JP2017065953A - 部材の加工方法および部材の加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでかつ短時間で実施可能な部材の加工方法および部材の加工装置を提供する。
【解決手段】部材の加工方法は、顔料と接着剤とを溶媒中に均一に分布させた溶液を準備する工程と、上記溶液を部材の表面に塗布して保護層を形成する工程と、上記保護層が形成された上記部材にレーザ光を照射して上記保護層をパターニングする工程と、パターニングされた上記保護層を有する上記部材に加工を施す工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、部材の加工方法および部材の加工装置に関する。

たとえばスマートフォンに使用される強化ガラス等の部材の切断方法としては、ショットブラスト加工、レーザ加工、超音波ＣＮＣ（コンピュータ数値制御）加工等が従来から知られている。

たとえば、ショットブラスト加工において、加工される強化ガラスは以下の工程を経て準備される。

１．ガラス両面に接着剤付フィルムを貼る。
２．切断予定ライン上のフィルムをカッター、露光・現像、またはレーザ光によって除去（本明細書では、この工程を「パターニング」と称する場合がある。）する。

切断された後の強化ガラスは温水またはアルカリ溶液、有機溶剤等の溶媒に浸けられる。これにより、接着剤付フィルムの接着力が低減される。その後、フィルムは手でガラスシートから剥がされる。

図１３は、従来の加工方法を示す図である。図１３を参照して、ガラスシート１００に接着層１０１付きの保護フィルム１０２が貼り付けられている。

図１３（ａ）に示すように、レーザ照射部１３０からレーザ光１３０Ａが照射される。レーザ光１３０Ａはレンズ１３１を透過し、保護フィルム１０２に達する。レーザ光１３０Ａにより、保護フィルム１０２がパターニングされる。

図１３（ｂ）に示すように、加工装置１４０からパターニングされた保護フィルム１０２に向けて研削砥粒１４０Ａが吐出される。これにより、ガラスシート１００に加工が施される。たとえば、ガラスシート１００は、保護フィルム１０２が除去された部分において切断される。

特開平４−９４８８７号公報 特開２０１４−１１１５１５号公報

たとえば紫外〜近赤外の波長のレーザ光で切断予定ラインをパターニングする場合、フィルムの接着層がガラス上面に残る場合がある。接着層が残った状態でショットブラスト加工を行なうと、接着層が研削砥粒に付着し、研削砥粒の再利用率が低下する。また、ショットブラスト加工の重ね回数が増大する。いずれにしても、加工のためのコストが増大することになる。なお、紫外光から可視光を放射するレーザ発振器は、近赤外のファイバーレーザ等に比べて寿命が短いため交換頻度が高い。これもコストの増加に繋がる。

上記とは異なる観点では、強化ガラスの種類が異なると、保護層としてのフィルムに要求される厚み等も異なるため、様々なフィルムを保管しなければならない。これもコストを増大させる要因となる。

接着剤付のフィルムを使用しない場合、接着塗布工程、基材貼り合わせ工程が必要となる。この工程の増加による設備費用が必要となり、加工費用を増加させる。加えて、強化ガラスのサイズが大きい場合、ガラスと基材の間にある水分を乾燥させる時間が増加する。また、ショットブラスト加工後に接着力を下げるため溶液に浸す際に、溶液を浸透させる時間が増加する。いずれも加工コストの増大に繋がる。

本発明の目的は、低コストでかつ短時間で実施可能な部材の加工方法および部材の加工装置を提供することにある。

本発明に係る部材の加工方法は、顔料と接着剤とを溶媒中に分布させた溶液を準備する工程と、上記溶液を部材の表面に塗布して保護層を形成する工程と、上記保護層が形成された上記部材にレーザ光を照射して上記保護層をパターニングする工程と、パターニングされた上記保護層を有する上記部材に加工を施す工程とを備える。

１つの実施態様では、上記部材の加工方法において、上記レーザ光の波長は０．２μｍ以上６μｍ以下である。

１つの実施態様では、上記部材の加工方法は、加工が施された上記部材から上記保護層を除去する工程をさらに備える。ここで、上記部材を水系溶媒に浸漬させて上記保護層を除去してもよい。

１つの実施態様では、上記部材の加工方法において、上記保護層は上記部材の表裏の表面に形成され、上記レーザ光によって上記部材の表裏の上記保護層が同時にパターニングされる。

