(57)【要約】硬質な非金属基板（２４）における孔の加熱形成方法が開示される。所定の軸内にレーザ光線（１６ａ）を形成可能で該軸に対して相対的に移動可能な焦点を有する少なくとも１つのレーザ部（１２）が提供される。レーザ光線（１６ａ）の焦点は、基板（２４）の少なくとも一表面の近傍に配置される。基板（２４）の第１層（パス１）は、レーザ光線（１６ａ）によって加熱形成される。焦点は、基板（２４）の深さに対応する軸に対して相対的に移動され、従って、該基板（２４）の下層（パス２−１０）の加熱形成を可能にして、当該下層（パス２−１０）は加熱形成されて、基板（２４）に孔（３２）が形成される。
2004533932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）硬質な非金属基板の対向する一の表面近傍に一つのレーザの焦点を合わせて、前記対向する一の表面を加熱形成して該表面に開口部を形成し、
（ｂ）前記表面の長さ及び幅に対応するｘ及びｙ軸に前記一つのレーザの焦点を移動させて、当該表面に予め定められた形状の開口部を加熱形成し、
（ｃ）前記硬質な非金属基板の深さに対応するｚ軸に対して相対的に前記レーザの前記焦点を移動し、
（ｄ）ステップ（ｂ）及び（ｃ）を反復して、予め定められた深さを有する前記硬質な非金属基板に、所定構造の開口部を形成する、
ステップを備える、硬質な非金属基板における所定構造の開口部の加熱形成方法。
【請求項２】
前記一つのレーザに対応させて、前記硬質な非金属基板の対向する表面に第２のレーザの焦点を合わせ、前記構造の開口部が前記硬質な非金属基板を貫通して延びるまで前記第２のレーザによりステップ（ｂ）及び（ｃ）を反復すること、を含む、請求項１に記載の硬質な非金属基板における所定構造の開口部の加熱形成方法。
【請求項３】
前記硬質な非金属基板の亀裂を防止するため、液体冷媒により前記開口部を抜熱することを含む、請求項１に記載の硬質な非金属基板における所定構造の開口部の加熱形成方法。
【請求項４】
水により前記開口部を抜熱することを含む、請求項３に記載の硬質な非金属基板における所定構造の開口部の加熱形成方法。
【請求項５】
前記一つのレーザの前記焦点を前記ｘ及びｙ軸において多角形パターンにて移動させて前記硬質な非金属基板に多角形の開口部を形成することを含む、請求項１に記載の硬質な非金属基板における所定構造の開口部の加熱形成方法。
【請求項６】
（ａ）透明で硬質な非金属基板の第１の表面に第１のレーザの焦点を合わせて前記透明で硬質な非金属基板の前記第１の表面の第１層を加熱形成し、
（ｂ）（ａ）と並行して、前記第１の表面に対向する前記透明で硬質な非金属基板の第２の表面に前記第１のレーザに対応して第２のレーザの焦点を合わせ、前記透明で硬質な非金属基板の第２層を加熱形成し、
（ｃ）前記第１及び第２のレーザの焦点を、前記透明で硬質な非金属基板の深さに対応するｚ軸に対して相対的に移動し、
（ｄ）開口部が前記基板を貫通して加熱形成されるまでステップ（ｃ）を繰り返す、
ステップを備える、透明で硬質な非金属基板を貫通する開口部の加熱形成方法。
【請求項７】
前記表面の長さ及び幅方向に対応するｘ及びｙ軸に前記第１及び第２のレーザの前記焦点を移動させて、前記透明で硬質な非金属基板を貫通する所定構造の開口部を加熱形成することを含む、請求項６に記載の透明で硬質な非金属基板を貫通する開口部の加熱形成方法。
【請求項８】
前記透明で硬質な非金属基板を水により抜熱することを含む、請求項７に記載の透明で硬質な非金属基板を貫通する開口部の加熱形成方法。
【請求項９】
前記表面の長さ及び幅方向に対応するｘ及びｙ軸において多角形パターンにて前記第１及び第２のレーザの焦点を移動させて、前記透明で硬質な非金属基板を貫通する多角形の開口部を形成する、請求項６に記載の透明で硬質な非金属基板を貫通する開口部の加熱形成方法。
【請求項１０】
