JP2015519290A - 強化ガラスのカッティング方法及びカッティング装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、強化ガラスのカッティングの際にガラスが割れるという不良を防止し、かつ製品の信頼性を向上することができる強化ガラスのカッティング方法及びカッティング装置を提供することである。このために、本発明は、素板ガラスに圧縮応力を発生させて素板ガラスを強化させる強化ステップと、前記強化された素板ガラスの切断したい切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和する圧縮応力緩和ステップ、及び前記切断部をカットするカッティングステップとを含むことを特徴とする強化ガラスのカッティング方法を提供する。
Description
本発明は、強化ガラスのカッティング方法及びカッティング装置に係り、より詳しくは、強化された素板ガラスを単位ガラスに細分化するための強化ガラスのカッティング方法及びカッティング装置に関する。
モニターやカメラ、ＶＴＲ、携帯電話などの映像及び光学装備、自動車などの運送装備、各種の食器類、建築施設などといった幅広い技術及び産業分野においてガラス製品は必須構成要素として取り扱われており、このため、各産業分野の特性に合わせて多様な物性を持つガラスが製造され使用されてきている。
特に、近年に入り、有機発光ディスプレイ（ＯＬＥＤ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）などのディスプレイでは、カバーガラスまたはディスプレイ用ガラスとして化学強化薄板ガラスが使用されている。
ガラスの強化方法としては、主に自動車安全ガラスに適用する風冷強化と呼ばれる物理強化と化学強化があり、そのうち、特に化学強化は、形状が複雑か厚さが略２ｍｍ以下の薄板ガラスに有効に適用することができる技術である。このような化学強化は、ガラスの内部に存在するイオン半径が小さいアルカリイオン（主にＮａイオン）を所定の条件でイオン半径が大きいアルカリイオン（主にＫイオン）と交換させる技術であって、イオン交換によってガラスの表面に大きな圧縮応力を生成することで強度及び硬度を向上させる。
以下、従来の化学強化ガラスの製造方法について概略的に説明する。
先ず、素板ガラスに対して、平坦化工程を施した後、カッターを利用して形態・大きさに合わせて切断する工程を行う。しかし、このような切断工程によってガラス中には機械的加工などによる歪みやストレスが存在することがあり、これは、製品の信頼性に悪い影響を与えかねなく、かつ切断不良によって廃棄される部分があるため、歩留まりを落とす要因となっている。
素板ガラスを切断してなる単位ガラスに対し、ガラス粉や異物を除去するための１次洗浄工程を施し、研削機を利用して単位ガラスの上下部の角部を面取りした後、研磨された製品に付着したガラス粉や研磨材粉を除去するための２次洗浄工程を施し、洗浄済みの単位ガラスを乾燥した後、その表面を化学的に強化するために、下記のような方法にて化学強化処理工程を施す。
単位ガラスを４５０℃〜５００℃の温度で加熱された硝酸カリウム（ＫＮＯ３）溶液が貯められた作業槽に浸漬し、該単位ガラスを作業槽内で３時間以上放置しておくと、イオン置換によって強化処理がなされるようになる。作業槽から取り出した単位ガラスに対しては、洗浄工程と乾燥工程が施される。
しかし、このような化学強化単位ガラスの製造方法では、ガラスを強化する前に所望の大きさに合わせて予め切断してから化学強化を行うことから、強化ガラスの生産効率が低いという短所がある。
そこで、素板ガラスに対して化学強化処理を施してからウォータージェット（ｗａｔｅｒ ｊｅｔ）、スクライブ装置、またはレーザーなどにて単位ガラスに切断する方法を用いていたが、このような方法でも、切断工程でガラス中に機械的加工などによる歪みやストレスが存在するようになり、製品の信頼性に悪影響を与えかねなく、かつ切断不良によって廃棄される部分の発生によって強化ガラスの生産効率が低いという短所を有する。
