TWM462633U - 硬脆材料平板打孔裝置 - Google Patents

Description

硬脆材料平板打孔裝置

本創作係關於一種硬脆材料平板打孔裝置，特別是應用於硬脆材料平板工件精密打孔，以及具有保護膠膜包覆，加工模具壓合與自工件上、下面同時噴砂蝕刻打孔之裝置。

按，習知玻璃、藍寶石、矽晶圓、陶瓷、複合材料等硬脆材料之平板打孔加工，需以數位控制之銑床(即CNC銑床)利用鑲有磨料的鑽針，高速旋轉(通常轉速高達20,000~200,000RPM)，以磨削方式鑽孔，由於此種磨削方式所佐倚靠的是鑽頭和工件間的磨擦及相對運動，而理論上鑽頭中心不論轉速高低並無切削力，切削力離鑽頭中心線越遠越高，但鑽頭直徑又常受限於工件要開孔的孔徑可能會被要求非常精密微小，例如：特別適用於顯示器及手機等觸控面板和保護外蓋玻璃面板，以及顯示器、手機用之保護玻璃(Cover Glass)上所需開設直徑小至1毫米(mm)之小孔，因此鑽孔速度緩慢，且易因鑽頭進給(Feed)不當而致鑽頭斷刀或造成工件破裂之問題不斷產生，對於上述昂貴的玻璃、藍寶石、矽晶圓、陶瓷、複合材料等硬脆材料而言，將造成微加工過程中之額外材料損失。

而其他利用化學蝕刻法於上述習知硬脆材料平板上進行打孔加工，則因製程複雜，且需使用高危險性的氫氟酸(HF，Hydrofluoric acid)進行蝕刻處理，具有劇毒且成本高，尚需後續昂貴廢水、廢氣處理設備與程序，不符產業利用之經濟效益，而不適用於上述之硬脆材料平板表面打孔之應用。

又如習知以雷射方式鑽孔，則由於雷射設備昂貴，且以雷射能量灼燒工件鑽孔後之孔壁品質不佳，其崩角過大(通常大於100 um)，且另有雷射系統維護成本高等諸多問題，而不符產業利用之經濟價值，也是 造成雷射鑽孔加工未能普及之原因。

除此之外，另有以習知之超音波設備進行該硬脆材料平板打孔之方式，則因研磨針頭製作成本高，且小於2釐米(mm)小孔徑研磨針頭製作不易，損耗速度快，亦不適用於上述習知之硬脆材料平板生產線上之量產加工製程。

在相關之先前專利文獻方面，如中華民國專利公報第M360759號「具雙軸之玻璃磨邊機」新型專利案，則揭示上述習知以高速硬式鑽頭對玻璃加工之機械及技術，同樣地，存在上述之高速硬式鑽頭鑽孔速度緩慢、鑽頭斷刀或工件破裂之問題與缺點。

再如中華民國專利公報第478042號「減少侵蝕及凹陷之高產量銅化學機械研磨」發明專利案，則揭示典型習知化學蝕刻工件研磨加工之方式與技術，同樣地，會產生如上述習知化學蝕刻處理，需使用如抑制劑類具劇毒與成本高之化學助劑，高危險性與高污染，且需後續昂貴廢水、廢氣處理設備與程序，不符產業利用之安全、環保與經濟效益。

另外，又如中華民國專利公報第I350562號「雷射加工品之製造方法及在該製造方法中使用之雷射加工用黏著片」發明專利案，則揭示上述典型習知以雷射鑽孔加工工件之方法與技術，同樣地，該雷射加工方法仍會產生如上述習知雷射鑽孔加工之孔壁品質不佳，崩角過大，以及，設備維護成本高等不利產業利用之因素與缺點。

除此之外，如中華民國專利公報第M444889號「可控制鑽孔壓力之配重裝置」新型專利案及第I364335號「玻璃加工裝置及其加工方法」發明專利案等兩專利前案，均揭示典型以超音波振盪方式進行如玻璃工件之鑽孔或切削加工，同樣存在如上習知以超音波鑽孔加工之研磨針頭製作成本高、針頭製作不易及耗損速度快等問題與缺點。

有鑑於此，本創作之主要目的為提供一種硬脆材料平板打孔裝置，特別是以包覆保護膠膜及上、下面同步噴砂方式進行如玻璃、藍寶石、矽晶圓、陶瓷、複合材料等硬脆材料平板工件打孔加工，不需鑽頭刀具、化學藥品、昂貴雷射系統及耗損速度快之針頭，以解決習知以鑽頭刀 具研磨、化學蝕刻、雷射打孔及超音波鑽孔設備及方法積存已久之問題與缺點。

