CN102470549A - 脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法获得的车辆用窗玻璃 - Google Patents

脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法获得的车辆用窗玻璃 Download PDF

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Abstract

本发明提供在不使装置复杂化的情况下能够切割脆性材料基板的且能够提高切割面的品质的脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法获得的车辆用窗玻璃。所述脆性材料基板的切割方法是沿着至少在1点交叉的第1以及第2的切割线(L1-1、L1-2)切割脆性材料基板(G)的方法，包括沿着所述第1以及第2切割线(L1-1、L1-2)在基板表面(G1)上形成划线(L2-1)以及(L2-2)的第1步骤以及沿着所述划线(L2-1、L2-2)使基板表面(G1)的激光的照射位置(A)相对移动，并在照射位置(A)的移动方向的前方切割基板(G)的第2步骤，将激光的照射限制在第1与第2切割线(L1-1、L1-2)交叉的交点(C)以及(D)的附近区域(J)以及(K)的内侧。

Description

脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法获得的车辆用窗玻璃
技术领域
本发明是涉及照射激光切割脆性材料基板的发明，使脆性材料基板表面的激光的照射位置沿着划线相对移动而切割脆性材料基板的脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法获得的车辆用窗玻璃。
背景技术
作为以玻璃为代表的脆性材料基板的切割方法，广泛使用在该脆性材料基板的表面形成划线并施加弯曲应力而切割的方法。但是，该方法中，想要通过切割切出以脆性材料基板的外周向内侧凹陷的状态弯曲的形状(所谓的内曲球形状)时，根据该内曲球形状的曲率、深度、宽度等，有时难以在工厂的自动化机械生产工序(所谓的在线工序)中连续生产。因此，为了得到这些加工困难的内曲球形状，只能在工厂的自动化机械以外的生产工序(所谓的离线工序)中由熟练工通过手工作业切割，无法进行大量的生产。
另一方面，作为沿着切割线切割脆性材料基板的方法，已知在脆性材料基板的表面沿着切割线形成划线，并照射激光加热后冷却的方法。该切割方法中，使脆性材料基板的表面的激光照射位置沿着划线相对移动后，利用空气等将被激光加热了的区域冷却而切割脆性材料基板(例如，参考专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3027768公报
发明的揭示
发明要解决的课题
但是，在上述专利文献1记载的方法中，冷却被激光加热了的区域，因此需要冷却装置，切割装置变得复杂化。另外，该方法中，加热后通过设置于激光照射装置后方的冷却单元冷却被激光加热了的区域而切割脆性材料基板，因此，在激光照射位置的移动方向的后方切割脆性材料基板。在照射位置的后方切割脆性材料基板的方法中，为了产生应力而采用加热-冷却时发生时间滞后，被加热的区域变大且应力的产生范围也变大。其结果，相对于脆性材料基板表面侧的切割(预定)线的实际的切割面的精度(以下也称为切割面的位置精度)降低，或发生缺口，或脆性材料基板表面相对于切割面的垂直性、在脆性材料基板的面内方向的切割线的直线性(以下将这些统称为切割面的稳定性)受到影响等，切割面的品质降低而难以获得所要求的形状。
另外，为了减少上述加热-冷却时的时间滞后，最好是使加热装置和冷却装置的位置靠近，同时尽量缩小加热-冷却的范围。但是，为了提高切割面的品质，想要制造在加热-冷却装置相对移动的过程中经过同一轨迹这样的装置时，由于装置之间的空间的干涉等难以实现切割装置的顶端的小型化。其结果，无法减小时间滞后而达到规定以上，难以适应曲率小的切割等，在以往的激光切割方法中，通过施加弯曲应力的加工切割成高难度的形状并不容易。
另外，沿着至少在1点交叉的第1以及第2切割线切割脆性材料基板时，例如如果沿着对应于第1切割线的第1划线使激光的照射位置移动，则有时龟裂会以对应于第2切割线的第2划线上的点作为起点扩展，对切割面的品质带来不良影响。
如上所述，划线为曲线或多条时，不仅难以提高切割位置精度，还会发生缺口或截面的稳定性受到影响等，更加难以获得所要求的品质的切割面。这是因为切割的各工序中的脆性材料基板的温度的影响、残余应力、距切割位置的端部的距离等各种控制因素对切割带来的影响变得复杂，控制变得更为困难。
