JP4152938B2 - スクライブ装置 - Google Patents

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Description

この発明は、板ガラス,セラミックス等の脆性材料のワーク面に刻線を形成するスクライブ装置に関する。
一般に、脆性材料の板を破断するためには、ワークの面に予め刻線を形成し、この刻線に沿って破断するようにしている。従来のスクライブ装置は、例えば実開平1−110234号に開示されている。このスクライブ装置は、周縁が尖った円盤形状のカッタと、このカッタを回転自在に支持するホルダと、このホルダを介してカッタをワークの面に押しつけるとともに、板ガラスの面に沿って移動させる押圧,移動機構とを備えている。
上記構成の装置では、カッタを板ガラスに押し付けた状態で移動させることにより刻線が形成されるが、次の問題がある。すなわち、カッタを板ガラスに押し付ける押圧力を大きくすると、刻線が深く形成され板ガラスが破断が容易になるが、この刻線から左右方向に延びる水平クラックが発生し、この水平クラックによって刻線近傍に欠けまたは剥離等が発生するという問題が生じる。これとは逆に、上記カッタの板ガラスへの押圧力を小さくすれば、水平クラックが発生することはないが、垂直クラックの深さが浅くなってしまい、板ガラスの破断を良好に行えなくなる。
上記の問題を解決するために、本発明は、(ア)当接部を有するボデイと、(イ)当接部を有するホルダと、(ウ)上記ボデイの当接部とホルダの当接部との間に支持され、これら当接部の対峙方向に振動を発する振動アクチュエータと、(エ)上記ホルダの端部に保持され、上記振動アクチュエータから上記ホルダに付与された振動をワークに伝える当接部材と、(オ)上記振動アクチュエータに予圧を与える支持部材と、(カ)上記ホルダを、上記振動アクチュエータの振動方向にスライド可能にして、上記ボデイに支持するスライド支持部と、を備えたスクライブ装置であって、上記ボデイとホルダと振動アクチュエータが同軸に配置され、振動アクチュエータの中心軸線上に、上記ボデイの当接部と上記ホルダの当接部が配置されるとともに上記スライド支持部が配置されていることを特徴とする。
好ましくは、上記当接部材も上記振動アクチュエータの中心軸線上に配置されている。
好ましくは、上記支持部材が上記ホルダを上記振動アクチュエータに向かって付勢する弾性部材からなり、この弾性部材が上記振動アクチュエータの中心軸線上に配置されている。
好ましくは、上記支持部材と上記スライド支持部が振動アクチュエータを間において上記振動方向に対峙している。
好ましくは、上記ボデイが細長く形成されるとともに縦長の収容空間を有し、上記ホルダも細長く形成されるとともに縦長の収容空間を有し、上記ホルダが上記ボデイの収容空間に収容され、上記振動アクチュエータが上記ホルダの収容空間に収容されている。
好ましくは、上記ホルダの収容空間の底面は上記振動アクチュエータを受ける上記当接部として提供され、上記ボデイの当接部は上記ホルダの収容空間において上記ホルダの当接部と対峙している。
本発明によれば、良好なスクライブを行なうことができる。
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1〜図3に示すように、スクライブ装置は、移動台1(支持台,図2にのみ示す)と、この移動台1を水平方向に移動させる移動機構2(図2にのみ示す)と、この移動台1にベースプレート3を介して取り付けられたスライド機構4と、このスライド機構4により垂直方向に移動可能に支持されたボデイ10と、このボデイ10に微小量の垂直方向スライドを可能にして支持されたホルダ20と、このホルダ20の下端に設けられたカッタ30(ヘッド,当接部材)と、ホルダ20に垂直方向の振動を付与する2つのピエゾアクチュエータ40(振動アクチュエータ)と、を備えている。
