JP5765421B2 - 脆性的な部材を切断する装置、方法、および切断された脆性的な部材 - Google Patents

Description

本発明は、ガラスのごとき脆性的な部材を切断する装置、方法、および切断された脆性的な部材に関する。

ガラス板のごとき脆性的な部材は、切断工具によらなくても、熱的ショックを与えることによっても切断することができる。例えば、レーザ光のごとき局所的加熱手段によってガラス板に熱を印加し、かかる局所加熱を受けた部位に冷却媒体を噴射することによって熱的ショックが与えられると、かかる熱的ショックを受けた部位は劈開を起こす。そこで、レーザ光の照射を受ける領域と冷却媒体の噴射を受ける領域とを適宜に近づけ、ガラス板を前者の領域から後者の領域に向けて適宜の速度で送れば、熱的ショックを受ける領域が直線的に延びることとなるので、ガラス板はかかる直線に沿って切断される。

特許文献１は、関連する技術を開示する。

日本国特許出願公開２００８−４９３７５号

冷却媒体の飛沫又はミスト、あるいはガラス板上を流れる廃液は、レーザ光が通過する領域に侵入することによりレーザ光を吸収してしまう。その分を補償するためにレーザ発振器の出力を調整する必要があり、これは工程管理の労を増大し、またより大出力のレーザ発振器を必要とする要因である。

本発明は上述の問題に鑑みて為されたものである。本発明の第１の局面によれば、ガラスのごとき脆性的な部材を切断する装置は、前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射するべく構成されたレーザ発振器と、前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射するべく構成された冷却ノズルと、前記部材に対して間隙を有するべく且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くべく配置され、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向けられたバッフルと、前記間隙に向けて気体を噴射するべく構成された気体ノズルと、を備え、前記バッフルは前記間隙に向いたテーパ端を備える。本発明の他の第１の局面によれば、ガラスのごとき脆性的な部材を切断する装置は、前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射するべく構成されたレーザ発振器と、前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射するべく構成された冷却ノズルと、前記部材に対して間隙を有するべく且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くべく配置され、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向けられたバッフルと、前記間隙に向けて気体を噴射するべく構成された気体ノズルと、を備え、前記気体ノズルは前記バッフルに内蔵されている。

本発明の第２の局面によれば、脆性的な部材を切断する方法は、レーザ発振器より前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射し、冷却ノズルより前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射し、前記部材に対して間隙を有し且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くバッフルを、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向け、前記バッフルに前記間隙に向いたテーパ端を設け、気体ノズルより前記間隙に向けて気体を噴射する、ことよりなる。本発明の他の第２の局面によれば、脆性的な部材を切断する方法であって、レーザ発振器より前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射し、冷却ノズルより前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射し、前記部材に対して間隙を有し且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くバッフルを、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向け、気体ノズルを前記バッフルに内蔵し、前記気体ノズルより前記間隙に向けて気体を噴射する、ことよりなる。

図１Ａは、本発明の一実施形態による切断装置の概略的側面図である。 図１Ｂは、切断対象の部材の平面図であって、レーザ照射領域と冷却領域とを例示する図である。 図２は、変形例による切断装置の概略的側面図である。 図３Ａは、他の変形例による切断装置の概略的側面図である。 図３Ｂは、切断対象の部材の平面図であって、レーザ照射領域と冷却領域とに重ねてバッフルの配置を例示する図である。 図４は、さらに他の変形例による切断装置の概略的側面図である。 図５Ａは、切断対象の部材、レーザ発振器および気体ノズルの配置の例を示す平面図である。 図５Ｂは、切断対象の部材、レーザ発振器および気体ノズルの配置の他の例を示す平面図である。

添付の図面を参照して以下に本発明の幾つかの例示的な実施形態を説明する。

本実施形態による装置は、ガラス板の切断に好適に利用することができるが、もちろん他の脆性的な部材を切断するのに利用できる。以下の説明においてガラス板２を切断する場合を例にとるが、これは例示に過ぎず、本発明に対して限定的でない。

また以下の説明において、概して、「飛沫」の語は液滴であって飛び散る性質のものを意味し、「ミスト」の語は霧および霧に近い微細な液滴を包含し、漂う性質のものを意味する。

図１Ａ，２，３Ａ，４を参照するに、本実施形態によるガラス板２を切断する装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、ガラス板２を載せるテーブル３と、レーザ光をガラス板２に照射するためのレーザ発振器４と、冷却媒体を噴射するための冷却ノズル５と、バッフル（ｂａｆｆｌｅすなわち整流板）６，６ｔまたは８と、気体を噴射するための気体ノズル７と、を備える。装置１Ｃにおいてはバッフル６ｔが気体ノズルを兼ねている。

