JP2003512943A - 脆性材料より成る工作物を迅速に切断するための方法及び装置 - Google Patents

脆性材料より成る工作物を迅速に切断するための方法及び装置

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JP2003512943A JP2001534543A JP2001534543A JP2003512943A JP 2003512943 A JP2003512943 A JP 2003512943A JP 2001534543 A JP2001534543 A JP 2001534543A JP 2001534543 A JP2001534543 A JP 2001534543A JP 2003512943 A JP2003512943 A JP 2003512943A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭の所定の切断ラインに沿ってレーザ光線によって迅速に切断するための方法及び装置に関する。この方法においては、次の以下のステップで行われる。レーザ光線を発生させる。工作物を溶融させることなしに、複数のレーザ光線を結合ガイドして、切断ライン上に集束させて、それぞれのレーザ光線を、それぞれ、切断しようとする工作物の表面に焦点として作用する放射線横断面を前もって規定された形状及び強度分布に相当するように、形成する。熱機械的な応力の誘導に伴って、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作物との間の相対運動を生ぜしめる。工作物の破壊強度を超えるまで熱機械的な応力を高めながら、加熱された切断ライン区分を次いで冷却するために流動性の冷却媒体を吹き付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、脆性材料、例えばガラス、ガラスセラミック又はセラミックより成
る工作物を、レーザ光線によって任意の輪郭形状の切断ラインに沿って迅速に切
断するための方法及び装置に関する。この場合、有利な使用例は、板ガラスを迅
速にカットすることである。
【０００２】 ガラスのための一般的な分離方法は、基本的に、ダイヤモンド又は小形のカッ
トホイールを用いて、まずガラスに切り目を付け、次いでこのように形成された
弱められた箇所に沿って、ガラスを外部の機械的な力によって分割するようにな
っている。この方法における欠点は、切り目を付けることによって表面から粒子
（破片）が飛び散り、この粒子がガラスに付着して、その付着した箇所で例えば
スクラッチ（引っ掻き傷）を生ぜしめる、ということである。同様に切断縁部に
いわゆる削り屑が生じ、この削り屑によって非偏平なガラス縁部が形成されるこ
とになる。さらにまた、切れ目を付ける際に切断縁部に形成されるミクロ割れ（
微小亀裂）が、機械的な負荷可能性の低下つまり破壊の危険性を高くする。
【０００３】 破片も削り屑及びミクロ割れも避けるために、発生された熱的な応力を用いて
ガラスを分離するという試みがなされている。この場合、ガラスに向けられた熱
源は、一定の速度でガラスに対して相対的に移動し、それによって、ガラスに亀
裂が形成される程度の高い熱応力が発生する。熱エネルギーが１ミリメートルよ
りも高い精度で（典型的な切断精度に相当する）局所的に位置決めすることがで
きるような熱源の必要な特性は、赤外線放射器、特別なガスバーナ及び特別なレ
ーザで十分である。レーザは、その良好なフォーカシング性（集束性）、良好な
効率制御可能性並びにビーム形状及びひいては強度分布性を有しているのでガラ
スに適していることが認められている。
【０００４】 集束されたレーザ光線による局所的な加熱と外部からの冷却との協働によって
、材料の破壊強度を越えるまでの熱機械的な応力を誘導する、このようなレーザ
切断法は、多くの文献により公知である。
【０００５】 国際公開第９３／２００１５号パンフレットにより公知の方法は、追従する冷
却スポットを有する楕円形の形状を有するレーザ光線を使用するようになってい
る。この方法は、非金属の板材の直線的な切り目付け（スコーリング）において
は良好な結果を示すが、湾曲した輪郭形状に沿った高価値で高精度の切り目付け
は不確実である。しかも、この方法は、高い放射線密度及び高い切断速度におい
て切断形状の安定性が低い。
【０００６】 切断ラインに沿った材料の加熱条件を最適なものにするために、国際公開第９
６／２００６２号パンフレットによれば、加熱は熱線ビームによって行われ、こ
の熱線ビームの、ビーム中央の横断面で、放射出力の密度が周辺部から中央に向
かって次第に減少するように分布している。楕円形リングの形状の温度分布を生
ぜしめる、楕円形の放射ビームが使用されている。
【０００７】 公知の方法の欠点は、ヨーロッパ特許公開第０８７２３０３号明細書に記載さ
れた方法つまり、切断方向で開放するＵ字形若しくはＶ字形の輪郭形状及び特性
的な強度分布を有する焦点を設ける方法によって避けられる。この方法は実際に
直線的な切断を行う際に良好な結果が得られた。厚さの大きい工作物を正確に分
離切断することも可能である。自由切断つまり任意の湾曲した輪郭形状を有する
