JP2013158877A - 硬質脆性板の側辺加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の割断辺を回転砥石で研削加工する装置に関し、従来看過されていた側辺加工に起因する基板強度の低下を防止することにより、ディスプレイパネルの薄型化などによる割れの増大を可及的に低減する。
【解決手段】基板の側辺を加工する砥石の位置設定（位置決めないし送り）について、基板に向く方向の推力（位置決め力ないし送り力）を制限する。砥石に作用するＸ軸方向の加工反力が制限した推力を超えるとその負荷に倣って砥石が基板から離れる方向に押し戻されるようにする。そして負荷が制限した推力を下回ると、制御器によって指令された元の位置に復帰し、当該位置を保持する。
【選択図】図１

Description

この発明は、ガラス板などの硬質脆性板の側辺を研削加工する装置に関するもので、特に携帯端末などで用いるディスプレイパネル用のガラス基板の割断辺を回転砥石で研削加工する装置に関するものである。

携帯端末やテレビ受像機のディスプレイパネルに用いるガラス基板は、ガラスの脆性を利用した割断（割って切断）により、所定寸法に切断している。機械的衝撃による割断は、例えばスクライブ・ブレークと呼ばれる方法であり、熱的衝撃による割断は、例えばレーザービームによる方法である。このような方法で割断されたガラス基板の割断面には、小さな凹凸ができ、基板表面と割断面の角が鋭いエッジになって小さな欠けもできる。そこで主としてこの鋭いエッジや欠けを除去するために、一般に面取加工と呼ばれる側辺加工を行っている。

ガラス基板は、通常矩形形状に割断される。矩形のガラス基板の側辺加工は、図１０に示すように、ガラス基板１をテーブル２に固定し、当該テーブルの両側に配置された回転砥石３、３を定位置に固定して、テーブル２と回転砥石３、３とを研削しようとするガラス基板の辺１１、１１と平行な方向（Ｙ軸方向）に相対移動させることによって行われる。

図１２は、側辺加工装置の一例を模式的に示した正面図である。被加工物（ワーク）となるガラス板１は、テーブル２上に真空吸着などにより固定されている。テーブル２は、図の紙面直角方向（Ｙ軸方向）のレール２１に摺動自在に搭載されており、図示されていない電動機で回転駆動されるＹ軸送りねじ２２にボールナット２３を介して連結されている。図に一方のみを示す回転砥石３は、工具台４に搭載された砥石モータ３１の回転子軸と一体の砥石軸３２の先端に取り付けられている。工具台４は、昇降台４１に設けた直線ガイド４２でワーク１の幅方向（図の左右方向であるＸ軸方向）に移動可能に搭載され、昇降台４１に搭載したＸ軸送りモータ（サーボモータ）４３で駆動されるＸ軸送りねじ４４にボールナット４５（図２参照）を介して連結されている。昇降台４１は、図示しないコラムに上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在に搭載され、昇降モータ（サーボモータ）４６で駆動されるＺ軸送りねじ４７に図示されていないボールナットを介して連結されている。Ｘ軸送りモータ４３及び昇降モータ４６は、それぞれサーボアンプ５１、５２を介してＮＣ装置５により制御されている。

加工しようとするガラス基板の側辺１１をＹ軸方向にしてテーブル２に固定し、ＮＣ装置５の制御の下で昇降台４１及び工具台４を移動することにより、ガラス基板の側辺１１に対する砥石３のＺ軸及びＸ軸方向の相対位置を設定して定位置に保持し、その状態でテーブル２をＹ軸方向に走行することにより、砥石３でガラス基板の側辺１１を加工する。図の例では、テーブル２を走行させているが、テーブル２を固定して工具台４を支持しているコラムをＹ軸方向に走行させても良い。また、工具台４側に昇降台４１を設ける代わりに、テーブル２を昇降する昇降装置を設けても良い。

