JP2013522163A - 強化ガラスの機械罫書き及び分割 - Google Patents

Abstract

強化ガラスシートは、シート表面に１本以上の制御された深さのベント線を機械罫書きし、次いで複数の短尺シート材への分割を行うためにベント線にかけて一様な曲げモーメントを印加することによって、無傷の短尺シート材に分割される。罫書きされた線の深さはシートの分離がおこるには不十分であり、ベント線はガラスシートのエッジの近くに形成された表面刻み目を含むクラック創始点から罫書きされる。

Description

関連出願の説明

本出願は、２０１０年３月１９日に出願された米国仮特許第６１/３１５４９１号の優先権の恩典を米国特許法第１１９条ｅ項の下に主張する。

本開示は全般的には強化ガラスシートを切断及び分割して短尺シート材にするための方法に関し、さらに詳しくは、強化ガラス基板を望ましくないシート破壊を誘起することなく機械的に切断及び分割するための方法に関する。

化学的に強化されたガラスは、民生用電子デバイスのための保護カバーガラスを含む、広範な用途に用いられている。化学強化に用いられるイオン交換プロセスはガラス表面上に、耐表面損傷強度の所望の増強を与える、圧縮応力層を形成するが、同時にガラスの厚さ方向の中間部に引張応力を生じさせる。

現行にしたがって化学強化ガラスシートコンポーネントを得るため、コンポーネントは初め、無強化(無イオン交換)ガラスシートから、審美的及び機能的な目標を満たすエッジ及び形状のシート材に仕上げられている、所望のコンポーネントに対する最終形状に、短尺シート材として割断される。その後、ガラスコンポーネントは、ガラス厚にかけて所要の表面強化効果を与える、つくり込まれた応力プロファイルを発現させるに最適な高い温度で、及び十分な時間をかけて、イオン交換浴に短尺シート材を浸漬することによるイオン交換強化プロセスにかけられる。その後、コンポーネントは浴から取り出され、以降の処理のために洗浄される。

タッチスクリーン一体型デバイスのような、新興技術をカバーするために化学強化ガラスの用途が広げられるにつれて、ディスプレイ製造業者は、最終コンポーネントの様々な寸法及び形状に後から割断するため、イオン交換ガラスを一層大きなガラスシートで供給するように要求してくる。タッチスクリーンデバイスの機能をサポートするために用いられるコンポーネントの数を低減するため及び製造コストを下げるため、中〜長尺ガラスパネルに対して、イオン交換強化を既に受けているパネルに切断及び分割プロセス工程を施すことが益々要求されている。

小形及び大形の情報ディスプレイパネルに用いられる種類の薄引きガラスシートを含むガラスシートを割断するための、現在利用できる機械的な方法及びプロセスは、多くの化学強化ガラスの比較的高い脆性により、ガラスにクラックを生じさせることなくイオン交換強化ガラスの割断への適合に未だに成功していない。したがって、現在のところ、化学強化ガラスの高効率の切断及び分割を可能にするため、水ジェット切断及びいわゆる「ウエットエッチング」切断のような、専用プロセスに関心が益々集中している。しかし、これらの手順の多くには時間と費用がかかるから、比較的脆い化学強化ガラスを所定の寸法及び形状の短尺シート材に分割するための経済的であるが高効率の方法が未だに必要とされている。

本開示にしたがえば、長尺化学強化ガラスシートを所定の寸法及び形状の短尺強化ガラスシート材に切断及び分割するための方法が提供される。経済的な機械罫書きプロセスパラメータが、改善された分割手法とともに、高レベルの圧縮表面応力が導入された薄いガラスシートにおいてさえ、無傷のシート分割を保証する。さらに、開示される方法は既存の製造環境における使用に容易に適合させることができる。

したがって、第１の態様において、本開示はシートの分離または破壊を誘起させずに強化ガラスシートを罫書きするための方法を含む。これらの方法は、初めに、ガラスシートの第１のエッジの近くの場所において、ガラスシートの第１の表面にクラック創始点を形成する工程を含む。ガラスシートは与えられた深さ(深さ「ＤＯＬ」)の表面圧縮層を有する化学強化ガラスシートであり、ガラスシートの第１のエッジの近くの場所に形成されるクラック創始点は第１の表面に延び込む表面刻みを含む。

