(57)【要約】【課題】  簡便な方法で安定して深い垂直クラックを入れる脆性材料の切断装置、その切断方法及びその切断装置を用いて切断した脆性材料を提供する。【解決手段】  板状の脆性材料の一方の主表面に接して前記脆性材料を載置するための受け具と、前記脆性材料の他方の主表面に接するカッターホイルと前記カッターホイルに接続され前記脆性材料に該脆性材料に対し略垂直方向に所定の荷重を前記カッターホイルを介してかける荷重装置を有する、脆性材料の切断装置において、前記受け具は、前記荷重方向延長線上の前記脆性材料側に溝を有することを特徴とする脆性材料の切断装置及びその切断方法。【選択図】図２
2006198836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の脆性材料の一方の主表面に接して前記脆性材料を載置するための受け具と、
前記脆性材料の他方の主表面に接し、切断線を入れるためのカッターホイルと、
前記カッターホイルに接続し前記脆性材料に対し略垂直方向に所定の荷重を前記カッターホイルを介してかける荷重装置を有する脆性材料の切断装置において、
前記受け具は、前記荷重方向延長線上の前記脆性材料側に溝を有することを特徴とする脆性材料の切断装置。
【請求項２】
前記カッターホイルの直径は、６０ｍｍ以上３８０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の脆性材料の切断装置。
【請求項３】
前記受け具の溝の幅は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２記載の脆性材料の切断装置。
【請求項４】
前記カッターホイルの押付け力は、９８Ｎ以上５３９０Ｎ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の脆性材料の切断装置。
【請求項５】
前記脆性材料は、厚さ１２ｍｍ以上のガラスまたはセラミックスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の脆性材料の切断装置。
【請求項６】
受け具に板状の脆性材料を載置する工程と、前記脆性材料の一方の主表面にカッターホイルを所定の荷重にて接触させる工程と、前記脆性材料と前記カッターホイルを相対移動させて前記脆性材料の表面下に垂直クラックを入れる工程とを有する脆性材料の切断方法において、前記受け具は、前記荷重方向延長線上の前記脆性材料側に溝を有することを特徴とする脆性材料の切断方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の脆性材料の切断装置を用いて切断した脆性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材料の切断装置、その切断方法及びその切断装置を用いて切断した脆性材料に関し、特に厚さ１２ｍｍ以上のガラスまたはセラミックスの切断装置、その切断方法及びその切断装置を用いて切断した脆性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりガラスを切断及び割断する方法として、カッタホイルを用いてガラスの表面に切断線を入れ（切断）それに引き続いて切れ目を拡げて破面にする（割断）方法が知られている。しかしながらガラス表面の切断線上にビリ、ハマ欠けなどが発生し、そのためガラス端面の強度が低く割れやすいと言う問題点があった。上記問題点を解決するため、比較的厚いガラスを切断及び割断する場合には、大きい直径の鈍い切れ目入れ円板により比較的高い圧力の下でガラスの表面下に切れ目（垂直クラック）を入れ切断し、それに引き続いて切れ目を拡げて破面にする方法が知られている。（例えば、特許文献１及び２参照）。この方法は、ガラス表面近傍のガラス内部に垂直クラックを入れ、すなわちガラス表面に切断線が存在しないため、前述した切断線を入れた場合とは異なり、ガラス表面端部にビリ、ハマ欠けなどがなく、ガラスの強度を高くすることが出来る。しかしながら上記の方法では垂直クラックの深さが十分ではなく、そのため割断が容易ではないと言う問題点がある。
【０００３】