上記移動機構2は、上記移動台1を、図1において左右方向,図2において紙面と直交する方向に水平に移動するようになっている。上記スライド機構4は、ベースプレート3に固定されたガイド5と、このガイド5に垂直方向にスライド可能に支持されたスライダ6とを有している。なお、このスライダ6は、ガイド5に設けられたストッパ(図示しない)により下限位置を決定されている。
上記スライダ6には、4枚の板ばね7(弾性を有する振動緩衝部材)を介して上記ボデイ10が支持されている。以下、詳述する。上記スライダ6の上下端部には、それぞれブラケット8,9が固定されている。上側のブラケット8は、図6に示すように、スライダ6に固定される板形状の取付部8aと、この取付部8aの左右に設けられて前方に延びるU字形のばね固定部8bとを有している。図2に最も良く示すように、これらばね固定部8bの前端と後端の上面に前後方向に延びる板ばね7の両端が固定されている。下側のブラケット9も同様に、取付部9aと左右一対のばね固定部9bとを有し(図7参照)、これらばね固定部9bの前端と後端の上面に前後方向に延びる板ばね7の両端が固定されている(図2参照)。
一方、上記ボデイ10は、垂直方向に細長い箱形状をなしており、その上端部の左右側面には、ばね固定部11が突出して形成されている。これらばね固定部11の上面に、上側の一対の板ばね7の中央が固定されている。また、上記ボデイ10の下端部には、左右に張り出す張出部12が形成されている。これら張出部12の前後方向中央の下面には、上記ばね固定部13が突出して形成されており、このばね固定部12に、下側の板ばね7の中央が固定されている。4枚の板ばね7の各々は、中央の固定箇所と両端の固定箇所との間に折り曲げ部7aを有している。
上記ボデイ10は、前方と下方が開放された縦長の収納空間15を有しており、横断面形状が略U字形をなしている。この収納空間15に上記ホルダ20が収納されている。ホルダ20は、垂直に延びる細長い箱形状をなしており、後側が開放された収納空間25を有して横断面形状が略U字形をなしている。ホルダ20はボデイ10と同軸をなしている。これらボデイ10,ホルダ20の中心軸線を図中Lを付して示す。
図4,図5に最も良く示すように、上記ホルダ20の収納空間25に、上記2つのピエゾアクチュエータ40が、ボデイ10,ホルダ20と同軸をなして、収納されている。各アクチュエータ40は断面が四角形状をなして細長く形成されており、軸方向の振動を発生させるようになっている。2つのピエゾアクチュエータ40は直接連なっており、下側のピエゾアクチュエータ40の下端面は、ホルダ20の収納空間25の底面25a(当接部)に当たっている。
上記ボデイ10の左側壁には取付穴18が形成されている。この取付穴18に接続されたノズル(図示しない)からのエアが、収納空間15内に入り、さらにホルダ20の収納空間25に入ってピエゾアクチュエータ40に吹き付けられ、ピエゾアクチュエータ40を冷却するようになっている。なお、ボデイ10の左右壁と後壁およびホルダ20の左右壁と前壁には、上記エアの通路,吹き出し口となる穴19,29がそれぞれ形成されている。
上記ホルダ20は、支持機構により、上記中心軸線Lに沿う方向(振動方向)に微少量移動可能にしてボデイ10に支持されている。この支持機構は、ピエゾアクチュエータ40の上方に配置された第1支持部50(スライド支持部)と、ピエゾアクチュエータ40の下方に配置された第2支持部60とを備えている。
上記第1支持部50は、図4に示すように、ホルダ20の上壁を貫通して形成された断面円形のスライド孔51(ホルダ20のスライド部)と、ボデイ10の上壁に装着されたガイド部材52とを備えている。ガイド部材52は、平板形状をなしてボデイ10の上端面に固定される取付部52aと、この取付部52aから下方に突出する円筒部52b(ボデイ10のガイド部,凸部)とを有している。円筒部52bは、ボデイ10の上壁を貫通し、上記スライド孔51に僅かなクリアランスをもって挿入されている。これにより、ホルダ20の上端部がボデイ10にスライド可能に支持されることになる。なお、これらスライド孔51とガイド部材52の円筒部52bがボデイ10と同軸をなしているので、ホルダ20のスライド方向はピエゾアクチュエータ40の振動方向と一致する。
