TWI418434B

TWI418434B - Laser cutting device

Info

Publication number: TWI418434B
Application number: TW097125656A
Authority: TW
Inventors: Ryoji Koseki
Original assignee: Shibuya Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2013-12-11
Also published as: JP5187556B2; TW200918225A; KR20090040204A; JP2009102178A; CN101412577A

Description

雷射切斷裝置

本發明係關於雷射切斷裝置；詳言之，係關於對脆性材料照射雷射光並沿切斷預定線切斷脆性材料之雷射切斷裝置。

以往，對脆性材料照射雷射光並切斷之雷射切斷裝置為已知。此種習知之雷射切斷裝置中，可使對脆性材料之雷射光照射點沿切斷預定線形成為細長以加快加工速度。

且，習知之雷射切斷裝置中，雖於脆性材料之表面形成微小槽，並對該處照射雷射光，但對上述微小槽照射雷射光會大量產生微小加工屑。針對此點，有提案盡可能不對上述微小槽照射雷射光之雷射切斷裝置(例如專利文獻1)。

然而，上述專利文獻1之裝置中，由於係將雷射光分割為二後才對脆性材料照射，故需要2系統之光學零件。因此，上述專利文獻1之裝置有構成複雜且高價之缺點。

又，習知之雷射切斷裝置中，為使脆性材料之表面易於形成微小槽而於機械式刀具塗布少量燈油。在以如上述塗布有燈油之機械式刀具於脆性材料表面形成微小槽後，必須在切斷加工之後處理中除去附著於脆性材料表面之燈油，因此需要加工後之脆性材料洗淨作業或洗淨設備。

另一方面，如專利文獻2所提案，利用細長遮光板遮蔽雷射光之一部份之技術，由於在對脆性材料照射雷射光時能以雷射光除去附著於該脆性材料之表面之燈油，故不須切斷加工後之脆性材料洗淨作業。

專利文獻1：日本特開2001-151525號公報

專利文獻2：日本特開2001-212683號公報

然而，專利文獻2之切斷裝置中，若使用圓柱透鏡做為將雷射光之照射點細長化之聚光透鏡，必須使該圓柱透鏡之凸面之頂部之長邊方向與上述遮光板之安裝方向一致。因此專利文獻2之切斷裝置中，組裝調整時之圓柱透鏡與遮光板之位置調整作業極煩雜。

有鑑於上述狀況，本發明係於具備將雷射光之剖面形狀成形為既定形狀後照射於脆性材料之雷射光照射手段、使雷射光與脆性材料相對移動以使雷射光之照射點沿設定於該脆性材料之切斷預定線移動之移動手段，沿上述切斷預定線切斷脆性材料之雷射切斷裝置中，上述雷射光照射手段具備雷射光可穿透之聚光透鏡，此聚光透鏡具備使雷射光擴散之擴散區域，在上述移動手段使雷射光之照射點沿上述切斷預定線移動時，係使該照射點中之對應上述擴散區域之位置在上述脆性材料之切斷預定線上移動。

利用上述構成，可使用比習知簡略之構成之雷射光照射手段，抑制對脆性材料照射雷射光進行切斷加工時之切屑之產生。此外，組裝雷射切斷裝置之構成構件時之調整作業亦較容易。

以下，基於圖式說明本發明之實施例，於圖1及圖2中，1為雷射切斷裝置，此雷射切斷裝置1係切斷例如玻璃板等脆性材料2以製造液晶顯示用面板之基板。

雷射切斷裝置1具備保持上述脆性材料2之加工台3、對脆性材料2照射雷射光L以切斷之第1、第2加工頭4、5、使該等第1、第2加工頭4、5相對於上述加工台3上之脆性材料2移動之移動手段6、振盪雷射光L之雷射振盪器7，該等係受未圖示之控制手段控制。

以下說明中，以圖1中之上下方向為X方向，以直交於此之左右方向為Y方向說明。

上述脆性材料2大致為長方形，在其長邊朝向X方向、短邊朝向Y方向之狀態下載置於上述加工台3。在本實施例中，沿設定於X方向之X方向切斷預定線Bx及設定於Y方向之Y方向切斷預定線By切斷脆性材料而分離為方形之製品部分2a與位於該製品部分2a之外周之不要部份2b。

