JP6261286B2 - 硬質脆性板の穿孔装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガラス板その他の硬質脆性板に貫通孔を穿孔する装置に関するもので、特に穿孔途中における硬質脆性板の破断を防止した穿孔装置に関するものである。

通常、板材に貫通孔を開けるときは、軸線回りに回転する穿孔具（ドリルや棒状の砥石）を備えた穿孔装置を用い、板材の穿孔位置に前記軸線を位置決めして穿孔具を回転させながら板材に向けて進出して板材の一方の面から他方の面へと通過させることによって穿孔を行う。

板材がガラス板であるときは、穿孔具として中実ないし中空円筒状の砥石（穿孔砥石）が用いられるが、上記のような一般的な方法で貫通孔を開けると、工具の抜け側（工具を進入させた側の反対の側）の板材表面と貫通孔との縁の部分にチッピングと呼ばれる欠けが発生する。欠けが小さければ、穿孔の後に行われる貫通孔の縁の面取加工によって欠けを除去できるが、この面取加工によって除去できない大きな欠けが発生すると、加工不良品となる。

そこで工具の抜け側に生ずる欠けを防止する手段として、穿孔しようとするガラス板を挟んで同一軸線上に先端を対向させた２本の穿孔砥石を配置し、一方の穿孔砥石（先行工具）でガラス板表面の一方から板厚の中間に達する深さの有底孔を開け、先行工具を後退させた後、他方の穿孔砥石（後行工具）をガラス板表面の他方から進出して先行工具が開けた有底孔と連通させることにより、貫通孔を開けるという手段が提案されている。

例えば、特許文献１では、先端部の外周が先端部に向けて縮径したテーパー部を有する第１のコアドリルを用いて板材の一の面に第１の凹部を形成する工程と、外径寸法が第１のコアドリルの内径よりも大きく、前記第１の凹部の表面縁部の径よりも小さい第２のコアドリルを用いて板材の他の面から第１のコアドリルと同心対向して貫通孔を穿設する工程とで、貫通孔を開けている。

また特許文献２では、ガラス板の下端面の側から切削を伴い先行ドリルを厚み方向に侵入させて有底孔を形成した後に先行ドリルを後退させ、然る後、ガラス板の上端面の側から切削を伴い後行ドリルを先行ドリルと同軸に侵入させることでガラス板に貫通孔を形成している。

特開２００８−４４１７８号公報 特開２０１１−１１１３７０号公報

近時の携帯端末の普及に伴い、携帯端末の軽量化と薄肉化を図るために、携帯端末に用いられるディスプレイパネルの薄肉化が求められている。この薄肉化の要請に伴い、ディスプレイパネルの基板ガラスとして強化ガラスが用いられるようになり、小型の薄い強化ガラス板に貫通孔を開ける加工が必要になってきた。

本願の発明者らは、上記したような従来手段で薄い強化ガラス板に貫通孔を開けることを試みた。しかし、穿孔砥石をガラス板の一方の面から進入してゆくと、穿孔砥石の先端がガラス板の板厚中心を超えた時点でガラス板が破断するという問題が発生した。この問題は、一般的なガラス板のように穿孔砥石の抜け側の縁に欠けが生ずるというようなものではなく、穿孔途中の孔から両側にクラックが発生してガラス板自体が破断するというものである。

そこでこの発明は、強化ガラス板に貫通孔を開ける際に、その加工途中で発生するガラス板の破断の問題を解決する技術手段を得ることを課題としており、ガラス板、特に小型で薄い強化ガラス板を加工途中で破断させることなく、また孔の縁に欠けを生ずることなく、能率良く貫通孔を開けることができる技術手段を得ることを課題としている。

この発明は、強化ガラス板などの穿孔途中で破断しやすい硬質脆性板３を挟んで同一軸線ａ上に先端を対向させて配置した２本の穿孔砥石１（１ａ、１ｂ、１ｃ）、２（２ａ、２ｂ、２ｃ）を当該硬質脆性板３に向けて同時に又は繰り返し交互に進出させて硬質脆性板３の両面から連通しない深さの有底孔３１、３２を開けてゆき、これらの有底孔の深さを同時に又は交互に深くしてゆくことによって、当該両側の有底孔３１、３２を連通させて貫通孔３３とするというものである。

