(57)【要約】【課題】レーザビームをガラス板に照射してスクライブラインを形成する工程を有するガラス切断方法において、レーザビームの利用効率を高めることによって切断作業の効率を向上させる方法を提供することにある。【解決手段】反射鏡板３の光反射処理面２上にガラス板９を載置し、レーザビーム１０を両凸レンズからなる第１の焦点レンズ６およびが平凹レンズからなる第２の焦点レンズ７を介してガラス板９の表面に照射する。第２の焦点レンズ３は凹状反射面１３を有しており、レーザビーム１０が反射鏡板３の光反射処理面２と第２の焦点レンズ７の凹状反射面１３との間に構成された共振器構造の該共振器構造内を反射を繰返しながらガラス板９の厚みの略１／２の位置に繰返し集光することによって該集光部に効率良く熱応力が集中するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ発振器から出射されたレーザビームをガラス板に照射してスクライブラインを形成する工程を有するレーザによるガラス切断方法であって、前記ガラス板に照射したレーザビームが前記ガラス板を繰返し往復することによって該ガラス板に局部的に熱応力を生じるようにしたことを特徴とするレーザによるガラス切断方法。
【請求項２】
前記レーザビームは、前記ガラス板を挟むように配設された反射鏡板の平面反射面とレンズの球面反射面との間に構成された共振器構造の該共振器構造内を反射を繰返しながら往復することを特徴とする請求項１に記載のレーザによるガラス切断方法。
【請求項３】
前記レーザ発振器は、１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍの波長のレーザビームを出射するＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のレーザによるガラス切断方法。
【請求項４】
レーザ発振器から出射されたレーザビームをガラス板に照射してスクライブラインを形成する工程に使用するレーザによるガラス切断装置であって、前記ガラス板は反射鏡板の平面反射面とレンズの球面反射面とで挟まれ、前記ガラス板に照射したレーザビームが前記反射鏡板の平面反射面と前記レンズの球面反射面との間に構成された共振器構造の該共振器構造内を反射を繰返しながら往復することによって前記ガラス板を繰返し往復して該ガラス板に局部的に熱応力を生じるようにしたことを特徴とするレーザによるガラス切断装置。
【請求項５】
前記レーザ発振器は、１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍの波長のレーザビームを出射するＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とする請求項４に記載のレーザによるガラス切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザによるガラス切断方法および切断装置に関するものであり、詳しくはレーザビーム照射工程を有するガラス切断方法および切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス板を切断する手段の一つとして、レーザビーム照射工程を有する切断方法が提案されている。それは、例えば図５に示すように、設定されたレーザビームの走査行程に沿って切断用クラックが伝搬するように、レーザビーム照射に先立ってガラス板５０の端部のクラック開始点５１から内側に向けて約８ｍｍ、深さ約０．１ｍｍの切り込み目を入れる。
【０００３】
そして、ガラス板５０の端部のクラック開始点５１をレーザビーム５２照射の開始点とし、そこから照射を開始したレーザビーム５２を切り込み目を経て設定した切断行程に沿って走査させ、最終的にガラス板５０を縦断するレーザビーム５２照射を行なう。このとき、レーザビーム５２照射領域の近傍に水ジェット５３を吹き付けて、レーザビーム５２照射で加熱した部分を冷却しながらレーザビーム５２走査を進行させる。
【０００４】
このとき、切り込み目の領域にレーザビーム５２が照射されると、レーザビーム５２照射熱によって膨張応力が生じ、その直後に水ジェット５３の吹き付けによる冷却によって引張り圧縮応力が生じる。このように、膨張応力が生じた領域に近接して圧縮応力が生じるために、両領域間に夫々の応力に基づく応力勾配が生じ、切り込み目よりもガラス板５０の厚み方向に対して深いクラック５４が発生することになる。
【０００５】
そして、レーザビーム５２照射による加熱と水ジェット５３の吹き付けによる冷却とが切断行程に沿って進行することによって、連続するクラック５４が切断行程に沿って形成される。その後、ガラス板５０のレーザビーム５２照射面の反対面側からクラック５４部に曲げモーメントを付与するために手動あるいは自動によって圧力を加え、切断行程に沿ってガラス板５０を分割するというものである（例えば、特許文献１または２参照。）。
【特許文献１】特開平９−１５０２８６号公報
