JPWO2011162392A1 - 割断方法および割断装置 - Google Patents

Abstract

簡単な構成で被加工板を精度良く割断することができる割断方法などを提供すること。被加工板１０の表面１１に形成されたスクライブ線１２の少なくとも一部に沿ってレーザ光１００の照射領域１０１を相対的に移動させることで、照射領域１０１よりも前方で、スクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させて被加工板１０を割断する割断方法であって、レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させる。

Description

本発明は、割断方法および割断装置に関する。

被加工板（ガラス板などの脆性板）の代表的な割断方法として、被加工板の表面にスクライブ線を加工したうえで、曲げ応力を加え、スクライブ線に沿って被加工板を割断する方法が知られている。この方法では、曲げ応力を加える際などに割断面同士が擦れるので、カレット（ガラス屑）が大量に発生し、また、割断面の品質が低下する虞がある。また、この方法では、スクライブ線の形状によっては、曲げ応力を加えること自体が難しい。

この問題を解決するため、日本特許第３０２７７６８号公報では、被加工板の表面に形成されたスクライブ線に沿ってレーザ光の照射領域を移動させると共に、その照射領域の後方に冷却源を追従させて移動させることにより、被加工板を熱応力によって割断する割断方法が検討されている。この割断方法では、レーザ光の照射領域において、レーザ光の一部が熱として被加工板に吸収され、温度が周囲に比べて高温になるので、熱膨張により圧縮応力が作用する。一方、レーザ光の照射領域の後方には、冷却源から冷却ガスが吹き付けられ、温度が周囲に比べて低温になるので、スクライブ線と直交する方向に引張応力が作用し、亀裂が形成される。亀裂の先端は、レーザ光の照射領域に追従して移動する。

日本特許第３０２７７６８号公報

しかしながら、従来の割断方法では、冷却源、冷却源を移動させる移動装置、移動装置を制御する制御装置などが必要になるので、割断装置が複雑化する。また、従来の割断方法では、加熱から冷却までの間にタイムラグがあるので、熱応力の発生範囲が広範になる。その結果、被加工板の面内方向や厚さ方向における熱応力バランスが崩れ、割断精度が低下する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で被加工板を精度良く割断することができる割断方法および割断装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明の割断方法は、
脆性材料で形成される被加工板にレーザ光を照射して前記被加工板を割断する割断方法であって、
前記被加工板の表面に予め形成されたスクライブ線の少なくとも一部に沿って前記レーザ光の照射領域を前記被加工板に対して相対的に移動させ、
前記スクライブ線から前記照射領域よりも前方で亀裂を伸展させ、
前記レーザ光の照射強度を波状に時間変化させることを特徴とする。

また、上記目的を解決するため、本発明の割断装置は、
脆性材料で形成される被加工板にレーザ光を照射して前記被加工板を割断する割断装置であって、
前記被加工板を支持するステージと、前記レーザ光を出射する光源と、前記被加工板の表面における前記レーザ光の照射領域を移動させる制御装置とを備え、
前記制御装置が前記表面に予め形成されたスクライブ線の少なくとも一部に沿って前記レーザ光の照射領域を前記被加工板に対して相対的に移動させ、前記スクライブ線から前記照射領域よりも前方で亀裂を伸展させ、
前記制御装置は、前記レーザ光の照射強度を波状に時間変化させることを特徴とする。

本発明によれば、レーザ光の照射領域の後方に冷却源を設けることなく、簡単な構成で被加工板を精度良く割断することができる割断方法および割断装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態における割断装置の側面図である。 レーザ光１００と照射領域１０１との関係を示す説明図である。 ガラス板１０の平面方向からの斜視図である。 図３の変形例の図である。 割断装置２０を用いた割断方法の説明図（１）である。 割断装置２０を用いた割断方法の説明図（２）である。 レーザ光１００の照射強度の波形図である。 図７の変形例の図である。 レーザ光１００の照射位置と照射強度の関係を示す平面図である。 割断精度の評価方法の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、後述の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、後述の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。

