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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-05
(45)【発行日】2024-09-13
(54)【発明の名称】複合材の分断方法及び複合材
(51)【国際特許分類】
B23K 26/364 20140101AFI20240906BHJP
C03B 33/09 20060101ALI20240906BHJP
C03B 33/033 20060101ALI20240906BHJP
【ＦＩ】
B23K26/364
C03B33/09
C03B33/033
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2022546884
(86)(22)【出願日】2021-04-19
(86)【国際出願番号】 JP2021015845
(87)【国際公開番号】W WO2022049824
(87)【国際公開日】2022-03-10
【審査請求日】2024-03-11
(31)【優先権主張番号】P 2020149235
(32)【優先日】2020-09-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000003964
【氏名又は名称】日東電工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001748
【氏名又は名称】弁理士法人まこと国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】菅野 敏広
(72)【発明者】
【氏名】平田 聡
(72)【発明者】
【氏名】仲井 宏太
(72)【発明者】
【氏名】村重 毅
(72)【発明者】
【氏名】稲垣 淳一
【審査官】齋藤 健児
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２８０４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１２２９６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平２－３６０９４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２６／３６４
Ｃ０３Ｂ ３３／０９
Ｃ０３Ｂ ３３／０３３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法であって、レーザ光源から発振したレーザ光を前記複合材の分断予定線に沿って前記樹脂層に照射して前記樹脂層を形成する樹脂を除去することで、前記分断予定線に沿った加工溝を形成する樹脂除去工程と、
前記樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を前記分断予定線に沿って前記脆性材料層に照射して前記脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、前記分断予定線に沿った加工痕を形成する脆性材料除去工程と、を含み、
前記脆性材料除去工程で形成する前記加工痕は、前記樹脂層側で開口し、且つ、前記脆性材料層を非貫通である、
複合材の分断方法。
【請求項2】
前記脆性材料除去工程において、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光のパワー、及び、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の焦点と前記脆性材料層との位置関係を調整することで、前記加工痕の深さを調整する、請求項１に記載の複合材の分断方法。
【請求項3】
前記加工痕の深さが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下である、請求項１又は２に記載の複合材の分断方法。
【請求項4】
前記加工痕の深さが、前記脆性材料層の厚みの６５％以下である、請求項３に記載の複合材の分断方法。
【請求項5】
前記脆性材料除去工程の後、前記分断予定線に沿って外力を加えることで、前記複合材を分断する複合材分断工程を更に含む、請求項１から４の何れかに記載の複合材の分断方法。
【請求項6】
前記脆性材料層の厚みが、５μｍ以上２００μｍ以下である、請求項１から５の何れかに記載の複合材の分断方法。
【請求項7】
脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材であって、前記脆性材料層の少なくとも一の端面における前記樹脂層側の第１部位の表面粗さが、前記脆性材料層の前記一の端面における前記樹脂層と反対側の第２部位の表面粗さよりも大きい、
複合材。
【請求項8】
前記第１部位の表面粗さが、算出平均高さＳａで３００ｎｍ未満であり、前記第２部位の表面粗さが、算出平均高さＳａで１２ｎｍ未満である、
請求項７に記載の複合材。
【請求項9】
前記第１部位の厚みが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下である、請求項７又は８に記載の複合材。
【請求項10】
前記第１部位の厚みが、前記脆性材料層の厚みの６５％以下である、請求項９に記載の複合材。
【請求項11】
前記脆性材料層の厚みが、５μｍ以上２００μｍ以下である、請求項７から１０の何れかに記載の複合材。
【請求項12】
前記脆性材料層側が凸となるように曲げたときの前記複合材の曲げ強度が、２００ＭＰａ以上である、請求項７から１１の何れかに記載の複合材。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法、及びこれによって得ることのできる複合材（複合材片）に関する。特に、本発明は、分断後の脆性材料層の端面のクラックや、分断後の樹脂層の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材を分断可能で、且つ分断後の複合材に十分な曲げ強度が得られる方法、及びこれによって得ることのできる複合材に関する。
【背景技術】
【0002】
テレビやパーソナルコンピュータに用いられる画像表示装置の最表面側には、多くの場合、画像表示装置を保護するための保護材が配置されている。保護材として、代表的には、ガラス板が使用されている。
しかしながら、スマートフォン、スマートウォッチ、車載ディスプレイ等に用いられる画像表示装置のように、画像表示装置の小型化、薄型化、軽量化に伴い、保護機能と光学機能とを兼ね備える薄型の保護材に対する要望が高まっている。このような保護材としては、例えば、保護機能を奏するガラス等の脆性材料層と、光学機能を奏する偏光フィルム等の樹脂層とが積層された複合材が挙げられる。この複合材は、用途に応じた所定形状・所定寸法に分断する必要がある。
しかしながら、スマートフォン、スマートウォッチ、車載ディスプレイ等に用いられる画像表示装置のように、画像表示装置の小型化、薄型化、軽量化に伴い、保護機能と光学機能とを兼ね備える薄型の保護材に対する要望が高まっている。このような保護材としては、例えば、保護機能を奏するガラス等の脆性材料層と、光学機能を奏する偏光フィルム等の樹脂層とが積層された複合材が挙げられる。この複合材は、用途に応じた所定形状・所定寸法に分断する必要がある。
【0003】
従来、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法として、特許文献１に記載の方法が提案されている。
特許文献１に記載の方法は、ＣＯ２レーザ光源等のレーザ光源から発振したレーザ光を複合材の分断予定線に沿って樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去することで、分断予定線に沿った加工溝を形成する樹脂除去工程と、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を分断予定線に沿って脆性材料層に照射して脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線に沿った加工痕を形成する脆性材料除去工程と、を含み、加工痕が脆性材料層を貫通する貫通孔である。
特許文献１に記載の方法によれば、分断後の脆性材料層の端面のクラックや、分断後の樹脂層の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材を分断可能である。
特許文献１に記載の方法は、ＣＯ２レーザ光源等のレーザ光源から発振したレーザ光を複合材の分断予定線に沿って樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去することで、分断予定線に沿った加工溝を形成する樹脂除去工程と、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を分断予定線に沿って脆性材料層に照射して脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線に沿った加工痕を形成する脆性材料除去工程と、を含み、加工痕が脆性材料層を貫通する貫通孔である。
特許文献１に記載の方法によれば、分断後の脆性材料層の端面のクラックや、分断後の樹脂層の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材を分断可能である。
【0004】
特許文献１に記載の方法でも、分断後の複合材に所定の曲げ強度が得られるものの、より一層十分な曲げ強度が得られることが望まれている。
【0005】
なお、非特許文献１には、超短パルスレーザ光を用いた加工技術において、超短パルスレーザ光のフィラメンテーション現象を利用することや、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系又はベッセルビーム光学系を適用することが記載されている。
また、非特許文献２には、薄ガラス基板の２点曲げ応力について記載されている。
また、非特許文献２には、薄ガラス基板の２点曲げ応力について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１９－１２２９６６号公報
【非特許文献】
【0007】
【文献】ジョン ロペス（John Lopez）他、“超短パルスベッセルビームを用いたガラス切断（GLASS CUTTING USING ULTRASHORT PULSED BESSEL BEAMS）”、［online］、２０１５年１０月、International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO)、［令和２年７月１７日検索］、インターネット（URL:https://www.researchgate.net/publication/284617626_GLASS_CUTTING_USING_ULTRASHORT_PULSED_BESSEL_BEAMS）
【文献】Suresh T. Gulati他、“Two Point Bending of Thin Glass Substrate”、２０１１年、SID 11 DIGEST、ｐ．６５２－６５４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、分断後の脆性材料層の端面のクラックや、分断後の樹脂層の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材を分断可能で、且つ分断後の複合材に十分な曲げ強度が得られる方法、及びこれによって得ることのできる複合材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、加工痕を脆性材料層の樹脂層側のみに形成することで、分断後の複合材に十分な曲げ強度が得られることを見出し、本発明を完成した。
【0010】
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材を分断する方法であって、レーザ光源から発振したレーザ光を前記複合材の分断予定線に沿って前記樹脂層に照射して前記樹脂層を形成する樹脂を除去することで、前記分断予定線に沿った加工溝を形成する樹脂除去工程と、前記樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を前記分断予定線に沿って前記脆性材料層に照射して前記脆性材料層を形成する脆性材料を除去することで、前記分断予定線に沿った加工痕を形成する脆性材料除去工程と、を含み、前記脆性材料除去工程で形成する前記加工痕は、前記樹脂層側で開口し、且つ、前記脆性材料層を非貫通である、複合材の分断方法を提供する。
