JP5029804B2

JP5029804B2 - 脆性材料の割断方法

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Publication number: JP5029804B2
Application number: JP2006298907A
Authority: JP
Inventors: 良治小関
Original assignee: Shibuya Corp
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2026-11-02
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Description

本発明は脆性材料の割断方法に関し、より詳しくは、例えばガラスの表面に微小な溝を形成した後に該溝にレーザ光を照射してガラスを割断する場合に好適な割断方法に関する。

従来、脆性材料であるガラス板を割断する割断方法は公知である。こうした従来の割断方法においては、先ずガラスにおける割断予定線に沿ってメカニカルカッターによってガラスの表面に微小な連続する溝を形成し、その溝に沿ってＣＯ２レーザ光を照射して加熱することで上記溝から亀裂を進展させて、割断予定線のとおりにガラスを割断するようになっている。
上述したガラスの割断は、できるだけ高速での割断処理が要求されるが、レーザ光の移動速度が速すぎるとガラスが完全に割断されない非割断部分が発生することがある。
そこで、従来では、ガラスが割断予定線のとおりに完全に割断されたかどうかを検査するようにしており、そのような検査装置として例えば特許文献１が提案されている。特許文献１の検査装置は、加工ヘッドを移動させるのではなく脆性材料を水平面において加工ヘッドに対して相対移動させるようにしてあり、脆性材料に生じる亀裂の先頭をカメラで撮像して画像処理することで、ガラスが割断されたか否かを判定するようにしている。
特開平１０−３２３７７８号公報

上述した従来の加工方法において、ガラスの割断加工中に上述した特許文献１のような検査装置によって割断されていない非割断部分を検出した場合には、その非割断部分を完全に割断する必要がある。
この場合には、レーザ光を照射する加工ヘッドとメカニカルカッターを上記非割断部分まで一度後退させてから割断予定線に沿って再度メカニカルカッターによって微小な溝を形成し、その後、該微小な溝に加工ヘッドからレーザ光を照射して割断することになる。
しかしながら、このように非割断部分にメカニカルカッターによって再度微小な溝を形成すると、前回形成されていた微小な溝と今回形成した微小な溝の位置がずれる可能性がある。そのため、それら微小な溝に段差が形成されたり、溝が二重になる部分が形成され、それらの部分にレーザ光が照射されて割断されると不良製品が発生するという問題が生じる。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、脆性材料に対して相対移動される加工ヘッドと、上記加工ヘッドに設けられるとともに上記脆性材料の割断予定線に沿って脆性材料に微小な連続する溝を形成する溝形成機構と、上記加工ヘッドに設けられるとともに上記溝形成機構に追従して移動されながら上記脆性材料にレーザ光を照射して上記微小な溝から亀裂を進展させる割断機構と、上記加工ヘッドに設けられて上記割断予定線の箇所が割断されたか否かを検査する検査装置と、この検査装置によって検出された非割断部分の位置を記憶する記憶手段とを備えて、
上記脆性材料に対して上記加工ヘッドを割断予定線の一端から他端に向けて移動させて、上記溝形成機構により上記割断予定線に沿って連続する微小な溝を形成しながら、上記割断機構によって上記微小な溝から亀裂を進展させて割断するとともに、上記検査装置によって割断部分を検出する一方、上記検査装置によって検出した非割断部分の位置を上記記憶手段で記憶するようにして、非割断部分を検出した場合には、上記加工ヘッドを上記割断予定線の他端まで移動させて該割断予定線の一端から他端まで連続する微小な溝を形成した後に、上記加工ヘッドを非割断部分に沿って移動させて、上記溝形成機構によって溝を形成することなく上記割断機構により脆性材料にレーザ光を照射して脆性材料を割断予定線のとおりに割断するようにした脆性材料の割断方法を提供するものである。
また、請求項２に記載した本発明は、上記請求項１の構成に加えて、上記溝形成機構は、上記微小な溝を形成するメカニカルカッターと、このメカニカルカッターを昇降させる昇降機構とを備えており、上記加工ヘッドを非割断部分に沿って移動させる際には、上記昇降機構によりメカニカルカッターを上昇させて、該メカニカルカッターによって溝を形成することがないようにしたものである。
さらに、請求項３に記載した本発明は、上記請求項１又は請求項２の構成に加えて、上記検査装置は、上記脆性材料に向けて検査光を照射する検査光照射手段と、この検査光照射手段から照射した検査光が脆性材料の割断面によって反射された反射光を受光する受光手段とを備え、上記検査光照射手段と受光手段とを上記被加工物の表面側に配置して、非割断部分を検出するようにしたものである。

