(57)【要約】【解決手段】  脆性材料２を割断する割断装置１は、レーザ光Ｌを照射する処理ヘッド４と、薄板状の脆性材料２を支持する支持手段３とを備えている。  支持手段３には、その上面３Ａに多数の噴出孔３Ｂを開口させている。圧縮空気の供給源２５からエア通路２３へ圧縮空気を供給して上記噴出口３Ｂから上方に向けて噴出させてあり、脆性材料２を圧縮空気によって上面３Ａから浮上させている。このように脆性材料２を浮上させた状態において、メカニカルカッター１７によって割断予定線２２にスクライブ線を形成してから、そこにレーザ光Ｌを照射することで脆性材料２を割断するようにしている。【効果】  脆性材料２を支持手段３上に浮上させて割断するので、効率的かつ確実に脆性材料２を割断することができる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆性材料に下方側から気体を吹き付けて浮上させた状態において、上記脆性材料における割断予定線に沿ってレーザ光を移動させながら照射して、脆性材料を上記割断予定線のとおりに割断することを特徴とする脆性材料の割断方法。
【請求項２】
上記レーザ光を脆性材料に照射する前に脆性材料の割断予定線にスクライブ線を形成することを特徴とする請求項１に記載の脆性材料の割断方法。
【請求項３】
脆性材料を支持する支持手段と、支持手段に支持された脆性材料にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、上記支持手段に支持された脆性材料とレーザ光とを相対移動させる相対移動手段とを備え、脆性材料の割断予定線に沿ってレーザ光を移動させながら照射して脆性材料を割断するようにした脆性材料の割断装置において、
上記脆性材料に下方側から気体を吹き付けて支持手段上に脆性材料を浮上させる浮上手段を設けて、該浮上手段によって支持手段上に脆性材料を浮上させた状態で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４】
上記支持手段上に浮上させた脆性材料の横方向の位置決めを行う位置決め手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の脆性材料の割断装置。
【請求項５】
上記脆性材料の割断予定線に沿ってスクライブ線を形成するスクライブ線形成手段を備えることを特徴とする請求項３又は請求項４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方法とその装置に関し、より詳しくは、例えばガラスの割断予定線にスクライブ線を形成した後に該スクライブ線に沿ってレーザ光を移動させながら照射して割断するようにした脆性材料の割断方法とその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガラス等の脆性材料を所要の大きさに割断する割断装置として、例えば特許文献１が知られている。本願の図９に簡略化して示したように、上記特許文献１においては、メカニカルカッター１７によって脆性材料２（ガラス）の割断予定線にスクライブ線を形成し、そのスクライブ線の箇所にレーザ光Ｌを移動させながら照射することで、上記スクライブ線を形成した箇所の内部に熱応力を生じさせて脆性材料２を割断するようにしている。
【特許文献１】特開平１１−３４２４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、従来の割断装置では、図９に示したように、割断加工中において脆性材料２の下面全域が支持手段３上に密着した状態となっている。このように脆性材料２が支持手段３に接触して載置されている場合、レーザ光を照射して脆性材料２の内部に熱応力を発生させても、脆性材料２が効率的に割断されにくいため、加工速度が遅くなるという欠点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、脆性材料に下方側から気体を吹き付けて浮上させた状態において、上記脆性材料における割断予定線に沿ってレーザ光を移動させながら照射して、脆性材料を上記割断予定線のとおりに割断するようにした脆性材料の割断方法を提供するものである。