切断を行う際には、後続の冷却と共になぞられる、切断ラインの輪郭形状に合致
した湾曲したＵ字形若しくはＶ字形の強度分布を生ぜしめる必要がある。これに
よって特に、焦点を生ぜしめるスキャナ装置と経路制御装置とを連結する必要が
生じ、従って多大な制御コスト及び調整コストを伴うことになる。
【０００８】 ドイツ連邦共和国特許第４４１１０３７号明細書によれば、中空ガラスを切断
するためのレーザ光線切断法が公知である。この方法は、１スポットに強く集束
された、定置のレーザ光線で作業し、このレーザ光線が、回転する中空ガラスを
円形に巡って熱応力ゾーンを生ぜしめる。次いで、提供された応力ゾーンに沿っ
て中空ガラスの全外周に亘って、ノズルから噴霧される霧状噴霧水によって冷却
され、それによって機械的又は熱的に生ぜしめられた開始亀裂と相俟って、中空
ガラス縁部の分離が得られる。
【０００９】 ドイツ連邦共和国特許公開第４３０５１０７号明細書により公知のレーザ光線
切断法においては、工作物表面における放射横断面が細長い形状を有するような
レーザ光線が形成され、この細長い形状は、レーザ光線路内に設けられたダイヤ
フラムによって、入射する放射線横断面の長さと幅との比が調節可能である。
【００１０】 上記刊行物に記載されたレーザ光線切断法は、ガラスの溶融が切断シームを形
成しながら行われ、この際に切断シームがガスによって常にクリーンに吹き付け
られるようになっている、例えばヨーロッパ特許第００６２４８２号明細書又は
アメリカ合衆国特許第５２３７１５０号明細書により公知の方法とは基本的に異
なっている。
【００１１】 さらにまた、多くのレーザ光線によってガラスを切断する方法が公知である。
【００１２】 英国特許第１４３３４６３号明細書によれば、予加熱のための低いエネルギを
有する第１のレーザ光線と、ガラスを溶融させることによる本来の切断のための
高いエネルギを有する第２のレーザ光線との２つのレーザ光線で作業する方法に
ついて記載されている。
【００１３】 ドイツ連邦共和国特許公告第１２４４３４６号明細書に記載された方法におい
ては、特にレーザ切断中に切断縁部を生ぜしめるために、同一の切断箇所に１つ
以上のレーザ光線を使用し、個別のレーザ光線がガラス面に対して種々異なる角
度を形成するようになっている。
【００１４】 上記英国特許第１４３３４６３号明細書に記載されたレーザ切断法は、種々異
なる理由から、入念に考慮された方法であることが証明されており、実際に使用
されている。本発明は、この公知の方法から出発している。この方法によって得
られる切断能力及び、この方法の適用性は、特に切断しようとする工作物に切断
ラインに沿って効果的に熱機械的な応力を誘導すること、レーザ光線内の強度分
布及び冷却形式によって制限される。切断時に必要な、迅速で同時に効果的な、
熱機械的な応力の誘導は、公知の方法においては不十分にしか保証されない。熱
機械的な応力の効果的な誘導に基づいて、常により高くすることが要求される切
断速度は制限される。
【００１５】 本発明の課題は、任意の輪郭形状の所定の切断ラインに沿ってレーザ光線によ
って、特にガラス、ガラスセラミック又はセラミック等の脆性の材料より成る工
作物を切断するための方法及び装置を提供して、微小亀裂、削り屑又は破片なし
で、高い切断精度、輪郭の正確さ並びに迅速な切断を可能にすることである。
【００１６】 この課題は、請求項１に記載した方法によって解決された。
【００１７】 請求項１に記載した手段によれば、脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭の
所定の切断ラインに沿ってレーザ光線によって迅速に切断することは、工作物の
溶融なしに、レーザ光線が生ぜしめられ、それぞれのレーザ光線が結合されて、
特に平行にガイドされ、切断ライン上に集束されることによって行われる。この
場合、それぞれのレーザ光線は、切断しようとする工作物の表面上にそれぞれ焦
点として作用する光線横断面が、所定の形状及び強度分布に相当するように形成
される。熱機械的な応力の誘導に伴って、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作
物との間の相対運動が生ぜしめられ、加熱された切断ライン区分を次に冷却する
ために流体状の冷却媒体を吹きつける（ブローする）ことによって、熱機械的な
応力が工作物の破壊強度を超えるまで高められる。
【００１８】 微小亀裂も削り屑又は破片も発生しないクリーンな分離縁部が得られる。
【００１９】 本発明による方法は、熱機械的な応力を任意の輪郭の切断ラインに沿って迅速
かつ効果的に誘導することができる。この場合、工作物が溶融されることなしに
、高いレーザ出力が切断しようとする工作物に導入されることが分かった。同時
に、従来の方法に対して切断速度は１００％まで高められる。
【００２０】 これによって、２００ｍ／分までの切断速度が直ちに得られる。
【００２１】 本発明の方法によれば、任意の輪郭の切断ラインに沿って切断することができ
る。つまり直線状の切断だけに限定されず、湾曲したラインに沿った切断、特に
円形の切断ラインに沿った切断のためにも適している。
