JP2008307562A

JP2008307562A - 脆性材料の割断装置

Info

Publication number: JP2008307562A
Application number: JP2007156476A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Koseki; 良治小関
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-25

Abstract

【解決手段】素材ガラス２が支持テーブル３に搬入されると、中央ブロックＢ５の載置面のみに負圧が供給され、割断予定線２ａ〜２ｄの下方側となる他のブロック（Ｂ１〜Ｂ３、Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９）の載置面には圧縮空気が供給される。これにより素材ガラス２の中央部は中央ブロックＢ５によって吸着され、他の箇所の底面は各ブロック（Ｂ１〜Ｂ３、Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９）の載置面から僅かに浮上する。
この状態において、４本の割断予定線２ａ〜２ｄに沿ってレーザ光Ｌが照射されて素材ガラス２が割断される。その際、割断予定線２ａ〜２ｄの下方側となる素材ガラス２の底面は各ブロック（Ｂ１〜Ｂ３、Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９）から浮上しているので、レーザ光Ｌの熱エネルギーが支持テーブル３へ逃げるのを抑制している。
【効果】素材ガラス２を高速で割断することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は脆性材料の割断装置に関し、より詳しくは、例えばガラス板を割断する場合に好適な脆性材料の割断装置に関する。

従来、レーザ光を照射してガラス板を割断する割断装置は公知であり、こうした従来の割断装置においては、次のようにしてガラス板を割断している。すなわち、先ずガラス板の割断予定線に沿ってメカニカルカッタを移動させてガラス板の表面に微少な溝を形成し、その後に上記溝に沿ってレーザ光の照射スポットを移動させることにより、上記微小な溝から底面にわたって亀裂を進展させることでガラス板を割断予定線のとおりに割断するようにしている（例えば特許文献１）。
特開昭５４−１０６５２４号公報

近年、液晶ディスプレイの需要が高まっており、しかも液晶ディスプレイ用のガラス基板は年々大面積化しているため、液晶ディスプレイ用ガラス板の割断加工の高速化が要望されている。
従来の割断装置においては、吸着テーブル上にガラス板を吸着保持して上述したような割断加工を行っている。そのため、テーブルとガラス板は密着していることから、レーザ光の吸収熱がガラス板からテーブルへ逃げてしまい、ガラス板の温度上昇を妨げ、ガラス板の温度変化による変形を妨げる結果となっていた。このような従来の割断装置においては、ガラス板を高速で割断できないという欠点があった。
なお、ガラス板における割断予定線の箇所の温度を上げるためにはレーザ光の出力を高くすれば良いが、その場合にはガラス板の表面付近が必要以上に加熱されて損傷するという問題が生じる。
そこで、本発明の目的は、脆性材料を高速で割断することが可能な割断装置を提供することである。

すなわち、請求項１に記載した本発明は、板状の脆性材料を支持する載置面を有する支持手段と、上記支持手段に支持された脆性材料にレーザ光を照射して亀裂を形成するレーザ光照射手段と、上記支持手段上の脆性材料とレーザ光とを相対移動させる相対移動手段とを備え、上記脆性材料の割断予定線に沿ってレーザ光を照射して脆性材料を割断するようにした脆性材料の割断装置において、
上記支持手段の載置面を複数のブロックから構成するとともに、各ブロックごとにそれらの載置面から気体を噴出できるように構成し、上記割断予定線に沿って脆性材料にレーザ光を照射する際には、割断予定線の下方側となるブロックの載置面から気体を噴出させて、該ブロックの載置面から脆性材料を浮上させるようにしたものである。

このような構成によれば、脆性材料にレーザ光を照射して割断する際には、割断予定線の下方側のブロックから脆性材料が浮上しているので、脆性材料と支持手段との間に気体層が形成され、この気体層が断熱層として働き、レーザ光の吸収熱の脆性材料からの放熱を抑制する。したがって、レーザ光の出力を上昇させることなく割断予定線に沿って脆性材料を高速で割断することができる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１において、１はメカニカルカッタにより脆性材料の表面に微小なスクライブ溝を形成し、その溝に沿ってレーザ光を照射することにより脆性材料を割断するレーザ加工装置であり、このレーザ加工装置１によって脆性材料である素材ガラス２の周囲４辺を所定寸法に割断（切断）することができるようになっている。
上記レーザ加工装置１は、本発明に係る支持テーブル３と、この支持テーブル３の一側の隣接位置に配置されて素材ガラス２を支持する素材テーブル４と、上記支持テーブル３の他側の隣接位置に配置されて支持テーブル３から搬出される製品としてのガラス基板２’を支持する製品テーブル５とを備えている。

