JP6906538B2 - ガラスエレメントの端面加工のための方法、およびその方法により加工されたガラスエレメント - Google Patents

Description

本発明は概して、板ガラスの端面の加工に関する。特に本発明は、種々の方法による端面の加工に関する。

平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントを製造するためには、一般的に、より大きな平面状のエレメントが１つ以上の分離工程により分割され、こうして所望の大きさにされる。引き続き、一般的には端面の加工が必要となる。切り離しにおいては、機械的なスクライブおよび破断が定着しているが、貫通溶融またはウォータージェット分離等の研磨的方法も知られている。

これらのいずれの方法も、例えば低い機械的強度または低い形状精度といった特定の欠点を有する。このように、例えばスクライブおよび破断に際しては、厚さが大きくなるにつれ、破断が斜めに生じることにより形状欠陥が増大する。ウォータージェット切断に際しては、その方法に応じて斜めに延びた分離面が生ずる。それというのも、ウォータージェット切断に際しては、くさび形に延びる切り込みが生ずるからである。

しかしながら、種々の分離法に際して、その端面には貝殻状断口および微小亀裂が生ずることがあるため、得られる強度は大幅に低減されるか、または工作物の予定輪郭が変更される。

亀裂長さが大きくなると、端面の強度は減少する。それには以下の式：

が当てはまる。

この場合に、Ｋ_1cは材料の臨界応力拡大係数であり、ａは亀裂長さであり、そしてσ_resは微小亀裂が拡大する前の亀裂の最大応力負荷である。

後続加工では、一般的には特別な成形工具を用いて特別な形状（Ｃ字状研削面、平面研削面、小ファセット面）が作製される。この加工工程は当初の品質に応じて多段階となる場合もあり、その後に様々な粒度の異なる工具を用いて端面が削り取られる。

分離の際には、常に正確な端面形態を厳密に保持できるわけではないので、一般的には前もって加工代（しろ）が取られる。この加工代はその後、端面の後続加工で取り除かれる。

最後に、多段階の方法では、最初の研削プロセスによる表面下損傷（ｓｕｂｓｕｒｆａｃｅ ｄａｍａｇｅｓ）も後続工程により除去しなくてはならない。その粗研削が、端面のひずみ取り、または（大まかな）輪郭作製のための第１の付形的な研削工程として想定される。このことは、とりわけ高い形状精度を生じない分離法の場合に重要である。その後に第２の工程（細研削）により、その過程に応じた表面品質とそれによる強度とを備えた最終輪郭が得られる。研削プロセスが細かいほど、材料も一層ゆっくりと除去されるため、第２の工程は長引くが、それにもかかわらず表面下損傷の除去のためにはより厚い層を削り取らねばならない。この状況においては表面品質はしばしば、例えば透明性または粗さに関する光学的要求に添うものではない。実現された端面品質では十分でない場合に、任意選択で、輪郭を変えずに表面品質だけを改善する研磨工程（例えば、低下された粗さ、より高い透明性、より高い強度等）が端面仕上げのために行われる。すべての記載された方法工程は、詳しくは複数の個別の方法工程からなり得る。

米国特許出願公開第２０１５／１６５５４８号明細書（ＵＳ２０１５／１６５５４８Ａ１）は、ガラスのフィラメント化と、それに引き続いての生成端面の研磨とを記載している。さらなる過程において、傾いた角度での端面縁部領域の２回のフィラメント化により輪郭が生成される。このプロセスでは、強化されていないガラスの場合には特に、穿孔された小さな端面領域（三角形の断面を有する）が確実にバルク材料から分割されるが、破片を残らず取り出さねばならないという問題がある。同様の方法は、米国特許出願公開第２０１４／２３９５５２号明細書（ＵＳ２０１４／２３９５５２Ａ１）にも記載されている。

したがって、本発明の基礎となる課題は、ガラスおよびガラスセラミックにおける端面加工を、労力、精度、および生産費用に関して改善することである。その場合に、端面の品質は、貝殻状断口および微小亀裂、強度および視覚的印象に関して、少なくとも上記の製造方法に匹敵するべきである。

前記課題は、独立形式請求項の主題によって解決される。有利な実施形態および発展形態は、それぞれの従属形式請求項に示されている。

超短パルスレーザーを使用することで、ガラスを引き続き分離することができるように構造化（フィラメント化）することができる。その分離は、場合により機械的もしくは熱機械的または同等の手段で促進される。その場合に生ずる端面は、強度に関して研削された端面に匹敵する値を有する。