開口部が前記透明で硬質な非金属基板を貫通して加熱形成される前に、前記第１及び第２のレーザの一方を停止させ、前記開口部が前記透明で硬質な非金属基板を貫通して加熱形成されるまで前記第１及び第２のレーザの他方を継続して作動させることを含む、請求項６に記載の透明で硬質な非金属基板を貫通する開口部の加熱形成方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２のレーザの一方の停止時に、前記第１及び第２のレーザの当該一方のシャッタを閉成することを含む、請求項１０に記載の透明で硬質な非金属基板を貫通する開口部の加熱形成方法。
【請求項１２】
第１のガルバノ計を有する第１のレーザ部と、第２のガルバノ計を有する第２のレーザ部と、を備え、
前記第１のレーザ部は当該第１のレーザ部から放射される第１のレーザ光線の焦点を合わせるための第１の光学レンズを有し、前記第２のレーザ部は当該第２のレーザ部から放射され前記第１のレーザ光線に対応する第２のレーザ光線の焦点を合わせるための第２の光学レンズを有し、
前記第１の光学レンズが前記第２の光学レンズから遠方の加熱形成される被加工材の一方の対向面に配置されて、前記第１及び第２のレーザ光線の焦点を共軸に配置して前記被加工材の２つの対向面に合わせて、当該被加工材を貫通する孔を加熱形成する、
硬質な非金属基板を貫通する孔の加熱形成装置。
【請求項１３】
前記第１及び第２のガルバノ計は、前記被加工材の長さ、幅及び深さに対応する軸に沿って、前記第１及び第２のレーザ光線の焦点を合わせる、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記第１及び第２のレーザ部に電気的に接続されて前記レーザ光線の加熱形成速度を指示するプログラム可能な制御器を、さらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記被加工材の対向する両面に液体冷媒を供給して前記レーザ光線により当該被加工材に生成される熱を散逸可能な冷却装置を、さらに備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１及び第２のレーザ部は、それぞれＣＯ２レーザを有する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１及び第２のレーザは、略４０及び５０Ｋｗ／ｃｍ２の間の出力密度を形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１及び第２のレーザ部は、略４５Ｋｗ／ｃｍ２の出力密度を形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１９】
透明で硬質な非金属被加工材の略対向する外表面を貫通して延びる少なくとも一つの孔を備え、
前記孔は、共軸に配置されて対向するレーザ光線により加熱形成された前記被加工材の内表面により規定されて、前記被加工材の前記外表面の内側に配置された前記内表面に、平滑な入口端部と、凹凸を有する形状とが形成されている、
透明で硬質な非金属被加工材。
【請求項２０】
前記孔は、円形状を有する、請求項１９に記載の被加工材。
【請求項２１】
前記孔は、多角形形状を有する、請求項１９に記載の被加工材。
【請求項２２】
前記孔は、楕円形状を有する、請求項１９に記載の被加工材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広義には、硬質な非金属基板、特にガラス及びセラミックスを含む基板における孔の加熱形成方法に関する。より詳細には、主発明は、少なくとも１つのレーザを使用した硬質な非金属基板における孔の加熱形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ガラスのような硬質な非金属基板に孔を穿孔若しくは加熱形成することは、製造現場においては、困難であり、実用的ではないことが判明している。従来技術は、硬質な非金属基板に穿孔するために、先端部がダイヤモンドの掘削刃を利用する。孔の端部に切削片を発生させることなく硬質な非金属基板を完全に貫通する孔を穿孔するためには、通常、この孔は、基板の両面から同時に穿孔されなければならない。従って、２つの掘削刃は、同一の掘削軸に沿って正確に並んで配置される必要がある。正確に配置されない場合には、孔は適切には形成されないであろうし、基板は、修復不能な損傷を受ける可能性がある。