例えば、後述の実施形態では、被加工板としてガラス板を用いるが、ガラス板の代わりに、シリコン基板などの金属板やセラミックス板などを用いても良い。

図１は、本発明の一実施形態における割断装置の側面図である。図２は、レーザ光１００と照射領域１０１との関係を示す説明図である。図３は、ガラス板１０の平面方向からの斜視図であって、スクライブ線１２の形状を示す図面である。

割断装置２０は、図１および図２に示すように、ガラス板１０を支持するステージ３０と、レーザ光１００を出射する光源４０と、ガラス板１０の表面１１におけるレーザ光１００の照射領域１０１および照射強度を制御する制御装置５０とを備える。

この割断装置２０では、詳しくは後述するが、ガラス板１０の表面１１に予め形成されたスクライブ線１２の少なくとも一部に沿って、レーザ光１００の照射領域１０１をガラス板１０に対して相対的に移動させることで、ガラス板１０を熱応力によって割断、すなわち切断することができる。

ガラス板１０を割断して得られる製品の用途は、特に限定されないが、例えば建築用窓ガラス、車両用窓ガラス、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用ガラス基板、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）用ガラス基板などが挙げられる。

ガラス板１０に使用されるガラスは、製品の用途に応じて適宜選定される。例えば、建築用窓ガラスや車両用窓ガラス、ＰＤＰ用ガラス基板には、ソーダライムガラスが用いられる。また、ＬＣＤ用ガラス基板には、無アルカリガラスが用いられる。

ガラス板１０の表面１１には、図３に示すように、スクライブ線１２が予め形成されている。スクライブ線１２は、例えば図３に示すように、直線状であって、その始端および終端がガラス板１０のエッジ１４またはその近傍にあって良い。

なお、本実施形態では、スクライブ線１２は直線状であるとしたが、その形状は特に限定されない。例えば図４に示すように、スクライブ線１２Ａは、曲線状であっても良く、その終端がスクライブ線１２Ａの途中と交差していても良い。

スクライブ線１２を形成する方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッターを用いる方法やレーザ光を用いる方法などがある。カッターを用いる場合、カッターの先端をガラス板１０の表面１１に押しつけながら移動させて、スクライブ線１２を形成する。この場合、摩擦によるチッピングの防止やスクライブ線を保護するため、切削油をガラス表面に塗布しても良い。また、レーザ光を用いる場合、ガラス板１０の表面１１にレーザ光を照射し、その照射領域を割断予定線に沿ってガラス板１０に対して相対的に移動させて、熱応力によってスクライブ線１２を形成する。

ステージ３０は、ガラス板１０の裏面１３を支持する。ステージ３０は、ガラス板１０の裏面１３の全面を支持しても良いし、裏面１３の一部を支持していても良い。ガラス板１０は、ステージ３０に吸着固定されても良いし、ステージ３０に粘着固定されても良い。

光源４０は、制御装置５０による制御下で、レーザ光１００を出射する光源である。光源４０は、レーザ光１００を連続発振するＣＷレーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ ｌａｓｅｒ）であっても良いし、レーザ光１００を断続発振するパルスレーザであっても良く、その発振方式に制限はない。

ＣＷレーザとしては、特に限定されないが、例えば高出力、高効率な半導体レーザが用いられる。例えば、Ａｌフリーで長寿命なＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ、９４０ｎｍ）が好適に用いられる。

光源４０とステージ３０との間の光路には、光源４０から出射されたレーザ光１００を集光する集光レンズ４４が設けられている。光源４０から出射されたレーザ光１００は、集光レンズ４４を介して、ガラス板１０の表面１１に入射する。

また、光源４０とステージ３０との間には、レーザ光１００の照射領域１０１の形状（以下、単に「レーザ光１００の照射形状」という）を規定するマスク４６が設けられていても良い。マスク４６は、開口部を有する薄板からなる。開口部の形状（ひいては、レーザ光１００の照射形状）は、特に限定されないが、例えば円形状や楕円形状、矩形状などがある。

これらの光源４０や集光レンズ４４、マスク４６は、一つの加工ヘッド７０に組み込まれている。加工ヘッド７０は、ステージ３０の上方に待機しており、制御装置５０による制御下で、ステージ３０の面内方向や上下方向に移動される。よって、レーザ光１００の照射領域１０１や集光位置１０２を移動することができる。

