JP4390937B2 - ガラス板分割方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスカッターホイールによるスクライブ後にレーザ照射してガラス板を分割する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、ガラス板１０１上にガラスカッターホイール１０２を移動させてスクライブ線１０３を形成し、そのスクライブ線１０３の直上にレーザによるビームスポット１０４を照射することでガラス板１０１を分割する加工工法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この加工工法においては以下の問題点があった。
▲１▼ガラスカッターホイール１０２の一般的なスクライブ速度が３００/mm(このときのスクライブ条件は後で示すものと同じ)であるのに対し、レーザ照射によるガラス板分割速度、つまりビームスポットの移動速度は、３０mm/sec以下に制限されるため、ガラス加工速度が著しく遅くなる。
▲２▼しかも分割したガラス板の端面の品質がよくない。
【０００４】
図２は、図１におけるラインａ−ａ'の断面からレーザスポットの進行方向と逆方向に見たときのガラス板内の発生応力を示している。ガラス板１０１を表面的に見れば、スクライブ線１０３を境として二つに分断されており、そのスクライブ線の直下にはガラス表面からガラスの厚み方向へ垂直クラックが発生している。そこにビームスポットが照射され、スクライブ線上のガラスがガラスの溶融点以下の温度で熱せられると、熱せられた領域は膨張しようとするが、ガラスが溶融しないため、その反力として、スクライブ線直下の垂直クラックを閉じようとする圧縮応力が生じる。そして、スポットが通り過ぎたのちガラスが常温へ戻る過程で、垂直クラックを進展させようとする応力が発生する。このようにスポットの移動に伴って、垂直クラックを閉じようとする圧縮の応力が発生した後に、進展させようとする応力が生じるため、全体として垂直クラックを進展させる速度が遅くなると思われる。
【０００５】
図３は、ガラス板１０１が分割された端面を示す。その端面一面にわたって筋状の模様(ハックルマーク１０６)が発生している。このハックルマーク１０６は局所的にそれぞれ発生した亀裂の進展方向が模様として表れたものである。このようなハックルマーク１０６が発生したものは分割面として良くないとガラス業界で認識されている。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、加工速度を向上でき、かつ加工端面の品質を改善したガラスの分割方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラスカッターホイールの移動によりガラス板表面にスクライブ線を形成し、そのスクライブ線に対しレーザを照射してガラス板を分割する方法において、
前記レーザを、前記スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、かつ先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させることを特徴とする。
【０００８】
上記ビームスポットの後方側のスクライブ線上を冷媒で冷却するか、ビームスポットの後方を冷媒で冷却すると、加工速度や加工品質が更に改善される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図４は本発明の第１の実施形態を示したガラス分割装置５０の正面図である。台座１は、当紙面と垂直方向のボールネジ２をモータ３により軸回転させることにより、２列のレール４，５に沿って紙面に垂直な(Ｙ)方向に移動する。その台座１の上面には、左右(Ｘ)方向にガイド６とモータ７により軸回転するボールネジ８が設けられている。そのボールネジ８は第２の台座９に設けたボールナット１０に螺合しており、これにより、モータ７が回転すると、台座９はガイド６に沿ってＸ方向に移動する。台座９上にはθ回転機構１１を介してテーブル１２が備えられ、そのテーブル１２上にはガラス基板１３が吸引固定される。
【００１０】
１４はレーザ発振部であり、ここで発振したレーザ光のビームは鏡筒部１５から支持ユニット１６へ導かれる。この支持ユニット１６には、鏡筒部１５の筒中心軸より右側下端に、カッターホイールチップ１７を回転自在に保持するチップホルダー１８が昇降自在に設けられる。
