(57)【要約】【課題】穴あけを効率的に行わせ、穴の縁部の欠けなどを抑制し、装置も簡単にすることを可能とする。【解決手段】ガラス板１１の表面を周回状に切欠いた切欠き円１３を形成する切欠き円形成工程Ｓ１と、ガラス板１１の両面側からダイス３，５による所定荷重Ｗ０の付加により切欠き円１３を含め径方向一定幅で周回状に挟圧支持する挟圧支持工程Ｓ２と、ガラス板１１の一側面を前記ダイス３，５による挟圧支持の内包囲で円筒部材７の突き当て部７ｃにより周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲の展開部７ｂへ導入路７ａから液体窒素を注入する冷却媒体注入工程Ｓ３と、ガラス板１１の他側面からダイス３，５による挟圧支持の中央部を打抜きポンチ９により打抜く打抜き工程Ｓ４とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性板材の表面を周回状に切欠いた切欠き円を形成する切欠き円形成工程と、
前記脆性板材の両面側から所定荷重の付加により前記切欠き円を含め径方向一定幅で周回状に挟圧支持する挟圧支持工程と、
前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入する冷却媒体注入工程と、
前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜く打抜き工程と、
を備えたことを特徴とする脆性板材の穴あけ加工方法。
【請求項２】
脆性板材の表面を周回状に切欠いた切欠き円を形成する切欠き円形成工程と、
前記脆性板材の両面側から所定荷重の付加により前記切欠き円の一部を含めその内包囲に一定幅で周回状に挟圧支持する第１の挟圧支持工程と、
前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入する第１の冷却媒体注入工程と、
前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜く第１の打抜き工程と、
前記挟圧支持を径方向逆側に変更する第２の挟圧支持工程と、
前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入する第２の冷却媒体注入工程と、
前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中心部を打抜く第２の打抜き工程と、
を備えたことを特徴とする脆性板材の穴あけ加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の穴あけ加工方法に用いる穴あけ加工装置であって、
前記脆性板材の両面側から前記挟圧支持を行う一対のダイスと、
前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入可能とする円筒部材と、
前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜くための打抜きポンチと、
を備えたことを特徴とする穴あけ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板などの脆性板材の穴あけ加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のガラス板などの脆性板材の穴あけ加工方法及び装置としては、例えば特許文献１，２に記載されたものがある。
【０００３】
特許文献１に記載のものは、ガラス板の一面側にカッターにより所定の閉曲線の切筋をつけてガラス板を切り抜くようにした方法である。この方法では、例えばカッター稜線に対して左右の刃角の異なるカッターが用いられ、このカッターの稜線をガラス板の面に対して垂直に立てた状態で相対的に移動させる。この相対移動によりガラス板の厚み方向に対し傾斜した切筋を描くように形成する。
【０００４】
次いでこの切筋をつけた面を加熱することによりガラス板を変形させ、この変形によって前記傾斜した切筋をガラス板の厚み方向に進行させて対向面まで到達させ、その後閉曲線で囲まれる部分を分離する。
【０００５】
しかし、かかる方法では、ガラス板の厚み方向に対し傾斜した切筋を描く必要があり、穴あけを効率的に行わせるには限界がある。
【０００６】
また、切筋をつけた面を加熱することによりガラス板を変形させるため、切筋に応力が集中し、穴あけ後に穴の縁部に小さな欠けなどを招く恐れがある。
【０００７】