【０００３】
穿孔中に、２つの掘削刃が互いに接触する場合、基板の両面で対向する掘削刃を使用するさらなる困難さは、掘削刃が損傷する蓋然性である。通常、１つの掘削刃は、他の掘削刃が基板に押し込まれる前に、孔から引き出されるであろう。しかしながら、孔形成の多様性及び対向する掘削刃の狭小な間隔によって、掘削刃が接触し、穿孔された製品が広義に破壊されるという高い蓋然性が存在する。掘削刃が損傷されると、新しい掘削刃が装備されなければならず、これには、数時間を要することが知られている。
【０００４】
なお、硬質な非金属基板に孔を形成するために掘削刃を使用するさらなる欠点は、種々の形状を有する孔を形成し得ないことである。多数の産業用途では、例えば、楕円、正方形若しくは他の多角形形状のような円形以外の形状を有する硬質な孔を非金属基板に形成することが望ましい。先端がダイヤモンドの掘削刃の動作上の制約のために、円形の孔のみが基板に掘削され得る。
【０００５】
多数のガラス製品が、現在、先端がダイヤモンドの掘削刃により形成される孔を必要とする。これらは、外構用具、熱処理された自動車ガラス、汎用ガラス、鏡面加工された電気部品及び倉庫カバーを含む。眼鏡レンズは、先端がダイヤモンドの掘削刃を用いて、形状加工される。ガラスシャワー扉でも、蝶番を装着するスペースを提供するためにノッチを必要とする。これらの孔のうちのあるものを形成するには、４５分以上を要することが知られている。さらに、外構用具は、常には、掘削を開始すべき平滑な表面を呈するわけではなく、これが、製造上の問題となっている。
【０００６】
最近では、先端がダイヤモンドの掘削刃に関する問題を克服するために、レーザが、ガラス基板を切断し、エッチングするために導入されているが、成功事例は限定されている。下記の特許文献１は、ＣＯ２レーザを用いた吹き込みガラス製品の切断方法を開示する。レーザは、ガラスを気化させることにより、ガラス基板に封止経路を形成する。しかしながら、該経路の深さは限られており、該経路において吹き込みガラス製品を分離するためには、二次加工が必要である。より詳細には、ガラスは、バーナで加熱されて打設工具で分離される。
【特許文献１】
米国特許第６２０４４７２号明細書
【０００７】
下記の特許文献２は、厳密点を形成するガラス基板の特定領域を加熱するＣＯ２レーザを使用した薄肉のガラス基板の使用を開示する。該ガラス基板は、次いで、延伸されて、加熱された分離点にて分離される。しかしながら、該レーザの焦点が、ガラス基板に対して相対的に調整可能ではないために、ガラス基板の厚さは、略０．２ｍｍ以下となる可能性がある。
【特許文献２】
米国特許第５９０２３６８号明細書
【０００８】
下記の特許文献３は、ガラス基板を貫通する超微細孔の穿孔方法を開示する。ＣＯ２レーザは、該ガラスの一表面の下方に、０．０２乃至０．０８インチの静止レーザ焦点を形成することにより、穿孔するために使用される。該レーザは、３乃至５倍にパルス化されてガラス基板に孔を形成する。ガラス基板の亀裂発生を防止するために、該ガラス基板は、レーザの励起前に、５００度乃至１０４０度Ｆの範囲の温度まで加熱される。
【特許文献３】
米国特許第４４４１００８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述した従来技術は、製造現場において実用的かつ経済的なガラス基板の穿孔方法を全く開示しない。これらのレーザ装置それぞれに存する欠点は、ガラス基板に対して相対的にレーザ焦点を変更できないことである。そのため、レーザにより損傷を受けることを防止するために、追加的なステップが、当該工程に加えられる必要がある。従って、ガラス基板の深さに対して相対的にレーザ焦点を移動させることにより、硬質な非金属基板に孔を加熱成形可能なレーザ装置及び加熱形成方法を提供することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