【００１１】
図５は、鏡筒部１５および支持ユニット１６内の光学系を示している。レーザ発振部１４よりの水平方向のビーム３１は鏡筒部１５内に位置するミラー３２により下方に導かれ、次いでビームエキスパンダ３３によって、所定径のビームに整形される。そのビームはミラー３４により、水平方向に向きを変えられ、支持ユニット１６内へ導かれる。
【００１２】
支持ユニット１６へ導かれたビームは、ビームスプリッタ３５によって、直進するビーム３１aと、水平方向に９０°方向を変えたビーム３１bとに二分される。ビーム３１bは、ミラー３６によって下方に向きが変えられ、その光路途中に設けた円柱レンズ３７によって、ガラス板１３上に楕円のビームスポット３８が形成される。
【００１３】
他方のビーム３１aはミラー３９により、水平方向に９０°方向が変えられ、そしてミラー４０によって下方に向きが変えられ、その光路途中に設けた円柱レンズ４１によって、ガラス板１３上に楕円のビームスポット４２が形成される。これらのビームスポット３８、４２は、カッターホイールチップ１７の後方(ガラス板１３の移動方向における下流側)にあり、かつ、このカッターホイールチップ１７によるスクライブ線Ｌの両側にそれぞれ位置する。
【００１４】
図４に戻り、ガラス基板１３に刻印されたアライメントマークを撮影するＣＣＤカメラ２０、２１で撮影されたアライメントマークは画像認識装置により、その位置が認識され、これにより、テーブル１２にセットしたガラス基板１３の位置ずれを知ることができる。２２、２３はＣＣＤカメラ２０、２１による撮影像を表示するモニターである。
【００１５】
図６は、ビームスポット３８および４２の大きさおよび位置関係を示した平面図である。各ビームスポットのサイズは、
短軸ａ：０．５mm〜１０mm
長軸ｂ：１０mm〜５０mm
両ビームスポット間の間隔ｃ1：０．５mm〜２０mm
の範囲が好ましい。尚、カッターホイールチップ１７とビームスポットとの距離は随意でよい。
【００１６】
スクライブ条件としては、
ガラス板の厚み：0.7t
刃先角度：１２５°
刃先荷重：１．４kgf
とし、ビームスポットをスクライブ速度に追従させて移動させたところ、その移動速度の上限は３００mm/secであり、このとき、ビームの照射によるガラス表面の温度はガラスの溶融点よりも低くする。このようにスクライブ線を対称に間隔を設けてビームスポットを照射しているため、スクライブ線直下の垂直クラックには、垂直クラックを進展させる応力が均等に作用する。そして一気にガラスを割断してしまうため、図１による分割加工法に比べると分割速度が速く、かつ分割端面に図３に示したようなハックルマークは生じない。
【００１７】
図６ではビームスポット３８、４２は、その長軸がスクライブ方向に平行であったが、円柱レンズ３７および４１を光軸に対して９０°向きを変えれば図７に示すように、短軸がスクライブ方向と平行なビームスポット３８a、４２aが得られ、この場合の両ビームスポット間の間隔ｃ2は、１０．５mm〜８０mmとなる。
【００１８】
又、円柱レンズの替わりに通常の集光レンズを用いれば図８に示す円形のビームスポット３８b、４２bが得られ、その場合のビーム径ｄは２mm〜２５mmでビームスポット間の間隔ｃ3は、２．５mm〜４５．５mmとなる。
【００１９】
図９は、スクライブ線Ｌを境として２対のビームスポットを形成するための光学系を示す。３６’、４０’をビームスプリッタとし、ここで下方に反射したビームは、図５の場合と同様に、円柱レンズ３７、４１を通り、ビームスポット３８、４２が形成される一方、前記ビームスプリッタ３６’、４０’を透過したビームは別途設けたミラー３６a、４０aで下方に反射され、そしてそれぞれが不図示の円柱レンズを通って、ビームスポット３８’、４２’が形成される。
【００２０】
円柱レンズ３７、４１に替えて集光レンズとすれば、図１０に示すように、２対の円のビースポットが得られる。
【００２１】
図１１に示したガラス分割装置５１は、支持ユニット１６に、冷媒として水ジェット、Ｈeガス、Ｎ2ガスやＣＯ2を吹き付けるための冷媒ノズル１９を備えたものであり、図１２に示すように、ビームスポット３８、４２の下流側のスクライブ線Ｌ上のスポットＱに冷媒が吹き付けられるよう、冷媒ノズル１９がセットされる。
【００２２】