驚くべきことに、その際に得ることができる端面の精度に基づいて、端面研削のような後続の方法工程をより一層正確に使用できることが判明した。つまり１つの方法工程しか必要とされず、この方法工程をプロセス工学的に必要とされる許容差なく使用することができ、それにより明らかにより迅速なプロセス速度で実施することができる。特に、高い精度に基づき、分離に際して粗研削は省くことができる。さらに、分離過程で既に達成された高い形状精度に基づいて、従来の多段階の研削後処理の場合の細研削と比較して、後続の研削において取り除く必要がある材料は明らかにより少ないことも判明した。それにより、プロセス速度を２倍高めることができ、それどころか一般的に２．５倍または３倍高めることもできる。

特に端面品質は、強度に関して従来のように研削された端面に匹敵するものである。さらに驚くべきことに、視覚的な外見に関して、超短パルスレーザーを用いた事前分離により得られた端面は、研削された端面と目立った違いは無いことが確認された。したがって、両方の方法を端面の最終生成のために組み合わせることができる。それにより、形状的に単純な工具を使用することもできるため（例えばファセット面で）、一連のプロセスを同じ品質でより好ましいものにすることができる。その場合に研削体積をさらに一層減らすことができ、それにより加工速度を相応して高めることができ、そして工具の消耗を明らかに低減することができる。さらに、それにより、レーザー法により与えられる現在の精度を明らかに上回る精度を有するガラス物品を作製することができる。

したがって、本発明は一般的に、２つの方法、すなわち一方のフィラメント化および割断または分離と、もう一方の端面研削とからなる組み合わせにより端面が加工されている平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントを規定している。つまり、これらの方法は、第１の方法としては、１本の線に沿って並んで存在するフィラメント形状の損傷部を導入した後に、その線に沿って分離することで端面を形成することであり、第２の方法としては、前記端面を研削により加工することである。端面の研削は、本発明の特に有利な実施形態によれば、全面では行われず、ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントの側面に相接している端面表面の一方または特に両方の帯状の縁部領域に限定して行われる。

特に、本発明は、平坦なガラス部材またはガラスセラミック部材からガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントを製造する方法であって、
− １本の分離線に沿って並んでいるフィラメント形状の損傷部が、前記ガラス部材またはガラスセラミック部材の内部に作製され、かつ
− 前記損傷部は、超短パルスレーザーのレーザーパルスにより作製され、ここで、前記ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントの材料は、前記レーザーパルスに対して少なくとも部分的に透過性であるので、前記レーザー光線はそのガラスまたはガラスセラミック中に入り込み、内部に前記損傷部を作製することができ、かつ
− 前記のパルス化されたレーザー光線および前記ガラス部材またはガラスセラミック部材の表面は互いに相対的に移動され、こうして該レーザーパルスの前記ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントの表面への衝突点は、前記分離線に沿って並んで繋がり、かつ
− 該分離線に沿って並んで配置された前記フィラメント形状の損傷部の導入後に、前記分離線での分離により、前記ガラスエレメントもしくはガラスセラミックエレメントが取り外されるか、または前記ガラス部材もしくはガラスセラミック部材から取り出され、かつ
− 前記分離に際して形成される前記ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントの端面表面は、部分的に研削により加工され、こうして該端面表面は、前記フィラメント形状の損傷部の導入および分離により作製された少なくとも１つの帯状の領域と、相接している研削によりさらに加工された少なくとも１つの帯状の領域とを有する、前記方法を規定している。

こうして作製されたこれらの両方の帯状の領域は、とりわけその表面状態に関して異なっているが、この差異は一般的に裸眼では知覚できない。その前に導入されたフィラメント形状の損傷部は、ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントを取り出した後に得られる端面表面において、その端面表面の長手方向に対して横断して延びる互いに平行に存在する構造物として確認することができる。それに対してこれらの構造物は、研削によりさらに加工された領域では、少なくとも部分的に材料の除去により取り除かれている。

そのため、上記の方法により製造可能な平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントは、２つの相対する側面と、それらの両方の側面を結ぶ端面表面とを有し、該端面表面が、少なくとも１つの第１の長く延びた帯状の端面領域と、少なくとも１つの第２の長く延びた、研削面により形成されている帯状の端面領域とを含む。これらの端面領域は、長手方向で端面表面に沿って、かつ側面に沿って、したがってつまりは端面の長手方向に対して平行に延在している。前記第１の端面領域は、間隔を空けて平行に並んでいる細長いフィラメント形状の損傷部を有し、該損傷部の長手方向は、側面に対して横断して、かつ第１の端面領域の表面に沿って延びている。一般的には、レーザー加工においてレーザーの進行速度もパルス繰り返し率もほぼ一定である。それに伴って、前記フィラメント形状の損傷部も等間隔で配置され、したがって一定の中心間距離で互いに配置される。