レーザを用いた、特に、これに限定されないがガラス基板及び金属基板を含む硬質な非金属基板に孔を加熱成形する方法が開示される。移動焦点を有しレーザ光線を生成可能な少なくとも１つのレーザ部が提供される。該焦点は、硬質な非金属基板に対して相対的に、その長さ、幅及び深さに沿って移動可能である。該レーザは、励起されてレーザ光線を生成する。このレーザは、硬質な非金属基板の少なくとも一表面の近傍にレーザ光線の焦点を形成するように、焦点を合わせられる。この基板の第１の層は、硬質な非金属基板の少なくとも一表面から、所定の形状パターンに加熱形成される。焦点は、該基板の下層の継続的な加熱形成が可能なようにその深さに対応する軸に対して相対的に移動される。該基板の下層は、該焦点を該基板中により深く連続的に移動させてその中に孔を形成することによって、継続的に加熱形成される。
【００１１】
本発明の硬質な非金属基板における孔の加熱形成方法は、該基板の深さに対してレーザ焦点を相対的に移動させるステップを提供することによって、従来法に係る問題を解決する。一方、従来のガラス基板の加熱形成方法は、該基板の深さに対して相対的に移動可能な焦点を有しない。そのため、追加的なステップが、基板の損傷防止には必要とされる。
【００１２】
上述した方法が、結果的に硬質な非金属基板中に孔を加熱成形することに成功する理由は完全には理解されておらず、一方では、一つの説明は、該基板中に徐々により深くレーザ焦点を調整することに基づいてなされる。レーザの焦点合わせを繰り返して焦点を該基板中に徐々に深く形成することによって、該基板の下層は、レーザ光線による基板の損傷を防止して、継続的に加熱形成可能である。さらに、該基板の長さ及び幅並びに深さに沿って焦点を移動させることにより、構造パターンが基板中に加熱形成され得る。そのため、予め定められた複数の構造の孔が該基板中に加熱形成可能であり、このことは、焦点が、基板の深さ、幅及び長さに対して相対的に移動可能でなければ、不可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の他の利点が容易に認識されるであろうし、それと共に、対応する添付の図面を考慮して以下の詳細な説明を参照することにより、その利点は良好に理解されることになる。
【００１４】
図１を参照して、本発明の方法のために使用されるレーザ掘削装置の模式図が、通常、１０にて示される。第１のＣＯ２レーザ１２及び第２のＣＯ２レーザ１４は、それぞれ、好ましくは略１０．６μｍの波長を有し、特に、ガラス及びセラミックスを含む硬質な非金属基板２４を加熱形成することが可能なレーザ光線１６ａ，１６ｂを生成する。このレーザ光線１６ａ，１６ｂは、第１の組の光学部品１８Ａ，１８Ｂを通って、ガルバノ計２０ａ，２０ｂに向けられる。各ガルバノ計２０ａ，２０ｂは、ｚ軸レンズ２２ａ，２２ｂによりレーザ光線１６ａ，１６ｂの焦点合わせを繰り返して、このレーザ光線１６ａ，１６ｂを硬質な非金属基板２４の対向する対向する両面に向けて再入射させる。そのため、基板２４は、２つの対向する面で加熱形成される。代替的に、単一のレーザが、基板２４の一方の面を加熱形成するために使用され得る。
【００１５】
各レーザ１２，１４及び各ガルバノ計２０ａ，２０ｂは、以下にさらに説明されるであろうように、協働して基板２４を加熱形成するために、制御器２５によって制御される。好ましくは、硬質な非金属基板２４は、挟持部材（gantry）２６若しくは同等の支持装置によって支持される。基板２４の両側に配置された冷却装置２８Ａ，２８Ｂは、レーザ光線１６ａ，１６ｂによって加熱形成される基板２４領域に隣接して該基板２４に冷媒３０を送出する。この冷媒３０は、液体若しくは気体であってもよく、レーザにより生成される熱を散逸して基板２４を亀裂から保護する。水がレーザによって生成される熱を散逸するための最も効果的な冷媒であることが判明している。冷媒として水を使用することの他の利点は、水の濾過特性である。気体冷媒とは異なり、水は、加熱形成工程から発生する気体副生成物を吸収する。水により吸収された副生成物は、不要物除去のためにフィルタにかけられてもよく、若しくは、必要であれば、水が環境上安全な方法で廃棄されてもよい。
【００１６】
