CN102612499B - 脆性工件的切割方法及切割装置 - Google Patents
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Abstract
一种脆性工件的切割方法及切割装置，该切割装置具备：CO2激光振荡器（4），其发射激光（La、Lb）；扫描机构，其使液晶显示器用玻璃（W）移动，使激光（La、Lb）在液晶显示器用玻璃（W）的表面上进行扫描；控制器（31、32），其使CO2激光振荡器（4）及扫描机构动作，使激光（La、Lb）在液晶显示器用玻璃（W）的表面上扫描并进行切割，且使激光（Lb）沿通过扫描而已切割的液晶显示器用玻璃（W）的切割线（Wa）进行再次扫描，使切割面再次熔化，控制器（31、32）将后扫描的后激光（Lb）的光束直径控制在先扫描的先激光（La）的光束直径以上，并将后激光（Lb）的输出控制在先激光（La）的输出以下。能够实现作业时间的缩短并得到几乎不需要精加工的切割面，在进行具有内角的形状的开孔加工时，可在内角形成无裂纹的孔。
Description
技术领域
本发明涉及在对例如液晶显示器用玻璃等的由脆性材料构成的脆性工件进行切割、或对脆性工件实施开孔加工时所使用的脆性工件的切割方法及切割装置。
背景技术
目前，作为上述的脆性工件的切割方法，例如有专利文献1中公开的脆性材料的切割方法。
该脆性材料的切割方法如下进行切割，从表面侧照射激光，使焦点与脆性材料的背面乃至其附近内部对准，使脆性材料的背面产生裂纹，接着，对产生了该裂纹的部位再次照射激光进行加热，由此，使上述裂纹从背面成长直到表面。
专利文献1：（日本）特开2005－179154号公报
上述的脆性材料的切割方法中，由于在切割时不需要用于指定切割的开始位置而弄出伤痕或形成易于分割材料的划线，因此，能够缩短加工时间。
但是，该脆性材料的切割方法中，由于通过激光的第二次照射使由第一次的激光照射而产生的裂纹沿材料厚度方向成长，因此，不能否定在切割面可能会产生微小的裂纹或变形，并且例如在对脆性材料开设方孔的情况下，具有可能在内角产生意想不到的裂纹的问题，解决这些问题成为目前的课题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有课题而创立的，其目的在于，提供一种能够实现作业时间的缩短，并且得到几乎不需要精加工的切割面，而且，在进行具有矩形状或星形状等内角的形状的开孔加工时，可在内角形成无裂纹的孔的脆性材料的切割方法及切割装置。
本发明提供一种脆性工件的切割方法，对液晶显示器用玻璃等的由脆性材料构成的脆性工件进行切割，对所述脆性工件的表面照射激光，使所述激光以描绘直线或曲线等所希望的切割线的方式进行扫描，从而对该脆性工件进行切割，接着，使以光束直径为所述激光的光束直径以上且输出为所述激光的输出以下的激光沿所述切割线扫描，使切割面再次熔化（本发明第一方面）。
另外，本发明提供一种脆性工件的切割装置，对液晶显示器用玻璃等的由脆性材料构成的脆性工件进行切割，具备：激光振荡器，其发射激光；扫描机构，其使从该激光振荡器发射的激光的光轴及所述脆性工件相对地移动，并使所述激光在脆性工件的表面上进行扫描；控制部，其使所述激光振荡器及所述扫描机构动作，并使所述激光在脆性工件的表面上以描绘所希望的切割线的方式进行扫描，从而对该脆性工件进行切割，并且，使激光沿通过该扫描而已切割的所述脆性工件的切割线再次进行扫描，使切割面再次熔化，所述控制部将后扫描的后激光的光束直径控制在先扫描的先激光的光束直径以上，并且将后扫描的所述后激光的输出控制在先扫描的所述先激光的输出以下（本发明第二方面）。
优选的构成为，具备发射所述先激光的先激光振荡器和发射所述后激光的后激光振荡器，所述控制部进行如下的控制，即、使所述先激光振荡器及所述扫描机构动作，并使所述先激光在脆性工件的表面上以描绘所希望的切割线的方式进行扫描，从而对该脆性工件进行切割，并且，使所述后激光振荡器及所述扫描机构动作，并使来自所述后激光振荡器的后激光沿通过所述先激光的扫描而已切割的所述脆性工件的切割线进行扫描，使切割面再次熔化（本发明第三方面）。