特許文献２に記載のものは、穴あけ加工装置が、レーザー・ビーム照射装置、ペルチェ素子を備えた冷却吸引手段、及び加熱手段により構成されている。
【０００８】
加工方法は、穴加工工程と穴板分離工程とからなっている。
【０００９】
穴加工工程では、まずレーザー・ビーム照射装置を用い、所望の穴形状に沿ってレーザー・ビームをガラス基板に照射して軟化点に近い温度に加熱する。加熱した直後に、ガラス基板を冷却してガラス基板の内部に穴形状に沿ってクラック面を形成する。
【００１０】
穴板部分離工程では、まずガラス基板を下面からホット・プレート等の加熱手段で加熱する。また、穴板部をガラス基板の上面から冷却する。冷却には前記ペルチエ素子を備えた冷却吸引手段を用いる。この吸引手段で穴板部を吸引固定しながら冷却する。これによって穴板部は収縮し、ガラス基板の穴板部以外の部分は膨張する。即ち、穴板部と、ガラス基板の穴板部以外の部分とに温度差が生じ、これによってクラックが発生して穴板部はガラス基板から分離する。
【００１１】
しかし、かかる方法及び装置では、レーザー・ビーム照射、ガラス基板の冷却、ガラス基板の加熱、穴板部の冷却及び吸引の工程を経なければならず、工程数が多く、穴あけを効率的に行わせるには限界がある。
【００１２】
また、加熱、冷却の双方を行わなければならず、装置も大掛かりとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特許第２７８５９０６号公報
【特許文献２】特開２０００−１２８５５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
解決しようとする問題点は、穴あけを効率的に行わせるには限界があり、穴の縁部に小さな欠けなどを招く恐れがあり、装置も大掛りになる点である。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、穴あけを効率的に行わせ、穴の縁部の欠けなどを抑制し、装置も簡単にすることを可能とするため、脆性板材の表面を周回状に切欠いた切欠き円を形成する切欠き円形成工程と、前記脆性板材の両面側から所定荷重の付加により前記切欠き円を含め径方向一定幅で周回状に挟圧支持する挟圧支持工程と、前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入する冷却媒体注入工程と、前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜く打抜き工程とを備えたことを脆性板材の穴あけ加工方法の主要な特徴とする。
【００１６】
また、前記穴あけ加工方法に用いる穴あけ加工装置であって、前記脆性板材の両面側から前記挟圧支持を行う一対のダイスと、前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入可能とする円筒部材と、前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜くための打抜きポンチとを備えたことを穴あけ加工装置の主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の穴あけ加工方法は、脆性板材の表面を周回状に切欠いた切欠き円を形成する切欠き円形成工程と、前記脆性板材の両面側から所定荷重の付加により前記切欠き円を含め径方向一定幅で周回状に挟圧支持する挟圧支持工程と、前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入する冷却媒体注入工程と、前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜く打抜き工程とを備えた。
【００１８】
このため、打抜きポンチでの打抜きの際に脆性板材の切欠き円にクリアランスを形成し、打抜きに際して切欠き円に応力が作用するのを抑制し、打抜き後の穴の縁部に欠けを生じにくくすることができる。
【００１９】
切欠き円は、厚み方向に傾斜させる必要がなく、且つ冷却と共に打抜きを行えばよく、穴あけの作業効率を向上させることができる。
【００２０】
本発明の穴あけ加工装置は、前記脆性板材の両面側から前記挟圧支持を行う一対のダイスと、前記脆性板材の一側面を前記挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲に冷却媒体を注入可能とする円筒部材と、前記脆性板材の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜くための打抜きポンチとを備えた。