テーブル３は、ガラス板２を、例えば矢印Ａに示す方向に送ることができるよう、適宜の搬送手段を備える。あるいは、ガラス板２は固定されていて、レーザ発振器４，冷却ノズル５および他の要素を矢印Ａと逆の方向に送ってもよい。またレーザ発振器４に対する距離が安定するならば、浮上搬送装置を利用してもよい。以下に、ガラス板２が矢印Ａの方向に送られる例のみを説明するが、これは説明の便宜のために過ぎず、これらの変形例の何れも可能である。

レーザ発振器４には、例えば出力１００〜数百Ｗの出力を有する炭酸ガスレーザ発振器が好適に利用できるが、あるいは他の出力範囲または他の発振機構によるレーザ発振器も利用できる。レーザ発振器４の配置は、好ましくは、ガラス板２により反射されたレーザ光を避けるべく、ガラス板２に対して適宜の角度を為す斜めの方向からレーザ光４０を照射する配置とする。

レーザ光４０は一定の幅を持って照射することができ、それ故、図中においてレーザ光４０が通過する領域４１（第１の空間）は幅を持って描かれている。また参照番号２２はガラス板２においてレーザ光４０が照射される領域（第１の領域）である。

冷却ノズル５は、冷却媒体５０を噴射するノズルである。冷却媒体５０としては、例えば水が利用でき、これは安価であって入手し易い点で有利である。あるいは冷却効率等の観点から、水に代えてアルコール、ドライアイス、窒素、アルゴン等が利用できる。これらは、可能ならば、液相、気相、気体により搬送される霧、の何れの態様でも利用できる。

冷却媒体５０は必然的に一定の幅５１を持って噴射され、ガラス板２において領域２３（第２の領域）に噴射される。図１Ｂを参照するに、冷却媒体５０が噴射される領域２３は、レーザ光４０が照射される領域２２と異なり、矢印Ａの方向に適宜に離れている。

ガラス板２は矢印Ａの方向に送られるので、領域２２において加熱された後、即座に領域２３において冷却され、以って熱的ショックが与えられる。予め、ガラス板２の端部にダイヤモンドカッタ等によりスコーリング（ｓｃｏｒｉｎｇ）を行なっておき、切断の起点とする。切断予定線２０が領域２２，２３の両方を通過するように、ガラス板２を送れば、これに沿ってガラス板２に熱的ショックが与えられる。以ってガラス板２は切断予定線２０に沿って実線２５のように切断される。

冷却ノズル５は、図１Ａに示されるごとく、ガラス板２の表面に対して直交する方向から冷却媒体５０を噴射するように配置できる。あるいは冷却ノズル５は、図２に示されるごとく、ガラス板２の表面に対して、領域２２へ角度θ傾いた方向から冷却媒体５０を噴射するように配置できる。ここでθは０度を越えて９０度未満の適宜の角度である。

噴射された冷却媒体５０は、ガラス板２に衝突した後、部分的には飛沫となり、部分的にはミストとなって、図中の参照番号５２のごとく周囲に飛散する。かかる飛沫ないしミストの流れ５２を、レーザ光４０が照射される領域２２から逸らす目的で、バッフル６が配置される。かかる目的に照らしてバッフル６は適宜に配置することができるが、例えば図示のごとく領域２２と領域２３との間、あるいは領域４１と領域５１との間に配置することを選択できる。またバッフル６は、飛沫ないしミストの流れ５２を逸らす目的に鑑みて適宜に傾けることができるが、レーザ光４０が通過する領域４１に干渉しない傾きが選択されるべきである。

バッフル６は、例えば平板あるいは曲面板である。バッフル６を曲面とする場合、曲面が一周してその一方の縁が他方の縁と連結して図３Ｂのごとく閉じた円筒であってもよい。あるいはバッフル６は、その全周において閉じていない曲面板でもよい。いずれにせよ、レーザ光４０が通過する領域４１はバッフル６により囲われず、領域４１の側方は、および好ましくは後方（矢印Ａと反対方向）も、開放されている。このような構成によれば、バッフル６はレーザ光４０による熱が外部に放射されることを妨げない。すなわち、レーザ光４０による熱は領域２２の周囲に滞留せず、以って熱影響は領域２２に集中し、ぼやけることがない。これは、切断線２５を切断予定線２０に正確に沿わせることができる点で有利である。