本発明は、より厚い基材のために特に適している。この点については、レーザーが体積内に入り込み、そこで損傷部の導入により予定された分離面を正確に定めることができるという格別な利点がある。それに対して、機械的な方法は一般的に外部からしか作用することができず、それにより促されて分離面が進行し、それにより寸法上の不正確さがもたらされる。本発明は一般的に、１ミリメートル〜２０ミリメートルの範囲の、有利には２ミリメートル〜１５ミリメートルの範囲の、特に有利には３ミリメートル〜１０ミリメートルの範囲の厚さを有するガラス部材またはガラスセラミック部材のために適しており、相応して前記範囲の厚さを有するガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントの製造のためにも適している。

本発明を、以下で図面に関連付けてより詳細に説明する。それらの図面では、同じ符号は、それぞれ同じまたは対応する要素を指示している。

フィラメント形状の損傷部を導入するためのレーザー加工装置を示す。 フィラメント化のためのベッセルビームを発生させるための光学的装置を示す。 ガラス部材またはガラスセラミック部材からエレメントを取り外すためのレーザー加工装置を示す。 ガラス部材またはガラスセラミック部材から取り出されたエレメントを示す。 帯状の端面領域の研削によるガラス部材またはガラスセラミック部材のさらなる加工を示す。 加工が終わったガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメントを示す。 ファセット面を有する端面の断面を示す。 Ｃ字状研削面を有する端面の断面を示す。 フィラメント化された後に研削された端面の顕微鏡写真を示す。

本発明による方法に関しては、平坦なガラス部材またはガラスセラミック部材２から、定められた寸法を有するガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３が取り出される。図１は、この方法工程を実施するためのレーザー加工装置１の実施例を示す。予定される分離線４に沿って、細長いまたはフィラメント形状の損傷部の導入により事前分離が行われる。想定される分離線４も、それとともに導入された損傷部６の経路も、取り外されたガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の外側輪郭を辿っている。

図１に示される実施例では、それに応じて想定される分離線の経路に相応して、ガラス部材またはガラスセラミック部材２から長方形のエレメントが切り取られるべきである。分離線４は、必ずしも外側輪郭全体に沿って通じている必要はない。例えば、ガラス部材またはガラスセラミック部材２の外側輪郭と、取り外されるべきガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の外側輪郭とが部分的に一致しており、かつこの領域に沿って事前分離が実施される必要はないと考えることもできる。

分離線４に沿って並んだフィラメント形状の損傷部６をガラス部材またはガラスセラミック部材２の内部に作製するために、超短パルスレーザー１０が装置１の構成要素として備えられている。超短パルスレーザー１０はレーザーパルス８を放出し、そのレーザーパルスは、ガラス部材またはガラスセラミック部材２の側面２５上のそれぞれの衝突点８０において衝突し、該部材の体積内に入り込む。レーザーパルス８は、衝突点８０が分離線４上にあるように側面２５に向けられる。進行装置によって、その場合にパルス化されたレーザー光線およびガラス部材またはガラスセラミック部材２の表面は、互いに相対的に移動され、こうしてレーザーパルス８の衝突点８０は、ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント２の表面２０上で分離線に沿って並んで繋がる。図１に示される実施例では、ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント２は、衝突点８０の隣に示される矢印の方向で分離線４に沿って移動される。この実施例では、進行装置としてＸＹテーブル１７が備えられ、それを用いてガラス部材またはガラスセラミック部材２は側面２５の平面内で移動することができる。

材料中での細長いフィラメント形状の損傷部の形成は、特に高エネルギーレーザーパルスの自己集束によって生じることができる。また材料中で細長い焦点を生ずる光学系を設けることもできる。そのような光学系のための一例は、Ａｘｉｋｏｎである。線焦点は、好ましくは１０ｍｍ以下の長さ、および１０μｍ以下の直径を有する。集束の機構とは無関係に、ガラス材料またはガラスセラミック材料の損傷部は、特に高エネルギーレーザー光によるプラズマの発生により引き起こされる。