【００２２】 特に、工作物が溶融することなしに、高いレーザ出力を工作物に導入するため
に、結合された特に平行にガイドされたレーザ光線を相次いで切断ラインにガイ
ドするようにすれば有利である。この場合、レーザ光線を短い連続で相次いでガ
イドするか、又はレーザ光線を全体的に又は部分的に重畳させて切断ラインに向
けてガイドすることが可能である。
【００２３】 この場合、それぞれのレーザ光線は、切断しようとする工作物の表面に焦点と
して作用する放射線横断面がそれぞれ同形状及び同じ強度分布に相当するように
、形成される。
【００２４】 レーザ光線はさらに、有利には互いに垂直に、又は工作物表面に対して少なく
とも同じ角度で切断ラインにガイドされる。
【００２５】 この場合、ガラスを切断する際に、それぞれのガラスの変態温度ＴＧを越えな
いように注意しなければならない。
【００２６】 切断ラインの始端部に微小亀裂を形成すれば、亀裂は非常に正確に切断ライン
に追従する。
【００２７】 有利には、それぞれのレーザ光線は、１つ又は多数のＣＯレーザ又はＣＯ２レ
ーザの光線であって、この場合、レーザの波長は特に有利にはチューナブル（同
調可能）であって、それによって切断しようとする工作物のそれぞれの吸収極大
に合致せしめられる。レーザ波長が、切断しようとする工作物の吸収極大に、よ
り良好に合わせられる程、熱機械的な応力の誘導はより効果的に行われ、また同
様に、より高い切断速度を選択することができる。
【００２８】 流動性の冷却媒体は有利には、上方から下方に向かって工作物に吹き付けられ
る。
【００２９】 流動状の冷却媒体は冷却ガス有利には冷たい空気であるか、又は空気・水混合
物である。
【００３０】 本発明の有利な実施例では、流動状の冷却媒体の温度は調節され、制御される
。この場合、流動状の冷却媒体は付加的に冷却される。これは例えば少なくとも
ペルチェ・エレメントによって行われる。これによって繰り返し可能なプロセス
を制御及びコントロール可能な条件下で行うことができる。
【００３１】 本発明の別の実施例では、ガス流は、１つ又は多数の同心的な及び／又は楕円
形のノズルによって形成される。
【００３２】 効果的な冷却を可能にするすべてのガス流形状及びノズル配置を使用すること
ができる。
【００３３】 原則的に、すべての所定のレーザ光線形状及びこれに関連した、切断しようと
する工作物上のすべての所定の強度分布を使用することができる。
【００３４】 ヨーロッパ特許公開第０８７２３０３号明細書に記載されたＵ字形若しくはＶ
字形の、レーザ光線の輪郭及びこれに関連した強度分布が特に有利である。
【００３５】 さらにまたＣＯレーザ又はＣＯ２レーザ、材料によって十分強く吸収されるそ
の他のすべてのレーザが、鋭角に削り取られた縁部を溶融し丸味付けするために
適している。
【００３６】 本発明による方法は、ガラス、ガラスセラミック又はセラミックより成る脆性
の工作物を切断するために特に適しており、この場合、３０ｍｍの比較的厚い板
ガラスを有利な形式で切断することもできる。
【００３７】 本発明による方法は特に、任意の輪郭の板ガラス・工作物を切断するために、
特に円形又はリング状のガラス板を切断するために適している。このようなリン
グ状のガラス板は有利には、磁気的及び光学的なメモリー媒体のための基板ガラ
スとして使用される。
【００３８】 脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭の所定の切断ラインに沿ってレーザ光
線によって迅速に切断するための、本発明の装置は、 レーザ光線を発生させるための１つ又は多数のレーザ源と、 工作物を溶融させることなしに、複数のレーザ光線を結合ガイドして、切断ラ
イン上に集束させるための手段と、 それぞれ、切断しようとする工作物の表面に焦点として作用する放射線横断面
を前もって規定された形状及び強度分布に相当させるように、それぞれのレーザ
光線を形成するための手段と、 熱機械的な応力の誘導と共に、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作物との間
の相対運動を生ぜしめるための駆動装置と、 次いで、工作物の破壊強度を超えるまで熱機械的な応力を高めながら、加熱さ
れた切断ライン区分を冷却するために流動性の冷却媒体を吹き付けるための手段
とを有している。
【００３９】 第１実施例によれば、レーザ光線を結合ガイドするための光学的な手段が、レ
ーザ光線を結合ガイドして集束させ、相次いで切断ラインに向けるようになって
いる。この場合、レーザ光線を連結ガイドするための光学的な手段が、レーザ光
線を連結ガイドして集束させ、全部又は一部を重畳させて切断ラインに向けるよ
うになっている。
【００４０】 さらにまた、切断ラインの始端部に微小亀裂を形成させるための手段が設けら
れている。
【００４１】 有利にはレーザはＣＯ２レーザであって、その波長は、切断しようとする工作
物の分光吸収極大に相当する。このＣＯ２レーザは、１０．６μｍの波長におけ
る遠赤外線領域内の光をエミットする。この熱放射は、材料に作用する際に著し
い特殊性を示す。従ってこの熱放射は、大抵の可視光線で透過可能な材料によっ
