JP2013119494A - 強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】品質を劣化させることなく、レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する強化ガラス板の切断方法を提供することである。
【解決手段】本発明の一態様における強化ガラス板の切断方法は、圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、引張応力が残留する中間層とを有する強化ガラス板を、レーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板の切断方法において、強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、この曲率を有する箇所を冷却しながら切断する。
【選択図】図６

Description

本発明は強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置に関する。

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、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を有する強化ガラスが開発されている。強化ガラスは、自動車用窓ガラスや建築用窓ガラスとしても用いられている。

強化ガラスは、例えば風冷強化法や化学強化法などで作製される。風冷強化法は、軟化点付近の温度のガラスを表面および裏面から急冷し、ガラスの表面および裏面と内部との間に温度差をつけることで、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を形成する。一方、化学強化法は、ガラスの表面および裏面をイオン交換し、ガラス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）に置換することで、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を形成する。いずれの方法でも、反作用として、表面層と裏面層との間に、引張応力が残留する中間層を形成することになる。

強化ガラスを製造する場合、製品サイズのガラスを１枚ずつ強化処理するよりも、製品サイズよりも大型のガラスを強化処理した後、切断して多面取りするほうが効率的である。そこで、強化ガラス板を切断する方法として、強化ガラス板の表面にレーザ光を照射し、強化ガラス板の表面上でレーザ光の照射領域を移動させることで、強化ガラス板を切断する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

特開２００８−２４７７３２号公報 国際公開第２０１０／１２６９７７号

レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する場合、強化ガラス板の切断条件を最適化する必要がある。すなわち、強化ガラス板の切断条件が不適切な場合、クラックが意図しない方向に伸展し、切断線が切断予定線から外れ、切断後の強化ガラス板の品質が劣化してしまうという問題があった。

上記課題に鑑み本発明の目的は、品質を劣化させることなく、レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置を提供することである。

本発明の第１の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は、圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、引張応力が残留する中間層とを有する強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板の切断方法であって、前記強化ガラス板と前記レーザ光とは、前記レーザ光に対する前記強化ガラス板の吸収係数をα（ｃｍ^−１）、前記強化ガラス板の厚さをｔ（ｃｍ）として、０＜α×ｔ≦３．０の式を満たし、前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所を冷却しながら切断する、強化ガラス板の切断方法である。

本発明の第２の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所の曲率半径が小さくなるにつれて前記曲率を有する箇所がより低温となるように冷却する。

本発明の第３の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記強化ガラス板の表面側および裏面側の少なくとも一方から気体を吹き付けることで前記曲率を有する箇所を冷却する。

本発明の第４の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記気体が通過する空洞を有し、当該空洞を前記レーザ光が通過可能に構成された冷却ノズルを前記レーザ光の照射領域の移動と同期して移動することで、前記曲率を有する箇所を冷却する。

本発明の第５の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記曲率を有する箇所に前記気体が吹き付けられるように固定されたノズルを用いて前記曲率を有する箇所を冷却する。

本発明の第６の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記気体はミストを含む。

本発明の第７の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記気体は、前記強化ガラス板が切断される周囲の温度よりも低温の気体である。

本発明の第８の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記気体の熱伝達率は空気の熱伝達率よりも大きい。

本発明の第９の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、前記強化ガラス板の表面側および裏面側のそれぞれから吹き付ける気体の流速が略同一である。

本発明の第１０の態様にかかる強化ガラス板の切断方法は上述の強化ガラス板の切断方法において、更に、前記強化ガラス板に照射される単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを前記曲率を有する箇所の曲率半径が小さくなるにつれて大きくする。

本発明の第１１の態様にかかる強化ガラス板切断装置は、圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、引張応力が残留する中間層とを有する強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板切断装置であって、前記強化ガラス板を保持すると共に、当該強化ガラス板を所定の方向に移動するガラス保持駆動部と、前記強化ガラス板を切断するためのレーザ光を出力するレーザ出力部と、前記強化ガラス板の切断時に当該強化ガラス板の表面および裏面の少なくとも一方を冷却する冷却部と、前記ガラス保持駆動部、前記レーザ出力部、および冷却部を制御プログラムに基づき制御する制御部と、前記制御プログラムを生成する制御プログラム生成部と、を備え、前記制御プログラム生成部は、前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所を冷却しながら切断する制御プログラムを生成する。

本発明の第１２の態様にかかる強化ガラス板切断装置は上述の強化ガラス板切断装置において、前記制御プログラム生成部は、前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所の曲率半径が小さくなるにつれて前記曲率を有する箇所がより低温となるように冷却する制御プログラムを生成する。

本発明の第１３の態様にかかる強化ガラス板切断装置は上述の強化ガラス板切断装置において、前記冷却部は、前記強化ガラス板の表面側および裏面側の少なくとも一方から気体を吹き付けることで前記強化ガラス板を冷却する。

本発明の第１４の態様にかかる強化ガラス板切断装置は上述の強化ガラス板切断装置において、前記冷却部は前記レーザ光の照射領域の移動と同期して移動可能な冷却ノズルを有し、前記冷却ノズルは前記気体が通過する空洞を備え、当該空洞を前記レーザ光が通過可能に構成されている。

本発明の第１５の態様にかかる強化ガラス板切断装置は上述の強化ガラス板切断装置において、前記冷却部は、前記曲率を有する箇所に前記気体が吹き付けられるように固定されたノズルを有する。

本発明により、品質を劣化させることなく、レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置を提供することができる。

強化ガラス板の断面図である。 図１に示す強化ガラス板の残留応力の分布を示す図である。 強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法における冷却の効果を説明するための図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法における冷却の効果を説明するための図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる冷却ノズルの一例を示す断面図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる冷却ノズルの他の例を示す断面図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる冷却ノズルの他の例を示す上面図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる冷却ノズルの他の例を示す側面図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる冷却ノズルの他の例を示す側面図である。 実施の形態にかかる強化ガラス板の切断装置を説明するための図である。 強化ガラス板から切り出されたサンプルの評価方法を説明するための上面図である。 強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの評価結果を示す表である。 強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの最大寸法誤差δｍａｘとの関係を示すグラフである。 強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの寸法誤差の平均値δａｖｇとの関係を示すグラフである。 強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの評価結果を示す表である。 強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの寸法誤差幅Δδとの関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、強化ガラス板の構造と、強化ガラス板の切断方法の原理について説明する。

図１は強化ガラス板の断面図であり、図２は図１に示す強化ガラス板の残留応力の分布を示す図である。図１において、矢印の方向は応力の作用方向を示し、矢印の大きさは応力の大きさを示す。

