JP2015016998A - ガラス板の切断方法、及びガラス板の切断装置 - Google Patents

ガラス板の切断方法、及びガラス板の切断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】切断の際に発生する切り屑やガラス溶融粉の発生を低減しかつ傾斜した切断面を得るガラス板の切断方法を提供すること。【解決手段】ガラス板10の表面11上で、第1加熱光43を照射する第1領域45、及び第2加熱光44を照射する第2領域46を移動させて、熱応力でガラス板10を切断するガラス板の切断方法であって、第1領域45と第2領域46とが共に表面11の切断予定線12の少なくとも一部に沿って移動するとき、第1領域45の移動方向(矢印M方向)と直交する方向における幅W1は第1領域45に先行する第2領域46の移動方向と直交する方向における幅W2よりも狭く、第1加熱光43は、250〜5000nmの波長を有し、第1領域45の移動方向視で表面11に斜めに入射することを特徴とする。【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス板の切断方法、及びガラス板の切断装置に関する。
ガラス板の切断方法として、ガラス板の表面にカッターなどで切り線を加工したうえで、曲げ応力をガラス板に加え、切り線に沿ってガラス板を割断する方法が知られている。このとき、ガラス板の切り線には、ガラス板の表面に垂直な切断面を形成されるので、切り線が閉じた線で形成されている場合には、切断で得られる切断片同士の板厚方向への分離が困難である。そのため、不要部分をブレイクすることで所望の形状のガラス板を切り出すことが行われている。
そこで、切断した所望のガラス板を容易に分離するために、切断面を傾斜させる方法が検討されている(例えば、特許文献1、2、3参照)。しかしながら、これらの方法では、カッターホイールを用いて切り線を形成させるため、切り線を加工する際に、切り屑が発生するという問題がある。
一方で、切り線を加工することなく、ガラス板の表面上でCOレーザ光の照射領域を移動させて、ガラス板を溶断する方法が提案されている(例えば、特許文献4参照)。COレーザ光による溶断は、ガラス板を溶かしながら切断するため、溶断面がテーパを有する。そのため、切断面を傾斜させることを考慮する必要がない。
特開平7−223828号 特開平9−278474号 特開2001−2438号 特開平7−68395号公報
しかしながら、ガラス板を溶断する場合でも、ガラス溶融粉が発生し、ガラス溶融粉は高温であるために溶断面近傍に溶着するという問題がある。ガラス溶融粉はガラス板に溶着しているためエアで吹き飛ばすことも難しい。また、溶断によって得られる溶断片のエッジ近傍には引張応力が残留するので、溶断片が欠けやすくなる。残留引張応力は、ガラスの溶融部分が高温から室温まで冷却固化することで生じる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、切断の際に発生する切り屑やガラス溶融粉の発生を低減しかつ傾斜した切断面を得るガラス板の切断方法及びガラス板の切断装置の提供を目的とする。
上記目的を解決するため、本発明の一の態様によるガラス板の切断方法は、
ガラス板の表面上に照射される加熱光による熱応力で前記ガラス板を切断するガラス板の切断方法であって、
前記加熱光は、第1加熱光と第2加熱光とを有し、
前記第1加熱光が照射される第1領域と前記第2加熱光が照射される第2領域とを共に前記ガラス板の表面の切断予定線の少なくとも一部に沿って移動させ、
前記第1領域の移動方向と直交する方向における幅は、前記第1領域が前記切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記第1領域に先行する前記第2領域の移動方向と直交する方向における幅よりも狭く、
前記第1加熱光は、250〜5000nmの波長を有し、前記第1領域の移動方向視で前記表面に斜めに入射することを特徴とする。
また、本発明の他の態様によるガラス板の切断装置は、
ガラス板を支持する支持体と、該支持体に支持される前記ガラス板の表面に加熱光を照射する光源装置と、前記表面上の前記加熱光が照射される領域を移動させる移動装置と、前記移動装置を制御する制御装置とを有し、前記ガラス板の表面上に照射される前記加熱光による熱応力で前記ガラス板を切断するガラス板の切断装置であって、
前記加熱光は、第1加熱光と第2加熱光とを有し、
前記制御装置は、前記移動装置によって、前記第1加熱光が照射される第1領域と前記第2加熱光が照射される第2領域とを共に前記ガラス板の表面の切断予定線の少なくとも一部に沿って移動させ、
前記光源装置は、
前記第1領域の移動方向と直交する方向における幅が、前記第1領域が前記切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記第1領域に先行する前記第2領域の移動方向と直交する方向における幅よりも狭く、
前記第1加熱光が、250〜5000nmの波長を有し、前記第1領域の移動方向視で前記表面に斜めに入射するよう構成されたことを特徴とする。
本発明によれば、切断の際に発生する切り屑やガラス溶融粉の発生を低減しかつ傾斜した切断面を得るガラス板の切断方法及びガラス板の切断装置が提供される。
本発明の第1実施形態による切断装置の側面図 本発明の第1実施形態による切断方法の説明図(1) 本発明の第1実施形態による切断方法の説明図(2) 本発明の第1実施形態の変形例による切断方法の説明図 本発明の第2実施形態による切断方法の説明図(1) 本発明の第2実施形態による切断方法の説明図(2) 本発明の第3実施形態による切断方法の説明図(1) 本発明の第3実施形態による切断方法の説明図(2)
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。尚、各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態による切断装置の側面図である。
