JP2023160519A - レーザ加工装置、ガラス基板のレーザ加工方法、及びガラス基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板の端面のレーザ加工において、ガラス基板の残留応力を低減する。
【解決手段】ガラス基板の端面をレーザ光で処理するレーザ加工装置（１）は、ガラス基板を載置するテーブル（５１）と、テーブル（５１）を駆動するテーブル駆動部（５）と、ガラス基板の端面に照射する第１レーザ光（Ｌ１）を発生する第１レーザ光発生部（１０）と、第１レーザ光の照射領域を調整する第１伝送光学系（１５）と、ガラス基板の表面に照射する第２レーザ光を発生する第２レーザ光発生部（３０）と、第２レーザ光の照射領域を調整する第２伝送光学系（３５）と、を備える。第２レーザ光の照射領域の面積は、第１レーザ光の照射領域の面積よりも大きい。第２伝送光学系（３５）は、第２レーザ光の照射領域を、ガラス基板の表面上で、加工するガラス基板の端面（Ｅ１）に垂直な方向に、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の走査速度で走査する。
【選択図】図３

Description

本開示は、レーザ加工装置、ガラス基板のレーザ加工方法、及びガラス基板の製造方法に関する。

ガラス基板を製品寸法に切り出す際に、スクライブホイールなどを用いてガラス基板にスクライブラインを形成し、その後、ガラス基板をスクライブラインに沿って製品に用いる部分同士又は製品に用いる部分とそれ以外の部分に分離する。分離後のガラス基板の端面は、基板分離時において生じたクラック等により、割れやすくなっている。

ガラス基板の端面の強度を向上させるために、ガラス基板の端面にレーザ光を照射しつつ端面に沿って走査して端面の面取りをすることが知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、端面に照射するレーザ光として中赤外光を用い、ガラス基板の２つの主面のうち一方の主面側のみから当該レーザ光を照射するだけで、両方の主面の端面が同時に面取りされる。

このようなレーザ光を用いたガラス基板の面取りにおいては、レーザ処理中にレーザ照射領域とその周囲とで大きな温度差ができ、冷却時の温度降下量に差があると、面取り後（冷却後）のガラス基板に、残留応力（温度降下量が大きい領域に引張応力）が生じる課題がある。このような課題に対して、特許文献２は、面取りを行うためにガラス基板の端面を加熱する第１レーザ光に加えて、第１レーザ光の照射領域の周辺部に第２レーザ光を照射して、周辺部を第１レーザ光の照射領域よりも低い温度に加熱することによって、レーザ処理中の温度差を低減し、冷却後の残留応力を低減する方法を開示している。

特開２０１５－１２４１４２号公報 ＷＯ２０２１－０６５４４０号

本開示は、特許文献２に開示の第１レーザ光及び第２レーザ光のガラス基板の照射において、第２レーザ光のガラス基板への照射方法を工夫することにより、ガラス基板の引張残留応力を低減することを目的とする。