本发明是基于上述课题而完成的发明，其目的在于提供不使装置复杂化的情况下能够在自动化机械生产中精度良好地切割所要求的形状的脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法而获得的车辆用窗玻璃。另外，其目的在于提供能够提高切割面的品质的脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法而获得的车辆用窗玻璃。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明的脆性材料基板的切割方法是沿着至少在1点交叉的第1以及第2的切割线，对脆性材料基板会聚照射激光而切割脆性材料基板的方法，其特征在于，包括：沿着所述第1以及第2切割线在所述脆性材料基板的表面上形成划线的第1步骤，以及沿着所述划线使所述脆性材料基板的表面的激光的照射位置相对移动，并在前述照射位置的移动方向的前方切割所述脆性材料基板的第2步骤，将所述激光的照射限制在所述第1与第2切割线交叉的交点的附近区域的内侧。
另外，本发明的车辆用窗玻璃是通过本发明的脆性材料基板的切割方法切割而获得的车辆用窗玻璃。
另外，本发明的脆性材料基板的切割装置是将激光照射于脆性材料基板来切割所述脆性材料基板的切割装置，其特征在于，所述切割装置是为了沿着至少在1点交叉的第1以及第2切割线切割脆性材料基板，使预先沿着所述第1以及第2切割线形成有划线的所述脆性材料基板的表面的激光照射位置沿着所述划线相对移动，在所述照射位置的移动方向的前方切割所述脆性材料基板的切割装置，该装置具有支承所述脆性材料基板的平台、发出所述激光的振荡器、将由所述振荡器发出的所述激光聚光在所述脆性材料基板的光学系统、使所述平台与所述振荡器及所述光学系统相对移动的第1驱动机构、以及控制所述振荡器的输出和所述第1驱动机构的输出的控制单元，所述控制单元将所述激光的照射限制在第1与第2切割线交叉的交点的附近区域的内侧。
发明的效果
通过本发明，可提供装置并非复杂化的情况下能够在自动化机械生产中切割所要求的形状的脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法而获得的车辆用窗玻璃。另外，可提供经切割的玻璃板的切割面的品质良好的脆性材料基板的切割方法、切割装置以及通过该切割方法而获得的车辆用窗玻璃。
附图的简要说明
图1是表示本发明的脆性材料基板的切割装置的第1实施方式的简图。
图2是表示激光照射在基板表面G1的状态的一例的图。
图3是表示激光照射在基板表面G1的状态的另一例的图。
图4是表示切割线L1以及划线L2的一例的平面图。
图5是表示示于图4的脆性材料基板G的切割步骤的一部分的图。
图6是续图5表示脆性材料基板G的切割步骤的一部分的图。
图7是续图6表示脆性材料基板G的切割步骤的一部分的图。
图8是续图7表示脆性材料基板G的切割步骤的一部分的图。
图9是表示图5的主要部分的放大图。
图10是表示示于图4的脆性材料基板G的切割步骤中的激光照射顺序的示意图。
图11是表示图10的变形例的示意图。
图12是表示划线L2的另一例的平面图。
图13是表示划线L2的又一例的平面图。
图14是表示本发明的脆性材料基板的切割装置的第2实施方式的简图。
图15是表示在图7和图8之间进行的步骤的图。
图16是表示例1～4中切割面的基板表面G1侧和基板背面G2侧的位置偏差的图。
本发明的实施方式
以下，参照附图对实施本发明的最佳方式进行说明。在各附图中，X方向、Y方向以及Z方向分别表示脆性材料基板G的宽度方向、长度方向、厚度方向。另外，自动化机械生产不仅是指完全自动化的工厂等的生产工序中的生产方法，而且只要是在工业方面主要利用自动化机械能够生产即可。例如，还包括操作者补充工序的一部分的同时进行的半自动化机械的生产或连续通过输送设备等从自动化机械的流水线抽出一部分而进行的机械生产等。
另外，在以下的说明中，切割线是指表示通过切割而获得的所要求的脆性材料基板的形状的虚拟线(切割预定线)。另一方面，划线是形成于脆性材料基板表面的浅槽。其形状不需要与切割线完全一致，以控制龟裂的进展等为目的可以适当偏离切割线形成，也可以如上所述以不连续的状态形成。
另外，将切割线以及划线的起点和终点之间称为一根独立的线。该切割线以及划线的起点和终点之间也可以称为一笔形成的线。在一根线的起点和终点之间可具有与自己或独立的其它线交叉的单个或多个交点。
图1是表示本发明的脆性材料基板的切割装置10的一个实施方式的简图。图1(A)表示通过切割装置10实现的切割方法的第1步骤，图1(B)表示通过切割装置10实现的切割方法的第2步骤。图1中，符号A表示脆性材料基板G的表面G1上的激光的照射位置，符号B表示脆性材料基板G(以下，也称为“基板G”)的表面G1(以下，也称为“基板表面G1”)上的切割的前端位置。另外，本实施方式中的激光是经聚光的光束。因此，照射位置A除了聚光在一点的焦点以外均表示具有面积的一定范围。
如图1所示，切割装置10具有支承脆性材料基板G的平台20、加工脆性材料基板G的加工头30、使平台20与加工头30相对移动的第1驱动机构40以及控制单元50。
在切割装置10中，为了沿着切割线L1切割基板G，首先如图1(A)所示，在基板表面G1上沿着切割线L1形成划线L2。接着，如图1(B)所示，通过使基板表面G1上的激光的照射位置A沿着划线L2移动，从而切割基板G。
