JP6350884B2 - レーザー溶断方法及び溶断面を有する板状ガラス製品 - Google Patents

Description

本発明は、板状ガラスなどのワークにレーザーを照射して、レーザーが照射された領域を溶融させることで当該ワークを所定の形状に切断するレーザー溶断方法と、溶断面を有する板状ガラス製品に関する。

例えば板状ガラス製品の加工方法の１つにレーザー溶断と呼ばれる手法がある。この手法は、板状ガラスにレーザーを照射すると共に、板状ガラスの切断予定線に沿った軌跡でレーザーを走査することにより、板状ガラスのうちレーザーが照射された領域を溶融させて、板状ガラスから走査軌跡に準じた形状の板状ガラス製品を切り出す方法である。

板状ガラス製品の製造工程においては、公知の方法で成形した板状ガラスの周縁部を切断して製品部を切り出すことや、１枚の板状ガラスから複数枚の製品部を切り出すことが行われている。このような切り出し作業は、例えばレーザー溶断により板状ガラスから製品部を切り抜くことで行われる（例えば、特許文献１の第２図（ｃ）を参照）。

このように、レーザー溶断で板状ガラスから製品部を切り抜くことを考えた場合、切断予定線上にレーザーの照射開始位置を設けることになるが、このような位置からレーザーの照射を開始すると、照射開始位置の近傍にマイクロクラックが発生し易い、との問題がある。また、照射終了位置についても同様の問題がある。そのため、レーザーの照射開始位置及び照射終了位置を、ワークの製品部（又は切断予定線）よりも外側に離れた位置に設定して、製品部におけるマイクロクラックの発生を防止する手段が提案されている（特許文献２を参照）。

特開昭６０−２５１１３８号公報 特開２００７−３１９８８８号公報

このように、レーザー溶断による板状ガラス製品の切り出しは、レーザーの照射による加熱でワークを溶融させることにより行われるものであるから、製品部への加熱の影響を小さくするために、製品部になるべくレーザーを照射しないような工夫が必要となる。ここで、実際の板状ガラス製品の切り出しにレーザー溶断を採用することを検討したところ、特許文献２に記載の方法を板状ガラス製品の切り出しに応用すれば、製品部（板状ガラス製品）へのマイクロクラックの発生に対して一定の抑止効果が認められた。しかし、その一方で、レーザーの走査軌跡が交差する領域の周辺においては、製品部が無視できない程度にまで加熱されていることが判明した。以下、図面に基づき詳述する。

図１３は、レーザー溶断による、板状ガラス１０１からの製品部１０２の切り出し作業の一例を概念的に説明するための平面図である。図１３に示すように、板状ガラス１０１に対するレーザー溶断は、レーザー照射装置１１１（図１３中、二点鎖線で表示）から板状ガラス１０１に向けてレーザー１１２を照射すると共に、このレーザー照射装置１１１と板状ガラス１０１との相対移動によりレーザー１１２を走査することで行われる。また、このレーザー１１２の走査は、切り出すべき製品部１０２の形状に準じた切断予定線１０３（図１３中、一点鎖線で表示）に沿って製品部１０２のまわりを一周する（閉曲線を描く）ようにして行われる。ここで、特許文献２に記載の如く、レーザー１１２の照射開始位置Ｐ１１及び照射終了位置Ｐ１２を、製品部１０２から見て切断予定線１０３よりも外側、すなわち非製品部１０４の側に設定した場合、レーザー１１２は、例えば閉曲線をなす切断予定線１０３のうち、製品部１０２の所定の辺に沿った直線領域１０３ａ上に進入して、切断予定線１０３に沿って一周した後、直線領域１０３ａ上からその外側に離脱する軌跡１２０を描く。

図１４は、レーザー１１２の切断予定線１０３上への進入開始位置Ｐ１３、及び切断予定線１０３上からの離脱開始位置Ｐ１４の周辺を拡大した図である。図１４に示すように、レーザー１１２の照射によって板状ガラス１０１には、その切断予定線１０３を中心として一定の幅寸法Ｌを有し、板状ガラス１０１を表裏方向に貫通するスリット１２１が溶融形成される。このスリット１２１の幅寸法Ｌは、板状ガラス１０１の表面におけるレーザー１１２の照射領域１１３（図１４中、細線ハッチングを施した領域）の幅寸法、すなわちスポット径Ｄよりも必ず小さくなることから、スリット１２１の幅方向両側にもレーザー１１２が照射され、スリット１２１の幅方向両側の領域が少なからず加熱される。そのため、図１３及び図１４に示すように、レーザー１１２が切断予定線１０３に沿って製品部１０２のまわりをちょうど一周分走査するようにした場合、レーザー１１２の進入開始位置Ｐ１３と離脱開始位置Ｐ１４とは一致し、レーザー１１２の走査軌跡１２０は、進入開始位置Ｐ１３（すなわち離脱開始位置Ｐ１４）で交差する。その結果、製品部１０２の周縁部が、溶断開始直後と溶断終了直前の２回にわたってレーザー１１２の照射を受ける。このように、重複してレーザー１１２の照射を受けた領域は、他所に比べて過剰に加熱されることになるので、軟化等による変形を生じ、ひいては製品部１０２の形状品質の低下を招来するおそれが生じる。

