JP2020520331A - 3dレーザ穿孔サーマルサギングプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
i.プロセススループット−内部の薄膜ガラス部材のレーザ穿孔およびサギング分離のプロセスは、従来のコア穿孔および研削プロセスに比べてきわめて高速である。レーザ穿孔プロセスは20秒で行われ、対して従来の仕上げには5分かかる。
ii.最終寸法での3D成形部材の完全分離および抜き取り−提案している方法によれば、成型ガラス部材の任意の(個々のもしくは複数の)形状の完全な切削および抜き取りが可能となる。
iii.表面下損傷の低減−従来のコア穿孔は、レーザ切削プロセスにおけるよりも大きな応力およびより深い(2X)表面下クラックを生じさせ、ここから不合格品が生じる。レーザと材料との間の超短パルスの相互作用に起因して、熱的相互作用は僅かであり、ひいては、表面および表面下領域に望ましくない応力およびマイクロクラックをもたらしうる熱影響領域も最小限しか生じない。さらに、例えば、レーザビームを3Dガラス形状に収束させる光学系により、典型的には基板表面の直径が2マイクロメートルから5マイクロメートルである欠陥線が形成される。
iv.製品品質−提案している方法により、同じ面一の表面を有する高品質の個別の部材が生産される。
v.プロセスの清浄度−上述した本方法は、清浄かつ制御された方式で3Dガラス形状を分離または切削することができる。従来の融除プロセスまたはサーマルレーザプロセスの使用は、これらがガラス基板もしくは他の基板の複数の小片へのマイクロクラック化および断片化を生じさせる熱影響領域を引き起こしやすいため、きわめて困難である。レーザパルスの特性と、開示している方法の材料との間で生じる相互作用とにより、こうした問題の全てを回避することができる。なぜなら、これらの問題はきわめて短い時間スケールで生じ、またレーザ放射に対する基板材料の透過性によって生じる熱効果が最小化されるからである。欠陥線が対象物に形成されるので、切削ステップ中のデブリおよび粒子状物質の存在は実質的に消去される。形成された欠陥線から何らかの粒子が生じる場合、当該部材が分離されるまで充分に封じ込めが行われる。本明細書に記載したレーザを基礎とした方法により切削および分離される表面の粒子は、例えば約3マイクロメートル未満の平均直径を有しうる。
vi.設計のフレキシビリティ−本レーザ処理方法により、ガラスおよび他の基板から以下の多くの形態および形状を切削もしくは分離することができる。本明細書に記載した本方法を用いて、狭い半径(例えば2mm未満または5mm未満)が切削可能であり、湾曲したエッジが得られる。また、欠陥線が任意のクラック伝播の位置を強く制御するので、当該方法により、切削の空間配置に対する大きな制御手段が提供され、数百マイクロメートルの小さな構造および特徴の切削および分離が可能となる。当該プロセスにより、積層ガラスパネルに垂直欠陥線を形成することもできる。本明細書で使用しているレーザ波長(1064nm)での3Dガラス形状のケースでは、材料がレーザ波長に対して実質的に透過性を有することが要求される。
vii.プロセスステップの省略−最終寸法および最終形状の部材(例えば到来するガラスパネルから任意に付形されたガラスプレート)を作製するプロセスは、パネルの切削、寸法に応じた切削、仕上げおよびエッジ整形、目標厚さまでの部材の薄膜化、研磨および幾つかのケースにおける化学的強化まで包含する、複数のステップを含む。当該ステップのうち任意のものの省略により、製造コストがプロセス時間および資産費用の点で改善される。本方法は、例えばデブリおよびエッジ欠陥の生成を低減することにより、ステップ数が低減可能となり、洗浄および乾燥のステーションの必要性を潜在的に省略することができる。さらに、ステップ数は、例えばサンプルを直接に最終寸法、最終形状および最終厚さまで切削することにより低減可能であり、仕上げ線の必要性を省略することができる。
i.パーフォレーション寸法(L)−輪郭120の方向に沿ったパーフォレーションの寸法である。円形のパーフォレーションが一列に配置されている場合、当該パーフォレーション寸法の定義は、パーフォレーション130の直径に相当する。分離距離(d)−輪郭120の方向に沿って、2つの隣接するパーフォレーション130の周上の近接の2点間に存在する固体のガラス材料の長さである;
ii.ピッチ(P)−輪郭120の方向に沿った、2つの隣接するパーフォレーション130の中心点間の距離である。輪郭の方向に沿った全てのパーフォレーションが円形であって等しい直径を有する幾つかの実施形態では、ピッチは分離距離(d)とパーフォレーション寸法(L)との合計としても定義可能である;