【0011】
本発明に係る複合材の分断方法によれば、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光を脆性材料層に照射して脆性材料層を形成する脆性材料を除去するため、分断後の脆性材料層の端面（複合材の厚み方向（脆性材料層と樹脂層との積層方向）に直交する方向の端面）にクラックが生じない。また、本発明に係る複合材の分断方法によれば、脆性材料除去工程の前に、樹脂除去工程において、レーザ光源から発振したレーザ光を樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去するため、分断後の樹脂層の端面（複合材の厚み方向（脆性材料層と樹脂層との積層方向）に直交する方向の端面）に深刻な熱劣化が生じない。すなわち、本発明に係る複合材の分断方法によれば、分断後の脆性材料層の端面のクラックや、分断後の樹脂層の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材を分断可能である。
また、本発明に係る複合材の分断方法によれば、脆性材料除去工程で形成する加工痕が、樹脂層側で開口し、且つ、脆性材料層を非貫通である。換言すれば、脆性材料除去工程において、加工痕を脆性材料層の樹脂層側のみに形成する。したがい、本発明者らが知見したように、分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることができる。
また、本発明に係る複合材の分断方法によれば、脆性材料除去工程で形成する加工痕が、樹脂層側で開口し、且つ、脆性材料層を非貫通である。換言すれば、脆性材料除去工程において、加工痕を脆性材料層の樹脂層側のみに形成する。したがい、本発明者らが知見したように、分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることができる。
【0012】
なお、本発明に係る複合材の分断方法において、「レーザ光を前記複合材の分断予定線に沿って前記樹脂層に照射」とは、複合材の厚み方向（脆性材料層と樹脂層との積層方向）から見て、分断予定線に沿ってレーザ光を樹脂層に照射することを意味する。また、本発明に係る複合材の分断方法において、「レーザ光を前記分断予定線に沿って前記脆性材料層に照射」とは、複合材の厚み方向（脆性材料層と樹脂層との積層方向）から見て、分断予定線に沿ってレーザ光を脆性材料層に照射することを意味する。
また、本発明に係る複合材の分断方法において、樹脂除去工程において用いるレーザ光源の種類は、発振したレーザ光で樹脂層を形成する樹脂を除去できるものである限りにおいて、特に限定されるものではない。ただし、複合材に対するレーザ光の相対的な移動速度（加工速度）を高めることが可能である点で、赤外域の波長のレーザ光を発振するＣＯ２レーザ光源やＣＯレーザ光源を用いることが好ましい。
また、本発明に係る複合材の分断方法において、脆性材料層除去工程で形成する加工痕は、分断予定線に沿ったミシン目状の加工痕でもよいし、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光と脆性材料層との分断予定線に沿った相対移動速度を小さく設定するか、超短パルスレーザ光源のパルス発振の繰り返し周波数を大きく設定することで形成される、分断予定線に沿って一体的に繋がった加工痕であってもよい。
さらに、本発明に係る複合材の分断方法において、脆性材料層の両側にそれぞれ樹脂層が積層された複合材である場合、「樹脂層側で開口」とは、両側の樹脂層のうち、何れか一方の樹脂層側で開口していることを意味する。
また、本発明に係る複合材の分断方法において、樹脂除去工程において用いるレーザ光源の種類は、発振したレーザ光で樹脂層を形成する樹脂を除去できるものである限りにおいて、特に限定されるものではない。ただし、複合材に対するレーザ光の相対的な移動速度（加工速度）を高めることが可能である点で、赤外域の波長のレーザ光を発振するＣＯ２レーザ光源やＣＯレーザ光源を用いることが好ましい。
また、本発明に係る複合材の分断方法において、脆性材料層除去工程で形成する加工痕は、分断予定線に沿ったミシン目状の加工痕でもよいし、超短パルスレーザ光源から発振したレーザ光と脆性材料層との分断予定線に沿った相対移動速度を小さく設定するか、超短パルスレーザ光源のパルス発振の繰り返し周波数を大きく設定することで形成される、分断予定線に沿って一体的に繋がった加工痕であってもよい。
さらに、本発明に係る複合材の分断方法において、脆性材料層の両側にそれぞれ樹脂層が積層された複合材である場合、「樹脂層側で開口」とは、両側の樹脂層のうち、何れか一方の樹脂層側で開口していることを意味する。
【0013】
本発明に係る複合材の分断方法の前記脆性材料除去工程において、例えば、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光のパワー、及び、前記超短パルスレーザ光源から発振するレーザ光の焦点と前記脆性材料層との位置関係を調整することで、前記加工痕の深さを調整することが好ましい。
上記の好ましい方法において、「レーザ光の焦点と前記脆性材料層との位置関係」とは、複合材の厚み方向についての位置関係を意味する。また、上記の好ましい方法において、「加工痕の深さ」は、加工痕の樹脂層側の端（加工痕の開口端）と、加工痕の脆性材料層側の底部（加工痕の開口端と反対側の端）との距離を意味する。
上記の好ましい方法のように、レーザ光のパワーを調整することで、加工痕を形成する（脆性材料を除去する）のに用いられるエネルギーの強弱を調整することが可能である。また、レーザ光の焦点と脆性材料層との位置関係を調整することで、分断予定線に沿って加工痕を形成するのに用いられるエネルギーに複合材の厚み方向の分布を与えることが可能である。したがい、上記の好ましい方法によれば、脆性材料層の樹脂層側の脆性材料のみを除去して、脆性材料層の樹脂層側のみに加工痕を形成することができ、なお且つ、加工痕の深さを調整することが可能である。
上記の好ましい方法において、「レーザ光の焦点と前記脆性材料層との位置関係」とは、複合材の厚み方向についての位置関係を意味する。また、上記の好ましい方法において、「加工痕の深さ」は、加工痕の樹脂層側の端（加工痕の開口端）と、加工痕の脆性材料層側の底部（加工痕の開口端と反対側の端）との距離を意味する。
上記の好ましい方法のように、レーザ光のパワーを調整することで、加工痕を形成する（脆性材料を除去する）のに用いられるエネルギーの強弱を調整することが可能である。また、レーザ光の焦点と脆性材料層との位置関係を調整することで、分断予定線に沿って加工痕を形成するのに用いられるエネルギーに複合材の厚み方向の分布を与えることが可能である。したがい、上記の好ましい方法によれば、脆性材料層の樹脂層側の脆性材料のみを除去して、脆性材料層の樹脂層側のみに加工痕を形成することができ、なお且つ、加工痕の深さを調整することが可能である。
【0014】
本発明者らの知見によれば、加工痕の深さが小さいほど、分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることが可能である。
したがい、本発明に係る複合材の分断方法において、好ましくは、前記加工痕の深さが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である。
なお、加工痕の深さが小さすぎると、複合材を分断できなくなる。このため、好ましくは、加工痕の深さは、脆性材料層の厚みの１０％以上である。
上記の好ましい方法において、「前記加工痕の深さが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である」とは、分断予定線に沿った加工痕の深さの平均値が脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下であることを意味する。
したがい、本発明に係る複合材の分断方法において、好ましくは、前記加工痕の深さが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である。
なお、加工痕の深さが小さすぎると、複合材を分断できなくなる。このため、好ましくは、加工痕の深さは、脆性材料層の厚みの１０％以上である。
上記の好ましい方法において、「前記加工痕の深さが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である」とは、分断予定線に沿った加工痕の深さの平均値が脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下であることを意味する。
【0015】
好ましくは、本発明に係る複合材の分断方法は、前記脆性材料除去工程の後、前記分断予定線に沿って外力を加えることで、前記複合材を分断する複合材分断工程を更に含む。
上記の好ましい方法によれば、複合材を確実に分断することが可能である。
上記の好ましい方法によれば、複合材を確実に分断することが可能である。
【0016】
本発明に係る複合材の分断方法において、前記脆性材料層の厚みは、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下である。
【0017】
また、前記課題を解決するため、本発明は、脆性材料層と樹脂層とが積層された複合材であって、前記脆性材料層の少なくとも一の端面における前記樹脂層側の第１部位の表面粗さが、前記脆性材料層の前記一の端面における前記樹脂層と反対側の第２部位の表面粗さよりも大きい、複合材としても提供される。
本発明に係る複合材は、前述の本発明に係る複合材の分断方法によって得ることのできる分断後の複合材（複合材片）である。本発明に係る複合材の分断方法によって本発明に係る複合材を得る場合、本発明に係る複合材の脆性材料層の端面における第１部位が加工痕の形成された部位に相当し、脆性材料層の端面における第２部位が加工痕の形成されていない部位に相当する。
本発明に係る複合材は、脆性材料層の端面全体が表面粗さの大きな第１部位ではなく、その一部の樹脂層側の部位が第１部位であって、残りの部位が表面粗さの小さな第２部位であるため、十分な曲げ強度を有する。
本発明に係る複合材は、前述の本発明に係る複合材の分断方法によって得ることのできる分断後の複合材（複合材片）である。本発明に係る複合材の分断方法によって本発明に係る複合材を得る場合、本発明に係る複合材の脆性材料層の端面における第１部位が加工痕の形成された部位に相当し、脆性材料層の端面における第２部位が加工痕の形成されていない部位に相当する。
本発明に係る複合材は、脆性材料層の端面全体が表面粗さの大きな第１部位ではなく、その一部の樹脂層側の部位が第１部位であって、残りの部位が表面粗さの小さな第２部位であるため、十分な曲げ強度を有する。
【0018】
具体的には、本発明に係る複合材において、前記第１部位の表面粗さが、算出平均高さＳａで３００ｎｍ未満であり、前記第２部位の表面粗さが、算出平均高さＳａで１２ｎｍ未満である場合を例示できる。
第１部位の表面粗さは、算術平均高さＳａで好ましくは１２０ｎｍ未満、より好ましくは１００ｎｍ未満、更に好ましくは８０ｎｍ未満、特に好ましくは５０ｎｍである。また、第１部位の表面粗さは、算術平均高さＳａで１２ｎｍ以上であることが好ましい。
算術平均高さＳａは、ＩＳＯ ２５１７８に規定されており、算術平均粗さＲａを三次元に拡張したパラメータである。
第１部位の表面粗さは、算術平均高さＳａで好ましくは１２０ｎｍ未満、より好ましくは１００ｎｍ未満、更に好ましくは８０ｎｍ未満、特に好ましくは５０ｎｍである。また、第１部位の表面粗さは、算術平均高さＳａで１２ｎｍ以上であることが好ましい。
算術平均高さＳａは、ＩＳＯ ２５１７８に規定されており、算術平均粗さＲａを三次元に拡張したパラメータである。
【0019】
本発明者らの知見によれば、表面粗さの大きな第１部位の厚み（脆性材料層の厚み方向に沿った第１部位の寸法）が小さいほど、複合材に十分な曲げ強度を得ることが可能である。
したがい、本発明に係る複合材において、好ましくは、前記第１部位の厚みが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である。
上記の好ましい構成において、「前記第１部位の厚みが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である」とは、脆性材料層の端面における第１部位の厚みの平均値が脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下であることを意味する。
