CN112008260A - 对玻璃板的开孔加工方法及装置 - Google Patents

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井上修一
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Abstract

本发明提供适于进行对薄板玻璃的开孔加工的方法及装置。该方法具有：第一照射工序，通过沿着开孔对象区域的端缘部一边扫描一边照射波长为800nm～2500nm的第一激光，从而从玻璃板表面起在规定范围形成圆环状的改性区域；第二照射工序，通过与开孔对象区域同轴地且使聚光位置从玻璃板的表面离开规定的距离而散焦地照射波长为9μm～11μm的第二激光，从而使裂纹沿着开孔对象区域的端缘部从改性区域伸展到玻璃板的背面，使开孔对象区域成为被从玻璃板分割了的分割区域；以及除去工序，通过除去分割区域来得到半径(R)的贯通孔，在第二照射工序中，使在玻璃板的第二激光的被照射区域在表面中的半径(r)为开孔对象区域的半径(R)的50％～95％。

Description

对玻璃板的开孔加工方法及装置
技术领域
本发明涉及对玻璃板的开孔加工，尤其涉及对厚度为0.1mm～0.5mm左右的薄板玻璃的开孔加工。
背景技术
作为对玻璃板的开孔加工的一个方式，已知从玻璃板切下用于磁盘、光盘等的圆形玻璃基板再对于该圆形玻璃基板开圆形孔的方法(例如参照专利文献1)。
在专利文献1所公开的方法中，首先，通过使用刃部的角度相对于棱线非对称的金刚石圆盘锯(刀轮)或者倾斜地使用刃部的角度相对于棱线对称的金刚石圆盘锯，从而对玻璃板的一个主面形成越远离该主面越向外侧倾斜的闭合曲线状的切痕。然后，通过在该主面侧的至少切痕的外侧加热该玻璃板来在玻璃板的厚度方向上产生热膨胀差。由此，通过在玻璃板产生上方凸起的变形，从而使切痕达到玻璃板的反面侧。进而，通过用推棒按压由切痕包围的区域的内侧，从而圆形地切下玻璃板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2785906号公报。
发明要解决的问题
对于智能电话的表面(画面)等所使用的厚度最多为1mm左右的薄板玻璃，存在开半径为亚mm～数mm左右的孔的技术需求。
然而，当想要将专利文献1所公开的方法应用于这种尺寸的开孔时，需要用金刚石圆盘锯设置该尺寸的切痕，而从金刚石圆盘锯的尺寸、移动等方面出发，该加工未必容易。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种适于进行对薄板玻璃的开孔加工的方法。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的一个方式为在玻璃板沿着厚度方向形成贯通孔的对玻璃板的开孔加工方法，其特征在于具有：设定工序，在玻璃板的所希望的位置，对所述玻璃板设定半径R为1mm～5mm(优选1.5mm～2.5mm)的圆板状的开孔对象区域；第一照射工序，通过沿着所述玻璃板的表面的所述开孔对象区域的端缘部一边扫描一边照射波长为800nm～2500nm(优选800nm～1200nm)的第一激光(近红外激光)，从而从所述玻璃板的表面起在规定范围形成圆环状的改性区域；第二照射工序，通过与所述开孔对象区域同轴地且使聚光位置从所述玻璃板的表面离开规定的距离而散焦地照射波长为9μm～11μm的第二激光(例如CO2激光)，从而使裂纹沿着所述开孔对象区域的所述端缘部从所述改性区域伸展到所述玻璃板的背面，使所述开孔对象区域为被从所述玻璃板分割了的分割区域；以及除去工序，通过除去所述分割区域来得到半径R的贯通孔，在所述第二照射工序中，以在所述玻璃板的所述第二激光的被照射区域在所述表面中的半径r为所述开孔对象区域的半径R的50％～95％的方式照射所述第二激光。
为了解决上述问题，本发明的另一个方式为用于在玻璃板的所希望的位置沿着厚度方向形成半径R为1mm～5mm的圆板状的贯通孔的开孔加工装置，其特征在于具有：近红外激光照射单元，其用于沿着形成所述贯通孔的圆板状的开孔对象区域的端缘部一边扫描一边照射近红外激光来形成改性区域；以及CO2激光照射单元，其与所述开孔对象区域同轴地且使聚光位置从所述玻璃板的表面离开规定的距离而散焦地照射CO2激光，使裂纹沿着所述端缘部从所述改性区域伸展到所述玻璃板的背面，所述CO2激光照射单元具有控制单元，所述控制单元以在所述玻璃板的所述CO2激光的被照射区域在所述表面中的半径r为所述开孔对象区域的半径R的50％～95％的方式照射所述CO2激光。
发明效果
根据本发明，对厚度为0.1mm～0.5mm左右(优选0.2mm～0.4mm)的玻璃板垂直且良好地形成半径为1mm～5mm左右(优选1.5mm～2.5mm)的贯通孔。尤其良好地形成利用刀轮的切痕难以形成的尺寸的贯通孔。
附图说明
图1为示出作为开孔加工的对象的玻璃板1的立体图。
图2为示出开孔加工的途中的情况的立体图。
图3为示出开孔加工的途中的情况的立体图。
图4为示出开孔加工的途中的情况的立体图。
图5为示出开孔加工的途中的情况的放大剖视图。
图6为示出开孔加工的途中的情况的放大剖视图。
图7为示出开孔加工后的玻璃板1的立体图。
具体实施方式
图1为示出作为在本实施方式中进行的开孔加工的对象的玻璃板1的立体图。图2至图4为示出开孔加工的途中的情况的立体图，图5和图6为示出开孔加工的途中的情况的放大剖视图。图7为示出开孔加工后的玻璃板1的立体图。