また、請求項３に記載した本発明は、脆性材料を支持する支持手段と、支持手段に支持された脆性材料にレーザ光を照射するレーザ光照射手段と、上記支持手段に支持された脆性材料とレーザ光とを相対移動させる相対移動手段とを備え、脆性材料の割断予定線に沿ってレーザ光を移動させながら照射して脆性材料を割断するようにした脆性材料の割断装置において、
上記脆性材料に下方側から気体を吹き付けて支持手段上に脆性材料を浮上させる浮上手段を設けて、該浮上手段によって支持手段上に脆性材料を浮上させた状態で脆性材料を割断するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
上述した構成によれば、脆性材料は支持手段から浮上し、非接触の状態で割断されるので、脆性材料を効率的かつ確実に割断することができる。したがって、従来と比較して加工速度が速い脆性材料の割断方法とその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】
以下図示実施例について説明すると、図１ないし図２において、１は板状の脆性材料２（ガラス）を所要形状に割断する割断装置である。
割断装置１は、被加工物としての脆性材料２を下方側から水平に支持する支持手段３と、この支持手段３上に支持された脆性材料２にレーザ光Ｌを照射して割断する処理ヘッド４と、脆性材料２としてのガラスに吸収されやすい波長であるＣＯ２レーザ光Ｌを発振するＣＯ２レーザ発振器５と、このＣＯ２レーザ発振器５から発振したレーザ光Ｌを処理ヘッド４へ導光する導光手段６とを備えている。
支持手段３は水平面のＹ方向に設けたガイド部材７に移動可能に取り付けられており、支持手段３は図示しない第１駆動源によってＹ方向に移動されるようになっている。
支持手段３上には、水平面において上記Ｙ方向と直交するＸ方向にガイド部材８を連結してあり、このガイド部材８に上記処理ヘッド４をＸ方向に移動可能に取り付けている。処理ヘッド４は、図示しない第２駆動源によりガイド部材８に沿ってＸ方向に移動されるようになっている。
上記第１駆動源及び第２駆動源は図示しない制御装置によって作動を制御されるようになっている。
【０００７】
処理ヘッド４は、上記ガイド部材８にＸ方向に移動可能に取り付けられた上部ケーシング１１と、この上部ケーシング１１の下面に鉛直方向の軸心を中心として回動可能に連結された下部ケーシング１２とを備えている。下部ケーシング１２は上部ケーシング１１に対して図示しない第３駆動源によって水平面のθ方向に回動することができるようになっている。第３駆動源も図示しない制御装置によって作動を制御されるようになっている。
下部ケーシング１２内にはレーザ光Ｌの光軸上に発振器側から順にシリンドリカルレンズ１３、ビームシェイパ１４、シリンドリカルレンズ１５が配置され、レーザ光Ｌを図３に示したような細長い断面形状となるように成形している。
また、上部ケーシング１１内にはベンドミラー２１を配置している。レーザ発振器５から発振されたレーザ光Ｌは、導光手段６を構成するビームホモジナイザ１９およびコリメートレンズ２０を透過した後に、ベンドミラー２１へ導かれて、それに反射されてから下部ケーシング１２へ導かれるようになっている。
【０００８】
処理ヘッド４は、細長く形成したレーザ光Ｌの長手方向一側の下部ケーシング１２の側部にカッターケーシング１０を備えており、内部にメカニカルカッター１７が回転自在に取り付けられている。
メカニカルカッター１７の刃先はダイヤモンド製であり、割断加工時にはメカニカルカッター１７はレーザ光Ｌの照射位置に先行するように制御される。
前述した３つの駆動源によって処理ヘッド４は脆性材料２に対して水平面において相対移動されることで、図３に示すように、メカニカルカッター１７が先行して脆性材料２の割断予定線２２上を移動して、その割断予定線２２に沿ってスクライブ線を形成し、メカニカルカッター１７の移動に追従してレーザ光Ｌの照射位置が上記スクライブ線の形成された割断予定線２２に照射されて割断されるようになっている。
スクライブ線は上面に微小なＶ溝が形成され、そのＶ溝の底部から下面に向けて微小なクラックが生じており、スクライブ線が形成された割断予定線２２にレーザ光Ｌを照射することでスクライブ線から膨張する方向に熱応力が生じ、上記微小なクラックが下面まで成長することにより上記割断予定線２２で完全に割断されるようになっている。
