JP2017019036A - ブラスト加工装置およびブラスト加工による製品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブラスト加工機による加工時間を短縮し、コストを低減し、異なるパターンに対して同じノズルを使用してブラスト加工を行なえるようにする。【解決手段】ブラスト加工装置は、被加工物上を移動しながら上記被加工物に対して研削砥粒１Ａを噴射することによって、上記被加工物における被加工部においてブラスト加工を行なうブラスト加工装置であって、上記研削砥粒を噴射するノズル１と、ノズル１に設けられ、スリット形状を有する噴射口２と、上記研削砥粒が噴出される方向の軸まわりに上記ノズルを回転させる回転機構１Ｂとを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、ブラスト加工装置およびブラスト加工による製品製造方法に関する。

スマートフォン等に使用されているカバーガラスとして、化学強化ガラスが使用される。このカバーガラスは、複数枚のカバーガラスのサイズを割り当てられた大型ガラスを切断することによって製造される。化学強化ガラスには、切断前に化学強化処理を行なうシートタイプと、切断後に化学強化処理を行なうセルタイプとがある。化学強化したガラスは、表面に圧縮応力がかかっており切断しにくく、切断品質が悪く歩留まり率も悪いため、スマートフォンに使用するカバーガラスとして、シートタイプは一般的に好まれず、未強化の状態で切断するセルタイプが主流である。大型ガラスの切断は、ＣＮＣミーリングやペン形状ノズルを使用するブラスト加工法によって行なわれる。また、ダイシングソーやダイヤモンドスクライバーなどを用いて切断される場合もある。

ブラスト加工法によれば、レーザ加工法に比べて装置の初期投資額を抑えることができる。一方、ブラスト加工法の加工効率は、レーザ加工法よりも低い。ブラスト加工法の加工効率を向上させるために、ブラスト加工機に複数のペン形状ノズルを取り付けて複数枚の強化ガラスを同時に加工することも行なわれている。

ブラスト加工によって強化ガラスを切断する場合には、ガラス板の両面にフィルム（レジストフィルム）を貼り付け、加工ライン（ガラスが切断される切断線）上のフィルムをカッター、露光・現像、レーザ光などによって除去した後にブラスト加工を行なう。

特開平１０−５８３２５号公報 特開２００１−８８０３０号公報 特開平４−９４８８７号公報 韓国特許第１０２０−１０００８７５６５号公報

ブラスト加工法のノズル毎の加工はレーザ加工に比べて遅い。ペン形状ノズルによって丸穴を加工する場合は、ペン形状ノズルを細かく周回（移動）させなければならない。たとえば、図６に示すように、ペン形状のノズル１００を用いてガラス基板３に対して外縁３Ａと開口３Ｂ，３Ｃを形成するための加工を施す場合、図６中の矢印に示す矢印の方向にノズルを移動させる必要がある。ノズルの移動距離が長いため、加工効率は低い。

ノズルの噴射口とガラス板とを同等の寸法形状すれば、ガラス板上に設けられた複数の加工部を同時に加工することができる。この場合、ペン形状ノズルに比べて加工範囲が広いため、研削砥粒の噴射圧力が分散し、結果として加工速度が遅くなる場合がある。

ノズルの噴射口と加工部分とが近接すると、研削砥粒が反射する。噴射口から噴射される研削砥粒と反射された研削砥粒が衝突するため、砥粒の安定した噴射が難しくなり、加工速度が低下する（加工時間が増大する）。また、研削砥粒の回収率（使用した研削砥粒を再使用できる割合）が低下する。特に、ノズルの中心軸がガラス板に対して直角である場合、研削砥粒が反射することに起因する上述の問題が発生する。また、ノズルの送り速度を遅くすると、反射された研削砥粒による影響が大きくなる。

紫外〜近赤外の波長のレーザ光を用いて切断線上のフィルムに開口パターンを形成する場合、表裏同時加工が可能となるため、表裏の位置ずれがなくカッターや露光・現像と比べて加工時間が短い。しかし、レーザ加工だけではフィルムの粘着層が完全には除去されないため、フィルムの粘着層がガラス上面に残り、残った粘着剤が後工程において悪影響を与える場合がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものである。

