JP2014097907A

JP2014097907A - 板ガラス

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Publication number: JP2014097907A
Application number: JP2012249314A
Authority: JP
Inventors: Naotoshi INAYAMA; 尚利稲山
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-29
Anticipated expiration: 2032-11-13
Also published as: JP5942800B2; WO2014077067A1; US20160272531A1; TWI565667B; TW201429902A; CN104619656A; KR20150084762A

Abstract

【課題】レーザー溶断によって切断されても安定して製品としての実用に耐え得る強度を付与した板ガラスを提供する。
【解決手段】レーザー溶断によって切断された板ガラスＧ１，Ｇ２であって、切断により形成された端面と表裏面との境界から、４００μｍの幅を有する表面側、及び裏面側の幅領域Ｅの各々において、幅領域Ｅの面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスＤが付着した面積の割合が０．０１となるようにした。レーザー溶断時に空気圧縮装置で圧縮された空気を、アシストガスとしてレーザーの照射部に噴射し、レーザー熱で溶融したガラスを、その圧力で飛散させて除去するように構成して達成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、板ガラスに係り、詳しくは、レーザー溶断によって切断された板ガラスに関する。

周知のように、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）や、太陽電池、その他の電子デバイス等に使用される板ガラス製品の製造工程では、大面積の板ガラス（マザーガラス）から小面積の板ガラスを切り出したり、板ガラスの辺に沿う縁部をトリミングしたりする。

このように板ガラスを切断するための方法の一つとしては、特許文献１に開示されるようなレーザー溶断が知られている。このレーザー溶断は、切断の対象となる被加工物の面に延びた切断予定線に沿ってレーザーを照射すると共に、レーザーによる加熱で溶融した部位を除去することで、被加工物を切断（溶断）する方法である。

特開２０００−２６３２７７号公報

ところで、このレーザー溶断を板ガラスの切断に適用した場合には、下記のような問題が生じている。

すなわち、板ガラスのレーザー溶断は、多様な切断条件（溶断条件）の下で実施することが可能であるが、異なる条件の下で切断された各板ガラスの品質をテストするため、各条件下で得られた複数枚の板ガラスからサンプルを抽出し、例えば、二点曲げ試験等、強度の測定を実施した場合、各サンプルの切断により形成された端面の断面形状が略同一な形状であったとしても、各条件間で測定値のバラつきが大きく、一部のサンプルが製品としての実用に耐え得る強度を有していないことがある。

このことから、製造ライン等において、板ガラスの切断条件を変更した場合には、変更後に切断された板ガラスが、実際にどの程度の強度を有するのかを予測することが困難であるため、レーザー溶断による板ガラスの切断には、板ガラスの品質保証の観点から難があるのが現状であった。そのため、レーザー溶断によって切断された板ガラスに、安定して製品としての実用に耐え得る強度を付与することが望まれている。

上記事情に鑑みなされた本発明は、レーザー溶断によって切断された板ガラスに、安定して製品としての実用に耐え得る強度を付与することを技術的課題とする。

本発明者は、鋭意研究の結果、レーザー溶断後の切断により形成された端面の断面形状が略同一であったとしても、端面に付着した肉眼では観察できない微小ドロスが、端面の強度に影響を与えることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、上記課題を解決するために創案された本発明に係る板ガラスは、レーザー溶断によって切断された板ガラスであって、切断により形成された端面と表裏面との境界から、４００μｍの幅を有する表面側、及び裏面側の幅領域の各々において、該幅領域の面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスが付着した面積の割合が０．０１以下であることに特徴付けられる。なお、ここでいう「ドロスが付着した」とは、板ガラスから容易に剥離させることができないようにドロスが付着した状態を意味し、例えば、板ガラスに対して水拭き、アルコール拭き、種々の洗剤や流体を用いた洗浄等を行った後においても、ドロスが剥離せずに付着している状態を指す。

板ガラスをレーザー溶断によって切断した場合には、当該板ガラスの表裏面に対してドロスが付着する。このドロスは、板ガラスに付着する際、当該板ガラスに対して物理衝撃や熱衝撃を与え、クラックを発生させる原因となって、板ガラスの強度を低下させることが判明している。また、ドロスは、切断により形成された端部の近傍に付着しやすく、その粒径が大きいほど、より大きな衝撃を与えると共に、その数が多いほど、より多数のクラックを発生させることが分かっている。これらのことから、本願発明者は、板ガラスの表面側、及び裏面側の幅領域の各々において、幅領域の面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスが付着した面積の割合を算出すれば、好適に板ガラスが有する大凡の強度を割り出せると共に、この割合を０．０１以下としたならば、当該板ガラスが安定して製品としての実用に耐え得ることを見出した。なお、製品としての実用に耐え得る強度は、１００ＭＰａ以上としている。