本開示のレーザ加工装置は、ガラス基板の端面をレーザ光で処理する装置であって、
ガラス基板を載置するテーブルと、
前記テーブルを駆動するテーブル駆動部と、
ガラス基板の端面に照射する第１レーザ光を発生する第１レーザ光発生部と、
前記第１レーザ光の照射領域を調整する第１レーザ伝送光学系と、
ガラス基板の表面に照射する第２レーザ光を発生する第２レーザ光発生部と、
前記第２レーザ光の照射領域を調整する第２レーザ伝送光学系と、
を備え、
前記第２レーザ光の照射領域の面積は、前記第１レーザ光の照射領域の面積よりも大きく、
前記第２伝送光学系は、前記第２レーザ光の照射領域を、ガラス基板の表面上で、加工するガラス基板の端面に垂直な方向に、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下（好ましくは２００Ｈｚ以上）の走査速度で走査する。
加工されるガラス基板の端面を第１端面とし、第１端面と対向するガラス基板の端面を第２端面としたとき、第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、ガラス基板の表面の第１端面の近傍から第１端面と第２端面の間の第２端面には達しない表面までである、ことが好ましい。
第１レーザ光の照射されるガラス基板の第１端面と、第１端面と対向するガラス基板の第２端面との距離をＤとしたとき、前記第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、第１端面から垂直方向に第２端面側に延びており、照射領域の第２端面側の端部の位置の第１端面からの距離は、Ｄの０．２倍以上０．８倍以下である、ことが好ましい。
第１レーザ光発生部がレーザ発振器としてエルビウムファイバーレーザを備え、第２レーザ光発生部がレーザ発振器として二酸化炭素レーザを備える、ことが好ましい。
前記第２伝送光学系がガルバノスキャナを備える、ことが好ましい。
本発明のガラス基板のレーザ加工方法は、ガラス基板の端面をレーザ光で加工する方法であって、
第１レーザ光及び第２レーザ光を同時にガラス基板の表面に照射して、ガラス基板を加熱し溶融することでガラス基板の端面を加工する方法であって、
第１レーザ光の照射領域をガラス基板の端面に沿って走査し、
第２レーザ光の照射領域を、第１レーザ光の照射領域とともに、ガラス基板の端面に沿って走査し、かつ、ガラス基板の端面に垂直な方向に、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周期で走査する。
加工されるガラス基板の端面を第１端面とし、第１端面と対向するガラス基板の端面を第２端面としたとき、第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、ガラス基板の表面の第１端面の近傍から第１端面と第２端面の間の第２端面には達しない表面までである、ことが好ましい。
第１レーザ光の照射されるガラス基板の第１端面と、第１端面と対向するガラス基板の第２端面との距離をＤとしたとき、前記第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、第１端面から垂直方向に第２端面側に延びており、照射領域の第２端面側の端部の位置の第１端面からの距離は、Ｄの０．２倍以上０．８倍以下である、ことが好ましい。
本発明の面取りされたガラス基板の製造方法は、前記レーザ加工方法により、ガラス基板の端面をレーザ光で加工した後、冷却する。

本開示のレーザ加工装置は、第１レーザ光によりガラス基板の端面の処理を行う際に、ガラス基板の端面に垂直な方向に、第２レーザ光を高周期で走査して照射することによって、ガラス基板の第１レーザ光の照射される端面と第２レーザ光の照射される端面以外の部分との温度差を抑制することができ、冷却時の温度降下量の差を小さくすることができ、ガラス基板端面付近の引張残留応力を低減できる。

第１実施形態のレーザ加工装置の概略外観を示す図である。 第１実施形態のレーザ加工装置の概略構成を示す図である。 ガラス基板Ｇの断面図である。ガラス基板Ｇへの第１レーザ光Ｌ１の照射領域Ｒ１及び第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２を模式的に示している。 第２レーザ光Ｌ２のｙ方向のスキャンが無い場合のガラス基板Ｇの温度分布を示す図である。白線は、等温線を示している。 第２レーザ光Ｌ２のｙ方向のスキャンが有る場合のガラス基板Ｇの温度分布を示す図である。白線は、等温線を示している。 第２レーザ光Ｌ２の照射領域の第２端面Ｅ２側の端部の位置に対する、引張残留応力低減量の関係を示す図である。矢印は、引張残留応力低減効果が最も大きくなる位置を示す。 残留応力低減効果の計算モデルにおいて、基板表面温度の仮定を示す図である。 残留応力低減効果の計算モデルによって計算された、第２レーザ光Ｌ２の照射領域の第２端面Ｅ２側の端部の位置に対する、引張残留応力低減量の関係を示す図である。

１．第１実施形態
（１）レーザ加工装置１の構成
本実施形態のレーザ加工装置１は、ガラス基板Ｇの端面の面取り加工を行う装置である。

ガラス基板Ｇは、例えば、ディスプレイやインパネ等に使われるソーダガラスの基板、無アルカリガラスの基板が挙げられるが、ガラス基板Ｇの種類はこれらに限定されない。ガラス基板Ｇの厚さは、例えば、０．００４～３ｍｍの範囲、好ましくは０．２～０．４ｍｍの範囲である。

本実施形態のレーザ加工装置は、図１、図２に示すように、テーブル５１と、テーブル駆動部５３と、第１レーザ光発生部１０と、第１伝送光学系１５と、第２レーザ光発生部３０と、第２伝送光学系３５と、を備えている。

