JP2015034095A - Method for cutting strengthened glass plate, and strengthened glass plate cutting apparatus - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a method for cutting a tempered glass sheet and a tempered glass sheet cutting apparatus.
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。 In recent years, in a portable device such as a mobile phone or a PDA, a cover glass (protective glass) is often used in order to enhance the protection and aesthetics of a display (including a touch panel). A glass substrate is widely used as a display substrate.
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。 On the other hand, the reduction in thickness and weight of portable devices has progressed, and the glass used in portable devices has become thinner. Since the strength decreases as the glass becomes thinner, tempered glass having a front surface layer and a back surface layer in which compressive stress remains has been developed to compensate for the insufficient strength of the glass. Tempered glass is also used as automotive window glass and architectural window glass.
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。 The tempered glass is produced by, for example, an air cooling tempering method or a chemical tempering method. The air cooling strengthening method rapidly cools the glass near the softening point from the front and back surfaces, and creates a temperature difference between the front and back surfaces of the glass and the inside, so that the surface layer and back surface layer where compressive stress remains is formed. Form. On the other hand, in the chemical strengthening method, the surface and the back surface of the glass are ion-exchanged, and ions having a small ion radius (for example, Li ions and Na ions) contained in the glass are replaced with ions having a large ion radius (for example, K ions). By doing so, the front surface layer and the back surface layer in which the compressive stress remains are formed. In either method, an intermediate layer in which tensile stress remains is formed between the front surface layer and the back surface layer as a reaction.
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)。
When producing tempered glass, it is more efficient to temper a glass larger than the product size and then cut and take multiple faces rather than tempering glass of product size one by one. Therefore, as a method of cutting the tempered glass plate, a method of cutting the tempered glass plate by irradiating the surface of the tempered glass plate with laser light and moving the laser light irradiation area on the surface of the tempered glass plate is proposed. (See
レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する場合、強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件を最適化する必要がある。すなわち、強化ガラス板に照射されるレーザ光の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。 When cutting a tempered glass plate using laser light, it is necessary to optimize the conditions of the laser light applied to the tempered glass plate. In other words, if the conditions of the laser light applied to the tempered glass plate are inappropriate, the crack extends in an unintended direction, the cutting line deviates from the planned cutting line, and the quality of the tempered glass plate after cutting deteriorates. There was a problem.
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。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a method of cutting a tempered glass plate and a tempered glass plate cutting device that cut a tempered glass plate using a laser beam without deteriorating the quality.
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、前記強化ガラス板の側面に位置する切断終了点に向かって前記側面に対して鋭角となるように前記強化ガラス板を切断する際、前記強化ガラス板の前記切断終了点から所定の距離手前の所定の位置から前記切断終了点までの区間において、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強化ガラス板を直線状に切断する際に必要な単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくする、強化ガラス板の切断方法である。
The method for cutting a tempered glass sheet according to the first aspect of the present invention includes a surface layer and a back surface layer in which compressive stress remains, and an intermediate layer formed between the surface layer and the back surface layer, in which tensile stress remains. The tempered glass plate is cut by moving the irradiation region of the laser beam irradiated to the tempered glass plate, wherein the tempered glass plate and the laser beam are the laser Assuming that the absorption coefficient of the tempered glass plate for light is α (cm −1 ) and the thickness of the tempered glass plate is t (cm), the
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、前記切断終了点から所定の距離手前の前記所定の位置は、前記強化ガラス板の側面に向かって意図しないクラックが発生するクラック発生位置の手前である。 The method for cutting a tempered glass sheet according to a second aspect of the present invention is the above-described method for cutting a tempered glass sheet, wherein the predetermined position before a predetermined distance from the end point of cutting is directed to the side surface of the tempered glass sheet. This is just before the crack generation position where an unintended crack occurs.
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、前記レーザ光の走査位置と前記切断終了点とを結ぶ線分と前記強化ガラス板の側面とがなす角度が小さいほど、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大きくする。 The method for cutting a tempered glass sheet according to the third aspect of the present invention is the above-described method for cutting a tempered glass sheet, wherein a line segment connecting the scanning position of the laser beam and the cutting end point, a side surface of the tempered glass sheet, The smaller the angle formed, the larger the irradiation energy of the laser light per unit irradiation area irradiated on the tempered glass plate.
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、前記レーザ光の照射領域の移動速度を遅くすることで、前記単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくする。 The method for cutting a tempered glass sheet according to the fourth aspect of the present invention is the above-described method for cutting a tempered glass sheet, in which the moving speed of the irradiation region of the laser beam is slowed down so that the laser beam per unit irradiation area is reduced. Increase the irradiation energy.
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、前記レーザ光の出力を大きくすることで、前記単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくする。 The method for cutting a tempered glass sheet according to the fifth aspect of the present invention is the above-mentioned method for cutting a tempered glass sheet, wherein the laser beam output energy per unit irradiation area is increased by increasing the output of the laser beam. To do.