クラック創始点形成工程に続いて、第１の表面にベント線を罫書きするため、第１の表面はクラック創始点から、ガラスシートの反対側のエッジのような、ガラスシートの第２のエッジに向けて機械罫書きされる。本説明の目的のため、ベント線はガラスシート表面をある深さまで開ける、ガラスシート表面に形成された刻み線である。本発明にしたがえば、ベント線はガラスシートの第１の表面から、深さＤＯＬに少なくとも等しいが、破断深さ、すなわちガラスシートの短尺シート材またはその他の断片への自発的で完全な分離を生じさせる深さよりは浅い、ベント深さまで延び込む。

第２の態様において、本開示は表面圧縮層が導入された化学強化ガラスシートを２つ以上の短尺シート材に分割するための方法を提供する、これらの方法は、上記説明にしたがって及び／またはその他の適する手順によって、設けられたベント線を利用する。これらの方法にしたがえば、ベント線はガラスシートの第１の表面上に初めに設けられ、ベント線は第１の表面から、表面圧縮層の深さ(例えば、深さＤＯＬ)に少なくとも等しいが、ガラスシートの分離を生じさせる破断深さよりは浅い、ベント深さまで延び込む。その後、第１の表面上のベント線にかけて一様な曲げモーメントが印加され、曲げモーメントはガラスシートをベント線に沿って短尺ガラスシート材に分離するに十分な(すなわち十分な表面応力を発生する)大きさである。望ましければ、分離効率を高めるため、上述したような１つまたは複数の破断創始点をベント線の端に設けることができる。

本明細書に開示される方法のその他の態様は、添付図面をある程度参照して、以下に説明される。

図１は化学強化ガラスシートのエッジ近くにおけるクラック創始点の機械形成を簡略に示す。 図１ａは化学強化ガラスシートのエッジ近くにおけるクラック創始点の機械形成を簡略に示す。 図２は強化ガラスシートを複数の短尺シート材に分割するための十字交差ベント線の配置を示す。 図３はその上に支持された罫書き済ガラスシートに３点曲げ応力を印加するためのしなやかな支持シートを含むガラスシート分離アセンブリに対する配置を示す。 図４は本開示の方法にしたがって作製された短尺ガラスシート材の割断面の一区画の立面図である。 図５は開示される方法の分離効率を選ばれたプロセス変数の関数として比較する。

本明細書に説明される方法は一般に、広範なシートガラス品及び材料の短尺ガラスシート材への分割に適用可能であるが、以降でさらに十分に説明されるような、これらの方法の特定の実施形態は、厳しい使用条件にさらされることになる情報ディスプレイに現在要求されているような高度に補強及び強化されたガラスの罫書き及び分割に特に有効である、特定のパラメータ範囲に限られたプロセス工程を含む。したがって、以降の説明及び説明のための実施例はそのような実施形態に特に向けられるが、開示される方法はそれらに限定されない。

化学強化ガラスシートは本質的にシートの厚さにかけてつくり込まれた応力プロファイルを有するガラス基板であり、化学強化の過程において、シートの表面領域に高レベルの圧縮応力が生じ、内部領域に引張応力が生じている。圧縮層が４００〜９００ＭＰａの範囲の圧縮応力及び５〜１００μｍの範囲の圧縮層深さ(ＤＯＬ)を有する場合、厚さが１.５ｍｍをこえないガラスシートが一般に情報ディスプレイ用途に用いられるガラスシートである。したがって、そのようなガラスシートは本明細書に開示されるシート分割方法が特に経済上及び技術上の利点を提供する技術材料の重要なカテゴリーに入る。

ＬＣＤディスプレイ基板に用いられるような長尺ガラスシートの分割のために開発された技法を利用するそのようなシートの罫書きは一般にガラスクラックを生じさせる。理論によれば、イオン交換強化ガラス品に、ガラス品の表面圧縮応力に打ち勝ち、引張応力が与えられた内部に達する中程度のクラックを創始するに十分な罫書き力が印加されると、クラックは単に制御されない態様で伝搬してガラス品の自発的破壊をおこさせる。

しかし、開示される方法の選ばれた実施形態にしたがえば、形状寸法が適切に選ばれた切削罫書きホイールが、望ましくないシートの分割または破壊を生じずに残留表面圧縮応力に打ち勝つことができる、制御された機械的損傷を創始するために用いられる。特定の実施形態において、適する態様で円周罫書きエッジにテーパがかけられている２ｍｍ径罫書きダイアモンド砥粒ホイールをこの目的のために用いることができる。特定の例として、エッジテーパ角が９０°〜１４０°、さらには１１０°〜１１５°の範囲の切削罫書きホイールにより、４００〜９００ＭＰａの範囲の最大(外表面)圧縮応力を有する１ｍｍ厚イオン交換ガラスシートに、特に圧縮応力が与えられた表面層が５〜１００μｍの範囲の層深さ(ＤＯＬ)を有する場合に、無クラック伝搬ベント線の罫書きの実施に成功することができた。これらの切削ホイールテーパ角は、罫書きプロセス中にガラスシートの自発分離をおこさせずに、ガラス厚の１０〜２０％もの大きさに等しい中程度のクラック深さ(ベント深さ)を与えることができる。

