(57)【要約】【課題】チッピングの発生を抑制しつつ、ガラス表面に溝を形成する。【解決手段】ガラス表面に溝又は突起を形成するガラスの加工方法は、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ねた状態で保持するステップと、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ねて保持した状態で、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２に向けてレーザ光Ｌを照射して、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを、重複領域Ａのうち溝Ｇ又は突起Ｐを形成する部分で融着するステップと、融着した第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを分離するステップと、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス表面に溝又は突起を形成するガラスの加工方法であって、
第１ガラスと第２ガラスとを重ねた状態で保持するステップと、
前記第１ガラスと前記第２ガラスとを重ねて保持した状態で、前記第１ガラスと前記第２ガラスに向けてレーザ光を照射して、前記第１ガラスと前記第２ガラスとを、前記第１ガラスと前記第２ガラスが重複した重複領域のうち前記溝又は前記突起を形成する部分で融着するステップと、
融着した前記第１ガラスと前記第２ガラスとを分離するステップと、
を備える、ガラスの加工方法。
【請求項２】
前記融着するステップにおいて、前記レーザ光は、前記重複領域において所定の形状に沿って走査される、請求項１に記載のガラスの加工方法。
【請求項３】
前記レーザ光の走査速度は可変である、請求項２に記載のガラスの加工方法。
【請求項４】
前記レーザ光の走査速度は、毎秒１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にある、請求項２又は３に記載のガラスの加工方法。
【請求項５】
前記保持するステップは、
前記重複領域のうちの前記レーザ光を照射する箇所の近傍において、前記第１ガラスと前記第２ガラスとを点融着するステップ、
を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のガラスの加工方法。
【請求項６】
前記融着するステップにおいて、前記レーザ光は、前記第１ガラスと前記第２ガラスとが保持された箇所から３ｍｍ以下の距離の範囲内の位置にて照射される、請求項１〜５のいずれかに記載のガラスの加工方法。
【請求項７】
前記保持するステップは、
前記第１ガラス及び前記第２ガラスの一方の表面に液体を配置するステップと、
前記第１ガラス及び前記第２ガラスの他方を、前記液体が配置された表面上に重ねて配置するステップと、
を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のガラスの加工方法。
【請求項８】
ガラス表面に溝又は突起を形成するガラスの加工装置であって、
第１ガラスと第２ガラスとを重ねた状態で保持する保持手段と、
前記第１ガラスと前記第２ガラスとを重ねて保持した状態で、前記第１ガラスと前記第２ガラスが重複した重複領域のうち前記溝又は前記突起を形成する部分にレーザ光を照射するレーザ光源と、
前記レーザ光の照射により融着した前記第１ガラスと前記第２ガラスとを分離する分離手段と、
を備える、ガラスの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光の照射によりガラス表面に溝又は突起を形成する、ガラスの加工方法及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ光の照射により可能なガラスの加工方法として、２枚のガラス基板を重ね合わせた状態で当該ガラス基板にレーザ光を照射して、２枚のガラス基板を融着する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３０６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、ガラス表面上においてレーザ光の集光点を移動させることにより、当該ガラス表面に溝を形成できることが知られている。しかしながら、レーザ光を用いて直接溝を形成する方法においては、溝の境界に欠陥（チッピングと呼ばれる）が生じやすいとの問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、チッピングの発生を抑制しつつ、ガラス表面に溝又は突起を形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
本発明の一見地に係るガラスの加工方法は、ガラス表面に溝又は突起を形成するガラスの加工方法である。当該加工方法は、以下のステップを備える。
◎第１ガラスと第２ガラスとを重ねた状態で保持するステップ。
◎第１ガラスと第２ガラスとを重ねて保持した状態で、第１ガラスと第２ガラスに向けてレーザ光を照射して、第１ガラスと第２ガラスとを、第１ガラスと第２ガラスが重複した重複領域のうち溝又は突起を形成する部分で融着するステップ。
