JPH02296745A - 脆い材料のプレートを裂開する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、裂開すべきプレートの少なくとも一つの主表
面上に熱負荷を加え、前記プレートの一方の側に亀裂導
入部として亀裂開始点を設け、この結果として前記プレ
ートに応力を発生させ、これにより前記亀裂開始点から
出発して所望の切断ラインに沿って前記主表面に直角に
亀裂を発生させて、脆い材料のプレートを裂開する方法
に関するものである。

（背景技術） このような方法は西独間特許（ＤＥ）第２８．１３゜３
０２号公報に開示されている。この既知方法では、板ガ
ラスのプレートの一側に亀裂開始点を設け、このプレー
トを所望の切断ラインに対して対称的な連続して配列さ
れた２個の領域の一方において加熱しかつ前記領域の他
方において冷却し、その結果として温度勾配によって前
記プレートに熱応力を発生させ、これにより亀裂開始点
から出発する亀裂を発生させる。このプレートを対称的
に裂開する場合には、亀裂は所望の切断ラインに沿って
進行する。しかし、プレートを非対称的に裂開する場合
には、亀裂は所望の切断ラインからずれる。

本発明の目的は、脆い材料のプレートを所望の切断ライ
ンに沿って正確かつ迅速に裂開することができる上述の
種類の方法を提供することにある。

（発明の開示） 本発明においては、前記プレートが前記所望の切断ライ
ンに沿って非対称的に裂開するように、前記プレートの
平面内において前記プレートに機械的負荷を加えること
により、上述の目的を達成する。

プレートを前記西独間特許（ＤＥ）第２８．１３，３０
２号公報に開示されている方法によって非対称的に裂開
する場合には、２種のずれが生じる。一方のずれは横ず
れ（ｌａｔｅｒａｌ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）、すなわ
ちプレートの主表面における所望の切断ラインに対する
亀裂のずれであり、他方のずれは直角ずれ（ｓｑｕａｒ
ｎｅｓｓ　ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）、すなわち所望の切
断ラインから出発してプレートの主表面を横切る平面に
対する亀裂のずれである。上述のずれの原因は機械的な
非対称性にある。ここに横ずれの出現を簡単に説明する
。プレートを非対称的に裂開する場合には、プレートは
幅の異なる２個の条片に細分される。裂開操作中に、亀
裂に沿った部分の材料は周囲の材料より温度が高くなり
、従って亀裂に沿った部分の熱膨張が周囲の材料の熱膨
張より大きくなる。この結果、材料の条片は亀裂のいず
れの側においてもそり返る、すなわち条片は彎曲して亀
裂から離れる。しかも、幅の狭い条片は彎曲して幅の広
い細条より大きい距離にわたって亀裂から離れる。この
理由は、幅の広い条片は一層多量の冷温の材料に接続し
ているので、彎曲して亀裂から離れる現象が妨害される
からである。従って〜亀裂方向における亀裂の先端に近
い部分の材料における応力は幅の広い細条の方が大きく
なり、応力の状態は非対称になる。最後に、亀裂の先端
の直ぐ前でせん断負荷が生じる。その結果、亀裂方向が
幅の狭い条片の方に変化し、亀裂はもはや所望の切断ラ
インに沿って進行しない。亀裂の横ずれが大きくなるに
つれて、せん断負荷は十分な横ずれによってせん断負荷
が零になるまで減少し、亀裂の先端のまわりにおける応
力の状態は対称的になる。

横ずれの値は多数のパラメータ、例えば、材料の熱的性
質および機械的性質、熱源の加熱力、形状および寸法、
ならびに幾何学的パラメータ、例えば、プレートの寸法
およびプレートにおける亀裂位置によって決まる。

直角ずれは裂開すべきプレートの一方の主表面のみに熱
負荷を加える場合に生じる。加熱領域または冷却領域は
拡散のために他方の主表面において一層広くなる。横ず
れはこのように二つの主表面において異なり、この結果
直角ずれが生じる。

従って、これらのずれは両方とも、亀裂の両側の材料の
条片における幅の差、従って剛性の差、すなわち機械的
非対称性に起因する。これらのずれは直線切断および輪
郭切断の両方において生じる。

亀裂の先端が所望の切断ライン上に位置する場合には、
本発明方法によって、プレート材料における応力が亀裂
の先端の近くで対称的になるように、機械的負荷を加え
ることができる。従って、横ずれおよび直角ずれは生じ
ない。プレートは望ましい切断ラインに沿って非対称的
に裂開される。

スポット形または線形の熱源によってプレートに熱負荷
を加えることができる。

本発明方法の好適例においては、裂開すべきプレートに
力を作用させることにより機械的負荷を加える。上述の
ように、プレートを非対称的に裂開する場合には、幅の
狭い条片は彎曲して幅の広い条片より大きな距離にわた
って亀裂から離れる。