以上の事情に鑑み、形状品質を確保しつつ、レーザー溶断でワークから製品部を切り出すことを、本発明により解決すべき技術的課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るレーザー溶断方法により達成される。すなわち、この溶断方法は、一部又は全体が板状をなすワークに対してレーザーを照射すると共に、閉曲線となるワークの切断予定線に沿ってレーザーを走査して、ワークを溶融させることにより、ワークを製品部と非製品部とに切り分けるレーザー溶断方法であって、非製品部の側からレーザーを切断予定線上に進入させ、切断予定線に沿って走査した後、レーザーを切断予定線上から非製品部の側に離脱させる軌跡をとるものにおいて、レーザーが切断予定線上からの離脱を開始する離脱開始位置を、レーザーが切断予定線上への進入を開始する進入開始位置よりもレーザーの走査方向後方側にオフセットした点をもって特徴付けられる。

このように、本発明では、通常であれば、切り分けるべき製品部又は非製品部の形状に準じた切断予定線に沿って製品部又は非製品部のまわりをちょうど一周するようにレーザーを走査させるべきところ、敢えて、レーザーが切断予定線上からの離脱を開始する離脱開始位置を、レーザーが切断予定線上への進入を開始する進入開始位置よりもレーザーの走査方向後方側にオフセットするようにした。言い換えると、切断予定線上を一周する手前でレーザーの切断予定線上からの離脱を開始するようにした。このように、切断予定線の形状に固執することなく、実質的な切り出しが可能な程度にレーザーを早めに切断予定線から非製品部の側に離脱させることで、製品部の周縁部のうちレーザー照射が重複して行われる領域の面積を小さく抑えることができる。これにより、レーザーの進入開始位置の周辺における製品部の周縁部の過剰な加熱を抑止して、当該周縁部の軟化、変形を可及的に防止することが可能となる。

ここで、具体的な本発明の適用対象としては、切断予定線に沿ってレーザーを走査して、ワークを溶融させることにより、ワークから切断予定線で囲まれた製品部を切り出す場合が考えられる。あるいは、切断予定線に沿ってレーザーを走査して、ワークを溶融させることにより、切断予定線で囲まれた領域をくり抜いた製品部を得る場合が考えられる。ここで、製品部を切り出す場合、レーザーは、切断予定線の外側に位置する非製品部の側からレーザーを切断予定線上に進入させ、切断予定線に沿って走査した後、レーザーを切断予定線上から非製品部の側に離脱させる軌跡をとるのがよい。また、切断予定線に囲まれた領域をくり抜いた製品部を得る場合、レーザーは、切断予定線の内側に位置する非製品部の側からレーザーを切断予定線上に進入させ、切断予定線に沿って走査した後、レーザーを切断予定線上から非製品部の側に離脱させる軌跡をとるのがよい。

また、本発明に係るレーザー溶断方法は、進入開始位置を通過する際のレーザーの走査軌跡が切断予定線と接するよう、レーザーを切断予定線上に進入させるものであってもよい。あるいは、離脱開始位置を通過する際のレーザーの走査軌跡が切断予定線と接するよう、レーザーを切断予定線上から離脱させるものであってもよい。

本発明は、レーザーを、非製品部の側から切断予定線上に進入させる走査軌跡をとる関係上、切断予定線に対して所定の角度をもって進入した場合、進入開始位置において走査軌跡を屈曲させるような方向転換が必要となる。これでは、方向転換の際にレーザーの走査速度が落ちてしまうため、方向転換位置（進入開始位置）におけるレーザーの照射時間が長くなり、その分加熱量が増大する、との問題が起こり得る。ここで、進入開始位置を通過する際のレーザーの走査軌跡が切断予定線と接するようレーザーを進入させるようにすれば、レーザーの切断予定線上への進入軌跡を、例えば切断予定線に漸近するような曲線状にすることができる。そのため、進入開始時において走査速度を落とすことなくレーザー溶断を進行させることができ、製品部への過剰な加熱を抑止することが可能となる。以上の説明は、切断予定線から非製品部の側にレーザーを離脱させる際にも同様に当てはまる。よって、離脱開始位置において切断予定線と平行になるようレーザーを離脱させることで、離脱開始時においても走査速度を落とすことなくレーザー溶断を完了することができる。

また、本発明に係るレーザー溶断方法は、レーザーが円弧状の軌跡を描いて切断予定線上への進入を開始するよう、レーザーを走査するものであってもよい。あるいは、レーザーが円弧状の軌跡を描いて切断予定線上からの離脱を開始するよう、レーザーを走査するものであってもよい。

円弧状の軌跡を描いてレーザーが切断予定線上への進入を開始するようにすれば、進入開始位置におけるレーザーの進入角（レーザーの走査方向と切断予定線とがなす角）を極力小さくすることができる。これにより、切断予定線に沿った向きへのレーザーの方向転換が最小限で済むので、進入開始時において走査速度を極力落とすことなくレーザー溶断を進行させることができる。もちろん、既述の如く、走査速度の維持の観点からは、進入開始位置を通過する際のレーザーの走査軌跡が切断予定線と接するよう、円弧状の軌跡でレーザーを切断予定線上に進入させるようにすればなお良い。また、以上の説明は、切断予定線から非製品部の側にレーザーを離脱させる際にも同様に当てはまる。よって、円弧状の軌跡を描いてレーザーが切断予定線上から非製品部の側への離脱を開始するようにすれば、離脱開始時においても走査速度を極力落とすことなくレーザー溶断を完了することができる。

また、本発明に係るレーザー溶断方法は、レーザーの進入開始位置と離脱開始位置とが共に、切断予定線のうち製品部の所定の辺に対応する直線領域上に位置するよう、レーザーの走査軌跡を設定するものであってもよい。

切り出すべき製品部が辺を有する形状（例えば矩形状）を成すものである場合、この辺に対応する切断予定線の直線領域上にレーザーの進入開始位置と離脱開始位置とを配置するのがよい。このように走査軌跡を定めることで、切断予定線上への進入速度やその進入軌跡の具体的形状又は寸法など、レーザーの走査条件を容易に設定できる。また、走査条件の設定が容易な分、実際の走査も精度良く行い易い。よって、高品質の製品部を安定して切り出すことが可能となる。