切断装置20は、図1に示すように、支持体としてのステージ30と、第1及び第2光源41、42と、移動装置50と、制御装置60とを備える。切断装置20の各種動作は、制御装置60による制御下で行われる。
切断装置20は、図1に示すように、ガラス板10がステージ30に支持されると、第1光源41から第1加熱光43を、第2光源42から第2加熱光44をそれぞれ出射し、ガラス板10の表面11に照射する。移動装置50は、ガラス板10の表面11上で、第1加熱光43を照射する第1領域45(図2参照)、及び第2加熱光44を照射する第2領域46(図2参照)を移動する。熱応力によって、ガラス板10が切断される。尚、ガラス板10の表面11には、切り線が予め設けられていなくてよい。以下、切断装置20の各構成について説明する。
ステージ30は、ガラス板10の裏面13を支持する。ステージ30は、ガラス板10を吸着固定してもよいし、粘着固定してもよい。ステージ30は、例えばXYステージで構成され、移動装置50によって移動される。
第1光源41は、第1加熱光43の光源である。第1加熱光43としては、例えば、紫外光、可視光、赤外光等が用いられる。第1光源41としては、例えばレーザ発振器、又は赤外線ヒータ(IRヒータ)等が用いられる。レーザ発振器としては、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(DDL)(波長:808nm、940nm、975nm)、ファイバーレーザ(FBL)(波長:1060〜1100nm)、Nd:YAGレーザ(波長:1064nm)、Ho:YAGレーザ(波長:2080nm)、Er:YAGレーザ(波長:2940nm)等がある。赤外線ヒータは、第1加熱光43を絞るため、反射板と併用されてよい。
第1光源41とステージ30との間には、第1加熱光43を集光する第1集光レンズ71が設けてある。第1光源41と第1集光レンズ71の間には、第1加熱光43の光強度分布を均一化する図示されないホモジナイザーが設けてあってもよい。
第1加熱光43は、第1光源41から出射した後、第1集光レンズ71等を介して、ガラス板10の表面11に斜めに入射する。第1加熱光43の光軸47(図3参照)は表面11に斜めに交わる。通常、入射光の一部はガラス板10の表面11で反射され、入射光の残部がガラス板10の表面11で屈折する。屈折光の一部が熱としてガラス板10に吸収され、屈折光の残部がガラス板10の裏面13から出射する。
このようにして、第1加熱光43は、ガラス板10を加熱する。ガラス板10の加熱温度は、ガラスが過熱され軟化しないように、ガラスの徐冷点よりも低い温度に設定される。ガラスの徐冷点は、ガラスの粘度が1013dPa・s(poise)となる温度のことである。
第1加熱光43の照射領域である第1領域45(図2参照)の形状は、例えば円形状、楕円形状、又は矩形状であってよい。
第2光源42は、第2加熱光44の光源である。第2加熱光44としては、第1加熱光43と同様に、例えば、紫外光、可視光、赤外光等が用いられる。第2光源42としては、第1光源41と同様に、レーザ発振器や赤外線ヒータ(IRヒータ)等が用いられる。
第2光源42とステージ30との間には、第2加熱光44を集光する第2集光レンズ72が設けてある。第2光源42と第2集光レンズ72との間には、第2加熱光44の光強度分布を均一化する図示されない第2ホモジナイザーが設けてあってもよい。
第2加熱光44は、第2光源42から出射した後、第2集光レンズ72等を介して、ガラス板10の表面11に垂直又は斜めに入射する。第2加熱光44の光軸48(図3参照)が表面11に垂直な場合、通常、入射光の一部はガラス板10の表面11で反射され、入射光の残部がガラス板10を透過する。透過光の一部が熱としてガラス板10に吸収され、透過光の残部がガラス板10の裏面13から出射する。尚、第2加熱光44の光軸48が表面11に斜めに交わる場合も同様である。
このようにして、第2加熱光44は、ガラス板10を加熱する。ガラス板10の加熱温度は、ガラスが過熱され軟化しないように、ガラスの徐冷点よりも低い温度に設定される。
第2加熱光44の照射領域である第2領域46(図2参照)の形状は、例えば円形状、楕円形状、又は矩形状であってよい。
移動装置50は、第1及び第2加熱光43、44をガラス板10に対して相対的に移動させて、ガラス板10の表面11上で、第1加熱光43を照射する第1領域45、及び第2加熱光44を照射する第2領域46を移動させる。移動装置50は、例えばガラス板10の表面11と平行な方向(X方向及びY方向)にステージ30を移動させるX軸モータ、及びY軸モータ等で構成される。移動装置50は、ステージ30側を移動させるが、第1及び第2光源41、42側、又は両側を移動させてもよい。
移動装置50は、第1及び第2加熱光43、44を独立にガラス板10に対して相対的に移動させてよい。第1領域45と第2領域46との位置関係を調節することができる。移動装置50は、例えば、ガラス板10の表面11と平行な方向(X方向及びY方向)に、第1光源41と第2光源42とを相対的に移動させるX軸モータ、及びY軸モータ等で構成される。また、移動装置50は、第1光源41を中心に第2光源42を回動させる回転モータ等で構成されてもよく、その構成は特に限定されない。
制御装置60は、CPU、及びROMやRAM等を含むコンピュータで構成される。制御装置60は、第1光源41や第2光源42、移動装置50等を制御して、切断装置20の各種動作を制御する。
次に、図2及び図3に基づき、上記構成の切断装置20の動作(切断方法)について説明する。図2は、本発明の第1実施形態による切断方法の説明図(1)であって、(a)はガラス板の表面の全体図、(b)はガラス板の表面の要部図である。図3は、本発明の第2実施形態による切断方法の説明図(2)であって、(a)は図2のA−A線に沿った断面図、(b)は図2のB−B線に沿った断面図である。
先ず、移動装置50がステージ30を移動させて、位置合わせを行う。次いで、第1光源41が第1加熱光43を、第2光源42が第2加熱光44をそれぞれ出射する。第1及び第2加熱光43、44は、表面11の切断予定線12の始点に略同時に照射される。