細長いフィラメント形状の損傷部６は、多光子吸収により生成され、その多光子吸収の活性範囲は、適切な光学系により調整および形成することができる。これは、レンズの焦点範囲における非線形カー効果によるレーザー光線の自己集束によるフィラメント化であってもよく、その機構は、例えば国際公開第２０１２／００６７３６号パンフレット（ＷＯ２０１２／００６７３６Ａ２）に記載されている。しかしながら、その代わりに、またはそれに加えて、例えばＡｘｉｋｏｎまたは球面収差を有するレンズのような特別な光学系によっても線状の焦点領域を生成することができ、それに沿って多光子吸収プロセスを狙い通りに引き起こすことができる。そのような光学系は、例えば仏国特許出願公開第２９８９２９４号明細書（ＦＲ２９８９２９４Ａ１）、韓国特許出願公開第２０１４００７２４４８号明細書（ＫＲ２０１４００７２４４８Ａ）、または米国特許出願公開第２０１２／０２３４８０７号明細書（ＵＳ２０１２／０２３４８０７Ａ１）に記載されている。線焦点の生成のための光学系の使用は、カー集束およびプラズマ発散の間の脆弱な釣り合いを顧慮する必要がないため、実際により均一な材料の損傷部を作製することができるという利点を有する。また１つの光学系により材料中の強度分布とともに、線状の損傷部の長さも狙い通りに調整することができる。

一般的に、進行の様式および方式とは無関係に、前記の並んで配置されるフィラメント形状の損傷部が１マイクロメートル〜１５マイクロメートルの範囲の、好ましくは２マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲の中心間距離を有するように、超短パルスレーザー１０の繰り返し率ならびに前記パルス化されたレーザー光線および前記ガラス部材もしくはガラスセラミック部材２の表面の互いに相対的な移動における進行速度を調整することが有利である。この距離は、迅速なプロセス速度において、ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３を、さらに簡単かつ確実に取り出すことができることを保証する。

長いフィラメント形状の損傷部の作製のために特に有利であるのは、一般に、超短パルスレーザー１０のバーストモードでの動作である。この動作モードでは、レーザーパルス８は、シングルパルスとして放出されずに、パルス群の形で放出される。これらのパルス群はバーストと呼ばれる。したがって、本発明の発展形態では、バーストまたはパルス群の形の時間的に連続して続くレーザーパルスの放出の形でレーザー１０の動作が規定されており、その際、好ましくはこのバーストの各々が、フィラメント形状の損傷部６のそれぞれ１つを生成する。

そのようなパルス群は、一般的に、通常の単発の動作でのシングルパルスよりも幾らかより大きなエネルギーを有する。しかしながら、バーストのパルス自身は、シングルパルスよりも明らかに低いエネルギーを有する。さらに典型的には、バースト内のパルスのパルスエネルギーは減少する。特定のレーザーにおいて、バースト内のパルスのエネルギー分布を調整することができる。したがって、バーストモードは、１つのパルス群内のパルスの時間間隔が２つのパルス群の間の時間間隔よりも小さく、かつ１つのパルス群内のパルスのパルスエネルギーがパルス毎に減少するパルス群を、レーザーが放出するというように特徴付けることができる。

本発明による適切なレーザー源は、好ましくは１０６４±５ナノメートルの波長を有するネオジムドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザーであるが、その波長は５３２±５ナノメートルまたは３５５±５ナノメートルであってもよい。レーザー源は、好ましくは、５ｋＨｚから２００ｋＨｚの間の、有利には１０ｋＨｚから１５０ｋＨｚの間の、さらに特に有利には３０ｋＨｚから１１０ｋＨｚの間の反復率で動作する。走査速度は、反復率に依存して、好ましくは隣り合ったフィラメント形状の損傷部の距離が、２マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲にあるように選択することができる。

本発明の実施形態によれば、特に異なる速度の場合にもできる限り変わらない距離を達成するために、シングルパルスまたはバーストの形態におけるレーザーパルスの反復率が、レーザーとガラス部材またはガラスセラミック部材との間の相対速度に依存して適合される動作モードも特に有利である。したがってその適合は、特にまたより高い進行速度の場合により高い反復率が調整されるように行われる。

この場合に、この実施形態の発展形態によれば、真っ直ぐな区間は、例えば湾曲した区間域よりも高い反復率（および速度）で削り取られることが規定される。それにより、複雑な形状も高い精度で、しかしながら特に高い平均速度でも実現することができる。

その場合に、レーザーインパルスの適切なパルス時間は、１００ピコ秒未満の範囲であり、有利には２０ピコ秒未満である。前記パルス時間は、１ピコ秒未満であってもよい。その場合に、レーザー源の一般的な出力は、特に好ましくは４０ワット〜２００ワットの範囲である。フィラメント形状の損傷部を達成するためには、本発明の有利な発展形態によれば、２００マイクロジュールを上回るバーストにおけるパルスエネルギー、さらに有利には５００マイクロジュールを上回る全バーストエネルギーが使用される。

