JP2011251879A - 化学強化ガラスの切断方法および切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】化学強化ガラスを切断するのに適した切断方法などを提供する。
【解決手段】表層の少なくとも一部に圧縮応力層を有する化学強化ガラス１０を切断する方法であって、圧縮応力層１３の表面１１の所定位置に初期クラック２を形成し、該初期クラック２から亀裂４を伸展させて化学強化ガラス１０を切断する化学強化ガラス１０の切断方法において、初期クラック２を形成する前に、初期クラック２を形成する所定位置を２００℃以上ガラス転移温度以下の温度に加熱することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、化学強化ガラスの切断方法および切断装置に関する。

ガラスの代表的な切断方法の一つとして、ガラスの表面の所定位置に初期クラックを形成し、該初期クラックから亀裂を伸展させて、ガラスを切断する方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法では、例えば初期クラックから切断しようとする方向に加熱源を相対的に移動することで、熱応力によって初期クラックから亀裂を伸展させる。加熱源としては、例えばガラスの表面との間に放電領域を形成する放電電極が用いられる。

ところで、近年、携帯電話やＰＤＡなどの携帯機器において、ディスプレイ（タッチパネルを含む）の保護や美観などを高めるため、カバーガラス（保護ガラス）を用いることが多くなっている。また、ディスプレイの基板として、ガラス基板が広く用いられている。

一方、携帯機器の薄型化・軽量化が進行しており、携帯機器に用いられるガラスの薄板化が進行している。ガラスが薄くなると強度が低くなるので、ガラスの強度不足を補うため、ガラスの表層の少なくとも一部に圧縮応力層を形成した化学強化ガラスを用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、携帯機器の生産性向上のため、化学強化ガラスを切断することによって、カバーガラスなどを複数枚取り（多面取り）することが検討されている。

化学強化ガラスの製造方法としては、例えばイオン交換法などがある。イオン交換法では、ガラスを処理液に浸漬して、ガラスの表層に含まれる、小さなイオン半径のイオン（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン）を、大きなイオン半径のイオン（例えば、Ｋイオン）と置換することで、ガラスの表層に圧縮応力層を形成する。

特開２００４−１４８４３８号公報 特開２００４−８３３７８号公報

しかしながら、化学強化ガラスは、ガラス表面における圧縮応力値が高いので、ガラス表面を切り開いて、ガラス表面に初期クラックを形成することが難しい。

従って、化学強化ガラスを切断する場合においては、切断方法や切断装置は従来と異なるものとする必要がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、化学強化ガラスを切断するのに適した切断方法および切断装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明は、表層の少なくとも一部に圧縮応力層を有する化学強化ガラスを切断する方法であって、前記圧縮応力層の表面の所定位置に初期クラックを形成し、該初期クラックから亀裂を伸展させて前記化学強化ガラスを切断する化学強化ガラスの切断方法において、
前記初期クラックを形成する前に、前記初期クラックを形成する前記所定位置を２００℃以上ガラス転移温度以下の温度に加熱することを特徴とする化学強化ガラスの切断方法を提供する。

また、本発明は、表層の少なくとも一部に圧縮応力層を有する化学強化ガラスを切断する装置であって、前記圧縮応力層の表面の所定位置に初期クラックを形成する初期クラック形成手段と、該初期クラックから亀裂を伸展させて前記化学強化ガラスを切断する切断手段とを有する化学強化ガラスの切断装置において、
前記初期クラックを形成する前に、前記初期クラックを形成する前記所定位置を２００℃以上ガラス転移温度以下の温度に加熱する加熱手段を有することを特徴とする化学強化ガラスの切断装置を提供する。

本発明によれば、化学強化ガラスを切断するのに適した切断方法および切断装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態における切断装置の要部の側面図である。 化学強化ガラス１０の板厚方向における応力分布図である。 図１の切断装置を用いた切断方法の説明図（１）である。 図１の切断装置を用いた切断方法の説明図（２）である。 図１の切断装置を用いた切断方法の説明図（３）である。 図１の切断装置を用いた切断方法の説明図（４）である。 図６のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。 本発明の第２実施形態における切断装置を用いた切断方法の説明図である。 本発明の第３実施形態における切断装置を用いた切断方法の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、後述の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、後述の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態における切断装置の要部の側面図である。図２は、化学強化ガラス１０の板厚方向における応力分布図である。図３〜図６は、図１の切断装置を用いた切断方法の説明図である。図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。