「切断予定線」とは、切断箇所となる予定の仮想線のことである。切断予定線12の始点は、ガラス板10の外周と交差している。切断予定線12の始点には、切断の起点となる初期クラックがヤスリ等で予め形成されていてよい。切断予定線12の終点は、ガラス板10の外周、又は切断予定線12の途中と交差している。なお、切断予定線の始点がガラス板の外周と交差していなくてもよく、切断予定線が、例えば、矩形や円形のような閉じた線であってもよい。
次いで、移動装置50が第1及び第2領域45、46を切断予定線12に沿って移動させる。例えば図2に示すように、矩形のガラス板10を半分に切断する場合、第1領域45の中心45a、及び第2領域46の中心46aは、切断予定線12上の略同じ位置に配置されてよい。
本実施形態では、第1領域45と第2領域46とが共に切断予定線12の少なくとも一部に沿って移動するとき、第1領域45の移動方向(矢印M方向)と直交する方向における幅W1が、第1領域45に先行する第2領域46の移動方向(矢印M方向)と直交する方向における幅W2よりも小さく設定される。
ここで、「先行する」とは、第2領域46の前端46bが、第1領域45の前端45bよりも第1領域45の移動方向前方に位置することを意味する。第1領域45は、図2では第2領域46の内側に位置するが、第2加熱光44で加熱された部分を通る限り、例えば第2領域46の外側に位置してもよい。また、第1領域45と第2領域46との位置関係は、図2では切断の途中で変動しないが、第2領域46が第1領域45に先行する限り、変動してもよい。
先行する広幅の第2加熱光44で加熱された部分の一部が、狭幅の第1加熱光43でさらに加熱される。よって、切断に必要な熱をガラス板10に与えることができると共に、急激な温度勾配をガラス板10につけることができ、切断精度を向上することができる。
尚、図2では、第2領域46の中心46aと第1領域45の中心45aとが切断予定線12上の略同じ位置に配置されるが、図2の変形例である図4に示すように、広幅の第2領域46の中心46aが狭幅の第1領域45の中心45aよりも第1領域45の移動方向前方(矢印M方向)にオフセットされてもよい。より急激な温度勾配をガラス板10につけることができる。オフセット量Sは、第2領域46の中心46aと第1領域45の中心45aとの間の矢印M方向における距離であり、予め試験等で設定される。
狭幅の第1加熱光43で加熱される部分に熱応力が集中し、第1加熱光43の後方近傍に、ガラス板10を貫通するクラック14が形成され、ガラス板10が切断される。第1加熱光43のガラス板10中の経路がガラス板10の切断面となる。
本実施形態では、第1領域45の移動方向視(矢印M方向視)で、図3(a)に示すように第1加熱光43がガラス板10の表面11に斜めに入射するので、ガラス板10の切断面が板厚方向に対して斜めになる。よって、ガラス板10の切断で得られる切断片同士の板厚方向への分離が可能である。
第1加熱光43は、第1加熱光43がガラス板10の表面11に入射する方向と、ガラス板10の表面11の法線方向とのなす角である入射角αで表面11に入射し、スネルの法則に従って屈折角βで屈折する。ガラス板10の切断面の板厚方向に対する傾きは、矢印M方向視での屈折角φと略一致し、矢印M方向視での入射角γに比例する。すなわち、矢印M方向視での入射角γが大きくなれば、矢印M方向視での屈折角φも大きくなるので、ガラス板10の切断面の板厚方向に対する傾きが大きくなる。この傾きが大きくなるほど、切断後の板厚方向への分離が容易となる。
ここで、「矢印M方向視での入射角γ」とは、矢印M方向から見たときに、第1加熱光43がガラス板10の表面11に入射する方向と、ガラス板10の表面11の法線方向とのなす角を意味する。また、「矢印M方向視での屈折角φ」とは、矢印M方向から見たときに、第1加熱光43がガラス板10の表面11で屈折する方向と、ガラス板10の表面11の法線方向とのなす角を意味する。
矢印M方向視での入射角γと入射角αとの関係は、平面視(板厚方向視)における第1加熱光43の光軸47と切断予定線12との位置関係で決まる。例えば図2(a)に示すように、平面視で第1加熱光43の光軸47が切断予定線12に対して垂直に配置される場合、矢印M方向視における入射角γと入射角αとは等しい。尚、平面視で第1加熱光43の光軸47が切断予定線12に対して斜めに配置されてもよく、この場合、矢印M方向視における入射角γは、入射角αよりも小さい。
矢印M方向視での入射角γは1°以上60°以下の範囲内で設定されてよい。また、矢印M方向視での入射角γを3°以上とすることは、矢印M方向視での屈折角φが2°以上となり、切断面がガラス板の板厚方向に対して2°以上の傾斜を有することになるため、切断片を板厚方向に容易に分離できるようになり、好ましい。また、同様の理由で、矢印M方向視での入射角γを7.5°以上とすることで矢印M方向視での屈折角φが5°以上となり、より好ましく、矢印M方向視での入射角γを12°以上とすることで矢印M方向視での屈折角φが8°以上となり、さらに好ましい。
ガラス板10の表面11での屈折光の強度をI(単位:W)とし、ガラス板10の板厚をt(cm)、屈折光の屈折角をβとすると、ガラス板10の裏面13における出射光の強度Iは、下記の式(1)で表される。
I=I×exp(−α×t/cosβ)・・・(1)
式(1)中、αは吸収係数(単位:/cm)と呼ばれる定数であり、光の波長やガラス板の組成に依存する定数である。第1加熱光43に対するガラス板10の吸収係数αが大きくなるほど、屈折光がガラス板10に熱として吸収されやすい。t/cosβは、屈折光がガラス板10中で移動する距離を表す。
第1加熱光43の波長が短くなると、ガラスが化学的に分解 (光分解)される。一方、第1加熱光43の波長が長くなると、加熱光の透過率が低くなり、ガラス板10の裏面13を十分に加熱できない。そこで、加熱光の波長は250nm〜5000nmである。
本実施形態では、下記の式(2)が成立することが好ましい。
α×t/cosβ≦2.3・・・(2)
式(2)が成立する場合、屈折光のエネルギーの90%以下が熱に変わる。90%以下の場合、屈折光のエネルギーの少なくとも一部が、表面11近傍で熱に変換されず裏面13まで到達するので、適切な熱応力が発生し、切断精度が良好となる。
