(57)【要約】  【課題】反射鏡などのガラスあるいは結晶化ガラス製の部材の孔開け、切断加工に関し、水を使用せずに行って水斑の発生を皆無とし歩留まりの向上及び品質の向上を図ると同時に、加工後の洗浄・乾燥工程を省略することのできる製造方法を提供すること。  【解決手段】本発明においては、ガラス製品あるいは結晶化ガラス製品の加工方法において、予め加工部位を他の部位に比べ肉薄に成形する工程と；前記加工部位に対してレーザーを照射することによって孔開け又は切断加工を行う工程とを含む。好ましくは、加工部位の肉厚を３ｍｍ以下とし、且つ、製品素材の熱膨張係数を５５×１０−７／℃以下とする。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス製品あるいは結晶化ガラス製品の加工方法において、
予め加工部位を他の部位に比べ肉薄に成形する工程と；
前記加工部位に対してレーザーを照射することによって孔開け又は切断加工を行う工程とを含むことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
前記加工部位の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
製品素材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記加工部位の肉厚が３ｍｍ以下であり、且つ、製品素材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザーが炭酸ガスレーザーであることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記請求項１，２，３，４又は５に記載の加工方法を用いて製造されることを特徴とするガラス製品あるいは結晶化ガラス製品。
【請求項７】
ガラスあるいは結晶化ガラス製の反射鏡の加工方法において、
予め加工部位を他の部位に比べ肉薄に成形する工程と；
前記加工部位に対してレーザーを照射することによって孔開け加工を行う工程とを含むことを特徴とする反射鏡の加工方法。
【請求項８】
前記加工部位の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の加工方法。
【請求項９】
前記部材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項７に記載の加工方法。
【請求項１０】
前記加工部位の肉厚が３ｍｍ以下であり、且つ、前記部材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項７に記載の加工方法。
【請求項１１】
前記レーザーが炭酸ガスレーザーであることを特徴とする請求項７，８，９又は１０に記載の加工方法。
【請求項１２】
前記請求項７，８，９，１０又は１１に記載の加工方法を用いて製造されることを特徴とする反射鏡。
【請求項１３】
複数の反射鏡が一体成形されたガラスあるいは結晶化ガラス製の板材から、個々の反射鏡を切断する工程を含む反射鏡の製造方法において、
一体成形の段階で予め前記板材の切断部位を他の部位に比べ肉薄に成形する工程と；
前記切断部位に対してレーザーを照射することによって切断加工を行う工程とを含むことを特徴とするガラス製あるいは結晶化ガラス製の反射鏡の製造方法。
【請求項１４】
前記切断部位の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記部材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記切断部位の肉厚が３ｍｍ以下であり、且つ、前記部材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記レーザーが炭酸ガスレーザーであることを特徴とする請求項１３，１４，１５又は１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
複数のフライアイレンズが一体成形されたガラスあるいは結晶化ガラス製の板材から、個々のフライアイレンズを切断する工程を含むフライアイレンズの製造方法において、
一体成形の段階で予め前記板材の切断部位を他の部位に比べ肉薄に成形する工程と；
前記切断部位に対してレーザーを照射することによって切断加工を行う工程とを含むことを特徴とするガラス製あるいは結晶化ガラス製のフライアイレンズの製造方法。
【請求項１９】
前記切断部位の肉厚が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記部材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２１】
