(57)【要約】【課題】  第１の工程でガイド溝を生成するため、その後に赤外線レーザを照射した際、ガイド溝の変形の自由度によつて熱応力が逃げるように作用し、非効率である。【解決手段】  被加工物１を局部加熱して圧縮応力を発生させる加熱領域３、被加工物１を蒸散させて凹所を形成する加工点４ａ及び被加工物１を冷却して引張り応力を発生させる冷却領域５ａを、被加工物１を相対移動させながら切断予定位置２上に順次に生成させると共に、加工点４ａが、可視又は紫外領域のレーザ光２１を被加工物１の表面に集光照射して形成され、かつ、レーザ光２１と被加工物１との相対移動により、加工点４ａの連続によるガイド溝４ｂを形成し、加熱後に形成されるガイド溝４ｂに案内させて冷却領域５ａで被加工物１を切断する。【選択図】        図１
2007055000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非金属材料製の被加工物（１）を線状の切断予定位置（２）に沿つて熱応力を利用して切断する非金属材料製の被加工物の切断方法であつて、
被加工物（１）を局部加熱して圧縮応力を発生させる加熱領域（３）、被加工物（１）を蒸散させて凹所を形成する加工点（４ａ）及び被加工物（１）を冷却して引張り応力を発生させる冷却領域（５ａ）を、被加工物（１）を相対移動させながら切断予定位置（２）上に順次に生成させると共に、
加工点（４ａ）が、可視又は紫外領域のレーザ光（２１）を被加工物（１）の表面に集光照射して形成され、かつ、レーザ光（２１）と被加工物（１）との相対移動により、加工点（４ａ）の連続によるガイド溝（４ｂ）を形成し、
加熱後に形成されるガイド溝（４ｂ）に案内させて冷却領域（５ａ）で被加工物（１）を切断することを特徴とする非金属材料製の被加工物の切断方法。
【請求項２】
加熱領域（３）が、赤外線レーザ光（１１）の照射によつて生成されることを特徴とする請求項１の非金属材料製の被加工物の切断方法。
【請求項３】
非金属材料製の被加工物（１）を線状の切断予定位置（２）に沿つて熱応力を利用して切断する非金属材料製の被加工物の切断装置であつて、
被加工物（１）を局部加熱して圧縮応力を有する加熱領域（３）を生成する加熱手段（１０）と、可視又は紫外領域のレーザ光（２１）を発振させる第１のレーザ発振装置（２０）と、被加工物（１）を冷却して引張り応力を有する冷却領域（５ａ）を生成する冷却手段（３０）とを備え、
切断予定位置（２）上に、被加工物（１）の進行方向前側から順次に加熱領域（３）、レーザ光（２１）の照射によつて被加工物（１）を蒸散させて凹所を形成する加工点（４ａ）及び冷却領域（５ａ）を生成すると共に、
レーザ光（２１）と被加工物（１）との相対移動により、加工点（４ａ）の連続によるガイド溝（４ｂ）を形成し、加熱後に形成されるガイド溝（４ｂ）に案内させて冷却領域（５ａ）で被加工物（1 ）を切断することを特徴とする非金属材料製の被加工物の切断装置。
【請求項４】
加熱手段（１０）が、第２のレーザ発振装置（１０）を備え、第２のレーザ発振装置（１０）から発振される赤外線レーザ光（１１）の照射によつて加熱領域（３）が生成されることを特徴とする請求項３の非金属材料製の被加工物の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非金属材料製の被加工物の切断方法及びその装置に関し、詳しくは、熱応力を利用した非金属材料製の被加工物の切断方法及びその装置であつて、可視又は紫外領域のレーザ光を被加工物表面に集光照射して形成される溝をガイドとして利用する切断方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の装置として、特許文献１、特許文献２などで提案されているものが知られている。