第１レーザ光発生部１０は、第１レーザ発振器１１と、第１レーザ制御部１３を含む。第１レーザ発振器１１は、第１レーザ光Ｌ１を発生する。第１レーザ制御部１３は、第１レーザ発振器１１の駆動及びレーザパワーを制御する。

第１レーザ光Ｌ１は、波長が２．７μｍ～５．５μｍである中赤外のレーザ光である。第１レーザ発振器１１としては、たとえば、ファイバーレーザ、及び半導体レーザの組み合わせである。ファイバーレーザとしては、たとえば、Ｅｒドープしたフッ化物ガラス（例えば、ＺＢＬＡＮファイバー）をレーザ媒体とするファイバーレーザ（波長は、２．８μｍ）（エルビウムファイバーレーザ。以下ではＥｒＦＬと略す）である。ファイバーレーザのレーザ媒体としては、Ｅｒ：Ｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ等であってもよい。半導体レーザとしては、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、ＦｅＺｎＳなどである。

第１レーザ光Ｌ１は、ガラス基板Ｇの端面を加熱して面取り加工を行うために用いられる。第１レーザ光Ｌ１として、波長が２．７μｍ～５．５μｍである中赤外のレーザ光を使用する場合は、ガラス基板Ｇの表面だけでなく、ガラス基板Ｇの内部、及び、第１レーザ光Ｌ１を入射した側とは反対側においても吸収される。これにより、第１レーザ光Ｌ１をガラス基板Ｇの一方の表面（第１表面Ｓ１とする）側のみから入射するだけで、ガラス基板Ｇの当該第１表面Ｓ１とその裏面（第２表面Ｓ２とする）とを同時に加熱できる。この結果、ガラス基板Ｇの端面Ｅ１が厚みの中央部が外側に膨らむように溶融し、表面（第１表面Ｓ１）側及び裏面（第２表面Ｓ２）側のエッジを同時に面取りできる。

第１伝送光学系１５は、第１レーザ発振器１１から発生した第１レーザ光Ｌ１を、ガラス基板Ｇの端面に誘導する。第１伝送光学系１５は、例えば、第１集光レンズ１７、複数のミラー（図示せず）、プリズム（図示せず）等を有する。第１集光レンズ１７は、ガラス基板Ｇの表面における第１レーザ光Ｌ１の照射領域Ｒ１の大きさを調整する。本実施形態において、第１レーザ光Ｌ１は、ガラス基板Ｇの真上から、ガラス基板Ｇの表面に対して垂直に照射される。

第２レーザ光発生部３０は、第２レーザ発振器３１と、第２レーザ制御部３３とを含む。第２レーザ発振器３１は、第２レーザ光Ｌ２を発生する。第２レーザ制御部３３は、第２レーザ発振器３１の駆動及びレーザパワーを制御する。

第２レーザ光Ｌ２は、ガラス基板Ｇの端面の第１レーザ光Ｌ１の照射領域からガラス基板Ｇの内側に向かって所定の周期で走査されながら照射される。第２レーザ光Ｌ２の照射領域（走査範囲）は、第１レーザ光Ｌ１の照射領域よりも広い。第２レーザ光Ｌ２を照射することにより、ガラス基板Ｇの端面の第１レーザ光Ｌ１の照射領域と第１レーザ光Ｌ１の照射領域からガラス基板の内側に向かった領域の温度差が低減され、冷却時の温度降下量の差が低減され、冷却後（面取り処理後）のガラス基板Ｇの端面周辺の引張残留応力を低減できる。本実施形態においては、第２レーザ光Ｌ２は、ガラス基板Ｇの表面Ｓ１の法線方向に対して所定の角度を有して、ガラス基板Ｇに対して斜めから照射されてもよい。

第２レーザ光Ｌ２の波長は、ガラス基板Ｇに吸収されてガラス基板Ｇを加熱できる波長を有していれば、どのようなレーザ光でもよい。本実施形態では、第２レーザ光Ｌ２として、赤外光を用いる。このような第２レーザ光Ｌ２を発生する第２レーザ発振器３１として、例えば、ＣＯ_２レーザ（炭酸ガスレーザ；波長１０．６μｍ）を使用できる。この場合、第２レーザ発振器３１は、第２レーザ光Ｌ２をパルス発振する。その他、ガラス基板Ｇに吸収される赤外光を発生する固体レーザ、気体レーザ、液体レーザ、半導体レーザなどを第２レーザ発振器３１として使用できる。