前記切断部位の肉厚が３ｍｍ以下であり、且つ、前記部材の熱膨張係数が５５×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１８に記載の製造方法。
【請求項２２】
前記レーザーが炭酸ガスレーザーであることを特徴とする請求項１８，１９，２０又は２１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス製品あるいは結晶化ガラス製品の加工方法及び製造方法に関するものである。特に、プロジェクター、投写機、照明装置等に組み込まれる反射鏡、及びフライアイレンズの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射鏡は、その内面に形成された多層反射膜によって光源ランプの可視光線のみを選択的に効率良く前方に反射するものである。優れた耐熱性、耐熱衝撃性が求められるため、基板素材としては耐熱ガラスや超耐熱性の結晶化ガラスが使用されている。
【０００３】
フライアイレンズは、単レンズを縦・横に配列したレンズ体（レンズアレイ）であり、外観が蝿の目に似ていることからフライアイレンズと呼ばれている。光源の輝度むらを分散させ照射面で一様な照度分布を得るために用いられる。基板素材としては耐熱ガラスが使用されることが多い。
【０００４】
ガラスあるいは結晶化ガラス製の反射鏡には、光源ランプを装填するためのセンターホール（約５〜８ｍｍφ）と電極用ワイヤーを通すためのサイドホール（約２〜３ｍｍφ）が必要であり、そのための孔開け加工を行わなければならない。従来は超硬ドリルあるいはダイヤモンド工具で孔開け加工を行っていた。
【０００５】
ところで、小型の反射鏡の場合には、反射鏡の一つ一つをプレス成型するのではなく、複数の反射鏡が一度にプレス成型されたガラスあるいは結晶化ガラス製の板状一体成形物から、個々の反射鏡を切断加工して切り抜く方法を採用することがある。その場合、従来はダイヤモンドホイールあるいはダイヤモンドコアドリルを用いていた。
【０００６】
フライアイレンズでも、特に小型の製品の場合には、フライアイレンズの一枚一枚をプレス成型するのではなく、複数のフライアイレンズが一度にプレス成形されたガラス製の板状一体成形物から、個々のフライアイレンズを切断加工して切り抜く方法を採用することがある。その場合、従来はダイヤモンドホイールで切断加工していた。
【０００７】
特開２００３−２２５８１８には、穿孔用のコアドリルでガラスに孔を開ける技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−２２５８１８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の超硬工具やダイヤモンド工具を使用する加工では、下記の二つの問題点があった。
一つ目は、洗浄・乾燥工程を必要とする点である。従来の超硬工具やダイヤモンド工具を使用する加工では、加工部位に常時水をかけながら加工を行わなければならない。しかし、加工後、水が付着したままの状態で製品を放置すると、水の蒸発に伴って製品表面に水斑が生ずることになる。水斑とは、水中に溶け込んでいるミネラル成分が水の蒸発に伴って析出し、製品表面に白い異物となって固着してしまう現象であり、反射鏡やフライアイレンズの表面に発生した場合には、重大な品質欠点となることがある。従って、現状では、加工後の製品は付着した水が蒸発しないうちに、イオン交換水や純粋等のミネラル成分をほとんど含有しない清浄な水で洗浄された後、さらに乾燥されて検査工程を経た上で在庫されている。即ち、超硬工具やダイヤモンド工具を使用する加工では必ず水を使用するため、水斑の発生を防止するための洗浄・乾燥工程が必要になるという問題点があった。
【０００９】
二つ目は、加工面の微細な傷やクラックが破損の起点になることがあるという点である。反射鏡は、光源ランプからの熱により６００℃を超えるような高温の環境下で使用され、またランプのオン・オフによって過酷な熱衝撃にも晒される。フライアイレンズも、プロジェクターや投写機等の内部にセットされるため、１００〜３００℃程度の高温の環境下で使用され、またオン・オフによって大きな熱衝撃を受ける。超硬工具やダイヤモンド工具を使用する加工は、ミクロの目で見ればガラスや結晶化ガラスの表面を機械的に破壊して削り取って行われるものであり、加工面には微細な傷やクラックが多数存在している。反射鏡やフライアイレンズが高温下で使用されている時に、あるいはオン・オフに伴って大きな熱衝撃を受けた時に、この微細な傷やクラックが伸展して製品の破損や割れにつながることがある。
【００１０】
そこで、発明者らは、バーナー等の火炎によってガラスや結晶化ガラスを焼き切って孔開けや切断等の加工を行うことも試みたが、所望の加工部位以外の周辺部分が火炎の熱でだれたり変形したりする、切り代の幅が大きくなってしまうという不都合に突き当たった。また、加工部位に歪（応力）が残留し徐冷工程が必要になる等の問題があった。
【００１１】
