JP2012061504A - レーザー加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄い基板であっても平坦状態を保って安定に基板の支持が行えるレーザー加工装置を提供すること。
【解決手段】レーザー加工装置１００は、架台１上に設けられ、架台１に設けられ、ワーク９を下面から接触支持するフリーボールベアリングでなる接触支持部３と、ワーク９へエアを吹き付けることによりワーク９の撓みを軽減させる気体浮上部２ａ、２ｂと、レーザービーム照射手段と、ワーク９をｘ方向に搬送するための加工送り手段７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はレーザー加工装置に関し、さらに詳しくは、薄い厚さの基板に対してレーザー光によって加工を行うレーザー加工装置に関する。

従来、太陽電池基板、有機ＥＬディスプレイ、無機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイなどの製造工程において、レーザービーム照射を行うレーザー加工装置が用いられている。これらのデバイスを構成する基板は、厚みの薄いガラス基板などの上に、透明電極膜、半導体膜、裏面電極膜などが積層された機能層を有する構造である。そこで、レーザー加工装置は、ガラス基板上の機能層の絶縁処理のために複数の分離溝（加工ライン）を形成する場合などに用いられる。

このようなレーザー加工装置としては、エアによって基板を浮上させた状態でレーザービーム照射を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーザー加工装置は、基板を浮上させるため、基板の裏面に塵が付着しにくく、傷の発生も抑えられるという利点がある。

また、他のレーザー加工装置としては、フリーボールベアリング（転動体）で多点支持して静止させた被加工基板に対し、レーザーを走査させることでレーザー加工処理を行うものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許第４２３１５３８号公報 特開２０１０−４２４３７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたレーザー加工装置では、薄い基板を支持する場合に、撓みを防止して支持することは困難であった。このため、レーザー光の集光点が基板の適切な位置からずれてしまうという問題がある。また、特許文献２に開示されたフリーボールベアリングを用いたレーザー加工装置では、レーザー光を走査させるためのスペースを確保しなければならないため、フリーボールベアリングをレーザービームの集光点の移動可能な範囲に近接配置することには限界がある。その結果、フリーボールベアリングを均一に配置することができず、加工に際して、薄い基板に撓みが発生してしまうという問題がある。特許文献１および２に開示されたレーザー加工装置は、厚い基板には有効であるが、薄い基板を支持すると撓みが発生して加工が困難となる。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、薄い基板であっても撓みを発生させることなく、平坦状態を保って安定して基板の支持を行うことができるレーザー加工装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基板を支持する支持手段と、該支持手段に支持された基板にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、を有するレーザー加工装置であって、該支持手段は、基板を下面から接触支持する複数の接触支持部と、複数の該接触支持部の間に設けられ、気体を噴出して基板の撓みを軽減する気体浮上部と、を含み、基板を該レーザービーム照射手段に対して相対的に加工送りする加工送り手段を備えたことを特徴とする。

この発明によれば、薄い基板であっても撓みを発生させることなく、平坦状態を保って安定して基板の支持を行うことができるレーザー加工装置を実現することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置の斜視図である。 図２は、図１のII−II断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置について図面を参照して説明する。

図１および図２は、本発明の実施の形態に係るレーザー加工装置１００の構成を示している。本実施の形態では、ワーク９として、薄いガラス基板９１の上に各種材料膜を積層してなる機能層９２が形成されたものを用いる。本実施の形態のレーザー加工装置１００は、ワーク９の加工予定ラインに沿って機能層９２を除去して図２に示すような分離溝９２Ｂを形成する場合に適用して説明する。

図１および図２に示すように、本実施の形態のレーザー加工装置１００は、テーブル状の架台１と、この架台１上に配置されてワーク９を下面から接触支持するフリーボールベアリングでなる接触支持部（接触支持手段）３と、同じく架台１上に配置されてワーク９へエアを吹き付けることにより接触支持部３に支持されたワーク９の撓みを軽減させる気体浮上部２と、加工屑吸引手段取付フレーム５と、レーザービーム照射手段６と、ワーク９をｘ方向に搬送するための加工送り手段７と、加工屑吸引手段８と、から概略構成されている。