したがい、本発明に係る複合材において、好ましくは、前記第１部位の厚みが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である。
上記の好ましい構成において、「前記第１部位の厚みが、前記脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下である」とは、脆性材料層の端面における第１部位の厚みの平均値が脆性材料層の厚みの９０％以下であり、より好ましくは、６５％以下であることを意味する。
【0020】
本発明に係る複合材において、前記脆性材料層の厚みは、例えば、５μｍ以上２００μｍ以下である。
【0021】
本発明に係る複合材によれば、前記脆性材料層側が凸となるように曲げたときの前記複合材の曲げ強度が、２００ＭＰａ以上のものを得ることができる。
「複合材の曲げ強度が、２００ＭＰａ以上」とは、脆性材料層の厚みに対する第１部位の厚みの割合が同等である複数の複合材の曲げ強度の平均値が２００ＭＰａ以上であることを意味する。
「複合材の曲げ強度が、２００ＭＰａ以上」とは、脆性材料層の厚みに対する第１部位の厚みの割合が同等である複数の複合材の曲げ強度の平均値が２００ＭＰａ以上であることを意味する。
【発明の効果】
【0022】
本発明によれば、分断後の脆性材料層の端面のクラックや、分断後の樹脂層の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材を分断可能で、且つ分断後の複合材に十分な曲げ強度を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法の脆性材料除去工程における加工痕の形成方法の一例を模式的に説明する説明図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る分断方法の複合材分断工程で分断された後の複合材片の構成を模式的に示す断面図である。
【図5】本発明の第３実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。
【図6】実施例１に係る試験の概要を模式的に説明する図である。
【図7】参考例に係る脆性材料層片の曲げ強度の評価結果を示す図である。
【図8】実施例１及び比較例に係る複合材片の曲げ強度の評価結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
＜第１実施形態＞
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法について説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。図１（ａ）は第１実施形態に係る分断方法の樹脂除去工程を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す断面図であり、図１（ｃ）は第１実施形態に係る分断方法の複合材分断工程を示す断面図である。図２（ａ）は第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す平面図であり、図２（ｂ）は第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す斜視図である。なお、図２において、超短パルスレーザ光源３０の図示は省略している。
第１実施形態に係る分断方法は、脆性材料層１と樹脂層２とが積層された複合材１０を厚み方向（脆性材料層１と樹脂層２との積層方向、図１の上下方向、Ｚ方向）に分断する方法である。
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法について説明する。
図１及び図２は、本発明の第１実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図である。図１（ａ）は第１実施形態に係る分断方法の樹脂除去工程を示す断面図であり、図１（ｂ）は第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す断面図であり、図１（ｃ）は第１実施形態に係る分断方法の複合材分断工程を示す断面図である。図２（ａ）は第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す平面図であり、図２（ｂ）は第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程を示す斜視図である。なお、図２において、超短パルスレーザ光源３０の図示は省略している。
第１実施形態に係る分断方法は、脆性材料層１と樹脂層２とが積層された複合材１０を厚み方向（脆性材料層１と樹脂層２との積層方向、図１の上下方向、Ｚ方向）に分断する方法である。
【0025】
脆性材料層１と樹脂層２とは、任意の適切な方法によって積層される。例えば、脆性材料層１と樹脂層２とは、いわゆるロール・トゥ・ロール方式によって積層可能である。すなわち、長尺の脆性材料層１と長尺の樹脂層２とを長手方向に搬送しながら、互いの長手方向を揃えるようにして互いに貼り合わせることで、脆性材料層１と樹脂層２とを積層可能である。また、脆性材料層１と樹脂層２とをそれぞれ所定形状に切断した後、積層することも可能である。脆性材料層１と樹脂層２とは、代表的には、任意の適切な粘着剤や接着剤（図示せず）を介して積層される。
【0026】
脆性材料層１を形成する脆性材料としては、ガラス、及び単結晶又は多結晶シリコンを例示できる。
ガラスとしては、組成による分類によれば、ソーダ石灰ガラス、ホウ酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、石英ガラス、及びサファイアガラスを例示できる。また、アルカリ成分による分類によれば、無アルカリガラス、低アルカリガラスを例示できる。ガラスのアルカリ金属成分（例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ）の含有量は、好ましくは１５重量％以下であり、更に好ましくは１０重量％以下である。
ガラスとしては、組成による分類によれば、ソーダ石灰ガラス、ホウ酸ガラス、アルミノ珪酸ガラス、石英ガラス、及びサファイアガラスを例示できる。また、アルカリ成分による分類によれば、無アルカリガラス、低アルカリガラスを例示できる。ガラスのアルカリ金属成分（例えば、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏ）の含有量は、好ましくは１５重量％以下であり、更に好ましくは１０重量％以下である。
【0027】
脆性材料層１の厚みは、好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１５０μｍ以下であり、更に好ましくは１２０μｍ以下であり、特に好ましくは１００μｍ以下である。一方、脆性材料層１の厚みは、好ましくは５μｍ以上であり、より好ましくは２０μｍ以上であり、更に好ましくは３０μｍ以上である。脆性材料層１の厚みがこのような範囲であれば、ロール・トゥ・ロールによる樹脂層２との積層が可能になる。
【0028】
脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１の波長５５０ｎｍにおける光透過率は、好ましくは８５％以上である。脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１の波長５５０ｎｍにおける屈折率は、好ましくは１．４～１．６５である。脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１の密度は、好ましくは２．３ｇ／ｃｍ３～３．０ｇ／ｃｍ３であり、更に好ましくは２．３ｇ／ｃｍ３～２．７ｇ／ｃｍ３である。
【0029】
脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合、脆性材料層１として、市販のガラス板をそのまま用いてもよく、市販のガラス板を所望の厚みになるように研磨して用いてもよい。市販のガラス板としては、例えば、コーニング社製「７０５９」、「１７３７」又は「ＥＡＧＬＥ２０００」、旭硝子社製「ＡＮ１００」、ＮＨテクノグラス社製「ＮＡ－３５」、日本電気硝子社製「ＯＡ－１０」、ショット社製「Ｄ２６３」又は「ＡＦ４５」が挙げられる。
【0030】
樹脂層２としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのアクリル樹脂、環状オレフィンポリマー（ＣＯＰ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エチレン－酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリアミド（ＰＡ）、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、液晶ポリマー、各種樹脂製発泡体などのプラスチック材料で形成された単層フィルム、又は複数の層からなる積層フィルムを例示できる。
【0031】
樹脂層２が複数の層からなる積層フィルムである場合、層間に、アクリル粘着剤、ウレタン粘着剤、シリコーン粘着剤などの各種粘着剤や、接着剤が介在してもよい。
また、樹脂層２の表面に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどの導電性の無機膜が形成されていてもよい。
第１実施形態に係る分断方法は、特に樹脂層２がディスプレイに用いられる偏光フィルムや位相差フィルム等の各種光学フィルムである場合に好適に用いられる。
樹脂層２の厚みは、好ましくは２０～５００μｍである。
また、樹脂層２の表面に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕなどの導電性の無機膜が形成されていてもよい。
第１実施形態に係る分断方法は、特に樹脂層２がディスプレイに用いられる偏光フィルムや位相差フィルム等の各種光学フィルムである場合に好適に用いられる。
樹脂層２の厚みは、好ましくは２０～５００μｍである。
【0032】
なお、図１に示す例では、樹脂層２が、偏光フィルム２１と剥離ライナー２３とが粘着剤２２を介して積層された積層フィルムである例を図示している。
【0033】
第１実施形態に係る分断方法は、樹脂除去工程と、脆性材料除去工程と、複合材分断工程と、を含んでいる。以下、各工程について順に説明する。
【0034】
［樹脂除去工程］
図１（ａ）に示すように、樹脂除去工程では、レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を複合材１０の分断予定線に沿って樹脂層２に照射して樹脂層２を形成する樹脂を除去することで、分断予定線に沿った加工溝２４を形成する。
図１及び図２に示す例では、複合材１０の面内（ＸＹ２次元平面内）の直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のうち、Ｙ方向に延びる直線ＤＬが分断予定線である場合を図示している。分断予定線ＤＬは、視覚的に認識できる表示として実際に複合材１０に描くことも可能であるし、レーザ光Ｌ１と複合材１０とのＸＹ２次元平面上での相対的な位置関係を制御する制御装置（図示せず）にその座標を予め入力しておくことも可能である。図１及び図２に示す分断予定線ＤＬは、制御装置にその座標が予め入力されており、実際には複合材１０に描かれていない仮想線である。なお、分断予定線ＤＬは、直線に限るものではなく、曲線であってもよい。複合材１０の用途に応じて分断予定線ＤＬを決定することで、複合材１０を用途に応じた任意の形状に分断可能である。
図１（ａ）に示すように、樹脂除去工程では、レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を複合材１０の分断予定線に沿って樹脂層２に照射して樹脂層２を形成する樹脂を除去することで、分断予定線に沿った加工溝２４を形成する。
図１及び図２に示す例では、複合材１０の面内（ＸＹ２次元平面内）の直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）のうち、Ｙ方向に延びる直線ＤＬが分断予定線である場合を図示している。分断予定線ＤＬは、視覚的に認識できる表示として実際に複合材１０に描くことも可能であるし、レーザ光Ｌ１と複合材１０とのＸＹ２次元平面上での相対的な位置関係を制御する制御装置（図示せず）にその座標を予め入力しておくことも可能である。図１及び図２に示す分断予定線ＤＬは、制御装置にその座標が予め入力されており、実際には複合材１０に描かれていない仮想線である。なお、分断予定線ＤＬは、直線に限るものではなく、曲線であってもよい。複合材１０の用途に応じて分断予定線ＤＬを決定することで、複合材１０を用途に応じた任意の形状に分断可能である。