上記範囲内のいずれか特定の切削ホイールテーパ角の選択はベント線罫書きに選ばれる特定の罫書き速度及び切削罫書きホイール力(ガラス表面にかかる応力レベル)によって導かれ得る。適する罫書きパラメータの、説明のための実施形態として、５０〜５００ｍｍ/秒の範囲の罫書き速度及び１０〜３０Ｎの範囲の罫書き荷重、例えば、１５０ｍｍ/秒の罫書き速度及び１８〜２１Ｎの範囲の罫書き荷重を用いることができる。

しかし、開示される方法の選ばれた実施形態にしたがえば、望ましくないシートの分離または破壊を生じさせずに残留表面圧縮応力に打ち勝つことができる、制御された機械的損傷を創始するために、適切な選ばれた形状寸法を有する切削罫書きホイールが用いられる。特定の実施形態において、適する態様で円周罫書きエッジにテーパがかけられている２ｍｍ径罫書きダイアモンド切削ホイールをこの目的のために用いることができる。特定の例として、エッジテーパ角が９０°〜１４０°、さらには１１０°〜１１５°の範囲の切削罫書きホイールで、４００〜９００ＭＰａの範囲の最大(外表面)圧縮応力を有する１ｍｍ厚イオン交換ガラスシートに、特に圧縮応力が与えられた表面層が５〜１００μｍの範囲の層深さ(ＤＯＬ)及び５０ＭＰａより小さいレベルの中心張力(ＣＴ)を有する場合に、無クラック伝搬ベント線の好結果の罫書きを実施することができた。これらの切削ホイールテーパ角は、罫書きプロセス中にガラスシートの自発分離をおこさせずにガラス厚の１０〜２０％もの大きさに等しい中程度のクラック深さ(ベント深さ)を与えることができる。

有効なクラック創始点を与えるに適する形状の刻み目は、これらのクラック創始点からガラスシートの反対側のエッジにベント線を延ばすために用いられるものと同じ切削罫書きホイールを用いて形成することができる。一般にそのようなクラック創始点は、ガラスシート厚の約１０％より浅い深さ(ｈ)の表面刻み目を入れるように設定された切削罫書きホイール高において、シートのエッジを破砕するかまたは罫書きすることによってつくられる。この刻み目深さを制御するには、テーパ付切削ホイールエッジとガラスシート表面の間の垂直高差に関する厳密な制御が必要である。

特定の実施形態において、刻み目深さ(ｈ)はＤＯＬ＜ｈ＜３ＤＯＬの範囲内に入るであろう。ここで、ＤＯＬは強化ガラスシートに設けられた表面圧縮層の深さである。上記範囲において、刻み目はシートのエッジから内側に僅かな距離だけ延び込む必要がある。

比較的低い罫書き速度の使用も、クラック創始点におけるエッジ及び表面の損傷のレベルの制御に有用である。すなわち、ガラスシートにベント線を罫書きする過程におけるガラスシートの自発的なクラック発生またはガラスシート分離を生じさせ得るであろう、創始点からの過剰なクラック伝搬を避けるため、クラック創始罫書き速度は一般にベント線罫書きに用いられる罫書き速度よりｍｍ/秒レベルで低いであろう。得られる表面刻み目の寸法及び形状は変わり得るが、刻み目から延びるラジアルクラックが存在しない、「半硬貨」または「半円」の形の刻み目形状が、ほとんどの罫書き条件及び分離条件の下で良好な結果を与える。

図面の図１及び１ａは、開示される方法にしたがう、化学強化ガラスシート１０のエッジの近くにクラック創始点を設ける工程を簡略に示す。図１に示されるように、適するクラック創始点を形成する、ある深さ(ｈ)の表面刻み目１２が切削罫書きホイール２０を用いてガラスシートのエッジ及び上表面１０ａに切り込まれる。この目的のために用いられる切削ホイールは、図１ａに提示される切削ホイール２０の端面図に示されるように、テーパ角がαの、テーパ付円周刃先２２を有する。切削ホイール２０または同様の切削罫書きホイールは、例えば、上述したような、刃先テーパ角α、罫書き速度及び罫書き荷重を有する切削罫書きホイールを用いる、ガラスシート１０のようなガラスシートの上表面にかけて同様のクラック創始点から延びる所定の深さのベント線を罫書きするためにも用いることができる。

