JP6855780B2 - 曲面ガラス加工装置 - Google Patents
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Description
一方、レーザーカット方式は、仕上げ品質は良いが装置自体が高価であり、フィラメント交換等のランニングコストがかかる不利がある。
(1) 曲面形状を有するガラス板を加工する曲面ガラス加工装置であって、
前記ガラス板を支持するガラス板支持部と、
先端にカッターが取り付けられ回転駆動される主軸と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に直交する平面内で相対移動させる面内移動機構と、
前記主軸と前記カッターとの間に介装され、前記カッターを前記軸方向に前記ガラス板支持部側へ付勢するフローティング部と、を備え、
前記ガラス板支持部のガラス板支持面は、前記ガラス板の曲面形状と同等の形状の曲面にされ、
前記ガラス板支持部は、基台と、該基台の側方に配置された側方支持台と、前記側方支持台を前記基台に対して回転移動させて、前記ガラス板支持部に支持された前記ガラス板を折り割りする折り割り加工部と、を有し、
前記フローティング部は、前記カッターに作用する前記軸方向の力に応じて弾性変形し、前記カッターを前記ガラス板支持部へ向けて付勢する弾性復元力を発生する弾性部材を有し、
前記カッターを前記ガラス板に押し当てた状態で、前記面内移動機構により前記ガラス板と前記カッターとを相対移動させて前記ガラス板に切線を形成し、前記ガラス板を前記折り割り加工部により前記切線に沿って折り割り加工する曲面ガラス加工装置。
(2) 曲面形状を有するガラス板を加工する曲面ガラス加工装置であって、
前記ガラス板を支持するガラス板支持部と、
先端にカッターが取り付けられ回転駆動される主軸と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に直交する平面内で相対移動させる面内移動機構と、
前記主軸と前記カッターとの間に介装され、前記カッターを前記軸方向に前記ガラス板支持部側へ付勢するフローティング部と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に相対移動させる軸方向移動機構と、
前記カッターの前記軸方向の変位量に応じて前記軸方向移動機構に駆動信号を出力する制御部と、
を備え、
前記フローティング部は、前記カッターに作用する前記軸方向の力に応じて弾性変形し、前記カッターを前記ガラス板支持部へ向けて付勢する弾性復元力を発生する弾性部材を有し、
前記軸方向移動機構の駆動により、前記カッターの前記軸方向の設定高さを加工始点から加工終点までの間で、前記ガラス板の高さ変化に応じて階段状に設定し、
前記カッターを前記ガラス板に押し当てた状態で、前記面内移動機構により前記ガラス板と前記カッターとを相対移動させ、前記ガラス板に切線を形成する曲面ガラス加工装置。
<曲面ガラス加工装置の全体構成>
図1は本発明の実施形態を説明するための図で、曲面ガラス加工装置の全体構成図である。
曲面ガラス加工装置100は、主軸11に接続されるカッターツール(以降、カッターと略称する)13により曲面形状を有するガラス板15に切線を形成する切線加工と、ガラス板15に形成された切線に沿ってガラス板15を折り割りする折り割り加工と、主軸11に接続される研削砥石17によりガラス板15の切断端面の面取り加工とを、数値制御される多軸のマシニングセンタ等の工作機械で実施する。
フローティング部55は、主軸とツールとの間に介装され、主軸11に挿着されるシャンク51と、円筒状のカラー67と、カラー67の内径部67aに嵌挿されるスリーブ69と、コイルバネ71と、コイルバネ71を覆うホルダ73と、を備える。カラー67は、軸方向一端部がシャンク51に固定され、軸方向他端部が径方向外側に突出する上部連結フランジ67bが形成される。コイルバネ71は、上部連結フランジ67bと下部連結フランジ69bとの間に配置される弾性部材である。ホルダ73は、上部連結フランジ67bの軸方向外側の端面に当接する当接面73aと、下部連結フランジ69bの軸方向外側の端面に当接する当接面73bとを有し、コイルバネ71を覆って配置される。コイルバネ71は、圧縮された状態で上部連結フランジ67bと下部連結フランジ69bとの間に配置され、コレットチャック53を軸方向下方のガラス板支持部21側に向けて付勢する。
上記構成のフローティング部55は、図4(A)に示す状態から、図4(B)に示すように、軸方向力Fがコレットチャック53に負荷されると、コイルバネ71が軸方向力Fに応じて弾性変形して圧縮される。コイルバネ71は、この圧縮による弾性復元力を発生する。発生した弾性復元力は、コレットチャック53に伝達され、コレットチャック53に取り付けたカッター13をガラス板15へ押し当てる押圧力として作用する。