砥石３としては、図１２に示したような外周に台形溝３３を設けた総形砥石と呼ばれる砥石や、図１１に示すような、ガラス基板の側辺１１と平行な上下の砥石軸３２、３２にそれぞれ複数枚の円板砥石３４を取り付けたマルチ砥石と呼ばれるものが多く用いられている。

このようにテーブル２に対して工具である回転砥石３をその相対送り方向であるＹ軸方向と直交するＺ軸方向及びＸ軸方向に位置を固定して側辺加工を行えば、割断によって生じた凹凸や鋭いエッジを除去して面取された正確な直線の側辺に加工することができる。

なお、側辺の割断面１２の加工は、総形砥石であれば、その台形の溝３３の底面で行い、マルチ砥石であれば、円板砥石３４を上方又は下方に偏倚して円板砥石３４の外周の上下方向となる部分をガラス基板の割断面１２に接触させることによって行われる。

なお、以上は矩形のガラス基板についてであるが、角丸台形や側辺がカーブした異形のガラス基板については、定位置に固定したガラス基板の周囲を周回するように砥石を動かして加工するか、ガラス基板を固定したテーブルの鉛直軸回りの旋回に同期させて砥石のＸ軸方向（テーブルの旋回中心を中心とする放射方向となる。）の位置を制御して加工している。

一方、携帯電話は、スマートフォンが主流になりつつあり、軽量であることが特に重要視される小型の携帯端末においてもディスプレイパネルが大型化している。また、ｉＰａｄ（登録商標）に代表される表示面積の大きな携帯端末や電子書籍、パソコンのディスプレイなどもタッチセンサ付きのタッチパネルが主流となってきている。このような傾向の中で携帯電話やスマートフォンなどの小型の携帯端末は、軽量化やデザインが重要視され、ディスプレイパネルの薄型化が進められていることから、基板の薄肉化が要求され、薄肉化による強度低下をいかに避けるかが重要視されている。また、タッチセンサ付きのディスプレイパネルにおいては、ディスプレイパネルを直接触れることから、パネル基板の強度が必要となり、携帯性を損なわないで、すなわち基板を厚くしないでパネルの強度を高くすることが重要な課題となってきている。

更にタッチパネルにおいては、タッチセンサを設けたカバーガラスを廃止して、直接ディスプレイパネルにタッチセンサを設ける方向で技術進歩が図られており、補強の要素を持っていたカバーガラスがなくなることから、ディスプレイパネル自体の基板に要求される強度がより大きくなっている。

特開平１０−１１３８５５号公報 特開２０００−５２２３３号公報 特開２００６−３０５６６１号公報

上記のような要求に応えるために、ディスプレイパネル用のガラス基板の薄肉化、タッチパネル化、更にはカバーガラスの廃止を進めると、基板の材質の改良によって強度を上げることにも限界があり、機器の製造時におけるディスプレイパネルの搬送時や組み付け時、更にはユーザーによる使用時にパネルに割れなどの損傷が発生する危険が増大する。

この発明は、ディスプレイパネルの薄型化などによる割れの増大を可及的に減少させることを課題としてなされたものであり、従来看過されていたディスプレイパネル用のガラス基板の側辺加工に起因する強度低下を防止する技術手段を提供することを課題としている。

この発明は、硬質脆性板、特にディスプレイパネル用のガラス基板の側辺加工における砥石３の位置設定（位置決めないし送り）について、ワークに向けて押圧ないし進出するＸ軸方向の推力（位置決め力ないし送り力）を制限することにより、上記課題を解決したものである。砥石３に作用するＸ軸方向の加工反力（加工反力のＸ軸方向の分力）が制限した推力を超えるとその負荷に倣って砥石３がワークから離れる方向（後退方向）に押し戻されるようにする。そして負荷が制限した推力を下回ると、制御器５によって指令された元の位置に復帰し、当該位置を保持する。

