JP6636064B2 - 構造化されたプレート状のガラスエレメント、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
− 超短パルスレーザーのレーザービームを、ガラスエレメントの側面の一方に向け、かつ集束光学系を用いてガラスエレメント内で長く引き延ばされた焦点に集結させ、ここで、
− レーザービームの入射したエネルギーにより、ガラスエレメントのバルク内にフィラメント状の損傷を作製し、この損傷の縦方向は、側面に対して横切る方向に、ことに側面に対して垂直方向に延び、かつフィラメント状の損傷の作製のために、
− 超短パルスレーザーは、パルス、または少なくとも2つの互いに連続するレーザーパルスを有するパルスパケットを入射し、かつフィラメント状の損傷を導入した後に、
− ガラスエレメントを、1時間当たり15μm未満、好ましくは10μm未満、特に好ましくは8μm未満の除去率でガラスエレメントのガラスを除去するエッチング媒体に曝し、かつ
− このフィラメント状の損傷を通路に拡張し、したがって、この通路の縦方向は、フィラメント状の損傷の縦方向の方向にあり、かつ
− この通路の内壁内に、丸められた球冠状のくぼみを導入する
ことに基づく。
レーザービームの波長は、一般にYAGレーザー用に、1064nmである。12mmの粗ビーム直径を有するレーザービームを生成し、このレーザービームを次いで、16mmの焦点距離を有する両凸レンズの形の光学系を用いて集束する。超短パルスレーザーのパルス時間は、20ps未満、好ましくは約10psである。このパルスは、2つ以上、好ましくは4つ以上のパルスを有するバーストの形で発せられる。バースト周波数は、12〜48ns、好ましくは約20nsであり、パルスエネルギーは、少なくとも200マイクロジュール、バーストエネルギーは、相応して少なくとも400マイクロジュールである。
− レーザービーム27の衝突点73をガラスエレメント1上で所定の行路に沿って案内し、かつ
− この行路上に多数の互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷32を導入し、かつ
− 引き続き、エッチングにより多数の互いに並んで配置された通路5をガラスエレメント1内に導入し、かつ
− 次いで、ガラスエレメント1をこの行路に沿って分離することで、側方が開いた通路5を有する端部10を形成する、
本発明による方法の一実施形態の基礎をなす。
− 超短パルスレーザー30のレーザービーム27を、ガラスエレメント1の側面2,3の一方に向け、かつ集束光学系23を用いてガラスエレメント1内で長く引き延ばされた焦点に集結させ、ここで
− レーザービーム27の衝突点73をガラスエレメント1上で所定の行路に沿って案内し、かつ
− レーザービームを用いて行路上に多数の互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷32を最大6μmの間隔で、この損傷の縦方向が側面2,3に対して横切る方向、ことに側面2,3に対して垂直方向に延びるように導入し、かつ
− ガラスエレメント1を、1時間当たり8μm未満の除去率でガラスエレメント1のガラスを除去するエッチング媒体33に曝し、かつ
− フィラメント状の損傷32を通路5に拡張し、かつエッチングにより、通路5の間のガラスが除去され、かつガラスエレメント1を分離する端部10の形成下に通路5が統合されるまで、通路5の直径を拡大させる
構造化された端部10を有するプレート状のガラスエレメント1の製造方法が予定される。
2,3 側面
5 通路
6 2,3内の5の開口部
7 球冠状のくぼみ
8 分離ライン
9 内側部分
10 1の端部
11 平坦な端部分
13 1内の開口部
15 演算装置
17 位置合わせ装置
20 レーザー加工装置
23 集束光学系
27 レーザービーム
30 超短パルスレーザー
32 フィラメント状の損傷
35 ポリマー層
36 35内の開口部
39 ウェブにより支持された構造
40 ウェブ
41 40の長さ
42 40の幅
43 ベース
45 40の接触領域
46,47 40の端部
54 5の内壁
51 5の縦方向
52 通路5の間の稜線部
70 稜線部
71 多角形の境界線
73 衝突点
72 71の角部
80 補助ライン
91〜94 9のセグメント
Claims (27)
- 2つの向かい合った側面(2,3)と、前記両方の側面(2,3)を結合しかつ前記側面内に開口する、ガラスエレメント(1)のガラス内に導入された、丸められた内壁(54)および100μm未満の横断面寸法を有する通路(5)とを有するプレート状のガラスエレメント(1)において、前記通路の縦方向(51)は前記側面(2,3)に対して横切る方向に延び、前記通路の前記内壁(54)は、多数の丸められた球冠状のくぼみ(7)を有し、前記球冠状のくぼみ(7)は互いに隣接し、かつ前記くぼみ(7)の互いにぶつかり合う凹型の湾曲面が稜線部(70)を形成することを特徴とする、プレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記ガラスエレメント(