JP2005263623A - 脆い材料から製造された湾曲基板の自由形態切断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】以下の工程により、脆い材料から湾曲基板を切り離す方法。−支持体上に湾曲基板を配する工程と、−該支持体に対して概略垂直なビーム配向を有するレーザービームを分離ラインに向ける工程と、−第1工程で、レーザー出力、レーザービームプロフィール、該レーザービームプロフィールの焦点位置、進行速度及び冷却などのプロセスパロメータが、分離ラインに沿って該基板に規定深さまで切り込みを付けるよう調整され、また第2工程で、該プロセスパラメータが、更に適切な熱機械的応力を増大させることで前記第1工程で作られたクラックが強制的に該基板により深く入り込まされ、基板を完全に切り離すように変えられる、2段階で前記追従冷却スポットを伴うレーザービームを分離ラインに沿って移動させる工程と、−切り離された加工部材を取外す工程。
【選択図】 図1
Description
以下の本文には切断用ガラスに基づいて、脆い材料から作られた基板の自由形態切断の問題を説明する。これらの問題はまた、他の脆い材料(セラミック、ガラスセラミックなど)から作られた基板にもそれ相応に当てはまる。
ガラスの切断は一般的な技術である。ガラスを分離する従来の方法は、第一に、ガラスにダイヤモンド又は切断輪を用いて切り込み跡を付けて、その後、機械的外力をかけてこのようにして付けられた弱い部位に沿って破壊する。
この切り込みを付けたガラス板を機械的に破壊しないレーザービームによる2段階切断が、所定形状全ての連続的輪郭に沿って切断するのに特に適切である。この種の切断は自由形態切断あるいは形状切断とも呼ばれる。それらの切断は、車両窓やバックミラー用ガラスを切断する場合や、平らなガラス板に比較的大きな穴を形成する場合や、例えば光学データメモリー用あるいは磁気データメモリー用ガラス基板の製造で使用されるように、同心内側穴を有する円形窓ガラスを製造する場合に必要とされる。
分離ラインの領域に垂直な面が、切り離される製品の垂直な中心面に対して傾斜しているため、湾曲加工部材又は基板のレーザービーム自由形態切断は特別の問題を有している。従って、これまでのところ、湾曲基板は、これまで上記概要説明された欠点(チップや形状ずれの形成のため特に研削及び研磨加工を含む付加的な再加工工程の必要性)のあるこの切り込み及び破壊法を使用して切断されていた。
−支持体上に湾曲基板を設ける工程と、
−該支持体に対して概略垂直なビーム配向を有するレーザービームを分離ラインに向ける工程と、
−第1工程で、レーザー出力、レーザービームプロフィール、該レーザービームプロフィールの焦点位置、進行速度及び冷却などのプロセスパロメータが、適切な熱機械的応力を増大させることで分離ラインに沿って該基板に規定深さまで切り込みを付けるように調整され、また第2工程で、該プロセスパラメータが、更に適切な熱機械的応力を増大させることで前記第1工程で作られたクラックが強制的に該基板により深く入り込まされ、基板を完全に切り離すように変えられる、2段階で前記追従冷却スポットを伴うレーザービームを分離ラインに沿って移動させる工程と、
−切り離された加工部材を取外す工程、とからなる方法によって達成される。
小さくない曲率半径については問題ないことは自明であろう。曲率が強ければ、Z軸を変える必要があるが、それにもかかわらず傾斜は不要である。例えば自動車の湾曲ミラーの曲率半径は2mである。この種の曲率を備えたガラス板は、この発明に係る方法を使用して問題無く切断可能である。曲率半径は100mm〜20000mmの範囲にあるのが好ましい。
この場合、レーザービームは、波長が、切断されるガラスのスペクトル吸収最大値に相当するCO2レーザーから発生することが好ましい。このCO2レーザーは10.6μmの波長で遠赤外線帯域の光を発する。この熱放射線は材料に作用している時に著しい特徴を有する。例えば、このCO2レーザーは、可視光に透過性の大抵の材料によってかなり吸収される。このガラスへの強力な吸収が切断ガラスに使用される。103cm−1の吸収係数では、95%の出力が30μm厚さの層に吸収され、すなわちレーザー放射線がガラス面にだけに吸収される。ガラスの全体厚が熱伝導によってのみ加熱される。従って、同じ進行速度を使用しながらレーザービームを長くすれば、湾曲ガラス加工部材の場合でもガラスの全体厚を通して第1工程で作られるレーザー切り込みを「強化する」ことが可能である。
