(57)【要約】【課題】脆性材料を比較的短時間で能率よく、しかも、切断予定線に沿って確実に切断することのできる脆性材料の切断方法と切断装置。【解決手段】板状の脆性材料Ｇを切断予定線Ｌに沿って連続的に局部加熱した後、局部加熱部分３ａを連続的に局部冷却して切断する脆性材料の切断方法で、脆性材料Ｇの局部加熱部分３ａの両側を連続的に側部冷却しながら、局部加熱部分３ａを局部冷却する方法、および、板状の脆性材料Ｇを切断予定線Ｌに沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段と、局部加熱部分３ａを連続的に局部冷却する局部冷却手段４を備えている脆性材料の切断装置で、脆性材料Ｇの局部加熱部分３ａの両側を連続的に側部冷却する一対の側部冷却手段５を備えている装置。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱した後、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して前記脆性材料を切断予定線に沿って切断する脆性材料の切断方法であって、
前記脆性材料の局部加熱部分の両側を連続的に側部冷却しながら、その局部加熱部分を局部冷却する脆性材料の切断方法。
【請求項２】
前記局部加熱部分の両側を側部冷却した後、前記局部加熱部分を局部冷却する請求項１に記載の脆性材料の切断方法。
【請求項３】
前記局部加熱部分の両側を側部冷却するに際し、局部加熱部分から離れた位置から局部冷却部分に向けて近接する位置へ斜め方向に連続的に側部冷却する請求項２に記載の脆性材料の切断方法。
【請求項４】
前記脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を機械的に形成した後、その脆性材料を切断予定線に沿って局部加熱する請求項１〜３のいずれか１項に記載の脆性材料の切断方法。
【請求項５】
板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段と、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して前記脆性材料を切断予定線に沿って切断する局部冷却手段を備えている脆性材料の切断装置であって、
前記脆性材料の局部加熱部分の両側を連続的に側部冷却する一対の側部冷却手段を備えている脆性材料の切断装置。
【請求項６】
前記脆性材料に対する相対移動方向の前方側に前記局部加熱手段を、後方側に前記局部冷却手段を備え、その局部加熱手段と局部冷却手段の間に前記一対の側部冷却手段を備えている請求項５に記載の脆性材料の切断装置。
【請求項７】
前記一対の側部冷却手段が、前記局部加熱手段側ほど離間し局部冷却手段側ほど近接するハの字状に配置してある請求項６に記載の脆性材料の切断装置。
【請求項８】
前記局部加熱手段よりも前記相対移動方向の前方側に、前記脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を形成する亀裂形成手段を備えている請求項６または７に記載の脆性材料の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱した後、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して前記脆性材料を切断予定線に沿って切断する脆性材料の切断方法、および、板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段と、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して前記脆性材料を切断予定線に沿って切断する局部冷却手段を備えている脆性材料の切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような切断方法や切断装置は、例えば、板ガラスのような板状の脆性材料を切断するのに使用されるもので、従来、脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を形成し、その亀裂の近傍を加熱して熱応力を発生させることで亀裂を順次進行させながら、脆性材料を切断予定線に沿って切断する方法や装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱した後、その脆性材料の局部加熱部分を冷却流体のジェット流で連続的に局部冷却して切断する方法や装置も知られており（例えば、特許文献２参照）、さらに、脆性材料の局部加熱部分に冷却手段を接触させて局部冷却して切断する方法や装置も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平３−１３０４０号公報（第１図〜第５図）
