JP6038569B2

JP6038569B2 - 脆性板の熱割断方法

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Publication number: JP6038569B2
Application number: JP2012209904A
Authority: JP
Inventors: 正信八江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: JP2014065614A

Description

本発明は、極薄ガラス板などの脆性板を熱割断する方法に関するものである。

従来、脆性板をダイヤモンドカッターによる傷入れ加工で切断する方法においては、傷入れ加工後にブレイク工程を加工後の後処理として必要とするばかりではなく、ブレイク工程により切断縁にクラックが発生する。

脆性板をダイヤモンド砥石により切断する方法においては、高精度な切り出しが可能であるが、切断面及び切断端面にマイクロクラックが無数に発生するために次工程で端面研削及び面取りを加工後の後処理として必要とし、また、ウエット加工であるために洗浄工程と乾燥工程を加工後の後処理として必要とし、最終製品単価を高騰させる。

脆性板をレーザー光によるアブレーション加工で切断する方法においても、高精度な切り出しが可能であるが、切断面及び切断端面にマイクロクラックが無数に発生するために次工程にて端面研削及び面取りを加工後の後処理として必要とし、また、設備価格が高価になるばかりではなく、プラズマ化したデブリの処理のために洗浄工程と乾燥工程を加工後の後処理として必要とし、最終製品単価を高騰させる。

そこで、例えば下記の特許文献１に示すように、脆性板に対しレーザー光により切断縁に沿う熱衝撃を与えて脆性板を熱割断する方法が開発されている。この熱割断方法においては、レーザー光により切断縁の両側に生じる熱応力（圧縮応力や引張応力）が不均一となって安定しないために切断縁の直進性に劣るとともに、設備価格が高価となって最終製品単価を高騰させる。

特開２００９−４０６６５号公報

この発明は、レーザー光による熱割断方法に代わる新たな熱割断方法を提供して、脆性板における切断縁の直進性を向上させることを主目的としている。

後記実施形態の図面（図１）の符号を援用して本発明を説明する。
請求項１の発明にかかる脆性板の熱割断方法においては、脆性板（５）の厚み方向（Ｚ）の両面のうち一方の面（５ａ）に付けた切断予定線の一端が交差する一方の面（５ａ）の端縁に予備亀裂（６）を形成し、加熱ブロック（７）に設けた加熱縁（８）を前記脆性板（５）の切断予定線及び予備亀裂（６）に当てがって、その一方の面（５ａ）側より低温の他方の面（５ｂ）側とその一方の面（５ａ）側との間の温度差により、一方の面（５ａ）側の膨張と他方の面（５ｂ）側の圧縮とにより生じる熱応力を原因として発生する曲げモーメントにより、脆性板（５）を加熱ブロック（７）の加熱縁（８）に沿って一方の面（５ａ）側から他方の面（５ｂ）側へ向けて熱割断する。

請求項１の発明では、ガラス板などの脆性板（５）の熱割断方法において、加熱縁（８）を有する加熱ブロック（７）を採用したので、形態を維持することができる加熱縁（８）から平均的に発生する熱により、切断縁の両側に生じる熱応力（圧縮応力や引張応力）が平均化して安定し、切断縁の直進性を高めることができる。また、予備亀裂（６）により脆性板（５）の熱割断を促進させることができる。

請求項１の発明を前提とする請求項２の発明においては、前記脆性板（５）は、サファイアやシリコンやＳｉＣやＧａＡｓの材料からなる。

請求項１または請求項２の発明を前提とする請求項３の発明においては、前記加熱ブロック（７）に超音波振動を付加する。請求項３の発明では、加熱ブロック（７）に伝達される超音波振動により、振動荷重負荷による高歪み速度のせん断変形で平滑な割断面を得ることができる。

請求項１〜３のうちいずれか一つの請求項の発明を前提とする請求項４の発明においては、前記脆性板（５）の厚み方向（Ｚ）の両面のうち一方の面（５ａ）に加熱ブロック（７）の加熱縁（８）を当てがうばかりではなく、他方の面（５ｂ）を冷却ブロック（３）により冷却して、一方の面（５ａ）側と他方の面（５ｂ）側との間に温度差を持たせる。請求項４の発明では、冷却ブロック（３）が脆性板（５）における他方の面（５ｂ）の冷却を助長して、脆性板（５）における一方の面（５ａ）側と他方の面（５ｂ）側との間の温度差を大きくすることができる。