图1所示的玻璃板1例如是无碱玻璃、碱性玻璃、硼硅酸玻璃、石英玻璃等形成的厚度为0.1mm～0.5mm左右的薄板玻璃。另外，对于以充分的粘接力粘接多片玻璃板而成的层叠玻璃板，也可成为本实施方式所涉及的开孔加工方法的对象。
在本实施方式所涉及的开孔加工中，在如上所述的玻璃板1的所希望的位置，沿着作为与其主面垂直的方向的厚度方向形成贯通孔。以下针对如下情况进行说明，如图1所示，将玻璃板1的表面的通过作为规定位置的孔中心O且与玻璃板1垂直的轴AX周围的半径R的圆形(圆板状)区域设为开孔对象区域1a。作为半径R的大小例示1mm～5mm左右(优选1.5mm～2.5mm)。
在对该开孔对象区域1a进行开孔加工时，首先，在以未图示的保持单元水平地保持玻璃板1的状态下，如图2所示，使从出射源100向铅直下方出射的第一激光LB1聚光在开孔对象区域1a的端缘部E在玻璃板1的表面处的高度位置，且如箭头AR1所示，沿着该端缘部E一边扫描一边照射。作为第一激光LB1从出射源100出射的是波长为800nm～2500nm(优选800nm～1200nm)的激光，典型地是IR激光，尤其是近红外激光，能够使用YAG激光的基波。
通过沿着端缘部E一边扫描一边照射第一激光LB1，如图3所示，沿着其扫描轨迹(也就是说沿着端缘部E)，从玻璃板1的表面起在规定范围形成半径R的俯视呈圆环状的改性区域AL。改性区域AL为通过第一激光LB1的照射而被改性了的、与玻璃板1的其他部分相比强度变差的弱强度区域。
需要说明的是，虽然实际上改性区域AL具有与第一激光LB1的聚光直径相应的规定的宽度，但是该宽度的大小与开孔对象区域1a的半径R相比较小，因此在以后的说明中不对该宽度特别考虑，设改性区域AL形成为线状。此外，改性区域AL在厚度方向上的优选的尺寸(深度)由于玻璃板1的厚度、材质等也不同，大体上优选整个板厚。
第一激光LB1的条件只要从良好且可靠地形成改性区域AL的条件范围酌情选择即可。在此，良好且可靠地形成改性区域AL是指在玻璃板1的表面不产生碎屑、水平裂纹的伸展，改性区域AL被不间断地形成等。例如，例示脉冲能量为50μJ～600μJ、脉冲宽度为1皮秒～100纳秒、扫描速度为5mm/秒～100mm/秒的条件。
当形成改性区域AL时，接下来，如图4和图5所示，使光束垂直截面为圆形的第二激光LB2与轴AX同轴地从出射源200向位于铅直下方的玻璃板1出射。但是，第二激光LB2以从玻璃板1的表面向下方离开了规定距离Δz的高度位置为聚光位置的散焦状态、且以在玻璃板1中的被照射区域RE处于开孔对象区域1a的内部的方式出射。将此时的在玻璃板1的表面中的被照射区域RE(以下，表面被照射区域REa)的半径r称作表面半径r。
作为第二激光LB2从出射源200出射的是波长为9μm～11μm的激光，典型地是CO2激光。第二激光LB2以表面被照射区域REa的表面半径r为开孔对象区域1a的半径R的50％～95％的照射条件出射。
在该情况下，在被照射区域RE中，如图5中箭头AR2所示，产生向厚度方向的膨胀。另一方面，在被照射区域RE的周围的区域中，伴随着该膨胀，如图5中箭头AR3所示，朝向轴AX的方向的收缩力发挥作用。于是，由于该收缩力发挥作用，如图5中箭头AR4所示，裂纹CR开始从与周围相比强度弱的改性区域AL的厚度方向下端部向铅直下方伸展。换言之，裂纹CR沿着开孔对象区域1a的端缘部E伸展。需要说明的是，为了便于图示，在图5中仅示出某一截面处的裂纹CR的伸展，实际上该裂纹CR的伸展在圆环状的改性区域AL的所有部分同样地产生。
最后，如图6所示，裂纹CR达到作为与改性区域AL的形成面相反侧的面的玻璃板的背面。在该状态下，由于裂纹CR的伸展，开孔对象区域1a成为被从周围分割了的分割区域1b。
第二激光LB2的照射条件只要从良好实现这样的在被照射区域RE处的膨胀和其后的裂纹CR的到背面的伸展的条件范围酌情选择即可。具体而言，选择裂纹CR被平滑地形成且在其伸展时不产生碎屑、水平裂纹的伸展的条件。例如，例示光束照射每单位面积的激光输出功率为10W/cm2～100W/cm2(优选20W/cm2～50W/cm2)、光束照射时间为1～10秒(优选1～5秒)的条件。
因为分割区域1b是不与周围化学地结合而仅经由裂纹CR与周围接触的区域，所以通过从一个面侧的按压等的某些外力作用，如图6中箭头AR5所示，能够容易地拔出。或者，根据玻璃板1的原材料、第二激光LB2的照射条件，也存在没有外力作用而由于自重分离的情况。
通过拔出或分离来除去这样的分割区域1b，由此在玻璃板1形成如图7所示的沿着轴AX的半径R的圆形(圆板状)的贯通孔1h。
需要说明的是，虽然如上所述，作为半径R的大小示例1mm～5mm左右，但是本实施方式所涉及的开孔加工的方法特别适合为1.5mm～2.5mm的范围内的值的情况。这是因为，用像专利文献1所公开的那样的使用刀轮的方法难以形成半径属于该范围的贯通孔，并且另一方面，半径比该范围更小的贯通孔能够通过穿孔或冲裁等其他方法比较容易地形成。
此外，在本实施方式中，将厚度为0.1mm～0.5mm左右的玻璃板作为对象。对于厚度更大的玻璃板，难以使裂纹沿着端缘部伸展到背面，因此不优选。
如以上说明，根据本实施方式，对于厚度为0.1mm～0.5mm左右的玻璃板，能够良好地形成半径为1μm～5mm左右的贯通孔。
附图标记说明
1：玻璃板
1a：开孔对象区域
1b：分割区域
1h：贯通孔
100：(第一激光的)出射源
200：(第二激光的)出射源
AL：改性区域
CR：裂纹
E：(开孔对象区域的)端缘部
LB1：第一激光
LB2：第二激光
O：孔中心
R：(开孔对象区域和贯通孔的)半径
RE：被照射区域
r：(被照射区域的)表面半径