【特許文献２】特開平９−０１２３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記従来のレーザビーム照射によるガラス板の切断方法は、一旦ガラス板を透過したレーザビームはそのまま大気中に放出されてガラス板の切断には寄与しないものとなるために、レーザビームの利用効率が十分とはいえないものであった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、レーザビームを照射してガラス板を切断する方法およびその装置において、レーザビームの利用効率を高めることによって切断作業の効率を向上させる方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、レーザ発振器から出射されたレーザビームをガラス板に照射してスクライブラインを形成する工程を有するレーザによるガラス切断方法であって、前記ガラス板に照射したレーザビームが前記ガラス板を繰返し往復することによって該ガラス板に局部的に熱応力を生じるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記レーザビームは、前記ガラス板を挟むように配設された反射鏡板の平面反射面とレンズの球面反射面との間に構成された共振器構造の該共振器構造内を反射を繰返しながら往復することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項１または２のいずれか１項において、前記レーザ発振器は、１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍの波長のレーザビームを出射するＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の請求項４に記載された発明は、レーザ発振器から出射されたレーザビームをガラス板に照射してスクライブラインを形成する工程に使用するレーザによるガラス切断装置であって、前記ガラス板は反射鏡板の平面反射面とレンズの球面反射面とで挟まれ、前記ガラス板に照射したレーザビームが前記反射鏡板の平面反射面と前記レンズの球面反射面との間に構成された共振器構造の該共振器構造内を反射を繰返しながら往復することによって前記ガラス板を繰返し往復して該ガラス板に局部的に熱応力を生じるようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項４において、前記レーザ発振器は、１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍの波長のレーザビームを出射するＹＡＧレーザ発振器であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーザによるガラス切断方法および切断装置は、スクライブライン形成工程においてガラス板に照射したレーザビームが前記ガラス板を繰返し往復することによって該ガラス板に局部的に集中して熱応力を生じるようにした。
【００１４】
そのため、レーザビームの利用効率を高めることによって切断作業の効率を向上させる方法および装置が実現できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施形態を図１から図４を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付し、説明は省略する）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。
【００１６】
本発明のレーザによるガラス切断装置の構成は、図１に示すように、面方向に移動自在なステージ１上に少なくとも一方の表面に光反射処理面２が形成された反射鏡板３が該光反射処理面２がステージ１に対して反対面側となるように載設されている。
【００１７】
そして、反射鏡板３の上方にレーザ発振器（図示せず）の光学ヘッド４を配置し、光学ヘッド４のレーザ射出口５と反射鏡板３が該光反射処理面２との間の該レーザ射出口５と反射鏡板３が該光反射処理面２とを結ぶ直線上にレーザ射出口５に近い方から順に第1の焦点レンズ６および第２の焦点レンズ７が配置されている。
【００１８】
つまり、第1の焦点レンズ６と第２の焦点レンズ７とは光軸Ｘを共有すると共に、該光軸Ｘは反射鏡板３の該光反射処理面２に対して略垂直となっている。
【００１９】
第１の焦点レンズ６は両凸レンズ、第２の焦点レンズ７は平凹レンズである。特に、第２の焦点レンズ７は両面にコーティング処理が施してあり、そのうち平面側には非反射コーティング、凹面側には全反射コーティングが夫々施されている。
【００２０】
また、反射鏡板３の該光反射処理面２の光軸Ｘが貫く位置近傍に噴射口を向けた冷却水やドライエアを噴射する噴射ノズル８が設けられている。
【００２１】
なお、本発明のガラス切断装置で使用されるレーザは、ガラス内部でのレーザビームの吸収を考慮して、ガラスの透過特性が非常に高い１０３０ｎｍまたは１０６４ｎｍの波長のＹＡＧレーザを採用している。
【００２２】
次に、本発明のレーザによるガラス切断装置によるガラス切断方法について説明する。まず、ステージ１上に載設された反射鏡板３の光反射処理面２上に切断するガラス板９を載置する。
【００２３】
そして、レーザ発振器を作動させると共に、噴射ノズル８から冷却水やドライエア等の冷却媒質を噴射し、且つガラス板９が載置された反射鏡板３を載設したステージ１を所定の方向に所定の速度で移動させる。
【００２４】
すると、レーザ発振器の光学ヘッド４のレーザ射出口５から連続発振のレーザビーム１０が第１の焦点レンズ６に向けて照射される。