上記問題点を解決するため、特許文献１及び２には、垂直クラックを深く拡大させる方法として、切断線を入れる位置のガラス下側に１２．７ミリメートル幅の狭い板を入れてガラス内の引張応力を発生させること及びガラス内の引張応力を増加させる為に、対象物表面に熱エネルギーを集中させる方法が開示されている。
【特許文献１】特公昭５４−９２２号公報
【特許文献２】特公昭５７−５５６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２に開示された狭い板を入れる方法では、ガラスの厚さに応じて狭い板の厚さを変更する必要があり、その変更毎に、カッターホイルと狭い板の位置を合わせる必要がある。これは狭い板の厚さを変更しないと深い垂直クラックが入らないためである。従って、ガラスの板厚が変更になると深い垂直クラックを入れる為に、狭い板の厚さを変えなければならないため実用的ではないという問題がある。
【０００５】
また、熱エネルギーを用いる方法では、熱エネルギーを垂直クラック上の表面に集中させることが困難であり、その結果、垂直クラック上から熱エネルギーの集中点が外れると、外れた集中点の真下に切れ目が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、より簡便な方法で安定して深い垂直クラックを入れる脆性材料の切断装置、その切断方法及びその切断装置を用いて切断した脆性材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の問題を解決するために請求項１記載の切断装置として、板状の脆性材料の一方の主表面に接して前記脆性材料を載置するための受け具と、前記脆性材料の他方の主表面に接し、切断線を入れるためのカッターホイルと、前記カッターホイルに接続し、前記脆性材料に対し略垂直方向に所定の荷重を前記カッターホイルを介してかける荷重装置を有する脆性材料の切断装置において、前記受け具は、前記荷重方向延長線上の前記脆性材料側に溝を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項２の切断装置として、請求項１記載の切断装置において、カッターホイルの直径は、６０ｍｍ以上３８０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の切断装置として、請求項１または２記載の切断装置において、受け具の溝の幅は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の切断装置として、請求項１〜３のいずれか１項に記載の切断装置において、カッターホイルの押付け力は、９８Ｎ以上５３９０Ｎ以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５の切断装置として、請求項１〜４のいずれか１項に記載の切断装置において、脆性材料は、厚さ１２ｍｍ以上のガラスまたはセラミックスであることを特徴とする。
【００１２】
上記の問題を解決するために請求項６記載の切断方法として、受け具に板状の脆性材料を載置する工程と、前記脆性材料の一方の主表面にカッターホイルを所定の荷重にて接触させる工程と、前記脆性材料と前記カッターホイルを相対移動させて該脆性材料の表面下に垂直クラックを入れる工程とを有する脆性材料の切断方法において、前記受け具には、荷重方向延長線上の前記脆性材料側に溝を有することを特徴とする。
【００１３】
上記の問題を解決するために請求項７記載の脆性材料として、請求項１〜５のいずれか１項に記載の脆性材料の切断装置を用いて切断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の切断装置は、受け具表面の切断荷重延長線上で脆性材料側に溝があるので、脆性材料はカッターホイルから受け具の溝へ押し下げられる荷重を受ける為、脆性材料内部で脆性材料を引き裂こうとする力が増大し、従って脆性材料に深い垂直クラックを入れることが出来る。また、脆性材料の厚さの変更を行う場合に溝の形状を変更する必要がないため、簡便でしかも安定して深い垂直クラックを入れることが出来る。
【００１５】
