(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した脆性材料の割断方法では、割断にあたって割断の開始位置を指定する傷を付けたり、材料を割り易くするスクライビング線を形成したりする必要がないので、加工時間の短縮化を実現することができる。
しかしながら、この脆性材料の割断方法では、レーザ光の二回目の照射によって、一回目のレーザ光の照射で生じた亀裂を材料厚み方向に成長させるようにしているので、割断面に微小な亀裂や歪が生じる可能性を否定することができないうえ、例えば、脆性材料に角穴を開ける場合には、入隅に意図しない亀裂が発生する虞があるという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。
【0005】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、作業時間の短縮を実現したうえで、仕上げ加工をほとんど必要としない切断面を得ることができ、加えて、矩形状や星形状などの入隅を有する形状の穴開け加工時には、入隅に亀裂のない穴を形成することが可能である脆性材料の切断方法及び切断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、液晶ディスプレー用ガラスなどの脆性材料から成る脆性ワーク
に矩形状や星形状などの入隅を有する形状の穴開け加工を行う際に用いる前記脆性ワークの切
断方法であって、レーザ光を前記脆性ワークの表面に照射して、
矩形状や星形状などの入隅を有する穴の輪郭に沿う切断線を描くべく走査させて該脆性ワークを切断し、次いで、前記レーザ光のビーム径以上のビーム径で且つ前記レーザ光の出力以下のレーザ光を前記切断線に沿って走査させて、切断面を再溶融する構成としている(請求項1)。
【0007】
また、本発明は、液晶ディスプレー用ガラスなどの脆性材料から成る脆性ワーク
に矩形状や星形状などの入隅を有する形状の穴開け加工を行う際に用いる前記脆性ワークの切
断装置であって、レーザ光を発するレーザ発振器と、このレーザ発振器から発せられたレーザ光の光軸及び前記脆性ワークを相対的に移動させて、前記レーザ光を脆性ワークの表面上で走査させる走査機構と、前記レーザ発振器及び走査機構を動作させて、前記レーザ光を脆性ワークの表面上で
矩形状や星形状などの入隅を有する穴の輪郭に沿う切断線を描くべく走査させて該脆性ワークを
前記穴の輪郭に沿って切断すると共に、この走査により切断した前記脆性ワークの切断線に沿ってレーザ光を再走査させて切断面を再溶融する制御部を備え、前記制御部は、後に走査させる後レーザ光のビーム径を先に走査させる先レーザ光のビーム径以上に制御すると共に、後に走査させる前記後レーザ光の出力を先に走査させる前記先レーザ光の出力以下に制御する構成としている(請求項2)。
【0008】
好ましくは、前記先レーザ光を発する先レーザ発振器と、前記後レーザ光を発する後レーザ発振器を備え、前記制御部は、前記先レーザ発振器及び走査機構を動作させて、前記先レーザ光を脆性ワークの表面上で
矩形状や星形状などの入隅を有する穴の輪郭に沿う切断線を描くべく走査させて該脆性ワークを切断すると共に、前記後レーザ発振器及び走査機構を動作させて、前記先レーザ光の走査により切断した前記脆性ワークの切断線に沿って前記後レーザ発振器からの後レーザ光を走査させて切断面を再溶融するべく制御する構成としている(請求項3)。
【0009】
本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置は、例えば、脆性ワークとして厚さ0.1mm、100mm×100mmの液晶ディスプレー用ガラスの切断や角穴,丸穴等の穴開け加工に用いられる。
【0010】
この際、レーザ発振器のレーザ媒質には、例えば、CO
2やYb:ガラスファイバを用いることができ、入熱過多による亀裂の発生を阻止するべく、CO
2レーザ発振器の場合には出力を18W程度に抑え、Yb:ガラスファイバレーザ発振器の場合には出力を30W程度に抑えることが望ましい。
また、レーザ出力形態としては、連続発振を採用することができるほか、ノーマルパルス発振や、例えばパルス幅がフェムト秒のQスイッチパルス発振を採用することができる。
【0011】
さらに、本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置において、脆性ワークを切断する場合には、レーザトーチに設けられたガス供給口から脆性ワークの切断部分に対してアシストガスとしてのセンタシールドガスを吹き付けつつ切断するが、このセンタシールドガスには、切断性能を高め得るアルゴンやヘリウムや窒素などの不活性ガスを用いることが望ましい。
【0012】