図１に示すように、強化ガラス板１０は、圧縮応力が残留する表面層１３および裏面層１５と、表面層１３と裏面層１５との間に設けられ、引張応力が残留する中間層１７とを有する。図２に示すように、表面層１３および裏面層１５に残留する圧縮応力（＞０）は、強化ガラス板１０の表面１２および裏面１４から内部に向けて徐々に小さくなる傾向がある。また、中間層１７に残留する引張応力（＞０）は、ガラスの内部から表面１２および裏面１４に向けて徐々に小さくなる傾向がある。

図２において、ＣＳは表面層１３や裏面層１５における最大残留圧縮応力（表面圧縮応力）（＞０）、ＣＴは中間層１７における内部残留引張応力（中間層１７の残留引張応力の平均値）（＞０）、ＤＯＬは表面層１３や裏面層１５の厚さをそれぞれ示す。ＣＳ、ＣＴ、およびＤＯＬは、強化処理条件で調節可能である。例えば、風冷強化法を用いた場合、ＣＳ、ＣＴ、およびＤＯＬはガラスの冷却速度などで調節可能である。また、化学強化法を用いた場合、ＣＳ、ＣＴ、およびＤＯＬは、ガラスを処理液（例えば、ＫＮＯ_３溶融塩）に浸漬してイオン交換するので、処理液の濃度や温度、浸漬時間などで調節可能である。なお、表面層１３および裏面層１５は、同じ厚さ、同じ最大残留圧縮応力を有するが、異なる厚さを有してもよいし、異なる最大残留圧縮応力を有してもよい。

図３は、強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。図３に示すように、強化ガラス板１０の表面１２にレーザ光２０を照射し、強化ガラス板１０の表面１２上で、レーザ光２０の照射領域２２を移動（走査）させることで、強化ガラス板１０に応力を印加して、強化ガラス板１０を切断する。

強化ガラス板１０の端部には、切断開始位置に初期クラックが予め形成されている。初期クラックの形成方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成される。工程数を削減するため、初期クラックを予め形成しなくてもよい。特に、強化ガラス板１０の端部が切断前に予め回転砥石などで研削されている場合、研削時にマイクロクラックが形成されるので、初期クラックを形成しなくて良い。

強化ガラス板１０の表面１２上において、レーザ光２０の照射領域２２は、強化ガラス板１０の端部から内側に向けて、切断予定線に沿って、直線状や曲線状に移動される。これによって、強化ガラス板１０の端部から内側に向けてクラック３１を形成し、強化ガラス板１０を切断する。レーザ光２０の照射領域２２は、Ｐ字状に移動されても良く、この場合、移動経路の終端は、移動経路の途中と交わる。

レーザ光２０の光源としては、特に限定されないが、例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ、９４０ｎｍ、９７５ｎｍ）、ファイバーレーザ（波長：１０６０〜１１００ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、２０８０ｎｍ、２９４０ｎｍ）などが挙げられる。レーザ光２０の発振方式に制限はなく、レーザ光を連続発振するＣＷレーザ、レーザ光を断続発振するパルスレーザのいずれも使用可能である。また、レーザ光２０の強度分布に制限はなく、ガウシアン型であっても、トップハット型であってもよい。

レーザ光２０に対する強化ガラス板１０の吸収係数をα（ｃｍ^−１）、強化ガラス板１０の厚さをｔ（ｃｍ）として、強化ガラス板１０とレーザ光２０とが、０＜α×ｔ≦３．０の式を満たす場合、レーザ光２０のみの作用ではなく、中間層１７の残留引張応力によるクラックの伸展を利用して強化ガラス板１０を切断することができる。すなわち、上記条件で、レーザ光２０の照射領域２２における中間層１７を徐冷点以下の温度で加熱することによって、中間層１７の残留引張応力によって強化ガラス板１０に生じるクラック３１の伸展を制御して、残留引張応力によるクラック３１によって強化ガラス板１０を切断することが可能となる。なお、中間層１７を徐冷点以下の温度で加熱するのは、徐冷点を超えて加熱すると、レーザ光が通過する短時間でもガラスが高温となり粘性流動が発生しやすい状態となるため、この粘性流動によりレーザ光によって発生させた圧縮応力が緩和されるからである。

強化ガラス板１０に入射する前のレーザ光２０の強度をＩ_０とし、強化ガラス板１０中を距離Ｌ（ｃｍ）だけ移動したときのレーザ光２０の強度をＩとすると、Ｉ＝Ｉ_０×ｅｘｐ（−α×Ｌ）の式が成立する。この式は、ランベルト・ベールの法則と呼ばれるものである。

α×ｔを０より大きく３．０以下とすることで、レーザ光２０が、強化ガラス板１０の表面で吸収されずに内部にまで到達するようになるため、強化ガラス板１０の内部を十分に加熱できる。その結果、強化ガラス板１０に生じる応力は、図１に示す状態から、図４や図５に示す状態に変化する。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、レーザ光の照射領域を含む断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、図４に示す断面よりも後方の断面である。ここで、「後方」とは、レーザ光２０の走査方向上流側を意味する。図４および図５において、矢印の方向は、応力の作用方向を示し、矢印の長さは、応力の大きさを示す。

レーザ光２０の照射領域２２における中間層１７では、レーザ光２０の強度が十分に高いので、温度が周辺に比べて高くなり、図１および図２に示す残留引張応力よりも小さい引張応力、または、圧縮応力が生じる。残留引張応力よりも小さい引張応力、または、圧縮応力が生じている部分では、クラック３１の伸展が抑制される。クラック３１の伸展を確実に防止するため、図４に示すように、圧縮応力が生じていることが好ましい。

なお、図４に示すように、レーザ光２０の照射領域２２における表面層１３や裏面層１５では、図１および図２に示す残留圧縮応力よりも大きい圧縮応力が生じているので、クラック３１の伸展が抑制されている。

図４に示す圧縮応力との釣り合いのため、図４に示す断面よりも後方の断面では、図５に示すように、中間層１７に引張応力が生じる。この引張応力は、残留引張応力よりも大きく、引張応力が所定値に達している部分に、クラック３１が形成される。クラック３１は強化ガラス板１０の表面１２から裏面１４まで貫通しており、図３に示す切断は所謂フルカット切断である。

この状態で、レーザ光２０の照射領域２２を移動させると、照射領域２２の位置に追従するようにクラック３１の先端位置が移動する。すなわち、図３に示す切断方法では、強化ガラス板１０を切断する際に、レーザ光の走査方向後方に発生する引張応力（図５参照）によりクラック３１の伸展方向を制御し、レーザ光が照射されている領域に発生する圧縮応力（図４参照）を用いて、クラック３１の伸展をおさえながら切断している。よって、クラック３１が切断予定線から外れて自走することを抑制することができる。