上記ガイド部材52にはねじ穴52xが形成されており、このねじ穴52xに後述の調節作用をなす調節ねじ55(予圧調整手段)が螺合されている。この調節ねじ55の下端部55a(先端部)は、受板56を介して上側ピエゾアクチュエータ40の上端面に当たっており、ボデイ10の当接部として提供されている。なお、この調節ねじ55の下端部55aは凸球面をなしており、上記受板56の凹球面からなる受座56aに嵌まるようにして接している。上記調節ねじ55の下端部55aは、ホルダ20の収納空間25の底面25aと垂直方向(中心軸線Lに沿う方向)に対峙しており、上記ピエゾアクチュエータ40は、これらの間に挟まれるようにして配置されている。上記調節ねじ55には、この調節ねじ55を固定するためのロックナット57が螺合されている。
上記第2支持部60は、図4に示すように、弾性部材(支持部材)として、板ばね61と、ゴムや樹脂等の弾性材料からなる球形のボール62とを備えている。上記板ばね61は、その両端が上記ボデイ10の張出部12の上面に固定されており、その中央が、ホルダ20に形成された先細をなすばね固定部21の下端面にねじ63で固定されている。ばね固定部21および板ばね61の中央は、ボデイ10,ホルダ20,ピエゾアクチュエータ40の中央軸線L上に配置されている。上記板ばね61は、中央固定箇所と両端固定箇所との間において折り曲げ部61aを有している。
上記ボール62は、上記ねじ63の頭部(ホルダ20のボール当接部)と受板64(ボデイ10のボール当接部)との間に介在されている。受板64は、ボデイ10の左右の張出部12の下端面に架け渡されるようにして固定されている。これら頭部と受板64にはそれぞれ凹球面をなす受座63a,64aが形成されており、これら受座63a,64a間に上記ボール62が嵌め込まれている。ねじ63,受板64の中央およびボール62は、ピエソアクチュエータ40等の中心軸線L上に配置されている。
次に、上記カッタ30の取付構造について説明する。上記ホルダ20は、上記ばね固定部21から2股に別れて下方に延びている。これら一対の延長部22間に、上記板ばね61,ボール62,受板64が配置されている。上記ホルダ20の延長部22の下端部(先端部)には、第1アタッチメント71が連結され、この第1アタッチメントに連結角度を調節可能にして第2アタッチメント72が連結されている。第2アタッチメント72の下面には収納穴72aが形成され、この収納穴72aに上記カッタ30が収納され、ねじ73で着脱可能に固定されている。
上記カッタ30は、上記ピエソアクチュエータ40の中心軸線L上に配置されており、その下端(先端)が円錐形状をなして尖っている。このカッタ30の下端には、角錐形状をなすダイヤモンド粒が固着されている。このダイヤモンド粒の頂点が下を向いて、後述する板ガラス100(ワーク)の面に当たるようになっている。
上記アタッチメント72には、ガイド板35が取り付けられている。このガイド板35は、U字形のばね材からなり、アタッチメント72の両側面に固定されている。図1,図2に示されているように、上記ガイド板35の中央部には、穴35aが形成されている。上記カッタ30の下端は、この穴35aを通って、ガイド板35より所定量だけ下方に突出している。
図1,図3に示すように、上記ベースプレート3にはエアシリンダ80(押上機構)が垂直に取り付けられている。他方、ボデイ10の側面にはL字形のブラケット85が固定されており、このブラケット85には、垂直をなす短ロッド86が螺合されている。この短ロッド86と、上記エアシリンダ80のロッド81の上端が対峙している。