各レーザ１２，１４は、好ましくは、略１０．６μｍの波長を生成し、７５乃至１５０ワットの間で作動される。より好ましくは、各レーザ１２，１４は、略１００ワットの出力を生成する。しかしながら、所望のエネルギー水準は、加熱形成される基板２４に対して最適化される。１００ｋＷが、数タイプのガラスを加熱形成するのに最も効果的であることが判明している。その熱処理されたガラスは、通常のガラスよりも僅かに高いエネルギー（及び密度）を必要とする可能性があると考えられている。エネルギーをレーザ光線からガラスに移動させるために、該ガラス（若しくは他の透明基板）によって吸収されることが知られているエネルギー水準が選択されるべきである。さもなければ、レーザ光線は、ガラスを通過するであろう。本発明に係る方法のための好適な水冷ＣＯ２レーザは、ＤＥＯＳ，Ｍａｒｉａ  ＥｌｅｃｔｒｏＯｐｔｉｃｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、Ｉｎｃ．，Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，Ｃｏｎｎｅｔｉｃｕｔ，現在ではＤｉｖｉｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｈｅｒｅｎｔの型番ＬＣ１００ＮＶである。空冷レーザ若しくは同等のレーザも、また、本発明の方法を実行するために好適である。上記エネルギー水準と、例えば、セラミックスガラス及び熱処理ガラスのような硬質な非金属基板２４により吸収される波長と、を有するレーザ光線が生成されるので、ＣＯ２レーザ１２，１４は、本発明の方法を実行するために好ましい。他のタイプのレーザは、異なる波長を有するレーザ光線を生成し、出力光線はガラスを介して伝播することが知られ、従って、ガラス基板の加熱形成を抑制する。
【００１７】
硬質な非金属基板２４を加熱形成するためには、ｘ，ｙ及びｚ軸方向に移動可能なレーザ焦点を形成可能なガルバノ計が好ましく、ここで、ｘ及びｙは基板２４の長さ及び幅に対応し、ｚは深さに対応する。このようにして焦点を移動可能な好適なガルバノ計は、ＳＣＡＮ  Ｌａｂ  ＡＧ，Ｐｕｃｈｈｅｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙから利用可能な、「Ｖａｒｉｏ  ＳＣＡＮ」付のモデル「Ｈｕｒｒｙ  ＳＣＡＮ」であり、該モデルは、ｚ軸に沿った動作を提供するようにガルバノ計システムの一部として組み込まれている。加熱形成可能な基板２４の厚さは、レーザ焦点のｚ軸に沿った移動量により決定される。現在、ｚ軸に沿って焦点を移動可能なガルバノ計は、該焦点を略１．６ｃｍの距離移動することができる。そのため、硬質な非金属基板２４の加熱形成されて多数の用途に対して十分である厚さは、該ガラスをレーザ１２，１４に対して移動させない場合には、現在では、略３．２ｃｍ以下となる可能性がある。ｚ軸に沿って焦点を移動可能なガルバノ計技術がさらに応用可能になるまでは、略３．２ｃｍより深い深部を加熱形成するために、硬質な非金属基板２４をｚ軸方向に移動させる必要がある。
【００１８】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、レーザ焦点をｘ，ｙ及びｚ軸に沿って移動可能なガルバノ計は、硬質な非金属基板２４中に種々の構造を有する開口部を加熱形成することができる。上述したように、ｘ及びｙ軸は、基板２４の長さ及び幅と対応付けられ、ｚ軸は基板２４の深さと対応付けられている。基板２４の損傷を防止するために、ｚ方向における焦点深度は、該基板２４の複数の層が加熱形成されるに伴って、連続的に増加される。図２は、基板２４の一方の面に孔を形成するためにレーザを１０回までパスさせて該基板２４の下層を継続的に加熱形成する典型的な工程図（scenario）を示す。略４．０ｃｍの幅を有する円形孔３２が示されている。８ｃｍまでの直径を有する孔が、現在利用可能なガルバノ計２０ａ，２０ｂ技術を用いて、基板２４中に加熱形成可能である。より大きい直径を有する孔を加熱成形するために、基板２４は、当該ガルバノ計に対して相対的に移動され得る。正方形の孔３４は、円形孔３２と同様にして形成される。好ましくは、基板２４に形成される任意の正方形若しくは多角形の孔の頂点は、該基板２４に応力集中箇所が形成されることを防止するために、曲率のある角部を有するであろう。また、図２には、基板２４に応力集中箇所が形成されることを防止するために、狭小な曲率を有する楕円孔３６が示されている。