後に詳述するが、上記支持テーブル３は水平方向に配置された多孔質部材のブロックＢ１〜Ｂ９からなり、それらの上面である載置面３Ａから空気を給排できるようになっている。
そして、支持テーブル３上への素材ガラス２の搬入時および製品としてのガラス基板２’の搬出時には、上記支持テーブル３の載置面３Ａから空気を噴出させることで、支持テーブル３上に素材ガラス２又はガラス基板２’を浮上させることができるようになっている。
他方、支持テーブル３上に素材ガラス２が搬入された後には、支持テーブル３の載置面３Ａから空気を吸引することで、支持テーブル３上に素材ガラス２を吸着保持できるようになっている。
図示しないが、上記素材テーブル４および製品テーブル５の載置面も支持テーブル３と同様な多孔質材で構成され、空気を給排できるようになっており、所要時に素材ガラス２あるいはガラス基板２’を両テーブル４、５の載置面に吸着し、或いは載置面上に浮上させることができるようになっている。なお、素材ガラス２や製品であるガラス基板２’の搬送面となる各テーブル間にも所要時に空気を噴出する多数の孔が設けられている。

上記レーザ加工装置１は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器６と、図示しない移動機構によって水平面のＸＹ方向にそれぞれ独立して移動されてレーザ光Ｌを支持テーブル３上の素材ガラス２に向けて照射する第１加工ヘッド７Ａおよび第２加工ヘッド７Ｂと、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂにおける移動方向の前面に配置されるとともにレーザ光Ｌの照射に先立って素材ガラス２の表面にスクライブ溝を形成するメカニカルカッタ８と、レーザ発振器６から発振されたレーザ光Ｌを両加工ヘッド７Ａ、７Ｂへ分割して案内する複数の光学部品からなる導光手段１１とを備えている。
また、上記レーザ加工装置１は、素材ガラス２や割断後のガラス基板２’を吸着保持可能な複数の吸着パッド１２Ａ、１２Ｂを有して上記素材テーブル４と支持テーブル３と製品テーブル５とにわたってＸ方向に移動される枠状の搬送手段１２と、上記搬送手段１２、レーザ発振器６および両加工ヘッド７Ａ、７Ｂの作動を制御する制御装置１３とを備えている。
上記支持テーブル３上にはＹ方向と平行な一対の可動ガイドレール１６、１６’が設けられており、それら各可動ガイドレール１６、１６’には上記各加工ヘッド７Ａ、７ＢがＹ方向に移動可能に取り付けられている。各加工ヘッド７Ａ、７Ｂは図示しない第１移動機構によって可動ガイドレール１６、１６’に沿ってＹ方向に移動されるようになっている。

また、各可動ガイドレール１６、１６’の両端部は、支持テーブル３を挟んで配置された一対のＸ方向ガイドレール１８、１８’に係合されており、該各可動ガイドレール１６、１６’は図示しない第２移動機構によってＸ方向ガイドレール１８、１８’に沿ってＸ方向に移動されるようになっている。
上記第１移動機構および第２移動機構は上記制御装置１３によって作動されるようになっており、制御装置１３は、第１移動機構および第２移動機構の作動を制御して、各加工ヘッド７Ａ、７Ｂを水平面においてＸＹ方向に移動させることができるようになっている。