◎融着した第１ガラスと第２ガラスとを分離するステップ。
【０００７】
上記のガラスの加工方法においては、第１ガラスと第２ガラスとが重なり合った重複領域のうち溝又は突起を形成したい箇所にて第１ガラスと第２ガラスとをレーザ照射により融着後に、第１ガラスと第２ガラスとを分離している。
第１ガラスと第２ガラスとを分離する際に、一方の表面に融着部分が残留して突起が形成される。その一方、他方の表面から融着部分が分離されて、当該他方の表面に溝が形成される。
【０００８】
上記の方法にて形成される溝及び突起には、溝及び突起とガラス表面との境界においてチッピングが見られない。つまり、上記の方法により、チッピングの発生を抑制しつつ、ガラス表面に溝及び突起を形成することができる。
【０００９】
第１ガラスと第２ガラスを融着するステップにおいて、レーザ光は、重複領域において所定の形状に沿って走査されてもよい。これにより、レーザ光が走査された所定の形状に沿って延びる溝又は突起を、ガラス表面に形成できる。
【００１０】
レーザ光の走査速度は可変であってもよい。これにより、一方のガラス表面に形成される溝又は突起の深さ及び／又は幅を調整できる。
【００１１】
レーザ光の走査速度は、毎秒１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にあってもよい。これにより、レーザ光の走査軌跡中に第１ガラスと第２ガラスとの融着不良が発生する確率を低減できる。その結果、レーザ光の走査軌跡に対応した所定の形状を有する溝又は突起を適切に形成できる。
なお、上記の「融着不良」とは、第１ガラスと第２ガラスとの融着が強固となりすぎるか、又は、融着が不十分であることをいう。
【００１２】
第１ガラスと第２ガラスを重ねた状態で保持するステップは、重複領域のうちのレーザ光を照射する箇所の近傍において、第１ガラスと第２ガラスとを点融着するステップを含んでもよい。
これにより、レーザ光を照射する箇所の第１ガラスと第２ガラスとの密着度を向上した状態で第１ガラスと第２ガラスを融着できるので、安定して溝又は突起を形成できる。
【００１３】
第１ガラスと第２ガラスとを融着するステップにおいて、レーザ光は、第１ガラスと第２ガラスとが保持された箇所から３ｍｍ以下の距離の範囲内の位置にて照射されてもよい。
これにより、第１ガラスと第２ガラスとの密着度が高い部分にレーザ光を照射してこれらのガラスを融着できるので、安定して溝を形成できる。
【００１４】
第１ガラスと第２ガラスとを保持するステップは、以下のステップを含んでいてもよい。
◎第１ガラス及び第２ガラスの一方の表面に液体を配置するステップ。
◎第１ガラス及び第２ガラスの他方を、液体が配置された表面上に重ねて配置するステップ。
これにより、第１ガラスと第２ガラスとを重ねて保持する際に、上記の液体が第１ガラスと第２ガラスとの隙間に入り込むことで、第１ガラスと第２ガラスとの密着度を向上できる。第１ガラスと第２ガラスとの密着度を向上した状態でこれらのガラスを融着することで、安定して溝を形成できる。
【００１５】
本発明の他の見地に係るガラスの加工装置は、ガラス表面に溝又は突起を形成するガラスの加工装置である。この加工装置は、保持手段と、レーザ光源と、分離手段と、を備える。
保持手段は、第１ガラスと第２ガラスとを重ねた状態で保持する。
レーザ光源は、第１ガラスと第２ガラスとを重ねて保持した状態で、第１ガラスと第２ガラスが重複した重複領域のうち溝又は突起を形成する部分にレーザ光を照射する。
分離手段は、レーザ光の照射により融着した第１ガラスと第２ガラスとを分離する。
【００１６】
上記のガラスの加工装置では、保持手段が、第１ガラスと第２ガラスとを重ねた状態で保持しつつ、レーザ光源が、第１ガラスと第２ガラスの重複領域のうち溝又は突起を形成する部分にレーザ光を照射する。その後、分離手段が、レーザ光の照射により融着された第１ガラスと第２ガラスとを分離する。
【００１７】
上記の加工装置においては、第１ガラスと第２ガラスとが重なり合った重複領域のうち溝又は突起を形成したい箇所にて第１ガラスと第２ガラスとをレーザ照射により融着後に、第１ガラスと第２ガラスとを分離している。
第１ガラスと第２ガラスとを分離する際に、一方の表面に融着部分が残留して突起が形成される。その一方、他方の表面から融着部分が分離されて、当該他方の表面に溝が形成される。
【００１８】
上記の装置にて形成される溝及び突起には、溝及び突起とガラス表面との境界においてチッピングが見られない。つまり、上記の方法により、チッピングの発生を抑制しつつ、ガラス表面に溝及び突起を形成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
第１ガラスと第２ガラスとを融着して分離するとの簡単な方法により、チッピングが発生することを抑制しつつガラス表面に溝又は突起を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】加工装置の側面図。
【図２】加工装置の上面図。
【図３】第１実施形態に係るガラスの加工方法を模式的に示す図。
【図４】実施例１において形成された突起及び溝の三次元形状を示す図。
【図５】実施例１において形成された突起及び溝の形状プロファイルを示す図。
