(57)【要約】【課題】脆性材料の製造方法および製造装置において、脆性材料からなる被加工材の保持および加工を容易なものとする。【解決手段】前記脆性材料の製造方法は、脆性材料を３次元形状に成形する成形工程と、前記成形工程により成形された脆性材料の第１面を第１保持部に接触させ、前記第１面と対向する前記脆性材料の第２面を第２保持部に接触させる保持工程と、前記保持工程により保持された前記脆性材料を加工する加工工程と、前記加工工程により加工された前記脆性材料を第１保持部および第２保持部から取り出す取出工程を有し、前記第１面または前記第２面の形状は、前記脆性材料の形状とは異なる形状であることで、脆性材料を容易に製造できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料の製造方法であって、
前記脆性材料の製造方法は、脆性材料を３次元形状に成形する成形工程と、
前記成形工程により成形された前記脆性材料を第１保持部の第１面に接触させ、前記脆性材料の前記第１保持部と接触している面と対向する面に対し第２保持部の第２面を接触させる保持工程と、
前記保持工程により保持された前記脆性材料を加工する加工工程と、
前記加工工程により加工された前記脆性材料を前記第１保持部および前記第２保持部から取り出す取出工程を有し、
前記第１面または前記第２面の形状は、前記脆性材料の形状とは異なる形状である脆性材料の製造方法。
【請求項２】
前記第１保持部または前記第２保持部の少なくともいずれか一方には磁力発生源が設けられ、前記磁力発生源が設けられない前記第１保持部または前記第２保持部には磁性体が設けられる請求項１に記載の脆性材料の製造方法。
【請求項３】
前記加工工程において加工部が前記脆性材料の端面に沿って加工する請求項１または２に記載の脆性材料の製造方法。
【請求項４】
前記加工部は前記脆性材料を研削加工または研磨加工する請求項３に記載の脆性材料の製造方法。
【請求項５】
前記加工工程において加工部が前記脆性材料を切断する請求項１または２に記載の脆性材料の製造方法。
【請求項６】
前記第１保持部または前記第２保持部と前記脆性材料との間に設けられる空間を減圧する真空吸着工程を有する請求項１〜５のいずれか１に記載の脆性材料の製造方法。
【請求項７】
脆性材料の製造装置であって、
前記脆性材料の製造装置は、脆性材料を保持するための第１保持部および第２保持部と、
前記第１保持部または前記第２保持部により保持された前記脆性材料を加工するための加工部と、を有し、
前記第１保持部は前記脆性材料と接触する第１面を有し、
前記第２保持部は前記脆性材料の前記第１保持部と接触している面と対向する面に接触する第２面を有し、
前記第１面または前記第２面の形状は、前記脆性材料の形状とは異なる形状である脆性材料の製造装置。
【請求項８】
前記第１保持部または前記第２保持部の少なくともいずれか一方は磁力発生源を備え、前記磁力発生源が設けられない前記第１保持部または前記第２保持部は磁性体を備える請求項７に記載の脆性材料の製造装置。
【請求項９】
前記加工部は前記脆性材料の端面に沿って加工可能なように動作する請求項７または８に記載の脆性材料の製造装置。
【請求項１０】
前記加工部は前記脆性材料を研削加工可能である請求項９に記載の脆性材料の製造装置。
【請求項１１】
前記加工部が前記脆性材料を切断可能である請求項７または８に記載の脆性材料の製造装置。
【請求項１２】
前記第１保持部または前記第２保持部と前記脆性材料との間に設けられる空間を減圧する真空吸着手段を有する請求項７〜１１のいずれか１に記載の脆性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆性材料の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脆性材料などからなる被加工材を加工する際、被加工材を作業台に固定する方法として、真空吸着力や磁力を用いる方法が知られている。真空吸着力を用いる方法は、多数の吸引孔を設けた作業台上に被加工材を密着した状態で置いて、吸引孔から作業台と被加工材との間の空隙にある空気を吸引することによって負圧を発生させ、この負圧によって被加工材を作業台に密着させる方法である。磁力を用いる方法は、作業台に内蔵された磁力発生源による磁力を用いて被加工材を作業台に引きつけることによって固定する方法である。
【０００３】