ここで本発明にかかる支持テーブル３の構成を説明する前に、レーザ加工装置１による素材ガラス２の割断動作を説明する。
先ず、素材テーブル４上に長方形をした１枚の素材ガラス２が所定位置に供給されると、素材テーブル４上まで搬送手段１２が移動されて、該搬送手段１２の枠状フレームにおけるＸ方向の一端側の吸着パッド１２Ａによって素材ガラス２の上面における支持テーブル３側の部分が吸着保持される。
次に、素材テーブル４の載置面および支持テーブル３の載置面３Ａから空気が噴出されるので、素材テーブル４上の素材ガラス２が空気によって浮上される。その状態において、該素材ガラス２を保持した状態の搬送手段１２がＸ方向に移動されることで、搬送手段１２に保持された素材ガラス２が支持テーブル３の載置面３Ａ上の所定位置に搬入される。
その後、素材テーブル４と支持テーブル３の載置面３Ａおよび両テーブル間の空気の噴出が停止されてから支持テーブル３における載置面３Ａに負圧が導入されるので、その負圧によって支持テーブル３上に素材ガラス２が吸着保持される。この後に搬送手段１２による素材ガラス２の保持状態が解放される。

この状態となると、上記制御装置１３は上記第１移動機構と第２移動機構とを制御して両加工ヘッド７Ａ、７Ｂをそれぞれ独立させて割断予定線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに沿ってＸ方向又はＹ方向に移動させるようになっており、それに伴ってメカニカルカッタ８によって素材ガラス２の表面にスクライブ溝９が形成されるとともに、該スクライブ溝９にレーザ光Ｌが照射されるようになっている（図４参照）。スクライブ溝９にレーザ光Ｌが照射されて素材ガラス２が加熱されることで、上記スクライブ溝９から裏面まで亀裂が進行することで、素材ガラス２の４辺をＸＹ方向の割断予定線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに沿ってＸ方向又はＹ方向に割断するようになっており、それによって正確に所定寸法に割断した方形のガラス基板２’を得るようになっている。つまり、素材ガラス２には、その４辺に沿って井桁状をした４本の直線状の割断予定線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄが設定されている。
このようにして、レーザ加工装置１による素材ガラス２の割断が終了したら、支持テーブル３の載置面３Ａへの負圧の導入を停止し、素材ガラス２から切り離されたガラス片を図示しない排出手段により支持テーブル３上から除去する。
一方、上記素材ガラス２を割断する間に、既に素材テーブル４上に素材ガラス２が供給されている。そして、搬送手段１２におけるＸ方向の一端側の吸着パッド１２Ａによって素材ガラス２が吸着保持されると同時に、搬送手段１２におけるＸ方向の他端側の吸着パッド１２Ｂによって支持テーブル３上のガラス基板２’が吸着保持される。

この後、すべてのテーブル及び各テーブル間の載置面に上述したようにして空気が噴出され、製品としてのガラス基板２’が支持テーブル３上に浮上されると同時に、素材テーブル４上の素材ガラス２も浮上される。
この状態となると、搬送手段１２は製品テーブル５に向けてＸ方向に平行移動されるので、新たな素材ガラス２が支持テーブル３上に供給されるとともに、製品としてのガラス基板２’が製品テーブル５上に搬出される。
この後、上述した各部の空気の噴出が停止されて、搬送手段１２による吸着パッド１２Ａ、１２Ｂによる素材ガラス２とガラス基板２’の保持状態が解放されるとともに、支持テーブル３及び製品テーブル５の載置面に負圧が導入されて、新たな素材ガラス２及びガラス基板２’が各テーブルに吸着支持される。
このように、割断処理の対象となる素材ガラス２は先ず素材テーブル４上に搬入され、その後、搬送手段１２により支持テーブル３上に搬入される。そこで、素材ガラス２は両加工ヘッド７Ａ、７ＢによりＸＹ方向の各割断予定線２ａ〜２ｄに沿って四辺を割断されて製品としてのガラス基板２’が切り出されるようになっており、その後、ガラス基板２’は搬送手段１２によって支持テーブル３上から製品テーブル５へ搬出されるようになっている。