第２レーザ発振器３１から発生した第２レーザ光Ｌ２は、第２伝送光学系３５により、ガラス基板Ｇの端面Ｅ１付近に誘導される。第２伝送光学系３５は、第２集光レンズ３６、ガルバノスキャナ３７、複数のミラー（図示せず）、プリズム（図示せず）を有する。第２集光レンズ３６及びガルバノスキャナ３７は、ガラス基板Ｇの表面における第２レーザ光Ｌ２の照射領域（走査範囲）Ｒ２の大きさを調整する。ガルバノスキャナ３７は、第２レーザ光の基板への照射位置を高速で走査する。走査方向は、ガラス基板Ｇの端面Ｅ１に概略垂直方向（ｙ方向）である。走査周期は、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下（より好ましくは、２００Ｈｚ以上）である。

テーブル駆動部５３は、ガラス基板Ｇの載置されたテーブル５１を駆動する。

テーブル５１は、面取り処理するガラス基板Ｇを載置する。本実施形態において、ガラス基板Ｇは、テーブル５１の表面から離間した状態で保持される。具体的には、ガラス基板Ｇは、テーブル５１上において、テーブル５１の表面に配置された第１保持部材５２ａと、磁力により第１保持部材５２ａとの間に引力を生じる第２保持部材５２ｂとの間に挟まれた状態で保持される。ガラス基板Ｇをテーブル５１から離間させることで、ガラス基板Ｇを加熱した際に生じた熱がテーブル５１に伝わることを抑制する。

テーブル駆動部５３は、加工テーブル５１を水平方向に移動させる移動装置である。移動装置は、ガイドレール、モータ等を有する公知の機構である。

上記の構成を有する駆動装置５では、第１レーザ光Ｌ１をガラス基板Ｇの端面に照射し、第２レーザ光Ｌ２をガラス基板Ｇの端面からガラス基板Ｇの内側に向かって所定周期で走査した状態で、テーブル駆動部５３が加工テーブル５１をガラス基板Ｇの端面が延びる方向（図１のｘ方向）に移動させることで、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２をガラス基板Ｇの端面に平行方向に走査できる。

制御部７０は、プロセッサ（例えば、ＣＰＵ）と、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、ＳＳＤなど）と、各種インターフェース（例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、通信インターフェースなど）を有するコンピュータシステムである。制御部７０は、記憶部（記憶装置の記憶領域の一部又は全部に対応）に保存されたプログラムを実行することで、各種制御動作を行う。制御部７０は、単一のプロセッサで構成されていてもよいが、各制御のために独立した複数のプロセッサから構成されていてもよい。

制御部７０は、第１レーザ制御部１３、第２レーザ制御部３３、テーブル駆動部５３を制御する。制御部７０には、図示しないが、ガラス基板Ｇの大きさ、形状及び位置を検出するセンサ、各装置の状態を検出するためのセンサ及びスイッチ、並びに情報入力装置が接続されている。

レーザ加工装置１は、温度計９０をさらに備えてもよい。温度計９０は、ガラス基板Ｇの端面のレーザ光が照射された箇所及びその周辺の温度を測定する。温度計９０は、例えば、放射温度計などの非接触にて温度を測定できる装置である。温度計９０を設けることで、ガラス基板Ｇの端面がレーザ光の照射により、ガラス基板Ｇの端面が適切に加熱されているかを確認できる。

（２）ガラス基板のレーザ加工方法
本実施形態のガラス基板Ｇのレーザ加工方法について説明する。ここで、レーザ加工方法とは、ガラス基板Ｇの面取り処理である。

ガラス基板Ｇは、テーブル５１に載置され、テーブル駆動部５３によって、ガラス基板Ｇの端面Ｅ１に沿った方向（図１のｘ方向）に移動される。この間、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２がガラス基板Ｇに照射され、ガラス基板Ｇは加熱され、加工される。