有利には、約１０ワット〜２００ワットの範囲の出力を有するレーザー１０が使用される。

ガラスまたはガラスセラミック２に与えられるレーザーエネルギーは、特にバーストの形態のレーザーパルスの場合に、レーザーパルスにつき＞３００μＪ、有利には＞４００μＪ、さらに特に有利には＞５００μＪである。

バーストモードでのレーザー１０の動作の場合に、反復率は、バーストの放出の繰り返し率である。前記パルス時間は、レーザーがシングルパルス動作またはバーストモードで動作するかどうかとは実質的に無関係である。バースト内のパルスは、一般的にシングルパルス動作におけるパルスに類似したパルス長さを有する。

フィラメント形状の損傷部６は、光伝播に従って表面から材料中にまで、つまり相対する側面に向かう方向で延びている。前記損傷部６の導入が終わり、それらの損傷部がいわば予定された分離線４の下に延びている並んで配置されたフィラメントからなるカーテンを形成するか、またはそれらの損傷部が体積内にある面上に存在する場合に、引き続いて、その製造されるべきガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３を取り出すことができる。

図２は、ベッセルビームの生成のための光学要素９によるレーザーパルス８の光路を図示している。ベッセルビームにより、長さｄの線焦点が達成され、それに沿ってほぼ変わらない光強度が光軸の範囲内に存在する。光路は、図２の描写においては左から右へと進行する。符号８２により、光学要素に衝突する前のレーザーパルス８の空間的強度プロフィールが示されている。レーザーパルス８は、一般的にガウス形状の強度プロフィールを有する。光学要素を通過した後に、空間強度プロフィール８４が、極めて強く高められた強度を伴うベッセルビームの形態で光軸上に形成される。この強度プロフィールは、区間ｄに沿って実質的に保持される。それに応じて、光学要素９は、線焦点への集束をもたらす。そのような集束を得るために、特に光学要素９としてＡｘｉｋｏｎが適している。

一般的に、記載された実施例に限定されるものではないが、ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の取り出しのための分離線４での分離は、該分離線に沿ったガラス部材またはガラスセラミック部材２の局所加熱により行うことができるか、または少なくとも促進することができる。そのためには、レーザー光線による加熱が特に適している。レーザーによるこの分離工程が、図３に示されている。局所加熱は、ＣＯ₂レーザーのレーザー光線１１０を、ガラス部材またはガラスセラミック部材２の側面２５上の分離線４に沿って再び案内することにより実施される。フィラメント形状の損傷部の導入の工程の場合と同じ移動機構を使用することが考えられる。したがって、図３に示される実施例では、図１からの装置に相応して同様にレーザーは定位置で保持され、ガラス部材またはガラスセラミック部材２がＸＹテーブル１７により移動される。この移動機構はもちろん例示的なものに過ぎない。レーザー光線の衝突点とガラス部材またはガラスセラミック部材２との間の相対移動は不可欠である。局所加熱によって、フィラメント形状の損傷部６がある面に沿った裂け目１１１の形成と、取り出されるべきガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の周囲の材料からの分離とをもたらす機械的応力が発生される。

図４は、取り出された平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３を示す。該ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３は、２つの相対する側面２５、２６、ならびに周囲を取り巻く端面表面２４を有する。該エレメント３の厚さは、好ましくは１ミリメートル〜２０ミリメートルの範囲にあり、特に有利には５ミリメートル〜１５ミリメートルの範囲にある。前記端面表面においては、依然としてレーザー構造が、例えばフィラメント形状の損傷部６の形で認識可能である。該フィラメント形状の損傷部は、それらの長手方向で、一方の側面２５から相対する側面２６への方向に延びている。レーザーパルス８の入射が側面２５に対して垂直である場合に、フィラメント形状の損傷部の長手方向は、相応して側面２５の表面垂線の方向にある。

従来の分離法に対して、この方法は高精度の利点を有する。ここで４ｍｍのガラス部材またはガラスセラミック部材の厚さの場合には従来のスクライブ破断により、例えば０．６ｍｍの許容差が保たれる。予定された正確な寸法は、その後に適切な程度まで研削することにより得られる。その場合、削り落とすためには１面あたり１ｍｍ〜２ｍｍ、例えば１．３ｍｍの送りが必要となる。ガラス部材またはガラスセラミック部材の厚さが大きくなるにつれ、切断時の不正確さがさらに増大する。相応してより大きな許容差が考慮されるべきである。