本発明の目的は、反射鏡などのガラスあるいは結晶化ガラス製の部材の孔開け、切断加工に関し、水を使用せずに行って水斑の発生を皆無とし歩留まりの向上及び品質の向上を図ると同時に、加工後の洗浄・乾燥工程を省略することのできる製造方法を提供することにある。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、反射鏡などのガラスあるいは結晶化ガラス製の部材の孔開け加工や、ガラスあるいは結晶化ガラス製の板状一体成形物から複数の反射鏡を切り抜くための切断加工、あるいはガラス製の板状一体成形物から複数のフライアイレンズを切り抜くための切断加工を、製品の破損や割れにつながる微細な傷やクラックの発生を抑制し、製品の信頼性・安全性の向上を図ることのできる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明においては、ガラス製品あるいは結晶化ガラス製品の加工方法において、予め加工部位を他の部位に比べ肉薄に成形する工程と；前記加工部位に対してレーザーを照射することによって孔開け又は切断加工を行う工程とを含む。好ましくは、加工部位の肉厚を３ｍｍ以下とし、且つ、製品素材の熱膨張係数を５５×１０−７／℃以下とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ガラスあるいは結晶化ガラス製の反射鏡への孔開け加工、ガラスあるいは結晶化ガラス製の板状一体成形物から複数の反射鏡を切り抜くための切断加工、あるいはガラス製の板状一体成形物から複数のフライアイレンズを切り抜くための切断加工を、一切水を使用せずに行うことができる。これにより、水斑の発生を皆無とし歩留まりの向上及び品質の向上に寄与すると同時に、加工後の洗浄・乾燥工程を省略することが可能になる。加工面に微細な傷やクラックが発生せず、製品に信頼性・安全性を付与するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。本発明では、ガラスあるいは結晶化ガラス製の反射鏡への孔開け加工、ガラスあるいは結晶化ガラス製の板状一体成形物から複数の反射鏡を切り抜くための切断加工、あるいはガラス製の板状一体成形物から複数のフライアイレンズを切り抜くための切断加工を例にとって説明する。なお、反射鏡への孔開け加工については、約５〜８ｍｍφのセンターホールと、約２〜３ｍｍφのサイドホールの加工を例にとって説明する。
【００１６】
最初に、レーザーでガラスあるいは結晶化ガラスを切断する際のメカニズムについては説明する。まず、レーザー照射により加工部位を局所的に瞬間的に加熱し、ガラスあるいは結晶化ガラスを溶融状態としつつ、同時にレーザーノズルの細い先端から勢い良く噴出すアシストガスで溶融ガラス（結晶化ガラスも溶融されてガラス融液状態に戻っている）を吹き飛ばしながら被加工材料を除去していくイメージである。従って、水は全く必要としない。超硬工具やダイヤモンド工具を使用する従来の加工は、ガラスや結晶化ガラスの表面を機械的に破壊して削り取って行われるものであったが、レーザーによる切断は材料を熱で瞬間的に溶融して除去していくものである。従って、切断面は滑らかな面となり、基本的には製品の破損や割れにつながる微細な傷やクラックは存在しない。
【００１７】
ガラスあるいは結晶化ガラスの加工部位の肉厚が所定厚以上となると、レーザーが材料を貫通できなくなり、切断不可能となる。加工部位の肉厚は薄いほど有利であるが、種々加工テストを実施した結果、３ｍｍ厚を越えないことが望ましいことが分かった。更に、製品をプレス成型する金型を設計する際に、加工部位のみを２ｍｍ以下程度の肉薄に成型しておくことが好ましい。なお、加工部位を薄肉加工する方法は、プレス成型の他に、成型後の切削加工等を採用することも可能である。
【００１８】
レーザーの出力を大きくしたり、照射時間を長くしたりすることにより、３ｍｍ厚を越える材料を無理に切断しようとした場合、加工部位の周辺部分も加熱を受けることになり、歪（応力）が残留したり熱衝撃によるクラックが発生したり、ドロスと呼ばれるつらら状の溶け残りが発生したりといった悪影響を受ける可能性がある。
【００１９】
レーザーによる切断は、上述したように材料の瞬間的な溶融とアシストガスによる溶融物の吹き飛ばしによって行われるので、材料は局部的に激しい急熱・急冷を受ける。この場合、材料であるガラスあるいは結晶化ガラスの熱膨張係数が大きいと、急激な膨張・収縮によってクラックの発生を伴うことになる。熱膨張係数が大きくても材料の肉厚が極端に薄ければクラックは発生しにくくなる。しかし、現実的にプレス成型されたガラスあるいは結晶化ガラス製の反射鏡あるいはフライアイレンズを加工対象として考えると、加工部位の肉厚は１〜３ｍｍ厚程度になる。この厚さを切断する場合には、ガラスあるいは結晶化ガラスの熱膨張係数は５５×１０−７／℃以下であることが望ましい。熱膨張係数が５５×１０−７／℃を越えるガラスあるいは結晶化ガラス製の反射鏡あるいはフライアイレンズをレーザーによってクラックを発生させずに切断することは現実的に困難であった。