図１および図２に示すように、架台１は、天板１Ａを有する直方体形状の略箱状体であり、天板１Ａの上面におけるｙ方向の両側には、それぞれ一対のガイドレール１１が互いに平行をなしてｘ方向に沿って延在されている。それぞれ一対のガイドレール１１、１１の間には、ｘ方向の加工送り手段７の移動長さに亘ってｘ方向に沿ってボールネジ３１が配置されている。ボールネジ３１のｘ方向の一方側の端部には、このボールネジ３１を回転駆動するモータ４が天板１Ａに設けられている。また、ボールネジ３１のｘ方向の他方側の端部は、回転軸受け３２で回転自在に支持されている。なお、回転軸受け３２は、ボールネジ３１がｙ方向に変位しないように支持している。

図１に示すように、各ボールネジ３１に対して支持アーム７１が、ボールネジ３１の回転に伴ってｘ方向に移動自在に螺合されている。この支持アーム７１は、ワーク９のｙ方向の両側部を支持するようになっている。各支持アーム７１のｘ方向の両端部には、ｙ方向内側（支持アーム７１同士が対向する方向）へ向けて突出する前後支持部７２が形成されている。

図２に示すように、架台１の天板１Ａの中央には、ｙ方向のほぼ全幅に亘るようにスリット１Ｂが形成されている。このスリット１Ｂ内には、レーザービーム照射手段６における、図示しない対物レンズを備えてレーザー光を集光点に集めるレーザービーム出射部６１が配置されている。

また、図１および図２に示すように、気体浮上部２は、細長い直方体形状の構造であり、ｙ方向に伸びる様に接触支持部３の間に配設された気体浮上部２ａ（本実施の形態では２つ）と、ｘ方向に伸びる様に接触支持部３の間に配設された気体浮上部２ｂ（本実施の形態では８つ）とから構成される。気体浮上部２aは天板１に形成したスリット１Ｂの両側、すなわちレーザービームの集光点の移動可能な範囲に近接して配設されており、加工中にエアを吹き出すことによって、接触支持部３では支持が出来ないレーザービームの集光点位置におけるワーク９の撓みを軽減させることが出来る。この気体浮上部２は、細長い中空の筐体２１の上面に、長手方向に沿って所定間隔に形成されたエア吹き出し口２２が形成されている。この気体浮上部２の筐体２１内部には、所定圧力のエアが供給されるようになっている。これらの気体浮上部２ｂを配置する領域は、スリット１Ｂを挟んで両側にそれぞれ１枚のワーク９が配置できる程度の領域、すなわち、ワーク９が２枚配置できる程度の大きさである。

図１および図２に示すように、ｘ方向に伸びる様に配置されたそれぞれの気体浮上部２ｂのｙ方向両側に、ｘ方向に沿って所定間隔に複数の接触支持部３が列をなすように配置されている。言い換えると、複数の接触支持部３の列間に、気体浮上部２が配置される。したがって、図１に示すように、天板１Ａのレーザー加工領域（ｙ方向両側の一対のガイドレール１１，１１で挟まれた領域）には、気体浮上部２ｂのエア吹き出し口２２がほぼ均一に配置されると共に、接触支持部３の隙間を埋めるように気体浮上部２ｂが均一に配置されている。

図２に示すように、レーザービーム照射手段６は、接触支持部３の頂部にワーク９が載置された際に、図示しない対物レンズによって結ばれる図中二点鎖線で示すレーザービームの集光点が、ガラス基板９１と機能層９２との界面近傍に位置するように設定されている。なお、図１に示すように、本実施の形態では、加工屑吸引手段８が２つ設けられており、これら加工屑吸引手段８の下方にレーザービーム照射手段６が配置されている。図２に示すように、各レーザービーム照射手段６は、光ファイバ６２を介してレーザー光発振器６３に接続されている。

そして、レーザービーム照射手段６は、図示しないスライド駆動機構により、天板１Ａに形成したスリット１Ｂ内の空間をｙ方向に沿って移動できるようになっている。なお、２つのレーザービーム照射手段６は、別々に駆動されるようにしてもよいし、所定の間隔を保った状態で一体的に駆動される構成としてもよい。

図１に示すように、加工屑吸引手段取付フレーム５は、架台１における天板１Ａに形成したスリット１Ｂの側方に架台１の側部から立設された一対の支柱部５１と、これら支柱部５１の上部同士に亘って架設された、第１梁部５２および第２梁部５３と、で構成されている。この第１梁部５２と第２梁部５３との間には、図示しない吸引手段スライド駆動機構が設けられている。

