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JP6005851B2 - 平らなガラスのエッヂに斜面を作成する方法および装置 - Google Patents
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平らなガラスのエッヂに斜面を作成する方法および装置 Download PDF

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Description

本発明は、一方では方法を対象とし、他方では装置を対象とする特許請求の範囲の独立項の導入部の特徴を有する方法およびデバイスに関する(特許文献1)。
特許文献2から、ガラス、特に平らなガラスを、レーザー照射を使用して分割する方法および装置が知られている。この既知の方法を使用して、バンドル化(bundled)レーザー光線が、分割されることになる平らなガラスに向けられ、そして平らなガラスの下に並べられた反射面で反射される。反射したレーザー光線は、レーザーのヘッドに並べられ、そしてバンドル化したレーザー光線用の開口部を有する反射鏡を使用して二つのレーザー光線のバンドルの状態で平らなガラス上で再度反射し、ここでこの反射鏡には二つの空洞様の細長い反射面が設けられている。バンドル化レーザー光線により、平らなガラスを加熱せずに平らなガラスに微小クラックが生成される。反射鏡の反射面により反射したレーザー光線バンドルは、微小クラックの両側に加熱された領域を生じる。それらから生じる熱応力の作用下で、微小クラックは平らな全ガラス厚にわたり開き、そして平らなガラスが分割される。
レーザー光線の使用により平らなガラスを分割する別の方法は、特許文献3から知られている。この既知の方法では、レーザー光線、特にCO2レーザーが使用され、これにより集束したレーザー光線が最初に使用され、次いで非集束レーザー光線が使用される。集束レーザー光線を使用すると、与えられる分離線に軟化点を超える温度が生成される。軟化点より上の温度でガラスに作用する非集束レーザー光は、さらに引張応力を生じるので、与えられた分離線が開かれる。
ガラス材料をレーザーにより分離する方法は、非特許文献1から知られるようになった。この既知の方法はほとんどの部分がガラス材料に透過性のNd:YAGレーザーの重複反射に基づく(MULTIPLE LASER BEAM ABSORPTION,MLBA)。この方法は、ガラス厚に依存して照射が最高85%まで透過するNd:YAGレーザーを使用する。分割されることになるガラスによる総吸収は、光線の重複反射により上昇し、そして熱応力が全ガラス厚にわたり導入される。この場合、レーザーヘッド、レーザーヘッドに取り付けられた上部反射鏡、およびガラスの下、すなわちレーザーヘッドとは反対のガラス側に設けられた下部反射鏡を有する装置が使用される。
この方法に関して、複合安全ガラス(composite safety glass)(VSG)のような何枚も重なった数枚のガラスパネルも1回の作業で分割されることになる。
現在まで、既知の方法の現実的な実施は、その良くない性能とガラス破断の信頼性のない工程により成功していない。
特許文献1から、先に切断砥石を使用してガラスパネルに切れ目を入れた後、レーザー光線をガラスパネルに作用させることにより平らなガラスパネルの側面のエッヂに斜面を作成することが知られている。
レーザー照射を使用してガラスパネルに切断スリット(cutting slit)を作成するための別の方法およびデバイスは、特許文献4から知られている。レーザー照射を用いてガラスパネルを分割するこの方法では、ガラスパネルは、ガラスパネルの第一面から、それとは反対側で幾らか離れているガラスパネルの第二面への1もしくは複数の貫通によるレーザー照射により局所的に加熱され、そしてこのようにして生じた切断スリットの熱応力によりガラスパネルが開かれる。レーザー照射は本質的に第一面上での反射および屈折なしにガラスパネルに導入される。
特に特許文献4では、この手法はレーザー照射を光学的構成要素、すなわちプリズムを通してプリズムの光線出口面まで走らせ、次いで本質的に屈折なし、かつ反射なしで光線出口面と直接接している液体に導入し、そして液体と直接接しているこのガラスパネルの第一面から、ガラスパネルに導入するように行われることになる。この場合、液体はガラスパネルと少なくともほぼ同じ屈折率を有することになる。この場合、レーザー照射はガラス表面の第一面による光線のバンドルの入力点での投射軸に関して斜角の入射角で導入され、これにより第一面からのレーザー照射の入射角は、ガラスパネルの第二面によるレーザー照射の全反射が行われるように選択されることが提供される。
ガラスの分割では、「レーザースコーリング(laser scoring)」および「レーザーブラスティング(laser blasting)」が非特許文献2から知られている。この参考文献もレーザーで分離したガラス材料の後処理に言及し、ここではクラックなしの斜面を作成するために、ガラススパンはCO2レーザーによりエッヂ上をブラストされるべきであると述べている。しかし詳細な説明なしに上記参考文献から知られた方法は、別の方法で分離したガラス部分がレーザー照射による加熱中に直ぐに破壊されることから、レーザーで分離したガラスの構成要素の場合にのみ有用となり得る。
欧州特許公開第2286972A号明細書 オーストリア特許公開第501000A1号明細書 ユーラシア特許機構特許第004167B1号明細書 国際公開第2008/080182A1号パンフレット
Laser Center,Hannover,EV(http//www.lzh.de) A.Ostendorf et al."Light Instead of Cutting Wheels−Separating Glass Materials by Means of Laser Radiation"in the Future of Glass−from the Tradition of High−Tech Products,5th Symposium;June 17−18,Zwiesel 2004,pp.31−40.