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、前記レーザ光の照射領域の面積を小さくすることで、前記単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくする。 The method for cutting a tempered glass sheet according to a sixth aspect of the present invention is the above-described method for cutting a tempered glass sheet, in which the area of the laser light irradiation region is reduced, thereby irradiating the laser light per unit irradiation area. Increase energy.
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、前記強化ガラス板の吸収係数αが大きくなるにつれて、前記単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを小さくする。 The tempered glass sheet cutting method according to the seventh aspect of the present invention is the above-described tempered glass sheet cutting method, wherein the laser beam irradiation energy per unit irradiation area as the absorption coefficient α of the tempered glass sheet increases. Make it smaller.
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、前記強化ガラス板の熱膨張係数が大きくなるにつれて、前記単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを小さくする。 The tempered glass sheet cutting method according to the eighth aspect of the present invention is the above-described tempered glass sheet cutting method, wherein the laser beam irradiation energy per unit irradiation area increases as the thermal expansion coefficient of the tempered glass sheet increases. Make it smaller.
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厚さが厚くなるにつれて、前記単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくする。 The tempered glass sheet cutting method according to the ninth aspect of the present invention is the above-described tempered glass sheet cutting method, wherein the laser beam irradiation energy per unit irradiation area is increased as the thickness of the tempered glass sheet increases. Enlarge.
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、更に前記レーザ光の照射領域の周囲を冷却する。 The method for cutting a tempered glass sheet according to the tenth aspect of the present invention is the above-described method for cutting a tempered glass sheet, further cooling the periphery of the laser light irradiation region.
本発明の第11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および裏面のうちの少なくとも一方において前記レーザ光の照射領域の周囲を冷却する。 The tempered glass sheet cutting method according to the eleventh aspect of the present invention is the above-described tempered glass sheet cutting method, wherein at least one of the front surface and the rear surface of the tempered glass plate is cooled around the laser light irradiation region. To do.
本発明の第12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、ノズルから気体を吹き付けることで前記レーザ光の照射領域の周囲を冷却する。 A tempered glass sheet cutting method according to a twelfth aspect of the present invention is the above-described tempered glass sheet cutting method, wherein the periphery of the laser light irradiation region is cooled by blowing gas from a nozzle.
本発明の第13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、前記ガラス保持駆動部および前記レーザ出力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、前記強化ガラス板の側面に位置する切断終了点に向かって前記側面に対して鋭角となるように前記強化ガラス板を切断する際、前記強化ガラス板の前記切断終了点から所定の距離手前の所定の位置から前記切断終了点までの区間において、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が前記強化ガラス板を直線状に切断する際に必要な単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくなるような制御プログラムを生成する。 A tempered glass sheet cutting apparatus according to a thirteenth aspect of the present invention includes a surface layer and a back surface layer in which compressive stress remains, and an intermediate layer formed between the surface layer and the back surface layer in which tensile stress remains. A tempered glass plate cutting device for cutting a tempered glass plate by moving an irradiation area of a laser beam applied to the tempered glass plate, the tempered glass plate being held and the tempered glass plate being predetermined A glass holding and driving unit that moves in the direction of the laser, a laser output unit that outputs laser light for cutting the tempered glass plate, and a control unit that controls the glass holding and driving unit and the laser output unit based on a control program; A control program generating unit that generates the control program, and the control program generating unit is directed toward a cutting end point located on a side surface of the tempered glass sheet. When cutting the tempered glass sheet so as to have an acute angle with respect to the side surface, the tempered glass in a section from a predetermined position before a predetermined distance from the cutting end point of the tempered glass sheet to the cutting end point. A control program is generated so that the irradiation energy of the laser beam per unit irradiation area irradiated on the plate is larger than the irradiation energy of the laser beam per unit irradiation area necessary for cutting the tempered glass plate in a straight line. To do.
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。 According to the present invention, it is possible to provide a tempered glass sheet cutting method and a tempered glass sheet cutting apparatus that cut a tempered glass sheet using laser light without degrading quality.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the structure of the tempered glass plate and the principle of the method for cutting the tempered glass plate will be described.
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。 FIG. 1 is a cross-sectional view of a tempered glass sheet, and FIG. 2 is a diagram showing a distribution of residual stress in the tempered glass sheet shown in FIG. In FIG. 1, the direction of the arrow indicates the direction in which the stress is applied, and the size of the arrow indicates the magnitude of the stress.
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。
As shown in FIG. 1, the tempered
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、KNO3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。
In FIG. 2, CS is the maximum residual compressive stress (surface compressive stress) (> 0) in the
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。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of cutting a tempered glass sheet. As shown in FIG. 3, the
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。
An initial crack is formed in advance at the cutting start position at the end of the tempered
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。
On the
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。
The light source of the
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。
Assuming that the absorption coefficient of the tempered
強化ガラス板10に入射する前のレーザ光20の強度をI0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=I0×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。
Assuming that the intensity of the
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。
By making α × t greater than 0 and 3.0 or less, the
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。
4 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 3 and includes a laser light irradiation region. 5 is a cross-sectional view taken along line B-B in FIG. 3, and is a rear cross section from the cross section shown in FIG. 4. Here, “rear” means the upstream side of the
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。
In the
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。
As shown in FIG. 4, the
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。
In order to balance with the compressive stress shown in FIG. 4, a tensile stress is generated in the
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。
When the
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。 Since high transparency is required for glass depending on the application, α × t is preferably closer to 0 when the laser wavelength used is close to the wavelength region of visible light. However, since α × t is too small, the absorption efficiency is deteriorated. Therefore, it is preferably 0.0005 or more (laser light absorption rate 0.05% or more), more preferably 0.002 or more (laser light absorption rate 0.2). % Or more), more preferably 0.004 or more (laser light absorption rate 0.4% or more).