さらにまた、本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置において、脆性ワークの切断部分に対して同じくアシストガスとしてのサブシールドガスを吹き付けることが望ましく、このサブシールドガスの種類や供給量や供給角度は、切断要求や切断仕様に応じて、加工現場にて適宜決めることができる。
このように、脆性ワークの切断部分にサブシールドガスを吹き付けつつ切断すると、脆性ワークのレーザ光が照射される表面側の切断品質が向上することとなる。
【0013】
さらにまた、本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置において、脆性ワークを支持する治具の形状に工夫を凝らすと共に、ドロス(溶融金属)が切断面に付着するのを阻止するドロス除去用のアシストガスを用いることが望ましい。
具体的には、治具に直線や曲線などの切断線に沿う溝を設けると共に、この溝にドロス除去用のアシストガスを供給することが望ましく、この際、切断線と治具の溝の縁との間に、脆性ワークの厚みが例えば約100μmであれば20μm程度のクリアランスを、また、脆性ワークの厚みが例えば約50μmであれば15μm程度のクリアランスを設けることが望ましい。
このように、治具に切断線に沿う溝を設けると共に、この溝にドロス除去用のアシストガスを供給すると、脆性ワークの裏面側の切断品質が向上することとなる。
【0014】
本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置において、例えば、レーザ発振器のレーザ媒質としてCO
2を採用し、連続発振によるレーザ光で角穴を開ける場合には、まず、液晶ディスプレー用ガラスの表面上において、18W以下のレーザ光を所望の角穴形状に走査させて穴開けする。
次いで、この切断時と同じく18W以下の出力で且つこの切断時以上のビーム径のレーザ光を角穴の縁に沿って走査させて再溶融する。
【0015】
このように、本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置では、1回目のレーザ光の走査で形成した角穴の縁に沿って、レーザ光を再度走査させて角穴の縁を再溶融するようにしているので、1回目のレーザ光走査による加工時において角穴の縁(特に入隅)に微小な亀裂や歪が生じていたとしても、これらの亀裂や歪が2回目のレーザ光走査による再溶融により消滅することとなり、したがって、仕上げ加工をほとんど必要としない、入隅に亀裂のない角穴を形成し得ることとなる。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係る脆性ワークの切断方法及び脆性ワークの切断装置では、1回目のレーザ光の走査で形成した切断面に沿って、レーザ光を再度走査させて該切断面を再溶融するようにしているので、作業時間の短縮を実現したうえで、仕上げ加工をほとんど必要としない切断面(加工面)を得ることができるうえ、矩形状や星形状などの入隅を有する形状の穴開け加工時には、入隅に亀裂のない穴を形成することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
また、本発明に係る脆性ワークの切断装置では、先レーザ光を発する先レーザ発振器及び後レーザ光を発する後レーザ発振器を備えた構成としているので、後レーザ発振器からの後レーザ光を先レーザ光に追随させて走査させることができ、その結果、作業時間のより一層の短縮を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1〜
図7は本発明に係る脆性ワークの切断装置の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る脆性ワークの切断装置を液晶ディスプレー用ガラスの切断や角穴,丸穴等の穴開け加工に用いた場合を例に挙げて説明する。
【0019】
図1〜
図3に示すように、この脆性ワークの切断装置1は、スタンド付きキャスタ2aを四隅に有するベース部2を備えており、このベース部2上の一端側半面は、各種機器の搭載エリアAになっていると共に、ベース部2上の他端側半面は、加工エリアBになっている。
【0020】
ベース部2上の搭載エリアAには、台状に枠組みされたフレーム3が設置されている。このフレーム3上には、レーザ光を発するCO
2レーザ発振器4が載置されており、フレーム3に囲まれた部位には、電源供給ボックス5,6や、後述するアシストガスを吸引する集煙ボックス7が収容されている。
【0021】
一方、ベース部2上の加工エリアBには、集光レンズを内蔵した鉛直方向に沿うレーザトーチ8が設けられている。このレーザトーチ8は、フレーム3の加工エリアBへの延出部の先端に昇降可能に配置されており、このレーザトーチ8の下端部には、アルゴンなどの不活性ガスをセンタシールドガス(アシストガス)として供給するガス供給口9が設けられている。
【0022】
また、この加工エリアBには、レーザトーチ8の下方に位置して液晶ディスプレー用ガラスを寝かせた状態で支持する加工テーブル(治具)10が設けられている。