為了達到上述之目的，本創作提供一種硬脆材料平板打孔裝置，係包括一進退料單元、一貼膜單元、一對固定單元及一對加工模具單元，其中，該進退料單元供至少一硬脆材料平板之工件水平往返移動，該貼膜單元設於該工件水平往返移動路徑上，且供該工件加工部位上、下面包覆一保護膠膜，該固定單元設於貼膜單元後端之上、下方，以使保護膠膜平壓貼合，該加工模具單元設於該固定單元後端之上、下方，以分別固定夾持及平貼接觸於該工件加工部位上、下面，並同時進行噴砂蝕刻打孔，為一可對硬脆材料平板上、下面同時打孔加工之裝置。

本創作之硬脆材料平板打孔裝置之功效，在於利用該進退料單元、貼膜單元、固定單元及加工模具單元，提供如玻璃之硬脆材料平板工件之打孔加工，使該硬脆材料平板工件之打孔加工部位可透過該貼膜單元包覆一層保護膠膜，再透過固定單元將該打孔加工部位之上、下面保護膠膜予以平壓貼合固定，並且，再由該加工模具單元上、下包夾固定及平貼接觸於該工件加工部位上、下面，使該硬脆材料平板工件之打孔加工部位與加工模具單元間密合，並以噴砂方式進行該硬脆材料平板工件之打孔，使該硬脆材料平板工件可迅速及精確完成打孔加工，並且藉由保護膠膜包覆，使打孔加工部位周邊可確保完整無瑕，使本創作設備成本可較習知鑽頭刀具研磨、化學蝕刻、雷射打孔及超音波鑽孔等加工式大幅降低，並且，可提昇硬脆材料平板工件之打孔加工之品質與產能，極適合利用於硬脆材料平板工件量產加工之產業利用。

100‧‧‧硬脆材料平板打孔裝置

10‧‧‧進退料單元

11‧‧‧傳動平台

12‧‧‧視覺定位機構

13‧‧‧機械定位機構

20‧‧‧貼膜單元

21‧‧‧進料卷

22‧‧‧回收卷

23‧‧‧保護膠膜

30‧‧‧固定單元

31‧‧‧固定件

32‧‧‧彈性件

33‧‧‧固定壓輪

40‧‧‧加工模具單元

41‧‧‧噴砂模具

411‧‧‧出料口

411a‧‧‧噴料口

412‧‧‧噴嘴

42‧‧‧給料筒

421‧‧‧撓性管路

422‧‧‧粉狀磨料

43‧‧‧壓力源

431‧‧‧管路

44‧‧‧回收砂貯砂機構

441‧‧‧回收管路

442‧‧‧旋風分離器

442a‧‧‧輸入端

442b‧‧‧氣體輸出端

442c‧‧‧磨料輸出端

443‧‧‧貯砂桶

45‧‧‧排氣抽風機

451‧‧‧管路

452‧‧‧排氣端

444‧‧‧排氣細濾器

50‧‧‧程序控制單元

200‧‧‧工件

210‧‧‧打孔加工部位

第一圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置之第一實施例圖；第二圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件進料及包膜處理操作之示意圖；第三圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於固定處理之示意圖； 第四圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件噴砂加工處理操作步驟之一的示意圖；第五圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件噴砂加工處理操作步驟之二的示意圖；第六圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件噴砂加工處理操作步驟之三的示意圖；第七圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件退料操作步驟之一的示意圖；第八圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件退料操作步驟之二的示意圖；第九圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置於工件退料操作步驟之三的示意圖；第十圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置之第二實施例圖；第十一圖為本創作之硬脆材料平板打孔裝置之第三實施例圖。

請參閱第一圖所示，為本創作之硬脆材料平板打孔裝置100第一實施例，其中，該硬脆材料平板打孔裝置100係包含一進退料單元10，該進退料單元10之型式不限，在本創作中係列舉包括一傳動平台11、視覺定位機構12及機械定位機構13組成者為例，其中，該傳動平台11供一硬脆材料平板之工件200載動，以帶動該工件200作水平往返移動操作，該視覺定位機構12之型式不限，在本創作中係以CCD攝影機、控制軟體及控制卡組成者為例，以提供傳動平台11上方以視覺量測工件200之置放位置，該機械定位機構13提供傳動平台11下方之水平往返移動狀態監測，並根據該視覺定位機構12之視覺量測工件200置放位置之資訊，作為校正之指令， 以與該視覺定位機構12共同為傳動平台11上、下水平往返移動該工件200之位置校準機構，以使傳動平台11可精確完成如工件200之夾持固定、移動、定位及送達加工位置和加工完成後移動至取置料位置等操作動作。