上述の２つの方法を併用して被加工材を固定する、特許文献１のような加工装置が既に知られている。この加工装置を図４に示す。この加工装置は、磁力発生源を内蔵するマグネット台９１の上に、磁性体材料からなる吸着台９２、非磁性材料からなる被加工材９３、及び、磁性体材料からなる部材９４を順次積層して、被加工材９３を固定する。吸着台９２は、磁性体材料からなるのでマグネット台９１から引力を受ける。また、吸着台９２には、真空吸着孔が設けられており、矢印Ｐで示すように真空吸着孔内を排気することにより被加工材９３が吸着台９２に吸着固定される。また、被加工材９３は、真空吸着力に加えて、磁性体材料からなる部材９４がマグネット台９１に吸着されることによる吸着台９２への応力を受けて、吸着台９２に固定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−５３３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加工される脆性材料は必ずしも平板状ではなく、３次元形状などの複雑な形状であることもある。３次元形状の脆性材料は、例えば平坦な脆性材料を切断・研削する方法や、脆性材料を加熱後プレス成形する方法などにより製造される。このような複雑な形状の脆性材料は、平板状の脆性材料と比較すると製造された脆性材料の形状にばらつきが発生することが多い。
【０００６】
また、加工工程の制御方法としては、しばしば数値制御（座標指定制御）が行われる。特に、脆性材料の端面を加工する際には、表面加工よりも精度（寸法精度や形状精度）が求められ、座標指定制御が好適に行われる。このような座標指定制御の場合、作業台等に保持された脆性材料が入れ替わっても、脆性材料は常に同じ地点（座標）に存在するものとして加工動作が行われる。
【０００７】
ここで、脆性材料の形状ばらつきが存在するにも関わらず座標指定制御による加工を行うと、脆性材料の加工すべき座標と実際に加工動作を行う座標が一致しなくなり、脆性材料に形状ばらつきに応じた力が加わる。これにより、脆性材料自体が動いてしまうなどして、安定した精度での加工を行うことができなくなるという課題が生じる。特に、３次元形状などの複雑な形状の脆性材料を加工する際には、加工動作も３次元形状に合わせて複雑化するため、このような課題が生じやすい。
【０００８】
また、脆性材料の板厚が薄い場合や、脆性材料が屈曲部を有する場合には、脆性材料の端部が振動等により動いてしまいやすい。さらには、脆性材料の３次元形状はその用途によって様々に変わるため、それぞれに適した固定台を都度準備することは難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明者らは鋭意検討を行った結果、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は以下の通りである。
＜１＞脆性材料の製造方法であって、該脆性材料の製造方法は、脆性材料を３次元形状に成形する成形工程と、該成形工程により成形された該脆性材料を第１保持部の第１面に接触させ、該脆性材料の該第１保持部と接触している面と対向する面に対し第２保持部の第２面を接触させる保持工程と、該保持工程により保持された該脆性材料を加工する加工工程と、該加工工程により加工された該脆性材料を該第１保持部および該第２保持部から取り出す取出工程を有し、該第１面または該第２面の形状は、該脆性材料の形状とは異なる形状である脆性材料の製造方法。  ＜２＞該第１保持部または該第２保持部の少なくともいずれか一方には磁力発生源が設けられ、該磁力発生源が設けられない該第１保持部または該第２保持部には磁性体が設けられる＜１＞の脆性材料の製造方法。  ＜３＞該加工工程において加工部が該脆性材料の端面に沿って加工する＜１＞または＜２＞の脆性材料の製造方法。  ＜４＞該加工部は該脆性材料を研削加工する＜３＞の脆性材料の製造方法。  ＜５＞該加工工程において加工部が該脆性材料を切断する＜１＞または＜２＞の脆性材料の製造方法。  ＜６＞該第１保持部または該第２保持部と該脆性材料との間に設けられる空間を減圧する真空吸着工程を有する＜１＞〜＜５＞のいずれか１の脆性材料の製造方法。  ＜７＞脆性材料の製造装置であって、該脆性材料の製造装置は、脆性材料を保持するための第１保持部および第２保持部と、該第１保持部または該第２保持部により保持された該脆性材料を加工するための加工部と、を有し、該第１保持部は該脆性材料と接触する第１面を有し、該第２保持部は該脆性材料の該第１保持部と接触している面と対向する面に接触する第２面を有し、該第１面または該第２面の形状は、該脆性材料の形状とは異なる形状である脆性材料の製造装置。  ＜８＞該第１保持部または該第２保持部の少なくともいずれか一方は磁力発生源を備え、該磁力発生源が設けられない該第１保持部または該第２保持部は磁性体を備える＜７＞の脆性材料の製造装置。  ＜９＞該加工部は該脆性材料の端面に沿って加工可能なように動作する＜７＞または＜８＞の脆性材料の製造装置。  ＜１０＞該加工部は該脆性材料を研削加工可能である＜９＞の脆性材料の製造装置。  ＜１１＞該加工部が該脆性材料を切断可能である＜７＞または＜８＞の脆性材料の製造装置。  ＜１２＞該第１保持部または該第２保持部と該脆性材料との間に設けられる空間を減圧する真空吸着手段を有する＜７＞〜＜１１＞のいずれか１の脆性材料の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の脆性材料の製造方法および製造装置によれば、脆性材料が十分に保持されるため、安定した精度で加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の装置と被加工材の断面図。
【図２】本発明の製造方法における保持工程で第１保持部および第２保持部が被加工材を保持（挟持）した状態の断面図。
【図３】本発明の製造方法における加工工程で加工部が被加工材を加工している状態の断面図。
【図４】従来の脆性材料の製造装置の使用状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る脆性材料の製造方法および製造装置について図面を参照して説明する。
【００１４】
［製造装置］
まず、本発明の実施形態に係る脆性材料の製造装置について説明する。図１に本発明の実施形態の装置１の外観を示す。装置１は、ベースプレート１０と、ベースプレート１０に載置される下部プレート２１と、下部プレート２１に載置固定される下部プレートカバー２２と、上部プレート３１と、上部プレートに固定される上部プレートカバー３２と、を備えている。
【００１５】
下部プレート２１と下部プレートカバー２２を合わせて第１保持部１１、上部プレート３１と上部プレートカバー３２を合わせて第２保持部１２と呼ぶ。下部プレート２１と下部プレートカバー２２はそれぞれ１つの材料から構成されていてもよく、上部プレート３１と上部プレートカバー３２についても同様である。
【００１６】
被加工材４０は、下部プレートカバー２２上に載置され、第１保持部１１と第２保持部１２とによって保持（挟持）される。このとき、第１保持部１１と第２保持部１２との間には、引き合う力が働く。この力は、重力に基づき第２保持部１２が被加工材４０を押す力のみでもよいが、他に何らかの保持手段を備えることが好ましい。
【００１７】
他の保持手段としては、前述の磁力発生源または磁性体などの磁力発生手段や、後述する真空吸着手段、第１保持部１１と第２保持部１２とを接続して二者の間に機械的な引力を与える手段などが挙げられる。中でも、磁力発生手段または真空吸着手段を備えることが好ましい。これらによれば、脆性材料である被加工材４０に対し、加工時に破損や表面欠損を生じにくい。また、装置１は２つ以上の保持手段を備えてもよい。
【００１８】
また、第１保持部１１の被加工材４０と接触する面を第１面２２ａと呼び、第２保持部１２の被加工材４０と接触する面を第２面３２ａと呼ぶ。被加工材４０は２次元形状（平面上に隙間なく載置可能な形状）でも３次元形状（平面上に隙間なく載置可能でない形状）でも構わないが、本実施形態の第１面２２ａまたは第２面３２ａは被加工材４０の形状と異なる形状を有する。このような場合、第１保持部１１と第２保持部１２が被加工材４０を挟持すると、被加工材４０には、前述の引き合う力に加え、被加工材４０を変形させる力が生じる。この力により、被加工材４０に形状ばらつきが存在するにも関わらず座標指定制御による加工を行い、被加工材４０が動いてしまうなどして安定した精度での加工を行うことができなくなるという従来までの課題が生じにくくなる。また、被加工材４０の板厚が薄い場合や、被加工材４０が屈曲部を有する場合に、その端部が振動等により動いてしまうという課題も生じにくくなる。
【００１９】
ここで第１面２２ａまたは第２面３２ａが被加工材４０の形状と異なる形状を有するという場合、第１面２２ａおよび第２面３２ａは被加工材４０を変形させない限り隙間なく挟持することができない形状であることを指す。従って、第１面２２ａおよび第２面３２ａが被加工材４０を変形させることなく隙間なく挟持することができる場合、たとえ第１面２２ａまたは第２面３２ａが被加工材４０からはみ出る（露出する）ようなサイズ・形状であったとしても、ここでは同一の形状であるとみなす。  上述のように、第１面２２ａまたは第２面３２ａは被加工材４０の形状と異なる形状を有するが、好適には、第１面２２ａおよび第２面３２ａはともに被加工材４０の形状と異なる形状を有する。さらに好適には、第１面２２ａと第２面３２ａとは略同一の形状を有する。これにより、被加工材４０を変形した状態で安定して挟持することができる。
