JP5345334B2 - 脆性材料の熱応力割断方法 - Google Patents
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Description
特許文献2では、図4に示すレーザビーム1の形状を図5に示す5点ビームによるレーザビームの線状配列9にしている。また、レーザビームの線状配列9による加熱領域Hと冷却点3間の距離Gを固定でなく、可変にしている。実験的に探索された最適距離Gの選択によって、割断特性が一段と改善される。
レーザビーム線状配列9の生成手段の一例を図6に示す。レーザ発振器から射出されビームスプリッター14に入射するレーザビームBは、無反射面11を通過してビームスプリッター14に入る。その後、部分反射面13で反射され、射出光b1と反射光になる。反射光は全反射面10で反射され、その反射光は部分反射面13によって、同様に射出光b2と反射光になる。これを4回繰り返した後、射出光b5は5本目のビームになって、無反射面12を透過する。このようにして、1本の入射レーザビームBは5本の射出ビームb1、b2、b3、b4、b5に変換される。こうした線状配列9によるレーザビームの使用によってガラス割断特性は一段と改善された。
ビーム走査方向に対して同一線上に配列した複数群のレーザビームはそれぞれ複数の独立したレーザ発振器からの射出ビームにより発生させることができる。
複数のレーザビーム群は少なくとも主として初期加熱及び昇温を担当する群と、主として温度維持を担当する群に分類され、おのおのの群において加熱に最適なレーザ光強度分布を持たせるようにする。
複数のレーザ発振器は、それぞれレーザ出力の大きさを測定するパワーメータを備え、フィードバック制御により出力を安定化させるように制御する。
また、複数群のレーザビームを1つのレーザ発振器から射出されたレーザビームをビームスプリッターに入射して発生させた複数本の射出光により形成することもできる。
また、レーザビーム照射により加熱された脆性材料の加熱位置からビーム走査線上の後方位置に水や空気などの冷却媒体を照射して冷却したり、レーザビーム照射により加熱された脆性材料のビーム走査線にあわせて曲げ応力を印加することにより脆性材料の熱応力割断を促進させることができる。
(1)ガラスの熱応力割断を従来方法に比較して大幅に高速度で行う事ができる。
(2)割断面近傍におけるマイクロクラック発生がなく、ワークの機械強度が高い。
(3)割断面が高品質であり、カレットの付着がなく清浄である。
(4)割断位置精度が高い。
(5)割断面がガラス表面に対して、十分に垂直である。
(6)割断面が鏡面で、面粗さが良好である。
図1は、本発明によるガラスの高速熱応力割断方法の原理を説明する概念図である。図1(a)において、曲線15はレーザ光強度分布を示す。このレーザ光強度分布15を持つレーザビームを静止ガラスの上を照射しながら図1(a)において左方に移動させる。ガラス温度は室温であるが、レーザ光照射によって加熱される。図1(a)において、曲線16で示すのがガラス表面温度分布で、室温からの加熱温度分である。この説明は静止ガラス上をレーザビームが走査する場合を述べているが、レーザビームが静止しており、ガラスが図1(a)において右方に移動していっても同一である。要は、ガラスとレーザビームの位置が相対的に移動すればよい。
加熱先頭部レーザビーム191および温度維持部レーザビーム201で構成されたレーザビームをガラス表面に照射して切断予定線に沿って走査させると、ガラスの表面は表面温度分布16で示すように略一定の温度に加熱されて、ガラス表面に熱応力により亀裂が進行してスクライブ線が形成される。亀裂はガラスの熱伝導によりガラスの深さ方向にも伸びて亀裂がガラスの裏面に達すればガラスは割断される。亀裂がガラスの裏面に達しない場合は、脆性材料のビーム走査線に沿って形成されたスクライブ線にあわせて曲げ応力を印加することにより割断させることができる。
なお、図5のように、レーザビーム照射により加熱されたガラスの加熱領域Hからビーム走査線上の後方に離間した位置3に水や空気などの冷却媒体を照射して冷却することにより脆性材料の熱応力割断を促進させることができる。
その他の構成および動作は実施例1と同一であるので、説明を省略する。
2 引張り応力
3 冷却点
4 圧縮応力
5 表面スクライブ
6 ガラス板
7 走査方向
8 初亀裂
9 レーザビームの線状配列
10 全反射面
11 無反射面
12 無反射面
13 部分反射面
14 ビームスプリッター
15 レーザ光強度分布
16 ガラス表面温度分布
17 レーザ光強度分布
18 ガラス表面温度分布
19 先頭加熱部レーザビーム
191 先頭加熱部レーザビーム
192 先頭加熱部レーザビーム
20 温度維持部レーザビーム
201 温度維持部レーザビーム
202 温度維持部レーザビーム
Claims (4)
- レーザ発振器から射出されるレーザビーム照射によって脆性材料を加熱し、熱応力によって前記脆性材料を割断する脆性材料の熱応力割断方法において、加熱を行なうレーザビームを、初期加熱、昇温を行なう第1のレーザビームおよび温度維持を行なう第2のレーザビームから構成し、前記第1のレーザビームおよび第2のレーザビームを前記脆性材料の照射位置において互いに重ならないようにビーム走査方向に対して同一線上に順次配列し、前記第1のレーザビームおよび第2のレーザビームの各々のレーザ光強度を互いに独立に変化させて前記第1のレーザビームおよび第2のレーザビームで構成された加熱を行うレーザビームのレーザ光強度分布を制御することを特徴とする脆性材料の熱応力割断方法。
- 第1および第2のレーザビームを複数の独立したレーザ発振器からの射出ビームにより発生させることを特徴とする請求項1に記載の脆性材料の熱応力割断方法。
- 第1および第2のレーザビームをそれぞれ1つのレーザ発振器から射出されたレーザビームをビームスプリッターに入射して発生させた複数本の射出光により形成することを特徴とする請求項1に記載の脆性材料の熱応力割断方法。
- 第1および第2のレーザビーム照射により加熱された脆性材料の加熱位置からビーム走査線上の後方位置を冷却することを特徴とする請求項1に記載の脆性材料の熱応力割断方法。
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