【０００９】
次に、図４ないし図５に示すように、支持手段３は上記ガイド部材７に水平となるように取り付けられている。
支持手段３の内部には、水平面において網目状のエア通路２３を形成してあり、このエア通路２３から連通させて上方に向けて支持手段３の上面３Ａに開口する噴出孔３Ｂを多数形成している。噴出孔３Ｂは、支持手段３の上面３ＡにおけるＸＹ方向（縦横）に等ピッチで形成されている。
エア通路２３の端部は、支持手段３の一側に開口させてあり、この開口部２３Ａは導管２４を介して圧縮空気の供給源２５に連通させている。導管２４の途中には、図示しない制御装置によって作動を制御される電磁開閉弁２６を設けている。
制御装置が電磁開閉弁２６を開放させると、導管２４を介して供給源２５からエア通路２３内に圧縮空気が導入され、さらにその圧縮空気は支持手段３の上面３Ａに開口する多数の噴出孔３Ｂをから上方に向けて噴出されるようになっている。
本実施例では、このように各噴出孔３Ｂから上方へ向けて圧縮空気を噴出させることにより、支持手段３の上面３Ａに脆性材料２を僅かに浮上させた状態で支持するようにしている。
本実施例においては、圧縮空気の供給源２５、導管２４、エア通路２３および噴出孔３Ｂによって脆性材料を浮上させる浮上手段１８を構成している。
【００１０】
さらに、浮上手段１８によって支持手段３上に浮上させた脆性材料２の水平方向の位置決めをする位置決め手段２７を設けてあり、この位置決め手段２７によって支持手段３の上面３Ａ上に浮上させた脆性材料２を図４に示した基準位置に位置決めするようにしている。
位置決め手段２７は、支持手段３の上面３ＡにおけるＸ方向の一方の端部側にＹ方向に離隔して立設した２つの位置決め用のストッパピン２８，２８を備えるとともに、支持手段３の上面３ＡにおけるＹ方向の一方の端部側にＸ方向に離隔して立設した２つの位置決め用のストッパピン２９、２９を備えている。
また、位置決め手段２７は、上記ストッパピン２８、２８のＹ方向ほぼ中間位置でＸ方向の他方の端部側に設けられてピストン３１ＡがＸ方向に進退する第１エアシリンダ３１と、両ストッパピン２９、２９の中間位置でＹ方向の他方の端部側に設けられてピストン３２ＡがＹ方向に進退動される第２エアシリンダ３２とを備え、各エアシリンダ３１，３２のピストン３１Ａ，３２Ａの先端に係合ピン３３を取り付けている。各エアシリンダ３１，３２が制御装置によって作動されると、各ピストン３１Ａ，３２Ａにより係合ピン３３がそれぞれＸＹ方向において対向位置のストッパピン２８，２８、２９，２９側に向けて移動し、脆性材料２を位置決めするようになっている。
なお、ストッパピン２８、２９および係合ピン３３は可撓性を有する合成樹脂によって形成されている。
【００１１】
以上のように構成した支持手段３に脆性材料２を載置する場合には、制御装置によって電磁開閉弁２６を開放して支持手段３の噴射孔３Ｂから圧縮空気を噴出させ、その状態において作業者が脆性材料２を支持手段３に搬入する。
脆性材料２は圧縮空気によって上面３Ａから浮上され、その状態において、作業者は脆性材料２の横方向の１辺２Ａを係合ピン２９，２９に当接させるとともに、隣の１辺２Ｂをストッパピン２８，２８に当接させる。
この後、両エアシリンダ３１，３２を作動させと、各ピストン３１Ａ，３２Ａに設けた係合ピン３３，３３が脆性材料２における残りの２辺２Ｃ、２Ｄに当接し、脆性材料２全体をＸＹ方向のストッパピン２８，２８、２９，２９に向けて押圧する。これにより、２組のストッパピン２８，２８、２９，２９と一組の係合ピン３３，３３とによって脆性材料２が挟持されて図４に示す基準位置に位置決めされるようになっている。
【００１２】
以上のように構成した割断装置１による作動を図３、図８により説明すると、支持手段３上に脆性材料２が浮上した状態から、図示しない制御装置によって上述した第１駆動源、第２駆動源、第３駆動源を制御して脆性材料２における割断予定線２２の延長線上で脆性材料２の外方にメカニカルカッター１７が進行方向を向くように処理ヘッド４を位置させ、その位置から処理ヘッド４を割断予定線２２に沿うように相対移動させる。すると、メカニカルカッター１７によって割断予定線２２にスクライブ線を形成しはじめる（図８ａ）。その後、レーザ光Ｌの照射位置が脆性材料２に差し掛かった時にレーザ発振器５からレーザ光Ｌを発振する。