於上述加工台3之表面穿設有未圖示之多數孔，於各孔連接有未圖示之氣體送排手段。以該氣體送排手段從該等孔吸引氣體將脆性材料2吸附保持於加工台3之表面。

上述移動手段6具備夾上述加工台3而設之2個軌構件6a、6a、可沿該軌構件6a、6a在X方向移動之2個可動軌6b、6b，上述第1、第2加工頭4、5分別可沿上述可動軌6b、6b在Y方向移動。

藉此，上述第1、第2加工頭4、5可於X方向與Y方向相對於脆性材料2移動。且，上述第1、第2加工頭4、5藉由上述移動手段6移動而沿X方向切斷預定線Bx及Y方向切斷預定線By切斷脆性材料2。

圖2為顯示上述第1加工頭4，以下說明第1加工頭4之構成。由於第2加工頭5具有與第1加工頭4相同之構成，故省略第2加工頭5之詳細說明。

亦即，第1加工頭4具備在脆性材料2之表面形成直線狀之劃線槽S之做為槽形成手段之機械式刀具11、將雷射光L之照射點形成為細長馬蹄形之聚光透鏡12、將上述機械式刀具11從上方往脆性材料2按壓之按壓手段13。

於第1加工頭4受移動手段6移動於X方向時之移動方向前方側配置有上述機械式刀具11，於移動方向後方側配置有聚光透鏡12。

機械式刀具11係形成為圓盤狀，其外周部分之剖面形狀大致為V字形。使此機械式刀具11之外周部抵接於脆性材料2之表面並以按壓手段13按壓。且，在此狀態下若第1加工頭4於X方向移動，機械式刀具11便會旋轉而在脆性材料2之表面往X方向形成微小劃線槽S。

按壓手段13係由使上述機械式刀具11升降之氣壓缸13a、對此氣壓缸13a供給加壓氣體之氣體供給手段13b、設於該等氣壓缸13a與氣體供給手段13b之調節器13c構成。

上述氣壓缸13a係將機械式刀具11保持為可於上下方向移動，且藉由透過上述調節器13c供給之氣壓以所需之按壓力將機械式刀具11按壓於脆性材料2之表面。

之後，從雷射振盪器7振盪出之雷射光L被反射鏡14反射後由聚光透鏡12聚光再照射於上述脆性材料2之劃線槽S。藉此，由雷射振盪器7、反射鏡14、聚光透鏡12構成雷射光照射手段。

本實施例中，在第1加工頭4藉由移動手段6在X方向移動時，上述機械式刀具11先沿X方向切斷預定線Bx移動，於上述脆性材料2形成微小劃線槽S，之後，追隨機械式刀具11移動之雷射光L被照射於上述微小劃線槽S(參考圖2、圖3)。

如上述對脆性材料2之劃線槽S照射雷射光L後，在脆性材料2之內部夾劃線槽S發生對稱熱應力。藉此，脆性材料2熱膨脹而從劃線槽S之大致V字形之底部發生龜裂，此龜裂延伸至脆性材料2之下端便使脆性材料2依X方向切斷預定線Bx被切斷(參考圖7)。

如上述，本實施例可藉由將做為雷射照射手段之聚光透鏡12之構成與其配置狀態如以下改良而能抑制切斷脆性材料2時微小切屑之產生。

亦即，如圖4或圖5所示，聚光透鏡12係由將呈圓形之雷射光L之剖面形狀成形為細長橢圓狀之圓板狀圓柱透鏡構成，其下面12A為平坦面，上面12B為中央部高於兩側之半圓狀凸面。

於此聚光透鏡12之上面12B之中央部通過軸心C於凸面之頂部之長邊方向(直徑方向)形成有直線狀之槽12C。此槽12C為上方側開口之剖面V字形，上方之開口部之寬度d係被設定為1~3 mm，深度被設定為0.1~1 mm。

槽12C之一端12C'雖到達外周面12D，但槽12C之另一端12C"並未到達外周面12D，位於其鄰接位置。

構成槽12C之底部之表面全域為形成有無數微小凹凸之粗面。此槽12C構成使雷射光L擴散之擴散區域。

又，藉由形成上述槽12C，聚光透鏡12之上面12B被區分為呈半圓形之左方透過區域12E、右方透過區域12F、在兩透過區域12E、12F間鄰接於槽12C之另一端12C"之外側之連接部12G。

