JPH0336000A - 脆性材料の割断加工装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、脆性材料を局部的に加熱してその熱応力を
利用して脆性材料に亀裂を生しさせて割断する装置に係
り、特に、脆性材料の亀裂の進行状態を計測しながら自
動的に割断加工す、る脆性材料の割断加工装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来、板状の脆性材料の割断加工としては次のような加
工が知られている。

イ）ダイヤモンド等の硬質材料を用いて引掻く等して材
料の表面に連続的な微細な亀裂または加工によって溝を
つくり、その亀裂や加工溝に沿って圧下またはｉｉｉ　
撃（ｍ重を加えるなどして割断する。

口）レーザ、ショノトプラスト、放電加工、研削砥石等
によってスクライビング加工を施して、その加工線に沿
って割断する。

しかし、上述したイ）の加工では、長い複雑な曲線のあ
る割断は困難であり、かつ割断面に応力集中の原因とな
る不規則な微細亀裂が残存して時によっては更に削正を
必要とするなどの欠点がある。また、口）の加工では加
工線に沿って加工しろを必要とし、かつ硬い脆性材料で
はスクライビング加工能率が悪くなる。更に割断面は不
規則になり長い複雑な曲線に沿って割断するには作業が
困難である等の欠点がある。

そこで、このような欠点を解消した割断加工として、脆
性材料を局部的に加熱してその熱応力によって亀裂を生
じさせながら割断するやり方が知られている。

この脆性材料を熱応力により割断加工する際には、割れ
の進行状態は作業者の目視によりなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、割断加工では、割れが進行しているかど
うかを目で確かめながら、その割れの進行の早さに合わ
せて加熱部分を手動、あるいは自動的に移動させて割断
していくため、次のような問題があった。

ｌ〉監視する作業者が必要である。

２）セラミックなど不透明な材料では割れの先端が見え
にくいために割れが進行しているのか、停止しているの
かわからない場合があり、熱源の移動開始、および移動
速度の設定が難しい。

３）そのために、材料が変わるたびに事前に試験割断加
工をして移動開始時間、および適当な熱源の大きさ、加
える熱量の大きさ、移動速度などの割断加工条件を設定
する加工試験が必要であり、加工の自動化が難しい。

４）移動開始時間、および移動速度が不適切であれば、
割断加工線が歪むことがあり割断精度が悪くなることが
ある。

この発明は、上記のような問題点に鑑み、その問題点を
解決すべく創案されたものであって、その目的とすると
ころは、亀裂者を検出することにより割れの進行状態を
計測して、監視作業者を不要し、脆性材料の割断加工を
自動化して作業効率と加工精度の向上を計ることのでき
る脆性材料の割断加工装置を提供することにある。

［Ｌ１題を解決するための手段］ 以上の目的を達成するために、この発明に係る脆性材料
の割断加工装置は、脆性材料を保持して２次元方向内で
移動自在な移動台と、移動台に保持された脆性材料を局
部的に加熱してその熱応力によって亀裂を生じさせる加
熱装置と、脆性材料の亀裂が進展する瞬間又は進展して
いる間に発するＡＥ（アコースティック・エミッション
）を計測するＡＥ全センサ、ＡＥ全センサらの情報に基
づき移動台の移動速度並びに加熱装置の熱量及び加熱時
間を制御する制御８１横とを、少なくとも有する構成よ
りなるものである。

ここで、ＡＥはアコースティック・エミッション（Ａｃ
ｏｕｓｔｉｃ　　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の略語であり、固
体材料内部の微小な破壊あるいはそれと同様なエネルギ
ー解放過程によって発生する弾性波動現象を意味するも
のである。ＡＥは一般に可聴音でなく音として聞くこと
のできない微弱な信号、つまり弾性波動現象である。