図４に示すものは特許文献１により提案されているものであり、図中において、符号１０１はガラスにて代表される被加工物である非金属材料（脆性材料製の基板）、１０２は赤外線レーザ照射による加熱領域、１０３は冷却媒体による冷却領域、１０４は進行する亀裂（切断線）、ａは被加工物表面上のビームスポット（加熱領域）の幅、ｂはビームスポット（加熱領域）の長さ、ｄは被加工物表面上の冷却帯（冷却領域）の長さ、ｌはビームスポット（加熱領域）の後端縁から冷却領域の前端縁までの距離、δは亀裂（切断線）の深さ、ｈは被加工物の厚さである。
【０００３】
この切断装置では、第１に、端部に割断のきつかけとなる初期亀裂を持つ被加工物１０１に対し、切断線に沿つて相対移動する赤外線レーザを照射する。赤外線レーザによつて加熱された加熱領域１０２には熱膨張による圧縮応力が働く。一方、加熱領域１０２の外周には緩衝領域を挟んで引張り応力が働くが、この引張り応力はあまり強くないため、被加工物１０１を切断することはない。なお、赤外線レーザの照射に際しては、被加工物１０１の軟化点を超えるような密度で熱を加えると冷却された後に熱応力が残留してしまい材料の亀裂形成を制御不能にしてしまうため、加熱しすぎない配慮が必要である。
【０００４】
次に、ビームスポット１０２の後方で被加工物１０１の切断線に沿つた表面層の局所的な面積部分に、冷却媒体によつて冷却領域１０３を形成する。赤外線レーザの照射による加熱領域１０２と冷却領域による温度勾配は冷却領域１０３の表面層に強い引張り応力を誘起し、この応力が材料の引張り強度を超えると、端部初期亀裂をきつかけとして下方へ延びる亀裂（切断線）１０４が伸展する。
【０００５】
この温度勾配を利用した亀裂（切断線）の進行は比較的高効率で、赤外線レーザのみの場合よりも遥かに高速で切断できる。亀裂（切断線）の深さは被加工物１０１の材質、厚さ、また赤外線レーザの出力、速度、ビーム形状などを変えることで調節することができ、被加工物１０１を完全に切断することも厚さ途中で切断を止めることもできるとされている。
【０００６】
図５に示すものは特許文献２により提案されているものであり、符号２０１は紫外線レーザ発振器、２０２はCO2 レーザ発振器、２０３はガラス加工装置本体、２０４は基台、２０５はＹ方向走査フレーム、２０６はＸ方向走査ステージ、２０７は集光光学系、２１０は偏向光学系、２１１は被加工ガラス板（脆性材料製の基板）である。
【０００７】
次に動作について説明する。工程は紫外線レーザ光Ｌ１によるスクライビング工程と赤外線レーザ光Ｌ２による割断工程とからなる。スクライビング工程では、紫外線レーザ光Ｌ１を、集光レンズ系２０７を通じて被加工ガラス板２１１の極表面に集光させ、集光点のガラス部材を蒸散させる。被加工ガラス板２１１はステージの移動によつて集光点を相対的に移動させることで表面にスクライビング溝（ガイド溝）が形成される。割断工程では赤外線レーザ光Ｌ２を、同様に集光レンズ系２０７を通じて被加工ガラス体２１１のガイド溝が形成されている部位に集光させ、この部位に熱歪を加える。
【０００８】
熱歪はガイド溝の深さ方向の先端（内端）に応力集中を起こし、これにより、ガイド溝に沿つて厚さ方向に割れが入り、この部位から割断される。この時も被加工ガラス板２１１は赤外線レーザ光Ｌ２の集光点がガイド溝に沿つて進むように移動する。これにより被加工ガラス板２１１は希望した加工形状に沿つて切断が可能になる。
【特許文献１】特許３０２７７６８号公報