また、本発明の切断方法は、受け具に板状の脆性材料を載置する工程と、前記脆性材料の一方の主表面にカッターホイルを所定の荷重にて接触させる工程と、前記脆性材料と前記カッターホイルを相対移動させて前記脆性材料の表面下に垂直クラックを入れる工程とを有する脆性材料の切断方法において、前記受け具は、前記荷重方向延長線上の前記脆性材料側に溝を有することを特徴とする為、脆性材料内部で脆性材料を引き裂こうとする力が増大し、簡便でしかも安定して深い垂直クラックが入ることが出来る。
【００１６】
また、本発明の脆性材料は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の脆性材料の切断装置を用いて切断した脆性材料であるので、割断が容易な脆性材料を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態の切断装置について図１〜２を用いて説明する。図１の（Ａ）は、本発明の切断装置の正面図、図１の（Ｂ）は、本発明の切断装置の側面図、図２は、本発明の切断装置のカッターホイル先端の詳細図である。図１の様に、本発明の切断装置は、板形状のガラス７の一方の主表面側に配置され、所定の切断荷重をかけるエアシリンダ６に首振り部２を介して接続したカッターホイル１と、ガラス７の他方の主表面側に配置され、ガラス７を受ける機能を持つ受け具３とを備える。受け具３は、図２の様に荷重方向延長線上のガラス７側に溝９を備える。
【００１８】
本発明の切断装置は、カッターホイル１、首振り部２、エアシリンダ６及び受け具３の他に、シャフト４、スプロケット（図示せず）、モータ（図示せず）、チェーン（図示せず）及びロール８などから構成される移動機構を備えている。
【００１９】
カッターホイル１の重量とエアシリンダ６からの荷重によりカッターホイル１は、ガラス７に所定の荷重を与えることができる。所定の荷重は９８Ｎ以上５３９０Ｎ以下が好ましい。９８Ｎ未満ではガラス７に垂直クラックが発生しないという不具合の可能性がある。また、５３９０Ｎより大きいとガラス７を破壊する可能性がある。
【００２０】
カッターホイル１は、直径６０ｍｍ以上３８０ｍｍ以下であることが好ましい。直径６０ｍｍ未満ではヘルツクラックが発生し、ガラスの強度を低下させる可能性がある。直径３８０ｍｍより大きいとカッターホイル１の重量が重くなり１人交換作業が困難になる可能性がある。例えば、比重１５となる材料で直径３８０ｍｍのカッターホイルを製作した場合２００Ｎの重量となり１人作業可能となる。
【００２１】
カッターホイル１の硬度は、ビッカース硬度７００以上２５００以下であることが好ましい。ビッカース硬度７００以上ではガラスや焼き入れした工具鋼より硬いため、カッターホイル１側の摩耗が小さくなり、従って、ホイルの寿命が長くなる。また、汎用性・コストの点から、ビッカース硬度２５００以下とすることが好ましい。ビッカース硬度７００以上２５００以下の材料として住友電工製Ｆ０、ＫＨ０５等が挙げられる。
【００２２】
エアシリンダ６は、外部からの圧縮エアによりカッターホイル１を上昇させたり、鉛直方向下側に所定の荷重、例えば９８Ｎ以上５３９０Ｎ以下の荷重を首振り部２を介してカッターホイル１に付加する機能を有する。
【００２３】
首振り部２は、エアシリンダ６の上下動に応じてリニアガイド５に沿ってカッターホイル１と共に上下する。
【００２４】
また、首振り部２は、カッターホイルとガラスが相対移動する方向が、カッターホイルの回転軸に対して直角をなす面と平行になる様にカッターホイルの向きを調節する機構を備えている。これらが平行でない場合、垂直クラックとともにヘルツクラックも発生し、このヘルツクラックによりガラスの強度が低下する。
【００２５】
移動機構は、回転力を発生させるモータ、スプロケット、チェーン、シャフト４及びロールなどにより構成する。モータにより発生した回転力をスプロケットを介してチェーンに伝達し、更にスプロケットを介してシャフト４に伝達する。ロール８はシャフトに固定されているため、モータを回転することにより、ロール８を回転させる。また、ガラス７及び受け具３はロール８上に載置しているので、モータを回転することによりガラスを移動させることが出来る。
【００２６】
受け具３は、図２の様にカッターホイル１の下側に配置する。また、受け具３はカッターホイル１の荷重方向延長線上（カッターホイル先端部の真下）で、かつガラス７側に溝９を備えている。溝９の形状は、半円形、Ｕ字型、Ｖ字型、矩形状等あらゆる形状を用いることができる。
【００２７】