第１レーザ光Ｌ１の照射領域Ｒ１は、ガラス基板の第１表面Ｓ１上で、概略円である。図３のガラス基板の断面図に示されるように、第１レーザ光の照射領域Ｒ１は、面取り加工がおこなわれる第１端面Ｅ１の近傍の小さな領域である。第１レーザ光照射領域Ｒ１は、テーブル５１の移動に伴って、端面に沿ってｘ方向に移動する。

第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２は、ガルバノスキャナ３７の高速走査が無い状態においては、概略円である。本実施形態は、ガルバノスキャナ３７の高速走査によって、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２は、面取り加工がおこなわれる第１端面Ｅ１から、第１端面Ｅ１から鉛直方向（ｙ方向）に延びている。図３に示すように、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２のｙ方向の長さは、第１レーザ光Ｌ１の照射領域Ｒ１のｙ方向の長さより長い。照射領域Ｒ２のｙ方向の長さは、例えば、照射領域Ｒ１のｙ方向の長さの２倍以上１０００倍以下とすることができる。

一方、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２は、基板の第１端面Ｅ１から基板の第２端面Ｅ２までには及ばない領域とするのが好ましい。言い換えると、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２のｙ方向の長さは、第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２との距離Ｄよりも短い。たとえば、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２のｙ方向の長さは、距離Ｄの０．２倍以上０．８倍以下である。

本実施形態の第２レーザ光Ｌ２を広域で高速に走査させることにより、レーザ加工時の第１レーザ光Ｌ１の照射領域とその周囲（第２レーザ光Ｌ２の走査範囲）の温度差を小さくすることができ、冷却時の温度降下量の差が小さくなるため、レーザ加工後（冷却後）にガラス基板の第１レーザ光Ｌ１の照射領域に残る引張の残留応力の発生を抑制することができる。

（３）第２レーザ光Ｌ２を走査する効果のシミュレーション
次に、第２レーザ光Ｌ２を走査することによって、引張残留応力の低減効果を検証するシミュレーション実験について説明する。

ガラス基板としては、無アルカリガラス基板を用いた。４０ｍｍ×６０ｍｍの長方形であり、厚みは、０．２ｍｍである。面取り加工を行う端面は、長辺である長さ６０ｍｍの辺である。

第１レーザ光Ｌ１は、ＥｒＦＬである。パワーは５Ｗであり、ガラス面上での照射領域（スポット径）は、０．１ｍｍΦである。第１レーザ光Ｌ１は、ガラス基板Ｇの第１表面Ｓ１の第１端面Ｅ１の直近に照射される。

第２レーザ光Ｌ２は、ＣＯ_２レーザである。ガラス面上での照射領域（スポット径）は、８．９ｍｍΦである。第２レーザ光Ｌ２は、ガラス基板Ｇの第１表面Ｓ１上で、第１端面Ｅ１に垂直な方向（ｙ方向）に、走査周期２００Ｈｚで、走査される。第２レーザ光Ｌ２の照射領域は、ｙ方向への走査無しの円状から、ｙ方向での走査によってｙ方向に延びる。

面取り加工処理は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２を同時にガラス基板Ｇに照射しながら、ガラス基板Ｇ（テーブル５１）を第１端面Ｅ１に沿った方向に移動させる。ガラス基板Ｇの移動速度は、６ｍｍ／ｓである。

実験は、比較例１、比較例２、実施例１の３種類を行っている。

比較例１は、第２レーザ光Ｌ２の照射を行わない場合である。

比較例２は、第２レーザ光Ｌ２の照射は行うが、ｙ方向のスキャンは行わない場合である。

実施例１は、第２レーザ光Ｌ２の照射を行い、さらに、２００Ｈｚでｙ方向にスキャンする場合である。スキャン幅、すなわち照射領域Ｒ２の長さＬ_ｈｅａｔは、Ｌ_ｈｅａｔ／２ｃ（２ｃは第１端面と第２端面の距離Ｄに等しい。）＝０．１～０．８の間で変化させ、何点かのシミュレーションを行った。

面取り加工中に測定したガラス基板の表面温度の分布のシミュレーション結果を図４（比較例２）、及び図５（実施例１）に示す。図４、５において白い曲線は、等温線を示す。図４、５から理解されるように、ｙ方向の等温線の間隔は、図５の方が図４よりも広い。つまり、第２レーザ光Ｌ２の照射領域をｙ方向に走査させることにより、面取り加工時の温度勾配が小さくなっていること、即ち、照射領域Ｒ２の第１端面近くの領域とその他の領域との温度差が小さくなり、冷却時の温度降下量の差が小さくなることが分かる。