上記の板ガラスにおいて、前記割合が０．００３５以下であることが好ましい。

この場合、ドロスの付着によって板ガラスに与えた物理衝撃や熱衝撃が、より小さいことになる。そのため、板ガラスに発生するクラックの数を抑制することができ、板ガラスの強度の低下も、同様に抑制される。これにより、この板ガラスを、より安定して実用に耐え得るものとすることができる。なお、この場合においては、レーザー溶断によって切断された板ガラスの強度を２００ＭＰａ以上とすることが可能であった。

上記の板ガラスにおいて、前記割合が０．００１以下であることが好ましい。

この場合においても、上述の場合と同様の理由により、この板ガラスを、より一層安定して実用に耐え得るものとすることができる。なお、この場合においては、レーザー溶断によって切断された板ガラスの強度を２３０ＭＰａ以上とすることが可能であった。

上記の板ガラスにおいて、板厚が５００μｍ以下であることが好ましい。

板厚の厚い板ガラスと薄い板ガラスとに、ドロスがそれぞれ付着した場合、付着したドロスの粒径が同じであれば、両板ガラスに発生する板厚方向のクラックの長さ（大きさ）は同じである。このことから、板厚が薄いほど、ドロスが付着した場合には、板厚に占めるクラックの長さの割合が大きくなり、当該クラックが板ガラスに与える悪影響が増大するため、板ガラスの強度が低下しやすくなる。しかしながら、本発明に係る板ガラスは、板厚が薄い場合であっても、ドロスが付着した面積の割合が０．０１以下であれば、安定して製品としての実用に耐え得るものとなる。この結果、板ガラスの板厚が薄いほど、本発明による効果を好適に享受することが可能となる。ここで、板ガラスの板厚としては、２００μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることが最も好ましい。

以上のように、本発明によれば、レーザー溶断によって切断された板ガラスに、安定して製品としての実用に耐え得る強度を付与することが可能となる。

本発明の実施形態に係る板ガラスの製造に用いるレーザー溶断装置を示す斜視図である。（ａ）は、切断された板ガラスの表面を示す平面図であり、（ｂ）は、切断された板ガラスの裏面を示す底面図である。本発明の実施形態に係る板ガラスの製造に用いる他のレーザー溶断装置を示す縦断正面図である。実施例における板ガラスの二点曲げ試験の態様を示す側面図である。二点曲げ試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る板ガラスの製造方法について、添付の図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、レーザー溶断によって二枚に切断された両板ガラスのうち、一方の板ガラスを、製品としての実用に耐え得る強度（１００ＭＰａ以上）を有する板ガラスとして製造する場合を例に挙げて説明する。また、以降の記載において、板ガラスの「表面」とは、レーザー溶断される板ガラスが有する二つの平面のうち、レーザー入射側の面を指し、「裏面」とは、レーザー出射側の面を指している。

図１は、本発明の実施形態に係る板ガラスの製造に用いるレーザー溶断装置を示す斜視図である。同図に示すように、レーザー切断装置１は、板ガラスＧを平置き姿勢で積載して搬送するコンベアベルト４と、搬送中の板ガラスＧにレーザーＬを照射するレーザー照射器２と、レーザーＬの照射部にアシストガスＡを噴射するアシストガス噴射器３とを主要な要素として構成される。

コンベアベルト４は、板ガラスＧに延びた切断予定線Ｘを挟んで、一対が設けられると共に、一対のコンベアベルト４は、それぞれ図外の駆動ローラー、及び従動ローラーに巻き掛けられている。そして、両ローラーの回転駆動により、コンベアベルト４が切断予定線Ｘに平行な、同図に示すＴ方向に沿って移動可能な構成となっている。