〔作用〕

以上のような構成を有するこの発明は次のように作用す
る。

即ち、脆性材料の切り欠きの先端を加２８装置で局部的
に加熱すると、その熱により発生した熱応力が切り欠き
の先端に集中して、亀裂が進展する瞬間或いは亀裂が進
展している間、ＡＥ（アコースティック・エミッション
〉を発する。このＡＥはＡＥ全センサ検出され、その情
報が制御機構に送られる。制御機構ではその情報に基づ
き、脆性材料を保持する移動台の移動速度、及び加熱装
置の熱量と加熱時間を制御し、自動的に割断加工状態を
センシングしながら割断加工する。

〔実施例〕

以下、図面に記載の実施例に基づいてこの発明をより具
体的に説明する。

ここで、第１図は割断加工装置の制御システム図である
。

図において、割断加工装置１は、脆性材料ａを保持して
移動する移動台２、脆性材料ａを局部的に加熱する加熱
装置３、脆性材料ａの亀裂時に発するＡＥ（アコーステ
ィック・エミッション）を計測するＡＥ全センサ、移動
台２及び加熱装置３を制御する制御機構５などから主に
構成されている。

割断加工装置１は、脆性材料ａの割断始点を切り欠き加
工し、その近傍を加熱装置３によって局部内に加熱し、
その熱応力によって加工始点からの亀裂を生じさせ、脆
性材料ａを保持している移動台２を移動させることによ
って相対的に脆性材料ａの局部的な加熱箇所を順次割断
加工線すに沿って移動し、その加熱箇所の移動によって
亀裂を連続して進展させて脆性材料ａを所定の割断加工
線すに沿って割断する装置である。

移動台２は２次元方向例えばＸ軸−Ｙ軸の水平方向の平
面内で自在に移動できるようになっている。移動台２に
は例えばＸ−Ｙテーブルが使用されている。移動台２の
上面には脆性材料ａが載置されるように平坦面となって
おり、この移動台２の上面に脆性材料ａがＲ置され、図
示しない固定器具で移動台２上に一体的に固定保持され
、移動台２の移動と一体になって移動するようになって
いる。この移動台２の移動は制御機構５からの情報によ
ってコントロールされた移動台制御回路２によって制御
される。

加熱装置３は脆性材料ａを局部的に加熱するための装置
であり、例えばレーザが使用されている。

レーザが使用される加熱装ｒ１１３にあっては、レーザ
発信器３ａ、レーザ発信器３ａに電源を供給する電源回
路３ｂ、電源回路３ｂの出力を調整する出力コントロー
ラ装置３Ｃ、レーザ発信器３ａから出力されたレーザ光
線を反射するミラー３ｄ、ミラー３ｄで反射されたレー
ザ光線を集光して脆性材料ａにあてて局部的に加熱する
レンズ３ｅ、及びレンズ３ｅを移動Ｓさせて脆性材料ａ
に対して近付けたり遠ざけたりする駆動モータ３ｒなど
から、加熱装置３は構成されている。この加熱装置３も
制御機構５によって制御される。

ところで、加熱装置３の脆性材料ａを加熱する強さは、
出力コントローラ装置３Ｃと駆動モータ３ｆによるレン
ズ３ｅの移動Ｓによって調整される０例えば、脆性材料
ａの厚さが厚くなるほど局部加熱部分も広くかつ必要熱
量も多く必要となるが、このような場合にはレンズ３ｅ
を脆性材料ａ側に近付けてレーザ光線の照射範囲を拡げ
、又出カコントローラ装？１ｉ３ｃによってレーザ発信
器３ａから発射されるレーザ光線の出力を高める。これ
に対して、割断加工線すが複雑でかつ高い精度が要求さ
れる場合には、出力コントローラ装置３Ｃによってレー
ザ光線の出力を小さくし、又脆性材料ａに対するレンズ
３ｅの距離を調整してレザ光線の照射範囲を極端に狭め
て一点に集中させるようにすることもできる。なお、レ
ーザ発信器３ａは電源には商用電源が使用され、このた
め、電源回路３ｂは商用電ｄに接続されている。