1)は、30マイクロメートル〜3ミリメートルの範囲の厚みを有する、請求項1記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記少なくとも1つの通路(5)のテーパー角度は、直角から5°未満、好ましくは3°未満、またはそれどころか1°未満相違することを特徴とする、請求項1または2記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記通路(5)は側方が開いていて、かつ前記ガラスエレメント(1)の端部(10)の一部分を形成することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記端部(10)は、多数の平行方向に互いに並んで延びる、側方が開いた通路(5)を有することを特徴とする、請求項4記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記通路(5)の間に平坦な端部分(11)が拡がることを特徴とする、請求項5記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記通路(5)は互いに隣接するため、前記通路(5)の間に、前記通路(5)の縦方向(51)に対して平行に延びる稜線部(52)が形成されることを特徴とする、請求項5記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 次の特徴:
− 前記通路(5)の間隔は、中心から中心まで測定して、3〜70マイクロメートルの範囲にある、
− 前記通路(5)の直径は、3マイクロメートル〜50マイクロメートルの範囲にある
の少なくとも1つを特徴とする、請求項5から7までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。 - 前記端部(10)の表面積は、前記通路(5)により、通路(5)のない平坦な端部面積と比べて、1.1〜1.4倍拡大されていることを特徴とする、請求項5から7までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記ガラスエレメント(1)の前記側面(2,3)内の前記通路(5)の開口部(6)の真円度は、1.15未満であることを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 30マイクロメートル〜3ミリメートルの範囲の厚みを有し、2つの向かい合った側面(2,3)を有する、ことに請求項1から10までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)において、前記ガラスエレメント(1)の輪郭は、長く延びたウェブ(40)を含み、前記ウェブの長さ(41)は、前記ウェブの幅(42)よりも少なくとも5倍、好ましくは少なくとも10倍大きく、長さ(41)と幅(42)とはそれぞれ、1つの側面(2,3)に沿った方向で測定されていて、かつ前記ウェブ(40)の互いに並んで延びる端部(10)はそれぞれ、多数の互いに隣接する丸められた球冠状のくぼみ(7)を有する、プレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記ウェブの幅(42)は、最大で、前記ガラスエレメント(1)の厚みの4倍と同程度に、好ましくは、最大で、前記ガラスエレメント(1)の厚みの2倍と同程度に大きいことを特徴とする、請求項11記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記ウェブ(40)は、100μm以下の幅を有することを特徴とする、請求項11または12記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記ガラスエレメント(1)は、フレーム状のベース(43)を有し、前記ウェブ(40)は、両方の終端で前記フレーム状のベース(43)と結合していることを特徴とする、請求項11から13までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記端部(10)の端部面は、前記側面(2,3)に対して直角方向に、直角から最大5°相違して延びることを特徴とする、請求項11から14までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 端部(10)は球冠状のくぼみ(7)を有し、前記端部(10)は、
− 少なくとも200MPa、好ましくは少なくとも300MPaの平均破断強さ、または
− 前記端部(10)から拡がる破壊の場合の破壊試験について、少なくとも5.5の引張応力値のワイブル分布のワイブルモジュールを有する