この結果、亀裂の先端のまわりの応力は非対称的になる
。プレートの平面内において幅の狭い条片が彎曲して幅
の広い条片より大きな距離にわたって亀裂に戻るように
条片に力を作用させる場合には、亀裂の先端のまわりの
応力は対称的になる。

この力はスポット負荷から構成することができ、この負
荷はプレート裂開操作中に一定の値および方向を有し、
プレートの一定の点において終端する。しかし、スポッ
ト負荷はプレート裂開操作中に値、方向および終端点を
変えることができる。

また、この力は一部又は全部をライン負荷から構成する
ことができる。他の可能性はプレート表面に摩擦力が作
用するように力を加えることである。

本発明方法の他の好適例においては、裂開すべきプレー
トに強化材を一時的に取り付けることにより機械的負荷
を加える。幅の狭い条片に強化材を一時的に取り付ける
と、その結果幅の狭い条片の機械的性質が変化し、亀裂
の先端が所望の切断ライン上に位置している場合には、
亀裂の先端のまわりの応力は対称的になる。これは強化
材の幅、厚さおよび機械的性質を適当に選定することに
より達成することができる。強化材は例えば接着剤によ
って幅の狭い条片に取り付けることができる。

接着剤による連結は、裂開操作中に生じる応力に耐える
のに十分な強さを有しているが、裂開操作後に再び簡単
に剥離できるように、選定する必要がある。このような
二つの形態の応力に対する原理は同じであって、亀裂の
先端が所望の切断ライン上に位置している場合には亀裂
の先端のまわりの応力状態が対称的になるように、裂開
すべきプレートにおける応力を変えることである。

（実施例） 次に、本発明を図面を参照して例について説明する。な
お、図面において裂開すべきプレートの変形は実際より
大きく示されている。

第１図に脆い材料のプレート１を示す。このプレートを
スポット形熱源３、例えばレーザによって亀裂開始点５
から出発して所望の切断ライン７に沿って裂開する。ス
ポット形熱源３は所望の切断ラインに沿ってプレート１
の上方を移動させる。

プレート１は非対称的に幅の広い条片９と幅の狭い条片
１１とに裂開される。裂開操作中、幅の広い条片９は２
個の支点１３および１５で支持される。幅の狭い条片１
１の隅角部に一定の力Ｆを作用させる。

力Ｆの値および方向は経験的にあるいは計算により決め
る。スポット形熱源３の代わりに、線形熱源を使用する
こともできる。

第２図に示す例では、脆い材料のプレート１を第１図に
おけると同様に非対称的に裂開する。この例では、機械
的負荷を拘束点によって加える。

すなわち、プレート１は固定された支点１３．１５およ
び１７によって、条片９および１１が彎曲した際にとる
ことのできる形状に拘束される。支点の位置は経験的に
あるいは計算により決める。この場合にも、スポット形
熱源３の代わりに、線形熱源を使用することができる。

第３図に示す例では、第１図および第２図に示す例と同
様に、脆い材料のプレート１を非対称的に裂開する。機
械的負荷はローラ２１によって加λる。ローラ２１はば
ね又は空気シリンダの作用によって幅の狭い条片の端縁
を押圧する。ローラ２１とスポット形熱源３との距４１
　Ｃは一定に維持する。

この結果、亀裂の先端２３に対して一定の負荷が生じる
。ローラ２１をプレート１の端縁と接触している剛強な
条片２４上を走行させた場合に、−層好ましい結果が得
られる。この例を第４図に示す。これらの二つの方法は
スポット形熱源３と組み合わせた場合にのみ適当である
。スポット負荷４ｍｍ。

出力１５ワツトのＣＯ□レーザを使用して石灰ガラスの
プレートを裂開した。このプレートは幅３７ｍｍ。

長さ８７ｍｍ、厚さ１ｍｍであった。このプレートには
３７−の辺に亀裂開始点を設ける。この亀裂開始点は８
７ｍｍの第１長辺からｉｏ＋ｕ＋ｎに位置していた。レ
ーザビームは５Ｍ／秒の速度でプレートの上方を移動さ
せた。レーザビームは亀裂開始点から出発してプレート
の長辺に平行に移動させた。幅１５ｍｍ、長さ１００　
ｍｍ、厚さ５　ｍｍの金属棒をプレートの第１長辺に押
し当てた。第２長辺を２個のビンに押し当てた。また、
亀裂開始点の無い辺をピン（図示せず）に押し当てた。

熱源３とローラ２１との間の距離Ｃは１８ｍｍとし、ロ
ーラ２１を４０ニユートンの力で金属棒に押圧した。こ
のローラをプレー）１に沿ってレーザビームと同じ速度
でレーザビームと同時に移動させた。プレートは所望の
切断ラインに沿って切断された。最大板ずれは０．２　
ｍｍであった。金属棒を使用しなかった場合には、最大
板ずれは０．７５鮒であった。