ガラスは、用途によっては、高い透明度が要求されるので、使用レーザ波長が可視光の波長領域に近い場合はα×ｔは０に近いほどよい。しかし、α×ｔは、小さすぎると吸収効率が悪くなるので、好ましくは０．０００５以上（レーザ光吸収率０．０５％以上）、より好ましくは０．００２以上（レーザ光吸収率０．２％以上）、さらに好ましくは０．００４以上（レーザ光吸収率０．４％以上）である。

ガラスは、用途によっては、逆に低い透明度が要求されるので、使用レーザ波長が可視光の波長領域に近い場合はα×ｔは大きいほどよい。しかし、α×ｔが大きすぎるとレーザ光の表面吸収が大きくなるのでクラック伸展を制御できなくなる。このため、α×ｔは、好ましくは３．０以下（レーザ光吸収率９５％以下）、より好ましくは０．１以下（レーザ光吸収率１０％以下）、さらに好ましくは０．０２以下（レーザ光吸収率２％以下）である。

吸収係数（α）は、レーザ光２０の波長、強化ガラス板１０のガラス組成などで定まる。例えば、強化ガラス板１０中の酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４を含む）の含有量、酸化コバルト（ＣｏＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４を含む）の含有量、酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏを含む）の含有量が多くなるほど、１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域での吸収係数（α）が大きくなる。さらに、強化ガラス板１０中の希土類元素（例えばＹｂ）の酸化物の含有量が多くなるほど、希土類原子の吸収波長付近で吸収係数（α）が大きくなる。

１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域での吸収係数（α）は、用途に応じて設定される。例えば、自動車用窓ガラスの場合、吸収係数（α）は３ｃｍ^−１以下であることが好ましい。また、建築用窓ガラスの場合、吸収係数（α）は０．６ｃｍ^−１以下であることが好ましい。また、ディスプレイ用ガラスの場合、吸収係数（α）は０．２ｃｍ^−１以下であることが好ましい。

レーザ光２０の波長は、２５０〜５０００ｎｍであることが好ましい。レーザ光２０の波長を２５０〜５０００ｎｍとすることで、レーザ光２０の透過率と、レーザ光２０による加熱効率とを両立できる。レーザ光２０の波長は、より好ましくは３００〜４０００ｎｍ、さらに好ましくは８００〜３０００ｎｍである。

強化ガラス板１０中の酸化鉄の含有量は、強化ガラス板１０を構成するガラスの種類によるが、ソーダライムガラスの場合、例えば０．０２〜１．０質量％である。この範囲で酸化鉄の含有量を調節することで、１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域でのα×ｔを所望の範囲に調節可能である。酸化鉄の含有量を調節する代わりに、酸化コバルトや酸化銅、希土類元素の酸化物の含有量を調節してもよい。

強化ガラス板１０の厚さ（ｔ）は、用途に応じて設定されるが、０．０１〜０．２ｃｍであることが好ましい。化学強化ガラスの場合、厚さ（ｔ）を０．２ｃｍ以下とすることで、内部残留引張応力（ＣＴ）を十分に高めることができる。一方、厚さ（ｔ）が０．０１ｃｍ未満になると、ガラスに化学強化処理を施すことが難しい。厚さ（ｔ）は、より好ましくは０．０３〜０．１５ｃｍ、さらに好ましくは０．０５〜０．１５ｃｍである。

以上で説明した方法を用いることで、強化ガラス板を切断することができる。

次に、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法について説明する。図６は、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。図６は、強化ガラス板１０を上面から見た図である。また、強化ガラス板１０に示す破線は、上記で説明した切断方法を用いて、強化ガラス板１０からサンプル４０を切り出す際の切断予定線３２を示している。サンプル４０は、所定の曲率半径Ｒを有する４つのコーナー部４１、４２、４３、４４、および直線部５１、５２、５３、５４を有する四角形である。なお、図６に示す形状のサンプル４０は一例であり、他の任意の形状のサンプルを強化ガラス板１０から切り出す場合にも、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を用いることができる。

強化ガラス板１０からサンプル４０を切り出す際は、切断予定線３２を通過するようにレーザ光を走査する。つまり、切断開始位置４５からレーザ光の走査を開始し、直線部５１、コーナー部４１、直線部５２、コーナー部４２、直線部５３、コーナー部４３、直線部５４、コーナー部４４、を経由して、直線部５１上の切断終了位置４６までレーザ光を走査する。このとき、切断開始位置４５、つまり強化ガラス板１０の端部には初期クラックが予め形成されている。初期クラックは、例えばカッタ、ヤスリ、レーザで形成することができる。

このように、レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する場合、強化ガラス板の切断条件を最適化する必要がある。すなわち、強化ガラス板の切断条件が不適切な場合、クラックが意図しない方向に伸展し、切断線が切断予定線から外れ、切断後の強化ガラス板の品質が劣化してしまうという問題があった。

特に、図６に示す形状のサンプル４０では、曲率を有する４つのコーナー部４１、４２、４３、４４を有する。この曲率を有する箇所は、直線部よりもクラックが意図しない方向に伸展しやすい。よって、コーナー部４１、４２、４３、４４を切断する際は特に切断条件を最適化する必要がある。

本実施の形態では、強化ガラス板１０を切断する際に、レーザ光が照射されている領域に発生する圧縮応力（図４参照）を用いて、レーザ光の走査方向後方に発生する引張応力（図５参照）によるクラックの伸展をおさえながら切断している。このとき、走査方向後方に発生する引張応力によるクラックの伸展は、レーザ光の走査軌跡の接線方向に向かう性質がある。このため、曲率を有する箇所は、直線部よりもクラックが意図しない方向に伸展しやすい。特に、コーナー部の曲率半径が小さくなると（つまり、カーブが急になると）、走査方向後方に発生する引張応力によるクラック伸展方向の制御ができなくなるため、クラックが意図しない方向に伸展しやすくなる。

そこで、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、強化ガラス板１０を曲率を有するように切断する場合、曲率を有する箇所（コーナー部４１、４２、４３、４４）を冷却しながら切断している。このとき、曲率半径が小さくなるにつれて曲率を有する箇所がより低温となるように冷却してもよい。

図７は、強化ガラス板１０上においてレーザ光を走査した際に、強化ガラス板１０の板厚中心部分に発生する応力の分布を示す図である（冷却なし）。図７に示すように、強化ガラス板１０のレーザ光の照射領域２２には圧縮応力３３が発生する。また、レーザ光の照射領域２２の中心Ｘ１から距離Ｄ１だけ離れた走査方向後方の位置Ｘ２には引張応力３５が発生する。本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、レーザ光の照射により発生する引張応力３５をクラック３１の端部に作用させつつ、レーザ光の照射領域２２に働く圧縮応力３３を用いてクラックの伸展を抑えることで、走査方向後方におけるクラック３１の伸展方向を制御しながら強化ガラス板１０を切断している。