作为切割装置10的切割对象的脆性材料基板G为具有吸收激光的性质的板状构件，例如为钠钙玻璃或无碱玻璃等的玻璃板、金属硅等的金属板、氧化铝等的陶瓷板。如果是通常的玻璃板，则基板G的厚度较好是1～6mm。如果厚度不足1mm，则无法获得作为车辆用窗玻璃的足够的强度。另外，如果厚度为6mm以上，则重量较重不适于车辆用窗玻璃。尤其是，1.5～4.0mm时，从强度和重量的平衡考虑适合于车辆用窗玻璃。
平台20具有支承脆性材料基板G的背面G2(以下，也称为“基板背面G2”)的支承面22。平台20可以支承整个基板背面G2，也可以支承基板背面G2的一部分。基板G可以吸附固定于支承面22，也可以粘接固定于支承面22。
加工头30待机在平台20的上方，且安装成能相对于平台20(即，基板G)沿着X方向、Y方向、Z方向移动。该加工头30中组装有划线切割器32、振荡器34以及光学系统36。
如上所述，加工头30中一体化地装载有划线切割器32、振荡器34以及光学系统36，从而能够实现装置10的简化、小型化，并且成本方面也有利。另一方面，也可以分别将划线切割器32、振荡器34以及光学系统36分离装载。分成多个加工头装载各装置时，提高了各装置的移动模式的自由度。另外，对经过相同轨迹的控制变得容易，能够减小加热-冷却的时间滞后，并且对划线L2与激光照射位置A的有意地偏离(偏移)的控制变得容易。其结果，能够实现切割条件设定的自由度以及生产性高的切割装置。
划线切割器32是在脆性材料基板G上形成划线L2的切割器。划线L2是通过将划线切割器32的前端按压在基板表面G1并移动而形成的。另外，第1实施方式中的划线L2通过使用划线切割器32形成，但也可以利用激光形成划线L2，对形成划线L2的方法没有特别限制。
划线切割器32的前端例如可以由金刚石或硬制合金形成。划线切割器32收容在加工头30的外筒的内部，使得基板表面G1不被误伤，根据需要也可以突出在加工头30的外筒之外。
切割装置10通过照射激光，以划线L2上的点作为起点使龟裂扩展，从而切割基板G。
振荡器34是发出激光的振荡器。振荡器34可适用于切割作为基板G的钠钙玻璃板时，发出795～1030nm的波长的激光的输出功率高且高效率的半导体激光器。例如，InGaAsP系半导体激光器(波长为808nm或940nm)中Al没有限定且寿命长，因此可适用。
795～1030nm的波长的激光的一部分透射玻璃板G，另一部分作为热量被玻璃板G吸收，剩余部分被玻璃板G反射。即，795～1030nm的波长的激光的透射率以及吸收率充分，因此能够使热应力分布最佳化。如上所述激光的波长长时，半导体激光器中例如100W以上的输出功率高的激光振荡器的制造变得困难，并且长波长时(例如波长10600nm(CO2激光器))，被钠钙玻璃板G的表面G1吸收的量增加，从玻璃表面至厚度方向(Z方向)的5μm以内，几乎100％被表面吸收掉。其结果，无法通过激光直接加热玻璃板的内部。如果激光的大部分在钠钙玻璃板G的表面G1附近作为热量被吸收，则由于玻璃通常热导率低，因此基板表面G1、即划线L2变得过热。因此，以形成划线L2时产生的细微的崩角(潜在龟裂)为起点，龟裂也向面内方向(X方向、Y方向)伸展。其结果，切割时的玻璃碎屑量增加或切割面的品质降低。
另一方面，如果激光的波长短，则激光的透射率增加，难以获得切割所需的足够的应力。
另外，激光的输出功率可以根据单位体积×单位时间的照射能量以及玻璃的厚度、物性适当设定。切割钠钙玻璃时，切割对象物的照射部分的温度需要是应变点以下的温度，因此较好是500℃以下，更好是50～300℃。如果激光的输出功率低，则难以获得切割所需的充分的应力。
从振荡器34发出的激光通过聚光透镜等光学系统36朝基板G聚光，并照射在基板表面G1。
图2是表示激光照射在基板表面G1的状态的一例的图，(A)为立体图，(B)为与照射位置A的移动方向直交的剖视图。图3是表示激光照射在基板表面G1的状态的另一例的图，(A)为立体图，(B)为与照射位置A的移动方向直交的剖视图。图2以及图3中，符号F表示激光的聚光位置。
图2所示的例中，激光的截面为圆形，聚光成同心圆状，图3所示的例中，激光以截面为矩形的形状聚光。矩形截面的激光以与照射位置A的移动方向直交的方向的尺寸W随聚光位置F变化而与照射位置A的移动方向平行的方向的尺寸V略平行于激光的光轴的状态照射。
激光的聚光角α(参考图2、图3)在与照射位置A的移动方向直交的截面上较好是10～34°。
此时，可以根据切割对象物的热导率、强度等适当设定激光的聚光位置F，例如如图2以及图3所示，可以在以基板表面G1为基准的基板背面G2相同侧设定聚光位置F，也可以在以基板表面G1为基准的基板背面G2的相反侧设定聚光位置F。
如果聚光角α超过34°，则随光轴激光的截面形状的变化大，因此基板表面G1与基板背面G2的热应力差增加，切割面的品质降低。另外，随光轴激光的截面形状的变化大，因此聚光位置F的误差容易导致不均匀的热应力分布，切割面的品质变得不稳定。
另一方面，如果聚光角α不足10°，则难以控制基板表面G1与基板背面G2的热应力差，切割面的品质降低。
另外，在基板表面G1，激光在与照射位置A的移动方向直交的方向上的尺寸W(参考图2、图3)较好是2～10mm，更好是3～7mm。
