JP7337327B2 - ガラス板の端面加工装置及びガラス板の製造方法 - Google Patents

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、加工具の押圧力を小さくする必要がある場合に、アクチュエータの出力（駆動力）も必然的に小さくなる。しかしながら、アクチュエータの出力は、定格出力に比べて小さすぎると安定しないという問題がある。その結果、加工具の押圧力及び／又は位置が不当に変動し続け、ガラス板の端面の加工品位が低下するおそれがある。

本発明は、ガラス板の端面に対する加工具の押圧力が小さい場合であっても、ガラス板の端面の加工品位を良好に維持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、アーム部材が揺動するための駆動力を発生するアクチュエータと、アーム部材を付勢する付勢装置と、を備えていることを特徴とする。

このようにすれば、ガラス板の端面に対する加工具の押圧力が小さい場合でも、付勢装置の付勢力を打ち消すために、アクチュエータ（例えばサーボモータなど）の駆動力が大きくなるため、アクチュエータの出力が安定する。したがって、加工具の押圧力及び／又は位置が安定し、ガラス板の端面の加工品位を良好に維持できる。

上記の構成において、付勢装置は、加工具をガラス板の端面から引き離す方向にアーム部材を付勢していることが好ましい。

このようにすれば、アクチュエータが停止した場合に、付勢装置の付勢力によって加工具がガラス板の端面から自動的に引き離されるため、ガラス板の破損を防止できる。

上記の構成において、付勢装置は、アーム部材を付勢するための付勢力を発生するバネであってもよい。

このようにすれば、バネは安価で耐久性があるため、設備コスト及びランニングコストを低減できる。

上記の構成において、付勢装置は、アーム部材を付勢するための付勢力を発生するシリンダであってもよい。

このようにすれば、シリンダは伸縮しても付勢力が変化し難いため、アーム部材を付勢する力を一定にし易くなる。

上記の構成において、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、アーム部材が揺動するための駆動力を発生するアクチュエータと、を備え、端面加工工程では、アーム部材を付勢することを特徴とする。

このようにすれば、端面加工工程において、上述した同様の理由により、アクチュエータの出力が安定するため、ガラス板の端面の加工品位を良好に維持できる。

本発明によれば、ガラス板の端面に対する加工具の押圧力が小さい場合であっても、ガラス板の端面の加工品位を良好に維持できる。

第一実施形態に係るガラス板加工装置を示す平面図である。 第一実施形態に係るガラス板加工装置の一部の平面図である。 第二実施形態に係るガラス板加工装置の一部の平面図である。 第三実施形態に係るガラス板加工装置の一部の平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第二実施形態以降においては、その他の実施形態と共通する構成は同一符号を付して詳しい説明を省略する。

（第一実施形態）
図１に示すように、第一実施形態に係る端面加工装置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、アーム部材４が揺動するため（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、アーム部材４を付勢する付勢装置７と、を備える。

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８によって回転自在に支持されており、支持軸部材８を中心として揺動可能である。アーム部材４が揺動する方向には、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向と、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とがある。支持軸部材８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。

アーム部材４が揺動するための駆動力を発生するサーボモータ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。本実施形態では、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。本実施形態では、第二ジョイント６ｄの中心、支持軸部材８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。なお、サーボモータ５とアーム部材４とを直接連結し、リンク機構６を省略してもよい。

付勢装置７は、サーボモータ５の駆動力によりアーム部材４が揺動する方向に付勢する付勢力を発生するための引張バネ７ａを備える。引張バネ７ａは、一端がアーム部材４の受け部４ａに取り付けられ、他端が端面加工装置１のベース部９等に取り付けられている。本実施形態では、引張バネ７ａは、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向にアーム部材４を引き込んでいる。つまり、引張バネ７ａは、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するようにアーム部材４が揺動する際に、その揺動動作に対して抵抗を与える。

引張バネ７ａのアーム部材４への取付位置（連結位置）は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、支持軸部材８と砥石２の回転軸２ａとの間の中央位置よりも支持軸部材８寄りの位置に設定されている。このように引張バネ７ａの取付位置を支持軸部材８に近接させた理由は、アーム部材４の揺動に伴う引張バネ７ａの伸縮量の変化を小さくすることにより、引張バネ７ａの付勢力の変動を低減するためである。なお、引張バネ７ａのアーム部材４への取付位置は、支持軸部材８の近傍であれば、支持軸部材８と第二ジョイント６ｄとの間の中央位置よりも支持軸部材８寄りの位置であっても同様の効果が得られる。

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８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２とは反対にサーボモータ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８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（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、サーボモータ５のモータ軸５ａのトルクを略一定に制御することで砥石２の押圧力を略一定にでき、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（砥石２の押圧力を増加させる場合）と、図示は省略するが、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（砥石２の押圧力を減少させる場合）とがある。

