SmartCleave 切断：精密 製造における圧倒的な優位性

ガラスは文字通り私たちの身の回りの至る所にあり、その歴史は5,000年以上にも及びます。そのため、ガラスが物理的特性の非常に有用な組み合わせを備えた、ユニークな素材であるという事実を見落としがちです。その中でも最も明白であり、かつ最も価値のある特性の一つが、その透明性です。

しかし、ガラスは機械的強度が高く、比較的傷がつきにくいという特徴もあります。さらに、ほとんどの化学物質、多くの強酸でさえも反応しません。また、液体も気体も透過しません。ガラスは生体適合性もあるため、滅菌処理されたガラスは人体に安全に埋め込むことができます。

こうした理由をはじめ、さまざまな要因により、ガラスの用途は、私たちにとっておなじみの建築用や自動車用の窓をはるかに超え、ますます高度な製品へと広がっています。すでに医療機器、ライフサイエンス用機器、半導体 、そして民生用電子機器などで広く利用されています。特に民生用電子機器においては、スマートフォン、ノートパソコン、タブレット、テレビなどのディスプレイ画面に使用されています。

従来のやり方では通用しない

こうしたハイテク分野の多くの用途において、製品をますます高性能化すると同時に、物理的なサイズを小型・軽量化しようとする動きが絶えず進んでいます。ガラスの使用という点では、これは通常、より薄いガラス板への需要につながり、その多くは曲面エッジや切り欠きを備えています。その一例として、ホームボタンのための切り欠きがある携帯電話のディスプレイが挙げられます。

しかし、この需要は課題も生み出しています。というのも、超硬工具を用いた昔ながらの機械切断やウォータージェット切断といった従来のガラス切断方法では、極薄のガラス板を容易に加工したり、特にきつい曲線のような形状を作り出したりすることができないからです。少なくとも、求められるコストや生産時間の制約の中で実現するのは困難です。一般的なレーザーガラス切断法でさえ、市場投入に耐えうる速度でコスト効率良く加工することはできません。

また、こうした従来のガラス切断方法では、ガラスに微細なひび割れや残留応力が生じます。そのため、その後の取り扱いや使用中にガラスが破損しやすくなります。というのも、奇妙なことに、ガラスが破損する際、たとえ中央に力が加わったとしても、ひび割れはほぼ必ず外縁から始まるからです。

また、ほとんどのガラス切断工程では、通常、小さな欠けや破片が発生し、切断面が必ずしもガラス表面に対して完全に垂直にならないことがあります。こうした理由から、切断面の研磨や仕上げといった追加の工程が必要になる場合があります。

製造業者にとって、切断後に追加の加工工程が必要となることは、生産時間の増加とコスト増を意味します。さらに、処分が困難な廃棄物が発生したり、洗浄に大量の水が必要になったりする場合、環境に悪影響を及ぼす可能性があります。

SmartCleaveが精密 ガラス切断を高速化

「フィラメンテーション」と呼ばれる新しい切断法は、薄板ガラスの精密応力や切断屑のないフリーフォーム切断に対する需要の高まりに応えるべく、特別に開発されました。フィラメンテーションには超短パルス（USP）レーザーが不可欠です。なぜなら、この技術が依存する極めて高いピーク出力を発生させることができるのは、超短パルスレーザーだけだからです。

フィラメンテーションでは、超短パルス（USP）レーザ ガラスに超短パルス（USP）レーザ 深さ数ミリメートルに達する微細な空隙（フィラメント）の列を形成します。連続的な切断を行うには、レーザビーム をガラスに対して所定のパターンで移動レーザビーム 、非常に間隔の狭い一連のフィラメントを生成します。 ガラスの厚さや種類によっては、切断面に沿って部品が直接分離する場合もあれば、加熱することで分離できる場合もあります。

フィラメント加工により、厚さ0.05mmから10mmのガラスに対して、曲線やインセット（テーパーなし）の高速切断が可能になります。さらに、タッチスクリーンディスプレイで広く使用されている化学強化ガラスにも適用可能です。

Coherent 、「SmartCleave」と呼ばれる独自のフィラメント化切断Coherent 。この方法は、当社のHyperRapidシリーズUSPレーザーが持つ独自の特性を特に活用したものです。その一つが、いわゆる「バーストモード」動作であり、レーザーが高速で連続したパルスを照射するものです。これにより、総エネルギーは同じであっても、より長い時間をかけて照射される一連のパルスと比較して、より穏やかな加熱プロファイルが得られます。

SmartCleaveの利点は、切断速度が最大で2倍に向上することです。また、他のフィラメント化切断方法に比べて、より滑らかで真っ直ぐな穴を形成します。さらに、SmartCleaveでは、微細な亀裂や欠け、破片のない切断面が得られます。これらすべてにより、生産スループットが向上し、後処理工程が不要になることでコストを削減できます。そして、機械的強度に優れたガラス部品が完成します。

ハイテク製品におけるガラスの使用は、これに代わる素材が存在しないため、今後も確実に続くと見込まれます。そして、「SmartCleave」による切断技術により、こうした要求の厳しい新たな用途精密 ガラス部品の製造が可能になります。ガラス、sapphire、セラミックス、複合材料の切断に最適な「SmartCleave」について、ぜひ詳しくご覧ください。