図８は、強化ガラス板１０上においてレーザ光を走査した際に、強化ガラス板１０の板厚中心部分に発生する応力の分布を示す図である（冷却あり）。図１２に示す場合も同様に、強化ガラス板１０のレーザ光の照射領域２２には圧縮応力３３が発生する。また、レーザ光の照射領域２２の中心Ｘ１から距離Ｄ２だけ離れた走査方向後方の位置Ｘ２'には引張応力３５が発生する。そして、図８に示す場合は、強化ガラス板１０の表面を冷却しているので、圧縮応力３３が発生する位置Ｘ１と引張応力が発生する位置Ｘ２'との距離Ｄ２が、冷却をしていない場合の距離Ｄ１（図７参照）と比べて短くなっている。このため、強化ガラス板１０の表面を冷却した場合は、圧縮応力３３が発生する位置Ｘ１と引張応力が発生する位置Ｘ２'とを近づけることができるので、走査方向後方におけるクラックの伸展方向を精度よく制御することができる。よって、レーザ光を走査して強化ガラス板を切断する際に強化ガラス板を冷却することで、切断時にクラックが切断予定線から外れて意図しない方向に伸展することを抑制することができる。

このとき、例えば強化ガラス板１０の表面側および裏面側の少なくとも一方から気体を吹き付けることで 曲率を有する箇所（コーナー部４１、４２、４３、４４）を冷却してもよい。つまり、強化ガラス板１０の表面にのみ気体を吹き付けることでコーナー部４１、４２、４３、４４を冷却してもよく、強化ガラス板１０の裏面にのみ気体を吹き付けることでコーナー部４１、４２、４３、４４を冷却してもよく、強化ガラス板１０の表面および裏面の両方にそれぞれ気体を吹き付けることでコーナー部４１、４２、４３、４４を冷却してもよい。

冷却に用いる気体として、例えば空気や窒素等を用いることができる。また、冷却能力を高めるために、気体に微小水分を含んだミストを含めてもよい。また、冷却に用いる気体として、強化ガラス板が切断される周囲の温度よりも低温の気体を用いてもよい。更に、冷却に用いる気体として、空気の熱伝達率よりも熱伝達率が大きい気体を用いてもよい。

図９は、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる冷却ノズルを説明するための断面図である。図９に示す冷却ノズル２８は、強化ガラス板１０の表面側から気体を吹き付ける場合に用いられる。図９に示すように、冷却ノズル２８は、冷却ノズル２８の内部を気体が流れるように、テーパー状の空洞が形成されている。このとき、テーパー状の空洞は、レンズ２５で集光されたレーザ光２０が冷却ノズル２８の内部を通過できるような大きさとする。また、冷却ノズル２８は、レーザ光の照射領域の移動と同期して（つまり、レーザ光と同じ走査速度で）移動することができるように構成する。

冷却ノズル２８の先端の開口部の直径φ１、および冷却ノズル２８の先端と強化ガラス板１０の表面１２との距離Ｇａｐ１は任意に決定することができる。ここで、冷却ノズル２８の先端の開口部の直径φ１が小さい程、強化ガラス板１０に吹き付けられる気体の流速が速くなるため、強化ガラス板１０の表面１２における冷却能力が向上する。また、冷却ノズル２８の先端と強化ガラス板１０の表面との距離Ｇａｐ１が小さい程、強化ガラス板１０の表面１２における冷却能力が向上する。

また、強化ガラス板１０の表面側および裏面側からそれぞれ気体を吹き付けることでコーナー部４１、４２、４３、４４を冷却する場合は、例えば、図１０に示す冷却ノズルを用いることができる。図１０に示す冷却ノズルは、図９に示した冷却ノズル２８に加えて、強化ガラス板１０の裏面側から気体を吹き付ける冷却ノズル２９を備える。冷却ノズル２９も冷却ノズル２９の内部を気体が流れるように、テーパー状の空洞が形成されている。そして、冷却ノズル２８と同様に、冷却ノズル２９は、レーザ光の照射領域の移動と同期して（つまり、レーザ光と同じ走査速度で）移動することができるように構成する。

冷却ノズル２９の先端の開口部の直径φ２、および冷却ノズル２９の先端と強化ガラス板１０の裏面１４との距離Ｇａｐ２は任意に決定することができる。ここで、冷却ノズル２９の先端の開口部の直径φ２が小さい程、強化ガラス板１０に吹き付けられる気体の流速が速くなるため、強化ガラス板１０の裏面１４における冷却能力が向上する。また、冷却ノズル２９の先端と強化ガラス板１０の裏面１４との距離Ｇａｐ２が小さい程、強化ガラス板１０の裏面１４における冷却能力が向上する。

なお、冷却ノズル２８の開口部の直径φ１と冷却ノズル２９の開口部の直径φ２はそれぞれ異なるようにしてもよい。また、冷却ノズル２８の先端と強化ガラス板１０の表面１２との距離Ｇａｐ１と、冷却ノズル２９の先端と強化ガラス板１０の裏面１４との距離Ｇａｐ２は、それぞれ異なるようにしてもよい。しかし、強化ガラス板に作用する応力を考慮すると、冷却ノズル２８の開口部の直径φ１と冷却ノズル２９の開口部の直径φ２とを同一にし、冷却ノズル２８の距離Ｇａｐ１と冷却ノズル２９の距離Ｇａｐ２とを同一にし、更に冷却ノズル２８、２９に流す気体の流量を同一にすることが好ましい。つまり、強化ガラス板１０の表面側および裏面側のそれぞれから吹き付けられる気体の流速を略同一とすることが好ましい。

冷却ノズル２８、２９には、例えば気体供給部８３（図１４参照）から冷却用の気体が供給される。また、図９では冷却ノズル２８を用いて強化ガラス板１０の表面１２を冷却する場合について、図１０では冷却ノズル２８、２９を用いて強化ガラス板１０の表面１２および裏面１４を冷却する場合について説明した。しかし、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、冷却ノズル２９のみを用いて強化ガラス板１０を冷却してもよい（つまり、裏面側のみ冷却してもよい）。

また、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、曲率を有する箇所に気体を吹き付ける際に固定された冷却ノズルを用いてもよい。図１１は、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる固定された冷却ノズルを示す上面図である。また、図１２は、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法に用いられる固定された冷却ノズルを示す側面図（冷却ノズル６３、６４側からみた図）である。

