(57)【要約】【課題】従来の機械的スクライブ方法に不可避であったカレットやマイクロクラックを発生させない脆性材料の高品位熱応力割断において、材料加熱によってワークに熱損傷を発生させることなく、かつ高割断速度および高割断位置精度の双方を実現させる方法及び装置。【解決手段】ワーク上のできるだけ広領域に、ゆるやかに分布した比較的低温の非均一加熱温度分布を設けることによって応力発生のための加熱温度低減を図り、ワークの熱損傷を防止する。一方、同加熱温度分布に割断位置決定因子としての比較的微小領域に集中した加熱エネルギーを重畳し、かつ同位置をオフセット設定し、あるいは負帰還制御、さらに必要時には正帰還制御を行って、割断位置精度の向上を図る。加熱レーザはＣＯ２レーザ、フルカットを実現できるＥｒ：ＹＡＧレーザや種々の板厚でフルカットや非常に深いスクライブを選択して実現できる波長可変のＦｅ＋２：ＺｎＳｅレーザを用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワーク上の広領域にワークの熱損傷温度よりも低温の非均一温度分布と、割断位置決定因子としての微小領域に集中した温度分布を重畳させ、同微小領域付近でのみ開口型応力拡大係数Ｋ１が材料の破壊靱性値Ｋ１ｃより大きな値になるようにし、かつ同割断位置決定因子の温度分布に、割断位置が同目標位置と一致するように必要に応じてオフセット設定を行なうか、あるいは負帰還制御、場合によっては正帰還制御を行なう脆性材料の熱応力割断方法において、割断位置決定因子用にレーザ光を回折格子型光学素子によって変換したラインビームを使用することを特徴とするもの。
【請求項２】
請求項１において、ラインビームの向きあるいは長さを割断位置における割断輪郭の形状に合わせて制御することを特徴とするもの。
【請求項３】
請求項１において、表面スクライブ、非常に深いスクライブ、フルカットなど所要の割断の種類に応じて、レーザとしてＣＯ２レーザ、Ｆｅ２＋：ＺｎＳｅレーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザのいずれかを使用するもの。
【請求項４】
請求項１において、ワーク固定のために場所ごとに独立して電圧印加を切り替えることが出来る静電吸着板を使用するもの。
【請求項５】
ワーク上の広領域にワークの熱損傷温度よりも低温の非均一温度分布と、割断位置決定因子としての微小領域に集中した温度分布を重畳させ、同微小領域付近でのみ開口型応力拡大係数Ｋ１が材料の破壊靱性値Ｋ１ｃより大きな値になるようにし、かつ同割断位置決定因子の温度分布に、割断位置が同目標位置と一致するように必要に応じてオフセット設定を行なうか、あるいは負帰還制御、場合によっては正帰還制御を行なう脆性材料の熱応力割断装置において、割断位置決定因子用にレーザ光を回折格子型光学素子によって変換したラインビームを使用することを特徴とするもの。
【請求項６】
請求項５において、ラインビームの向きあるいは長さを割断位置における割断輪郭の形状に合わせて制御することを特徴とするもの。
【請求項７】
請求項５において、表面スクライブ、非常に深いスクライブ、フルカットなど所要の割断の種類に応じて、レーザとしてＣＯ２レーザ、Ｆｅ２＋：ＺｎＳｅレーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザのいずれかを使用するもの。
【請求項８】
請求項５において、ワーク固定のために場所ごとに独立して電圧印加を切り替えることが出来る静電吸着板を使用するもの。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は脆性材料、なかんずくフラットパネルディスプレィ用ガラスや太陽電池基板用ガラスの熱応力割断方法に関する。以下、ワークの一例としてガラスの場合を紹介するが、本発明は脆性材料全般に対して適用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
最近ガラス割断において、過去数世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方法に代わって、レーザ光照射による熱応力割断法が使用されるようになってきた。
【０００３】
