JP2017509569A - レーザカット複合ガラス物品及び切断方法 - Google Patents
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Abstract
Description
フュージョン形成ガラス複合体加工物をレーザ加工する方法において:
ビーム伝播方向に沿って配向され、上記フュージョン形成ガラス複合体加工物に向けられたレーザビーム焦線に、パルスレーザビームを集束させるステップであって、上記レーザビーム焦線は、加工物内での誘起吸収を生成し、この誘起吸収は、加工物内においてレーザビーム焦線に沿った欠陥線を形成する、ステップ;並びに
加工物及びレーザビームを輪郭に沿って互いに対して並進移動させることにより、加工物内に複数の欠陥線を形成するステップであって、上記欠陥線は、0.5マイクロメートル〜20マイクロメートルの距離だけ離間している、ステップ
を有してなる方法に及ぶ。
第1の表面と、第2の表面と、第1の表面と第2の表面との間に少なくとも250マイクロメートル延在する複数の欠陥線を有する少なくとも1つの縁部とを備える、ガラス物品であって、各欠陥線の直径は、約5マイクロメートル以下である、ガラス物品に及ぶ。
フュージョン形成ガラス複合体加工物を切断するために、1064nmピコ秒レーザを、ガラス複合体中に欠陥線を生成するための光学部品を形成する線状焦点ビームと組み合わせて使用する、プロセスが開発された。厚さが最高0.7mmのガラス複合体は、それが光学部品によって生成される焦線の領域内となるように位置決めされた。長さ約1mmの焦線と、ガラス複合体加工物において測定した場合に繰り返し数200kHz(パルスモードで約120μJ、又はバーストモードで約120μJ)において約24W以上の出力を生成するピコ秒レーザとを用いると、焦線領域における光学的強度を容易に、ガラス複合体加工物において非線形吸収を生成できる程度に十分に高くすることができる。パルスレーザビームは、複合体材料において測定した場合に、材料の厚さ1mmあたり40μJ超の平均レーザエネルギを有することができる。この「平均レーザエネルギ」は、パルスあたりの平均線形エネルギ密度、又は材料の厚さ1mmあたりのレーザパルスあたりの平均エネルギと呼ぶこともできる。ガラス加工物中の、損傷、融除、気化又はその他の改質を受けた材料の領域は、高強度の線形領域に概ね続いて生成された。
(例えばイオン交換ガラスを用いて)基板が十分な応力を有する場合、パーツは、レーザプロセスによってトレースされた穿通損傷の経路(断層線)に沿って自発的に分離することになる。しかしながら、基板に固有の応力が高くない場合、ピコ秒レーザは単に、複合体加工物中に欠陥線(損傷トラック)を形成するだけである。これらの欠陥線は概ね、〜0.5〜1.5マイクロメートルの内側寸法(直径)を有する孔の形態を取る。
図10に示すような大型の複合ガラスシートから、孔又はスロットを有する又は有しない物品を形成することが強く望まれている。図11は、機能性ボタン用の又はスピーカー若しくはマイクロフォンを配置するための孔及びスロットを有する、例示的な分離された複合体物品を示す。
開始/停止位置の一致の回避。一般に可動ステージのゆっくりした加速/減速は、後にパーツを割る、又は粉砕さえすることになる点状の応力源を生成するために十分となり得る。
連続的フュージョンガラス製造プロセスに関して、機械的スコーリング及び破断は慣用のガラス切断アプローチである。このプロセスは迅速であり、直線状の切断に関しては1m/sを達成できるものの、輪郭ガラス形状の切断に関しては大きな制約がある。というのは、上記プロセスは、低い速度、ガラス縁部の欠け、切断縁部の高い粗度等により、このような用途に関して極めて困難なものとなるためである。これらの用途は、表面下損傷(SSD)を削減するための複数の摩砕及び研磨ステップ、並びに洗浄ステップを必要とし、これらのステップは、必要資本量の上昇及び収率の低さによるコストの上昇によってプロセスにコストを追加するだけでなく、単に技術的要件を満たすこともできない。
フュージョン形成ガラス複合体加工物をレーザ加工する方法において、
ビーム伝播方向に沿って配向され、上記フュージョン形成ガラス複合体加工物に向けられたレーザビーム焦線に、パルスレーザビームを集束させるステップであって、上記レーザビーム焦線は、加工物内での誘起吸収を生成し、この誘起吸収は、加工物内においてレーザビーム焦線に沿った欠陥線を形成する、ステップ;並びに
加工物及びレーザビームを輪郭に沿って互いに対して並進移動させることにより、加工物内に複数の欠陥線を形成するステップであって、上記欠陥線は、0.5マイクロメートル〜20マイクロメートルの距離だけ離間している、ステップ
を有してなる、方法。
実施形態1の方法によって調製された、ガラス物品。
上記欠陥線は、1マイクロメートル〜7マイクロメートルの距離だけ離間している、実施形態1の方法又は実施形態2に記載の物品。
上記欠陥線は、少なくとも250マイクロメートル延在している、実施形態1〜3のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記フュージョン形成ガラス複合体加工物は、異なる熱膨張率を有するクラッド層及びコア層を、合計3層以上備える、実施形態1〜4のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記加工物を輪郭に沿って分離するステップを更に含む、実施形態1〜5のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記加工物を輪郭に沿って分離するステップは、二酸化炭素レーザを、上記輪郭に沿って又は上記輪郭付近において上記加工物に向け、上記輪郭に沿った上記加工物の分離を促進するステップを含む、実施形態6に記載の方法又は物品。