上述した構成によれば、割断予定線に沿ってその一端から他端まで微小な溝が形成されると、その後、改めて割断予定線に沿って微小な溝が形成されることがなく、その状態で非割断部分へ割断機構からレーザ光が照射されて非割断部分が割断される。つまり、非割断部分を割断するに際して割断予定線に沿って微小な溝が二重に形成されることはないので、前回形成された割断予定線のとおりに非割断部分が割断される。
したがって、脆性材料に加工を施して非割断部分が生じた場合であっても、割断予定線のとおり正確に脆性材料を割断することができる。
また、加工ヘッドに検査装置を設けることにより、効率よく脆性材料を割断しながら実際に脆性材料が割断されたか否かを検査することができる。
非割断部分の検出装置として検査光照射手段と受光手段を加工ヘッドに設けることにより、検査装置の構成を簡略化し、小型にすることができる。

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はレーザ割断装置であり、このレーザ割断装置１は脆性材料としての素材ガラス２を所定寸法の方形に割断する装置である。
レーザ割断装置１は、水平で平坦な載置面３Ａを有し、予め方形に形成された素材ガラス２を上記載置面３Ａ上に支持する加工テーブル３と、この加工テーブル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、上記加工テーブル３の他側の隣接位置に配置されて加工テーブル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。

上記加工テーブル３の載置面３Ａには図示しない多数の孔を形成してあり、所要時にこれら多数の孔からエアを噴出することで、載置面３Ａ上に素材ガラス２を浮上させることができる。他方、載置面３Ａに素材ガラス２が載置されてから上記多数の孔に負圧を作用させることで、載置面３Ａに素材ガラス２を吸着保持できるようになっている。上記素材テーブル４および製品テーブル５の載置面にも上記加工テーブル３と同様に多数のエアを給排する孔を設けてあり、所要時に素材ガラス２あるいはガラス基板２’を載置面に吸着し、或いは載置面上に浮上させるようにしている。なお、素材ガラス２や製品ガラス２’の搬送面となる各テーブル間にも所要時にエアを噴出する孔が設けられている。

また、レーザ割断装置１は、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器６と、後述する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を加工テーブル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、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、レーザ割断装置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と加工テーブル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。なお、本レーザ割断装置１の第１加工ヘッド７Ａの図１における下方への移動端、図１における右方への移動端、加工テーブル３の載置面３Ａを基準としたＸＹＺ座標系が設定され、制御装置１３に登録された加工プログラムに従って各部を制御するようになっている。

図２に示すように、割断機構としての上記第１加工ヘッド７Ａおよび第２加工ヘッド７Ｂを回転可能に構成するとともに、これら各加工ヘッド７Ａ、７Ｂにメカニカルカッター１４Ａを有する溝形成機構１４と素材ガラス２が割断されたか否かを検査する検査装置１５を設けている。
加工テーブル３上にはＹ方向と平行な一対の可動ガイドレール１６、１６’を設けてあり、それら各可動ガイドレール１６、１６’に上記各加工ヘッド７Ａ、７ＢをＹ方向に移動可能に取り付けている。各加工ヘッド７Ａ、７Ｂは第１移動機構１７、１７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、加工テーブル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、上記両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを取り付けた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１７および上記第２移動機構の作動は制御装置１３によって作動されるようになっている。制御装置１３は、第１移動機構１７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。