この方法によれば、機械的方法に固有の欠点、すなわちマイクロクラック発生によるガラス強度の低下、割断時のカレット発生による汚染、適用板厚の下限値の存在、などが一掃できる。
【０００４】
この結果、熱応力割断法によれば機械割断の後工程である研磨、洗浄が不要になり、面粗さ１μm以下の鏡面が得られ、製品外形寸法精度は±２５μm以上になる。さらにガラス板厚０．１ｍｍまでの薄さにも使用でき、今後のフラットパネルディスプレィ用ガラスや太陽電池基板用ガラスに使用できる。
【０００５】
同方法の原理は次の通りである。ガラスに局所的にレーザ照射により、クラック、溶融、気化などが発生しない程度の加熱を行なう。この時ガラス加熱部は熱膨張しようとするが周辺ガラスからの反作用にあい十分な膨張ができず、照射点を中心として圧縮応力が発生する。周辺の非加熱領域でも、加熱部からの膨張に押されてさらに周辺に対して歪みが発生し、その結果圧縮応力が発生する。こうした圧縮応力は半径方向のものである。ところで物体に圧縮応力がある場合には、その直交方向にはポアソン比で関係付けられる引っ張り応力が発生する。ここでは、その方向は接線方向である。この様子を図２に示す。
【０００６】
同図は、原点に中心をおくガウシアン分布の温度上昇がある場合の、半径方向応力成分σｘと接線方向応力成分σｙの場所による変化を示したものである。前者は終始圧縮応力（同図では負値）であるが、後者は加熱中心部では圧縮応力であるが、同中心から離れると引っ張り応力（同図で正値）に変化する。同図に示す応力分布を基礎とし、一般の温度分布に対しても、この応力分布の線型重ね合わせとして取り扱うことができる。その場合も、ガラス板上の各点において、圧縮応力と引っ張り応力が直交方向に発生することに違いは
ない。
【０００７】
これらの応力のうち、直接割断に関係するのは引っ張り応力である。同応力が材料固有値である破壊靱性値を超える時には、破壊が随所に発生し制御不能である。本発明のような熱応力割断の場合には、引張り応力を同値以下に選定しておくので、破壊は発生しない。
【０００８】
ところが、引張り応力存在位置に亀裂がある場合には同先端では応力拡大が発生し、同
力が材料の破壊靱性値を超えると亀裂が拡大する。すなわち、加工としての制御された割断が生じることになる。レーザ照射点を走査することで、亀裂を延長させていくことができる。この熱応力割断では、割断面は結晶の劈開面に類似のものになるので、マイクロクラックもカレット発生もなく、前記した機械的方法の欠点が一掃できて、ガラスの加工方法としてきわめて優れた特性を有するものになる。
【０００９】
この熱応力割断には図１３に示す二種類のものがある。図１３（a）に示すのは、加熱２と冷却３の結果、ワーク１の表面層（たとえば深さ１００μm）のみに亀裂４が発生するもので、一般に表面スクライブと称されている。５はスクライブ方向を示す。
【００１０】
一方、図１３（b）に示すものは、亀裂がワークの全厚みにわたって発生するもので一般にフルカットと称されている。５は割断方向、６は割断予定線を示す。同図に示すフルカットの場合、冷却を行なっていない。勿論冷却を行なった方が引っ張り応力形成には有利であるが、バルク的にワーク内部に及ぶ冷却方法が見当たらないからである。両者には、一長一短がある。前者ではスクライブ後にブレーク工程が必要であり、これが最大の欠点である。この工程は後者では不要であるが、同技術には大型ワークで割断速度が低下したり、ワーク端付近で割断位置精度が低下するなどのいわゆるサイズ効果という欠点がある。
【００１１】
このガラスのレーザ照射による表面スクライブ技術はコンドラテンコ  ブラディミアー  ステパノビッチによって精力的に開発され、特許文献１の日本特許が成立している。同特許は、特許文献２及び３の欧州特許ならびに米国特許としても成立している。                      同氏はレーザ光としてＣＯ２レーザ光を選択した。
【００１２】
同じくＣＯ２レーザを用いて表面スライブを行う技術で、ビームスプリッターによって円対称レーザビームを直線上に配列した複数個のビームスポット列に変換する技術の特許文献４の日本特許が成立している。
【００１３】
以上の表面スクライブ特許に対して、前記した欠点を除去するべく図１３（b）に示すフルカット技術開発が追求され、希土類元素ドープガラスに対して半導体レーザを照射する技術の特許文献５の日本特許が成立している。