開示される機械罫書き方法は、ガラスシートの第１の表面に複数のクラック創始点から伸びる複数本の罫書き線が罫書きされる、特定の実施形態を含む。十字交差する罫書き線では、またはそうではなくとも、一つの有用な手法は、ガラスシートの長寸に沿って初期罫書き方向を揃え、交差する罫書き線をガラスシートの短寸に沿って形成することである。すなわち、ガラスシートが幅Ｗ及び、幅Ｗより大きい、長さＬを有していれば、機械罫書き工程は初めに、長さＬに平行な方向に沿って、複数本の間隔をおいたベント線を複数のクラック創始点から罫書きする工程を含むことができる。引き続く罫書き工程は、同様のクラック創始点からガラスシート幅Ｗに平行な方向に１本以上のベント線を交差罫書きする工程を含む。

図面の図２は、複数本の罫書き線３４がガラスシートの上表面３０ａに罫書きされている化学強化ガラスシート３０を簡略に示す。ガラスシート３０の形状は、シート長Ｌがシート幅Ｗより大きいような形状である。開示される罫書き方法の特定の実施形態にしたがってそのようなガラスシートに十字交差ベント線３４を罫書きする工程においては、初めにガラスシートの長さＬに平行にベント罫線を形成するため、機械罫書きが方向１で行われることが有利である。その後、残りのベント線の交差罫書きががガラスシートの幅Ｗに平行な方向２で機械罫書きすることによって行われる。この特定の交差罫書き手法を用いてガラスシートから分離された短尺ガラスシート材においては、高レベルの交差切断コーナー及び短尺シート材エッジの品質が確保される。

罫書きされた化学強化ガラスシートを強化ガラス短尺シート材に分離する目的のため、機械的割断装置が手作業割断の代わりに用いられる。一般に、手作業割断では、クラックの偏り、したがってシート破壊の危険無しに、一方のシートエッジを他方のシートエッジからクラックを誘導するに十分に一様な曲げ応力を、罫書きされたガラスシートの長さに沿い、幅にかけて、発生させることはできない。

機械的割断機のアームは、ベント線の全長に沿い、罫書き線にかけて、一様な曲げモーメント／分割力を印加することができる。さらに、そのような手段によって、印加される曲げ／分割力の印加の強さ及びレートに関わる厳密な制御を確実に行うことができる。本明細書に説明されるようにベント線が設けられたガラスシートの制御された分割に用いられるべき曲げ力のレベルは、ガラスの厚さ及び弾性特性、強化ガラスシートの厚さにかけて存在する応力プロファイル並びにベント線の深さ及び幅のような変数に依存するであろう。しかし、特定のいずれの場合にも選ばれるべき特定の曲げレート及び曲げ力は日常的な実験によって容易に決定することができる。

選ばれた曲げ力は、カンチレバービーム曲げまたは３点曲げによって印加することができるが、全ての場合において、ガラス表面に設けられたベント線にかかる引張応力が発現するに有効な方向で印加される。本明細書に説明されるようなシート分割方法の特定の実施形態の例として、１０〜３５Ｍｐａの範囲、またはさらに狭い２０〜２５ＭＰａの範囲の引張曲げ応力が用いられるであろう。３点曲げにおいて、引張応力はガラスシートの第１の表面の裏側の第２の表面への機械力の印加によって発生される。

開示される分割方法の特定の３点曲げ実施形態においては、罫書きされたガラスシートが、ガラスシートへの機械的破断力の印加中、しなやかな支持面上に支持される。ガラスシートは、ベント線を支持面に向けて、支持体上に配置され、次いで、ベント線の裏側のガラスシート表面に機械曲げ力が印加される。

しなやかな支持面に対する３点曲げを含む割断方法において、ベント線に沿うガラスシートの所望の屈曲及び割断は、支持面に表面溝を設けることによることが好ましい。これらの実施形態におけるガラスシートのベント線は、機械力印加中のガラスシートの撓みを容易にするため、支持面の溝に重ね、溝と位置を合わせて配置される。

図面の図３は、説明したようなしなやかな支持面を利用する３点曲げにおける割断によりガラスシートを確実に分割するための構成の簡略な分解組立図を提示する。図３に示されるように、ガラスシートの下表面４０ａに複数本の十字交差ベント線４４を有するガラスシート４０が、しなやかな支持面５０ａを有する支持部材５０に重ねて配置される。支持面５０ａには、溝間隔がガラスシート４０の下表面のベント線４４のサブセットの間隔に対応している、溝５０ｂのアレイがつくり込まれている。切断機バー６０が、ガラスシート４０の上表面の上に、ガラスシート４０の下表面４０ａの最左端のベント線４４及びしなやかな支持面５０ａの最左端の溝５０ｂのいずれとも位置を合わせて、配置される。

