JPWO2015004835A1 - 脆性材料の板材の分断方法及び分断装置 - Google Patents

脆性材料の板材の分断方法及び分断装置 Download PDF

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Abstract

脆性材料の板材の分断方法は、まず分断計画線(2)上で板材(1)の第1主面(1a)に微小な起点疵16を形成し、ついで一対の線上で板材(9)の第1主面(1a)を抑える。ついで、例えば、板材(1)の第2主面(1b)を接触加熱する分断部材(11)を板材(1)の第2主面(1b)に接触させて第1主面(1a)に引張熱応力を発生させるとともに、板材(9)の第2主面(1b)に板厚方向の曲げ力を付与して、曲げ力による引張応力と引張熱応力とを重畳させる。これにより、板材(1)を分断計画線(2)に沿って分断する。

Description

本願発明は、脆性材料からなる板材を分断するための分断方法と分断装置に関する。
近年、FPD(flat panel display)や建材、自動車産業等において、ガラス板や半導体基板などの脆性材料からなる板材(以下、単に「板材」という)が多く用いられている。この板材は、軽量化などの目的から厚さが非常に薄くなった薄板材もある(例えば、1mm以下で、近年では0.3mm程度もある)。
このような板材は、使用目的などに応じて所望の大きさに分断されている。一般的な分断方法としては、例えば、ガラス板(以下、板材の一例として「ガラス板」を例に説明する)の場合、分断計画線に沿ってメカニカルカッタ(ダイヤモンドカッタ、超硬ホイールなど)でスクライブ溝(切れ込み)を形成し、そのスクライブ溝に沿って機械的な応力(曲げ応力)を与えて分断(割断)する方法がある。この場合、削り屑や微細な分断屑(カレット)等の塵(以下、「分断塵」という)が発生してガラス表面を汚染する。そのため、その分断塵を洗浄するための洗浄装置が必要となる。
また、スクライブ溝に沿って分断したエッジは、メカニカルカッタによって微小欠けなどを生じて強度が低下するため、エッジの研削及び研磨が必要になる。また、生産性を上げるには、スクライブ溝を形成するスクライビング装置と割断する分断装置とが必要になり、コストアップとなる。
この種の先行技術として、ガラスの切断線に沿って熱線を敷き、その熱線を所定温度に加熱するのと同時に一端面からのクラックの進展を速めるためガラス全体に切断方向の引張力を作用させて、熱応力クラックを切断線に沿って走らせてガラスを分断する方法が示されている(例えば、非特許文献1参照)。
また、ガラスの熱線と反対側から冷却エアーを噴射させながら移動させて、且つガラス全体に切断方向の引張力を作用させて一端面からのクラックを切断線に沿って進展させてガラスを分断する方法が示されている(例えば、特許文献1、非特許文献1のP117参照)。
また、他の先行技術として、ガラス基板の切断線に沿ってスポット熱源を移動させながら、同時にガラス基板全体に切断方向の引張力を作用させて熱応力クラックを切断線に沿って進展させてガラス基板を分断する方法もある(例えば、特許文献2参照)。
さらに、他の先行技術として、ガラス板の表面部にレーザ光を集光し、その集光点を加工目的の形状に沿って走査することで熱応力によってスクライビングを施し、その部位にレーザ光で熱歪みを与えてガラス板を割断するものもある(例えば、特許文献3参照)。
「熱応力によるぜい性帯板材料の割断加工に関する研究」 長崎大学 大学院 海洋生産科学研究科 沢田 博司 1998年12月、P103−107、P117、P120
特開平11−157863号公報 特開2011−84423号公報 特開平5−32428号公報
しかしながら、上記非特許文献1の方法では、一端面の傷からクラックを進行させるために熱線による加熱と同時に切断線に沿ってガラス板全体に切断方向の引張力を作用させる必要があり、小型のガラスでは可能でも、1000mm以上の大型ガラスでは切断線に沿って力を作用させることが難しい。さらに、クラックの進展速度が遅く、生産性が低い。
また、上記非特許文献1のP117、及び特許文献1の方法では、クラックの進展を促進するために冷却エアーを噴射させながら移動させているが、これでも分断速度は遅く、大型ガラスでは生産性が上がらない。
また、上記特許文献2に記載された方法の場合、上記非特許文献1と同様に、切断方向の力を作用させることは大型ガラスのような板材に適用することは難しい。しかも、移動するスポット熱源を利用しているため、上記非特許文献1よりも装置が複雑になる。
さらに、上記特許文献3に記載された方法の場合には、ガラス板の物性値の影響を大きく受け、ガラス板の厚さ、種類などが変わると条件探索の必要がある。その上、熱応力クラックの創生に時間を要し、処理速度が遅く生産性が低い。生産性を上げるためには分断装置が別に必要になり、設備が大型化する。
しかも、上記特許文献2,3に記載されるようなレーザ光を用いる分断装置の場合、レーザ光を照射する装置が大型になるとともに、レーザ光を照射する角度などの管理が難しい。そのため、広い設置スペースと多くの費用を要する。
そこで、本願発明は、脆性材料の板材の分断時に分断塵の発生を抑えるとともに、生産性を上げることができるコンパクトな分断方法と、その分断方法を実行可能な分断装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本願発明に係る脆性材料の板材の分断方法は、脆性材料からなる板材を分断計画線に沿って分断する分断方法であって、前記分断計画線上で前記板材の第1主面に微小な起点疵を形成する疵形成工程と、前記分断計画線を挟む当該分断計画線と平行な一対の線上で前記板材の第1主面を押える押え工程と、前記分断計画線に沿って延びる分断部材であって前記板材を接触加熱又は接触冷却する分断部材を前記板材に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させるとともに、前記分断計画線に沿って前記板材の第1主面と反対を向く第2主面に板厚方向の曲げ力を付与することにより、前記曲げ力による引張応力と前記引張熱応力とを重畳させて前記板材を前記分断計画線に沿って分断する分断工程と、を有することを特徴とする。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「熱応力」は、加熱又は冷却した分断部材を接触させることにより、脆性材料の板材の内部に生じる熱歪みの応力をいう。また、「微小」とは、数ミリ(例えば、5mm)以下の疵のことをいう。さらに、「曲げ力を付与する」とは、分断計画線と平行な一対の線上で板材の第1主面を押えながら分断計画線上で板材の第2主面を押し上げて板材に所要の板厚方向の曲げ変形を生ぜしめることをいう。