上記構成の曲面ガラス加工装置100は、制御部85によって統括制御される。具体的には、制御部85は、主軸移動ステージ25のX軸駆動部とY軸駆動部に接続され、主軸11をXY平面内の任意の位置に移動させる。これにより、主軸11に取り付けられたツールをガラス板支持部21上の任意の位置に配置、走査でき、且つ、退避位置でツール交換を実施できる。
次に、上記構成の曲面ガラス加工装置100による曲面ガラス加工方法の手順について説明する。
曲面ガラスの加工工程は、概略的には、次の手順に沿って行う。
(St.1)図1に示すように、成型後のガラス板15を、曲面ガラス加工装置100のガラス板支持部21に位置決めして載置する。
(St.2)吸引ポンプ45に接続された電磁バルブ43を駆動して、ガラス板支持部21に載置されたガラス板15を吸着固定する。このとき、基台31の主吸着部35と側方支持台33A(33B)の側方吸着部37A(37B)を共に負圧にする。なお、前述したように、側方吸着部37A(37B)のガラス板支持面33aとガラス板15との間に隙間δを有する場合には、側方吸着部37A(37B)を負圧にせず、主吸着部35のみ負圧にする。
(St.3)主軸11にカッター13を取り付けて、ガラス板支持部21の基台31と側方支持台33A(33B)との間で、ガラス板15に切線を形成する。
(St.4)側方支持台33A(33B)を折り割り機構により駆動して、ガラス板15を切線に沿って折り割りする。又は、上記δを有する場合には、側方吸着部37A,37Bを負圧にして、ガラス板15を折り割りする。
(St.5)側方支持台33A(33B)への負圧供給を停止し、側方支持台33A(33B)上のガラス片の吸着固定を解除する。これにより、ガラス板片を廃材として除去する。
(St.6)折り割りしたガラス板15の切断端面を面取り加工する。
最初に、切線加工工程について説明する。
図8(A)〜(C)は切線加工工程の手順を示す説明図である。なお、側方支持台33Aと33Bでは、それぞれ同様の加工がなされる。そのため、以下の説明においては、側方支持台33Bの側の動作を説明し、側方支持台33Aの側の動作については、その説明を省略する。
置での割れを抑制できるためである。
図11は図5に示すX−X線断面矢視図であり、カッター13を軸RBに沿って移動する様子を示す動作説明図である。ガラス板15及び基台31は、軸RBに沿って上側に向けて凸となる凸状曲面を有する。このガラス板15の一端部Pstから他端部Pendに向けて、軸RBに沿ってカッター13を押し当てながら走査し、ガラス板15に切線を形成する。このとき、制御部85は、主軸移動ステージ25と昇降ステージ47に駆動信号を出力して、カッター13による切線加工を行う。
傾動ステージ49は、ガラス板支持部21をX軸に対する回転軸(A軸)回りに傾斜させられる。また、傾動ステージ49は、Y軸に対する回転軸(B軸)回りに傾斜させる機能を有していてもよい。この傾動ステージ49によれば、カッター13のガラス板15への押し当て方向を任意に変更できる。
<折り割り工程>
次に、折り割り工程について説明する。
図15(A)〜(C)は折り割り工程の手順を示す工程説明図である。まず、図15(A)に示すように、主吸着部35によってガラス板支持部21上に吸着されたガラス板15を、アクチュエータ81の駆動による曲げによって図15(B)に示すように折り割りする。
次に、面取り工程について説明する。
図16は面取り工程の様子を示す工程説明図である。
ここでは、前述の折り割り工程によって切断されたガラス板15の切断端面15aを、回転駆動される研削砥石17により面取り加工する。
・マシニング動作:3軸(X,Y,Z軸)
・カッター送り速度:5000mm/min
・カッター品種:Penett(登録商標)−SC(三星ダイヤモンド工業製)
ホイール外径 3mm
ホイール厚さ 0.65mm
ホイール内径 0.8mm
刃先角 115°
・フローティング部
コイルバネ:WF−50(株式会社ミスミ製),バネ定数0.5N/m
フローティング荷重:4.9〜9.8N
(1) 曲面形状を有するガラス板を加工する曲面ガラス加工装置であって、
前記ガラス板を支持するガラス板支持部と、
先端にツールが取り付けられ回転駆動される主軸と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に直交する平面内で相対移動させる面内移動機構と、
前記主軸と前記ツールとの間に介装され、前記ツールを前記軸方向に前記ガラス板支持部側へ付勢するフローティング部と、
を備え、
前記フローティング部は、前記ツールに作用する前記軸方向の力に応じて弾性変形し、前記ツールを前記ガラス板支持部へ向けて付勢する弾性復元力を発生する弾性部材を有し、