図示されるアセンブリの要素パーツが相互に接触させられると、割断機バーが、ガラスシート４０の上表面への下向きの力Ｆの印加により、最左端ベント線４４に沿うガラスシート４０の分割を実施することができる。そのような力は、しなやかな支持部材５０の溝５０ｂ内へのガラスシート４０の下向きの屈曲により、最左端ベント線４４にかけて引張応力を生じさせ、この結果、ガラスシートの３点曲げによるシート分割をおこさせる。いくつかの実施形態において、交差ベント線が形成されているガラスシート４０の割断機バー６０による下向きの力がかかっていない領域は、図３に領域Ａで示されるクランプ領域にわたり、ガラスシート４０及びその下のしなやかな支持部材５０に広範囲に印加される一様なクランプ力の印加によって安定化させることができる。

開示される方法の選ばれた実施形態の実施に有用な処理パラメータ及び装置仕様の変形が、以下の例示のための説明に提示される。いくつかの場合に罫書きの有効性に影響する一要件は、罫書きベント線を形成するための切削罫書きホイールの選択に関する。鋭い切削ホイールテーパ角は、例えば１１０°〜１２５°の範囲のテーパ角は、比較的小さな直径の、すなわち２〜４ｍｍの範囲の直径の切削ホイールとともに有効に用いることができる。研磨で仕上げられた表面とは対照的な、粗い切削ホイール表面は、高度に圧縮されたガラス表面の罫書きに特に適し、市販されている。切削罫書きホイールまたはその他の罫書き用具の表面外装に適する材料には炭化タングステン及びダイアモンドがあり、後者には単結晶ダイアモンド及び多結晶ダイアモンド(ＰＣＤ)がある。Ｚｙｇｏ白色光干渉計で測定して０.２５μｍ(±０.１５μｍ)の範囲の切削罫書きホイール表面外装で、良好な結果が得られる。

そのような切削ホイールの適切に選ばれた罫書き速度及び罫書き荷重と組み合わせた使用が、罫書きプロセス中の完全シート分離を防止し、隣接する分割された表面の表面チッピングを最小限に抑えるに役立つ。罫書き台上の強化ガラスシート位置決めのためのコンピュータ制御観測システムの使用が、適切なガラスシートの位置合せ及びベント線の位置決め及び間隔取りを保証するに有用である。

上述したように、ガラス厚の１０〜２０％の範囲の中程度のクラック深さをもつベント線の形成に適する罫書きの荷重及び速度が一般に、罫書き中のガラスシート分離を回避するため、及びその後に印加される曲げ応力の下での一貫したシート分割を確実にするためのいずれにも有効である。ベント線深さへの良好な制御を達成する目的のため、一般に、罫書き荷重の増加によってオフセットされる罫書き速度の増大により等価な範囲の中程度のクラック深さが生じ得ることが分かった。

下の表１はこの効果の一例を示す。表１には罫書き速度及び罫書き荷重の特定の範囲をカバーするデータが含まれ、表１はガラスシートの自発的な分離ではなく制御された分割の達成に対するそれぞれの罫書き条件セットの有効性に関する指標を含む。表１のデータは、６００〜７５０ＭＰａのピーク圧縮表面応力レベル、４０ＭＰａより小さいピーク中心張力レベル、及び２５〜４０μｍの範囲の表面圧縮層深さを有する、１.１ｍｍ厚のイオン交換強化ガラスシートの罫書き中に得られた結果を表す。安定した十字交差ベント線が得られた罫書き条件は指標ＸＣで識別され、安定した平行罫書き線が得られた罫書き条件は指標Ｓで識別される。表１において、罫書き中に望ましくないレベルのガラスシート分離がおこった罫書き条件は指標ＦＳで識別される。

当然、いかなる特定の場合においても自発的なガラスシート分離及び過剰な表面損傷を生じさせずにベント線を生成するための最も有効な罫書き条件は、ガラス厚に、また化学強化の過程において強化されたガラスシートの厚さにかけて発現した特定のつくり込み応力プロファイルにも、依存するであろう。開示される方法の特定の実施形態例において、４００〜８５０ＭＰａのピーク圧縮表面応力レベル、４０ＭＰａをこえないピーク中心張力レベル、及び１０〜７０μｍの範囲の圧縮層深さを有する、１.１ｍｍ厚のイオン交換強化ガラスシートを、１４〜２４Ｎの罫書き荷重及び５０〜７５０ｍｍ/秒の罫書き速度の範囲内で有効に罫書きすることができる。１２５〜２５０ｍｍ/秒の範囲の罫書き速度において、１６〜２４Ｎの罫書き荷重範囲内の罫書きで、そのようなガラスに１２０〜１８０μｍの範囲の中程度の深さのクラックを形成することができ、横方向クラック寸法は１５０μｍ以下に維持することができる。