しかして、図２ないし図３に示すように、本実施例は、レーザ加工装置１の支持テーブル３を多孔質部材からなる９個のブロックＢ１〜Ｂ９により構成し、それら全てのブロックＢ１〜Ｂ９の上面により支持テーブル３の載置面３Ａを構成したものであり、それぞれのブロックＢ１〜Ｂ９単位でそれらの載置面３Ａ（上面）から空気を給排可能としたものである。
すなわち、支持テーブル３は、素材ガラス２の中央部を支持する方形の中央ブロックＢ５と、この中央ブロックＢ５のＸＹ方向と平行な各２辺にそれぞれ隣接させて配置された合計４つの側辺ブロックＢ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８と、隣り合う２つの側辺支持部の両端部に隣接させて配置された合計４つの隅ブロックＢ１、Ｂ３、Ｂ７、Ｂ９とから構成されている。

前述したように上記９個の各ブロックＢ１〜Ｂ９は多孔質部材からなり、各ブロックＢ１〜Ｂ９の載置面３Ａ（上面）は全て同一平面に設けられている。そして、各ブロックＢ１〜Ｂ９によって素材ガラス２を支持した状態では、割断予定線２ａはブロックＢ１〜Ｂ３上に位置し、割断予定線２ｂはブロックＢ３、Ｂ６およびＢ９上に位置し、割断予定線２ｃは各ブロックＢ７〜Ｂ９上に位置し、さらに割断予定線２ｄはブロックＢ１、Ｂ４およびＢ７上に位置するように設定されている。
なお、支持テーブル３上に素材ガラス２が搬入されると、素材ガラス２の中央部は中央ブロックＢ５の上面によって支持されるようになっている。

図３に示すように、各ブロックＢ１〜Ｂ９の底面には、それぞれ分岐管２１の一端を接続してあり、これらの分岐管２１の他端は合流されて導管２２の一端に接続されており、この導管２２の他端は負圧供給源２３に接続されている。上記各分岐管２１にはそれぞれ常閉の電磁開閉弁２４が設けられており、上記制御装置１３によってこれらの電磁開閉弁２４は独立して作動を制御されるようになっている。
また、各ブロックＢ１〜Ｂ９の底面には、それぞれ別の分岐管２５を接続してあり、これらの分岐管２５の他端は１つに合流されて導管２６の一端に接続されており、この導管２６の他端は圧縮空気供給源２７に接続されている。各分岐管２５にはそれぞれ常閉の電磁開閉弁２８が設けられており、上記制御装置１３によってこれらの電磁開閉弁２８は独立して作動を制御されるようになっている。
このように、支持テーブル３は９個のブロックＢ１〜Ｂ９から構成され、各ブロック単位でそれらの載置面３Ａから空気を給排できるようになっている。

支持テーブル３は以上のように構成してあり、上記搬送手段１２によって支持テーブル３上に素材ガラス２が搬入されたら、制御装置１３は上記９箇所の各電磁開閉弁２４、２８と両加工ヘッド７Ａ，７Ｂの作動を制御して、以下のようにして素材ガラス２の４辺を割断するようにしている。
すなわち、素材テーブル４上から支持テーブル３上に素材ガラス２が搬入されるときには、制御装置１３によって支持テーブル３の各ブロックＢ１〜Ｂ９用の各電磁開閉弁２８が開放され、圧縮空気供給源２７から導管２６と各分岐管２５を介して各ブロックＢ１〜Ｂ９へ圧縮空気が給送されて、全てのブロックＢ１〜Ｂ９の載置面３Ａから圧縮空気が噴出している。このため、搬送手段１２によって搬送される素材ガラス２は支持テーブル３上を浮上された状態で所定位置まで搬入される（図１参照）。

この後、制御装置１３は中央ブロックＢ５用の電磁開閉弁２５を閉鎖させた後に中央ブロックＢ５用の電磁開閉弁２４を開放させる。そのため、中央ブロックＢ５（載置面３Ａ）のみに負圧供給源２３から負圧が導入される。これにより、該中央ブロックＢ５の載置面３Ａに供給された負圧によって素材ガラス２の中央部分の底面が吸着保持される。
また、その他のブロックＢ１〜Ｂ４およびＢ６〜Ｂ９の載置面３Ａからは継続して圧縮空気が噴出しているため、それらのブロックの載置面３Ａと対向する位置の素材ガラス２の底面は僅かに浮上される（図４参照）。つまり、各割断予定線２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの存在する箇所の素材ガラス２の底面は、各ブロックＢ１〜Ｂ４およびＢ６〜Ｂ９の載置面３Ａから浮上している。

