ガラスレーザー切断技術の基礎知識

ガラスは、自動車、建設、ヘルスケア、ディスプレイ、エレクトロニクス産業など、国民経済のさまざまな分野にわたって応用されている重要な産業材料です。その用途は、数ミクロンもの小さな光学フィルタやラップトップやタブレットのディスプレイ用のガラス基板から、自動車や建築などの大量生産分野で使用される大型のガラスパネルまで多岐にわたります。-

ガラスの顕著な特徴はその硬さと脆さであり、これが加工に重大な課題をもたらします。従来のガラス切断方法は超硬合金またはダイヤモンド工具に依存しており、これらは多くの用途で広く使用されており、2 つの主要なステップで構成されています。まず、ダイヤモンドチップや超硬砥石などを使ってガラスの表面にクラックを入れます。次に、機械的な力を加えて亀裂線に沿ってガラスを分割します。

ただし、このスクライビングおよび切断方法にはいくつかの欠点があります。材料を除去すると破片、破片、微小亀裂が発生し、切断端の強度が低下し、追加の洗浄プロセスが必要になります。機械的な力によって生じる分離線は通常非垂直であるため、このプロセスによって生じる深い亀裂は通常、ガラス表面に対して垂直ではありません。-。さらに、薄いガラスに機械的な力が加わることによる生産ロスもマイナス要因となります。

これらの欠陥は、ストレスフリー ガラスを使用し、分離に使用する治具をさらに最適化することで軽減できます。{0}それにもかかわらず、垂直の切断線の実現とエッジの破片や亀裂の防止との間の体系的な矛盾を完全に回避することは不可能です。レーザー技術の発展により、これらの品質問題に対する解決策が提供されました。

レーザースクライビングと分離

従来の機械的切断ツールとは異なり、レーザー ビームのエネルギーは非接触でガラスを切断します。-このエネルギーにより、ワークピースの特定の領域が事前に定義された温度まで加熱されます。急速加熱プロセスの直後に急速冷却が行われ、ガラス内に垂直方向の応力ゾーンが形成され、この方向に沿って破片や亀裂のない亀裂が形成されます。-破壊は機械的な力ではなく熱によって引き起こされるため、破片や微小亀裂は発生しません。その結果、レーザー切断エッジの強度は、従来のスクライビングおよび分離方法で作成されたエッジの強度よりも高くなります。{7}}仕上げの必要性が軽減されるか、完全に排除されることさえあります。また、ガラス破片の発生も完全に回避できます。

レーザースクライビングでは、レーザービームの加熱とその後の冷却の作用により、ガラス表面に深さ約 10mm (ガラスの厚さの約 10%) の線が刻まれます。その後、ガラスをスクライブした方向に沿って分割します。この技術ではガラスの破片が発生しないため、一般的な切断端のバリや強度の低下が回避され、その後の研磨や研削プロセスが不要になります。さらに重要なことは、この方法で処理されたガラスは、従来の方法で分離されたガラスよりも最大 3 倍の耐飛散性があります。-厚さが1mmから5mmのガラスの場合は、切断プロセス全体を単一のステップで完了することも可能であり、分離とその後の研磨、研削、すすぎのステップが不要になります。切断端の強度は、DIN- EN 843-1 の標準化された 4 点曲げ試験を使用して測定できます。- 1 枚のガラスを 2 つのローラーに固定し、別の 2 つのローラーをガラスの上面で使用して必要な曲げ力を生成し、その力を受けてガラスが 2 つの部分に分割されます。このテストは、分離の実現可能性に関する信頼できる統計データを得るために約 100 回繰り返されます。

ほとんどの場合、大量処理にはレーザー スクライビングと切断が推奨されます。処理速度が速く、精度が高く、パラメータ設定が簡単であるという利点があります。ただし、多くの異なるラインを切断し、処理時間が十分である場合は、乾式冷却方式と追加の切断ステップがないため、フル切断の方がより魅力的な方法です。-どちらの場合でも、高品質の切断エッジが実現されます。-ガラスにレーザー切断を使用すると、加工品質を向上させながら時間を大幅に節約できることは明らかです。

ガラスレーザー切断技術の応用

ハイテク製品を処理する大量生産ラインに新しく成熟したテクノロジーを移植するのは簡単な作業ではありません。{0}顧客の観点から見ると、導入前に、テクノロジーは完全に実証されているだけでなく、経済的に実行可能である、自動化された信頼性の高いソリューションである必要があります。実際には、革新的な技術の適用は 2 つのシナリオでのみ効果的です。1 つは、新製品の発売で革新的な機能を達成するか、加工ステップを削減して生産コストを削減するために新しい生産方法が必要な場合、もう 1 つは既存の生産が経済的圧力に直面しており、それを緩和するために生産方法の大幅な改善が必要な場合です。

フラット パネル ディスプレイ業界では、多くの加工ラインにわたる数千時間にわたる適用検証を経て、レーザー切断技術が生産ラインでの地位を確立するまでに 5 年かかりました。現在では、エレクトロニクス産業におけるガラスを含む通信製品やモバイル製品、センサー、タッチパッド、ガラス ケースなどの壊れやすい薄いガラス コンポーネントを使用したその他の製品など、ガラス破損のリスクがある新製品の製造が一般的に考慮されています。-

生化学産業と同様に、これらの分野は従来の切断または研削ステップによって生成される粒子に非常に敏感であるため、処理は通常、クリーンルームで行われます。例えば、DNAコード（生化学バーコード）をコーティングした基板材料やレーザーで切断した材料が製品検査に使用されます。レーザー切断技術の次に有望な応用産業は、太陽エネルギー産業と自動車産業です。

金属加工業界でレーザー技術が長年にわたって発展してきたのと同じように、ガラス加工のレーザー切断技術も進化し続けます。従来の方法に代わって、さまざまな製品の加工に広く使用されるでしょう。しかし、従来のガラス加工方法は、一般にカットエッジの品質要件がそれほど高くない用途において、ほとんどのガラス製品の加工において重要な位置を維持し続けます。

レーザー形状切断は、エレクトロニクス、自動車、建設業界で活躍する革新的な技術です。ガラスのレーザー切断に加えて、穴あけ、面取り、コーティング除去など、他の多くのレーザーベースのガラス加工方法がさらなる開発とテストの段階にあります。-これらのプロセスには、緑色レーザーなど、さまざまな種類のレーザーが必要です。