【0035】
第１実施形態では、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が赤外域の９～１１μｍであるＣＯ２レーザ光源を用いている。
ただし、本発明はこれに限るものではなく、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が５μｍであるＣＯレーザ光源を用いることも可能である。
また、レーザ光源２０として、可視光及び紫外線（ＵＶ）パルスレーザ光源を用いることも可能である。可視光及びＵＶパルスレーザ光源としては、発振するレーザ光Ｌ１の波長が５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、３４９ｎｍ又は２６６ｎｍ（Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、又はＹＶＯ４を媒質とする固体レーザ光源の高次高調波）であるもの、発振するレーザ光Ｌ１の波長が３５１ｎｍ、２４８ｎｍ、２２２ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍであるエキシマレーザ光源、発振するレーザ光Ｌ１の波長が１５７ｎｍであるＦ２レーザ光源を例示できる。
また、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が紫外域以外であり、なお且つパルス幅がフェムト秒又はピコ秒オーダーのパルスレーザ光源を用いることも可能である。このパルスレーザ光源から発振するレーザ光Ｌ１を用いれば、多光子吸収過程に基づくアブレーション加工を誘発可能である。
さらに、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が赤外域である半導体レーザ光源やファイバーレーザ光源を用いることも可能である。
前述のように、第１実施形態では、レーザ光源２０としてＣＯ２レーザ光源を用いているため、以下、レーザ光源２０を「ＣＯ２レーザ光源２０」と称する。
ただし、本発明はこれに限るものではなく、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が５μｍであるＣＯレーザ光源を用いることも可能である。
また、レーザ光源２０として、可視光及び紫外線（ＵＶ）パルスレーザ光源を用いることも可能である。可視光及びＵＶパルスレーザ光源としては、発振するレーザ光Ｌ１の波長が５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、３４９ｎｍ又は２６６ｎｍ（Ｎｄ：ＹＡＧ、Ｎｄ：ＹＬＦ、又はＹＶＯ４を媒質とする固体レーザ光源の高次高調波）であるもの、発振するレーザ光Ｌ１の波長が３５１ｎｍ、２４８ｎｍ、２２２ｎｍ、１９３ｎｍ又は１５７ｎｍであるエキシマレーザ光源、発振するレーザ光Ｌ１の波長が１５７ｎｍであるＦ２レーザ光源を例示できる。
また、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が紫外域以外であり、なお且つパルス幅がフェムト秒又はピコ秒オーダーのパルスレーザ光源を用いることも可能である。このパルスレーザ光源から発振するレーザ光Ｌ１を用いれば、多光子吸収過程に基づくアブレーション加工を誘発可能である。
さらに、レーザ光源２０として、発振するレーザ光Ｌ１の波長が赤外域である半導体レーザ光源やファイバーレーザ光源を用いることも可能である。
前述のように、第１実施形態では、レーザ光源２０としてＣＯ２レーザ光源を用いているため、以下、レーザ光源２０を「ＣＯ２レーザ光源２０」と称する。
【0036】
レーザ光Ｌ１を複合材１０の分断予定線に沿って照射する態様（レーザ光Ｌ１を走査する態様）としては、例えば、枚葉状の複合材１０をＸＹ２軸ステージ（図示せず）に載置して固定（例えば、吸着固定）し、制御装置からの制御信号によってＸＹ２軸ステージを駆動することで、レーザ光Ｌ１に対する複合材１０のＸＹ２次元平面上での相対的な位置を変更することが考えられる。また、複合材１０の位置を固定し、制御装置からの制御信号によって駆動するガルバノミラーやポリゴンミラーを用いてＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を偏向させることで、複合材１０に照射されるレーザ光Ｌ１のＸＹ２次元平面上での位置を変更することも考えられる。更には、上記のＸＹ２軸ステージを用いた複合材１０の走査と、ガルバノミラー等を用いたレーザ光Ｌ１の走査との双方を併用することも可能である。
【0037】
ＣＯ２レーザ光源２０の発振形態は、パルス発振でも連続発振でもよい。レーザ光Ｌ１の空間強度分布は、ガウシアン分布でもよいし、レーザ光Ｌ１の除去対象外である脆性材料層１のダメージを抑制するため、回折光学素子（図示せず）等を用いて、フラットトップ分布に整形してもよい。レーザ光Ｌ１の偏光状態に制約はなく、直線偏光、円偏光及びランダム偏光の何れであってもよい。
【0038】
レーザ光Ｌ１を複合材１０の分断予定線ＤＬに沿って樹脂層２（偏光フィルム２１、粘着剤２２及び剥離ライナー２３からなる積層フィルム）に照射することで、樹脂層２を形成する樹脂のうち、レーザ光Ｌ１が照射された樹脂（偏光フィルム２１、粘着剤２２及び剥離ライナー２３のレーザ光Ｌ１が照射された部分）の赤外光吸収に伴う局所的な温度上昇が生じて当該樹脂が飛散することで、当該樹脂が複合材１０から除去され、複合材１０に加工溝２４が形成される。複合材１０から除去される樹脂の飛散物が複合材１０に再付着することを抑制するには、分断予定線ＤＬ近傍に集塵機構を設けることが好ましい。加工溝２４の溝幅が大きくなるのを抑制するには、樹脂層２への照射位置におけるスポット径が３００μｍ以下となるようにレーザ光Ｌ１を集光することが好ましく、スポット径が２００μｍ以下となるようにレーザ光Ｌ１を集光することが更に好ましい。
【0039】
なお、レーザ光Ｌ１が照射された樹脂の赤外光吸収に伴う局所的な温度上昇を原理とする樹脂の除去方法の場合、樹脂の種類や樹脂層２の層構造に関わらず、樹脂層２の厚みによって、加工溝２４を形成するのに必要な投入エネルギーを概ね見積もることが可能である。具体的には、加工溝２４を形成するのに必要な以下の式（１）で表わされる投入エネルギーを、樹脂層２の厚みに基づき、以下の式（２）によって見積もることが可能である。
投入エネルギー［ｍＪ／ｍｍ］＝レーザ光Ｌ１の平均パワー［ｍＷ］／加工速度［ｍｍ／ｓｅｃ］ ・・・（１）
投入エネルギー［ｍＪ／ｍｍ］＝０．５×樹脂層２の厚み［μｍ］ ・・・（２）
実際に設定する投入エネルギーは、上記の式（２）で見積もった投入エネルギーの２０％～１８０％に設定することが好ましく、５０％～１５０％に設定することが更に好ましい。このように見積もった投入エネルギーに対してマージンを設けるのは、樹脂層２を形成する樹脂の光吸収率（レーザ光Ｌ１の波長における光吸収率）や、樹脂の融点・分解点等の熱物性の違いによって、加工溝２４を形成するのに必要な投入エネルギーに差異が生じることを考慮しているからである。具体的には、例えば、第１実施形態に係る分断方法を適用する複合材１０のサンプルを用意し、上記の好ましい範囲内の複数の投入エネルギーでこのサンプルの樹脂層２に加工溝２４を形成する予備試験を行って、適切な投入エネルギーを決定すればよい。
投入エネルギー［ｍＪ／ｍｍ］＝レーザ光Ｌ１の平均パワー［ｍＷ］／加工速度［ｍｍ／ｓｅｃ］ ・・・（１）
投入エネルギー［ｍＪ／ｍｍ］＝０．５×樹脂層２の厚み［μｍ］ ・・・（２）
実際に設定する投入エネルギーは、上記の式（２）で見積もった投入エネルギーの２０％～１８０％に設定することが好ましく、５０％～１５０％に設定することが更に好ましい。このように見積もった投入エネルギーに対してマージンを設けるのは、樹脂層２を形成する樹脂の光吸収率（レーザ光Ｌ１の波長における光吸収率）や、樹脂の融点・分解点等の熱物性の違いによって、加工溝２４を形成するのに必要な投入エネルギーに差異が生じることを考慮しているからである。具体的には、例えば、第１実施形態に係る分断方法を適用する複合材１０のサンプルを用意し、上記の好ましい範囲内の複数の投入エネルギーでこのサンプルの樹脂層２に加工溝２４を形成する予備試験を行って、適切な投入エネルギーを決定すればよい。
【0040】
［脆性材料除去工程］
図１（ｂ）及び図２に示すように、脆性材料除去工程では、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源３０から発振（パルス発振）したレーザ光（超短パルスレーザ光）Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って脆性材料層１に照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工痕１１を形成する。
レーザ光Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って照射する態様（レーザ光Ｌ２を走査する態様）としては、前述のレーザ光Ｌ１を分断予定線ＤＬに沿って照射する態様と同じ態様を採用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
図１（ｂ）及び図２に示すように、脆性材料除去工程では、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源３０から発振（パルス発振）したレーザ光（超短パルスレーザ光）Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って脆性材料層１に照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工痕１１を形成する。
レーザ光Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って照射する態様（レーザ光Ｌ２を走査する態様）としては、前述のレーザ光Ｌ１を分断予定線ＤＬに沿って照射する態様と同じ態様を採用できるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【0041】
脆性材料層１を形成する脆性材料は、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２のフィラメンテーション現象を利用して、或いは、超短パルスレーザ光源３０にマルチ焦点光学系（図示せず）又はベッセルビーム光学系（図示せず）を適用することで、除去される。
【0042】
第１実施形態の脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２のパワー、及び、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の焦点と脆性材料層１との位置関係を調整することで、加工痕１１の深さを調整している。そして、これにより、第１実施形態の脆性材料除去工程で形成する加工痕１１は、樹脂層２側（加工溝２４側）で開口し、且つ、脆性材料層１を非貫通（樹脂層２側と反対側では開口していない）になっている。換言すれば、脆性材料除去工程において、加工痕１１を脆性材料層１の樹脂層２側のみに形成している。
以下、この点について、より具体的に説明する。
以下、この点について、より具体的に説明する。
【0043】
図３は、第１実施形態に係る分断方法の脆性材料除去工程における加工痕１１の形成方法の一例を模式的に説明する説明図である。なお、図３において、加工溝２４（図１、図２参照）の図示は省略している。
図３に示す例では、超短パルスレーザ光源３０にマルチ焦点光学系を適用している。具体的には、図３に示すマルチ焦点光学系は、３つのアキシコンレンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃで構成されている。図３に示すように、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の空間強度分布をガウシアン分布と仮定すれば、比較的強度の高い点Ａから発振したレーザ光Ｌ２は、図３において実線で示す光路を辿って、焦点ＡＦで収束する。一方、比較的強度の低い点Ｂから発振したレーザ光Ｌ２は、図３において破線で示す光路を辿って、焦点ＡＦとは異なる焦点ＢＦで収束する。このように、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２は、マルチ焦点光学系によって、複数の焦点で収束することになる。