レーザー照射器２は、その鉛直下方を板ガラスＧに搬送方向Тと平行に延びた切断予定線Ｘが通過するように定位置に固定されて設置されており、図外のレーザー発振器から発振されたレーザーＬを集光して、上方から切断予定線Ｘに沿って照射するように構成されている。なお、本実施形態においては、レーザーＬとして炭酸ガス（ＣＯ₂）レーザー（波長１０．６μｍ）を使用している。

ここで、レーザーＬの照射条件として、レーザーＬの光が最もくびれる部位であるビームウエスト（焦点位置）から板ガラスＧの板厚方向における中央部までの離間距離をｓと表すと共に、レイリー長をｂと表すと、（ｓ／ｂ）の値は、０〜１．０であることが好ましい。また、より好ましくは、０〜０．５であり、最も好ましくは、０〜０．２である。なお、レイリー長とは、ビームウエストにおけるビーム径をｄとしたとき、ビーム径が（√２）ｄとなる二つの位置の光軸方向における離間距離である。

アシストガス噴射器３は、レーザー照射器２と同様に定位置に固定されて設置されると共に、レーザーＬの照射部を指向して板ガラスＧの表裏面に対し、傾斜した姿勢とされている。このアシストガス噴射器３は、図外の空気圧縮装置（例えば、エアコンプレッサー）と接続されており、空気圧縮装置で圧縮された空気を、アシストガスＡとしてレーザーＬの照射部に噴射し、レーザー熱で溶融したガラスを、その圧力で飛散させて除去するように構成されている。ここで、アシストガスＡの噴射圧力として好ましい値を示す。アシストガス噴射器３における板ガラスＧの表面に対する傾斜角度が３０°を超える場合には、０．０１〜０．５ＭＰａであることが好ましく、傾斜角度が３０°以下の場合には、０．０１〜１．０ＭＰａであることが好ましい。なお、ここでいう噴射圧力とは、アシストガスＡが供給されている状態下において、アシストガスＡを供給している配管内の静圧を指す。

以上の構成から、レーザー溶断装置１は、コンベアベルト４のＴ方向への移動により、コンベアベルト４に積載された板ガラスＧを、同方向に搬送する。そして、搬送中の板ガラスＧに対して、切断予定線Ｘに沿ってレーザー照射器２からレーザーＬを照射し、そのレーザー熱でガラスを溶融させると共に、溶融したガラスをアシストガス噴射器３から噴射されたアシストガスＡの圧力により飛散させて除去する。これにより、切断予定線Ｘに沿って板ガラスＧに溶断部Ｍを進行させ、当該板ガラスＧを切断する。

このレーザー溶断装置１によって板ガラスＧのレーザー溶断を実施すると、大面積の板ガラスＧが、二枚の小面積の板ガラスＧ１と板ガラスＧ２とに切断される。このとき、レーザー溶断の際に飛散したドロスＤは、アシストガスＡの圧力によって、アシストガスＡの噴射先側に飛散しやすくなる。そのため、図２（ａ），（ｂ）に示すように、両板ガラスＧ１，Ｇ２の表面、及び裏面において、アシストガスＡの噴射先側に位置していた板ガラスＧ２の方が、噴射元側に位置していた板ガラスＧ１よりも、ドロスＤの付着した量が多くなる。なお、図２（ａ），（ｂ）においては、ドロスＤの大きさ（量）を、実際よりも誇張して表現している。

また、レーザーＬを上述の照射条件で照射することにより、板ガラスＧの板厚方向における中央部と、ビームウエストとが大きくずれることなく、板ガラスＧを切断することが可能となる。このため、レーザー溶断を実施する際に、板ガラスＧにおけるエネルギー密度分布が、切断に不適合なものとなることが防止されることに起因して、ドロスＤが付着した面積の割合が大きくなることを回避できる。さらには、アシストガスＡの噴射圧力を上述の値の範囲としたことで、レーザーＬの熱により溶融した溶融ガラスに高圧のアシストガスＡが噴射されることがなくなる。これによって、溶融ガラスの飛散が好適に防止されるため、ドロスＤの付着した面積の割合の増加を、より抑制することが可能となる。

以上により、製品としての実用に耐え得る強度（１００ＭＰａ以上）を有する板ガラスＧ１が製造される。この板ガラスＧ１は、切断により形成された端面と表裏面との境界から、４００μｍの幅を有する表面側、及び裏面側の幅領域Ｅの各々において、幅領域Ｅの面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスＤが付着した面積の割合が０．００１以下となる。なお、ドロスＤが付着したとは、板ガラスＧ１から容易に剥離させることができない状態でドロスが付着した状態を意味し、例えば、板ガラスＧ１に対して水拭き、アルコール拭き、種々の洗剤や流体を用いた洗浄等を行った後においても、ドロスＤが剥離せずに付着している状態を指す。

