JP2009102178A - レーザ割断装置 - Google Patents
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Abstract
集光レンズ12によってレーザ光Lの断面形状が略馬蹄形に成形されるようになっており、その断面形状に倣って細長く伸びたレーザ光Lが脆性材料2のスクライブ溝Sに照射されるようになっている。
【効果】 レーザ光照射手段の構成が簡略化されるとともに、脆性材料2の割断加工時にカレットが生じることを抑制することができる。
【選択図】 図4
Description
そして、従来のレーザ割断装置においては、脆性材料の表面に微小な溝を形成し、そこにレーザ光を照射するようにしているが、上記微小な溝にレーザ光を照射すると微小なカレット(加工屑)が多量に発生する。そこで、できるだけ上記微小な溝に対してレーザ光を照射しないようにしたレーザ割断装置が提案されている(例えば特許文献1)。
ところで、上記特許文献1の装置においては、レーザ光を二分割してから脆性材料に照射するようにしているので、2系統の光学部品が必要となる。そのため、上記特許文献1の装置は、構成が複雑で高価になるという欠点があった。
また、従来のレーザ割断装置においては、脆性材料の表面に微小な溝を形成し易くするために、メカニカルカッタに少量の灯油を塗布するようしている。そして、このように灯油を塗布したメカ二カルカッタによって脆性材料の表面に微小な溝を形成すると、割断加工の後工程において脆性材料の表面に付着した灯油を除去する必要があり、そのために加工後の脆性材料の洗浄作業や洗浄設備が必要となる。
他方、特許文献2に提案されているように、レーザ光の一部を細長い遮光板で遮光する技術によれば、レーザ光を脆性材料に照射した際に、その脆性材料の表面に付着した灯油をレーザ光により除去できるので、割断加工後における脆性材料の洗浄作業は不要となる。
上記レーザ光照射手段は、レーザ光が透過する集光レンズを備え、この集光レンズは、レーザ光を拡散させる拡散領域を備えており、上記移動手段によってレーザ光の照射スポットが上記割断予定線に沿って移動される際には、該照射スポットにおける上記拡散領域に対応する箇所が上記脆性材料の割断予定線上を移動するようにしたものである。
レーザ割断装置1は、上記脆性材料2を保持する加工テーブル3と、脆性材料2にレーザ光Lを照射して割断する第1、第2加工ヘッド4,5と、これら第1、第2加工ヘッド4,5を上記加工テーブル3上の脆性材料2に対して相対移動させる移動手段6と、レーザ光Lを発振するレーザ発振器7とを備えており、これらは図示しない制御手段によって制御されるようになっている。
以下の説明では、図1における上下方向をX方向とし、これに直交する左右方向をY方向として説明する。
上記加工テーブル3の表面には図示しない多数の孔が穿設されており、各孔には図示しないエア給排手段が接続されている。そして該エア給排手段によってこれらの孔からエアを吸引することで、脆性材料2を加工テーブル3の表面に吸着保持するようになっている。
これにより、上記第1、第2加工ヘッド4,5は上記脆性材料2に対してX方向とY方向に相対移動することが可能となっている。そして、上記第1、第2加工ヘッド4、5が上記移動手段6によって移動することで上記X方向割断予定線BxおよびY方向割断予定線Byに沿って脆性材料2を割断するようになっている。
すなわち、第1加工ヘッド4は、脆性材料2の表面に直線状のスクライブ溝Sを形成する溝形成手段としてのメカニカルカッタ11と、レーザ光Lの照射スポットを細長い略馬蹄形に形成する集光レンズ12と、上記メカニカルカッタ11を脆性材料2に上方から押圧する押圧手段13とを備えている。