この構成により、脆性材料の板材を接触加熱又は接触冷却する分断部材を分断計画線に沿って板材に接触させることで、起点疵が形成された板材の第1主面に引張熱応力を発生させることができる。例えば、板材の第2主面を接触加熱する分断部材を板材の第2主面に接触させた場合には、第2主面と第1主面との温度差により、板材の第2主面には分断計画線に沿って熱膨張による圧縮熱応力が生じ、第1主面にはその反力で引張熱応力が生じる。あるいは、板材の第1主面を接触冷却する分断部材を板材の第1主面に接触させた場合には、第1主面と第2主面との温度差により、板材の第1主面には分断計画線に沿って熱収縮による引張熱応力が生じ、第2主面にはその反力で圧縮熱応力が生じる。さらに、分断計画線に沿って板材の第2主面に板厚方向の曲げ力が付与されると、その曲げ力による引張応力と上記の引張熱応力とが板材の第1主面上で重畳され、これにより起点疵からクラックが分断計画線に沿って進行する。なお、曲げ力の付与は、引張熱応力の発生の前であっても後であってもよいし、引張熱応力の発生と同時であってもよい。その結果、板材を分断計画線に沿って分断することができる。この方法によれば、分断は瞬時に行われて生産性を上げることができる。その上、板材の第1主面には微小な起点疵を形成するだけでよく、機械的な溝の形成や機械的な分断がないため、板材の分断時に分断屑の発生を抑えることができる。しかも、分断した板材を洗浄する必要がなく、板材の分断を非常にシンプルな装置で行うことができる。
また、前記分断部材は、前記板材の第2主面側に配置された、前記板材の第2主面を接触加熱するものであり、前記分断部材を前記板材の第2主面に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させ、前記分断部材を前記板材に押圧することによって、前記板材の第2主面に板厚方向の曲げ力を付与してもよい。
このように構成すれば、板材の第2主面を接触加熱する分断部材を分断計画線に沿って板材の第2主面に接触させるとともに板材に押圧することで、板材の第2主面には、分断計画線に沿って熱膨張による圧縮熱応力と曲げ力による圧縮応力が作用し、第1主面には熱膨張の反力による引張熱応力と曲げ力による引張応力が作用するので、分断計画線に沿って生じるこれらの応力で板材を分断することができる。しかも、板材の第2主面を接触加熱する分断部材を利用して、板材の第2主面に曲げ力を付与することができる。
また、前記分断工程では、前記分断部材を前記板材の第2主面に接触させるとともに、前記板材の第1主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延びる第2の分断部材であって前記板材の第1主面を接触冷却する第2の分断部材を、前記板材の第1主面に接触させてもよい。
このように構成すれば、板材の第1主面には、分断部材の第2主面近傍の加熱に起因する熱膨張の反力による引張熱応力と曲げ力による引張応力に加え、第2の分断部材の第1主面近傍の冷却に起因する熱収縮による引張熱応力が作用するので、分断計画線に沿ってより大きな応力を生じさせて板材を分断することができる。
また、前記分断部材は、前記板材の第1主面側に配置された、前記板材の第1主面を接触冷却するものであり、前記分断工程では、前記分断部材を前記板材の第1主面に接触させるとともに、前記分断部材と対向して配置された押圧部材であって前記分断計画線に沿って延びる押圧部材を、前記分断部材に抗して前記板材に押圧することによって、前記板材の第2主面に板厚方向の曲げ力を付与してもよい。
このように構成すれば、板材の第1主面を接触冷却する分断部材を分断計画線に沿って板材の第1主面に接触させることで、第1主面には熱収縮による引張熱応力が生じる。また、押圧部材を分断計画線に沿って板材に押圧することで、第1主面には曲げ力による引張応力が生じる。それ故に、それらの応力によって分断計画線に沿って板材を分断することができる。
また、前記分断工程では、前記板材を分断計画線と直交する方向に引っ張るようにしてもよい。
このように構成すれば、板材の第1主面に作用する引張熱応力と曲げ力による引張応力にさらに引張力による引張応力を重畳させて、板材を分断計画線に沿って分断することができる。
例えば、板材を接触加熱又は接触冷却する分断部材を板材に接触させるのと同時に板材を分断計画線と直交する方向に引っ張ってもよい。このように構成すれば、引張熱応力と同時に引張力による引張応力を重畳させて、板材を分断計画線に沿ってより短時間で分断することができる。
また、前記起点疵を、前記板材の端部に形成してもよい。
このように構成すれば、板材を起点疵側の端部から割くように分断することができ、板材を分断計画線に沿ってスムーズに分断することができる。
一方、1つの側面からの、本願発明に係る脆性材料の板材の分断装置は、脆性材料からなる板材であって分断計画線上で当該板材の第1主面に微小な起点疵が形成された板材を前記分断計画線に沿って分断する分断装置であって、前記分断計画線を挟む当該分断計画線と平行な一対の線上で前記板材の第1主面を押える一対の押え部材と、前記板材の第1主面と反対を向く第2主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延び、前記板材の第2主面を接触加熱する分断部材と、前記分断部材を前記板材の第2主面に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させるとともに、前記分断部材を前記板材に押圧して前記分断計画線に沿って前記板材の第2主面に板厚方向の曲げ力を付与することによって、前記曲げ力による引張応力と前記引張熱応力とが重畳されて前記板材が前記分断計画線に沿って分断されるように、前記分断部材を駆動する駆動機と、を備えることを特徴とする。