図３に示す例では、超短パルスレーザ光源３０にマルチ焦点光学系を適用している。具体的には、図３に示すマルチ焦点光学系は、３つのアキシコンレンズ３１ａ、３１ｂ、３１ｃで構成されている。図３に示すように、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の空間強度分布をガウシアン分布と仮定すれば、比較的強度の高い点Ａから発振したレーザ光Ｌ２は、図３において実線で示す光路を辿って、焦点ＡＦで収束する。一方、比較的強度の低い点Ｂから発振したレーザ光Ｌ２は、図３において破線で示す光路を辿って、焦点ＡＦとは異なる焦点ＢＦで収束する。このように、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２は、マルチ焦点光学系によって、複数の焦点で収束することになる。
【0044】
図３に示すように、複合材１０の脆性材料層１側に、比較的強度の低い点Ｂから発振したレーザ光Ｌ２の焦点ＢＦが位置し、複合材１０の樹脂層２側に、比較的強度の高い点Ａから発振したレーザ光Ｌ２の焦点ＡＦが位置するように、レーザ光Ｌ２の焦点と脆性材料層１との位置関係を調整することで、加工痕１１を形成するのに用いられるエネルギーに複合材１０の厚み方向の分布、具体的には、樹脂層２側のエネルギーの方が脆性材料層１側のエネルギーよりも大きな分布を与えることが可能である。そして、レーザ光Ｌ２の焦点と脆性材料層１との位置関係を調整することで、脆性材料層１におけるこの分布を変化させることが可能である。また、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２のパワーを調整することで、加工痕１１を形成する（脆性材料を除去する）のに用いられるエネルギーの強弱（点Ａ、点Ｂの強度の大小）を調整することが可能である。これにより、脆性材料層１の樹脂層２側の脆性材料のみを除去して、脆性材料層１の樹脂層２側のみに加工痕１１を形成することができ、なお且つ、加工痕１１の深さを調整することが可能である。
【0045】
なお、超短パルスレーザ光のフィラメンテーション現象を利用することや、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系又はベッセルビーム光学系を適用することについては、前述の非特許文献１に記載されている。また、ドイツのTrumpf社から、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系を適用したガラス加工に関する製品が販売されている。このように、超短パルスレーザ光のフィラメンテーション現象を利用することや、超短パルスレーザ光源にマルチ焦点光学系又はベッセルビーム光学系を適用することについては公知であるため、ここではこれ以上の詳細な説明を省略する。
【0046】
第１実施形態の脆性材料除去工程で形成する加工痕１１は、分断予定線ＤＬに沿ったミシン目状の加工痕である。加工痕１１のピッチＰ（図２（ａ）参照）は、パルス発振の繰り返し周波数と、複合材１０に対するレーザ光Ｌ２の相対的な移動速度（加工速度）とによって決まる。後述の複合材分断工程を簡便且つ安定的に行うために、加工痕１１のピッチＰは、好ましくは１０μｍ以下に設定される。より好ましくは、加工痕１１のピッチＰは、５μｍ以下に設定される。加工痕１１の直径は５μｍ以下で形成される場合が多い。
また、加工痕１１の深さは、好ましくは脆性材料層１の厚みの９０％以下や８０％以下に設定され、より好ましくは脆性材料層１の厚みの７０％以下や６０％以下に設定され、さらに好ましくは脆性材料層１の厚みの５０％以下に設定される。加工痕１１の深さが小さすぎると、後述の複合材分断工程で複合材１０を分断できなくなる。このため、加工痕１１の深さは、脆性材料層１の厚みの１０％以上に設定することが好ましく、脆性材料層１の厚みの３０％以上に設定することがより好ましい。
また、加工痕１１の深さは、好ましくは脆性材料層１の厚みの９０％以下や８０％以下に設定され、より好ましくは脆性材料層１の厚みの７０％以下や６０％以下に設定され、さらに好ましくは脆性材料層１の厚みの５０％以下に設定される。加工痕１１の深さが小さすぎると、後述の複合材分断工程で複合材１０を分断できなくなる。このため、加工痕１１の深さは、脆性材料層１の厚みの１０％以上に設定することが好ましく、脆性材料層１の厚みの３０％以上に設定することがより好ましい。
【0047】
超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の波長は、脆性材料層１を形成する脆性材料がガラスである場合に高い光透過率を示す５００ｎｍ～２５００ｎｍであることが好ましい。非線形光学現象（多光子吸収）を効果的に引き起こすため、レーザ光Ｌ２のパルス幅は、１００ピコ秒以下であることが好ましく、５０ピコ秒以下であることが更に好ましい。レーザ光Ｌ２の発振形態は、シングルパルス発振でも、バーストモードのマルチパルス発振でもよい。
【0048】
第１実施形態の脆性材料除去工程では、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を樹脂除去工程で形成した加工溝２４と反対側から脆性材料層１に照射している。図１（ａ）、（ｂ）に示す例では、樹脂層２に対向するように、ＣＯ２レーザ光源２０を複合材１０に対してＺ方向下側に配置し、脆性材料層１に対向するように、超短パルスレーザ光源３０を複合材１０に対してＺ方向上側に配置している。そして、樹脂除去工程においてＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１で加工溝２４を形成した後、レーザ光Ｌ１の発振を停止し、脆性材料除去工程において超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２で加工痕１１を形成している。
しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、ＣＯ２レーザ光源２０及び超短パルスレーザ光源３０を複合材１０に対していずれも同じ側（Ｚ方向上側又は下側）に配置し、樹脂除去工程では樹脂層２をＣＯ２レーザ光源２０に対向させ、脆性材料除去工程では脆性材料層１が超短パルスレーザ光源３０に対向するように複合材１０の上下を反転させる方法を採用することも可能である。
超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を加工溝２４と反対側から照射すれば、たとえ加工溝２４の底部に樹脂の残渣が生じていたとしても、残渣の影響を受けることなく、脆性材料層１に適切な加工痕１１を形成可能である。
しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、ＣＯ２レーザ光源２０及び超短パルスレーザ光源３０を複合材１０に対していずれも同じ側（Ｚ方向上側又は下側）に配置し、樹脂除去工程では樹脂層２をＣＯ２レーザ光源２０に対向させ、脆性材料除去工程では脆性材料層１が超短パルスレーザ光源３０に対向するように複合材１０の上下を反転させる方法を採用することも可能である。
超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を加工溝２４と反対側から照射すれば、たとえ加工溝２４の底部に樹脂の残渣が生じていたとしても、残渣の影響を受けることなく、脆性材料層１に適切な加工痕１１を形成可能である。
【0049】
ただし、本発明は、これに限るものではなく、樹脂除去工程で形成した加工溝２４を脆性材料除去工程の前にクリーニングすることで、樹脂層２を形成する樹脂の残渣を除去するクリーニング工程を更に含んでもよい。そして、脆性材料除去工程において、加工溝２４側から脆性材料層１に超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を照射して加工痕１１を形成することも可能である。
クリーニング工程では、各種ウェット方式及びドライ方式のクリーニング方法を適用可能である。ウェット方式のクリーニング方法としては、薬液浸漬、超音波洗浄、ドライアイスブラスト、マイクロ及びナノファインバブル洗浄を例示できる。ドライ方式のクリーニング方法としては、レーザ、プラズマ、紫外線、オゾンなどを用いることが可能である。
クリーニング工程において、樹脂層２を形成する樹脂の残渣を除去するため、脆性材料除去工程において、加工溝２４側から脆性材料層１に超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を照射しても、レーザ光Ｌ２が樹脂の残渣の影響を受けず、脆性材料層１に適切な加工痕１１を形成可能である。
クリーニング工程では、各種ウェット方式及びドライ方式のクリーニング方法を適用可能である。ウェット方式のクリーニング方法としては、薬液浸漬、超音波洗浄、ドライアイスブラスト、マイクロ及びナノファインバブル洗浄を例示できる。ドライ方式のクリーニング方法としては、レーザ、プラズマ、紫外線、オゾンなどを用いることが可能である。
クリーニング工程において、樹脂層２を形成する樹脂の残渣を除去するため、脆性材料除去工程において、加工溝２４側から脆性材料層１に超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を照射しても、レーザ光Ｌ２が樹脂の残渣の影響を受けず、脆性材料層１に適切な加工痕１１を形成可能である。
【0050】
［複合材分断工程］
図１（ｃ）に示すように、複合材分断工程では、脆性材料除去工程の後、分断予定線ＤＬに沿って外力を加えることで、複合材１０を分断する。図１（ｃ）に示す例では、複合材１０は、複合材片１０ａ、１０ｂに分断される。
複合材１０への外力の付加方法としては、機械的なブレイク（山折り）、赤外域レーザ光による切断予定線ＤＬの近傍部位の加熱、超音波ローラによる振動付加、吸盤による吸着及び引き上げ等を例示できる。山折りによって複合材１０を分断する場合には、加工痕１１が形成された脆性材料層１の樹脂層２側を起点として分断するように、樹脂層２側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように外力を加えることが好ましい。
図１（ｃ）に示すように、複合材分断工程では、脆性材料除去工程の後、分断予定線ＤＬに沿って外力を加えることで、複合材１０を分断する。図１（ｃ）に示す例では、複合材１０は、複合材片１０ａ、１０ｂに分断される。
複合材１０への外力の付加方法としては、機械的なブレイク（山折り）、赤外域レーザ光による切断予定線ＤＬの近傍部位の加熱、超音波ローラによる振動付加、吸盤による吸着及び引き上げ等を例示できる。山折りによって複合材１０を分断する場合には、加工痕１１が形成された脆性材料層１の樹脂層２側を起点として分断するように、樹脂層２側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように外力を加えることが好ましい。
【0051】
図４は、第１実施形態に係る分断方法の複合材分断工程で分断された後の複合材片１０ａ、１０ｂの構成を模式的に示す断面図である。図４（ａ）は複合材片１０ａ、１０ｂの全体構成を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の矢符ＺＺの方向から見た脆性材料層１の端面における第１部位１２を示す拡大図である。
図４に示すように、複合材片１０ａ、１０ｂは、その脆性材料層１の一の端面（分断した端面）における樹脂層２側の第１部位１２の表面粗さが、前記一の端面における樹脂層２と反対側の第２部位１３の表面粗さよりも大きくなっている。第１部位１２は、加工痕１１の形成された部位に相当し、第２部位１３は、加工痕１１の形成されていない部位に相当する。したがい、第１部位１２の厚み（脆性材料層１の厚み方向（Ｚ方向）に沿った第１部位１２の寸法）は、好ましくは脆性材料層１の厚みの９０％以下や８０％以下であり、より好ましくは脆性材料層１の厚みの７０％以下や６０％以下であり、さらに好ましくは脆性材料層１の厚みの５０％以下である。また、第１部位１２の厚みは、好ましくは脆性材料層１の厚みの１０％以上であり、より好ましくは脆性材料層１の厚みの３０％以上である。
複合材片１０ａ、１０ｂの脆性材料層１の一の端面（分断した端面）は、樹脂層２の同じ側の端面（分断した端面）よりも前記一の端面側（図４（ａ）の紙面左側）に突出している。その突出量１４は、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１の樹脂層２への照射位置におけるスポット径に応じて変化するが、例えば、２００μｍ以下や、１００μｍ以下や、５０μｍ以下である。突出量１４の下限は、小さいほど好ましいが、例えば、１μｍ以上や、５μｍ以上である。