上面12B之槽12C以外之區域與聚光透鏡12之下面12A被研磨為光滑，使該等場所能讓雷射光L完全透過。

聚光透鏡12之上述槽12為擴散區域，且，槽12C以外之區域，即，兩透過區域12E、12F及連接部12G為能讓雷射光L完全透過以聚光之透過區域。由於聚光透鏡12係構成為如上述，故剖面為圓形之雷射光L受反射鏡14從上方被導向聚光透鏡12，在透過之後，雷射光L之剖面形狀被成形為細長之大致馬蹄形。

又，如上述構成之聚光透鏡12係水平安裝於上述第1加工頭4。此外，此聚光透鏡12被安裝為上述槽12C之長邊方向與X方向切斷預定線Bx平行且上述連接部12G位於第1加工頭4之移動方向前方側。

又，在上述移動手段6使第1加工頭4沿X方向切斷預定線Bx移動時，聚光透鏡12之連接部12G與槽12C在沿X方向切斷預定線Bx並重疊之上方位置移動。

因此，在雷射光L被反射鏡14導向聚光透鏡12並透過後，雷射光L之剖面形狀形成為大致馬蹄形使對應於連接部12G之部分位於移動方向前方側，之後被照射於脆性材料。

之後，成為大致馬蹄形之雷射光L之照射點之對應於上述連接部12G與槽12C之位置重合於劃線槽S，對應於雙方之透過區域12E、12F之位置位於夾劃線槽S之兩側(參考圖3、圖6)。

在此狀態下，由於係以移動手段6於X方向移動第1加工頭4，故由機械式刀具11於X方向切斷預定線Bx上形成劃線槽S，並追隨該劃線槽S之形成照射雷射光L。藉此，由於龜裂從劃線槽S往厚度方向延伸，故可依X方向切斷預定線Bx切斷脆性材料2。

另外，由於第2加工頭5之構成與配置狀態與上述之第1加工頭4相同，故省略關於第2加工頭之詳細說明。

以下說明使用具有上述構成之雷射切斷裝置1之脆性材料2之切斷方法。

首先，雷射切斷裝置1以上述第1加工頭4依不與切斷線B交差之X方向切斷預定線Bx切斷脆性材料2。

亦即，機械式刀具11首先停止於脆性材料2之X方向切斷預定線Bx之延長線上離開脆性材料2之位置，此時機械式刀具11之下端部位於比脆性材料2之表面稍微下方之位置。又，第1加工頭4之聚光透鏡12之槽12C及連接部12G位於X方向切斷預定線Bx之延長線之上方位置。

從此狀態以移動手段6使第1加工頭4於X方向移動。藉此，機械式刀具11在第1加工頭4到達既定速度前之低速狀態下接觸脆性材料2，開始以該機械式刀具11從脆性材料2之表面之端部形成劃線槽S。另外，於機械式刀具11之外周部事先塗有燈油(煤油)，以使劃線槽S容易形成。

由於係在追隨機械式刀具11之雷射光L之照射點之位置即將到達脆性材料2之前從雷射振盪器7振盪雷射光，故該雷射光L在被反射鏡14反射後受聚光透鏡12將剖面成形為大致馬蹄形後從脆性材料2之端部開始照射。之後，移動手段6以既定加速度使第1加工頭於X方向加速，並在到達既定速度後在保持該速度之狀態下以定速度移動至X方向切斷預定線Bx之終端部附近(參考圖2、圖3)。

之後，第1加工頭4在X方向切斷預定線Bx之終端部附近減速，在雷射光L之照射點離開脆性材料2之後停止。

如上述使第1加工頭4於X方向移動後，雷射光L之照射點追隨上述機械式刀具11之後方移動，沿劃線槽S受雷射光L照射而使龜裂從劃線槽S之底部延伸，切斷脆性材料2(參考圖3、圖6)。

此時上述加工台3係維持負壓之發生，切斷脆性材料2所得之製品部分2a與不要部分2b便維持鄰接狀態被保持於加工台3上。在相鄰之製品部分2a與不要部分2b之間由上述龜裂形成切斷線B。