それに対して本発明による方法では、せいぜい、製造されるべきエレメントの輪郭が、超短パルスレーザーによる加工工程の経過において削り取りが不可能である場合には、ガラス部材またはガラスセラミック部材の取り付けの際に不正確さが生じ得るにすぎない。そのような不正確さは、一般的に０．２ｍｍ未満、有利には０．１ｍｍ未満、特に有利には０．０５ｍｍ未満の範囲で変動する。

しかしながら、本発明によれば、端面加工は、ガラス部材またはガラスセラミック部材３の取り出しではまだ完結しない。さらに機械的な微細加工が行われる。しかしながら、この微細加工は、好ましくは外側の寸法がもはや小さくならないように行われる。いずれにせよ、分離の際に形成されるガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の端面表面２４は部分的に研削によって、該端面表面２４が、フィラメント形状の損傷部の導入および分離により生成される少なくとも１つの帯状の領域と、相接している研削によりさらに加工された帯状の領域とを有するように加工される。

図５は、先に説明されたさらなる端面加工に際してのガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３を示す。端面表面２４から側面２５、２６の間の移行部のエッジ２７、２８は、依然として鋭角であり、相応して傷つきやすい。ここで、これらをより衝撃に強くするために、端面表面のプロフィールをエッジ研削により変化させる。そのためには、側面２５、２６に相接している帯状の領域２４２、２４４を研削により加工することで、エッジ２７、２８は面取りされる。図５に示される実施例の場合に、端面表面２４の帯状の領域２４２、２４４の研削は、２つの回転する研削ヘッド１４、１５を備える研削装置１３により実施される。該研削装置１３は、書き込まれた矢印に沿って端面表面２４に接して寸動され、エッジ２７、２８を含めて領域２４２、２４４は、斜めに削られる。

一般的に、その研削により、端面表面２４から相接している側面２５、２６までの移行部をなすファセット面を生成することができる。有利には、図５に示される実施例がその場合であるように、少なくとも１つのファセット面２０、２１が側面２５、２６の各々のエッジで削り出される。

図６は、両側のファセット面２４２、２４４を有する、加工が終わったガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３を示している。ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の端面表面２４は、今や上記の製造に基づいて、研削面により形成されている、少なくとも１つの第１の長く延びた帯状の端面領域２４０と、少なくとも１つの第２の長く延びた帯状の端面領域、ここでは２つの端面領域２４２、２４４を有している。これらの端面領域２４０、２４２、２４４は、長手方向で端面表面２４の長手方向に沿って延在している。その場合に、第１の端面領域２４０は、レーザー加工により導入された、等間隔で平行に並んだ細長いフィラメント形状の損傷部６を有する。損傷部の長手方向は、側面２５、２６に対して横断して、好ましくはそれに対して垂直に、かつ第１の端面領域２４０の表面に沿って延びている。前記ガラス部材またはガラスセラミック部材３は、フィラメント形状の損傷部６のところで分離されたので、これらの損傷部は、第１の端面領域２４０の表面に、特に溝状の細長い窪みとして存在していてよい。

図７は、先に記載された実施形態を明確に示すために、上記のように加工されたファセット面を有するガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の断面形状を示している。端面表面２４は、第１の端面領域２４０により形成され、その際、側面２５、２６との移行部は、それぞれ幅の狭いファセット面２０、２１として形成された第２の端面領域２４２、２４４によって形成される。第２の端面領域２４２、２４４の傾きは、それぞれ第１の端面領域２４０の傾きと、相接している側面２５または２６の傾きとの間にある。そのうえ、垂線の方向に関しても同じことが当てはまる。したがって、ここで第２の端面領域２４２、２４４は、それぞれ１つのファセット面２０、２１を形成し、それらの垂線方向は、第１の端面領域２４０の垂線と、それらのファセット面に相接している側面２５、２６の垂線との間にある。

図８は、本発明のさらなる実施形態を示している。この実施形態では、第１の端面領域２４０および第２の端面領域２４２、２４４によりＣ字形状の端面表面が得られる。本発明のこの実施形態による平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント３の場合には、端面表面２４は、特に少なくとも部分的に、２つの湾曲して延在している第２の端面領域２４２、２４４の間に第１の端面領域２４０が延在しているＣ字型輪郭を有している。