【００１４】
熱応力割断がフルカットになるか表面スクライブにとどまるかは、ワーク加熱が表面現象にとどまるかあるいはバルク現象であるかの差によって、熱応力が表面層のみに発生するかあるいはワークの全厚みにわたって発生するかの差違による。前記したように、両者にはメリット、デメリットがあるので、目的に応じて使い分ければよい。本特許は両技術に共通に適用可能なもので、脆性材料熱応力割断の更なる性能向上を可能にする改良特許である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】コンドラテンコ  V.S.、 脆性非金属材料の分断方法、  日本国特許第３０２７７６８号
【特許文献２】Kondratenko Vladimir S., Method of splitting non-metallic materials, EP0633867B1
【特許文献３】Kondratenko Vladimir S., Method of splitting non-metallic materials, USP5609284
【特許文献４】寺本勉、切断装置、日本国特許第３７９２６３９号
【特許文献５】三浦宏、軽部規夫、脆性材料の割断方法および装置、  日本国特許第４１７９３１４号
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】Vladimir V. Fedorov et al. 3.77-5.05 μm Tunable Solid-State Lasers Based on Fe2+-Doped ZnSe Crystals Operating at Low and Room Temperatures, IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 42, No. 9, pp 906-917, September (2006).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
レーザ照射等による熱応力割断は、機械的方法よりも高品位加工法であることに特徴がある。一方、同加工法にも欠点がある。その第一のものは、加工点温度が常温より高温になることである。機械的方法が常温で行えるのと対照的に、熱応力割断では常温以上に加熱しなければならない。特に大型ワークでフルカットを行う場合には、割断速度を増大させるために熱応力を増大させる必要がある。このためには、加熱温度を一段と高くする必要がある。一方ガラスには変性点温度や融点があるし、特にガラス表面に成膜がある場合にはワーク損傷を防止するために加熱温度を低下させる必要があり、これは熱応力割断における最大の問題点になる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この問題を解決するために、本発明ではワーク加熱をワーク上の一点に限定せず、広領域に分布させることにした。そうすれば、加熱領域の各点で発生する熱応力を加熱全領域で面積分することによって、発生熱応力を著しく増大させることができる。ただし、ワーク全域を一様加熱するのでは熱応力は発生しない。むしろワーク内の残留応力除去のために、ワークを加熱炉に入れて徐熱徐冷をすることがよく行われている。熱応力発生のためには、非均一温度分布が必要なのである。同分布形成は原理的には加熱によっても冷却によってもいいが、実際には加熱の方が実行するのに容易である。また、両者を併用することも効果がある。こうした分布型加熱を行うことによって、我々は板厚０．７ｍｍの大型無アルカリガラスを割断速度３００ｍｍ／秒でフルカットするのに、加熱温度５０℃の低温度で済ますことができた。
【００１９】
この方法は、加工点の加熱温度低減に効果がある。しかしながら温度分布がなだらかに広いと、割断位置の決定因子がなくなるので、同精度が低下するという欠点が生じる。これを防止するために、なだらかな温度分布に鋭いピークを重畳させて、割断位置決定因子として活用すればよい。ただし一般的に、温度分布と原子間結合解離に使用できる応力分布は一致しない。実際にワ−ク割断に寄与するのは後者であって、これは温度分布だけでなくワークの全体構造に依存する。したがって、温度分布を割断予定線に合わせるだけでは、高い割断位置精度は実現できない。同精度は、両者間のずれが理論あるいは実験によって正確に予見できる場合にはオフセット技術で、その予見が困難な場合には負帰還制御、あるいは必要によっては正帰還制御によって高めればよい。  