上記構成をなすスクライブ装置の作用を説明する。上記調節ねじ55をねじ込むと、ピエゾアクチュエータ40およびホルダ20が下方に移動し、これに伴い、ばね固定部21を介して上記板ばね61に下方への力が付与されるとともに、ねじ63を介して上記ボール62にも下方への力が付与される。板ばね61は、その両端がボデイ10の張出部12に固定されているから、上記下方への力によって弾性変形する。また、ボール62は、ボデイ10に固定された受板64によって受けられているから、弾性的に圧縮変形される。この板ばね61,ボール62の弾性復元力が、ホルダ20をボデイ10に対して上方へ付勢する力となる。その結果、ホルダ20の収納空間25の底面25aがピエゾアクチュエータ40に向かって付勢され、この底面25aと調節ねじ55の下端部55aとの間に挟まれたピエゾアクチュエータ40に、予圧(ピエゾアクチュエータ40を軸方向に圧縮する方向の力)が付与される。なお、上記調節ねじ55のねじ込み量を大きくするにしたがって、ピエゾアクチュエータ40への予圧が大きくなる。調節ねじ55での予圧調節が終了した後、ロックナット57を締め付けて、調節ねじ55の緩みを防止する。
上記予圧調節済みのスクライブ装置を用いて、水平の設置台90にセットされた板ガラス100(ワーク)に刻線を形成する。なお、初期状態では、スクライブ装置のカッタ30は、板ガラス100の縁から水平方向に離れており、下限位置(スライダ6の下限位置に対応する位置)にある。この状態で、移動機構2を駆動させて、移動台1を水平方向に移動させると、ボデイ10,ホルダ20,カッタ30が一緒になって同方向に移動する。すると、ホルダ20に取り付けられたガイド板35が板ガラス100の端縁に当たり、このガイド板35に案内されて、カッタ30が板ガラス100の上面に載る。
上述したように、カッタ30を板ガラス100の上面に載せた状態で、カッタ30には板ガラス100の上面に対する押圧力が常に付与されている。この押圧力は、ボデイ10,ホルダ20,スライダ6等の自重に起因するものである。なお、この押圧力は、ボデイ20に着脱可能に重り95を取り付けることにより調節することができる。
上記のように、ボデイ10等の自重でカッタ30を板ガラス100の面に押し付けた状態で、スクライブを実行する。すなわち、移動機構2により移動台1を移動させてカッタ30を板ガラス100に沿って移動させるとともに、ピエゾアクチュエータ40に高周波電圧を印加させて、ピエゾアクチュエータ40を軸方向に周期的に伸縮させる。すると、この周期的伸縮に伴うホルダ20の振動がカッタ30を介して板ガラス100に伝達される。その結果、深い垂直クラックを有する刻線を形成することができる。しかし、上記ボデイ10等の重力による押圧力が比較的小さいので、従来装置のような水平クラックの発生をほとんど皆無にすることができる。
本実施形態では、2つのピエゾアクチュエータ40を連ねるとともに、同期した高周波電圧を印加することにより、1つのピエゾアクチュエータ40を用いた場合に比べて2倍の振幅をもつ振動を発生させることができ、板ガラス100が厚くても十分な深さの刻線を形成することができる。上記ピエゾアクチュエータ40に印加する高周波電圧の周波数は、板ガラス100の材質,硬度,厚さ等に応じて、3〜30KHz程度に設定する。
上記刻線の形成工程において、カッタ30はボデイ10等の自重に伴う押圧力をもって常に板ガラス100の面に接した状態であり、この面から瞬間的に離れることがないので、刻線の近傍の欠損をなくし、きれいな刻線を形成することができる。また、ホルダ20が剛体でありカッタ30が弾性体を介在せずにホルダ20に取り付けられているので、カッタ30はホルダ20と一体となって振動し、ピエゾアクチュエータ40の振動エネルギーを良好にカッタ30に伝達することができる。
本実施形態では、ピエゾアクチュエータ40とホルダ20が同軸をなし、それらの中心軸線L上にカッタ30が位置しているので、ピエゾアクチュエータ40の振動を効率良くカッタ30に伝達することができる。上述したように、ピエゾアクチュエータ40は、板ばね61とボール62の弾性復原力により予圧を付与されているので、ワーク100の反力の影響を受けず、当接部材の振動をピエゾアクチュエータの伸縮に良好に追随させることができ、安定した振動でスクライブを行うことができる。