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。
On the other hand, glass requires low transparency depending on the application. Therefore, when the used laser wavelength is close to the wavelength region of visible light, the larger α × t is better. However, if .alpha..times.t is too large, the surface absorption of the laser beam becomes large, and crack extension cannot be controlled. Therefore, α × t is preferably 3.0 or less (laser light absorptivity 95% or less), more preferably 0.1 or less (
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、Fe2O3、Fe3O4を含む)の含有量、酸化コバルト(CoO、Co2O3、Co3O4を含む)の含有量、酸化銅(CuO、Cu2O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。
The absorption coefficient (α) is determined by the wavelength of the
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。 The absorption coefficient (α) in the near-infrared wavelength region near 1000 nm is set according to the application. For example, in the case of window glass for automobiles, the absorption coefficient (α) is preferably 3 cm −1 or less. In the case of building window glass, the absorption coefficient (α) is preferably 0.6 cm −1 or less. In the case of display glass, the absorption coefficient (α) is preferably 0.2 cm −1 or less.
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。
The wavelength of the
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。
The content of iron oxide in the tempered
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。
Although the thickness (t) of the tempered
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。 By using the method described above, the tempered glass plate can be cut.
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48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を示している。サンプル40は、所定の曲率半径を有する4つのコーナー部および直線部分を有する四角形である。なお、図6に示すサンプル40は一例であり、他の任意の形状を有する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。
Next, the cutting method of the tempered glass board concerning this Embodiment is demonstrated. FIG. 6 is a diagram for explaining a method of cutting a strengthened glass sheet according to the present embodiment. FIG. 6 is a view of the tempered
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48を通過するようにレーザ光を走査する。つまり、切断開始点41からレーザ光の走査を開始し、図6に示す矢印の方向に切断予定線48に沿ってレーザ光を走査し、切断終了点42でレーザ光の走査を終了する。このとき、切断開始点41、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。
When the
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、強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件を最適化する必要がある。すなわち、強化ガラス板に照射されるレーザ光の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る。 Thus, when cutting a tempered glass board using a laser beam, it is necessary to optimize the conditions of the laser beam irradiated to a tempered glass board. In other words, if the conditions of the laser light applied to the tempered glass plate are inappropriate, the crack extends in an unintended direction, the cutting line deviates from the planned cutting line, and the quality of the tempered glass plate after cutting deteriorates. There is a problem.
図7Aは、強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件が不適切な場合の強化ガラス板の切断状態の一例を示す図であり、図6に示す切断終了点42の近傍の拡大図である。図7Aに示すように、レーザ光の条件が不適切な場合は、レーザ光を切断予定線48に沿って走査している際に、クラック発生位置43から切断線44に向かって意図しないクラック46が伸展する。ここで、図中の実線(切断線44、45)は強化ガラス板が切断されている状態(強化ガラス板10の表面から裏面まで貫通している)を示しており、破線(切断予定線48)は強化ガラス板が切断されていない状態を示している。
FIG. 7A is a diagram illustrating an example of a cutting state of the tempered glass plate when the condition of the laser light applied to the tempered glass plate is inappropriate, and is an enlarged view in the vicinity of the cutting
つまり、図7Aに示す切断終了点42は、既に切断された切断線44上にある。換言すると、切断終了点42は強化ガラス板の側面にある。そして、レーザ光の条件が不適切な場合は、切断終了点42に向けて切断予定線48に沿ってレーザ光を走査している際に、クラック発生位置43から切断線44に向かって意図しないクラック46が伸展する。このため、強化ガラス板10から切り出されたサンプル40に凸部49が形成され、切断後の強化ガラス板(サンプル40)の品質が劣化する。
That is, the cutting
上記で説明したように、強化ガラス板10を切断する際は、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。よって、レーザ光の条件が不適切な場合は、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方向の制御ができなくなり、クラック発生位置43から切断線44に向かって意図しないクラック46が伸展し、切断線が切断予定線48から外れる場合があった。
As described above, when the tempered
図7Bは、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を用いた場合の強化ガラス板の切断状態の一例を示す図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、強化ガラス板の切断線(側面)44に位置する切断終了点42に向かって切断線44に対して鋭角α1となるように強化ガラス板を切断する際、クラック発生位置43の手前(つまり、強化ガラス板の切断終了点42から所定の距離手前の所定の位置)から切断終了点42までの区間において、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通常の照射エネルギーよりも大きくしている。ここで、通常の照射エネルギーとは、例えば強化ガラス板を直線状に切断する際に必要な単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーである。また、クラック発生位置43は、切断線44に向かって伸展する意図しないクラック46の開始点である。クラック発生位置43は、強化ガラス板10の切断条件(例えば、レーザ光の走査位置と切断線44との距離やレーザ光の照射エネルギー等)によってその位置が変化する。
FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a cut state of the tempered glass sheet when the method for cutting the tempered glass sheet according to the present embodiment is used. In the method for cutting a tempered glass sheet according to the present embodiment, the tempered glass sheet is formed so as to have an acute angle α1 with respect to the
このように、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る。よって、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しながら強化ガラス板10を切断することができるので、クラック発生位置43から切断線44に向かって意図しないクラック46が伸展することを抑制することができる。これにより、サンプル40を切断予定線48に沿って切断することができる。
Thus, by increasing the irradiation energy of the laser beam per unit irradiation area irradiated on the tempered glass plate, the tensile stress generated behind the scanning direction of the laser beam can be increased. Therefore, since the tempered
このとき、レーザ光の走査位置と切断終了点42とを結ぶ線分と切断線44(強化ガラス板10の側面)とがなす角度α1が小さいほど、切断線44に向かって意図しないクラック46が発生しやすくなる。よって、例えば、角度α1が小さくなるほど、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大きくしてもよい。
At this time, the smaller the angle α1 formed by the line connecting the scanning position of the laser beam and the cutting
また、単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーE(J/mm2)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。
Further, the irradiation energy E (J / mm 2 ) of the laser light per unit irradiation area is applied to the tempered
E(J/mm2)=P(W)/(v(mm/s)×φ(mm)) ・・・式1
E (J / mm 2 ) = P (W) / (v (mm / s) × φ (mm))
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/mm2)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。
That is, the irradiation energy E (J / mm 2 ) of the laser light per unit irradiation area is the energy per area where the laser light scans the tempered
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/mm2)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/mm2)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/mm2)を大きくすることができる。
For example, the irradiation energy E (J / mm 2 ) of the laser light per unit irradiation area can be increased by slowing the moving speed (scanning speed) of the laser light irradiation area from the
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/mm2)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/mm2)を小さくすることができる。
Moreover, in this Embodiment, you may make the irradiation energy E (J / mm < 2 >) of the laser beam per unit irradiation area small as the absorption coefficient (alpha) of the tempered
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/mm2)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/mm2)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/mm2)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/mm2)を小さくすることができる。
Further, the irradiation energy E (J / mm 2 ) of the laser beam per unit irradiation area may be increased as the thickness t of the tempered glass plate increases. When the thickness t of the tempered glass plate is thick, it is necessary to increase the energy supplied to the tempered
図8Aは、強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件が不適切な場合の強化ガラス板の切断状態の他の例を示す図である。図8Aに示す例では、切断終了点52が強化ガラス板10の側面54に配置されている。また、切断終了点52に向かう切断予定線58が直線となっている。図8Aに示すように、レーザ光の条件が不適切な場合は、レーザ光を切断予定線58に沿って走査している際に、クラック発生位置53から強化ガラス板10の側面54に向かって意図しないクラック56が伸展する。このため、強化ガラス板10から切り出されたサンプル50に凸部59が形成され、切断後の強化ガラス板(サンプル50)の品質が劣化する。
FIG. 8A is a diagram illustrating another example of the cut state of the tempered glass plate when the condition of the laser light applied to the tempered glass plate is inappropriate. In the example shown in FIG. 8A, the cutting
図8Bは、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を用いた場合の強化ガラス板の切断状態の他の例を示す図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、強化ガラス板の側面54に位置する切断終了点52に向かって側面54に対して鋭角α2となるように強化ガラス板を切断する際、クラック発生位置53の手前から切断終了点52までの区間において、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通常の照射エネルギーよりも大きくしている。
FIG. 8B is a diagram showing another example of the cut state of the tempered glass sheet when the method for cutting the tempered glass sheet according to the present embodiment is used. In the method for cutting a tempered glass sheet according to the present embodiment, when the tempered glass sheet is cut so as to have an acute angle α2 with respect to the
このように、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る。よって、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しながら強化ガラス板10を切断することができるので、クラック発生位置53から側面54に向かって意図しないクラック56が伸展することを抑制することができる。これにより、サンプル50を切断予定線58に沿って切断することができる。
Thus, by increasing the irradiation energy of the laser beam per unit irradiation area irradiated on the tempered glass plate, the tensile stress generated behind the scanning direction of the laser beam can be increased. Therefore, the tempered
このとき、レーザ光の走査位置と切断終了点52とを結ぶ線分と側面54(強化ガラス板10の側面)とがなす角度α2が小さいほど、側面54に向かって意図しないクラック56が発生しやすくなる。よって、例えば、角度α2が小さくなるほど、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大きくしてもよい。なお、図8A、図8Bに示す例では切断予定線58が直線であるので、角度α2は切断予定線58と側面54とがなす角とも表現することができる。
At this time, an