なお、本実施形態では、レーザ光１００の照射領域１０１などをガラス板１０に対して相対的に移動するため、加工ヘッド７０側を移動するとしたが、ステージ３０側を移動しても良いし、両側を移動しても良い。

制御装置５０は、マイクロコンピュータなどで構成される。制御装置５０は、レーザ光１００の照射領域１０１を移動させる移動制御部５１と、レーザ光１００の照射強度を制御する強度制御部５２とを備える。

移動制御部５１は、加工ヘッド７０の位置などを制御して、レーザ光１００の照射領域１０１を移動させる。強度制御部５２は、光源４０の出力などを制御して、レーザ光１００の照射強度を制御する。この制御装置５０は、以下で説明する割断装置２０の各種動作を制御する。

次に、上記構成の割断装置２０を用いた割断方法について、図５〜図６に基づいて説明する。図５〜図６は、図１の割断装置を用いた割断方法の説明図である。

図５に示すように、ガラス板１０を割断する際には、最初に、レーザ光１００をスクライブ線１２の始端またはその近傍に所定時間（例えば、０．１秒）照射する。そうすると、レーザ光１００の照射領域１０１では、温度が周囲に比べて高温になるので、熱膨張により圧縮応力が作用する。その反作用として、レーザ光１００の照射領域１０１の前方では、スクライブ線１２と直交する方向に引張応力が作用する。その結果、スクライブ線１２に沿って、ガラス板１０の割断を開始する側のエッジ１４からレーザ光１００の照射領域１０１の前方まで初期亀裂２００が形成される。この初期亀裂２００は、少なくともガラス板１０のエッジ１４およびその付近では、ガラス板１０を厚さ方向に貫通している。

続いて、図６に示すように、レーザ光１００の照射領域１０１をスクライブ線１２に沿ってガラス板１０に対して相対的に移動させ、照射領域１０１よりも「前方」で、スクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させる。亀裂２０２は初期亀裂２００の先端２０１から伸展して形成され、亀裂２０２の先端２０３は照射領域１０１よりも前方に位置している。

その後、レーザ光１００の照射領域１０１がスクライブ線１２の終端に近づくと、亀裂２０２がガラス板１０の終端のエッジ１４に達してガラス板１０を分断し、ガラス板１０の割断が終了する。

このように、本実施形態では、従来の一般的な割断方法で用いられる冷却源、冷却源を移動させる移動装置、移動装置を制御する制御装置などが不要であるので、割断装置を簡略化することができる。また、本実施形態では、スクライブ線１２の少なくとも一部に沿って照射領域１０１をガラス板１０に対して相対的に移動させることで、照射領域１０１よりも「前方」で、スクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させてガラス板１０を割断するので、熱応力の発生範囲が広範となるのを抑制することができる。よって、良好な割断精度を得ることができる。

なお、本実施形態では、レーザ光１００をスクライブ線１２の始端またはその近傍に所定時間照射して、初期亀裂２００を形成するとしたが、本発明はこれに限定されない。レーザ光１００の照射形状や照射強度を最適化することで、レーザ光１００の移動を停止させることなく、初期亀裂２００および亀裂２０２を形成することが可能である。

次に、レーザ光１００の好ましい条件について説明する。

レーザ光１００の波長は、ガラス板１０の物性や形状に応じて適宜設定される。例えば、ガラス板１０に使用されるガラスがソーダライムガラスである場合、レーザ光１００の波長は７９５〜１０３０ｎｍの範囲内の一つまたは複数の所定の波長であることが好ましい。１０３０ｎｍよりも長いと、高出力（例えば、１００Ｗ以上）の半導体レーザの作製が困難である。

また、レーザ光１００の波長が長すぎると、レーザ光１００の大部分がガラス板１０の表面１１近傍において熱として吸収される。その結果、ガラスは一般的に熱伝導率が低いので、ガラス板１０の表面１１が過熱され、ガラス板１０の内部が十分に高温にならない。従って、ガラス板１０の内部に十分な引張応力が発生せず、割断精度が低下する。

また、ガラス板１０の表面１１が過熱されると、スクライブ線１２を形成する際に用いた切削油が燃焼する。燃焼後の炭化物はレーザ光１００の大部分を吸収するので、ガラス板１０の表面１１の過熱をさらに促進する。