如上述依一方之X方向切斷預定線Bx進行脆性材料2之切斷後，第1加工頭由上述移動手段6移動至次一欲切斷之切斷預定線之始端部後，以與前述同樣之動作進行脆性材料2之切斷。

另一方面，亦以第2加工頭5進行與以第1加工頭之切斷同樣之脆性材料2之切斷，於各2條之X方向及Y方向之切斷預定線Bx、By之全部進行脆性材料2之切斷。

如上述，X方向及Y方向之脆性材料之切斷結束後，加工台3解除製品部分2a及不要部分2b之吸附保持，以未圖示之回收手段回收不要部分2b後，製品部分以未圖示之搬送手段搬送至後製程。

如上述，本實施例中，由於將聚光透鏡構成、配置如上述，故比起習知技術可簡化雷射光照射手段。又，由於在對脆性材料2照射雷射光L以切斷時，對應於聚光透鏡12之做為擴散區域之槽12C之部分係在劃線槽S上移動，故劃線槽部不會被過度加熱，可抑制從脆性材料2之劃線槽S產生切屑。且，由於不須使用聚光透鏡12以外之遮蔽雷射光L之遮光構件，故不需要如上述專利文獻2之遮光構件與聚光透鏡之位置調整作業。因此，組裝雷射切斷裝置1之構成構件時之調整作業較簡單。

此外，即使塗布於機械式刀具11之燈油附著於脆性材料2之表面，雷射光L之照射點之對應於連接部12G之位置被照射於劃線槽S。因此，附著於脆性材料2之表面之燈油會因雷射光而被蒸發去除。亦即，在脆性材料2之切斷加工後不必洗淨製品部分2a之表面，可省略習知技術中必要之洗淨流程或洗淨設備。

另外，上述實施例中，槽12C之剖面形狀雖形成為V字形，但亦可如圖8所示，槽12C之剖面形狀為半圓形。此外，亦可如圖9所示，於與聚光透鏡12之上面12B之上述槽12C對應之位置形成由多數凹凸構成之粗面，以取代形成上述槽。此外，亦可於與聚光透鏡12之上面12B之上述槽12C對應之位置使鎳或鉻等金屬蒸鍍，形成將照射於該處之雷射光反射擴散之擴散區域。

1‧‧‧雷射切斷裝置

2‧‧‧脆性材料

2a‧‧‧製品部分

2b‧‧‧不要部分

3‧‧‧加工台

4‧‧‧第1加工頭

5‧‧‧第2加工頭

6‧‧‧移動手段

6a‧‧‧軌構件

6b‧‧‧可動軌

7‧‧‧雷射振盪器

11‧‧‧機械式刀具

12‧‧‧聚光透鏡

12A‧‧‧下面

12B‧‧‧上面

12C‧‧‧槽

12C'‧‧‧一端

12C"‧‧‧另一端

12D‧‧‧外周面

12E‧‧‧穿透區域

12F‧‧‧穿透區域

12G‧‧‧連接部

13‧‧‧按壓手段

13a‧‧‧氣壓缸

13b‧‧‧氣體供給手段

13c‧‧‧調節器

14‧‧‧反射鏡

B‧‧‧切斷線

Bx‧‧‧X方向切斷預定線

By‧‧‧Y方向切斷預定線

C‧‧‧軸心

d‧‧‧寬度

h‧‧‧深度

L‧‧‧雷射光

S‧‧‧劃線槽

圖1為顯示本發明之一實施例之俯視圖。

圖2為顯示圖1所示之第1加工頭4之構成之圖。

圖3為顯示以圖2所示之第1加工頭4之加工流程之概略立體圖。

圖4為圖2所示之聚光透鏡12之立體圖。

圖5為圖4所示之聚光透鏡12之剖面圖。

圖6為顯示以第1加工頭4對脆性材料2之切斷加工中之機械式刀具11與雷射光L之位置關係之俯視圖。

圖7為顯示圖6中之脆性材料與雷射光L之關係之剖面圖。

圖8為本發明之另一實施例之聚光透鏡12之剖面圖。

圖9為本發明之另一實施例之聚光透鏡12之剖面圖。