また、本発明に係るレーザー溶断方法は、円弧状の軌跡を描いて切断予定線上への進入を開始するレーザーの進入軌跡の半径をＲ１、円弧状の軌跡を描いて切断予定線上からの離脱を開始するレーザーの離脱軌跡の半径をＲ２、レーザーのスポット径をＤ、レーザーの照射によりワークを溶融することで形成されるスリットの幅寸法をＬとした場合、進入開始位置から離脱開始位置までのオフセット量Ｓが、下記の数式１を満足するものであってもよい。

また、好ましくは、上記オフセット量Ｓが、下記の数式２を満足するものであってもよく、

より好ましくは、上記オフセット量が、下記の数式３を満足するものであってもよい。

本発明者が、具体的に、レーザーの進入開始位置から離脱開始位置までのオフセット量と、レーザーの走査条件に関する各種パラメータとの関係を精査したところ、特に、円弧状の軌跡を描くレーザーの進入軌跡の半径Ｒ１、離脱軌跡の半径Ｒ２、レーザーのスポット径Ｄ、及びレーザーの照射によりワークを溶融することで形成されるスリットの幅寸法Ｌが、オフセット量Ｓに対して支配的であることが判明した。そこで、更なる精査、検討を行ったところ、製品部の周縁部形状が許容できる範囲に収まるオフセット量の範囲を上記パラメータによる数式により算出可能なことが判明した。上記数式１〜３は、以上の鋭意検討に基づき成されたもので、上記数式を満たす範囲内でオフセット量Ｓを設定すれば、製品部の周縁部からの変形量（突出量）を、製品部の形状品質に問題がない程度の大きさに抑えつつ、生産性を維持可能な程度の速度でレーザーを走査（溶断）することが可能となる。

また、本発明に係るレーザー溶断方法は、製品部が略矩形状の板ガラスであるものであってもよい。

上述のように、本発明は、レーザーの進入開始位置の周辺における製品部の周縁部の過剰な加熱を抑止して、当該周縁部の軟化、変形を可及的に防止することを可能とするものであるから、略矩形状の板ガラスのように高い形状品質が要求される板状ガラス製品に好適に適用することができる。

また、前記課題の解決は、本発明に係る板状ガラス製品によっても達成される。すなわち、このガラス製品は、一部又は全体が板状をなすワークを、溶断により非製品部と切り分けることで得られ、一又は複数の辺を有する板状ガラス製品において、溶断により生じた溶断面が辺に沿って形成され、溶断面には、非製品部の側に向けて突出する突出部が形成され、突出部の非製品部の側への最大突出量が１０μｍ以上でかつ１００μｍ以下である点をもって特徴付けられる。

上記範囲に突出部のサイズを規制することで、辺に沿って形成された溶断面に研磨等の端面加工を施すことなく、溶断により切り分けられた板状ガラスをそのまま板状ガラス製品として提供することが可能となる。

また、本発明に係る板状ガラス製品は、突出部の辺に沿った方向の長さ寸法が１００μｍ以上でかつ２０００μｍ以下であってもよく、またその場合に突出部の板厚方向の寸法が突出部以外の部位における厚み方向の寸法よりも５μｍ以上でかつ１００μｍ以下の範囲で大きいものであってもよい。

以上に述べたように、本発明によれば、形状品質を確保しつつ、レーザー溶断でワークから製品部を切り出すことが可能となる。また、製品部が板状ガラス製品の場合、板状ワークから溶断により切り分けられた板状ガラスをそのまま板状ガラス製品として提供することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るレーザー溶断装置の概略平面図である。 図１に示す溶断装置の要部Ａ−Ａ断面図である。 本発明の一実施形態に係るレーザーの走査態様を説明するための全体平面図である。 図３の要部平面図である。 図１及び図２に示す溶断装置を用いたレーザー溶断方法の一例を説明するための図であって、レーザーの照射を開始する際の様子を示す図である。 図１及び図２に示す溶断装置を用いたレーザー溶断方法の一例を説明するための図であって、レーザーが切断予定線上に進入する際の様子を示す要部拡大図である。 図１及び図２に示す溶断装置を用いたレーザー溶断方法の一例を説明するための図であって、レーザーが切断予定線に沿って走査されている様子を示す図である。 図１及び図２に示す溶断装置を用いたレーザー溶断方法の一例を説明するための図であって、レーザーが切断予定線上から離脱する際の様子を示す要部拡大図である。 図１及び図２に示す溶断装置を用いたレーザー溶断方法の一例を説明するための図であって、レーザーの照射を終了した際の様子を示す図である。 図１に示す溶断装置を用いたレーザー溶断方法により切り出された製品部の周縁部の様子を示す要部拡大図である。 本発明の他の実施形態に係るレーザーの走査態様を説明するための全体平面図である。 本発明の効果を実証するための実験結果を示すグラフである。 従来のレーザー溶断方法を利用した板状ガラスの切り出しに係るレーザーの走査態様を説明するための概略平面図である。 従来の走査態様でレーザーが切断予定線上から離脱する際の様子を示す要部拡大図である。