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、熱応力割断の有する高品質を実現しながら、加熱温度をガラス自体も表面上の成膜をも損傷しないだけ十分に低い値に低下させ、かつ位置精度も十分に高めることができる。レーザによるガラス割断は、加工品質上の多くのすばらしい技術上の利点がありながら、いまだに過去数世紀にわたって使用されてきたダイアモンドチップによる機械的方式を置換できないできた。本発明はそうした事態を一変するものである。
【００２１】
本発明によって実現されるガラスの熱応力割断、特にフルカット技術、のメリットに次に挙げるものがある。
１）フルカットを従来方法に比較して大幅に高速度で実現することができる。
２）割断がフルカットだけの一工程ででき、ブレークが不要になる。まして、研磨、洗浄などの後工程は不要である。
３）割断面近傍におけるマイクロクラック発生がなく、ワークの材料強度が高い値になる。
４）割断面にカレットの付着がなく、清浄である。
５）輪郭割断が可能にある。
６）割断位置精度が高くなる。  
７）割断面がガラス表面に対して、十分に垂直である。  
８）割断面が鏡面で、面粗さが良好である。
９）重ねガラスの選択的割断を一方向からのレーザビーム照射でおこなうことができ、ガラス板の反転などの操作が不要になる。
１０）割断の自動化ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】広領域非均一温度分布による熱応力割断原理を示す模式図。
【図２】ガウス型温度分布による発生熱応力分布図。
【図３】熱応力発生のための比較的低温の広領域非均一加熱分布の一例。
【図４】広領域非均一加熱分布の一例下で発生する応力拡大係数分布図。
【図５】レーザスポット走査に対する応力拡大係数分布。
【図６】広領域非均一加熱に走査レーザスポットを重畳させた場合の応力拡大係数分布。
【図７】ＤＯＥによるガウシアンレーザビームのラインビームへの変換。
【図８】輪郭に沿った熱応力割断時のラインビーム向きの回転制御。
【図９】滑らかでない輪郭に沿った熱応力割断時のラインビームの長さと向きの制御。
【図１０】ワーク側端近傍を熱応力割断時の、実際の割断位置と同目標位置間のずれ。
【図１１】厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス板の赤外線透過率特性。
【図１２】ワークの多数個割断において、フルカット方向と非常に深いスクライブ方向が直交する例。
【図１３】ガラスのレーザ光照射による表面スクライブ(a)とフルカット(b)模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明の実施形態の模式図を図１に示す。前記したように、加熱領域を広領域に及ぶようにすればするほど、加熱温度が低くてよいという長所が生まれるが、一方割断位置精度も低下してしまう。その防止のために、図１の１１に示すように温度分布の幅広い山脈の稜線上に、頂きのとがった山脈７を重畳した温度分布を利用する。この場合、とがった稜線位置７が割断位置決定因子になる。幅広い加熱領域にわたった積分値としての熱応力値は山の高さが比較的低いにも関わらず大きくなり、それでいて割断閾値には至らなく、望むらくはとがった山頂の位置だけで同閾値を上回るように設定する。同図では、熱応力が原子間結合解離を引き起こすに十分なだけ大きい領域を１０で示した。同領域では、○で示す隣り合う原子間の、線分で示す原子間結合が解離する状態を、×で示す。８はフルカットによる割断を、９は亀裂先端を示す。５は割断方向である。この場合、山頂を先鋭にしておけばおくほど、割断位置精度が向上する。
【００２４】
