JP2006273695A - ガラス板の切断面の処理装置及び処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ひび割れや欠損等の破損の発生を効果的に防いでガラス板の安全性や強度等の品質を保持しつつ、大規模な周辺設備を必要とせずにガラス板の切断面の処理工程にかかる時間を短縮することのできるガラス板の切断面の処理装置及び処理方法を提供する。
【解決手段】ガラス板の切断面に照射される第１レーザ光を発振する第１光源と、ガラス板の板面のうち、第１レーザ光の照射範囲の周辺領域に照射される第２レーザ光を発振する第２光源と、第１レーザ光及び第２レーザ光を誘導する誘導手段と、第２レーザ光によって昇温される周辺領域に対応する第１レーザ光の照射範囲において、第１レーザ光の照射範囲のガラスが溶融されるように、第１レーザ光のエネルギ密度を調整する第１調整手段と、第２レーザ光によってガラス板の周辺領域が破損されることなく昇温されるように、ガラス板に照射される第２レーザ光のエネルギ密度を調整する第２調整手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス板の切断面の処理装置及び処理方法に関するものである。

通常、ガラス板を所定の形状に機械的に切断する場合、その端面（切断面）の稜に鋭利な角部が生じると共に、端面にチッピングやクラックが発生することがある。このような端面を有するガラス板は、強度が低く安全性に欠けるため、端面を砥石で研磨し、面取りや端面の平滑化を行う必要がある。
しかし、砥石を用いて行う研磨では、ガラス板の端面にマイクロクラックが残留する可能性が高い。また、このような研磨は湿式であるため、ガラス板に対して水処理工程や乾燥工程を施すことが必要である。

このような砥石による研磨を行うことなくガラス板を処理する装置や方法として、レーザ光をガラス板の切断面（端面）に照射することにより、端面を平滑化するガラス板の処理装置及び処理方法が幾つか提案されている（例えば、特許文献１ないし特許文献５参照）。

ここで、特許文献１及び特許文献４記載の発明について代表的に説明する。
図３に示すものは、特許文献１記載のガラス板処理装置及び処理方法の構成を概略的に示す図である。
図３において、ガラス部材１１の全体を常温より高い所定温度に保持した状態で、レーザ光１２をガラス部材１１に照射すると、ガラス部材１１の角部１１ａの少なくとも一部分（レーザ光の照射スポット１２ａが当たっている部分及びその周辺）がその他の部分よりもさらに高温に加熱される。この結果、ガラス部材１１の角部１１ａの少なくとも一部分は軟化して丸くなることによって面取り及び平滑化が行われる。

このように、特許文献１記載のガラス板処理方法では、ガラス板全体を所定温度に加熱した上で、ガラス板の端面にレーザ光１２を照射して加工を行うことにより、局所的かつ急激な温度上昇によるガラス部材１１のひび割れや欠損等の破損を抑制している。

図４は、特許文献４記載のガラス板の処理装置及び処理方法の構成を概略的に示す図である。
図４に示すように、ガラス、セラミックまたは金属等のワークＷは、搬送装置１５により予熱装置１３、レーザ光照射装置１４、徐冷装置１６を順番に矢印Ａ１の方向に通過する。

ワークＷは、予熱装置１３により加工温度未満に全体的に加熱されて搬送され、レーザ光照射装置１４により加工部位（端面）にレーザ光が照射される。こうしてワークＷの加工部位は、レーザ光により加工温度以上の温度に加熱されて面取りないし平滑化が行われる。加工されたワークＷは、徐冷装置１６によりワークＷの加工温度未満の温度に冷却される。
このように、ワークＷに局所的かつ急峻な勾配を有する温度分布を生じさせずに、ひび割れや欠損等の破損を抑制していた。

特開平２−２４１６８４号公報 特開２０００−３４４５５１号公報 特開２００２−０１２４３６号公報 特開２０００−２８８７６３号公報 特開２００１−１２９６８０号公報

従来のガラス板の切断面の処理装置及び処理方法は、上述のように構成されているため、次のような課題があった。
すなわち、レーザ加工前にガラス板全体を常温より高い所定温度に予備加熱（予熱）する必要があり、かつ、レーザ加工後にガラス板全体を所定温度から常温へ徐々に冷却（徐冷）する必要があるため、処理工程に時間がかかり生産性を阻害していた。