図２に示すように、第１加工ヘッド７Ａは、可動ガイドレール１６にＹ方向に移動可能に係合されたブラケット２１と、このブラケット２１に回転自在に支持された環状部材２２と、この環状部材２２に上端部を連結されて、かつ軸心が鉛直方向に維持された角筒部材２３と、この角筒部材２３の内周部の下方に取り付けられたシリンドリカルレンズ２４と、環状部材２２の上方に傾斜させた状態でブラケット２１に連結された反射鏡２５を備えている。
また、図１に示すように、第１加工ヘッド７Ａのブラケット２１には上記反射鏡２５の手前となるレーザ光Ｌの光路上にビームホモジナイザー２６を固定して設けている。レーザ発振器６から発振されたレーザ光Ｌが導光手段１１を経てビームホモジナイザ２６を透過することで、該レーザ光Ｌの強度分布がトップハット状に形成され、かつレーザ光Ｌに約５度の拡がり角度が付与されるようになっている。
そして、ビームホモジナイザー２６を透過したレーザ光Ｌは反射鏡２５によって鉛直下方に向けて反射されてからシリンドリカルレンズ２４を通過した後に、素材ガラス２に照射されるようになっている。レーザ光Ｌはシリンドリカルレンズ２４を透過することで、図３に示すように、進行方向（加工方向）において細長い木の葉状の断面形状に形成されるようになっている。レーザ光Ｌをこのような断面形状にして素材ガラス２に照射することで、断面が円形のレーザ光Ｌを素材ガラス２に照射して加工する場合に比較して、加工速度を速くすることができるようになっている。

後に詳述するが、素材ガラス２の表面２Ａに設定した直線の割断予定線１０１上の全域に先ずメカニカルカッター１４Ａで連続する微小なＶ字状の溝Ｍ１を形成し、メカニカルカッター１４Ａに追従させて上記微小な溝Ｍ１に対してレーザ光Ｌを移動させながら照射するようにしている。微小な溝Ｍ１はレーザ光Ｌが照射されて加熱されることで溝の底部を基点にした亀裂が裏面２Ｂまで到達することにより素材ガラス２が割断されるようになっている。
第１加工ヘッド７Ａおよびそれと同じ構成とした第２加工ヘッド７Ｂは、溝形成機構１４によって形成した微小な溝Ｍ１から亀裂を進展させて割断する割断機構を構成している。
一体になっている上記環状部材２２と角筒部材２３はブラケット２１の上部に設けたアクチュエータ２７に連動しており、このアクチュエータ２７は上記制御装置１３によって作動を制御されるようになっている。制御装置１３によって所要時にアクチュエータ２７が作動されると、鉛直方向の軸心を回転中心として上記環状部材２２と角筒部材２３が所要角度だけ回転されるようになっている。

上記角筒部材２３の下部外側面にブラケット２８を介して上記溝形成機構１４を取り付けるとともに、溝形成機構１４に対して円周方向に１８０度位置をずらして上記検査装置１５を取り付けている。それにより、角筒部材２３の軸心の位置を通過するレーザ光Ｌの光路を挟んだ前後位置にメカニカルカッター１４Ａと検査装置１５を位置させている。
上記アクチュエータ２７により第１加工ヘッド７Ａの角筒部材２３を所要角度だけ回転させることで、メカニカルカッター１４Ａ，レーザ光Ｌおよび検査装置１５は上述した位置関係を維持したままで水平面において回転させることができる。
ブラケット２８を介して角筒部材２３に昇降機構３１が取り付けられており、この昇降機構３１によってメカニカルカッター１４Ａが昇降されるようになっており、上記昇降機構３１の作動は制御装置１３によって制御されるようになっている。
制御装置１３からの指令によって昇降機構３１がメカニカルカッター１４Ａを下降端まで移動させると、メカニカルカッター１４Ａの下端が加工テーブル３上の素材ガラス２の表面２Ａに当接する高さに位置されるようになっている。この状態において第１加工ヘッド７Ａが上記第１移動機構１７あるいは第２移動機構によって移動されると、メカニカルカッター１４Ａが転動することで素材ガラス２の表面２Ａに連続する微小な溝Ｍ１が形成されるようになっている（図３参照）。
また、制御装置１３からの指令によって昇降機構３１がメカニカルカッター１４Ａを上昇端まで移動させると、メカニカルカッター１４Ａの下端は素材ガラス２から離隔するようになっている。この状態では、メカニカルカッター１４Ａによって素材ガラス２に溝を形成できないようになっている。

