力により常に当接状態にあるので、硬質脆性板の表面の凹凸状態に巧みに追従して、割れ目入れが深くきれいに進行した平滑な割断面を得ることができる。
従って、硬質脆性板を載置する定盤の表面の平滑度を向上させなくてもよく、平滑度向上のための処理工程が不要であるから、割断作業のコストを低減することができる。

図１は、本発明の割断装置を含む割断機の一例を示す平面図である。図２は、図１を右方から見た側面図である。図３は、本発明の割断装置の一部断面を含む一部透視正面図である。図４は、ガラス基板の割断面の一例を示す図であり、割断したガラス基板を斜め上方から撮影した写真を１５０倍に拡大した図である。図５は、本発明の割断装置による割断パターンを説明する図である。図６は、従来の割断装置による割断パターンを説明する図である。

以下に、本発明の実施が可能な形態について説明する。当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態を利用することもできる。
図１において、１は切断対象であるガラス基板であり、破線２は割断線を示す。３は割断装置本体であり、この割断装置本体３を支持するサポート４は、図２に示すガイドレール５ａと５ｂに沿って両矢視６で示すＹ軸方向に移動可能である。これらガイドレール５ａと５ｂは一対のスライドブロック７と８に支持されて、ガイドレール９および１０に沿って両矢視１１で示すＸ軸方向に移動可能である。

図２において、１２はサーボモータで、割断装置本体３を支持するサポート４は、サーボモータ１２の回転がラック・ピニオン機構（図示せず）を介してガイドレール５ａと５ｂの支持枠（図示せず）に伝達されることによってガイドレール５ａと５ｂにガイドされて両矢視６で示すＹ軸方向に移動可能である。１３と１４は、ガイドレール５ａと５ｂをＸ軸方向（図１の両矢視１１参照）に移動させるためのサーボモータである。サーボモータ１２、１３および１４としては、リニアサーボモータを採用することもできる。サーボモータ１３と１４の回転は、それぞれベルト１５と１６によってラック・ピニオン機構１７と１８に伝達されて、ラック・ピニオン機構１７と１８によりガイレール５ａと５ｂは、図１に示すガイドレール９および１０にガイドされて両矢視１１で示すＸ軸方向に移動することができる。ラック・ピニオン機構１７と１８としては、タイミングベルトとボールネジ機構を採用することもできる。図２において、１９はガラス基板を載置するテーブル（このテーブル１９は、予め研磨等の手段により表面が滑らかにされていない）、２０は支持台である。

図３において、２１はサポート、２２はカッターホイール、２３はカッターホルダー、２４は滑り軸受、２５は旋回アーム、２６はバランスウエイト、２７は旋回アームの旋回中心である。２８はエアシリンダ２９の保持部材であり、保持部材２８はサポート２１にサポートされている。３０は図示しない高圧エア供給源から供給される高圧エアの供給口である。高圧エア供給口３０から供給された高圧エアが空気室３１を経てピストン３２を押し下げ、さらにピストン３２が旋回アーム２５に接しているローラ３３を下方に押圧することにより、カッターホイール２２がテーブル１９上にあるガラス基板１を割断することができる。エアシリンダ２９の昇降動作は図示しない制御装置によって制御されている。すなわち、高圧エア供給口３０から空気室３１に対して一定の周期で高圧エアが供給されるように制御されており、その高圧エアの供給タイミングに合わせてピストン３２がローラ３３を押圧することができる。例えば、その周期は１ミリ秒から１００ミリ秒の間で任意に変更することができる。旋回アーム２５は保持部材２８から延設された一対の介添部材３４（図３において、対をなすように、もう一枚の介添部材３４が保持部材２８から延設されている）で挟持されて、エアシリンダ２９の下方への圧力とバランスウエイト２６の重量とがバランスをとるように、旋回アーム２５は旋回中心２７を中心として旋回することができる。３５は旋回アーム２７を受けるストッパーである。３６はスプリングであり、スプリング３６の弾性力はポスト３７から、旋回アーム２５、カッターホルダー２３、カッターホイール２２を経てガラス基板１に伝達される。さらに、スプリング３６はポスト３８を経てプレート３９に取り付けられ、プレート３９はサポート２１にサポートされている。

以上のように構成される本発明の硬質脆性板の割断装置を用いてガラス基板を割断する方法を説明する。
まず、図１に示すように、テーブル１９上にガラス基板１を載置する。そして、図２に示すサーボモータ１２のスイッチをオンにして、図１に示す割断装置本体３を支持するサポート４を、図２に示すガイドレール５ａと５ｂにガイドさせて両矢視６で示すＹ軸方向に適宜量だけ移動させる。さらに、図２に示すサーボモータ１３と１４のスイッチをオンにして、ガイドレール５ａと５ｂをガイドレール９と１０にガイドさせて図１の両矢視１１で示すＸ軸方向に適宜量だけ移動させる。

