(57)【要約】【課題】  脆性材料をレーザーにて切断する方法を提供することを課題とし、従来技術の切断行程を短縮することを目的とする。【解決手段】  本発明は、水晶原石又は人工水晶並びに脆性材料を切断及び研磨する行程、詳しくは▲１▼インゴットをランバートに、▲２▼ランバートをクリスタルブランクに、▲３▼クリスタルブランクを研磨機にて薄くスライスする行程等をレーザーを使用するため、省略可能とし、なお、仕上がり製品の切断面がより平滑に、ティッピングが入らない等、精度の高い製品を生産する技術を提供する。【選択図】図１
2009279914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶のインゴットをレーザーにより切断することを特徴とする水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【請求項２】
人工水晶及びその他脆性材料の素材をレーザーにより切断することを特徴とする請求項１に記載の水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【請求項３】
人工水晶のランバート作成及びクリスタル・ブランクの作成をレーザーにより切断することを特徴とする請求項１に記載の水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【請求項４】
クリスタル・ブランクをレーザーによりスライスし、該クリスタル・ブランク片を接着剤にて貼着してスティック状に固着することを特徴とする請求項１に記載の水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【請求項５】
脆性材料にレーザーを照射して垂直クラックを形成するためのスクライブ法において、第１の方向に垂直クラックを形成するステップと、第１の方向と直交する第２の方向に垂直クラックを形成するステップとからなり第１の方向の垂直クラック深さより第２の方向に形成する垂直クラック深さを浅くすることを特徴とする請求項１に記載の水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【請求項６】
紫外線領域の短波長レーザービームを発生させるレーザービーム発生装置と、該短波長レーザービームを、切断しようとする非金属材基板上の所望の位置に照射する照射具と、前記基板深さ方向へのレーザービームの焦点位置を可変させる焦点移動手段と前記基板と前記レーザービームとが相対運動するようにして、前記基板の切断作業が行われるようにする相対物移動手段と、を備えてなることを特徴とする請求項１に記載の水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【請求項７】
前記レーザービーム発生装置は、Ｎｄ−ＹＡＧ媒質のレーザー発振器と、該レーザー発振器に励起用光源を提供するレーザーダイオードと、該レーザー発振器から発生したレーザービームの波長を短波長に変換させる波長変換器と、を備えて構成されることを特徴とする請求項１に記載の水晶及びその他脆性材料の切断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、水晶原石又は人工水晶（以下、水晶とする。）並びに脆性材料をレーザーによって切断する切断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の、水晶並びに脆性材料の切断方法については、それぞれのインゴットをワイヤーにて切断してランバードに、更にランバードをスライス切断してクリスタル・ブランクに生成するために、ワイヤーソー、ダイシングソー、ダイアモンドカッター等を使い実施していた。
又、レーザービームを切断対象物に照射して切断するレーザー切断装置においては水晶を切断対象物に使用していない。先願の文献には切断対象物としてガラス・これは水晶原石又は人工水晶を切断することが、現在のレーザー切断技術においては不可能であることを如実に物語っている。先願参考文献−（特開２０００−６１６７７）（特開２０００−１４３２６５）（特開平９−１１８５３５）（特表２００７−５３７１２４）
【発明が解決しょうとする課題】
【０００３】  従来の技術においては、前段落にて記載した如く水晶を切断することは、斯界における最新の技術を持ってしても不可能である。又、切断製品の切断面が平滑でなく、ティッピングが入ったり、研磨材の使用に伴って多行程となるなどのデメリットが視られる等の問題があった。
本発明は、水晶を切断する方法を開発し、併せて切断面の平滑化及びティッピングの除去更に研磨材使用による多行程の省略化を目指すものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明は、脆性材料の基盤にレーザーを照射した場合の熱エネルギーにより、基盤に鉛直クラックを形成するが、第１の方向に鉛直クラックを形成するステップと、その後第１の方向と直交する第２の方向に第１と同様に鉛直クラックを形成するステップとからなる。
【０００５】  ここで、第２の方向に第１と同様に鉛直クラックを形成するステップにおいて、第１の方向の鉛直クラック深さより第２の方向に形成する鉛直クラック深さを浅くする。