前記ツールとして少なくともカッターを備え、前記カッターを前記ガラス板に押し当てた状態で、前記面内移動機構により前記ガラス板と前記カッターとを相対移動させ、前記ガラス板に切線を形成する曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、ガラス板が、Z軸方向に変化する曲面形状を有していても、軸方向移動機構を、その曲面形状に沿って逐次Z方向位置を駆動制御する必要がなくなる。これにより、軸方向移動機構によるZ軸方向駆動の実行頻度を低減でき、駆動プログラムを簡素化できる。また、加工装置内でガラス板の切線加工と、折り割り加工と、ガラス板の切断端面の面取り加工とを、ガラス板を固定したまま、そのまま続けて実施できる。このため、切線加工、折り割り加工、面取り加工に度にガラス板をガラス板支持部から着脱させる必要がなく、迅速に、しかも高精度な加工が可能となる。
(2) 前記弾性部材は、コイルバネである(1)に記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、多種多様なコイルバネから適切なバネ定数を有するものを選定することや加工することで、必要とする弾性復元力を容易に、且つ安価に得られる。
(3) 前記コイルバネのバネ定数は、0.1〜20N/mmである(2)に記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、コイルバネが適切なバネ定数であることで、切線の形成が安定して行える。
(4) 前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に相対移動させる軸方向移動機構を備える(1)〜(3)のいずれか一つに記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、軸方向移動機構を有することにより、ガラス板の曲面形状がコイルバネの変形量を超える高さ変化を有する場合であっても、事項方向移動機構の駆動により、ガラス板の曲面形状に沿ってツールを移動させられる。
(5) 前記カッターに作用させる前記弾性復元力は、4.9N〜9.8Nの範囲である(1)〜(4)のいずれか一つに記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、適切な弾性復元力を作用させることで、切線の断面形状を一定に保持でき、高い切断面品質が得られる。
(6) 前記弾性部材は、前記弾性変形による軸方向変形ストロークが0.1〜5mmの範囲である(1)〜(5)のいずれか一つに記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、ガラス板が、Z軸方向に大きく変化する曲面形状を有していても、軸方向移動機構によるZ軸方向駆動の実行頻度を低減できる。
(7) 前記カッターは、円周稜線に沿って刃先が形成されたスクライビングホイールを有する(1)〜(6)のいずれか一つに記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、カッター切断技術の実績が豊富で安価なスクライビングホイールを用いて切線加工を行うため、切線加工条件を簡単に適正化でき、ガラス板に生じるチッピングを低減できる。その結果、低コストで高い切断面品質が安定して得られる。
(8) 前記カッターの前記ガラス板への押し当て方向を、前記ガラス板の板厚方向に一致させる傾動機構を更に備える(1)〜(7)のいずれか一つに記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、一定の断面形状の切線を安定して加工でき、ガラス板の切断端面の品質が向上する。
(9) 前記傾動機構は、前記ガラス板支持部を前記主軸の軸方向から傾斜させるものである(8)に記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、ガラス板支持部が主軸に対して傾斜することにより、主軸側の回転移動機構の複雑化が防止される。
(10) 前記ガラス板支持部に支持された前記ガラス板を前記切線に沿って折り割り加工する折り割り加工部を備える(1)〜(9)のいずれか一つに記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、曲面ガラス加工装置が折り割り加工部を備えるため、切線を形成したガラス板を、同じ加工装置により続けて折り割り加工できる。
(11)前記ガラス板支持部は、基台と、該基台の側方に配置された側方支持台とを有し、前記側方支持台は、前記ガラス板が支持されるガラス板支持面が、前記基台のガラス板支持面を延長した仮想支持面に沿ったガラス支持位置と、前記仮想支持面と交差するガラス折り位置と、に移動可能に前記基台に接続され、