【００２０】
更に具体的には、以下のような条件で加工を行うことが好ましい。
熱膨張係数が４５〜５５×１０−７／℃の素材を加工する場合には、１ｍｍ以下の肉厚。
熱膨張係数が３５〜４５×１０−７／℃の素材を加工する場合には、２ｍｍ以下の肉厚。
熱膨張係数が３５×１０−７／℃以下の素材を加工する場合には、３ｍｍ以下の肉厚。
厚みが１ｍｍ以下の素材を加工する場合には、熱膨張係数は５５×１０−７／℃以下。
厚みが１〜２ｍｍの素材を加工する場合には、熱膨張係数は４５×１０−７／℃以下。
厚みが２〜３ｍｍの素材を加工する場合には、熱膨張係数は３５×１０−７／℃以下。
【００２１】
加工に使用するレーザーの種類は、比較的大きな出力が得られる炭酸ガスレーザーが好ましいが、ガラスあるいは結晶化ガラスの加工部位の肉厚が薄ければ、ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーを使用することが可能である。設備としては、市販の炭酸ガスレーザー装置にＸ−Ｙステージを組み合わせたものを採用することも可能である。逆に、被加工物を固定してレーザーノズルを走査させる方式を採用することも可能である。
【００２２】
レーザー加工のタイミングは、熱間即ち、反射鏡あるいはフライアイレンズをプレス成型した直後（ガラスが４００℃前後の熱い状態）でも良い。また、プレスに続いて製品が徐冷炉を出た直後の１００℃前後の状態でも良い。さらには、製品が完全に冷えた室温の状態でも可能である。また、結晶化ガラスの場合には、結晶化のための熱処理を行う前のガラスの状態でも、熱処理・結晶化後の結晶化ガラスとなった状態でも構わない。即ち、製造工程中のどのタイミングでも、レーザーによる切断加工を行うことが可能である。
【００２３】
レーザーの照射は製品のどちらの面から行っても良い。もちろん、レーザーノズル先端と被加工材料表面の距離が１ｍｍ前後になるようにする。即ち、レーザーの焦点が材料表面近傍に結べるように、物理的にレーザーノズルが材料表面に近付くことができることが重要である。
【００２４】
なお、レーザーによる切断加工を行った後、水を使用しない乾式の研削・研磨工具で加工部位の縁（角）を軽く面取り加工することも可能である。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、いずれの実施例においても、レーザーには市販の最大出力５００Ｗの炭酸ガスレーザーを使用した。また、いずれの実施例においても、レーザーノズルを固定して、被加工物をＸ−Ｙステージに設置し、プログラムに従って走査させるという方法で加工を行った。連続して同一製品の同一箇所の加工を行う場合には、被加工製品をＸ−Ｙステージ上の同じ位置に同じ向きに簡単に固定できるような冶具を使用することが望ましい。さらに、レーザー照射を含む製品の搬送工程を自動化すればコスト削減に結び付くことは言うまでもない。
【００２６】
（実施例１）
室温状態にある熱膨張係数が１５×１０−７／℃の結晶化ガラス製の反射鏡２を対象とする。この反射鏡２に、８ｍｍφのセンターホールと３ｍｍφのサイドホールをレーザーで孔開け加工した。反射鏡の平均的な肉厚は４．５ｍｍであるが、センターホールの部位及びサイドホールの部位（加工部位）は約２ｍｍ厚に予め肉薄にプレスされている。
【００２７】
図１及び図２は、反射鏡２にセンターホールを孔開け加工している様子を示す。内面から外側に向かう方向と、外側から内面に向かう方向のどちらでもレーザー照射が可能である。なお、図中、符号１はレーザーノズル；符号３は反射鏡２を支える治具；符号４がセンターホールの形成箇所（加工部位）を示す。センターホールは約６秒間で孔開け加工することができた。
【００２８】
図３及び図４は、反射鏡２に対してサイドホールを孔開け加工している様子を示す。サイドホールを孔開け加工する場合は特に、冶具３を利用することが好ましい。図３及び図４は、反対の面からレーザーを照射してサイドホールを孔開け加工している図である。図４に示すように、反射鏡２の内側に向かってレーザーを照射する場合には、貫通したレーザーが対向する内面を傷付けないように、遮蔽板６を用いる。サイドホールは約３秒間で孔開け加工することができた。なお、図中、符号５がサイドホールの形成箇所（加工部位）を示す。
【００２９】
孔開け加工の完了した反射鏡には外観上の異常は見られなかった。また品質規格となっている熱衝撃試験にも合格した。さらに実装試験においても何ら異常は観察されなかった。なお、センターホール加工部位４及びサイドホール加工部位５以外の通常の肉厚部分（４．５ｍｍ厚の部分）にも８ｍｍφ及び３ｍｍφの孔開け加工を試みたが、レーザーが貫通せず、孔開け加工ができなかった。
【００３０】