本发明的脆性工件的切割方法及切割装置用于例如作为脆性工件厚度为0.1mm、100mm×100mm的液晶显示器用玻璃的切割或方孔、圆孔等的开孔加工。
此时，激光振荡器的激光介质能够使用例如CO2或Yb：玻璃纤维，为了阻止热量输入过多引起的裂纹的产生，优选在使用CO2激光振荡器的情况下将输出抑制在18W左右，在使用Yb：玻璃纤维激光振荡器的情况下将输出抑制在30W左右。
另外，作为激光输出方式，除了能够采用连续振荡之外，还可以采用正态脉冲振荡、或例如脉冲宽度为飞母托秒的Q开关脉冲振荡。
另外，本发明的脆性工件的切割方法及切割装置中，在切割脆性工件的情况下，从设于激光筒的气体供给口对脆性工件的切割部分喷出作为辅助气体的中心保护气体并进行切割，但该中心保护气体优选使用可提高切割性能的氩、氦、氮等惰性气体。
另外，本发明的脆性工件的切割方法及切割装置中，优选对脆性工件的切割部分喷出同样作为辅助气体的辅助保护气体，该辅助保护气体的种类、供给量、供给角度可根据切割要求和切割规格在加工现场适当确定。
这样，当对脆性工件的切割部分喷出辅助保护气体并进行切割时，脆性工件的照射激光的表面侧的切割质量提高。
另外，本发明的脆性工件的切割方法及切割装置中，优选在支承脆性工件的夹具的形状上想办法，而且使用阻止浮渣（熔化金属）附着在切割面的浮渣消除用的辅助气体。
具体而言，优选在夹具上设置沿着直线或曲线等切割线的槽，同时对该槽供给浮渣消除用的辅助气体，此时，如果脆性工件的厚度为例如约100μm，则优选在切割线与夹具的槽的边缘之间设置20μm左右的余隙，另外，如果脆性工件的厚度为例如约50μm，则优选在切割线与夹具的槽的边缘之间设置15μm左右的余隙。
这样，当在夹具上设置沿着切割线的槽，且对该槽供给浮渣消除用的辅助气体时，脆性工件的背面侧的切割质量提高。
本发明的脆性工件的切割方法及切割装置中，在例如采用CO2作为激光振荡器的激光介质，且通过连续振荡产生的激光开设方孔的情况下，首先，在液晶显示器用玻璃的表面上使18W以下的激光以所希望的方孔形状进行扫描而开孔。
接着，以输出为与该切割时相同的18W以下的输出且光束直径为该切割时以上的光束直径的激光沿方孔的边缘扫描进行再次熔化。
这样，本发明的脆性工件的切割方法及切割装置中，由于沿通过第一次激光的扫描而形成的方孔的边缘使激光再次扫描，对方孔的边缘进行再次熔化，因此，即使在第一次激光扫描的加工时在方孔的边缘（特别是内角）产生微小的裂纹或变形，这些裂纹或变形可以通过第二次激光扫描的再次熔化而消除，因此，几乎不需要精加工，可在内角形成无裂纹的方孔。
本发明的脆性工件的切割方法及脆性工件的切割装置中，由于沿通过第一次激光的扫描而形成的切割面使激光再次扫描，对该切割面进行再次熔化，因此，能够实现作业时间的缩短，并且得到几乎不需要精加工的切割面（加工面），并且在进行具有矩形状或星形状等内角的形状的开孔加工时，带来可在内角形成无裂纹的孔的非常优异的效果。
另外，本发明的脆性工件的切割装置中，其构成具备发射先激光的先激光振荡器及发射后激光的后激光振荡器，因此，可以使来自后激光振荡器的后激光追随先激光进行扫描，其结果带来可实现更进一步缩短作业时间的非常优异的效果。
附图说明
图1是本发明一实施例的脆性工件的切割装置的整体立体说明图；
图2是图1所示的脆性工件的切割装置的正面说明图；
图3是图1所示的脆性工件的切割装置的侧面说明图；
图4是表示在图1的脆性工件的切割装置的加工工作台上安装工件的要领的立体说明图；
图5是表示在图4的加工工作台上安装工件的状态的立体说明图；
图6是图1所示的脆性工件的切割装置进行的工件切割要领说明图；
图7是利用图1所示的脆性工件的切割装置切割工件时的辅助气体的供给要领说明图；