この構成により、脆性材料の板材の第2主面を接触加熱する分断部材を分断計画線に沿って板材の第2主面に接触させることで、第2主面と第1主面の温度差により、板材の第2主面には分断計画線に沿って熱膨張による圧縮熱応力が生じ、第1主面にはその反力で引張熱応力が生じる。さらに、分断計画線に沿って板材の第2主面に板厚方向の曲げ力が付与されると、その曲げ力による引張応力と上記の引張熱応力とが板材の第1主面上で重畳され、これにより起点疵からクラックが分断計画線に沿って進行する。その結果、板材を分断計画線に沿って分断することができる。この装置によれば、分断は瞬時に行われて生産性を上げることができる。その上、板材の第1主面には微小な起点疵を形成するだけでよく、機械的な溝の形成や機械的な分断がないため、板材の分断時に分断屑の発生を抑えることができる。しかも、分断した板材を洗浄する必要がなく、板材の分断を非常にシンプルな装置で行うことができる。
さらに、上記の構成では、板材の第2主面を接触加熱する分断部材を板材の分断計画線に沿って板材の第2主面に接触させるとともに板材に押圧することで、板材の第2主面には、分断計画線に沿って熱膨張による圧縮熱応力と曲げ力による圧縮応力が作用し、第1主面には熱膨張の反力による引張熱応力と曲げ力による引張応力が作用するので、分断計画線に沿って生じるこれらの応力で板材を分断することができる。しかも、板材を加熱する分断部材を利用して、板材の第2主面に曲げ力を付与することができる。
また、前記分断装置は、前記板材の第1主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延びる第2の分断部材であって、前記板材の第1主面に接触させられて前記板材の第1主面を接触冷却する第2の分断部材をさらに備えてもよい。
このように構成すれば、板材の第1主面には、分断部材の第2主面近傍の加熱に起因する膨張力の反力による引張熱応力と曲げ力による引張応力に加え、第2の分断部材の第1主面近傍の冷却に起因する熱収縮による引張熱応力が作用するので、分断計画線に沿ってより大きな応力を生じさせて板材を分断することができる。
また、他の側面からの、本願発明に係る脆性材料の板材の分断装置は、脆性材料からなる板材であって分断計画線上で当該板材の第1主面に微小な起点疵が形成された板材を前記分断計画線に沿って分断する分断装置であって、前記分断計画線を挟む当該分断計画線と平行な一対の線上で前記板材の第1主面を押える一対の押え部材と、前記板材の第1主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延び、前記板材の第1主面を接触冷却する分断部材と、前記分断部材を前記板材の第1主面に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させるように、前記分断部材を駆動する第1駆動機と、前記分断部材と対向して配置された押圧部材であって前記分断計画線に沿って延びる押圧部材と、前記押圧部材を前記分断部材に抗して前記板材に押圧して前記分断計画線に沿って前記板材の第1主面と反対を向く第2主面に板厚方向の曲げ力を付与することによって、前記曲げ力による引張応力と前記引張熱応力とが重畳されて前記板材が前記分断計画線に沿って分断されるように、前記押圧部材を駆動する第2駆動機と、を備えることを特徴とする。
この構成により、脆性材料の板材の第1主面を接触冷却する分断部材を分断計画線に沿って板材の第1主面に接触させることで、第1主面と第2主面の温度差により、板材の第1主面には分断計画線に沿って熱収縮による引張熱応力が生じ、第2主面にはその反力で圧縮熱応力が生じる。さらに、分断計画線に沿って板材の第2主面に板厚方向の曲げ力が付与されると、その曲げ力による引張応力と上記の引張熱応力とが板材の第1主面上で重畳され、これにより起点疵からクラックが分断計画線に沿って進行する。その結果、板材を分断計画線に沿って分断することができる。この装置によれば、分断は瞬時に行われて生産性を上げることができる。その上、板材の第1主面には微小な起点疵を形成するだけでよく、機械的な溝の形成や機械的な分断がないため、板材の分断時に分断屑の発生を抑えることができる。しかも、分断した板材を洗浄する必要がなく、板材の分断を非常にシンプルな装置で行うことができる。
さらに、上記の構成では、板材の第1主面を接触冷却する分断部材を分断計画線に沿って板材の第1主面に接触させることで、第1主面には熱収縮による引張熱応力が生じる。また、押圧部材を分断計画線に沿って板材に押圧して曲げ力を付与することで、第1主面には曲げ力による引張応力が生じる。それ故に、それらの応力によって分断計画線に沿って板材を分断することができる。
また、前記分断装置は、前記板材を分断計画線と直交する方向に引っ張る引張機をさらに備えてもよい。
このように構成すれば、板材の第1主面に作用する引張熱応力と曲げ力による引張応力にさらに引張力による引張応力を重畳させて、板材を分断計画線に沿って分断することができる。
例えば、前記引張機は、板材を接触加熱又は接触冷却する分断部材を板材に接触させるのと同時に板材を分断計画線と直交する方向に引っ張るように構成されていてもよい。このように構成すれば、引張熱応力と同時に引張力による引張応力を重畳させて、板材を分断計画線に沿ってより短時間で分断することができる。この場合、分断装置を縦型とし、板材を立てた状態にしてこれらの動作を行うと、上記の引張力は自重を利用することができるので、分断装置をシンプルな装置にできる。
また、前記分断装置は、前記分断計画線上で前記板材の第1主面に前記起点疵を形成する疵形成手段をさらに備えてもよい。
このように構成すれば、1つの分断装置で、本願発明の分断方法の疵形成工程から分断工程までを実現することができる。
また、前記板材の第2主面を接触加熱する前記分断部材は、前記板材に接する部分が、該板材が分断計画線に沿って分断されるときの屈曲角よりも小さい接触角度を有する形状に形成されていてもよい。あるいは、前記押圧部材は、前記板材に接する部分が、当該板材が前記分断計画線に沿って分断されるときの屈曲角よりも小さい接触角度を有する形状に形成されていてもよい。
このように構成すれば、分断部材又は押圧部材が板材の分断計画線に沿って接した状態を保って脆性破壊させることができ、分断計画線に沿った分断が安定してできる。
本願発明によれば、板材の分断時に分断塵の発生を抑えることができ、装置構成の少ないコンパクトな分断装置を構成することが可能となる。