本発明の目的は、後の磨き、すなわち後に研磨道具を用いた機械加工が省略されるように、レーザー光線を使用してガラスパネルの分割(ガラスパネルの切断)中に、少なくとも一つの斜面もそのように形成されたガラスパネルの側面に作成される、上に挙げた種類の方法および装置を示すことである。
この方法に関するこの目的は、この方法を対象とした独立項の特徴により達成され、そしてこれまでのところ装置に関しては装置を対象とした独立項の特徴で達成される。
本発明による方法および本発明による装置の好適でしかも有利なさらなる開発は、従属項の主題である。
本発明による方法および本発明による装置で、ガラスパネルが組み立てられた時に側面上の極めて鋭いエッヂにより、レーザーで切断したガラスパネルにチッピングが起こることが回避される。このことは次いでエッヂ領域に引張応力が発生するという事実にもかかわらず、ガラスパネルの縁が平坦である場合にもあてはまる。そのようなチッピングはガラスパネル中の微小クラックの開始点であり、これは後にガラスパネルに割れを生じる可能性があるために不利となる。
本発明には、少なくとも一つの斜面の作成に第二の追加のレーザーヘッドが準備され、これは第一のレーザーヘッドが切れ目(これでガラスパネルが分割される)を作り、そして斜面(1もしくは複数)を作成した後に作用することになる点が極めて重要である。
本発明による方法では、斜面を作成する時にガラスパネルに特別に切れ目を入れる必要が無い点が有利である。
本発明による手段、または本発明による装置により、少なくとも一つの追加のレーザーヘッドを用いて作成される少なくとも一つの斜面により鋭いエッヂが除かれる。
本発明では、レーザー光線の作用下で斜面が有利に作成される。
本発明による方法を実施する場合、ガラス材料のガラスへの光線の入口で、レーザー光線の反射を防ぐかまたは少なくとも最小とするための手段が取られることが好ましい。
これに関して、本発明による方法の場合の一態様では媒体が提供され、そして該媒体は(平らなガラスの)ガラス材料の表面を覆うためにレーザー光線の領域に配置され、そしてガラス材料中のガラスの屈折率に(本質的同一ではないとしても)少なくとも類似の屈折率を有する。所謂「光学的パテ(optical putty)」として作用するこの
媒体は流体、特に液体であることができ、これは斜面が作成されることになるエッヂを囲む。例えば水またはグリセリンが本発明の範囲内で媒体として適している。
上に挙げた反射を防ぐかまたは最少にするための別の可能性は、ガラス材料のガラスにブリュースター角でレーザー光線を向けることからなる。この手段は「光学的パテ」の使用として作用する媒体の使用と一緒に適用することができる。
媒体、例えば液体が流れ、そしてこの場合は(平らなガラス)のガラス材料のエッヂに流れる場合、同時に冷却が生じるが、これはガラスに応力を生じ、この応力が斜面を作成する場合にガラス部分をブラストするために有利である。
本発明による方法を実行する場合、レーザー光源はレーザー光源からレーザー光線の少なくとも出口の領域で媒体中にあることが好ましい。またレーザー光線用の反射鏡は、少なくともレーザー光線が反射鏡に到達する領域に、および媒体内で反射鏡から反射したレーザー光線が再出現する領域に配置されることが好ましい。
本発明の範囲で使用する反射鏡は、例えば金属鏡のような(単純な)鏡である。本発明の範囲で、考えられる反射鏡は冷却および必要な光学的機能に二次的な機能を任意に組み込む複雑な構成要素であることもできる。いずれの場合でも、反射鏡は入口界面および出口界面を有することになり、これにより少なくともその入口界面および出口界面は「光学的パテ」として作用する媒体中に並べられ、そして必ずしも全面反射鏡である必要はない。
