(57)【要約】【課題】薄板ガラスへの穴開け加工を好適に行える方法及び装置を提供する。【解決手段】波長が８００ｎｍ〜２５００ｎｍである第１レーザー光を穴開け対象領域の端縁部に沿って走査しつつ照射することによってガラス板の表面から所定範囲に円環状の変質領域を形成する第１照射工程と、波長が９μｍ〜１１μｍである第２レーザー光を穴開け対象領域と同軸にかつ集光位置をガラス板の表面から所定の距離だけデフォーカスさせて照射することによって変質領域からガラス板の裏面まで、穴開け対象領域の端縁部に沿ってクラックを伸展させ、穴開け対象領域をガラス板から分断された分断領域とする第２の照射工程と、分断領域を除去することにより半径Ｒの貫通穴を得る除去工程と、を備え、第２照射工程においては、ガラス板における第２のレーザー光の被照射領域の表面における半径ｒが穴開け対象領域の半径Ｒの５０％〜９５％となるようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板に厚み方向に沿って貫通穴を形成する、ガラス板に対する穴開け加工方法であって、
ガラス板の所望の位置に、前記ガラス板に半径Ｒが１ｍｍ〜５ｍｍである円板状の穴開け対象領域を設定する設定工程と、
波長が８００ｎｍ〜２５００ｎｍである第１レーザー光を、前記ガラス板の表面における前記穴開け対象領域の端縁部に沿って走査しつつ照射することによって、前記ガラス板の表面から所定範囲に円環状の変質領域を形成する、第１の照射工程と、
波長が９μｍ〜１１μｍである第２レーザー光を、前記穴開け対象領域と同軸に、かつ、集光位置を前記ガラス板の表面から所定の距離だけデフォーカスさせて照射することによって、前記変質領域から前記ガラス板の裏面まで、前記穴開け対象領域の前記端縁部に沿ってクラックを伸展させ、前記穴開け対象領域を前記ガラス板から分断された分断領域とする第２の照射工程と、
前記分断領域を除去することにより半径Ｒの貫通穴を得る除去工程と、
を備え、
前記第２の照射工程においては、前記ガラス板における前記第２のレーザー光の被照射領域の前記表面における半径ｒが前記穴開け対象領域の半径Ｒの５０％〜９５％となるように、前記第２のレーザー光を照射する、
ことを特徴とする、ガラス板に対する穴開け加工方法。
【請求項２】
ガラス板の所望の位置に厚み方向に沿って半径Ｒが１ｍｍ〜５ｍｍである円板状の貫通穴を形成するための、穴開け加工装置であって、
前記貫通穴を形成する円板状の穴開け対象領域の端縁部に沿って近赤外レーザー光を走査しつつ照射して変質領域を形成するための近赤外レーザー光照射手段と、
前記穴開け対象領域と同軸に、かつ、集光位置を前記ガラス板の表面から所定の距離だけデフォーカスさせてＣＯ２レーザー光を照射して前記変質領域から前記ガラス板の裏面まで、前記端縁部に沿ってクラックを進展させるためのＣＯ２レーザー光照射手段と、
を備え、
前記ＣＯ２レーザー光照射手段が、前記ガラス板における前記ＣＯ２レーザー光の被照射領域の前記表面における半径ｒが前記穴開け対象領域の半径Ｒの５０％〜９５％となるように、前記ＣＯ２レーザー光を照射する制御手段を有する、
ことを特徴とする、ガラス板に対する穴開け加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板に対する穴開け加工に関し、特に、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の薄板ガラスに対する穴開け加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス板に対する穴開け加工の一態様として、磁気ディスクや光ディスクなどに用いられる円形のガラス基板をガラス板から切り抜き、さらに、係る円形のガラス基板に対し円形の穴を開ける方法が、すでに公知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された方法においては、まず、刃部の角度が稜線に対して非対称なダイヤモンドディスクソー（カッターホイール）を用いるか、あるいは、刃部の角度が稜線に対して対称なダイヤモンドディスクソーを傾けつつ用いることにより、ガラス板の一の主面に対し当該主面から離れるほど外側に傾いた閉曲線状の切筋が形成される。そして、係るガラス板を、当該主面側の少なくとも切り筋の外側において加熱することによってガラス板の厚み方向に熱膨張差を生じさせる。これによってガラス板に上方が凸となる変形が生じることで、切り筋をガラス板の反対面側にまで到達する。さらに、切り筋によって囲まれた領域の内側を押し棒にて押すことで、ガラス板が円形に切り抜かれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７８５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