また、ガラス板１０の表面１１が過熱されると、スクライブ線１２を形成する際に生じたラテラルクラックを起点としてスクライブ線１２と交差する方向などにも亀裂が伸展するので、カレット（ガラス屑）が大量に発生したり、割断精度が低下する。

一方、レーザ光１００の波長が短すぎると、レーザ光１００の大部分がガラス板１０を透過するので、割断に十分な熱応力を得ることが難しい。

レーザ光１００の集光位置１０２は、ガラス板１０の表面１１を基準として、図２に示すように光源４０と反対側、または光源４０側にずれていることが好ましい。すなわち、集光レンズによって集光されたレーザ光の焦点が、ガラス板１０の上方（光源４０側）、またはガラス板１０の下方（光源４０の反対側）に位置するようにするのが好ましい。これによって、ガラス板１０の表面１１が過熱されるのを抑制することができる。

ところで、亀裂２０２は、照射領域１０１よりも「前方」で、スクライブ線１２から伸展されるので、例えばレーザ光１００の移動を停止させた状態では、レーザ光１００の照射時間が長くなるほど、亀裂２０２の先端２０３が前方に移動する。

そこで、本実施形態では、レーザ光１００の照射強度を波状に時間的に変化させている。これにより、レーザ光１００の照射領域１０１と亀裂２０２の先端２０３との間の間隔を短く設定することができ、亀裂２０２の先端２０３での熱応力分布を精度良く制御することができる。よって、良好な割断精度を得ることができる。

このレーザ光１００の照射強度を波状に時間的に変化させることによる効果は、スクライブ線１２がガラス板１０のエッジ１４付近に形成されている場合に特に顕著である。この場合、スクライブ線１２を挟んだ両側で熱容量が異なるので、熱応力バランスが崩れやすいからである。従って、本発明は、スクライブ線１２を挟んだ両側のガラスの幅Ｗ１、Ｗ２のうち、狭い方の幅（捨て代幅。すなわち、ガラス板を割断後、不要な部分として捨てられるガラス板のエッジ側部分の幅。）Ｗ１（図３参照）がガラスの板厚の４倍以下、例えばガラスの板厚が５ｍｍのときは２０ｍｍ以下である場合に特に好適である。捨て代幅Ｗ１が小さいほど、ガラス板１０の使用効率が高い。

ところで、亀裂２０２は、段階的に直線状に伸展する傾向がある。熱応力がある程度の値になると亀裂２０２が伸展し、亀裂２０２が伸展すると熱応力が解放されるからである。

レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させれば、亀裂２０２の伸展方向を徐々に進行させることが可能であるので、スクライブ線１２が曲線状部分を含んでいる場合に、高い割断精度を得ることができる。

レーザ光１００の照射強度は、例えば図７、図８に示すように、最大値と最小値との間で周期的に変化される。レーザ光の照射強度の波形は、種々のパターンが適宜選択され、特に限定されないが、例えば図７に示すパルス波、図８に示す三角波、または正弦波などの波形が挙げられる。

なお、本実施形態では、レーザ光１００の照射強度は、最大値と最小値との間で周期的に変化されるとしたが、その変化の形状、パターンに制限はない。例えば、変化の周期、最大値や最小値、およびデューティ比は、可変であっても良い。

照射強度の最大値や最小値は、ガラス板１０の物性や形状、スクライブ線１２の寸法形状、レーザ光１００の照射位置や照射面積、移動速度などに応じて設定される。最小値は、亀裂２０２が実質的に伸展しないように設定され、０（単位：Ｗ）であっても良い。

一方、最大値は、亀裂２０２が実質的に伸展するように設定される。また、最大値は、レーザ光１００の照射領域１０１におけるガラスの温度が、ガラスの徐冷点よりも低い温度（例えば、ソーダライムガラス板の場合には、約５５０℃以下の温度）になるように設定される。徐冷点以上の温度になると、ガラスが熱応力を緩和するように粘性流動するので、ガラス板１０を割断するのが難しい。