【特許文献２】特許３０３６９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１による非金属材料の切断装置は、被加工物を熱応力のみで切断するために以下の問題があつた。先ず、熱応力を利用する非金属材料の赤外線レーザの照射による切断は、被加工物１０１内部に熱が蓄積されて膨張し、次いで冷却媒体によつて冷却領域を形成して引張り応力を誘起し、この応力が材料の引張り強度を超えたときに起こる。なお、亀裂（切断面）が形成され始めるときには、既にレーザビームの入射点はガラスの縁から移動している。従つて、切断面となる亀裂の発生及び伝播はレーザスポットの動きよりも遅れる。
【００１０】
このように、特許文献１は、冷却手段を利用した引張り応力の増幅によつて切断速度の向上を達成しているが、切断精度の点では不十分である。なぜなら、熱応力のみによる切断では、正確な切断を与えるために、亀裂を発生させる力（熱応力）が亀裂つまり切断平面に関して対称でなければならない。これは熱量だけでなく、熱によつて起こる変形までが対称である必要があり、被加工物の真の中央の切断でなければそれを達成することは容易ではない。特に、液晶パネルなどのデバイスの切断といつた場合には、被加工物の熱応力を完全に制御することは不可能である。
【００１１】
特許文献２記載の発明は上記問題を解決すべき点から、紫外線領域のレーザを被加工物表面に集光することで形成されるスクライビング溝（ガイド溝）をガイドとして切断位置を制御することを目的としたものである。しかしながら、昨今要求される品質からは以下の点で不十分である。
【００１２】
近時、切断対象となるガラスは非常に透明度が上がり、例えば液晶パネルの切断の場合、近紫外線さえもその大部分を透過する。更に、切断対象となるガラスは無膨張ガラスに分類されるため、赤外線レーザ光Ｌ２によつて熱応力を大きく発生させることが非常に難しいことに加え、熱応力を得るために過大な熱を与えると繊細なデバイス自体を損傷する可能性が大きい。また、辺長１０００ｍｍを超えるガラスは切断のためには更に大きな熱応力を必要とする。
【００１３】
これらの状況下で、特許文献２に記載の発明は、第１の工程で被加工物に空間となるガイド溝を生成するため、その後に赤外線レーザを照射した際、ガイド溝の変形の自由度によつて熱応力が逃げるように作用し、非効率である。そして、特に大きな応力を必要とする切断開始付近では多量の熱を与える必要が生じ、不要部分にまで熱歪を起こし初期切断部の位置ズレを起こしやすい。
【００１４】
しかして、特許文献１記載の発明の課題を解決するためには切断線上に応力集中を起こす何らかのガイドが適正位置に必要であるが、更に、ガイド溝の生成について、熱応力を最大限に活用するための時期及び位置が重要であることを知得した。
【００１５】
なお、紫外域の光であつてもその多くを透過してしまう液晶パネル用ガラスなどは、単純な光学系では適正なガイド溝を生成することはできないので、光学系にも工夫が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、最近の切断対象の物性の変化に伴つて生じた新たな課題を解決すると共に、高い切断品質への要求に応じるためになされたもので、加熱領域、加工点及び冷却領域を生成しながら、最も適当な時期にガイド溝を形成することにより、レーザ光透過率の高い透明材料についても切断位置を正確に制御できる非金属材料の切断方法及びその装置を提供することを目的としている。その構成は、次の通りである。
請求項１の発明は、非金属材料製の被加工物１を線状の切断予定位置２に沿つて熱応力を利用して切断する非金属材料製の被加工物の切断方法であつて、