切断装置２０は、図１に示すように、化学強化ガラス１０の表面１１の所定位置に初期クラック２（図４参照）を形成する初期クラック形成手段３０と、初期クラック２から亀裂４（図５参照）を伸展させて化学強化ガラス１０を切断する切断手段４０とを有する。また、切断装置２０は、初期クラック２を形成する前に、初期クラック２を形成する所定位置を２００℃以上ガラス転移温度（ガラスの粘度が２×１０^１３ｄＰａ・ｓとなる温度）以下の温度に加熱する加熱手段５０を有する。

化学強化ガラス１０は、ガラスの表層の少なくとも一部に圧縮応力層１３を有するガラスである。本実施形態の圧縮応力層１３は、ガラスの表層の全域に形成されている。

化学強化ガラス１０の製造方法としては、例えばイオン交換法などがある。イオン交換法では、ガラスを処理液に浸漬して、ガラスの表層に含まれる、小さなイオン半径のイオン（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン）を、大きなイオン半径のイオン（例えば、Ｋイオン）と置換することで、ガラスの表層に圧縮応力を生じさせる。ガラスの表層に生じる圧縮応力との釣り合いのため、ガラスの内層には引張応力が生じる。以下、引張応力が生じた層を引張応力層１４という。

図２は、化学強化ガラス１０の板厚方向における応力分布図である。図２に示すように、圧縮応力層１３で生じる圧縮応力（＞０）は、ガラスの表面１１および裏面１２から内部に向けて徐々に小さくなる傾向がある。また、引張応力層１４で生じる引張応力（＞０）は、ガラスの内部から表面１１および裏面１２に向けて徐々に小さくなる傾向がある。

圧縮応力層１３の表面１１での圧縮応力値は、製品の用途に応じて適宜設定されるが、初期クラック２を形成する所定位置を加熱する前の状態で、例えば２００〜１５００ＭＰａである。２００ＭＰａ以上であると、化学強化の効果が十分に得られる。５００ＭＰａ以上であることがより好ましい。一方、１５００ＭＰａを超えると、ガラスの表層に生じる圧縮応力との釣り合いのため、ガラスの内層に生じる引張応力が大きくなり過ぎる。その結果、初期クラック２から亀裂４を伸展させる際に、亀裂４が引張応力の影響で意図しない方向に急激に伸展し、ガラスが破砕されることがある。

圧縮応力層１３の厚さは、製品の用途に応じて適宜設定されるが、初期クラック２を形成する所定位置を加熱する前の状態で、例えば１０〜１００μｍである。１０μｍ以上であると、化学強化の効果が十分に得られる。一方、１００μｍを超えると、初期クラック２を所定の深さに形成することが難しい。初期クラック２の形成が圧縮応力によって阻まれるからである。

圧縮応力層１３の表面１１での圧縮応力値や厚さは、例えば、化学強化の処理温度や処理時間、処理液の種類や濃度などにて定まる。従って、これらの化学強化処理条件を調整することで、圧縮応力層１３の表面１１での圧縮応力値や厚さを調節することができる。処理温度は、例えば４００〜５５０℃である。処理時間は、例えば２〜２０時間である。処理液としては、例えばＫＮＯ_３溶融塩などが用いられる。

化学強化ガラス１０は、厚さ０．０５〜２ｍｍのガラス板であって良い。０．０５ｍｍ未満の場合、ガラスの内層が薄くなりすぎるので、ガラスの内層に生じる引張応力が大きくなりすぎる。その結果、初期クラック２から亀裂４を伸展させる際に、亀裂４が引張応力の影響で意図しない方向に急激に伸展し、ガラスが破砕されることがある。好ましくは０．１ｍｍ以上、典型的には０．２ｍｍ以上である。一方、２ｍｍを超える場合、薄板化の効果が十分に得られない。

化学強化ガラス１０となるガラスの種類は、用途に応じて適宜選定される。例えば、一般的な板ガラスの場合、ソーダライムガラスが用いられ、例えば、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ₂：６５〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：０〜３％、ＣａＯ：５〜１５％、ＭｇＯ：０〜１５％、Ｎａ₂Ｏ：１０〜２０％、Ｋ₂Ｏ：０〜３％、Ｌｉ₂Ｏ：０〜５％、Ｆｅ₂Ｏ₃：０〜３％、ＴｉＯ₂：０〜５％、ＣｅＯ₂：０〜３％、ＢａＯ：０〜５％、ＳｒＯ：０〜５％、Ｂ₂Ｏ₃：０〜５％、ＺｎＯ：０〜５％、ＺｒＯ₂：０〜５％、ＳｎＯ₂：０〜３％、ＳＯ₃：０〜０．５％含有するガラスが用いられる。