【００２１】
このため、加熱用の手段等を必要とせず、装置を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】穴あけ加工装置の概略構成図である。（実施例１）
【図２】穴あけ加工方法を示す工程図である。（実施例１）
【図３】切欠き円を形成したガラス板の平面図である。（実施例１）
【図４】切欠き円を形成したガラス板の断面図である。（実施例１）
【図５】打抜き途中のガラス板の平面図である。（実施例１）
【図６】打抜き後のガラス板の平面図である。（実施例１）
【図７】冷却をしない場合の切欠き円に働く応力状態を示す要部拡大平面図である。（実施例１）
【図８】冷却をしない場合の切欠き円に働く応力状態を示す要部拡大断面図である。（実施例１）
【図９】冷却をした場合の切欠き円に働く応力状態を示すガラス板の平面図である。実施例１）
【図１０】冷却をした場合の切欠き円に働く応力状態を示す要部拡大断面図である。（実施例１）
【図１１】穴あけ加工装置の概略構成図である。（実施例２）
【図１２】穴あけ加工方法を示す工程図である。（実施例２）
【図１３】切欠き円を形成したガラス板の平面図である。（実施例２）
【図１４】第１の打抜き工程により打抜いた状態を示すガラス板の平面図である。（実施例２）
【図１５】第２の打抜き工程により打抜いた状態を示すガラス板の平面図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【００２３】
穴あけを効率的に行わせ、穴の縁部の欠けなどを抑制し、装置も簡単にすることを可能にするという目的を、一対のダイスにより挟圧支持して切欠き円内包囲を冷却し、且つ打抜きにより実現した。
【実施例１】
【００２４】
［穴あけ加工装置］
図１は、本発明の実施例に係る穴あけ加工装置の概略構成図である。
【００２５】
図1のように、本発明実施例の穴あけ加工装置１は、一対のダイス３，５と円筒部材７と打抜きポンチ９とにより概ね構成されている。
【００２６】
ダイス３，５は、鋼製であり、フレーム６側に取り付けられ、上部のダイス５が下部のダイス３に対して昇降可能となっている。この昇降により脆性板材である例えばガラス板１１がその両面側から挟圧支持されることになる。この挟圧支持は、両面側から所定荷重Ｗ０の負荷により直径Ｄの切欠き円１３を含め径方向に一定幅で周回状に挟圧支持する。
【００２７】
なお、ガラス板１１は、例えば厚さ１．７ｍｍで、一辺が１００ｍｍの正方形である。但し、この厚さ、大きさのガラス板、或いはガラス板以外の脆性板材の穴あけにも適用することができる。
【００２８】
円筒部材７は、例えばアクリルで中空に形成され、中心部に導入路７ａを有し、下部に液体の展開部７ｂを備えている。展開部７ｂの周囲は、突き当て部７ｃとなっており、この突き当て部７ｃが、ガラス板１１の一側面に当接する。この当接によりガラス板１１の一側面を前記ダイス３，５による挟圧支持の内包囲で周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲の展開部７ｂに冷却媒体である液体窒素を注入可能とする。
【００２９】
打抜きポンチ９は、フレーム６側に支持され、油圧駆動などにより荷重Ｗ１でガラス板１１の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜き可能としている。打抜きポンチ９は、ガラス板１１の中央部を打抜くことができればその形状は自由であるが、一例としてその先端形状を円錐形状としている。円錐形状の角度αを小さくすることでストロークを小さくし、より迅速な打抜きを行わせることができる。
【００３０】
図２は、穴あけ加工方法を示す工程図である。
【００３１】
図２のように、穴あけ加工方法は、切欠き円形成工程Ｓ１と挟圧支持工程Ｓ２と冷却媒体注入工程Ｓ３と打抜き工程Ｓ４とを備えている。
【００３２】
切欠き円形成工程Ｓ１では、別途用意したサークル・カッタによりガラス板１１の表面を周回状に切欠いた切欠き円１３を形成する。
【００３３】
挟圧支持工程Ｓ２では、前記ガラス板１１を両面側から前記穴あけ加工装置１の一対のダイス３，５間に挟圧支持する。この挟圧支持は、前記所定荷重Ｗ０の付加により図１のように行われる。
【００３４】