また、本実施形態では、下記の式(3)が成立することが好ましい。
0.01≦α×t/cosβ・・・(3)
式(3)が成立する場合、屈折光のエネルギーの1%以上が熱に変わる。1%以上とすることで、適切な熱変換効率が得られる。
第1加熱光43は、直線偏光であってよく、ガラス板10の表面11に対してp偏光として入射することが好ましい。p偏光成分よりも高い反射率のs偏光成分がないので、ガラス板10の加熱効率が良い。入射角αがブリュースター角のとき、p偏光の反射率は0(ゼロ)となる。
第1領域45の移動方向と直交する方向における幅W1(以下、単に「第1領域45の幅W1」という)が狭くなるほど、切断予定線12を中心として急激な温度勾配が発生するが、第1加熱光43がガラス板10に与える熱量が少なくなる。温度勾配と、熱量とのバランスから、第1領域45の幅W1は0.1〜2.0mmが好ましい。
第1領域45の移動方向長さL1が短くなるほど、様々な寸法形状の切断予定線12に対応するのが容易であるが、第1加熱光43がガラス板10に与える熱量が少なくなる。そのため、第1領域45の移動方向長さL1は0.1〜2.0mmが好ましい。
第1加熱光43は、屈折光の表面11でのパワー密度D1(単位:W/mm)と、屈折光の裏面13でのパワー密度D2(単位:W/mm)との比D1/D2が0.8〜1.2となるように集光されていることが好ましい。表面11及び裏面13の両面が局所的に所定の温度以上に加熱されるので、加熱効率が良い。
第2領域46は、第1領域45よりも大面積に設定される。第2領域46の移動方向と直交する方向における幅W2(以下、単に「第2領域46の幅W2」という)と、第1領域45の幅W1との比W1/W2は、0.2以下が好ましい。同様に、第2領域46の移動方向長さL1と、第1領域45の移動方向長さL2との比L1/L2は、0.2以下が好ましい。
第1加熱光43が単位時間あたりにガラス板10に与える熱量Q1(単位:W)と、第2加熱光44が単位時間あたりにガラス板10に与える熱量Q2(単位:W)との比Q1/Q2は、0.6以上であることが好ましい。
加熱光が単位時間あたりにガラス板に与える熱量Qは、加熱光の光源の出力P(単位:W)、加熱光のガラス板の表面での反射率R等から、下記の式(4)に基づいて近似的に算出される。反射率Rは、入射光の光束Φ1と、反射光の光束Φ2との比(R=Φ2/Φ1)で表される。
Q=(1−R)×P×(1−exp(−α×t/cosβ))・・・(4)
式(4)中のα、t、及びβは、式(1)中のα、t、及びβと同じ意味である。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に制限されない。本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上記の実施形態では、第1及び第2加熱光43、44を用いたが、第3加熱光を併用してもよく、加熱光の本数に制限はない。
また、上記の実施形態では、第1及び第2加熱光43、44の光源装置として、第1及び第2光源41、42を用いたが、1つの光源のみを用いてもよく、この場合、1つの光源から出射された加熱光を分岐してガラス板10に照射すればよい。
[第2実施形態]
図5は、本発明の第2実施形態による切断方法の説明図(1)であって、(a)はガラス板の表面の全体図、(b)はガラス板の表面の要部図である。図6は、本発明の第2実施形態による切断方法の説明図(2)であって、(a)は図5のA−A線に沿った断面図、(b)は図5のB−B線に沿った断面図である。
切断装置20は、ガラス板10の表面11上で、第1加熱光43を照射する第1領域45、及び第2加熱光44を照射する第2領域46を切断予定線112に沿って移動して、熱応力によってガラス板10を切断する。従って、ガラス板10を溶断する場合に比べて、切断で得られる切断片に残留する引張応力が小さく、切断片が欠け難い。
また、第1領域45と第2領域46とが共に切断予定線112の少なくとも一部に沿って移動するとき、第1領域45の幅W1(図2参照)が第1領域45に先行する第2領域46の幅W2よりも小さく設定される。よって、第1の実施形態と同様に、切断に必要な熱をガラス板10に与えることができると共に、急激な温度勾配をガラス板10につけることができ、切断精度を向上することができる。
狭幅の第1加熱光43で加熱される部分に熱応力が集中し、第1加熱光43の後方近傍に、ガラス板10を貫通するクラック114が形成され、ガラス板10が切断される。第1加熱光43のガラス板10中の経路がガラス板10の切断面となる。
また、第1領域45の移動方向視(矢印M方向視)で、図6(a)に示すように第1加熱光43がガラス板10の表面11に斜めに入射するので、ガラス板10の切断面が板厚方向に対して斜めになる。よって、ガラス板10の切断で得られる切断片同士の板厚方向への分離が可能である。
尚、本実施形態では、図5(a)に示すように切断予定線112がガラス板10の表面11を面積の異なる2つの部分11a、11bに分ける位置にあり、面積の異なる2つの部分11a、11bのうち、面積の大きい部分11bの方から切断予定線112に向けて第1加熱光43が入射するが、反対方向から第1加熱光43が入射してもよい。第1加熱光43の光軸47の傾斜方向(図6(a)では右下がり)は、切断面を傾斜させる方向によって適宜選択される。
本実施形態の切断予定線112は、第2領域46の中心46aを切断予定線112上に位置させて移動させた場合に、第1加熱光44による第1領域45の加熱によって切断予定線112と直交する方向に生じるガラス板の膨張に対して、切断予定線112を挟んだ両側で異なる抵抗力を生じる部分を含む。抵抗力は、ガラス板10を支持する支持力等に起因する。例えば、抵抗力は、ガラス板10がステージ30に載置されている場合、ガラス板10とステージ30との摩擦力を含む。また、抵抗力は、ガラス板10がクランプで支持されている場合、ガラス板10とクランプとの摩擦力を含む。