【０００６】  本発明において、好ましくは、第２の方向に鉛直クラックを形成するとき、第１の方向に鉛直クラックを形成するときに比べて単位時間あたりに照射するエネルーを減らす。たとえば、基盤に対するレーザー４の相対移動速度が第１の方向及び第２の方向で同一のとき、第１の方向に対し、第２の方向でのレーザー出力を低下させる。好ましくは、第２の方向でのレーザー出力を第１の方向に対し約１０〜４０％程度を低下させる。第１の方向及び第２の方向でレーザー出力が同一のとき、第１の方向に対し、第２の方向でのレーザーの相対移動速度を増加させる。好ましくは、第２の方向でのレーザーの相対移動速度を第１の方向に対し１１０〜１４０％程度とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  以下に添付の図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、矢印方向Ａに移動している水晶原石１に対してレーザー２よりのレーザービームがレーザースポットに照射されており、そのレーザービームの照射で加熱された部分が次ぎに冷媒ジェット４で冷却されることにより、水晶原石１の内部に歪み応力が発生して鉛直クラックが生ずる。これによりスクライブライン（鉛直クラックのライン）５が発生する。【０００８】  図２に示すように、水晶原石１に第１の方向（先入れ）としてＸ方向にスクライブし、次いで第１の方向に直交する第２の方向（後入れ）としてＹ方向にスクライブする。ここで、後で説明するような多条件でスクライブを行うことにより、異常が発生しない場合に得られたスクライブラインでは、第１の方向の鉛直クラック深さよりも第２の方向に形成する鉛直クラック深さが浅いことが判明した。具体的には第２の方向へのスクライブ時に、第１の方向へのスクライブ時に比べて単位時間あたりの照射エネルギーを増減させれば、異常発生の多少に影響することが判明した。【０００９】  スクライブ条件としては、表１に示す条件を用いた。
【表１】
2009279914.tif 000003
スクライブ条件としては、表１に示す条件を用いた。ここでレーザー２の出力を一定にし、レーザースポット３の移動速度を制御した。表１の▲１▼に示すように第１の方向時のスクライブでは、出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブでは出力を３０Ｗ、移動速度を７０ｍｍ／ｓｅｃとして第２の方向時でスクライブ時の移動速度を第１スクライブ時に比べて遅くした。この場合図３に示すように、スクライブライン５の交差か所７で第１の方向のブレイク面で大きな不要のクラック６のの発生を視られた。その発生率はおよそ７５％（４枚のうち３枚）であった。【００１０】  次ぎにスクライブ条件として表１の▲２▼に示すように、第１の方向時のスクライブでは、出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし第２の方向時のスクライブでは出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第１及び第２の方向でスクライブ条件を同一とした。この場合の異常の発生率はおよそ２５％（４枚の内１枚）であった。【００１１】  更に、スクライブ条件を表１の▲３▼に示すように、第１の方向時のスクライブでは、出力を３０Ｗ、移動速度を７０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブは出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、このように第２の方向時でのスクライブ移動速度を第１のスクライブ時の移動速度に比べて早くした。この場合は異常の発生は認められなかった。【００１２】  次ぎにスクライブ条件として表２の条件を用いた。
【表２】
2009279914.tif 000004
ここで、レーザースポット３の移動速度を一定にし、レーザー２の出力を制御した。表２の▲１▼に示すように、第１の方向時のスクライブでは、出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブでは、出力を４０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブ時のレーザー２の出力を第１のスクライブ時に比べて大きくした。この場合図３に示すように、スクライブライン５の交差か所７で第１の方向のブレイク面で大きな不要のクラック６の発生が視られ、その発生率はおよそ７５％（４枚の内３枚）であった。【００１３】  表２の▲２▼は、表１の▲２▼と同じスクライブ条件である。このとき、第１の方向時のスクライブでは出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブでも、出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第１及び第２の方向でスクライブ条件を同一とした。異常の発生率はおよそ２５％（４枚の内１枚）であった。【００１４】  更に、スクライブ条件として表２の▲３▼に示すように第１の方向時のスクライブでは、出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブでは、出力を３０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２の方向時のスクライブでは、出力を２０Ｗ、移動速度を９０ｍｍ／ｓｅｃとし、第２方向でのスクライブ時のレーザー２の出力を第１のスクライブ時に比べて小さくした。この場合は異常の発生ば認められなかった。【００１５】  前述の例から解るように、レーザー２の出力又はレーザースポット３の移動速度を制御して、第２の方向へのスクライブ時には、第１の方向へのスクライブ時に比べて単位面積あたりの照射エネルギーを減らすと、異常発生なしのよい結果が出た。一般的に基板に対するレーザーの相対移動速度が第１の方向及び第２の方向で同一のとき、第１の方向に対し、第２の方向でのレーザー出力を１０〜４０％程度低下させるとよい結果がえられた。又、第１の方向及び第２の方向でレーザー出力が同一のとき、第１の方向に対し、第２の方向でのレーザーの相対移動速度を１１０〜１４０％とするとよい結果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  レーザーによるスクライブ方向でのレーザー示した図
【図２】  レーザーによる２方向でのスクライブライン形成を示す図
【図３】  異常発生を示す図
【符号の説明】
１        水晶
２        レーザー
６        クラック
【図１】
2009279914.tif 000005
【図２】
2009279914.tif 000006
【図３】
2009279914.tif 000007