【特許文献２】
特許第３０２７７６８号公報（第１図、第４図）
【特許文献３】
特開２００２−１００５９０号公報（図１〜図６）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１に記載の従来技術では、加熱による熱応力の発生位置が、脆性材料内部における熱伝導の影響によって微妙に変動するために、熱応力の発生位置を特定するのが困難で、切断予定線に沿って確実に切断するのがむずかしい上に、脆性材料からの放熱に起因して切断に時間がかかりすぎて作業能率が悪いという欠点もある。
また、特許文献２や特許文献３に記載の従来技術では、脆性材料を局部加熱し、その局部加熱した部分を局部冷却して切断するため、切断予定線に沿っての切断は可能であるが、局部加熱と局部冷却のみに依存しての切断であるため、やはり切断に時間がかかりすぎて作業能率が悪いという欠点がある。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目したもので、その目的は、脆性材料を比較的短時間で能率よく、しかも、切断予定線に沿って確実に切断することのできる脆性材料の切断方法と切断装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の特徴構成は、板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱した後、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して前記脆性材料を切断予定線に沿って切断する脆性材料の切断方法であって、前記脆性材料の局部加熱部分の両側を連続的に側部冷却しながら、その局部加熱部分を局部冷却するところにある。
【０００７】
本発明の第１の特徴構成によれば、板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱した後、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して脆性材料を切断予定線に沿って切断するに際して、脆性材料の局部加熱部分の両側を連続的に側部冷却しながら局部加熱部分を局部冷却するので、局部加熱部分には、その側部冷却によって脆性材料を局部加熱部分から互いに引き離そうとする力が作用する。
つまり、切断予定線に沿う局部加熱によって切断予定線の両側も熱伝導により加熱され、その加熱された切断予定線の両側を積極的に側部冷却するので、側部冷却部によって切断予定線の両側が収縮しようとし、その収縮力が脆性材料を局部加熱部分から互いに引き離す方向に作用して、局部加熱部分を積極的に切断する力となる。そして、その局部加熱部分を局部冷却しながら切断するので、脆性材料を比較的短時間で能率よく、しかも、切断予定線に沿って確実に切断することができるのである。
【０００８】
本発明の第２の特徴構成は、上述した脆性材料の切断方法において、前記局部加熱部分の両側を側部冷却した後、前記局部加熱部分を局部冷却するところにある。
【０００９】
本発明の第２の特徴構成によれば、上述した脆性材料の切断方法において、局部加熱部分の両側を側部冷却した後、局部加熱部分を局部冷却するので、局部加熱部分には、まず、側部冷却によって互いに引き離そうとする力が作用する。
そして、その引き離そうとする力が作用した状態で、局部加熱部分を局部冷却しながら切断するので、より一層迅速かつ確実に脆性材料を切断予定線に沿って切断することができる。
【００１０】
本発明の第３の特徴構成は、上述した脆性材料の切断方法において、前記局部加熱部分の両側を側部冷却するに際し、局部加熱部分から離れた位置から局部冷却部分に向けて近接する位置へ斜め方向に連続的に側部冷却するところにある。
【００１１】
本発明の第３の特徴構成によれば、上述した脆性材料の切断方法において、局部加熱部分の両側を側部冷却するに際し、局部加熱部分から離れた位置から局部冷却部分に向けて近接する位置へ斜め方向に連続的に側部冷却するので、局部加熱部分に対する引き離し力は、最初は小さく徐々に大きくなるように作用し、その結果、より一層合理的かつ良好に脆性材料を切断予定線に沿って切断することができる。