图8是利用图1所示的脆性工件的切割装置切割的工件的剖面图像；
图9是利用同图1所示的脆性工件的切割装置实施开方孔加工的工件的平面图像；
图10是利用同图1所示的脆性工件的切割装置实施开圆孔加工的工件的平面图像。
符号说明
1脆性工件的切割装置
4CO2激光振荡器
10加工工作台（夹具；扫描机构）
11X方向导向件（扫描机构）
12Y方向导向件（扫描机构）
31激光控制器（控制部）
32加工工作台控制器（控制部）
La、Lb激光
W液晶显示器用玻璃（脆性工件）
Wa切割线
Wb切割面
具体实施方式
下面，基于附图对本发明进行说明。
图1～图7表示本发明的脆性工件的切割装置的一实施例，该实施例中，以将本发明的脆性工件的切割装置用于液晶显示器用玻璃的切割及方孔、圆孔等开孔加工的情况为例进行列举说明。
如图1～图3所示，该脆性工件的切割装置1具备在四角具有带支架脚轮2a的基部2，该基部2上的一端侧半面成为各种设备的搭载区域A，并且，基部2上的另一端侧半面成为加工区域B。
在基部2上的搭载区域A设置有构筑成台状的构架3。在该构架3上载置有发射激光的CO2激光振荡器4，在被构架3包围的部位收纳有电源供给箱5、6及吸引后述的辅助气体的集烟箱7。
另一方面，在基部2上的加工区域B设有内置有聚光透镜的沿着垂直方向激光筒8。该激光筒8可升降地配置于向构架3的加工区域B的延伸部的前端，在该激光筒8的下端部设有将氩等惰性气体作为中心保护气体（辅助气体）供给的气体供给口9。
另外，在该加工区域B设有位于激光筒8的下方并以平放的状态支承液晶显示器用玻璃的加工工作台（夹具）10。
如图4所示，该工作台10形成具有底部10a的矩形框状。在朝向该加工工作台10的上方的端面的内侧的边缘形成有承受玻璃用的台阶10b，又如图5所示，液晶显示器用玻璃W以平放的状态载置于台阶10b上，通过将周围螺纹紧固而固定。
该情况下，在加工区域B设置有固定于基部2上的X方向导向件11和在该X方向导向件11上滑动的Y方向导向件12，加工工作台10可滑动地配置于该Y方向导向件12上。即，加工工作台10及两个导向件11、12使液晶显示器用玻璃相对于激光筒8在水平面内（XY面内）移动，构成在该液晶显示器用玻璃上扫描激光的扫描机构。
另外，在加工区域B设有对从CO2激光振荡器4发射的激光的光束直径等进行调节并将其导向激光筒8的半透明反射镜单元13、光束扩展器单元14、曲面镜15。半透明反射镜单元13及光束扩展器单元14固定于构架3的向加工区域B的延伸部上，曲面镜15配置于激光筒8的上方。
该实施例中，基部2上的加工区域B被由纵框21及横框22支承的透明面板23覆盖，通过使位于正面及侧面的透明面板23按照双槽推拉门的要领左右滑动，形成用于相对于加工工作台10拆装液晶显示器用玻璃的开口。
在覆盖加工区域B的上方的透明面板23上配置有激光控制器（控制部）31，并且，在加工区域B侧的基部2收纳有加工工作台控制器（控制部）32。这些控制器31、32分别对CO2激光振荡器4、扫描机构即加工工作台10及两个导向件11、12进行如下控制。
首先，如图6所示，使CO2激光振荡器4及扫描机构动作，使CO2激光振荡器4发射的激光La在液晶显示器用玻璃W上以描绘所希望的切割线的方式以适当速度进行扫描，对该液晶显示器用玻璃W进行切割。接着，沿通过该扫描而已切割的液晶显示器用玻璃W的切割线Wa再次使CO2激光振荡器4发射的激光Lb以适当速度扫描，使切割面进行再次熔化。
此时，这些控制器31、32以后扫描的后激光Lb的光束直径成为先扫描的先激光La的光束直径以上的方式进行控制，且以后扫描的后激光Lb的输出成为先扫描的先激光La的输出以下的方式进行控制。
上述的脆性工件的切割装置1中，在将液晶显示器用玻璃W切割的情况下，如图7简略所示，从设于激光筒8的气体供给口9对液晶显示器用玻璃W的切割部分喷出作为辅助气体的中心保护气体CG并进行切割。