ここで、幅領域Ｅの面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスＤが付着した面積を小さくすることにより、板ガラスＧ１を、製品としての実用に耐え得る強度とすることができたのは、以下の理由による。

すなわち、ドロスＤは、切断中の板ガラスＧに付着する際に、板ガラスＧ（板ガラスＧ１）に対して物理衝撃や熱衝撃を与え、クラックを発生させる原因となって、板ガラスＧ（板ガラスＧ１）の強度を低下させると共に、切断によって形成された端部の近傍に付着しやすく、その粒径が大きいほど、より大きな衝撃を与えると共に、その数が多いほど、より多数のクラックを発生させる。このため、切断により形成される端部の付近に付着するドロスＤの量を少なくすれば、ドロスＤの付着に起因する板ガラスＧ（板ガラスＧ１）の強度の低下を抑制することが可能となるためである。

また、製造される板ガラスＧ１は、その板厚が薄いほど、本発明による効果を好適に享受することが可能である。詳述すると、板ガラスＧ１の板厚が厚い場合と、薄い場合との双方において、付着したドロスＤの粒径が同じであれば、板ガラスＧ１に発生するクラックの板厚方向の長さ（大きさ）は同じである。このことから、板厚が薄いほど、ドロスＤが付着した場合には、板厚に占めるクラックの長さの割合が大きくなり、当該クラックが板ガラスＧ１に与える悪影響が増大し、板ガラスＧ１の強度が低下しやすくなる。しかしながら、本発明によれば、ドロスＤが付着した面積の割合が０．０１以下でさえあれば、製造された板ガラスＧ１は、安定して製品としての実用に耐え得るものとなる。このため、板ガラスＧ１の板厚が薄いほど、本発明による効果を好適に享受することが可能である。なお、上記のドロスＤが付着した面積の割合は、０．００３５以下であることがより好ましく、０．００１以下であることが更に好ましい。

なお、本発明に係る板ガラスの製造方法は、上記の実施形態で説明した態様に限定されるものではない。例えば、上記の実施形態では、レーザーとして炭酸ガスレーザー（波長１０．６μｍ）を使用しているが、この他、炭酸ガスレーザー（波長９．４μｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）等を使用することができる。これらのレーザーＬを使用した場合においても、上述の（ｓ／ｄ）の値や、アシストガスＡの噴射圧力として好ましい値、アシストガス噴射器３の板ガラスＧの表面に対する傾斜角度は、炭酸ガスレーザー（波長１０．６μｍ）を使用した場合と同様である。

また、上記の実施形態では、レーザー溶断装置において、アシストガス噴射器は、レーザーの照射部を指向して板ガラスの表裏面に対し、傾斜した姿勢で設置されている。しかしながら、この他、図３に示すように、噴射されたアシストガスＡが、レーザーＬの照射部を板ガラスＧの表面と平行に通過するように設置してもよい。なお、この場合、アシストガス噴射器３の噴射口とレーザーＬの照射部との離間距離は、１〜３０ｍｍであることが好ましく、アシストガスＡの噴射圧力としては、０．０１〜１．０ＭＰａであることが好ましい。このような態様によれば、噴射されたアシストガスＡが、溶融ガラスに直接噴射されずに、その真上を通過する態様となるため、ドロスＤの付着した面積の割合の増加が、さらに抑制される。この効果は、アシストガス噴射器３における板ガラスＧの表面に対する傾斜角度が小さいほど、より顕著となる。これらのことから、アシストガスＡの噴射元側に位置する板ガラスＧ１を、製品として実用に耐え得る強度を有する板ガラスとすることができる。

さらに、上記の実施形態では、レーザーの照射のみでなく、アシストガスを噴射しながらレーザー溶断を実施する態様となっているが、アシストガスは必ずしも噴射する必要はなく、レーザーの照射のみでもよい。なお、この場合においても、上述の（ｓ／ｄ）の値として好ましい値は、アシストガスを噴射する場合と同様である。加えて、ここでいうレーザーの照射のみとは、実質的にアシストガスを噴射していない状態と同様とみなせる場合、具体的には、アシストガスの噴射圧力が０．０１ＭＰａ以下である場合をも含む。このようにすれば、レーザー溶断によって二枚に切断された両板ガラスの双方を、製品として実用に耐え得る強度を有する板ガラスとすることができる。