１つの実施態様では、上記部材の加工方法において、上記接着剤は水溶性接着剤である。

本発明に係る部材の加工装置は、顔料と接着剤とを溶媒中に分布させた溶液を収容する溶液収容部と、上記溶液収容部に収容された溶液を部材に塗布して保護層を形成する塗布装置と、上記溶液が塗布された上記部材にレーザ光を照射して上記保護層をパターニングするレーザ照射部と、上記レーザ照射部によりパターニングされた上記保護層を有する上記部材に加工を施す加工装置とを備える。

１つの実施態様では、上記部材の加工装置において、上記レーザ光の波長は０．２μｍ以上６μｍ以下である。

１つの実施態様では、上記部材の加工装置は、加工が施された上記部材から上記保護層を除去する除去装置をさらに備える。ここで、上記除去装置は、水系溶媒を収容する溶媒収容部を含んでもよい。

１つの実施態様では、上記部材の加工装置において、上記塗布装置は上記部材の表裏の表面に上記保護層を形成し、上記レーザ照射部は上記部材の表裏の上記保護層を同時にパターニングする。

本発明によれば、低コストでかつ短時間で実施可能な部材の加工方法および部材の加工装置を提供することができる。

本発明の１つの実施の形態に係る加工装置の構成を示すブロック図である。 本発明の１つの実施の形態に係る加工方法の構成を示すフロー図である。 図２に示す加工方法における溶液を準備する工程（Ｓ１０）を示す図（その１）である。 図２に示す加工方法における溶液を準備する工程（Ｓ１０）を示す図（その２）である。 図２に示す加工方法における溶液を塗布する工程（Ｓ２１）を示す図である。 図２に示す加工方法における溶液が塗布されたガラスシートを乾燥させる工程（Ｓ２２）を示す図である。 図５に示す塗布工程（Ｓ２１）を繰り返す状態を示す図である。 図６に示す乾燥工程（Ｓ２２）を繰り返す状態を示す図である。 図２に示す加工方法におけるレーザ光を照射する工程（Ｓ３０）を示す図である。 図２に示す加工方法におけるショットブラストを行なう工程（Ｓ４０）を示す図である。 図２に示す加工方法における保護層を除去する工程（Ｓ５０）を示す図である。 図２に示す加工方法における洗浄・乾燥工程（Ｓ６０）を示す図である。 従来の加工方法を示す図である。

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。

図１は、本実施の形態に係る加工装置の構成を示すブロック図である。図２は、上記加工装置を用いた加工方法の構成を示すフロー図である。

図１に示すように、加工装置は、溶液収容部１０と、塗布装置２１と、乾燥装置２２と、レーザ照射部３０と、加工装置４０と、除去装置５０と、洗浄・乾燥装置６０とを含む。

また、図２に示すように、加工方法は、溶液収容部１０内に顔料と接着剤とを含む溶液を準備する工程（Ｓ１０）と、上記顔料と接着剤と分布させた溶液を部材に塗布する工程（Ｓ２１）と、溶液が塗布された部材を乾燥させて保護層を形成する工程（Ｓ２２）と、保護層が形成された部材にレーザ光を照射して保護層をパターニングする工程（Ｓ３０）と、パターニングされた保護層の上からショットブラスト加工を施す工程（Ｓ４０）と、加工が施された部材上から保護層を除去する工程（Ｓ５０）と、保護層が除去された部材を洗浄・乾燥する工程（Ｓ６０）とを含む。

図３に示すように、溶液を準備する工程（Ｓ１０）では、溶液収容部１０に溶媒１１が収容される。溶媒１１に顔料１２および接着剤１３が付加される。溶媒１１としては、たとえば水が使用可能である。顔料１２は、たとえばカーボンブラックである。顔料１２は、たとえば紫外〜近赤外の波長帯においてレーザ光の吸収率の高いものである。顔料１２は水溶性の場合もあるし、水溶性でない場合もある。顔料１２としては、カーボンブラックの他、グラファイト、ニグロシン、アンチモン酸化スズ、酸化銅ナノ材料、雲母、金属酸化物で被膜した雲母、脂肪族ジイソシアネート、酸化鉄粉末、チタニア粉末、亜鉛粉末、アルミニウム粉末などが使用可能である。顔料１２としてカーボンブラックを使用する１つの利点は、レーザ光の波長に関わらず吸収性が高く、一般的で価格が安いことである。

接着剤１３は、たとえば水溶性接着剤である。一例として、ポバール（ポリビニールアルコール）を用いることができる。図３に示す状態から、顔料１２および接着剤１３の分散、撹拌、脱泡を行なうことにより、図４に示すように、顔料１２と接着剤１３とが溶媒中に均一に分布した溶液１４が準備される。