【図６】保持手段とレーザ光の走査位置との間の距離と、溝／突起の形成安定性との関係についての比較結果を示す図。
【図７】点融着の有無及び形成状態を変化させたときに形成された溝の光学顕微鏡像を示す図。
【図８】第１ガラス基板と第２ガラス基板との間に液体を配置して密着性を向上させたときに形成された溝の光学顕微鏡像を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．第１実施形態
（１）加工装置
図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態によるガラスの加工装置１を説明する。図１は、加工装置の側面図である。図２は、加工装置の上面図である。加工装置１は、保持手段３と、レーザ光源５と、分離手段７と、を備える。
保持手段３は、加工テーブル４上において、２枚のガラス基板（第１ガラス基板Ｇ１、第２ガラス基板Ｇ２と呼ぶ）を重ね合わせた状態で、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを所定の力で押さえて保持する。
【００２２】
具体的には、保持手段３は、例えば、加工テーブル４上に所定の間隔を空けて配置される一対の磁性体ベース３１と、一対の磁性体保持部材３３と、を有する。
この構成を有する保持手段３においては、磁性体ベース３１上に第２ガラス基板Ｇ２を載置し、当該第２ガラス基板Ｇ２上に第１ガラス基板Ｇ１を載置し、さらに、第１ガラス基板Ｇ１上の磁性体ベース３１に対応する位置に、磁性体保持部材３３を載置する。
これにより、保持手段３は、磁性体ベース３１と磁性体保持部材３３とが互いに近接しようとする磁力により、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを所定の力で押さえて保持できる。
【００２３】
磁性体ベース３１としては、例えば、炭素鋼（Ｓ５０Ｃ）製のベースを用いることができる。一方、磁性体保持部材３３としては、例えば、板状のネオジム磁石を用いることができる。
【００２４】
保持手段３は、２枚のガラス基板を重ね合わせた状態で保持できればよいので、上記のように磁石を用いる構成以外にも、例えば、２枚のガラス基板を重ねた状態で挟みこむことができるクランプなどにより保持手段３を構成することもできる。
【００２５】
加工テーブル４は、テーブル移動機構（図示せず）により、互いに直交するＸ及びＹ方向に移動可能となっている。これにより、レーザ光Ｌの集光点Ｓ（後述）を、任意の平面形状の融着ラインに沿って走査できる。
【００２６】
図２に示すように、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とは、Ｘ−Ｙ平面において、第１ガラス基板Ｇ１が第２ガラス基板Ｇ２に対してずれた状態で保持されている。
【００２７】
レーザ光源５は、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とが重複した重複領域Ａに、レーザ光Ｌを照射して、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重複領域Ａの一部にて融着する。本実施形態において、レーザ光源５は、コアにエルビウム（Ｅｒ）をドープしたＺＢＬＡＮファイバーをレーザ媒体としたファイバーレーザである。
上記のレーザ光源５は、中赤外光の波長（約２．８μｍ）を有するレーザ光Ｌを出力する。この中赤外光の波長を有するレーザ光Ｌは、ガラス基板に入射されると、ガラス基板により一部が吸収されながら、ガラス基板内を伝搬する。
【００２８】
レーザ光Ｌは、ガラスにより一部が吸収されながら、ガラス内を伝搬できる波長を有していれば、上記の波長に限られない。例えば、レーザ光源５は、２．７μｍ以上６．０μｍ以下の波長を有する中赤外光のレーザ光を出力できればよい。
従って、レーザ光源５としては、上記以外にも、例えば、Ｅｒ：Ｙ２Ｏ３、Ｅｒ：ＹＳＧＧ、Ｅｒ：ＧＧＧ、Ｅｒ：ＹＬＦ、Ｅｒ：ＹＡＧ、Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ、Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ、ＣＯ、Ｃｒ：ＺｎＳｅ、Ｃｒ：ＺｎＳ、Ｆｅ：ＺｎＳｅ、Ｆｅ：ＺｎＳなどを媒体とするレーザ光源を使用できる。
【００２９】
その他、レーザ光源５を、例えば、半導体レーザと、当該半導体レーザが出力するレーザ光のうち、上記の中赤外の波長を有する光を通過させるフィルタと、により構成してもよい。
【００３０】
レーザ光源５から出力されたレーザ光Ｌは、レーザ光源５と加工テーブル４との間に配置された集光レンズ６により集光される。集光レンズ６は、レーザ光Ｌを集光させて、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部の近傍において集光点Ｓを形成する。
集光レンズ６は、Ｚ方向（高さ方向）に移動可能であり、加工テーブル４との間の距離を調整可能となっている。つまり、集光レンズ６は、高さ方向に移動することで、集光点Ｓの位置を調整できる。
【００３１】
分離手段７は、重複領域Ａの一部において融着した第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを分離する。分離手段７は、例えば、一対のクランプにより構成できる。