本発明に係るブラスト加工装置は、被加工物上を移動しながら上記被加工物に対して研削砥粒を噴射することによって、上記被加工物における被加工部においてブラスト加工を行なうブラスト加工装置であって、上記研削砥粒を噴射するノズルと、上記ノズルに設けられ、スリット形状を有する噴射口と、上記研削砥粒が噴出される方向の軸まわりに上記ノズルを回転させる回転機構とを備える。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工装置において、上記スリット形状の長手方向を上記ノズルの移動方向に対して所定の角度だけ傾けるとともに、上記被加工物に対する上記噴射口の投影が上記被加工部を内包するように上記ノズルを配置することが可能である。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工装置において、上記被加工部に製品の外縁を形成することが可能である。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工装置において、上記被加工部に貫通穴を形成することが可能である。

本発明に係るブラスト加工による製品製造方法は、被加工物上を移動しながら上記被加工物に対して研削砥粒を噴射することによって、上記被加工物における被加工部においてブラスト加工を行なう製品製造方法であって、上記研削砥粒が噴出される方向の軸まわりにノズルを回転させて上記ノズルの方向を調整する工程と、上記ノズルに設けられたスリット形状を有する噴射口から上記研削砥粒を噴射する工程とを備える。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法において、上記ノズルの方向を調整する工程は、上記スリット形状の長手方向を上記ノズルの移動方向に対して所定の角度だけ傾けるとともに、上記被加工物に対する上記噴射口の投影が上記被加工部を内包するように上記ノズルを配置することを含む。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法において、上記噴射口から上記研削砥粒を噴射する工程は、上記被加工部が有する第１面と、上記第１面の反対面の第２面とに対して順次ブラスト加工を行なうことによって、貫通穴を形成することを含む。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法において、上記被加工物は複数の製品にそれぞれ対応する複数の製品領域を有し、上記被加工部は上記製品領域の外縁に対応する。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法において、上記被加工物は複数の製品にそれぞれ対応する複数の製品領域を有し、上記被加工部は上記製品領域に含まれる貫通穴に対応する。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法は、上記研削砥粒に対する耐久性を有するレジスト膜を上記被加工部の表面に設ける工程と、上記レジスト膜に開口を設け、上記被加工部を露出させる工程とをさらに備え、上記被加工部を露出させる工程では、上記レジスト膜にレーザ光を照射して該レジスト膜に上記開口を設けること、または、上記被加工部における上記被加工部以外の部分に上記レジスト膜を付着させることによって上記被加工部において上記開口を設けることを実行する。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法は、上記被加工部の表面にフィルムを設ける工程と、上記被加工物に設けられた上記フィルムにレーザ光を照射して該フィルムに開口を設け、上記被加工部を露出させる工程とをさらに備え、上記フィルムは上記研削砥粒に対する耐久性を有する。

１つの実施態様では、上記ブラスト加工による製品製造方法において、上記被加工部の表面に上記フィルムを設ける工程は、粘着剤を用いて上記フィルムを上記被加工部上に貼り付けることを含み、上記粘着剤は、上記レーザ光が吸収される色に着色されている。

本発明によれば、ブラスト加工機による加工時間が短縮される。また、ブラスト加工に伴うコストを低減することができる。また、異なるパターンに対して同じノズルを使用してブラスト加工を行なうことができる。

本発明の１つの実施の形態に係るブラスト加工装置におけるノズルの形状を示す図である。 本発明の１つの実施の形態に係るブラスト加工装置におけるノズルの配置角度を説明するための図である。 ノズルの角度の調整を説明するための図（その１）である。 ノズルの角度の調整を説明するための図（その２）である。 被加工物上に設けられるフィルムの態様の一例を示す断面図である。 従来のブラスト加工装置におけるノズルの形状を示す図である。

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。

本実施の形態に係るブラスト加工装置は、ガラス板などの被加工物上を移動しながら被加工物に対して研削砥粒を噴射することによってブラスト加工を行なうブラスト加工装置である。