另外，上述的脆性工件的切割装置1中，优选对液晶显示器用玻璃W的切割部分同样喷出作为辅助气体的辅助保护气体SG，该辅助保护气体SG的种类、供给量、供给角度根据切割要求和切割规格能够在加工现场适当确定。
这样，当对液晶显示器用玻璃W的切割部分喷出辅助保护气体SG同时进行切割时，液晶显示器用玻璃W的表面侧的切割质量提高。
另外，在上述的脆性工件的切割装置1中，在夹具即加工工作台10上设置沿着切割线Wa的槽10c，并且能够向该槽10c供给阻止浮渣（熔化金属）附着在切割面的浮渣消除用的辅助气体DG，此时，如果液晶显示器用玻璃W的厚度为例如大约100μm，则优选在切割线Wa与工作台10的槽10c的边缘10d之间设置20μm左右的余隙，另外，如果液晶显示器用玻璃W的厚度为例如大约50μm，则优选在切割线Wa与工作台10的槽10c的边缘10d之间设置15μm左右的余隙。
这样，如果以在工作台10上设置沿着切割线Wa的槽10c且对该槽10c供给浮渣消除用的辅助气体DG的方式形成，则液晶显示器用玻璃W的背面侧的切割质量提高。
另外，工作台10的槽10c不限定于直线状，如果切割线为曲线，则形成为与其对应的曲线状。
图2中的符号35为辅助气体调整部，符号36为动作显示灯。另外，符号37为冷却单元，图3中的符号38为气体供给源连结部。
在形成这种构成的脆性工件的切割装置1中，在用连续振荡产生的激光切割液晶显示器用玻璃W的情况下，首先，通过激光控制器31使CO2激光振荡器4动作产生激光，与此同时，通过加工工作台控制器32分别使扫描机构即工作台10及两个导向件11、12动作。
而且，如果依次通过半透明反射镜单元13、光束扩展器单元14及曲面镜15并被导向激光筒8的激光在激光筒8中被调节成规定大小的光束直径并照射，则如图6所示，激光La在加工工作台10上的液晶显示器用玻璃W的表面上以规定的速度按所希望的形状扫描并进行切割。
接着，以与CO2激光振荡器4发射的第一次的激光La相同输出且使相同光束直径的激光Lb沿着通过该激光La的扫描而已切割的液晶显示器用玻璃W的切割线Wa以规定的速度再次扫描，使切割面再次熔化。
这样，该实施例的脆性工件的切割装置1中，由于使激光Lb沿着通过第一次激光La扫描而形成的切割线Wa再次扫描，使切割面再次熔化，因此，即使在第一次激光La的扫描进行的切割时在切割面产生微小的裂纹或变形，这些裂纹或变形也能够通过第二次激光Lb的扫描进行的再次熔化而消除，因此，得到几乎不需要精加工的切割面。
如图7所示，在进行上述切割时，在对液晶显示器用玻璃W的切割线Wa喷出辅助保护气体SG同时进行切割时，液晶显示器用玻璃W的表面侧的切割质量提高。另外，在向设于加工工作台10的槽10c供给浮渣消除用的辅助气体DG同时进行切割时，液晶显示器用玻璃W的背面侧的切割质量也提高。
因此，用显微镜观察通过该实施例的脆性工件的切割装置1切割厚度为0.1mm、100mm×100mm的液晶显示器用玻璃时的切割面后，得到图8所示的显微镜图像。在进行该切割时，将激光La、Lb的各输出、扫描速度及光束直径分别设为18W、10mm／sec及60μm。
根据图8所示的显微镜图像判断在液晶显示器用玻璃W的切割面Wb未产生裂纹或变形，由此，可证实在该实施例的脆性工件的切割装置1中得到几乎不需要精加工的切割面Wb。
另外，观察通过该实施例的脆性工件的切割装置1对厚度为0.1mm、100mm×100mm的液晶显示器用玻璃开设有方孔及圆孔时的平面后，得到图9及图10表示的图像。在对它们进行加工时，也将激光La、Lb的各输出、扫描速度及光束直径分别设为18W、10mm／sec及60μm。
根据图9及图10表示的图像判断在形成于液晶显示器用玻璃的方孔Wc及圆孔Wd的各边缘（特别是方孔的内角）均未产生裂纹或变形，由此，可证实在该实施例的脆性工件的切割装置1中得到几乎不需要精加工的方孔Wc（内角没有裂纹的方孔）或圆孔Wd。