また、ガラス板全体の予備加熱や徐冷を行なうことなく、常温のガラス板にレーザ光を照射すると、レーザ光の照射部位及びその周辺で急激な温度上昇と冷却が生じるため、ガラス板に局所的かつ急峻な勾配を有する温度分布が生じ、ガラス板にひび割れや欠損等の破損が発生する可能性が高い。これを防ぐためにレーザ光照射の前後で予熱ないし徐冷を行うには、予熱装置や徐冷装置として電気炉等の加熱装置が必要となるため、レーザ加工装置以外に大規模な周辺設備が必要になるという課題があった。

なお、レーザ加工前に加熱器等によりガラス板の端面（切断面）及び周辺を部分的に加熱する方法も考えられるが、ガラス板の熱伝導率は著しく小さいため、加熱器等によってガラス板を部分的に加熱すると、過熱部分とそれ以外の部分の境界における温度分布に急峻な温度勾配が生じるため、ガラス板のひび割れや欠損等の破損を効果的に抑制することは困難であった。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、複数のレーザ光をガラス板の切断面とその周辺領域に照射して、そのガラス板に生じる温度分布が急峻な温度勾配を有しないようにガラス板の切断面とその周辺領域を加熱することにより、ひび割れや欠損等の破損の発生を効果的に防いでガラス板の安全性や強度等の品質を保持しつつ、大規模な周辺設備を必要とせずにガラス板の切断面の処理工程にかかる時間を短縮することのできるガラス板の切断面の処理装置及び処理方法を提供することを目的とする。

この発明のガラス板の切断面の処理装置は、ガラス板の切断面に照射される第１レーザ光を発振する第１光源と、前記ガラス板の板面のうち、前記第１レーザ光の照射範囲の周辺領域に照射される第２レーザ光を発振する第２光源と、前記第１レーザ光及び第２レーザ光を誘導する誘導手段と、前記第２レーザ光によって昇温される前記周辺領域に対応する前記第１レーザ光の照射範囲において、前記第１レーザ光の照射範囲のガラスが溶融されるように、前記第１レーザ光のエネルギ密度を調整する第１調整手段と、前記第２レーザ光によって前記ガラス板の前記周辺領域が破損されることなく昇温されるように、前記ガラス板に照射される第２レーザ光のエネルギ密度を調整する第２調整手段とを備える。

また、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記切断面の長手方向に走査させるために、前記ガラス板を移動するための移動手段をさらに備える。

また、前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記切断面の長手方向に走査させるためのレーザ光走査手段をさらに備える。

この発明のガラス板の切断面の処理方法は、ガラス板の切断面に第１レーザ光を照射する工程と、前記ガラス板の板面のうち、前記第１レーザ光の照射範囲の周辺領域に第２レーザ光を照射する工程とを備え、前記第２レーザ光によって昇温される前記周辺領域に対応する前記第１レーザ光の照射範囲において、前記第１レーザ光の照射範囲のガラスが溶融されるように、前記第１レーザ光のエネルギ密度を調整すると共に、前記第２レーザ光によって前記ガラス板の前記周辺領域が破損されることなく昇温されるように、前記ガラス板に照射される第２レーザ光のエネルギ密度を調整する。

この発明によれば複数のレーザ光をガラス板の切断面とその周辺領域に照射して、そのガラス板に生じる温度勾配が小さくなるような温度分布を形成し、そのガラス板の切断面とその周辺領域を加熱することにより、そのガラス板の切断面を処理するようにしたので、ガラス板全体を常温より高い所定温度に予備加熱して処理したりガラス板全体を所定温度から常温へ徐々に徐冷したりする工程にかかっていた時間を短縮するとともにそのガラス板のひび割れや欠損等の破損の発生を防ぐことができる。

また、この発明によれば複数のレーザ光を発生する光源を備え、その光源から発生する複数のレーザ光を前記ガラス板の端面とその周辺領域に照射するように構成したので、レーザ光源以外にガラス板の予熱装置や徐冷装置として電気炉等の加熱装置を備える必要がなく、大がかりな設備を必要とせずにガラス板の端面を処理してガラス板の安全性や強度等の品質を保持することができる。

以下、この発明のガラス板の切断面の処理装置及び処理方法について図を用いて説明する。
図１は、この発明のガラス板の切断面の処理装置の構成を概略的に示す図である。
図２は、この発明のガラス板の切断面の処理方法における処理の要部を概略的に説明するための拡大図である。