被加工物１を局部加熱して圧縮応力を発生させる加熱領域３、被加工物１を蒸散させて凹所を形成する加工点４ａ及び被加工物１を冷却して引張り応力を発生させる冷却領域５ａを、被加工物１を相対移動させながら切断予定位置２上に順次に生成させると共に、
加工点４ａが、可視又は紫外領域のレーザ光２１を被加工物１の表面に集光照射して形成され、かつ、レーザ光２１と被加工物１との相対移動により、加工点４ａの連続によるガイド溝４ｂを形成し、
加熱後に形成されるガイド溝４ｂに案内させて冷却領域５ａで被加工物１を切断することを特徴とする非金属材料製の被加工物の切断方法である。
請求項２の発明は、加熱領域３が、赤外線レーザ光１１の照射によつて生成されることを特徴とする請求項１の非金属材料製の被加工物の切断方法である。
請求項３の発明は、非金属材料製の被加工物１を線状の切断予定位置２に沿つて熱応力を利用して切断する非金属材料製の被加工物の切断装置であつて、
被加工物１を局部加熱して圧縮応力を有する加熱領域３を生成する加熱手段（１０）と、可視又は紫外領域のレーザ光２１を発振させる第１のレーザ発振装置２０と、被加工物１を冷却して引張り応力を有する冷却領域５ａを生成する冷却手段３０とを備え、
切断予定位置２上に、被加工物１の進行方向前側から順次に加熱領域３、レーザ光２１の照射によつて被加工物１を蒸散させて凹所を形成する加工点４ａ及び冷却領域５ａを生成すると共に、
レーザ光２１と被加工物１との相対移動により、加工点４ａの連続によるガイド溝４ｂを形成し、加熱後に形成されるガイド溝４ｂに案内させて冷却領域５ａで被加工物１を切断することを特徴とする非金属材料製の被加工物の切断装置である。
請求項４の発明は、加熱手段（１０）が、第２のレーザ発振装置１０を備え、第２のレーザ発振装置１０から発振される赤外線レーザ光１１の照射によつて加熱領域３が生成されることを特徴とする請求項３の非金属材料製の被加工物の切断装置である。
【発明の効果】
【００１７】
独立請求項１，３によれば、先ず、加熱後に形成されるガイド溝に案内させて冷却領域で被加工物を切断するので、被加工物に亀裂を伸展させる力（熱応力）がガイド溝ひいては切断面に関して対称でなくても、ガイド溝に沿う所望位置での切断が正確にできる。
【００１８】
加えて、ガイド溝を形成する可視又は紫外領域のレーザの照射位置を加熱領域より後方で冷却領域より前方に位置するように構成した。これにより、熱応力を最大限に活用可能な時期及び位置にガイド溝を形成することになる。すなわち、被加工物を局部加熱して圧縮応力を有する加熱領域を生成した状態で、加熱された領域内に可視又は紫外領域のレーザ光の照射によつて被加工物の昇温部分を瞬間的かつ局部的に蒸散させて凹所をなす加工点ひいてはガイド溝を形成することになり、ガイド溝を形成した後に加熱する場合に比して、ガイド溝の形成時に圧縮応力の影響によつてガイド溝が深くなる傾向にあると共に、圧縮応力が良好に生じている。この圧縮応力が良好に生じている状態で、ガイド溝及びその周辺に冷却領域が生ずることにより、冷却領域の表面層に強い引張り応力が誘起され、この応力が被加工物材料の引張り強度を越え、被加工物の内方へ延びる亀裂が伸展して高効率かつ高品質の切断面が得られる。
【００１９】