この発明の硬質脆性板の穿孔装置は、先端を対向させて同一軸線ａ上に配置した一対の穿孔砥石１、２と、これらの穿孔砥石１、２の軸線ａ回りの回転駆動装置８、９と、これらの穿孔砥石１、２を軸線ａ方向に進退させる進退装置４、５、１６とを備えている。一対の穿孔砥石１、２は、軸線ａ方向に個別に往復動自在に設けた一対の砥石台６、７に軸支するか、軸線ａ方向に往復動自在に設けた１個の昇降台１８に軸支して設ける。前者の構造では、一対の進退装置４、５が一対の砥石台６、７を互いに相手側に向けて同時に進退させる。後者の構造では、進退装置１６が往復動距離を順次増大させながら昇降台１８を繰り返し進退させる。

これにより、一対の穿孔砥石１、２は、それらの間に置かれた硬質脆性板３に向けて同時に又は繰り返し交互に進退し、その進出時に穿孔砥石１、２の先端により削成される硬質脆性板３の両面の有底孔３１、３２の孔深さを同時に又は交互に増加させ、最終的に両有底孔３１、３２を硬質脆性板３の厚さ中間部で連通させて硬質脆性板３に貫通孔３３を穿孔する。

強化ガラス板の穿孔において、ガラス表面の一方からガラス板の内部応力のバランスが崩れる深さまで有底孔を開けると、内部応力のアンバランスにより、有底孔の周囲に大きな引張力ないし剪断力が発生してガラス板が破断すると推測される。この発明では、硬質脆性板３の両面から同時的に、すなわち内部応力のアンバランスを生じさせるような孔深さの差を生じさせないように、有底孔３１、３２を開けてゆき、両側の有底孔を硬質脆性板３の厚さ中間部で連通させることで貫通孔３３とするので、有底孔３１、３２の周縁における内部応力のバランスが保たれ、穿孔途中での破断を防止できると考えられる。

この発明による貫通孔の加工は、硬質脆性板の両側から有底孔を開け、両側の有底孔の孔深さを深くしてゆくことによって貫通孔とする加工であるので、工具の抜け側の孔の縁に生ずる大きな欠けの発生を避けることができるばかりでなく、割れやすい硬質脆性板の加工においても有底孔の加工途中に破断が生ずるのを避けることができ、強化ガラス板のディスプレイパネル基板に対しても安定した穿孔を行うことができるという効果がある。

更に、大きな欠けの発生や加工対象となる硬質脆性板の破断を避けるために、加工速度を遅くするなどの対策が不要となり、加工能率の低下を防止することができる。また、硬質脆性板の表面の両側から工具を同時に進出させて加工を行う装置では、穿孔途中に硬質脆性板に作用する応力をバランスさせる作用が大きく、より割れやすい硬質脆性板の穿孔が可能であると共に、板の両面から有底孔の加工が同時に進行してゆくので、加工時間の短縮を図ることができるという効果がある。

穿孔装置の第１例の要部を示した側面図 図１の装置の加工手順を示した説明図 中空円筒状の穿孔砥石対の例を示した図 中実円筒状と中空円筒状の砥石対の例を示した図 穿孔と面取とを行う砥石対の例を示した図 ガラス板に形成される長孔の例を示した図 穿孔装置の第２例の要部を示した側面図 図７の装置の加工手順の前半を示した説明図 同手順の後半を示した説明図

次に添付図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、この発明の穿孔装置の要部を示した側面図で、携帯端末のディスプレイ用のガラス板の周縁の研削や穿孔を行う装置の要部を示した図である。

加工される強化ガラス板３は、鉛直軸ａ回りに回転駆動されるワーク軸の上端に設けたテーブル１１に真空圧によって吸着保持されている。図示しない機械フレームには、横送りモータ１２で回転駆動される送りねじ１３に螺合して図の左右方向（Ｘ軸方向）に移動位置決めされる横送り台１４が設けられ、この横送り台に設けた鉛直方向（Ｚ軸方向）のガイド１５に案内され、かつ横送り台１４に搭載した昇降モータ１６で回転駆動される送りねじ１７に螺合して昇降する昇降台１８が設けられている。

昇降台１８には、その上方部と下方部とに砥石台６、７が設けられている。砥石台６、７は、それぞれ昇降台１８に設けた鉛直方向のガイドに案内され、かつそれぞれの送りモータ４、５で回転駆動される図示しない送りねじに螺合して個別に昇降する。上下の砥石台６、７には、それぞれ砥石モータ８、９が設けられており、この砥石モータの回転子軸の先端が砥石軸となって、当該先端に穿孔砥石１、２が装着されている。上下の砥石モータ８、９は、その回転子軸を鉛直方向の同一軸線ａ上にして設けられている。