また、図６は、実施例１において、第２レーザ光Ｌ２の照射領域（ｙ方向の走査幅）に対して、引張残留応力低減量をシミュレーションした結果を示すグラフである。ここで、引張残留応力低減量は、比較例１（第２レーザ光Ｌ２無し）の場合に対して引張残留応力が低減される量を示したものである。図６の縦軸では、引張残留応力低減量Δσrを、αEΔTmaxで除した値で示している。ここで、αはガラス基板の線熱膨張係数であり、Eはガラス基板のヤング率であり、ΔTmaxは、基板の最高温度と基板加熱前の温度差である。

図６中に記載しているように、比較例２（第２レーザ光Ｌ２のｙ方向の走査無し）の場合には、引張残留応力低減量Δσr／（αEΔTmax）は、０．７５～０．８である。実施例１（第２レーザ光Ｌ２の走査あり）の場合は、比較例１に比べて、引張残留応力低減量Δσr／（αEΔTmax）が大きい（図６のより下の方である。）また、実施例１でみると、走査幅がＬ_ｈｅａｔ／Ｄが０．２から０．３までは、引張残留応力低減量Δσr／（αEΔTmax）が増大し、Ｌ_ｈｅａｔ／Ｄが０．３で最大値を取り、０．３から０．６では逆に減少している。つまり、図６の場合は、Ｌ_ｈｅａｔ／２ｃ＝０．３で、引張残留応力低減量Δσr／（αEΔTmax）が最大値を取っている。

（４）第２レーザ光Ｌ２の走査の効果を考察する１次元モデル
第２レーザ光Ｌ２の走査の効果を考察する１次元モデルについて説明する。

このモデルでは、図７に示すように、第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２の距離Ｄ＝２ｃとし、第１端面Ｅ１から第２レーザ光Ｌ２による照射領域Ｒ２の長さをＬ_ｈｅａｔとしたとき、第１端面Ｅ１からＬ_ｈｅａｔまでの第２レーザ光の照射領域Ｒ２では、ガラス基板は一様に温度Ｔ２まで加熱されているものとし、Ｌ_ｈｅａｔを過ぎて第２端面Ｅ２までは、加熱前の温度Ｔ１であるものとする。

そうすると、引張残留応力低減量Δσ_ｒは、
α：線熱膨張係数、
E:ヤング率、
を使って、次のように書ける。

なお、ここで、－αＥ（Ｔ_２－Ｔ_１）は温度上昇による効果を示しており、Ｓは熱応力による効果を示している。

（１）式を計算すると、次の通りである。

Δσ_ｒ／αＥ（Ｔ_２－Ｔ_１）の値をＬ_ｈｅａｔ／２ｃに対して計算してプロットすると、図８に示すようなグラフとなる。図８によれば、Ｌ_ｈｅａｔ／２ｃ＝０．７の付近で、引張残留応力低減量Δσ_ｒが最も大きくなることがわかる。つまり、第２レーザ光Ｌ２をｙ方向に所定周期で走査することにより、走査しない場合に比べて、引張残留応力低減効果が大きくなるが、引張残留応力低減量Δσ_ｒはＬ_ｈｅａｔ／２ｃ＝０．７で最大値を取り、Ｌ_ｈｅａｔ／２ｃがさらに大きくなる、つまり、第２端面Ｅ２付近まで第２レーザ光Ｌ２を走査してしまうと、引張残留応力低減量Δσ_ｒは、最適値よりも小さくなることが分かる。

２．実施形態の特徴
（１）本実施形態のレーザ加工装置１は、ガラス基板の端面処理に用いられる。ガラス基板の表面にレーザ光を照射し、ガラス基板を加熱して、端面を溶融することで、ガラス基板の面取り加工を行うことができる。