つぎに、検査装置１５は、図２および図３に示すように、検査光Ｌ１を素材ガラス２の割断加工箇所へ照射する検査光照射手段３２と、この検査光照射手段３２から素材ガラス２へ照射された検査光Ｌ１が素材ガラス２から反射される際の反射光Ｌ２を受光する受光手段３３と、受光手段３３が受光した反射光Ｌ２を基にして、完全に割断された割断箇所および割断されなかった非割断部分を記憶する上記制御装置１３に設けた記憶手段１３Ａとを備えている（図１参照）。
検査光照射手段３２および受光手段３３は、角筒部材２３の外周部の下端に連結されたブラケット３４に上下に隣接させて連結されている。検査光照射手段３２は、素材ガラス２の表面２Ａに設定した割断予定線１０１となる箇所に対して直交方向であって、かつ素材ガラス２の表面２Ａに対して斜め上方から検査光Ｌ１を照射するようになっている。脆性材料としての素材ガラス２に対して透明な波長であって、ある程度の強さと直進性が必要なため、検査光Ｌ１としてレーザ光を採用している。制御装置１３によって検査光照射手段３２が作動されると、該検査光照射手段３２から素材ガラス２に対して検査光Ｌ１としてのレーザ光が照射されるようになっている。

受光手段３３は、上記検査光照射手段３２に隣接させてその直上となる位置にに配置されている。このように、本実施例では、素材ガラス２の表面２Ａの上方側であって、かつ上下に近接した位置に検査光照射手段３２と受光手段３３を配置している。
受光手段３３は、受光した反射光Ｌ２の受光量によってＯＮ／ＯＦＦ信号を発信するフォトセンサからなり、この受光手段３３から発信された信号は上記制御装置１３に送信されるようになっている。
検査装置１５は、次のような原理によって素材ガラス２からの反射光Ｌ２を受光手段３３によって受光するようにしている。
すなわち、割断機構のレーザ光Ｌが照射された割断予定線１０１の箇所が溝から裏面部まで完全に割断された場合には、図４に示すように、割断箇所には、割断予定線１０１に沿って、かつ僅かに離隔した一対の鉛直方向の割断面２Ｃ、２Ｄが生じる。
レーザ光Ｌの移動に追従して検査光照射手段３２から検査光Ｌ１が素材ガラス２に向けて照射されると、検査光Ｌ１は素材ガラス２の表面２Ａから内部へ進入して、内部の裏面２Ｂによって反射される（図４参照）。その後、検査光Ｌ１は順次、素材ガラス２の内部の表面２Ａと内部の裏面２Ｂとで交互に反射されてから割断面２Ｃによって反射された後に、反射光Ｌ２として素材ガラス２の表面２Ａを透過して素材ガラス２の外部へ出てから上記受光手段３３によって受光されるようになっている。
このように、素材ガラス２が割断予定線１０１のとおりに割断されて、一対の割断面２Ｃ、２Ｄが生じた場合には、割断面２Ｃによって反射された反射光Ｌ２が受光手段３３によって受光されるようになっている。
換言すると、上記受光手段３３を、上記割断面２Ｃからの反射光Ｌ２が得られる位置で、かつ検査光照射手段３２の近接上方位置に配置している。