上記部分は、ガラス板10の表面11に第1加熱光43と第2加熱光44とを照射し、第1領域45と第2領域46の中心45a、46aを切断予定線112上に位置させながら、切断予定線112の全体にわたって移動させて、ガラス板10を切断する実験によって推定することが可能である。この実験の結果から、少なくとも、切断されたガラス板10の切断線(クラック114)が切断予定線112に対してずれた部分を、切断予定線112を挟んだ両側で異なる抵抗力を生じる部分と特定することができる。クラック114がずれた部分は、第1領域45の加熱によるガラス板の膨張に対して、切断予定線112を挟んだ両側で上記に示した抵抗力に差があるため、クラック114が抵抗力の小さい方にずれたと考えられる。この実験の代わりに、コンピュータによるシミュレーション解析で抵抗力の差またはクラックのずれが生じる部分の推定を行ってもよい。
上記部分を推定した後、抵抗力の差またはクラックのずれが生じる部分の少なくとも一部において、第2領域46の中心46aを抵抗力の大きい側、すなわちクラックのずれた側と反対側にずらした位置になるように第2領域46の移動軌跡の修正を行う。なお、クラック114がずれた部分の周辺の切断予定線112で生じる抵抗力の差を想定して、周辺の切断予定線112についても第2領域46の移動軌跡の修正を行ってもよい。
例えば、切断予定線112は、該切断予定線112を挟んだ両側で、該切断予定線112と直交する方向におけるガラス板10のエッジ15までの距離が異なる部分を含む。切断予定線112は、表面11のエッジ15の二辺15a、15bと平行である。切断予定線112と一辺15aとの間の間隔N1は、切断予定線112と他の一辺15bとの間の間隔N2よりも短い。この場合、上記抵抗力に含まれるガラス板10とステージ30との摩擦力は、切断予定線112よりも図中左側(他の一辺15b側)で高く、切断予定線112よりも図中右側(一辺15a側)で低い。
広幅の第2領域46の中心46aは、切断予定線112の上記部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、切断予定線112から抵抗力が大きい側(即ち、他の一辺15b側)にずらした位置にあってよい。これによって、実際の切断線(クラック114)が抵抗力の小さい側(一辺15a側)に曲がっていくのを制限することができる。よって、実際の切断線を切断予定線112と一致させることができる。
ずらし量T1は、第2領域46の中心46aと切断予定線112との間の距離であり、予め試験等で設定される。ずらし量T1は、エッジ15との位置関係に応じて設定される。例えば、ずらし量T1は、間隔N1及び間隔N2(N1<N2)に基づいて設定されてよく、間隔N1が小さくなるほど大きく設定されてよい。ずらし量T1は、例えば下記の式(5)に基づいて算出される。
W2×K/5≦T1≦W2・・・(5)
式(5)中、W2は第2領域46の幅である。Kは、K=(N2−N1)/(N1+N2)の式から算出される係数である。
尚、間隔N2が十分に大きい場合は、間隔N1のみに基づいて設定されてよい。さらに、係数Kが閾値以下の場合、ガラス板10のエッジの影響が小さいので、T1=0であってもよい。上記閾値は、ガラス板10の熱伝導率等に基づいて設定される。例えば車両用窓ガラスの場合、上記閾値Kは例えば0.1以上、好ましくは0.2以上である。
一方、狭幅の第1領域45の中心45aは、切断予定線112上を移動する。従って、第1実施形態と同様に、高い切断精度を得ることができる。尚、第1領域45の中心45aも剛性の大きい側に切断予定線112から僅かにずれていてもよい。
[第3実施形態]
図7は、本発明の第3実施形態による切断方法の説明図(1)であって、(a)はガラス板の表面の全体図、(b)はガラス板の表面の要部図である。図8は、本発明の第2実施形態による切断方法の説明図(2)であって、(a)は図7のA−A線に沿った断面図、(b)は図7のB−B線に沿った断面図である。
本実施形態では、切断予定線は曲線状部分212のみからなる。曲線状部分212の始点及び終点は、ガラス板10の表面11のエッジ15と交わっている。このガラス板10は、第1の実施形態と同様に、図1に示す切断装置20で切断される。
切断装置20は、ガラス板10の表面11上で、第1加熱光43を照射する第1領域45、及び第2加熱光44を照射する第2領域46を移動して、熱応力によってガラス板10を切断する。従って、ガラス板10を溶断する場合に比べて、切断で得られる切断片に残留する引張応力が小さく、切断片が欠け難い。
また、第1領域45と第2領域46とが共に切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、第1領域45の幅W1(図2参照)が第1領域45に先行する第2領域46の幅W2よりも小さく設定される。よって、第1の実施形態と同様に、切断に必要な熱をガラス板10に与えることができると共に、急激な温度勾配をガラス板10につけることができ、切断精度を向上することができる。
狭幅の第1加熱光43で加熱される部分に熱応力が集中し、第1加熱光43の後方近傍に、ガラス板10を貫通するクラック214が形成され、ガラス板10が切断される。第1加熱光43のガラス板10中の経路がガラス板10の切断面となる。
また、第1領域45の移動方向視(矢印M方向視)で、図8(a)に示すように第1加熱光43がガラス板10の表面11に斜めに入射するので、ガラス板10の切断面が板厚方向に対して斜めになる。よって、ガラス板10の切断で得られる切断片同士の板厚方向への分離が可能である。尚、本実施形態では、図7(a)に示すように曲線状部分212を境界線として径方向外側から曲線状部分212に向けて第1加熱光43が入射するが、反対側から第1加熱光43が入射してもよい。第1加熱光43の光軸47の傾斜方向(図8(a)では右下がり)は、切断面を傾斜させる方向によって適宜選択される。
ところで、本実施形態では、第1の実施形態と異なり、切断予定線が曲線状部分212を含む。この場合、広幅の第2領域46の中心46aは、曲線状部分212の少なくとも一部(図8では全部)に沿って移動するとき、図8に示すように、曲線状部分212の径方向外側(曲線状部分の曲率中心側とは反対側)に曲線状部分212からずらした位置にあってよい。曲線状部分212の内側と外側とで、第2領域46の移動速度差に起因する温度差が小さくなるので、切断精度が良くなる。