て強く吸収される。
【００４２】 ガラスに強く吸収されるという事実は、ガラスを切断するために用いられる。
１０３ｃｍ−１の吸収率において、出力の９５％が厚さ３０μｍの層内で吸収さ
れる。
【００４３】 吸収極大が約５μｍの波長に存在する工作物を切断する場合には、光源として
ＣＯレーザが使用される。
【００４４】 原則的に、切断しようとする工作物の溶融温度の下で、熱機械的な応力を誘導
するために適したレーザ光線を発生させ、形作り、ガイドするためのすべての規
定された手段を使用することができる。
【００４５】 本発明の別の実施例によれば、レーザ光線が衝突する工作物の表面部分に吹き
付けられるガス流は空気流である。
【００４６】 本発明の実施例が以下に図面を用いて詳しく説明されている。
【００４７】 図１は、所定の切断ラインに沿った、それぞれ３つの結合ガイドされたレーザ
光線の集束、並びに次いで行われるガイドされた冷却（冷却スポット）を示す図
、 図２は、異なる形状及び強度分布を有している、それぞれ焦点として作用する
放射線横断面の、図１に相当する図である。
【００４８】 図１及び図２によれば、任意の輪郭の所定の切断ラインに沿って（線と点で交
互に示されている）脆性の工作物をレーザ光線によって迅速に切断するために、
それぞれ３つのレーザ光線が発生され、これらのレーザ光線は、工作物を溶融さ
せることなしに、結合されガイドされて切断ラインに集束される。この際に、レ
ーザ光線は、それぞれ切断使用とする工作物の表面に焦点として作用する放射線
横断面が、所定の形状及び強度分布に相当するように、形作られる。図１によれ
ば、それぞれの放射線横断面はＶ字形の輪郭及びそれに基づく強度分布を有して
いる。これに対して、図２に示したようにそれぞれ焦点として作用する放射線横
断面は、線状の輪郭を有している。
【００４９】 ３つの連結されたレーザ光線と工作物との間の相対運動を切断ライン（矢印方
向）に沿って生ぜしめるために、熱機械的な応力が工作物内に誘導される。この
際に、平行に結合されたレーザ光線が、可能な限り正確に所定の切断ラインに追
従するようにすることが重要である。レーザ光線に続いて、加熱された切断ライ
ン区分を次いで冷却（冷却スポット）するために、流動状の冷却媒体を吹き付け
ることによって、熱機械的な応力が工作物の破壊強度を越えるまで高められる。
【００５０】 この際に３つの平行なレーザ光線は同時に有利には相次いで切断ラインにガイ
ドされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 所定の切断ラインに沿った、それぞれ３つの結合ガイドされたレーザ光線の集
束、並びに次いで行われるガイドされた冷却（冷却スポット）を示す図である。
【図２】 異なる形状及び強度分布を有している、それぞれ焦点として作用する放射線横
断面の、図１に相当する図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１１月５日（２００１．１１．５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項２２】 流動状の冷却媒体を冷却するための手段が少なくとも１つ
のペルチェ・エレメントを有している、請求項２１記載の装置。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１４年１月４日（２００２．１．４）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の詳細な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、脆性材料、例えばガラス、ガラスセラミック又はセラミックより成
る工作物を、レーザ光線によって任意の輪郭形状の切断ラインに沿って迅速に切
断するための方法及び装置に関する。この場合、有利な使用例は、板ガラスを迅
速にカットすることである。
【０００２】 ガラスのための一般的な分離方法は、基本的に、ダイヤモンド又は小形のカッ
トホイールを用いて、まずガラスに切り目を付け、次いでこのように形成された
弱められた箇所に沿って、ガラスを外部の機械的な力によって分割するようにな
っている。この方法における欠点は、切り目を付けることによって表面から粒子
（破片）が飛び散り、この粒子がガラスに付着して、その付着した箇所で例えば
スクラッチ（引っ掻き傷）を生ぜしめる、ということである。同様に切断縁部に
いわゆる削り屑が生じ、この削り屑によって非偏平なガラス縁部が形成されるこ
とになる。さらにまた、切れ目を付ける際に切断縁部に形成されるミクロ割れ（
微小亀裂）が、機械的な負荷可能性の低下つまり破壊の危険性を高くする。
【０００３】 破片も削り屑及びミクロ割れも避けるために、発生された熱的な応力を用いて
ガラスを分離するという試みがなされている。この場合、ガラスに向けられた熱
源は、一定の速度でガラスに対して相対的に移動し、それによって、ガラスに亀
裂が形成される程度の高い熱応力が発生する。熱エネルギが１ミリメートルより
も高い精度で（典型的な切断精度に相当する）局所的に位置決めすることができ