他方、割断予定線１０１の箇所が割断されなかった場合には、素材ガラス２における割断予定線１０１の箇所には上述した一対の割断面２Ｃ、２Ｄが生じない。つまり、この場合には、検査光照射手段３２から検査光Ｌ１が素材ガラス２に対して照射されても、素材ガラス２の割断面によって反射される反射光Ｌ２が受光手段３３に受光されることはない。
そして、図３に略図で示すように、第１加工ヘッド７Ａを素材ガラス２の割断予定線１０１に沿って移動させながらレーザ光Ｌをメカニカルカッター１４Ａによって形成された溝Ｍ１の箇所に照射し、さらにまた上記レーザ光Ｌの移動に追従して検査光照射手段３２から素材ガラス２へ検査光Ｌ１を照射するようにしている。その際に上記受光手段３３により素材ガラス２からの反射光Ｌ２の有無を信号として常に上記制御装置１３へ送信し、制御装置１３は、反射光Ｌ２有を示す信号が無を示す信号に変化した場合に、その変化したタイミングにおける割断予定線と検査光とが交差する位置、つまり非割断部分となる先頭位置のＸＹ座標値を記憶手段１３Ａに記憶するようにしている。これにより、割断予定線１０１の割断部分、および非割断部分を認識することができるようになっている。
後述するが、制御装置１３は上記記憶手段１３Ａに保存したデータを基にして、反射光Ｌ２が得られなかった部分、つまり非割断部分に再度レーザ光Ｌを照射させることで、素材ガラス２の割断予定線１０１の全域を完全に割断できるようにしている。
なお、上記検査装置１５における検査光照射手段３２と受光手段３３の配置を逆にしても良い。このように検査装置１５は高価なカメラや画像処理装置を設けることなく、安価なフォトセンサで受光手段１３を構成している。
また、第１加工ヘッド７Ａにおける角筒部材２３の下端部の外周には、レーザ光Ｌの光路を挟んでエア噴射・吸引用のノズル３５が配置されている。素材ガラス２を割断加工する際にはノズル３５によって大気を吸引するようにしてあり、割断加工部分で生じるカレットを上記ノズル３５で吸引して回収するようにしている。それにより、カレットが加工部分の周辺に飛散しないようにしている。
また、他方の第２加工ヘッド７Ｂの構成は上述した第１加工ヘッド７Ａと同様に構成してあり、制御装置１３は両加工ヘッド７Ａ、７Ｂの作動をそれぞれ独立して制御するようになっている。

以上の構成において、上記レーザ割断装置１による素材ガラス２の割断は次のようにして行われる。
すなわち、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の上面における加工テーブル３側の部分が吸着保持される。
この後、素材テーブル４、加工テーブル３の載置面３Ａ及び両テーブル間に上述した複数の孔からエアが噴出され、素材テーブル４上の素材ガラス２がエア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が加工テーブル３上の所定位置に搬送される。このあと、素材テーブル４と加工テーブル３の載置面および両テーブル間のエア噴出が停止され搬送手段１２による素材ガラス２の保持状態は解放されるとともに、加工テーブル３の載置面３Ａの孔に負圧が導入されるので、その負圧によって載置面３Ａに素材ガラス２が吸着保持される。

制御装置１３は、上記第１移動機構１７と第２移動機構およびアクチュエータ２７を作動させることにより、第１加工ヘッド７Ａを進行方向に向けてメカニカルカッター１４Ａが先行するようにして素材ガラス２の割断予定線１０１の一端１０１ａの延長線上外方に位置させて、昇降機構３１により溝形成機構１４のメカニカルカッター１４Ａを下降端まで下降させる。また、同様にして制御装置１３は第２加工ヘッド７Ｂをメカニカルカッター１４Ａが先行するようにして素材ガラス２の割断予定線１０２の一端１０２ａの延長線上外方に位置させるとともに、昇降機構３１により第２加工ヘッド７Ｂのメカニカルカッター１４Ａを下降端まで下降させる。
この状態において、制御装置１３は、第１移動機構１７および第２移動機構を介して両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを割断予定線１０１、１０２に向けて移動させてから割断予定線１０１、１０２に沿って所定速度で移動させる。また、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを移動させた後に、制御装置１３はレーザ発振器６を作動させてレーザ光Ｌを発振させるとともに、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂの検査光照射手段３２から素材ガラス２に向けて検査光Ｌ１を照射する（図１〜図３参照）。
このように両加工ヘッド７Ａ，７Ｂが移動されることに伴って、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂのメカニカルカッター１４Ａが割断予定線１０１、１０２の一端１０１ａ、１０２ａに当接し、そこから他端１０１ｂ、１０２ｂまで素材ガラス２の表面に微小な溝Ｍ１が形成されるとともに、そのように形成される溝Ｍ１に対してレーザ光Ｌが移動されながら照射される。また、レーザ光Ｌの移動に追従するようにレーザ光Ｌが照射された素材ガラス２の割断加工箇所に向けて検査光照射手段３２から検査光Ｌ１が継続して照射されるとともに、受光手段３３によって素材ガラス２からの反射光Ｌ２の有無が信号として制御装置１３に送信される。