従つて、透明度が高く、近紫外線の多くを透過するような被加工物や、無膨張ガラスに分類されて加熱によつて圧縮応力を発生させることが容易でない被加工物、更には過大な熱を与えると繊細なデバイス自体を損傷する可能性が大きい被加工物に対し、過大な熱応力を与えて損傷させることなく、圧縮応力が良好に生じている状態で、適正なガイド溝を形成し、高品質かつ正確な切断を施すことが可能になつた。この方法及び装置は、従来の被加工物材料に対しても有効であり、その切断効率を著しく高めるため、切断速度の向上や被加工物への熱影響の低減といつた効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図中において符号１は切断対象となる脆性材料製の基板状の被加工物であり、ガラスにて代表される非金属材料によつて製作されている。通常、被加工物１（脆性非金属材料の被加工物）は、透明体である。被加工物１は、ステージ６上に交換可能に載置され、直線状に設定される切断予定位置２に沿つて切断するために、後記する加熱領域３、加工点４ａ及び冷却領域５ａの各中心が切断予定位置２上に設定される。
【００２１】
ステージ６には、図２に示すように加熱領域３を生成するための加熱手段の要部となる第２のレーザ発振装置１０、ガイド溝４ｂを形成するための第１のレーザ発振装置２０及び冷却手段３０が一体的に装備される。すなわち、第２のレーザ発振装置１０、第１のレーザ発振装置２０及び冷却手段３０が加工系用ステージ（図示せず）に設定され、この加工系用ステージ又は基板戴置用のステージ６の少なくとも一方は駆動装置（図示せず）を備え、それによつて被加工物１及びステージ６と加工系（加熱領域３、ガイド溝加工点４ａ及び冷却領域５ａ）が切断予定位置２に沿つて矢印Ａ方向に連続的相対移動をする。但し、図１では、説明の都合上から切断予定位置２に対し、加熱領域３、加工点４ａ、ガイド溝４ｂ、冷却領域５ａ及び切断面５ｂを若干ずらせて示してある。
【００２２】
なお、加工系（加熱領域３、ガイド溝加工点４ａ及び冷却領域５ａ）を切断予定位置２に沿つて矢印Ａ方向に一体的に相対移動させるために、第２のレーザ発振装置１０、第１のレーザ発振装置２０及び冷却手段３０が加工系用ステージ（図示せず）に設置されるのみならず、アッテネータ２２、ビームエキスパンダー２３、ミラー２４及びレンズ２５並びにビームエキスパンダー１２、赤外線用ミラー１３及びシリンドリカルレンズ１４、更に、冷却手段３０についても加工系用ステージ（図示せず）に設置させ、一体的に保持させる。
【００２３】
第２のレーザ発振装置１０は、図２に示すように赤外線レーザ光１１を射出する。第２のレーザ発振装置１０から射出される赤外線レーザ光１１は、赤外線レーザ用エキスパンダー１２を通過して長軸ビーム径を調整され、赤外線用ミラー１３によつて反射してシリンドリカルレンズ１４を透過した後、被加工物１に照射され、被加工物１が局部的に加熱される加熱領域３を生成する。しかして、加熱領域３は、赤外線レーザ光１１によつて加熱されて圧縮応力を有する領域であり、シリンドリカルレンズ１４によつて赤外線レーザ光１１のビーム形状を楕円に集光され、長軸を切断予定位置２方向に合致させて照射される。加熱領域３の短軸幅は、シリンドリカルレンズ１４の焦点位置で制御するため、長軸幅の調整用としてビームエキスパンダー１２を使用する。
【００２４】
加熱領域３を生成する赤外線レーザ光１１には、例えば波長１０．６μｍのCO2 レーザを使用する。レーザ光１１の出力調整は、第２のレーザ発振装置１０の内部信号によつて行うことができる。
【００２５】
第１のレーザ発振装置２０は、可視又は紫外領域のレーザ光２１（加工用レーザ光）を射出する。第１のレーザ発振装置２０から射出されるレーザ光２１は、アッテネータ２２を通過させて出力を調整した後にビームエキスパンダー２３によつて拡大され、ミラー２４によつて反射され、収差補正を行つたレンズ２５を透過して、被加工物１の加工点４ａに集光・照射される。
【００２６】