【００１２】
本発明の第４の特徴構成は、上述した脆性材料の切断方法において、前記脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を機械的に形成した後、その脆性材料を切断予定線に沿って局部加熱するところにある。
【００１３】
本発明の第４の特徴構成によれば、上述した脆性材料の切断方法において、脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を機械的に形成した後、その脆性材料を切断予定線に沿って局部加熱するので、機械的に形成した亀裂を足がかりとして局部加熱により亀裂が進行することになり、より一層円滑に脆性材料を切断予定線に沿って切断することができる。
【００１４】
本発明の第５の特徴構成は、板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段と、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して前記脆性材料を切断予定線に沿って切断する局部冷却手段を備えている脆性材料の切断装置であって、前記脆性材料の局部加熱部分の両側を連続的に側部冷却する一対の側部冷却手段を備えているところにある。
【００１５】
本発明の第５の特徴構成によれば、板状の脆性材料を切断予定線に沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段と、その脆性材料の局部加熱部分を連続的に局部冷却して脆性材料を切断予定線に沿って切断する局部冷却手段を備えている脆性材料の切断装置であって、脆性材料の局部加熱部分の両側を連続的に側部冷却する一対の側部冷却手段を備えているので、上述したように、局部加熱手段による局部加熱部分には、一対の側部冷却手段による側部冷却によって脆性材料を局部加熱部分から互いに引き離そうとする力が作用する。
そして、その局部加熱部分を局部冷却手段により局部冷却しながら切断することになるので、この切断装置を使用することによって脆性材料を比較的短時間で能率よく、しかも、切断予定線に沿って確実に切断することができる。
【００１６】
本発明の第６の特徴構成は、上述した脆性材料の切断装置において、前記脆性材料に対する相対移動方向の前方側に前記局部加熱手段を、後方側に前記局部冷却手段を備え、その局部加熱手段と局部冷却手段の間に前記一対の側部冷却手段を備えているところにある。
【００１７】
本発明の第６の特徴構成によれば、上述した脆性材料の切断装置において、脆性材料に対する相対移動方向の前方側に局部加熱手段を、後方側に局部冷却手段を備え、その局部加熱手段と局部冷却手段の間に一対の側部冷却手段を備えているので、局部加熱手段による局部加熱部分には、まず、一対の側部冷却手段による側部冷却によって互いに引き離そうとする力が作用し、その状態で、局部加熱部分を局部冷却手段により局部冷却しながら切断することになり、より一層迅速かつ確実に脆性材料を切断予定線に沿って切断することができる。
【００１８】
本発明の第７の特徴構成は、上述した脆性材料の切断装置において、前記一対の側部冷却手段が、前記局部加熱手段側ほど離間し局部冷却手段側ほど近接するハの字状に配置してあるところにある。
【００１９】
本発明の第７の特徴構成によれば、上述した脆性材料の切断装置において、一対の側部冷却手段が、局部加熱手段側ほど離間し局部冷却手段側ほど近接するハの字状に配置してあるので、そのハの字状に配置された一対の側部冷却手段による側部冷却によって、局部加熱部分に対する引き離し力は、最初は小さく徐々に大きくなるように作用し、より一層合理的かつ良好に脆性材料を切断予定線に沿って切断することができる。
【００２０】
本発明の第８の特徴構成は、上述した脆性材料の切断装置において、前記局部加熱手段よりも前記相対移動方向の前方側に、前記脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を形成する亀裂形成手段を備えているところにある。
【００２１】
本発明の第８の特徴構成によれば、上述した脆性材料の切断装置において、局部加熱手段よりも前記相対移動方向の前方側に、脆性材料の切断予定線上に切断誘発用の亀裂を形成する亀裂形成手段を備えているので、亀裂形成手段による亀裂を足がかりとして局部加熱により亀裂が進行することになり、より一層円滑に脆性材料を切断予定線に沿って切断することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による脆性材料の切断方法と切断装置につき、その実施の形態を図面に基づいて説明する。