スマートフォンの表面（画面）などに用いられる、厚みが大きくてもせいぜい１ｍｍ程度の薄板ガラスに対し、半径がサブｍｍ〜数ｍｍ程度の穴を開けたいという、技術的なニーズが存在する。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示された手法をそのようなサイズの穴開けに適用しようとすると、ダイヤモンドディスクソーにて当該サイズの切筋を設ける必要があるところ、係る加工は、ダイヤモンドディスクソーのサイズや移動などの点から、必ずしも容易ではない。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、薄板ガラスへの穴開け加工を好適に行える方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、ガラス板に厚み方向に沿って貫通穴を形成する、ガラス板に対する穴開け加工方法であって、ガラス板の所望の位置に、前記ガラス板に半径Ｒが１ｍｍ〜５ｍｍ（好ましくは１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ）である円板状の穴開け対象領域を設定する設定工程と、波長が８００ｎｍ〜２５００ｎｍ（好ましくは８００ｎｍ〜１２００ｎｍ）である第１レーザー光（近赤外レーザー光）を、前記ガラス板の表面における前記穴開け対象領域の端縁部に沿って走査しつつ照射することによって、前記ガラス板の表面から所定範囲に円環状の変質領域を形成する、第１の照射工程と、波長が９μｍ〜１１μｍである第２レーザー光（例えば、ＣＯ２レーザー光）を、前記穴開け対象領域と同軸に、かつ、集光位置を前記ガラス板の表面から所定の距離だけデフォーカスさせて照射することによって、前記変質領域から前記ガラス板の裏面まで、前記穴開け対象領域の前記端縁部に沿ってクラックを伸展させ、前記穴開け対象領域を前記ガラス板から分断された分断領域とする第２の照射工程と、前記分断領域を除去することにより半径Ｒの貫通穴を得る除去工程と、を備え、前記第２の照射工程においては、前記ガラス板における前記第２のレーザー光の被照射領域の前記表面における半径ｒが前記穴開け対象領域の半径Ｒの５０％〜９５％となるように、前記第２のレーザー光を照射する、ことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項２の発明は、ガラス板の所望の位置に厚み方向に沿って半径Ｒが１ｍｍ〜５ｍｍである円板状の貫通穴を形成するための、穴開け加工装置であって、前記貫通穴を形成する円板状の穴開け対象領域の端縁部に沿って近赤外レーザー光を走査しつつ照射して変質領域を形成するための近赤外レーザー光照射手段と、前記穴開け対象領域と同軸に、かつ、集光位置を前記ガラス板の表面から所定の距離だけデフォーカスさせてＣＯ２レーザー光を照射して前記変質領域から前記ガラス板の裏面まで、前記端縁部に沿ってクラックを進展させるためのＣＯ２レーザー光照射手段と、を備え、前記ＣＯ２レーザー光照射手段が、前記ガラス板における前記ＣＯ２レーザー光の被照射領域の前記表面における半径ｒが前記穴開け対象領域の半径Ｒの５０％〜９５％となるように、前記ＣＯ２レーザー光を照射する制御手段を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度（好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ）のガラス板に対し、半径が１ｍｍ〜５ｍｍ程度（好ましくは１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ）の貫通穴を、垂直にかつ好適に形成することができる。特に、カッターホイールによる切筋の形成では困難なサイズの貫通穴を、好適に形成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】穴開け加工の対象であるガラス板１を示す斜視図である。
【図２】穴開け加工の途中の様子を示す斜視図である。