いずれの場合でも、サーボモータ５は、砥石２の押圧力を発生させるためのトルクに加えて、付勢装置７からの抵抗に抗するためのトルクを付与することになる。したがって、ガラス板Ｇの端面Ｅに対する砥石２の押圧力が小さい場合であっても、サーボモータ５の出力を大きくできるため、サーボモータ５の出力が安定する。その結果、砥石２の押圧力及び／又は位置が安定し、ガラス板Ｇの端面Ｅの加工品位を良好に維持できる。

ここで、付勢装置７による付勢力は、サーボモータ５の出力が定格トルクの１０％以上となるように調整することが好ましい。サーボモータ５の出力は定格トルクの１５％以上であることがより好ましく、２０％以上であることが更に好ましい。また、付勢装置７による付勢力は、サーボモータ５の出力が定格トルクの９０％以下となるように調整することが好ましい。サーボモータ５の出力は定格トルクの８５％以下であることがより好ましく、８０％以下であることが更に好ましい。ここで、サーボモータ５の出力は、例えば、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅと接触している時、又は、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅと非接触な状態でアーム部材４がその揺動を規制するストッパと接触している時の値である。

（第二実施形態）
図３に示すように、第二実施形態に係る端面加工装置１が、第一実施形態に係る端面加工装置１と相違するところは、付勢装置７が、引張バネ７ａに代えて、サーボモータ５の駆動力によりアーム部材４が揺動する方向に付勢する付勢力を発生するための圧縮バネ７ｂを備える点である。

本実施形態では、圧縮バネ７ｂは、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向にアーム部材４を押し込むように付勢力を発生させる。

（第三実施形態）
図４に示すように、第三実施形態に係る端面加工装置１が、第一及び第二実施形態に係る端面加工装置１と相違するところは、付勢装置７が、バネ７ａ，７ｂに代えて、サーボモータ５の駆動力によりアーム部材４が揺動する方向に付勢する付勢力を発生するためのシリンダ７ｃを備える点である。

本実施形態では、シリンダ７ｃは、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向にアーム部材４を引き込むように付勢力を発生させる構成であるが、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向にアーム部材４を押し込むように付勢力を発生させる構成であってもよい。このようにシリンダ７ｃを用いれば、アーム部材４の揺動動作によって揺動角が変化しても、付勢力がバネに比べて変動し難いという利点がある。

シリンダ７ｃは、例えば、空気式シリンダ、油圧式シリンダ、電動シリンダなどを採用できる。

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８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、第二ジョイント６ｄの中心と支持軸部材８の中心とを結ぶ直線と、支持軸部材８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°未満のなす角を有していてもよい。

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、付勢装置７が、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向にアーム部材を付勢するが、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アーム部材を付勢してもよい。この場合、付勢装置７による押し当てる方向のトルクに対抗するために、サーボモータ５は、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向のトルクを発生させることになる。より詳細には、サーボモータ５は、付勢装置７からの抵抗に抗するためのトルクから砥石２の押圧力を発生させるためのトルクを差し引いたトルクを付与することになる。この形態であっても、付勢装置７からの抵抗に抗するためのトルクを適切に設定すれば、ガラス板Ｇの端面Ｅに対する砥石２の押圧力が小さい場合であっても、サーボモータ５の出力を大きくできる。

上記の本実施形態では、付勢装置７が付勢する方向は、アーム部材４が揺動する方向と略一致するが、砥石２がガラス板Ｇの端面Ｅから離れる方向にアーム部材４を引き込めれば、或いは、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アーム部材を押し込めれば、付勢装置７が付勢する方向は、アーム部材４が揺動する方向に対して傾斜していてもよい。

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。

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 付勢装置
７ａ 引張バネ
７ｂ 圧縮バネ
７ｃ シリンダ
８ 支持軸部材
Ｇ ガラス板
Ｅ 端面

Claims (6)

1. 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、前記加工具を前記ガラス板の端面から引き離す成分を含む付勢力又は前記加工具を前記ガラス板の端面に押し当てる成分を含む付勢力を前記アーム部材に常に付与する付勢装置と、前記付勢力に抗しながら、前記加工具が前記ガラス板の端面を加工するための駆動力を発生させて前記アーム部材を揺動させるアクチュエータと、を備えていることを特徴とするガラス板の端面加工装置。
2. 前記付勢装置は、前記加工具を前記ガラス板の端面から引き離す方向に前記アーム部材を付勢してい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。
3. 前記付勢装置が、前記アーム部材を付勢するための付勢力を発生するバネを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス板の端面加工装置。
4. 前記付勢装置が、前記アーム部材を付勢するための付勢力を発生するシリンダを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス板の端面加工装置。
5. 前記付勢装置は、前記アクチュエータの出力が定格トルクの１０％以上となるように付勢力を付与することを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載のガラス板の端面加工装置。
6. 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、
   前記端面加工工程では、請求項１～５のいずれか１項に記載のガラス板の端面加工装置を用いて、前記ガラス板の端面を加工することを特徴とするガラス板の製造方法。

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