(57)【要約】【課題】本発明は、レーザーを用いたガラス基材の異形抜き加工において、採算ベースの加工速度を実現することのできる新規なレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することを目的とする。【解決手段】ガラス基材を所定温度まで昇温した後、当該ガラス基材に対してＮｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波を集光照射する。３００〜８００℃まで昇温されたガラス基材は、レーザースクライビングに最適なレーザー光吸収率（１０〜５０％）を示すため、採算の取れる加工速度での異形抜き加工が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基材を所定温度まで昇温させた後、該ガラス基材に対して、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波を使用したレーザースクライビングによって貫通穴を形成することを特徴とする、
ガラス基材のレーザー加工方法。
【請求項２】
前記所定温度は、前記ガラス基材における前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波の吸収率が１０〜５０％になる温度である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所定温度は、３００〜８００℃である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザースクライビングは、回折限界のスポット径まで収束させたレーザー光束を光軸周りに回転させながら照射して行なう、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ガラス基材は、ソーダガラスまたは石英ガラスである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
ガラス基材が載置される高温槽と、前記ガラス基材に対してＮｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波を集光照射するための手段とを含むガラス基材のレーザー加工装置。
【請求項７】
前記高温槽は、前記ガラス基材における前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波の吸収率が１０〜５０％になる温度まで該ガラス基材を昇温する、
請求項６に記載のレーザー加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基材のレーザー加工に関し、より詳細には、レーザーによる完全非接触での異形抜き加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、硬脆性材料であるガラスの切断加工においては、ダイヤモンドブレードなどの研削砥石でガラス表面に浅い溝を加工した後（スクライビング）、これに曲げ応力を加えることによって割断する手法が用いられてきたが、近年になって、このスクライビングをレーザーによって行なう、いわゆるレーザースクライビング法が広く用いられるようになってきた。特開平５−３２４２８号公報（特許文献１）は、レーザースクライビング法によって、塵等の発生を抑えつつ、ガラス基材を複雑な形状に割断するガラス加工方法を開示する。
【０００３】
一方、近年、ガラス基材に対する異形抜き加工の需要が高まってきている。携帯電話のディスプレイ用のカバーガラスに対してスピーカ用に小さな楕円穴を開ける加工などはその一例であり、現在、このようなガラス基材に対する異形抜き加工の多くは、ダイヤモンドドリルなどを用いた機械的スクライビングによって行なわれているのが実情である。しかしながら、機械的スクライビングを用いた異形抜き加工は、熟練工の特殊技能を必須とする工程であり、さらに、ドリルで開けた穴の側面を研磨する仕上げ加工が不可欠となるところ、この種の研磨作業は専ら手作業に頼らざるを得ないためにコスト高になるという問題があった。
【０００４】
この問題に鑑み、ガラス基材に対する異形抜き加工をレーザーによって行なうことが検討されている。すなわち、レーザースクライビングによってガラス基材に貫通穴を自在に形成することができれば、割落しや研磨のための工程を追加的に設ける必要がなく、異形抜き加工のフルオートメーション化を図ることができる。この点につき、可視光レーザーは、ガラスをほとんど透過してしまうためこれを用いることはできないのに対し、ＣＯ２レーザーは、ガラスに対する吸収率が高すぎ、最外表面近傍でほとんどのエネルギーが吸収されてしまうため穴あけ加工に適さない。すなわち、レーザースクライビングによってガラスの異形抜き加工を行なうためには、レーザー光がガラス基材に１０〜５０％の吸収率で吸収される状態が最も好ましいことが分かっている。
【０００５】
この点、ガラスに対して適切な範囲のレーザー吸収率を示すＹＡＧの４倍波（波長：２６６ｎｍ)やエキシマレーザー（波長：１９８ｎｍ)を用いれば、穴あけ加工自体を行なうことは不可能ではない。しかしながら、ＹＡＧの４倍波による加工には、非常に長い加工時間を要するという問題があり、エキシマレーザーによる加工には、装置のランニングコスト（主にメンテナンス費）が莫大になるという問題があるため、いずれの方法も工業的に採算が取れない。そのため、レーザーによるガラス基材の異形抜き加工は、未だ実用化に至っていないというのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３２４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、レーザーを用いたガラス基材の異形抜き加工において、採算ベースの加工速度を実現することのできる新規なレーザー加工方法およびレーザー加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、レーザーを用いたガラス基材の異形抜き加工において、採算ベースの加工速度を実現することのできる新規なレーザー加工方法およびレーザー加工装置につき鋭意検討した結果、加工時にガラス基材を３００℃〜８００℃に昇温・保持した上で、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波（波長：３５５ｎｍ）を当該ガラス基材に集光照射することによって、採算の取れる加工速度での異形抜き加工が可能となることを発見し、本発明に至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、ガラス基材を所定温度まで昇温させた後、該ガラス基材に対して、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波を使用したレーザースクライビングによって貫通穴を形成することを特徴とするガラス基材のレーザー加工方法が提供される。