図１１に示すように、固定された冷却ノズル６１、６２、６３、６４は、強化ガラス板１０から切り出されるサンプル４０のコーナー部４１、４２、４３、４４に、冷却用の気体を吹き付けることができるように配置されている。このとき、図１２に示すように、冷却ノズル６３、６４（冷却ノズル６１、６２も含む）は、強化ガラス板１０の表面１２のレーザ光２０の走査位置に冷却用の気体を吹き付けることができるように配置されている。また、図１２に示すように、強化ガラス板１０の裏面１４を冷却するための冷却ノズル７３、７４を設けてもよい。なお、強化ガラス板１０は、ガラス保持駆動部８２に保持されているため、図１０に示した冷却ノズル２９を用いた場合は、冷却ノズル２９とガラス保持駆動部８２とが接触する場合も想定される。このような場合は、図１２に示す固定された冷却ノズル７３、７４を用いることで、冷却ノズル２９とガラス保持駆動部８２とが接触することを防ぐことができる。

なお、各冷却ノズルには、例えば気体供給部８３（図１４参照）から冷却用の気体が供給される。また、図１２では固定された冷却ノズルを強化ガラス板１０の表面側および裏面側の両方に設けた場合を示したが、固定された冷却ノズルは強化ガラス板１０の表面側にのみ設けてもよく、強化ガラス板１０の裏面側にのみ設けてもよい。また、図９、図１０に示した冷却ノズル２８、２９と、図１１、図１２に示した冷却ノズル６１、６２、６３、６４、７３、７４を組み合わせて用いてもよい。

例えば、図１３（側面図）に示すように、強化ガラス板の表面１２の冷却に図９、図１０に示した可動式の冷却ノズル２８を用い、強化ガラス板の裏面１４の冷却に図１１、図１２に示した固定された冷却ノズル７３、７４（実際には、図１１に示すように４つのコーナー部に設けられている）を用いてもよい。

また、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、曲率を有する箇所を冷却しながら切断することに加えて、強化ガラス板１０に照射される単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを曲率半径が小さくなるにつれて大きくしてもよい。このように、レーザ光の照射エネルギーを曲率半径が小さくなるにつれて大きくすることで、レーザ光の走査方向後方に発生する引張応力を大きくすることができ、曲率半径が小さい場合であっても、レーザ光の走査方向後方におけるクラックの伸展方向を制御しながら強化ガラス板１０を切断することができる。

ここで、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）は、レーザ光の出力をＰ（Ｗ）、レーザ光の走査速度をｖ（ｍｍ／ｓ）、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光のビーム径をφ（ｍｍ）とすると、次の式で表すことができる。

Ｅ（Ｊ／ｍｍ^２）＝Ｐ（Ｗ）／（ｖ（ｍｍ／ｓ）×φ（ｍｍ）） ・・・式１

すなわち、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）は、レーザ光が単位時間（１秒間）に強化ガラス板１０を走査する面積あたりのエネルギーである。以下では、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを、単位エネルギーとも記載する。

なお、直線は曲率半径Ｒが∞であるので、直線部５１、５２、５３、５４を切断する際のレーザ光の単位エネルギーは、コーナー部４１、４２、４３、４４を切断する際のレーザ光の単位エネルギーよりも小さくすることができる。

例えば、上記の式１より、レーザ光の照射領域の移動速度（走査速度）を遅くすることで、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を大きくすることができる。また、レーザ光の出力を大きくすることで、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を大きくすることができる。また、レーザ光の照射領域の面積（つまり、ビーム径φ）を小さくすることで、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を大きくすることができる。

また、本実施の形態では、強化ガラス板１０の吸収係数αが大きくなるにつれて、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を小さくしてもよい。吸収係数αが大きい場合は、強化ガラス板１０に吸収されるエネルギーが多くなるため、その分だけ単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を小さくすることができる。

また、強化ガラス板の厚さｔが厚くなるにつれて、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を大きくしてもよい。強化ガラス板の厚さｔが厚い場合は、強化ガラス板１０に供給するエネルギーを多くする必要があるため、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を大きくすることが好ましい。また、強化ガラス板１０の熱膨張係数が大きくなるにつれて、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を小さくしてもよい。強化ガラス板１０の熱膨張係数が大きいとレーザ光の走査方向後方に発生する引張応力が大きくなるため、その分だけ単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ^２）を小さくすることができる。

以上で説明した本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法により、品質を劣化させることなく、レーザ光を用いて強化ガラス板を切断することができる。

次に、上記で説明した本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を実施するための強化ガラス板切断装置について説明する。図１４は、本実施の形態にかかる強化ガラス板切断装置を説明するための図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板切断装置８０は、レーザ出力部８１、ガラス保持駆動部８２、冷却ノズル２８、気体供給部８３、制御部８４、および制御プログラム生成部８５を有する。なお、図１４では、強化ガラス板１０の切断時に強化ガラス板１０の表面および裏面の少なくとも一方を冷却する冷却部の一例として可動式の冷却ノズル２８を示した。しかし、固定された冷却ノズル（図１１、図１２参照）や、可動式の冷却ノズルと固定された冷却ノズルとを組み合わせたもの（図１３参照）を冷却部として用いてもよい。

レーザ出力部８１は、強化ガラス板１０を切断するためのレーザ光２０を出力する。レーザ光２０の光源としては、例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ、９４０ｎｍ、９７５ｎｍ）、ファイバーレーザ（波長：１０６０〜１１００ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、２０８０ｎｍ、２９４０ｎｍ）などを用いることができる。

ここで、近赤外のレーザ光を用いる場合、近赤外における吸収を増加させるために強化ガラス板にＦｅ等の不純物を添加する必要がある。近赤外において吸収特性を持つ不純物を添加した場合、可視光領域の吸収特性にも影響を与えるため、強化ガラス板の色味や透過率に影響を及ぼす場合がある。このようなことを防止するために、レーザ光２０の光源として、波長が２５００〜５０００ｎｍの中赤外のレーザを用いてもよい。波長が２５００〜５０００ｎｍの帯域ではガラス自体の分子振動に起因する吸収が発生するため、Ｆｅ等の不純物の添加が不要となる。

レーザ出力部８１は、レーザ光の焦点を調整するための光学系を備えている。レーザ光のパワー（レーザ出力）、レーザ光のビーム径（焦点）、レーザ照射のタイミングなどは、制御部８４を用いて制御される。