【００２０】
第１面２２ａは被加工材４０の形状と異なる形状であるが、第１面２２ａと被加工材４０の第１面２２ａと接触する面４０ａ（以下、接触面４０ａともいう）との間に存在する空間Ｘは、被加工材４０の脆性の観点から大きすぎない方が好ましい。
【００２１】
被加工材４０は、上述の通り脆性材料からなる。脆性材料としては、例えば、ガラス材料やセラミクス材料、金属アモルファス材料などが挙げられる。中でも特に、ガラス材料は、表面の微細な傷やクラックに起因する破損が生じやすいため、本発明の効果を奏しすく好適である。
【００２２】
ベースプレート、第１保持部および第２保持部はどのような材料で構成されていてもよく、任意の公知の金属材料やセラミックス材料、樹脂材料等で構成されていてよい。ただし、ベースプレート１０、下部プレート２１および上部プレート３１は、装置の安定性の観点から、金属材料から本質的になることが好ましい。また、被加工材４０と接触する下部プレートカバー２２および上部プレートカバー３２は、被加工材４０の品質の低下を防ぐ観点から、樹脂材料からなることが好ましい。
【００２３】
装置１は、第１保持部１１と第２保持部１２とによって挟持された被加工材４０を加工するための、加工部５０を備える。加工部５０は、例えば、エンドミルやドリルなどの機械加工工具であり、また、レーザ光などの光学部材である。加工部５０のある一つの実施形態では、加工部５０は被加工材４０の端面に沿って加工可能なように動作する。このとき、加工部５０は好適には被加工材４０の端面を研削加工または研磨加工することができる。加工部５０の他の実施形態では、加工部５０は被加工材４０を切断可能なように動作する。これらの実施形態の場合、加工時に被加工材４０が動きやすいため、特に本発明の効果を奏する。
【００２４】
次に、本発明の保持手段の一つの実施形態である磁力発生手段について説明する。第１保持部１１または第２保持部１２の少なくともいずれか一方には、磁力発生源（不図示）が設けられることが好ましい。このとき、磁力発生源が設けられない第１保持部１１または第２保持部１２は鉄等の磁性体が設けられているか、鉄等の磁性体により構成されることがより好ましい。これにより、被加工材４０には第１保持部および第２保持部から磁力に基づく力が加えられ、被加工材４０を保持することができる。磁力発生源は磁力を発生さえすればどのようなものでも構わないが、電磁石のように磁力を調節可能なものがより好ましい。
【００２５】
また、保持手段の別の実施形態である真空吸着手段についても説明する。装置１の第１保持部１１は、被加工材４０を載置する下部プレートカバー２２の第１面２２ａに開口する複数の吸着穴（不図示）と、これらの吸着穴に連通し第１保持部２２またはベースプレート１０のいずれかの面に開口する吸引口とを有してもよい。この場合、吸引口に接続される吸引ポンプを設けることによって、被加工材４０を吸着する真空吸着手段が構成することができる。真空吸着手段によれば、真空吸着により第１保持部１１と被加工材４０との間の空間Ｘを減圧することができ、大気の圧力により被加工材４０を保持することができる。真空吸着手段は、第２保持部１２が被加工材４０に載置する上部プレートカバー３２の第２面３２ａに開口する複数の吸着穴（不図示）と、これらの吸着穴に連通し第２保持部１２のいずれかの面に開口する吸引口とを有することによっても、構成することができる。
【００２６】
また、被加工材４０を載置する下部プレートカバー２２の第１面２２ａは、加工屑を集めるための溝部（不図示）を有してもよい。被加工材４０を載置して被加工材４０の裏面から出てくる加工屑は、例えば、吸引掃除機による吸い取りや、圧力空気の吹き付けによる吹き飛ばしによって、溝部から随時排出することができる。また、このような溝部は、被加工材４０を下部プレート２２に載置する際に、異物などの逃げ場となるので、被加工材４０を下部プレート２２に馴染ませた状態で、挟持することができる。
【００２７】
［製造方法］
続いて、本発明の実施形態に係る脆性材料の製造方法について説明する。本実施形態は、図１の装置１を用いて脆性材料を製造する方法である。図２には脆性材料からなる被加工材を挟持した状態の断面図を示す。
【００２８】