図１において、ガラス板１は、試料台２によって水平に保持されている。
試料台２は、ガラス板を移動するための移動手段である移動装置３に搭載され、ガラス板１の切断面１Ａと平行な水平方向（図中矢印Ｓの方向：切断面の長手方向）に移動可能に構成されている。
第１光源４Ａ及び第２光源４Ｂは、例えばＣＯ_２レーザのような赤外線レーザ光を発振するレーザ装置であり、第１レーザ光４ａ及び第２レーザ光４ｂをそれぞれ発振する。

図２に詳しく示すように、第１レーザ光４ａは、誘導部５及び第１調整装置６Ａを介してガラス板１の切断面１Ａに照射され、第２レーザ光４ｂは、誘導部５及び第２調整装置６Ｂを介してガラス板１の切断面１Ａの周辺領域１Ｂに照射される。図２では、第１レーザ光４ａは切断面１Ａに垂直な方向から照射され、第２レーザ光４ｂは、ガラス板１の板面１Ｃに垂直な方向から照射される。
なお、第１レーザ光４ａの照射範囲は、図２に示すように、照射範囲の直径がガラス板１の厚さと略同一であればよく、また、周辺領域１Ｂとは、図２に示すように、ガラス板１の切断面１Ａに第１レーザ光４ａが照射される範囲の周辺の領域をいう。

ここで、誘導部５は、複数のミラーで構成されており、第１光源４Ａと第２光源４Ｂから発振された第１レーザ光４ａと第２レーザ光４ｂをガラス板１の切断面１Ａとその周辺領域１Ｂにそれぞれ誘導する。
誘導部５から出射された第１レーザ光４ａ及び第２レーザ光４ｂは、第１調整装置６Ａ及び６Ｂを経て、ガラス板１の切断面１Ａ及び周辺領域１Ｂにそれぞれ照射される。

また、第１調整装置６Ａ及び第２調整装置６Ｂは、エネルギ密度を調整するための複数のレンズで構成されている。第１調整装置６Ａは、第２レーザ光４ｂによって昇温される周辺領域１Ｂに対応する第１レーザ光４ａの照射範囲において、第１レーザ光４ａの照射範囲のガラスが溶融されるように、第１レーザ光４ａのエネルギ密度を調整する第１調整手段である。

一方、第２調整装置６Ｂは、第２レーザ光４ｂによってガラス板１の周辺領域１Ｂが破損されることなく昇温されるように、ガラス板１に照射される第２レーザ光４ｂのエネルギ密度を調整する第２調整手段である。さらに、第２調整装置６Ｂは、照射範囲の境界においてガラス板１に破損を生じさせない緩やかな温度分布であって、かつ、照射範囲の境界から中心に向かってガラス板１に破損を生じさせない程度に緩やかな温度勾配を有する温度分布になるように第２レーザ光４ｂのエネルギ密度を調整する。

以上のような構成の本発明のガラス板の切断面の処理装置において、ガラス板１に第２レーザ光４ｂを照射してガラス板１の切断面１Ａ及び周辺領域１Ｂを溶融点より低い所定の温度で加熱すると共に、ガラス板１の切断面１Ａに第１レーザ光４ａを照射して切断面１Ａを溶融点以上の温度に加熱する。そして、第１レーザ光４ａ及び第２レーザ光４ｂを照射しながら、ガラス板１を矢印Ｓの方向に所定速度で移動させれば、ガラス板１の切断面１Ａ全体を処理することができる。

このように、切断面１Ａの周辺領域１Ｂに第２レーザ光４ｂを照射してガラス板１が破損しないように昇温しつつ、第１レーザ光４ａを照射してガラス板１の切断面１Ａをガラス板１の溶融点以上の温度に加熱するので、ガラス板１全体を昇温しなくてもガラス板１の切断面１Ａが溶融して軟化し、ガラス板１の切断面１Ａをガラス自体の表面張力により、切断面を平滑にすると共に切断面と板面との角部を滑らかな曲面に処理することができる。

このような処理により、所定の形状に切断されたガラス板１の切断面１Ａの稜にあらわれる鋭い角部を、ガラス板を取り扱う上で安全な形状にすることができ、ガラス板１の切断面１Ａにおけるチッピングやクラックを減少させてガラス板１の耐衝撃性を向上させることができる。また、この第１レーザ光４ａと第２レーザ光４ｂの照射による加熱によれば、ガラス板１に生じる温度分布における温度勾配を緩やかにすることができるので、ガラス板１のひび割れや欠損等の破損を効果的に防止することができる。