この切断方法と切断装置は、例えば、板状の脆性材料の一例である板ガラスを切断するためのもので、切断装置の装置本体１は、図１〜図３に示すように、搬送方向Ｌ１に沿って移動するステージ２上の板ガラスＧを切断するべく、板ガラスＧの切断予定線Ｌに沿って連続的に局部加熱する局部加熱手段３と、その局部加熱手段３による板ガラスＧの局部加熱部分３ａを連続的に局部冷却して板ガラスＧを切断予定線Ｌに沿って切断する局部冷却手段４を備え、さらに、板ガラスＧの局部加熱部分３ａの両側を連続的に側部冷却する一対の側部冷却手段５と、板ガラスＧの切断予定線Ｌ上に切断誘発用の亀裂を形成する亀裂形成手段６を備えて構成されている。
【００２３】
局部加熱手段３は、レーザー発振器７と、レーザービームを成形する光学ユニット８、つまり、ビームエキスパンダー８ａ、反射ミラー８ｂ、および、シリンドリカルレンズ８ｃなどからなる光学ユニット８により構成され、図３に示すように、板ガラスＧに対して切断予定線Ｌ方向に細長い楕円のような形状に合焦して局部加熱部分３ａを形成するように構成されて、光学ユニット８を構成するシリンドリカルレンズ８ｃが、装置本体１に対して上下昇降自在に構成された昇降プレート９に取り付けられている。
この局部加熱手段３の熱源となるレーザーは、切断対象となる脆性材料に吸収される波長のものであればよく、脆性材料が板ガラスＧであれば、波長１０．６μｍの炭酸ガスレーザーが最適である。
ただし、局部加熱手段３の熱源はレーザーに限るものではなく、ハロゲンランプやクセノンランプを熱源として使用することもでき、また、局部加熱部分３ａについても、必ずしも細長い楕円のような形状に限るものではない。
【００２４】
局部冷却手段４と一対の側部冷却手段５は、平面視においてＵ字状またはＶ字状に構成されたアルミ製の接触子１０により互いに一体化されて昇降プレート９に取り付けられ、スプリング１１により下方へ押圧付勢されている。その接触子１０の上面には、冷媒としての液体窒素を収納する冷媒タンク１２が載置固定され、冷媒タンク１２に循環供給される液体窒素によって接触子１０、つまり、局部冷却手段４と一対の側部冷却手段５が冷却されるように構成されている。
局部冷却手段４は、局部加熱手段３により局部加熱された後の局部加熱部分３ａを局部的に冷却するもので、図３において仮想線４ａで示す局部冷却部分を冷却するように構成されている。
それに対して、一対の側部冷却手段５は、局部冷却手段４による局部冷却に先立って、局部加熱部分３ａの両側を側部冷却するもので、局部加熱手段３側ほど離間し局部冷却手段４側ほど近接するハの字状に配設され、図３において仮想線５ａで示す側部冷却部分を冷却するように構成されている。
【００２５】
亀裂形成手段６は、局部加熱手段３による局部加熱に先立って、板ガラスＧの切断予定線Ｌ上に切断誘発用の亀裂６ａ（図４の（イ）参照）を機械的に形成するもので、超硬製カッターホイール１３とそのカッターホイール１３を上下昇降するエアシリンダ１４により構成され、そのエアシリンダ１４を介して昇降プレート９に取り付けられている。
このような構成からなる切断装置は、その装置本体１の下面に設けられたエア噴出口１５から噴出されるエアによって板ガラスＧの上面から所定距離離れた位置に浮上して維持されるように構成され、板ガラスＧに対する相対移動方向Ｌ２、つまり、板ガラスＧが停止していると仮定した場合の板ガラスＧに対する切断装置１の移動方向Ｌ２（この実施形態では、板ガラスＧの方が搬送移動しているので、板ガラスＧの搬送方向Ｌ１と逆向きになる）の前方から後方に向けて、亀裂形成手段６、局部加熱手段３、側部冷却手段５、局部冷却手段４の順に配設されている。
【００２６】
つぎに、この切断装置の作用および切断装置を使用して板ガラスＧを切断する方法について説明する。
板ガラスＧは、ステージ２上に載置されて搬送方向Ｌ１に沿って搬送され、切断装置の装置本体１は、エア噴出口１５から噴出されるエアによって、その板ガラスＧの上面から所定距離離れた位置に確実に浮上維持されるとともに、局部冷却手段４と一対の側部冷却手段５を構成する接触子１０は、常に一定の押圧力で板ガラスＧの上面に接触される。
その板ガラスＧに対して、まず、図４の（イ）に示すように、亀裂形成手段６が作用し、具体的には、エアシリンダ１４の伸長により超硬製カッターホイール１３が下降して、板ガラスＧの切断予定線Ｌ上に切断誘発用の亀裂６ａを機械的に形成し、その後、エアシリンダ１４の短縮により超硬製カッターホイール１３は上昇して上昇位置に維持される。