を含む。
i.ガラス基板の第1の部分の早期の脱落を防止する;
ii.マザーガラス基板の選択的なキンクを回避する支持構造として機能する;
iii.交換または再準備が高価となりうる型の長寿命化を促進する;
iv.生成されるデブリから型の表面を保護する;
v.型の元の表面を保ち、最終製品における構造欠陥および表面欠陥を回避する。
ステップ1310:レーザを用いて、輪郭120に沿ってガラス基板110を穿孔する;
ステップ1320:穿孔後、型750を用いてガラス基板を非プレーナ形状へ熱成形する;
ステップ1330:輪郭120に沿って、ガラス基板の第1の部分220をガラス基板の第2の部分210から分離する。
ガラス物品を形成する方法であって、該方法は、
ガラス基板の第1の部分が輪郭により前記ガラス基板の第2の部分から分離されるよう、複数のパーフォレーションを形成するレーザを用いて、前記輪郭に沿って前記ガラス基板を穿孔する工程、
穿孔後、
型を用いて前記ガラス基板を非プレーナ形状へ熱成形する工程、および
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程
を含む、方法。
前記第1の部分が分離された後、前記輪郭が前記ガラス物品に開口を形成する、実施形態1記載の方法。
前記方法はさらに、分離前に、前記ガラス基板の前記第1の部分を選択的に冷却する工程により、該第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分に対して相対的に収縮させる工程を含む、実施形態1および2のいずれか1項記載の方法。
前記第1の部分を選択的に冷却する工程は、前記第1の部分を冷却装置に接触させる工程を含む、実施形態3記載の方法。
前記第1の部分を選択的に冷却する工程は、前記第1の部分に冷却空気を配向する工程を含む、実施形態3および4のいずれか1項記載の方法。
前記分離する工程は、前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する間、圧力を印加する工程を含む、実施形態1および2のいずれか1項記載の方法。
前記圧力を印加する工程は、圧力印加装置を用いて達成され、該圧力印加装置は、前記第1の部分を選択的に冷却する、実施形態6記載の方法。
前記圧力は、引張により印加される、実施形態6および7のいずれか1項記載の方法。
前記圧力は、押圧により印加される、実施形態6および7のいずれか1項記載の方法。
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程は、前記ガラス基板の前記第1の部分を前記型から引き出す工程を含む、実施形態1および2のいずれか1項記載の方法。
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記型から引き出す工程は、吸引装置を用いて達成される、実施形態10記載の方法。
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程は、前記ガラス基板の前記第1の部分を前記型の凹部へ引き込む工程を含む、実施形態1および2のいずれか1項記載の方法。
熱成形中に、前記ガラス基板の前記第1の部分が前記ガラス基板の前記第2の部分から分離される、実施形態1から5までのいずれか1項記載の方法。
前記方法はさらに、熱成形後に前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程を含む、実施形態1から13までのいずれか1項記載の方法。
前記ガラス基板は、穿孔中、平坦である、実施形態1から14までのいずれか1項記載の方法。
前記ガラス基板を熱成形する工程は、前記ガラス基板が自重によって弛む温度まで前記ガラス基板を加熱することにより、前記ガラス基板を前記型へサーマルサギングする工程を含む、実施形態1から15までのいずれか1項記載の方法。
前記方法はさらに、
熱成形前に、犠牲ガラス基板上に前記ガラス基板を配置する工程、
前記型を用いて前記ガラス基板および前記犠牲ガラス基板を非プレーナ形状へ熱成形する工程、
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程、および
前記ガラス基板を前記犠牲ガラス基板から分離する工程
を含む、実施形態1から16までのいずれか1項記載の方法。
2つの隣接する前記パーフォレーション間の間隔は1μmから10μmである、実施形態1から17までのいずれか1項記載の方法。