この状態において、前述した加工ヘッド７Ａ、７Ｂが各割断予定線２ａ〜２ｄに沿って所定の順路で移動するようになっており、それに伴って各割断予定線２ａに沿って素材ガラス２の表面にメカニカルカッタ８によってスクライブ溝９が形成されてから該スクライブ溝９にレーザ光Ｌが照射される（図４参照）。これにより、スクライブ溝９から素材ガラス２の裏面まで亀裂が進行するので、各割断予定線２ａ〜２ｄのとおりに素材ガラス２が割断される（図４参照）。
ここで、加工ヘッド７Ａにより割断予定線２ａを図１に示す左から右に向けて割断した後、割断予定線２ｂを上から下に向けて割断する場合について説明すると、割断予定線２ａの下方側となる素材ガラス２の底面は全て圧縮空気によって各ブロックＢ１〜Ｂ３の載置面３Ａから浮上している。つまり、図４に示すように、各ブロックＢ１〜Ｂ３の載置面３Ａとそれに対向する素材ガラス２の底面との間には空気による断熱層が存在している。そのため、割断予定線２ａに沿ってメカニカルカッタ８によって素材ガラス２の表面にスクライブ溝９が形成されてから該スクライブ溝９にレーザ光Ｌが照射された際に、レーザ光Ｌによる熱エネルギーが各ブロックＢ１〜Ｂ３の載置面３Ａに直接逃げることが阻止される。そのため、素材ガラス２は割断予定線２ａのとおりにレーザ光Ｌによって効率的に割断される。
このように１辺となる割断予定線２ａが割断されると、次に制御装置１３は加工ヘッド７Ａの進行方向をＹ方向からＸ方向に変更して割断予定線２ｂに沿って加工ヘッド７Ａを移動させながら、該加工ヘッド７Ａから素材ガラス２へレーザ光Ｌを照射する。

なお、支持テーブル３の制御は上述した内容に限られるものではなく、次のような制御であっても良い。つまり、レーザ光Ｌを素材ガラス２に照射して割断処理中に、素材ガラス２を浮上させるブロックを切り換えてもよい。例えば、割断予定線２ａを割断する際には、その割断予定線２ａの箇所が載置されるブロックＢ１〜Ｂ３に空気を噴出させるとともに、その他のブロックＢ４〜Ｂ９に負圧を導入してそれらによって素材ガラス２を吸着保持しておき、割断予定線２ａの割断が終了したら、次に割断しようとする割断予定線２ｂの箇所が載置されるブロックＢ３、Ｂ６、Ｂ９から空気を噴出させてそれらの位置の素材ガラス２の底面を浮上させ、その他のブロックにおいては素材ガラス２の底面を吸着保持するようにしても良い。また、この場合、中央のブロックＢ５以外の他のブロックにおいては、特に負圧を導入しないようにしても良い。
さらに、割断処理の進行状況に合わせて、ブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ６、Ｂ９の順に素材ガラス２の底面を浮上させるブロックを切り換えるようにしても良い。この場合も、中央のブロックＢ５と空気を噴出するブロック以外においては負圧を導入しても、しなくても良い。
以上のようにして素材ガラス２の４辺全てについて割断が終了したら、切り離されたガラス片は、図示しない排出手段によってガラス基板２’の周囲の支持テーブル３上から排出される。

この状態において、ガラス基板２’の上面が搬送手段１２の吸着パッド１２Ｂによって吸着保持され、その後、制御装置１３は、中央ブロックＢ５用の電磁開閉弁２４を閉鎖させる一方、中央ブロックＢ５用の電磁開閉弁２８を開放させる。これにより、中央ブロックＢ５への負圧の供給が停止される一方、中央ブロックＢ５に対して圧縮空気が供給される。つまり、支持テーブル３を構成する全てのブロックＢ１〜Ｂ９に圧縮空気が供給されて、それらの載置面３Ａから噴出される圧縮空気によって製品としてのガラス基板２’が浮上される。
この後、搬送手段１２が支持テーブル３上から製品テーブル５上へ移動されるので、ガラス基板２’は製品テーブル５へ搬出される。

