(57)【要約】【解決手段】  割断機構５は、加工テーブル３よりも上方に配置されたＹＡＧディスク１５と、このＹＡＧディスク１５と対向させて加工テーブル３の下方に配置した全反射鏡２２と、ＹＡＧディスク１５を挟んで配置した一対の半導体レーザ１６および集光レンズ１７とを備えている。  ＹＡＧディスク１５の全反射膜１５Ａと全反射鏡２２とにより第２レーザ光Ｌ２を反復して反射させて、この第２レーザＬ２の光路と交差するようにガラス２を支持する。  クラック形成機構４によってガラス２の割断予定線の箇所に微小クラックＣを形成し、その後に割断機構５から微小クラックＣに第２レーザ光Ｌ２を照射して加熱することで、割断予定線のとおりにガラス２を割断する。【効果】  従来と比較して小型のレーザ割断装置１を提供することができる。【選択図】  図３
2008094689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ媒質と、このレーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、上記レーザ媒質を挟んだ両側の位置に配置されて上記レーザ媒質から発振されるレーザ光を反復させて反射させる共振器を構成する一対の反射鏡とを有するレーザ発振器と、上記一対の反射鏡によって反射されるレーザ光の光路を横切るように脆性材料を支持する支持手段と、上記レーザ発振器と上記支持手段とを相対移動させる移動手段とを備えて、
割断予定線に沿って脆性材料にレーザ光を照射して加熱することにより上記割断予定線のとおりに脆性材料を割断することを特徴とする脆性材料の割断装置。
【請求項２】
上記支持手段を固定して配置するとともに、上記移動手段は一方の反射鏡と他方の反射鏡とをそれぞれ移動可能に設けた各移動機構からなり、該各移動機構は、共振器の構成を保って各反射鏡を移動させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の割断装置。
【請求項３】
上記レーザ媒質から発振されるレーザ光を脆性材料に照射するのに先行して脆性材料の割断予定線上に微小クラックを形成するクラック形成機構又は微小な溝を形成する溝形成機構を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の脆性材料の割断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は脆性材料の割断装置に関し、より詳しくは、レーザ光を照射してガラス板を割断する場合に好適な割断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、脆性材料であるガラス板を割断する場合には、先ずメカニカルカッターなどによりガラスの表面の割断予定線上に微小な溝を形成し、次に、その溝に沿ってデフォーカスしたＣＯ２レーザ光をガラスに照射して加熱することで内部に熱応力が発生して上記微小な溝から亀裂を成長させて割断予定線に沿って割断するようにしている。
ところで、ソーダガラス等からなる液晶ディスプレイ基板は、ＣＯ２レーザ光をよく吸収するが、ＹＡＧレーザ光はあまり吸収しない性質を有している。ちなみに、ＹＡＧレーザ光がソーダガラスを透過する際の透過率は約９０％以上となっている。
そして、ＣＯ２レーザ光によってソーダガラスを割断する場合には、ガラスの表層部のみが過剰に加熱されて損傷するという問題がある。逆にＹＡＧレーザ光によってソーダガラスを割断する場合には、ソーダガラスの加熱に時間が掛かって割断速度が遅くなってしまうという問題があった。
また、従来、被加工物としてのガラス基板の加工装置として例えば特許文献１が知られている。この特許文献１の加工装置においては、ガラス基板に対して透過率の高いＮｄ：ＹＡＧレーザ光を発振するレーザ発振器を用いた場合に、このレーザ発振器から発振させたレーザ光の光路上にガラス基板を挟んで一対の反射ミラーを配置して、それらの反射ミラー間でレーザ光を繰り返し反射させることで加工効率を向上させるようにしている。