繰り返し数は約1kHz〜4MHzである、実施形態1〜7のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記パルスレーザビームの上記繰り返し数は、約10kHz〜650kHzである、実施形態8に記載の方法又は物品。
上記パルスレーザビームのパルス持続時間は、約1ピコ秒超かつ約100ピコ秒未満である、実施形態1〜9のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記パルス持続時間は、約5ピコ秒超かつ約20ピコ秒未満である、実施形態1〜10のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記パルスレーザビームの、材料において測定された平均レーザエネルギは、材料の厚さ1mmあたり40μJ超である、実施形態1〜11のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記パルスレーザビームはある波長を有し、上記材料はこの波長において略透過性である、実施形態1〜12のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記レーザビーム焦線の長さは約0.1mm〜約10mmである、実施形態1〜13のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記レーザビーム焦線の平均スポット直径は約0.1マイクロメートル〜約5マイクロメートルである、実施形態1〜14のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記フュージョン形成ガラス複合体加工物の中央張力は5メガパスカル(MPa)超である、実施形態1〜15のいずれ1つに記載かの方法又は物品。
上記パルスは、約1nsec〜約50nsecの持続時間によって隔てられた少なくとも2つのパルスのバーストにおいて生成され、バースト繰り返し周波数は約1kHz〜約650kHzである、実施形態1〜16のいずれかの方法又は物品。
上記少なくとも2つのパルスは、約20nsecの持続時間によって隔てられている、実施形態17に記載の方法又は物品。
上記フュージョン形成ガラス複合体加工物は、ガラスシートの形態であり、
上記パルスレーザビームを集束させるステップと、上記加工物及び上記レーザビームを上記輪郭に沿って互いに対して並進移動させるステップとは、オンラインドロー時の上記ガラスシートを用いて実施される、実施形態1〜18のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記集束させるステップ及び上記並進移動させるステップは、上記ガラスシートのアニール温度付近の温度において、上記ガラスシートを用いて実施される、実施形態19に記載の方法又は物品。
上記ガラスシートは、少なくとも2つの異なるアニール温度を有する少なくとも2つの層を備え、
上記集束させるステップ及び上記並進移動させるステップは、上記少なくとも2つの異なるアニール温度の間の温度において、上記ガラスシートを用いて実施される、実施形態19に記載の方法又は物品。
上記ガラスシートは少なくとも2つの層を備え、
上記集束させるステップ及び上記並進移動させるステップは、上記ガラスシートのアニール温度を超える温度において、上記ガラスシートを用いて実施される、実施形態19に記載の方法又は物品。
上記ガラスシートをドローから上記輪郭に沿って分離するステップと、分離した上記ガラスシートに上記輪郭に沿って熱源を適用し、上記分離したガラスシートを上記輪郭に沿って平滑化する又は角を落とすステップとを更に含む、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記集束させるステップ及び上記並進移動させるステップは、ドローの頂部又は頂部付近において実施される、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記集束させるステップ及び上記並進移動させるステップは、ドローの底部又は底部付近において実施される、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法又は物品。
熱源、引張応力又は屈曲応力のうちの少なくとも1つを、上記輪郭の領域においてガラスシートに適用して、上記輪郭に沿ったドローからのガラスシートの分離を促進するステップを更に含む、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記輪郭はガラスシートのビードに隣接し、
上記輪郭に沿って複数の欠陥線をレーザ形成するステップは、上記ガラスシートからの上記ビードの分離を促進する、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法又は物品。
上記ガラスシートを上記ドローから上記輪郭に沿って分離するステップと、分離した上記ガラスシートに上記輪郭に沿って熱源を適用し、上記分離したガラスシートを上記輪郭に沿って平滑化する又は角を落とすステップとを更に含む、実施形態19〜22のいずれか1つに記載の方法又は物品。
ガラス物品であって、
