专利名称：平板玻璃母料的切割方法
技术领域：
本发明涉及一种平板玻璃元件的切割方法，该元件作为被压材料的母料用于再热加压方法，还涉及平板玻璃母料的切割设备，具体涉及在该母料的主表面上预先划刻/加工多个沟槽的平板玻璃母料的切割方法，还涉及该平板玻璃母料的切割设备。
在形成诸如光学透镜和棱镜的光学元件时，使用模压方法。模压方法的实例主要包括精密模压方法，直接加压方法和再热加压方法。
精密模压方法将模具的形状和表面精密度转移到软化的玻璃上，并且压实的材料无需研磨和抛光。
另一方面，直接加压方法和再热加压方法是模压方法，其前提是加压成型后对压实材料进行研磨使其形状靠近终产物形状，并对压实材料的进行抛光以使表面抛光。
由于精密加压模压方法不用抛光，它适合制造其形状难以抛光的透镜，如非球面透镜。但是为了再现模压模具形状的精度，不得不在加压期间于粘度相当高的108-1012dPa·S范围进行加压，并且只能使用满足在该加压粘度不会失去透明这个条件的玻璃材料。此外，另一些问题是大规模并且是昂贵的制造设备，制造成本大大升高。
因此，为了制造大量玻璃制品同时压缩成本，适合使用直接加压方法和再热加压方法。
直接加压方法包括将排放管流出预定量的熔融玻璃注入模压模具的下模和上模中，并在相对低的大约103dPa.S粘度下进行加压。按照这种方法，压实材料有良好的重量精度，但这种方法不适合制造小量多品种产品。
另一方面，再热加压方法包括制备预定重量的待压材料，将待压材料从常温再加热使其软化，和通过模压模具于105dPa.S左右粘度进行加压。这种方法不适合制造大量少品种的产品但适合制造小量多品种的产品。在该再热加压方法中，当同加压模压模具的空腔相比待压材料不足时，模压模具的空腔被待压材料填充得不充分，造成伸展缺陷。而且在待压材料过量时，会发生另一个问题，亦即材料溢出模压模具。因此在再热加压方法中，调节待压材料的重量是一大问题。
作为形成用于再热加压方法中待压材料的方法，可提出以下一种方法。首先，在作为待压材料母料的平板玻璃材料的主表面上预先划刻/加工多个点阵沟槽。其次，让平板玻璃母料以这些沟槽面向下的方式铺设在缓冲材料上，通过一种辊状压头从上面对沟槽的背面部分进行加压，并通过在沟槽内产生的应力集中让裂纹长大，从而进行切断。所有沟槽完全切断后，形成众多具有均匀重量的待压材料。
在上述对沟槽反面部分加压实行切断的方法中，由于开始时平板玻璃母料足够大，对每个沟槽除压头的压力之外还施有较大的弯曲应力。所以，即使在小量加压时就能进行充分切断。但是随着切断的进行，平板玻璃母料被分开，弯曲应力减少，使得必须要加大压力。因此，对每个沟槽适当的加压量也要按照切断情况来改变。如果加压量不合适，不能形成优选的待压材料。具体言之，当压力不充分时不能使平板玻璃母料开裂。另一方面，在施加过量压力时，会造成诸如碎屑的缺陷。
考虑了上述问题而得出本发明，其目的是提供一种平板玻璃母料的切割方法，其中恒定施加合适的压力并形成更优选的待压材料，还提供一种平板玻璃母料的切割设备。
根据本发明，为了解决这个问题，提供一种在其主表面上预先划刻/加工多个沟槽的平板玻璃母料的切割方法，包括将平板玻璃母料使沟槽朝内铺设在衬托基底上；从外面向沟槽反面部分通过压头使用按照沟槽切割顺序的加压量进行加压；完成切割后控制压头停止向前；和切断平板玻璃母料。
在平板玻璃母料的切割方法中，将平板玻璃母料使沟槽朝内铺设在衬托基底上，从上方向沟槽反面部分用按照沟槽切割顺序的加压量通过压头进行加压，完成切割后控制压头停止向前，和切断平板玻璃母料。
因此，能够防止加压量太大或太小，并防止平板玻璃母料的切割缺陷产生碎屑等等。因此可形成重量均匀的待压材料。而且，由于完成切割后对停止压头推进进行了控制，没有多于需要的进一步加压。因此，能防止切断的玻璃元件产生碎屑。
图1是一个平面图表明按照一种实施例中平板玻璃母料切割设备的衬托基底附近的结构。
图2是沿图1中A1-A1线的截面图。
图3表示衬托基底中驱动机械部分的结构。
图4平面图表示平板玻璃母料的结构。
图5是图4的正视图。