図８に示される実施例の場合のように、ここでも第２の端面領域２４２、２４４は、第１の端面領域２４０を取り囲み、第１の端面領域２４０から側面２５または２６への移行部を形成している。直線の光伝播により、本発明のもう１つの実施形態の場合のように第１の端面領域２４０は、その断面において直線に延在している。第２の端面領域２４２、２４４の表面の湾曲により、該表面の傾きは、第１の端面領域の方向でも側面の方向でも、これらの相接している表面領域の傾きに近づいていく。しかしながら、その場合に、前記移行部に依然としてエッジが存在していることは排除されない。Ｃ字状研削面は、エッジの破損に対して特に抵抗性がある。図７および図８による実施例を互いに組み合わせることができることは当業者には自明である。一方では、周囲を取り巻く端面が、Ｃ字状研削面を有する区分と、ファセット面を有する区分とを有していてもよい。また、一方の側面側に図７のようなファセット面が設けられ、相対する側にＣ字状研削面の面取りされた端面領域が設けられてもよい。最後に、両方の側面側で、面取りされた端面領域に加えてファセット面が存在してもよい。

以下で、本発明による方法と、従来の方法とを、ガラス部材またはガラスセラミック部材２の切断について比較する。基材としては、両方の実施例において、８ｍｍの厚さを有するソーダ石灰板ガラスを用いた。従来の加工においては、ダイアモンドスクライブホイールでスクライブし、次いで破断によりガラスエレメントを取り出した。Ｃ字状研削面の導入は、２工程において、粒度Ｄ１２１および８ｍ／分の進行で、次いで粒度Ｄ７６および５ｍ／分の進行で行った。

本発明によれば、板ガラスを、１０６４ｎｍの波長、１００ｋＨｚの繰り返し率、および４つのバーストからなるレーザーパルスを有するピコ秒レーザーによって穿孔した。穿孔間隔、つまり隣り合ったフィラメント形状の損傷部の間の中心間距離は５μｍであった。分離は、分離線をＣＯ₂レーザーのレーザー光線でたどり直すことで行った。レーザースポットは８ｍｍの直径を有しており、レーザー出力は２６０Ｗであった。Ｃ字状研削面の湾曲した端面領域は、粒度Ｄ７６および１２．５ｍ／分の進行による１回の研削により導入された。端面の経路は、スクライブ破断の場合よりも正確に与えられており、端面から側面に向かう湾曲した移行領域を得なければならないだけなので、従来の加工方法に対して単独の研削工程で十分である。さらに、その研削はより高い進行速度で行うことができる。一般的に、図面に示されるような特定の実施例に制限されることなく、つまり本発明による方法に関しては、研削に際しての進行速度は、研削装置１３と前記ガラス部材またはガラスセラミック部材２の表面との間の相対移動において、毎分５メートルから毎分４０メートルまでの、特に有利には毎分２０メートルまでの範囲が好ましい。

図９は、本発明により製造された、つまりフィラメント化により事前分離され、引き続き研削された端面の顕微鏡写真を示す。この写真においては、領域２４２において斜めに延びる研削筋を確認することができるが、それらの研削筋はフィラメント化により製造された帯状の端面領域２４０では見られない。しかしながら、該顕微鏡写真は、両方の領域の粗さは同様であることを示している。したがって、視覚的にも触覚的にも、異なる加工がなされた端面領域はほぼ区別することはできない。フィラメント形状の損傷部は、図９に示される写真を拡大しても認識することはできない。

１ レーザー加工装置、 ２ ガラス部材またはガラスセラミック部材、 ３ ガラス部材またはガラスセラミック部材２から取り出されたガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント、 ４ 分離線、 ６ フィラメント形状の損傷部、 ８ レーザーパルス、 ９ 光学要素、 １０ 超短パルスレーザー、 １１ ＣＯ₂レーザー、 １３ 研削装置、 １４、１５ 研削ヘッド、 １７ ＸＹテーブル、 ２０、２１ ファセット面、 ２４ 端面表面、 ２５，２６ 側面、 ２７、２８ エッジ、 ８０ 表面２０上のレーザーパルス８の衝突点、 ８２ 集束前のレーザーパルス８の空間強度プロフィール、 ８４ 集束後のレーザーパルスの空間強度プロフィール、 １１０ １０のレーザー光線、 １１１ 裂け目、 ２４０ フィラメント化により加工された帯状の領域、 ２４２、２４４ 研削により後加工された帯状の領域

Claims (14)