請求項１〜４のうちいずれか一つの請求項の発明を前提とする請求項５の発明にかかる加熱ブロック（７）において、加熱縁（８）は線条に延設され、加熱縁（８）を挟む両側には加熱縁（８）を脆性板（５）に当てがった際に脆性板（５）との間に隙間（Ｓ）を生じさせる輻射面（９）を形成している。請求項５の発明では、輻射面（９）が隙間（Ｓ）を介して脆性板（５）における一方の面（５ａ）側の温度上昇を助長して、脆性板（５）における一方の面（５ａ）側と他方の面（５ｂ）側との間の温度差を大きくすることができる。

請求項１〜５のうちいずれか一つの請求項の発明を前提とする請求項６の発明においては、前記脆性板（５）の厚み方向（Ｚ）の両面のうち他方の面（５ｂ）を粘着面（４）上に載せて脆性板（５）を固定した状態で一方の面（５ａ）に加熱ブロック（７）の加熱縁（８）を当てがう。請求項６の発明では、粘着面（４）を利用して脆性板（５）を容易に固定することができる。

本発明は、脆性板（５）の熱割断において、脆性板（５）における切断縁の直進性をレーザー光による熱割断方法と比較して向上させることができる。

（ａ）は脆性板の熱割断を実施する際に利用する装置を概略的に示す斜視図であり、（ｂ）は同じく正面図であり、（ｃ）は脆性板の熱割断方法を説明するための原理図である。

以下、本実施形態にかかる脆性板の熱割断方法について図１を参照して説明する。
加工ステージ１上には直線状に延びる溝２が形成されている。溝２には直線状に延びる冷却ブロック３が嵌め込まれている。加工ステージ１上には溝２を挟む両側で粘着シート４（粘着面）が貼られている。冷却ブロック３の上面と粘着シート４の上面とは面一状態で互いに隣接している。冷却ブロック３には冷却装置（図示せず）が接続されている。

極薄ガラス板などの脆性板５における厚み方向Ｚの両面のうち一方の面である加熱面５ａと他方の面である冷却面５ｂとのうち加熱面５ａには直線状に延びる切断予定線（図示せず）が付けられている。その切断予定線の一端が交差する加熱面５ａの端縁には予備亀裂６が形成されている。

加熱ブロックとしてのヒートナイフ７の下部には幅方向Ｙの中央部で線条の加熱縁８が長手方向Ｘへ延設されているとともに、加熱縁８を挟む幅方向Ｙの両側にはＶ状に傾斜する輻射面９が長手方向Ｘへ延設されている。加熱縁８には幅方向Ｙで小さい丸みが付けられている。加熱縁８は長手方向Ｘへ直線状に延びるか、または、長手方向Ｘで極僅かに湾曲する弓状に形成されている。ヒートナイフ７内には幅方向Ｙの中央部で加熱縁８の真上直近に加熱縁８に沿ってヒータ１０が埋設され、ヒータ１０には加熱装置（図示せず）が接続されている。また、ヒートナイフ７には各種の振動形態を発振し得る超音波振動子を有する振動発生装置（図示せず）が接続されている。

次に、脆性板５の熱割断作用を説明する。
まず、脆性板５の加熱面５ａにおける切断予定線（図示せず）の両端を加工ステージ１における冷却ブロック３に合わせた状態で、脆性板５の冷却面５ｂを加工ステージ１の粘着シート４に冷却ブロック３を跨いで載せて固定する。その場合、ヒートナイフ７の両輻射面９と脆性板５の加熱面５ａとの間に隙間Ｓが生じる。

次に、ヒートナイフ７の加熱縁８を脆性板５の切断予定線及びその予備亀裂６に当てがう。直線状の加熱縁８では、加熱縁８の全体が切断予定線に同時に接触する。弓状の加熱縁８では、加熱縁８の一端側から他端側へ湾曲に沿って順次接触する。そして、脆性板５の加熱面５ａの切断予定線で加熱縁８がヒータ１０により加熱されるとともに、脆性板５の冷却面５ｂで加熱縁８の真下域が冷却ブロック３により冷却されると、加熱面５ａ側と冷却面５ｂ側との間の温度差により、切断予定線の真下域で加熱面５ａ側の膨張と冷却面５ｂ側の圧縮とによる熱応力（圧縮応力や引張応力）が生じる。その熱応力を原因として発生する曲げモーメントにより、脆性板５がヒートナイフ７の加熱縁８に沿って加熱面５ａ側から冷却面５ｂ側へ向けて熱割断される。ちなみに、ガラス板を熱割断する際には圧縮力と比較して引張力に対し弱い特性を生かすことができる。