この発明の側辺加工装置は、被加工物（ワーク）となる硬質脆性材の板材１を固定するテーブル２と、テーブル２の上面と略同一高さにしてテーブル２の側方に配置した回転砥石３と、回転砥石３を加工しようとするワークの側辺１１と直交するＸ軸方向に位置設定する位置設定手段と、テーブル２と工具台４とをワークの側辺１１と平行な向に相対移動するＹ軸送り装置２２、２３とを備えている。

位置設定手段は、ＮＣ装置５で回転角ないしストロークを制御されているＸ軸送りモータ４３を駆動源としてワーク１に対する砥石３の位置を設定している。この発明における位置設定手段は、ＮＣ装置５の指令値に対応する位置に砥石３の進出位置を規制すると共に、砥石３を当該規制した位置に向けて所定の付勢力で押圧することにより、砥石３の位置を設定している。所定の付勢力は、加工するワークの材質、板圧、加工態様に応じて、予めＮＣ装置５に登録するか、圧力設定器や電流設定器などで付勢装置６の付勢力を設定するか、スプリングや弾性体３５、３６の弾性力を選択するか等により定められ、これにより、ワークに向く進出方向の砥石の推力が所定の値に制限される。

なお、Ｘ軸は、現に加工されている板材の側辺に直交する方向であり、ガラス板材を固定したテーブルの鉛直軸回りの旋回に同期させて砥石を１方向に移動して加工する装置では、板材の旋回中心を中心とする放射方向である。図１０に示すように、砥石３を複数設けてそれらの位置や送りを個別制御する場合、一方の砥石のＸ軸方向に対応する他方の砥石の制御方向をＵ軸方向ということもあるが、この明細書でいうＸ軸は、このような場合のＵ軸を含むものである。

加工される基板１を固定したテーブル２と基板の側辺１１を加工する砥石３との相対位置関係を設定位置に保持して側辺加工を行う従来の装置では、割断によって生じている基板側辺の微細な凹凸の凸の部分や欠けの角の部分が砥石３との接触部に進入したとき、急激な加工抵抗の変動が起り、側辺加工した後の研削面に加工力の変動、特に加工力が急激に増加した部分に視認できないような微小なクラックが生じていたと推測される。そして、その微小なクラックが搬送や組み付け時に基板に作用する曲げ応力や使用時に基板に触れることによって生ずる曲げ応力によって成長し、基板の損傷に繋がる大きなクラックになったと考えられる。

これに対してこの発明によれば、加工負荷が急激に増大するような凸の部分や欠けの角の部分が砥石３との接触部に進入してきたとき、その加工負荷の増大を緩和するように砥石３が基板から離れる方向に押し戻されることから、加工負荷の急激な変化に起因する微小なクラックの発生が防止されて、見かけ上の基板の強度が増加し、ディスプレイパネルの薄肉化やタッチパネル化の要求に対応することができる。

この発明によれば、基板側辺が付勢装置やＮＣ装置に設定した所定の加工負荷以下で加工されるため、加工される基板側辺に凹凸や欠けなどがあっても所定の加工負荷以上の力を基板に作用させることが無いため、研磨加工に近い加工となり、加工面の面粗度が向上し、微小なクラックの発生も防止される。

この発明の装置で側辺加工された基板は、従来装置で側辺加工された同じ材質の同じ厚さの基板に比べて見かけ上の強度が増大する。そのため、側辺加工後の基板の搬送や組立中、あるいは使用時に触れることによって生ずる外力に対する強度を向上させることができ、ディスプレイパネルの薄肉化による携帯端末の軽量化やディスプレイパネルのタッチパネル化に対応するパネル強度の向上を図ることができるという効果がある。