図9Aは、強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件が不適切な場合の強化ガラス板の切断状態の他の例を示す図である。図9Aは、強化ガラス板10を上面から見た図である。強化ガラス板10からサンプル60を切り出す際は、切断開始点61からレーザ光の走査を開始し、図9Aに示す矢印の方向に切断予定線に沿ってレーザ光を走査し、切断終了点62でレーザ光の走査を終了する。
FIG. 9A is a diagram illustrating another example of the cut state of the tempered glass plate when the condition of the laser light applied to the tempered glass plate is inappropriate. FIG. 9A is a view of the tempered
図9Aに示すように、レーザ光の条件が不適切な場合は、レーザ光を切断予定線68に沿って走査している際に、クラック発生位置63から切断線64に向かって意図しないクラック66が伸展する。このため、強化ガラス板10から切り出されたサンプル60に凸部69が形成され、切断後の強化ガラス板(サンプル60)の品質が劣化する。
As shown in FIG. 9A, when the laser beam condition is inappropriate, an
図9Bは、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を用いた場合の強化ガラス板の切断状態の他の例を示す図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、強化ガラス板の切断線(側面)64に位置する切断終了点62に向かって切断線64に対して鋭角α3となるように強化ガラス板を切断する際、クラック発生位置63の手前から切断終了点62までの区間において、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通常の照射エネルギーよりも大きくしている。
FIG. 9B is a diagram showing another example of the cut state of the tempered glass sheet when the method for cutting the tempered glass sheet according to the present embodiment is used. In the method for cutting a tempered glass sheet according to the present embodiment, the tempered glass sheet is formed so as to have an acute angle α3 with respect to the
このように、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る。よって、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しながら強化ガラス板10を切断することができるので、クラック発生位置63から切断線64に向かって意図しないクラック66が伸展することを抑制することができる。これにより、サンプル60を切断予定線68に沿って切断することができる。このとき、図9Bに示す例では、レーザ光の走査位置が切断終了点62に近づくにつれて、切断線67と切断線64(この場合は切断線64の接線)とがなす角度α3が小さくなる。
Thus, by increasing the irradiation energy of the laser beam per unit irradiation area irradiated on the tempered glass plate, the tensile stress generated behind the scanning direction of the laser beam can be increased. Therefore, since the tempered
なお、図6〜図9に示した例は一例であり、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法は、強化ガラス板の側面に位置する切断終了点に向かって強化ガラス板の側面に対して鋭角となるように強化ガラス板を切断する場合に広く適用することができる。 In addition, the example shown in FIGS. 6-9 is an example, and the cutting method of the tempered glass board concerning this Embodiment is on the side of a tempered glass board toward the cutting end point located in the side of a tempered glass board. On the other hand, it can be widely applied when cutting a tempered glass plate so as to have an acute angle.
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。 With the method for cutting a tempered glass sheet according to the present embodiment described above, the tempered glass sheet can be cut using laser light without deteriorating the quality.
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、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しながらレーザ光を走査するようにしてもよい。図10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10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。
Moreover, in the cutting method of the tempered glass board concerning this Embodiment, when scanning a laser beam and cut | disconnecting a tempered glass board, you may make it scan a laser beam, cooling a tempered glass board. FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining a cooling nozzle used in the method for cutting a strengthened glass sheet according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, the cooling
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。 As a gas used for cooling, for example, air or nitrogen can be used. Further, in order to increase the cooling capacity, a mist containing minute moisture in the gas may be included. Further, as the gas used for cooling, a gas having a temperature lower than the ambient temperature at which the tempered glass plate is cut may be used. Further, as the gas used for cooling, a gas having a heat transfer coefficient larger than that of air may be used.
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Gap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12との距離Gap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。なお、冷却ノズル28には、例えば気体供給部(不図示)から冷却用の気体が供給される。
The diameter φ1 of the opening at the tip of the cooling
このように、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しながらレーザ光を走査することで、走査方向後方におけるクラックの伸展方向をより精度よく制御することができる。よって、強化ガラス板の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より確実に抑制することができる。 As described above, when the laser beam is scanned to cut the tempered glass plate, the laser beam is scanned while cooling the tempered glass plate, so that the extension direction of the cracks in the rear of the scan direction can be controlled with higher accuracy. it can. Therefore, it can suppress more reliably that a crack remove | deviates from a cutting projected line at the time of a cutting | disconnection of a tempered glass board, and extends in an unintended direction.
