SmartCleaveによる切断：精密ガラス製造における明確な勝者

ガラスは5,000年以上も前から、文字通り私たちの身の回りに存在しています。そのため、物理的特性の非常に便利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逃しがちです。これらの中で最も明白で、最も価値のある特性の1つは、透明性があることです。

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物質です。さらに、ほとんどの化学物質、さらに多くの強酸とも反応しません。また、液体と気体はどちらもガラスを通過することはできません。ガラスは生体適合性もあります。つまり、滅菌済みのガラスを人体に安全に移植することができます。

これらの理由やその他の理由により、私たちのすべてが慣れ親しんでいる建築や自動車のウィンドウをはるかに超えて、ガラスの使用はいっそう洗練された製品にまで拡大しています。すでに医療機器、ライフサイエンス装置組込み、半導体ツール、家電製品で広く使用されています。後者では、電話、ラップトップ、タブレット、テレビのディスプレイ画面に使用されます。

古い方法ではガラスを切断できません

これらのハイテク用途の多くでは、製品をこれまで以上に洗練されたものにするだけでなく、物理的に小型化および軽量化するために、継続的な向上が図られています。ガラスの使用に関しては、これは通常、より薄い部品の必要性につながり、多くの場合、湾曲したエッジまたは切り欠きがあります。この例として、ホームボタン用の切り欠きがある携帯電話のディスプレイ画面があります。

しかし、この需要によって課題も生じます。これは、超硬工具を使用した古き良き時代の機械的切断やウォータージェット切断などの従来のガラス切断方法では、非常に薄いガラス片を簡単に処理できないため、またはこれらの種類の機能（特にタイトな曲線）を作り出せないためです。少なくとも、必要なコストと生産時間の制約の範囲内では実現できません。通常のレーザガラスによる切断でさえ、マーケティングを可能にする迅速さで、費用効果的に見合うように行うことはできません。

また、これらの古いガラス切断方法では、ガラスに非常に小さな亀裂と残留応力が発生します。これにより、ガラスはその後の処理や使用中に破損しやすくなります。奇妙なことに、ガラスが割れるとき、中央で力が加えられた場合でも、ほとんどの場合亀裂は外縁から始まります。

ほとんどのガラス切断加工方法では、通常、小さな切りくずや破片が生じ、さらにガラス表面に完全に垂直であるとは限らない切断エッジも作成されます。これらすべての処理のために、切断面の研削や研磨などのさまざまな追加手順が必要になる場合があります。

メーカーにとって、切断後に必要な追加の処理ステップは、生産時間とコストの増加を意味します。さらに、廃棄が困難な破片が発生したり、清掃に大量の水が必要になったりすると、環境に悪影響を与える可能性もあります。

SmartCleaveが正確なガラスの切断を高速化

「フィラメント化」と呼ばれる新しい切断方法は、薄いガラスの精密で、応力がなく、破片がなく、自由形状の切断に対する高まるニーズを満たすために特別に開発されたものです。フィラメント化には超短パルス（USP）レーザが必要です。これは、この技術が依存する非常に高いピークパワーを生成できるのは、超短パルスレーザだけだからです。

フィラメント化では、USPレーザをガラスに集束させて、数ミリメートルの深さになる可能性のある微細なボイド（またはフィラメント）のラインを作成します。連続して切断を行うために、レーザビームはガラスに対して適切なパターンで移動し、一連の非常に狭い間隔のフィラメントが生成されます。ガラスの厚さと種類に応じて、部品はカットに沿って直接分離するか、加熱して分離することができます。

フィラメント化により、厚さ0.05 mmから10 mmの範囲のガラスに曲線とはめ込み（テーパーなし）を高速で切断できます。また、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でも機能します。

Coherentは、SmartCleaveと呼ばれる独自の形態のフィラメント切断を開発しました。この手法では、当社のHyperRapidシリーズUSPレーザに独自の特性が具体的に活用されています。これらの1つは、いわゆる「バーストモード」操作であり、レーザが一連の高速発火パルスを伝送します。これにより、同じ総エネルギーを持つ一連のパルスよりも穏やかな加熱プロファイルが生成されますが、それはより長い期間にわたって供給されます。

SmartCleaveの利点は、切断速度が2倍に向上することです。また、他のフィラメント切断方法よりも滑らかで真っ直ぐな穴を生成します。さらにSmartCleaveでは、切断エッジでマイクロクラック、チップ、および破片が生じることがありません。これらすべてにより、後処理ステップが不要になるため、生産スループットが向上し、コストが削減されます。そして、機械的強度の高いガラスの完成部品が生み出されます。

ハイテク製品におけるガラスは、他にこれほど優れたものが存在しないため、今後も継続的に使用されることは明らかです。また、SmartCleave切断により、これらの要求の厳しい新しい用途に必要なレベルの精度で、ガラス部品を製造できるようになります。ガラス、サファイア、セラミック、複合材料を切断するSmartCleaveの詳細をご覧ください。