溶液１４の一例において、ポバールからなる接着剤１３に対してカーボンブラックからなる顔料１２は１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下程度、好ましくは２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下程度、さらに好ましくは３ｗｔ％以上７ｗｔ％以下程度の割合で含有される。これにより、レーザ光の吸収性が高く、かつ印刷が容易で密着性が高い溶液１４が得られる。

次に、図５に示すように、溶液を塗布する工程（Ｓ２１）では、塗布装置２１によりガラスシート１００に溶液１４が塗布され、所定の厚みの保護層１１０が形成される。塗布装置２１としては、一例として図５に示すロールコータが使用可能である。その他、スクリーン印刷やスリットダイコートにより溶液１４の塗布を行なってもよい。

図５の例では、ガラスシート１００の両面に同じ厚みの溶液１４を塗布しているがガラスシート１００の片面上にのみ溶液１４を塗布することもある。ガラスシート１００に溶液１４を塗布することにより応力が発生する場合がある。両面に溶液１４を塗布することにより、上記応力を低減することができる。

次に、図６に示すように、ガラスシートを乾燥する工程（Ｓ２２）では、乾燥装置２２によって保護層１１０が形成されたガラスシート１００を乾燥させる。乾燥は、たとえば熱風乾燥により行なう。図７、図８に示すように、必要に応じて塗布工程（Ｓ２１）および乾燥工程（Ｓ２２）を繰り返し行なってもよい。これにより、任意の厚みの保護層１１０を形成することが可能となる。

なお、保護層１１を形成する工程において、成分の異なる複数の種類の溶液１４をガラスシート１００に重ねて塗布してもよい。

次に、図９に示すように、レーザ光を照射する工程（Ｓ３０）では、レーザ照射部３０からガラスシート１００上の保護層１１０にレーザ光３０Ａが照射される。レーザ光３０Ａは、レンズ３１を透過して保護層１１０に達する。レーザ光３０Ａは、図９に示すように、ガラスシート１００を透過してもよい。これにより、ガラスシート１００の両面の保護層１１０が同時にパターニングされる。レーザ光３０Ａの波長は、たとえば０．２μｍ以上６μｍ以下程度である。この程度の波長であれば、レーザ光３０Ａがガラスシート１００を透過できる。

ここで、ガラスシート１００は、図９に示すように、テーブル３２に吸着機構（図示なし）を設けることによりテーブル３２に吸着されていてもよいし、たとえば下方から他の支持部材（図示なし）によって支持されてもよい。

次に、図１０に示すように、ショットブラストを行なう工程（Ｓ４０）では、加工装置４０のノズル４１から研削砥粒４０Ａが吐出される。これにより、上記パターニングにより保護層１１０が除去された部分において、ガラスシート１００が切断される。なお、ガラスシート１００に対する加工は切断に限定されず、たとえば貫通穴または凹部を形成するように加工する場合もある。

次に、図１１に示すように、保護層を除去する工程（Ｓ５０）では、溶媒収容部５１内の冷水や温水などの溶媒にガラスシート１００を浸漬させ、顔料１２および接着剤１３からなる保護層１１０を溶かしてガラスシート１００から除去する。溶媒収容部５１に超音波発振器５２を取り付けて超音波振動を加えることで、保護層１１０が除去しやすい場合がある。保護層１１０が除去されたガラスシート１００は溶媒中から取り出される。溶媒中から取り出されたガラスシート１００にリンス供給部５３からリンスが供給される。

保護層を除去する工程（Ｓ５０）において、たとえば複数のガラスシート１００をカセットに収納して溶媒収容部５１中の溶媒に浸漬させてもよい。また、複数のガラスシート１００の間に気泡を混入させた流れを形成して保護層１１０の除去を促進してもよい。この気泡は、たとえば超音波振動を利用したキャビテーションによって得られる。

次に、図１２に示すように、洗浄・乾燥工程（Ｓ６０）では、洗浄・乾燥装置６０によってガラスシート１００の洗浄および乾燥が行なわれる。これにより、加工が完了したガラスシート１００が得られる。

本実施の形態に係る加工装置および加工方法によれば、近紫外〜近赤外（３００〜２０００ｎｍ程度）の波長領域において、レーザ光３０Ａの波長に関わらず保護層１１０を表裏同時に加工できる。また、レーザ照射部３０として、安価で長寿命の近赤外のレーザ発振器が使用できる。