レーザ光１００の照射強度を波状に時間的に変化させる方法としては、レーザ光１００の光源４０としてパルスレーザを用いる方法の他、ＣＷレーザを用いる方法がある。ＣＷレーザを用いる場合、ＣＷレーザの出力を波状に時間変化させる。

レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させながら、レーザ光１００の照射領域１０１を連続的に移動させても良いし、断続的に移動させても良い。断続的に移動させる場合、移動を一時停止した後にレーザ光１００の光源４０の出力を上げ、移動を再開する前に出力を下げても良い。

図９は、レーザ光の照射位置と照射強度との関係を示す平面図である。図９では、レーザ光１００の照射強度を最大値および最小値のいずれかの値をとるようにパルス波状に変化させながら、レーザ光１００の照射領域１０１を連続的に移動させている。

まず、図９（ａ）では、レーザ光１００の照射強度を最小値から最大値に瞬間的に上げる。次いで、図９（ｂ）では、レーザ光１００の照射強度を最大値に持続しつつ、レーザ光１００の照射領域１０１を移動させる。この移動距離（以下、「強照射移動距離」という）をＡ（ｍｍ）とする。続いて、図９（ｃ）では、レーザ光１００の照射強度を最大値から最小値に瞬間的に下げる。次いで、図９（ｄ）では、レーザ光１００の照射強度を最小値に持続しつつ、レーザ光１００の照射領域１０１を移動させる。この移動距離（以下、「弱照射移動距離」という）をＢ（ｍｍ）とする。なお、上記した照射領域の移動距離とは、移動した照射領域の中心間の移動距離、あるいは移動した照射領域の前端同士間の移動距離、移動した照射領域の後端同士の移動距離、あるいは照射領域の予め設定した位置同士の移動距離を示す。
その後、図９（ｅ）では、図９（ａ）と同様に、レーザ光１００の照射強度を最小値から最大値に瞬間的に上げる。このようにして、図９（ａ）〜図９（ｄ）の動作を周期的に繰り返し行う。なお、図９（ｅ）に示すように、レーザ光１００の照射領域１０１について、その照射領域１０１の移動方向長さをＣ（ｍｍ）とし、その照射領域１０１の幅方向長さをＤ（ｍｍ）とする。図９に示した例は矩形状の照射領域を示してあるが、照射領域が楕円形状の場合は、移動方向の長軸、あるいは短軸の長さをＣ（ｍｍ）とし、幅方向の長さをＤ（ｍｍ）とする。照射領域が円形状、または長円形状の場合も同様である。

ここで、強照射移動距離Ａと弱照射移動距離Ｂとの比Ａ／Ｂは、０．２超から５未満の範囲内であることが望ましい。比Ａ／Ｂを０．２超とすることで、強照射移動距離Ａを十分に確保することができ、ガラス板１０を割断するのに十分な熱応力を得ることができる。一方、比Ａ／Ｂが５以上であると、強照射移動距離Ａが長すぎるので、レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させる効果が十分に得られない。比（Ａ／Ｂ）は、０．５〜４であることがより望ましく、１〜３であることがさらに望ましい。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、特段の定めがない限り、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用され、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。

なお、レーザ光１００の照射強度を三角波状や正弦波状などに変化させる場合、上記強照射移動距離Ａとして、１周期のうちで、照射強度を亀裂２０２の伸展可能な限界値Ｌ（図７および図８参照）以上に持続している間に照射領域１０１が移動する距離を用いる。また、上記弱照射移動距離Ｂとして、１周期のうちで、照射強度を限界値Ｌ未満に持続している間に照射領域１０１が移動する距離を用いる。

また、強照射移動距離Ａと移動方向長さＣとの比Ａ／Ｃは、０．５以上であることが好ましい。比Ａ／Ｃが０．５未満であると、移動方向長さＣが長すぎるので、強照射範囲１０３と弱照射範囲１０４とが重なる範囲が広すぎ、レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させる効果が十分に得られない。なお、比Ａ／Ｃは、特に限定されないが、例えば６以下であって良い。比Ａ／Ｃは、１〜４であることがより好ましく、１〜２であることがさらに好ましい。