ことを特徴とする、請求項1から15までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。 - 前記稜線部は、前記くぼみ(7)を正面から見て、前記くぼみ(7)の多角形の境界線(71)を形成することを特徴とする、請求項1記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 前記ガラスエレメント(1)のガラスは、17質量%未満のアルカリ酸化物の含有率を有するケイ酸塩ガラスであることを特徴とする、請求項1から17までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 球冠状のくぼみを有する端部(10)を有する開口部(13)であって、前記開口部(13)は、少なくとも200μm、好ましくは少なくとも300μmの横断面寸法を有することを特徴とする、請求項1から18までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- 30マイクロメートル〜3ミリメートルの範囲の厚みを有し、かつ2つの向かい合った側面(2,3)を有する、ことに請求項1から19までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)において、前記ガラスエレメント(1)内に少なくとも2つの開口部(13)が、前記開口部(13)の間の前記ガラスエレメント(1)の領域が少なくとも1つのウェブ(40)を有する構造(39)を形成するように導入されていて、前記ウェブ(40)の最小の幅は1mm未満であり、前記構造について、
プレート状のガラスエレメント(1)。 - 前記最小のウェブ幅は少なくとも300μmであることを特徴とする、請求項20記載のプレート状のガラスエレメント(1)。
- − 超短パルスレーザー(30)のレーザービーム(27)を、ガラスエレメント(1)の側面(2,3)の一方の向け、かつ集束光学系(23)を用いて前記ガラスエレメント(1)内で長く引き延ばされた焦点に集結させ、前記レーザービーム(27)の入射したエネルギーにより、前記ガラスエレメント(1)のバルク内にフィラメント状の損傷(32)を作製し、前記フィラメント状の損傷(32)の縦方向は、前記側面(2,3)に対して横切る方向、ことに前記側面(2,3)に対して垂直方向に延び、かつフィラメント状の損傷の作製のために、前記超短パルスレーザー(30)は、パルスまたは少なくとも2つの互いに連続するレーザーパルスを有するパルスパケットを入射し、かつ前記フィラメント状の損傷(32)を導入した後に、
− 前記ガラスエレメント(1)を、1時間当たり8μm未満の除去率で前記ガラスエレメント(1)のガラスを除去するエッチング媒体(33)に曝し、
かつ
− 前記フィラメント状の損傷(32)を通路(5)に拡張し、かつ
− 前記通路(5)の内壁(54)内に、丸められた球冠状のくぼみ(7)を導入し、前記球冠状のくぼみ(7)は互いに隣接し、かつ前記くぼみ(7)の互いにぶつかり合う凹型の湾曲面が稜線部(70)を形成する、
請求項1から21までのいずれか1項記載のプレート状のガラスエレメント(1)の製造方法。 - − 前記レーザービーム(27)の衝突点(73)を前記ガラスエレメント(1)上で所定の行路に沿って案内し、かつ
− 前記行路上に多数の互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷(32)を導入し、かつ
− 引き続き、エッチングにより多数の互いに並んで配置された通路(5)を前記ガラスエレメント(1)内に導入し、かつ
− 次いで、前記ガラスエレメント(1)を前記行路に沿って分離することで、側方が開いた通路(5)を有する端部(10)を形成する、
請求項22記載の方法。 - エッチングにより、前記通路(5)の間のガラスが除去され、かつ前記通路(5)が統合されるまで、前記通路(5)の直径を拡大させることを特徴とする、請求項23記載の方法。
- 前記レーザービーム(27)を用いた照射の前に、前記ガラスエレメント(1)の少なくとも一方の側面(2,3)、好ましくは両方の側面(2,3)にポリマー層(35)を備え付け、前記ポリマー層(35)は、レーザー光の導入の際に局所的に取り去られるが、前記レーザービームの前記衝突点(73)を取り囲む領域では残留し、かつ前記領域を引き続くエッチングの際に保護する、請求項23または24に記載の方法。
- 互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷からなる閉じた分離ライン(8)および少なくとも1つの補助ラインを導入し、前記補助ラインは、前記閉じた分離ライン(8)により境界づけられた内側部分(9)をより小さなセグメント(91,92,93,94)に区切り、前記セグメントは、前記補助ライン(80)と前記閉じた分離ライン(8)とにより境界づけられる、請求項22から25までのいずれか1項記載の方法。
- 前記内側部分(9)は、1つ以上の補助ライン(80)により、2つの内側部分(9)の間のウェブ(40)の最大20倍の大きさ、好ましくは最大10倍の大きさ、特に好ましくは最大2倍の大きさのセグメント(91,92,93,94)に区切られ、大きさの比は、最小のウェブ幅対セグメントの最大の対角線の比により決定されることを特徴とする、請求項26記載の方法。
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