以下、本発明に係るレーザー溶断方法の一実施形態を図１〜図１０を参照して説明する。本実施形態では、所定の方法で成形された板状ガラス１を切断対象（ワーク）とし、この板状ガラス１から１枚又は複数枚の板状ガラス製品（製品部２）を切り出す場合を例にとって説明する。なお、以下の方法によりレーザー溶断処理が施される板状ガラス１としては、１０μｍ以上でかつ５００μｍ以下の厚みを有するものが良く、１０μｍ以上でかつ３００μｍ以下の厚みを有するものがより良く、１０μｍ以上でかつ２００μｍ以下の厚みを有するものがさらに良い。また、板状ガラス１から切り出される製品部２は、例えば携帯用電子デバイスに組み込まれるタッチパネルのカバー材（保護カバー）に用いられるもので、本実施形態では、各々の角部を丸めた略矩形状（長方形状）となるよう、製品部２の切り出し形状（製品部２と非製品部３との境界となる切断予定線４の形状）が設定される。

図１は、本発明の一実施形態に係るレーザー溶断装置１０の概略平面図、図２はこのレーザー溶断装置１０の要部Ａ−Ａ断面図をそれぞれ示している。図１及び図２に示すように、このレーザー溶断装置１０は、板状ガラス１の切断予定線４（図１中、一点鎖線で示す）に沿って板状ガラス１に溶断用のレーザー１１を照射するレーザー照射装置１２と、レーザー１１の照射領域１３に向けてアシストガス１４を噴射するアシストガス噴射装置１５と、載置された板状ガラス１を支持する支持台１６とを主に備える。なお、図３以降においては、レーザー１１の走査態様に関する理解を容易にするため、レーザー照射装置１２及びアシストガス噴射装置１５を省略している。

レーザー照射装置１２は、例えば炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザー等に代表されるレーザー１１の発生源である発振器と、集光レンズ（何れも図示は省略）とを少なくとも有するもので、板状ガラス１に向けて所定の角度（本実施形態では略垂直）でレーザー１１を照射可能となるよう構成されている。なお、照射されるレーザー１１は、連続光であってもよいし、パルス光であってもよい。また、レーザー１１の出力は、板状ガラス１の材質や厚み、レーザー１１の走査速度等によって適宜に調整される。

なお、図示は省略するが、本発明に係るレーザー溶断装置１０は、所定の態様でデフォーカスした徐冷用レーザーを板状ガラス１に向けて照射する徐冷用レーザー照射装置をさらに備えたものであってもよい。このように徐冷用レーザーを板状ガラス１のうちレーザー１１の照射領域１３の前後、言い換えると、レーザー１１の走査方向前方側及び後方側の領域に向けて照射することにより、走査方向前方側の領域を予め加熱しておくと共に、溶断（溶融切断）直後の領域周辺を引き続き加熱することができる。これにより、板状ガラス１の急冷を抑制して、製品部２の周縁部（切断端部）における残留歪みの発生を可及的に防止することができる。

アシストガス噴射装置１５は、板状ガラス１にレーザー１１を照射するのに伴って発生する溶融物を吹き飛ばすために、レーザー１１の照射領域１３に向けてアシストガス１４を噴射可能なように構成される。本実施形態では、板状ガラス１の製品部２となる領域の上方にアシストガス噴射装置１５が配置されており、アシストガス１４が製品部２となる領域の上方からレーザー１１の照射領域１３に向けて斜め下方に噴射口が設置される。これにより、板状ガラス１の切断（溶融）領域で発生した溶融物は、アシストガス１４によって非製品部３の側に向けて吹き飛ばされる。そのため、製品部２の切断端面等に異物としての溶融物が付着し、製品部２に形状不良が生じるような事態が可及的に防止される。なお、使用可能なアシストガス１４の種類は特に限定されず、例えば酸素ガス、水蒸気、二酸化炭素ガス、窒素ガス、アルゴンガスなど、公知のガスが単独で若しくは複数種混合して使用される。

もちろん、アシストガス噴射装置１５の噴射態様は上記形態に限定されるものではない。例えば図示は省略するが、製品部２上にアシストガス噴射装置１５を配置し、レーザー１１の照射領域１３に対して略水平方向にアシストガス１４を噴射可能なように構成してもよい。また、アシストガス噴射装置１５は必要に応じて設ければ足り、必ずしも設ける必要はない。

支持台１６は、切断すべき板状ガラス１を下方から横姿勢で支持するもので、本実施形態では、略長方形状の製品部２となる領域を支持可能な第１支持部１７と、製品部２の周囲に位置し、中抜き矩形状の非製品部３となる領域を支持可能な第２支持部１８とを有する。これら第１支持部１７と第２支持部１８とは、溝部１９によって区分されている。この溝部１９は、予め所定の軌跡に設定されるレーザー１１の走査領域下に設けられる。

なお、図示は省略するが、本発明に係るレーザー溶断装置１０は、板状ガラス１を下方から吸着した状態で支持台１６により支持可能とするための吸着手段をさらに備えたものであってもよい。このような吸着手段を設け、板状ガラス１を支持台１６に吸着支持した状態で切断予定線４に沿った板状ガラス１のレーザー溶断（溶融切断）処理を順次実行することで、板状ガラス１の支持台１６に対する位置ずれを防止することができる。よって、切断精度の向上、ひいては高品質な製品部２の切り出しを図ることが可能となる。

次に、レーザー１１の走査態様について説明する。

レーザー１１の走査は、レーザー照射装置１２とアシストガス噴射装置１５を、支持台１６とこれに支持された状態の板状ガラス１に対して水平方向に相対移動させることにより行われる。そして、このレーザー１１の走査は、溶断対象となる板状ガラス１に対してレーザー１１を照射し、かつ閉曲線となる板状ガラス１の切断予定線４に沿ってレーザー１１を走査することで板状ガラス１を溶融させ、板状ガラス１から切断予定線４で囲まれた製品部２を切り出し可能な軌跡を描くようにして行われる。

