JP2014091134A - レーザ加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コスト上昇を抑制しながらも、薄いワークに対しても適切にスクライブや割断などの加工を施す。
【解決手段】レーザ加工装置は、ワークＷを支持するワーク支持部と、ワーク支持部に支持されたワークの表面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、レーザ照射部とワークとを相対移動させる搬送部と、レーザ照射部に対するワークの移動方向前方側に設けられ、レーザ光が照射されたワークの表面に冷却媒体を噴射する噴射部と、噴射部から噴射された冷却媒体によって冷却されるワークの冷却領域Ｂであるワークの表面の反対側に位置する、ワークの裏面Ｓｂに回転接触する第１ローラ６と、ワークの冷却領域を挟んで少なくとも一対設けられ、ワークの表面に回転接触するとともに、第１ローラとの間でワークを挟持する第２ローラ７と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、ワークにスクライブや割断などの加工を施すレーザ加工装置に関する。

従来、ガラス板などのワークを分割する前処理などにおいて、レーザ照射によって表面に溝（スクライブライン）を形成するスクライブ加工が用いられることがある。スクライブ加工では、ワークの厚さ方向の内側にレーザ光を集光させて加熱し、レーザの照射面をミストなどで冷却する。これにより、加熱部位では膨張によって圧縮応力が作用するとともに、レーザの照射面では収縮によって引張応力が作用することから、照射面においてぜい性破壊が生じる。そして、ワーク表面におけるレーザ光の照射部位が、ワークに対し相対移動すると共に、当該レーザ光の照射部位が順次冷却されることでスクライブラインが形成される。また、ワークが薄い場合、ワークが割断される。

しかし、ワークの厚みが薄すぎると、レーザの照射面を冷却する前に、当該照射面と逆側の面まで熱が伝わってしまう。そのため、ワークの冷却時に、照射面と、その逆側の面との温度差によってワーク全体に反りが生じてしまう。ワーク全体に反りが生じると、照射面に生じる引張応力が緩和するため、ぜい性破壊が生じずに、スクライブラインが形成されない場合がある。そこで、例えば、特許文献１に記載の加工装置のように、基台上にビーム加工ラインに沿って延伸する複数の桟（突起）を形成し、ワークにおけるレーザ照射の近傍の部位を真空ポンプ等で基台側に吸引して、熱変形によるワークの反りの抑制を図ることが考えられる。

特許第３３８８１２９号

しかしながら、ワークにレーザを照射した直後に、レーザの照射面にミストを噴射するレーザ加工装置においては、噴射されたミストが飛散する。そのため、特許文献１に記載の加工装置のように、レーザを照射する部位におけるワークの熱変形を確実に抑制すべく、ワークを吸引する吸引孔を多数設けると、飛散したミストが吸引孔から吸引されてしまう。したがって、レーザ加工装置にさまざまな防水対策を施さなければならず、装置が大掛かりになってコストが上昇してしまうという課題がある。

本発明の目的は、コスト上昇を抑制しながらも、薄いワークに対しても適切にスクライブや割断などの加工を施すことが可能なレーザ加工装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のレーザ加工装置は、ワークを支持するワーク支持部と、前記ワーク支持部に支持された前記ワークの表面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ照射部と前記ワークとを相対移動させる搬送部と、前記レーザ照射部に対する前記ワークの移動方向前方側に設けられ、前記レーザ光が照射された前記ワークの表面に冷却媒体を噴射する噴射部と、前記噴射部から噴射された冷却媒体によって冷却される前記ワークの冷却領域である前記ワークの表面の反対側に位置する、ワークの裏面に回転接触する第１ローラと、前記ワークにおける冷却領域を挟んで少なくとも一対設けられ、前記ワークの表面に回転接触するとともに、前記第１ローラとの間で前記ワークを挟持する第２ローラと、を備えたことを特徴とする。

