JP2016128365A - ガラス板の切断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れたガラス板の切断方法を提供すること。
【解決手段】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１０の第１主面１１から第２主面１２へレーザ光２０を透過させつつ当該レーザ光２０を走査することにより、第１主面１１及び第２主面１２にスクライブ線３１、３２を形成するステップを備えている。走査するレーザ光２０の後方において、レーザ光２０の走査経路からずらした領域４０ａ、４０ｂを冷却しながらレーザ光２０を走査する。
【選択図】図７

Description

本発明は、ガラス板の切断方法に関し、特にレーザ光による内部加熱を利用したガラス板の切断方法に関する。

ガラス板の切断は、通常、ダイヤモンド等の硬質のローラやチップにより、主面に機械的にスクライブ線を導入し、当該スクライブ線に沿って折り曲げ力を加えることによりなされる。このような手法では、スクライブ線の導入により、ガラス板の切断端面に多数の微細クラックが生成されることになる。従って、切断端部に充分な強度が得られないという問題があった。

このような問題に対し、近年、レーザ光の照射によりガラス板の内部を加熱し、ガラス板の主面でなく端面に導入した初期クラックの伸展を制御することにより、ガラス板を切断する方法が提案されている（例えば、特許文献１）。このようなレーザ光を用いた切断（以下、「レーザ切断」ともいう）では、ガラス板の主面に機械的にスクライブ線を導入する必要がない。そのため、切断端面に上述の微細クラックが生成されることもなく、切断端部の強度に優れたガラス板を得ることができる。

特開２００６−２５６９４４号公報

発明者は、以下の課題を見出した。
一般に、ガラス板の切断端面（特にコーナー部）には、欠損防止などの観点から切断後に面取加工が施される。例えば、特許文献１に記載のガラス板の切断方法では、ガラス板をレーザ切断した後に、別途面取加工を行う必要があった。このように、従来のガラス板の切断方法では、切断と面取加工とを別々に行う必要があり、生産性に劣る問題があった。

本発明は、上記に鑑みなされたものであって、生産性に優れたガラス板の切断方法を提供することを目的とする。

本発明の一の態様によるガラス板の切断方法は、
ガラス板の第１主面から第２主面へレーザ光を透過させつつ当該レーザ光を走査することにより、前記第１主面及び前記第２主面にスクライブ線を形成するステップを備え、
走査する前記レーザ光の後方において、前記レーザ光の走査経路からずらした領域を冷却しながら前記レーザ光を走査するものである。

本発明によれば、生産性に優れたガラス板の切断方法を提供することができる。

ガラス板の上下面にそれぞれスクライブ線を形成する方法を説明するための斜視図である。 図１のガラス板の上面におけるレーザ光のビーム形状を示す平面図である。 図１のガラス板の下面におけるレーザ光のビーム形状を示す平面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った軸方向断面図である。 図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 ガラス板の切断に用いる冷却ノズルの断面図である。 ガラス板１０を上面１１側から見た平面図である。 図７に示したレーザ走査により形成されたスクライブ線に沿って割断されたガラス板１０を端面１３側（ｘ軸方向マイナス側）から見た側面図である。 ｘ軸プラス方向へレーザ光２０を走査中のガラス板１０をｙ軸方向プラス側から見た側面図である。 ガラス板１０を上面１１側から見た平面図である。 図１０に示したレーザ走査により形成されたスクライブ線に沿って割断されたガラス板１０を端面１３側（ｘ軸方向マイナス側）から見た側面図である。 ガラス板１０を上面１１側から見た平面図である。 図１２に示したレーザ走査により形成されたスクライブ線に沿って割断されたガラス板１０を端面１３側（ｘ軸方向マイナス側）から見た側面図である。 試験条件を模式的に示すガラス板１０の平面図である。 試験例１１、１２の切断部をｚ軸方向プラス側（レーザ光照射側）から観察した写真である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
まず、図１〜図５を参照して、ガラス板の上面及び下面にそれぞれスクライブ線を形成する方法について説明する。図１は、ガラス板の上下面にそれぞれスクライブ線を形成する方法を説明するための斜視図である。図２は、図１のガラス板の上面におけるレーザ光のビーム形状を示す平面図である。図３は、図１のガラス板の下面におけるレーザ光のビーム形状を示す平面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図である。図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。

