JP7167816B2

JP7167816B2 - ガラス板の端面加工装置及びガラス板の製造方法

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Publication number: JP7167816B2
Application number: JP2019066854A
Authority: JP
Inventors: 真澄伊吹
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2022-11-09
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: CN216098034U; KR20210145722A; WO2020203095A1; TW202035064A; TWI827819B; JP2020163520A

Description

本発明は、ガラス板の端面加工装置及びガラス板の製造方法に関する。

近年、液晶ディスプレイ等の生産効率に対する改善要請に応じるべく、当該ディスプレイ等に使用されるガラス基板の製造効率に対する改善要求が高まっている。ここで、ガラス基板の製造では、大型のガラス原板（成形原板）から一枚又は複数枚のガラス基板を切り出すことが行われている。これにより、所望の寸法のガラス基板が取得できる。

一方で、ガラス原板から切り出されたガラス基板の端面は、通常、切断面又は折割面となるため、微小な傷（欠陥）が存在することが多い。ガラス基板の端面に傷があると、その傷から割れ等が発生するため、これを防止するためにガラス基板の端面に対して研削加工（粗加工）と研磨加工（仕上げ加工）とが施される。

この種の端面加工に用いられるガラス板の端面加工装置として、例えば特許文献１には、加工具を支持する揺動可能なアーム部材と、このアーム部材を介して加工具からガラス板の端面に作用する押圧力を発生するアクチュエータ（押圧力発生要素）と、を備えた、いわゆる定圧式と呼ばれる端面加工装置が開示されている。

国際公開第２０１３／１８７４００号

一般的に定圧式の端面加工装置では、例えばアクチュエータの駆動力が大きすぎると、加工具の押圧力の細かな調整が難しいという問題がある。特に研削時には、加工具の加工能力が一般的に高いため、加工具の押圧力の細かな調整が不充分であると、加工量（切込み量）が大きく増減して所望の加工が実現できないおそれがある。

本発明は、ガラス板の端面を加工する際に、加工具の押圧力の細かな調整を実現することを課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、ガラス板の端面を加工具で加工するガラス板の端面加工装置であって、加工具を支持する揺動可能なアーム部材と、加工具がガラス板の端面を押圧するための駆動力を発生するアクチュエータと、アクチュエータの駆動力をアーム部材に伝達するリンク機構と、を備え、リンク機構は、アクチュエータによって揺動可能な第一リンク部材と、アーム部材及び第一リンク部材のそれぞれに揺動可能に連結された第二リンク部材と、を備え、加工具がガラス板の端面と接触した状態で、第一リンク部材の長手方向の直交方向と第二リンク部材の長手方向とのなす角が、アーム部材の長手方向の直交方向と第二リンク部材の長手方向とのなす角よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、アクチュエータが加工具をガラス板の端面に対して押し当てる方向に移動させる場合、アクチュエータによって揺動した第一リンク部材が第二リンク部材を押す力の大きさよりも、第二リンク部材によって押されたアーム部材に作用する力のうちアーム部材の揺動方向に作用する力の成分の大きさの方が小さくなる。同様に、アクチュエータが加工具をガラス板の端面に対して引き離す方向に移動させる場合、アクチュエータによって揺動した第一リンク部材が第二リンク部材を引く力の大きさよりも、第二リンク部材によって引かれたアーム部材に作用する力のうちアーム部材の揺動方向に作用する力の成分の大きさの方が小さくなる。したがって、アクチュエータの駆動力が大きい場合であっても、アーム部材の揺動方向に作用する力を小さくできるため、ガラス板の端面に対する加工具の押圧力を細かく調整できる。

上記の構成において、加工具は、研削用の砥石であることが好ましい。

研削用の砥石は、一般的に研磨用の砥石よりもガラス板の端面に押し付ける押圧力によって加工量が大きく変動し易い。これに対し、本発明のように、加工具がガラス板の端面を押圧する押圧力を細かく調整できる構成とすれば、研削用の砥石であっても所望の加工量に制御し易くなる。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、端面加工装置によりガラス板の端面を加工具で加工する端面加工工程を備えたガラス板の製造方法であって、端面加工装置は、加工具を支持する揺動可能なアーム部材と、加工具がガラス板の端面を押圧するための駆動力を発生するアクチュエータと、アクチュエータの駆動力をアーム部材に伝達するリンク機構と、を備え、リンク機構は、アクチュエータによって揺動可能な第一リンク部材と、アーム部材及び第一リンク部材のそれぞれに揺動可能に連結された第二リンク部材と、を備え、端面加工工程では、加工具がガラス板の端面と接触した状態で、第一リンク部材の長手方向の直交方向と第二リンク部材の長手方向とのなす角が、アーム部材の長手方向の直交方向と第二リンク部材の長手方向とのなす角よりも小さくなることを特徴とする。