この加工テーブル10は、
図4に示すように、底部10aを有する矩形枠状を成している。この加工テーブル10の上方を向く端面の内側の縁には、ガラス受け用の段差10bが形成されており、液晶ディスプレー用ガラスWは、
図5にも示すように、寝かせた状態で段差10bに載置されて、周囲をねじ止めされることで固定される。
【0023】
この場合、加工エリアBには、ベース部2上に固定されたX方向ガイド11と、このX方向ガイド11上をスライドするY方向ガイド12が設置されており、加工テーブル10は、このY方向ガイド12上にスライド可能に配置されている。すなわち、加工テーブル10及び両ガイド11,12は、レーザトーチ8に対して液晶ディスプレー用ガラスを水平面内(XY面内)で移動させて、この液晶ディスプレー用ガラス上でレーザ光を走査させる走査機構を構成している。
【0024】
さらに、加工エリアBには、CO
2レーザ発振器4から発せられたレーザ光のビーム径などを調節しつつレーザトーチ8に導くハーフミラーユニット13、ビームエキスパンダユニット14、ベンダーミラー15が設けられている。ハーフミラーユニット13及びビームエキスパンダユニット14は、フレーム3の加工エリアBへの延出部上に固定され、ベンダーミラー15は、レーザトーチ8の上方に配置されている。
【0025】
この実施例において、ベース部2上の加工エリアBは、縦枠21及び横枠22で支持される透明パネル23で覆われており、正面及び側面に位置する透明パネル23を引き違い戸の要領で左右にスライドさせることで、液晶ディスプレー用ガラスを加工テーブル10に対して着脱するための開口が形成されるようになっている。
【0026】
加工エリアBの上方を覆う透明パネル23上には、レーザコントローラ(制御部)31が配置してあると共に、加工エリアB側のベース部2には、加工テーブルコントローラ(制御部)32が収納してある。これらのコントローラ31,32は、CO
2レーザ発振器4と、走査機構である加工テーブル10及び両ガイド11,12とをそれぞれ以下のようにコントロールする。
【0027】
まず、CO
2レーザ発振器4及び走査機構を動作させ、
図6に示すように、CO
2レーザ発振器4が発したレーザ光Laを液晶ディスプレー用ガラスW上で所望の切断線を描くべく適宜速度で走査させて、この液晶ディスプレー用ガラスWを切断する。そして、この走査により切断した液晶ディスプレー用ガラスWの切断線Waに沿って、再びCO
2レーザ発振器4が発したレーザ光Lbを適宜速度で走査させて切断面を再溶融する。
【0028】
この際、これらのコントローラ31,32は、後に走査させる後レーザ光Lbのビーム径が先に走査させる先レーザ光Laのビーム径以上になるように制御すると共に、後に走査させる後レーザ光Lbの出力が先に走査させる先レーザ光Laの出力以下になるように制御するようになっている。
【0029】
上記した脆性ワークの切断装置1において、液晶ディスプレー用ガラスWを切断する場合には、
図7に簡略的に示すように、レーザトーチ8に設けられたガス供給口9から液晶ディスプレー用ガラスWの切断部分に対してアシストガスとしてのセンタシールドガスCGを吹き付けつつ切断する。
【0030】
また、上記した脆性ワークの切断装置1において、液晶ディスプレー用ガラスWの切断部分に対して同じくアシストガスとしてのサブシールドガスSGを吹き付けることが望ましく、このサブシールドガスSGの種類や供給量や供給角度は、切断要求や切断仕様に応じて、加工現場にて適宜決めることができる。
このように、液晶ディスプレー用ガラスWの切断部分にサブシールドガスSGを吹き付けつつ切断すると、液晶ディスプレー用ガラスWの表面側の切断品質が向上する。
【0031】
さらに、上記した脆性ワークの切断装置1において、治具である加工テーブル10に切断線Waに沿う溝10cを設けると共に、この溝10cにドロス(溶融金属)が切断面に付着するのを阻止するドロス除去用のアシストガスDGを供給することができ、この際、切断線Waと加工テーブル10の溝10cの縁10dとの間に、液晶ディスプレー用ガラスWの厚みが例えば約100μmであれば20μm程度のクリアランスを、また、液晶ディスプレー用ガラスWの厚みが例えば約50μmであれば15μm程度のクリアランスを設けることが望ましい。
このように、加工テーブル10に切断線Waに沿う溝10cを設けると共に、この溝10cにドロス除去用のアシストガスDGを供給するように成すと、液晶ディスプレー用ガラスWの裏面側の切断品質が向上することとなる。
なお、加工テーブル10の溝10cは直線状のもに限定されるものではなく、切断線が曲線であればこれに対応した曲線状に形成される。
【0032】
図2における符号35はアシストガス調整部であり、符号36は作動表示灯である。また、符号37は冷却ユニットであり、