上述したように、素材ガラス２に形成された微小な連続する溝Ｍ１から亀裂が進展して素材ガラス２が完全に割断されると、図４に示したように素材ガラス２の割断予定線１０１、１０２の箇所に割断面２Ｃ、２Ｄが発生し、検査装置１５に近い割断面２Ｃに反射された反射光Ｌ２が受光手段３３によって検出される。他方、素材ガラス２が完全に割断されない非割断部分が生じた場合には、割断面２Ｃ，２Ｄはできないので、受光手段３３によって反射光Ｌ２を得ることができない。
制御装置１３によって両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを割断予定線１０１，１０２の一端１０１ａ、１０２ａから他端１０１ｂ、１０２ｂを過ぎる位置まで一旦移動させて両割断予定線１０１、１０２の全域にわたって微小な連続する溝Ｍ１を形成し、その過程においてレーザ光Ｌを該微小な溝Ｍ１に照射して素材ガラス２を加熱することで割断加工を行う。そして、さらに上記検査装置１５の受光手段３３によって反射光Ｌ２の検出が途切れた時点で、つまり非割断部分が生じた際に、制御装置１３はレーザ発振器６からのレーザ光Ｌの発振を停止させるとともに、上記記憶手段１３Ａに反射光Ｌ２が得られなかった位置のＸＹ座標値を記憶しておく。

この後、記憶手段１３Ａの記憶内容を基にして非割断部分が生じている場合には、制御装置１３は、昇降機構３１によって溝形成機構１４を上昇させてメカニカルカッター１４Ａを素材ガラス２から離隔させた状態で、第１移動機構１７と第２移動機構によって、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを割断予定線１０１、１０２に沿って反射光Ｌ２が得られなかった非割断部分まで後退させる。
その後、制御装置１３は、割断予定線１０１、１０２に沿って非割断部分から再度両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを移動させるとともに、再度レーザ発振器６からレーザ光Ｌを発振させて非割断部分から他端までレーザ光Ｌを照射させ、かつその際にも検査装置１５によって検査光Ｌ１を素材ガラス２に対して照射するとともに、反射光Ｌ２の有無を検出して非割断部分の発生を検査する。
つまり、メカニカルカッター１４Ａを素材ガラス２から離隔させた上方に維持した状態で、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを割断予定線１０１、１０２に沿って移動させつつ、既に形成されている溝Ｍ１における非割断部分に再度レーザ光Ｌを照射することで、非割断部分に形成されている溝Ｍ１から亀裂を進展させて素材ガラス２を完全に割断するようにしている。
このようにして、レーザ割断装置１によってＹ方向の割断予定線１０１、１０２のとおりに両加工ヘッド７Ａ、７Ｂにより素材ガラス２を割断する。

次に、素材ガラス２をさらにＸ方向の図示しない割断予定線に沿って割断する場合には、制御装置１３によってアクチュエータ２７を介して両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを９０度回転させるとともに、第１移動機構１７および第２移動機構によって各加工ヘッド７Ａ、７Ｂを所要位置までそれぞれ移動させる。
この後、制御装置１３は、上述した両割断予定線１０１、１０２を割断した場合と同様に、上記各構成部材の作動を制御して、Ｘ方向の図示しない割断予定線の箇所を各加工ヘッド７Ａ、７Ｂによって割断する。
このようにして、レーザ割断装置１による素材ガラス２の割断が終了したら、加工テーブル３の載置面３Ａの孔への負圧の導入を停止して、素材ガラス２から切り落とした残材を図示しない除去装置によって加工テーブル３上から除去する。
この後、すべてのテーブル及び各テーブル間に上述した多数の孔からエアが噴出され、製品としてのガラス基板２’が加工テーブル３の載置面３Ａ上に浮上される。

また、これと同時に既に素材テーブル４に供給されている素材ガラス２も素材テーブル４の載置面に供給されたエアによって浮上されている。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によって加工テーブル３上のガラス基板２’が吸着保持される。
この後、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が加工テーブル３上に供給されるとともに、製品としてガラス基板２’が製品テーブル５上に搬出される（図１参照）。
この後、各部のエア噴出が停止され搬送手段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’の保持状態が解除されるとともに、加工テーブル３及び製品テーブル５の各載置面の孔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ようになっている。