携帯機器やＴＶなどのディスプレイ装置用のカバーガラスの場合、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ_２：５０〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３：１〜１０％、Ｎａ_２Ｏ：６〜１４％、Ｋ_２Ｏ：３〜１５％、ＭｇＯ：２〜１５％、ＣａＯ：０〜１０％、ＺｒＯ_２：０〜５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計ＭｇＯ＋ＣａＯが７〜１５％であるガラスが好適に用いられる。別のガラスとして、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２：７５．５〜８５．５％、ＭｇＯ：１〜８％、ＣａＯ：０〜７％、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜５％、Ｎａ_２Ｏ：１０〜２２．５％含有し、ＭｇＯの含有量がＣａＯの含有量より多く、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が８％以下、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＮａ_２Ｏの含有量の合計が２４．５％以下、（ＭｇＯ＋ＣａＯ）をＮａ_２Ｏ含有量で除して得られた比が０．４５以下であるガラスも好適に用いられる。後者のガラスは、カバーガラスの他、ガラス基板としても使用可能である。

太陽電池基板やディスプレイ装置用カバーガラス用途として、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ_２を６８〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１０％、Ｎａ_２Ｏを５〜１５％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを４〜１５％、ＺｒＯ_２を０〜１％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計ＳｉＯ_２＋Ａｌ_２Ｏ_３が８５％以下である化学強化用ガラスも好適に用いられる。

プラズマディスプレイ用の基板の場合、混合アルカリ系ガラスが用いられ、例えば、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ₂：５０〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃：０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：６〜２４％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：６〜２４％含有するガラスが用いられる。

耐熱容器または理化学用器具などの場合、ホウケイ酸ガラスが使用され、例えば、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ₂：６０〜８５％、Ａｌ₂Ｏ₃：０〜５％、Ｂ₂Ｏ_３：５〜２０％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ：２〜１０％含有するガラスが用いられる。

本実施形態では、これらのガラスを化学強化処理することにより、化学強化ガラス１０を得ることができる。

初期クラック形成手段３０は、圧縮応力層１３の表面１１の所定位置に初期クラック２（図４参照）を形成する手段である。例えば、初期クラック形成手段３０は、化学強化ガラス１０を支持するステージ２２の他、化学強化ガラス１０に接離可能なカッター３２などで構成される。

ステージ２２は、化学強化ガラス１０の裏面（下面）１２を支持している。ステージ２２は、化学強化ガラス１０の裏面１２の全面を支持しても良いし、裏面１２の一部を支持していても良い。化学強化ガラス１０は、ステージ２２に吸着固定されても良いし、ステージ２２に粘着固定されても良い。

カッター３２は、化学強化ガラス１０の表面（上面）１１に対して面内方向や法線方向に相対的に移動可能に構成されている。カッター３２には、例えば算盤珠状のホイールなどが用いられる。カッター３２の先端を化学強化ガラス１０の表面１１に押しつけながらカッター３２を移動させることで、初期クラック２を形成することができる。

なお、本実施形態では、初期クラック形成手段３０として、カッター３２を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、カッター３２の代わりに、加熱源を用いて、表面１１を局所的に加熱し、熱応力によって初期クラック２を形成しても良い。加熱源としては、後述の放電電極４２の他、レーザ発振器などが用いられる。

切断手段４０は、初期クラック２から亀裂４（図５参照）を伸展させて化学強化ガラス１０を切断する手段である。初期クラック２から切断しようとする方向に加熱源を相対的に移動させることで、熱応力によって初期クラック２から亀裂４を伸展させることができる。

例えば、切断手段４０は、図１に示すように、上記ステージ２２の他、ステージ２２との間に化学強化ガラス１０を挟んで、ステージ２２との間で放電を生じさせる放電電極４２、放電電極４２を化学強化ガラス１０に対して相対的に移動させる移動装置４４などで構成される。本実施形態では、加熱源として、放電電極４２が用いられている。

ステージ２２は、導電性の材料で形成されている。ステージ２２と放電電極４２とは、回路４６を介して接続されている。回路４６は、放電電極４２に交流電流を印加するＲＦ電源４７、および放電電極４２に印加される交流電流の周波数やデューティ比、電圧を変調する変調器４８などで構成される。放電電極４２に交流電流を印加することによって、放電電極４２とステージ２２との間に放電が生じる。放電電極４２に交流電流を印加する代わりに、放電電極４２に直流電流を印加しても良い。

