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