上記ホルダ20は、ピエゾアクチュエータ40の上方に配置された第1支持部50により、ボデイ10にスライド可能に支持されているが、このスライド支持の距離は短く、円筒部52bとスライド孔51の簡単な構造となっている。その代わり、ピエゾアクチュエータ40の下方に配置された第2支持部60の板ばね61とボール62で、ホルダ20を振動方向(スライド方向)に微少量移動可能に弾性支持することにより、安定して支持することができる。この第2支持部60は、ピエゾアクチュエータ40とカッタ30との間に配置されているので、たとえホルダ20の横振れがあったとしても、カッタ30の横振れは最小限にすることができる。なお、上記スライド支持がスライド孔51と円筒部52bの簡単な構成で済み、従来のような転がり軸受からなるスライド機構を用いずに済む。そのため、ホルダ20が数ミクロンの距離を1分間に数十万回往復しても、耐久性を確保できる。
上記板ばね61とボール62は、上述したように、ピエゾアクチュエータ40への予圧提供の役割と、ホルダ20の弾性支持の役割を担っている。上記ボール62は、共振を回避し、カッタ30が板ガラス100から撥ね上がるのを防止する役割も担っている。板ばね61は、ホルダ20の回り止めの役割も担っている。なお、上記板ばね61は、両端が固定されていても、中央固定箇所と両端固定箇所の間に折り曲げ部61aを有しているので、調節ねじ55によるホルダ20の上下位置調節や、ホルダ20の振動を容易にしている。
本実施形態では、ボデイ10とスライダ6との間にも板ばね7が介在されていて、振動アクチュエータ40からボデイ10へ伝達された振動を緩衝するので、共振の可能性をより一層減じることができ、当接部材30のワーク100からの跳ね上がりを防止でき、安定したスクライブを行うことができる。この際、スライダ6が、ボデイ10から板ばね7を介して伝達された振動により移動可能であるので、ボデイ10に大きな反力を付与せずに済むので、共振の可能性を最小限まで減じることができる。しかも、この板ばね7は、折り曲げ部7aを有しているので、ボデイ10のスライダ6に対する相対移動量を比較的大きくすることができ、振動緩衝をより一層良好に行うことができる。また、4枚の板ばね7は、ボデイ10の左右に対をなして配置され、しかも上下に離れて対をなす板ばね7が少なくとも2組配置されているので、ボデイ10はスライダ6に安定して支持され、スクライブの際のボデイ10の微小量移動(振動)振動がアクチュエータ40の振動軸(ボデイ10の中心軸線L)に沿って行われる。この点からもスクライブを安定して行うこともできる。さらに、上記4枚の板ばね7の中央と、ボデイ10の中心軸線Lは同一平面上に配置されているので、この点からもボデイ10を安定して支持することができる。
上記カッタ30による板ガラス100への刻線形成が完了したら、ピエゾアクチュエータ40に対する通電を停止するとともに、エアシリンダ80を駆動させて、ボデイ10を上方に押し上げ、カッタ30をワーク100から離す。そして、板ガラス100を設置台90から取り外す。その後、移動台1を初期位置に戻すとともに、エアシリンダ70を逆方向に駆動させて図1の状態、すなわちエアシリンダ80のロッドの上端が短ロッド86から離れた状態に戻すことにより、ボデイ10を下限位置まで戻す。上記のようにして刻線が形成された板ガラス100は、図示しない破断装置により、刻線に沿って破断される。
なお、本発明は上記実施形態に制約されず、種々の態様が可能である。例えばエアシリンダを支持台1に間接的に固定し、そのロッド先端をスライダ6に連結または当接してもよい。このエアシリンダにより、スライダ6およびボデイ10をワーク面に向けて付勢する。この場合、図1に示すボデイ10,ホルダ20を水平に倒し、ワーク面を垂直にした状態でスクライブを行うこともできる。