前記ガラス基板の前記第1の部分の形状は、円形、オーバル形、長方形および三角形から成るグループから選択される、実施形態1から18までのいずれか1項記載の方法。
前記ガラス基板は、50μmから2mmの厚さを有する、実施形態1から19までのいずれか1項記載の方法。
前記パーフォレーションの深さは、前記ガラス基板の厚さの5%から100%である、実施形態1から20までのいずれか1項記載の方法。
前記レーザは、ピコ秒レーザである、実施形態1から21までのいずれか1項記載の方法。
物品であって、
ガラス基板の第1の部分が輪郭により前記ガラス基板の第2の部分から分離されるよう、複数のパーフォレーションを形成するレーザを用いて、前記輪郭に沿って前記ガラス基板を穿孔する工程、
穿孔後、
型を用いて前記ガラス基板を非プレーナ形状へ熱成形する工程、および
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程
を含む方法により形成される、物品。
湾曲面を含むベース、および
前記湾曲面に配置された請求項23記載の物品
を含む、車両インテリアシステム。
前記第1の部分が分離された後、前記輪郭が前記ガラス基板に開口を形成し、
前記湾曲面は、前記開口を通してアクセス可能なボタン、ノブおよび通気口のうちいずれか1つを含む、実施形態24記載の車両インテリアシステム。
前記ベースはさらに、ディスプレイを含む、実施形態24および25のいずれか1項記載の車両インテリアシステム。
前記ディスプレイは、前記開口を通して可視である、実施形態26記載の車両インテリアシステム。
前記ディスプレイは、前記第2の部分を通して可視である、実施形態26記載の車両インテリアシステム。
前記車両は、自動車、船舶および航空機のうちいずれか1つである、実施形態24から28までのいずれか1項記載の車両インテリアシステム。
Claims (10)
- ガラス物品を形成する方法であって、該方法は、
ガラス基板の第1の部分が輪郭により前記ガラス基板の第2の部分から分離されるよう、複数のパーフォレーションを形成するレーザを用いて、前記輪郭に沿って前記ガラス基板を穿孔する工程、
穿孔後、
型を用いて前記ガラス基板を非プレーナ形状へ熱成形する工程、および
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程
を含む、方法。 - 前記第1の部分が分離された後、前記輪郭が前記ガラス物品に開口を形成する、請求項1記載の方法。
- 前記方法はさらに、分離前に、前記ガラス基板の前記第1の部分を選択的に冷却する工程により、前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分に対して相対的に収縮させる工程を含む、請求項1および2のいずれか1項記載の方法。
- 前記ガラス基板は、穿孔中、平坦である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 前記ガラス基板を熱成形する工程は、前記ガラス基板が自重によって弛む温度まで前記ガラス基板を加熱することにより、前記ガラス基板を前記型へサーマルサギングする工程を含む、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
- 前記方法はさらに、
熱成形前に、犠牲ガラス基板上に前記ガラス基板を配置する工程、
前記型を用いて前記ガラス基板および前記犠牲ガラス基板を非プレーナ形状へ熱成形する工程、
前記ガラス基板の前記第1の部分を前記ガラス基板の前記第2の部分から分離する工程、および
前記ガラス基板を前記犠牲ガラス基板から分離する工程
を含む、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 請求項1から6までのいずれか1項記載の方法によって形成された物品。
- 湾曲面を含むベース、および
前記湾曲面に配置された請求項7記載の物品
を含む、車両インテリアシステム。 - 前記第1の部分が分離された後、前記輪郭が前記ガラス基板に開口を形成し、
前記湾曲面は、前記開口を通してアクセス可能なボタン、ノブおよび通気口のうちいずれか1つを含む、請求項8記載の車両インテリアシステム。 - 前記ベースはさらに、ディスプレイを含み、該ディスプレイは、前記開口を通してまたは前記第2の部分を通して可視である、請求項8および9のいずれか1項記載の車両インテリアシステム。
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