この分離手段７において、例えば、一方のクランプにより第１ガラス基板Ｇ１を保持し、他方のクランプにより第２ガラス基板Ｇ２を保持した状態で、第１ガラス基板Ｇ１を保持するクランプを高さ方向（第２ガラス基板Ｇ２から離れる方向）に移動させることで、融着した第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを分離できる。
【００３２】
（２）ガラスの加工方法
図３を用いて、図１及び図２を用いて説明した上記の加工装置１を用いて、第１ガラス基板Ｇ１又は第２ガラス基板Ｇ２のいずれかに溝を形成する方法について説明する。図３は、第１実施形態に係るガラスの加工方法を模式的に示す図である。
【００３３】
まず、図３の（１）に示すように、第２ガラス基板Ｇ２を磁性体ベース３１に載置し、その後、第２ガラス基板Ｇ２の主面の一部に第１ガラス基板Ｇ１を重ね合わせる。さらに、第１ガラス基板Ｇ１上であって、Ｘ−Ｙ平面内において磁性体ベース３１の配置位置に対応する位置に、磁性体保持部材３３を載置する。
これにより、保持手段３が、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ねた状態で保持できる。保持手段３は、磁性体ベース３１と磁性体保持部材３３との間に働く磁力により、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを所定の力で押さえた状態で保持する。
【００３４】
次に、図３の（２）に示すように、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ねて保持した状態で、第１ガラス基板Ｇ１側からレーザ光源５によりレーザ光Ｌを出力して、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部の近傍に、レーザ光Ｌを照射する。
このとき、集光レンズ６の高さ位置を調整して、レーザ光Ｌの集光点Ｓを、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２の接合部よりもわずかに第２ガラス基板Ｇ２側に存在させることが好ましい。これにより、第１ガラス基板Ｇ１又は第２ガラス基板Ｇ２から融着部分Ｆ（後述）を分離できる適切な融着状態を、レーザ光Ｌの照射により実現できる。
【００３５】
また、レーザ光Ｌを接合部に照射するときに、加工テーブル４をＸ方向及び／又はＹ方向に移動させて、レーザ光Ｌを、重複領域Ａにおいて所定の形状に沿って走査してもよい。例えば、加工テーブル４をＸ方向に移動させることで、レーザ光Ｌを重複領域ＡにおいてＸ方向に直線状に走査できる。
【００３６】
その他、加工テーブル４を移動させることなく固定することで、レーザ光Ｌを重複領域Ａにおいて点状に照射できる。
【００３７】
上記のように第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部にレーザ光Ｌを照射することで、図３の（３）に示すように、上記接合部のうち、重複領域Ａのレーザ光Ｌが照射された箇所（及びその近傍）に、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との融着部分Ｆが形成される。
【００３８】
重複領域Ａの一部に融着部分Ｆを形成した後に、図３の（４）に示すように、分離手段７により、融着部分Ｆが形成された第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを分離する。
この分離工程時に、例えば、第１ガラス基板Ｇ１の表面に融着部分Ｆが残留して突起Ｐを形成する一方、第２ガラス基板Ｇ２の表面からは、融着部分Ｆが除去される。その結果、第２ガラス基板Ｇ２の表面に溝Ｇが形成される。
【００３９】
なお、図３に示す例では、第１ガラス基板Ｇ１側に突起Ｐが形成され、第２ガラス基板Ｇ２側に溝Ｇが形成されているが、第１ガラス基板Ｇ１側に溝Ｇが形成され、第２ガラス基板Ｇ２側に突起Ｐが形成される場合もある。
【００４０】
レーザ光Ｌを接合部に照射する工程において、例えば、レーザ光Ｌを直線状に走査すると、上記分離工程により、第１ガラス基板Ｇ１及び第２ガラス基板Ｇ２に、直線状の突起Ｐ及び溝Ｇを形成できる。すなわち、レーザ光Ｌを任意の形状に走査することで、第１ガラス基板Ｇ１及び第２ガラス基板Ｇ２に、当該任意の形状に沿って延びる突起Ｐ及び溝Ｇを形成できる。
その一方、レーザ光Ｌを点状に照射すると、上記分離工程により、第１ガラス基板Ｇ１及び第２ガラス基板Ｇ２に、点状の突起Ｐ及び点状の溝Ｇ（つまり、穴）を形成できる。
【００４１】
（３）実施例１
以下、図３を用いて説明したガラスの加工方法により、ガラス基板に溝Ｇを実際に形成する実施例について説明する。
本実施例においては、溝Ｇを形成するガラス基板として、「ＥａｇｌｅＸＧ（登録商標）」との商品名のガラス基板（コーニング社製）を用いた。本実施例で用いたガラス基板の厚さは０．３ｍｍである。
【００４２】
また、レーザ光源５として、エルビウム（Ｅｒ）をドープしたコアを有する光ファイバーをレーザ媒体としたファイバーレーザを使用した。このレーザ光源５からは、波長が約２．８μｍである中赤外光（出力：４Ｗ）を出力できる。