詳述すると、レーザー１１は、図３中の二点鎖線で示すように、製品部２から見て切断予定線４の外側からレーザー１１を切断予定線４上に進入させ、切断予定線４に沿って走査した後、レーザー１１を切断予定線４上からその外側に離脱させる走査軌跡２０をとる。この場合、レーザー１１の照射開始位置Ｐ１は走査軌跡２０の始点（正確には、走査軌跡２０の中心線の始点）となり、切断予定線４の外側（非製品部３の側）に設定される。また、レーザー１１の照射終了位置Ｐ２は走査軌跡２０の終点となり、照射開始位置Ｐ１と同様、切断予定線４の外側に設定される。なお、ここでいう走査軌跡２０は、正確にはレーザー１１の照射領域１３がなす軌跡を示しており、それが故に、一定の幅方向を有する領域（二点鎖線で囲まれた領域）として表示されている。本実施形態では、レーザー１１が円弧状の軌跡を描いて切断予定線４上への進入を開始するよう、レーザー１１の走査軌跡２０（進入軌跡２０ａ）が設定される。また、切断予定線４上への進入を開始する進入開始位置Ｐ３を通過する際のレーザー１１の走査軌跡が切断予定線４と接するよう、レーザー１１を切断予定線４上に進入させる（進入軌跡２０ａを設定する）ようにしている。

離脱する際も同様に、レーザー１１が円弧状の軌跡を描いて切断予定線４上からの離脱を開始するよう、レーザー１１の走査軌跡２０（離脱軌跡２０ｂ）が設定される。また、切断予定線４上からの離脱を開始する離脱開始位置Ｐ４を通過する際のレーザー１１の走査軌跡が切断予定線４と接するよう、レーザー１１を切断予定線４上から離脱させる（離脱軌跡２０ｂを設定する）ようにしている。

また、本実施形態では、製品部２が各々の角部を丸めた略長方形状をなすことから、対応する切断予定線４もまた各々の角部を丸めた略長方形状をなす。そこで、レーザー１１の進入開始位置Ｐ３と離脱開始位置Ｐ４とが共に、切断予定線４のうち製品部２の所定の辺（ここでは図３中、上側の短辺）に沿った直線領域４ａ上に位置するよう、レーザー１１の走査軌跡２０が設定される。

図３に示すような走査軌跡２０をとった場合、この走査軌跡２０は、切断予定線４の直線領域４ａ上で交差することになる。図４は走査軌跡２０の交差部を拡大して示したもので、レーザー１１の切断予定線４上からの離脱開始位置Ｐ４を、切断予定線４上への進入開始位置Ｐ３よりもレーザー１１の走査方向後方側（図４でいえば、進入開始位置Ｐ３からみて左側）にオフセットしている。

ここで、図４に示すように、円弧状の軌跡を描いて切断予定線４上への進入を開始するレーザー１１の進入軌跡２０ａの半径（正確には、進入軌跡２０ａの中心線の半径）をＲ１、同じく円弧状の軌跡を描いて切断予定線４上からの離脱を開始するレーザー１１の離脱軌跡２０ｂの半径（正確には、離脱軌跡２０ｂの中心線の半径）をＲ２、レーザー１１のスポット径（すなわち、走査軌跡２０をなす走査領域の幅方向寸法）をＤ、レーザー１１の照射により板状ガラス１を溶融することで形成されるスリット２１（後述する図６を参照）の幅寸法をＬとした場合、前記進入開始位置から前記離脱開始位置までのオフセット量Ｓは、上記の数式１を満足するように設定されるのがよい。また、好ましくは、上記の数式２を満足するように設定されるのがよく、さらに好ましくは、上記の数式３を満足するように設定されるのがよい。

以下、上記構成の溶断装置１０を用いた板状ガラス１に対するレーザー溶断方法の一例を説明する。

まず、図５に示すように、レーザー照射装置１２（図５中、二点鎖線で表示）を、板状ガラス１の製品部２から見て切断予定線４の外側、すなわち非製品部３の側に位置する照射開始位置Ｐ１上に配置する。そして、レーザー照射装置１２からレーザー１１を照射すると共に、上述の如く予め設定した走査軌跡２０（この段階では円弧状の進入軌跡２０ａ）に沿ってレーザー１１を走査することで、板状ガラス１に対するレーザー溶断を開始する。

こうして、板状ガラス１の非製品部３を溶融しながらレーザー１１を進入軌跡２０ａに沿って走査していき、切断予定線４上に進入させる（図６を参照）。この際、レーザー１１は、図６に示すように切断予定線４に漸近するようにして切断予定線４上に進入することになるため、走査速度を維持した状態で切断予定線４上に進入することができる。

このようにして切断予定線４上に進入し、レーザー１１を切断予定線４に沿って走査することにより、切断予定線４を含む領域を溶融して、切断予定線４を中心とし、板状ガラス１を表裏方向に貫通するスリット２１を切断予定線４に沿って順次形成していく（図７を参照）。

こうしてレーザー１１を予め設定した走査軌跡２０に沿って走査し、製品部２のまわりを約一周した後、レーザー１１の切断予定線４上からの離脱を開始する（図８を参照）。この際、レーザー１１は、図８に示すように、切断予定線４と離脱開始位置Ｐ４において接する円弧状の軌跡（離脱軌跡２０ｂ）に沿って切断予定線４上から離脱していくことになるため、走査速度を維持した状態で切断予定線４上からレーザー１１を離脱させることができる。