図1は本願発明の第1実施形態に係る板材の分断装置を示す斜視図である。 図2は図1に示す分断装置の側面図である。 図3Aは図1に示す分断部材の断面図である。 図3Bは分断部材の他の断面例を示す図面である。 図3Cは分断部材の他の断面例を示す図面である。 図3Dは分断部材の他の断面例を示す図面である。 図4は図2に示す分断装置によるガラス板の分断時に生じる作用を示す拡大側面図である。 図5Aは起点疵の位置の一例を示す板材の斜視図である。 図5Aは起点疵の位置の別の例を示す板材の斜視図である。 図6は本願発明の第2実施形態に係る板材の分断装置を示す側面図である。 図7は本願発明の第3実施形態に係る板材の分断装置を示す側面図である。 図8は図7に示す分断装置によるガラス板の分断時に生じる作用を示す拡大側面図である。 図9は本願発明の第4実施形態に係る板材の分断装置を示す側面図である。 図10Aは図1に示す分断部材の斜視図である。 図10Bは分断部材の他の例を示す斜視図である。 図10Cは分断部材の他の例を示す斜視図である。 図10Dは分断部材の他の例を示す斜視図である。
以下、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態でも、脆性材料からなる板材としてガラス板1を例に説明する。また、板材の分断装置における主要な構成とその作用を説明し、具体的な機構などの記載は省略する。
(第1実施形態)
図1,2に示す第1実施形態に係る板材の分断装置10は、ガラス板1を接触加熱する分断部材11を用いてガラス板1を分断計画線2に沿って分断する例である。分断計画線2は、例えば、仮想線である。
ガラス板1は、分断計画線2上で微小な起点疵16が形成される第1主面1aと、第1主面1aと反対を向く第2主面1bを有する。本実施形態では、ガラス板1が水平面と平行な状態で分断されるため、第1主面1aが上面、第2主面1bが下面である。ただし、ガラス板1は、例えば鉛直方向と水平であり、第1主面1a及び第2主面1bの双方が水平方向を向いていてもよい。
ガラス板1は、図示する左方向から右方向の搬送方向Fに搬送される。図示する搬送装置3は、ガラス板1を気体で浮上させて搬送する例を示している。搬送装置3は、例えばローラなどを用いた他の構成であってもよい。
上記搬送装置3で搬送されるガラス板1は、所定位置に停止させられて分断部材11によって接触加熱された後に分断される。分断部材11は、ガラス板1の第2主面1b側である下方に配置され、搬送方向Fと交差するように設けられている。この実施形態の分断部材11は、ガラス板1の搬送方向Fと直交する分断計画線2に沿って延びている。
また、分断部材11は、駆動機12によってガラス板1に向けて進退可能に構成されており、この駆動機12によって上向き又は下向きに駆動される。分断部材11は、駆動機12によって上向きに駆動されることにより、ガラス板1に向けて押圧させられる。駆動機12は、分断部材11を正確に進退させるものであればよく、例えば、リニアアクチュエータなどを用いることができる。
さらに、分断部材11は、当該分断部材11の表面近傍を所定の加熱温度まで加熱する加熱装置13と接続されている。分断部材11は、ガラス板1の第2主面1bに接触させられることにより、第2主面1bにおける当該分断部材11と接する部分を自身とほぼ同じ温度に加熱する。この加熱装置13で加熱される分断部材11としては、例えば、シーズヒータを用いることができる。分断部材11の所定の加熱温度は、例えば、100℃〜400℃程度である。この加熱温度は、板材に応じて決定される。
上記分断部材11の断面形状としては、図3Aに示す円形断面以外に、図3Bに示すように三角形、図3Cに示すように矩形、また、図3Dに示すように、ガラス板1と接する部分を尖らせた形状などにすることができる。分断部材11の断面形状は、ガラス板(板材)1と接触する部分が、ガラス板1が分断されるときの屈曲角よりも小さい接触角度を有する形状に設定される。
一方、図1,2に示すように、ガラス板1の第1主面1a側である上方には、上記分断計画線2と平行な一対の線上でガラス板1の第1主面1aを押える一対の押え部材14,15が設けられている。この実施形態の押え部材14,15は、分断計画線2を挟んだ両側でガラス板1を押えるように配設されている。この押え部材14,15は、図示しない駆動機によって昇降させられる。押え部材14,15としては、例えば、樹脂やゴムで棒状に形成された部材が用いられる。
また、図1に示すように、本実施形態では、分断装置10が、分断計画線2上でガラス板1の第1主面1aに微小な起点疵(スクライブ)16を形成する疵形成手段17を有している。起点疵16は、ガラス板1の端部に形成されることが望ましい。ガラス板1を起点疵16側の端部から割くように分断することができ、ガラス板1を分断計画線2に沿ってスムーズに分断することができるからである。ここで、「ガラス板1の端部」とは、分断計画線2の延在方向においてガラス板1を三等分したときの両側部分をいう。例えば、起点疵16は、図5Aに示すようにガラス板1の第1主面1aと端面1cのコーナーに形成されてもよいし、図5Bに示すようにガラス板1の端面1cから僅かに内側に入り込んだ位置に形成されてもよい。なお、疵形成手段17が起点疵16を形成するタイミングは、押え部材14,15がガラス板1の第1主面1aを押える前であってもよいし押えた後であってもよい。
例えば、疵形成手段17は、ガラス板1の端部に微小な起点疵16として1〜2mm程度の刻み線を入れてもよいし、点状の疵を入れてもよい。本実施形態では、疵形成手段17として、分断計画線2が分断部材11の位置に達する前に、横方向から起点疵16を入れるカッタが採用されている。
上記搬送装置3で所定の位置に停止させられた、第1主面1aに起点疵16が形成されたガラス板1は、押え部材14,15によって搬送装置3に向けて押えられ、その状態で、所定の加熱温度まで加熱された分断部材11が分断計画線2に沿ってガラス板1の第2主面1bに接触させられる。これにより、ガラス板1の第2主面1bと第1主面1aの間に大きな温度勾配が形成される。その結果、第2主面1bには、熱膨張による圧縮熱応力が発生し、第1主面1aには、熱膨張の反力による引張熱応力が発生する。
その後、ガラス板1の第1主面1aと第2主面1bの温度差が大きく保たれている間、換言すれば、熱伝導により第1主面1aの温度が第2主面1bの温度に近づく前に、分断部材11がガラス板1に押圧される。これにより、図4に示すように、ガラス板1の第2主面1bには、分断計画線2に沿って板厚方向の曲げ力Aが付与される。そして、脆性材料からなるガラス板1は、この曲げ力による応力と分断部材11による熱応力とにより分断計画線2で分断される。