前記折り割り加工部は、前記側方支持台に前記ガラス板を吸着させる側方吸着部と、前記側方支持台を前記ガラス支持位置と前記ガラス折り位置とに移動させる折り駆動機構と、を備える(10)に記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、側方吸着部を基台から移動させることで基台に支持されたガラス板を折り割りできる。つまり、折り割り加工が主軸側とは独立して行える。
(12) 折り割り加工された前記ガラス板の切断端面を面取り加工する面取り加工部を備える(10)又は(11)に記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、曲面ガラス加工装置が面取り加工部を備えるため、形成された接線に沿って折り割りしたガラス板の切断端面を、同じ加工装置により続けて面取り加工できる。
(13) 前記主軸に取り付けられた前記ツールを交換するツール交換部を有し、
前記ツールとして研削砥石を更に備え、
前記面取り加工部は、前記ツール交換部により前記カッターに代えて前記主軸に取り付けた前記研削砥石により、前記ガラス板の切断端面を面取り加工する(12)に記載の曲面ガラス加工装置。
この曲面ガラス加工装置によれば、主軸に取り付けられたカッターを研削砥石に交換することで、面取り加工を切線加工と同じ主軸を用いて実施できる。そのため、面取り加工部を省スペースで配置でき、装置の小型化に寄与できる。
(14) 曲面形状を有するガラス板を加工する曲面ガラス加工方法であって、
前記ガラス板を支持するガラス板支持部と、
先端にツールが取り付けられ回転駆動される主軸と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に直交する平面内で相対移動させる面内移動機構と、
前記主軸と前記ツールとの間に介装され、前記ツールを前記軸方向に前記ガラス板支持部側へ付勢するフローティング部と、
を備える曲面ガラス加工装置を用い、
前記ツールとしてのカッターを前記ガラス板に押し当てて、前記フローティング部内に設けられた弾性部材を弾性変形させ、前記弾性部材からの弾性復元力によって前記カッターを前記ガラス板支持部へ向けて付勢する工程と、
前記面内移動機構により前記ガラス板と前記カッターとを相対移動させ、前記ガラス板に切線を形成する工程と、
を含む曲面ガラス加工方法。
この曲面ガラス加工方法によれば、ガラス板が、Z軸方向に変化する曲面形状を有していても、その曲面形状に沿って逐次Z方向位置を駆動制御する必要がなくなる。これにより、駆動プログラムを簡素化できる。また、加工装置内でガラス板の切線加工と、折り割り加工と、ガラス板の切断端面の面取り加工とを、ガラス板を固定したまま、そのまま続けて実施できる。このため、切線加工、折り割り加工、面取り加工に度にガラス板をガラス板支持部から着脱させる必要がなく、迅速に、しかも高精度な加工が可能となる。
(15) 前記ガラス板支持部は、基台と、該基台の側方に配置された側方支持台とを有し、
前記切線を、前記基台の外周縁より外側に形成する(14)に記載の曲面ガラス加工方法。
この曲面ガラス加工方法によれば、切線を基台の外周縁より外側に形成することで、ガラス板の折り割りによる切断端面が基台の外周縁より外側に配置される。これにより、面取り加工時に研削砥石が他の部材と干渉することを防止できる。
(16) 前記ガラス板支持部に支持された前記ガラス板を、前記ガラス板支持部に支持させたまま、前記切線に沿って折り割り加工する折り割り工程を含む(14)又は(15)に記載の曲面ガラス加工方法。
この曲面ガラス加工方法によれば、加工装置内でガラス板の切線加工と、折り割り加工とを、ガラス板を固定したまま、そのまま続けて実施できる。
(17) 前記主軸に保持された前記カッターを研削砥石に交換し、前記折り割り加工された前記ガラス板を、前記ガラス板支持部に支持させたまま、前記ガラス板の切断端面を前記研削砥石により面取り加工する面取り工程を含む(16)に記載の曲面ガラス加工方法。
この曲面ガラス加工方法によれば、加工装置内でガラス板の切線加工と、折り割り加工と、ガラス板の切断端面の面取り加工とを、ガラス板を固定したまま、そのまま続けて実施できる。
13 カッター
15 ガラス板
15a 切断端面
17 研削砥石
21 ガラス板支持部
25 主軸移動ステージ
27 オートツールチェンジャー(ツール交換部)
31 基台
33A,33B 側方支持台
35 主吸着部
37A,37B 側方吸着部
47 昇降ステージ
49 傾動ステージ
55 フローティング部
57 スクライビングホイール
59 カッターホルダ
65 交換駆動部
71 コイルバネ(弾性部材)
83 折り駆動機構
85 制御部
91 切線
100 曲面ガラス加工装置
Claims (12)
- 曲面形状を有するガラス板を加工する曲面ガラス加工装置であって、