图6平面图表示辅助切割元件的结构。
图7表现辅助切割元件的侧视图图7A是从图6的箭头方向X1看的侧视图；而图7B是从图6的箭头方向Y1看的侧视图。
图8侧视图表示切割平板玻璃母料后的瞬间状态。
图9方框图表现基于实施例的振动检测进行加压控制的控制部分配置。
图10显示图9中每个组成部分输出波形的实例。
图11表示输出波形的另一个实例。
下面结合附图详述本发明实施方案。
图1平面图表明按照一种实施例的平板玻璃母料切割设备的衬托基底附近的结构。而图2是沿图1中A1-A1直线的截面图。在平板玻璃母料切割设备10中，提供一种衬托基底11，于其上铺设平板玻璃母料20。配置衬托基底11的方式让它能够沿图1的X轴方向往复运动。而且在开始操作时，以这样一种方式配置衬托基底11，其中中心点PO与X-Y坐标体系的原点重合。此外，配置衬托基底11的方式还能让它在X-Y平面内环绕中心点PO的轴旋转。衬托基底11的运动和旋转通过下文叙述的驱动机械部分来实施。
引板12固定在衬托基底11上。引板12是一种L型元件，并且其内侧面12a，12b上固定了定位元件13，14。定位元件13，14用诸如天然橡胶的弹性材料形成以便防止在切割平板玻璃母料时产生碎屑和类似物。
此外，在衬托基底11上铺设一种基本是方形板状的辅助切割元件30。辅助切割元件30通过加压设备17和18向着在引板12的定位元件13，14加压。在加压设备17的加压板17a上固定一种天然橡胶形成的定位元件15。加压设备17通过定位元件15在X轴方向推动辅助切割元件30，并使该元件压向引板12的定位元件13。
同样，在加压设备18的压板18a上也固定天然橡胶形成的定位元件16。加压设备18通过定位元件16在Y-轴方向推动辅助切割元件30，并使该元件压向引板12的定位元件14。这种方式中，辅助切割元件30定位/固定在衬托基底11上。
在辅助切割元件30上铺设的是平板玻璃母料20，其平面形状是方形且稍小于辅助切割元件30。紧靠定位元件13，14铺设平板玻璃母料20。在这种情况下，如图2所示，大部分平板玻璃母料20从定位元件13，14，15，16的上侧面伸出。而且由于平板玻璃母料20小于辅助切割元件30，在平板玻璃母料20和定位元件15，16之间形成一种合适的间隙(在这个实施例中例如是0.1mm)。这个间隙保证了在切割期间玻璃逸出的空间。
在衬托基底11中，要以这样一种方式设计每个元件的尺寸，亦即在铺设平板玻璃母料20时，平板玻璃母料20的中心要与衬托基底11的中心点PO重合。
如图2所示，在衬托基底20上方配置加压设备19。加压设备19的压头基底190经过滚珠螺栓192a连接到Z轴伺服马达192的轴上。通过旋转Z轴伺服马达192而沿Z轴垂直移动压头基底190。在压头基底190底面190a面上固定的是Y-轴方向伸展的柱状压头191。压头191是从上方压平板玻璃母料20并且如后文所述切割材料的一种元件，并且基本具有平板玻璃母料20中沟槽的同样长度。
此外，压头基底190的侧面190b与一种作为切割传感器的振动传感器193相连。振动传感器193是一种其响应频率范围例如40Hz-8 KHz的传感器，它检测传输到压头基底190的振动，并将同振动成比例的波形讯号传输到后文叙述的一种放大器。
图3表示衬托基底11中驱动机械部分的结构。这里显示的是平面图，其中图1的衬托基底11被分离出去。在驱动机械110上固定一种X-轴伺服马达112。一种滚珠螺栓113连接到X-轴伺服马达的轴上。
滚珠螺栓113啮合基底111，且基底111根据滚珠螺栓113的旋转在X-轴方向移动。另一方面，支承板114围绕中心点PO旋转。而且在支承板114周边形成一种副小齿轮部分114a。小齿轮部分114a啮合齿轨元件116的齿轨部分116a。齿轨元件116连接到汽缸115，并且根据汽缸115的运行在X-轴方向移动。
在驱动机械110中，当衬托基底11移动时，X-轴伺服马达旋转而移动基底111。此外，通过汽缸115的驱动使支承板114旋转。在这种情况下，通过机械制动器117，118调整支承板114的旋转，使该板仅在90°范围旋转。