本発明の範囲において、偏光レーザー照射を使用することが考察される。この場合、レーザー光線を所謂「ブリュースター角」でガラス材料に向けることが有利であると判明した。それというのもこの場合、偏光がガラス材料の表面の平面またはガラス材料の上に配置された媒体に平行すると仮定すると、いかなる反射も排除され、そしてレーザー光線は表面を通ってガラス材料の中に完全に入り、そして媒体の使用が必要なくなるか、あるいは媒体の屈折率とガラス材料の屈折率とが完全に一致しない場合に生じる反射を抑えることができるからである。
レーザー光線が上で述べたブリュースター角でガラス材料に向けられる場合、ガラス材料の表面を覆い、そして「光学的パテ」として作用する媒体はその屈折率(これはガラス材料の屈折率と同じか、または少なくとも類似する)から絶対的には必要ではない。それというのもレーザー光線がブリュースター角で入射する場合、反射が起こらないからである。
本発明の範囲では、斜面を作成するために異なる特性の(二種類の)レーザー光線を使用することも考慮する。例えばクラックを形成するために、およそ0.5μmの波長のレーザー光線を使用することができる。このクラックを開くために、すなわちガラス部分を分離すると同時に所望する斜面を形成するために、およそ10.6μmの波長のレーザー光線(例えばCO2レーザー)を使用することができる。
本発明では、反射中にレーザー光線をバンドル化し、これにより焦点を好ましくガラス材料内にすることも与えられる。このバンドル化は凹面反射鏡を使用することにより達成できる。本発明による方法のこの態様で、さらに凸面の斜面を作成することが可能になる。
本発明による方法では、ガラス材料として平らなガラスの側面上に、側面の一エッヂ上に一斜面を、あるいは複数の斜面を平らなガラスの側面の両エッヂに特に同時に作成する
ことができる。
必ずというわけではないが、本発明による方法および本発明による装置は、レーザー部分(laser parts)により作成されるガラス材料(平らなガラス)に斜面を形成するために特に適するものでもある。
本発明による方法のこの好適な応用では、少なくとも一つの斜面の作成に第二の追加のレーザーヘッドが準備され、これは第一のレーザーヘッドが切れ目を作り、そして斜面(1もしくは複数)を作成した後に作用することになるように提供される。
本発明による方法および本発明による装置で、ガラスパネルが組み立てられた時に側面上の極めて鋭いエッヂにより、レーザーで切断したガラスパネルにチッピングが起こることが回避される。このことは次いでエッヂ領域に引張応力が発生するという事実にもかかわらず、ガラスパネルの縁が平坦である場合にもあてはまる。そのようなチッピングはガラスパネル中の微小クラックの開始点であり、これは後にガラスパネルに割れを生じる可能性があるために不利となる。
本発明による手段、または本発明による装置により、少なくとも一つの追加のレーザーヘッドを用いて、特にレーザー切断ガラス部分の側面上に作成される少なくとも一つの斜面により鋭いエッヂが除かれる。
本発明で適用される方法、および本発明による方法で実施できる装置は、以下の図面を参照にしてさらに詳細に説明される。
レーザーを用いてガラスを切断する原理を示す。 図1の原理の変形を示す。 3aおよび3bは、レーザー照射のプロットの態様を示す。 レーザー照射でガラスを切断する時に発生する高温領域を図解で示す。 レーザー照射でガラスを切断する別の態様を示す。 レーザー照射でガラスを切断する別の態様を示す。 本発明による二つの斜面の作成を図解で示す。 本発明による唯一の斜面の作成を図解で示す。 本発明による方法を実施するための装置の一態様を示す。 変更された態様を示す。 一側面の二つのエッヂに斜面が提供される態様を示す。
第二ガラス面上へレーザー光線の全反射の効果を適用するレーザー照射を使用した図1
に示すガラスの切断では、レーザー光線1がプリズム4に当たり、これによる角度は90°に近い。分割されることになるガラス5の法線面とレーザー光線1の光学軸との間のこの角度αは、ガラス5の内部全反射の角度より大きいか、または等しい。レーザー光線1をプリズム4から分割されることになるガラス5に導入するために、それらは光学的に接触していることが重要である。このことは図1において、プリズム4と分割されることになるガラス5との間の領域2で光学的接触がなされていることにより達成され、この接触は例えば特別な液体(水またはグリセリン)または(柔軟性の)透過性(フィルム様)材料3により作られる。