上述之工件200可為玻璃、藍寶石、矽晶圓、陶瓷、複合材料等硬脆材料平板工件，在本創作中係以玻璃平板工件為例，該工件200上至少預設有一打孔加工部位210，在本創作中係列舉在該打孔加工部位210位於工件200前端。

請再配合第二圖所示，一貼膜單元20，設於該進退料單元10之傳動平台11載動工件200水平往返移動路徑上，該貼膜單元20之型式不限，在本創作中係列舉包括一進料卷21及回收卷22，該進料卷21上捲繞有一保護膠膜23，以捲動提供該保護膠膜23輸出，該保護膠膜23為具有彈性變形回復之膠膜構成，該回收卷22負責反向回收該保護膠膜23，使該保護膠膜23垂直佈設於該工件200水平往返移動路徑，當該工件200受該進退料單元10之傳動平台11傳動作水平進料移動時(如第二圖箭頭方向所示)，該工件200前端之打孔加工部位210向貼膜單元20移動，並於接觸該保護膠膜23時，由該保護膠膜23先行包覆於該工件200之打孔加工部位210上、下面。

請再參閱第三圖所示，一對固定單元30，分別設於貼膜單元20後端之上、下方，以使該保護膠膜23平整及完全貼覆在該工件200上、下面，，使該保護膠膜23平整及完全貼覆在該工件200上、下面，以保護該工件200不受汙染及刮傷，並發揮迫緊夾持固定功件200功能，該固定單元30之型式不限，在本創作中係列舉包括一固定件31、一彈性件32及一固定壓輪33，該固定件31可供固定於一牆面或一機具之固定物上，該彈性件32一端連結於固定件31之上，該彈性件32之型式不限，在本創作中係以一彈簧為例，該固定壓輪33連結該彈性件32另一端，以藉該彈性件32之壓縮變形與回復彈力，而彈性壓固於該工件200之打孔加工部位210之上、下面，使該保護膠膜23受固定壓輪33滾壓固定貼合。

一對加工模具單元40，設於該固定單元30後端之上、下方，以於該固定單元30夾固該工件200上、下面後，平貼接觸於該工件200之 打孔加工部位210上、下面，透過該保護膠膜23，使該加工模具單元40與該工件200之打孔加工部位210間達到完全緊密且無縫隙之貼合效果，該加工模具單元40並對該工件200之打孔加工部位210上、下面進行噴砂蝕刻打孔加工。

該加工模具單元40之型式不限，在本創作中係列舉包含一對噴砂模具41、給料筒42、壓力源43、一回收砂貯砂機構44及一排氣抽風機45，其中，該噴砂模具41可作上、下位移，且該噴砂模具41內設有一出料口411及一噴嘴412，該出料口411之形狀不限，在本創作中係以一漏斗形狀為例，該出料口411底端形成一噴料口411a，該噴嘴412位於該出料口411上方，且正對該噴料口411a。

該給料筒42以一撓性管路421連結該噴砂模具41之噴嘴412上，該給料筒42內貯存有粉狀磨料422，該粉狀磨料422之型式不限，在本創作中係以三氧化二鋁粉料為例，該壓力源43以一管路431連結該給料筒42，以使該壓力源43透過管路431對給料筒42施以加壓壓力，以使給料筒42內之粉狀磨料422透過該撓性管路421輸入噴砂模具41之噴嘴412，經由該噴嘴412噴出後，再由該噴料口411a將該粉狀磨料422對該工件200之打孔加工部位210上、下面同時進行蝕刻打孔加工，上述之壓力源43之型式不限，在本創作中係以一空壓機為例，以提供壓縮空氣輸出功能。

該回收砂貯砂機構44以一回收管路441連結於兩噴砂模具41內，該排氣抽風機45以一管路451連結該回收砂貯砂機構44，以提供回吸壓力給貯砂機構44，使貯砂機構44透過回收管路441將兩噴砂模具41內部撞擊研磨工件200之打孔加工部位210後之粉狀磨料422予以回收貯存。

請再配合第四圖、第五圖、第六圖、第七圖、第八圖及第九圖所示，本創作之硬脆材料平板打孔裝置100於實際應用時，該工件200先由如第二圖及第三圖所示之保護膠膜23包覆及固定單元30、加工模具單元40以上、下面夾持平貼於該工件200之打孔加工部位210上、下面，再以該加工模具單元40之兩噴砂模具41之噴料口411a噴出粉狀磨料422，先由工件200之打孔加工部位210上、下面同時蝕刻鑽孔操作(如第四圖所 示)，此時該對應打孔加工部位210位置之保護膠膜23部位會先被該粉狀磨料422蝕刻貫穿，再進行該打孔加工部位210之上下面同時蝕刻打孔操作。