線形弾性破壊力学によれば、割断はワーク上亀裂先端付近の熱応力場の特異性によって発生する。この特異性を外れた熱応力値では、隣り合う原子間結合力に打ち勝つことはできないようにしておく。亀裂近傍の特異性の条件下で発生する熱応力にしても、ワーク変形に使用される値を超えた値が初めて原子結合解離に使用できる。前者は主としてワーク構造に依存し、ワークが大型であればある程大きな値になる。後者はワーク材料定数に依存し、ワーク形状に無関係である。線形弾性破壊力学理論によれば、後者を代表する物理量Ｋ１（開口型応力拡大係数）がK1＞K1c（ここでK1cは材料の破壊靱性値で、通常のガラスにおいては0.73MPa/m2）の場合、割断が亀裂先端の進展として進行する。本発明では所要の割断位置のみでK1＞K1cになるよう温度分布を選択すればよい。その場合、この条件ができるだけ低温で実現できるように設計する。K１の算出方法は線形弾性破壊力学理論によって与えられ公知であるので、ここでの説明は省略する。
【００２５】
この実施形態によれば、広領域非均一加熱の効果として加熱温度を低減させることが出来て、ワークの熱損傷を避けることが出来る。また、広領域加熱に割断位置決定因子を重畳させることによって、高割断位置精度を実現することが出来る。その結果、熱応力割断が有する固有の高品質割断特性を生かすことが出来る。
【実施例１】
【００２６】
第一の実施例として、第一の具体的な加熱温度分布設計例を紹介する。それは、幅５８０ｍｍ、板厚０．７ｍｍの無アルカリガラス板の中央部の直線状フルカット割断の場合を対象にする。これはフルカットとしては、大型ワークに不可避のサイズ効果のためにかなり困難な場合である。図１のなだらかな山脈として、図３に示すようなガラス幅中央部に温度約５０℃のピークを有するガウシアン温度分布を設定することにする。その具現化のために、ガラス板上の高さ２００ｍｍの位置にガラス長に並行に設置した電気入力１ｋWの柱状赤外線ランプを使用した。図３には割断実施と同時である、電力投入３分後のガラス表面温度の測定値も示した。ここで割断開始までランプ点灯後３分間待ったのは、ランプ光エネルギーの一部はガラスの表面で吸収され、内部に熱伝導で到達しフルカット割断の条件が出来上がるのは一定の時間後であるからである。赤外線ランプ光を３−４μmのバンドパスフィルターを介して照射すれば、照射光はガラス内部に到達し直接吸収されるので、この条件はランプ点灯と同時に達成され待ち時間は不要になる。
【００２７】
この温度分布に対して、有限要素法で計算したガラス幅中央におけるK1値のガラス長さ方向分布を図４に示す。同図中には、無アルカリガラスに対するK1cの値も示した。K1がK1cより大きくなる領域は、ガラスの割断開始端部から３１０ｍｍまでの領域で、この点を超えるとフルカットは停止してしまう。この条件の加熱では、端部から３１０ｍｍまではフルカットが自動的に進行しそこで停止する。
【００２８】
加熱温度をもっと上げればフルカット進行距離はより増大し、下げれば減少するであろう。いずれにしても、図３に示す様な幅の広い加熱では割断位置精度はとても期待できない。この条件下でのメリットは、最高加熱温度が５０℃まで低減できたことである。
【００２９】
本発明における割断位置決定因子としての重畳加熱用に、ガラスによる吸収レーザ出力１００Ｗ、スポット直径３ｍｍ、走査速度３００ｍｍの単一レーザスポットを応用した。先ずこのレーザ光加熱のみに対して有限要素法によるＫ１計算を行った。実際の実験は、波長９７６nmのLDレーザビームを使用して行った。  図５に、レーザビーム走査線上におけるＫ1値計算結果のガラス長さ方向の分布を示す。同図には、走査レーザビーム位置がガラス端からそれぞれ３０、１００，２００，２５０，３００，４００，５１０ｍｍの位置に至った場合の、Ｋ1分布と温度分布を示す。このレーザによるだけの加熱では、Ｋ１はガラス端部近傍以外ではＫ１ｃより低く、割断は発生しない。
【００３０】
赤外線ランプとレーザビームによる加熱を重畳させ、図１に示すような加熱温度分布を実現するのが本発明の趣旨である。図６に、その重畳時のＫ１値計算結果のガラス長さ方向の分布を示す。同図には、レーザビーム位置が図５と同じ地点における場合の、Ｋ1分布と温度分布を示す。ここで、各点におけるＫ１値も温度も、図４及び図５に示す値の和になっている。これらの物理量には、重ね合わせの原理が成立している。その結果、割断予定線上のみでＫ１がＫ１ｃを超えるようにできればよい。図６に示すＫ１値はレーザビームの近傍まではＫ１ｃより大きく、従って割断はそこまで進行し、そこで停止する。停止するのは、レーザビーム近傍には強い圧縮応力が存在するからである。