このような問題点を改善するために、韓国公開特許１０-２０１１-００８６４７５では、強化された素板ガラスの切断したい部位を除く部分にフォトレジストパターンを形成し、切断部を酸による湿式エッチングにて切断してからフォトレジストを除去する方法を開示している。しかし、当該方法では、素板ガラスの切断のためのフォトレジスト工程及びエッチング工程などのような付加的な工程を有することから、強化ガラスの製造コストが上昇するだけでなく、エッチングの際にフッ化水素（ＨＦ）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）などを用いることから、環境汚染物質が発生するという問題点を持っている。
また、韓国登録特許１０-１０２２５９１では、素板ガラスの両面を化学強化領域と非化学強化領域とにパターニングをしてからイオン交換をさせ、次いで、イオン交換されていない部分をカッティングすることで、素板ガラスを切断する方法を開示している。しかし、当該方法では、パターンの幅を１ｍｍ以内にする微細加工が難しいだけでなく、両面パターンマッチングの問題が生じることがあり、イオン交換過程でパターン部にイオン交換液が流れ込んでカッティングの際に不良を発生させ、また、大面積ガラスへの適用の際に局部的なイオン交換によるストレスによってガラスに反りなどが発生するという問題点を持っている。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、強化ガラスのカッティングの際にガラスが割れるという不良を防止し、かつ製品の信頼性を向上することができる強化ガラスのカッティング方法及びカッティング装置を提供することである。
このために、本発明は、素板ガラスに圧縮応力を発生させて素板ガラスを強化させる強化ステップと、前記強化された素板ガラスの切断したい切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和する圧縮応力緩和ステップ、及び前記切断部をカットするカッティングステップとを含むことを特徴とする強化ガラスのカッティング方法を提供する。
ここで、前記圧縮応力緩和ステップでは、熱線を用いて前記切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和していてよい。
そして、前記圧縮応力緩和ステップで前記切断部に加えられる熱は、強化された前記素板ガラスの転移点以上かつ溶融点未満の温度であってよい。
また、前記圧縮応力緩和ステップにて緩和された切断部の圧縮応力は１００ＭＰａ以下であってよい。
また、前記切断部の幅は５ｍｍ以下であってよい。
そして、前記強化ステップでは、前記素板ガラスを化学強化または熱強化していてよい。
ここで、前記化学強化は、素板ガラスの表面を硝酸カリウム溶液と酸化亜鉛粉末とを混合してなるイオン交換溶液スラリーで被覆し乾燥してから加熱してなるものであってよい。
そして、前記カッティングステップでは、レーザーまたはスクライブ（ｓｃｒｉｂｅ）装置を利用して前記切断部をカットしていてよい。
また、本発明は、圧縮応力を発生させて強化した素板ガラスをカットする強化ガラスのカッティング装置であって、前記素板ガラスが載置される一方の面に溝が形成された基板、及び前記溝に嵌め込まれる熱線、を含む強化ガラスのカッティング装置を提供する。
ここで、前記溝は複数であってよい。
そして、前記基板は耐熱ガラス基板であってよい。
本発明によれば、素板ガラスを強化した後、切断部だけ圧縮応力を除去してカットするため、カッティング過程での歪みやストレスなどによるガラスの割れを防止することができる。
そして、カットされたガラスの信頼性を確保することができ、かつカッティング不良を防止することで単位ガラスの生産歩留まりを向上することができる。
また、熱線によって簡易かつ効率的に素板ガラスの圧縮応力を緩和することで、カッティングの効率性及び生産性を向上することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る強化ガラスのカッティング方法及びカッティング装置について詳述する。
なお、本発明を説明するにあたって、関連公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は割愛する。
図１は、本発明の一実施例に係る強化ガラスのカッティング方法を概略的に示すフローチャートである。
図１を参照すると、本発明に係る強化ガラスのカッティング方法は、強化ステップ（Ｓ１００）、圧縮応力緩和ステップ（Ｓ２００）、及びカッティングステップ（Ｓ３００）を含んでなる。
強化された素板ガラスを所望の大きさの単位ガラスに細分化するために、先ず、素板ガラスに圧縮応力を発生させて素板ガラスを強化する（Ｓ１００）。