ずらし量T2は、第2領域46の中心46aと曲線状部分212との間の距離であり、予め試験等で設定される。ずらし量T2は、第2実施形態と同様に、エッジ15との位置関係に基づいて設定されてよい。また、ずらし量T2は、曲線状部分の寸法形状に基づいて設定されてよく、曲線状部分の曲率半径が小さくなるほど大きく設定されてよい。
尚、曲率半径が閾値以上の場合、曲線状部分の影響が小さいので、T2=0であってもよい。上記閾値は、第2領域46の寸法形状等に基づいて設定される。
一方、狭幅の第1領域45の中心45aは、曲線状部分212上を移動する。従って、第1実施形態と同様に、高い切断精度を得ることができる。尚、第1領域45の中心45aは、曲線状部分212の径方向外側に曲線状部分から僅かにずれていてもよい。
尚、本実施形態では、切断予定線は曲線状部分212のみからなるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、切断予定線は、曲線状部分212の他に、直線状部分を含んでいてもよい。
以下に、実施例等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。
[例1]
例1では、図2及び図3に示す方法で、100mm×100mm×3.5mmの車両窓ガラス用の矩形のガラス板(徐冷点:550℃)を半分に切断した。切断予定線は、直線状部分のみからなり、間隔N1(図5参照):50mm、間隔N2(図5参照):50mmの位置に設定した。切断予定線の始点には初期クラックを設けなかった。
切断の条件を以下に示す。
第1光源:FBL(波長:1070nm、出力:25W)
第2光源:FBL(波長:1070nm、出力:40W)
第1加熱光の入射角α(α=γ):15°
第1加熱光の屈折角β(β=φ):9.9°
第1加熱光に対するガラス板の吸収係数α:2.7/cm
α×t/cos(θ2):0.96(tはガラス板の板厚(cm)である)
第1領域:直径0.62mmの円形(幅:0.62mm、移動方向長さ:0.62mm)
第2領域:8mm×8mmの矩形(幅:8mm、移動方向長さ:8mm)
第2領域の中心のずらし量T1(図5参照):0mm
第2領域の中心のオフセット量S(図4参照):0mm
第1及び第2領域の移動速度:10mm/sec
切断の結果、実際の切断線と切断予定線とが一致しており、切断面の傾斜角度が9.8°である切断片(100mm×50mm×3.5mm)が得られた。また、切断片同士を板厚方向に手で分離することができた。尚、切断片同士は、切断予定線の終点において、手で触れるだけで切断可能な程度につながっていた。
[例2]
例2では、第2光源の出力を0(ゼロ)として、100mm×100mm×3.5mmの車両窓ガラス用の矩形のガラス板(徐冷点:550℃)を切断することを試みた。切断予定線は、直線状部分のみからなり、間隔N1(図5参照):50mm、間隔N2(図5参照):50mmの位置に設定した。切断予定線の始点には初期クラックを設けなかった。
切断の条件を以下に示す。
第1光源:FBL(波長:1070nm、出力:15W)
第1加熱光の入射角α(α=γ):30°
第1加熱光の屈折角β(β=φ):19.5°
第1加熱光に対するガラス板の吸収係数α:2.7/cm
α×t/cosβ:1.00(tはガラス板の板厚(cm)である)
第1領域:直径0.17mmの円形(幅:0.17mm、移動方向長さ:0.17mm)
第1領域の移動速度:10mm/sec
レーザ照射の結果、切断できなかった。レーザ出力を25Wに上昇させても切断できなかった。さらにレーザ出力を35Wまで上昇させると、ガラス板が溶けて切断される溶断となった。
[例3]
例3では、図5及び図6に示す方法で、100mm×100mm×3.5mmの車両窓ガラス用の矩形のガラス板(徐冷点:550℃)を切断した。切断予定線は、直線状部分のみからなり、間隔N1:20mm、間隔N2:80mmの位置に設定した。切断予定線の始点には初期クラックを設けなかった。
切断の条件を以下に示す。
第1光源:FBL(波長:1070nm、出力:25W)
第2光源:FBL(波長:1070nm、出力:80W)
第1加熱光の入射角α(α=γ):15°
第1加熱光の屈折角β(β=φ):9.9°
第1加熱光に対するガラス板の吸収係数α:2.7/cm
α×t/cosβ:0.96(tはガラス板の板厚(cm)である)
第1領域:直径0.62mmの円形(幅:0.62mm、移動方向長さ:0.62mm)
第2領域:24mm×27mmの矩形(幅:24mm、移動方向長さ:27mm)
第2領域の中心のずらし量T1(図5参照):6mm
第2領域の中心のオフセット量S(図4参照):0mm
第1及び第2領域の移動速度:10mm/sec
切断の結果、実際の切断線と切断予定線とが一致しており、切断面の傾斜角度が10.0°である切断片が得られた。また、切断片同士を板厚方向に手で分離することができた。尚、切断片同士は、切断予定線の終点において、手で触れるだけで切断可能な程度につながっていた。
[例4〜例8]
例4〜例8では、それぞれ、第2領域の中心のずらし量T1(図5参照)を10mm(例4)、8mm(例5)、4mm(例6)、2mm(例7)、0mm(例8)とした他は、例3と同様にしてガラス板を切断した。
切断の結果、ずらし量T1が10mm、8mm、4mmの場合、それぞれ切断面の傾斜角度が9.6°、10.2°、9.7°である例3と同様の高品質の切断片が得られた。尚、切断片同士は、切断予定線の終点において、手で触れるだけで切断可能な程度につながっていた。
一方、ずらし量T1が2mm、0mmの場合、実際の切断線が、切断予定線を境界線として剛性の小さい側に曲がった。
[例9〜例13]
例9〜例13では、それぞれ、第2領域の中心のオフセット量S(図4参照)を10mm(例9)、8mm(例10)、6mm(例11)、4mm(例12)、2mm(例13)とした他は、例3と同様にしてガラス板を切断した。