以上のように、本実施例では、支持テーブル３を９個のブロックＢ１〜Ｂ９に分割して、各ブロック単位で空気を給排できるようにしてあり、しかも各割断予定線２ａ〜２ｄの下方側となるブロックＢ１〜Ｂ４、Ｂ６〜Ｂ９においては素材ガラス２を浮上させるとともに、素材ガラス２の中央部分は中央ブロックＢ５の載置面３Ａによって吸着している。
このようにして、支持テーブル３上の素材ガラス２の四辺を割断することで、レーザ光の熱エネルギーが割断予定線２ａ〜２ｄの下方側となる各ブロックの載置面３Ａへ逃げないので、各割断予定線２ａ〜２ｄに沿って高速で素材ガラス２を割断することができる。
また、レーザ発振器６から発振されるレーザ光Ｌは低い出力でよいため、レーザ発振器６の製造コストを低減させることができる。

次に、図５は本発明の第２実施例としての支持テーブル３を示したものである。
上記実施例においては、多孔質部材からなる９個のブロックＢ１〜Ｂ９によって支持テーブル３を構成していたが、この第２実施例においては、各ブロックＢ１〜Ｂ９を上下方向の微小な多数の貫通孔を有する部材によって載置面３Ａを形成したものである。その他の構成は、上記第１実施例のものと同じである。
このような第２実施例の支持テーブル３であっても、上記第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、上述した実施例においては、複数の加工ヘッドにより素材ガラス２を割断しているが、単一の加工ヘッドによって素材ガラスの４辺を順次割断するようにしても良い。
また、上述した実施例では素材ガラス２の四辺を割断しているが、それに限られるものではなく、所要の位置に設定された割断予定線にあわせて複数のブロックを配置した構成であれば本発明を適用することができる。

本発明の一実施例を示す平面図。図１の要部の平面図。図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う断面図。図２の要部を加工している状態を示す図。本発明の第２実施例を示す要部の断面図。

符号の説明

１…レーザ加工装置（割断装置）２…素材ガラス
２ａ〜２ｄ…割断予定線２’…ガラス基板（製品）
３…支持テーブル（支持手段）３Ａ…載置面
７Ａ…第１加工ヘッド７Ｂ…第２加工ヘッド
Ｂ１、Ｂ３、Ｂ７、Ｂ９…隅ブロック
Ｂ２、Ｂ４，Ｂ６、Ｂ８…側辺ブロック
Ｂ５…中央ブロック
Ｌ…レーザ光

Claims

板状の脆性材料を支持する載置面を有する支持手段と、上記支持手段に支持された脆性材料にレーザ光を照射して亀裂を形成するレーザ光照射手段と、上記支持手段上の脆性材料とレーザ光とを相対移動させる相対移動手段とを備え、上記脆性材料の割断予定線に沿ってレーザ光を照射して脆性材料を割断するようにした脆性材料の割断装置において、
上記支持手段の載置面を複数のブロックから構成するとともに、各ブロックごとにそれらの載置面から気体を噴出できるように構成し、
上記割断予定線に沿って脆性材料にレーザ光を照射する際には、割断予定線の下方側となるブロックの載置面から気体を噴出させて、該ブロックの載置面から脆性材料を浮上させることを特徴とする脆性材料の割断装置。
上記各ブロックは導管を介して圧縮気体供給源又は負圧供給源に連通可能となっており、上記割断予定線に沿って脆性材料にレーザ光を照射する際には、当該割断予定線の下方側となるブロックに圧縮気体を供給する一方、他のブロックに負圧を供給することを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の割断装置。
上記支持手段は、脆性材料の中央部分を支持する方形の中央ブロックと、この中央ブロックの４辺の隣接外方位置にそれぞれ配置された４個の側辺ブロックと、上記中央ブロックの隣接外方位置であって、かつ隣り合う側辺ブロックの間に位置する４個の隅ブロックとからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の脆性材料の割断装置。