この他、本発明に係る板ガラスは、
１．切断（加工）される板ガラスの板厚と、切断速度（加工速度）の制御、計測
２．適正な焦点位置の制御
３．適正なレーザー出力の制御
４．アシストガス噴射器における板ガラスの表面に対する傾斜角度の設定
５．アシストガス噴射器の噴射口と、レーザーの照射部との離間距離の設定
６．適正なアシストガスの噴射圧力の制御
７．切断後の端面における断面形状と、ドロスが付着した面積の割合のフィードバック
この１〜７により、ドロスが付着した面積の割合が０．０１以下となるようにコントロールして製造することができる。

本発明の実施例として、レーザー溶断によって切断された板ガラスを用いて、切断により形成された端面と表裏面との境界から、４００μｍの幅を有する表面側、及び裏面側の幅領域の各々において、幅領域の面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスが付着した面積の割合を算出し、この割合と板ガラスの強度（曲げ強度）との関係を試験した。

以下に試験の実施条件について説明する。まず、上述の割合の算出方法については、互いに異なる切断条件を複数設定した後、各条件下でレーザー溶断により切断された板ガラスを複数枚準備した。そして、各条件下で得られた複数枚の板ガラスから任意の板ガラスを抽出して、抽出された板ガラスについて、上述の割合を表面側と裏面側との双方について算出し、算出された値を各条件下における表面側の割合、裏面側の割合とした。次に、曲げ強度の測定方法については、各条件下において、上述の複数枚の板ガラスを等分に分け、表面側の曲げ強度の測定用と、裏面側の曲げ強度の測定用とを分別した。そして、各条件下で得られた複数枚の板ガラスの全てについて、図４に示すように、二体の板状体１００で各板ガラスＧ１を挟んだ後、上方の板状体１００を板ガラスＧ１が破壊するまで降下させると共に、押し曲げ力Ｆによって、各板ガラスＧ１が破壊したときの二体の板状体１００の間隔に基づいて、各板ガラスＧ１が有する表面側の曲げ強度、裏面側の曲げ強度を算出した。その後、複数枚の板ガラスの各々について算出された各曲げ強度から平均値を、表面側と裏面側との双方について算出し、この平均値を各条件下での板ガラスが有する表面側の曲げ強度、裏面側の曲げ強度とした。

図５に試験結果を示す。同図に示すように、上述の割合が０．０１以下である板ガラスは、その曲げ強度が、製品としての実用に耐え得る１００ＭＰａ以上となっている。さらに、割合が０．００３５以下である板ガラスは、その曲げ強度が２００ＭＰａ以上となっており、割合が０．００１以下である板ガラスは、その曲げ強度が２３０ＭＰａ以上となっている。この結果から、レーザー溶断によって切断された板ガラスにおいて、幅領域の面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスが付着した面積の割合を０．０１以下とすれば、安定して製品としての実用に耐え得る板ガラスとなることが分かり、０．００３５以下、或いは、０．００１以下とすれば、より安定して実用に耐え得るものとなることが分かる。

１レーザー溶断装置
２レーザー照射器
３アシストガス噴射器
４コンベアベルト
Ｇ板ガラス
Ｇ１切断された板ガラス
Ｇ２切断された板ガラス
Ｄドロス
Ｌレーザー
Ａアシストガス
Ｘ切断予定線
Ｍ溶断部
Ｔコンベアベルト（板ガラス）の移動方向
１００板状体
Ｆ押し曲げ力

Claims

レーザー溶断によって切断された板ガラスであって、
切断により形成された端面と表裏面との境界から、４００μｍの幅を有する表面側、及び裏面側の幅領域の各々において、
該幅領域の面積に対し、粒径２μｍ以上のドロスが付着した面積の割合が０．０１以下であることを特徴とする板ガラス。
前記割合が０．００３５以下であることを特徴とする請求項１に記載の板ガラス。
前記割合が０．００１以下であることを特徴とする請求項２に記載の板ガラス。
板厚が５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の板ガラス。