下面叙述平板玻璃母料20的具体结构。
图4平面图表示平板玻璃母料20的结构。此外，图5是图4的正视图。平板玻璃母料20是一种板状玻璃，例如具有85×85×8mm的尺寸。平板玻璃母料20的两个主表面21，22中，在下主表面22内以点阵方式形成九个纵向和横向沟槽D1到D18。另外在图5和图6中，按照切割/加工次序标记数字。通过外加划刻设备形成沟槽D1-D18的深度大约0.45mm，每部分的形状都是V-型，则可在纵深方向产生开裂。
如附图所示，将平板玻璃母料20对着坐标系，并铺设在辅助切割元件30上，同时形成沟槽的主表面22面朝下(向内)。
图6平面图表示辅助切割元件30的结构。另外，图7表现辅助切割元件30的侧视图图7A是从图6的箭头方向X1看的侧视图；而图7B是从图6的箭头方向Y1看的侧视图。如上所述，辅助切割元件30的形成方式为其纵向和横向的长度稍大于平板玻璃母料(例如每边大0.1mm)。辅助切割元件由八个基块35a-35h和七条桥台元件31a，31b，32，33a，33b，34a，34b构成，并且是整体形成的。
形成每个桥台元件31a，31b，32，33a，33b，34a，34b的材料，例如大约5mm厚的天然橡胶，其杨氏模量低于玻璃基体的模量。而且形成桥台元件31a，31b，32，33a，33b，34a，34b的方式如图7所示，上表面的高度彼此基本重合，并且该元件仅以预定量(例如大约0.5mm)从基块35a-35h伸出。要选择桥台元件的伸出量和材质，使得在平板玻璃母料20切割期间通过压力挤压该元件时，这个高度能与那些基块表面重合。
另一方面，基块35a-35h由聚氨酯橡胶构成。形成的基块35a-35h应当具有彼此基本重合的上表面高度。
如图1等所示，在所示辅助切割元件30上铺设平板玻璃母料20。这种情况如图7所示，沟槽D1在桥台元件上31a，31b定位，沟槽D2在桥台元件32上定位，沟槽D3在桥台元件33a，33b上定位，和沟槽D4在桥台元件34a，34b上定位。
下面叙述该实施例的平板玻璃母料切割设备10的作业。
在开始切割作业之前，如图1、2所示，首先将衬托基底11的中心点PO与X-Y坐标原点重合。另一方面，如图2所示，加压设备19在衬托基底11上方要足够高。这样，衬托基底11的位置和方向以这样一种方式控制，亦即平板玻璃母料20上第一次切割的沟槽D1沿Y-轴伸展，亦即基底在X-Y平面上直接与加压设备19的压头191重叠。
在完成定位时，Z-轴伺服马达旋转以便降低压头191，使之邻近与平板玻璃母料20主表面21上沟槽D1相对的位置。压头191从该状态进一步降低，这样就使沟槽D1的开裂扩展并切断。
图8侧视图表示平板玻璃母料20刚刚切割后的状态。切割平板玻璃母料20时，立刻产生振动。该振动经过压头基底190传输到振动传感器193。在振动传感器193检测到振动的时刻停止加压设备19的Z-轴伺服马达192，也就停止了压头191的加压。因此，由于压头191没有多于需要的推动就不再推进，则能防止玻璃在切割过程碎裂。
完成沟槽D1的切割后，压头190向上后退，然后衬托基底11旋转90°并定位，以便让下一个沟槽D2与Y-轴重合。如沟槽D1的同样方式，沟槽D2通过压头193被加压，并随着振动传感器193的振动检测而停止加压作业。沟槽D2切断后，衬托基底11在X-轴方向滑动以便进入沟槽D3的切割作业。此后按照类似工序，进行一直到沟槽D18的切割作业。
下面叙述基于振动检测进行加压控制的控制部分的构造。
图9方框图表示基于实施例的振动检测进行加压控制的控制部分配置。按照优选的制作的切割作业程序，控制器41控制Z-轴伺服马达192，X-轴伺服马达112，汽缸115等以便进行一系列切割作业。切割运行期间，传输到加压设备19中压头基底190的振动通过振动传感器193来检测，并将波形讯号传输到放大器42。放大器42将波形讯号放大，并将其传输到数字仪表继电器43。数字仪表继电器43测出基于波形讯号的切断时刻。在测出切断时刻时，控制器41输出停止讯号，停止Z-轴伺服马达和停止压头191的加压作业。