開示されるガラスシート分割手順の適用の説明のための特定の実施形態が図面の図５に与えられる。図５は、６５０ＭＰａの表面圧縮応力、３０ＭＰａの中心張力レベル、及び４６μｍの圧縮層深さを有する１.１ｍｍ厚強化ガラスシートの罫書き及び分割に適用可能なプロセスウインドウをグラフで提示する。ガラスシートの処理中に用いられた罫書き荷重がグラフの横軸にＭＰａ単位の荷重圧力として示され、得られたベント線深さがグラフの縦軸にｍｍ単位でプロットされている。プロットされたベント深さは、(示される結果については２５０〜５００ｍｍ/秒の範囲にある)罫書き速度の関数として変化し、また罫書き圧力に関しても変化する。

図５に示されるプロセス範囲内のシート分割効率は、データ図面上にラベルＡ，Ｂ及びＣで表示される、グラフの３つの領域のうちの１つに入る。領域Ａはシート分割可能性が限られた領域、すなわち短尺シート材破壊または割断エッジ損傷がない分割のレベルが高すぎる領域に対応する。領域Ｃは、罫書き中または罫書きされたガラスシートのハンドリング中の自発的なガラスシート分離の発生が多すぎる処理領域に対応する。したがって、特定の厚さ及び応力プロファイルをもつ強化ガラスシートに対する、罫書きされたガラスシートの安定性及び無傷のガラスシート分割に関する最善の結果は、処理条件をグラフの領域Ｂ内に入る条件に制限することによって確保される。

適切に罫書きされた長尺ガラスシートからの強化ガラス短尺シート材の有効な分割は、ある程度、適する応力範囲にある引張破断応力を発生する、罫書きされたガラスシートへの曲げモーメントの印加に依存する。本明細書に開示されるシート分割方法の代表的な実施形態において、約１０〜３５ＭＰａの範囲の引張応力が、比較的広い範囲のガラスシート厚及びベント線深さにわたる、一貫したガラスシート分割を与えるに有効である。すなわち、１.１ｍｍ厚のイオン交換強化ガラスシートに対し、ベント線にかけて２０〜３０ＭＰａの範囲で印加される引張応力が有効である。

しなやかな支持面に対する３点曲げにおいて一貫したガラスシート分割を達成するための適切な応力レベルの選択は、ある程度、強化ガラスシートのベント線と合わせられた、支持面の表面溝の存在及び形状寸法に依存するであろう。溝深さの適する範囲は、強化ガラスが弾性率Ｅを有する場合に、印加される曲げ応力σ_ｆの印加による印加によって生じる厚さがｔのガラスシートの撓みδに関する式：

を用いて推定することができる。

下の表２は厚さが異なる３つの強化ガラスシートへの２つのレベルの曲げ応力の印加によって生じるであろうガラスシートの撓みの計算値を提示する。曲げ応力または破断応力はＭＰａで、ガラスシート厚はｍｍで、またそれぞれの与えられたシート厚及び曲げ応力におけるガラスシートの撓みはμｍで示される。罫書きされたガラスシートの３点曲げにおける分割を実施するためのしなやかな支持面を提供するためにシリコーンエラストマーのようなしなやかな支持材料を用いれば、２ｍｍより大きい溝深さの２００μｍより大きい溝幅との組合せにより、１.１ｍｍより大きいガラスシートの撓みを受け入れ得ることが計算で得られる。

カンチレバーまたは３点曲げの下でのガラスシート分割の一貫性は曲げ力がガラスに印加されるレートによっても影響を受け得る。適する分割速度の選択はシート厚に、また印加されることになる分割力のレベルに依存し、ガラスシートが厚くなり、剛性が高くなるほど、印加する力レベルを高くし、速度を低めることが有利になり、ガラスシートが薄くなり、撓み易くなるほど、印加する曲げ力を小さくし、速度を高めることが有利になるであろう。説明のための例として、４００〜８５０ＭＰａの範囲の圧縮表面応力及び１００〜２２５μｍの範囲の罫書きベント深さを有する、厚さが１.５ｍｍ以下の化学強化ガラスシートの分割は一般に、１０〜３５ＭＰａの範囲の印加応力で実施することができる。印加応力がカンチレバービーム荷重の下で前進する割断機バーによって発生されることになる場合、一貫したシート分割は、割断機バー接触線とベント線の間の、３〜１０ｍｍのモーメントアーム長またはバーオフセットにおいて、０.０２インチ(０.５ｍｍ)/分をこえるバー前進速度で達成することができる。