なお、必要な場合には、超硬製カッターホイール１３を下降した状態に維持して、切断予定線Ｌ上に切断誘発用の亀裂６ａを連続的に形成することも、また、所定時間ごとに超硬製カッターホイール１３を昇降して亀裂６ａを形成することもできる。
【００２７】
その後、局部加熱手段３が、細長い局部加熱部分３ａを形成しながら板ガラスＧを切断予定線Ｌに沿って連続的に局部加熱するので、亀裂形成手段６による亀裂６ａを足がかりとして亀裂が進行する。
その状態で、図４の（ロ）、（ハ）に示すように、側部冷却手段５が、側部冷却部分５ａを形成しながら局部加熱部分３ａの両側を連続的に側部冷却するので、その側部冷却により局部加熱部分３ａの両側が収縮して、図中矢印で示すように、その収縮力が板ガラスＧを局部加熱部分３ａから互いに引き離す方向に作用し、その後、局部冷却手段４が、局部冷却部分４ａを形成しながら局部加熱部分３ａを連続的に局部冷却するので、板ガラスＧは切断予定線Ｌに沿って確実に切断される。
しかも、側部冷却手段５による側部冷却は、局部加熱部分３ａから離れた位置から局部冷却部分４ａに向けて近接する位置へ斜め方向に連続しているので、局部加熱部分３ａに対する引き離し力は、最初は小さく徐々に大きくなるように作用し、板ガラスＧは合理的に切断される。
【００２８】
〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、局部冷却手段４と一対の側部冷却手段５を一体化して、全体をＵ字状またはＶ字状に構成した例を示したが、図５に示すように、局部冷却手段４と一対の側部冷却手段５を別体に構成して、その一対の側部冷却手段５を局部加熱手段３側ほど離間し局部冷却手段４側ほど近接するハの字状に配置して実施することもでき、さらに、図６に示すように、一対の側部冷却手段５を切断予定線Ｌとほぼ平行に配置し、かつ、局部冷却手段４の横側方に配置して実施することもできる。
また、局部冷却手段４と側部冷却手段５の具体例として接触子１０を示したが、局部冷却手段４と側部冷却手段５の一方あるいは両方をペルチェ素子を使用した冷却手段で構成したり、冷媒用の気体や液体を板ガラスＧの上面に直接吹き付けるようにして冷却手段を構成することもできる。
【００２９】
（２）先の実施形態では、切断装置の装置本体１に設けたエア噴出口１５からエアを噴出させることによって、装置本体１と板ガラスＧ上面との間の距離を常に一定に維持する構成を示したが、例えば、板ガラスＧ上面の上下方向における変位を検出する変位検出センサを使用し、その変位検出センサの検出結果に基づいて装置本体１を上下変位させて、装置本体１と板ガラスＧ上面との間の距離を常に一定に維持するように構成することもできる。
また、亀裂形成手段６として超硬製カッターホイール１３を使用したものを示したが、超硬製カッターホイール１３に代えて、ダイヤモンド圧子などを使用して亀裂形成手段６を構成することもできる。
さらに、切断の対象である脆性材料の一例として板ガラスＧを示したが、板ガラス以外にも、例えば、板状のセラミックスやシリコンウエーハなどのような各種の板状脆性材料を切断の対象として適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】脆性材料の切断装置を示す概略斜視図
【図２】脆性材料の切断装置を示す概略側面図
【図３】脆性材料の切断部分を示す平面図
【図４】脆性材料の切断工程を示す平面図
【図５】別の実施形態による切断装置を示す平面図
【図６】別の実施形態による切断部分を示す平面図
【符号の説明】
１        切断装置の装置本体
３        局部加熱手段
３ａ      局部加熱部分
４        局部冷却手段
４ａ      局部冷却部分
５        側部冷却手段
５ａ      側部冷却部分
６        亀裂形成手段
６ａ      切断誘発用の亀裂
Ｇ        板状の脆性材料
Ｌ        切断予定線
Ｌ２      相対移動方向
【図１】
2005022136.tif 000003
【図２】
2005022136.tif 000004
【図３】
2005022136.tif 000005
【図４】
2005022136.tif 000006
【図５】
2005022136.tif 000007
【図６】
2005022136.tif 000008