ガラス保持駆動部８２は、加工対象である強化ガラス板１０を保持すると共に、強化ガラス板１０を所定の方向に移動する。すなわち、ガラス保持駆動部８２は、レーザ光が強化ガラス１０の切断予定線を走査するように、強化ガラス板１０を移動する。ガラス保持駆動部８２は、制御部８４を用いて制御される。ガラス保持駆動部８４は、加工対象である強化ガラス板１０を多孔質板等を用いて吸着することで固定してもよい。また、ガラス保持駆動部８２は、強化ガラス板１０の位置を決定するための画像検出器を備えていてもよい。位置決め用の画像検出器を備えることで、強化ガラス板１０の加工精度を向上させることができる。

なお、図１４に示した強化ガラス板切断装置８０では、レーザ光２０の照射領域が強化ガラス板１０上を移動するように、ガラス保持駆動部８２を用いて強化ガラス１０を移動している。このとき、レーザ出力部８１および冷却ノズル２８は固定されている。しかし、ガラス保持駆動部８２に保持されている強化ガラス板１０を固定し、レーザ出力部８１および冷却ノズル２８を移動させることで、レーザ光２０の照射領域を強化ガラス板１０上において移動させてもよい。また、ガラス保持駆動部８２に保持されている強化ガラス板１０とレーザ出力部８１と冷却ノズル２８とがそれぞれ移動するように構成してもよい。この場合は、冷却ノズル２８が、レーザ光の照射領域の移動と同期して移動するようにする。

気体供給部８３は、冷却ノズル２８に冷却用の気体を供給する。気体供給部８３は、冷却ノズル２８に供給される気体の流量を調整する流量調整部を備えている。制御部８４は、この流量調整部を制御することで、強化ガラス板１０における冷却の度合いを調整することができる。

制御部８４は、レーザ出力部８１、ガラス保持駆動部８２、気体供給部８３を、制御プログラム生成部８５で生成された制御プログラムに基づき制御する。

制御プログラム生成部８５は、強化ガラス板１０の熱膨張係数、厚さ、レーザ光に対する強化ガラス板の吸収係数、および強化ガラス板の中間層の残留引張応力の少なくとも一つに応じて、強化ガラス板に照射される単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを制御する制御プログラムを生成する。

また、制御プログラム生成部８５は、強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、曲率を有する箇所を冷却しながら切断する制御プログラムを生成する。このとき、制御プログラム生成部８５は、切断予定線の曲率半径が小さくなるにつれて曲率を有する箇所がより低温となるように冷却する制御プログラムを生成してもよい。

例えば、制御プログラム生成部８５は、予め入力された切断予定線に関する情報に基づいて冷却が必要な箇所（所定の曲率を有する箇所）を決定する。そして、レーザ光の走査位置がこの冷却が必要な箇所に到達した際に、気体供給部８３から冷却ノズル２８に冷却用の気体が供給されるようなプログラムを生成する。

なお、制御プログラム生成部８５は、強化ガラス板１０の切断予定線における曲率半径に応じて、レーザ光の照射領域の面積（つまり、ビーム径φ）、レーザ光の出力、およびレーザ光の走査速度を制御する制御プログラムを生成してもよい。

以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、品質を劣化させることなく、レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。実施例１では、強化ガラス板の表面側から強化ガラス板を冷却した場合について説明する。また、実施例２では、強化ガラス板の表面側および裏面側から強化ガラス板を冷却した場合について説明する。

＜実施例１＞
実施例１では、板厚が１．１ｍｍ、大きさが５０ｍｍ×９０ｍｍ（Ｗ＝５０ｍｍ、Ｌ＝９０ｍｍ）、残留引張応力ＣＴが２２ＭＰａの強化ガラス板を用いた。強化ガラス板を切断する際は、実施の形態で説明した切断方法（図６参照）を用いた。また、強化ガラス板から切り出すサンプルのコーナー部の曲率半径はＲ＝５ｍｍとした。強化ガラス板の端部の切断開始位置には、初期クラックを予め形成し、強化ガラス板の表面には、スクライブ線を形成しなかった。レーザ光の光源は、ファイバーレーザ（中心波長帯：１０７０ｎｍ）とした。

レーザ光のビーム径は０．１ｍｍとした。レーザ光の走査速度は直線部では５ｍｍ／ｓとし、コーナー部では２．５ｍｍ／ｓとした。また、本実施例では、レーザ光を走査して強化ガラス板を切断する際に、図９に示した冷却ノズル２８を用いて強化ガラス板の表面１２を冷却しながらレーザ光を走査した。このとき用いた冷却ノズルと強化ガラス板１０の表面１２との距離Ｇａｐ１は３ｍｍとした。また、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーは３００Ｊ／ｍｍ^２とした。

また、強化ガラス板から切り出されたサンプルは、次のようにして評価した。図１５は、強化ガラス板から切り出されたサンプル４０の評価方法を説明するための上面図である。図１５に示すように、サンプル４０のコーナー部と直線部との境界付近の幅Ｗ１、Ｗ３、長手方向中央部の幅Ｗ２、コーナー部と直線部との境界付近の長さＬ１、Ｌ３、幅方向中央部の長さＬ２の合計６つの寸法をノギスを用いて測定した。つまり、コーナー部と直線部との境界付近の幅Ｗ１、Ｗ３と長さＬ１、Ｌ３とを測定することで、コーナー部における切断の精度を評価することができる。そして、各寸法について寸法誤差を計算した。

ここで寸法誤差とは、測定した寸法から設計寸法を引いた値である。具体的には、例えば幅Ｗの測定した寸法が５０．４３ｍｍであった場合は、設計寸法が５０ｍｍであるので寸法誤差は０．４３ｍｍとなる。このようにして求めた寸法誤差のうち、幅（Ｗ１〜Ｗ３）の寸法誤差の最小値をδＷｍｉｎ（ｍｍ）、幅（Ｗ１〜Ｗ３）の寸法誤差の最大値をδＷｍａｘ（ｍｍ）、長さ（Ｌ１〜Ｌ３）の寸法誤差の最小値をδＬｍｉｎ（ｍｍ）、長さ（Ｌ１〜Ｌ３）の寸法誤差の最大値をδＬｍａｘ（ｍｍ）とした。また、このようにして求めた寸法誤差を用いて、寸法誤差幅Δδ、最大寸法誤差δｍａｘ、および寸法誤差の平均値δａｖｇ（ｍｍ）を求めた。