如果基板表面G1上的尺寸W不足2mm，则划线L2被加热，因此龟裂在与划线L2直交的面内方向(X方向、Y方向)上也伸展，切割面的精度降低。另外，照射位置A的误差容易导致不均匀的热应力分布，切割面的品质变得不稳定。
另一方面，如果基板表面G1上的尺寸W超过10mm，则不必要的部分被加热并难以获得温度差，因此划线L2上产生的拉伸应力变小。其结果，难以获得切割所需的足够的热应力，切割面的品质变得不稳定。
加工头30通过第1驱动机构40相对于平台20沿X方向、Y方向以及Z方向相对移动。为了实现上述功能，可以固定好支承基板G的平台20并通过第1驱动机构40使加工头30移动。第1驱动机构40可以是公知的结构，例如包括将加工头30沿X方向、Y方向以及Z方向引导的XYZ导轨和驱动加工头30的致动器而构成。另外，也可以固定好加工头30并使支承基板G的平台20移动，也可以进行同时移动平台20以及加工头30两者的控制。
如上所述，第1实施方式中，在基板表面G1上形成划线L2，沿着划线L2使基板表面G1上的激光的照射位置A移动。振荡器34的输出功率的控制以及第1驱动机构40的输出功率的控制是通过由微型计算机构成的控制单元50来实现的。
控制单元50上连接有测量加工头30的位置坐标的位置感应器(未图示)等。控制单元50根据来自位置感应器等的控制信号控制如下所述的切割装置10的各种动作。上述图2以及图3中，激光的截面设为圆形或矩形，但截面也可以为椭圆形。另外，可以根据切割的脆性材料基板的物性适当变更激光种类，如果是玻璃以外的切割对象，则例如可以使用CO2激光器(波长：10600nm)、YAG激光器(波长：1064nm)、半导体激光器等。
接着，对于第1实施方式的脆性材料基板的切割方法，参考图1进行说明。
首先，将基板G载放于平台20上，并在将加工头30移动至与基板G的切割线L1的起始端(起点)相对的位置时，使加工头30开始下降。接着，加工头30的划线切割器32下降，在规定的条件下按压在基板表面G1上，如图1(A)所示，以规定的速度划出划线L2。
完成划线L2的形成后，接着，加工头30上升，在加工头30再次移动至与划线L2的起始端相对的位置时，使加工头30下降。加工头30接近至离基板表面G1规定距离时，振荡器34发出激光。由振荡器34发出的激光通过光学系统36聚光，并照射在划线L2的起始端。
接着，如图1(B)所示，通过使基板表面G1上的激光的照射位置A沿着划线L2移动，从而在照射位置A的移动方向的前方切割基板G。
此时，切割的前端位置B在激光的照射位置A的移动方向的前方。如图2(A)以及图3(A)所示，在激光的照射区域中，激光的一部分作为热量被吸收，因此较照射区域的周围为高温，由于基板G的热膨胀产生压缩应力(箭头P)。另一方面，通过反作用力在照射区域的周围产生拉伸应力(箭头Q)。通过该拉伸应力，龟裂以划线L2上的点作为起点伸展而开始切割。由于龟裂以划线L2上的点作为起点伸展而切割，因此切割面的基板表面G1侧略一致于划线L2。
图4(A)以及图4(B)表示通过2条切割线切割所要求的形状的脆性材料基板G时的切割线以及划线的一例。图4(A)为表示切割线L1-1、L1-2的立体图，图4(B)为表示划线L2-1、L2-2的立体图。在图4所示的例中，第1以及第2切割线L1-1、L1-2为独立的切割线，并且在第1切割线L1-1的前端具有与第2切割线L1-2交叉的第1交点C，在第2切割线L1-2的前端具有与第1切割线L1-1交叉的第2交点D。
另外，在图4所示的例中，在除了第1交点C附近之外沿着第1切割线L1-1形成第1划线L2-1，在除了第2交点D附近之外沿着第2切割线L1-2形成第2划线L2-2。即，第1划线L2-1在前端与第2划线L2-2相离，第2划线L2-2在前端与第1划线L2-1相离。换句话说，第1以及第2划线L2-1、L2-2相互独立地分离。
如果交叉形成第1以及第2划线L2-1、L2-2，则在第1以及第2的交点C、D处，在基板表面G1上会产生缺口或崩碎，因此切割面的品质降低。另一方面，第1实施方式中，第1以及第2划线L2-1、L2-2相离形成，因此可以提高切割面的品质。
第1以及第2划线L2-1、L2-2的相离距离E较好是0.3～3mm，更好是0.3～1mm。如果相离距离E不足0.3mm，则需要严格控制划线切割器32的位置，另一方面，如果相离距离E超过3mm，则作为龟裂的起点过度远离，龟裂难以沿着切割线L1伸展。
但是，如上所述，如果在第1交点C的附近沿着第2切割线L1-2使照射位置A移动，则在热应力的作用下，龟裂以第1划线L2-1上的点作为起点伸展。由于相对于第1划线L2-1左右非对称地产生上述热应力，因此会对切割面的品质带来不良影响。另外，如果在第2交点D的附近沿着第1切割线L1-1使照射位置A移动，则在热应力的作用下，龟裂以第2划线L2-2上的点作为起点伸展。由于相对于第2划线L2-2左右非对称地产生上述热应力，因此会对切割面的品质带来不良影响。
在不存在划线的区域，该影响尤其显著。在第1以及第2交点C、D附近，第1划线L2-1以及第2划线L2-2相离形成，因此不存在成为龟裂的起点的点，形成切割面的龟裂偏离切割线或蛇行。