しかして、加工点４ａは、レーザ光２１を被加工物１表面上に集光して生成され、加熱領域３に比して狭い領域であり、ステージ６との相対移動により、加熱領域３の後側の昇温状態の被加工物１の照射箇所を連続的に蒸散させて、被加工物１の表面に加工点４ａつまり凹所の連続による断面Ｖ字状のガイド溝４ｂを線状に形成する。光子エネルギーの高いレーザ光２１を被加工物１に集光・照射すれば、被加工物１が局部的に蒸散して凹状の加工点４ａが形成される。従つて、第１のレーザ発振装置２０は、光子エネルギーの高い紫外領域のレーザ光２１を発生させるものが好適であり、レーザ光２１が紫外領域にあるときは、第１のレーザ発振装置２０は紫外線レーザ発振装置になる。
【００２７】
レンズ２５は、図３に示すように位置決めの微調整が可能な微調整機構を有するレンズ保持台２６で支えられており、複数のレンズを組み合わせた複合レンズ又は1 枚以上の非球面レンズによつて構成される。レンズ２５により収差を取り除かれて集光した光は、切断予定位置２上の加工点４ａで非常に高集光になる。具体的には、レーザ光２１を直径：１０μｍ以下に集光して加工点４ａを形成できる。レーザ光２１によつて加工点４ａを形成しながら加工点４ａを含む加工系に対して被加工物１を矢印Ａ方向に相対移動させることにより、加工点４ａの連続によるガイド溝４ｂが被加工物１に形成される。
【００２８】
ガイド溝４ｂを形成する可視又は紫外領域のレーザ２１の種類は、被加工物１の吸収率を考慮にして選定するのが一般的であるが、ビームエキスパンダー２３及びレンズ２５を利用した高集光な光学系は非線形効果を生み出すので単純には決定できない。波長、出力、周波数、更には扱い易さといつた点から最適なレーザ２１を選べばよいが、レーザ２１の選択の幅の広さも本発明の特徴である。
【００２９】
ビームエキスパンダー２３やレンズ２５の選定はレーザ２１によつて異なるが、回折限界から求められる集光点の大きさはλ/D（λ：波長、D ：レンズに対する入射光直径）に比例するため、レンズ２５に収差がなければ波長は短く、入射光直径は大きい方がよい。液晶パネル用の無アルカリガラスに対しては、波長３５５ｎｍのレーザを使用し、ビーム径を１０ｍｍ以上に拡大してレンズ２５に入射させるとよい結果が得られる。その際に被加工物１となる液晶用の無アルカリガラスの波長３５５ｎｍの光の吸収率は１０〜２０％程度であるが、幅１μｍ以下の十分に鋭いガイド溝４ｂを形成することができる。ビームエキスパンダー２３及び複合のレンズ２５を使用することで、効率よくガイド溝４ｂを形成することができる。外部のアッテネータ２２によつて行うレーザ２１の出力調整は、ステージ６との相対移動速度つまり切断速度に応じて調節する。
【００３０】
冷却手段３０は、水補給槽３２から配管３１を通じて供給される水と、エアコンプレッサー３４から配管３３を通じて供給される圧縮空気とを混合して霧状の冷却媒体３５となし、この霧状の冷却媒体３５をノズルから被加工物１の加工点４ａ付近の後側に吹出すことで切断予定位置２上の被加工物１が冷却されて引張り応力を有する冷却領域５ａを生成する。水、圧縮空気ともに調整弁（図示せず）によつて流量を調整できる。相対的に移動する冷却領域５ａにより被加工物１のガイド溝４ｂの周辺に発生した引張り応力により、切断予定位置２に形成したガイド溝４ｂに沿う切断面５ｂとして被加工物１が切断されていく。
【００３１】
冷却領域５ａは、被加工物１のガイド溝４ｂの両側部分を含んで局部的に生成されることが望ましく、また、切断の位置精度を向上させるために切断予定位置２の延在方向に長い長円形をなすことが望ましく、特に、短軸幅は狭い方がよく、ガイド溝４ｂの幅よりも広く、かつ、加熱領域３の幅よりも狭くすることが望ましい。更に、液晶パネルなどのデバイスの切断では、水滴の付着が問題となることもあるので水の供給量は少ない方が望ましく、従つてノズル先端は細い方がよい。具体的には、ノズル径1 ｍｍ±０．３ｍｍ、水流量２０ml/min±２．０ml/min程度で制御することが望ましい。