さらに、弱照射移動距離Ｂと移動方向長さＣとの比Ｂ／Ｃは、０．２超から６未満の範囲内であることが望ましい。比Ｂ／Ｃを０．２超とすることで、弱照射移動距離Ｂを十分に確保することができ、レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させる効果を十分に得ることができる。一方、比Ｂ／Ｃが６以上であると、弱照射移動距離Ｂが長すぎるので、ガラス板１０を割断するのに十分な熱量を得ることが難しい。また、弱照射移動距離Ｂが長すぎると、レーザ光１００の照射領域１０１が亀裂２０２の先端２０３を追い越し、亀裂２０２が不連続になるので、割断精度が低下する。

レーザ光１００の照射強度を限界値Ｌ（図７および図８参照）以上に持続している継続時間Ｔ（図７および図８参照）は、０．００５〜１秒であることが好ましい。継続時間Ｔを０．００５秒以上とすることで、ガラス板１０を割断するのに十分な熱応力を得ることができる。一方、継続時間Ｔが１秒を超えると、亀裂２０２の先端２０３がレーザ光１００の照射領域１０１から離れすぎるので、亀裂２０２の先端２０３での熱応力分布を精度良く制御することが難しい。

レーザ光１００の照射強度が最大値になってから、次に最大値になるまでのレーザ光１００の照射領域１０１の移動距離Ｅ（Ｅ＝Ａ＋Ｂ）は、１０〜８０ｍｍであることが好ましい。移動距離Ｅを１０ｍｍ以上とすることで、割断の継続性と断面品質の安定性を得ることができる。一方、移動距離Ｅが８０ｍｍを超えると、レーザ光１００の照射領域１０１が亀裂２０２の先端２０３を追い越し、亀裂２０２が不連続になるので、割断精度が低下する。

以下に、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

（例１）
例１（実施例）では、図１および図２に示す割断装置を用いて、図３に示すスクライブ線１２が形成されたガラス板１０を、図５〜図７および図９に示す割断方法で割断した。ガラス板１０には車両用窓ガラス向けの緑色系のソーダライムガラスを使用し、ガラス板１０の形状は縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×厚さ５ｍｍの矩形状とした。

スクライブ線１２は、ダイヤモンドホイールカッターの先端（先端角１５５°）をガラス板１０の表面１１に９０Ｎの力で押しつけながら、１００ｍｍ／秒の移動速度で転動して形成した。このスクライブ線１２はガラス板１０の一辺に平行とし、スクライブ線１２を挟んだ両側のガラスの幅Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ１０ｍｍ、４９０ｍｍとした。

レーザ光１００の光源４０としては、ＣＷレーザを用いた。具体的には、半導体レーザ（レーザ光の波長：８０８ｎｍ）を用いた。この光源４０の出力を最大出力（３００Ｗ）および最小出力（１Ｗ）のいずれかの値をとるように周期的に変化させることで、レーザ光１００の照射強度を周期的に変化させた。

レーザ光１００の照射領域１０１は、スクライブ線１２に対して左右対称な矩形状とし、その移動方向長さＣを５ｍｍとし、その幅方向長さＤ（図９参照）を３ｍｍとした。また、レーザ光１００の移動速度は、２０ｍｍ／秒とした。

このようにして、レーザ光１００の照射強度をパルス波状に変化させながら、レーザ光１００の照射領域１０１を連続的に移動させることで、照射領域１０１よりも「前方」で、スクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させて、割断試験を行った。

（例２〜例６）
例２〜例６（実施例）では、光源４０の出力制御を変えて、強照射移動距離Ａおよび弱照射移動距離Ｂを変更した他は、例１と同様にして、割断試験を行った。

（例７）
例７（比較例）では、レーザ光１００の照射形状や移動速度、光源４０の出力を変更して、レーザ光１００の照射領域１０１よりも「後方」で、スクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させた他は、例１と同様にして、割断試験を行った。なお、レーザ光１００の照射形状は直径２ｍｍの円形状とし、レーザ光１００の移動速度は７０ｍｍ／秒とした。また、光源４０の出力は１２０Ｗで一定とした。