図４に示すように、複合材片１０ａ、１０ｂは、その脆性材料層１の一の端面（分断した端面）における樹脂層２側の第１部位１２の表面粗さが、前記一の端面における樹脂層２と反対側の第２部位１３の表面粗さよりも大きくなっている。第１部位１２は、加工痕１１の形成された部位に相当し、第２部位１３は、加工痕１１の形成されていない部位に相当する。したがい、第１部位１２の厚み（脆性材料層１の厚み方向（Ｚ方向）に沿った第１部位１２の寸法）は、好ましくは脆性材料層１の厚みの９０％以下や８０％以下であり、より好ましくは脆性材料層１の厚みの７０％以下や６０％以下であり、さらに好ましくは脆性材料層１の厚みの５０％以下である。また、第１部位１２の厚みは、好ましくは脆性材料層１の厚みの１０％以上であり、より好ましくは脆性材料層１の厚みの３０％以上である。
複合材片１０ａ、１０ｂの脆性材料層１の一の端面（分断した端面）は、樹脂層２の同じ側の端面（分断した端面）よりも前記一の端面側（図４（ａ）の紙面左側）に突出している。その突出量１４は、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１の樹脂層２への照射位置におけるスポット径に応じて変化するが、例えば、２００μｍ以下や、１００μｍ以下や、５０μｍ以下である。突出量１４の下限は、小さいほど好ましいが、例えば、１μｍ以上や、５μｍ以上である。
【0052】
以上に説明した第１実施形態に係る分断方法によれば、樹脂除去工程において、樹脂層２を形成する樹脂を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工溝２４を形成した後、脆性材料除去工程において、脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、同じ分断予定線ＤＬに沿った加工痕１１を形成する。脆性材料除去工程で形成する加工痕１１は、分断予定線ＤＬに沿ったミシン目状の加工痕であり、加工痕１１のピッチＰが１０μｍ以下と小さいため、複合材分断工程において、分断予定線ＤＬに沿って外力を加えることで、複合材１０を比較的容易に分断可能である。
また、第１実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を脆性材料層１に照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去するため、分断後の脆性材料層１の端面にクラックが生じない。また、第１実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程の前に、樹脂除去工程において、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を樹脂層２に照射して樹脂層２を形成する樹脂を除去するため、分断後の樹脂層２の端面に深刻な熱劣化が生じない。すなわち、第１実施形態に係る分断方法によれば、分断後の脆性材料層１の端面のクラックや、分断後の樹脂層２の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材１０を分断可能である。
さらに、第１実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程で形成する加工痕１１が、樹脂層２側で開口し、且つ、脆性材料層１を非貫通である。換言すれば、脆性材料除去工程において、加工痕１１を脆性材料層１の樹脂層２側のみに形成する。したがい、分断後の複合材片１０ａ、１０ｂに十分な曲げ強度を得ることができる。
また、第１実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を脆性材料層１に照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去するため、分断後の脆性材料層１の端面にクラックが生じない。また、第１実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程の前に、樹脂除去工程において、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を樹脂層２に照射して樹脂層２を形成する樹脂を除去するため、分断後の樹脂層２の端面に深刻な熱劣化が生じない。すなわち、第１実施形態に係る分断方法によれば、分断後の脆性材料層１の端面のクラックや、分断後の樹脂層２の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材１０を分断可能である。
さらに、第１実施形態に係る分断方法によれば、脆性材料除去工程で形成する加工痕１１が、樹脂層２側で開口し、且つ、脆性材料層１を非貫通である。換言すれば、脆性材料除去工程において、加工痕１１を脆性材料層１の樹脂層２側のみに形成する。したがい、分断後の複合材片１０ａ、１０ｂに十分な曲げ強度を得ることができる。
【0053】
＜第２実施形態＞
前述の第１実施形態に係る分断方法では、脆性材料除去工程で形成する加工痕１１がミシン目状の加工痕である。
これに対し、第２実施形態に係る分断方法では、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２と脆性材料層１との分断予定線ＤＬに沿った相対移動速度を小さく設定するか、超短パルスレーザ光源３０のパルス発振の繰り返し周波数を大きく設定することで、分断予定線ＤＬに沿って一体的に繋がった加工痕を形成する。第２実施形態に係る分断方法では、一体的に繋がった加工痕を形成するため、第１実施形態に係る分断方法よりも一層容易に複合材１０を分断可能であるという利点を有する。
第２実施形態に係る分断方法は、一体的に繋がった加工痕を形成する点を除いて第１実施形態に係る分断方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。
第２実施形態に係る分断方法によっても、分断後の脆性材料層１の端面のクラックや、分断後の樹脂層２の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材１０を分断可能で、且つ分断後の複合材片に十分な曲げ強度が得られる。
前述の第１実施形態に係る分断方法では、脆性材料除去工程で形成する加工痕１１がミシン目状の加工痕である。
これに対し、第２実施形態に係る分断方法では、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２と脆性材料層１との分断予定線ＤＬに沿った相対移動速度を小さく設定するか、超短パルスレーザ光源３０のパルス発振の繰り返し周波数を大きく設定することで、分断予定線ＤＬに沿って一体的に繋がった加工痕を形成する。第２実施形態に係る分断方法では、一体的に繋がった加工痕を形成するため、第１実施形態に係る分断方法よりも一層容易に複合材１０を分断可能であるという利点を有する。
第２実施形態に係る分断方法は、一体的に繋がった加工痕を形成する点を除いて第１実施形態に係る分断方法と同じであるため、詳細な説明は省略する。
第２実施形態に係る分断方法によっても、分断後の脆性材料層１の端面のクラックや、分断後の樹脂層２の端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材１０を分断可能で、且つ分断後の複合材片に十分な曲げ強度が得られる。
【0054】
＜第３実施形態＞
前述の第１実施形態及び第２実施形態では、脆性材料層１と樹脂層２とが一層ずつ積層された複合材１０を厚み方向に分断する方法について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、脆性材料層の両側にそれぞれ樹脂層が積層された複合材を厚み方向に分断する場合にも適用可能である。
図５は、本発明の第３実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図（断面図）である。なお、図５において、ＣＯ２レーザ光源２０及びレーザ光Ｌ１、並びに超短パルスレーザ光源３０及びレーザ光Ｌ２の図示は省略している。また、図５において、複合材分断工程の図示は省略している。
図５（ａ）に示すように、第３実施形態に係る分断方法は、脆性材料層１の両側にそれぞれ樹脂層２ａ、２ｂが積層された複合材１０Ａを厚み方向（Ｚ方向）に分断する方法である。脆性材料層１と樹脂層２ａ、２ｂとの積層方法、脆性材料層１や樹脂層２ａ、２ｂの形成材料等は、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
前述の第１実施形態及び第２実施形態では、脆性材料層１と樹脂層２とが一層ずつ積層された複合材１０を厚み方向に分断する方法について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、脆性材料層の両側にそれぞれ樹脂層が積層された複合材を厚み方向に分断する場合にも適用可能である。
図５は、本発明の第３実施形態に係る複合材の分断方法の手順を模式的に説明する説明図（断面図）である。なお、図５において、ＣＯ２レーザ光源２０及びレーザ光Ｌ１、並びに超短パルスレーザ光源３０及びレーザ光Ｌ２の図示は省略している。また、図５において、複合材分断工程の図示は省略している。
図５（ａ）に示すように、第３実施形態に係る分断方法は、脆性材料層１の両側にそれぞれ樹脂層２ａ、２ｂが積層された複合材１０Ａを厚み方向（Ｚ方向）に分断する方法である。脆性材料層１と樹脂層２ａ、２ｂとの積層方法、脆性材料層１や樹脂層２ａ、２ｂの形成材料等は、第１実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【0055】
第３実施形態に係る分断方法も、第１実施形態に係る分断方法と同様に、樹脂除去工程と、脆性材料除去工程と、複合材分断工程と、を含んでいる。以下、各工程について、第１実施形態と異なる点を主として説明する。
【0056】
［樹脂除去工程］
図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、樹脂除去工程では、第１実施形態と同様に、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を複合材１０Ａの分断予定線ＤＬに沿って樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工溝を形成する。ただし、第３実施形態では、脆性材料層１の両側にそれぞれ樹脂層２ａ、２ｂが積層されているため、図５（ｂ）に示すように、何れか一方の樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成すると共に、図５（ｃ）に示すように、他方の樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成する。図５（ｂ）及び（ｃ）に示す例では、先にＺ方向下側の加工溝２４ａを形成した後、Ｚ方向上側の加工溝２４ｂを形成しているが、形成順序を逆にすることも無論可能である。
例えば、一対のＣＯ２レーザ光源２０を、樹脂層２ａに対向する側と、樹脂層２ｂに対向する側とにそれぞれ配置し、樹脂層２ａに対向する側に配置されたＣＯ２レーザ光源２０を用いて樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成し、樹脂層２ｂに対向する側に配置されたＣＯ２レーザ光源２０を用いて樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成することができる。この場合には、加工溝２４ａ及び加工溝２４ｂを順番に形成するのではなく、加工溝２４ａ及び加工溝２４ｂを同時に形成することも可能である。
或いは、樹脂層２ａ及び樹脂層２ｂのうち何れか一方に対向する側に単一のＣＯ２レーザ光源２０を配置し、ＣＯ２レーザ光源２０を用いて一方の樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成（又は樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成）した後、複合材１０Ａの上下を反転させ、同じＣＯ２レーザ光源２０を用いて他方の樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成（又は樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成）することも可能である。