レーザ光源５からは１０ｍｍ径のレーザ光Ｌを出力し、焦点距離が４０ｍｍである集光レンズ６を用いて、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．２ｍｍの位置に、レーザ光Ｌの集光点Ｓを形成した。つまり、レーザ光Ｌの焦点位置を、接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．２ｍｍの位置とした。
【００４３】
さらに、本実施例１では、レーザ光ＬをＸ方向に走査して、Ｘ方向に延びる直線状の溝Ｇを形成することを試みた。レーザ光Ｌの走査速度は毎秒２．５ｍｍとした。レーザ光Ｌの走査は、保持手段３からＹ方向に３ｍｍ離れた位置にて行った。
【００４４】
上記の条件を用いて使用して第１ガラス基板Ｇ１に形成された突起Ｐの三次元形状、及び、第２ガラス基板Ｇ２に形成された溝Ｇの三次元形状を、レーザ顕微鏡により観察した。その結果を図４に示す。図４は、実施例１において形成された突起及び溝の三次元形状を示す図である。図４の（ａ）が第１ガラス基板Ｇ１の三次元形状、図４の（ｂ）が第２ガラス基板Ｇ２の三次元形状である。
図４に示すように、第１ガラス基板Ｇ１には、なだらかな傾斜を有する突起Ｐが形成されている。その一方、第２ガラス基板Ｇ２には、上記突起Ｐに対応する形状を有する溝Ｇが形成されている。
【００４５】
また、図４に示すように、第１ガラス基板Ｇ１と突起Ｐとの境界、及び、第２ガラス基板Ｇ２と溝Ｇとの境界は直線状であり、チッピングの形成が認められない。このように、上記にて説明したガラスの加工方法を用いることで、チッピングの発生を抑制しつつ、ガラス基板の表面に溝Ｇ及び突起Ｐを形成することができる。
【００４６】
さらに、図５に、第１ガラス基板Ｇ１に形成された突起Ｐ、及び、第２ガラス基板Ｇ２に形成された溝Ｇを、Ｙ方向に沿ってレーザ顕微鏡により観察した結果を示す。突起Ｐ及び溝Ｇを、これらが延びる方向とは垂直な方向に沿ってレーザ顕微鏡にて観察することで、突起Ｐ及び溝Ｇの形状プロファイルを測定できる。
図５は、実施例１において形成された突起及び溝の形状プロファイルを示す図である。図５の（ａ）が突起Ｐの形状プロファイル、図５の（ｂ）が溝Ｇの形状プロファイルである。
【００４７】
図５に示すように、本実施例において形成された突起Ｐ及び溝Ｇの幅は１００μｍ程度であり、突起Ｐの高さ及び溝Ｇの深さは１５μｍ程度であった。このように、上記にて説明したガラスの加工方法では、１００μｍ程度の細い突起Ｐ及び溝Ｇを、チッピングの発生を抑制しつつ形成できる。
このような溝Ｇは、例えば、生体検査用のチップ、マイクロ流路などに対して応用できる。
【００４８】
（４）形成条件の検討
（４−１）レーザ光の走査速度の検討（実施例２）
上記のように、２枚のガラス基板をレーザ照射により融着し、融着した２枚のガラス基板を分離することで、一方のガラス表面に溝が形成され、他方のガラス表面に突起が形成されることが確認された。
以下、溝及び突起の形成における各種条件の変更による溝及び突起の形状変化、及び、溝及び突起の形成安定性を確認するために、溝及び突起の形成条件を変化させてガラス基板に溝及び突起を形成した。
【００４９】
まず、以下に説明する実施例２においては、レーザ光Ｌの走査速度について検討した。
実施例２において、溝Ｇ及び突起Ｐを形成するためのレーザ光Ｌの照射条件として、以下を選択した。
集光レンズ６として焦点距離が２０ｍｍのものを用い、レーザ光源５から６．８ｍｍ径のレーザ光Ｌを出力することで、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．２ｍｍの位置に、レーザ光Ｌの集光点Ｓを形成した。
レーザ光Ｌの走査速度と集光レンズ６以外の他の条件は、上記の実施例１と同様とした。
【００５０】
レーザ光Ｌの走査速度を変化させて、ガラス基板に直線状の溝Ｇ及び突起Ｐの形成を試みたところ、走査速度を毎秒１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲で変化させた場合に、ガラス基板に溝Ｇ及び突起Ｐを形成できた。
【００５１】
ただし、レーザ光Ｌの走査速度により、ガラス基板への溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性に違いが見られた。具体的には、走査速度を毎秒１ｍｍと小さくした場合には、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との融着が強固であり、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との分離が困難であった。また、ガラス基板への溝Ｇ及び突起Ｐの形成も、レーザ光Ｌの走査軌跡の一部においてのみ可能であった。
すなわち、走査速度を過剰に小さくすると、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との融着が過剰に強固となり、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との分離ができなくなると予測される。
【００５２】