ＡＥ全センサは脆性材料ａの亀裂が進展する瞬間又は進
展している間に発するＡＥ（アコースティノク・エミッ
ション〉を計測する機器である。

前述したように、ＡＥは固体材料内部の微小な破壊ある
いはそれと同様なエネルギー解放過程によって発生する
弾性波動現象を意味するものである。

ＡＥ全センサは一般に可聴音でなく音として聞くことの
できない微弱なＡＥ倍信号検出することができる機器で
ある。ＡＥ全センサは移動台２上に保持された脆性材料
ａの表面に配置されて、脆性材料ａの亀裂が進展する瞬
間又は進展している間に発する弾性波であるＡＥの振動
を検出するものである。

ＡＥ全センサで検出測定されたＡＥ倍信号アンプ４ａで
増幅され、ディスクリミネータ４ｂに送られる。ディス
クリミネータ４ｂはＡＥ全センサで検出測定されたＡＥ
倍信号必要な情報に分けるフィルターの機能を有する。

発信頻度計数装置４Ｃ１振幅分布計測装置４ｄ及び相対
エネルギー計測装Ｗ４ｅは、ディスクリミネータ４ｂで
より分けられた各情報を各々計測する装置である。これ
らの装置で計測された情報はアナグロ情報からデジタル
情報に変換されて制御機構５に送られる。

なお、４ｆはブザーである。

制御機構５は移動台２の移動速度と加熱装置３の熱量及
び加熱時間を制御するものである。制御機構５には初期
情報として、移動台２の移動経路、加熱装置３のレーザ
発信器３ａの出力、レーザ発信器３ａの初期の停止加熱
時間、及び移動台２の移動速度が人力されている。また
、制御機構５にはＡＥ全センサで検出測定されたＡＥ倍
信号情報が逐次人力される。そして、制御機構５では、
ＡＥセンサ４で検出測定された＋＊’ｉに基づいて、初
期人力情報の加熱装置３のレーザ発信器３ａの出力、レ
ーザ発信器３ａの初期の停止加熱時間、及び移動台２の
移動速度とを比較して、修正の必要がある場合にはこれ
らの初期情報の修正を計るようになっている。これによ
り、適切な自動化された割断加工を行うことが可能にな
る。制御機構５には例えばマイクロコンピュータが使用
されている。

次に上記実施例の構成に基づく作用について以下説明す
る。

先ず、割断される脆性材料ａを移動台２の上面の所定の
位置に取付けて固定する。これにより、脆性材料ａは移
動台２と一体となって移動するようになる。移動台２上
の取付は位置は予め決められている。

これと相前後して、制御機構５に初期人力情報として、
移動台２の移動経路、加熱装置３のレーザ発信器３ａの
出力、レーザ発信器３ａの初期の停止加熱時間、及び移
動台２の移動速度をインプットとする。このうち、加熱
装置３のレーザ発信器３ａの出力、レーザ発信器３ａの
初期の停止加熱時間、及び移動台２の移動速度は、脆性
材料ａの材料と板厚などから決定される。

このようにして、脆性材料ａを移動台２上にセットし、
また、初期情報を入力した後、割断加工装置ｌを作動さ
せる。

制御ｊｍ構５に人力された初期情報に基づき、レーザ発
信器３ａからレーザ光線が発射されて、脆性材料ａの所
定位置を局部的に加熱する。この場合において、脆性材
料ａの割断始点には予め切り欠き加工されていて、熱応
力による応力集中が生しるように加工されている。この
切り欠き加工された割断始点と加熱位置は適度に離れて
いる。

そして、適度に離れた位置を局部的にレーザ光線によっ
て加熱すると、熱応力のために切り欠きから亀裂が発生
する。亀裂の先端と適度の距離をレーザ光線の照射箇所
が保つように移動台２を適度の速度で所定の移動経路に
沿って移動させ、また、レーザ光線の強さを適度の状態
に保つと、脆性材料ａの亀裂は順次所定の割断経路に沿
って進展し、所定の経路に脆性材料ａを割断することが
できる。