図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、樹脂除去工程では、第１実施形態と同様に、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を複合材１０Ａの分断予定線ＤＬに沿って樹脂層に照射して樹脂層を形成する樹脂を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工溝を形成する。ただし、第３実施形態では、脆性材料層１の両側にそれぞれ樹脂層２ａ、２ｂが積層されているため、図５（ｂ）に示すように、何れか一方の樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成すると共に、図５（ｃ）に示すように、他方の樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成する。図５（ｂ）及び（ｃ）に示す例では、先にＺ方向下側の加工溝２４ａを形成した後、Ｚ方向上側の加工溝２４ｂを形成しているが、形成順序を逆にすることも無論可能である。
例えば、一対のＣＯ２レーザ光源２０を、樹脂層２ａに対向する側と、樹脂層２ｂに対向する側とにそれぞれ配置し、樹脂層２ａに対向する側に配置されたＣＯ２レーザ光源２０を用いて樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成し、樹脂層２ｂに対向する側に配置されたＣＯ２レーザ光源２０を用いて樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成することができる。この場合には、加工溝２４ａ及び加工溝２４ｂを順番に形成するのではなく、加工溝２４ａ及び加工溝２４ｂを同時に形成することも可能である。
或いは、樹脂層２ａ及び樹脂層２ｂのうち何れか一方に対向する側に単一のＣＯ２レーザ光源２０を配置し、ＣＯ２レーザ光源２０を用いて一方の樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成（又は樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成）した後、複合材１０Ａの上下を反転させ、同じＣＯ２レーザ光源２０を用いて他方の樹脂層２ｂに加工溝２４ｂを形成（又は樹脂層２ａに加工溝２４ａを形成）することも可能である。
【0057】
［脆性材料除去工程］
図５（ｄ）に示すように、脆性材料除去工程では、第１実施形態と同様に、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って脆性材料層１に照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工痕１１を形成する。第１実施形態と同様に、脆性材料除去工程で形成する加工痕１１は、分断予定線ＤＬに沿ったミシン目状の加工痕であり、加工痕のピッチは好ましくは１０μｍ以下に設定される。ただし、第２実施形態と同様に、脆性材料除去工程において、分断予定線ＤＬに沿って一体的に繋がった加工痕を形成することも可能である。
第３実施形態では、脆性材料層１の両側に加工溝２４ａ、２４ｂが形成されるため、加工溝２４ａ、２４ｂのうち何れか一方の加工溝側から脆性材料層１に超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を照射して加工痕１１を形成することになる。このため、例えば、加工溝２４ａ側からレーザ光Ｌ２を照射する場合には、加工溝２４ａを脆性材料除去工程の前にクリーニングすることで、樹脂層２ａを形成する樹脂の残渣を除去するクリーニング工程を更に含むことが好ましい。加工溝２４ｂ側からレーザ光Ｌ２を照射する場合も同様に、加工溝２４ｂを脆性材料除去工程の前にクリーニングすることで、樹脂層２ｂを形成する樹脂の残渣を除去するクリーニング工程を更に含むことが好ましい。
図５（ｄ）に示すように、脆性材料除去工程では、第１実施形態と同様に、樹脂除去工程の後、超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を分断予定線ＤＬに沿って脆性材料層１に照射して脆性材料層１を形成する脆性材料を除去することで、分断予定線ＤＬに沿った加工痕１１を形成する。第１実施形態と同様に、脆性材料除去工程で形成する加工痕１１は、分断予定線ＤＬに沿ったミシン目状の加工痕であり、加工痕のピッチは好ましくは１０μｍ以下に設定される。ただし、第２実施形態と同様に、脆性材料除去工程において、分断予定線ＤＬに沿って一体的に繋がった加工痕を形成することも可能である。
第３実施形態では、脆性材料層１の両側に加工溝２４ａ、２４ｂが形成されるため、加工溝２４ａ、２４ｂのうち何れか一方の加工溝側から脆性材料層１に超短パルスレーザ光源３０から発振したレーザ光Ｌ２を照射して加工痕１１を形成することになる。このため、例えば、加工溝２４ａ側からレーザ光Ｌ２を照射する場合には、加工溝２４ａを脆性材料除去工程の前にクリーニングすることで、樹脂層２ａを形成する樹脂の残渣を除去するクリーニング工程を更に含むことが好ましい。加工溝２４ｂ側からレーザ光Ｌ２を照射する場合も同様に、加工溝２４ｂを脆性材料除去工程の前にクリーニングすることで、樹脂層２ｂを形成する樹脂の残渣を除去するクリーニング工程を更に含むことが好ましい。
【0058】
図５（ｄ）に示す例の加工痕１１は、樹脂層２ａ側で開口し、且つ、脆性材料層１を非貫通である。ただし、本発明はこれに限るものではなく、樹脂層２ｂ側で開口し、且つ、脆性材料層１を非貫通である加工痕を形成することも可能である。
【0059】
［複合材分断工程］
複合材分断工程では、第１実施形態と同様に、脆性材料除去工程の後、分断予定線ＤＬに沿って外力を加えることで、複合材１０Ａを分断する。山折りによって複合材１０Ａを分断する場合、図５（ｄ）に示す例では、加工痕１１が形成された脆性材料層１の樹脂層２ａ側を起点として分断するように、樹脂層２ａ側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように外力を加えることが好ましい。
複合材分断工程では、第１実施形態と同様に、脆性材料除去工程の後、分断予定線ＤＬに沿って外力を加えることで、複合材１０Ａを分断する。山折りによって複合材１０Ａを分断する場合、図５（ｄ）に示す例では、加工痕１１が形成された脆性材料層１の樹脂層２ａ側を起点として分断するように、樹脂層２ａ側が凸となる（脆性材料層１側が凹となる）ように外力を加えることが好ましい。
【0060】
第３実施形態に係る分断方法によっても、分断後の脆性材料層１の端面のクラックや、分断後の樹脂層２ａ、２ｂの端面の深刻な熱劣化を生じさせることなく、複合材１０Ａを分断可能で、且つ分断後の複合材片に十分な曲げ強度が得られる。
【0061】
以下、第１実施形態に係る分断方法（実施例１～３）及び比較例に係る分断方法を用いて複合材１０を分断する試験を行った結果の一例について説明する。また、参考例として、複合材１０ではなく、脆性材料層１のみを用いて、第１実施形態に係る分断方法と同様の脆性材料除去工程で加工痕１１を形成し、脆性材料層１を分断する試験を行った結果の一例についても説明する。
【0062】
＜実施例１＞
図６は、実施例１に係る試験の概要を模式的に説明する図である。以下、図１及び図６を適宜参照しつつ、実施例１に係る試験の概要及び結果について説明する。
実施例１で用いた複合材１０は、脆性材料層１が、無アルカリガラスから形成され、厚みが１００μｍである。また、樹脂層２が、偏光フィルム（ポリビニルアルコールで形成）２１、粘着剤２２及び剥離ライナー２３で形成され、偏光フィルム２１と粘着剤２２の総厚みが８０μｍで、剥離ライナー２３の厚みが４０μｍである（樹脂層２の総厚みは１２０μｍ）。図６（ａ）に示すように、複合材１０は、面内（ＸＹ２次元平面内）寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形状である。図６（ａ）に破線で示す直線は分断予定線である。
図６は、実施例１に係る試験の概要を模式的に説明する図である。以下、図１及び図６を適宜参照しつつ、実施例１に係る試験の概要及び結果について説明する。
実施例１で用いた複合材１０は、脆性材料層１が、無アルカリガラスから形成され、厚みが１００μｍである。また、樹脂層２が、偏光フィルム（ポリビニルアルコールで形成）２１、粘着剤２２及び剥離ライナー２３で形成され、偏光フィルム２１と粘着剤２２の総厚みが８０μｍで、剥離ライナー２３の厚みが４０μｍである（樹脂層２の総厚みは１２０μｍ）。図６（ａ）に示すように、複合材１０は、面内（ＸＹ２次元平面内）寸法が１５０ｍｍ×１５０ｍｍの正方形状である。図６（ａ）に破線で示す直線は分断予定線である。
【0063】
実施例１では、樹脂除去工程において、ＣＯ２レーザ光源２０として、コヒレント社製「Ｅ－４００ｉ」（発振波長９．４μｍ、パルス発振の繰り返し周波数２５ｋＨｚ、レーザ光Ｌ１のパワー１８Ｗ、ガウシアンビーム）を用い、ＣＯ２レーザ光源２０から発振したレーザ光Ｌ１を集光レンズを用いてスポット径１２０μｍに集光し、複合材１０の樹脂層２に照射した。複合材１０に対するレーザ光Ｌ１の相対的な移動速度（加工速度）を４００ｍｍ／ｓｅｃとし、図６（ａ）に示すように、面内寸法が１１０ｍｍ×６０ｍｍの複合材片１０ｃを分断できるように、分断予定線に沿ってレーザ光Ｌ１を走査したところ、溝幅１５０μｍの加工溝２４（図１参照）が形成された。
なお、実施例１の樹脂除去工程において、前述の式（２）によって見積もられる投入エネルギーは、６０ｍＪ／ｍｍである。これに対し、実際の投入エネルギーは、前述の式（１）より、４５ｍＪ／ｍｍであり、見積もった投入エネルギーの７５％である。
なお、実施例１の樹脂除去工程において、前述の式（２）によって見積もられる投入エネルギーは、６０ｍＪ／ｍｍである。これに対し、実際の投入エネルギーは、前述の式（１）より、４５ｍＪ／ｍｍであり、見積もった投入エネルギーの７５％である。
【0064】
次いで、脆性材料除去工程において、超短パルスレーザ光源３０として、コヒレント社製「Ｍｏｎａｃｏ １０３５－８０－６０」（発振波長１０３５ｎｍ、レーザ光Ｌ２のパルス幅３５０～１００００フェムト秒、パルス発振の繰り返し周波数最大５０ＭＨｚ、平均パワー６０Ｗ）を用い、超短パルスレーザ光源３０から所定の出力で発振したレーザ光Ｌ２をマルチ焦点光学系を介して、加工溝２４と反対側（脆性材料層１側）から複合材１０の脆性材料層１に照射した。複合材１０に対するレーザ光Ｌ２の相対的な移動速度（加工速度）を１２００ｍｍ／ｓｅｃ、繰り返し周波数を１ＭＨｚとし、分断予定線に沿ってレーザ光Ｌ２を走査したところ、加工痕１１として、ピッチが１．２μｍのミシン目状であって、深さ（平均値）が８０μｍの加工痕（直径１μｍ程度）が形成された。
【0065】
最後に、複合材分断工程において、分断予定線に沿って人手で複合材１０を山折りすることで、複合材片１０ｃを分断した。
【0066】
以上に説明した実施例１によって得られた複合材片１０ｃの端面の品質を光学顕微鏡で観察・評価した結果、４つの端面全てにおいて、脆性材料層１にクラックは生じていなかった。また、樹脂層２の熱劣化に伴う変色領域は、端面から内側に１００μｍ以下であり、深刻な熱劣化が生じていなかった。
また、複合材片１０ｃの１つの端面における２箇所（図６（ａ）に示すように、一方はＸ方向一端側の測定箇所Ｐ１、他方はＸ方向他端側の測定箇所Ｐ２）の表面粗さを測定したところ、加工痕１１の形成された部位に相当する第１部位の算術平均高さＳａは、測定箇所Ｐ１については３１ｎｍであり、測定箇所Ｐ２については３４ｎｍであった。また、加工痕１１の形成されていない部位に相当する第２部位の算術平均高さＳａは、測定箇所Ｐ１及びＰ２の双方について０ｎｍであった。
なお、算術平均高さＳａは、ＩＳＯ ２５１７８に規定されている「非接触式（光プローブ）」の評価方法に準じて測定した。具体的には、オリンパス社製３Ｄ測定レーザー顕微鏡「ＬＥＸＴ ＯＬＳ５０００」を用いて、端面の面内分解能を１００ｎｍに設定し、端面に垂直な高さ分解能を１２ｎｍに設定して、各測定箇所Ｐ１、Ｐ２の面内１３０μｍ×１００μｍの領域について算術平均高さＳａを測定した。後述の実施例２、３についても同様である。
また、複合材片１０ｃの１つの端面における２箇所（図６（ａ）に示すように、一方はＸ方向一端側の測定箇所Ｐ１、他方はＸ方向他端側の測定箇所Ｐ２）の表面粗さを測定したところ、加工痕１１の形成された部位に相当する第１部位の算術平均高さＳａは、測定箇所Ｐ１については３１ｎｍであり、測定箇所Ｐ２については３４ｎｍであった。また、加工痕１１の形成されていない部位に相当する第２部位の算術平均高さＳａは、測定箇所Ｐ１及びＰ２の双方について０ｎｍであった。