【００３２】
なお、図２において赤外線レーザ光１１及び冷却媒体３５を斜めから被加工物１に入射させているのは、加熱領域３、レーザ加工点４ａ及び冷却点５ａをレンズ等による干渉を避けて可及的に近づけるためである。
【００３３】
次に作用について説明する。いま、被加工物１をステージ６上に載置させ、第２のレーザ発振装置１０から赤外線レーザ光１１が射出され、第１のレーザ発振装置２０からレーザ光２１が射出され、また、冷却手段３０から冷却媒体３５が吹き出している。
【００３４】
この状態から、右端位置にあるステージ６を反矢印Ａの方向に相対移動させ、加工系（加熱領域３、ガイド溝加工点４ａ及び冷却領域５ａ）を切断予定位置２に沿つて矢印Ａ方向に一体的に相対移動させる。これにより、先ず、赤外線レーザ光１１が被加工物１の切断予定位置２の左端から局部的に照射され始め、赤外線レーザ光１１が照射された被加工物１の箇所に、所定温度にまで上昇した加熱領域３が生成される。加熱領域３では、加熱中心が大きく膨張し圧縮応力が発生し、その外周には緩衝帯を挟んで弱い引張り応力が発生する。加熱領域３の大きさは、微調整機構を持つ図示しない支持台を介して加工系用ステージに設置されるシリンドリカルレンズ１４により、適当に変えられる。なお、被加工物１の端部に割断のきつかけとなる初期亀裂は形成されていない。
【００３５】
引き続き、ステージ６の移動により、ビームエキスパンダー２３とレンズ２５により強く集光された可視又は紫外領域のレーザ光２１が被加工物１の切断予定位置２の左端から照射され始め、被加工物１を局部的に蒸散・昇華させて被加工物１表面に加工点４ａが凹所として形成される。強く集光されたレーザ光２１は、非線形効果により被加工物１に強いアブレーション作用を起こし、レーザ光２１と被加工物１との相対移動により、加工点４ａの連続によるガイド溝４ｂを形成し、ガイド溝４ｂは深く鋭いＶ字状断面となる。可視又は紫外領域のレーザ光２１を上記光学系で集光すると直径数μｍ以下に集光され、照射位置が直接加工される。このため、ガイド溝４ｂ形成の位置決め精度は、ステージ精度に依ることになり、非常に高くなる。
【００３６】
続いて、ステージ６の相対移動により、水、圧縮空気が冷却手段３０内で混合されて霧状をなす冷却媒体３５が被加工物１の切断予定位置２の左端から噴霧され始め、冷却領域５ａを作る。冷却領域５ａへの進入によつてガイド溝４ｂの特に鋭利な内端部に強い引張りの応力集中が発生し、これによつて被加工物１の引張り強度を超え、被加工物１表面部に形成されたガイド溝４ｂの内端部から亀裂が進行し被加工物１が切断面５ｂによつて切断されながら、切断面５ｂが矢印Ａ方向に伸展して行く。引張りの応力集中はガイド溝４ｂの内端部の形状によつて引き起こされるため、切断は確実にガイド溝４ｂに沿つて進行して行く。ガイド溝４ｂとなる加工点４ａを冷却領域５ａの中に重ね合わせて位置させることは、加工点４ａの形成直後に引張りの応力集中を生じさせる上で許容される。
【００３７】
このように、加熱領域３の中心、加工点４ａの中心及び冷却領域５ａの中心を、切断予定位置２上の進行方向前側から順次に設定させ、加熱領域３を加工点４ａよりも前側に設定することにより、加熱領域３に充分に圧縮応力が発生した状態でガイド溝４ｂが瞬時に形成され、ガイド溝４ｂに接する部分のみで圧縮応力が緩徐に軽減されながら、つまり全体としては充分に圧縮応力が残存する状態で、冷却領域５ａによつて冷却されることになり、ガイド溝４ｂの内端部及び先端部の亀裂が進行し易くなる。冷却媒体３５による冷却は、ガイド溝４ｂの内面からもなされる。ガイド溝４ｂの延伸に伴つて、昇温による圧縮応力が生じている部分の一部が瞬間的に除去されて被加工物１が復元変形することにより、ガイド溝４ｂの内端部及び先端部の亀裂の進行も促される。