図１は、本実施の形態に係るブラスト加工装置におけるノズルの形状を示す図である。研削砥粒１Ａは、図１に示すをノズル１から噴射される。ノズル１は、直線（線分）状の長穴形状（以下、「スリット形状」という。）を有する噴射口２（スリットノズル）を含む。噴射口２の長手辺の長さ（ノズル１の幅）は、図１（ｃ）に示すように「ｗ」である。

回転機構１Ｂが設けられ、これにより、ノズル１は、研削砥粒１Ａが噴出される方向の軸まわり（図１（ａ）、図１（ｂ）における上下方向軸まわり）に回転可能である。被加工部の形状に応じてノズル１の配置角度が調整される。

図２は、本実施の形態に係るブラスト加工装置におけるノズルの配置角度を説明するための図である。図２の例では、ノズル１を用いてガラス基板３に対して加工を施す。ガラス基板３からは、４つの製品に対応するガラス板が切り出される。すなわち、ガラス基板３には、４つの製品に対応する外縁３Ａ、および開口３Ｂ，３Ｃがある。

図２において、ノズル１はＸ軸方向（４つの製品の短手方向）およびＹ軸方向（４つの製品の長手方向）に移動可能である。スリット形状の噴射口２の長手方向（幅方向）をノズル１の移動方向（たとえばＹ軸方向）に対して所定の角度（たとえばθ（０°〜４５°））だけ傾けるとともに、被加工物に対する噴射口２の投影が被加工部を内包するようにノズル１を配置する。なお、ブラスト加工中はノズルの角度を変更しない。

図２の例では、０°≦θ≦４５°、かつ、Ａ≦ｗ・ｃｏｓθ、かつ、Ｂ≦ｗ・ｓｉｎθの条件を満たす。これにより、ノズル１がＸ軸方向に移動するときには、隣り合う製品の開口３Ｂ，３Ｃに対応する部分を同時に加工することができる。また、ノズル１がＹ軸方向に移動するときには、隣り合う製品の外縁３Ａに対応する部分を同時に加工することができる。

たとえば、図３に示す「Ａ」、「Ｂ」の距離が図４に示す「Ａ´」、「Ｂ´」に変更される場合、ノズル１を回転させる（図４では図３に対して反時計まわりに回転している。）。

なお、図２の例では、製品のピッチ（中心間距離）に合わせて複数（２つ）のノズル１を配置して各製品に相当する部分（製品領域）に対して同時にブラスト加工を行なう。

ノズル１が行なうブラスト加工については、下記（１）〜（３）を想定している。
（１） 下記（１−１）と（１−２）とを択一的に使用する。

（１−１） ガラス板における複数の製品にそれぞれ相当する製品領域どうしの境界に沿って、複数（ここでは２つ）のノズル１を、ガラス基板３の端から端まで移動させる。各々のノズル１の噴射口２が平面視において被加工部を含むように各ノズル１を配置する。

（１−２） 全てのノズル１を、製品形状の１周分以上に沿って移動させて、ガラス板を加工する。

（２） 複数の製品領域間に２本以上の切断線（外縁３Ａ）が設けられる場合には、それらの切断線においてガラス基板３を同時に加工する。円形形状、矩形形状などを有する開口３Ｂ，３Ｃ（たとえば、スマートフォンにおけるスピーカー用、ボタン用など）が外縁３Ａの近傍に設けられる場合には、開口３Ｂ，３Ｃを外縁３Ａと同時に加工する。

（３） ガラス基板３の第１面における全ての加工部分の加工深さが板厚の２／３程度になった後に、ガラス基板３を表裏反転させてガラス基板３の第２面側から上記（１）、（２）の工程を適宜行ない、ガラス板を切断する。ガラス基板３の第１面または第２面のいずれか一方のみに上記（１）、（２）の工程を適宜行ない、ガラス板を切断してもよい。

なお、ノズル１による加工速度は、適宜調整されるが、長手方向と短手方向とで異なるものにしてもよいし、直線部と角部（コーナー部）とで異なるものにしてもよい。

ノズル１の噴射口２の幅（ｗ）の最大値は好ましくは１００ｍｍ以下程度、より好ましくは７５ｍｍ以下程度、さらに好ましくは５０ｍｍ以下程度である。幅（ｗ）の最小値は、隣り合う製品外形どうしの距離（たとえば１０ｍｍ）以上であることが好ましい。