（実施例２）
２つ（複数）の小型反射鏡１２が一度にプレス成型されているガラス製の板状一体成形物８から、個々の反射鏡１２をレーザーで切断加工した例について説明する。板状一体成形物８は、連続徐冷炉の出口で、コンベア上にある約１００℃のものを採取した。図５に加工の様子を模式図で示した。ガラスの熱膨張係数は４０×１０−７／℃である。個々の反射鏡の周囲にＶ字型の溝７を形成して、その加工部位の肉厚が約１ｍｍになるようにプレスされている。約３０秒間で１個の反射鏡を切り抜くことができた。周囲の長さ、即ち切断長は約１５０ｍｍであった。
【００３１】
切り抜かれた反射鏡１２には外観上の異常は見られなかった。また品質規格となっている熱衝撃試験にも合格した。さらに実装試験においても何ら異常は観察されなかった。なお、熱膨張係数が６５×１０−７／℃であるガラス製の板状一体成形物を使用して、同様にレーザー加工を行ったところ、切断・切抜きには成功したものの、切断加工面に肉眼で多数の微細なクラックが観察された。
【００３２】
（実施例３）
次に、６つ（複数）のフライアイレンズ９が一度にプレス成型されているガラス製の板状一体成形物１８から、個々のフライアイレンズ９をレーザーで切断加工して切り抜く例について説明する。板状一体成形物１８は、プレス成型した直後で、ガラスが４００℃前後の熱い状態のものを採取した。図６は、その加工の様子を模式図で示す。ガラスの熱膨張係数は４０×１０−７／℃である。個々のフライアイレンズ９の周囲にＶ字型の溝７を形成して、その加工部位７の肉厚が約２ｍｍになるようにプレスされている。約４０秒間で１個のフライアイレンズを切り抜くことができた。周囲の長さ、即ち切断長は約１６０ｍｍであった。その後、切り抜かれた個々のフライアイレンズ９を連続徐冷炉に通し除歪を行った。
【００３３】
徐冷後のフライアイレンズ９には外観上の異常は見られなかった。さらに実装試験においても何ら異常は観察されなかった。なお、熱膨張係数が６５×１０−７／℃であるガラス製の板状一体成形物を使用して、同様にレーザー加工を行ったところ、切断・切抜きには成功したものの、連続徐冷炉入り口でフライアイレンズの切断加工面に肉眼で多数の微細なクラックが観察された。これらのほとんどは連続徐冷炉内でクラックの伸展による破損を起こし、良品は得られなかった。
【００３４】
以上、結晶化ガラス製の反射鏡２への孔開け加工、ガラス製の板状一体成形物８から複数の反射鏡１２を切り抜くための切断加工、あるいはガラス製の板状一体成形物１８から複数のフライアイレンズ９を切り抜くための切断加工について、実施例に基づいて説明した。しかし、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、反射鏡のフランジ部に風冷用の孔を開けたり、反射鏡の縁の部分に固定用の孔を開けたり、フライアイレンズの縁の部分に固定用の孔を開けたりする種々の加工に応用が可能である。また、反射鏡やフライアイレンズの他に、通常の光学レンズ、微小非球面レンズやその他光学部品をガラス板材一体成形物から個々に切り抜く加工にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例による方法を用い、反射鏡にセンターホールを孔開け加工している様子を示す断面模式図である。
【図２】図１とは反対の面から、レーザーで反射鏡にセンターホールを孔開け加工している様子を示す断面模式図である。
【図３】本発明の第１実施例による方法を用い、レーザーで反射鏡にサイドホールを孔開け加工している様子を示す断面模式図である。
【図４】図３とは反対の面から、レーザーで反射鏡にサイドホールを孔開け加工している様子を示す断面模式図である。
【図５】本発明の第２実施例による方法を用い、複数の小型反射鏡が一度にプレス成型されている板状一体成形物から、個々の反射鏡をレーザーで切断加工して切り抜いている様子を示す断面模式図である。
【図６】本発明の第３実施例による方法を用い、複数のフライアイレンズが一度にプレス成型されている板状一体成形物から、個々のフライアイレンズをレーザーで切断加工して切り抜いているところを示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    レーザーノズル
２，１２    反射鏡
３    固定用治具
４    センターホール加工部位
５    サイドホール加工部位
６    遮蔽板
７    Ｖ字溝
８，１８    板状一体成形物
９    フライアイレンズ
【図１】
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【図２】
2005247603.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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