受け具３の溝の幅は、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が好ましい。０．１ｍｍ未満であると垂直クラック深さが深くならないため好ましくない。また、３．０ｍｍより大きいと、垂直クラック深さが深くならないため好ましくない。また、溝の幅は、０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であることが望ましい。０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とすることにより溝を設けない場合に比べ、垂直クラック深さを５％以上深くすることができる。更に１．０ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることがより望ましい。１．０ｍｍ以上１．２ｍｍ以下にすることにより溝を設けない場合に比べ垂直クラック深さを５０％以上深くすることができる。
【００２８】
受け具３の溝の深さは、０．１ｍｍ以上が好ましい。０．１ｍｍ未満であるとカッターホイルより荷重を受けた際のガラスのたわみが不十分となり垂直クラックの深さが深くならない可能性がある。
【００２９】
受け具３の材料として、鉄板などを使うことができる。
【００３０】
ガラス７は、厚さ１２ｍｍ以上であることが適している。ガラスは、厚さ１２ｍｍ未満では破損する可能性が生じる。
【００３１】
本発明の切断装置は、ロール８と受け具３との間の位置ずれを防止する位置ずれ防止機構を必要に応じて設けても良い。
【００３２】
図３は、本発明の切断装置の位置ずれ防止機構の例である。図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の様にロール８には、つば状の位置ずれ防止板１０が取り付けられている。この位置ずれ防止板１０に挟まれた凹部に受け具３を入れ、挟み込むことで受け具３の位置がずれることを抑制している。受け具３の溝９の位置がカッターホイル１の鉛直方向下側からずれない様にする為である。
【００３３】
次に本発明の切断方法について説明する。本発明の切断方法は、受け具にガラスを載置する工程と、ガラスの一方の主表面にカッターホイルを所定の荷重にて接触させる工程と、ガラスとカッターホイルを相対移動させてガラスの表面下に垂直クラックを入れる工程とを備え、受け具には、カッターホイルがガラスに加える荷重方向延長線上のガラス側に溝があることを特徴とする。
【００３４】
ガラス７を切断するにあたり、まず受け具３にガラス７を載置する。その際にガラスの切断する部分が受け具３上に設けられた溝９上となるように載置する。ここで溝９は前述したとおり、カッタホイル１がガラス７に加える荷重方向延長線上に設けている。
【００３５】
次に、カッターホイル１に接続したエアシリンダ６にエアを供給することによりエアシリンダ６のロッドを延ばし、カッターホイル１を下降させ、ガラス７に接触させる。ガラス７にカッターホイル１を接触させる際の荷重は、エアシリンダ６に供給されるエアの圧により調整することができる。調整は切断を開始する前の準備段階にて行っておくことが好ましい。
【００３６】
ガラス７にカッターホイル１を接触させる際の荷重は、９８Ｎ以上５３９０Ｎ以下であることが好ましい。従って、カッターホイルの質量に応じて、エアシリンダ６による荷重は適宜調整される。
【００３７】
次に、ガラスとカッターホイルを相対移動させてガラスに垂直クラックを入れる。相対移動は前述した移動機構によりガラスを移動させることにより行う。ガラスの移動速度は、垂直クラックが深く入るのであればいかなる速度でも構わない。実用的な相対速度は、４００ｍｍ／ｍｉｎ以上２０００ｍｍ／ｍｉｎ以下である。４００ｍｍ／ｍｉｎ未満では、相対速度が遅く生産性が悪い。２０００ｍｍ／ｍｉｎより大きいと移動機構に負荷がかかる可能性が生じる。
【００３８】
本実施の形態では、脆性材料をガラスとしたが、これに限るものではなく、例えば、セラミック等でもよい。
【００３９】
本実施の形態では、ガラスの移動によりカッターホイルとガラス間を相対移動させたが、これに限るものではなく、例えば、カッターホイル側を移動させてもよい。
【００４０】
本実施の形態では、所定の荷重の方向は鉛直方向下側としたが、これに限るものではなく、例えば、斜め方向、鉛直方向上側でもよい。