因此，在本实施方式中，如下所述实现了上述提高切割面的品质的切割方法。图5～图8是按照时间顺序表示图4所示的基板G的切割步骤的一例的图。图9是扩大图5的主要部分的图。在示于图的第1实施方式中，在第1切割线L1-1与第2切割线L1-2交叉的第1以及第2交点C、D附近的第1以及第2区域J以及K(参考图5、6)的内侧，限制激光的照射。该限制只要能够使上述区域J、K内侧的最高温度和最低温度的温度差ΔTj、ΔTk变小即可，可以限制激光的输出功率本身、也可以加快照射位置A的移动速度，对上述功能的实现方法没有限制。另外，在第1实施方式中，为了实现上述功能，停止激光的输出，遮断激光的照射。
图6所示的第1区域J可以是包含第2切割线L1-2的一部分的一定范围，例如可以是以第1交点C为中心的一定范围，或也可以是以靠近第1划线L2-1的前端的接近点(未图示)为中心的一定范围。同样地，图5所示的第2区域K可以是包含第1切割线L1-1的一部分的一定范围，例如可以是以第2交点D为中心的一定范围，或也可以是以靠近第2划线L2-2的前端的接近点(未图示)为中心的一定范围。
第1以及第2区域J、K的沿切割线的长度较好是5～50mm，更好是10～30mm。如果不足5mm，则限制激光照射的区域过小，因此切割面的品质降低。另一方面，如果超过50mm，则照射位置A到达第1以及第2区域J、K的一端J1、K1时，难以通过热应力将基板G切割至在第1以及第2区域J、K的另一端J2、K2。
在本实施方式的切割工序中，首先，使如图4所示的第1切割线L1-1上的基板G的外缘与照射位置A对齐。此时，如图5以及图9所示，对照射位置A的移动方向的前端进行定位，使其包括第2区域K的一端K1。在该状态下，将激光照射规定时间(例如，0.5s)，沿着第1划线L2-1将基板G从基板G的外缘至少切割至第2区域K的移动方向前方的另一端K2。即，切割的前端位置B沿着第1切割线L1-1经过第2交点D并到达第1交点C的中途。之后，遮断激光的照射。
接着，使照射位置A与第1切割线L1-2上的基板G的外缘对齐。此时，如图6所示，将照射位置A的移动方向前端定位，使其包括第1区域J的一端J1。在该状态下，将激光照射规定时间(例如，0.5s)，利用热应力将基板G沿着第2切割线L1-2从基板G的外缘至少切割至第1区域J的移动方向前方的另一端J2。即，切割的前端位置B沿着第1划线L2-2经过第1交点C到达第2交点D的中途。之后，遮断激光的照射。
接着，对照射位置A的移动方向后端进行定位，如图7所示，使其包括在图5的步骤中被切割了的第2区域K的另一端K2。然后，再次进行激光的照射，使照射位置A沿着第1划线L2-1向第1交点C移动，将基板G沿着第1划线L2-1切割至第1交点C为止的剩余部分。之后，遮断激光的照射。
在这里，在第1交点C附近，为了对如图4所示的基板G沿着第1切割线L1-1切割，第1区域J的内侧的最高温度和最低温度的温度差ΔTj较好是设为15℃以下，更好是设为10℃以下。如果在温度差ΔTj超过15℃的状态下切割，则由于受到如图6所示的步骤的影响，第1区域J的内侧的温度分布相对于第1切割线L1-1左右不对称，因此会对切割面的品质带来不良影响。另一方面，在第1实施方式中，由于将温度差ΔTj设为15℃以下，因此能够抑制温度差ΔTj的影响，能提高切割面的品质。
最后，如图8所示，对照射位置A的移动方向后端进行定位，使其包括在图6的步骤中被切割了的第1区域J的另一端J2。之后，再次进行激光的照射，使照射位置A沿着第2切割线L1-2向第2交点D移动，将基板G沿着第2切割线L1-2切割至第2交点D为止的剩余部分，之后结束切割工序。
在这里，在第2交点D附近，为了对如图4所示的基板G沿着第2切割线L1-2切割，第2区域K的内侧的最高温度和最低温度的温度差ΔTk较好是设为15℃以下，更好是设为10℃以下。由此，与利用图8进行的上述说明一样，可提高切割面的品质。另外，第2交点D的附近的激光照射也具有与上述的第1交点C附近获得的效果相同的效果。
示意地表示以上的照射顺序的图为图10，按照图10的箭头(1)～(4)的顺序进行照射时，通过控制第2交点D附近的温度差ΔTk，能够达到本发明的目的。
按照图10所示的激光的照射顺序进行切割的情况下，沿着第2切割线L1-2切割第2交点D附近的基板G时，可以限制激光的照射，也可以不限制激光的照射。这是因为在任何情况下均在照射位置A的移动方向的前方切割基板G，因此在照射位置A达到第2交点D附近之前切割就终止了。
如上所述，在第1实施方式中，在前期步骤中在切割线的交点附近的区域，从基板G的外缘至少切割至第2区域K的移动方向的前方的另一端K2，因此将激光照射在另一端K2时，龟裂不会从另一端K2向一端K1伸展，能够获得良好的切割面。
切割的前端位置B仅仅到达至移动方向前方的另一端K2的跟前时，在后续工序中对另一端K2照射激光时(参考图7)，龟裂从另一端K2向一端K1伸展。此时，第2区域K的切割面成为阶梯状，切割线的精度以及切割面的垂直性等切割面的品质降低。