【００３１】
図３に示す赤外ランプによる加熱の場合には、割断はＫ１＞Ｋ１ｃの範囲内ではきわめて高速に進行した。ワーク内の熱応力分布の伝搬速度は、ほとんど音速に近いからである。この場合、割断面に荒れが発生する。それに対して、図６に示す赤外ランプとレーザビーム加熱重畳の場合には、前記したように割断亀裂はレーザビームを超えることができない
ので割断速度はレーザビーム走査速度と同一になる。この方法で、高い割断品質を維持することができて便利である。
【００３２】
ここに提示したのは、柱状赤外線ランプによる最高５０℃という熱応力割断用加熱としてはかなりの低温加熱に、走査型レーザスポット照射を重畳させて、板厚０．７ｍｍ、幅５８０ｍｍの無アルカリガラス板の中央部に速度３００ｍｍで高品位熱応力割断を実行できる実施形態であって、これはいずれの従来技術も達成できない効果であり、本発明の高機能を実証するものである。
【実施例２】
【００３３】
図７に示す加熱温度分布の第二の構成例は、割断位置決定因子として、レーザ発振器１２から射出されるガウシアンレーザビーム１３をラインビームホモジナイザーとしての回折格子型光学素子（ＤＯＥ）１４を用いてラインビームに変換したものを使用するものである。図７は、この変換の様子を示す模式図である。図中１５は、ＤＯＥを通過後のレーザビームを示し、所定位置において設計仕様であるラインビーム１６が実現する。その他の構成については、第一の実施例に等しい。このラインビームとしては、幅０．１−１ｍｍ、長さ２５ｍｍ程度のものが標準的に使用される。この場合長さ方向には均一強度分布であるが、幅方向は均一にもできるしガウシアンにもできる。また、強度分布を入射レーザビーム径、位置などを調整して変化させることもできる。
【００３４】
第一の実施例に比較し、第二の実施例の場合、割断位置精度がより増大したり、所要の加熱温度がより低減できたり、表面スクライブの場合スクライブ深さがより深く出来たりする。これらが本構成例の効果である。
【実施例３】
【００３５】
本発明の第三の構成例を、図８に示す。自由曲線である輪郭割断を行なう場合には、割断位置決定因子としてのラインビーム１６は輪郭の接線に一致させることが必要である。このためラインビームの向きを常時回転制御する必要がある。これはＤＯＥの回転制御１７で行なうことが出来る。
【００３６】
この構成による効果としては、ラインビームの長軸方向が常に輪郭線と一致するので、割断位置精度の向上、発生熱応力の増大、その結果としての割断速度向上などがある。
【実施例４】
【００３７】
本発明の第四の構成例を、図９に示す。割断曲線がランダムに曲がっている場合には、ラインビームの向きの制御だけでは不十分で、その長さを短縮したり、場合によっては点状にしたりする必要がある。こうした制御は、ＤＯＥの回転制御と同時にＤＯＥと同時回転しながら前後に移動する楔型マスク１９の使用によって行なうことができる。図中この前後運動を２０で示し、その制御によってラインビーム１６は２１，２２，２３に示すようにその長さを所要の値に制御できる。特に２１に示すのは点状のもので、割断曲線の鋭角の曲がりに対応している。
【００３８】
この構成の効果として輪郭曲線が小さな曲率で曲がったり、あるいは鋭角で折れ曲がったりするような場合でも、割断位置精度が低下したり、割断速度が低下したりすることを防止できる。
【実施例５】
【００３９】
熱応力割断は原子間結合解離に用いられる最大熱応力位置で発生するのであって、最高温度位置で発生するものではない。我々が入力条件として与えることが出来るのは温度分布であって、この熱応力分布ではない。後者はワーク構造などの条件に応じて、結果として出現するものである。勿論両者には因果関係があるが、実際の生産現場においてそうした関係を常時把握することは困難である。図１に示す本発明の原理によれば、実際に発生する熱応力割断位置は同決定因子付近のいずれかの場所に一義的に限定されるのであるが、それは必ずしも割断目標位置ではないので、高精度制御のためには何らかの位置制御技術が必要である。
【００４０】