以上のように、本実施例においては、第１加工ヘッド７Ａを移動させて割断予定線１０１の一端１０１ａから他端１０１ｂまでメカニカルカッター１４Ａにより割断予定線１０１に微小な溝Ｍ１を形成し、かつそれにレーザ光Ｌを照射して割断加工を施し、その過程において検査装置１５によって完全に割断された部分と非割断部分を検査して、非割断部分の位置を記憶手段１３Ａによって記憶するようにしている。そして、その後に、メカニカルカッター１４Ａを上方に支持した状態で第１加工ヘッド７Ａを後退させ、それからメカニカルカッター１４Ａを上方に維持したままで第１加工ヘッド７Ａを進行方向に移動させて、先に形成されている溝Ｍ１にレーザ光Ｌを照射するようにしている。
そのため、非割断部分には二重に微小な溝Ｍ１が形成されることがなく、先に形成された単一の微小な溝Ｍ１があるだけであり、その溝Ｍ１を基点としてレーザ光Ｌによって亀裂が進展して素材ガラス２が完全に割断される。
そのため、本実施例のレーザ割断装置１による加工方法によれば、割断予定線１０１（１０２）のとおりに素材ガラス２を正確に割断することができ、不良製品が生じることがない。
また、各加工ヘッド７Ａ、７Ｂには、溝形成機構１４、割断機構および検査装置１５を設けてあり、検査装置１５の検査光照射手段３２と受光手段３３は近接して配置され、さらに溝形成機構１４、割断機構及び検査装置１５を一体としてアクチュエータ２７によって回転可能に設けている。
このように構成することで、検査装置１５の構成を小型化することができ、ひいてはレーザ割断装置１全体を小型化することができる。
また、検査光を割断面に対して直交方向から照射し、直交する方向の反射光を受光する上記検査装置１５であれば、素材ガラス２における２本の割断予定線がＸＹ方向で直交するような場合であっても、割断部分と非割断部分を正確に検出することができる。この場合には、ＸＹ方向のいずれかの割断予定線が先に割断されてから他方の割断予定線を割断することになるが、このような場合であっても上記検査装置１５によれば、素材ガラス２の割断部分と非割断部分とを正確に検出することができる。

次に、図５は、各加工ヘッド７Ａ、７Ｂに設ける検査装置１５に関する他の実施例を示したものである。すなわち、上記第１実施例においては、素材ガラス２が完全に割断されるときに割断面２Ｃ、２Ｄが現れることに着目して割断面２Ｃからの反射光Ｌ２を受光手段３３によって受光していたが、この第２実施例においては、受光手段３３の配置位置を次のように変更している。つまり、受光手段３３は、素材ガラス２の割断予定線１０１に形成されるであろう割断面２Ｃ、２Ｄを挟んで、検査光照射手段３２と反対側となる素材ガラス２の表面２Ａ側に配置されている。そして、この場合には、検査光照射手段３２から素材ガラス２に向けて検査光Ｌ１が照射されると、検査光Ｌ１は表面２Ａから素材ガラス２の内部に進入した後に内部の裏面２Ｂに反射されてから内部の表面２Ａを透過して素材ガラス２の外部に出て反射光Ｌ２として受光手段３３によって受光されるようになっている。
つまり、割断加工箇所は検査光Ｌ１が素材ガラス２の表面２Ａ側から進入する位置２Ａ’と反射光Ｌ２が表面２Ａを透過して外部へ出る位置２Ａ’’との間に位置することになる。そのため、素材ガラス２が完全に割断されると、この場合には、両方の位置２Ａ’、２Ａ’’の間に割断面２Ｃ、２Ｄが生じるので、その場合には反射光Ｌ２の一部は割断面２Ｃで反射されるため受光手段３３によって受光される反射光Ｌ２の強度が弱くなる。他方、割断面２Ｃ、２Ｄが生じない場合には、受光手段３３によって受光される反射光Ｌ２の強度が強くなる。このような反射光Ｌ２の強度の違いによって素材ガラス２が割断されたか否かを検査するようになっている。
検査装置１５以外の構成は上述した第１実施例と同じであり、このような構成の第２実施例によっても上述した第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。