本発明において、前記所定温度は、前記ガラス基材における前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波の吸収率が１０〜５０％になる温度であり、３００〜８００℃とすることが好ましい。さらに、本発明において、前記レーザースクライビングは、回折限界のスポット径まで収束させたレーザー光束を光軸周りに回転させながら照射して行なうことが好ましい。
【００１０】
さらに、本発明によれば、ガラス基材が載置される高温槽と、前記ガラス基材に対してＮｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波を集光照射するための手段とを含むガラス基材のレーザー加工装置が提供される。本発明において、前記高温槽は、前記ガラス基材における前記Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波の吸収率が１０〜５０％になる温度まで該ガラス基材を昇温することができるように構成される。
【発明の効果】
【００１１】
上述したように、本発明によれば、レーザーを用いたガラス基材の異形抜き加工において、採算ベースの加工速度を実現することのできる新規なレーザー加工方法およびレーザー加工装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のレーザー加工装置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態であるレーザー加工装置１０を示す。図１に示されるように、レーザー加工装置１０は、レーザー光源１２と、集光光学系１４と、高温槽１６と、ＸＹステージ１８とを含んで構成されている。
【００１５】
本実施形態のレーザー加工装置１０においては、ＸＹステージ１８の上に高温槽１６が固定される。高温槽１６は、その内部に加工対象となるワークを載置することができるように構成されており、ワークの温度を所定の設定温度まで昇温し、当該設定温度に保持することができるように構成されている。
【００１６】
一方、本実施形態におけるレーザー光源１２は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波（波長：３５５ｎｍ）を発振する光源として構成される。本実施形態においては、レーザー光源１２から発振されたレーザー光は、適切な集光光学系１４を経た後、ガラス基材２０上で集光するように構成されている。
【００１７】
以上、本実施形態のレーザー加工装置１０の構成要素の概要について説明してきたが、次に、レーザー加工装置１０を用いたガラス基材２０の異形抜き加工方法について説明する。本実施形態においては、まず、高温槽１６の中に加工対象となるガラス基材２０を載置した後、ガラス基材２０の温度変化を図示しない温度センサによってモニターしながら所定の設定温度まで昇温した後、当該設定温度を保持する。本発明は、ガラス材料のレーザー光吸収率が温度によって上昇することに着目してなされたものであり、異形抜き加工において最適なレーザー光吸収率（１０〜５０％）を示すガラス材料の温度を事前の予備実験によって取得しておき、これを設定温度としてレーザー加工装置１０にセットする。
【００１８】
本発明者は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの３倍波（波長：３５５ｎｍ）に対して、３００〜８００℃に昇温したガラス材料が最適なレーザー光吸収率（１０〜５０％）を示すことを発見した。なお、本発明の加工方法は、ソーダガラス、石英ガラス、各種耐熱ガラスなどに適用することができる。
【００１９】
ガラス基材２０の温度が設定温度まで昇温した状態で、レーザー光源１２および集光光学系１４からなるレーザー光照射装置からガラス基材２０に対してレーザー光を集光照射する。本実施形態においては、レーザー光を回折限界のスポット径（数μｍ）まで収束させてガラス基材２０上に照射することが好ましい。さらに、本実施形態においては、ガラス基材２０に対してレーザー光束を光軸周りに回転させながら照射することが好ましい。
【００２０】
このとき、昇温されたガラス基材２０は、最適なレーザー光吸収率（１０〜５０％）を示す状態にあるため、ガラス基材２０に対するレーザースクライビングは、ガラス基材２０の表面に留まることなく、光軸方向にガラス基材２０の内部を浸食し続け、最終的にこれを貫通する。これに併せて、ＸＹステージ１８上に固定された高温槽１６が予め定義されたデザイン形状に基づいてＸＹ方向に動くことによって異形抜き加工が実現される。この際の加工速度は、従来のＹＡＧの４倍波（波長：２６６ｎｍ)を使用した異形抜き加工のそれに比べて数倍の速さを示すものであり、十分に採算ベースに合う加工速度が実現される。
【００２１】
なお、上述した説明においては、本発明の方法を異形抜き加工の方法として説明したが、本発明の方法は、貫通穴を延長して閉じた線状に形成することによって、ガラス基材から任意の形状を切り出す加工に応用できることはいうまでもない。また、上述した説明においては、ＸＹステージ１８によってワーク（ガラス基材２０）を移動させる態様を示したが、ワークを固定した状態でレーザー光の集光照射手段側を移動させても良い。
【００２２】
以上、説明したように、本発明によれば、熟練工の特殊技能に頼ることなく、ガラス基材に対して異形抜き加工を高精度に完全非接触で行なうことができる。また、本発明によれば、ガラス基材に対する異形抜き加工を採算ベースに合う加工速度で行なうことができ、加工プロセスのフルオートメーション化を図ることができる。
【００２３】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２４】
１０…レーザー加工装置
１２…レーザー光源
１４…集光光学系
１６…高温槽
１８…ＸＹステージ
２０…ガラス基材
【図１】
2012086993.tif 000003