図11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の板厚中心部に発生する応力の分布を示す図である(冷却なし)。図11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。
FIG. 11 is a diagram showing a distribution of stress generated in the central portion of the tempered
図12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12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11参照)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より精度よく制御することができる。よって、強化ガラス板の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より確実に抑制することができる。
FIG. 12 is a diagram showing a distribution of stress generated in the central part of the thickness of the tempered
なお、上記例では強化ガラス板10の表面を冷却した場合について説明したが、強化ガラス板10の裏面を冷却してもよく、また強化ガラス板10の表面および裏面の両方を冷却するように構成してもよい。強化ガラス板10の裏面を冷却する場合も、冷却ノズルを用いることができる。
In addition, although the said example demonstrated the case where the surface of the tempered
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13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70は、レーザ出力部71、ガラス保持駆動部72、制御部73、および制御プログラム生成部74を有する。
Next, a tempered glass sheet cutting apparatus for carrying out the method for cutting a tempered glass sheet according to the present embodiment described above will be described. FIG. 13 is a diagram for explaining the tempered glass sheet cutting device according to the present embodiment. A tempered glass
レーザ出力部71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。
The
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。
Here, when near infrared laser light is used, it is necessary to add impurities such as Fe to the tempered glass plate in order to increase absorption in the near infrared. When an impurity having an absorption characteristic in the near infrared is added, it also affects the absorption characteristic in the visible light region, and thus may affect the color and transmittance of the tempered glass plate. In order to prevent this, a mid-infrared laser having a wavelength of 2500 to 5000 nm may be used as the light source of the
レーザ出力部71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73を用いて制御される。また、レーザ光の照射部には、図10に示した冷却ノズル28を配置してもよい。この場合、冷却ノズルから吹き付けられる気体の流量は、制御部73を用いて制御することができる。
The
ガラス保持駆動部72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72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72は、制御部73を用いて制御される。ガラス保持駆動部72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72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。
The glass holding / driving
なお、図13に示した強化ガラス板切断装置70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72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71は固定されている。しかし、ガラス保持駆動部72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71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72に保持されている強化ガラス板10とレーザ出力部71の両方が移動するように構成してもよい。
In the tempered glass
制御部73は、レーザ出力部71およびガラス保持駆動部72を、制御プログラム生成部74で生成された制御プログラムに基づき制御する。
The
制御プログラム生成部74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17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。
The control
また、制御プログラム生成部74は、強化ガラス板の側面に位置する切断終了点に向かって強化ガラス板の側面に対して鋭角となるように強化ガラス板を切断する際、クラック発生位置の手前から切断終了点までの区間において、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が通常の照射エネルギーよりも大きくなるような制御プログラムを生成する。例えば、制御プログラム生成部74は、切断予定線の情報とレーザ光の位置情報(現在位置)とに基づいて、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する。
In addition, when the control
具体的には、例えば、制御プログラム生成部74は、予め設定された強化ガラス板10の物性(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、強化ガラス板の中間層17の残留引張応力など)に応じて、直線部分を切断する際に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決定する。そして、この決定された単位エネルギー、切断予定線の情報、およびレーザ光の位置情報(現在位置)に基づいて、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する。
Specifically, for example, the control
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。 As described above, the invention according to the present embodiment provides a tempered glass sheet cutting method and a tempered glass sheet cutting device that cut a tempered glass sheet using laser light without degrading quality. be able to.
<実施例1>
以下、本発明の実施例1について説明する。以下に示す実施例1では、板厚が0.8mm、表面圧縮応力CSが818MPa、表面層および裏面層それぞれの厚さDOLが27.4μm、残留引張応力CTが30MPaの強化ガラス板を用いた。
<Example 1>
強化ガラス板の残留引張応力CTは、表面応力計FSM−6000(折原製作所製)にて表面圧縮応力CSおよび圧縮応力層(表面層および裏面層)の深さDOLを測定し、その測定値と、強化ガラス板の厚さtとから以下の式2を用いて計算にて求めた。
The residual tensile stress CT of the tempered glass plate was measured by measuring the surface compressive stress CS and the depth DOL of the compressive stress layer (surface layer and back layer) with a surface stress meter FSM-6000 (manufactured by Orihara Seisakusho). From the thickness t of the tempered glass plate, the following