これらの割断試験の条件と結果を表１に示す。なお、結果は、割断の可否、および割断面の品質で評価した。割断できたものを○とし、割断できなかったものを×とした。割断面の品質は、図１０に示す割断面１５の傾きＳで評価した。傾きＳが０．３ｍｍ以下のものを◎とし、傾きＳが０．３ｍｍ超から０．５ｍｍ以下の範囲のものを○とし、傾きＳが０．５ｍｍ超から１．０ｍｍ以下の範囲のものを△とし、傾きＳが１．０ｍｍを超えるものを×とした。

表１から、レーザ光１００の照射領域１０１よりも「前方」でスクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させた場合、割断面の品質が良いことが分かる。また、レーザ光１００の照射強度を波状に時間変化させることで、割断面の品質が良くなることが分かる。

（例８）
例８（実施例）では、図１および図２に示す割断装置を用いて、図３に示すスクライブ線１２が形成されたガラス板１０を、図５〜図７および図９に示す割断方法で割断した。ガラス板１０には車両用窓ガラス向けの緑色系のソーダライムガラスを使用し、ガラス板１０の形状は縦５００ｍｍ×横５００ｍｍ×厚さ３．５ｍｍとした。

スクライブ線１２は、ダイヤモンドホイールカッターの先端（先端角１５５°）をガラス板１０の表面１１に９０Ｎの力で押しつけながら、１００ｍｍ／秒の移動速度で転動して形成した。このスクライブ線１２はガラス板１０の一辺に平行とし、スクライブ線１２を挟んだ両側のガラスの幅Ｗ１、Ｗ２をそれぞれ１０ｍｍ、４９０ｍｍとした。

レーザ光１００の光源４０としては、ＣＷレーザを用いた。具体的には、半導体レーザ（レーザ光の波長：８０８ｎｍ）を用いた。この光源４０の出力を最大出力（７００Ｗ）および最小出力（１Ｗ）のいずれかの値をとるように周期的に変化させることで、レーザ光１００の照射強度を周期的に変化させた。

レーザ光１００の照射領域１０１は、スクライブ線１２に対して左右対称な矩形状とし、その移動方向長さＣを５ｍｍとし、その幅方向長さＤ（図９参照）を５ｍｍとした。また、レーザ光１００の移動速度は、１００ｍｍ／秒とした。

このようにして、レーザ光１００の照射強度を矩形波状に変化させながら、レーザ光１００の照射領域１０１を連続的に移動させることで、照射領域１０１よりも「前方」で、スクライブ線１２から亀裂２０２を伸展させて、割断試験を行った。

（例９〜例２０）
例９〜例１８（実施例）、例１９〜例２０（比較例）では、光源４０の出力制御を変えて、強照射移動距離Ａおよび弱照射移動距離Ｂを変更した他は、例８と同様にして、割断試験を行った。

これらの割断試験の条件と結果を表２に示す。なお、結果は、割断の可否、および割断面の品質で評価した。割断できたものを○とし、割断できなかったものを×とした。割断面の品質は、図１０に示す割断面１５の傾きＳで評価した。傾きＳが０．３ｍｍ以下のものを◎とし、傾きＳが０．３ｍｍ超から０．５ｍｍ以下の範囲のものを○とし、傾きＳが０．５ｍｍ超から１．０ｍｍ以下の範囲のものを△とし、傾きＳが１．０ｍｍを超えるものを×とした。

表２から、比Ａ／Ｂを０．５超から５未満（好ましくは、３未満）の範囲とし、比Ａ／Ｃを０．５〜６の範囲とし、比Ｂ／Ｃを０．２超から６未満の範囲とすることで、割断面の品質が良くなることが分かる。なお、例１９および例２０では、弱照射移動距離Ｂが長すぎ、割断に十分な熱量をガラス板１０に与えることができなかった。

本発明によれば、レーザ光の照射領域の後方に冷却源を設けることなく、簡単な構成で被加工板を精度良く割断することができ、特にガラス板の割断において有用である。
なお、２０１０年６月２５日に出願された日本特許出願２０１０−１４５１４８号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。

１０ ガラス板（被加工板）
１１ 表面
１２ スクライブ線
１３ 裏面
１４ エッジ
１５ 割断面
２０ 割断装置
３０ ステージ
４０ 光源
５０ 制御装置
１００ レーザ光
１０１ 照射領域
１０２ 集光位置
２００ 初期亀裂
２０１ 初期亀裂の先端
２０２ 亀裂
２０３ 亀裂の先端