さらに、図1に示すように、ガラス板(板材)1を分断計画線2と直交する方向に引っ張る引張機60(二点鎖線で示す)を設けてもよい。引張機60は、分断計画線2を挟んでガラス板(板材)1を互いに逆方向に引っ張ることができるものであればよい。この例では、ガラス板1の端部を把持して引っ張る例である。この引張機60により、ガラス板1への分断部材11の押圧前又は押圧と同時にガラス板1に引張力を与えて、分断計画線2に沿ってガラス板1を分断するようにしてもよい。この場合、ガラス板(板材)1によっては、以下に説明するように、分断計画線2に沿って分断部材11で加熱するのと同時に、上記引張機60で引張力を与えるのみとしてもよい。なお、第3実施形態で説明するように、ガラス板1を冷却する分断部材31(図7参照)をガラス板1の第1主面1aに接触させる場合には、分断部材31の接触前に引張機60で引張力を与えるようにすればよい。このように引張力を与えることで、ガラス板1の分断計画線2に沿って生じる分断部材31による熱応力と引張力による引張応力とによってガラス板(板材)1を分断することができる。
この引張機60は、分断装置10を縦型として、ガラス板(板材)1を分断計画線2が水平方向と平行となるように立てた状態で行えば、ガラス板(板材)1の自重を引張力として利用することができる。但し、この場合、押え部材14,15及びその対向部材(上記搬送装置3に相当;図示なし)はころがり軸受の入ったローラで軽く押えるものとする。または、押え部材14,15は、ガラス板1を押えるのではなく、僅かの隙間をあけてガラス板1の変形を規制するだけでもよい。
図4は、上記分断装置10によるガラス板1の分断時に生じる作用を示す拡大側面図である。この図では、分断部材11をガラス板1に押圧したときの変化を誇張して示している。
上記したように、ガラス板1の第2主面1bに分断計画線2に沿って分断部材11を接触させると、ガラス板1が分断計画線2に沿って第2主面1b側から加熱(熱を円弧で示す)され、第2主面1bと第1主面1aとの温度差により、第2主面1bには熱膨張による圧縮熱応力が生じ、第1主面1aには熱膨張の反力による引張熱応力が生じる。その後、分断部材11をガラス板1に押圧させると、ガラス板1の第2主面1bには分断計画線2に沿って板厚方向の曲げ力Aが付与され、ガラス板1には分断部材11と接する位置で最大となるモーメントが作用する。これにより、ガラス板1の第2主面1bには圧縮応力が作用し、第1主面1aには引張応力が作用する(矢印で示す)。
そのため、ガラス板1の分断計画線2に沿って、第2主面1bには熱膨張による圧縮熱応力に曲げ力Aによる圧縮応力が重畳され、第1主面1aには第2主面1bの熱膨張の反力による引張熱応力に曲げ力Aによる引張応力が重畳されて、第1主面1aに形成された起点疵16からクラックが分断計画線2に沿って進行する。これにより、脆性材料からなるガラス板1は、分断計画線2に沿って脆性破壊によって分断される。つまり、ガラス板1は、分断部材11の加熱による表裏の温度差から生じる熱応力と、分断部材11によるガラス板1の曲げ力Aによる応力が重畳されて破壊応力に達し、分断される。しかも、それらの応力によって瞬時(例えば、1〜3秒程度)に分断することができる。
このように、分断部材11の軸線をガラス板1に分断計画線2に沿って接触させると同時に、ガラス板1に分断計画線2に沿って曲げモーメントを作用させることで、ガラス板1を分断部材11の軸線(分断計画線2)に沿って瞬間的に分断することができる。
従って、上記分断装置10によれば、ガラス板(板材)1の分断時に分断塵の発生を抑えることができるとともに、装置構成の少ないコンパクトな分断装置を構成することが可能となる。
(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係る板材の分断装置を示す斜視図である。この第2実施形態の分断装置20は、ガラス板1を接触加熱する分断部材21をガラス板1の第2主面1b側である下方の固定位置に配置し、第1主面1a側である上方からガラス板1の端部を分断部材21に向けて押し下げることで、ガラス板1を分断計画線2に沿って分断するようにしている。
この実施形態では、搬送装置3から搬送方向に所定距離離れた位置で、搬送されるガラス板1の第2主面1bから所定量(例えば、数mm)下方に分断部材21が配置されている。この分断部材21の配置位置は、以下のように分断するガラス板(板材)1の厚さや曲げ強さなどに応じて決定される。分断部材21は、固定式である点を除いて第1実施形態の分断部材11と同様に構成されている。
一方、ガラス板1の第1主面1a側である上方には、分断計画線2を挟む当該分断計画線2と平行な一対の線上でガラス板1の第1主面1aを押える一対の押え部材24,25が設けられている。押え部材24,25は、駆動機(一方の押え部材25用の駆動機22のみ図示)によって昇降させられる。この実施形態では、ガラス板1の搬送方向後方に設けられた押え部材24用の駆動機は、僅かなストロークで押え部材24を昇降させることによって定位置でガラス板1を押え、搬送方向前方に設けられた押え部材25用の駆動機22は、ガラス板1の前端部を分断部材21に向けて押し下げることができる大きなストロークを有している。
従って、この実施形態の分断装置20によれば、ガラス板1は、端部を搬送装置3から所定量突出させ、分断計画線2が分断部材21と合致する位置(以下のように分断される位置)で停止させられる。そして、ガラス板1の前端部が押え部材25で分断部材21に向けて押し下げられ、ガラス板1の第2主面1bが分断部材21に接触させられる。これにより、ガラス板1が分断計画線2に沿って第2主面1b側から加熱され、第2主面1bと第1主面1aとの温度差により、第2主面1bには熱膨張による圧縮熱応力が発生し、第1主面1aには熱膨張の反力による引張熱応力が発生する。
その後、ガラス板1の前端部が押え部材25によってさらに押し下げられることにより、分断部材21がガラス板1に押圧される。これにより、上記第1実施形態と同様に、ガラス板1の第2主面1bには分断計画線2に沿って板厚方向の曲げ力Aが付与され、脆性材料からなるガラス板1は、この曲げ力による応力と、分断部材21の加熱による熱応力とにより(正確には、起点疵16が形成された第1主面1aでの曲げ応力による引張応力の引張熱応力への重畳により)、分断計画線2で分断される。