次に、図３に示すように、図示しない高圧エア供給源から供給される高圧エアをシリンダ２９の高圧エア供給口３０に受け入れて、この高圧エアが空気室３１を経てピストン３２を押し下げ、さらにピストン３２が旋回アーム２５に接しているローラ３３を下方に押圧することにより、カッターホイール２２がテーブル１９上にあるガラス基板１を一定量切り込むことができる。このようにして、図１に示す割断開始点４１が形成され、図１に示す矢視４２方向に直線状の割断線を形成する。

このとき、旋回アーム２５によりエアシリンダ２９が上下方向に弧を描くように旋回することにより、カッターホイール２２が割断線に沿って移動することに伴ってエアシリンダ２９に負荷される水平方向の抵抗を軽減することができる。しかも、カッターホイール２２からガラス基板１に対して常時一定の弾性力を付加することができるスプリング３６を備えることにより、カッターホイール２２とガラス基板１とはその弾性力により常に当接状態にあるので、ガラス基板１の表面の凹凸状態に巧みに追従して、割れ目入れが深くきれいに進行した平滑な割断面を得ることができる。

図４は、上記のようにして割断したガラス基板の割断面の一例を示す図であり、割断したガラス基板を斜め上方から撮影した写真を１５０倍に拡大したものである。図４において、４０ａは割断面、４０ｂはガラス基板の上面を示す。図４に示すように、割断面４０ａの上側および下側ともに平滑であり、割れ目入れが深くきれいに進行した平滑な割断面であることが分かる。

図５は、本発明の割断装置による割断パターンを説明する図である。図５の横軸は時間、縦軸はカッターホイールからガラス基板に付加される圧力を示し、スプリング３６の作用により常に一定の圧力がガラス基板に付加されるので、図４に示すような平滑な割断面を得ることができるのである。しかし、従来の割断装置は、図６に示すような割断パターンであり、図６の横軸と縦軸の意味は図５と同じである。図６に示すように、カッターホイールからガラス基板に付加される圧力が一定の周期ごとにゼロになるので、従来の割断装置では平滑な割断面を得ることは困難である。

以後、上記と同じようにして、図１に示すように、矢視４３方向に直線状の割断線を形成し、矢視４４方向に直線状の割断線を形成し、矢視４５方向に直線状の割断線を形成し、矢視４６方向に直線状の割断線を形成し、かくして、図１に示すような割断線２を形成し、この割断線２に沿ってガラス基板１を割断することができる。

本発明は、硬質脆性板の割断線を形成する装置として有用である。

１ガラス基板
２割断線
３割断装置本体
４サポート
５ａ、５ｂガイドレール
６両矢視
７スライドブロック
８スライドブロック
９ガイドレール
１０ガイドレール
１１両矢視
１２サーボモータ
１３サーボモータ
１４サーボモータ
１５ベルト
１６ベルト
１７ラック・ピニオン機構
１８ラック・ピニオン機構
１９テーブル
２０支持台
２１サポート
２２カッターホイール
２３カッターホルダー
２４滑り軸受
２５旋回アーム
２６バランスウエイト
２７旋回アームの旋回中心
２８保持部材
２９エアシリンダ
３０高圧エアの供給口
３１空気室
３２ピストン
３３ローラ
３４介添部材
３５ストッパー
３６スプリング
３７ポスト
３８ポスト
３９プレート

Claims

硬質脆性板に割断線を形成するカッターホイールと、このカッターホイールを上記硬質脆性板に対して予め設定された形成すべき割断線に沿って移動させる移動手段と、空気圧により上記カッターホイールを硬質脆性板に対して上下方向に周期的に押圧する押圧装置と、硬質脆性板に対して常時一定の弾性力を付加することができるスプリングと、上記押圧装置が上下方向に弧を描くことが可能なように押圧装置を旋回させる旋回アームとを備える硬質脆性板の割断装置において、旋回アームの旋回中心に対して一方の側に上下方向に弾性力を発生するスプリングを有し、旋回アームの旋回中心に対して他方の側に上下方向に押圧力を発生する押圧装置を有し、当該押圧装置で発生した押圧力を旋回アームを介してカッターホイールから硬質脆性板に付加し、スプリングの弾性力を旋回アームを介してカッターホイールから硬質脆性板に付加することを特徴とする硬質脆性板の割断装置。