當該工件200之打孔加工部位210已貫穿時(如第五圖所示)，則該加工模具單元40中位於工件200之打孔加工部位210下方之噴砂模具41，藉由該所噴砂模具41所連結之給料筒42之壓力源43停止供應壓力給該給料筒42，使該噴料口411a停止噴出粉狀磨料422，而僅以排氣抽風機45抽氣，使來自上方噴砂模具41之噴料口411a之粉狀磨料422得以通過已貫穿之工件200之打孔加工部位210而到達該下方之噴砂模具41內，直至整個打孔加工部位210完成打孔加工為止(如第六圖所示)。

在上述之工件200之打孔加工部位210完成打孔加工後，該加工模具單元40停止動作，並且，該兩加工模具單元40退開脫離該工件200之打孔加工部位210(如第七圖所示)，並再由該進退料單元10之傳動平台11依退料方向(如第八圖中之箭頭方向所示)水平移動，將該工件200逐漸退出，直到該工件200由該傳動平台11水平移動至原先開始進料位置處(如第九圖所示)，此時該工件200之打孔加工部位210上、下兩面業已完全脫離該保護膠膜23，而該使用及打孔過之保護膠膜23則由該貼膜單元20之回收卷22捲動回收貯存，並再由該進料卷21同步進料未打過孔且表面平整之保護膠膜23，供下一個傳動平台11載動之工件200的打孔加工部位210再次依第二圖的包膜操作方式包覆新的保護膠膜23。

請再配合第十圖所示，為本創作之硬脆材料平板打孔裝置100第二實施例，其中，顯示該加工模具單元40之貯砂機構44，更包括旋風分離器442、一貯砂桶443及一排氣細濾網444，該旋風分離器442具有一輸入端442a、氣體輸出端442b及磨料輸出端442c，該輸入端442a連結該回收管路441，該氣體輸出端442b連結該排氣細濾網444之入氣端，該排氣細濾網444之出氣端再連結至排氣抽風機45之管路451，該旋風分離器442具有氣體、固體粒子分離功能，以將輸入端442a輸入之氣體與回收之粉狀磨料422予以分離，並將氣體與該回收之粉狀磨料422分別由氣體輸出端442b與磨料輸出端442c分別輸出，該貯砂桶443連結該旋風分離器442之磨料輸出端442c，以貯存回收之粉狀磨料422，而由氣體輸出端442b輸 出之廢氣，再經該排氣細濾網444作再次過濾後，由該排氣抽風機45之排氣端452排出。

請再參閱第十一圖所示，為本創作之硬脆材料平板打孔裝置100第三實施例，其中，顯示一程序控制單元50，用來連結控制該進退料單元10、貼膜單元20、加工模具單元40之操作動作及控制程序，該程序控制單元50之型式不限，在本創作中係以可程式控制器(PLC)或電腦為例，以預先燒錄或寫入儲存各進退料單元10、貼膜單元20、加工模具單元40所需之操作動作及控制程序的軟體或程式。

綜上所述，本創作之硬脆材料平板打孔裝置所列舉之各圖式及說明，係為便於說明本創作之技術內容，所列舉之實施例之一隅，並非用以限制本創作之範疇，舉凡是針對本創作之結構細部或元件的等效變更與置換，當屬本創作之範疇，其範圍將由以下的申請專利範圍來界定之。

100‧‧‧硬脆材料平板打孔裝置

10‧‧‧進退料單元

11‧‧‧傳動平台

12‧‧‧視覺定位機構

13‧‧‧機械定位機構

20‧‧‧貼膜單元

21‧‧‧進料卷

22‧‧‧回收卷

23‧‧‧保護膠膜

30‧‧‧固定單元

31‧‧‧固定件

32‧‧‧彈性件

33‧‧‧固定壓輪

40‧‧‧加工模具單元

41‧‧‧噴砂模具

411‧‧‧出料口

411a‧‧‧噴料口

412‧‧‧噴嘴

42‧‧‧給料筒

421‧‧‧撓性管路

422‧‧‧粉狀磨料

43‧‧‧壓力源

431‧‧‧管路

44‧‧‧回收砂貯砂機構

441‧‧‧回收管路

45‧‧‧排氣抽風機

451‧‧‧管路

452‧‧‧排氣端

200‧‧‧工件

210‧‧‧打孔加工部位

Claims (13)