しかも、この実施形態の場合、ガラス板1の一端を分断部材21に向けて押し下げて分断するため、分断計画線2に沿って分断されたガラス板1は、分断した瞬間に押え部材24側と同じ高さ位置に跳ね戻る。そのため、分断後に分断部材21をガラス板1から退避させる動作が不要となる。
(第3実施形態)
図7は、本願発明の第3実施形態に係る板材の分断装置を示す側面図である。この実施形態の分断装置30は、ガラス板1を接触冷却する分断部材31を用いてガラス板1を分断計画線2に沿って分断する例である。なお、上記第1実施形態と同様の構成は、その詳細な説明を省略する。
図示するように、ガラス板1の第1主面1a側である上方には、分断計画線2を挟む当該分断計画線2と平行な一対の線上でガラス板1の第1主面1aを押える一対の押え部材34,35が設けられている。また、ガラス板1の上方には、ガラス板1の第1主面1aを接触冷却する分断部材31が配置され、搬送方向Fと交差するように設けられている。この分断部材31も、ガラス板1の搬送方向Fと直交する分断計画線2に沿って延びている。分断部材31は、図示しない冷却装置(図1に示す加熱装置13と同様)に接続され、液体窒素、ドライアイス又は冷凍装置の冷媒などを用いて所定の冷却温度まで冷却される。分断部材31は、ガラス板1の第1主面1aに接触させられることにより、第1主面1aにおける当該分断部材31と接する部分を自身とほぼ同じ温度に冷却する。分断部材31の所定の冷却温度は、例えば、+20℃〜−50℃程度である。冷却温度は、板材の温度に応じて決定される。
上記分断部材31は、ガラス板1と接触又は離間させる第1駆動機32で進退させられる。すなわち、第1駆動機32は、分断部材31を上向き又は下向きに駆動する。
一方、ガラス板1の第2主面1b側である下方には、ガラス板1を分断計画線2に沿って押圧する押圧部材36が設けられている。この押圧部材36は、分断部材31と対向して配置されており、分断部材31と同様に分断計画線2に沿って延びている。押圧部材36は、下方に設けられた第2駆動機37で進退可能に構成されており、第2駆動機37によって上向き又は下向きに駆動される。押圧部材36は、第2駆動機37によって上向き駆動されることにより、ガラス板1に接触した分断部材31に抗してガラス板1に押圧される。第1駆動機32及び第2駆動機37も、例えば、リニアアクチュエータなどを用いることができる。押圧部材36の断面形状は、ガラス板(板材)1と接触する部分が、ガラス板1が分断されるときの屈曲角よりも小さい接触角度を有する形状に設定される。
図8は、図7に示す分断装置30によるガラス板1の分断時に生じる作用を示す拡大側面図である。この図では、分断部材31をガラス板1に接触させ、かつ、押圧部材36をガラス板1に押圧したときの変化を誇張して示している。
上記したように、第1駆動機32を使用してガラス板1の第1主面1aに分断計画線2に沿って分断部材31を接触させると、ガラス板1が分断計画線2に沿って第1主面1a側から冷却(熱を円弧で示す)され、第1主面1aと第2主面1bとの温度差により、第1主面1aには熱収縮による引張熱応力が生じ、第2主面1bには熱収縮の反力による圧縮熱応力が生じる。その後、第2駆動機37を使用してガラス板1を挟んで分断部材31と反対側から分断計画線2に沿って押圧部材36をガラス板1に押圧することで、ガラス板1の第2主面1bには分断計画線2に沿って板厚方向の曲げ力Aが付与され、ガラス板1には押圧部材36と接する位置で最大となるモーメントが作用する。これにより、ガラス板1の第2主面1bには圧縮応力が作用し、第1主面1aには引張応力が作用する。
そのため、ガラス板1の分断計画線2に沿って、第1主面1aには熱収縮による引張熱応力に曲げ力Aによる引張応力が重畳され、第2主面1bには第1主面1aの熱収縮の反力による圧縮熱応力に曲げ力Aによる圧縮応力が重畳されて、第1主面1aに形成された起点疵16からクラックが分断計画線2に沿って進行する。これにより、脆性材料からなるガラス板1は、分断計画線2に沿って脆性破壊されて分断される。つまり、ガラス板1は、分断部材31の冷却によるガラス板1の表裏の温度差から生じる熱応力と、押圧部材36によるガラス板1の曲げ力Aによる応力が重畳されて破壊応力に達し、分断される。しかも、それらの応力によって瞬時(例えば、1〜3秒程度)に分断することができる。
このように、ガラス板1の第1主面1aを接触冷却する分断部材31と押圧部材36を用いる場合には、分断部材31及び押圧部材36の軸線をガラス板1に分断計画線2に沿って接触させると同時に、ガラス板1に分断計画線2に沿って曲げモーメントを作用させることで、ガラス板1を分断部材31の軸線に沿って瞬間的に分断することができる。
従って、この分断装置30によっても、ガラス板(板材)1の分断時に分断塵の発生を抑えることができるとともに、装置構成の少ないコンパクトな分断装置を構成することが可能となる。
さらに、このようにガラス板1の第1主面1aを接触冷却する分断部材31を用いる実施形態としては、例えば、ガラス板1の場合には、ガラス板1が生成直後には約300℃〜100℃の温度を有しているため、その状態のガラス板1に冷却した分断部材31を接触させるようにしてもよい。この場合、ガラス板1の温度と分断部材31との温度差によって、容易に分断することができる。この場合、製造段階においてガラス板1を所定の大きさに分断することもできるので、ガラス板1の製造工程の効率化を図ることができ、所定の大きさのガラス板1を分断するための作業の効率向上が可能となる。
(第4実施形態)
図9は、本願発明の第4実施形態に係る板材の分断装置を示す斜視図である。この実施形態の分断装置40は、上記第1実施形態における接触加熱と、上記第3実施形態における接触冷却とを組合わせたものである。なお、上記第1実施形態及び第2実施形態と同様の構成は、その詳細な説明を省略する。