【図３】穴開け加工の途中の様子を示す斜視図である。
【図４】穴開け加工の途中の様子を示す斜視図である。
【図５】穴開け加工の途中の様子を示す拡大断面図である。
【図６】穴開け加工の途中の様子を示す拡大断面図である。
【図７】穴開け加工後のガラス板１を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本実施の形態において行う穴開け加工の対象であるガラス板１を示す斜視図である。図２ないし図４は、穴開け加工の途中の様子を示す斜視図であり、図５および図６は、穴開け加工の途中の様子を示す拡大断面図である。図７は、穴開け加工後のガラス板１を示す斜視図である。
【００１３】
図１に示すガラス板１は、例えば、無アルカリガラス、アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、石英ガラスなどからなる、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の薄板ガラスである。なお、複数枚のガラス板が十分な接着力にて接着されてなる積層ガラス板についても、本実施の形態に係る穴開け加工方法の対象となり得る。
【００１４】
本実施の形態に係る穴開け加工においては、上述のようなガラス板１の所望の位置に、その主面に垂直な方向である厚み方向に沿って貫通穴を形成するものとする。以下においては、図１に示すように、ガラス板１の表面の所定位置である穴中心Ｏを通りかつガラス板１に垂直な軸ＡＸの周りの、半径Ｒの円形（円板状）領域を、穴開け対象領域１ａとして設定する場合を対象に、説明を行う。半径Ｒの大きさとしては、１ｍｍ〜５ｍｍ程度（好ましくは１．５ｍｍ〜２．５ｍｍ）が例示される。
【００１５】
係る穴開け対象領域１ａに穴開け加工を行うに際してはまず、ガラス板１を図示しない保持手段で水平に保持した状態で、図２に示すように、出射源１００から鉛直下方に向けて出射させた第１レーザー光ＬＢ１を、穴開け対象領域１ａの端縁部Ｅのガラス板１の表面における高さ位置にて集光させ、かつ、矢印ＡＲ１にて示すように、係る端縁部Ｅに沿って走査しつつ照射する。第１レーザー光ＬＢ１として出射源１００から出射されるのは、波長が８００ｎｍ〜２５００ｎｍ（好ましくは８００ｎｍ〜１２００ｎｍ）のレーザーであり、典型的にはＩＲレーザーであり、ＹＡＧレーザーの基本波を使用することができる。
【００１６】
端縁部Ｅに沿って第１レーザー光ＬＢ１を走査しつつ照射することで、図３に示すように、ガラス板１の表面から所定範囲に、その走査軌跡に沿って（つまりは端縁部Ｅに沿って）半径Ｒの表面視円環状の変質領域ＡＬを形成させる。変質領域ＡＬは、第１レーザー光ＬＢ１の照射によって改質された、ガラス板１の他の部分に比して強度が劣る弱強度領域である。
【００１７】
なお実際には、変質領域ＡＬは第１レーザー光ＬＢ１の集光径に応じた所定の幅を有するが、係る幅の大きさは穴開け対象領域１ａの半径Ｒに比して小さいため、以降においては係る幅について特段考慮せず、変質領域ＡＬは単に線状をなしているものとする。また、変質領域ＡＬの厚み方向における好適なサイズ（深さ）は、ガラス板１の厚みや材質などによっても異なるが、概ね板厚全域が好ましい。
【００１８】
第１レーザー光ＬＢ１の条件は、変質領域ＡＬが好適にかつ確実に形成される条件範囲から適宜に選択されればよい。ここで、変質領域ＡＬが好適にかつ確実に形成されるとは、ガラス板１の表面にチッピングや水平クラックの伸展などが生じないことや、変質領域ＡＬが途切れることなく形成されることなどを意味する。例えば、パルスエネルギーが５０μＪ〜６００μＪ、パルス幅が１ピコ秒〜１００ナノ秒、走査速度が５ｍｍ／秒〜１００ｍｍ／秒なる条件が、例示される。
【００１９】
変質領域ＡＬが形成されると、続いて、図４および図５に示すように、ビーム垂直断面が円形の第２レーザー光ＬＢ２を、出射源２００から鉛直下方に位置するガラス板１に向けて軸ＡＸと同軸に出射させる。ただし、第２レーザー光ＬＢ２は、ガラス板１の表面から下方に所定距離Δｚだけ離れた高さ位置が集光位置となるデフォーカスの状態にて、かつ、ガラス板１における被照射領域ＲＥが穴開け対象領域１ａの内部に収まるように、出射させる。その際のガラス板１の表面における被照射領域ＲＥ（以下、表面被照射領域ＲＥａ）の半径ｒを、表面半径ｒと称することとする。
【００２０】