1. 高い精度と、減少した研削体積とを伴う、平坦なガラス部材またはガラスセラミック部材（２）からガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）を製造する方法であって、
   − １本の分離線（４）に沿って並んでいるフィラメント形状の損傷部（６）が、前記ガラス部材またはガラスセラミック部材（２）の内部に作製され、
   − 前記損傷部は、超短パルスレーザー（１０）のレーザーパルス（８）により作製され、ここで、前記ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（２）の材料は、前記レーザーパルス（８）に対して少なくとも部分的に透過性であるので、レーザー光線はそのガラスまたはガラスセラミック中に入り込み、内部に前記損傷部を作製することができ、かつ
   − パルス化された前記レーザー光線および前記ガラス部材またはガラスセラミック部材（２）の表面は互いに相対的に移動され、こうして前記レーザーパルス（８）の前記ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（２）の表面（２０）への衝突点（８０）は、前記分離線（４）に沿って並んで繋がり、かつ
   − 前記分離線（４）に沿って並んで配置された前記フィラメント形状の損傷部（６）の導入後に、前記分離線（４）での分離により、前記ガラスエレメントもしくはガラスセラミックエレメント（３）が取り出され、かつ
   − 前記分離に際して形成される前記ガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）の端面表面（２４）は、部分的に研削により加工され、こうして前記端面表面（２４）は、前記フィラメント形状の損傷部の導入および分離により作製された少なくとも１つの帯状の領域（２４０）と、研削によりさらに加工された少なくとも１つの、相接している帯状の領域（２４２）とを有し、前記帯状の領域（２４０）は、平行に並んで延在している細長いフィラメント形状の損傷部を有し、前記損傷部の長手方向は、側面（２５，２６）に対して横断して延びている、製造方法。
2. 前記側面（２５，２６）に相接している帯状の領域（２４２，２４４）を研削により加工することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記端面表面（２４）から相接している前記側面（２５，２６）までの移行部をなすファセット面が前記研削により作製されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 前記分離線（４）での分離は、前記分離線に沿ったガラス部材またはガラスセラミック部材（２）の局所加熱により、好ましくはレーザー光線を用いて行われるか、または促進されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記超短パルスレーザー（１０）の繰り返し率ならびに前記パルス化されたレーザー光線および前記ガラス部材もしくはガラスセラミック部材（２）の表面の互いに相対的な移動における進行速度を、前記並んで配置されたフィラメント形状の損傷部が１マイクロメートル〜１５マイクロメートルの範囲の、好ましくは２マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲の中心間距離を有するように調整することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記研削に際しての進行速度は、研削装置（１３）と前記ガラス部材またはガラスセラミック部材（２）の表面との間の相対移動において、毎分５メートルから毎分４０メートルまでの範囲で、特に有利には毎分２０メートルまでの範囲で調整されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記超短パルスレーザー（１０）は、レーザーパルス（８）がパルス群の形で放出されるバーストモードであることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記レーザーパルス（８）の反復率は、前記超短パルスレーザー（１０）とガラス部材またはガラスセラミック部材（２）との間の相対速度に依存して適合されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記ガラス部材またはガラスセラミック部材（２）において、前記レーザーパルス（８）につき３００μＪ超、有利には４００μＪ超、さらに特に有利には５００μＪ超が与えられることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. ２つの相対する側面（２５，２６）と、前記側面（２５，２６）の両方を結ぶ端面表面（２４）とを有し、前記端面表面（２４）は、長く延びた帯状の、少なくとも１つの第１の端面領域（２４０）と、研削により形成されている細長い帯状の、少なくとも１つの第２の端面領域（２４２，２４４）とを含む平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）であって、これらの端面領域は、長手方向で前記端面表面（２４）に沿って、かつ前記側面（２５，２６）に沿って延在しており、前記第１の端面領域（２４０）は、特に等間隔で平行に並んでいる細長いフィラメント形状の損傷部（６）を有し、前記損傷部の長手方向は、前記側面（２５，２６）に対して横断して、かつ前記第１の端面領域（２４０）の表面に沿って延びている、平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）。
11. 前記端面表面（２４）は、２つの第２の端面領域（２４２，２４４）を有し、前記第２の端面領域の各々は、前記側面（２５，２６）の一方と相接しており、かつ前記第２の端面領域の間に前記第１の端面領域（２４０）が延在していることを特徴とする、請求項１０記載の平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）。
12. 厚さが、１ミリメートル〜２０ミリメートルの範囲、特に有利には２ミリメートル〜１５ミリメートルの範囲、さらに特に有利には３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項１０または１１記載の平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）。
13. 前記端面表面（２４）は、少なくとも部分的に、２つの湾曲して延在している第２の端面領域（２４２，２４４）の間に第１の端面領域（２４０）が延在しているＣ字型輪郭を有していることを特徴とする、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）。
14. 前記第２の端面領域（２４２，２４４）は、それぞれ１つのファセット面（２０，２１）を形成し、前記ファセット面の垂線方向は、第１の端面領域（２４０）の垂線と、前記ファセット面に相接している側面（２５，２６）の垂線との間にあることを特徴とする、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の平坦なガラスエレメントまたはガラスセラミックエレメント（３）。

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