前記第１ローラは、外周面の一部を、前記ワーク支持部によって支持される前記ワークの裏面よりも前記噴射部側に突出させており、前記第１ローラと回転接触するワークの冷却領域を、当該ワークの他の部位よりも前記噴射部側に膨らませてもよい。

前記ワーク支持部は、前記ワークの裏面に面接触して当該ワークを支持するとともに、当該ワークによって閉塞される貫通孔が形成された基台を備え、前記第１ローラは、前記基台の貫通孔内に配置されていてもよい。

前記第１ローラは、前記基台に対して着脱自在に設けられていてもよい。

前記第１ローラは、前記貫通孔の貫通方向に移動可能に設けられていてもよい。

前記レーザ照射部、前記噴射部、前記第１ローラおよび前記第２ローラの相対位置は固定されており、前記搬送部は、前記レーザ照射部、前記噴射部、前記第１ローラおよび前記第２ローラを、前記ワークに対して一体的に移動させるか、もしくは、前記ワークを、前記レーザ照射部、前記噴射部、前記第１ローラおよび前記第２ローラに対して移動させてもよい。

本発明によれば、コスト上昇を抑制しながらも、薄いワークに対しても適切にスクライブや割断などの加工を施すことができる。

レーザ加工装置の概略斜視図である。 レーザ加工装置の図１におけるＩＩ矢視の概略側面図である 図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図である。 一般的なレーザ加工装置によるスクライブ加工を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、レーザ加工装置１の概略斜視図である。図１に示すように、レーザ加工装置１は、ワークＷを支持するワーク支持部２を備える。ここで、ワークＷは、例えば、ぜい性材料であるガラス板（基板）やシリコン基板などで構成される。

ワーク支持部２を構成する基台２ａは、ワークＷの裏面に面接触してワークＷを支持するとともに、ワークＷによって一部が閉塞される（覆われる）貫通孔２ｂが形成されている。貫通孔２ｂは、基台２ａにおけるワークＷの搬送方向（図１中、白抜き矢印で示す）に延在する。ワークＷは、ワーク支持部２を構成する不図示のチャック機構によって基台２ａに固定される。

基台２ａの鉛直上方には、ワーク支持部２に支持されたワークＷの表面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部３が配される。レーザ照射部３は、発振器３ａと、ヘッド３ｂとを含んで構成される。発振器３ａは、励起源によってレーザ媒質の電子を励起状態に遷移させ、再び基底状態に戻る際の放出光を共振器によって共振、増幅させる。ヘッド３ｂは、発振器３ａからのレーザ光を照射領域Ａに向けて照射する。レーザ光の照射領域Ａは、ワークＷのうち、貫通孔２ｂに対向する部位のワークＷの表面Ｓａである。

搬送部４は、レーザ照射部３とワークＷとを相対移動させる。ここでは、レーザ照射部３は、位置が固定であることとし、搬送部４によって基台２ａと共にワークＷが移動する。

具体的に、搬送部４は、土台４ａを含んで構成される。土台４ａにはレール４ｂが配され、レール４ｂの間に基台２ａが設置される。そして、土台４ａに設けられた孔４ｃに固定されたモータ４ｄが、レール４ｂの移動方向に延在するボールねじ４ｅを回転させる。

ボールねじ４ｅには、基台２ａの鉛直下側の面に固定された不図示のナットが螺合しており、ボールねじ４ｅの回転に応じてナットと基台２ａがボールねじ４ｅの延在方向に移動する。

噴射部５は、例えば、ミスト噴射装置で構成され、レーザ照射部３よりもワークＷの移動方向前方側に設けられ、レーザ光が照射されたワークＷの表面Ｓａに冷却媒体を噴射する。冷却媒体としては、例えば、水を霧（ミスト）状にして用いる。