【特許文献１】特開平１０−２４４３８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述したようにガラスがＹＡＧレーザ光を吸収する吸収率は低いために、上記特許文献１の装置においてはガラス基板に対してレーザ光を数回程度しか透過させることができず、割断速度を速めるには高出力で大型のレーザ発振器が必要になるという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
すなわち、上述した事情に鑑み、本発明は、レーザ媒質と、このレーザ媒質に励起光を照射する励起光源と、上記レーザ媒質を挟んだ両側の位置に配置されて上記レーザ媒質から発振されるレーザ光を反復させて反射させる共振器を構成する一対の反射鏡とを有するレーザ発振器と、上記一対の反射鏡によって反射されるレーザ光の光路を横切るように脆性材料を支持する支持手段と、上記レーザ発振器と上記支持手段とを相対移動させる移動手段とを備えて、
割断予定線に沿って脆性材料にレーザ光を照射して加熱することにより上記割断予定線のとおりに脆性材料を割断するようにした脆性材料の割断装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
上述した構成によれば、小型であって、しかも加工効率が良好な脆性材料の割断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１から図３において１は脆性材料としての板状のガラス２を割断するレーザ割断装置である。
上記レーザ割断装置１は、水平な載置面３Ａ上にガラス２を水平に支持する加工テーブル３と、この加工テーブル３を水平面のＸＹ方向に移動させる図示しない移動手段と、加工テーブル３の上方側に配置されて、ガラス２における割断予定線上に第１レーザ光Ｌ１を照射してガラス２の下面側に連続する微小クラックＣを形成させるクラック形成機構４と、このクラック形成機構４に追従して加工テーブル３と相対移動されて上記割断予定線に生じた微小クラックＣに第２レーザ光Ｌ２を照射して加熱することでガラス２を割断する割断機構５とを備えている。また、クラック形成機構４は割断機構５の下部に固定されており、割断機構５は回転機構６を介して固定フレームに９に取り付けられている。
【０００７】
加工テーブル３は第２レーザ光を透過させる透明な材料によって長方形に形成されており、加工テーブル３の載置面３Ａには負圧を作用させるための多数の吸着孔が割断予定線から離れたところに形成されている。そして、加工テーブル３の載置面３Ａにガラス２が支持されると、上記吸着孔に負圧を作用させることでガラス２が載置面３Ａに吸着保持されるようになっている。
上記加工テーブル３は、水平面のＸ方向に伸びる一対の可動ガイドレール７，７に係合されるとともに、図示しない第１駆動機構によって両可動ガイドレール７、７に沿ってＸ方向に移動されるようになっている。
上記両可動ガイドレール７、７はブラケット７ａによって連結されている。また、両可動ガイドレール７、７の両端部は、水平面において上記Ｘ方向と直交するＹ方向の一対のガイドレール８、８に移動可能に係合されるとともに、図示しない第２駆動機構によってＹ方向に移動可能となっている。上記第１駆動機構と第２駆動機構とによって加工テーブル３を水平面上でＸＹ方向に移動させる上記移動手段を構成してあり、上記第１駆動機構および第２駆動機構の作動は制御装置１１によって制御されるようになっている。
【０００８】
また、クラック形成機構４、割断機構５によって生じる両レーザ光Ｌ１、Ｌ２をガラス２に照射する際には、第１レーザ光Ｌ１が第２レーザ光Ｌ２より先行してガラス２に照射されるように、上記回転機構６を介してクラック形成機構４、割断機構５を回転させることができるようになっている。
【０００９】
後に詳述するが、図２に想像線で示すように、クラック形成機構４からガラス２に設定したＸＹ方向の４本の割断予定線１０１〜１０４上に第１レーザ光Ｌ１を照射してガラス２の下面に連続する微小クラックＣを形成し、その後行側の割断予定線１０１〜１０４の微小クラックＣを含む領域に割断機構５から第２レーザ光Ｌ２を照射することで、ガラス２を加熱して微小クラックＣを進展させ、ガラス２を割断予定線１０１〜１０４のとおりに割断するようにしている。