切断の結果、例9〜例13では、それぞれ順に切断面の傾斜角度が10.1°、10.1°、10.1°、9.6°、9.5°である例3と同様の高品質の切断片が得られた。また、例9〜例13では、例3とは異なり、切断片同士は、第1及び第2加熱光とガラス板との相対移動だけで完全に切断されており、切断予定線の終点でつながっていなかった。
[例14〜例18]
例14〜例18では、第1領域の直径を0.17mm(例14)、0.34mm(例15)、0.52mm(例16)、1.25mm(例17)、1.86mm(例18)とし、それに合わせて第1光源及び第2光源の出力、並びにオフセット量を最適化した他は、例11と同様にしてガラス板を切断した。
切断の結果、例14〜例18では、それぞれ順に切断面の傾斜角度が9.6°、10.1°、10.1°、10.0°、10.1である例11と同様の高品質の切断片が得られ、切断片同士は第1及び第2加熱光とガラス板との相対移動だけで完全に切断されていた。例11、例14〜例18における、第1光源及び第2光源の出力、並びにオフセット量を表1に示す。尚、表1は、例の番号の代わりに、第1領域の直径の順序で並び替えてある。
Figure 2015016998
[例19]
例19では、図5及び図6に示す方法で、100mm×100mm×2mmの車両窓ガラス用の矩形のガラス板(徐冷点:550℃)を切断した。切断予定線は、直線状部分のみからなり、間隔N1:5mm、間隔N2:95mmの位置に設定した。切断予定線の始点には初期クラックを設けなかった。
切断の条件を以下に示す。
第1光源:FBL(波長:1070nm、出力:30W)
第2光源:FBL(波長:1070nm、出力:80W)
第1加熱光の入射角α(α=γ):30°
第1加熱光の屈折角β(β=φ):19.5°
第1加熱光に対するガラス板の吸収係数α:2.7/cm
α×t/cosβ:0.57(tはガラス板の板厚(cm)である)
第1領域:直径1.20mmの円形(幅:1.20mm、移動方向長さ:1.20mm)
第2領域:直径20mmの円形(幅:20mm、移動方向長さ:20mm)
第2領域の中心のずらし量T1(図5参照):10mm
第2領域の中心のオフセット量S(図4参照):6mm
第1及び第2領域の移動速度:10mm/sec
切断の結果、実際の切断線と切断予定線とが一致しており、切断面の傾斜角度が20.0°である切断片(厚さ2mm)が得られた。また、切断片同士を板厚方向に手で分離することができた。さらに、切断片同士は第1及び第2加熱光とガラス板との相対移動だけで完全に切断されていた。
[例20]
例20では、図7及び図8に示す方法で、100mm×100mm×3.5mmの車両窓ガラス用の矩形のガラス板(徐冷点:550℃)を切断した。切断予定線は、直径60mmの半円形の曲線状部分のみからなる。切断予定線の始点には初期クラックを設けなかった。
切断の条件を以下に示す。
第1光源:FBL(波長:1070nm、出力:35W)
第2光源:FBL(波長:1070nm、出力:60W)
第1加熱光の入射角α(α=γ):16°
第1加熱光の屈折角β(β=φ):10.6°
第1加熱光に対するガラス板の吸収係数α:2.7/cm
α×t/cosβ:0.96(tはガラス板の板厚(cm)である)
第1及び第2加熱光に対するガラス板の吸収係数:2.7/cm
第1領域:直径1.78mmの円形(幅:1.78mm、移動方向長さ:1.78mm)
第2領域:直径10mmの円形(幅:10mm、移動方向長さ:10mm)
第2領域の中心のずらし量T2(図7参照):1mm
第2領域の中心のオフセット量S(図4参照):0mm
第1及び第2領域の移動速度:10mm/sec
切断の結果、実際の切断線と切断予定線とが一致しており、切断面の傾斜角度が9〜12°である切断片が得られた。また、切断片同士を板厚方向に手で分離することができた。尚、切断片同士は、切断予定線の終点において、手で触れるだけで切断可能な程度につながっていた。
[例21]
例21では、図5及び図6に示す方法で、100mm×100mm×3.5mmの車両窓ガラス用の矩形のガラス板(徐冷点:550℃)を切断した。切断予定線は、直線状部分のみからなり、間隔N1:20mm、間隔N2:80mmの位置に設定した。切断予定線の始点には初期クラックを設けなかった。
切断の条件を以下に示す。
第1光源:FBL(波長:1070nm、出力:45W)
第2光源:IRヒータ(色温度2800K、出力:220W)
第1加熱光の入射角α(α=γ):15°
第1加熱光の屈折角β(β=φ):9.9°
第1加熱光に対するガラス板の吸収係数α:2.7/cm
α×t/cosβ:0.96(tはガラス板の板厚(cm)である)
第1領域:直径1.86mmの円形(幅:1.86mm、移動方向長さ:1.86mm)
第2領域:45mm×20mmの矩形(幅:45mm、移動方向長さ:20mm)
第2領域の中心のずらし量T1(図5参照):20mm
第2領域の中心のオフセット量S(図4参照):10mm
第1及び第2領域の移動速度:10mm/sec
切断の結果、実際の切断線と切断予定線とが一致しており、切断面の傾斜角度が10.6°である切断片が得られた。また、切断片同士を板厚方向に手で分離することができた。さらに、切断片同士は第1及び第2加熱光とガラス板との相対移動だけで完全に切断されていた。
10 ガラス板
11 表面
12 切断予定線
13 裏面
20 切断装置
41 第1光源
42 第2光源
43 第1加熱光
44 第2加熱光
45 第1領域
45a 第1領域の中心
45b 第1領域の前端
46 第2領域
46a 第2領域の中心
46b 第2領域の前端
50 移動装置
60 制御装置

Claims (16)

  1. ガラス板の表面上に照射される加熱光による熱応力で前記ガラス板を切断するガラス板の切断方法であって、
    前記加熱光は、第1加熱光と第2加熱光とを有し、
    前記第1加熱光が照射される第1領域と前記第2加熱光が照射される第2領域とを共に前記ガラス板の表面の切断予定線の少なくとも一部に沿って移動させ、
    前記第1領域の移動方向と直交する方向における幅は、前記第1領域が前記切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記第1領域に先行する前記第2領域の移動方向と直交する方向における幅よりも狭く、