本発明の範囲では、プリズム4の側面に複雑な幾何形状を持たせることができるので、それらは特別な形状のホットスポットを生成する(注図4)。
プリズム4とガラス5との間の光学的接触は、ガラス5とプリズム4との接触面の正確な配列によっても達成することができ、これにより領域2における許容できる最大可能な隙間は照射の波長よりも小さくなるべきである。
図1に図解で示す方法の利点は、反射面を持つ切断テーブルがもはや必要ではなく、そして全反射により高い歩留りと低い損失が生じる点である。
図2では光源6からのレーザー光線1がプリズム4に入り、そしてプリズム4から分割されることになるガラス5に入ることを示す。光線1は、反射したレーザー光線が所望の、そして必要な形を有する光線を形成するように、ガラス5内を距離Lにわたり繰り返し全反射し続け、そしてガラス5から第二プリズム7を通って出て、そして鏡8に反射する(反射集光系)。
この図解の実際的応用は、図3aおよび3bで薄いガラスについて示す。
図4は図4に示すパターンに従うホットスポットをガラス5上に形成することが有利であることを図解で、そして平面図で示す。主レーザー光線1が図4ではホットスポット9を形成し、逆に図4で反射したレーザー光線10はホットスポット11を形成するので、ガラス5は分離線12に沿って分かれる。
特別な場合、図5に示すような反射する構成要素8の機能は、図5に示すプリズム13の特別に形成された面4により達成されることができ、このプリズムは適切な形状を持つように設計され、そして反射コーティングが施されている。
また内部全反射の効果を達成するために、切断されることになるガラス5と接触する領域2で光学的接触を強化する柔軟な透過性材料を使用することにより、レーザー光線1をガラス5に向けることも可能である。特別な場合(注図6)、これはガラス5に押し当てられる透過性材料(柔軟性)でできたボール14(例えば透過性ポリマーで作られたボール14)により達成することができ、そしてレーザー光線1がそれを通るように向けられる。
図7に示すように、分割したガラス5の側面15に斜面17を作成するために、本発明による方法では追加のレーザー光源6が使用され、ここで隙間18がすでに作成した切断の領域で形成されている。
図7および図8には示していないが、ガラス表面上の媒体の存在もこれらの態様で考慮される。この媒体、例えば水またはグリセリンは、平らなガラスパネルのガラスの屈折率と同一でなくても少なくとも類似の屈折率を有する。この媒体は好適であるように液体で
あれば、エッヂが斜面の形成により処理されるガラスパネルの側面に流れる。
特に図7に従い、側面15上に作成されることになる各斜面17について、レーザー光源6を準備することが提供される。反射鏡19が各レーザー光線6に割り当てられる。このレーザー光源6および割り当てられた反射鏡19は、駆動(示さず)により側面15に沿って隙間18の領域を動かされ、そして斜面17を、これまでに説明した原理に従いガラス5の部分により作成されるガラス部分(ガラスブランク)の側面15に作成する。
分割したガラス5の2つの側面15は斜面17を作成しながら同時に処理される必要はないと理解される。これは順次行うこともできる。
同様に、二つの斜面17をガラス5の一つの側面15に作成することは有利であるが、必ずしも必要ではない。唯一の斜面17で十分であることが多く(注図8)、さもなければ斜面17は順次作成され、これは装置にかかる経費を下げることを意味する。
図8では、レーザー光線1を使用して、ブランクの側面15の一エッヂ16の領域で、ガラス5の一部により形成されるガラスブランクの側面15上に、どのように斜面17を形成するかに重点をおいて図解で示している。この場合、光線経路は原理的には図1から7で示すように反射鏡19の影響下で走ることができる。