図２は、レーザ加工装置１の図１におけるＩＩ矢視の概略側面図である。図２に示すように、噴射部５がミストを噴霧する対象は、ワークＷのうち、レーザ光の照射領域Ａよりも、ワークＷの移動方向（図２中、白抜き矢印で示す）の前方側の部位（冷却領域Ｂ）である。なお、ここでは、レーザ照射部３の位置が固定され、ワークＷが移動する場合について説明したが、これとは逆に、ワークＷが固定され、レーザ照射部３が移動する構成としてもよい。この場合には、噴射部５もレーザ照射部３と一体となって移動することが望ましい。いずれにしても、レーザ照射部３とワークＷとが相対移動する関係にあり、噴射部５が、レーザ照射部３に対するワークＷの移動方向前方側に設けられていればよい。

また、図１に示すように、噴射部５から噴射された冷却媒体によって冷却されるワークＷの冷却領域ＢであるワークＷの表面Ｓａの反対側に位置する、ワークＷの裏面Ｓｂに回転接触する第１ローラ６が設けられている。

図３は、図２のＩＩＩ‐ＩＩＩ線断面図である。図３に示すように、第１ローラ６の左右方向両側には、それぞれ支持部６ａが配される。支持部６ａは、土台４ａ（図１参照）に固定されており、支持部６ａの双方の先端側には、シャフト６ｂが連結される。

第１ローラ６の不図示の軸孔には、シャフト６ｂが挿通されており、第１ローラ６は、シャフト６ｂによって回転自在に軸支される。

第２ローラ７は、ワークＷにおける冷却領域Ｂを挟んで少なくとも一対設けられ、ワークＷの表面Ｓａに回転接触するとともに、第１ローラ６との間でワークＷを挟持する。

第２ローラ７には、軸孔にシャフト７ａが挿通される。シャフト７ａは、不図示の固定部に固定されており、第２ローラ７は、シャフト７ａに対して回転自在に軸支される。

そして、図３に示すように、第１ローラ６は、回転軸方向の中心が最も径が大きく、側面が最も径が小さい。すなわち、第１ローラ６の回転軸に垂直な向きに見たとき、第１ローラ６は、径方向外方の外周面６ｃが弧状となる。

同様に、第２ローラ７は、回転軸方向の中心が最も径が大きく、側面が最も径が小さい。すなわち、第２ローラ７の回転軸に垂直な向きに見たとき、第２ローラ７は、径方向外方の外周面７ｂが弧状となる。

ワークＷは、第１ローラ６の外周面６ｃと第２ローラ７の外周面７ｂによって押圧されている。そして、第１ローラ６は、外周面６ｃの一部を、ワーク支持部２によって支持されるワークＷの裏面Ｓｂよりも噴射部５側に突出させており、第１ローラ６と回転接触するワークＷの冷却領域Ｂを、ワークＷの他の部位よりも噴射部５側に膨らませる。

そして、図１に示す、レーザ照射部３、噴射部５、第１ローラ６および第２ローラ７の相対位置は固定されており、搬送部４は、ワークＷを、レーザ照射部３、噴射部５、第１ローラ６および第２ローラ７に対して移動させる。

このとき、第２ローラ７は、ワークＷに対して回転接触し、かつ、その接触部分である外周面７ｂが弧状であるため、接触面積が小さく、ワークＷとの摩擦が小さく、ワークＷに傷を与えにくい。また、第１ローラ６は、ワークＷに対する接触部分である外周面６ｃが弧状であるため、ワークＷに与える応力を抑えつつ、ワークＷを、噴射部５側に膨らませることが可能となる。

図４は、一般的なレーザ加工装置によるスクライブ加工を説明するための説明図である。ワークＷの板厚が厚い場合、図４（ａ）に示すように、レーザ照射部によるレーザ光の照射が行われると、ワークＷの表面Ｓａ側が加熱される（加熱域Ｈ）。そして、噴射部によってワークＷの表面Ｓａに冷却媒体が噴射されると、図４（ｂ）に示すように、加熱域ＨのワークＷの表面Ｓａ側が冷却される（冷却域Ｃ）。