素板ガラスに圧縮応力を発生させて強化する方法としては、化学強化法または熱強化法などがあるが、ここではこれらに制限されるものではなく、ガラスに圧縮応力を発生させて強化する方法であればいずれも適用可能である。
特に、本発明の一実施例に係る強化ステップは、素板ガラスの表面を硝酸カリウム溶液と酸化亜鉛粉末とを混合してなるイオン交換溶液スラリーで被覆し乾燥してから加熱して強化する乾式化学強化法にて行われていてよい。
酸化亜鉛粉末は拡散性に優れ、ガラス表面に均質した被膜を形成するとともにガラスに付着しやすく、かつ、硝酸カリウム塩中の不純物を除去する効果があり、また、イオン交換処理後に水で容易に洗浄可能である。
このように、素板ガラスの強化を別途のイオン交換炉なしで一般の焼成炉を利用することで強化ガラスの生産性を向上することができ、かつ硝酸カリウム中の不純物によるイオン交換特性の低下を防止することができる。
硝酸カリウム溶液は、１０ｇ／水１００ｍｌ乃至溶解度範囲の濃度を有することが好ましい。なお、硝酸カリウムの濃度が１０ｇ／水１００ｍｌ以下になると、イオン交換に必要なカリウムの濃度が十分ではないことからイオン交換速度が遅くなり、かつガラス表面に十分な圧縮応力を形成することができないため、強度が大きく増大しない。一方、硝酸カリウムの濃度を溶解度以上にすると、硝酸カリウムが十分に溶解できないことからガラス表面に局部的なイオン交換が行われ、ガラス表面に均質な圧縮応力を形成することができなくなる。硝酸カリウムの水への溶解時の溶解温度は、室温乃至９０℃を保持するのが好ましい。
そして、イオン交換が均一に行われるようにしかつ混合溶液の流動性を良くするためには、酸化亜鉛粉末の平均粒度は１μｍ以下であるのが好ましい。
また、酸化亜鉛粉末は、硝酸カリウム溶液１００ｍｌに対して１５ｇ〜５０ｇの割合で混合するのが好ましい。酸化亜鉛粉末が硝酸カリウム溶液１００ｍｌに対して１５ｇ以下になると、ガラス表面に大きな圧縮応力を形成することができず、逆に５０ｇ以上になると、溶液の粘性が大きくなって均質な混合溶液の製造が難しくなるとともにガラス表面の被覆量が過量になるという不具合が発生する。
次いで、強化された素板ガラスの切断したい切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和する（Ｓ２００）。
このとき、切断部に加えられる熱は、強化された素板ガラスの転移点以上かつ溶融点未満の温度であってよい。好ましくは、３００〜４００℃の温度で切断部を加熱していてよい。
熱は、１０秒以内の短時間加えられるのが好ましい。
このように、圧縮応力によって強化されたガラスに転移点以上かつ溶融点未満の温度で熱を加えると、ガラス中の圧縮応力が緩和することでガラスの強度や硬度が劣化する。
圧縮応力緩和ステップ（Ｓ２００）によって緩和された切断部の圧縮応力は、１００ＭＰａ以下であるのが好ましい。
切断部の幅は５ｍｍ以下、好ましくは、２ｍｍ以下であってよい。切断部の幅が狭いほど、切断により得られる単位ガラスの歩留まりが増大する。
圧縮応力緩和ステップは、熱線によって切断部に熱が加えられることで行われていてよい。熱線によって熱を加えることで、切断部の幅を極めて狭幅にすることができ、これによって単位ガラスの生産歩留まりを向上することができる。
上述した圧縮応力緩和ステップは、図２に示すような強化ガラスのカッティング装置によって行なわれていてよい。
図２を参照すると、本発明の一実施例に係る強化ガラスのカッティング装置は、切断したい強化された素板ガラスが載置される一方の面に溝が形成された基板１００、及び溝に嵌め込まれる熱線２００を含んでなる。
このように、熱線２００が配設された基板１００上に圧縮応力を緩和させたい強化された素板ガラスを載置することで、簡易かつ効率的に強化された素板ガラスの圧縮応力を緩和することができるようになる。
ここで、溝は複数であってよい。
複数の溝に嵌め込まれた複数本の熱線２００を介して強化された素板ガラスの多数の切断部の圧縮応力を一遍に緩和することで、生産性を向上することができる。
そして、基板１００は、熱線２００による熱に耐えなければならないため、耐熱ガラスからなるものであってよい。
最後に、圧縮応力が緩和された切断部をカットすることで、強化された素板ガラスを単位ガラスにカットする（Ｓ３００）。