つまり、第１レーザ光Ｌ１によってガラス２の割断予定線１０１〜１０４に沿って連続的に微小クラックＣを形成し、上記第１レーザ光Ｌ１のガラス２との相対移動に追従して第２レーザ光Ｌ２をガラス２と相対移動させることでガラス２を割断予定線１０１〜１０４のとおりに割断するようにしている。
【００１０】
クラック形成機構４は、ケーシング４Ａ内に設けられて第１レーザ光Ｌ１としての５３２ｎｍや３５５ｎｍの波長のレーザ光をパルス発振する第１ＹＡＧレーザ発振器１２と、この第１ＹＡＧレーザ発振器１２から発振された第１レーザ光Ｌ１を下方へ向けて反射させる反射鏡１３と、反射鏡１３によって反射されたレーザ光Ｌ１を集光する集光レンズ１４を備えている。
第１ＹＡＧレーザ発振器１２の作動は制御装置１１によって制御されるようになっており、制御装置１１によって第１ＹＡＧレーザ発振器１２が作動されると、第１レーザ光Ｌ１がガラス２に照射されるようになっている。集光レンズ１４の焦点位置はガラス２の下面よりも少し上方となる内部に位置させているので、第１レーザ光Ｌ１がガラス２に上面側から照射されると、第１レーザ光Ｌ１の照射位置となるガラス２の下面に微小クラックＣが発生するようになっている。
【００１１】
割断機構５は、第２レーザ光Ｌ２を連続発振させる第２ＹＡＧレーザ発振器から構成されており、第２レーザ光Ｌ２を反射させて増幅させる第２レーザ光Ｌ２の光路が上記ガラス２と直交するように割断機構５全体を所定高さに配置している。
図３に示すように、第２ＹＡＧレーザ発振器からなる割断機構５は、その構成部材が上下に別れた分割構造となっており、上部のケーシング５Ａ内には、水平に配置されたレーザ媒質としてのＹＡＧディスク１５と、上記ＹＡＧディスク１５の側方に配置された一対の半導体レーザ１６、１６と、各半導体レーザ１６，１６とＹＡＧディスクとの間に配置された各集光レンズ１７、１７と、ＹＡＧディスク１５の上面に密着させて配置されてＹＡＧディスク１５を冷却するヒートシンク２１とを備え、下部には上記ＹＡＧディスク１５と対向させて固定フレーム基部に水平に配置された全反射鏡２２を備えている。
【００１２】
上記ＹＡＧディスク１５の中央部にはＮｄやＹｂなどの活性元素が添加されたドープ部が形成され、励起光１３が照射されるとドープ部より出力光を発光するようになっている。
上記ＹＡＧディスク１５における上面（ヒートシンク２１側の表面）には、誘電体多層膜からなる全反射鏡としての全反射膜１５Ａが形成されており、他方、ＹＡＧディスク１５の下面側となる表面には、半導体レーザ１６からの励起光Ｌ３を反射して出力光を透過する誘電体多層膜１５Ｂが設けられている。
上記ＹＡＧディスク１５に施した全反射膜１５Ａとそれに対向させた下部の全反射鏡２２とによって共振器が構成されている。なお、下部に配置された全反射鏡２２は凹球面状に形成されている。そして、上記ＹＡＧディスク１５と全反射鏡２２との間に、つまり出力光としての第２レーザ光Ｌ２が反復して反射される光路上に加工テーブル３に支持されたガラス２を位置させて、該ガラス２を第２レーザ光Ｌ２が透過するようになっている。
【００１３】
制御装置１１からの指令によって上記半導体レーザ１６に対して電流が印加されると、半導体レーザ１６によって励起光Ｌ３が発振されるようになっており、この励起光Ｌ３がＹＡＧディスク１５内に導入されドープ部に照射されると、このドープ部から誘電体多層膜１５Ｂを介して第２レーザ光Ｌ２が発振されるようになっている。そして、この第２レーザ光Ｌ２は、共振器を構成する上部のＹＡＧディスク１５の全反射膜１５Ａと下部の全反射鏡２２とによって数１０回から数１００回反復して反射されて増幅されるようになっている。
このようにして第２ＹＡＧレーザ発振器からなる割断機構５を作動させて第２レーザ光Ｌ２を発振させるようにしてあり、該第２レーザ光Ｌ２が全反射膜１５Ｂと全反射鏡２２とで反射される光路上にガラス２を交差させて水平に位置させることで、ガラス２に第２レーザ光Ｌ２を照射して加熱させるようにしている。そして、クラック形成機構４によって微小クラックＣが形成された箇所に第２レーザ光Ｌ２を照射すると、ガラス２の内部に発生した熱応力により微小クラックＣが成長してガラス２が割断されるようになっている。