CT=(CS×DOL)/(t−2×DOL) ・・・式2
CT = (CS × DOL) / (t−2 × DOL)
本実施例では、図14に示す形状のサンプル80(本実施例の場合は、50mm×90mm)を強化ガラス板10から切断した。つまり、強化ガラス板10からサンプル80を切り出す際は、切断開始点81からレーザ光の走査を開始し、図14に示す矢印の方向に切断予定線88に沿ってレーザ光を走査し、切断終了点82でレーザ光の走査を終了した。サンプル80のコーナー部の曲率半径はR=5mmとした。また、強化ガラス板の端部の切断開始点81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。
In this example, a
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区間では5mm/sとし、コーナー部では2.5mm/sとした。ここで、コーナー部には図15のクラック発生位置83の手前から切断終了点82までの区間が含まれている。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10に示した冷却ノズル28を用いて強化ガラス板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の開口部の直径φ1は2mmとし、冷却ノズルと強化ガラス板10の表面との距離Gapは3mmとした。また、冷却ノズルを流れる空気の流量は50L/minとした。
The beam diameter of the laser beam was 0.1 mm. The scanning speed of the laser beam was 5 mm / s in the straight section and 2.5 mm / s in the corner. Here, the corner portion includes a section from the front of the
本実施例では、図15に示す、クラック発生位置83から切断線84に向かって意図しないクラック86が伸展することで形成された凸部89の凸量P1を測定し、当該凸量P1の量を用いて強化ガラス板から切断されたサンプル80の品質を評価した。
In this embodiment, the convex amount P1 of the
図16に、強化ガラス板を切断した際のコーナー部における単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギー(単位エネルギー)と、凸量との関係を示す。なお、本実施例では、レーザ出力をそれぞれ40W、50W、75Wと変化させることで、レーザ光の単位エネルギーを変化させた。レーザ光の単位エネルギーは、上記の式1に各レーザ出力(W)、レーザ光の走査速度(コーナー部)2.5mm/s、およびビーム径0.1mmを代入することで求めた。
In FIG. 16, the relationship between the irradiation energy (unit energy) per unit irradiation area in the corner part at the time of cut | disconnecting a tempered glass board, and a convex amount is shown. In this example, the unit energy of the laser beam was changed by changing the laser output to 40 W, 50 W, and 75 W, respectively. The unit energy of the laser beam was obtained by substituting each laser output (W), laser beam scanning speed (corner part) 2.5 mm / s, and beam diameter of 0.1 mm into the
図16に示すように、レーザ光の単位エネルギーが160J/mm2(レーザ出力=40W)であるサンプルNo.1〜No.3では、凸量がそれぞれ0.4mm、0.5mm、0.45mmとなった。レーザ光の単位エネルギーが200J/mm2(レーザ出力=50W)であるサンプルNo.4〜No.6では、凸量がそれぞれ0.2mm、0.4mm、0.25mmとなった。レーザ光の単位エネルギーが300J/mm2(レーザ出力=75W)であるサンプルNo.7、No.8では、凸量がそれぞれ0.15mm、0.1mmとなった。 As shown in FIG. 16, the sample No. in which the unit energy of the laser beam is 160 J / mm 2 (laser output = 40 W). 1-No. In No. 3, the convex amounts were 0.4 mm, 0.5 mm, and 0.45 mm, respectively. Sample No. in which the unit energy of laser light is 200 J / mm 2 (laser output = 50 W). 4-No. In No. 6, the convex amounts were 0.2 mm, 0.4 mm, and 0.25 mm, respectively. Sample No. in which the unit energy of the laser beam is 300 J / mm 2 (laser output = 75 W). 7, no. In No. 8, the convex amounts were 0.15 mm and 0.1 mm, respectively.
図17に、レーザ光の単位エネルギーと凸部89の凸量との関係を示す。図17に示すグラフは、図16の表における各サンプルの単位エネルギーと凸量をプロットしたグラフである。図16および図17に示す結果から、レーザ光の単位エネルギーが増加するにつれて凸部89の凸量が減少する傾向があることがわかった。
FIG. 17 shows the relationship between the unit energy of the laser beam and the convex amount of the
つまり、クラック発生位置83の手前から切断終了点82までの区間において、強化ガラス板に照射されるレーザ光の単位エネルギーを大きくするほど、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。そして、走査方向後方に発生する引張応力が大きいほど、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ので、凸部89の凸量が減少すると考えられる。
That is, in the section from the front of the
<実施例2>
以下、本発明の実施例2について説明する。以下に示す実施例2では、板厚が1.1mm、表面圧縮応力CSが716MPa、表面層および裏面層それぞれの厚さDOLが68.8μm、残留引張応力CTが51MPaの強化ガラス板を用いた。
<Example 2>
本実施例においても、図14に示す形状のサンプル80(本実施例の場合は、35mm×50mm)を強化ガラス板10から切断した。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区間では5mm/sとし、コーナー部では1mm/sとした。ここで、コーナー部には図15のクラック発生位置83の手前から切断終了点82までの区間が含まれている。
Also in this example, a
また、本実施例では、レーザ光を走査する際に強化ガラス板を冷却する場合と冷却しない場合とについて実験をおこなった。レーザ光を走査する際に強化ガラス板を冷却する場合は、図10に示した冷却ノズル28を用いた。このとき用いた冷却ノズルの開口部の直径φ1は1mmとし、冷却ノズルと強化ガラス板10の表面との距離Gapは2mmとした。また、冷却ノズルを流れる空気の流量は15L/minとした。
Further, in this example, an experiment was conducted with and without cooling the tempered glass plate when scanning with laser light. When cooling the tempered glass plate when scanning with laser light, the cooling
本実施例においても、図15に示す凸部89の凸量P1を測定し、当該凸量P1の量を用いて強化ガラス板から切断されたサンプルの品質を評価した。
Also in this example, the convex amount P1 of the
図18に、強化ガラス板の冷却の有無と凸量との関係を示す。なお、本実施例ではレーザ出力が80W、レーザ光のコーナー部における走査速度が1mm/s、ビーム径が0.1mmであるので、上記の式1からコーナー部における単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーは800J/mm2となる。 In FIG. 18, the relationship between the presence or absence of cooling of a tempered glass board and a convex amount is shown. In this embodiment, the laser output is 80 W, the scanning speed at the corner of the laser beam is 1 mm / s, and the beam diameter is 0.1 mm. The irradiation energy is 800 J / mm 2 .