温度分布とこの割断発生位置間のずれが理論的に特定できる場合には、同ずれを補償するべく温度分布を当初からオフセット設定することによって高割断位置精度を実現することが出来る。図１０に有限要素法によって算出し、実験で実証された同ずれの一例を示す。これはワーク幅が５００ｍｍ、長さ１０００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍと幅２０００ｍｍ、長さ２０００ｍｍ、厚さ０．７ｍｍの２種の無アルカリガラス板の、側端から２０ｍｍの位置で直径１．５ｍｍのレーザビームを長さ方向に走査した場合の実際の割断位置を示す。割断開始並びに終端近傍を除いて、最大０．７ｍｍの位置ずれを生じ、それには高度な再現性が見られる。０．７mmの位置ずれが許容される場合にはそのままでいいし、許容されない場合には位置制御が必要である。このずれ量を種々の条件下で有限要素法で算出し記録しておけば、熱応力分布のオフセット設定が可能であり、高割断位置精度が実現できる。これが本発明の第五の構成例である。
【００４１】
この構成によって、熱応割断位置の更なる高精度化が可能になる。ワーク形状、割断位置などの条件が不変である繰り返し条件下での反復作業においては、許容位置誤差が５０μm程度であればこの方法が適当であろう。同装置は負帰還制御部が不要となり、装置構成の簡素化が可能である。
【実施例６】
【００４２】
レーザビーム位置の負帰還制御が、本発明の第六の構成例である。生産現場では上記のオフセット設定が困難な場合もあるので、実際の割断位置をスクライブモニターで検出し、割断位置決定因子に対応する照射レーザビーム位置に負帰還制御、あるいは必要によっては正帰還制御を行い、所定の割断位置精度を実現することができる。この制御は公知の制御技術の応用で行なうことが出来る。
【実施例７】
【００４３】
以上のレーザビーム位置制御による割断位置高精度化に対して、ラインレーザビーム回転角制御によっても割断位置高精度化を行なうことができ、これが本発明の第七の構成例である。この方法の原理は、ラインレーザビームの回転角制御によってK１１（面内せん断型応力拡大係数）をゼロか非常に小さな値にすることができ、その場合最大温度位置と最大熱応力位置が一致することを利用する。この事実は、有限要素法計算によって確認できた。この場合もレーザビーム位置制御同様、オフセット設定と負あるいは正帰還制御の２種類の方法がある。しかしながらオフセット補償量の算出はかなり複雑であるので実際の生産現場での使用には問題であり、負あるいは正帰還制御の方がより現実的である。同方法も、公知の制御技術を適用して行なうことが出来る。
【００４４】
前記２種類の負帰還あるいは正帰還制御によれば、温度分布と割断位置間のずれ量の事前評価が不要になり、自動化運転によって割断位置の高精度化が実現できるので、実際の生産現場におけるメリットには計り知れないものがある。
【実施例８】
【００４５】
加熱用レーザとしては、ガラスに吸収されるレーザビームが使用できる。代表的なレーザは、波長１０．６μmのCO2レーザである。同レーザは、商用レーザとして高出力レーザが容易に入手できて便利である。同レーザの特徴は、ガラスによる吸収係数が過大であって、深さ３．７μmの表面層で入射エネルギーの９９％が吸収されてしまい、ガラスのバルク加熱が出来ないことである。そのため表面スクライブには適しているが、フルカットには使用できない。
【００４６】
図１1に、厚さ０．７ｍｍの無アルカリガラス板の赤外光透過特性（％）を示す。フル
カット用レーザビームとしては、ガラス板で約５０％吸収されることが理想的であるので、発振波長が波長領域２．75−４．5μmの範囲内のレーザビームが使用できる。勿論板厚が大きい場合には最短波長が２．５μm、板厚が小さくなれば最長波長が５μmの範囲内の発振波長であればよい。このため、フルカット用レーザとしては、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（２．９４μm）を使用することができる。
【００４７】
波長領域３．７７−５．０５μmで波長可変である中赤外レーザの使用によって、理想的な効果を生み出すことが出来る。同レーザは、ディスクレーザやファイバイーレーザで励起する２価の鉄イオンドープのＺｎＳｅ結晶レーザである。約５０％近い発振効率があり、高出力化も期待できる。同レーザの技術は非特許文献１に報告されている。 
【００４８】