本明細書で上述した実施形態を用いる、強化ガラスシート分割の説明のための実施形態が以下の非限定的実施例に示される。

処理のため、２つのタイプの強化ガラスシートを選択した。いずれの試料もシート厚が１.１ｍｍのコーニング(Corning)Ｇｏｒｉｌｌａ(登録商標)ガラスシートからなる。一方のガラスシート試料は厚さが３０μｍの表面圧縮層及び７５０ＭＰａの表面圧縮レベルを有し、ガラスシートの中心張力の計算値は３３ＭＰａであった。他方のガラスシート試料は厚さが３６μｍの表面圧縮層及び６２５ＭＰａの表面圧縮レベルを有し、ガラスシートの中心張力の計算値は３３ＭＰａであった。

これらの２つのガラスの、それぞれの寸法が３７０ｍｍ×４７０ｍｍのシートを、等しい大きさの４枚の短尺ガラスシート材に分割するために選んだ。それぞれの短尺シート材の寸法は１３５ｍｍ×２３５ｍｍになる。この目的のため、市販のガラス切断機、すなわち、米国アリゾナ州フェニックス(Phoenix)のTLC International社から業者を通して入手したＧｅｎ-３ ＴＬＣ Ｐｈｏｅｎｉｘ-６００(登録商標)ガラス切断機を用い、以下の手順にしたがってそれぞれのガラスシートを機械罫書きした。ガラスシートの表面の罫書きに用いた切削ホイールは、テーパ角が１１０°の、ＤＣＷ-ＴＸ ２.０×０.６５×０.８×１１０° Ａ１４０テーパ付切削ホイールである。

それぞれのガラスシートにクラック創始点を設けるため、初めに、ガラスシートの表面レベルから下に０.００３５インチすなわち９０μｍのレベルに切削罫書きホイールの位置をオフセットすることでシートを「エッジ破砕」した。次いで、クラック創始点から延びる、それぞれのシートを短尺シート材に分割するに適する十字交差ベント線をそれぞれのシート表面に罫書きした、罫書きは、測定される切削罫書きホイールにかかる力が１６〜２０Ｎの範囲に相当する、約０.１１〜０.１３ＭＰａの範囲の罫書き圧力の下で行った。いずれのシートに対しても目標ベント深さは１４０〜１７５μｍの範囲とした。

用いた罫書き速度は、圧縮層深さが３０μｍのガラスシートに対しては２５０ｍｍ/秒とし、圧縮層深さが３６μｍのガラスシートに対しては１２５ｍｍ/秒とした。第１の罫書き方向はそれぞれのシートの長辺に平行とし、第２のすなわち交差する罫書き方向はそれぞれのシートの短辺に平行とした。

それぞれのシートの十字交差ベント線の加工に続いて、機械的割断機バーを用いてそれぞれのガラスシートのベント線にかけて一様な破断力を印加することで、それぞれのガラスシートの４枚の短尺ガラスシート材への分割に成功した。それぞれのベント線に沿うガラスシートの分割には２５〜３５ＭＰａの破断応力で十分であった。

ガラス組成は同じであるが、厚さが(０.７ｍｍに)減じられ、表面圧縮層が薄くされているガラスシートでも、上述した装置と同じガラス切断装置を用い、但し２５０〜５００ｍｍ/秒の罫書き速度を用いて、十字ベント線形成に成功した。さらに、同じ製造業者のＧｅｎ-５ガラス切断装置を用いて、所要のクラック創始点を設けるためのガラスシートのエッジ破砕を行わずに、十字交差罫書き及びガラスシート分割の達成に成功した。この手順において、適するクラック創始点は、長尺ガラスシートのエッジから５ｍｍより遠くの切削ホイール降下位置において、緩やかな切削ホイール降下速度及び軽い切削ホイール罫書き荷重を用いることにより、長尺ガラスシートのエッジの近くに形成した。

図面の図４は、本明細書で上述した方法にしたがう長尺化学強化ガラスシートからの短尺化学強化ガラスシート材の分割時に形成された、破断面の一区画の立側面図を示す光学写真である。破断面に重なる水平バーは５００μｍの長さを表す。図４に示される無傷の分割面を形成した応力破断の基になったベント線が、この表面の上端に沿う縁取り帯として見える。