切断部のカッティングは、レーザーまたはスクライブ（ｓｃｒｉｂｅ）装置を利用して行われていてよいが、必ずしもこれに限られるものではなく、ウォータージェット（ｗａｔｅｒ ｊｅｔ）などの多様な方法にて行われていてよい。
このように、強化された素板ガラスの切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和してからカッティングし、単位ガラスに細分化することで、単位ガラスへのカッティング工程の際の機械的加工などによる歪みやストレスなどによって素板ガラスや単位ガラスが割れるという不良を防止することができる。
図３は、素板ガラスを熱線による熱処理を施さずに切断した切断面を透過顕微鏡で見た写真であり、図４は、素板ガラスを熱線による熱処理を施した後に切断した切断面を透過顕微鏡で見た写真である。
図３に示すように、素板ガラスを熱線による熱処理を施さずに切断した切断面は、割れといった不良が発生していることが分かる。
これに対し、図４を見ると、本発明の一実施例に従って強化された素板ガラスを熱処理した後に切断し、切断面が滑らかでかつ割れといった不良がないことが分かる。
以上のように、本発明を限定された実施例や図面によって説明してきたが、本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、以上の実施例から種々の修正や変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限られて決められるものではなく、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等なものなどによって決められるべきである。
１００ 基板
２００ 熱線
２００ 熱線
Claims (11)
- 素板ガラスに圧縮応力を発生させて素板ガラスを強化させる強化ステップと、
前記強化された素板ガラスの切断したい切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和する圧縮応力緩和ステップ、及び
前記切断部をカットするカッティングステップと
を含むことを特徴とする強化ガラスのカッティング方法。 - 前記圧縮応力緩和ステップは、熱線を用いて前記切断部に熱を加えて圧縮応力を緩和してなることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 前記圧縮応力緩和ステップで前記切断部に加えられる熱は、強化された前記素板ガラスの転移点以上かつ溶融点未満の温度を有することを特徴とする請求項１に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 前記圧縮応力緩和ステップにて緩和された前記切断部の圧縮応力は１００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 前記切断部の幅は５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 前記強化ステップでは、前記素板ガラスを化学強化または熱強化することを特徴とする請求項１に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 前記化学強化は、前記素板ガラスの表面を硝酸カリウム溶液と酸化亜鉛粉末とを混合してなるイオン交換溶液スラリーで被覆し乾燥してから加熱してなることを特徴とする請求項６に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 前記カッティングステップでは、レーザーまたはスクライブ（ｓｃｒｉｂｅ）装置を利用して前記切断部をカットすることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラスのカッティング方法。
- 圧縮応力を発生させて強化した素板ガラスをカットする強化ガラスのカッティング装置であって、
前記素板ガラスが載置される一方の面に溝が形成された基板、及び
前記溝に嵌め込まれる熱線、を含む強化ガラスのカッティング装置。 - 前記溝は複数であることを特徴とする請求項９に記載の強化ガラスのカッティング装置。
- 前記基板は耐熱ガラス基板であることを特徴とする請求項９に記載の強化ガラスのカッティング装置。
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