このようにすれば、上述した構成と同様の理由により、端面加工工程において、ガラス板の端面に対する加工具の押圧力を細かく調整できる。

本発明によれば、ガラス板の端面を加工する場合において、加工具の押圧力の細かな調整を実現できる。

本発明の実施形態に係る端面加工装置を示す平面図である。図１の端面加工装置の一部を拡大して示す平面図である。図１の端面加工装置の一部を拡大して示す平面図である。本発明の他の実施形態に係る端面加工装置の一部を拡大して示す平面図である。本発明の他の実施形態に係る端面加工装置の一部を拡大して示す平面図である。本発明の他の実施形態に係る端面加工装置の一部を拡大して示す平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、端面加工装置１は、加工具としての砥石２を回転駆動するモータ３と、砥石２を回転可能に支持するアーム部材４と、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅを押圧するための駆動力を発生するアクチュエータとしてのサーボモータ５と、サーボモータ５の駆動力をアーム部材４に伝達するリンク機構６と、を備える。このような端面加工装置１は、いわゆる定圧式と呼ばれる。

砥石２を回転駆動するモータ３には、同期モータ、インダクションモータ、サーボモータ等が使用され得るが、これに限定されない。

アーム部材４は、支持軸部材７によって回転自在に支持されており、支持軸部材７を中心として揺動可能である。支持軸部材７は、アーム部材４の中間部分を支持している。アーム部材４の一端部はモータ３を支持しており、このモータ３を介して砥石２が支持されている。アーム部材４の他端部は、リンク機構６に連結されている。なお、図示は省略するが、アーム部材４の揺動軌道上には、アーム部材４の揺動範囲を規制するストッパが設けられている。ストッパは、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅと接触している間、アーム部材４から退避可能である。

砥石２をガラス板Ｇの端面Ｅに押し付けるためのサーボモータ５は、正逆方向に回転可能なモータ軸５ａと、制御部５ｂと、を備え、フィードバック制御が行われるようになっている。

リンク機構６は、第一リンク部材６ａと、第二リンク部材６ｂと、をそれぞれ揺動可能に備える。第一リンク部材６ａは、その一端部がサーボモータ５のモータ軸５ａに固定され、その他端部が第一ジョイント６ｃを介して第二リンク部材６ｂの一端部に揺動自在に連結されている。つまり、第一リンク部材６ａは、モータ軸５ａの回転により、モータ軸５ａを中心として揺動する。第二リンク部材６ｂの他端部は、第二ジョイント６ｄを介してアーム部材４の他端部に揺動自在に連結されている。なお、本実施形態では、第二ジョイント６ｄの中心、支持軸部材７の中心及び砥石２の回転軸２ａの中心が同一直線上に配列されている。

図２に示すように、サーボモータ５のモータ軸５ａが反時計回りに回転すると、リンク機構６によってアーム部材４も支持軸部材７を中心に反時計回りに回転する。これに伴い、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅに対して押し当てられる方向に移動し、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅを押圧する力が増加する。一方、図３に示すように、サーボモータ５のモータ軸５ａが時計回りに回転すると、リンク機構６によってアーム部材４も支持軸部材７を中心に時計回りに回転する。これに伴い、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅに対して引き離される方向に移動し、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅを押圧する力が減少する。

制御部５ｂは、フィードバック制御により、サーボモータ５のモータ軸５ａの速度、トルク及び位置を監視する。この速度、トルク及び位置に応じてサーボモータ５のモータ軸５ａを正逆方向に回転させることにより、砥石２の位置や押圧力を制御する。

砥石２は、例えば、端面Ｅの面取りを主たる目的とする研削用の砥石でもよいし、端面Ｅの微小な凹凸を均すことを主たる目的とする研磨用の砥石でもよい。研磨用の砥石における砥粒の粒度は、研削用の砥石における砥粒の粒度と同じか、それよりも大きい。研削用の砥石における砥粒の粒度は、例えば＃１００～＃１０００とすることができ、研磨用の砥石における砥粒の粒度は、例えば＃２００～＃１０００とすることができる。砥石２の直径は、例えば１００～２００ｍｍである。