【００１９】
図２に示すように、レーザの継続したそれぞれのパスは、好ましくは、前回のパスよりもさらに基板の深部にて継続的に移動される。僅かに凹形状の表面３８が、基板２４中の種々の孔３２，３４，３６の壁に沿って形成される。本願の目的のためには、孔は、部分的若しくは基板２４を貫通する任意の切込み、広義には基板２４端部の３面ノッチ、基板２４内部の部分的なエッチング、及び基板２４内部に加熱形成される任意の溝として定義可能である。基板２６に大きい直径の開口部を加熱形成するために、レーザは、各パスに伴って孔３２，３４，３６の近傍を移動される。レーザ光線１６ａ，１６ｂは、孔３２，３４，３６の中心にあるｚ軸にて生成されるので、孔の直径が大きくなると、曲率の大きい凸状壁３８が形成される。当業者に理解されるべきであるように、所望の孔の周囲を加熱形成することによって、基板２４の「突起（plug）」は孔内部に残存する。レーザ光線１６ａ，１６ｂが基板２６を完全に通過すると、冷媒３０が、衝突捕集によって、孔３２，３４，３６から該「突起」を除去する。
【００２０】
図３Ａを参照して、硬質な非金属基板２６を完全に貫通して加熱形成された孔３７の模式図が示される。この孔３７は、該基板２６の対向する両面から加熱形成されている。レーザ光線１６ａ，１６ｂは、制御器２５（図１）の指示に従って孔の周囲を移動する。制御器２５は、また、共通のｚ軸に沿ってレーザ光線１６ａ，１６ｂを配列するようにガルバノ計２０ａ，２０ｂを調整する。そのため、第１のレーザ１２により生成されるレーザ光線１６ａは、ｚ軸光学部品２２ｂを介して第２のレーザ１４により生成されるレーザ光線１６ｂに直接対向して、ｚ軸光学部品２２ａを通って進行する。従って、各レーザが、孔３７が基板２４を完全に貫通して形成されるまで、連続的に作動されるのであれば、ｚ軸光学部品２２ａ，２２ｂは、対向するレーザ光線１６ｂ，１６ａによって損傷されるであろう。そのため、パスを追加することによって、一つのレーザ光線１６ａ，１６ｂは、他のレーザ光線１６ｂ，１６ａよりも一層深部を加熱形成することが好ましい。シャッタ４０ａ，４０ｂ（図１）は、該レーザの光学部品２２ａ，２２ｂの遠方で閉成し、該シャッタは、対向するレーザがそのｚ軸光学部品２２ａ，２２ｂを損傷することを防止するために、優先して放射を停止させる。
【００２１】
図３Ａに示されるように、第１のレーザ光線１６ａは、孔３７の周囲に沿って４回のパスを完了し、その後、シャッタ４０が閉成する。第１のレーザ光線１６ａによってなされる４回のパスに対して間欠的に若しくは連続的に、第２のレーザ光線１６ｂが、孔３７が基板２４を完全に貫通して加熱成形されるまで、孔３７の周囲に沿って６回のパスを実行する。ｚ軸光学部品２２ａ，２２ｂの損傷を防止するために、一つのレーザ光線１６ａ，１６ｂが他のレーザ光線１６ｂ，１６ａより前に放射を停止する限り、基板２４を完全に貫通する孔３７を加熱形成するために、任意の回数のパスが、レーザ光線１６ａ，１６ｂのぞれぞれによって実行可能である。換言すれば、一つのレーザ光線は、好ましくは、基板２４の深さの略５１％まで加熱形成し、その一方で、他のレーザ光線は、該基板２４の深さの略４９％だけ加熱形成する。
【００２２】