図１〜図４において、矢印方向はガラス板におけるレーザ光の照射位置の変位方向を示す。図５において、矢印方向は応力の作用方向を示す。図４及び図５において、ガラス板の熱変形を誇張して示す。ガラス板の熱変形の様子は有限要素法解析によって確認できる。
図１〜図５に示した右手系のｘｙｚ直交座標空間において、ガラス板１０の両方の主面（上面１１及び下面１２）は、いずれもｘｙ平面に平行である。また、レーザ光は、ｚ軸マイナス方向に照射され、かつ、ｘ軸プラス方向に走査される。レーザ光の光軸はｚ軸に平行である。

ガラス板の切断方法は、ガラス板１０にスクライブ線３１、３２を形成するスクライブ工程を有する。ガラス板１０のガラスの種類は、特に限定されないが、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。ガラス板１０の厚さは、ガラス板１０の用途に応じて適宜設定され、例えば０．００５ｃｍ〜２．５ｃｍである。ガラス板１０は、非強化ガラスと強化ガラスのいずれであってもよいが、非強化ガラスの方が好ましい。

スクライブ工程は、ガラス板１０を上面１１側から下面１２側に透過するレーザ光２０によってガラス板１０を局所的に加熱し、ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置を変位させる。ガラス板１０に生じる熱応力によって、ガラス板１０の上面１１にスクライブ線３１が形成されると同時に、ガラス板１０の下面１２にスクライブ線３２が形成される。これにより、ガラス板１０を裏返さずに、ガラス板１０に外力を加えて、ガラス板１０を割断することができる。例えば、ガラス板１０を裏返さずに弾性体上に載せ、ガラス板１０を上方から押すことで、ガラス板１０の下面１２に引張応力が生じ、ガラス板１０がスクライブ線３２に沿って割断できる。

また、本実施の形態では、ガラス板１０の上面１１にもスクライブ線３１が形成されているので、ガラス板１０の上面１１及び下面１２における切断精度が良い。さらに、本実施の形態では、１本のレーザ光２０でガラス板１０の上面１１及び下面１２にそれぞれスクライブ線を同時に形成するので、ガラス板１０の上面１１及び下面１２に形成されるスクライブ線の位置関係が所望の位置関係になりやすい。例えば、レーザ光２０がガラス板１０の上面１１に対して垂直に入射する場合、ガラス板１０の上面１１の法線方向から見て、ガラス板１０の上面１１に形成されるスクライブ線３１と、ガラス板１０の下面１２に形成されるスクライブ線３２とが重なりやすい。よって、ガラス板１０の割断面が、ガラス板１０の上面１１や下面１２に対して垂直になりやすい。

スクライブ線３１、３２の起点となる初期クラック３３は、例えば図１に示すようにガラス板１０の端面１３に予め形成されてよい。初期クラック３３は、ガラス板１０の上面１１や下面１２に達していてよく、ガラス板１０の上面１１や下面１２にも形成されてよい。初期クラック３３は、スクライブ線３１、３２の共通の起点となる。

なお、初期クラックは、ガラス板１０の端面１３に形成される場合、ガラス板１０の上面１１のみに達してもよいし、ガラス板１０の下面１２のみに達していてもよいし、ガラス板１０の上面１１及び下面１２に達していなくてもよい。また、初期クラックは、ガラス板１０の上面１１及び下面１２のそれぞれに形成されてもよく、この場合、端面１３に達していてもよいし、端面１３に達していなくてもよい。初期クラックは、ガラス板１０の上面１１及び下面１２の両面、及びガラス板１０の端面１３の少なくとも一方に形成されていればよい。