    前記第1加熱光は、250〜5000nmの波長を有し、前記第1領域の移動方向視で前記表面に斜めに入射することを特徴とするガラス板の切断方法。
  2. 前記切断予定線は、前記第2領域の中心を該切断予定線上に位置させて移動させた場合、前記第1加熱光による前記第1領域の加熱によって該切断予定線と直交する方向に生じるガラス板の膨張に対し、該切断予定線を挟んだ両側で異なる抵抗力を生じる部分を含み、
    前記第2領域の中心は、前記切断予定線の前記部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記切断予定線から前記抵抗力が大きい側にずらした位置にある請求項1又は2に記載のガラス板の切断方法。
  3. 前記切断予定線は、該切断予定線を挟んだ両側で、該切断予定線と直交する方向における前記ガラス板のエッジまでの距離が異なる部分を含み、
    前記第2領域の中心は、前記切断予定線の前記距離が異なる部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記切断予定線から前記距離が大きい側にずらした位置にある請求項1又は2に記載のガラス板の切断方法。
  4. 前記切断予定線は曲線状部分を含み、
    前記第2領域の中心は、前記曲線状部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、該曲線状部分から該曲線状部分の径方向外方にずらした位置にある請求項1又は2に記載のガラス板の切断方法。
  5. 前記第2領域の中心は、前記切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記第1領域の中心よりも前記第1領域の移動方向前方にオフセットされる請求項1〜4のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。
  6. 前記第1領域の移動方向と直交する方向における幅が0.1〜2.0mmであり、
    前記第1領域の移動方向長さが0.1〜2.0mmである請求項1〜5のいずれか1項に記載のガラス板の切断方法。
  7. 前記第1加熱光に対する前記ガラス板の吸収係数をα、前記ガラス板の板厚をt、前記第1加熱光が前記表面に入射するときの屈折角をβとした場合、α×t/cosβ≦2.3の式が成立する請求項1〜6のいずれか1項に記載のガラス板の切断方法。
  8. 前記第1加熱光に対する前記ガラス板の吸収係数をα、前記ガラス板の板厚をt、前記第1加熱光が前記表面に入射するときの屈折角をβとした場合、0.01≦α×t/cosβの式が成立する請求項1〜7のいずれか1項に記載のガラス板の切断方法。
  9. 前記第1加熱光は、直線偏光であって、前記ガラス板の前記表面にp偏光として入射する請求項1〜8のいずれか1項に記載のガラス板の切断方法。
  10. ガラス板を支持する支持体と、該支持体に支持される前記ガラス板の表面に加熱光を照射する光源装置と、前記表面上の前記加熱光が照射される領域を移動させる移動装置と、前記移動装置を制御する制御装置とを有し、前記ガラス板の表面上に照射される前記加熱光による熱応力で前記ガラス板を切断するガラス板の切断装置であって、
    前記加熱光は、第1加熱光と第2加熱光とを有し、
    前記制御装置は、前記移動装置によって、前記第1加熱光が照射される第1領域と前記第2加熱光が照射される第2領域とを共に前記ガラス板の表面の切断予定線の少なくとも一部に沿って移動させ、
    前記光源装置は、
    前記第1領域の移動方向と直交する方向における幅が、前記第1領域が前記切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記第1領域に先行する前記第2領域の移動方向と直交する方向における幅よりも狭く、
    前記第1加熱光が、250〜5000nmの波長を有し、前記第1領域の移動方向視で前記表面に斜めに入射するよう構成されたことを特徴とするガラス板の切断方法。
  11. 前記切断予定線は、前記第2領域の中心を該切断予定線上に位置させて移動させた場合、前記第1加熱光による前記第1領域の加熱によって該切断予定線と直交する方向に生じるガラス板の膨張に対し、該切断予定線を挟んだ両側で異なる抵抗力を生じる部分を含み、
    前記第2領域の中心は、前記切断予定線の前記部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記切断予定線から前記抵抗力が大きい側にずらした位置にある請求項10に記載のガラス板の切断装置。
  12. 前記切断予定線は、該切断予定線を挟んだ両側で、該切断予定線と直交する方向における前記ガラス板のエッジまでの距離が異なる部分を含み、
    前記第2領域の中心は、前記切断予定線の前記部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記切断予定線から前記距離が大きい側にずらした位置にある請求項10又は11に記載のガラス板の切断装置。
  13. 前記表面の切断予定線は曲線状部分を含み、
    前記第2領域の中心は、前記曲線状部分の少なくとも一部に沿って移動するとき、該曲線状部分から該曲線状部分の径方向外方にずらした位置にある請求項10又は11に記載のガラス板の切断装置。
  14. 前記第2領域の中心は、前記切断予定線の少なくとも一部に沿って移動するとき、前記第1領域の中心よりも前記第1領域の移動方向前方にオフセットされる請求項10〜13のいずれか一項に記載のガラス板の切断装置。
  15. 前記第1領域の移動方向と直交する方向における幅が0.1〜2.0mmであり、
    前記第1領域の移動方向長さが0.1〜2.0mmである請求項10〜14のいずれか1項に記載のガラス板の切断装置。
  16. 前記第1加熱光は、直線偏光であって、前記ガラス板の前記表面にp偏光として入射する請求項10〜15のいずれか1項に記載のガラス板の切断装置。
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