図１に示すように、本実施形態では、２つの端面加工装置１が、ガラス板Ｇを挟んで対向する位置に配置されている。つまり、ガラス板Ｇの対向する二辺の端面Ｅをそれぞれ同時に端面加工するようになっている。なお、ガラス板Ｇの一辺に複数の端面加工装置１を配置してもよい。この場合、各端面加工装置１の砥石２の種類は同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、端面Ｅを先に加工する上流側の端面加工装置１の砥石２を研削用の砥石とし、これに追随して端面Ｅを後から加工する下流側の端面加工装置１の砥石２を研磨用の砥石としてもよい。

端面加工装置１の加工対象となるガラス板Ｇは、例えば矩形の板形状を有している。ガラス板Ｇの厚み寸法は例えば０．０５ｍｍ～１０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ～０．７ｍｍであることがより好ましい。もちろん、本発明を適用可能なガラス板Ｇは上記形態には限定されない。例えば矩形以外の形状（例えば多角形）を有するガラス板や、厚み寸法が０．０５ｍｍ～１０ｍｍを外れるサイズのガラス板に対しても本発明を適用し得る。

ガラス板Ｇは砥石２に対して所定の送り方向Ｘに沿って相対的に移動し得る。なお、図１では、ガラス板Ｇが送り方向Ｘに移動し、砥石２は固定される場合を示している。もちろん、ガラス板Ｇが固定され、砥石２が送り方向Ｘとは逆向きに移動してもよいし、ガラス板Ｇと砥石２の双方が移動してもよい。

次に、上記の構成の端面加工装置１を用いたガラス板の製造方法を説明する。

本実施形態に係る製造方法は、ガラス板Ｇを準備する準備工程と、準備したガラス板Ｇの端面Ｅを加工する端面加工工程と、を備える。なお、端面加工工程後にガラス板Ｇの洗浄、検査、梱包等の工程を行ってもよい。端面加工工程は、単独でも実施できる。

準備工程では、まず、公知の成形方法によって成形原板を得る。その後、その成形原板を所定寸法で切り出すことによって、端面加工装置１の加工対象となるガラス板Ｇを得る。成形方法としては、例えば、オーバーフローダウンドロー法、スロットダウンドロー法、リドロー法などのダウンドロー法や、フロート法が利用できる。中でも、オーバーフローダウンドロー法は、両側の表面が火造り面となって高い表面品位を実現できるため好ましい。ガラス板Ｇは例えば液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用のガラス基板に利用される。

端面加工工程では、まず、回転した状態の砥石２をサーボモータ５の回転によって所定の位置に配置する。この状態で、ガラス板Ｇを送り方向Ｘに沿って搬送し、砥石２をガラス板Ｇの端面Ｅに接触させる。この加工開始時（図１の符号Ｅａで示す部分の加工時）に、砥石２とガラス板Ｇの端面Ｅの接触に伴う衝撃により、砥石２がガラス板Ｇから離れようとする。これに対応するため、制御部５ｂがサーボモータ５のモータ軸５ａの速度及びトルクのフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）を行う。具体的には、制御部５ｂが、サーボモータ５のモータ軸５ａの速度に基づいて砥石２と共に移動するアーム部材４の動きを検出する。この検出結果に応じて、制御部５ｂは、アーム部材４の移動を抑制するように、サーボモータ５のモータ軸５ａの速度及びトルクを制御する。これにより、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れないように、砥石２の押圧力が調整される。そのため、加工開始時における砥石２のバウンドを防止できる。

また、ガラス板Ｇの端面Ｅのうちで搬送方向の中間部分（符号Ｅａで示す部分と符号Ｅｂで示す部分の間の部分）の加工でも、サーボモータ５のモータ軸５ａの速度及びトルクのフィードバック制御を行う。その際、速度制御とトルク制御の比率を変更し、トルク制御の比率を高くする。この比率の変更は、ゲインの設定を変更することで実施できる。これにより、ガラス板Ｇの端面Ｅの加工量を搬送方向で一定に維持できる。

上記の端面加工が終了すると、砥石２とガラス板Ｇの端面Ｅとの接触が解除されるので、サーボモータ５のモータ軸５ａのトルクが急激に減少する。そのため、加工終了時（符号Ｅｂで示す部分の加工時）は、砥石２の位置が一定となるように制御部５ｂがサーボモータ５のモータ軸５ａの速度及びトルクのフィードバック制御を行う。なお、制御部５ｂによる上記の制御方法は一例であり、これに限定されるものではない。