そして、引き続き走査軌跡２０（ここでは、離脱軌跡２０ｂ）に沿ってレーザー１１の走査を続行し、図９に示すように、レーザー照射装置１２を、非製品部３の側にまで移動し、レーザー１１が非製品部３上の照射終了位置Ｐ２に到達したら、レーザー１１の照射を終了する。このようにして、レーザー１１の走査による板状ガラス１からの製品部２の切り出し作業が完了する。

このように、本発明では、レーザー１１の離脱開始位置Ｐ４を、進入開始位置Ｐ３よりもレーザー１１の走査方向後方側にオフセットするようにした。言い換えると、実質的な切り出しが可能な程度にレーザー１１を早めに切断予定線４からその外側（非製品部３の側）に離脱させるようにした。これにより、製品部２の周縁部のうちレーザー１１の照射が重複して行われる領域の面積を小さく抑えることができる。そのため、特にレーザー１１の進入開始位置Ｐ３又は離脱開始位置Ｐ４の周辺における製品部２の周縁部の過剰な加熱を抑止して、当該周縁部の軟化、変形を可及的に防止することが可能となる。よって、特にレーザー１１の進入、離脱に係る製品部２の辺２ａの端面形状精度を高めることが可能となる。

図１０は、本発明に係るレーザー溶断方法により切り出した板状ガラス製品としての製品部２の辺２ａのうち、レーザー１１の進入開始位置Ｐ３及び離脱開始位置Ｐ４に最も近い領域を拡大して模式的に示したものである。図１０に示すように、本発明に係るレーザー溶断方法で切り出した製品部２の辺２ａ（周縁部）の、進入開始位置Ｐ３及び離脱開始位置Ｐ４の付近においては、溶断により辺２ａに沿って形成された溶断面（図示は省略）から外側に突出した突出部２ａ１がみられるが、その突出度合い（後述する最大突出量２ａ１ｒ）は僅かである。また、突出部２ａ１の形状（例えば、後述する長さ寸法２ａ１ｌに対する最大突出量２ａ１ｒの比）も比較的なだらかである。対して、従来の走査軌跡（図１３及び図１４を参照）に係るレーザー溶断方法で切り出した製品部２においては、図１０中の二点鎖線で示すように、外側に大きく突出した形態の突出部２ａ１’がみれらる。このことからも、本発明に係るレーザー溶断方法で切り出した製品部の端面形状精度が向上していることがわかる。

なお、ここで、突出部２ａ１の外側への最大突出量２ａ１ｒ（図１０）は、１０μｍ以上でかつ１００μｍ以下であることが好ましく、１５μｍ以上でかつ８０μｍ以下であることがより好ましく、２０μｍ以上でかつ６０μｍ以下であることがさらに好ましい。また、突出部２ａ１の辺２ａに沿った方向の長さ寸法２ａ１ｌ（図１０）は１００μｍ以上でかつ２０００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上でかつ１５００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以上でかつ１０００μｍ以下であることがさらに好ましい。また、突出部２ａ１の板厚方向の寸法（図示は省略）は突出部２ａ１以外の部位における厚み方向の寸法よりも５μｍ以上でかつ１００μｍ以下の範囲で大きいことが好ましく、１０μｍ以上でかつ９０μｍ以下の範囲で大きいことがより好ましく、１５μｍ以上でかつ８０μｍ以下の範囲で大きいことがさらに好ましい。上記範囲に突出部２ａ１のサイズを規制することで（特に、上述したサイズの板状ガラス１から上述した用途の製品部２を切り出す場合には、上述したより好ましい範囲に突出部２ａ１のサイズを規制することで）、研磨等の端面加工を別途に施すことなく、製品部２をそのまま製品として提供することが可能となる。

また、本実施形態では、レーザー１１の進入軌跡２０ａを切断予定線４に漸近するような形状とし、進入開始位置Ｐ３を通過する際のレーザー１１の走査軌跡が切断予定線４と接するよう、レーザー１１を切断予定線４上に進入させるようにしたので、レーザー１１の走査速度を維持してレーザー溶断を進行することができる。また、本実施形態では、レーザー１１の離脱軌跡２０ｂを切断予定線４から徐々に遠ざかる形状とし、離脱開始位置Ｐ４を通過する際のレーザー１１の走査軌跡が切断予定線４と接するよう、レーザー１１を切断予定線４上から離脱させるようにしたので、これによってもレーザー１１の走査速度を維持してレーザー溶断を進行することができる。従って、製品部２の切り出し品質（形状品質）をより高めることが可能となる。

また、本実施形態では、上述した数式１〜３の何れかを満足するよう、適切なオフセット量Ｓを定めるようにしたので、これによっても製品部２の切り出し品質を高めることができる。また、この際、切断予定線４上への進入軌跡２０ａ、及び切断予定線４上からの離脱軌跡２０ｂを、円弧領域で構成したので、オフセット量Ｓの設定に必要な数式（例えば上記数式１〜３）の導出が容易にでき、かつその精度を高めることができる。よって、このことによっても、更なる切り出し精度の向上を図ることが可能となる。

以上、本発明に係るレーザー溶断方法の一実施形態を説明したが、この溶断方法は、当然に本発明の範囲内において任意の形態を採ることができる。

例えば、上記実施形態では、レーザー１１の進入開始位置Ｐ３に対する離脱開始位置Ｐ４のオフセット量Ｓを、上記の数式１〜３の何れかを満足するように設定した場合を例示視したが、もちろん、このオフセット量Ｓは、レーザー１１の走査軌跡２０によって適宜設定するべきものである。よって、図３及び図４以外の走査軌跡２０をとる場合には、その走査軌跡に合わせて適切なオフセット量Ｓを設定するのがよい。