初期クラック３３の形成方法は、一般的な方法であってよく、例えばカッター、ヤスリ、レーザ等を用いる方法であってよい。ガラス板１０の端面１３が砥石で研削されたものである場合、研削によって形成されるマイクロクラックが初期クラックとして利用可能である。

ガラス板１０の上面１１の一部は、レーザ光２０で加熱され、図４及び図５に示すように、レーザ光２０の照射位置の移動軌跡を中心として左右対称に上に凸に膨らむ。上に凸に膨らむ部分では、レーザ光２０の照射位置の変位方向と直交する方向の引張応力が生じる。この引張応力によって、初期クラック３３を起点とするクラックがレーザ光２０の照射位置の移動軌跡に沿って伸び、スクライブ線３１が形成される。スクライブ線３１の先端は、ガラス板１０の上面１１におけるレーザ光２０の照射位置、またはその前方近傍にある。

同様に、ガラス板１０の下面１２の一部は、レーザ光２０で加熱され、図４及び図５に示すように、レーザ光２０の照射位置の移動軌跡を中心として左右対称に下に凸に膨らむ。下に凸に膨らむ部分では、レーザ光２０の照射位置の変位方向と直交する方向の引張応力が生じる。この引張応力によって、初期クラック３３を起点とするクラックがレーザ光２０の照射位置の移動軌跡に沿って伸び、スクライブ線３２が形成される。スクライブ線３２の先端は、ガラス板１０の下面１２におけるレーザ光２０の照射位置、またはその前方近傍にある。

スクライブ線３１、３２は、いずれもガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の変位に伴って伸びる。ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の変位は、切断装置のフレームに対する、ガラス板１０の支持体の移動もしくは回転、またはレーザ光２０の光源２２の移動によって行われ、両者で行われてもよい。また、ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の変位は、光源２２から出射したレーザ光２０をガラス板１０に向けて反射するガルバノミラーの回転によって行われてもよい。

ガラス板１０の上面１１や下面１２にそれぞれスクライブ線を形成できるか否かは、主に、初期クラック３３の形成位置、レーザ光２０の照射条件で決まる。レーザ光２０の照射条件としては、例えば（１）光源２２の出力、（２）ガラス板１０に対するレーザ光２０の透過率、（３）ガラス板１０の上面１１や下面１２におけるレーザ光２０のビーム形状、（４）ガラス板１０の上面１１におけるレーザ光２０のパワー密度（Ｐ１）と、ガラス板１０の下面１２におけるレーザ光２０のパワー密度（Ｐ２）との比（Ｐ１／Ｐ２）などが挙げられる。

ガラス板１０の上面１１におけるレーザ光２０の強度をＩ_０とし、ガラス板１０中を距離（Ｄ）（単位［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＝Ｉ_０×ｅｘｐ（−α×Ｄ）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。αはレーザ光２０に対するガラス板１０の吸収係数（単位［ｃｍ^−１］）を表し、レーザ光２０の波長やガラス板１０の化学組成等で決まる。αは紫外可視近赤外分光光度計等により測定される。

レーザ光２０に対するガラス板１０の吸収係数（α）（単位［ｃｍ^−１］）と、レーザ光２０がガラス板１０の上面１１から下面１２まで移動する距離（Ｍ）（単位［ｃｍ］）との積（α×Ｍ）は、好ましくは０よりも大きく３．０以下である。ガラス板１０に対するレーザ光２０の内部透過率が高く、ガラス板１０の下面１２が十分に加熱できる。α×Ｍは、より好ましくは２．３以下（内部透過率１０％以上）、さらに好ましくは１．６以下（内部透過率２０％以上）である。α×Ｍが小さすぎると、内部透過率が高すぎ、吸収効率が低すぎるので、好ましくは０．００２以上（内部透過率９９．８％以下）、より好ましくは０．０１以上（内部透過率９９％以下）、さらに好ましくは０．０２以上（内部透過率９８％以下）である。内部透過率は、ガラス板１０の上面１１で反射がないとしたときの透過率である。