るような熱源の必要な特性は、赤外線放射器、特別なガスバーナ及び特別なレー
ザで十分である。レーザは、その良好なフォーカシング性（集束性）、良好な効
率制御可能性並びにビーム形状及びひいては強度分布性を有しているのでガラス
に適していることが認められている。
【０００４】 集束されたレーザ光線による局所的な加熱と外部からの冷却との協働によって
、材料の破壊強度を越えるまでの熱機械的な応力を誘導する、このようなレーザ
切断法は、多くの文献により公知である。
【０００５】 国際公開第９３／２００１５号パンフレットにより公知の方法は、追従する冷
却スポットを有する楕円形の形状を有するレーザ光線を使用するようになってい
る。この方法は、非金属の板材の直線的な切り目付け（スコーリング）において
は良好な結果を示すが、湾曲した輪郭形状に沿った高価値で高精度の切り目付け
は不確実である。しかも、この方法は、高い放射線密度及び高い切断速度におい
て切断形状の安定性が低い。
【０００６】 切断ラインに沿った材料の加熱条件を最適なものにするために、国際公開第９
６／２００６２号パンフレットによれば、加熱は熱線ビームによって行われ、こ
の熱線ビームの、ビーム中央の横断面で、放射出力の密度が周辺部から中央に向
かって次第に減少するように分布している。楕円形リングの形状の温度分布を生
ぜしめる、楕円形の放射ビームが使用されている。
【０００７】 公知の方法の欠点は、ヨーロッパ特許公開第０８７２３０３号明細書に記載さ
れた方法つまり、切断方向で開放するＵ字形若しくはＶ字形の輪郭形状及び特性
的な強度分布を有する焦点を設ける方法によって避けられる。この方法は実際に
直線的な切断を行う際に良好な結果が得られた。厚さの大きい工作物を正確に分
離切断することも可能である。自由切断つまり任意の湾曲した輪郭形状を有する
切断を行う際には、後続の冷却と共になぞられる、切断ラインの輪郭形状に合致
した湾曲したＵ字形若しくはＶ字形の強度分布を生ぜしめる必要がある。これに
よって特に、焦点を生ぜしめるスキャナ装置と経路制御装置とを連結する必要が
生じ、従って多大な制御コスト及び調整コストを伴うことになる。
【０００８】 ドイツ連邦共和国特許第４４１１０３７号明細書によれば、中空ガラスを切断
するためのレーザ光線切断法が公知である。この方法は、１スポットに強く集束
された、定置のレーザ光線で作業し、このレーザ光線が、回転する中空ガラスを
円形に巡って熱応力ゾーンを生ぜしめる。次いで、提供された応力ゾーンに沿っ
て中空ガラスの全外周に亘って、ノズルから噴霧される霧状噴霧水によって冷却
され、それによって機械的又は熱的に生ぜしめられた開始亀裂と相俟って、中空
ガラス縁部の分離が得られる。
【０００９】 ドイツ連邦共和国特許公開第４３０５１０７号明細書により公知のレーザ光線
切断法においては、工作物表面における放射横断面が細長い形状を有するような
レーザ光線が形成され、この細長い形状は、レーザ光線路内に設けられたダイヤ
フラムによって、入射する放射線横断面の長さと幅との比が調節可能である。
【００１０】 さらにまた、多くのレーザ光線によってガラスを切断する方法が公知である。
【００１１】 ドイツ連邦共和国特許公告第１２４４３４６号明細書に記載された方法におい
ては、特にレーザ切断中に切断縁部を生ぜしめるために、同一の切断箇所に１つ
以上のレーザ光線を使用し、個別のレーザ光線がガラス面に対して種々異なる角
度を形成するようになっている。これに相当するアメリカ合衆国特許第４５３０
９７号明細書には、切断ライン上に結合されてガイドされた多数のレーザ光線に
よって切断するための方法について記載されている。
【００１２】 上記英国特許第１４３３４６３号明細書に記載されたレーザ切断法は、種々異
なる理由から、入念に考慮された方法であることが証明されており、実際に使用
されている。本発明は、この公知の方法から出発している。この方法によって得
られる切断能力及び、この方法の適用性は、特に切断しようとする工作物に切断
ラインに沿って効果的に熱機械的な応力を誘導すること、レーザ光線内の強度分
布及び冷却形式によって制限される。切断時に必要な、迅速で同時に効果的な、
熱機械的な応力の誘導は、公知の方法においては不十分にしか保証されない。熱
機械的な応力の効果的な誘導に基づいて、常により高くすることが要求される切
断速度は制限される。
【００１３】 本発明の課題は、任意の輪郭形状の所定の切断ラインに沿ってレーザ光線によ
って、特にガラス、ガラスセラミック又はセラミック等の脆性の材料より成る工
作物を切断するための方法及び装置を提供して、微小亀裂、削り屑又は破片なし
で、高い切断精度、輪郭の正確さ並びに迅速な切断を可能にすることである。
【００１４】 この課題は、請求項１に記載した方法によって解決された。
【００１５】 請求項１に記載した手段によれば、脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭の
所定の切断ラインに沿ってレーザ光線によって迅速に切断することは、工作物の
溶融なしに、レーザ光線が生ぜしめられ、それぞれのレーザ光線が結合されて、
特に平行にガイドされ、切断ライン上に集束されることによって行われる。この