メカニカルカッタ11は円盤状に形成されており、その外周部分の断面形状は略V字型となっている。このメカニカルカッタ11の外周部を脆性材料2の表面に当接させるとともに押圧手段13で押圧するようになっている。そして、その状態で第1加工ヘッド4がX方向に移動されると、メカニカルカッタ11が回転して脆性材料2の表面にX方向に向けて微小なスクライブ溝Sが形成されるようになっている。
上記エアシリンダ13aはメカニカルカッタ11を上下方向に移動可能に保持するようになっており、また上記レギュレータ13cを介して供給されるエア圧によってメカニカルカッタ11を所要の押圧力で脆性材料2の表面に押圧するようになっている。
本実施例においては、第1加工ヘッド4が移動手段6によってX方向に移動する際に、先ず上記メカニカルカッタ11がX方向割断予定線Bxに沿って移動されて脆性材料2の表面に微小なスクライブ溝Sが形成され、その後、メカニカルカッタ11に追従して移動されるレーザ光Lが上記スクライブ溝Sに照射されるようになっている(図2、図3参照)。
このようにレーザ光Lを脆性材料2のスクライブ溝Sに照射すると、脆性材料2の内部でスクライブ溝Sを挟んで対称な熱応力が発生する。これにより脆性材料2が熱膨張してスクライブ溝Sの略V字型の底部から亀裂が発生し、この亀裂が脆性材料2の下端まで伸展することで脆性材料2がX方向割断予定線Bxのとおりに割断されるようになっている(図7参照)。
すなわち、図4ないし図5に示すように、集光レンズ12は、円形の断面形状を細長い楕円状に形成する円板状のシリンドリカルレンズからなり、その下面12Aは平坦面となっており、上面12Bがかまぼこ状に中央部が両側よりも高くなる凸面となっている。
この集光レンズ12の上面12Bの中央部には、軸心Cを通って凸面の頂部の長手方向(直径方向)に直線状の溝12Cが形成されている。この溝12Cは、上方側が開口する断面V字形となっており、上方の開口部の幅dは1〜3mmに設定されており、また深さhは0.1〜1mmに設定されている。
溝12Cを構成する底部の表面全域は、微小な無数の凹凸が形成された粗面となっている。この溝12Cは、レーザ光Lを拡散させる拡散領域として構成されている。
また、上記溝12Cを形成したことにより、集光レンズ12の上面12Bは、半円形をした左方の透過領域12Eと右方の透過領域12Fと、両方の透過領域12E、12Fの間で溝12Cの他端12C’’の外側に隣接する接続部12Gとに区分される。
集光レンズ12は、上記溝12Cが拡散領域となっており、また、溝12C以外の領域、つまり両透過領域12E、12Fおよび接続部Gがレーザ光Lを完全に透過させて集光させる透過領域となっている。集光レンズ12は以上のように構成されているので、反射鏡14によって断面円形のレーザ光Lが上方から集光レンズ12に導かれて、それを透過すると、レーザ光Lの断面形状が細長い略馬蹄形に成形されるようになっている。
また、上記移動手段6によって第1加工ヘッド4がX方向割断予定線Bxに沿って移動される際には、集光レンズ12の接続部12Gと溝12CがX方向割断予定線Bxに沿ってそれに重合する上方位置を移動されるようになっている。
そして、この略馬蹄形となったレーザ光Lの照射スポットは、上記接続部12Gと溝12Cに対応する箇所がスクライブ溝Sに重合し、両方の透過領域12E、12Fに対応する箇所がスクライブ溝Sを挟んだ両側に位置するようになっている(図3、図6参照)。
この状態において、第1加工ヘッド4が移動手段6によりX方向に移動されるので、メカニカルカッタ11によってX方向割断予定線Bx上にスクライブ溝Sが形成されるともに、そのスクライブ溝Sの形成に追従するようにレーザ光Lが照射される。それにより、スクライブ溝Sから厚さ方向に亀裂が伸展するので、脆性材料2がX方向割断予定線Bxのとおりに割断されるようになっている。
なお、第2加工ヘッド5の構成と配置状態は、上述した第1加工ヘッド4の場合と同様に構成されているので、第2加工ヘッド5に関する詳細な説明は省略する。