昇降モータ１６、送りモータ４、５及び砥石モータ８、９を制御する図示しない制御器は、昇降モータ１６、送りモータ４、５を個別に正逆転する回転指令手段の他に、送りモータ４、５を砥石１、２の進出方向に同期回転する同期送り手段と、砥石台６、７の原点位置における砥石１、２の先端間の間隔ｓを設定するストローク設定手段と、砥石モータ８、９を同方向（各モータの出力軸側から見た回転方向は逆方向）に同期回転する同期回転指令手段とを備えている。穿孔砥石１、２の先端間の間隔ｓは、トルク制限をかけた状態で送りモータ４、５を穿孔砥石１、２の進出方向に駆動し、トルクリミッタが働いたときの送りモータ４、５の回転数を合算することにより、送りモータの回転数で計測してストローク設定手段に設定できる。

横送り台１４には、ガラス板３の外周を研削加工する砥石や面取加工する砥石及びそれらを回転駆動するモータが装着されているが、これらの砥石は図には示されていない。

昇降台１８は、ガラス板３に孔加工を行うとき以外は、昇降モータ１６により上動させられて、ガラス板３と干渉しない上方位置に退避している。ガラス板３に貫通孔を開けるときは、砥石モータ８、９がガラス板３と干渉しない図１の左方の位置に横送り台１４を移動させた後、両方の砥石１、２の丁度中間の位置にガラス板３が位置するように昇降台１８を下降させ、その後、横送り台１４の図の右方向への移動と、テーブル１１の回動とにより、砥石の軸線ａをガラス板３の穿孔位置に位置決めする。

そして、昇降台１８を停止した状態で前記同期回転指令手段により上下の砥石モータ８、９を同期回転させながら上方の砥石台６と下方の砥石台７とをそれぞれ下方と上方とに同時に送ることによって穿孔を開始する。

穿孔は、図２の（ａ）〜（ｅ）で示した順序で行われる。すなわち、強化ガラス板３の上下で対向する穿孔砥石１、２を強化ガラス板３に向けて進出させ、上下の砥石１、２による強化ガラス板３の上下両面からの有底孔の同時加工を行う（図２（ｂ））。上下の砥石１、２の回転速度と進出速度は等しくされるが、上下の砥石１、２の先端が強化ガラス板３の表面と接触する瞬間は、厳密に同時である必要はなく、時間的なずれがあってもよい。上下の砥石１、２の進出動作が継続することにより、強化ガラス板３の両面に有底孔３１、３２が同時に加工されてゆく。

穿孔を開始してからの上下の送りモータ４、５の回転数を合算した回転数がストローク設定手段に設定した回転数に達したら、送りモータ４、５の一方（図２の例では送りモータ４）を逆転し他方の回転を継続するか、又は送りモータ４、５の回転を共に停止して昇降モータ１６で昇降台１８を上動又は下動（図２の例では上動）させる（図２（ｄ））。この動作により、進出を続ける側の穿孔砥石（図２の例では穿孔砥石２）が上下の有底孔３１、３２を連通させて貫通孔３３とする。その後、貫通した方の穿孔砥石（図２の例では穿孔砥石２）を送りモータの逆回転により退避させ（図２（ｅ））、１個の貫通孔３３の加工を完了する。

指令された数の貫通孔の加工が終了したら、砥石モータ８、９がガラス板３と干渉しない位置に横送り台１４を移動させた後、昇降台１８を上動して貫通孔の加工工程を終了する。

貫通させる側の穿孔砥石（図２の例では穿孔砥石２）は、その径を他方の砥石（図２の例では穿孔砥石１）の径より僅かに（仕上げ研削代程度）大径とするのが好ましい。そのようにすれば、上下の穿孔砥石１、２の砥石径の誤差や軸心の誤差により上下の有底孔３１、３２の連接部に条痕などが生ずるのを防止できる。

上下の穿孔砥石１、２は、中実の砥石であっても中空の砥石（図３）であっても良く、一方を中実、他方を中空の砥石としても良い。また、図４に示すように、一方を中空円筒状の砥石１ｂとし、他方を中空円筒状の砥石１ｂの中空孔に挿入される先端部２１を備えた中実円筒状の砥石２ｂとすることもできる。更に、図５に示すような基端側に円錐部２２を備えた穿孔砥石１ｃ、２ｃを用いることにより、上記の手順で貫通孔を開けた後に上下の砥石１ｃ、２ｃを個別に進出させて、円錐部２２で穿孔した貫通孔の縁の面取を行うこともできる。