図示するように、この実施形態の分断装置40は、ガラス板1を、分断計画線2に沿って、起点疵16が形成された第1主面1a側から冷却し、第2主面1b側から加熱している。ガラス板1の第2主面1bを接触加熱する第1分断部材41は、ガラス板1の第2主面1b側である下方に配置され、ガラス板1の搬送方向Fと直交する分断計画線2に沿って延びている。一方、ガラス板1の第1主面1aを接触冷却する第2分断部材46(本願発明の第2の分断部材に相当)は、ガラス板1の第1主面1a側である上方に配置され、搬送方向Fと直交する分断計画線2に沿って延びている。これらの第1分断部材41及び第2分断部材46は、それぞれ第1駆動機42及び第2駆動機47によってガラス板1に向けて進退可能となっている。第1駆動機42は、第1実施形態の駆動機12(図2参照)と同様に構成され、第2駆動機37は、第3実施形態の第1駆動機32(図7参照)と同様に構成されている。ガラス板1の上方には、分断計画線2を挟む当該分断計画線2と平行な一対の線上でガラス板1の第1主面1aを押える一対の押え部材44,45が設けられている。
このような第4実施形態の分断装置40によれば、ガラス板1の第1主面1aには分断計画線2に沿って、ガラス板1の第1主面1aを接触冷却する第2分断部材46が接触させられ、同時にガラス板1の第2主面1bには分断計画線2に沿ってガラス板1の第2主面1bを接触加熱する第1分断部材41が接触させられる。その後、第1分断部材41が第2分断部材46に抗してガラス板1に押圧される。これにより、ガラス板1の第2主面1bには分断計画線2に沿って第1分断部材41の第2主面1b近傍の加熱に起因する熱膨張による圧縮熱応力と曲げ力による圧縮応力が作用し、第1主面1aには分断計画線2に沿って第2分断部材46の第1主面1a近傍の冷却に起因する熱収縮による引張熱応力と曲げ力による引張応力が作用する。そして、ガラス板1はこれらの応力が重畳されて破壊応力に達し、分断計画線2に沿って瞬時に分断される。
しかも、第1主面1aには、第1分断部材41の第2主面1b近傍の加熱に起因する熱膨張の反力による引張熱応力と曲げ力による引張応力に加え、第2分断部材46の第1主面1a近傍の冷却に起因する熱収縮による引張熱応力が作用するので、分断計画線2に沿ってより大きな応力を生じさせてガラス板1を分断することができる。また、本実施形態のように接触加熱と接触冷却とを併用した場合、温度勾配がさらに大きくとれ、発生する熱応力が大きくなるので、より小さな曲げ力でガラス板1を分断計画線2に沿って分断することが可能となる。その上、分断に要する時間も、より短い時間となる。
(その他の実施形態)
上記分断部材11,21,31,41,46のそれぞれ(以下、分断部材51)としては、上記実施形態と図9Aに示すように円形断面の部材を用いることができるが、図10B〜図10Dに示すような構成としてもよい。
図10Bは、分断部材51を略三角形断面とした例である。また、図10Cに示すように、分断部材51は、円形断面のシーズヒータ52、冷媒管53等を、矩形状断面の金属容器54(例えば、ステンレス製容器)に入れたものでもよい。この場合、金属容器54を2分割等にしてボルト55で連結することで、シーズヒータ52、冷媒管53等を内部に配置することができる。しかも、金属容器54に入れることにより、金属容器54のガラス板1との接触部56(図示する上端部)を機械加工で正確に仕上げることができる。その上、分断時におけるガラス板1との接触角度も任意に設定することができる。
さらに、図10Dに示すように、分断部材51は、略三角形断面の金属容器58にシーズヒータ52、冷媒管53等を入れたものでもよい。この場合も、金属容器58のガラス板1との接触部56(図示する上端部)を機械加工で正確に仕上げることができる。その上、分断時におけるガラス板1との接触角度も任意に設定することができる。
このように、分断部材51としては、シーズヒータ52又は冷媒管53そのものや、シーズヒータ52又は冷媒管53を内部に入れたものなどを用いることができる。なお、分断部材は、他の構成としてもよい。
(総括)
以上のように、上記板材の分断装置10,20,30,40によれば、ガラス板(板材)1を、分断計画線2に沿って接触加熱及び/又は接触冷却することで生じる熱応力と板厚方向の曲げ力による応力とを重畳させて分断することができ、分断塵の発生を抑えた分断が可能となる。しかも、分断塵の発生を抑えることで、分断塵を洗浄するための洗浄装置が不要になるとともに、スクライブ装置も不要になり、ガラス板(板材)1を分断するための構成をコンパクトな構成にでき、装置の小型化と低コスト化を図ることが可能になる。
また、ガラス板(板材)1を分断計画線2に沿って熱応力及び曲げ力による応力で綺麗に分断するため、ガラス板1の分断部分に微小欠けなどがなく、分断後のガラス板1をエッジ強度の高いガラス板1とすることができる。しかも、面取り工程が不要になり、この点でも装置の小型化と低コスト化を図ることが可能になる。
従って、FPD業界だけでなく、建材、自動車産業などあらゆる分野において、高品質のガラス板(板材)1を提供することが可能になる。
なお、上記実施形態では、脆性材料の板材としてガラス板1を例に説明したが、板材としては、脆性材料であって熱応力及び曲げ力による応力により分断できるものであれば適用でき、上記実施形態に限定されるものではない。
また、上記実施形態では、脆性材料の板材(ガラス板1)を搬送方向Fと直交する分断計画線2で分断する例を説明したが、分断計画線2は直線であれば、搬送方向Fに対して所定角度で分断することも可能であり、分断計画線2は搬送方向Fと直交するものに限定されるものではない。
また、分断装置は、必ずしも疵形成手段17を有している必要はなく、ガラス板1が分断装置に送り込まれる前に、分断装置とは別の装置によりガラス板1の第1主面1aに起点疵16が形成されてもよい。
さらに、上記実施形態は一例を示しており、各実施形態を組合わせたり、本願発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。
本願発明に係る板材の分断方法は、液晶ディスプレイ用のガラス板等、高品質を保つ必要がある板材の分断に利用できる。
1 ガラス板(脆性材料の板材)
1a 第1主面
1b 第2主面
2 分断計画線
3 搬送装置
10 分断装置
11 分断部材
12 駆動機
13 加熱装置
14 押え部材
15 押え部材
16 起点疵(スクライブ)
17 疵形成手段
20 分断装置
21 分断部材
22 駆動機
24 押え部材
25 押え部材
30 分断装置
31 分断部材
32 第1駆動機
34 押え部材
35 押え部材
36 押圧部材
37 第2駆動機