レーザ加工装置１は、テーブル５１と、テーブル駆動部５３と、第１レーザ光発生部１０と、第１伝送光学系１５と、第２レーザ光発生部３０と、第２伝送光学系３５と、を備える。テーブル５１は、ガラス基板Ｇを載置する。テーブル駆動部５３はテーブル５１を駆動する。第１レーザ光発生部１０は、ガラス基板の端面近傍に照射される第１レーザ光Ｌ１を発生する。第１伝送光学系１５は、ガラス基板Ｇ上の第１レーザ光Ｌ１の照射領域を調整する。第２レーザ光発生部３０は、ガラス基板の表面に照射される第２レーザ光を発生する。第２伝送光学系３５は、ガラス基板上の前記第２レーザ光の照射領域を調整する。

第１レーザ光Ｌ１の照射領域におけるエネルギー密度は、第２レーザ光Ｌ２の照射領域におけるエネルギー密度よりも高い。したがって、第１レーザ光Ｌ１がガラス基板を加熱する温度は、第２レーザ光Ｌ２がガラス基板を加熱する温度よりも高い。

テーブル駆動部５３は、テーブル５１を駆動することで、第１レーザ光Ｌ１の照射領域及び第２レーザ光の照射領域をガラス基板Ｇの端面Ｅ１に沿った方向（ｘ方向）に移動させる。これによって、ガラス基板の加工位置を端面に沿って移動させることができる。この移動は、ガラス基板と、第１レーザ光Ｌ１の照射領域及び第２レーザ光の照射領域とが相対的に移動すればよいので、たとえば、第１レーザ光Ｌ１の照射領域及び第２レーザ光の照射領域を走査することによって実現してもよい。

ガラス基板Ｇの表面Ｓ１において、表面内でｘ方向に走査しない状態で、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２の面積は、第１レーザ光Ｌ１の照射領域Ｒ１の面積よりも大きい。第２レーザ光Ｌ２の照射領域（走査範囲）Ｒ２の面積は、第１レーザ光Ｌ１の照射領域Ｒ１の面積の５倍以上、好ましくは、１０倍以上である。

第２伝送光学系は、第２レーザ光の照射領域を、ガラス基板の表面上で、加工するガラス基板の端面Ｅ１に垂直な方向（ｙ方向）に、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周期で走査する。第２レーザ光Ｌ２のガラス基板の端面Ｅ１に垂直な方向に走査する速度は、第１レーザ光Ｌ１及び第２レーザ光Ｌ２のガラス基板の端面Ｅ１に沿った方向に走査する速度よりも早い。

第２レーザ光Ｌ２の照射領域をガラス基板の端面Ｅ１に垂直な方向に、高速で走査することにより、ガラス基板のｙ方向における端面Ｅ１付近とその他の領域との温度差が抑制され、冷却時の温度降下量の差が小さくなるため、ガラス基板の端面Ｅ１付近の引張残留応力を低減する。

（２）加工されるガラス基板Ｇの端面を第１端面Ｅ１とし、第１端面Ｅ１と対向するガラス基板Ｇの端面を第２端面Ｅ２と定義する。また、ガラス基板Ｇの第１端面Ｅ１と、第２端面Ｅ２との距離をＤとする。

第２レーザ光Ｌ２のガラス基板Ｇへの照射領域Ｒ２は、ガラス基板Ｇの表面Ｓ１の第１端面Ｅ１の近傍から、第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２の間で、かつ、第２端面Ｅ２には達しない表面Ｓ１までとするのがよい。つまり、ガラス基板表面Ｓ１の全面にまで、第２レーザ光Ｌ２の照射領域Ｒ２の走査領域を広げるよりも、第１端面Ｅ１と第２端面Ｅ２の間の途中の位置までに走査領域を留める方が好ましい。後者の方が、より、ガラス基板の引張残留応力を低減することが可能となる。

より具体的には、第２レーザ光Ｌ２のガラス基板Ｇへの照射領域Ｒ２は、第１端面Ｅ１から垂直方向に第２端面Ｅ２側に延びており、照射領域Ｒ２の第２端面Ｅ２側の端部の位置の第１端面Ｅ１からの距離は、Ｄの０．２倍以上０．８倍以下である。

本発明は、ガラス基板の端面処理方法、及び、ガラス基板の端面処理装置に広く適用できる。本開示のレーザ加工装置でガラス基板の加工を行えば、引張残留応力の低減された面取りされたガラス基板が製造できる。