另一方面，将图10的变形例示于图11。按照图11所示的顺序进行激光的照射时，预先在交点C的附近使切割的前端位置B伸展至切割线L1-2上的移动方向前方的另一端J2。因此，对另一端J2照射激光时，龟裂不会从另一端J2向一端J1伸展，提高了切割面的品质。切割的前端位置B仅仅到达至移动方向前方的另一端J2的跟前时，在后续工序中对另一端J2照射激光(参考图8)时，如前所述，龟裂向与照射位置A的行进方向相反的方向伸展，切割面的品质降低。
按照图11所示的激光的照射顺序进行切割的情况下，沿着第1切割线L1-1切割第1交点C附近的基板G时，可以限制激光的照射，也可以不限制激光的照射。这是因为沿着第1交点C附近的第1切割线L1-1进行切割时的基板G的温度条件受到非对称性的不良影响小。
另外，在图9中表示将照射位置A与第1切割线L1-1上的基板G的外缘对齐的例子，开始照射时的位置对齐只要是在激光的照射位置A中包括划线的端部K1、且是在激光照射后能够切割至区域K的移动方向前方的另一端K2的点即可，照射位置A的中心点不受限于基板G的外缘。另外，这对图6所示的区域J附近也相同。
如上所述，根据第1实施方式，使基板表面G上的激光的照射位置A沿着划线L2相对移动，在照射位置A的移动方向的前方切割脆性材料基板G。此时，通过激光的照射以划线上的点作为起点几乎与激光加热同时地进行切割，因此不需要激光加热后用于进行切割的冷却装置。因此，无需使装置10复杂化的情况下能够进行脆性材料基板G的切割。
另外，根据第1实施方式，在第1与第2切割线L1-1、L1-2交叉的第1以及第2交点C、D附近的第1以及第2区域J、K内侧，限制激光的照射。其结果，能够防止不需要的龟裂的伸展，提高了切割面的品质。这在相互分离地形成第1以及第2划线L2-1、L2-2时，尤其显著。
并且，根据第1实施方式，照射位置A到达至第2区域K的一端K1时，基板G沿着第1切割线L1-1至少切割至第2区域K的另一端K2。另外，照射位置A到达至第1区域J的一端J1时，基板G沿着第2切割线L1-2至少切割至第1区域J的另一端J2。由此，即使对另一端J2、K2照射激光，龟裂也不会从另一端J2、K2向一端J1、K1伸展，能够防止切割面成为阶梯状，提高了切割面的品质。
另外，根据第1实施方式，在第1交点C附近沿着第2切割线L1-2切割基板G后，沿着第1切割线L1-1切割时，第1区域J内侧的最高温度和最低温度的温度差ΔTj设为15℃以下。另外，在第2交点D附近沿着第1切割线L1-1切割基板G后，沿着第2切割线L1-2切割时，第2区域K内侧的最高温度和最低温度的温度差ΔTk设为15℃以下。由此可以控制温度的影响，提高了切割面的品质。
图12以及图13是表示划线的另一例的立体图。图4中表示通过独立的2条划线切割基板G的例，但划线未必一定要独立，可以如图12所示以连续的一划线的一部分形成划线L2-1、L2-2，并形成切割线的交点D。另外，图13是通过3条以上的划线切割包含内曲球形状的所需形状的基板G的例。如图13所示，为了切出内曲球形状，通过多个划线L2-1～L2-6形成3点以上的切割线的交点，从而能够切割基板G。
另外，如果采用本实施方式的激光切割，则与以往的基于弯曲应力的切割方法不同，通过板内部的应力进行切割。因此被切割了的基板G的相对的切割面在不会相互接近、接触的方向移动的条件下能够进行切割，切割面之间不会相互摩擦。其结果，能够降低切割时的切割碎屑(碎玻璃)的产生量的同时，能够防止不需要的缺陷等切割面的品质的降低。以上的结果，不仅可以提高制品的成品率，而且通过减少碎玻璃，能够期待切割碎屑的污染引起的品质不良的降低、清洗工序的简化、制造装置的磨损的减少带来的寿命延长等效果。
以下，对本发明的第2实施方式进行说明。图14是表示本发明的脆性材料基板的切割装置的第2实施方式的简图。切割装置100与示于图1的切割装置10相比，还具有热处理单元60以及使平台20与热处理单元60相对移动的第2驱动机构70。其它构成与图1相同，因此省略详细的说明。
热处理单元60能动地加热或冷却脆性材料基板G的至少一部分。热处理单元60可以是公知的结构，例如可具有喷出空气的空气冷却喷嘴机构，也可以包括贮存致冷剂的致冷剂槽以及向基板表面G1喷出致冷剂的喷雾喷嘴而构成。另外，更好是在控制单元50上设置能够控制加热冷却条件的机构。
该热处理单元60待机在平台20的上方，通过第2驱动机构70能相对于平台20在X方向、Y方向、Z方向上移动。为了实现上述功能，可以固定好支承基板G的平台20并通过第2驱动机构70使热处理单元60移动，也可以固定好热处理单元60并通过第2驱动机构70使支承基板G的平台20移动。第2驱动机构70可以是公知的结构，例如包括在X方向、Y方向以及Z方向上引导热处理单元60的XYZ导轨以及驱动热处理单元60的致动器而构成。
如上所述，在第2实施方式中，脆性材料基板G的规定区域可以选择性地被加热或冷却。此时的热处理单元60的输出控制以及第2驱动机构70的输出控制是通过由微型计算机构成的控制单元50来实现的。控制单元50上连接有测量热处理单元60的位置坐标的位置感应器(未图示)等。控制单元50根据来自位置感应器等的输出信号控制如下所述的切割装置100的动作。
接着，对于第2实施方式的脆性材料基板的切割方法，参考图15进行说明。图15是表示在示于图7以及图8的步骤之间进行的步骤的图。其它步骤与图5～图8相同，因此省略详细的说明。