また、上記実施形態では、レーザー１１の進入開始位置Ｐ３と離脱開始位置Ｐ４とが共に、切断予定線４のうち製品部２の所定の辺（例えば図１０に示す２ａ）に対応する直線領域４ａ上に位置するよう、レーザー１１の走査軌跡２０を設定した場合を例示したが、もちろんこれ以外の領域に進入開始位置Ｐ３と離脱開始位置Ｐ４とが位置するよう、レーザー１１の走査軌跡２０を設定しても構わない。例えば図示の形態であれば、製品部２のうち円弧状をなす角部に対応する円弧領域上に、進入開始位置Ｐ３と離脱開始位置Ｐ４とが位置するよう、レーザー１１の走査軌跡２０を設定することも可能である。

また、上記実施形態では、板状ガラス１から切り出した部分が製品部２となる場合を例示したが、板状ガラス１から切り出された部分が製品部となる場合に本発明を適用しても構わない。換言すれば、図１１に示すように、切断予定線４の外側が製品部２で、内側が非製品部３となる場合（例えば、各々の角部を丸めた略矩形状の穴を製品部２に開ける場合）に本発明を適用しても構わない。この場合、レーザー１１は、製品部２から見て切断予定線４の内側から、言い換えると、切断予定線４により閉じられた領域である非製品部３の側からレーザー１１を切断予定線４上に進入させ、切断予定線４に沿って走査した後、レーザー１１を切断予定線４上からその内側（非製品部３の側）に離脱させる軌跡をとる。また、この際、レーザー１１が切断予定線４上からの離脱を開始する離脱開始位置Ｐ４を、レーザー１１が切断予定線４上への進入を開始する進入開始位置Ｐ３よりもレーザー１１の走査方向後方側にオフセットする。これにより、上記実施形態と同様、レーザー１１の進入開始位置Ｐ３又は離脱開始位置Ｐ４の周辺における製品部２の周縁部の過剰な加熱を抑止して、当該周縁部の軟化、変形を可及的に防止することができ、これによりレーザー１１の進入、離脱に係る製品部２の辺２ａの端面形状精度を高めることが可能となる。

以下、本発明の実施例を示す。なお、以下の説明において、既述の構成要素と同一の機能、又は形状を有するものについては、上記実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略している。

本実施例では、照射開始位置Ｐ１から進入開始位置Ｐ３へと至り、円弧状をなすレーザー１１の進入軌跡２０ａの半径Ｒ１と、離脱開始位置Ｐ４から照射終了位置Ｐ２へと至り、円弧状をなすレーザー１１の離脱軌跡２０ｂの半径Ｒ２（共に図４を参照）、及びオフセット量Ｓを変化させた場合における、製品部２の辺２ａ（図１０を参照）の形状を数値化して評価した。

溶断条件は以下の通りである。まず共通条件として、レーザー溶断の対象となる板状ガラス１には、日本電気硝子株式会社製のＯＡ−１０Ｇ（厚み：１００［μｍ］）を使用した。また、溶断用のレーザー１１に関し、その出力を９［Ｗ］、スポット径Ｄの大きさを１３０［μｍ］、加工速度（走査速度）を１０［ｍｍ／ｓ］、レーザー１１の照射により板状ガラス１に溶融形成されたスリット２１の幅寸法Ｌの大きさを６０［μｍ］とした。アシストガス噴射装置１５からのアシストガス１４の噴射量を６０［ｌ／ｍｉｎ］とした。

また、進入軌跡２０ａの半径Ｒ１と離脱軌跡２０ｂの半径Ｒ２を共に３，５，１０［ｍｍ］の３種類に設定すると共に、各々の場合におけるオフセット量Ｓを数段階（例えば５段階）に変化させた際の、製品部２の辺２ａの進入開始位置Ｐ３及び離脱開始位置Ｐ４付近の端面形状を数値化して評価した。具体的には、辺２ａの周端部のうち、辺２ａの長手方向に沿った所定長さ（例えば４ｍｍ）の領域を測定対象とし、顕微鏡にて当該測定対象を製品部２表面の法線方向から撮影することで、当該測定対象の拡大写真を得た。その後、この領域の長手方向両端位置を結んで得た線を基準線として製品部２の辺２ａの先端の位置を一定間隔（例えば５０μｍ）ごとに測定し、この基準線から外側（非製品部３の側）に突出した量の最大値（最大突出量２ａ１ｒ）と、上記領域における外側への突出量の偏差（何れも単位はμｍ）を測定した。

図１２に、実験結果を示す。なお、図１２中における中実プロットは最大突出量２ａ１ｒ、白抜きプロットは偏差をそれぞれ示している。また、オフセット量Ｓは何れも、数式１〜３に基づき規格化している（オフセット率としている）。同図に示すように、半径Ｒ１，Ｒ２の大きさ如何によらず、オフセット率を０％よりも大きくするにつれて、突出部２ａ１の最大値（最大突出量２ａ１ｒ）は減少する傾向にあることが分かった（偏差についても同様である）。また、オフセット率（オフセット量Ｓ）には、設定した半径Ｒ１，Ｒ２の大きさによって多少のばらつきはあるものの、ある程度最適な範囲があり、具体的には０％を超えかつ１２５％未満がよく、２５％を超えかつ１００％未満がよりよく、４０％を超えかつ７０％未満がさらによいことが分かった。