放電電極４２は、針状の電極であって良く、ステージ２２との間で放電を生じさせることで、化学強化ガラス１０の表面（上面）１１との間に放電領域４３（図５参照）を形成する。これにより、電子またはイオンが放電電極４２から表面１１に向けて進み、表面１１に衝突するので、表面１１における放電領域４３が局所的に加熱される。安定した放電を実現するため、不活性雰囲気下で放電を行うことが望ましい。不活性ガスとしては、例えばＨｅガスなどが用いられる。また、放電電極の材質は、耐熱性を有する導電材料であればよいが、たとえば、ステンレス鋼などの鋼、炭素などが好ましく用いられる。

移動装置４４は、電動モータなどの駆動装置、マイクロコンピュータなどの制御装置などで構成される。駆動装置は、例えばステージ２２に接続されており、制御装置による制御下で、ステージ２２を面内方向や上下方向に移動させる。ステージ２２側を移動させる代わりに（または加えて）、放電電極４２側を移動させても良い。

なお、本実施形態では、表面１１に熱を供給する加熱源として、放電電極４２を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、放電電極４２の代わりに、レーザ発振器を用いて、化学強化ガラス１０の表面１１にレーザ光を照射し、表面１１を局所的に加熱しても良い。レーザ発振器としては、例えばＣＯ_２レーザやエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、半導体レーザなどが用いられる。レーザ発振器は、レーザ光を連続発振するＣＷレーザであっても良いし、レーザ光を断続発振するパルスレーザであっても良く、その発振方式に制限はない。レーザ発振器とガラス表面との間には、レーザ光を集光する集光レンズ、レーザ光の光強度分布を均一化するホモジナイザーなどが設けられていても良い。

加熱手段５０は、初期クラック２を形成する前に、初期クラック２を形成する所定位置を、２００℃（好ましくは、ガラスの化学強化処理温度）以上、ガラス転移温度以下の温度に加熱する手段である。加熱手段５０は、例えばヒータ５２などで構成される。

ヒータ５２としては、特に限定されないが、例えば遠赤外線ヒータなどが用いられる。遠赤外線ヒータは、化学強化ガラス１０の表面１１に遠赤外光を照射し、その照射領域５４（図３参照）を加熱する。

この照射領域５４では、圧縮応力を発生させているイオン（例えば、Ｋイオン）が加熱によってガラスの内層に拡散し、圧縮応力が小さくなるので、次工程において、表面１１を切り開いて、初期クラック２を所定の深さに形成することができる。また、化学強化ガラス１０の表面１１のうち、初期クラック２を形成する所定位置およびその近傍のみを加熱するので、製品の強度低下を抑制することができる。

なお、本実施形態では、加熱手段５０として、ヒータ５２を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、放電電極４２を用いて、表面１１を局所的に加熱しても良い。また、レーザ発振器を用いて、化学強化ガラス１０の表面１１にレーザ光を照射することで、表面１１を局所的に加熱しても良い。

次に、上記構成の切断装置を用いた切断方法について、図３〜図７に基づいて説明する。図３〜図６は、図１の切断装置を用いた切断方法の説明図である。図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図である。

最初に、図３に示すように、ヒータ５２の位置を、化学強化ガラス１０の表面１１における切断予定線１７の始端１８に合わせる。始端１８は、化学強化ガラス１０の一端にある。

この状態で、ヒータ５２の出力を所定値に上げて、切断予定線１７の始端１８およびその近傍を２００℃（好ましくは、ガラスの化学強化処理温度）以上、ガラス転移温度以下の温度に加熱する。２００℃以上に加熱すると、圧縮応力を発生させているイオン（例えば、Ｋイオン）がガラスの内層に十分に拡散するので、圧縮応力が十分に小さくなる。よって、次工程において、表面１１を切り開いて、初期クラック２を所定の深さに形成することができる。この効果は、表面１１での圧縮応力値が大きくなるほど顕著である。従って、本発明は、初期クラック２を形成する所定位置を加熱する前の状態で、表面１１での圧縮応力値が２００ＭＰａ以上の場合に好適であり、５００ＭＰａ以上の場合に特に好適である。イオンの拡散を促進するため、化学強化の処理温度以上に加熱することが好ましい。なお、ガラス転移温度を超えて加熱すると、ガラスの熱膨張係数が急激に変わるので、意図しないクラックが形成される。

次いで、図４に示すように、カッター３２の先端を化学強化ガラス１０の表面１１に押しつけながら、切断予定線１７に沿って始端１８から所定距離移動させる。そうすると、始端１８およびその近傍に、初期クラック２が形成される。初期クラック２を形成する前に、図３に示す加熱領域５４を室温付近まで冷却しても良いし、冷却しなくても良い。