もちろん、周囲の作業者ないし装置を保護する目的で、領域２２または領域４１から十分に離れた位置においてレーザ光を遮蔽する手段が設けられていてもよい。

バッフル６がガラス板２に接触するのを避けるべく、バッフル６においてガラス板２に近接した端６０とガラス板２との間には、適宜の隙間が確保される。かかる隙間から飛沫ないしミストが領域２２に漏れるのを防ぐべく、気体ノズル７は、かかる間隙に向けて気体７０を噴射するように向けられている。気体７０が噴射される領域は、領域２２と領域２３との間であって、図１Ｂにおいて参照番号２４の付された領域である。

ノズル７から噴出されるものとしては、通常の空気が利用できるが、これに代えて窒素ないしアルゴン等の他の気体であってもよい。

あるいは、気体ノズルは、図４に示すごとく、バッフルに内蔵されていてもよい。中空なバッフル６ｔは、内部の空洞６ｃを通って気体７０を流すことができ、気体ノズルとしても作用する。噴出された気体７０は、バッフル６ｔの先端から、上述と同様に、バッフル６ｔ下の隙間であって領域２２と領域２３との間の領域に噴出される。この場合に、別途気体ノズル７を設けてもよいし、図示のごとく省略してもよい。

あるいは、気体ノズル７は、図５Ａに示すごとく、領域２２から領域２３へ向かう方向に沿って気体７０を方向づける配置であってもよい。かかる配置は、飛沫ないしミストを領域２２から遠ざけるのに有利である。あるいは、気体ノズル７は、図５Ｂに示すごとく、領域２２から領域２３へ向かう方向に対して０度を越えて９０度未満の角度を有する方向に気体７０を方向づける配置であってもよい。かかる配置は、ガラス板２上の冷却媒体５０をその側方に押し流し、排除するように気体７０を流させるので、冷却媒体５０の廃液処理に有利である。またかかる配置によれば、ガラス板２の下側に気体７０が入り込みにくい。特に搬送手段として浮上搬送装置を利用した場合に、ガラス板２の下側に侵入した気体７０がガラス板２の浮上高さを撹乱しない点で、かかる配置は有利である。

またバッフル６においてガラス板２に向いた端６０、あるいは円筒体８においてガラス板２に向いた端８２は、図１Ａ，２，３Ａ，４に示すごとくテーパ６１，８４を備えてもよい。テーパ６１，８４は、気体７０を領域２３へ向かう方向に導き、特に冷却媒体５０をガラス板２上から排除するように気体を導く。

バッフルを図３Ａ，３Ｂのごとく閉じた円筒体８とした場合、その上部も閉じていてもよい。その場合においても、下部は図示のごとく開いており、また下端８３とガラス板２との間に間隙が確保される。上部が閉じている場合、冷却ノズル５と円筒体８とは密に接していてもよい。またその場合、側壁８０または他の部位に、貫通孔８１を設けてもよい。貫通孔８１は、飛沫ないしミストを外部に排出するのに役立つ。あるいは貫通孔８１に接続して、吸引装置を設けてもよい。何れも、飛沫ないしミストの流れ５２が領域２２に漏れるのを防ぐのに有効である。

レーザ発振器４、冷却ノズル５、バッフル６および気体ノズル７の位置および傾きは、固定しなくてもよく、またこれらを調整するべく、マイクロメータのごとき適宜の調整手段を設けてもよい。

使用後の冷却媒体を回収するべく、適宜の回収回路を設け、以って冷却媒体を再利用してもよい。

上述の装置１，１Ａ，１Ｂあるいは１Ｃによれば、ガラス板２の切断の手順は以下の通りである。切断しようとするガラス板２には、切断予定線２０の一端あるいは線上の何れかの点において、上述のごとくスコーリング２１を与える。装置１，１Ａ，１Ｂあるいは１Ｃにおいて、テーブル３上にガラス板２が固定され、制御された速度で矢印Ａの方向に送られつつ、レーザ光４０がガラス板２上の領域２２に照射され、冷却媒体５０が領域２３に噴射される。このとき、レーザ光４０の照射または冷却媒体５０の噴射に同期して、気体７０がバッフル６下の隙間に向けて噴射される。すると、ガラス板２上において切断予定線２０に沿って加熱と冷却とが起こり、以ってガラス板２に熱ショックが与えられ、専ら引張応力が生ずる。かかる引張応力のみにより、あるいは、切断予定線２０に沿って曲げるなどの方法によって補助的に適宜の応力を印加することにより、切断予定線２０に沿って亀裂が進展し、ガラス板２は切断予定線２０に沿って割れる。