図１および図２に示すように、加工屑吸引手段８は、下向きに開口して下部開口から吸引を行うフード部８１と、このフード部８１の上部と連通してフード部８１と一体的に設けられ、第１梁部５２と第２梁部５３との間に設けられた図示しない吸引手段スライド駆動機構にてｙ方向にスライド駆動される取り付け部８２と、を備える。なお、取り付け部８２は、図示しない吸引装置に連通するように連結されている。なお、取り付け部８２と図示しない吸引装置とを連通させる手段としては、可撓性を有するパイプなどを用いることができる。なお、図示しない吸引手段スライド駆動機構は、加工屑吸引手段８のスライド動作を、レーザービーム照射手段６のスライド駆動と同期して行うように設定されている。

次に、上記構成の実施の形態に係るレーザー加工装置１００の作用・動作について説明する。

先ず、図１に示すように、ワーク９を下側がガラス基板９１となるように、ｙ方向の両側に設けられた一対の加工送り手段７の支持アーム７１同士の間に配置させる。ワークの配置は、例えばロボットやコンベア方式で行うことが出来る。このとき、移動する支持アーム７１の前後支持部７２、７２は、ワーク９の両側の前後方向（ｘ方向）の端部に当接している。したがって、モータ４を回転駆動することにより、支持アーム７１をｘ方向に移動させた場合に、ワーク９と支持アーム７１との間にがたつきが発生しないようになっている。

次に、気体浮上部２ａ、2ｂ内に所定圧力のエアを供給して、それぞれのエア吹き出し口２２から図２中一点鎖線で示す所定圧力のエアを吹き出させる。この結果、ワーク９は上方向に浮力を受けるため、見かけ上の重量が軽減された状態で多数の接触支持部３の頂部（ボール上端）で均一に支持される。このように、エアの圧力によりワーク９と接触支持部３との接触圧を軽減したことにより、ワーク９における接触支持部３との接触部にダメージが発生することを抑制できる。また、ワーク９に対して接触支持部３が均一に配置されると共に、多数のエア吹き出し口２２が均一に配置されているため、ワーク９が撓んだり傾いたりすることを防止できる。言い換えると、ワーク９の支持は主に接触支持部３による物理的接触により行い、ワーク９の撓み部（接触支持部３間の部分）に気体浮上部２ａ、2ｂから噴き出されるエアを当てることで、撓み部がエアで持ち上げられ補助的に（非接触で）ワーク９が支持される。これによりワーク９の撓みが防止される。また、撓み部をエアで持ち上げることで、ワーク９がより水平に支持されることになるため、エアで補助的に支持しない場合と比べて、接触支持部３とワーク９の下面との接触圧が面全体で均一になり、接触支持部３によるワーク９への引っ掻き傷が減少する。

そして、ワーク９のｙ方向に沿った加工予定部分（加工予定ライン）を加工する場合は、ワーク９の加工予定部分が、天板１Ａに形成したスリット１Ｂの上方に位置するように、加工送り手段７により位置制御を行う。次に、ｙ方向に沿ってレーザービーム照射手段６と加工屑吸引手段８とを稼働させた状態で同期して移動させることにより、レーザービームはガラス基板９１を透過し、機能層９２のみに分離溝９２Ｂを形成することができる。ｙ方向に沿ったその他の加工予定部分を加工する場合は、加工送り手段７を制御して次に加工する加工予定部分がスリット１Ｂの上方に位置するようにすればよい。

また、ワーク９のｘ方向に沿った加工予定部分を加工する場合は、先ず、レーザービーム照射手段６と加工屑吸引手段８の間にｘ方向に沿った加工予定部分が位置するように、レーザービーム照射手段６と加工屑吸引手段８の位置を調整する。その後、レーザービーム照射手段６と加工屑吸引手段８とを稼働させた状態で同期して加工送り手段７を所定の速度でｘ方向に移動させることによりｘ方向に沿った加工予定部分のレーザー加工を行うことができる。このようにｘ方向およびｙ方向の加工を行うことにより、ワーク９の機能層９２の分離加工が完了する。

図２に示すように、機能層９２の加工予定部分にレーザービームを照射すると、機能層９２の加工予定部分が除去加工されて加工屑９２Ａが発生すると共に分離溝９２Ｂが形成される。このとき、加工屑吸引手段８で加工屑９２Ａを吸引しているため、発生した加工屑９２Ａが飛び散ることなく、効率的に加工予定部分の加工を進めることができる。