【００１４】
回転機構６は上下別々に設けられた回転機構６ａおよび６ｂから構成されている。上記割断機構５の上部のケーシング５Ａおよび下部の全反射鏡２２は第２レーザ光Ｌ２の光軸を中心として回転するように、それぞれ回転機構６ａ、６ｂに取り付けられており、両回転機構６ａ、６ｂは同じ方向に割断機構５の上部と下部を同期して回転するようになっている。
割断機構５によるガラス２への第２レーザ光Ｌ２の照射はクラック形成機構４による第１レーザ光Ｌ１に追従するように、加工テーブル３によるガラス２の移動方向と回転機構６による割断機構５の方向とを制御装置１１によって制御するようになっている。
なお、第２レーザ光Ｌ２の断面を円形とすれば、割断機構５を直接固定クレーム９に取付け、クラック形成機構４を第２レーザ光Ｌ２の光軸を中心として旋回回転するように回転機構６ａに設け、回転機構６ｂを省略することができる。
【００１５】
以上のように構成したレーザ割断装置１において、板状のガラス２をそれよりも一回り小さな外形の長方形に割断する場合について説明する。
先ずガラス２が加工テーブル３に載置されると、載置面３Ａの吸着孔に作用する負圧によってガラス２は載置面３Ａに吸着保持される。ガラス２の割断予定線１０１〜１０４を順次割断するため、図２に示す状態から先ず制御装置１１により上記第１駆動機構および第２駆動機構を作動させて、割断予定線１０１の図２における右端部をクラック形成機構４の第１レーザ光Ｌ１の照射位置に位置させる。
この後、制御装置１１はクラック形成機構４の第１ＹＡＧレーザ発振器１２を作動させるとともに第１駆動機構により加工テーブル３を右方へ移動させる。これにより、クラック形成機構４から第１レーザ光Ｌ１が割断開始位置となる上記割断予定線１０１の右端から割断予定線１０１に沿って照射されて微小クラックＣが形成され始める。
このときには、割断機構５が作動されているので、半導体レーザ１６、１６によりＹＡＧディスク１５のドープ部の活性元素が励起されて第２レーザ光Ｌ２が発振されてから、全反射鏡２２とＹＡＧディスク１５の全反射膜１５Ａとの間で上下方向に反復して反射されて増幅されている。
【００１６】
この後、第１駆動機構による加工テーブル３の右方への移動が継続しており、上記第１レーザ光Ｌ１に追従するように、割断予定線１０１に生じた微小クラックＣに対して第２レーザ光Ｌ２が照射される。この第２レーザ光Ｌ２によって割断予定線１０１の微小クラックＣが加熱されて、ガラス２の下面から上面までクラックが成長して割断予定線１０１に沿ってガラス２が右端から割断されるようになっている。そして、割断予定線１０１の左端まで割断されると、制御装置１１はクラック形成機構４、割断機構５の作動を停止させる。これにより、ガラス２における割断予定線１０１の箇所を割断したことになる。
【００１７】
この後、制御装置１１は、第１駆動機構及び第２駆動機構の作動を制御するとともに、回転機構６によりクラック形成機構４と割断機構５を図２において反時計方向に９０°回転させて、ガラス２における割断予定線１０２の割断開始端をクラック形成機構４による第１レーザ光Ｌ１の照射位置の下方に位置させる。
この後、制御装置１１はクラック形成機構４および割断機構５を作動させるとともに第２駆動機構によって加工テーブルをＹ方向において図２の下方から上方へ移動させる。これにより、割断予定線１０２の箇所に第１レーザ光Ｌ１が照射されて、割断予定線１０２に重合するガラス２の下面に微小クラックＣが連続的に形成されるとともに、クラック形成機構４に追従してガラス２とＹ方向に相対移動されている割断機構５から微小クラックＣの箇所に第２レーザ光Ｌ２が照射されて加熱されて割断される。割断予定線１０２の上端まで割断が到達した後、制御装置１１は、クラック形成機構４と割断機構５の作動を停止させる。これにより、第２の割断予定線１０２の箇所も割断される。
同様に割断予定線１０３、１０４に沿って割断が行われ、ガラス２における４本の割断予定線１０１〜１０４の箇所が割断される。
【００１８】