なお、ガラス板１０の加熱温度は、ガラスの徐冷点以下の温度であることが好ましい。ガラスの温度がガラスの徐冷点の温度を超えると、ガラスが粘性流動し、熱応力が緩和され、スクライブ線３１、３２の形成が困難である。

レーザ光２０がガラス板１０の上面１１に垂直に入射する場合、レーザ光２０がガラス板１０の上面１１から下面１２まで移動する距離（Ｍ）は、ガラス板１０の板厚（ｔ）と同じ値となる。一方、レーザ光２０は、ガラス板１０の上面１１に斜めに入射する場合、スネルの法則に従って屈折するので、屈折角をγとすると、レーザ光２０がガラス板１０の上面１１から下面１２まで移動する距離（Ｍ）は、Ｍ＝ｔ／ｃｏｓγの式で近似的に求められる。

光源２２としては、例えば波長が８００〜１１００ｎｍの近赤外線（以下、単に「近赤外線」という）のレーザが用いられる。近赤外線レーザとしては、例えば、Ｙｂファイバーレーザ（波長：１０００〜１１００ｎｍ）、Ｙｂディスクレーザ（波長：１０００〜１１００ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）、高出力半導体レーザ（波長：８０８〜９８０ｎｍ）が挙げられる。これらの近赤外線レーザは、高出力で安価であり、また、α×Ｍを所望の範囲に調整するのが容易である。

なお、本実施の形態では、光源２２として高出力で安価な近赤外線レーザが用いられるが、波長が２５０〜５０００ｎｍの光源が使用可能である。例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ（波長：２０８０ｎｍ）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（２９４０ｎｍ）、中赤外光パラメトリック発振器を使用したレーザ（波長：２６００〜３４５０ｎｍ）等が挙げられる。また、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。

近赤外線レーザの場合、ガラス板１０中の鉄（Ｆｅ）の含有量、コバルト（Ｃｏ）の含有量、銅（Ｃｕ）の含有量が多くなるほど、吸収係数（α）が大きくなる。また、この場合、ガラス板１０中の希土類元素（例えばＹｂ）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。吸収係数（α）の調節にはガラスの透明性、及びコストの観点から鉄が用いられ、コバルト、銅、及び希土類元素はガラス板１０中に実質的に含まれていなくてもよい。

ところで、上面１１におけるレーザ光２０のｙ軸方向のビーム幅Ｗ１が小さいほど、上に凸に膨らむ部分が急峻であり、レーザ光２０の変位方向（ｘ軸方向）に直交する方向（ｙ軸方向）の引張応力が大きい。同様に、下面１２におけるレーザ光２０のｙ軸方向のビーム幅Ｗ２が小さいほど、下に凸に膨らむ部分が急峻であり、レーザ光２０の変位方向（ｘ軸方向）に直交する方向（ｙ軸方向）の引張応力が大きい。

そこで、レーザ光２０は、上面１１におけるｙ軸方向のビーム幅Ｗ１がガラス板１０の板厚以下であることが好ましい。また、レーザ光２０は、下面１２におけるｙ軸方向のビーム幅Ｗ２がガラス板１０の板厚以下であることが好ましい。ガラス板１０の上面１１において上に凸に膨らむ部分、及び、ガラス板１０の下面１２において下に凸に膨らむ部分が十分に急峻であり、ガラス板１０の上面１１や下面１２にスクライブ線を形成するのに十分な引張応力が生じる。また、ガラス板１０の上面１１や下面１２におけるレーザ光２０の照射位置に引張応力が生じるので、従来のように引張応力を生じさせるためガラス板１０の照射位置の後方近傍を冷媒で冷却する必要がない。