この切断部を解放する、すなわち取外すために種々の方法が考えられる。
例えば、解放切断を切断端部まで適用することができる。これらの解放切断は例えば硬質金属砥石車、切削ダイヤモンド又はレーザークラックにより適用することができる。
解放切断への代替案として切断部が熱手段により開けられることも可能である。外側端部域を例えば80℃に加熱するか、内側部位の冷却により切断部がはずされる。この原理は例えば上記DE10001292C1,またDE20107204.1Uに記載されている。
分離されるガラス製品は、特に序文(1頁、第2パラグラフ)で言及されたガラス製品、特に自動車フロントガラス及びリヤガラスである。
分離ライン4に焦点スポット5を形成するレーザービームはガラスを切り離すために使用される。冷却装置7で作られる追従冷却スポット6がレーザービームに連結されている。
レーザービームの発生、ビームプロフィールの形成及び分離ライン4に沿って追従冷却スポット6を伴う焦点スポット5の移動がそれ自体公知であり、そのためここではこれ以上の説明が不要である。
レーザービーム、すなわち上記のように冷却スポット6を伴う焦点スポット5が分離ライン4に沿って2段階で、すなわち2工程で移動して後続の機械的破壊無しで基板を完全に切り離した。これは特に湾曲基板を切り離す時に重要である。基板の曲率半径Rが非常に広い範囲内で、好ましくは100mm〜20000mmで変えることができる。
2 ・・・ 湾曲ガラス製品
3 ・・・ 支持体
4 ・・・ 分離ライン
5 ・・・ 焦点スポット
6 ・・・ 追従冷却スポット
7 ・・・ 冷却装置
Claims (7)
- 追従冷却スポットを伴うレーザービームが所定の連続形状を有する分離ラインに沿って移動する、脆い材料から作られた湾曲基板を切り離す方法において、以下の工程、すなわち、
−支持体(3)上に湾曲基板(1)を配する工程と、
−該支持体に対して概略垂直なビーム配向を有するレーザービーム(5)を分離ライン(4)に向ける工程と、
−第1工程で、レーザー出力、レーザービームプロフィール、該レーザービームプロフィールの焦点位置、進行速度及び冷却などのプロセスパロメータが、分離ライン(4)に沿って該基板に規定深さまで切り込みを付けるよう調整され、また第2工程で、該プロセスパラメータが、更に熱機械的応力を増大させることで前記第1工程で作られたクラックが強制的に該基板(1)により深く入り込まされ、基板を完全に切り離すように変えられる、2段階で前記追従冷却スポット(6)を伴うレーザービーム(5)を分離ライン(4)に沿って移動させる工程と、
−切り離された加工部材(2)を取外す工程、とからなる方法。 - 前記第2工程で、前記レーザービームプロフィール長さを長くするが、それ以外のパラメータは維持されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記レーザービームプロフィール長さの増加が約50%になることを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 使用レーザーがCO2レーザーであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記湾曲基板が、その凸側が該レーザーに面した状態で平坦な支持体上に配されることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の方法。
- 切り離された前記加工部材を取外すために、機械的力をかけることと組み合わせて、前記分離ラインの一方側と他方側との間に温度差が設けられることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分離ラインの外側領域が約80℃に加熱されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
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