このとき、図４（ｂ）に示すように、加熱域Ｈが膨張、冷却域Ｃが収縮しようとする（図４（ｂ）中、白抜き矢印で示す）が、ワークＷの裏面Ｓｂ側の常温域Ｏによって変形が抑制される。その結果、図４（ｃ）に示すように、加熱域Ｈに圧縮応力が生じ、冷却域Ｃに引張応力が生じ（図４（ｃ）中、白抜き矢印で示す）、せん断破壊によってワークＷの表面Ｓａにクラックが発生（進展）する。

そして、搬送部によって、加熱域Ｈおよび冷却域Ｃを、ワークＷの搬送方向に移動させることで、クラックを連続的に生じさせて、スクライブ加工が行われる。

しかし、ワークＷの板厚が薄い場合、図４（ｄ）に示すように、レーザ照射部によるレーザ光の照射が行われると、ワークＷの板厚方向の全体が加熱域Ｈとなってしまう。そのため、噴射部によってワークＷの表面Ｓａに冷却媒体が噴射されると、図４（ｅ）に示すように、ワークＷの表面Ｓａ側が冷却域Ｃとなって収縮し、ワークＷの裏面Ｓｂ側が加熱域Ｈとなって膨張する。

すると、図４（ｆ）に示すように、ワークＷが反ってしまうため、ワークＷの表面Ｓａ側の引張応力、ワークＷの裏面Ｓｂ側の圧縮応力がそれぞれ緩和され、ワークＷの破壊強度を超える応力がたたず、クラックが発生しない。

本実施形態では、図３に示すように、図４（ｆ）に示す反りと逆向きに反るように、第１ローラ６および第２ローラ７がワークＷを押圧している。そのため、ワークＷの板厚が薄くとも、図４（ｆ）に示すような反りが生じず、ワークＷの表面Ｓａ側の引張応力、および、ワークＷの裏面Ｓｂ側の圧縮応力が緩和されず、確実にクラックを発生させることが可能となる。

また、第１ローラ６は、冷却媒体が噴射されるワークＷの表面Ｓａの裏面Ｓｂにのみ回転接触しており、レーザ光が照射されているときの照射領域Ａの裏面Ｓｂに接触することはなく、レーザ光の熱による劣化が生じにくい。そのため、耐熱性を考慮する必要がなく、例えば、硬度の低い樹脂などを用いて第１ローラ６を形成することが可能となる。

また、ワークＷにおいて反りが生じ得る冷却領域Ｂを、第１ローラ６と第２ローラ７とで挟持するといった簡易な構成でワークＷの反りを防止するので、ワークＷの反りを防止するための機構に特段の防水対策を施す必要もない。つまり、薄いワークＷに対しても適切にスクライブ加工を施すことが可能なレーザ加工装置１を低コストで提供することができる。

また、第１ローラ６は、基台２ａに対して着脱自在に設けられている。そのため、例えば、ワークＷの板厚が十分に厚く反りが生じない場合、第１ローラ６を外すことのみで、簡易にワークＷを平らにした状態でスクライブ加工を施すことができる。

また、ワークＷの板厚に応じた曲率の第１ローラ６を選択して設置することで、第１ローラ６の着脱といった簡易な処理で、異なった種類のワークＷにも適切に対応することが可能となる。

また、支持部６ａは、貫通孔２ｂの貫通方向に高さ調整が可能に構成されており、これによって、貫通孔２ｂから突出する第１ローラ６の突出量を調整することが可能となっている。そして、第１ローラ６は、ワークＷの板厚が十分に厚く反りが生じない場合、第１ローラ６がワークＷに非接触となるように、貫通孔２ｂ内に完全に収容させ、ワークＷの板厚が薄く反りが生じる場合、上述のように、ワークＷに接触する位置に第１ローラ６を移動させる。

ここで、第１ローラ６の移動は、例えば、モータなどによる電動式であってもよいし、手動式で貫通方向の位置を可変するものであってもよい。かかる構成により、ワークＷの板厚に応じ、第１ローラ６を移動させるのみで、異なった種類のワークＷに対して、確実に、かつ、最適にスクライブ加工を施すことが可能となる。