1. 一種硬脆材料平板打孔裝置，係包括：一進退料單元，供一硬脆材料平板之工件載動，以帶動該工件作水平往返移動操作；一貼膜單元，設於該進退料單元載動工件水平往返移動路徑上，且使一保護膠膜垂直佈設於該工件水平往返移動路徑，讓該工件受該進退料單元載動作水平進料移動時，使該工件之打孔加工部位向貼膜單元移動，並於接觸該保護膠膜後，由該保護膠膜包覆於該工件之打孔加工部位上、下面；一對固定單元，分別設於貼膜單元後端之上、下方，以壓合在該工件上、下面，使該保護膠膜平整及完全貼覆在該工件上、下面；及一對加工模具單元，設於該固定單元後端之上、下方，使該加工模具單元固定夾持與平貼接觸於該工件之打孔加工部位上、下面進行噴砂蝕刻打孔加工。
2. 如申請專利範圍第1項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該進退料單元係包括：一傳動平台，供該硬脆材料平板之工件載動，以帶動該工件作水平往返移動操作；一視覺定位機構，提供傳動平台上方，以提供傳動平台上方以視覺量測工件置放位置；一機械定位機構，提供該傳動平台下方之水平往返移動狀態監測，並根據該視覺定位機構所提供之視覺量測工件之置放位置資訊，作為校正 指令，以與該視覺定位機構共同為傳動平台上、下水平往返移動該工件之位置校準機構，以使傳動平台可精確完成該工件之夾持固定、移動、定位及送達加工位置和加工完成後移動至取置料位置之操作動作。
3. 如申請專利範圍第2項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該視覺定位機構為一CCD攝影機、控制軟體及控制卡構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該貼膜單元係包含：一進料卷，捲繞有一保護膠膜，以捲動提供該保護膠膜輸出；一回收卷，負責反向回收該保護膠膜，使該保護膠膜垂直佈設於該工件水平往返移動路徑上。
5. 如申請專利範圍第4項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該進料卷上之保護膠膜為具有彈性變形回復之膠膜構成。
6. 如申請專利範圍第1項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該固定單元係包含：一固定件，可供固定於一固定物上；一彈性件，一端連結於固定件之上；及一固定壓輪，連結該彈性件另一端，以藉該彈性件之壓縮變形與回復彈力，彈性壓固於該工件之打孔加工部位之上、下面。
7. 如申請專利範圍第6項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該彈性件為彈簧構成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該加工 模具單元係包含：一噴砂模具，可作上、下位移，且該噴砂模具內設有一出料口及一噴嘴，該出料口底端形成一噴料口，該噴嘴位於該出料上方，且正對該噴料口；一給料筒，以一撓性管路連結該噴砂模具之噴嘴上，該給料筒內貯存有粉狀磨料；一壓力源，以一管路連結該給料筒，以使該壓力源透過管路對給料筒施以加壓壓力，以使給料筒內之粉狀磨料透過該撓性管路輸入噴砂模具之噴嘴，經由該噴嘴噴出後，再由該噴料口將該粉狀磨料對該工件之打孔加工部位上、下面同時進行蝕刻打孔加工；一貯砂機構，以一回收管路連結於該噴砂模具內；及一排氣抽風機，以一管路連結該貯砂機構，以提供回吸壓力給貯砂機構，使貯砂機構透過回收管路將兩噴砂模具內部撞擊研磨工件之打孔加工部位後之粉狀磨料予以回收貯存。
9. 如申請專利範圍第8項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該貯砂機構更包含：一旋風分離器，具有一輸入端、氣體輸出端及磨料輸出端，該輸入端連結該回收管路，該氣體輸出端連結該排氣抽風機之管路，該旋風分離器具有氣體、流體分離功能，以將輸入端輸入之氣體與回收之粉狀磨料予以分離，並將氣體與該回收之粉狀磨料分別由氣體輸出端與磨料輸出端分別輸出；一貯砂桶，連結該旋風分離器之磨料輸出端，以貯存回收之粉狀磨料。
10. 如申請專利範圍第8項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該排氣抽風機之管路與回收砂貯砂機構之間，連結一排氣細濾器，以過濾該回收砂貯砂機構之廢氣，再由該排氣抽風機之排氣端排出。
11. 如申請專利範圍第8項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該進退料單元、貼膜單元及加工模具單元連結一程序控制單元，以藉該程序控制單元連結控制該進退料單元、貼膜單元、加工模具單元之操作動作及控制程序。
12. 如申請專利範圍第11項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該程序控制單元為可程式控制器構成。
13. 如申請專利範圍第11項所述之硬脆材料平板打孔裝置，其中，該程序控制單元為電腦構成。