図18に示すように、サンプルNo.9(冷却なし)では凸量が0.15mmであった。これに対してサンプルNo.10(冷却あり)では凸量が0.1mmであった。よって、レーザ光を走査する際に強化ガラス板を冷却したほうが凸部の凸量が少なくなった。これは、強化ガラス板の表面を冷却した場合は、圧縮応力が発生する位置(レーザ照射領域)と引張応力が発生する位置(レーザ光の走査方向後方)との距離が短くなり(図12参照)、走査方向後方におけるクラックの伸展方向をより精度よく制御することができたためと考えられる。 As shown in FIG. In 9 (no cooling), the convex amount was 0.15 mm. In contrast, sample no. For 10 (with cooling), the convex amount was 0.1 mm. Therefore, the convex amount of the convex portion is reduced when the tempered glass plate is cooled when the laser beam is scanned. This is because when the surface of the tempered glass plate is cooled, the distance between the position where the compressive stress is generated (laser irradiation region) and the position where the tensile stress is generated (rear in the scanning direction of the laser beam) is shortened (see FIG. 12). This is considered to be because the extension direction of the cracks behind the scanning direction could be controlled more accurately.
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。 The present invention has been described with reference to the above-described embodiment and examples. However, the present invention is not limited only to the configuration of the above-described embodiment and examples, and the scope of the invention of the claims of the claims of this application Of course, various changes, modifications, and combinations that can be made by those skilled in the art are included.
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 冷却ノズル
31 クラック
33 圧縮応力
35 引張応力
40、50、60 サンプル
41、61 切断開始点
42、52、62、82 切断終了点
43、53、63、83 クラック発生位置
44、54、64、84 切断線(側面)
45、55、65 切断線
46、56、66、86 クラック
48、58、68、88 切断予定線
49、59、69、89 凸部
71 レーザ出力部
72 ガラス保持駆動部
73 制御部
74 制御プログラム生成部
DESCRIPTION OF
45, 55, 65
Claims (13)
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、
前記強化ガラス板の側面に位置する切断終了点に向かって前記側面に対して鋭角となるように前記強化ガラス板を切断する際、前記強化ガラス板の前記切断終了点から所定の距離手前の所定の位置から前記切断終了点までの区間において、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強化ガラス板を直線状に切断する際に必要な単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくする、
強化ガラス板の切断方法。 Laser light that irradiates the tempered glass plate with a tempered glass plate that is formed between the surface layer and the back surface layer where compressive stress remains and an intermediate layer that remains between the surface layer and the back surface layer. A method of cutting a tempered glass plate that is cut by moving the irradiation region of
The tempered glass plate and the laser beam are expressed as 0 <α × t ≦, where α (cm −1 ) is the absorption coefficient of the tempered glass plate with respect to the laser beam, and t (cm) is the thickness of the tempered glass plate. Satisfies the equation of 3.0,
When cutting the tempered glass plate so as to have an acute angle with respect to the side surface toward a cutting end point located on the side surface of the tempered glass plate, a predetermined distance before a predetermined distance from the cutting end point of the tempered glass plate In the section from the position to the cutting end point, the irradiation energy of the laser light per unit irradiation area irradiated to the tempered glass plate per unit irradiation area necessary for cutting the tempered glass plate linearly Make it larger than the irradiation energy of the laser beam,
Cutting method of tempered glass sheet.
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、
前記ガラス保持駆動部および前記レーザ出力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、前記強化ガラス板の側面に位置する切断終了点に向かって前記側面に対して鋭角となるように前記強化ガラス板を切断する際、前記強化ガラス板の前記切断終了点から所定の距離手前の所定の位置から前記切断終了点までの区間において、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が前記強化ガラス板を直線状に切断する際に必要な単位照射面積あたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくなるような制御プログラムを生成する、
強化ガラス板切断装置。 Laser light that irradiates the tempered glass plate with a tempered glass plate that is formed between the surface layer and the back surface layer where compressive stress remains and an intermediate layer that remains between the surface layer and the back surface layer. A tempered glass sheet cutting device that cuts by moving the irradiation area of
While holding the tempered glass plate, a glass holding drive unit that moves the tempered glass plate in a predetermined direction,
A laser output unit for outputting a laser beam for cutting the tempered glass plate;
A control unit for controlling the glass holding drive unit and the laser output unit based on a control program;
A control program generation unit for generating the control program,
When the control program generation unit cuts the tempered glass plate so as to have an acute angle with respect to the side surface toward the cut end point located on the side surface of the tempered glass plate, the cutting end point of the tempered glass plate. When the irradiation energy of the laser beam per unit irradiation area irradiated to the tempered glass plate cuts the tempered glass plate linearly in a section from a predetermined position before a predetermined distance to the cutting end point. Generate a control program that is greater than the required laser beam irradiation energy per unit irradiation area.
Tempered glass sheet cutting device.
Priority Applications (3)
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JP2011267745A JP2015034095A (en) | 2011-12-07 | 2011-12-07 | Method for cutting strengthened glass plate, and strengthened glass plate cutting apparatus |
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