また、上記実施形態では、第１ローラ６の外周面６ｃが、貫通孔２ｂよりもワークＷ側（噴射部５側）に突出することとしたが、外周面６ｃと貫通孔２ｂの開口面とが、面一となるように設定してもよい。この場合であっても、第１ローラ６と第２ローラ７との間にワークＷが挟持されるので、ワークＷの反りを防ぐことができる。なお、上記実施形態では、第１ローラ６の高さ調整が可能であり、しかも、第１ローラ６の着脱が自在である場合について説明したが、例えば、ワークＷの厚さが常に一定である等、レーザ加工装置１の汎用性を考慮する必要がない場合には、第１ローラ６が所定の位置に固定されていてもよい。

また、上述した実施形態では、搬送部４が、ワークＷを、レーザ照射部３、噴射部５、第１ローラ６および第２ローラ７に対して移動させる場合について説明したが、搬送部４は、レーザ照射部３、噴射部５、第１ローラ６および第２ローラ７を、ワークＷに対して一体的に移動させてもよい。

また、上述した実施形態では、レーザ加工装置１が、ワークＷにスクライブ加工を施す場合について説明したが、ワークＷが薄い場合など、上記のスクライブ加工と同様の処理によって、ワークＷが割断（フルカット）される場合もある。すなわち、レーザ加工装置１は、ワークＷに対し、ワークＷを割断する割断加工を施してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、ワークにスクライブや割断などの加工を施すレーザ加工装置に利用することができる。

１ …レーザ加工装置
２ …ワーク支持部
２ａ …基台
２ｂ …貫通孔
３ …レーザ照射部
４ …搬送部
５ …噴射部
６ …第１ローラ
６ｃ …外周面
７ …第２ローラ
７ｂ …外周面
Ａ …照射領域
Ｂ …冷却領域
Ｓａ …表面
Ｓｂ …裏面
Ｗ …ワーク

Claims (6)

1. ワークを支持するワーク支持部と、
   前記ワーク支持部に支持された前記ワークの表面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、
   前記レーザ照射部と前記ワークとを相対移動させる搬送部と、
   前記レーザ照射部に対する前記ワークの移動方向前方側に設けられ、前記レーザ光が照射された前記ワークの表面に冷却媒体を噴射する噴射部と、
   前記噴射部から噴射された冷却媒体によって冷却される前記ワークの冷却領域である前記ワークの表面の反対側に位置する、ワークの裏面に回転接触する第１ローラと、
   前記ワークの冷却領域を挟んで少なくとも一対設けられ、前記ワークの表面に回転接触するとともに、前記第１ローラとの間で前記ワークを挟持する第２ローラと、を備えたことを特徴とするレーザ加工装置。
2. 前記第１ローラは、
   外周面の一部を、前記ワーク支持部によって支持される前記ワークの裏面よりも前記噴射部側に突出させており、前記第１ローラと回転接触するワークの冷却領域を、当該ワークの他の部位よりも前記噴射部側に膨らませることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工装置。
3. 前記ワーク支持部は、
   前記ワークの裏面に面接触して当該ワークを支持するとともに、当該ワークによって閉塞される貫通孔が形成された基台を備え、
   前記第１ローラは、
   前記基台の貫通孔内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工装置。
4. 前記第１ローラは、前記基台に対して着脱自在に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のレーザ加工装置。
5. 前記第１ローラは、前記貫通孔の貫通方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載のレーザ加工装置。
6. 前記レーザ照射部、前記噴射部、前記第１ローラおよび前記第２ローラの相対位置は固定されており、
   前記搬送部は、
   前記レーザ照射部、前記噴射部、前記第１ローラおよび前記第２ローラを、前記ワークに対して一体的に移動させるか、もしくは、前記ワークを、前記レーザ照射部、前記噴射部、前記第１ローラおよび前記第２ローラに対して移動させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のレーザ加工装置。

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