図２及び図３に示すように、端面加工工程では、サーボモータ５のモータ軸５ａが反時計回りに回転し、砥石２をガラス板Ｇの端面Ｅに対して押し当てる方向に移動させる場合と、サーボモータ５のモータ軸５ａが時計回りに回転し、砥石２をガラス板Ｇの端面Ｅに対して引き離す方向に移動させる場合とがある。

第一ジョイント６ｃにおける第一リンク部材６ａの長手方向Ａの直交方向Ａｒと第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂとのなす角をθ１、第二ジョイント６ｄにおけるアーム部材４の長手方向Ｃの直交方向Ｃｒと第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂとのなす角をθ２とすると、θ１＜θ２なる関係が成立するようになっている。このθ１及びθ２の角度関係は、ガラス板Ｇの端面Ｅの加工開始時から加工終了時までの間、常に満たされる。

ここで、θ１及びθ２は、砥石２がガラス板Ｇの加工対象の端面Ｅと接触した状態における角度を意味する。また、第一リンク部材６ａの長手方向Ａは、サーボモータ５のモータ軸５ａの中心（第一リンク部材６ａの揺動中心）と第一ジョイント６ｃの中心とを結ぶ直線の方向を意味し、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂは、第一ジョイント６ｃの中心と第二ジョイント６ｄの中心とを結ぶ直線の方向を意味し、アーム部材４の長手方向Ｃは、第二ジョイント６ｄの中心と支持軸部材７の中心（アーム部材４の揺動中心）とを結ぶ直線の方向を意味する。

図２に示すように、砥石２を押し当てる方向に移動させる場合、第一リンク部材６ａが第二リンク部材６ｂを押す力（厳密には、第一ジョイント６ｃを押す力）Ｆ１は、第一リンク部材６ａの長手方向Ａの直交方向Ａｒと平行な向きである。一方、第二リンク部材６ｂによって押されたアーム部材４に作用する力（厳密には、第二ジョイント６ｄに作用する力）のうち、アーム部材４を反時計回りに揺動させる力Ｆ２は、アーム部材４の長手方向Ｃの直交方向Ｃｒと平行な向きである。そのため、Ｆ２＝Ｆ１ｃｏｓθ２／ｃｏｓθ１なる関係が成立し、θ１がθ２よりも小さいため、Ｆ２はＦ１よりも小さくなる。

同様に、図３に示すように、砥石２を引き離す方向に移動させる場合も、第一リンク部材６ａが第二リンク部材６ｂを引く力（厳密には、第一ジョイント６ｃを引く力）Ｆ３は、第一リンク部材６ａの長手方向Ａの直交方向Ａｒと平行な向き（Ｆ１とは逆向き）である。一方、第二リンク部材６ｂによって引かれたアーム部材４に作用する力（厳密には、第二ジョイント６ｄに作用する力）のうち、アーム部材４を時計回りに揺動させる力Ｆ４は、アーム部材４の長手方向Ｃの直交方向Ｃｒと平行な向き（Ｆ２とは逆向き）である。そのため、Ｆ４＝Ｆ３ｃｏｓθ２／ｃｏｓθ１なる関係が成立し、θ１がθ２よりも小さいため、Ｆ４はＦ３よりも小さくなる。

したがって、サーボモータ５の駆動力（出力レンジ）が大きくても、アーム部材４に作用する力を小さくできるため、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅを押圧する押圧力を細かく調整することが可能となる。

θ２は、０°を上回る角度とすればよく、θ１は例えば０°以上とすればよい。θ２－θ１を増加させれば、押圧力をより細かく調整できるが、最大の押圧力が減少する。これらを両立させる観点から、θ２－θ１は、例えば５～８５°であることが好ましく、１５～７５°であることが更に好ましく、２５～６５°であることが最も好ましい。ｃｏｓθ２／ｃｏｓθ１は、例えば０．２～０．９８であることが好ましく、０．４～０．９６であることが更に好ましく、０．６～０．９４であることが最も好ましい。

なお、θ１及びθ２の大きさは、例えば、アーム部材４、第一リンク部材６ａ及び第二リンク部材６ｂの長手方向の寸法や、サーボモータ５のモータ軸５ａ及び支持軸部材７の取付位置を変更することで調整できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、もちろん本発明に係るガラス板の端面加工装置及び製造方法はこの形態に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の形態をとることが可能である。