場合、それぞれのレーザ光線は、切断しようとする工作物の表面上にそれぞれ焦
点として作用する光線横断面が、所定の形状及び強度分布に相当するように形成
される。熱機械的な応力の誘導に伴って、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作
物との間の相対運動が生ぜしめられ、加熱された切断ライン区分を次に冷却する
ために流体状の冷却媒体を吹きつける（ブローする）ことによって、熱機械的な
応力が工作物の破壊強度を超えるまで高められる。
【００１６】 微小亀裂も削り屑又は破片も発生しないクリーンな分離縁部が得られる。
【００１７】 本発明による方法は、熱機械的な応力を任意の輪郭の切断ラインに沿って迅速
かつ効果的に誘導することができる。この場合、工作物が溶融されることなしに
、高いレーザ出力が切断しようとする工作物に導入されることが分かった。同時
に、従来の方法に対して切断速度は１００％まで高められる。
【００１８】 これによって、２００ｍ／分までの切断速度が直ちに得られる。
【００１９】 特に、工作物が溶融することなしに、高いレーザ出力を工作物に導入するため
に、結合された特に平行にガイドされたレーザ光線を相次いで切断ラインにガイ
ドするようにすれば有利である。この場合、レーザ光線を短い連続で相次いでガ
イドするか、又はレーザ光線を全体的に又は部分的に重畳させて切断ラインに向
けてガイドすることが可能である。
【００２０】 この場合、それぞれのレーザ光線は、切断しようとする工作物の表面に焦点と
して作用する放射線横断面がそれぞれ同形状及び同じ強度分布に相当するように
、形成される。
【００２１】 レーザ光線はさらに、有利には互いに垂直に、又は工作物表面に対して少なく
とも同じ角度で切断ラインにガイドされる。
【００２２】 この場合、ガラスを切断する際に、それぞれのガラスの変態温度ＴＧを越えな
いように注意しなければならない。
【００２３】 切断ラインの始端部に微小亀裂を形成すれば、亀裂は非常に正確に切断ライン
に追従する。
【００２４】 有利には、それぞれのレーザ光線は、１つ又は多数のＣＯレーザ又はＣＯ２レ
ーザの光線であって、この場合、レーザの波長は特に有利にはチューナブル（同
調可能）であって、それによって切断しようとする工作物のそれぞれの吸収極大
に合致せしめられる。レーザ波長が、切断しようとする工作物の吸収極大に、よ
り良好に合わせられる程、熱機械的な応力の誘導はより効果的に行われ、また同
様に、より高い切断速度を選択することができる。
【００２５】 流動性の冷却媒体は有利には、上方から下方に向かって工作物に吹き付けられ
る。
【００２６】 流動状の冷却媒体は冷却ガス有利には冷たい空気であるか、又は空気・水混合
物である。
【００２７】 本発明の有利な実施例では、流動状の冷却媒体の温度は調節され、制御される
。この場合、流動状の冷却媒体は付加的に冷却される。これは例えば少なくとも
ペルチェ・エレメントによって行われる。これによって繰り返し可能なプロセス
を制御及びコントロール可能な条件下で行うことができる。
【００２８】 本発明の別の実施例では、ガス流は、１つ又は多数の同心的な及び／又は楕円
形のノズルによって形成される。
【００２９】 効果的な冷却を可能にするすべてのガス流形状及びノズル配置を使用すること
ができる。
【００３０】 原則的に、すべての所定のレーザ光線形状及びこれに関連した、切断しようと
する工作物上のすべての所定の強度分布を使用することができる。
【００３１】 ヨーロッパ特許公開第０８７２３０３号明細書に記載されたＵ字形若しくはＶ
字形の、レーザ光線の輪郭及びこれに関連した強度分布が特に有利である。
【００３２】 さらにまたＣＯレーザ又はＣＯ２レーザ、材料によって十分強く吸収されるそ
の他のすべてのレーザが、鋭角に削り取られた縁部を溶融し丸味付けするために
適している。
【００３３】 本発明による方法は、ガラス、ガラスセラミック又はセラミックより成る脆性
の工作物を切断するために特に適しており、この場合、３０ｍｍの比較的厚い板
ガラスを有利な形式で切断することもできる。
【００３４】 本発明による方法は特に、任意の輪郭の板ガラス・工作物を切断するために、
特に円形又はリング状のガラス板を切断するために適している。このようなリン
グ状のガラス板は有利には、磁気的及び光学的なメモリー媒体のための基板ガラ
スとして使用される。
【００３５】 脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭の所定の切断ラインに沿ってレーザ光
線によって迅速に切断するための、本発明の装置は、 レーザ光線を発生させるための１つ又は多数のレーザ源と、 工作物を溶融させることなしに、複数のレーザ光線を結合ガイドして、切断ラ
イン上に集束させるための手段と、 それぞれ、切断しようとする工作物の表面に焦点として作用する放射線横断面
を前もって規定された形状及び強度分布に相当させるように、それぞれのレーザ
光線を形成するための手段と、 熱機械的な応力の誘導と共に、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作物との間