上述的实施例的脆性工件的切割装置1中，第一次的激光La的扫描及第二次的激光Lb的扫描中，均将输出及光束直径分别设为18W及60μm，但也可以将第二次的扫描的激光Lb的输出设为小于18W，将光束直径设为大于60μm。
另外，上述的实施例的脆性工件的切割装置1中，将激光介质设为CO2，但也可以将激光介质设为玻璃纤维，而且，激光输出方式也不限定于连续振荡。
另外，上述的实施例中，以脆性工件的切割装置1具备1台CO2激光振荡器4的情况为例进行列举说明，但作为其它的构成，除了CO2激光振荡器4之外，也可以再设置1台激光介质与该CO2激光振荡器4相同的激光振荡器或激光介质不同的激光振荡器。
这样，在除了CO2激光振荡器4之外再设置1台激光振荡器的情况下，能够使来自该激光振荡器（后激光振荡器）的后激光追随来自CO2激光振荡器4（先激光振荡器）的先激光进行扫描，其结果可以实现作业时间的更进一步的缩短。
本发明的脆性工件的切割方法及切割装置的构成不限定于上述的实施例的构成。
Claims (5)
1.一种脆性工件的切割方法，是对由脆性材料构成的薄板状的脆性工件进行开孔加工时所使用的切割方法，所述开孔加工所形成的孔为矩形状或星形状且具有内角，其特征在于，
对所述薄板状的脆性工件的切割部分喷出保护气体并且对该薄板状的脆性工件的表面照射先激光，使所述先激光以描绘沿着孔的轮廓的切割线的方式进行移动光轴，从而对该薄板状的脆性工件进行切割，所述孔为矩形状或星形状且具有内角，
在先激光的切割之后，接着，使光束直径为所述先激光的光束直径以上且输出为所述先激光的输出以下的后激光照射所述薄板状的脆性工件的表面，沿着利用所述先激光的光轴的移动在所述薄板状的脆性工件已形成的所述切割线移动所述后激光的光轴，对所述薄板状的脆性工件的切割部分喷出保护气体并且使切割面再次熔化。
2.如权利要求1所述的脆性工件的切割方法，其特征在于，
所述脆性材料为液晶显示器用玻璃。
3.一种脆性工件的切割装置，是对由脆性材料构成的薄板状的脆性工件进行开孔加工时所使用的切割装置，所述开孔加工所形成的孔为矩形状或星形状且具有内角，其特征在于，具备：
激光振荡器，其发射先激光及后激光；
扫描机构，其使从该激光振荡器发射的所述先激光及所述后激光的各光轴及所述薄板状的脆性工件相对地移动，并使所述先激光及所述后激光在薄板状的脆性工件的表面上进行扫描；
控制部，其使所述激光振荡器及所述扫描机构动作，对所述薄板状的脆性工件的切割部分喷出保护气体并且使所述先激光在薄板状的脆性工件的表面上以描绘沿着孔的轮廓的切割线的方式移动其光轴，从而沿着所述孔的轮廓对该薄板状的脆性工件进行切割，并且，沿通过所述先激光的光轴的移动而已形成的所述薄板状的脆性工件的切割线移动所述后激光的光轴，对所述薄板状的脆性工件的切割部分喷出保护气体并且使切割面再次熔化，所述孔为矩形状或星形状且具有内角，
所述控制部将后扫描的所述后激光的光束直径控制在先扫描的所述先激光的光束直径以上，并且将后扫描的所述后激光的输出控制在先扫描的所述先激光的输出以下。
4.如权利要求3所述的脆性工件的切割装置，其特征在于，
所述脆性材料为液晶显示器用玻璃。
5.如权利要求3或4所述的脆性工件的切割装置，其特征在于，
具备发射所述先激光的先激光振荡器和发射所述后激光的后激光振荡器，所述控制部进行如下的控制，即使所述先激光振荡器及所述扫描机构动作，对所述薄板状的脆性工件的切割部分喷出保护气体并且使所述先激光在薄板状的脆性工件的表面上以描绘沿着孔的轮廓的切割线的方式进行移动光轴，从而对该薄板状的脆性工件进行切割，并且，使所述后激光振荡器及所述扫描机构动作，沿着通过所述先激光的光轴的移动而已形成的所述薄板状的脆性工件的切割线移动来自所述后激光振荡器的后激光的光轴，对所述薄板状的脆性工件的切割部分喷出保护气体并且使切割面再次熔化，所述孔为矩形状或星形状且具有内角。
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