また、従来のようにガラス板全体を常温より高い所定温度に予備加熱して処理したり、ガラス板全体を所定温度から常温へ徐々に徐冷したりする工程にかかっていた時間を短縮することができる。
さらに、レーザ光源にガラス板の予熱装置や徐冷装置として電気炉等の加熱装置を備える必要がなく、大がかりな設備を必要とせずにガラス板の端面を処理してガラス板の安全性や強度等の品質を保持することができる。

なお、以上の説明では、移動装置３によってガラス板１を移動させる場合について説明したが、移動装置３を設けずに、第１調整装置６Ａとガラス板１の間、及び、第２調整装置６Ｂとガラス板１との間にそれぞれガルバノミラーを設け、ガラス板１を移動させずに、第１レーザ光４ａ及び第２レーザ光４ｂを走査するように構成してもよい。
この場合は、このガルバノミラーが、切断面の長手方向に走査させるためのレーザ光走査手段としての役割を担う。

また、以上では、二本のレーザ光を得るために独立した二つの光源（第１光源４Ａ及び第２光源４Ｂ）を用いる場合について説明したが、一つの光源から発振されるレーザ光を誘導部５の直前あるいは直後で二本のレーザ光を得るべく分岐するための光学装置を設けてもよい。

また、以上では、誘導部５が複数のミラーで構成される場合について説明したが、誘導部５として光ファイバを用いてもよい。
また、以上では、ガラス板１の切断面１Ａとその周辺領域１Ｂに誘導された第１レーザ光４ａ及び第２レーザ光４ｂのエネルギ密度を調整するための第１調整装置６Ａ及び第２調整装置６Ｂがレンズ等の光学素子で構成される場合について説明したが、第１レーザ光４ａ及び第２レーザ光４ｂの強度または第１レーザ光４ａが照射される領域及び第２レーザ光４ｂが照射される領域におけるガラス板１の温度をモニタリング（フィードフォーワード制御）する装置を用いてもよい。

この発明のガラス板の切断面の処理装置の構成を概略的に示す図である。 この発明のガラス板の切断面の処理方法における処理の要部を概略的に説明するための拡大図である。 特許文献１記載のガラス板処理装置及び処理方法の構成を概略的に示す図である。 特許文献４記載のガラス板の処理装置及び処理方法の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１ ガラス板、１Ａ 切断面、１Ｂ 周辺領域、１Ｃ 板面、２ 試料台、３ 移動装置、４ａ 第１レーザ光、４ｂ 第２レーザ光、４Ａ 第１光源、４Ｂ 第２光源、５ 誘導部、６Ａ 第１調整装置、６Ｂ 第２調整装置。

Claims (4)

1. ガラス板の切断面に照射される第１レーザ光を発振する第１光源と、
   前記ガラス板の板面のうち、前記第１レーザ光の照射範囲の周辺領域に照射される第２レーザ光を発振する第２光源と、
   前記第１レーザ光及び第２レーザ光を誘導する誘導手段と、
   前記第２レーザ光によって昇温される前記周辺領域に対応する前記第１レーザ光の照射範囲において、前記第１レーザ光の照射範囲のガラスが溶融されるように、前記第１レーザ光のエネルギ密度を調整する第１調整手段と、
   前記第２レーザ光によって前記ガラス板の前記周辺領域が破損されることなく昇温されるように、前記ガラス板に照射される第２レーザ光のエネルギ密度を調整する第２調整手段と
   を備えるガラス板の切断面の処理装置。
2. 前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記切断面の長手方向に走査させるために、前記ガラス板を移動するための移動手段をさらに備える請求項１記載のガラス板の切断面の処理装置。
3. 前記第１レーザ光及び前記第２レーザ光を前記切断面の長手方向に走査させるためのレーザ光走査手段をさらに備える請求項１記載のガラス板の切断面の処理装置。
4. ガラス板の切断面に第１レーザ光を照射する工程と、
   前記ガラス板の板面のうち、前記第１レーザ光の照射範囲の周辺領域に第２レーザ光を照射する工程と
   を備え、前記第２レーザ光によって昇温される前記周辺領域に対応する前記第１レーザ光の照射範囲において、前記第１レーザ光の照射範囲のガラスが溶融されるように、前記第１レーザ光のエネルギ密度を調整すると共に、前記第２レーザ光によって前記ガラス板の前記周辺領域が破損されることなく昇温されるように、前記ガラス板に照射される第２レーザ光のエネルギ密度を調整することを特徴とするガラス板の切断面の処理方法。

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