実施例１の要部を示す模式的な正面図 同平面図 遊隙を設けた部分の部分断面図 実施例２の要部を示す模式的な正面図 同平面図 実施例３の要部を示す模式的な正面図 実施例４の要部を示す斜視図 実施例５の要部を示す斜視図 実施例６の要部を示す正面図 側辺加工の例を示す斜視図 回転砥石の他の例を示す正面図 側辺加工装置の要部を示す模式的な正面図

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について具体的に説明する。この発明の側辺加工装置は、制御器５で加工する基板１に対する相対位置や相対移動を設定された砥石３に予め制御器５に登録した所定値を超えるＸ軸方向の加工反力が加わったとき、砥石３がワーク１から離れる方向に移動するように構成されている。

図１〜５に示す第１の形態では、Ｘ軸方向の送りモータ４３から砥石３に至る位置ないし送り伝達系の途中に遊隙δを設けると共に、砥石３を所定の力で基板１に向けて付勢する付勢装置６を設けている。

図６に示す第２の形態では、Ｘ軸送りモータ４３に砥石３の進出方向と後退方向とで異なるトルクないし推力の制限をかけて砥石３の位置を制御している。加工反力に対抗して砥石３をどの程度の力で設定位置に保持するかは、当該位置を保持しているときにＸ軸送りモータ４３に付与される電流値で決定される。従って、砥石３を後退させる方向に対しては弱い電流値で抵抗し、進出させる方向に対しては強い電流値で抵抗するようにフィードバック信号を設定する。

図７〜９に示す第３の形態では、砥石を搭載する工具台４から砥石３に至る伝達系の途中に砥石３がワーク１から離れる方向の移動を可能にする弾性体３５、３６を介在させる。この場合、砥石３として剛性及び耐摩耗性に優れたメタル砥石を用いることができる。また、弾性体３５、３６として、砥石３の進出方向の変形を防止ないし低減した異方性の弾性体を用いるか、砥石３の進出方向の変形を防止するストッパを設けるのが好ましい。

図１から３は、この発明の実施例１を示した図で、第１の形態に属する実施例である。以下、図１２において既に説明した構成要素には、図１２と同一の符号を付してその説明を省略する。

この実施例１では、Ｘ軸方向の送りねじ４４に螺合するボールナット４５と、工具台４に固定したブラケット５５との間に、Ｘ軸送りねじ４４の軸方向の遊隙δを設けている。Ｘ軸送りねじ４４に隙間無く螺合しているボールナット４５は、ブラケット５５に設けたＸ軸送りねじ４４と平行な方向の嵌合孔５６に軸方向移動自在に嵌挿され、かつ両者の相対回動を固定するキー５７ないしスプラインが設けられている。そして、ボールナット４５側の鍔５８とブラケット５５側のストッパ５９との間に遊隙δが形成されている。すなわち、工具台４に固定したブラケット５５とボールナット４５とを、Ｘ軸送りねじ４４の軸方向に遊隙δの隙間分だけ軸方向移動自在かつ相対回動不能に連結している。遊隙δは、加工されるワークの側辺１１に発生する可能性のある凹凸の大きさより十分に大きな遊隙とする。

このようにしてＸ軸送りねじ４４に連結した工具台４を基板１に向けて付勢するエアシリンダ６が設けられている。エアシリンダ６は、そのロッド６１の進退方向をＸ軸送りねじ４４の軸方向にして昇降台４１に搭載され、シリンダロッド６１の先端が工具台４に連結され、シリンダのヘッドエンド側に工具台、従って砥石３を基板１に向けて付勢する加圧空気が供給されている。シリンダロッド６１のストロークは、Ｘ軸送りモータ４３による工具台４の移動ストロークより余裕分だけ大きい。