【００２５】
第１の焦点レンズ６である両凸レンズに至って該第１の焦点レンズ６を導光されたレーザビーム１０は、光軸Ｘ方向に集光されながら第２の焦点レンズ７に向かう。
【００２６】
第２の焦点レンズ７である平凹レンズの非反射コーティングを施した平面に至ったレーザビームは光軸Ｘ方向に屈折されて第２の焦点レンズ７内に入射して該第２の焦点レンズ７内を導光されて全反射コーティングが施された凹面に向かう。
【００２７】
第２の焦点レンズ７の凹面に施された全反射コーティングはレーザ射出口５から照射されたレーザビーム１０を透過する性質を有しており、第２の焦点レンズ７内を導光されて凹面に至ったレーザビーム１０は全反射コーティング層を介してガラス板９に照射される。
【００２８】
このとき、図２に示すように、ガラス板９に照射されてガラス板９の光入射面１１から光軸Ｘ上の物点Ｐに向かって入射したレーザビーム１０は、光入射面１１で屈折されてガラス板９の厚みの略１／２の位置の光軸Ｘ上にある像点Ｐ′に集光し、更に反射鏡板３の光反射処理面２に向かう。
【００２９】
光反射処理面２に至ったレーザビーム１０は該光反射処理面２で反射されてガラス板９内および大気中を同一光路を辿って第２の焦点レンズの凹面に戻る。
【００３０】
第２の焦点レンズの凹面には上述したように全反射コーティングが施されており、第２の焦点レンズの凹状反射面１３に戻ったレーザビーム１０は凹状反射面１３で全反射されて同一光路を辿ってガラス板９に向かう。
【００３１】
このように、レーザ射出口５から照射されて第１の焦点レンズ６を介して第２の焦点レンズ７に至ったレーザビーム１０は、第２の焦点レンズ７の凹状反射面１３と反射鏡板３の光反射処理面２との間に構成された共振器構造の該共振器構造内を反射を繰返しながらガラス板９の厚みの略１／２の位置に繰返し集光する。そのため、ガラス板９の集光部に効率良く熱応力を集中させることができる。
【００３２】
従って、このような光学系を成立させるために、第２の焦点レンズ７の凹状反射面１３は中心をガラス板９内にある物点Ｐとする球面で構成されている。
【００３３】
上記レーザビームの光学系による加熱操作は所定の方向に所定の速度で移動するガラス板９に対して連続的に行なわれ、同時に加熱直後に行なわれる加熱部に対する冷却操作も噴出ノズル８から噴射される冷却媒質を加熱部に吹き付けることによって連続的に行なわれる。
【００３４】
その結果、移動するガラス板９の表面から上記レーザビーム１０による加熱操作と冷却媒質による冷却操作を繰り返し行なうことによって、ガラス板に連続するスクライブラインを形成することができる。
【００３５】
その後、ガラス板９のレーザビーム１０照射面の反対面側からスクライブラインに曲げモーメントを付与するために手動あるいは自動によって圧力を加え、個々のガラス片に分割することによってガラス切断工程が完了する。
【００３６】
なお、上記実施形態ではレーザビームを射出する光学ヘッドを固定してガラス板を移動するようにしたが、レーザビームとガラス板とは両者間の相対移動が求められるため、ガラス板を固定してレーザビームを走査するようにしてもよいし、ガラス板を移動させながらレーザビームを走査するようにしてもよい。
【００３７】
図３はレーザビームをガラス板に照射することによる加熱操作後のガラス内部における熱応力の状態を示したもの、図４はレーザビームをガラス板に照射した後に冷却媒質を吹き付けることによる冷却操作後のガラス内部における熱応力の状態を示したものである。
【００３８】
図３より、レーザビームをガラス板に照射した時点では、ガラス板にはレーザ照射部に向かう圧縮応力が生じ、図４より冷却媒質を吹き付けることによって、ガラス板の内部には圧縮応力が残るものの表面付近には冷却媒質の吹き付け部から外側に向かう引張応力が生じる。
【００３９】
このように、圧縮応力が生じた領域に引張応力が生じるために、夫々の応力に基づく応力歪が生じてガラス板表面から厚み方向に向かうクラックが発生し、このクラックがガラス板の面方向に繋がることによってスクライブラインが形成されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施形態を示す側面図である。
【図２】同じく、本発明の実施形態のレーザビームが照射されるガラス付近の部分拡大図である。
【図３】同じく、本発明の実施形態においてレーザビームを照射したガラス板の応力状態を示す概念図である。
【図４】同じく、本発明の実施形態において冷却媒質を照射したガラス板の応力状態を示す概念図である。
【図５】従来のレーザによるガラス切断方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    ステージ
２    光反射処理面
３    反射鏡板
４    光学ヘッド
５    レーザ射出口
６    第１の焦点レンズ
７    第２の焦点レンズ
８    噴射ノズル
９    ガラス板
１０    レーザビーム
１１    光出射面
１２    大気
１３    凹状反射面
【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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