上記ガラス物品は、第1の表面と、第2の表面と、上記第1の表面と上記第2の表面との間に少なくとも250マイクロメートル延在する複数の欠陥線を有する少なくとも1つの縁部とを有する、ガラス複合体を含み、
上記各欠陥線の直径は、約5マイクロメートル以下である、ガラス物品。
上記少なくとも1つの縁部のRa表面粗度は約0.5マイクロメートル未満である、実施形態29に記載のガラス物品。
上記少なくとも1つの縁部は、深さ約75マイクロメートル以下までの表面下損傷を有する、実施形態29又は30に記載のガラス物品。
上記ガラス物品は3つの層を備え、最外層は、熱膨張率CTE1及び厚さTH1を有する第1の組成物からなり;また最外層と最外層との間に内部層が位置し、上記内部層は、熱膨張率CTE2及び厚さTH2を有する、第1の組成物とは異なる第2の組成物からなり、CTE1はCTE2より大きい、実施形態29〜31のいずれか1つに記載のガラス物品。
上記最外ガラス層は圧縮応力下にあり、上記内部層は引張応力下にあり、TH1に対するTH2の比は4〜20である、実施形態32に記載のガラス物品。
上記ガラス物品は、上記内部層の中央張力が5MPa超である、実施形態29〜31のいずれか1つに記載のガラス物品。
上記欠陥線は、上記少なくとも1つの縁部の厚さ全体に延在する、実施形態29〜31のいずれか1つに記載のガラス物品。
上記少なくとも1つの縁部のRa表面粗度は約0.5マイクロメートル未満である、実施形態29〜31のいずれか1つに記載のガラス物品。
上記少なくとも1つの縁部は、深さ約75マイクロメートル以下までの表面下損傷を有する、実施形態29〜31のいずれか1つに記載のガラス物品。
1a 基板の表面
1b 基板の反対側の表面
2 パルスレーザビーム
2a レーザ照射、ビーム束
2aR 辺縁光線
2aZ 中央ビーム
2b レーザビーム焦線
2c 誘起吸収のセクション
3 レーザ
6 光学組立体
7 両凸面レンズ
8 円形開口
9 アキシコン
10 アキシコン
11 平凸レンズ
12 コリメートレンズ
500 バースト
500A パルス
710 集束していないレーザビーム
720 透明基板
730 球面レンズ
740 焦点
750 アキシコンレンズ
760 円筒
1462 ドロータワー
1464 ガラスシート
1465 ドロー運動
1466 ガラスビード
1468’ レーザ切断線
1470’ 除去されるガラスシート
1472 ドロー領域の底部
1472 廃棄されるガラス
1971 多段炉
1971a 炉
1971b 炉
1971c 炉
1974 レーザビーム
1976 水平なレーザビームの並進移動
1978 垂直なレーザビームの並進移動
1980 熱源
1982 垂直な熱源の並進移動
2071 炉
2071a 炉2071の段
2071b 炉2071の段
2071c 炉2071の段
Claims (9)
- フュージョン形成ガラス複合体加工物をレーザ加工する方法において、
ビーム伝播方向に沿って配向され、前記フュージョン形成ガラス複合体加工物に向けられたレーザビーム焦線に、パルスレーザビームを集束させるステップであって、前記レーザビーム焦線は、前記加工物内での誘起吸収を生成し、前記誘起吸収は、前記加工物内において前記レーザビーム焦線に沿った欠陥線を形成する、ステップ;並びに
前記加工物及び前記レーザビームを輪郭に沿って互いに対して並進移動させることにより、前記加工物内に複数の前記欠陥線を形成するステップであって、前記欠陥線は、0.5マイクロメートル〜20マイクロメートルの距離だけ離間している、ステップ
を有してなる、方法。 - 前記フュージョン形成ガラス複合体加工物は、異なる熱膨張率を有するクラッド層及びコア層を、合計3層以上備える、請求項1に記載の方法。
- 前記加工物を前記輪郭に沿って分離するステップを更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記パルスレーザビームはある波長を有し、前記材料は前記波長において略透過性である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記レーザビーム焦線の平均スポット直径は約0.1マイクロメートル〜約5マイクロメートルである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記フュージョン形成ガラス複合体加工物は、ガラスシートの形態であり、
前記パルスレーザビームを集束させるステップと、前記加工物及び前記レーザビームを前記輪郭に沿って互いに対して並進移動させるステップとは、オンラインドロー時の前記ガラスシートを用いて実施される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ガラスシートは、少なくとも2つの異なるアニール温度を有する少なくとも2つの層を備え、
前記集束させるステップ及び前記並進移動させるステップは、前記少なくとも2つの異なるアニール温度の間の温度において、前記ガラスシートを用いて実施される、請求項6に記載の方法。 - ガラス物品であって、
前記ガラス物品は、第1の表面と、第2の表面と、前記第1の表面と前記第2の表面との間に少なくとも250マイクロメートル延在する複数の欠陥線を有する少なくとも1つの縁部とを有する、ガラス複合体を含み、
前記各欠陥線の直径は、約5マイクロメートル以下である、ガラス物品。 - 前記少なくとも1つの縁部のRa表面粗度は約0.5マイクロメートル未満である、請求項8に記載のガラス物品。
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