冷却媒体注入工程Ｓ３では、前記ガラス板１１の一側面に前記アクリルの円筒部材７を当接させ、液体窒素を注入する。すなわち、一対のダイス３，５による挟圧支持の内包囲で突き当て部７ｃにより周回状に区画し、径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲の展開部７ｂに導入路７ａから液体窒素を導く。
【００３５】
打抜き工程Ｓ４では、前記ガラス板１１の他側面から打抜きポンチ９により前記挟圧支持の中央部を打抜く。
【００３６】
図３は、切欠き円を形成したガラス板の平面図、図４は、切欠き円を形成したガラス板の断面図である。
【００３７】
前記切欠き円形成工程Ｓ１では、図３、図４のように、ガラス板１１に切欠き円１３が形成される。切欠き円１３の形成により若干のクラックが厚み方向の途中まで入るが厚み方向の全体に亘ることはない。
【００３８】
図５は、打抜き途中のガラス板の平面図、図６は、打抜き後のガラス板の平面図である。
【００３９】
前記のように切欠き円形成工程Ｓ１、挟圧支持工程Ｓ２を経た後、冷却媒体注入工程Ｓ３により液体窒素を注入すると、ピシッという音を発して図３のように円板１１ａが切欠き円１３に沿って切断される。
【００４０】
次に打抜き工程Ｓ４での打抜きポンチ９により、荷重Ｗ１を増すと、図５のように円板１１ａの外周部１１ｂが線状にわずかに砕ける。 その後、曲げにより中央部１１ｃが破壊し、次いで図６のように外方に拡大し、打抜き部１１ｄが形成され、 最終的に希望する円の穴あけが完了する。
【００４１】
奇しくも，本実施例で提案した加工法による結果は、 職人の穴あけ加工と類似するが、図３のように予め切欠き円１３に沿って切断されているだけでなく、一対のダイス３，５で挟圧支持されているため、穴の縁部に欠け等が見られなかった。
【００４２】
ここで、液体窒素を導入した場合としない場合とで切欠き円１３に働く応力状態を比較してみる。
【００４３】
図７は、冷却をしない場合の切欠き円に働く応力状態を示す要部拡大平面図、図８は、冷却をしない場合の切欠き円に働く応力状態を示す要部拡大断面図、図９は、冷却をした場合の切欠き円に働く応力状態を示すガラス板の平面図、図１０は、冷却をした場合の切欠き円に働く応力状態を示す要部拡大断面図である。
【００４４】
図７、図８のように、液体窒素を導入せず冷却をしない場合は、打抜きポンチ９での打抜きにより円板１１ａに曲げが働くと、切欠き円１３には、内側から径方向外側向きに圧縮応力が働き、同外側から径方向内側向きに反力として圧縮応力が働く。
【００４５】
このため、単に打抜きポンチ９により打抜くと、形成された穴の縁部に欠け等が発生する。
【００４６】
これに対し、図９、図１０のように、液体窒素を導入して円板１１ａを冷却すると、切欠き円１３には、外方のダイス３，５による挟圧支持に対して内方へ収縮力が働き、切欠き円１３から厚み方向へクリアランスＣが形成される。
【００４７】
このため、図５のように円板１１ａの外周部１１ｂが線状にわずかに砕けるとき、曲げにより中心部１１ｃが破壊して図６のように外方に拡大するとき、何れにおいても切欠き円１３の外側への影響を遮断することができ、上記のように欠けの見られない円を抜くことができる。
［実施例１の効果］
本発明実施例１の穴あけ加工方法は、ガラス板１１の表面を周回状に切欠いた切欠き円１３を形成する切欠き円形成工程Ｓ１と、前記ガラス板１１の両面側からダイス３，５による所定荷重Ｗ０の付加により前記切欠き円１３を含め径方向一定幅で周回状に挟圧支持する挟圧支持工程Ｓ２と、前記ガラス板１１の一側面を前記ダイス３，５による挟圧支持の内包囲で円筒部材７の突き当て部７ｃにより周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲の展開部７ｂへ導入路７ａから液体窒素を注入する冷却媒体注入工程Ｓ３と、前記ガラス板１１の他側面から前記ダイス３，５による挟圧支持の中央部を打抜きポンチ９により打抜く打抜き工程Ｓ４とを備えた。
【００４８】
このため、打抜きポンチ９での打抜きの際にガラス板１１の切欠き円１３にクリアランスＣを形成し、打抜きに際して切欠き円１３に応力が作用するのを抑制し、打抜き後の穴の縁部に欠けを生じにくくすることができる。
【００４９】
切欠き円１３は、厚み方向に傾斜させる必要がなく、且つ冷却と共に打抜きポンチ９による打抜きを行えばよく、穴あけの作業効率を向上させることができる。
【００５０】