加工が終わると、配置時と逆の動作でワーク９が搬出される。尚、ワーク９の配置位置と搬出位置は同じ箇所でも良いし、異なった箇所でも良い。

以上、本実施の形態に係るレーザー加工装置１００について説明したが、本実施の形態では、気体浮上部２ａ、２ｂの多数のエア吹き出し口２２からのエア吹き出しによりワーク９と接触支持部との接触圧を軽減し、接触支持部３がワーク９のガラス基板９１の裏面に与えるダメージ（スクラッチ傷など）を軽減、防止できる。また、ワーク９に対して多数の均一に配置されたエア吹き出し口２２から吹き出される均一なエア圧力により、ワーク９に撓みや傾きが発生することを防止できる。特に、気体浮上部２aは天板１に形成したスリット1Ｂの両側、すなわちレーザービームの集光点の移動可能な範囲に近接して配設されており、加工中にエアを吹き出すことによって、接触支持部３では支持が出来ないレーザービームの集光点におけるワーク９の撓みを軽減させることが出来るので、ワーク９の加工予定部分に対する高さ方向のレーザービームスポットの照射位置が正確になり、精度の高い加工が可能となる。

（その他の実施の形態）
以上、この発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。この開示から当業者に様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、本実施の形態では、接触支持部３にガラス基板９１の裏面側が接触するようにしたが、ワーク９の機能層９２が形成された面を下向きに配置することも可能である。但し、このように機能層９２を下向きに配置する場合は、接触支持部３との接触で機能層９２にダメージが発生しないか、もしくは許容範囲内のダメージである必要がある。なお、この場合は、レーザービーム照射手段６を上側に配置し、加工屑吸引手段８を下側に配置すればよい。

上記実施の形態では、接触支持部３としてフリーボールベアリングを用いたが、ワーク９をｘ方向に搬送可能なローラベアリングを適用しても勿論よい。

上記実施の形態では、略箱状の架台１を用いたが、実質的に、気体浮上部２と接触支持部３が配置できる構造であればこれに限定されるものではない。

上記実施の形態では、レーザービーム出射部６１へとレーザービームを伝達させる手段として光ファイバ６２を用いたが、ミラーでレーザービームをレーザービーム出射部６１まで伝達する構成としても勿論よい。

上記実施の形態では、加工屑吸引手段８を加工屑吸引手段取付フレーム５に設けたが、加工屑吸引手段８をｙ方向に移動させる構成であれば、加工屑吸引手段取付フレーム５を設けない構成としても勿論よい。

上記実施の形態では、レーザービーム照射手段６と加工屑吸引手段８との対を２対としたが、１対でもよいし、３対以上としてもよい。

上記実施の形態では、支持アーム７１が、ワーク９のｘ方向の両側部を支持する構成として前後支持部７２を例に挙げたが、ピンなどを用いてワークを挟持する構成としても良い。

上記実施の形態では、加工送り手段７としてボールネジ３１を例に挙げて説明を行ったが、特にこれに限定するものではなく、その他の直線駆動機構であってもよい。例えば、リニアモータ、ラック＆ピニオンであっても良いことは言うまでもない。

上記実施の形態では、接触支持部３の列間に気体浮上部２を配置した例を挙げて説明を行ったが、特にこれに限定するものではない。例えば、各接触支持部３を取り囲むように気体浮上部２を配置しても良い。

上記実施の形態では、ワーク９を一対の加工送り手段７の支持アーム７１同士の間に配置させた後に、気体浮上部２ａ、２ｂ内に所定圧力のエアを供給したが、ワーク９を配置する前から気体浮上部２ａ、２ｂ内に所定圧力のエアを供給しておくことがワーク９と接触支持部との接触圧を軽減する観点から望ましい。

以上のように、本発明に係るレーザー加工装置は、例えば薄い基板に機能層が形成されたワークのレーザー加工に有用であり、特に、太陽電池基板のレーザー加工分野に適している。

１ 架台
２ 気体浮上部
３ 接触支持部
５ 加工屑吸引手段取付フレーム
６ レーザービーム照射手段
７ 加工送り手段
８ 加工屑吸引手段
９ ワーク
２２ エア吹き出し口
６１ レーザービーム出射部
９１ ガラス基板
９２ 機能層
９２Ａ 加工屑
９２Ｂ 分離溝

Claims (1)

1. 基板を支持する支持手段と、該支持手段に支持された基板にレーザービームを照射するレーザービーム照射手段と、を有するレーザー加工装置であって、
   前記支持手段は、基板を下面から接触支持する複数の接触支持部と、
   複数の該接触支持部の間に設けられ、気体を噴出して基板の撓みを軽減する気体浮上部と、を含み、
   基板を該レーザービーム照射手段に対して相対的に加工送りする加工送り手段を備えたことを特徴とするレーザー加工装置。

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