Claims (2)

1.一种对玻璃板的开孔加工方法，在玻璃板沿着厚度方向形成贯通孔，其特征在于具有：
设定工序，在玻璃板的所希望的位置，对所述玻璃板设定半径R为1mm～5mm的圆板状的开孔对象区域；
第一照射工序，通过沿着所述玻璃板的表面的所述开孔对象区域的端缘部一边扫描一边照射波长为800nm～2500nm的第一激光，从而从所述玻璃板的表面起在规定范围形成圆环状的改性区域；
第二照射工序，通过与所述开孔对象区域同轴地且使聚光位置从所述玻璃板的表面离开规定的距离而散焦地照射波长为9μm～11μm的第二激光，从而使裂纹沿着所述开孔对象区域的所述端缘部从所述改性区域伸展到所述玻璃板的背面，使所述开孔对象区域为被从所述玻璃板分割了的分割区域；以及
除去工序，通过除去所述分割区域来得到半径R的贯通孔，
在所述第二照射工序中，以在所述玻璃板的所述第二激光的被照射区域在所述表面中的半径r为所述开孔对象区域的半径R的50％～95％的方式照射所述第二激光。
2.一种对玻璃板的开孔加工装置，用于在玻璃板的所希望的位置沿着厚度方向形成半径R为1mm～5mm的圆板状的贯通孔，其特征在于具有：
近红外激光照射单元，其用于沿着形成所述贯通孔的圆板状的开孔对象区域的端缘部一边扫描一边照射近红外激光来形成改性区域；以及
CO2激光照射单元，其与所述开孔对象区域同轴地且使聚光位置从所述玻璃板的表面离开规定的距离而散焦地照射CO2激光，使裂纹沿着所述端缘部从所述改性区域伸展到所述玻璃板的背面，
所述CO2激光照射单元具有控制单元，所述控制单元以在所述玻璃板的所述CO2激光的被照射区域在所述表面中的半径r为所述开孔对象区域的半径R的50％～95％的方式照射所述CO2激光。
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