上記説明及び実施例は、高ガラスシート応力レベル及び化学強化ガラスシートの脆性によって与えられるガラス破壊問題を克服するに有効な手順が適切に適用されれば、既存の機械罫書きシステムを用いてさえ、化学強化ガラスのいずれか所望の寸法及び形状の短尺強化ガラスシート材への分割に成功し得ることを実証する。これらの実施例及び説明が、本発明の範囲内の長尺化学強化ガラスシート処理の目的のための適合に成功し得る、罫書き及び分割の手順の範囲の例示に過ぎないことは当然である。

１０，３０，４０ 化学強化ガラスシート
１０ａ，３０ａ ガラスシート上表面
１２ 表面刻み目
２０ 切削罫書きホイール
２２ テーパ付円周刃先
３４ 罫書き線
４０ａ ガラスシート下表面
５０ 支持部材
５０ａ 支持面
５０ｂ 溝
６０ 割断機バー

Claims (10)

1. 強化ガラスシートを罫書きするための方法において、
   ガラスシートの第１の表面で第１のエッジの近くにクラック創始点を形成する工程であって、前記ガラスシートは層深さＤＯＬをもつ表面圧縮層を有し、前記クラック創始点は前記第１の表面に延び込む表面刻み目を含むものである工程、及び
   少なくともＤＯＬに等しいが前記ガラスシートの分離を生じさせる破断深さよりは小さいベント深さまで前記第１の表面に延び込むベント線を罫書きするために、前記クラック創始点から前記ガラスシートの第２のエッジに向けて前記第１の表面を機械罫書きする工程、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記強化ガラスシートが１.５ｍｍをこえない厚さを有し、前記表面圧縮層が４００〜９００ＭＰａの範囲のピーク圧縮応力及び５〜１００μｍの範囲の層深さＤＯＬを有し、前記表面刻み目がＤＯＬより大きいがＤＯＬの３倍よりは小さい深さｈまで前記第１の表面に延び込むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ベント深さが前記厚さの約１０〜２０％の範囲であり、前記ガラスシートが５０ＭＰａより小さい中心張力を有し、前記表面刻み目が前記厚さの１０％より小さい深さまで前記第１の表面に延び込むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記第１のエッジの近く及び前記ガラスシートの第２のエッジの近くの複数のクラック創始点から伸びる複数本のベント線が前記ガラスシートの前記第１の表面に罫書きされ、少なくとも１本のベント線が少なくとも１本の他のベント線と交差することを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. 前記機械罫書きする工程が、９０°〜１４０°の範囲のテーパ角αを有するテーパ付円周刃先を有する回転切削罫書きホイールを用いて前記第１の表面を罫書きする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 表面圧縮層を有する強化ガラスシートを２枚以上の短尺シート材に分割する方法において、
   ガラスシートの第１の表面の表面圧縮層の深さに相当する深さＤＯＬに少なくとも等しいが、前記ガラスシートの分離を生じさせる破断深さよりは小さい、ベント深さまで前記第１の表面に延び込むベント線を罫書きする工程、及び
   前記ベント線に沿って前記ガラスシートを分割するに十分な大きさの一様な曲げモーメントを前記ベント線にかけて印加する工程、
   を含むことを特徴とする方法。
7. 前記ガラスシートの第１の表面にベント線を罫書きする前記工程が、
   前記第１の表面で前記ガラスシートの第１のエッジの近くにクラック創始点を形成する工程であって、前記ガラスシートは層深さＤＯＬの表面圧縮層を有し、前記クラック創始点は前記第１の表面に延び込む表面刻み目を含むものである工程、及び
   ＤＯＬに少なくとも等しいが前記ガラスシートの分離を生じさせる破断深さよりは小さいベント深さまで前記第１の表面に延び込むベント線を罫書きするために、前記クラック創始点から前記ガラスシートの第２のエッジに向けて前記第１の表面を機械罫書きする工程、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記曲げモーメントが、カンチレバービーム荷重によるかまたは３点曲げによって印加され、前記曲げモーメントが前記ベント線にかけて約１０〜３５ＭＰａの範囲の引張応力σを発生させることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記引張応力が、前記３点曲げにおいて、前記第１の表面と表裏をなす前記ガラスシートの第２の表面への機械的力の印加により発生されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記機械的力が前記ベント線と位置合せされた割断バーによって前記第２の表面に印加され、前記機械的力が印加されている間、前記ガラスシートがしなやかな支持面上に支持されることを特徴とする請求項９に記載の方法。

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