硬質な非金属基板２４に、該基板２４の両面から孔を加熱形成することによって、種々の利点が得られ、これらは基板２４の片面のみの加熱形成によっては実現されない。例として、ガラスのような硬質な非金属基板２４に形成された鋭利な端部は、亀裂の原因となる応力集中箇所を該ガラス中に発生させることが、当業者によって理解されるべきである。そのため、基板２４の両面から該基板２４を加熱形成することが望ましい。各レーザ光線１６ａ，１６ｂによって始期パスがなされる間に、溝が平滑で曲率のある端部を開始する該基板２４表面に形成されて該基板２４に形成される孔３７を周回する。従って、基板２４を完全に貫通して加熱形成するために必要とされる終期パスは、通常、基板２４を貫通する通路の中央にて実行される。基板２４を貫通して加熱形成するレーザ光線の当該終期パスは、図３Ｂに示されるように、粗く不連続な表面を発生させる。この粗く不連続な表面は、該表面が硬質な非金属基板２４の端部に配置されてはいないので、該基板２４の耐久性に悪影響を及ぼさないであろうと考えられる。
【００２３】
基板２４中に平滑な孔を加熱形成するためのレーザ１２，１４変数が制御器２３により予め判別されている。基板２４中に加熱形成される孔のタイプ、及び、加熱形成される硬質な非金属基板２４のタイプに対応して、各レーザ１２，１４の該変数は、該制御器２３に予めプログラムされている。基板２４の亀裂あるいはさもなければ損傷を防止するために、異なるタイプの基板２４は、異なるレーザ１２，１４設定を必要とする。制御器２３に予めプログラムされている最も重要なレーザ変数は、レーザ出力、ガルバノ計速度、レーザ周波数（パルス率）、及び、レーザ変調に伴うパルスである。これらの各変数は、略４０及び５０ｋｗ／ｃｍ２の間の出力密度を基板２４の表面近傍に発生させるように、内部にて調整される。より好ましくは、略４５ｋｗ／ｃｍ２の出力密度が形成される。この範囲の出力密度は、本願背景技術の項で引用された従来技術文献において形成された出力密度より非常に高いと考えられる。完全には理解されていないが、例えば、高温まで基板２４を加熱するような追加ステップがなくとも、レーザ光線の高出力密度は、該基板２４のｚ軸に沿って移動可能な焦点と組み合わせて、該基板２４の加熱形成に成功するために所定の機能を果たす可能性があると考えられる。
【００２４】
図４は、本発明に係る方法の可能な実施態様を示す。第１のロボットアーム４２は、基板２４を把持して該基板２４をレーザ１２，１４間の挟持部材４４若しくは同等の固定部材に配置する。代替的に、ロボットアーム４２は、処理中に基板２４を支持するためのグリップ（図示しない）を有してもよい。制御器２３は、センサ（図示しない）によって、基板２４が加熱形成される所定位置にあるという信号を受信する。次いで、該制御器２３は、レーザ１２，１４に、加熱形成操作を開始するための信号を送出する。さらに、制御器２３は、基板２４タイプ、出力設定、ガルバノ計速度、孔寸法、孔形状、孔位置、侵入深さ、焦点調整、及び、それぞれ基板２４のタイプ及び該基板２４に穿孔される孔のタイプに応じたガラス厚さ、に対応する信号を、レーザ１２，１４に送出する。
【００２５】
制御器は、ガルバノ計２０ａ，２０ｂに、ｘ，ｙ及びｚ軸に沿ったレーザ焦点を制御するための信号を送出する。上述したように、ｘ及びｙ軸は、基板２４の長さ及び幅に対応し、ｚ軸は該基板２４の深さに対応する。さらに、基板２４をレーザ１２，１４に対して相対的に移動させることによって、ガルバノ計２０ａ，２０ｂに相対した異なる基板２４位置にある該基板２４に、数個の孔が加熱形成可能である。基板２４の厚さが３．２ｃｍより大きい場合には、該基板２４は、また、ｚ軸に沿って移動されてもよい。基板２４の動きのすべても、また、事前プログラム時のシーケンスに従って、制御器２３によって指示される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】主発明のレーザ装置の模式図である。
【図２】図２Ａは、硬質な非金属基板中に加熱形成された種々の形状の孔の上面図である。  図２Ｂは、図２Ａの線２Ｂ−２Ｂによる硬質な非金属基板中に加熱形成された孔の断面図である。
【図３】図３Ａは、本発明に係るレーザ加熱形成方法を図解する図である。  図３Ｂは、硬質な非金属基板の孔を規定する壁の部分的な断面図である。
【図４】レーザ掘削装置の好ましい実施形態の上面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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