図１２のガラス分割では、上記と同じスクライブ条件において、400mm/secまでのスクライブ速度に追従してビームスポットを移動させることができた。これはスクライブ線上を冷却することで、スクライブ線直下の垂直クラックを進展させる応力を増す効果によるものと思われる。
【００２３】
図１３は、各ビームスポット３８および４２のそれぞれ下流側のスポットＱ1、Ｑ2に冷媒を吹き付けるための冷媒ノズル１９a、１９bを備える。
【００２４】
図１３のガラス分割では、１３'で示されるように、２枚のガラスを張り合わせた基板のような貼り合わせ時の応力が潜在する基板の分割に効果がある。これは冷却条件を異ならせることでスクライブ線直下の垂直クラックに作用する応力を敢えてアンバランスにする必要が生じるためである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ガラスカッターホイールによりガラス板表面に形成したスクライブ線に対し、レーザを照射する際、スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、そのビームスポット自身を先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させるようにしたので、通常のスクライブ速度でビームスポットを移動させてガラス板を分割することができ、かつ分割端面の品質もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザ照射による従来のガラス分割法を示した図
【図２】 レーザ照射によるガラス表面の応力発生を示した図
【図３】 分割端面の様子を示した図
【図４】 本発明のガラス分割装置の１実施形態を示した正面図
【図５】 図４の装置における光学系の構成図
【図６】 図４の装置で照射されるビームスポットの位置および大きさを示した図
【図７】 図６において別の形状としたビームスポットの図
【図８】 図６において別の形状としたビームスポットを示した図
【図９】 図５に示した光学系の変形を示した図
【図１０】 図９の装置におけるビームスポットの変形例を示した図
【図１１】 本発明の第２の実施形態を示した正面図
【図１２】 図１１の装置における光学系の構成図
【図１３】 図１１の装置において冷媒ノズルを２基備えた光学系の構成図
【符号の説明】
１ 台座
１１ θ回転機構
１２ テーブル
１３、１３' ガラス板
１４ レーザ発振部
１５ 鏡筒部
１６ 支持ユニット
１７ カッターホィールチップ
１８ チップホルダー
１９ 冷媒ノズル
２０、２１ ＣＣＤカメラ
２２、２３ モニター
３５ ビームスプリッタ
３８、４２ ビームスポット
５０、５１ ガラス分割装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスカッターホイールによるスクライブ後にレーザ照射してガラス板を分割する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すように、ガラス板１０１上にガラスカッターホイール１０２を移動させてスクライブ線１０３を形成し、そのスクライブ線１０３の直上にレーザによるビームスポット１０４を照射することでガラス板１０１を分割する加工工法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この加工工法においては以下の問題点があった。
▲１▼ガラスカッターホイール１０２の一般的なスクライブ速度が３００/mm(このときのスクライブ条件は後で示すものと同じ)であるのに対し、レーザ照射によるガラス板分割速度、つまりビームスポットの移動速度は、３０mm/sec以下に制限されるため、ガラス加工速度が著しく遅くなる。
▲２▼しかも分割したガラス板の端面の品質がよくない。
【０００４】
図２は、図１におけるラインａ−ａ'の断面からレーザスポットの進行方向と逆方向に見たときのガラス板内の発生応力を示している。ガラス板１０１を表面的に見れば、スクライブ線１０３を境として二つに分断されており、そのスクライブ線の直下にはガラス表面からガラスの厚み方向へ垂直クラックが発生している。そこにビームスポットが照射され、スクライブ線上のガラスがガラスの溶融点以下の温度で熱せられると、熱せられた領域は膨張しようとするが、ガラスが溶融しないため、その反力として、スクライブ線直下の垂直クラックを閉じようとする圧縮応力が生じる。そして、スポットが通り過ぎたのちガラスが常温へ戻る過程で、垂直クラックを進展させようとする応力が発生する。このようにスポットの移動に伴って、垂直クラックを閉じようとする圧縮の応力が発生した後に、進展させようとする応力が生じるため、全体として垂直クラックを進展させる速度が遅くなると思われる。