その一方、走査速度を毎秒２．５ｍｍと大きくした場合には、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との融着がレーザ光Ｌの走査軌跡の一部においてのみなされていたため、ガラス基板への溝Ｇ及び突起Ｐの形成が、レーザ光Ｌの走査軌跡の一部においてのみ可能であった。
すなわち、走査速度を過剰に大きくすると、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との融着が不十分となり、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを分離しても融着部分Ｆを分離できず、ガラス基板に溝Ｇ及び突起Ｐを形成できなくなると予測される。
【００５３】
上記の結果より、融着した２枚のガラス基板を分離する方法を用いてガラス基板に溝Ｇ及び突起Ｐを形成する場合には、レーザ光Ｌの走査速度、すなわち、ガラス基板へのレーザ光Ｌの照射時間を調整して、２枚のガラス基板の融着状態を最適なものとする必要があることが分かる。
【００５４】
また、レーザ光Ｌの走査速度を変化させると、以下の表１に示すように、形成される溝Ｇ（突起Ｐ）の幅及び深さに変化が見られることが分かった。具体的には、走査速度を小さくするほど、形成される溝Ｇ（突起Ｐ）の幅及び深さが共に大きくなる傾向が見られた。
【表１】
2020033232.tif 000003
【００５５】
上記のように、レーザ光Ｌの走査速度を可変とすることにより、ガラス基板に形成される溝Ｇ（突起Ｐ）の深さ及び／又は幅を調整することもできる。
【００５６】
（４−２）焦点位置の検討（実施例３）
次に、以下に説明する実施例３において、溝Ｇ及び突起Ｐの形成に対するレーザ光Ｌの焦点位置の影響について検討した。実施例３においては、溝Ｇ及び突起Ｐを形成するためのレーザ光Ｌの照射条件として、以下を選択した。
集光レンズ６として焦点距離が２０ｍｍのものを用い、レーザ光源５から６．８ｍｍ径のレーザ光Ｌを出力しつつ、集光レンズ６を高さ方向に移動させることで、レーザ光Ｌの集光点Ｓの形成位置を変化させた。また、レーザ光の走査速度は毎秒２．０ｍｍとした。その他の条件については、上記の実施例１と同様とした。
【００５７】
レーザ光Ｌの焦点位置を変えて溝Ｇ及び突起Ｐを形成した結果、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．１ｍｍの位置を焦点位置とした場合に、形成される溝Ｇ及び突起Ｐの幅及び深さが最大となる傾向が見られた。
【００５８】
（４−３）ガラス基板の密着性と溝／突起の形成安定性との関係についての検討（実施例４）
さらに、以下に説明する実施例４において、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ね合わせたときの密着性と、ガラス基板への溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性との関係性について検討を行った。
図２に示すように、保持手段３は、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とをＹ方向の一方側でのみ保持している。従って、保持手段３の位置からＹ方向に離れるに従って、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性は低くなると考えられる。
従って、実施例４では、保持手段３とレーザ光Ｌの走査位置との間のＹ方向における距離と溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性との関係を検討することで、ガラス基板の密着性と溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性との関係について検討した。
【００５９】
実施例４においては、溝Ｇ及び突起Ｐを形成するためのレーザ光Ｌの照射条件として、以下を選択した。
集光レンズ６として焦点距離が２０ｍｍのものを用いて、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．１ｍｍの位置に、レーザ光Ｌの集光点Ｓを形成した。また、レーザ光Ｌの走査速度は毎秒２．０ｍｍとした。その他の条件については、上記の実施例１と同様とした。
【００６０】
実施例４においては、上記のレーザ光Ｌの照射条件を用いて、磁性体保持部材３３のＹ方向の端部から３ｍｍの距離にある位置にてＸ方向に沿ってレーザ光Ｌを走査した場合と、磁性体保持部材３３のＹ方向の端部から１ｍｍの距離にある位置にてＸ方向に沿ってレーザ光Ｌを走査した場合とについて、溝Ｇ及び突起Ｐの形成状態を比較した。
【００６１】
以下、図６を用いて、保持手段３とレーザ光の走査位置との間の距離と、溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性との関係についての比較結果を説明する。図６は、保持手段とレーザ光の走査位置との間の距離と、溝／突起の形成安定性との関係についての比較結果を示す図である。
図６においては、磁性体保持部材３３のＹ方向の端部から３ｍｍ及び１ｍｍの距離にある位置にてＸ方向に沿ってレーザ光Ｌを走査した場合に、溝Ｇの形成が安定した位置を太線にて示している。
【００６２】