【００４１】
本実施の形態では、受け具を鉄板とし、ロール上に載置して用いたが、これに限るものではなく、例えば、図４の様にロール８を受け具とし、ガラス７をロール８上に載置してもよい。この場合、ロール８の円周上に溝９を設けることによりガラス７のカッターホイル鉛直方向下側に常に溝９があるようにすることができる。受け具としてロール８を用いると受け具とロール８が別々の時に比べ部品が減り、また位置ずれ防止機構が不要になり、構造を簡略化することが可能である。さらにガラスを連続して切断する必要がある場合、例えば、シート状ガラスの製造工程における切断等には、平面状の受け具を必要としないので好適である。
【実施例１】
【００４２】
直径１５０ｍｍ、ビッカース硬度２０００のカッターホイル１を荷重２１５６Ｎで板厚１９ｍｍのガラスに押し当てた状態でガラスを速度８００ｍｍ／ｍｉｎで移動させガラスを切断した。この際、受け具３として幅０．５ｍｍ、深さ０．５ｍｍのＵ字状溝を形成した鉄板を用いた。
【実施例２】
【００４３】
受け具３として幅１．２ｍｍの溝を形成した鉄板を用いた以外は、実施例１と同条件でガラスを切断した。
【実施例３】
【００４４】
受け具３として幅１．５ｍｍの溝を形成した鉄板を用いた以外は、実施例１と同条件でガラスを切断した。
【実施例４】
【００４５】
切断するガラスの厚さを１５ｍｍに変更した以外は、実施例１と同条件でガラスを切断した。
【実施例５】
【００４６】
溝の幅を１．２ｍｍに変更した以外は、実施例４と同条件でガラスを切断した。
【実施例６】
【００４７】
溝の幅を１．５ｍｍに変更した以外は、実施例４と同条件でガラスを切断した。
【実施例７】
【００４８】
切断するガラスの厚さを１２ｍｍに変更した以外は、実施例１と同条件でガラスを切断した。
【実施例８】
【００４９】
溝の幅を１．２ｍｍに変更した以外は、実施例７と同条件でガラスを切断した。
【実施例９】
【００５０】
溝の幅を１．５ｍｍに変更した以外は、実施例７と同条件でガラスを切断した。
【００５１】
（比較例１）
溝を設けない以外は、実施例１と同条件でガラスを切断した。
【００５２】
（比較例２）
溝を設けない以外は、実施例４と同条件でガラスを切断した。
【００５３】
（比較例３）
溝を設けない以外は、実施例７と同条件でガラスを切断した。
【００５４】
実施例１〜９、比較例１〜３にて切断したガラスに、垂直クラックに力を作用するように曲げモ−メントを加え割断した。割断したガラス断面を、最小目盛り０．１ｍｍの付いたル−ペで観察し１０ｍｍピッチで垂直クラック深さを測定し、最大値、最小値、平均値を求めた。結果を表１に示す。なお、垂直クラックの深さは、カッターホイルを接触させたガラスの表面から垂直クラックの発生した部分の受け具によりガラスを受けた側の端部までの距離とした。
【００５５】
【表１】
2006198836.tif 000003
【００５６】
表１より明らかなように、従来の垂直クラックを入れる方法に比べ深い垂直クラックを入れることができた。また、本発明では、狭い板を用いないので、板の厚さを調整する必要はない。結果のように、溝の幅を調整することなくガラスの厚さを変更しても安定して深い垂直クラックを入れることができる。熱を加えるわけではないので、熱エネルギー集中点が切れ目から外れて、外れた集中点の真下にも切れ目が伸展してしまうという問題も発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の切断装置の正面図及び側面図である。
【図２】本発明の切断装置のカッタ−ホイル先端の詳細図である。
【図３】本発明の切断装置の位置ずれ防止機構の例である。
【図４】本発明の別形態の切断装置のカッタ−ホイル先端の詳細図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  カッターホイル
２  首振り部
３  受け具
４  シャフト
５  リニアガイド
６  エアシリンダ
７  ガラス
８  ロール
９  溝
１０  位置ずれ防止板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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