【０００５】
図３は、ガラス板１０１が分割された端面を示す。その端面一面にわたって筋状の模様(ハックルマーク１０６)が発生している。このハックルマーク１０６は局所的にそれぞれ発生した亀裂の進展方向が模様として表れたものである。このようなハックルマーク１０６が発生したものは分割面として良くないとガラス業界で認識されている。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、加工速度を向上でき、かつ加工端面の品質を改善したガラスの分割方法および装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガラスカッターホイールの移動によりガラス板表面にスクライブ線を形成し、そのスクライブ線に対しレーザを照射してガラス板を分割する方法において、
前記レーザを、前記スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、かつ先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させることを特徴とする。
【０００８】
上記ビームスポットの後方側のスクライブ線上を冷媒で冷却するか、ビームスポットの後方を冷媒で冷却すると、加工速度や加工品質が更に改善される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図４は本発明の第１の実施形態を示したガラス分割装置５０の正面図である。台座１は、当紙面と垂直方向のボールネジ２をモータ３により軸回転させることにより、２列のレール４，５に沿って紙面に垂直な(Ｙ)方向に移動する。その台座１の上面には、左右(Ｘ)方向にガイド６とモータ７により軸回転するボールネジ８が設けられている。そのボールネジ８は第２の台座９に設けたボールナット１０に螺合しており、これにより、モータ７が回転すると、台座９はガイド６に沿ってＸ方向に移動する。台座９上にはθ回転機構１１を介してテーブル１２が備えられ、そのテーブル１２上にはガラス基板１３が吸引固定される。
【００１０】
１４はレーザ発振部であり、ここで発振したレーザ光のビームは鏡筒部１５から支持ユニット１６へ導かれる。この支持ユニット１６には、鏡筒部１５の筒中心軸より右側下端に、カッターホイールチップ１７を回転自在に保持するチップホルダー１８が昇降自在に設けられる。
【００１１】
図５は、鏡筒部１５および支持ユニット１６内の光学系を示している。レーザ発振部１４よりの水平方向のビーム３１は鏡筒部１５内に位置するミラー３２により下方に導かれ、次いでビームエキスパンダ３３によって、所定径のビームに整形される。そのビームはミラー３４により、水平方向に向きを変えられ、支持ユニット１６内へ導かれる。
【００１２】
支持ユニット１６へ導かれたビームは、ビームスプリッタ３５によって、直進するビーム３１aと、水平方向に９０°方向を変えたビーム３１bとに二分される。ビーム３１bは、ミラー３６によって下方に向きが変えられ、その光路途中に設けた円柱レンズ３７によって、ガラス板１３上に楕円のビームスポット３８が形成される。
【００１３】
他方のビーム３１aはミラー３９により、水平方向に９０°方向が変えられ、そしてミラー４０によって下方に向きが変えられ、その光路途中に設けた円柱レンズ４１によって、ガラス板１３上に楕円のビームスポット４２が形成される。これらのビームスポット３８、４２は、カッターホイールチップ１７の後方(ガラス板１３の移動方向における下流側)にあり、かつ、このカッターホイールチップ１７によるスクライブ線Ｌの両側にそれぞれ位置する。
【００１４】
図４に戻り、ガラス基板１３に刻印されたアライメントマークを撮影するＣＣＤカメラ２０、２１で撮影されたアライメントマークは画像認識装置により、その位置が認識され、これにより、テーブル１２にセットしたガラス基板１３の位置ずれを知ることができる。２２、２３はＣＣＤカメラ２０、２１による撮影像を表示するモニターである。
【００１５】
図６は、ビームスポット３８および４２の大きさおよび位置関係を示した平面図である。各ビームスポットのサイズは、