40 分断装置
41 第1分断部材
42 第1駆動機
44 押え部材
45 押え部材
46 第2分断部材
47 第2駆動機
51 分断部材
52 シーズヒータ
53 冷媒管
54 金属容器
56 接触部
58 金属容器
60 引張機

Claims (13)

  1. 脆性材料からなる板材を分断計画線に沿って分断する分断方法であって、
    前記分断計画線上で前記板材の第1主面に微小な起点疵を形成する疵形成工程と、
    前記分断計画線を挟む当該分断計画線と平行な一対の線上で前記板材の第1主面を押える押え工程と、
    前記分断計画線に沿って延びる分断部材であって前記板材を接触加熱又は接触冷却する分断部材を前記板材に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させるとともに、前記分断計画線に沿って前記板材の第1主面と反対を向く第2主面に板厚方向の曲げ力を付与することにより、前記曲げ力による引張応力と前記引張熱応力とを重畳させて前記板材を前記分断計画線に沿って分断する分断工程と、
    を有することを特徴とする脆性材料の板材の分断方法。
  2. 前記分断部材は、前記板材の第2主面側に配置された、前記板材の第2主面を接触加熱するものであり、前記分断部材を前記板材の第2主面に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させ、
    前記分断部材を前記板材に押圧することによって、前記板材の第2主面に板厚方向の曲げ力を付与する、請求項1に記載の脆性材料の板材の分断方法。
  3. 前記分断工程では、前記分断部材を前記板材の第2主面に接触させるとともに、前記板材の第1主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延びる第2の分断部材であって前記板材の第1主面を接触冷却する第2の分断部材を、前記板材の第1主面に接触させる、請求項2に記載の脆性材料の板材の分断方法。
  4. 前記分断部材は、前記板材の第1主面側に配置された、前記板材の第1主面を接触冷却するものであり、
    前記分断工程では、前記分断部材を前記板材の第1主面に接触させるとともに、前記分断部材と対向して配置された押圧部材であって前記分断計画線に沿って延びる押圧部材を、前記分断部材に抗して前記板材に押圧することによって、前記板材の第2主面に板厚方向の曲げ力を付与する、請求項1に記載の脆性材料の板材の分断方法。
  5. 前記分断工程では、前記板材を分断計画線と直交する方向に引っ張る、請求項1〜4のいずれか1項に記載の脆性材料の板材の分断方法。
  6. 前記起点疵を、前記板材の端部に形成する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の板材の分断方法。
  7. 脆性材料からなる板材であって分断計画線上で当該板材の第1主面に微小な起点疵が形成された板材を前記分断計画線に沿って分断する分断装置であって、
    前記分断計画線を挟む当該分断計画線と平行な一対の線上で前記板材の第1主面を押える一対の押え部材と、
    前記板材の第1主面と反対を向く第2主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延び、前記板材の第2主面を接触加熱する分断部材と、
    前記分断部材を前記板材の第2主面に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させるとともに、前記分断部材を前記板材に押圧して前記分断計画線に沿って前記板材の第2主面に板厚方向の曲げ力を付与することによって、前記曲げ力による引張応力と前記引張熱応力とが重畳されて前記板材が前記分断計画線に沿って分断されるように、前記分断部材を駆動する駆動機と、
    を備えることを特徴とする脆性材料の板材の分断装置。
  8. 前記板材の第1主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延びる第2の分断部材であって、前記板材の第1主面に接触させられて前記板材の第1主面を接触冷却する第2の分断部材をさらに備える、請求項7に記載の脆性材料の板材の分断装置。
  9. 脆性材料からなる板材であって分断計画線上で当該板材の第1主面に微小な起点疵が形成された板材を前記分断計画線に沿って分断する分断装置であって、
    前記分断計画線を挟む当該分断計画線と平行な一対の線上で前記板材の第1主面を押える一対の押え部材と、
    前記板材の第1主面側に配置された、前記分断計画線に沿って延び、前記板材の第1主面を接触冷却する分断部材と、
    前記分断部材を前記板材の第1主面に接触させて前記板材の第1主面に引張熱応力を発生させるように、前記分断部材を駆動する第1駆動機と、
    前記分断部材と対向して配置された押圧部材であって前記分断計画線に沿って延びる押圧部材と、
    前記押圧部材を前記分断部材に抗して前記板材に押圧して前記分断計画線に沿って前記板材の第1主面と反対を向く第2主面に板厚方向の曲げ力を付与することによって、前記曲げ力による引張応力と前記引張熱応力とが重畳されて前記板材が前記分断計画線に沿って分断されるように、前記押圧部材を駆動する第2駆動機と、
    を備えることを特徴とする脆性材料の板材の分断装置。
  10. 前記板材を前記分断計画線と直交する方向に引っ張る引張機をさらに備える、請求項7〜9のいずれか1項に記載の脆性材料の板材の分断装置。
  11. 前記分断計画線上で前記板材の第1主面に前記起点疵を形成する疵形成手段をさらに備える、請求項7〜10のいずれか1項に記載の板材の分断装置。
  12. 前記板材の第2主面を接触加熱する前記分断部材は、前記板材に接する部分が、当該板材が前記分断計画線に沿って分断されるときの屈曲角よりも小さい接触角度を有する形状に形成されている、請求項7、8、10、11のいずれか1項に記載の脆性材料の板材の分断装置。
  13. 前記押圧部材は、前記板材に接する部分が、当該板材が前記分断計画線に沿って分断されるときの屈曲角よりも小さい接触角度を有する形状に形成されている、請求項9〜11のいずれか1項に記載の脆性材料の板材の分断装置。
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