１ 板状ガラス
２ 製品部
３ 非製品部
４ 切断予定線
１０ レーザー溶断装置
１１ レーザー
１２ レーザー照射装置
１３ 照射領域
１４ アシストガス
１５ アシストガス噴射装置
１６ 支持台
２０ 走査軌跡
２０ａ 進入軌跡
２０ｂ 離脱軌跡
２１ スリット
Ｄ スポット径（レーザー）
Ｌ 幅寸法（スリット）
Ｐ１ 照射開始位置
Ｐ２ 照射終了位置
Ｐ３ 進入開始位置
Ｐ４ 離脱開始位置
Ｓ オフセット量
２ａ１ｒ 突出部の最大突出量
２ａ１ｌ 突出部の辺に沿った方向の長さ寸法

Claims (14)

1. 一部又は全体が板状をなすワークに対してレーザーを照射すると共に、閉曲線となる前記ワークの切断予定線に沿って前記レーザーを走査して、前記ワークを溶融させることにより、前記ワークを製品部と非製品部とに切り分けるレーザー溶断方法であって、
   前記非製品部の側から前記レーザーを前記切断予定線上に進入させ、前記切断予定線に沿って走査した後、前記レーザーを前記切断予定線上から前記非製品部の側に離脱させる軌跡をとり、
   前記レーザーが前記切断予定線上からの離脱を開始する離脱開始位置を、前記レーザーが前記切断予定線上への進入を開始する進入開始位置よりも前記レーザーの走査方向後方側にオフセットしたことを特徴とするレーザー溶断方法。
2. 前記切断予定線に沿って前記レーザーを走査して、前記ワークを溶融させることにより、前記ワークから前記切断予定線で囲まれた製品部を切り出す場合において、
   前記レーザーは、前記切断予定線の外側に位置する前記非製品部の側から前記レーザーを前記切断予定線上に進入させ、前記切断予定線に沿って走査した後、前記レーザーを前記切断予定線上から前記非製品部の側に離脱させる軌跡をとる請求項１に記載のレーザー溶断方法。
3. 前記切断予定線に沿って前記レーザーを走査して、前記ワークを溶融させることにより、前記切断予定線で囲まれた領域をくり抜いた前記製品部を得る場合において、
   前記レーザーは、前記切断予定線の内側に位置する前記非製品部の側から前記レーザーを前記切断予定線上に進入させ、前記切断予定線に沿って走査した後、前記レーザーを前記切断予定線上から前記非製品部の側に離脱させる軌跡をとる請求項１に記載のレーザー溶断方法。
4. 前記進入開始位置を通過する際の前記レーザーの走査軌跡が前記切断予定線と接するよう、前記レーザーを前記切断予定線上に進入させる請求項１〜３の何れかに記載のレーザー溶断方法。
5. 前記離脱開始位置を通過する際の前記レーザーの走査軌跡が前記切断予定線と接するよう、前記レーザーを前記切断予定線上から離脱させる請求項１〜４の何れかに記載のレーザー溶断方法。
6. 前記レーザーが円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上への進入を開始するよう、前記レーザーを走査する請求項１〜５の何れかに記載のレーザー溶断方法。
7. 前記レーザーが円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上からの離脱を開始するよう、前記レーザーを走査する請求項１〜６の何れかに記載のレーザー溶断方法。
8. 前記レーザーの前記進入開始位置と前記離脱開始位置とが共に、前記切断予定線のうち前記製品部の所定の辺に対応する直線領域上に位置するよう、前記レーザーの走査軌跡を設定する請求項１〜７の何れかに記載のレーザー溶断方法。
9. 円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上への進入を開始する前記レーザーの進入軌跡の半径をＲ１、円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上からの離脱を開始する前記レーザーの離脱軌跡の半径をＲ２、前記レーザーのスポット径をＤ、前記レーザーの照射により前記ワークを溶融することで形成されるスリットの幅寸法をＬとした場合、前記進入開始位置から前記離脱開始位置までのオフセット量Ｓが、数式１を満足する請求項８に記載のレーザー溶断方法。
   

   
10. 円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上への進入を開始する前記レーザーの進入軌跡の半径をＲ１、円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上からの離脱を開始する前記レーザーの離脱軌跡の半径をＲ２、前記レーザーのスポット径をＤ、前記レーザーの照射により前記ワークを溶融することで形成されるスリットの幅寸法をＬとした場合、前記進入開始位置から前記離脱開始位置までのオフセット量Ｓが、数式２を満足する請求項８に記載のレーザー溶断方法。
    

    
11. 円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上への進入を開始する前記レーザーの進入軌跡の半径をＲ１、円弧状の軌跡を描いて前記切断予定線上からの離脱を開始する前記レーザーの離脱軌跡の半径をＲ２、前記レーザーのスポット径をＤ、前記レーザーの照射により前記ワークを溶融することで形成されるスリットの幅寸法をＬとした場合、前記進入開始位置から前記離脱開始位置までのオフセット量Ｓが、数式３を満足する請求項８に記載のレーザー溶断方法。
    

    
12. 前記製品部が略矩形状の板ガラスである請求項１〜１１の何れかに記載のレーザー溶断方法。
13. 一部又は全体が板状をなすワークを、溶断により非製品部と切り分けることで得られ、一又は複数の辺を有する板状ガラス製品において、
    溶断により生じた溶断面が前記辺に沿って形成され、前記溶断面には、前記非製品部の側に向けて突出する突出部が形成され、
    前記突出部の前記非製品部の側への最大突出量が１０μｍ以上でかつ１００μｍ以下であることを特徴とする、板状ガラス製品。
14. 前記突出部の前記辺に沿った方向の長さ寸法が１００μｍ以上でかつ２０００μｍ以下で、前記突出部の厚み方向の寸法が、前記突出部以外の部位における厚み方向の寸法よりも５μｍ以上でかつ１００μｍ以下の範囲で大きい請求項１３に記載の板状ガラス製品。

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