短軸ａ：０．５mm〜１０mm
長軸ｂ：１０mm〜５０mm
両ビームスポット間の間隔ｃ1：０．５mm〜２０mm
の範囲が好ましい。尚、カッターホイールチップ１７とビームスポットとの距離は随意でよい。
【００１６】
スクライブ条件としては、
ガラス板の厚み：0.7t
刃先角度：１２５°
刃先荷重：１．４kgf
とし、ビームスポットをスクライブ速度に追従させて移動させたところ、その移動速度の上限は３００mm/secであり、このとき、ビームの照射によるガラス表面の温度はガラスの溶融点よりも低くする。このようにスクライブ線を対称に間隔を設けてビームスポットを照射しているため、スクライブ線直下の垂直クラックには、垂直クラックを進展させる応力が均等に作用する。そして一気にガラスを割断してしまうため、図１による分割加工法に比べると分割速度が速く、かつ分割端面に図３に示したようなハックルマークは生じない。
【００１７】
図６ではビームスポット３８、４２は、その長軸がスクライブ方向に平行であったが、円柱レンズ３７および４１を光軸に対して９０°向きを変えれば図７に示すように、短軸がスクライブ方向と平行なビームスポット３８a、４２aが得られ、この場合の両ビームスポット間の間隔ｃ2は、１０．５mm〜８０mmとなる。
【００１８】
又、円柱レンズの替わりに通常の集光レンズを用いれば図８に示す円形のビームスポット３８b、４２bが得られ、その場合のビーム径ｄは２mm〜２５mmでビームスポット間の間隔ｃ3は、２．５mm〜４５．５mmとなる。
【００１９】
図９は、スクライブ線Ｌを境として２対のビームスポットを形成するための光学系を示す。３６’、４０’をビームスプリッタとし、ここで下方に反射したビームは、図５の場合と同様に、円柱レンズ３７、４１を通り、ビームスポット３８、４２が形成される一方、前記ビームスプリッタ３６’、４０’を透過したビームは別途設けたミラー３６a、４０aで下方に反射され、そしてそれぞれが不図示の円柱レンズを通って、ビームスポット３８’、４２’が形成される。
【００２０】
円柱レンズ３７、４１に替えて集光レンズとすれば、図１０に示すように、２対の円のビースポットが得られる。
【００２１】
図１１に示したガラス分割装置５１は、支持ユニット１６に、冷媒として水ジェット、Ｈeガス、Ｎ2ガスやＣＯ2を吹き付けるための冷媒ノズル１９を備えたものであり、図１２に示すように、ビームスポット３８、４２の下流側のスクライブ線Ｌ上のスポットＱに冷媒が吹き付けられるよう、冷媒ノズル１９がセットされる。
【００２２】
図１２のガラス分割では、上記と同じスクライブ条件において、400mm/secまでのスクライブ速度に追従してビームスポットを移動させることができた。これはスクライブ線上を冷却することで、スクライブ線直下の垂直クラックを進展させる応力を増す効果によるものと思われる。
【００２３】
図１３は、各ビームスポット３８および４２のそれぞれ下流側のスポットＱ1、Ｑ2に冷媒を吹き付けるための冷媒ノズル１９a、１９bを備える。
【００２４】
図１３のガラス分割では、１３'で示されるように、２枚のガラスを張り合わせた基板のような貼り合わせ時の応力が潜在する基板の分割に効果がある。これは冷却条件を異ならせることでスクライブ線直下の垂直クラックに作用する応力を敢えてアンバランスにする必要が生じるためである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ガラスカッターホイールによりガラス板表面に形成したスクライブ線に対し、レーザを照射する際、スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、そのビームスポット自身を先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させるようにしたので、通常のスクライブ速度でビームスポットを移動させてガラス板を分割することができ、かつ分割端面の品質もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 レーザ照射による従来のガラス分割法を示した図
【図２】 レーザ照射によるガラス表面の応力発生を示した図
【図３】 分割端面の様子を示した図
【図４】 本発明のガラス分割装置の１実施形態を示した正面図
【図５】 図４の装置における光学系の構成図