上記のように構成された実施例１では、エアシリンダ６の付勢力でブラケット５５が基板１側に押されてブラケット５５のストッパ５９とボールナット４５の鍔５８とが押接された状態で、工具台４、従って砥石３が位置設定される。そして、この状態で基板１を砥石３に対して相対移動させて基板の側辺１１を加工する。この加工中に基板１から砥石３にエアシリンダ６に供給されている加圧空気の圧力で決まる所定の力以上の加工反力が作用すると、シリンダロッド６１が押し戻されて、工具台４、従って砥石３が基板の側辺１１から離れる方向に動き、基板に作用する加工負荷が緩められる。これにより、基板の研削面に大きな加工負荷が作用するのが防止されて、加工負荷の急激な増大によるクラックの発生が防止される。

図４、５は、この発明の実施例２を示した図で、第一の形態に属する実施例である。この実施例２は、遊隙δを工具台４と砥石モータ３１との間に設けた例で、砥石モータ３１が、工具台４に設けたＸ軸方向の遊隙δに相当する短いストロークの直線ガイド４８を介して工具台４に装着されている。砥石モータ３１は、工具台４に搭載した短いストロークのエアシリンダ６のロッド６１に連結され、このエアシリンダのヘッドエンド側に供給された加圧空気により、所定の付勢力で砥石モータ３１、従って砥石３が基板１に向けて付勢されている。

上記のように構成された実施例２では、エアシリンダ６の付勢力で砥石モータ３１が直線ガイド４８の基板１側のストローク端まで押された状態で砥石モータ３１、従って砥石３が位置設定されて基板の側辺１１を加工される。この加工中に基板１から砥石３にエアシリンダ６に供給されている加圧空気の圧力で決まる所定の力以上の加工反力が作用すると、シリンダロッド６１が押し戻されて、砥石モータ３１、従って砥石３が基板の側辺１１から離れる方向に動き、基板に作用する加工負荷が緩められ、加工負荷の急激な増大によるクラックの発生が防止される。

なお上記実施例１及び２では付勢装置としてエアシリンダを用いたが、スプリングなどの弾性体や磁石の吸引力を用いることもできる。

図６は、この発明の実施例３を示す図で、第２の形態に属する実施例である。ＮＣ装置５は、サーボアンプ５１を介してＸ軸送りモータ４３を制御しており、Ｘ軸送りモータ４３の回転角のフィードバック信号ｂは、サーボアンプ５１に与えられている。サーボアンプ５１は、フィードバック信号ｂがＮＣ装置５からの指令値ａに一致するように、Ｘ軸送りモータ４３に与える電流を制御することにより、Ｘ軸送りモータ４３の回転角、従って砥石３の位置を保持している。基板１の加工中に砥石３を後退させる方向の加工反力が作用すると、サーボアンプ５１は、Ｘ軸送りモータ４３に砥石３を前進させる方向のトルクを付与して砥石３を指令された位置に保持しようとする。

そこで、Ｘ軸送りモータ４３に与える電流を制限する最大電流設定器５３を設け、砥石３を進出させる方向に流れる電流の最大値を制限することにより、Ｘ軸送りモータ４３の最大トルクを制限してやれば、指令された位置に設定した砥石３に当該最大トルクに対応する所定の値以上の加工反力が作用すると、Ｘ軸送りモータ４３はその加工反力に抵抗するだけのトルクを発生することができないので、Ｘ軸送りモータ４３が加工反力により強制的に回転させられて、砥石３が基板１から離れる方向に移動して、基板１に過大な加工負荷が作用するのが防止されて、研削面にクラックが発生するのを防止することができる。

なお、図１〜５では、Ｘ軸送りモータとして回転モータ４３を用いる例を示したが、リニアモータを用いて砥石３のＸ軸方向の位置を設定することもでき、その場合も上記と同様な手段を採用することにより、上記と同様な作用効果が得られる。