の相対運動を生ぜしめるための駆動装置と、 次いで、工作物の破壊強度を超えるまで熱機械的な応力を高めながら、加熱さ
れた切断ライン区分を冷却するために流動性の冷却媒体を吹き付けるための手段
とを有している。
【００３６】 この場合、レーザ光線を結合ガイドするための光学手段は、レーザ光線が集束
され、互いに別個に或いは、完全に又は部分的に重畳されて切断ライン上にガイ
ドされるようにすることができる。
【００３７】 さらにまた、切断ラインの始端部に微小亀裂を形成させるための手段が設けら
れている。
【００３８】 有利にはレーザはＣＯ２レーザであって、その波長は、切断しようとする工作
物の分光吸収極大に相当する。このＣＯ２レーザは、１０．６μｍの波長におけ
る遠赤外線領域内の光をエミットする。この熱放射は、材料に作用する際に著し
い特殊性を示す。従ってこの熱放射は、大抵の可視光線で透過可能な材料によっ
て強く吸収される。
【００３９】 ガラスに強く吸収されるという事実は、ガラスを切断するために用いられる。
１０３ｃｍ−１の吸収率において、出力の９５％が厚さ３０μｍの層内で吸収さ
れる。
【００４０】 吸収極大が約５μｍの波長に存在する工作物を切断する場合には、光源として
ＣＯレーザが使用される。
【００４１】 原則的に、切断しようとする工作物の溶融温度の下で、熱機械的な応力を誘導
するために適したレーザ光線を発生させ、形作り、ガイドするためのすべての規
定された手段を使用することができる。
【００４２】 本発明の別の実施例によれば、レーザ光線が衝突する工作物の表面部分に吹き
付けられるガス流は空気流である。
【００４３】 本発明の実施例が以下に詳しく説明されている。
【００４４】 脆性材料より成る工作物を迅速に切断するために、レーザ光線によって任意の
輪郭を有する、前もって与えられた切断ラインに沿ってそれぞれ３つのレーザ光
線が生ぜしめられ、これらのレーザ光線は結合されて、材料を溶融させることな
しに、切断ライン上に集束される。この場合、レーザ光線は有利には、工作物表
面に対して垂直にガイドされる。レーザ光線は、それぞれ切断しようとする工作
物の表面に焦点として作用する光線横断面が所定の形状及び強度分布に相当する
ように成形される。それぞれの放射線横断面は、Ｖ字形の輪郭形状及びこれに基
づく強度分布を有している。これに対して、それぞれ焦点として作用する放射線
横断面は、ライン上の輪郭形状を有している。
【００４５】 結合された３つのレーザ光線と工作物との間の切断ラインに沿った相対運動を
生ぜしめることによって、熱機械的な応力が工作物に誘導される。この場合に重
要なことは、平行に結合されたレーザ光線が、可能な限り正確に前もって規定さ
れた切断ラインに追従する、ということである。レーザ光線に続いて、加熱され
た切断ライン区分の、次いで行われる冷却（冷却スポット）を行うための液状の
冷却媒体を吹き付けることによって、工作物の破壊強度を超えるまで熱機械的な
応力が高められる。
【００４６】 この場合、３つの平行なレーザ光線は同時に、有利には相前後して切断ライン
上にガイドされる。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年７月１８日（２００２．７．１８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】削除
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，Ｃ Ａ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ， ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，Ｋ Ｅ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭を有する予め与えら
    れた切断ラインに沿ってレーザ光線によって迅速に切断するための方法において
    、以下のステップで行う、 レーザ光線を発生させ、 工作物を溶融させることなしに、複数のレーザ光線を結合ガイドして、切断ラ
    イン上に集束させ、 それぞれのレーザ光線を、それぞれ、切断しようとする工作物の表面に焦点と
    して作用する放射線横断面を前もって規定された形状及び強度分布に相当するよ
    うに、形成し、 熱機械的な応力の誘導に伴って、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作物との
    間の相対運動を生ぜしめ、 工作物の破壊強度を超えるまで熱機械的な応力を高めながら、加熱された切断
    ライン区分を次いで冷却するために流動性の冷却媒体を吹き付ける、 ことを特徴とする、脆性材料より成る工作物を迅速に切断するための方法。
  2. 【請求項２】 結合ガイドされた複数のレーザ光線を相次いで切断ラインに
    ガイドする、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 結合ガイドされたレーザ光線を完全に又は部分的に重畳させ