上面１１におけるレーザ光２０の変位方向（ｘ軸方向）のビーム幅Ｌ１、及び、下面１２におけるレーザ光２０の変位方向（ｘ軸方向）のビーム幅Ｌ２は、それぞれ、特に限定されない。Ｌ１、Ｌ２が短ければ、曲線状のスクライブ線３１、３２の形成が容易である。また、Ｌ１、Ｌ２が長ければ、ガラス板１０における特定の位置の加熱時間が同じ場合、ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の変位速度が速く、スクライブ線３１、３２が短時間で形成できる。

ガラス板１０の上面１１や下面１２におけるレーザ光２０のビーム形状は、特に限定されないが、好ましくは円形である。スクライブ線の曲線部分を形成する場合、レーザ光２０の照射位置の軌跡の幅が一定であり、スクライブ線の位置精度が良い。

レーザ光２０がガラス板１０を上面１１側から下面１２側に透過する間、レーザ光２０の強度（Ｗ）はランベルト・ベールの法則に従って減衰する。そして、ガラス板１０のレーザ光２０が透過する部分の温度は、主にレーザ光２０のパワー密度（単位［Ｗ／ｃｍ^２］）などで決まる。

そこで、レーザ光２０は、ガラス板１０の上面１１でのパワー密度（Ｐ１）と、ガラス板１０の下面１２でのパワー密度（Ｐ２）との比（Ｐ１／Ｐ２）が０．５〜２．０であることが好ましい。Ｐ１／Ｐ２は、Ｐ１／Ｐ２＝Ｓ２／Ｓ１／ｅｘｐ（−α×Ｍ）の式で算出する。Ｓ１はガラス板１０の上面１１におけるレーザ光２０の照射面積を表し、Ｓ２はガラス板１０の下面１２におけるレーザ光２０の照射面積を表す。Ｐ１／Ｐ２が０．５〜２．０であると、ガラス板１０の上面１１におけるレーザ光２０の照射位置の温度と、ガラス板１０の下面１２におけるレーザ光２０の照射位置の温度とが同程度になる。よって、ガラス板１０の上面１１において上に凸に膨らむ部分と、ガラス板１０の下面１２において下に凸に膨らむ部分とが、同程度に急峻になる。その結果、ガラス板１０の上面１１に形成されるスクライブ線３１の深さと、ガラス板１０の下面１２に形成されるスクライブ線３２の深さとが、同程度の深さとなる。Ｐ１／Ｐ２は、より好ましくは０．６以上、さらに好ましくは０．６７以上である。また、Ｐ１／Ｐ２は、より好ましくは１．６７以下、さらに好ましくは１．５以下である。

ガラス板１０の上面１１におけるレーザ光２０の照射面積（Ｓ１）と、ガラス板１０の下面１２におけるレーザ光２０の照射面積（Ｓ２）との比（Ｓ１／Ｓ２）の調節のため、光源２２とガラス板１０との間には、図示されない集光レンズ等が配設される。レーザ光２０の集光位置がガラス板１０よりも下側の場合、Ｓ１／Ｓ２は１よりも大きい。

ガラス板の切断方法は、ガラス板１０に外力を加え、スクライブ線３１、３２に沿ってガラス板１０を割断するブレイク工程をさらに有してよい。ガラス板を切断できる。
また、図１のようにスクライブ線３１、３２を別々に形成するだけでなく、レーザ光２０の照射条件を調整し、生じる熱応力を変化させることにより、スクライブ線３１、３２を互いに結合させることもできる。すなわち、ブレイク工程を経ずに、レーザ照射のみによりフルカットすることもできる。

レーザ光２０の照射位置よりも後方では、レーザ光２０の照射位置近傍と異なり、板厚全体に引張応力が発生する。この引張応力は、レーザ光２０の照射位置での加熱により発生する圧縮応力の反力としてレーザ光２０の照射位置よりも後方で形成される。そのため、レーザ光２０の照射位置よりも後方の引張応力が大きい場合、上面１１側のスクライブ線３１と下面１２側のスクライブ線３２とがそれぞれ板厚内部方向に伸展し、結合する。ここで、スクライブ線３１、３２が結合することにより形成されるクラックの形状は、熱応力場やガラス板１０の剛性の違いによって決定される。