初期クラック２の深さは、カッター３２の先端形状、および、カッター３２の先端を表面１１に押しつける力などにて定まる。従って、押しつける力などを調節することで、初期クラック２の深さを調整することができる。

初期クラック２の深さは、圧縮応力層１３の厚さの１０〜８０％であることが好ましい。１０％以上あれば、次工程においてガラスに亀裂を生じさせることができるが、２０％以上、より好ましくは３０％以上あると、初期クラック２の底部３が圧縮応力値のより低い領域に達することになるので、次工程において、初期クラック２の底部３から圧縮応力に抗して亀裂４を生じさせやすくすることができる。一方、８０％を超えると、初期クラック２の底部３と、引張応力層１４との間の距離が短すぎるので、外部からの衝撃などによってガラスが割れやすい。工程での安全を考慮すると、７０％以内とすることが好ましい。

その後、図５に示すように、加熱源である放電電極４２の位置を初期クラック２の位置に合わせ、放電電極４２とステージ２２との間で放電を生じさせることによって、放電電極４２と表面１１との間に放電領域４３を形成する。これにより、表面１１における放電領域４３が局所的に加熱され、熱応力が初期クラック２の底部３に集中的に作用するので、底部３から下方（深さ方向）および前後方向（切断予定線１７に沿った方向）に向けて亀裂４が生じる。さらに加熱を続けることで、亀裂４が化学強化ガラス１０の裏面１２やエッジに達すると共に、前方に伸展する。

続いて、図６に示すように、加熱源である放電電極４２の位置を、切断予定線１７に沿って相対的に移動させると、熱応力によって切断予定線１７に沿って亀裂４が伸展する。この亀裂４の先端部５は、図７に示すように、表面１１から裏面１２に行くほど、後方に向かうように、表面１１に対して傾斜する傾向がある。

本実施形態では、表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷが１ｍｍ以上であるので、亀裂４の先端部５を幅広く加熱することができ、亀裂４の先端部５を長時間にわたって加熱することができる。よって、亀裂４を圧縮応力に抗して裏面１２に向けて伸展させて、最終的に裏面１２に到達させることができる。この効果は、化学強化ガラス１０の厚さが大きくなるほど、また、表面１１での圧縮応力値が大きくなるほど顕著である。従って、本発明は、初期クラック２を形成する所定位置を加熱する前の状態で、表面１１での圧縮応力値が２００ＭＰａ以上の場合に好適であり、５００ＭＰａ以上の場合に特に好適である。なお、表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷは、加熱効率の観点から、３ｍｍ以下であることが好ましい。

表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷは、放電電極４２の形状、および、放電電極４２と表面１１との間の距離などにて定まる。表面１１と放電電極４２との間の距離が長くなるほど、表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷが大きくなる傾向がある。従って、表面１１と放電電極４２との間の距離などを調節することで、表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷを調節することができる。

加熱源として、放電電極４２の代わりに、レーザ発振器を用いることも可能であるが、この場合、表面１１における加熱領域の移動方向長さを１ｍｍ以上にすることが難しい。

最後に、放電電極４２の位置を、切断予定線１７の終端で停止させ、亀裂４が化学強化ガラス１０の他端に達したら、放電電極４２からの放電を停止させる。このようにして、化学強化ガラス１０を切断する。

なお、切断予定線１７は直線に限らず曲線であってもよい。この場合、曲線状の切断予定線に沿って放電電極４２の位置を移動させることによって、亀裂４を放電電極４２の軌跡に沿って伸展させ曲線状に化学強化ガラス１０を切断することができる。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態における切断装置を用いた切断方法の説明図であって、図５などに相当する図である。図８において、図５と同一構成には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の切断装置は、切断手段４０に用いられる、針状の放電電極４２の代わりに、ブレード状の放電電極４２Ａを有する。この放電電極４２Ａの先端は、図５などに示す切断予定線１７と略同一の寸法形状に形成されている。よって、初期クラック２Ａから亀裂を伸展する際に、放電電極４２Ａを移動させることを省略することができる。

次に、上記構成の切断装置を用いた切断方法について説明する。

最初に、図３に示すヒータ５２の位置を切断予定線１７の始端１８に合わせ、ヒータ５２の出力を所定値に上げた後、ヒータ５２の位置を切断予定線１７に沿って終端まで移動させる。これにより、切断予定線１７の全域を２００℃（好ましくは、ガラスの化学強化処理温度）以上、ガラス転移温度以下の温度に加熱する。

次いで、図４に示すカッター３２の先端を化学強化ガラス１０の表面１１に押しつけながら、切断予定線１７に沿って始端１８から終端まで移動させる。そうすると、初期クラック２Ａが、切断予定線１７の全域にわたって形成される。