第５図に示す例では、幅の狭い条片の表面に摩擦力を作
用させることにより、機械的負荷を加える。幅の狭い条
片を比較的剛強な締付は装置２７によって締め付ける。

締付は部片２９は十分に頑丈であることが必要であり、
締め付は力も十分に大きくする必要がある。これは、例
えば鋼製クランプをゴムで被覆することにより達成する
ことができる。この材料は数多くの材料なかんずくガラ
スに対して大きな摩擦を示す。ゴムの寸法および締め付
は力を満足できる大きさにした場合には、亀裂の先端に
おいて機械的対称性が生じる。この方法はスポット形熱
源および線形熱源のいずれと組み合わせて使用するのに
も適している。

第６図に示す例では、強化材を幅の狭い条片１１に一時
的に取り付けることにより機械的負荷をプレート１に加
える。この例では強化材の条片３１を幅の狭い条片１１
に接着する。強化材の条片の幅、厚さおよび機械的性質
を適当に選定することにより、亀裂の先端２３のまわり
の負荷は対称的になる。

裂開後に、強化材の条片３１を幅の狭い条片１１から除
去する。強化材の条片３１は再使用することができる。

この方法においても、スポット形熱源３又は線形熱源を
使用することができる。また、強化材は幅の狭い条片の
主表面に２個の条片として接着することによりプレート
に取り付けることができる。

あるいはまた、上述のような石灰ガラスプレートは次の
ようにして切断することができた。シアノアクリレート
接着剤を使用して幅１７ｍｍ、長さ８７ｍｍ、厚さｌａ
ｎのアルミニウム棒をガラスプレートの第１長辺に封着
させた。ガラスプレートは所望の切断ラインに沿って切
断された。横ずれも直角ずれも認められなかった。

上述の本発明方法によって種類の異なる種々の材料を裂
開することができる。しかし、これらの材料は脆い材料
、例えば、ガラス又はケイ素であることが必要である。

本発明方法の大きな利点は、幅の狭い条片の表面に損傷
を与える割れた破片および削れた細片が裂開操作中に生
成しないことである。亀裂開始点としては、材料の一辺
に設けた掻き傷または凹凸を使用することができる。裂
開すべきプレートの主表面は平坦であっても彎曲してい
てもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一例において裂開すべきプレート
の幅の狭い条片の隅角部に機械的負荷が加えられている
状態を示す前記プレートの平面図、第２図は本発明方法
の他の例において裂開すべきプレートに機械的負荷が拘
束点によって加えられている状態を示す前記プレートの
平面図、第３図は本発明方法のさらに他の例において裂
開すべきプレートの亀裂の先端に対して一定の機械的負
荷が加えられている状態を示す前記プレートの平面図、 第４図は本発明方法のさらに他の例において裂開すべき
プレートの幅の狭い条片の両隅角部に機械的負荷が加え
られている状態を示す前記プレートの平面図、 第５図は本発明方法のさらに他の例において裂開すべき
プレートの幅の狭い条片を締め付けることにより機械的
負荷が加えられている状態を示す前記プレートの斜視図
、 第６図は本発明方法のさらに他の例において裂開すべき
プレートの幅の狭い条片に強化材を取り付けることによ
り機械的負荷が加えられている状態を示す前記プレート
の平面図である。 ■・・・プレート ３・・・スポット形熱源（レーザビーム）５・・・亀裂
開始点 ７・・・切断ライン ９・・・幅の広い条片 １１・・・幅の狭い条片 １３、１５．１７・・・支点 ２１・・・ローラ ２３・・・亀裂の先端 ２４・・・剛強な条片 ２７・・・締付は装置 ２９・・・締付は部片 ３１・・・強化材の条片 Ｆ・・・一定の力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、裂開すべきプレートの少なくとも一つの主表面上に
   熱負荷を加え、前記プレートの一方の側に亀裂導入部と
   して亀裂開始点を設け、この結果として前記プレートに
   応力を発生させ、これにより前記亀裂開始点から出発し
   て所望の切断ラインに沿って前記主表面に直角に亀裂を
   発生させて、脆い材料のプレートを裂開するに当り、 前記プレートが前記所望の切断ラインに沿 って非対称的に裂開するように、前記プレートの平面内
   において前記プレートに機械的負荷を加えることを特徴
   とする脆い材料のプレートを裂開する方法。 ２、前記プレートに力を作用させることにより前記機械
   的負荷を加えることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３、前記プレートに強化材を一時的に取り付けることに
   より前記機械的負荷を加えることを特徴とする請求項１
   又は２記載の方法。