下面叙述停止加压作业控制的具体实例。
图10显示图9中每个组成部分输出波形的实例。当加压设备19开始切割作业时，首先，振动传感器193测出微弱振动，如图10的t1。这是压头191快速推进时的振动。在压头191实际切割平板玻璃母料20的一刻，测出如t2的大振动。在波形讯号超过参考值的同时，数字仪表继电器43输出脉冲讯号。这里的参考值是切割期间通过试验记录振动波形，根据记录的数据预定该参考值。
控制器41检测数字仪表继电器43的脉冲讯号的衰减，并将停止讯号传输到Z-轴伺服马达192。响应停止讯号则停止压头191的加压作业。停止后经过给定时间之后，Z-轴伺服马达快速复位至其后退位置，也能测出振动(t4)。
如上所述，在该实施例中，由于能够测出来自压头191传输的振动来判断是否切割，并根据判断停止加压作业，无需根据沟槽位置进行精细控制，可在最佳时刻停止加压。因此，能防止平板玻璃母料20破碎，并能防止产生的碎屑和其他缺陷。所以能够形成重量均匀的待压材料。而且即便平板玻璃母料20有不同的尺寸、材质、沟槽数目等，用相同程序能恒定进行同样作业。因此能够实现灵活应用。
另外，如图10所示，测出数字仪表继电器43的脉冲讯号的衰减，并将停止讯号传输到Z-轴伺服马达192，但在图11中，测出脉冲讯号增强(t5)，也能输出停止讯号。
此外，在该实施方案中，将振动传感器193用作检测切割的传感器，但是可另外使用声学传感器和压敏传感器等。再者，还可使用摄像机并进行图象加工通过切割状态的摄影来自动判断切割。
如上所述，按照该实施例形成待压材料，并将它们通过再热加压方法用来制造多个透镜而无需抛光。结果，得到均匀的压实材料。
首先，将该实例形成的待压材料进行柱体研磨，切割待压材料的边角，使表面打毛，并将诸如氮化硼的脱模剂均匀涂覆待压材料表面。
将柱体抛光的待压材料自常温加热，将加热/软化的待压材料经过输送装置铺设在模压模具的下模。其次，当加热/软化的待压材料粘度落入104-106dPa·S范围，优选105dPa·S时，用多个具有最终透镜形状模压面的模具进行共同加压模压。模具由上模和下模构造，并可包括柱体模盘。可在大气环境下进行加压模压。
在B2O3-La2O3型玻璃用作待压材料时，将大约780℃加热/软化状态(105dPa·S)的待压材料通过输送装置导入加热到大约660℃的下模模压面。随后，将下模压在加热到大约670℃的上模之上，并且软化的待压材料在30kg/cm2下压两或三秒。
此外，在SiO2-B2O3型玻璃用作待压材料时，将大约870℃加热/软化状态(105dPa·S)的待压材料通过输送装置导入加热到大约650℃的下模模压面。随后，将下模压在加热到大约660℃的上模之上，并且软化的待压材料在30kg/cm2下压两或三秒。
另外，上述两种类型的玻璃在改变加压粘度的情况下进行再热加压，加压条件见表1。
由于待压材料有较小的重量散失，在再热加压期间一般看不出待压材料的伸长缺陷或待压材料自模具的伸出。
将这种再热加压制得的压实材料进行粗磨，精磨，得到终产物。
表1
下面叙述本发明另一个实施例。
上述实施例中，通过传感器检测切割来停止加压，而本实施方案中，通过预先按照沟槽位置改变压头191加压的冲程，如此进行最佳切割。另外，这里的平板玻璃母料基体构造，辅助切割元件，平板玻璃母料切割设备，和沟槽切割次序与图1-图8的基本相同。此外，设定加压作业的速度恒定在2.0mm/sec。
这里的加压冲程表示从靠近平板玻璃母料20主表面21压头191的位置到完成加压作业时的距离。表2所示加压冲程遵循以下公式(1)，其中数值代表绝对值。
表2显示平板玻璃母料20中沟槽D1-D18的加压冲程。<
加压冲程(μm)＝162.4-1232.4×R…(1)在公式(1)中，R表示平板玻璃母料20的厚度(mm)/切片宽度(mm)。此外，切片宽度表示切成的两片中较大切片的宽度。现在可假设平板玻璃母料20的尺寸例如是85×85×8mm，在沟槽D1中，切片宽度为85mm/2＝42.5mm。因此当R＝8/42.5代入公式(1)时，沟槽D1的加压冲程变为大约-70(μm)。那么绝对值就是如图2所示的70(μm)。