図１６に、強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの評価結果を示す。サンプルＮｏ．１では、強化ガラス板を切断する際に冷却を実施しなかった。サンプルＮｏ．１は、切断途中で強化ガラス板が割れたため評価することができなかった。サンプルＮｏ．２では、冷却ノズルの開口部の直径φ１を２ｍｍとし、冷却ノズルを流れる気体の流量ｆ１を１５Ｌ／ｍｉｎとした。このとき強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速は８０ｍ／ｓであった。また、サンプルＮｏ．３では、冷却ノズルの開口部の直径φ１を２ｍｍとし、冷却ノズルを流れる気体の流量ｆ１を５０Ｌ／ｍｉｎとした。このとき強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速は２６５ｍ／ｓであった。また、サンプルＮｏ．４では、冷却ノズルの開口部の直径φ１を１ｍｍとし、冷却ノズルを流れる気体の流量ｆ１を１５Ｌ／ｍｉｎとした。このとき強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速は３１８ｍ／ｓであった。

このような条件で切り出したサンプルＮｏ．２〜Ｎｏ．４について、上記手法を用いてδＷｍｉｎ、δＷｍａｘ、δＬｍｉｎ、δＬｍａｘをそれぞれ求めた。また、寸法誤差幅Δδ、最大寸法誤差δｍａｘ、および寸法誤差の平均値δａｖｇについてもそれぞれ算出した。

ここで、寸法誤差幅Δδは、幅の寸法誤差δＷと長さの寸法誤差δＬのうち最大のものと最小のものとの差で定義される。具体的には、幅の寸法誤差の最大値δＷｍａｘと長さの寸法誤差の最大値δＬｍａｘの大きい方と、幅の寸法誤差の最小値δＷｍｉｎと長さの寸法誤差の最小値δＬｍｉｎの小さい方との差である。サンプルＮｏ．２の場合を例に説明すると、幅の寸法誤差の最大値δＷｍａｘ＝０．５４ｍｍと長さの寸法誤差の最大値δＬｍａｘ＝０．５９ｍｍとでは、長さの寸法誤差の最大値δＬｍａｘ＝０．５９ｍｍのほうが大きい。また、幅の寸法誤差の最小値δＷｍｉｎ＝０．２３ｍｍと長さの寸法誤差の最小値δＬｍｉｎ＝０．１６ｍｍとでは、長さの寸法誤差の最小値δＬｍｉｎ＝０．１６ｍｍのほうが小さい。よって、寸法誤差幅Δδは、長さの寸法誤差の最大値δＬｍａｘ＝０．５９ｍｍと幅の寸法誤差の最小値δＷｍｉｎ＝０．１６ｍｍとの差０．４３ｍｍとなる。

最大寸法誤差δｍａｘは、幅の寸法誤差δＷの絶対値と長さの寸法誤差δＬの絶対値のうち最大のものである。具体的には、幅の寸法誤差の絶対値の最大値δＷｍａｘと長さの寸法誤差の絶対値の最大値δＬｍａｘのうちの大きいほうである。サンプルＮｏ．２の場合を例に説明すると、最大寸法誤差δｍａｘは長さの寸法誤差の最大値δＬｍａｘ＝０．５９ｍｍとなる。

寸法誤差の平均値δａｖｇは、幅（Ｗ１〜Ｗ３）の寸法誤差と長さ（Ｌ１〜Ｌ３）の寸法誤差の平均値である。

図１７Ａに、強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの最大寸法誤差δｍａｘとの関係を示す。また、図１７Ｂに、強化ガラス板の冷却条件と切り出されたサンプルの寸法誤差の平均値δａｖｇとの関係を示す。図１６、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、サンプルＮｏ．２（流速８０ｍ／ｓ）では、最大寸法誤差δｍａｘが０．５９ｍｍ、平均値δａｖｇが０．３８ｍｍであった。サンプルＮｏ．３（流速２６５ｍ／ｓ）では、最大寸法誤差δｍａｘが０．５４ｍｍ、平均値δａｖｇが０．３７ｍｍであった。サンプルＮｏ．４（流速３１８ｍ／ｓ）では、最大寸法誤差δｍａｘが０．４８ｍｍ、平均値δａｖｇが０．２３ｍｍであった。このように、強化ガラス板を切断する際に吹き付けられる気体の流速が速くなる程、最大寸法誤差δｍａｘおよび平均値δａｖｇが小さくなった。

これは、強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速が速くなる程、強化ガラス板の表面における冷却能力が向上したからであると考えられる。つまり、冷却能力が向上するにつれて、強化ガラス板の圧縮応力が発生する位置と引張応力が発生する位置との距離を短くすることができ、走査方向後方におけるクラックの伸展方向を精度よく制御することができたからであると考えられる。

以上で説明したように、強化ガラス板を切断する際に強化ガラス板の表面側から強化ガラス板を冷却することで、強化ガラス板から精度よくサンプルを切り出すことができた。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２では、強化ガラス板を切断する際に、強化ガラス板の表面側および裏面側から強化ガラス板を冷却した。本実施例では、板厚が１．１ｍｍ、大きさが３０ｍｍ×４５ｍｍ（Ｗ＝３０ｍｍ、Ｌ＝４５ｍｍ）、残留引張応力ＣＴが２２ＭＰａの強化ガラス板を用いた。強化ガラス板を切断する際は、実施の形態で説明した切断方法（図６参照）を用いた。また、強化ガラス板から切り出すサンプルのコーナー部の曲率半径はＲ＝５ｍｍとした。強化ガラス板の端部の切断開始位置には、初期クラックを予め形成し、強化ガラス板の表面には、スクライブ線を形成しなかった。レーザ光の光源は、ファイバーレーザ（中心波長帯：１０７０ｎｍ）とした。

レーザ光のビーム径は０．１ｍｍとした。レーザ光の走査速度は、直線部およびコーナー部ともに１ｍｍ／ｓとした。また、本実施例では、レーザ光を走査して強化ガラス板を切断する際に、図１３に示した冷却ノズル（上部冷却ノズル）２８および固定された冷却ノズル（下部冷却ノズル）７３、７４を用いた。なお、下部冷却ノズルは図１１に示すように、切り出されるサンプル４０の４つのコーナー部に配置した。上部冷却ノズルは、レーザ光の照射領域の移動と同期して移動させた。このとき用いた上部冷却ノズルの開口部の直径φ１は１ｍｍとし、上部冷却ノズルと強化ガラス板１０の表面との距離Ｇａｐ１は２ｍｍとした。また、上部冷却ノズルを流れる空気の流量ｆ１は１５Ｌ／ｍｉｎとした。また、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーは１０００Ｊ／ｍｍ^２とした。強化ガラス板から切り出されたサンプルは、実施例１と同様の方法で評価した。