なお、上述したレーザ割断装置１によるガラス２の割断作業工程においては、隣り合う割断予定線の箇所を順次割断していたが、割断予定線１０１〜１０４の割断の順序は上述した作業工程に拘束されることなく、割断予定線１０１〜１０４の割断の順序は適宜変更しても良い。例えば、先ずＸ方向の割断予定線１０１、１０３の箇所を順次割断してからＹ方向の割断予定線１０２、１０４の箇所を割断するようにしても良い。
【００１９】
以上のように、本実施例においては、共振器を構成する全反射鏡２２と誘電体多層膜１５Ａが施されたＹＡＧディスク１５との間にガラス２を位置させて、数１０回から数１００回反射される第２レーザ光Ｌ２によって、ガラス２の微小クラックＣの箇所を加熱して割断を行っているので、割断機構５を小型化することができ、ひいてはレーザ割断装置１そのものを小型化することができる。
また、本実施例によれば、第２レーザ光Ｌ２としてガラス２による吸収率が低い波長であるＹＡＧレーザを用いているにも拘らず、ガラス２に対する透過回数を多くしてレーザ光の吸収量を多くすることができ、ガラス２を高速で割断することができる。
【００２０】
次に図４は本発明の第２実施例を示したものであり、上述した第１実施例においては、単一のガラス２をレーザ割断装置１によって割断する場合を説明したが、この第２実施例は２枚のガラス２０１、２０２を積層してなる脆性材料２００をレーザ割断装置１によって割断する場合を示している。
割断機構５、クラック形成機構４の構成は上記第１実施例のレーザ割断装置１のものと同一であるが、この第２実施例においては、クラック形成機構４全体の高さを調整する図示しない位置調整手段を設けている。この位置調整手段によってクラック形成機構４の高さを調整することで、集光レンズ１４の焦点位置の高さを調整できるようにしている。なお、この第２実施例においては上記第１実施例と対応する部材には同一の符号を付している。
この第２実施例においては、先ずレーザ割断装置１によって、下層側のガラス２０１に対してクラック形成機構４によって割断予定線をなぞるように第１レーザ光Ｌ１を照射して連続する微小クラックＣを形成するとともに、クラック形成機構４に対して追従してガラス２に対し割断機構５から上記微小クラックＣに第２レーザ光Ｌ２を照射して加熱する。これにより、下層のガラス２０１の割断予定線が割断される。
【００２１】
この後、上述した位置調整手段によって集光レンズ１４の焦点位置を上層のガラス２０２の下面に近い内部に位置させる（図４の想像線を参照）。これにより、クラック形成機構４から第１レーザ光Ｌ１が脆性材料に照射されると、上層のガラス２０２の下面に微小クラックＣが形成されるようにしている。
このようにクラック形成機構４の集光レンズ１４の焦点位置を上層のガラス２０２の内部に位置させた状態において、制御装置によって加工テーブル３を移動させるとともにクラック形成機構４から第１レーザ光Ｌ１を上層のガラス２０２に照射するので、上層のガラス２０２の割断予定線と重合するガラス２０２の下面に微小クラックＣが連続的に形成される。また、クラック形成機構４に追従して割断機構５から第２レーザ光Ｌ２が照射されるので、微小クラックＣが生じた割断予定線のとおりにガラス２０２が割断される。
このように、第２実施例においては、上述した第１実施例と同様に作用・効果が得られるだけでなく、上下２層のガラス２０１、２０２からなる脆性材料２００を割断するに際して、脆性材料２００全体を加工テーブル３上で反転させることなく、上下２層のガラス２０１、２０２を割断することができる。
【００２２】
次に図５ないし図６は本発明の第３実施例を示したものである。第３実施例においては上記第１実施例のレーザ光を用いたクラック形成機構４を省略し、その代わりにメカニカルカッター２６ａを備えた溝形成機構２６を設けて、それを用いてガラス２の割断予定線に微小な連続するＶ字状の溝２Ａを形成するようにしている。また、加工テーブル３は固定して配置する一方、割断機構５を加工テーブル３に対してＸＹ方向に移動できるように構成している。