另一方面，辅助元件材料表示辅助切割元件30中相对每个沟槽部分的材料。具体言之，在图6、7所示的辅助切割元件30中，对沟槽D1-D4的桥台元件31a，31b，32，33a，33b，34a，34b，辅助元件材料材质是天然橡胶，而对沟槽D5-D18的基块35a-35h，辅助元件材料材质是聚氨酯橡胶。
决定使用天然橡胶还是聚氨酯橡胶，例如取决于平板玻璃母料20的厚度(mm)×沟槽切割长度(mm)乘积是否不低于340(mm)。当平板玻璃母料20的厚度(mm)×沟槽切割长度(mm)乘积是340(mm)或更多时，用天然橡胶。而当它低于340时则用聚氨酯橡胶。例如在沟槽D1中，85×85(mm)＝680≥340。因此在相对的桥台元件31a，31b里用天然橡胶。
另外，加压冲程和辅助元件材料的条件不限于上述条件，可根据诸如加压作业速度的其他情况适当改变。
如上所述，本发明中平板玻璃母料以沟槽面朝内铺设在衬托基底上，压头按照沟槽切割次序的加压量从上方对沟槽反面部分加压，完成切割后控制压头停止推进，从而切断平板玻璃母料。因此，压下量能防止过大或太小，防止平板玻璃母料的切割缺陷、碎裂等。所以能够得到重量均匀的待压材料。此外，由于应用实施完成切割后停止压头推进的控制方式，没有进行多于需要的进一步加压。因此，能防止切断的玻璃元件碎裂。
权利要求
1.一种平板玻璃母料的切割方法，包括步骤制备在其主表面上预先划刻/加工成多个沟槽的平板玻璃母料；将所述平板玻璃母料使所述沟槽朝内铺设在衬托基底上；从外面向所述沟槽反面部分通过压头使用按照沟槽切割顺序的加压量进行加压；完成切割后实行控制压头停止向前；和切断所述平板玻璃母料。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中所述方法进一步包括以下步骤探测所述平板玻璃母料的切割；和在测出所述切断的时刻停止所述加压作业。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于，其中所述方法进一步包括以下步骤对每个沟槽预先设定所述加压作业的冲程量的最优选值；和在所述冲程量达到最佳值的时刻停止每个沟槽的加压作业。
4.一种待压材料的制备方法，包括步骤按照权利要求1-3中任一方法得到用作原料的玻璃材料；加热/软化该玻璃材料；和进行加压模压。
5.一种平板玻璃母料的切割设备，用于切割在其主表面上预先划刻/加工成多个沟槽的平板玻璃母料，包括一种衬托基底，将所述平板玻璃母料使其上形成有所述沟槽的主表面面朝内地铺设在衬托基底上；一种压头，从外部对所述铺设的平板玻璃母料加压；一种压头运动机械部件，用于移动所述压头运动从而对所述平板玻璃母料沟槽反面部分加压；一种探测切割的传感器，用于探测所述平板玻璃母料的切割；加压切割的控制装置，驱动所述压头运动机械部件以便相对所述平板玻璃母料移动所述压头，和对所述平板玻璃母料沟槽反面部分进行加压和切割；和加压作业控制装置，用于根据来自所述探测切割传感器的探测讯号控制所述压头对每个所述沟槽的加压作业；
6.根据权利要求5的设备，其特征在于，其中所述加压作业控制装置在探测到所述切断的时刻停止所述加压作业。
全文摘要
一种平板玻璃母料的切割方法,其中在一个主表面上预先划刻/加工成多个沟槽,和恒定进行适当加压,使得形成更优选的待压材料。当通过压头191对平板玻璃母料20加压时,和在沟槽D1部分切断时,立即产生振动。该振动经过压头基底190传输到振动传感器193。随后在传感器193测出该振动时刻,停止加压设备19的Z－轴伺服马达192和停止压头191的加压。因此,压头没有多于需要的推进,可防止玻璃在切断部分碎裂。
文档编号C03B33/033GK1250032SQ9912187
公开日2000年4月12日 申请日期1999年9月16日 优先权日1998年9月16日
发明者吉国启介, 冢田章吾 申请人:保谷株式会社