図１８に、強化ガラス板の冷却条件（下部冷却ノズルの条件）と切り出されたサンプルの評価結果を示す。サンプルＮｏ．５では、強化ガラス板を切断する際に下部冷却ノズルによる冷却を実施しなかった（上部冷却ノズルを用いた冷却は実施した）。サンプルＮｏ．６では、下部冷却ノズルの開口部の直径φ２を４ｍｍとし、冷却ノズルを流れる気体の流量ｆ２を５０Ｌ／ｍｉｎとした。このとき強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速は６６ｍ／ｓであった。また、サンプルＮｏ．７では、冷却ノズルの開口部の直径φ２を１ｍｍとし、冷却ノズルを流れる気体の流量ｆ２を１５Ｌ／ｍｉｎとした。このとき強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速は３１８ｍ／ｓであった。

このような条件で切り出したサンプルＮｏ．５〜Ｎｏ．７について、上記手法を用いてδＷｍｉｎ、δＷｍａｘ、δＬｍｉｎ、δＬｍａｘをそれぞれ求めた。また、寸法誤差幅Δδ、最大寸法誤差δｍａｘ、および寸法誤差の平均値δａｖｇについてもそれぞれ算出した。

図１９に、強化ガラス板の冷却条件（下部冷却ノズルの条件）と切り出されたサンプルの寸法誤差幅Δδとの関係を示す。図１８、図１９に示すように、サンプルＮｏ．５（下部冷却なし）では寸法誤差幅Δδが０．１１ｍｍであった。サンプルＮｏ．６（流速６６ｍ／ｓ）では寸法誤差幅Δδが０．１ｍｍであった。サンプルＮｏ．７（流速３１８ｍ／ｓ）では寸法誤差幅Δδが０．０５ｍｍであった。このように、強化ガラス板を切断する際に下部冷却ノズルから吹き付けられる気体の流速が速くなる程、寸法誤差幅Δδが小さくなった。

これは、下部冷却ノズルから強化ガラス板に吹き付けられる気体の流速が速くなる程、強化ガラス板の表面および裏面における冷却能力が向上したからであると考えられる。つまり、冷却能力が向上するにつれて、強化ガラス板の圧縮応力が発生する位置と引張応力が発生する位置との距離を短くすることができ、走査方向後方におけるクラックの伸展方向を精度よく制御することができたからであると考えられる。

以上で説明したように、強化ガラス板を切断する際に強化ガラス板の表面側および裏面側から強化ガラス板を冷却することで、強化ガラス板から精度よくサンプルを切り出すことができた。

以上、本発明を上記実施の形態および実施例に即して説明したが、上記実施の形態および実施例の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１０ 強化ガラス板
１２ 表面
１３ 表面層
１４ 裏面
１５ 裏面層
１７ 中間層
２０ レーザ光
２２ 照射領域
２５ レンズ
２８、２９ 冷却ノズル
３１ クラック
３２ 切断予定線
３３ 圧縮応力
３５ 引張応力
４０ サンプル
４１、４２、４３、４４ コーナー部
４５ 切断開始位置
４６ 切断終了位置
５１、５２、５３、５４ 直線部
６１、６２、６３、６４ 冷却ノズル
７３、７４ 冷却ノズル
８０ 強化ガラス板切断装置
８１ レーザ出力部
８２ ガラス保持駆動部
８３ 気体供給部
８４ 制御部
８５ 制御プログラム生成部

Claims (15)

1. 圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、引張応力が残留する中間層とを有する強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板の切断方法であって、
   前記強化ガラス板と前記レーザ光とは、前記レーザ光に対する前記強化ガラス板の吸収係数をα（ｃｍ^−１）、前記強化ガラス板の厚さをｔ（ｃｍ）として、０＜α×ｔ≦３．０の式を満たし、
   前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所を冷却しながら切断する、
   強化ガラス板の切断方法。
2. 前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所の曲率半径が小さくなるにつれて前記曲率を有する箇所がより低温となるように冷却する、請求項１に記載の強化ガラス板の切断方法。
3. 前記強化ガラス板の表面側および裏面側の少なくとも一方から気体を吹き付けることで前記曲率を有する箇所を冷却する、請求項１または２に記載の強化ガラス板の切断方法。
4. 前記気体が通過する空洞を有し、当該空洞を前記レーザ光が通過可能に構成された冷却ノズルを前記レーザ光の照射領域の移動と同期して移動することで、前記曲率を有する箇所を冷却する、請求項３に記載の強化ガラス板の切断方法。
5. 前記曲率を有する箇所に前記気体が吹き付けられるように固定されたノズルを用いて前記曲率を有する箇所を冷却する、請求項３に記載の強化ガラス板の切断方法。
6. 前記気体はミストを含む、請求項３〜５のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
7. 前記気体は、前記強化ガラス板が切断される周囲の温度よりも低温の気体である、請求項３〜５のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
8. 前記気体の熱伝達率は空気の熱伝達率よりも大きい、請求項３〜５のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
9. 前記強化ガラス板の表面側および裏面側のそれぞれから吹き付ける気体の流速が略同一である、請求項３〜８のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
10. 更に、前記強化ガラス板に照射される単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを前記曲率を有する箇所の曲率半径が小さくなるにつれて大きくする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
11. 圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、引張応力が残留する中間層とを有する強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板切断装置であって、
    前記強化ガラス板を保持すると共に、当該強化ガラス板を所定の方向に移動するガラス保持駆動部と、
    前記強化ガラス板を切断するためのレーザ光を出力するレーザ出力部と、
    前記強化ガラス板の切断時に当該強化ガラス板の表面および裏面の少なくとも一方を冷却する冷却部と、
    前記ガラス保持駆動部、前記レーザ出力部、および冷却部を制御プログラムに基づき制御する制御部と、
    前記制御プログラムを生成する制御プログラム生成部と、を備え、
    前記制御プログラム生成部は、前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所を冷却しながら切断する制御プログラムを生成する、
    強化ガラス板切断装置。
12. 前記制御プログラム生成部は、前記強化ガラス板を曲率を有するように切断する場合、前記曲率を有する箇所の曲率半径が小さくなるにつれて前記曲率を有する箇所がより低温となるように冷却する制御プログラムを生成する、請求項１１に記載の強化ガラス板切断装置。
13. 前記冷却部は、前記強化ガラス板の表面側および裏面側の少なくとも一方から気体を吹き付けることで前記強化ガラス板を冷却する、請求項１１または１２に記載の強化ガラス板切断装置。
14. 前記冷却部は前記レーザ光の照射領域の移動と同期して移動可能な冷却ノズルを有し、
    前記冷却ノズルは前記気体が通過する空洞を備え、当該空洞を前記レーザ光が通過可能に構成されている、
    請求項１３に記載の強化ガラス板切断装置。
15. 前記冷却部は、前記曲率を有する箇所に前記気体が吹き付けられるように固定されたノズルを有する、請求項１３に記載の強化ガラス板切断装置。

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