この場合において、脆性材料ａの亀裂が進展する瞬間又
は進展している間にＡＥ（アコースティック・エミッシ
ョン）信号、つまり弾性波を発する。このＡＥ倍信号脆
性材料ａの表面に配置されたＡＥ全センサによって検出
測定される。ＡＥ全センサによって検出測定されたＡＥ
倍信号情報は、アンプ４ａで増幅され、ディスクリミネ
ータ４ｂに送られる。ディスクリミネータ４ｂではＡＥ
倍信号必要な情報に分けて、発信頻度計数装置４Ｃ１振
幅分布計測装置４ｄ及び相対エネルギー計測装置４ｅに
送る。これらの計測装置で各々計測されたＡＥ倍信号各
情報は、アナグロ情報からデジタル情報に変換されて制
御機構５に各々送られる。

制御８Ｉｌ構５ではＡＥ全センサで検出測定されたＡＥ
倍信号情報に基づき、亀裂の進行状態を判断し、初期入
力情報と比較してレーザ発信器３ａの出力、レーザ発信
器３ａの初期の停止加熱時間、及び移動台２の移動速度
を修正する必要がある場合には修正する。この修正は逐
次行われて、適切な割断加工が行われるようにｔｌｌ整
する。このようにして、脆性材料ａの亀裂が割断経路の
終点に到達すると、制御機構５は加熱装置３を停止させ
、又移動台２の移動を停止させる。これにより、割断作
業は自動的に終了する。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし
得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上の記載より明らかなように、この発明に係る脆性材
料の割断加工装置によれば、次のような優れた効果を奏
するものである。

１）ｉ＆性材料の亀裂が進展する瞬間又は進展している
間に発するＡＥ（アコースティック・エミッション）を
ＡＥセンサで計測することにより、脆性材料の割れの進
行状態を検出することができ、割れの進行状態を目視に
より監視する熟練の作業者を不要することができる。

２）割れの進行状態が目視では観測困難なセラミソクな
どの不透明な材料であっても、脆性材料の亀裂が進展す
る瞬間又は進展している間に発するＡＥをＡＥ全センサ
計測することにより、脆性材料の割れの進行状態を確実
に検出することができ、熱源の移動開始、および移動速
度の設定が容易となる。

３）これにより、従来行われていた、材料が変わるたび
に事前に試験割断加工をして移動開始時間、および適当
な熱源の大きさ、加える熱量の大きさ、移動速度などの
割断加工条件を設定する加工試験を不要にでき、割断加
工を自動化することができる。その結果、熟練作業者で
なくても脆性材料の割断加工を行うことができる。

４）加えて、熱源の脆性材料に対する相対的な移動開始
時間、および移動速度をＡＥ全センサらの情報に基づき
適切に制御することができるので、割断加工線が歪むの
を回避でき、割断精度の劣化を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明に係る脆性材料の割断加工装置の実施例
を示すものであって、第１図は割断加工装置の制御シス
テム図である。 〔符号の説明〕 ｌ：割断加工装置　　　２：移動台 ２ａ；移動台制御回路　　３：加熱装置３ａ二レ一ザ発
ｆｇ器　　　３ｂ：電源回路３Ｃ：出力コントローラ装
置 ３ｄ：クラ−３ｅ：レンズ ３ｆ：駆動モータ　　　　４：へＥセンサ４ａ：アンブ
　　　　　４ｂ：ディスクリ腿ネータ４ｃ：発信頻度計
数装置 ４ｄ；振幅分布計測装置 ４ｅ；相対エネルギー計測装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、脆性材料を保持して２次元方向内で移動自在な移動
   台と、移動台に保持された脆性材料を局部的に加熱して
   その熱応力によって亀裂を生じさせる加熱装置と、脆性
   材料の亀裂が進展する瞬間又は進展している間に発する
   ＡＥ（アコースティック・エミッション）を計測するＡ
   Ｅセンサと、ＡＥセンサからの情報に基づき移動台の移
   動速度並びに加熱装置の熱量及び加熱時間を制御する制
   御機構とを、少なくとも有することを特徴とする脆性材
   料の割断加工装置。