前記ガラス板を支持するガラス板支持部と、
先端にカッターが取り付けられ回転駆動される主軸と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に直交する平面内で相対移動させる面内移動機構と、
前記主軸と前記カッターとの間に介装され、前記カッターを前記軸方向に前記ガラス板支持部側へ付勢するフローティング部と、を備え、
前記ガラス板支持部のガラス板支持面は、前記ガラス板の曲面形状と同等の形状の曲面にされ、
前記ガラス板支持部は、基台と、該基台の側方に配置された側方支持台と、前記側方支持台を前記基台に対して回転移動させて、前記ガラス板支持部に支持された前記ガラス板を折り割りする折り割り加工部と、を有し、
前記フローティング部は、前記カッターに作用する前記軸方向の力に応じて弾性変形し、前記カッターを前記ガラス板支持部へ向けて付勢する弾性復元力を発生する弾性部材を有し、
前記カッターを前記ガラス板に押し当てた状態で、前記面内移動機構により前記ガラス板と前記カッターとを相対移動させて前記ガラス板に切線を形成し、前記ガラス板を前記折り割り加工部により前記切線に沿って折り割り加工する曲面ガラス加工装置。 - 前記ガラス板支持部の少なくとも前記側方支持台に、前記ガラス板をエア吸引により吸着固定する吸着部が設けられている、請求項1に記載の曲面ガラス加工装置。
- 曲面形状を有するガラス板を加工する曲面ガラス加工装置であって、
前記ガラス板を支持するガラス板支持部と、
先端にカッターが取り付けられ回転駆動される主軸と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に直交する平面内で相対移動させる面内移動機構と、
前記主軸と前記カッターとの間に介装され、前記カッターを前記軸方向に前記ガラス板支持部側へ付勢するフローティング部と、
前記主軸と前記ガラス板支持部とを前記主軸の軸方向に相対移動させる軸方向移動機構と、
前記カッターの前記軸方向の変位量に応じて前記軸方向移動機構に駆動信号を出力する制御部と、を備え、
前記フローティング部は、前記カッターに作用する前記軸方向の力に応じて弾性変形し、前記カッターを前記ガラス板支持部へ向けて付勢する弾性復元力を発生する弾性部材を有し、
前記軸方向移動機構の駆動により、前記カッターの前記軸方向の設定高さを加工始点から加工終点までの間で、前記ガラス板の高さ変化に応じて階段状に設定し、
前記カッターを前記ガラス板に押し当てた状態で、前記面内移動機構により前記ガラス板と前記カッターとを相対移動させ、前記ガラス板に切線を形成する曲面ガラス加工装置。 - 前記軸方向移動機構は、前記ガラス板支持部を前記軸方向に昇降移動させる昇降ステージである請求項3に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記制御部は、前記カッターの設定高さと前記ガラス板の高さとの前記軸方向の差が、前記弾性部材の弾性変形による軸方向変形ストロークの60%〜95%に達した際に、前記軸方向移動機構を駆動して、前記軸方向の差が前記軸方向変形ストロークの5%〜40%の領域になるように前記カッターの設定高さを変更する、請求項3又は4に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記弾性部材は、コイルバネである請求項1〜5のいずれか1項に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記コイルバネのバネ定数は、0.1〜20N/mmである請求項6に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記カッターに作用させる前記弾性復元力は、4.9N〜9.8Nの範囲である請求項1〜7のいずれか一項に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記弾性部材は、前記弾性変形による軸方向変形ストロークが0.1〜5mmの範囲である請求項1〜8のいずれか一項に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記カッターは、円周稜線に沿って刃先が形成されたスクライビングホイールを有する請求項1〜9のいずれか一項に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記カッターの前記ガラス板への押し当て方向を、前記ガラス板の板厚方向に一致させる傾動機構を更に備える請求項1〜10のいずれか一項に記載の曲面ガラス加工装置。
- 前記傾動機構は、前記ガラス板支持部を前記主軸の軸方向から傾斜させるものである請求項11に記載の曲面ガラス加工装置。
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