角度θは、好ましくは０°以上４５°以下程度、より好ましくは５°以上２０°以下程度、さらに好ましくは７°以上１５°以下程度である。

典型的な例では、長方形状の製品において、隣り合う製品の短手方向の外縁を含み、かつその周囲にある小形状加工部を全て含む距離をＬ１、隣り合う製品の長手方向の外縁を含み、かつその周囲にある小形状加工部を全て含む距離をＬ２としたとき、噴射口２の幅（ｗ）は、ｗ≧（Ｌ１²＋Ｌ２²）^(1/2)、長手方向の外縁３Ａと噴射口の幅方向とのなす角度は、θ（ｒａｄ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｌ２／Ｌ１）である。

ところで、本実施の形態に係るブラスト加工による製品製造方法において、図５に示すように、ガラス基板３の被加工部の表面に研削砥粒に対する耐久性を有するフィルム３０を設け、集光レンズ２０を通過させたレーザ光１０をフィルム３０に照射してフィルム３０に開口を設け、露出したガラス基板３に研削砥粒を噴射することでブラスト加工を行なうようにしてもよい。フィルム３０は、粘着剤４０を用いてをガラス基板３上に貼り付けられる。粘着剤４０は、上記レーザ光が吸収される色（すなわち、紫外〜近赤外の波長帯において吸収性の高い色素で着色（黒色等））に着色されている。これにより、吸収されるレーザ光１０を使用して、切断線上におけるフィルム３０および粘着剤４０を除去してもよい。

上記の工程の変形例として、スクリーン印刷、インクジェットを使用してガラス基板３の被加工部以外にレジスト液を塗布して乾燥させることによって、レジスト膜を形成してもよい。このレジスト膜は、ブラスト加工において使用される研削砥粒に対する耐久性を有することが好ましい。スクリーン印刷やインクジェットによって被加工部以外にレジスト膜を形成する場合、レーザ光を使用しないためレジスト膜は着色していなくてもよい。

なお、被加工物としてのガラスは化学強化ガラスであってもよいし、風冷強化ガラスであってもよい。

被加工物の材料としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ、セラミックス）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、サファイアガラス、石英（ＳｉＯ₂、水晶）、石英ガラス、耐熱ガラス、アルミナなどのセラミックスなどが考えられる。

次に、本実施の形態に係るブラスト加工装置の作用効果（下記、３点）について説明する。
１．加工時間が短縮される（ブラスト加工速度が向上する）。
（１）ノズルの加工範囲内において、製品間に２本以上の切断線や開口が形成される部分がある場合には、同時に加工することによって加工時間を短縮（たとえば１／２以下程度に）することができる。
（２）切断線に対してノズルの幅方向が斜めとなる角度を設定する。加えて、速度を上げてノズルを移動させる。これらによって、反射された研削砥粒に起因する、噴射口２から供給された研削砥粒の粉砕と加工速度の低下とを防止することができる。
２．ＣＯＯ（Ｃｏｓｔ Ｏｆ Ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ）が低減する。
（１）ペン形状ノズルを使用する場合に比較して、ノズル１が単位長さだけ移動することによって加工できる領域が増加する。したがって、単位時間当たりの生産量が向上する。
（２）ガラス板と同等の寸法形状を持つ噴射口を有するノズルを使用する場合に比較して、ノズル１が単位長さだけ移動することによって使用する研削砥粒の量が低減する。したがって、同じ面積のガラス板を加工する際の研削砥粒の消費量が低減する。
（３）研削砥粒の粉砕が抑制されるので、研削砥粒の回収率が向上する。
（４）上記（１）と同じ理由から、ペン形状ノズルを使用する場合に比較して、同じ範囲に対する加工時間が短縮する。このことにより、ノズル１の寿命が向上する。
３．同じノズル１を使用して、異なる製品ピッチや切断線ピッチを有するガラス板を切断できる。具体的には、ノズル１の角度や、ノズル１の取り付けピッチを変更することにより、異なる製品ピッチ，異なる切断線ピッチ，切断線数の変更などに対して、同じノズル１で対応できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１００ ノズル、１Ａ 研削砥粒、１Ｂ 回転機構、２ 噴射口、３ ガラス板、３Ａ 外縁、３Ｂ，３Ｃ 開口、１０ レーザ光、２０ 集光レンズ、３０ フィルム、４０ 粘着剤。