【図６】 図４の装置で照射されるビームスポットの位置および大きさを示した図
【図７】 図６において別の形状としたビームスポットの図
【図８】 図６において別の形状としたビームスポットを示した図
【図９】 図５に示した光学系の変形を示した図
【図１０】 図９の装置におけるビームスポットの変形例を示した図
【図１１】 本発明の第２の実施形態を示した正面図
【図１２】 図１１の装置における光学系の構成図
【図１３】 図１１の装置において冷媒ノズルを２基備えた光学系の構成図
【符号の説明】
１ 台座
１１ θ回転機構
１２ テーブル
１３、１３' ガラス板
１４ レーザ発振部
１５ 鏡筒部
１６ 支持ユニット
１７ カッターホィールチップ
１８ チップホルダー
１９ 冷媒ノズル
２０、２１ ＣＣＤカメラ
２２、２３ モニター
３５ ビームスプリッタ
３８、４２ ビームスポット
５０、５１ ガラス分割装置
Claims (8)
- ガラスカッターホイールの移動によりガラス板表面にスクライブ線を形成し、そのスクライブ線に対しレーザを照射してガラス板を分割する方法において、
前記レーザを、前記スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、かつ先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させることを特徴とするガラス板分割方法。 - ガラスカッターホイールの移動によりガラス板表面にスクライブ線を形成し、そのスクライブ線に対しレーザを照射してガラス板を分割する方法において、
前記レーザを、前記スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、かつ先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させ、更に、ビームスポットの後方側のスクライブ線上を冷媒で冷却することを特徴とするガラス板分割方法。 - ガラスカッターホイールの移動によりガラス板表面にスクライブ線を形成し、そのスクライブ線に対しレーザを照射してガラス板を分割する方法において、
前記レーザを、前記スクライブ線を跨いで対をなすビームスポットにして照射し、かつ先行するガラスカッターの移動に同期もしくは追従して移動させ、更に、ビームスポットの後方を冷媒で冷却することを特徴とするガラス板分割方法。 - ガラス板がセットされるテーブルと、前記テーブルを移動させるテーブル移動機構と、前記テーブルの移動方向に沿ってガラスカッターホイールおよびレーザ照射手段を備えてなるガラス板分割装置において、
前記レーザ照射手段は、前記ガラスカッターホイールによりガラス板表面に形成されたスクライブ線を跨いで対をなすビームスポットを形成することを特徴とするガラス板分割装置。 - ガラス板がセットされるテーブルと、前記テーブルを移動させるテーブル移動機構と、前記テーブルの移動方向に沿ってガラスカッターホイールおよびレーザ照射手段を備えてなるガラス板分割装置において、
前記レーザ照射手段は、前記ガラスカッターホイールによりガラス板表面に形成されたスクライブ線を跨いで対をなすビームスポットを形成し、それらのビームスポットの後方側のスクライブ線上を冷却するための冷媒吹き付け手段を備えたことを特徴とするガラス板分割装置。 - ガラス板がセットされるテーブルと、前記テーブルを移動させるテーブル移動機構と、前記テーブルの移動方向に沿ってガラスカッターホイールおよびレーザ照射手段を備えてなるガラス板分割装置において、
前記レーザ照射手段は、前記ガラスカッターホイールによりガラス板表面に形成されたスクライブ線を跨いで対をなすビームスポットを形成し、それらのビームスポットの後方を冷却するための冷媒吹き付け手段を備えたことを特徴とするガラス板分割装置。 - 前記対のビームスポットが、スクライブ線を対称に間隔を設けて照射されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス板分割方法。
- 前記対のビームスポットが、スクライブ線を対称に間隔を設けて照射されていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のガラス板分割装置。
Priority Applications (2)
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