レーザ光２０の照射に基づく熱応力によりスクライブ線３１、３２が結合するか否かは、主に、ガラス板１０に対するレーザ光２０の透過率、光源２２の出力などで決まる。光源２２の出力が大きく、レーザ光２０の照射位置よりも後方の引張応力が大きくなると、スクライブ線３１、３２が結合する。光源２２の出力が小さい場合、スクライブ線３１、３２を結合させるために、光源２２とは別の加熱光源から出射された加熱光をガラス板１０に対して照射してもよい。

本実施の形態によるガラス板１０の切断は、特許文献１に開示されたフルカットよりも、ガラス板１０の上面１１及び下面１２における切断精度が良い。特許文献１に開示されたフルカットでは、レーザ光の照射位置の後方を冷媒で冷却することにより引張応力を発生させ、この引張応力によりガラス板１０を板厚方向に貫通するクラックを形成する。つまり、特許文献１では、レーザ光の照射によりスクライブ線を形成していない。

これに対し、本実施の形態では、ガラス板１０の上面１１及び下面１２におけるレーザ光２０の照射位置に生じた引張応力によりスクライブ線３１、３２を形成する。よって、スクライブ線３１、３２の先端位置とレーザ光２０の照射位置とが近く、スクライブ線３１、３２の位置とレーザ光２０の軌跡とが一致しやすい。従って、ガラス板１０の上面１１及び下面１２に形成されるスクライブ線３１、３２の位置精度が良く、ガラス板１０の上面１１及び下面１２における切断精度が良い。

また、本実施の形態に係るガラス板の切断方法では、レーザ光２０の照射領域に空気を吹き付けることにより冷却してもよい。図６は、ガラス板の切断に用いる冷却ノズルの断面図である。図６に示す冷却ノズル２８により、ガラス板１０の上面１１に気体を吹き付ける。図６に示すように、冷却ノズル２８は、内部を気体（空気や窒素など）が矢印方向へ流れるように、テーパー状の空洞が形成されている。ここで、冷却ノズル２８の軸はレーザ光２０の光軸と一致しており、レンズ２５で集光されたレーザ光２０は、冷却ノズル２８の内部を通過し、冷却ノズル２８の先端に設けられた直径φｎの開口部から出射される。また、レーザ光２０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。このような構成により、レーザ照射部が気体により冷却される。レーザ照射部よりも広い領域を冷却することが好ましい。この冷却により、レーザ光の照射領域で引張応力が発生しやすくなる。すなわち、スクライブ線が生じやすくなり安定した加工が可能になる。

冷却ガス流量、冷却ノズル２８の開口部の直径φｎ、及び冷却ノズル２８の先端とガラス板１０の上面１１とのギャップＧ２は任意に決定することができる。ここで、冷却ノズル２８の開口部の直径φｎが小さい程、ガラス板１０に吹き付けられる気体の流速が速くなり、ガラス板１０の上面１１における冷却能力が向上する。また、冷却ノズル２８の先端とガラス板１０の上面１１とのギャップＧ２が小さい程、ガラス板１０の上面１１における冷却能力が向上する。例えば、ビーム径０．３ｍｍのレーザ照射部に対して、直径φｎ＝１ｍｍの冷却ノズル２８を用いて、室温の冷却エアを流量２０Ｌ／ｍｉｎで吹き付ける。なお、下面１２側にも同様の冷却ノズルを設ければ、一層効果的である。