上記の実施形態では、アーム部材４において、第二ジョイント６ｄ、支持軸部材７及び砥石２の回転軸２ａが、同一直線上に配列される場合を説明したが、アーム部材４は、第二ジョイント６ｄの中心と支持軸部材７の中心とを結ぶ直線と、支持軸部材７の中心と砥石２の回転軸２ａの中心とを結ぶ直線とが、同一直線上に配列されずに１８０°未満のなす角を有する形状であってもよい。ただし、この場合も、アーム部材４の長手方向Ｃは、第二ジョイント６ｄの中心と支持軸部材７の中心とを結ぶ直線の方向で定義される。

上記の実施形態では、加工具として砥石２を例示したが、加工具はガラス板Ｇの端面Ｅを加工し得るものであれば砥石以外であってもよい。

上記の実施形態では、アクチュエータとしてモータ軸５aを有するサーボモータ５を例示したが、アクチュエータは、空気圧アクチュエータ、油圧アクチュエータ、電気機械アクチュエータ等、サーボモータ以外の公知のアクチュエータであってもよい。

上記の実施形態において、図２及び図３では、第一リンク部材６ａの長手方向Ａの直交方向Ａｒが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂから反時計回りにθ１の角度を有すると共に、アーム部材４の長手方向Ｃの直交方向Ｃｒが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂから時計回りにθ２の角度を有する場合を例示したが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂを基準としたθ１及びθ２の向きは特に限定されない。

つまり、図４に示すように、アーム部材４の長手方向Ｃの直交方向Ｃｒが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂから反時計回りにθ２の角度を有していてもよい（θ２の向きが反対）。

また、図５に示すように、第一リンク部材６ａの長手方向Ａの直交方向Ａｒが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂから時計回りにθ１の角度を有していてもよい（θ１の向きが反対）。

更に、図６に示すように、第一リンク部材６ａの長手方向Ａの直交方向Ａｒが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂから時計回りにθ１の角度を有すると共に、アーム部材４の長手方向Ｃの直交方向Ｃｒが、第二リンク部材６ｂの長手方向Ｂから反時計回りにθ２の角度を有していてもよい（θ１及びθ２の向きが反対）。

１端面加工装置
２砥石（加工具）
３モータ
４アーム部材
５サーボモータ（アクチュエータ）
５ａモータ軸
５ｂ制御部
６リンク機構
６ａ第一リンク部材
６ｂ第二リンク部材
６ｃ第一ジョイント
６ｄ第二ジョイント
７支持軸部材
Ｇガラス板
Ｅ端面

Claims

ガラス板の端面を加工具で加工するガラス板の端面加工装置であって、
前記加工具を支持する揺動可能なアーム部材と、前記加工具が前記ガラス板の端面を押圧するための駆動力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータの前記駆動力を前記アーム部材に伝達するリンク機構と、を備え、
前記リンク機構は、前記アクチュエータによって揺動可能な第一リンク部材と、前記アーム部材及び前記第一リンク部材のそれぞれに揺動可能に連結された第二リンク部材と、を備え、
前記加工具が前記ガラス板の前記端面と接触した状態で、前記第一リンク部材の長手方向の直交方向と前記第二リンク部材の長手方向とのなす角のうち小さい方の角が、前記アーム部材の長手方向の直交方向と前記第二リンク部材の長手方向とのなす角のうち小さい方の角よりも小さくなるように構成されていることを特徴とするガラス板の端面加工装置。
前記加工具は、研削用の砥石であることを特徴とする請求項1に記載のガラス板の端面加工装置。
端面加工装置によりガラス板の端面を加工具で加工する端面加工工程を備えたガラス板の製造方法であって、
前記端面加工装置は、前記加工具を支持する揺動可能なアーム部材と、前記加工具が前記ガラス板の端面を押圧するための駆動力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータの前記駆動力を前記アーム部材に伝達するリンク機構と、を備え、
前記リンク機構は、前記アクチュエータによって揺動可能な第一リンク部材と、前記アーム部材及び前記第一リンク部材のそれぞれに揺動可能に連結された第二リンク部材と、を備え、
前記端面加工工程では、前記加工具が前記ガラス板の前記端面と接触した状態で、前記第一リンク部材の長手方向の直交方向と前記第二リンク部材の長手方向とのなす角のうち小さい方の角が、前記アーム部材の長手方向の直交方向と前記第二リンク部材の長手方向とのなす角のうち小さい方の角よりも小さくなることを特徴とするガラス板の製造方法。