本発明実施例１の穴あけ加工装置１は、前記ガラス板１１の両面側から前記挟圧支持を行う鋼製の一対のダイス３，５と、前記ガラス板１１の一側面を前記挟圧支持の内包囲で突き当て部７ｃにより周回状に区画し径方向外側への温度伝達を規制しながら区画内包囲の展開部７ｂへ導入路７ａから液体窒素を注入可能とするアクリル製の円筒部材７と、前記ガラス板１１の他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜くための打抜きポンチ９とを備えた。
【００５１】
このため、加熱用の手段等を必要とせず、装置を簡素化することができる。
【実施例２】
【００５２】
図１１〜図１５は、本発明の実施例２に係り、図１１は  穴あけ加工装置の概略構成図、図１２は、穴あけ加工方法を示す工程図、図１３は、切欠き円を形成したガラス板の平面図、図１４は、第１の打抜き工程により打抜いた状態を示すガラス板の平面図、図１５は、第２の打抜き工程により打抜いた状態を示すガラス板の平面図である。
【００５３】
図１１のように、穴あけ加工装置１Ａの構成は、実施例１と同一のものを用いている。
【００５４】
本実施例では、厚さ１．７ｍｍで、一辺が２００ｍｍの正方形であるガラス板１１Ａにダイス３，５の径よりも大きな直径Ｄ１の穴を形成するものである。
【００５５】
図１２のように、本実施例の穴あけ加工方法は、切欠き円形成工程Ｓ１１と第１の挟圧支持工程Ｓ１２と第１の冷却媒体注入工程Ｓ１３と第１の打抜き工程Ｓ１４と第２の挟圧支持工程Ｓ１５と第２の冷却媒体注入工程Ｓ１６と第２の打抜き工程Ｓ１７とを備えている。
【００５６】
前記切欠き円形成工程Ｓ１１と第１，第２のの挟圧支持工程Ｓ１２，Ｓ１５と第１，第２の冷却媒体注入工程Ｓ１３，Ｓ１６と第１，第２の打抜き工程Ｓ１４，Ｓ１７は、実施例１の図２の切欠き円形成工程Ｓ１と第１の挟圧支持工程Ｓ２と第１の冷却媒体注入工程Ｓ３と第１の打抜き工程Ｓ４とに対応し、ほぼ同様に動作する。
【００５７】
一方、本実施例の第１の挟圧支持工程Ｓ１２では、図１１のように、ガラス板１１Ａの両面側から一対のダイス３，５による所定荷重Ｗ０の付加により切欠き円１３Ａの一部を含め一定幅で周回状に挟圧支持する。
【００５８】
第２の挟圧支持工程Ｓ１５では、前記一対のダイス３，５による挟圧支持を径方向逆側に変更する。
【００５９】
図１３は、切欠き円を形成したガラス板の平面図、図１４は、第１の打抜き工程により打抜いた状態を示すガラス板の平面図、図１５は、第２の打抜き工程により打抜いた状態を示すガラス板の平面図である。
【００６０】
図１３のように、前記前記切欠き円形成工程Ｓ１１により、ガラス板１１Ａの表面を周回状に切欠いた直径Ｄ１の切欠き円１３Ａを形成する。
【００６１】
前記第１の打抜き工程Ｓ１４では、ガラス板１１Ａの他側面から前記挟圧支持の中央部を図１４のように打抜く。このときの打抜きは、図５，６と同様に進行するが、円板１１ａＡに対し打抜き部１１ｄＡａが半径内に偏って形成される。
【００６２】
前記第２の打抜き工程Ｓ１７では、ガラス板１１Ａの他側面から前記挟圧支持の中央部を打抜く。この打抜きでも図５，６と同様に進行するが、前記打抜き部１１ｄＡａと同様な打抜き部１１ｄＡｂが反対側の半径内に図１５のように形成される。
【００６３】
次いで、中央部１１Ａｅに若干の衝撃荷重を与えて破壊し、穴あけが完了する。したがって、穴あけ完了時には、２個の扇状をした破片１１Ａｆが抜き出される。
【００６４】
こうして、本実施例では、ダイス３，５の外周径よりも大きな径の穴をも形成することができる。
【００６５】
その他、本実施例でも、上記実施例と同様な作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ  打抜き加工装置
３，５  ダイス
７  円筒部材
７ｃ  突き当て部
９  打抜きポンチ
Ｓ１  切欠き円形成工程
Ｓ２  挟圧支持工程
Ｓ３  冷却媒体注入工程
Ｓ４  打抜き工程
Ｓ１１  切欠き円形成工程
Ｓ１２  第１の挟圧支持工程
Ｓ１３  第１の冷却媒体注入工程
Ｓ１４  第１の打抜き工程
Ｓ１５  第２の挟圧支持工程
Ｓ１６  第２の冷却媒体注入工程
Ｓ１７  第２の打抜き工程
Ｗ０  所定荷重
【図１】
2011110809.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011110809.tif 000012
【図１１】
2011110809.tif 000013
【図１２】
2011110809.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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