なお、算術平均高さＳａは、ＩＳＯ ２５１７８に規定されている「非接触式（光プローブ）」の評価方法に準じて測定した。具体的には、オリンパス社製３Ｄ測定レーザー顕微鏡「ＬＥＸＴ ＯＬＳ５０００」を用いて、端面の面内分解能を１００ｎｍに設定し、端面に垂直な高さ分解能を１２ｎｍに設定して、各測定箇所Ｐ１、Ｐ２の面内１３０μｍ×１００μｍの領域について算術平均高さＳａを測定した。後述の実施例２、３についても同様である。
【0067】
更に、複合材片１０ｃに２点曲げ試験を行った。２点曲げ試験においては、まず図６（ｂ）に示すように、固定部４０、可動部５０ａ、５０ｂを具備する一軸ステージの固定部４０に複合材片１０ｃを載置し、可動部５０ａ、５０ｂの間に複合材片１０ｃを挟み込んだ。この際、後述のように、可動部５０ｂを移動させることで、複合材片１０ｃの脆性材料層側が凸となって曲がるように（すなわち、脆性材料層１側が上側になるように）、固定部４０に複合材片１０ｃを載置した。次いで、図６（ｃ）に示すように、可動部５０ａの位置を固定する一方、可動部５０ｂを２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で可動部５０ａに向けて移動させ、複合材片１０ｃに曲げ応力を作用させた。そして、複合材片１０ｃが破壊したときの可動部５０ａと可動部５０ｂとの間隔Ｄの値によって、複合材片１０ｃの曲げ強度を評価した。
【0068】
具体的には、非特許文献２に記載されている式（３）（以下の式（３）と同一）に上記の間隔Ｄを代入して、最大応力σｍａｘを算出し、これを曲げ強度として評価した。
上記の式（３）において、Ｅは複合材片１０ｃのヤング率を、ｔは複合材片１０ｃの厚みを、ψは複合材片１０ｃの端の接線と鉛直方向（Ｚ方向）との成す角度を意味する。
複合材片１０ｃのヤング率Ｅとしては、脆性材料層１のヤング率である７０ＧＰａを用いた。樹脂層２のヤング率は脆性材料層１のヤング率に比べて十分に小さいため、複合材片１０ｃのヤング率Ｅとしては脆性材料層１のヤング率が支配的になるからである。
また、角度ψは、２点曲げ試験を実行中に、図６（ｃ）に示すＹ方向から、複合材片１０ｃの一端が視野内に位置するように複合材片１０ｃを撮像して、複合材片１０ｃが破壊する直前の撮像画像に基づき算出した。
【数1】
複合材片１０ｃのヤング率Ｅとしては、脆性材料層１のヤング率である７０ＧＰａを用いた。樹脂層２のヤング率は脆性材料層１のヤング率に比べて十分に小さいため、複合材片１０ｃのヤング率Ｅとしては脆性材料層１のヤング率が支配的になるからである。
また、角度ψは、２点曲げ試験を実行中に、図６（ｃ）に示すＹ方向から、複合材片１０ｃの一端が視野内に位置するように複合材片１０ｃを撮像して、複合材片１０ｃが破壊する直前の撮像画像に基づき算出した。
【0069】
ここで、参考例として、脆性材料層１のみを用いて、実施例１と同様の条件下で、脆性材料除去工程で加工痕１１を形成し、脆性材料層１を分断する試験を行った。そして、分断後の脆性材料層１（脆性材料層片）に図６に示すものと同様の２点曲げ試験を行い、前述の式（３）を用いて、その曲げ強度（最大応力σｍａｘ）を評価した。脆性材料層１のヤング率Ｅは、７０ＧＰａとした。
参考例では、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の焦点と脆性材料層１との位置関係を調整することで、加工痕１１の深さを調整し、加工痕１１の深さ（平均値）が脆性材料層１の厚みの４０％、６０％、７０％、８０％である４種類の脆性材料層１をそれぞれ１０枚作製して、分断後の脆性材料層片の種類毎に曲げ強度を評価した。
参考例では、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の焦点と脆性材料層１との位置関係を調整することで、加工痕１１の深さを調整し、加工痕１１の深さ（平均値）が脆性材料層１の厚みの４０％、６０％、７０％、８０％である４種類の脆性材料層１をそれぞれ１０枚作製して、分断後の脆性材料層片の種類毎に曲げ強度を評価した。
【0070】
図７は、参考例に係る脆性材料層片の曲げ強度の評価結果を示す図である。図７（ａ）は、加工痕１１の深さの割合（脆性材料層１の厚みに対する割合）と脆性材料層片の曲げ強度との関係を示す図である。図７（ａ）において「〇」でプロットしたデータは、１０枚の平均値であり、「〇」から上下に延びる縦線は測定値のバラツキを示す。図７（ｂ）は、加工痕１１の深さの割合（第１部位１２の厚みの割合）が４０％である脆性材料層片の端面の光学顕微鏡による観察像を模式的に示す。図７（ｃ）は、加工痕１１の深さの割合（第１部位１２の厚みの割合）が６０％である脆性材料層片の端面の光学顕微鏡による観察像を模式的に示す。図７（ｄ）は、加工痕１１の深さの割合（第１部位１２の厚みの割合）が７０％である脆性材料層片の端面の光学顕微鏡による観察像を模式的に示す。図７（ｅ）は、加工痕１１の深さの割合（第１部位１２の厚みの割合）が８０％である脆性材料層片の端面の光学顕微鏡による観察像を模式的に示す。
図７に示すように、加工痕１１の深さの割合が９０％以下である場合（図７に示す例では、加工痕１１の深さの割合が４０～８０％）には、分断後の脆性材料層片の曲げ強度の平均値は、２００ＭＰａ以上であり、大きな曲げ強度を得ることが可能であった。そして、加工痕１１の深さの割合が小さいほど（加工痕１１の深さが小さいほど）、分断後の脆性材料層片に大きな曲げ強度を得ることが可能であった。特に、加工痕１１の深さの割合が６５％以下（図７に示す例では、加工痕１１の深さの割合が６０％以下）になれば、分断後の脆性材料層片の曲げ強度の平均値は、３００ＭＰａ以上、さらには４００ＭＰａ以上であり、十分に大きな曲げ強度を得ることが可能であった。図７に示す結果は、脆性材料層片の曲げ強度であるが、実施例１の複合材片１０ｃについても、同様の結果が得られることが期待できる。
図７に示すように、加工痕１１の深さの割合が９０％以下である場合（図７に示す例では、加工痕１１の深さの割合が４０～８０％）には、分断後の脆性材料層片の曲げ強度の平均値は、２００ＭＰａ以上であり、大きな曲げ強度を得ることが可能であった。そして、加工痕１１の深さの割合が小さいほど（加工痕１１の深さが小さいほど）、分断後の脆性材料層片に大きな曲げ強度を得ることが可能であった。特に、加工痕１１の深さの割合が６５％以下（図７に示す例では、加工痕１１の深さの割合が６０％以下）になれば、分断後の脆性材料層片の曲げ強度の平均値は、３００ＭＰａ以上、さらには４００ＭＰａ以上であり、十分に大きな曲げ強度を得ることが可能であった。図７に示す結果は、脆性材料層片の曲げ強度であるが、実施例１の複合材片１０ｃについても、同様の結果が得られることが期待できる。
【0071】
＜比較例＞
脆性材料除去工程で脆性材料層１を貫通する加工痕（すなわち、加工痕の深さの割合が１００％）を形成したこと以外は実施例１と同じ条件で試験し、複合材片を分断した。この複合材片の端面の品質を光学顕微鏡で観察・評価した結果、実施例１と同様に、４つの端面全てにおいて、脆性材料層１にクラックは生じていなかった。また、樹脂層２の熱劣化に伴う変色領域は、端面から内側に１００μｍ以下であり、深刻な熱劣化が生じていなかった。
しかしながら、比較例の複合材片に２点曲げ試験を行ったところ、複合材片の曲げ強度は実施例１の複合材片１０ｃの曲げ強度よりも小さくなった。
脆性材料除去工程で脆性材料層１を貫通する加工痕（すなわち、加工痕の深さの割合が１００％）を形成したこと以外は実施例１と同じ条件で試験し、複合材片を分断した。この複合材片の端面の品質を光学顕微鏡で観察・評価した結果、実施例１と同様に、４つの端面全てにおいて、脆性材料層１にクラックは生じていなかった。また、樹脂層２の熱劣化に伴う変色領域は、端面から内側に１００μｍ以下であり、深刻な熱劣化が生じていなかった。
しかしながら、比較例の複合材片に２点曲げ試験を行ったところ、複合材片の曲げ強度は実施例１の複合材片１０ｃの曲げ強度よりも小さくなった。
【0072】
図８は、実施例１に係る複合材片１０ｃ及び比較例に係る複合材片の曲げ強度の評価結果を示す図である。図８（ａ）は、加工痕１１の深さの割合（脆性材料層１の厚みに対する割合）と複合材片の曲げ強度との関係を示す図である。図８（ａ）において「〇」でプロットしたデータは、実施例１については８枚の平均値であり、比較例については１０枚の平均値である。「〇」から上下に延びる縦線は測定値のバラツキを示す。図８（ｂ）は、加工痕１１の深さの割合（第１部位１２の厚みの割合）が８０％である実施例１に係る複合材片１０ｃの端面の光学顕微鏡による観察像を模式的に示す。図８（ｃ）は、加工痕１１の深さの割合（第１部位１２の厚みの割合）が１００％である比較例に係る複合材片の端面の光学顕微鏡による観察像を模式的に示す。
図８に示すように、加工痕１１が非貫通である実施例１の場合、加工痕１１が脆性材料層１を貫通している比較例に比べて、分断後の複合材片に平均値で２００ＭＰａ以上、さらには２５０ＭＰａ以上の大きな曲げ強度を得ることが可能であった。
図８に示すように、加工痕１１が非貫通である実施例１の場合、加工痕１１が脆性材料層１を貫通している比較例に比べて、分断後の複合材片に平均値で２００ＭＰａ以上、さらには２５０ＭＰａ以上の大きな曲げ強度を得ることが可能であった。
【0073】
＜実施例２＞
脆性材料除去工程の条件として、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の出力を実施例１よりも高くしたこと以外は実施例１と同じ条件で試験し、複合材片を分断した。
実施例２によって得られた複合材片の１つの端面における２箇所（実施例１と同様の測定箇所Ｐ１、Ｐ２）の表面粗さを測定したところ、加工痕１１の形成された部位に相当する第１部位の算術平均高さＳａは、２箇所のうち小さい方が１０３ｎｍであり、加工痕１１の形成されていない部位に相当する第２部位の算術平均高さＳａは、２箇所共に０ｎｍであった。
脆性材料除去工程の条件として、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の出力を実施例１よりも高くしたこと以外は実施例１と同じ条件で試験し、複合材片を分断した。
実施例２によって得られた複合材片の１つの端面における２箇所（実施例１と同様の測定箇所Ｐ１、Ｐ２）の表面粗さを測定したところ、加工痕１１の形成された部位に相当する第１部位の算術平均高さＳａは、２箇所のうち小さい方が１０３ｎｍであり、加工痕１１の形成されていない部位に相当する第２部位の算術平均高さＳａは、２箇所共に０ｎｍであった。
【0074】
＜実施例３＞
脆性材料除去工程の条件として、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の出力を実施例２よりも更に高くしたこと以外は実施例１と同じ条件で試験し、複合材片を分断した。
実施例３によって得られた複合材片の１つの端面における２箇所（実施例１と同様の測定箇所Ｐ１、Ｐ２）の表面粗さを測定したところ、加工痕１１の形成された部位に相当する第１部位の算術平均高さＳａは、２箇所のうち小さい方が２２２ｎｍであり、加工痕１１の形成されていない部位に相当する第２部位の算術平均高さＳａは、２箇所共に０ｎｍであった。
脆性材料除去工程の条件として、超短パルスレーザ光源３０から発振するレーザ光Ｌ２の出力を実施例２よりも更に高くしたこと以外は実施例１と同じ条件で試験し、複合材片を分断した。
実施例３によって得られた複合材片の１つの端面における２箇所（実施例１と同様の測定箇所Ｐ１、Ｐ２）の表面粗さを測定したところ、加工痕１１の形成された部位に相当する第１部位の算術平均高さＳａは、２箇所のうち小さい方が２２２ｎｍであり、加工痕１１の形成されていない部位に相当する第２部位の算術平均高さＳａは、２箇所共に０ｎｍであった。
【符号の説明】
【0075】
１・・・脆性材料層
２・・・樹脂層
１０・・・複合材
１１・・・加工痕
１２・・・第１部位
１３・・・第２部位
２０・・・レーザ光源（ＣＯ２レーザ光源）
２４・・・加工溝
３０・・・超短パルスレーザ光源
ＤＬ・・・分断予定線
Ｌ１・・・レーザ光
Ｌ２・・・レーザ光
２・・・樹脂層
１０・・・複合材
１１・・・加工痕
１２・・・第１部位
１３・・・第２部位
２０・・・レーザ光源（ＣＯ２レーザ光源）
２４・・・加工溝
３０・・・超短パルスレーザ光源
ＤＬ・・・分断予定線
Ｌ１・・・レーザ光
Ｌ２・・・レーザ光
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】