なお、レーザ割断装置１による素材ガラス２の加工工程としては、次のような加工工程であっても良い。つまり、上述したように両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを割断予定線１０１、１０２に沿って移動させて、その一端から他端まで溝Ｍ１を形成しながら、検査装置１５によって割断予定線１０１の割断加工箇所に非割断部分があることを検出しても、そのまま各加工ヘッド７Ａ、７Ｂからのレーザ光Ｌの照射を継続させ、各メカニカルカッター１４Ａによって割断予定線１０１、１０２の終端まで溝Ｍ１を形成するようにしてもよい。
その後は、上述したように、非割断部分まで両加工ヘッド７Ａ、７Ｂを後退させてから再度非割断部分にレーザ光Ｌを照射させて素材ガラス２を完全に割断する。このような加工工程であっても、上述した実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
また、溝形成機構による微小な溝の形成とレーザ光からなる割断機構による亀裂の進展を別々に行っても良い。
また、上述した実施例においては、微小な溝Ｍ１を形成する溝形成機構１４としてメカニカルカッター１４Ａを用いているが、その代わりにレーザ光を用いた溝形成機構１４を採用して、両加工ヘッド７Ａ、７Ｂからレーザ光Ｌにより加熱するのに先行して溝形成機構１４から素材ガラス２にレーザ光を照射することで表面２Ａあるいは裏面２Ｂに微小な連続する溝を形成するようにしてもよい。
さらに、上述した実施例における検査装置１５としては投受光式センサを用いても良い。

本発明の一実施例を示す平面図。図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う要部の断面図。図１の第１加工ヘッド７Ａによる素材ガラス２の加工状態を示す概略の構成図。図３に示した検査装置１５と素材ガラス２との関係を示した断面図。本発明の第２実施例としての検査装置１５の要部を示す断面図。

符号の説明

２…素材ガラス７Ａ…第１加工ヘッド（割断機構）
７Ｂ…第２加工ヘッド（割断機構）１３Ａ…記憶手段
１５…検査装置１０１…割断予定線
１０１ａ…一端１０１ｂ…他端
Ｌ…レーザ光

Claims

脆性材料に対して相対移動される加工ヘッドと、上記加工ヘッドに設けられるとともに上記脆性材料の割断予定線に沿って脆性材料に微小な連続する溝を形成する溝形成機構と、上記加工ヘッドに設けられるとともに上記溝形成機構に追従して移動されながら上記脆性材料にレーザ光を照射して上記微小な溝から亀裂を進展させる割断機構と、上記加工ヘッドに設けられて上記割断予定線の箇所が割断されたか否かを検査する検査装置と、この検査装置によって検出された非割断部分の位置を記憶する記憶手段とを備えて、
上記脆性材料に対して上記加工ヘッドを割断予定線の一端から他端に向けて移動させて、上記溝形成機構により上記割断予定線に沿って連続する微小な溝を形成しながら、上記割断機構によって上記微小な溝から亀裂を進展させて割断するとともに、上記検査装置によって割断部分を検出する一方、上記検査装置によって検出した非割断部分の位置を上記記憶手段で記憶するようにして、
非割断部分を検出した場合には、上記加工ヘッドを上記割断予定線の他端まで移動させて該割断予定線の一端から他端まで連続する微小な溝を形成した後に、上記加工ヘッドを非割断部分に沿って移動させて、上記溝形成機構によって溝を形成することなく上記割断機構により脆性材料にレーザ光を照射して脆性材料を割断予定線のとおりに割断することを特徴とする脆性材料の割断方法。
上記溝形成機構は、上記微小な溝を形成するメカニカルカッターと、このメカニカルカッターを昇降させる昇降機構とを備えており、上記加工ヘッドを非割断部分に沿って移動させる際には、上記昇降機構によりメカニカルカッターを上昇させて、該メカニカルカッターによって溝を形成することがないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の割断方法。
上記検査装置は、上記脆性材料に向けて検査光を照射する検査光照射手段と、この検査光照射手段から照射した検査光が脆性材料の割断面によって反射された反射光を受光する受光手段とを備え、
上記検査光照射手段と受光手段とを上記被加工物の表面側に配置して、非割断部分を検出するようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脆性材料の割断方法。