図６の（ａ）に示すように、磁性体保持部材３３のＹ方向の端部から３ｍｍの距離にある位置にてＸ方向に沿ってレーザ光Ｌを走査した場合には、レーザ光Ｌの走査軌跡の一部において、溝Ｇの形成が安定しない部分が見られた。
その一方、図６の（ｂ）に示すように、磁性体保持部材３３のＹ方向の端部から１ｍｍの距離にある位置にてＸ方向に沿ってレーザ光Ｌを走査した場合には、レーザ光Ｌの走査軌跡の全域において、溝Ｇの形成が安定していた。
このように、磁性体保持部材３３のＹ方向の端部からレーザ光Ｌの走査位置との距離が小さくなるほど、溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性が高くなっていることが分かる。すなわち、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を高くしてこれらのガラス基板を融着することで、溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性が向上すると予測される。
【００６３】
（４−４）ガラス基板の密着性の向上方法の検討
（４−４−１）密着性の向上方法の検討（実施例５）
上記のように、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を高くすれば、溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性が向上すると予測された。従って、以下、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を向上させて、溝Ｇ及び突起Ｐの形成を安定化させることを試みた。
まず、以下に説明する実施例５においては、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とをレーザ光Ｌの照射位置の近傍において点融着することで、２枚のガラス基板の密着性を向上させることを試みた。
【００６４】
具体的には、図３の（ａ）に示すように第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを保持手段３にて重ね合わせて保持するときに、レーザ光Ｌを短時間（例えば、０．５秒程度）点状に照射して、重複領域Ａのうちのレーザ光Ｌを照射する箇所の近傍において、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを点融着した。
なお、上記のレーザ光Ｌの照射により点融着が形成できたことは、当該レーザ光Ｌの照射位置の近傍に干渉縞が観察されたことにより確認した。第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ね合わせたときに干渉縞が生じることは、当該２枚のガラス基板が密着していることを意味しているからである。
【００６５】
実施例５においては、溝Ｇ及び突起Ｐを形成するためのレーザ光Ｌの照射条件としては、以下を選択した。
集光レンズ６として焦点距離が２０ｍｍのものを用いて、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．１ｍｍの位置に、レーザ光Ｌの集光点Ｓを形成した。また、レーザ光Ｌの走査速度は毎秒２．０ｍｍとした。その他の条件は、上記の実施例１と同様とした。
【００６６】
実施例５においては、（ｉ）点融着なし、（ｉｉ）レーザ光Ｌの走査軌跡の片側のみ点融着を形成、（ｉｉｉ）レーザ光Ｌの走査軌跡の両側に点融着を形成、との３つの条件により第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを点融着した後、レーザ光Ｌの走査により溝Ｇ及び突起Ｐを形成し、形成後の溝Ｇを光学顕微鏡により観察することにより、溝Ｇ及び突起Ｐの形成安定性について比較した。
図７に、点融着の有無及び形成状態を変化させたときに形成された溝Ｇの光学顕微鏡観察の結果を示す。図７の（ａ）は、点融着をしない場合に形成された溝Ｇの光学顕微鏡像である。図７の（ｂ）は、走査軌跡の片側のみ点融着した場合に形成された溝Ｇの光学顕微鏡像である。図７の（ｃ）は、走査軌跡の両側に点融着した場合に形成された溝Ｇの光学顕微鏡像である。
【００６７】
図７に示すように、レーザ光Ｌの走査位置の近傍において点融着をしなかった場合には、形成後の溝Ｇの境界においてチッピングが認められた（図７の（ａ）、図７の（ｂ））。
その一方で、点融着を形成した箇所の近傍に存在する溝Ｇの境界においては、チッピングが認められなかった。特に、レーザ光Ｌの走査軌跡の両側に点融着を形成した場合には、溝Ｇの境界全体において、チッピングが認められなかった（図７の（ｃ））。
このように、重複領域Ａのうちのレーザ光Ｌを照射する箇所の近傍において、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを点融着することにより、レーザ光Ｌの照射位置の近傍で第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を向上させてこれらのガラス基板を融着することで、安定して溝Ｇ及び突起Ｐを形成できる。
【００６８】