その後、図８に示すように、放電電極４２Ａの先端の位置を、初期クラック２Ａの位置に合わせて、放電電極４２Ａからの放電を開始する。これにより、熱応力が初期クラック２Ａの底部３Ａに集中的に作用するので、底部３Ａから下方に向けて亀裂４が生じる。さらに加熱を続けることで、亀裂４が化学強化ガラス１０の裏面１２やエッジに達する。

本実施形態においても切断予定線１７は直線に限らず曲線であってもよい。この場合、あらかじめ切断予定形状に成形したブレード状の放電電極４２Aを用いることにより、放電電極４２Aの形状に沿って化学強化ガラス１０を切断することができる。

（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態における切断装置を用いた切断方法の説明図であって、図５などに相当する図である。図９において、図５と同一構成には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の切断装置は、切断手段４０に用いられる、ステージ２２の代わりに、化学強化ガラス１０の端部を支持する一対の支持部材２２Ｂ（図９には、一つのみ図示）と、放電電極４２との間に化学強化ガラス１０を挟んで、放電電極４２との間で放電を生じさせる放電電極４２Ｂとを有する。この放電電極４２Ｂは、放電電極４２と同様に、針状であって良い。

一対の放電電極４２、４２Ｂは、化学強化ガラス１０を挟んで対称配置され、化学強化ガラス１０に対して一体的に移動可能に構成されている。一対の放電電極４２、４２Ｂの間で放電を生じさせることで、化学強化ガラス１０の裏面１２と放電電極４２との間に放電領域４５を形成することができ、裏面１２側からも亀裂４を伸展させることができる。

上記構成の切断装置を用いた切断方法について説明するが、第１実施形態と同一工程については説明を省略する。

最初に、裏面１２における切断予定線の始端およびその近傍を２００℃（好ましくは、ガラスの化学強化処理温度）以上、ガラス転移温度以下の温度に加熱した後、始端およびその近傍に初期クラック２Ｂを形成する。

続いて、放電電極４２の位置を初期クラック２の位置に合わせ、放電電極４２と表面１１との間に放電領域４３を形成する。同時に、放電電極４２Ｂの位置を初期クラック２Ｂの位置に合わせ、放電電極４２Ｂと裏面１２との間に放電領域４５を形成する。これにより、初期クラック２、２Ｂの底部から亀裂４が生じ、表面１１および裏面１２の両側から亀裂４を形成することができる。よって、切断速度を高めたり、厚いガラスを切断することができる。

本実施形態においても切断予定線１７は直線に限らず曲線であってもよい。この場合、曲線状の切断予定線に沿って放電電極４２および４２Ｂの位置を移動させることによって、放電電極４２，４２Ｂの軌跡に沿って亀裂４を伸展させ曲線状に化学強化ガラス１０を切断することができる。

以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
（実施例１）
実施例では、図１に示す切断装置２０を用いて、図３〜図７に示す切断方法で、化学強化ガラス１０を切断した。化学強化ガラス１０には、ＳｉＯ_２：７２．５％、Ａｌ_２Ｏ_３：１．５％、Ｎａ_２Ｏ：１３．５％、Ｋ_２Ｏ：０．５％、ＭｇＯ：４．０％、ＣａＯ：８．０％の組成を有し、厚さ０．７ｍｍのソーダライムガラス板を４５０℃のＫＮＯ_３溶融塩の中に６時間浸漬してイオン交換処理した後、室温付近まで冷却したものを用意した。この化学強化ガラス１０の表面１１での圧縮応力値および圧縮応力層１３の厚さは、表面応力計（折原製作所製、ＦＳＭ−６０００）を用いて測定した。測定の結果、表面１１での圧縮応力値が５８８ＭＰａであり、圧縮応力層１３の厚さが１５μｍであった。

最初に、図３に示すように、ヒータ５２の位置を、化学強化ガラス１０の表面１１における切断予定線１７の始端１８に合わせた状態で、ヒータ５２の出力を上げて、切断予定線１７の始端１８およびその近傍を、３００℃に加熱した。

次いで、図４に示すように、カッター３２の先端（先端角１５０°）をガラス板１０の表面１１に９０Ｎの力で押しつけながら切断予定線１７に沿って０．８ｍｍ移動して、始端１８およびその近傍に、初期クラック２を形成した。初期クラック２の深さは、１０μｍであり、加熱前の圧縮応力層１３の厚さの６７％であった。