加工テーブル３を挟んでＹ方向に伸びる一対のガイドレール２７、２７を設けてあり、これらのガイドレール２７、２７にわたってＸ方向と平行な上下一対の可動ガイドレール２８、２９を架設している。上方の可動ガイドレール２８に第１実施例と同様の回転機構６ａを介して上記第１実施例と同様の割断機構５の上部を取り付けている。割断機構５のケーシング５Ａの下面には溝形成機構２６を連結している。また、下方の可動ガイドレール２９に第１実施例と同様の回転機構６ｂを介して全反射鏡２２を取り付けている。
また、可動ガイドレール２８、２９はそれぞれ図示しない第１移動機構によってガイドレール２７、２７に案内されてＹ方向に移動することができるようになっている。また、割断機構５の上部および溝形成機構２６は図示しない第２移動機構によって可動ガイドレール２８に案内されてＸ方向に移動することができるとともに、回転機構６ａによって水平面において回転することができるようになっている。同様に全反射鏡２２は図示しない別の第２移動機構によって可動ガイドレール２９に案内されてＸ方向に移動することができるとともに回転機構６ｂによって水平面において回転することができるようになっている。そして、制御装置により割断機構５の上部と全反射鏡２２は共振器を構成した状態を保ってその移動が一致するように制御される。
この第３実施例においては、まず、ガラス２の割断予定線１０１の図５における右方の延長線上に進行方向前方に溝形成機構２６、後方に割断機構５を位置させて、割断予定線１０１に沿って溝形成機構２６及び割断機構５をＹ方向左方へ移動させる。するとメカニカルカッター２６ａによってガラス２の割断予定線上に連続する微小な溝２Ａを先行して形成し、その微小な溝２Ａが形成された箇所に沿って割断機構５にて発振させたレーザ光Ｌ２が照射される。これにより、割断予定線１０１の右端から微小な溝２Ａの箇所がレーザ光Ｌ２によって加熱されて割断され、レーザ光Ｌ２の移動に伴ってガラス２の割断予定線１０１に連続的にクラックが成長していき、割断予定線１０１のとおりにガラス２が割断されるようになっている。同様にして割断予定線１０２、１０３、１０４が順次割断される。
このような第３実施例の構成であっても、上記第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。また、加工テーブル３が固定して配置されることから上記第１実施例と比較してレーザ割断装置の設置面積を小さくすることができる。
なお、上述した各実施例においては、透明な材料によって加工テーブル３を構成していたが、不透明な材料によって加工テーブルを構成して、該不透明な加工テーブルには、載置された被加工物の割断予定線の下方となる箇所に上下に貫通した切欠き部を形成するようにしても良い。このように構成することで、加工テーブルと割断機構からのレーザ光とを相対移動させる際に、レーザ光が加工テーブルを損傷することなくレーザ光が切欠き部を移動して被加工物を割断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例を示す正面図。
【図２】図１の平面図。
【図３】図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線に沿う要部の断面図。
【図４】本発明の第２実施例を示す断面図。
【図５】本発明の第３実施例を示す平面図。
【図６】図５のＶＩ―ＶＩ線に沿う要部の断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１…レーザ割断装置                    ２…ガラス（脆性材料）
３…加工テーブル（支持手段）          ７…可動ガイドレール
８…ガイドレール                      １５…ＹＡＧディスク
１５Ａ…全反射膜（反射鏡）            １６…半導体レーザ（励起光源）
２２…全反射鏡
【図１】
2008094689.tif 000003
【図２】
2008094689.tif 000004
【図３】
2008094689.tif 000005
【図４】
2008094689.tif 000006
【図５】
2008094689.tif 000007
【図６】
2008094689.tif 000008