１ レーザ加工装置
１０ 第１レーザ光発生部
１１ 第１レーザ発振器
１３ 第１レーザ制御部
１５ 第１伝送光学系
１７ 集光レンズ
３０ 第２レーザ光発生部
３１ 第２レーザ発振器
３３ 第２レーザ制御部
３５ 第２伝送光学系
３６ 集光レンズ
３７ ガルバノスキャナ
５１ テーブル
５２ａ 第１保持部材
５２ｂ 第２保持部材
５３ テーブル駆動部
７０ 制御部
９０ 温度計
Ｇ ガラス基板
Ｌ１ 第１レーザ光
Ｌ２ 第２レーザ光
Ｅ１ ガラス基板の第１端面
Ｅ２ ガラス基板の第２端面
Ｒ１ 第１レーザ光の照射領域
Ｒ２ 第２レーザ光の照射領域

Claims (9)

1. ガラス基板の端面をレーザ光で加工する装置であって、
   ガラス基板を載置するテーブルと、
   前記テーブルを駆動するテーブル駆動部と、
   ガラス基板の端面近傍に照射される第１レーザ光を発生する第１レーザ光発生部と、
   ガラス基板上の前記第１レーザ光の照射領域を調整する第１伝送光学系と、
   ガラス基板の表面に照射される第２レーザ光を発生する第２レーザ光発生部と、
   ガラス基板上の前記第２レーザ光の照射領域を調整する第２伝送光学系と、
   を備え、
   前記第２レーザ光の照射領域の面積は、前記第１レーザ光の照射領域の面積よりも大きく、
   前記第２伝送光学系は、前記第２レーザ光の照射領域を、ガラス基板の表面上で、加工するガラス基板の端面に垂直な方向に、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周期で走査する、
   レーザ加工装置。
2. 加工されるガラス基板の端面を第１端面とし、第１端面と対向するガラス基板の端面を第２端面としたとき、
   第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、ガラス基板の表面の第１端面の近傍から第１端面と第２端面の間の第２端面には達しない表面までである、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 第１レーザ光の照射されるガラス基板の第１端面と、第１端面と対向するガラス基板の第２端面との距離をＤとしたとき、
   前記第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、第１端面から垂直方向に第２端面側に延びており、照射領域の第２端面側の端部の位置の第１端面からの距離は、Ｄの０．２倍以上０．８倍以下である、
   請求項２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記第１レーザ光発生部がレーザ発振器としてエルビウムファイバーレーザを備え、前記第２レーザ光発生部がレーザ発振器として炭酸ガスレーザを備える、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
5. 前記第２伝送光学系がガルバノスキャナを備える、
   請求項１に記載のレーザ加工装置。
6. ガラス基板の端面をレーザ光で加工する方法であって、
   第１レーザ光及び第２レーザ光を同時にガラス基板の表面に照射して、ガラス基板を加熱し溶融することでガラス基板の端面を加工する方法であって、
   第１レーザ光の照射領域をガラス基板の端面に沿って走査し、
   第２レーザ光の照射領域を、第１レーザ光の照射領域とともに、ガラス基板の端面に沿って走査し、かつ、ガラス基板の端面に垂直な方向に、２０Ｈｚ以上２０ｋＨｚ以下の周期で走査する、
   ガラス基板のレーザ加工方法。
7. 加工されるガラス基板の端面を第１端面とし、第１端面と対向するガラス基板の端面を第２端面としたとき、
   第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、ガラス基板の表面の第１端面の近傍から第１端面と第２端面の間の第２端面には達しない表面までである、
   請求項６に記載のガラス基板のレーザ加工方法。
8. 第１レーザ光の照射されるガラス基板の第１端面と、第１端面と対向するガラス基板の第２端面との距離をＤとしたとき、
   前記第２レーザ光のガラス基板への照射領域は、第１端面から垂直方向に第２端面側に延びており、照射領域の第２端面側の端部の位置の第１端面からの距離は、Ｄの０．２倍以上０．８倍以下である、
   請求項７に記載のガラス基板のレーザ加工方法。
9. 請求項６～８のいずれかに記載のレーザ加工方法により、ガラス基板の端面をレーザ光で加工した後、冷却する、
   面取りされたガラス基板の製造方法。

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