まず、保持工程においては、装置１の第１保持部（下部プレートカバー２２）上に脆性材料からなる被加工材４０が載置される。このとき、被加工材４０は、下部プレートカバー２２の第１面２２ａに載置されてさえいれば、全面が接触していなくてもよい。その後、被加工材４０の上に第１保持部が載置され、上部プレートカバー３２の第２面３２ａと被加工材４０の一部または全部が接触する。これにより、被加工材４０は、第１保持部１１と第２保持部１２とによって挟持される。このとき、上述の通り、第１保持部１１と第２保持部１２との間には引き合う力が働く。この力は、重力に基づき第２保持部１２が被加工材４０を押す力のみでもよいが、他に何らかの方法で被加工材４０を保持するための力を加えることが好ましい。
【００２９】
次に、本発明の保持工程の一つの実施形態である磁力発生源について説明する。第１保持部１１または第２保持部１２の少なくともいずれか一方には、磁力発生源（不図示）が設けられることが好ましい。このとき、磁力発生源が設けられない第１保持部１１または第２保持部１２は鉄等の磁性体が設けられているか、鉄等の磁性体により構成されることがより好ましい。これにより、被加工材４０には第１保持部および第２保持部から磁力に基づく力が加えられ、被加工材４０を保持することができる。磁力発生源は磁力を発生さえすればどのようなものでも構わないが、電磁石のように磁力を調節可能なものがより好ましい。
【００３０】
また、保持工程の別の実施形態である真空吸着工程についても説明する。保持工程は、後述する真空吸着手段により被加工材４０を保持する真空吸着工程を有してもよい。装置１の第１保持部１１は、被加工材４０を載置する下部プレートカバー２２の第１面２２ａに開口する複数の吸着穴（不図示）と、これらの吸着穴に連通し第１保持部２２またはベースプレート１０のいずれかの面に開口する吸引口とを有してもよい。この場合、吸引口に接続される吸引ポンプを設けることによって、被加工材４０を吸着する真空吸着手段が構成することができる。真空吸着工程では、真空吸着手段によって、第１保持部１１と被加工材４０との間の空間Ｘを減圧することができ、大気の圧力により被加工材４０を保持することができる。真空吸着手段は、第２保持部１２が被加工材４０に載置する上部プレートカバー３２の第２面３２ａに開口する複数の吸着穴（不図示）と、これらの吸着穴に連通し第２保持部１２のいずれかの面に開口する吸引口とを有することによっても、構成することができる。
【００３１】
次に、加工工程において、第１保持部１１と第２保持部１２とによって挟持された被加工材４０は、図３に示すように、加工部５０の作用によって加工される。加工部５０は、例えば、エンドミルやドリルなどの機械加工工具であり、また、レーザ光などの光学部材である。加工工程のある一つの実施形態では、加工部５０は被加工材４０の端面に沿って加工する。このとき、加工部５０は好適には被加工材４０の端面を研削加工または研磨加工する。加工工程の他の実施形態では、加工部５０は被加工材４０を切断する。これらの実施形態の場合、加工工程において被加工材４０が動きやすいため、特に本発明の効果を奏する。
【００３２】
加工部５０には予め被加工材４０が好適に加工されるように、加工部５０の移動する３次元座標の（数値）情報が入力されており、加工部５０は該座標の情報に応じて動作が制御（座標指定制御）されることが好ましい。座標指定制御の場合、被加工材４０が入れ替わっても、脆性材料は常に同じ地点（座標）に存在するものとして加工動作が行われる。これにより、加工部５０は被加工材４０を複雑な形状に精密加工することができる。
【００３３】
加工部５０により被加工材４０の端面を加工する場合、第１保持部１１および第２保持部１２の周囲に被加工材４０の端面が露出されるように、被加工材４０が第１保持部１１と第２保持部１２とによって挟持されることが好ましい。これにより、加工部５０が被加工材４０の端面を加工する際に、物理的に干渉しにくくなる。
【００３４】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく、種々の変形を適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、例えばガラス等の脆性材料の製造方法および製造装置に関するものである。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ベースプレート
１１  第１保持部
１２  第２保持部
２１  下部プレート
２２  下部プレートカバー
２２ａ  第１面
３１  上部プレート
３２  上部プレートカバー
３２ａ  第２面
４０  被加工材
４０ａ、４０ｂ  接触面
５０  加工部
９１  マグネット台
９２  吸着台
９３  被加工材
９４  部材
【図１】
2016022651.tif 000003
【図２】
2016022651.tif 000004
【図３】
2016022651.tif 000005
【図４】
2016022651.tif 000006