最初に、レーザ割断装置1は上記第1加工ヘッド4により割断線Bと交差しないX方向割断予定線Bxに従って脆性材料2を割断する。
すなわち、まず、メカニカルカッタ11は、脆性材料2のX方向割断予定線Bxの延長線上で脆性材料2から離れた位置で停止しており、このときメカニカルカッタ11の下端部は脆性材料2の表面よりもわずかに下方に位置している。また、第1加工ヘッド4の集光レンズ12の溝12Cおよび接続部12Gは、X方向割断予定線Bxの延長線の上方位置に位置している。
そして、第1加工ヘッド4は、X方向割断予定線Bxの終端部付近で減速し、レーザ光Lの照射スポットが脆性材料2から外れた後、停止するようになっている。
上述したようにして第1加工ヘッド4をX方向に移動させると、上記メカニカルカッタ11の後方をレーザ光Lの照射スポットが追従して移動し、スクライブ溝Sに沿ってレーザ光Lが照射されてスクライブ溝Sの底部より亀裂が伸展し、脆性材料2が割断される(図3、図6参照)。
このように一方のX方向割断予定線Bxに従って脆性材料2の割断を行ったら、第1加工ヘッド4は上記移動手段6によって次に割断しようとする割断予定線の始端部まで移動し、その後、前述した作動と同様にして脆性材料2の割断を行う。
以上のようにして、X方向およびY方向のそれぞれについて脆性材料2の割断が終了したら、加工テーブル3は製品部分2aおよび不要部分2bの吸着保持を解除し、不要部分2bが図示しない回収手段によって回収された後、製品部分2aは図示しない搬送手段によって後工程に搬送される。
さらに、メカ二カルカッタ11に塗布された灯油が脆性材料2の表面に付着していたとしても、レーザ光Lの照射スポットは接続部12Gに対応する箇所がスクライブ溝Sに照射される。そのため、脆性材料2の表面に付着した灯油はレーザ光Lによって蒸発して除去されるようになっている。つまり、脆性材料2の割断加工後に製品部分2aの表面を洗浄する必要がなく、従来必要であった洗浄工程や洗浄設備を省略することができる。
6‥移動手段 12‥集光レンズ
12C‥溝(拡散領域) Bx‥X方向割断予定線
By‥Y方向割断予定線
Claims (4)
- レーザ光の断面形状を所定の形状に成形して脆性材料に照射するレーザ光照射手段と、レーザ光と脆性材料とを相対移動させて、該脆性材料に設定された割断予定線に沿ってレーザ光の照射スポットを移動させる移動手段とを備え、上記割断予定線に沿って脆性材料を割断するようにしたレーザ割断装置において、
上記レーザ光照射手段は、レーザ光が透過する集光レンズを備え、この集光レンズは、レーザ光を拡散させる拡散領域を備えており、
上記移動手段によってレーザ光の照射スポットが上記割断予定線に沿って移動される際には、該照射スポットにおける上記拡散領域に対応する箇所が上記脆性材料の割断予定線上を移動するように構成されていることを特徴とするレーザ割断装置。 - 上記集光レンズはシリンドリカルレンズからなり、該シリンドリカルレンズの表面の中央部に上記拡散領域が形成されることにより、レーザ光の断面形状が略馬蹄形に成形されることを特徴とする請求項1に記載のレーザ割断装置。
- 上記拡散領域は上記集光レンズの表面に形成された直線状の溝または粗面からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザ割断装置
- 上記移動手段により移動されるとともにメカニカルカッタを備えた溝形成手段を設け、該溝形成手段によって脆性材料の表面に割断予定線に沿った微少な溝を形成するとともに、この微小な溝に沿って上記レーザ光の照射スポットを移動させることにより、上記微小な溝から厚さ方向に亀裂を進展させて脆性材料を割断することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のレーザ割断装置。
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