なお、図７の（ｂ）及び（ｃ）において、溝Ｇの近傍に穴が形成されていることが認められる。この穴は、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを分離する際に、点融着部分のガラスが除去されることにより形成されたものである。
すなわち、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との重複領域Ａにおいて、レーザ光Ｌを点状に照射することにより、ガラス基板の当該レーザ光Ｌの照射部分に、穴及びその穴に対応する突起を形成できる。
【００６９】
（４−４−２）密着性の向上方法の検討（実施例６）
以下、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を向上させるための他の方法について、さらに検討した。
具体的には、以下に説明する実施例６では、図３の（ａ）に示すように第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ね合わせる際に、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との間に液体を配置することで、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との隙間を液体により満たし、当該２枚のガラス基板の密着性を向上させることを試みた。
【００７０】
より具体的には、図３の（ａ）に示すように第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２とを重ね合わせる際に、磁性体ベース３１に載置した第２ガラス基板Ｇ２の表面に液体を配置し、その後、液体を配置した第２ガラス基板Ｇ２の表面上に第１ガラス基板Ｇ１を重ねて配置することで、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との間に液体を配置した。
【００７１】
実施例６においては、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との間に配置する液体として、エタノールを用いた。なお、エタノール以外にも、例えば水などを２枚のガラス基板の間に配置してもよい。
【００７２】
また、実施例６においては、溝Ｇ及び突起Ｐを形成するためのレーザ光Ｌの照射条件として、以下を選択した。
集光レンズ６として焦点距離が２０ｍｍのものを用い、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との接合部から第２ガラス基板Ｇ２側へ０．２ｍｍの位置に、レーザ光Ｌの集光点Ｓを形成した。また、レーザ光Ｌの走査速度は毎秒２．５ｍｍとした。その他の条件は、上記の実施例１と同様とした。
【００７３】
図８に、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との間に液体を配置して密着性を向上させたときに形成された溝Ｇの光学顕微鏡像を示す。
図８に示すように、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との間に液体を配置して密着性を向上させてこれらのガラス基板を融着することで、チッピングを発生させることなく、安定に溝Ｇ及び突起Ｐを形成できる。
【００７４】
２．他の実施形態
以上、本発明の一の実施形態及び複数の実施例について説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
上記の実施例１〜６にて用いた条件及び手法は、適宜組み合わせることができる。
【００７５】
上記の実施例においては、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を向上することにより、形成される溝Ｇ及び突起Ｐの幅などが大きくなる傾向にあった。従って、第１ガラス基板Ｇ１と第２ガラス基板Ｇ２との密着性を調整することによっても、溝Ｇ及び突起Ｐの形状を調整できる。
【００７６】
上記の第１実施形態においては、ガラス基板に溝Ｇ及び突起Ｐを形成したが、２つのガラスをレーザ光Ｌの照射により融着できればよいので、板状ではないガラス部材に対しても、上記の第１実施形態にて説明したのと同様にして、溝Ｇ及び突起Ｐを形成できる。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、レーザ光の照射によるガラスの加工に広く適用できる。
【符号の説明】
【００７８】
１     加工装置
３     保持手段
３１   磁性体ベース
３３   磁性体保持部材
４     加工テーブル
５     レーザ光源
６     集光レンズ
７     分離手段
Ａ     重複領域
Ｆ     融着部分
Ｇ     溝
Ｇ１   第１ガラス基板
Ｇ２   第２ガラス基板
Ｌ     レーザ光
Ｐ     突起
Ｓ     集光点
【図１】
2020033232.tif 000004
【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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【図８】
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