Claims (12)

1. 被加工物上を移動しながら前記被加工物に対して研削砥粒を噴射することによって、前記被加工物における被加工部においてブラスト加工を行なうブラスト加工装置であって、
   前記研削砥粒を噴射するノズルと、
   前記ノズルに設けられ、スリット形状を有する噴射口と、
   前記研削砥粒が噴出される方向の軸まわりに前記ノズルを回転させる回転機構とを備えた、ブラスト加工装置。
2. 前記スリット形状の長手方向を前記ノズルの移動方向に対して所定の角度だけ傾けるとともに、前記被加工物に対する前記噴射口の投影が前記被加工部を内包するように前記ノズルを配置することが可能である、請求項１に記載のブラスト加工装置。
3. 前記被加工部に製品の外縁を形成することが可能である、請求項１または請求項２に記載のブラスト加工装置。
4. 前記被加工部に貫通穴を形成することが可能である、請求項１から請求項３のいずれかに記載のブラスト加工装置。
5. 被加工物上を移動しながら前記被加工物に対して研削砥粒を噴射することによって、前記被加工物における被加工部においてブラスト加工を行なう製品製造方法であって、
   前記研削砥粒が噴出される方向の軸まわりにノズルを回転させて前記ノズルの方向を調整する工程と、
   前記ノズルに設けられたスリット形状を有する噴射口から前記研削砥粒を噴射する工程とを備えた、ブラスト加工による製品製造方法。
6. 前記ノズルの方向を調整する工程は、前記スリット形状の長手方向を前記ノズルの移動方向に対して所定の角度だけ傾けるとともに、前記被加工物に対する前記噴射口の投影が前記被加工部を内包するように前記ノズルを配置することを含む、請求項５に記載のブラスト加工による製品製造方法。
7. 前記噴射口から前記研削砥粒を噴射する工程は、前記被加工部が有する第１面と、前記第１面の反対面の第２面とに対して順次ブラスト加工を行なうことによって、貫通穴を形成することを含む、請求項５または請求項６に記載のブラスト加工による製品製造方法。
8. 前記被加工物は複数の製品にそれぞれ対応する複数の製品領域を有し、
   前記被加工部は前記製品領域の外縁に対応する、請求項５から請求項７のいずれかに記載のブラスト加工による製品製造方法。
9. 前記被加工物は複数の製品にそれぞれ対応する複数の製品領域を有し、
   前記被加工部は前記製品領域に含まれる貫通穴に対応する、請求項５から請求項７のいずれかに記載のブラスト加工による製品製造方法。
10. 前記研削砥粒に対する耐久性を有するレジスト膜を前記被加工部の表面に設ける工程と、
    前記レジスト膜に開口を設け、前記被加工部を露出させる工程とをさらに備え、
    前記被加工部を露出させる工程では、前記レジスト膜にレーザ光を照射して該レジスト膜に前記開口を設けること、または、前記被加工部における前記被加工部以外の部分に前記レジスト膜を付着させることによって前記被加工部において前記開口を設けることのいずれかを実行する、請求項５から請求項９のいずれかに記載のブラスト加工による製品製造方法。
11. 前記被加工部の表面にフィルムを設ける工程と、
    前記被加工物に設けられた前記フィルムにレーザ光を照射して該フィルムに開口を設け、前記被加工部を露出させる工程とをさらに備え、
    前記フィルムは前記研削砥粒に対する耐久性を有する、請求項５から請求項９のいずれかに記載のブラスト加工による製品製造方法。
12. 前記被加工部の表面に前記フィルムを設ける工程は、粘着剤を用いて前記フィルムを前記被加工部上に貼り付けることを含み、
    前記粘着剤は、前記レーザ光が吸収される色に着色されている、請求項１１に記載のブラスト加工による製品製造方法。

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