その熱割断の際、脆性板５の切断予定線における予備亀裂６は、亀裂の発生を促進させる。また、超音波振動子によりヒートナイフ７を介して脆性板５に伝達される超音波振動は、振動荷重負荷による高歪み速度のせん断変形により割断面を平滑にする。加熱縁８を加熱面５ａの切断予定線に当てがった際に加熱面５ａとヒートナイフ７の輻射面９との間に隙間Ｓが生じるため、輻射面９は隙間Ｓを介して加熱面５ａの温度上昇を助長する。

ちなみに、脆性板５の材質や厚みや切断長さなどに応じて、ヒートナイフ７の加熱縁８の形態や、ヒートナイフ７内のヒータ１０の加熱温度や、冷却ブロック３の冷却温度や、予備亀裂６の有無及び形態や、超音波振動の有無及び形態などを設定する。

本実施形態は下記の効果を有する。
（１）加熱縁８を有するヒートナイフ７を採用したので、形態を維持することができる加熱縁８から平均的に発生する熱により、切断縁の両側に生じる熱応力（圧縮応力や引張応力）が平均化して安定する。従って、脆性板に対しレーザー光により切断縁に沿う熱衝撃を与えて脆性板を熱割断する従来の方法と比較して、切断縁の直進性を高めることができる。

（２）加熱縁８を有するヒートナイフ７を採用したので、脆性破壊の原理を活用して平滑な割断面を得ることができるとともに、切断粉の発生がなく、ドライ加工である。従って、脆性板をダイヤモンドカッターによる傷入れ加工で切断する従来の方法や、脆性板をダイヤモンド砥石により切断する従来の方法や、脆性板をレーザー光によるアブレーション加工で切断する従来の方法と比較して、加工後の後処理を必要としない。

（３）ヒートナイフ７に伝達される超音波振動により、振動荷重負荷による高歪み速度のせん断変形で平滑な割断面を得ることができる。
（４）予備亀裂６により、脆性板５の熱割断を促進させることができる。

（５）冷却ブロック３により、脆性板５における加熱面５ａ側と冷却面５ｂ側との間の温度差を大きくすることができる。
（６）ヒートナイフ７の輻射面９により、脆性板５における加熱面５ａ側の温度上昇を助長して、脆性板５における加熱面５ａ側と冷却面５ｂ側との間の温度差を大きくすることができる。

（７）粘着シート４により、脆性板５を容易に固定することができる。
前記実施形態以外にも例えば下記のように構成してもよい。
・ガラス板以外に、サファイアやシリコンやＳｉＣやＧａＡｓなどの材料からなる脆性板５を熱割断することができる。

３…冷却ブロック、４…粘着シート（粘着面）、５…脆性板、５ａ…脆性板の加熱面（一方の面）、５ｂ…脆性板の冷却面（他方の面）、６…予備亀裂、７…ヒートナイフ（加熱ブロック）、８…ヒートナイフの加熱縁、９…ヒートナイフの輻射面、Ｚ…脆性板の厚み方向、Ｓ…隙間。

Claims

脆性板の厚み方向両面のうち一方の面に付けた切断予定線の一端が交差する一方の面の端縁に予備亀裂を形成し、加熱ブロックに設けた加熱縁を前記脆性板の切断予定線及び予備亀裂に当てがって、その一方の面側より低温の他方の面側とその一方の面側との間の温度差により、一方の面側の膨張と他方の面側の圧縮とにより生じる熱応力を原因として発生する曲げモーメントにより、脆性板を加熱ブロックの加熱縁に沿って一方の面側から他方の面側へ向けて熱割断することを特徴とする脆性板の熱割断方法。
前記脆性板は、サファイアやシリコンやＳｉＣやＧａＡｓの材料からなることを特徴とする請求項１に記載の脆性板の熱割断方法。
前記加熱ブロックに超音波振動を付加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脆性板の熱割断方法。
前記脆性板の厚み方向両面のうち一方の面に加熱ブロックの加熱縁を当てがうばかりではなく、他方の面を冷却ブロックにより冷却して、一方の面側と他方の面側との間に温度差を持たせることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一つの請求項に記載の脆性板の熱割断方法。
前記加熱ブロックにおいて、加熱縁は線条に延設され、加熱縁を挟む両側には加熱縁を脆性板に当てがった際に脆性板との間に隙間を生じさせる輻射面を形成したことを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一つの請求項に記載の脆性板の熱割断方法。
前記脆性板の厚み方向両面のうち他方の面を粘着面上に載せて脆性板を固定した状態で一方の面に加熱ブロックの加熱縁を当てがうことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一つの請求項に記載の脆性板の熱割断方法。