如图15所示，在第2交点D附近，沿着第1划线L2-1切割(参考图5)后，在沿着第2划线L2-2切割(参考图8)前，通过热处理单元60加热或冷却第2交点D的附近。因此，能够使第2交点D附近的第2区域K内侧的温度分布均匀，提高了切割面的品质。
如果未加热或冷却第2交点D附近，则需要待机至第2区域K内侧的温度差ΔTk达到15℃以下为止。另一方面，在第2实施方式中，通过热处理单元60能动地加热或冷却第2交点D附近，因此能够有效地抑制图5以及图7所示的步骤的影响。
另外，为了使得第2区域K内侧的温度分布均匀，加热或冷却的区域M较好是覆盖第2区域K的宽范围。
如上所述，根据第2实施方式，在第2交点D附近，通过加热或冷却第2交点D附近，从而能够有效地抑制示于图5以及图7的步骤的影响，提高切割面的品质。
另外，激光照射和热处理的顺序不受限于前述的顺序，对于第2交点D附近，例如可以在示于图6的步骤后，在示于图7的步骤前加热或冷却第2交点D附近，此时，能够有效地抑制示于图5的步骤的影响。并且，对于第1交点C附近，可以在沿着第2切割线L1-2切割(参考图6)后，在沿着第1切割线L1-1切割前，加热或冷却第1交点C附近。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行更详细的说明。
(例1～4)
准备通过浮法制得的宽度305mm、长度305mm、厚度3.5mm的绿色系钠钙玻璃板(旭硝子公司制：汽车用玻璃板)，将该玻璃板G载放于图1所示的平台20上。接着，将金刚石切割器32以60N的力按压在玻璃基板表面G1上，以200mm/s的速度划出图4所示的划线L2-1、L2-2。
在各例1～4中，相离距离E设为0.5mm。
接着，对玻璃板G的表面G1照射图3所示的激光，如图5～图8所示，沿着划线L2-1、L2-2以100mm/s的速度移动照射位置A，来切割玻璃板G。
在各例1～4中，激光的照射条件设为波长：808nm，聚光角α：32°，聚光位置F：以基板表面G1为基准与基板背面G2相反的一侧，输出功率：600W，基板表面G1的照射形状(尺寸W×尺寸V)：5×10mm。另外，第1区域J设为以第2切割线L1-2上的第1交点C为中心的前后20mm(全长40mm)的范围。另外，第2区域K设为以第1切割线L1-1上的第2交点D为中心的前后20mm(全长40mm)的范围。
另外，在各例1～4中，在图7和图8所示的步骤中，改变激光分别照射在第2交点D附近时的间隔的待机时间T(放冷时间)，测定了经时温度差ΔTk。温度差ΔTk的测定中使用了红外线热像仪。将各例1～4的温度差ΔTk示于表1。另外，在这里待机时间T是指不包括照射激光时装置和玻璃板的相对移动所需的最低限度的控制时间的、暂时停止加工头30的驱动而使加工头30有效地待机的时间。
(例5)
在例5中，在不限制激光照射的情况下，沿着第1切割线L1-1使照射位置A从起点移动到终点(即，经过第2交点D到达第1交点C)，接着，沿着第2切割线L1-2使照射位置A从起点移动到终点(即，经过第1交点C到达第2交点D)。除此之外的条件，与例1～4同样地操作切割了玻璃板G。
〔表1〕
  待机时间T(s)   温度差ΔTk(℃)   照射限制
  例1   15   12   有
  例2   10   14   有
  例3   5   19   有
  例4   0   24   有
  例5   0   无
在例1～4中，在第1以及第2区域J、K的内侧遮断了激光的照射，因此在切割面的基板表面G1侧能够切割出与第1以及第2切割线L1-1、L1-2大致一致形状的玻璃。
测定了例1～4的切割面的基板背面G2的位置偏差的结果示于图16。在图16中，横轴是在切割面的基板表面G1侧距第2交点D的距离(单位：mm)，纵轴是俯视时切割面的基板表面G1侧与基板背面G2侧的位置偏差(单位：mm)，表示相对于切割面的基板表面G1的垂直性。所述距第2交点D的距离是沿着第2切割线L1-2测定的，并将向着第1交点C的方向设为正。另外，在位置偏差中，使基板背面G2侧与基板表面G1侧进行比较，将与第2划线L2-2直交的箭头N方向(参考图8)设为负。
参考图16可知，在例1～2中相对于基板表面G1侧的切割线的位置偏差小，基板背面G2侧的切割位置的位置偏差也减小，因此切割面以接近于直角的形状被切割。其结果，获得了切割后的切割面的品质更加良好的玻璃板。
观察了切割面的结果，在例5中，对第1以及第2区域J、K的内侧照射了600W的输出功率的激光，因此，龟裂在不需要的方向上扩展并由于切割面的基板表面G1侧与切割线的位置偏差导致切割面的精度下降，无法获得所要求的形状的玻璃板。
以上，对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施例，可在不超出本发明的范围内对上述的实施例进行各种变形和替换。
产业上利用的可能性
本发明适用于以汽车为代表的车辆用窗玻璃，其它车辆、航空器、船舶或建筑物等的窗玻璃，薄型显示器用玻璃板，硬盘用基板，其它陶瓷的加工以及制造。