Claims (12)

1. 脆性材料で形成される被加工板にレーザ光を照射して前記被加工板を割断する割断方法であって、
   前記被加工板の表面に予め形成されたスクライブ線の少なくとも一部に沿って前記レーザ光の照射領域を前記被加工板に対して相対的に移動させ、
   前記スクライブ線から前記照射領域よりも前方で亀裂を伸展させ、
   前記レーザ光の照射強度を波状に時間変化させることを特徴とする割断方法。
2. 前記レーザ光の照射強度を周期的に変化させ、
   １周期のうちで、前記照射強度を前記亀裂の伸展可能な限界値以上に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＡ（ｍｍ）とし、前記照射強度を前記限界値未満に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＢ（ｍｍ）とすると、Ａ／Ｂが０．２超から５未満の範囲内である請求項１に記載の割断方法。
3. 前記レーザ光の照射強度を周期的に変化させ、
   １周期のうちで前記照射強度を前記亀裂の伸展可能な限界値以上に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＡ（ｍｍ）とし、前記照射領域の移動方向長さをＣ（ｍｍ）とすると、Ａ／Ｃが０．５〜６である請求項１または２に記載の割断方法。
4. 前記レーザ光の照射強度を周期的に変化させ、
   １周期のうちで前記照射強度を前記亀裂の伸展可能な限界値未満に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＢ（ｍｍ）とし、前記照射領域の移動方向長さをＣ（ｍｍ）とすると、Ｂ／Ｃが０．２超から６未満の範囲内である請求項１〜３のいずれか１項に記載の割断方法。
5. 前記レーザ光の照射強度を、パルス波、三角波、または正弦波の波状に周期的に時間変化させる請求項１〜４のいずれか１項に記載の割断方法。
6. 前記被加工板がガラス板である請求項１〜５のいずれか１項に記載の割断方法。
7. 脆性材料で形成される被加工板にレーザ光を照射して前記被加工板を割断する割断装置であって、
   前記被加工板を支持するステージと、前記レーザ光を出射する光源と、前記被加工板の表面における前記レーザ光の照射領域を移動させる制御装置とを備え、
   前記制御装置が前記表面に予め形成されたスクライブ線の少なくとも一部に沿って前記レーザ光の照射領域を前記被加工板に対して相対的に移動させ、前記スクライブ線から前記照射領域よりも前方で亀裂を伸展させ、
   前記制御装置は、前記レーザ光の照射強度を波状に時間変化させることを特徴とする割断装置。
8. 前記制御装置は、前記レーザ光の照射強度を周期的に変化させ、
   １周期のうちで、前記照射強度を前記亀裂の伸展可能な限界値以上に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＡ（ｍｍ）とし、前記照射強度を前記限界値未満に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＢ（ｍｍ）とすると、Ａ／Ｂが０．２超から５未満の範囲内である請求項７に記載の割断装置。
9. 前記制御装置は、前記レーザ光の照射強度を周期的に変化させ、
   １周期のうちで前記照射強度を前記亀裂の伸展可能な限界値以上に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＡ（ｍｍ）とし、前記照射領域の移動方向長さをＣ（ｍｍ）とすると、Ａ／Ｃが０．５〜６である請求項７または８に記載の割断装置。
10. 前記制御装置は、前記レーザ光の照射強度を周期的に変化させ、
    １周期のうちで前記照射強度を前記亀裂の伸展可能な限界値未満に持続している間に前記照射領域が移動する移動距離をＢ（ｍｍ）とし、前記照射領域の移動方向長さをＣ（ｍｍ）とすると、Ｂ／Ｃが０．２超から６未満の範囲内である請求項７〜９のいずれか１項に記載の割断装置。
11. 前記レーザ光の照射強度を、パルス波、三角波、または正弦波の波状に周期的に時間変化させる請求項７〜１０のいずれか１項に記載の割断装置。
12. 前記被加工板がガラス板である請求項７〜１１のいずれか１項に記載の割断装置。

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