続けて、図７、図８を参照して、本実施の形態に係るガラス板の切断方法について詳細に説明する。図７は、ガラス板１０を上面１１側から見た平面図である。図７の例では、ｘ軸プラス方向へのレーザ光２０の走査により、ガラス板１０がｙ軸方向プラス側の本体部１０ａとｙ軸方向マイナス側の切除部１０ｂとに分割される。図８は、図７に示したレーザ走査により形成されたスクライブ線に沿って割断されたガラス板１０を端面１３側（ｘ軸方向マイナス側）から見た側面図である。なお、図７、図８におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

図７に示すように、本実施の形態に係る切断方法では、上面１１及び下面１２においてレーザ光２０の光軸から所定の距離Δｘだけ後方（ｘ軸方向マイナス側）かつレーザ走査経路からｙ軸方向に所定の距離Δｙだけずれた位置を目掛けて冷却する。これにより、レーザ光２０の後方において、レーザ走査経路からｙ軸方向に距離Δｙずれた上面１１の領域４０ａ及び下面１２の領域４０ｂが冷却される。なお、上面１１における領域４０ａ及び下面１２における領域４０ｂのいずれか一方のみを冷却してもよいが、両方を冷却することが好ましい。特に板厚が厚い場合は、両方を冷却することが有効である。

図７の例では、レーザ走査経路からｙ軸方向プラス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却する。この場合、図８に示すように、本体部１０ａの切断端面の両コーナー部に、面取部１０ｃが形成される。一方、切除部１０ｂの切断端面の両コーナー部に、突起部１０ｄが形成される。このように、レーザ光２０よりも後方かつレーザ走査経路からずれた領域を冷却しながらレーザ光２０を走査することにより、スクライブ線３１、３２を形成すると同時に、切断端面に面取部１０ｃを形成することができる。

具体的には、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路からｙ軸方向プラス側にずれた上面１１上の領域４０ａ及び下面１２上の領域４０ｂを冷却しながらレーザ光２０を走査する。これにより、図８に示すように、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向プラス側のガラス板（本体部１０ａ）に面取部１０ｃを形成することができる。ここで、スクライブ線３１、３２が、ガラス板１０の上面１１及び下面１２から深さ方向へ、それぞれｚ軸方向（主面に垂直）でなくｙ軸方向マイナス側に傾いて伸張している。この深さ方向に傾いたスクライブ線３１、３２がすなわち面取部１０ｃとなる。つまり、本実施の形態に係るガラス板の切断方法は、スクライブ線の導入と同時に面取加工を行うことができるため、従来のガラス板の切断方法に比べて生産性に優れている。

ここで、図９は、ｘ軸プラス方向へレーザ光２０を走査中のガラス板１０をｙ軸方向プラス側から見た側面図である。図９に示すように、上面１１側から冷却ノズル２９ａにより領域４０ａを冷却し、下面１２側から冷却ノズル２９ｂにより領域４０ｂを冷却する。冷却ノズル２９ａ、２９ｂは、レーザ光２０と同調してｘ軸プラス方向へ移動する。図９の例では、冷却ノズル２９ａ、２９ｂの中心軸とガラス板１０の主面（上面１１及び下面１２）とのなす角が角度θ（０°≦θ≦９０°）となるように設置されている。角度θは特に限定されないが、角度θが大きい程、ガラス板１０の冷却効率も増す。すなわち、θ＝９０°の場合（冷却ノズル２９ａ、２９ｂの中心軸とガラス板１０の主面の法線とが一致する場合）、ガラス板１０の冷却効率が最大となる。なお、図９におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

続けて、図１０、図１１を参照して、本実施の形態に係るガラス板の切断方法について詳細に説明する。図１０、図１１は、レーザ走査経路からｙ軸方向マイナス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却する場合を示している。図１０、図１１は、それぞれ図７、図８に対応している。すなわち、図１０は、ガラス板１０を上面１１側から見た平面図である。図１０の例では、図７と同様にｘ軸プラス方向へのレーザ光の走査により、ガラス板１０がｙ軸方向マイナス側の本体部１０ａとｙ軸方向プラス側の切除部１０ｂとに分割される。つまり、図７では図面上側の端部を切除しているのに対し、図１０では図面下側の端部を切除している。そのため、本体部１０ａと切除部１０ｂとの位置関係が逆転している。図１１は、図１０に示したレーザ走査により形成されたスクライブ線３１、３２に沿って割断されたガラス板１０を端面１３側（ｘ軸方向マイナス側）から見た側面図である。なお、図１０、図１１におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