その後、図５に示すように、放電電極４２の位置を初期クラック２の位置に合わせ、放電電極４２とステージ２２との間で放電を生じさせることによって、放電電極４２と表面１１との間に放電領域４３を形成した。表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷは４．０ｍｍとし、放電電極４２に印加する交流電流の周波数は１３．６ＭＨｚとし、電圧は５００Ｖとし、電流は４００ｍＡとした。このようにして、初期クラック２の底部３を加熱し、亀裂４を化学強化ガラス１０の裏面１２やエッジ１５に到達させた。

続いて、図６に示すように、放電電極４２の位置を、切断予定線１７に沿って相対速度
３０ｍｍ／秒で移動させ、切断予定線１７に沿って亀裂４を伸展させた。

最後に、放電電極４２の位置を、切断予定線１７の終端で停止させ、亀裂４が化学強化ガラス１０の他端に達した後、放電電極４２からの放電を停止させた。このようにして、化学強化ガラス１０を切断することができた。

（実施例２）
上記実施例1と同様に図１に示す切断装置２０を用いて化学強化ガラス１０を切断した。化学強化ガラス１０として、酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ_２：６５．５％、Ａｌ_２Ｏ_３：５．０％、Ｎａ_２Ｏ：１０．０％、Ｋ_２Ｏ：５．０％、ＭｇＯ：１２．０％、ＺｒＯ_２：２．５％の組成を有し、厚さ０．８ｍｍのガラス板を４５０℃のＫＮＯ_３溶融塩の中に６時間浸漬してイオン交換処理した後、室温付近まで冷却したものを用意した。この化学強化ガラス１０の表面１１での圧縮応力値および圧縮応力層１３の厚さは、表面応力計（折原製作所製、ＦＳＭ−６０００）を用いて測定した。測定の結果、表面１１での圧縮応力値が８９０ＭＰａであり、圧縮応力層１３の厚さが５０μｍであった。

最初に、図３に示すように、ヒータ５２の位置を、化学強化ガラス１０の表面１１における切断予定線１７の始端１８に合わせた状態で、ヒータ５２の出力を上げて、切断予定線１７の始端１８およびその近傍を、３００℃に加熱した。

次いで、図４に示すように、カッター３２の先端（先端角１５０°）をガラス板１０の表面１１に８０Ｎの力で押しつけながら切断予定線１７に沿って０．８ｍｍ移動して、始端１８およびその近傍に、初期クラック２を形成した。初期クラック２の深さは、１０μｍであり、加熱前の圧縮応力層１３の厚さの２０％であった。

その後、図５に示すように、放電電極４２の位置を初期クラック２の位置に合わせ、放電電極４２とステージ２２との間で放電を生じさせることによって、放電電極４２と表面１１との間に放電領域４３を形成した。表面１１における放電領域４３の移動方向長さＷは４．０ｍｍとし、放電電極４２に印加する交流電流の周波数は１３．６ＭＨｚとし、電圧は５００Ｖとし、電流は４００ｍＡとした。このようにして、初期クラック２の底部３を加熱し、亀裂４を化学強化ガラス１０の裏面１２やエッジ１５に到達させた。

続いて、図６に示すように、放電電極４２の位置を、切断予定線１７に沿って相対速度
３０ｍｍ／秒で移動させ、切断予定線１７に沿って亀裂４を伸展させた。

最後に、放電電極４２の位置を、切断予定線１７の終端で停止させ、亀裂４が化学強化ガラス１０の他端に達した後、放電電極４２からの放電を停止させた。このようにして、化学強化ガラス１０を切断することができた。

（実施例３）
上記実施例1及び２において、カッター３２の先端をガラス板１０に押しつける力を５０〜１００Nの間で変えて複数のサンプルについて試験した。その結果、カッターの押圧力が弱いと初期クラック２の深さは浅くなり、初期クラックの深さが加熱前の圧縮応力層１３の厚さの１０％未満であるものにおいては、上記実施例と同一条件で放電を行っても、亀裂が伸展しない場合があり、安定した切断は困難であった。放電出力を上げることによって亀裂が進展する場合もあったが、過度に放電出力を上げると切断面がきれいな鏡面にならなかった。したがって、一定の放電条件下で安定して切断を行うには、初期クラックの深さは加熱前の圧縮応力層１３の厚さの１０％以上とすることが好ましく、２０％以上とすることがより好ましい。

また、カッター先端の押圧力を強めていくと初期クラック２の深さは深くなる。化学強化ガラスでは、クラックが表面圧縮応力層を貫通して内部の引張応力層に達すると一気に破砕することが知られているが、この試験により初期クラックが内部の引張応力層に達しなくてもガラスが破砕したり放電開始時にクラックが予期せぬ方向に勝手に伸展したりすることが確認された。この現象はガラスの板厚が薄く内部の引張応力が大きいものほど顕著であるが、おおよそ初期クラックの深さを加熱前の圧縮応力層１３の厚さの８０％以内に留めておけばほぼ予定した切断が可能であった。