本発明の方法が実行される場合、その手順は例えば図9、10または11に示すように行うことができる。
図9の態様では、斜面17が作成されることになるガラス5の特にエッヂ16の領域は、ガラスの屈折率と同一(1.4−1.6)または少なくともそれに近くなる屈折率を有する媒体20により覆われる。結果として、レーザー光源6から出る光線1の反射は、ガラス5に移る間、そしてそこから出る間、防がれるか、または少なくとも最少とされる。ほとんど「光学的パテ」として作用するこの媒体20は、例えば液体、特に水またはグリセリンであることができる。
エッヂ16の領域に存在し、そしてそれを覆う媒体20は、流れ(矢印21)、すなわちエッヂ16に流すこともでき、これは同時にレーザー光線1の外側にある領域、すなわち斜面17の形成中にブラストされることになるガラスエッヂ16の領域を冷却するので、破壊を生じる応力、すなわち斜面17の作成の支持を生じる点で有利である。
斜面17を作成するために、本発明による方法の図9に示す変形では、レーザー光源6も、少なくともレーザー光源6から媒体20へのレーザー光線1の出口点の領域に配置される。同じことが反射鏡19にも当てはまり、これも媒体20中での反射に少なくとも有効な領域に配置される。反射鏡19は旋回可能(pivotable)であることができる(矢印22)。
図9に示す装置では、レーザー光源6およびまた反射鏡19を調整することができ、これにより特にレーザー光線1の方向の調整が可能になる。
図10はレーザー光線1がバンドル化されるように凹型反射面を持つ反射鏡19が設計される変形を示し、これにより効果の改善がなされる。加えて図10の変形では平らではなくむしろ凸面(丸または多角形)の外面を持つ斜面17を作成することが可能になる。レーザー光源6(矢印23)および/または反射鏡19(矢印24)を調整することにより、レーザー光線1の焦点25を斜面17の作成が最適となるように設定できる。
図11に示すような本発明による方法を用いて、両方の斜面17を一回の操作でガラスパネル5の側面15に作成することが達成できる。第二反射鏡19も媒体20内での反射に少なくとも効果的な領域に配置する場合が有利であり、これによりレーザー光線1のガラス5への、およびガラス5からの移動ができる限り反射の無い様式で可能になる。
本発明の範囲では、斜面の作成中に異なる波長を有するレーザー光線を用いて手順を行うことを考慮する。この場合、(第一)波長はクラッキングに特に有利かつ効果的となるような一つのレーザー光線を選択することができ、そして(第二)の波長はそのクラックが開くために特に有利かつ効果的となるような第二のレーザー光線を選択することができる。例えばクラッキングに関与するレーザー光線は0.5μmの(第一)の(緑領域の)波長を有し、逆に第二レーザー光線(例えばクラックを開くためにCO2レーザー)には、(第二)波長は10.6μmの波長をもつものが好ましい。
まとめると本発明の態様は以下のように記載することができる。
ガラスを、特にレーザー照射を使用してガラスでできたブランク5に分割した後、レーザー光線1は、ガラスをエッヂ16から分離すると同時に、側面15に存在する斜面17を形成するために、形成されたブランク5の側面15の少なくとも一つのエッヂ16に向けられる。斜面17を形成するために、少なくとも一つのレーザー光源6およびそれに割り当てられた反射鏡19は、側面15に沿って移動するので、レーザー光線1(これはブランク5の平面と鋭角を囲む)は、斜面17の形成に有効である。側面15には、屈折率がガラスの屈折率に少なくとも近い液体20が流される。

Claims (18)