ボデイ10を支持する支持台1を水平移動させずに所定位置に固定し、移動機構2を設置台90に連結して、この設置台90に設置された板ガラス100を移動させてもよい。上記の実施の形態においては、円錐状または角錐状をなすカッタを用いているが、円盤状のカッタを用いてもよい。この場合、カッタの周縁の一部が、ワークに当たる尖った先端として提供される。ボデイのワークに対する移動またはワークのボデイに対する移動は、操作者の手で行ってもよいし、カッタへの押圧力の付与を操作者の手によりボデイを介して行ってもよい。上記第2支持部60の板ばね61とボール62のうち、いずれか一方を省いてもよい。上記第1支持部50(スライド支持部)は省いてもよい。この場合、ピエゾアクチュエータ40の平坦な上端面と、ボデイ10の当接部の面とを高精度にピエゾアクチュエータの中心軸と直交させて、当接させればよい。
この発明の一実施形態をなすスクライブ装置の正面図である。 同スクライブ装置の側面図である。 同スクライブ装置の平面図である。 図2においてIV−IV線に沿うスクライブ装置の縦断面図である。 図1において、V−V線に沿うスクライブ装置の横断面図である。 緩衝用板ばねを支持するための上側ブラケットを示す斜視図である。 緩衝用板ばねを支持するための下側ブラケットを示す斜視図である。
符号の説明
10 ボデイ
20 ホルダ
25 収納凹部の底面(ホルダの当接部)
30 カッタ(当接部材)
40 ピエゾアクチュエータ(振動アクチュエータ)
50 第1の支持部(スライド支持部)
51 スライド孔(ホルダのスライド部)
52b 円筒部(ボデイのガイド部,凸部)
55 調節ねじ(予圧調整手段)
55a 調節ねじの先端部(ボデイの当接部)
60 第2の支持部
61 板ばね(弾性部材,支持部材)
61a 折り曲げ部
62 ボール(弾性部材,支持部材)

Claims (6)

  1. (ア)当接部を有するボデイと、
    (イ)当接部を有するホルダと、
    (ウ)上記ボデイの当接部とホルダの当接部との間に支持され、これら当接部の対峙方向に振動を発する振動アクチュエータと、
    (エ)上記ホルダの端部に保持され、上記振動アクチュエータから上記ホルダに付与された振動をワークに伝える当接部材と、
    (オ)上記振動アクチュエータに予圧を与える支持部材と、
    (カ)上記ホルダを、上記振動アクチュエータの振動方向にスライド可能にして、上記ボデイに支持するスライド支持部と、
    を備えたスクライブ装置であって、
    上記ボデイとホルダと振動アクチュエータが同軸に配置され、振動アクチュエータの中心軸線上に、上記ボデイの当接部と上記ホルダの当接部が配置されるとともに上記スライド支持部が配置されていることを特徴とするスクライブ装置。
  2. 上記当接部材も上記振動アクチュエータの中心軸線上に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のスクライブ装置。
  3. 上記支持部材が上記ホルダを上記振動アクチュエータに向かって付勢する弾性部材からなり、この弾性部材が上記振動アクチュエータの中心軸線上に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のスクライブ装置。
  4. 上記支持部材と上記スライド支持部が振動アクチュエータを間において上記振動方向に対峙していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のスクライブ装置。
  5. 上記ボデイが上記振動方向に細長く形成されるとともに縦長の収容空間を有し、上記ホルダも上記振動方向に細長く形成されるとともに縦長の収容空間を有し、上記ホルダが上記ボデイの収容空間に収容され、上記振動アクチュエータが上記ホルダの収容空間に収容されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のスクライブ装置。
  6. 上記ホルダの収容空間の底面は上記振動アクチュエータを受ける上記当接部として提供され、上記ボデイの当接部は上記ホルダの収容空間において上記ホルダの当接部と対峙していることを特徴とする請求項5に記載のスクライブ装置。
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