第２レーザー光ＬＢ２として出射源２００から出射されるのは、波長が９μｍ〜１１μｍのレーザーであり、典型的にはＣＯ２レーザーである。第２レーザー光ＬＢ２は、表面被照射領域ＲＥａの表面半径ｒが穴開け対象領域１ａの半径Ｒの５０％〜９５％となる照射条件にて出射される。
【００２１】
係る場合、被照射領域ＲＥにおいては、図５に矢印ＡＲ２にて示すように、厚み方向への膨張が生じる。一方で、被照射領域ＲＥの周囲の領域においては、係る膨張に伴い、図５に矢印ＡＲ３にて示すような、軸ＡＸに向かう向きの収縮力が作用する。すると、係る収縮力が作用することにより、図５に矢印ＡＲ４にて示すように、周囲に比して強度が弱い変質領域ＡＬの厚み方向下端部から鉛直下方に向けて、クラックＣＲが伸展し始める。換言すれば、クラックＣＲは穴開け対象領域１ａの端縁部Ｅに沿って伸展する。なお、図５においては図示の都合上、ある一の断面におけるクラックＣＲの伸展のみを示しているが、実際には、係るクラックＣＲの伸展は、円環状の変質領域ＡＬの全ての部分で同様に生じる。
【００２２】
最終的には、図６に示すように、クラックＣＲは変質領域ＡＬの形成面とは反対側の面であるガラス板の裏面にまで到達する。係る状態においては、穴開け対象領域１ａが、クラックＣＲの伸展によって周囲から分断された分断領域１ｂとなっている。
【００２３】
第２レーザー光ＬＢ２の照射条件は、このような、被照射領域ＲＥにおける膨張と、その後のクラックＣＲの裏面までの伸展とが、好適に実現される条件範囲から、適宜に選択されればよい。具体的には、クラックＣＲが滑らかに形成され、かつ、その伸展に際してチッピングや水平クラックの伸展が生じない条件が、選択される。例えば、例えば、ビーム照射単位面積当たりのレーザー出力が１０Ｗ／ｃｍ２〜１００Ｗ／ｃｍ２（好ましくは２０Ｗ／ｃｍ２〜５０Ｗ／ｃｍ２）、ビーム照射時間が１〜１０秒（好ましくは１〜５秒）なる条件が例示される。
【００２４】
分断領域１ｂは、周囲とは化学的に結合してはおらず、単にクラックＣＲを介して周囲と接触しているだけの領域であることから、一方面側からの押し込みその他、何らかの外力を作用させることで、図６に矢印ＡＲ５にて示すように、容易に抜き取ることが出来る。あるいは、ガラス板１の素材や第２レーザー光ＬＢ２の照射条件によっては、外力を作用させずとも、自重にて離脱する場合もある。
【００２５】
このような分断領域１ｂが抜き取りあるいは離脱により除去されることで、ガラス板１に、図７に示すような、軸ＡＸに沿った半径Ｒの円形（円板状）の貫通穴１ｈが、形成される。
【００２６】
なお、上述したように、半径Ｒの大きさとしては１ｍｍ〜５ｍｍ程度が例示されるが、とりわけ、１．５ｍｍ〜２．５ｍｍなる範囲内の値である場合に、本実施の形態に係る穴開け加工の方法が適している。なぜならば、半径が当該範囲に属する貫通穴を、特許文献１に開示されているようなカッターホイールを用いた手法にて形成することは困難であり、またその一方で、当該範囲よりもさらに半径が小さい貫通穴の形成は、穿孔や打ち抜きその他の手法によっても比較的容易に形成可能だからである。
【００２７】
また、本実施の形態においては、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のガラス板を対象とする。これよりも厚みが大きいガラス板については、クラックを端縁部に沿って裏面にまで伸展させることが困難となるため好ましくない。
【００２８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、厚みが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度のガラス板に対し、半径が１μｍ〜５ｍｍ程度の貫通穴を、好適に形成することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ガラス板
１ａ  穴開け対象領域
１ｂ  分断領域
１ｈ  貫通穴
１００  （第１レーザー光の）出射源
２００  （第２レーザー光の）出射源
ＡＬ  変質領域
ＣＲ  クラック
Ｅ  （穴開け対象領域の）端縁部
ＬＢ１  第１レーザー光
ＬＢ２  第２レーザー光
Ｏ  穴中心
Ｒ    （穴開け対象領域および貫通穴の）半径
ＲＥ  被照射領域
ｒ  （被照射領域の）表面半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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