另外，在这里引用2009年7月3日提出申请的日本专利申请2009-159016号的说明书、权利要求书、附图和摘要的所有内容作为本发明说明书的揭示。
符号的说明
10脆性材料基板的切割装置
20平台
30加工头
32划线切割器
34振荡器
36光学系统(聚光透镜)
40第1驱动机构
50控制单元
60热处理单元
70第2驱动机构

Claims (12)

1.脆性材料基板的切割方法，该方法是沿着至少在1点交叉的第1以及第2的切割线，对脆性材料基板会聚照射激光而切割脆性材料基板的方法，其特征在于，
包括：沿着所述第1以及第2切割线在所述脆性材料基板的表面上形成划线的第1步骤，以及沿着所述划线使所述脆性材料基板的表面的激光的照射位置相对移动并在前述照射位置的移动方向的前方切割所述脆性材料基板的第2步骤，
将所述激光的照射限制在所述第1与第2切割线交叉的交点的附近区域的内侧。
2.如权利要求1所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，沿着所述第1切割线形成第1划线，除了所述交点附近之外沿着所述第2切割线形成所述第2划线。
3.如权利要求1或2所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，在所述交点附近，所述照射位置到达所述第1或第2切割线的所述区域的一端时，所述脆性材料基板沿着所述第1或第2切割线，至少被切割至所述区域的移动方向前方的另一端。
4.如权利要求1～3中任一项所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，在所述交点附近沿着第1切割线切割所述脆性材料基板后，沿着第2切割线切割时，所述区域的内侧的所述脆性材料基板的最高温度以及最低温度的温度差设为15℃以下。
5.如权利要求1～4中任一项所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，在所述交点附近沿着第1切割线切割所述脆性材料基板后，在沿着第2切割线切割之前，加热或冷却所述交点附近。
6.如权利要求1～5中的任一项所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，所述第1以及第2切割线为连续的一条切割线。
7.如权利要求1所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，所述脆性材料基板至少具有相互独立的所述第1以及第2切割线，
所述第1切割线具有在所述第1切割线的前端与所述第2切割线交叉的第1交点以及至少一个其它交点，
所述第2步骤具有沿着所述第1切割线经过所述其它交点切割至所述第1交点的中途为止的步骤，以及沿着所述第1切割线切割至所述第1交点为止的剩余部分的步骤。
8.如权利要求1所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，所述第1以及第2切割线为独立的切割线，具有在所述第1切割线的前端与第2切割线交叉的第1交点、以及在所述第2切割线的前端与所述第1切割线交叉的第2交点，
所述第2步骤具有沿着所述第1切割线经过所述第2交点切割至所述第1交点的中途为止的步骤、沿着所述第2切割线经过所述第1交点切割至所述第2交点的中途为止的步骤、沿着所述第1切割线切割至所述第1交点为止的剩余部分的步骤、沿着所述第2切割线切割至所述第2交点为止的剩余部分的步骤。
9.如权利要求8所述的脆性材料基板的切割方法，其特征在于，除了所述第1交点附近之外沿着第1切割线形成第1划线，除了第2交点附近之外沿着所述第2切割线形成第2划线。
10.车辆用窗玻璃，其特征在于，通过权利要求1～9中任一项所述的脆性材料基板的切割方法切割而得。
11.脆性材料基板的切割装置，该装置为将激光照射于脆性材料基板来切割所述脆性材料基板的切割装置，其特征在于，
所述切割装置是为了沿着至少在1点交叉的第1以及第2切割线切割脆性材料基板，使预先沿着所述第1以及第2切割线形成有划线的所述脆性材料基板的表面的激光照射位置沿着所述划线相对移动，在所述照射位置的移动方向的前方切割所述脆性材料基板的切割装置，
该装置具有支承所述脆性材料基板的平台、发出所述激光的振荡器、将由所述振荡器发出的所述激光聚光在所述脆性材料基板的光学系统、使所述平台与所述振荡器及所述光学系统相对移动的第1驱动机构、以及控制所述振荡器的输出和所述第1驱动机构的输出的控制单元，
所述控制单元将所述激光的照射限制在第1与第2切割线交叉的交点的附近区域的内侧。
12.如权利要求11所述的脆性材料基板的切割装置，其特征在于，还具有加热或冷却所述脆性材料基板的至少一部分的热处理单元以及使所述平台和所述热处理单元相对移动的第2驱动机构，
所述控制单元控制所述热处理单元的输出以及所述第2驱动机构的输出，在所述交点附近，在沿着第1切割线切割所述脆性材料基板后，在沿着所述第2切割线切割之前，加热或冷却所述交点附近。
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