上述の実施形態によれば、バッフルと気体との作用により、冷却媒体の飛沫ないしミストは、レーザ光が通過ないし照射される領域に侵入しない。それ故、レーザ光が冷却媒体に吸収されることがない。レーザ光の損失を補償するためにレーザ発振器の出力を調整する必要がなく、工程管理の労を軽減し、また、より大出力のレーザ発振器を必要としない。

好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。

脆性的な部材を切断する装置であって、レーザ光の損失を低減した装置が提供される。

１，１Ａ，１Ｂ 切断装置
２ ガラス板
３ テーブル
４ レーザ発振器
５ 冷却ノズル
６，６ｔ バッフル
６ｃ 空洞
７ 気体ノズル
８ 円筒体
２２ 領域（第１の領域）
２３ 領域（第２の領域）
４１ 領域（第１の空間）
５１ 領域
６１，８４ テーパ

Claims (11)

1. 脆性的な部材を切断する装置であって、
   前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射するべく構成されたレーザ発振器と、
   前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射するべく構成された冷却ノズルと、
   前記部材に対して間隙を有するべく且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くべく配置され、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向けられたバッフルと、
   前記間隙に向けて気体を噴射するべく構成された気体ノズルと、
   を備え、
   前記バッフルは前記間隙に向いたテーパ端を備える装置。
2. 請求項１に記載された装置であって、前記バッフルは、平板、閉じていない曲面板、および前記冷却ノズルを囲むべく寸法づけられた円筒板、よりなる群より選択された一である装置。
3. 請求項１または２に記載された装置であって、前記第１の領域から前記第２の領域へ向かう方向に沿って前記気体を方向づける配置と、前記第１の領域から前記第２の領域へ向かう方向に対して０度を越えて９０度未満の角度を有する方向に前記気体を方向づける配置と、よりなる群より選択された何れかの配置に、前記気体ノズルが置かれている装置。
4. 請求項１ないし３の何れか１項に記載された装置であって、前記冷却ノズルは、前記部材の表面に対して直交する方向と、前記部材の表面に対して前記第１の領域へ０度を越えて９０度未満に傾いた方向と、よりなる群より選択された何れかの方向から前記冷却媒体を噴射するべく配置されている装置。
5. 脆性的な部材を切断する装置であって、
   前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射するべく構成されたレーザ発振器と、
   前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射するべく構成された冷却ノズルと、
   前記部材に対して間隙を有するべく且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くべく配置され、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向けられたバッフルと、
   前記間隙に向けて気体を噴射するべく構成された気体ノズルと、
   を備え、
   前記気体ノズルは前記バッフルに内蔵されている装置。
6. 脆性的な部材を切断する方法であって、
   レーザ発振器より前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射し、
   冷却ノズルより前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射し、
   前記部材に対して間隙を有し且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くバッフルを、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向け、
   前記バッフルに前記間隙に向いたテーパ端を設け、
   気体ノズルより前記間隙に向けて気体を噴射する、
   ことよりなる方法。
7. 請求項６に記載された方法であって、前記バッフルを、平板、閉じていない曲面板、および前記冷却ノズルを囲むべく寸法づけられた円筒板、よりなる群より選択された一とすることを、さらに含む方法。
8. 請求項６または７に記載された方法であって、前記第１の領域から前記第２の領域へ向かう方向に沿って前記気体を方向づける配置と、前記第１の領域から前記第２の領域へ向かう方向に対して０度を越えて９０度未満の角度を有する方向に前記気体を方向づける配置と、よりなる群より選択された何れかの配置に、前記気体ノズルを置くことを、さらに含む方法。
9. 請求項６ないし８の何れか１項に記載された方法であって、前記冷却ノズルを、前記部材の表面に対して直交する方向と、前記部材の表面に対して前記第１の領域へ０度を越えて９０度未満に傾いた方向と、よりなる群より選択された何れかの方向から前記冷却媒体を噴射するべく配置することを、さらに含む方法。
10. 脆性的な部材を切断する方法であって、
    レーザ発振器より前記部材上の第１の領域にレーザ光を第１の空間を通して照射し、
    冷却ノズルより前記第１の領域とは異なる第２の領域に冷却媒体を噴射し、
    前記部材に対して間隙を有し且つ前記第１の空間を囲まない状態に置くバッフルを、前記第２の領域からの飛沫及びミストの流れを前記第１の空間から逸らすように向け、
    気体ノズルを前記バッフルに内蔵し、
    前記気体ノズルより前記間隙に向けて気体を噴射する、
    ことよりなる方法。
11. 請求項６乃至１０の何れか１項に記載された方法により切断された脆性的な部材。

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