  1. ガラス材料でできた製品(5)の側面のエッヂ(16)に、レーザー光線(1)により斜面(17)を作成する方法であって、レーザー光線(1)が製品(5)の表面に対して鋭角に向けられ、レーザー光線(1)の製品(5)への入口領域およびレーザー光線(1)の製品(5)からの出口領域に媒体(20)が提供され、この媒体(20)は1.4〜1.6の屈折率を有していて、作成されることになる斜面(17)上のエッヂ(16)の領域、レーザー光線(1)の製品(5)への入口領域およびレーザー光線(1)の製品(5)からの出口領域を覆い、その結果として、レーザー光線(1)が製品(5)に入る間および製品(5)から出る間、レーザー光線(1)の反射が防がれるかまたは最小とされ、そしてレーザー光線(1)を反射する反射鏡(19)がその反射領域が媒体(20)内にあるように配置されることを特徴とする上記方法。
  2. 媒体として、流体が使用される請求項1に記載の方法。
  3. 流体として、水またはグリセリンが使用される請求項2に記載の方法。
  4. レーザー光源の位置が斜面が形成されることになるガラス製品の側面に対して調整できる請求項1に記載の方法。
  5. 反射鏡の位置が斜面が形成されることになるガラス製品の側面に対して調整できる請求項1に記載の方法。
  6. 前記反射鏡がエッヂから出た後のレーザー光線を第二のエッヂに向け直し、そして第二のエッヂを出たレーザー光線を第二反射鏡から前記反射鏡へ反射させる、請求項1に記載の方法。
  7. 反射鏡として、平面の反射面を持つ反射鏡または凹面の反射面を持つ反射鏡が使用される請求項1に記載の方法。
  8. 第一の波長を有する第一のレーザー光線で斜面の位置にクラックを形成し、第一の波長とは異なる第二の波長を有する第二のレーザー光線でクラックを開いて斜面を得る請求項1に記載の方法。
  9. 第一の波長が緑領域の波長であり、そして第二の波長が10.6μmである、請求項8に記載の方法。
  10. 斜面が作成されることになるエッヂに媒体が流れる請求項1に記載の方法。
  11. 反射鏡が凹面であり、レーザー光源および反射鏡が、レーザー光線の焦点がガラス物品内にあるように配置される請求項1に記載の方法。
  12. 液体が泡を含まない様式で適用される請求項2に記載の方法。
  13. ガラスをガラスでできたブランクにレーザー光線を使用して分割する請求項1に記載の方法であって、バンドル化レーザー光線が、分割されることになるガラスに向けられ、そして少なくとも二つのブランクの形成を含むガラスが、切れ目の領域にある側面で分割され、ガラスが分割された後、レーザー光線がガラスを側面から分離するために形成されたブランクの側面の少なくとも一つのエッヂに向けられると同時に、請求項1に記載の方法を適用しながら側面に斜面を形成する上記方法。
  14. 少なくとも一つの斜面が、ガラスをブランクに分割するレーザー光線から独立した少なくとも一つのレーザー光線の作用により作成される請求項13に記載の方法。
  15. ブランクの片側で、側面の二つのエッヂ領域に斜面が作成される請求項13に記載の方法。
  16. レーザー光源(6)を用いて、ガラス(5)を少なくとも二つのブランクに分割するための請求項13に記載の方法を実施するための装置であって、少なくとも一つの追加のレーザー装置(6)が準備され、その作用平面が第一のレーザー装置(6)の作用平面に対して鋭角であり、そしてそのレーザー光線(1)がブランク(5)の側面(15)上の一つのエッヂ(16)内の領域に向けられ、そして斜面(17)を作成するための反射鏡(19)がレーザー光源(6)に割り当てられ、この反射鏡はブランク(5)の側面(15)に沿ってレーザー光源(6)と同調して駆動することにより調整できる上記装置。
  17. ガラス(5)を分割するために、レーザー光源(6)と、分割されることになるガラスの第一表面と接触している光学的に透明な材料からなるプリズムと、および反射系とを、反復内部全反射後に別のプリズムを通る出口点でガラスから出るレーザー光線を反射しそして再びガラスに導入するために備える請求項16に記載の装置。
  18. ブランクの一つの側の上において、その側の二つのエッヂの領域内に斜面を形成する請求項14に記載の方法。
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