（比較例１）
上記実施例２において、切断予定線１７の始端１８およびその近傍を加熱することなく、カッター３２の先端（先端角１５０°）をガラス板１０の表面１１に８０Ｎの力で押しつけながら切断予定線１７に沿って０．８ｍｍ移動して、始端１８およびその近傍に、初期クラック２を形成しようとしたところ、初期クラック２の深さは、３μｍとなり、加熱前の圧縮応力層１３の厚さの６％であった。

次いで、上記実施例2と同様の条件で放電電極４２の位置を初期クラック２の位置に合わせ、放電電極４２とステージ２２との間で放電を生じさせることによって、放電電極４２と表面１１との間に放電領域４３を形成し、放電電極４２の位置を、切断予定線１７に沿って移動させたが、亀裂が伸展しない場合があり、安定した切断は困難であった。

（比較例２）
上記比較例１において、カッター３２の先端をガラス板１０に押しつける力を１００Nまで高めたところ、ガラス板は破砕してしまった。カッターの押圧力を５０〜１００Nの間で変えて複数のサンプルについて試験したが、サンプルによるばらつきが大きく、６０N程度で割れてしまうものもあれば、１００N近くまで割れないものもあり、一定条件下で連続して切断を行うことは困難であった。

２ 初期クラック
４ 亀裂
１０ 化学強化ガラス
１１ 表面
１２ 裏面
１３ 圧縮応力層
１４ 引張応力層
２０ 切断装置
２２ ステージ
３０ 初期クラック形成手段
３２ カッター
４０ 切断手段
４２ 放電電極
４３ 放電領域
４４ 移動装置
５０ 加熱手段
５２ ヒータ

Claims (8)

1. 表層の少なくとも一部に圧縮応力層を有する化学強化ガラスを切断する方法であって、前記圧縮応力層の表面の所定位置に初期クラックを形成し、該初期クラックから亀裂を伸展させて前記化学強化ガラスを切断する化学強化ガラスの切断方法において、
   前記初期クラックを形成する前に、前記初期クラックを形成する前記所定位置を２００℃以上ガラス転移温度以下の温度に加熱することを特徴とする化学強化ガラスの切断方法。
2. 前記初期クラックから切断しようとする方向に加熱源を相対的に移動させることで、前記初期クラックから亀裂を伸展させ、
   前記加熱源として、前記化学強化ガラスの表面との間に放電領域を形成する放電電極を用い、
   前記化学強化ガラスの表面における放電領域の移動方向長さが１〜３ｍｍである請求項１に記載の化学強化ガラスの切断方法。
3. 前記圧縮応力層の表面での圧縮応力値が、前記初期クラックを形成する前記所定位置を加熱する前の状態で、２００〜１５００ＭＰａである請求項１または２に記載の化学強化ガラスの切断方法。
4. 前記圧縮応力層の厚さが、前記初期クラックを形成する前記所定位置を加熱する前の状態で、１０〜１００μｍである請求項１〜３のいずれかに記載の化学強化ガラスの切断方法。
5. 前記化学強化ガラスは０．０５〜２ｍｍの厚さを有するガラス板である請求項１〜４のいずれかに記載の化学強化ガラスの切断方法。
6. 前記初期クラックの深さが前記圧縮応力層の厚さの１０〜８０％である請求項１〜４のいずれかに記載の化学強化ガラスの切断方法。
7. 表層の少なくとも一部に圧縮応力層を有する化学強化ガラスを切断する装置であって、前記圧縮応力層の表面の所定位置に初期クラックを形成する初期クラック形成手段と、該初期クラックから亀裂を伸展させて前記化学強化ガラスを切断する切断手段とを有する化学強化ガラスの切断装置において、
   前記初期クラックを形成する前に、前記初期クラックを形成する前記所定位置を２００℃以上ガラス転移温度以下の温度に加熱する加熱手段を有することを特徴とする化学強化ガラスの切断装置。
8. 前記切断手段は、前記初期クラックから切断しようとする方向に加熱源を相対的に移動させることで、前記初期クラックから亀裂を伸展させる手段であって、前記加熱源として前記化学強化ガラスの表面との間に放電領域を形成する放電電極を有し、
   前記化学強化ガラスの表面における前記放電領域の移動方向長さが１〜３ｍｍである請求項７に記載の化学強化ガラスの切断装置。

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