図3における符号38はガス供給源連結部である。
【0033】
このような構成を成す脆性ワークの切断装置1において、連続発振によるレーザ光で液晶ディスプレー用ガラスWを切断する場合には、まず、レーザコントローラ31によりCO
2レーザ発振器4を作動させてレーザ光を発生させ、これと同時に、加工テーブルコントローラ32により走査機構である加工テーブル10及び両ガイド11,12をそれぞれ動作させる。
【0034】
そして、ハーフミラーユニット13、ビームエキスパンダユニット14及びベンダーミラー15を順次通過してレーザトーチ8に導かれたレーザ光が、レーザトーチ8で所定の大きさのビーム径に調節されて照射されると、
図6に示すように、加工テーブル10上の液晶ディスプレー用ガラスWの表面上において、レーザ光Laが所定の速度で所望の形状に走査されて切断がなされることとなる。
【0035】
次いで、このレーザ光Laの走査により切断した液晶ディスプレー用ガラスWの切断線Waに沿って、CO
2レーザ発振器4が発した一回目のレーザ光Laと同じ出力で且つ同じビーム径のレーザ光Lbを所定の速度で再走査させて、切断面を再溶融する。
【0036】
このように、この実施例に係る脆性ワークの切断装置1では、1回目のレーザ光Laの走査で形成した切断線Waに沿って、レーザ光Lbを再度走査させて切断面を再溶融するようにしているので、1回目のレーザ光Laの走査による切断時において切断面に微小な亀裂や歪が生じていたとしても、これらの亀裂や歪が2回目のレーザ光Lbの走査による再溶融により消滅することとなり、したがって、仕上げ加工をほとんど必要としない切断面を得ることとなる。
【0037】
上記切断に際して、
図7に示すように、液晶ディスプレー用ガラスWの切断線WaにサブシールドガスSGを吹き付けつつ切断すると、液晶ディスプレー用ガラスWの表面側の切断品質が向上することとなる。加えて、加工テーブル10に設けた溝10cにドロス除去用のアシストガスDGを供給しながら切断すると、液晶ディスプレー用ガラスWの裏面側の切断品質も向上することとなる。
【0038】
そこで、この実施例に係る脆性ワークの切断装置1によって厚さ0.1mm、100mm×100mmの液晶ディスプレー用ガラスを切断した際の切断面を顕微鏡で観察したところ、
図8に示す顕微鏡画像を得た。この切断時において、レーザ光La,Lbの各出力,走査速度及びビーム径を、いずれも、18W,10mm/sec及び60μmとした。
【0039】
図8に示す顕微鏡画像から、液晶ディスプレー用ガラスWの切断面Wbに亀裂や歪が生じていないことが判り、これにより、この実施例に係る脆性ワークの切断装置1では、仕上げ加工をほとんど必要としない切断面Wbが得られることが実証できた。
【0040】
また、この実施例に係る脆性ワークの切断装置1によって厚さ0.1mm、100mm×100mmの液晶ディスプレー用ガラスに角穴及び丸穴を開けた際の平面を観察したところ、
図9及び
図10に示す画像を得た。これらの加工時においても、レーザ光La,Lbの各出力,走査速度及びビーム径を、いずれも、18W,10mm/sec及び60μmとした。
【0041】
図9及び
図10に示す画像から、液晶ディスプレー用ガラスに形成された角穴Wc及び丸穴Wdの各縁(特に角穴の入隅)に、いずれも亀裂や歪が生じていないことが判り、これにより、この実施例に係る脆性ワークの切断装置1では、仕上げ加工をほとんど必要としない、角穴Wc(入隅に亀裂のない角穴)や丸穴Wdを形成し得ることが実証できた。
【0042】
上記した実施例に係る脆性ワークの切断装置1では、1回目のレーザ光Laの走査及び2回目のレーザ光Lbの走査とも、出力及びビーム径をいずれも18W及び60μmとしているが、2回目の走査におけるレーザ光Lbの出力を18Wよりも小さく、ビーム径を60μmよりも大きくしてもよい。
【0043】
また、上記した実施例に係る脆性ワークの切断装置1では、レーザ媒質をCO
2としているが、レーザ媒質をガラスファイバとしてもよく、加えて、レーザ出力形態も連続発振に限定しない。
【0044】
さらに、上記した実施例では、脆性ワークの切断装置1がCO
2レーザ発振器4を1台備えている場合を例に挙げて説明したが、他の構成として、CO
2レーザ発振器4のほかに、このCO
2レーザ発振器4とレーザ媒質を同じくするレーザ発振器や、レーザ媒質が異なるレーザ発振器をもう1台設置するようにしてもよい。
【0045】
このように、CO
2レーザ発振器4のほかにもう1台レーザ発振器を設置した場合には、このレーザ発振器(後レーザ発振器)からの後レーザ光をCO
2レーザ発振器4(先レーザ発振器)からの先レーザ光に追随させて走査させることができ、その結果、作業時間のより一層の短縮を実現し得ることとなる。
【0046】
本発明に係る脆性ワークの切断方法及び切断装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。