図７は、この発明の実施例４を示した図で、第３の形態に属する実施例である。この実施例４では、砥石モータ３１が板状の弾性体３５を介して工具台４に装着されている。その他の構造は、図１２に示した従来装置と同じである。Ｘ軸送りモータ４３で所定位置に位置設定された砥石３に基板１から過大な加工反力が作用すると弾性体３５が変形し、その変形に伴って砥石３が基板１から離れる方向に移動する。この移動により、基板１に過大な加工負荷が作用するのが防止され、基板の研削面にクラックが発生するのが防止される。なおこの実施例４では、過大な加工負荷が作用したときに砥石が離れる方向は、Ｘ軸送りモータ４３による砥石３の送り方向であるＸ軸方向とは必ずしも一致しない。弾性体３５が等方性の弾性体であれば、加工反力が作用する方向に砥石３が移動して加工負荷が低減される。

図８は、この発明の実施例５を示した図で、第３の形態に属する実施例である。この実施例５及び図９に示す実施例６では、弾性体３６を砥石軸３２に介装している。図８に示した実施例５では、砥石３を砥石モータ３１の回転子軸と一体の砥石軸３２に片持ち状態で装着し、その砥石軸３２に弾性体３６を介装している。

一方、図９の実施例６では、砥石３をその両側に設けた軸受で軸支して、弾性体３６をその軸受と砥石３との間に介装している。すなわち砥石３は、砥石軸３２の両側に弾性体３６を介した状態で、両端を軸支されている。

実施例５、６のいずれの場合においても、砥石３に過大な加工反力が加わると、弾性体３６が変形して、砥石３が基板１から離れる方向に移動して、基板の側辺１１に局部的な過大な加工負荷が作用するのを防止して、研削面にクラックが発生するのを防止する。

１ ワーク（基板）
２ テーブル
３ 回転砥石
４ 工具台
５ ＮＣ装置
６ エアシリンダ
11 ワークの側辺
22,23 Ｙ軸送り装置
31 砥石モータ
35,36 弾性体
43 Ｘ軸送りモータ
44 Ｘ軸送りねじ
45 ボールナット
48 直線ガイド
51 サーボアンプ
53 最大電流設定器

Claims (4)

1. 被加工物である硬質脆性材の板材を固定するテーブルと、このテーブルの上面と略同一高さにしてテーブルの側方に配置した回転砥石と、この砥石を加工しようとする板材の側辺と直交するＸ軸方向に位置設定する位置設定手段と、前記テーブルと工具台とを前記側辺と平行な方向に相対移動するＹ軸送り装置とを備えた硬質脆性板の側辺加工装置において、
   前記位置設定手段は、ＮＣ装置の指令値に対応する位置に砥石の進出位置を規制すると共に、砥石を当該規制した位置に向けて所定の付勢力で押圧することにより当該砥石の位置を設定することを特徴とする、硬質脆性板の側辺加工装置。
2. 前記位置設定手段は、前記ＮＣ装置で制御されるＸ軸送りモータと、このＸ軸送りモータから前記砥石に至る伝達系に設けた遊隙と、この遊隙より砥石側で砥石を被加工物に向けて付勢する付勢装置とを備えている、請求項１記載の硬質脆性板の側辺加工装置。
3. 前記位置設定手段は、前記ＮＣ装置で制御されるＸ軸送りモータと、砥石が被加工物から離れる方向の当該Ｘ軸送りモータの最大トルクないし推力を進出する方向の最大トルクないし推力より低く制限する最大電流設定器とを備えている、請求項１記載の硬質脆性板の側辺加工装置。
4. 被加工物である硬質脆性材の板材を固定するテーブルと、このテーブルの上面と略同一高さにしてテーブルの側方に配置した回転砥石と、この砥石を加工しようとする板材の側辺と直交する方向に位置設定する位置設定手段と、前記テーブルと工具台とを前記側辺と平行に相対移動する送り装置とを備えた硬質脆性板の側辺加工装置において、
   前記位置設定手段は、ＮＣ装置で制御されるＸ軸送りモータで位置設定される工具台と、この工具台から前記砥石に至る伝達系に介装した弾性体とを備えていることを特徴とする、硬質脆性板の側辺加工装置。

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