現在フラットパネル表示器用ガラスの板厚は、現行値の０．７ｍｍから０．１ｍｍに向かって徐々に減少する傾向にある。これらの板厚において入射光エネルギーの９９％が吸収される条件は、関係式I/I0=e-αｘから吸収係数αが６５−２３０ｃｍ−１の範囲内にあることである。これに対応する無アルカリガラスの吸収特性から決められる波長範囲は、十分前記したこのレーザの波長同調範囲内に入っている。従って、ガラス板厚が変わってもこの波長同調によって、ほとんどの光エネルギーがガラス板の裏面まで到達しそれでいてガラス板を貫通することがなく、スクライブ深さをガラス板厚近い値にすることが可能である。フルカット同士になってしまうと交差点でのクロス加工が困難であるが、裏面に非カット層が若干残存しているとクロス加工が出来ることは実証されている。この様子を、図１２に示す。ガラス板１に、最初に波長同調によるレーザ光浸透を行い裏面に至らない深いスクライブ２４，２４１，２４２，２４３、などを作成する。ついで波長同調をより短波長方向に行い、レーザ光をガラス板を完全に透過させ前スクライブと直交方向にフルカット２５，２５１，２５２、などを実現する。両線のクロス点では、スクライブ位置では裏面がまだ分離されていないのでフルカットが問題なく進行する。なお、この説明ではガラス板端部に設ける初亀裂については省略した。
【００４９】
こうした工程後に、深いスクライブ線に沿って機械ブレークを実行する。スクライブ深さが十分にあるので、このブレークは容易である。こうした工程中、フルカットされた各片がばらばらにならないように、ワークは必要な工程中は静電吸着板２６に固定しておく。同吸着板は各位置における電圧印加を独立に制御できる構造にしておき、所要の場所で所要のタイミングに吸着を開放すればよい。
【００５０】
この構成によって、各種板厚のガラスに対してフルカットを実現したり、フルカットに至らない非常に深いスクライブを実現したりすることできる。この技術は熱応力割断によって交差割断を行うときにクロス割断を実現することでき、実用上きわめて有用である。
【００５１】
以上説明したのは本発明の機能を実現するためのいくつかの実施例であって、本発明の精神はその他の多くの方法で実現可能であることは言を俟たない。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
このように、ガラスの熱応力割断がフラットパネルディスプレィや太陽電池の製造過程に導入されれば、加工速度、加工品質、経済性などの向上、従来技術の弱点克服において、その効果ははかり知れないものになる。これらの加工が現在はダイアモンドカッターで行われており、カレット発生のための切断後の洗浄工程の必要性や、マイクロクラックの存在による材料強度低下などの問題を呈している。本発明による熱応力割断で、こうした問題を解決することができる。また、加熱温度が十分に低いので、ガラス基板やその表面上に設けられた成膜に熱損傷を引き起こすことがない。熱応力割断位置精度も十分に高く、熱影響領域をストリート幅内に十分に納めることが出来るので、本発明の技術は基板ガラスだけでなくセル加工にも使用することが出来る。
【符号の説明】
【００５３】
１      ワーク    
２      加熱
３      冷却
４      表面スクライブ
５      スクライブ方向または割断方向
６      割断予定線
７      割断位置決定因子
８      フルカット割断
９      亀裂先端
１０    熱応力に基づく原子間結合解離
１１    広領域非均一温度分布
１２    レーザ発振器
１３    ガウシアンレーザビーム
１４    回折格子型光学素子（ＤＯＥ）
１５    ＤＯＥ通過後のレーザビーム
１６    ラインビーム断面形状
１７    ＤＯＥ回転方向
１８    ラインビーム回転方向
１９    楔型マスク
２０    楔型マスク移動方向
２１    点状レーザスポット
２２    短いラインビーム
２３    長いラインビーム
２４    非常に深いスクライブ
２４１  同
２４２  同
２４３  同
２５    フルカット
２５１  同
２５２  同
２６    静電吸着板
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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