【００３８】
これに対し、加熱領域（３）より先行してガイド溝（４ｂ）が存在する場合、溝（４ｂ）空間の自由度が次第に増大する熱応力を軽減してしまい、ひいては切断効率を落とすことになる。一方、加熱領域（３）より先行してガイド溝（４ｂ）を存在させると共に、充分な熱応力を確保するために加熱領域（３）に与える熱量を増加させる場合には、被加工物１の中の熱歪量が大きくなり、完全な熱中心を切断する場合以外において被加工物１の中にねじれが起こり、その結果最も大きな応力が解放される端縁の初期切断において切断の位置ズレが発生し易くなる。
【００３９】
なお、加工点４ａ（ガイド溝４ｂの先端）は、加熱領域３の移動に伴つて、緩衝領域又は弱い引張り領域が生成される箇所に位置させて生成すれば、昇温によつて生じている圧縮応力を減殺し難くなる。しかも、加工点４ａの形成は極短時間で瞬間的になされるため、加熱領域３の通過で生じさせた圧縮応力を大きく損なうことなく、ガイド溝４ｂの先端部が形成される。
【００４０】
このように、加熱後に形成されるガイド溝４ｂに案内させて冷却領域５ａで被加工物１を切断するようにし、加熱によつて溜められた熱応力がガイド溝４ｂで解放される寸前、つまりは亀裂の進行に合わせてガイド溝４ｂが形成されるように加工点４ａを形成する時期と位置とに特徴を与えることによつて、位置制御に優れた熱応力による切断が、効率よく、かつ、被加工物１の一端部から他端部にまで可能になる。特に、冷却領域５ａの影響による被加工物１の亀裂の進行の先端と、ガイド溝４ｂの先端となる加工点４ａとを適正に合致させて、加工点４ａを形成するように加工系を設定することにより、正確な位置での効率の良い切断を行うことが可能になる。
【００４１】
被加工物１の厚さにもよるが、切断面５ｂが被加工物１の裏面にまで伸展すれば、切断予定位置２上に進行方向前側から順次に加熱領域３、加工点４ａ及び冷却領域５ａを生成させながら、加熱領域３、加工点４ａ及び冷却領域５ａと被加工物１とに相対移動を与えることで、被加工物１をガイド溝４ｂに案内させて完全に分断することが可能になる。切断面５ｂの伸展によつては被加工物１が完全に切断されない場合には、その後、被加工物１にブレイク力を作用させ、被加工物１をガイド溝４ｂ及び切断面５ｂに案内させて切断する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の１実施の形態に係る非金属材料製の被加工物の切断方法の原理を示す斜視図。
【図２】同じく切断装置の全体を示す斜視図。
【図３】同じく加工状態を示す説明図。
【図４】従来の切断方法を示す説明図。
【図５】同じく切断装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１：被加工物
２：切断予定線
３：加熱領域
４ａ：加工点
４ｂ：ガイド溝
５ａ：冷却領域
５ｂ：切断面
６：ステージ
１０：第２のレーザ発振装置（加熱手段）
１１：赤外線レーザ光
１２：赤外線レーザ用エキスパンダー
１４：シリンドリカルレンズ
２０：第１のレーザ発振装置
２１：可視又は紫外領域のレーザ光
２２：アッテネータ
２３：ビームエキスパンダー
２５：レンズ
３０：冷却手段
３５：冷却媒体
【図１】
2007055000.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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