また、本実施の形態に係る加工装置および加工方法によれば、基材の貼り合せ工程が不要となる。加えて、種類毎のフィルムに相当する厚みを有する保護層１１０をガラスシート１００上に容易に形成できる。

また、本実施の形態に係る加工装置および加工方法によれば、保護層１１０の乾燥時間と除去時間を短縮することが可能である。

本実施の形態では、被加工物の一例としてガラスシート１００を例示したが、本発明はガラスシート以外の部材（たとえば、アクリルなどのプラスチック系の透光性部材）の加工にも適用し得る。

非加工物の厚さ、硬さなどによっては、たとえば、片面に保護層１１０を形成し、片面の保護層１１０をパターニングし、片面にショットブラスト加工を行って切断するという方法も採用できる。

なお、被加工物の端面形状、端面強度の程度によっては、本実施の形態のショットブラストを行なう工程（Ｓ４０）と保護層を除去する工程（Ｓ５０）との間に「スタック工程」（図示なし）、「端面研磨工程」（図示なし）、「ウェットエッチング工程」（図示なし）を追加してもよい。

本実施の形態において、「スタック工程」とは、ブラスト加工後の複数のガラスシートを、それらの端面を基準に揃え、クランプまたは仮止め接着剤で固定する工程を意味する。

本実施の形態において、「端面研磨工程」とは、スタック工程でガラスシートをスタックした状態で、ブラスト加工、不織布やブラシなどを用いたＣＮＣ加工などによって端面を研磨する工程を意味する。

本実施の形態において、「ウェットエッチング工程」とは、ガラスシートの端面を研磨した状態で、フッ化水素酸などのエッチング剤に浸け、端面や稜部をエッチングして、それらの部分において平滑化するとともにマイクロクラックを除去する工程を意味する。

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。

１０ 溶液収容部、１１ 溶媒、１２ 顔料、１３ 接着剤、１４ 溶液、２１ 塗布装置、２２ 乾燥装置、３０，１３０ レーザ照射部、３０Ａ，１３０Ａ レーザ光、３１，１３１ レンズ、３２ テーブル、４０，１４０ 加工装置、４０Ａ，１４０Ａ 研削砥粒、４１ ノズル、５０ 除去装置、５１ 溶媒収容部、５２ 超音波発信器、５３ リンス供給部、６０ 洗浄・乾燥装置、１００ ガラスシート、１０１ 接着層、１０２ 保護フィルム、１１０ 保護層。

Claims (11)

1. 顔料と接着剤とを溶媒中に分布させた溶液を準備する工程と、
   前記溶液を部材の表面に塗布して保護層を形成する工程と、
   前記保護層が形成された前記部材にレーザ光を照射して前記保護層をパターニングする工程と、
   パターニングされた前記保護層を有する前記部材に加工を施す工程とを備えた、部材の加工方法。
2. 前記レーザ光の波長は０．２μｍ以上６μｍ以下である、請求項１に記載の部材の加工方法。
3. 加工が施された前記部材から前記保護層を除去する工程をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の部材の加工方法。
4. 前記部材を水系溶媒に浸漬させて前記保護層を除去する、請求項３に記載の部材の加工方法。
5. 前記保護層は前記部材の表裏の表面に形成され、
   前記レーザ光によって前記部材の表裏の前記保護層が同時にパターニングされる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の部材の加工方法。
6. 前記接着剤は水溶性接着剤である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の部材の加工方法。
7. 顔料と接着剤とを溶媒中に分布させた溶液を収容する溶液収容部と、
   前記溶液収容部に収容された溶液を部材に塗布して保護層を形成する塗布装置と、
   前記溶液が塗布された前記部材にレーザ光を照射して前記保護層をパターニングするレーザ照射部と、
   前記レーザ照射部によりパターニングされた前記保護層を有する前記部材に加工を施す加工装置とを備えた、部材の加工装置。
8. 前記レーザ光の波長は０．２μｍ以上６μｍ以下である、請求項７に記載の部材の加工装置。
9. 加工が施された前記部材から前記保護層を除去する除去装置をさらに備える、請求項７または請求項８に記載の部材の加工装置。
10. 前記除去装置は、水系溶媒を収容する溶媒収容部を含む、請求項９に記載の部材の加工装置。
11. 前記塗布装置は前記部材の表裏の表面に前記保護層を形成し、
    前記レーザ照射部は前記部材の表裏の前記保護層を同時にパターニングする、請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の部材の加工装置。

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