更に、貫通孔を穿孔した後、貫通した穿孔砥石（図２の例では穿孔砥石２）を貫通状態のままその回転を保持して横送り台１４の移動やテーブル１１の回動により、図６に示すような長孔３４や砥石径より大径の各種形状の貫通孔３５を形成することができる。この場合に、図５に示したような基端側に円錐部２２を有する穿孔砥石をその円錐部２２が貫通孔の縁を摺擦する位置まで進出させて横送り台１４の移動やテーブル１１の回動を行うことにより、形成した長孔３４や大径貫通孔３５の一方の縁の面取３６を同時に行うことが可能である。

図７は、この発明の穿孔装置の第２実施形態の要部を示した図である。図７の装置は、図１の装置における砥石台６、７及びその送りモータ４、５が設けられておらず、回転子軸の先端に上下の砥石１、２を装着した砥石モータ８、９が昇降台１８の上下の位置に直接装着されている。従って、上下の砥石１、２の間隔ｓは一定であり、その他の構造は、図１の装置と同じである。

この第２実施形態の装置では、昇降台１８を繰り返し上下に往復動させ、その往復動ストロークを順次増大させることにより、強化ガラス板３の表面両側に有底孔を交互に穿孔し、その両側の有底孔の孔深さを順次増大させてゆくことにより、強化ガラス板３に貫通孔を穿孔する。

図８及び図９の（ａ）〜（ｇ）は、図７の装置における貫通孔の穿孔動作を説明した図である。第１実施形態の場合と同様に、ガラス板３と干渉しない位置で昇降台１８を下降させ、横送り台１４の移動とテーブル１１の回動により、砥石の軸線ａをガラス板３の穿孔位置に一致させる。

次に上下の砥石１、２が強化ガラス板３に向けて進出したときのストローク端における当該砥石で穿孔される有底孔の深さが強化ガラス板３を貫通しない深さとなるストロークで、かつその深さが昇降台１８の往復動作毎に順次深くなるストロークで昇降台１８を往復昇降させる。すると図８の（ｂ）〜図９（ｅ）に示すように、両側から穿孔された有底孔３１、３２の深さが順次深くなり、最後にどちらかの砥石によって上下の有底孔３１、３２の間の壁が切除されて貫通孔となる。そこでその後、図９（ｆ）に示すように、一方の砥石２（又は１）で強化ガラス板３を貫通させ、昇降台を最初の状態に戻すことにより、貫通孔３３を形成する。

この第２実施形態の構造は、装置構造を簡易化できるという特徴がある。一方、第１実施形態の構造は、装置構造が複雑になるが、加工途中において、強化ガラス板３に作用する砥石軸方向の加工力がバランスするので、加工途中におけるガラス板の破断をより確実に回避できる。

１（１ａ、１ｂ、１ｃ） 穿孔砥石
２（２ａ、２ｂ、２ｃ） 穿孔砥石
３ 強化ガラス板
４、５ 送りモータ
６、７ 砥石台
８、９ 砥石モータ
１６ 昇降モータ
１８ 昇降台
３１、３２ 有底孔
３３ 貫通孔
ａ 鉛直軸

Claims (3)

1. 先端を対向させて同一軸線上に配置した一対の穿孔砥石と、これらの穿孔砥石を前記軸線方向に進退させる進退装置とを備え、当該一対の穿孔砥石を前記軸線回りに回転させつつ前記進退させることにより、当該一対の穿孔砥石の間に位置決めした硬質脆性板に貫通孔を穿孔する硬質脆性板の穿孔装置において、
   前記一対の穿孔砥石を同時に又は交互に前記硬質脆性板に向けて進出させることにより当該硬質脆性板の両面に当該硬質脆性板の板厚中心に達しない有底孔を形成し、それらの有底孔の孔深さを同時に又は繰り返し交互に増加させることにより両有底孔を前記硬質脆性板の厚さ中間部において連通させることにより、前記硬質脆性板に貫通孔を穿孔することを特徴とする、硬質脆性板の穿孔装置。
2. 前記一対の穿孔砥石が、互いに相手側に向けて前記軸線方向に同時に進出する一対の砥石台に軸支され、当該一対の砥石を同方向に同期回転する同期回転指令手段とを備えている、請求項１記載の硬質脆性板の穿孔装置。
3. 前記一対の穿孔砥石が、往復動距離を順次増大させながら往復動する昇降台に軸支されている、請求項１記載の硬質脆性板の穿孔装置。

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