    て、切断ライン上にガイドする、請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 切断ラインの始端部に微小亀裂を形成する、請求項１から３
    までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 それぞれのレーザ光線としてＣＯレーザ又はＣＯ２レーザの
    光線を使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 それぞれのレーザ光線として、同調可能なレーザを使用する
    、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 流動性の冷却媒体を上方から下方に向かって工作物に吹き付
    ける、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
  8. 【請求項８】 冷却ガス有利には冷たい空気を吹き付けることによって冷却
    を行う、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 空気・水混合物を吹き付けることによって冷却を行う、請求
    項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 流動性の冷却媒体の温度を調節し、制御する、請求項１か
    ら９までのいずれか１項記載の方法。
  11. 【請求項１１】 流動性の冷却媒体を冷却する、請求項１から１０までのい
    ずれか１項記載の方法。
  12. 【請求項１２】 流動性の冷却媒体を少なくともペルチェ・エレメントによ
    って冷却する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】 脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭を有する予め与え
    られた切断ラインに沿ってレーザ光線によって迅速に切断するための装置におい
    て、 レーザ光線を発生させるための１つ又は多数のレーザ源と、 工作物を溶融させることなしに、複数のレーザ光線を結合ガイドして、切断ラ
    イン上に集束させるための手段と、 それぞれ、切断しようとする工作物の表面に焦点として作用する放射線横断面
    を前もって規定された形状及び強度分布に相当させるように、それぞれのレーザ
    光線を形成するための手段と、 熱機械的な応力の誘導に伴って、切断ラインに沿ってレーザ光線と工作物との
    間の相対運動を生ぜしめるための駆動装置と、 工作物の破壊強度を超えるまで熱機械的な応力を高めながら、加熱された切断
    ライン区分を次いで冷却するために流動性の冷却媒体を吹き付けるための手段と
    を有していることを特徴とする、脆性材料より成る工作物を、任意の輪郭の所定
    の切断ラインに沿ってレーザ光線によって迅速に切断するための装置。
  14. 【請求項１４】 レーザ光線を結合ガイドするための光学的な手段が、レー
    ザ光線を結合ガイドして集束させ、相次いで切断ラインに向けるようになってい
    る、請求項１３記載の装置。
  15. 【請求項１５】 レーザ光線を連結ガイドするための光学的な手段が、レー
    ザ光線を結合ガイドして集束させ、全部又は一部を重畳させて切断ラインに向け
    るようになっている、請求項１３記載の装置。
  16. 【請求項１６】 切断ラインの始端部に微小亀裂を形成させるための手段が
    設けられている、請求項１３から１５までのいずれか１項記載の装置。
  17. 【請求項１７】 １つ又は多数のレーザ源がＣＯレーザ又はＣＯ２レーザで
    ある、請求項１３から１６までのいずれか１項記載の装置。
  18. 【請求項１８】 １つ又は多数のレーザ源が同調可能である、請求項１３か
    ら１７までのいずれか１項記載の装置。
  19. 【請求項１９】 流動状の冷却媒体を吹き付けるための手段が上方から下方
    に向かって吹き付けを行うようになっている、請求項１３から１８までのいずれ
    か１項記載の装置。
  20. 【請求項２０】 流動状の冷却媒体を吹き付けるための手段が、冷却ガス有
    利には冷たい空気を吹き付けるようになっている、請求項１３から１９までのい
    ずれか１項記載の装置。
  21. 【請求項２１】 流動状の冷却媒体を吹き付けるための手段が、空気・水混
    合物を吹き付けるようになっている、請求項１３から２０までのいずれか１項記
    載の装置。
  22. 【請求項２２】 流動状の冷却媒体の温度が調節可能及び制御可能である、
    請求項１３から２１までのいずれか１項記載の装置。
  23. 【請求項２３】 流動状の冷却媒体を冷却するための手段が設けられている
    、請求項１３から２２までのいずれか１項記載の装置。
  24. 【請求項２４】 流動状の冷却媒体を冷却するための手段が少なくとも１つ
    のペルチェ・エレメントを有している、請求項２３記載の装置。
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