このようにしてスクライブ線上にレーザ光Ｌが照射されると、その照射位置でレーザ光Ｌが吸収されて脆性材料２の内部に熱応力が発生する（図８ｂ）。
この熱応力により、脆性材料２はスクライブ線を基点に曲がるような力が働くが、脆性材料２は圧縮空気によって浮上されて支持手段３の上面３Ａから離隔していることから曲がりが制限されず容易に割断される（図８ｃ）。また、レーザ光Ｌの照射断面形状がスクライブ線に沿う方向に細長くなっていることから照射時間を長くすることができ、脆性材料２の内部に深く熱応力を付与することができるようになっている。そのため、従来と比較して加工速度を速くでき、終端部が切り残ることもなく確実に脆性材料２を割断することができる。
【００１３】
次に、図６ないし図７は、本発明の第２実施例としての支持手段３を示したものである。上記第１実施例においては、支持手段３の上面３Ａを水平に維持するようにしていたが、この第２実施例においては、支持手段３の上面３Ａを傾斜させたものである。すなわち、支持手段３は、その上面３Ａの一側が他側よりも僅かに高さが高くなるように傾斜させている。そして、高さが高くなる側のエアシリンダと係合ピンは設けておらず、反対側は上記第１実施例と同様の第１エアシリンダ３１と係合ピン３３を設けている。その他の構成は、図４ないし図５に示した第１実施例の支持手段３の構成と同じである。
このような構成の第２実施例の支持手段３によれば、噴出孔３Ｂから圧縮空気を噴出させた状態において脆性材料２を載置すると、脆性材料２は圧縮空気によって上面３Ａから浮上されるとともに、自重によってＸ方向のストッパピン２９、２９に当接する。その後、第１エアシリンダ３１が制御装置によって作動されて、係合ピン３３が脆性材料２の１辺２Ｄと当接して対向する側のストッパピン２８，２８に向けて押圧するので、それらに脆性材料２の１辺２Ｂが当接する。これにより、支持手段３上に浮上された脆性材料２は図６に示した基準位置に位置決めされるようになっている。
以上のように構成した第２実施例であっても、上述した第１実施例と同様の作用・効果を得ることができる。
【００１４】
なお、メカニカルカッター１７によってスクライブ線を形成する際には、浮上手段１８による圧縮空気の噴出を停止して脆性材料２を支持手段から浮上させず、直接載置するようにしてもよい。
また、上述したスクライブ線をメカニカルカッターではなくレーザ光などで形成するようにしても良い。
また、脆性材料２の内部に微小クラックを形成した後にレーザ光による熱応力を付与して割断するようにしても良い。
さらに、加工対象である脆性材料２としてガラスの他にシリコンウエハにも適用できる。この場合には脆性材料２に吸収されやすいＹＡＧレーザ光などを用いるのが良い。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例を示す全体の平面図。
【図２】図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う要部の断面図。
【図３】図１に示す処理ヘッド４によって脆性材料２を加工中の状態を簡略化して示した斜視図。
【図４】図１の要部の拡大図。
【図５】図４のＶ―Ｖ線に沿う要部の断面図。
【図６】本発明の第２実施例を示す平面図。
【図７】図６のＶＩＩ―ＶＩＩ線に沿う断面図。
【図８】本発明の作業工程図。
【図９】従来技術を示す作業工程図。
【符号の説明】
【００１６】
１…割断装置                      ２…脆性材料
３…支持手段                      ５…ＣＯ２レーザ発振器
１７…メカニカルカッター          １８…浮上手段
Ｌ…レーザ光
【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】
2007246298.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007246298.tif 000009
【図８】
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【図９】
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