図１０に示すように、レーザ走査経路からｙ軸方向マイナス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却する場合、図１１に示すように、本体部１０ａの切断端面の両コーナー部に、面取部１０ｃが形成される。一方、切除部１０ｂの切断端面の両コーナー部に、突起部１０ｄが形成される。このように、レーザ光２０よりも後方かつレーザ走査経路からずれた領域を冷却しながらレーザ光２０を走査することにより、スクライブ線３１、３２を形成すると同時に、切断端面に面取部１０ｃを形成することができる。

具体的には、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路からｙ軸方向マイナス側にずれた上面１１上の領域４０ａ及び下面１２上の領域４０ｂを冷却しながらレーザ光２０を走査する。これにより、図１１に示すように、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向マイナス側のガラス板（本体部１０ａ）に面取部１０ｃを形成することができる。ここで、スクライブ線３１、３２が、ガラス板１０の上面１１及び下面１２から深さ方向へ、それぞれｚ軸方向（主面に垂直）でなくｙ軸方向プラス側に傾いて伸張している。この深さ方向に傾いたスクライブ線３１、３２がすなわち面取部１０ｃとなる。つまり、本実施の形態に係るガラス板の切断方法は、スクライブ線の導入と同時に面取加工を行うことができるため、従来のガラス板の切断方法に比べて生産性に優れている。

＜実施の形態１の変形例＞
続けて、図１２、図１３を参照して、実施の形態１の変形例に係るガラス板の切断方法について詳細に説明する。図１２、図１３は、図１０、図１１と同様に、レーザ走査経路からｙ軸方向マイナス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却する場合を示している。図１２、図１３は、それぞれ図１０、図１１に対応している。すなわち、図１２は、ガラス板１０を上面１１側から見た平面図である。図１２の例では、図１０と同様にｘ軸プラス方向へのレーザ光の走査により、ガラス板１０がｙ軸方向プラス側の本体部１０ａとｙ軸方向マイナス側の切除部１０ｂとに分割される。つまり、図１０では図面下側の端部を切除しているのに対し、図１２では図面上側の端部を切除している。そのため、本体部１０ａと切除部１０ｂとの位置関係が逆転している。図１３は、図１２に示したレーザ走査により形成されたスクライブ線３１、３２に沿って割断されたガラス板１０を端面１３側（ｘ軸方向マイナス側）から見た側面図である。なお、図１２、図１３におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

図１３に示すように、レーザ走査経路からｙ軸方向マイナス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却する場合、図１１と同様に、分割された２つのガラス板のうち、ｙ軸方向マイナス側のガラス板に面取部１０ｃが形成される。そのため、ｙ軸方向プラス側の本体部１０ａに突起部１０ｄが形成され、ｙ軸方向マイナス側の切除部１０ｂに面取部１０ｃが形成される。このように、本実施の形態に係るガラス板の切断方法により、本体部１０ａの切断端面に、面取部１０ｃではなく、突起部１０ｄを形成することもできる。

ここで、スクライブ線３１、３２が、ガラス板１０の上面１１及び下面１２からガラス板１０の深さ方向へ、それぞれｚ軸方向（主面に垂直）でなくｙ軸方向プラス側に傾いて伸張している。この深さ方向に傾いたスクライブ線３１、３２がすなわち突起部１０ｄとなる。つまり、本実施の形態に係るガラス板の切断方法は、スクライブ線の導入と同時に切断端面に突起部を形成することができる。そのため、そのような端面形状のガラス板の生産性に優れている。なお、このように端面に突起部を有するガラス板は、例えば当該端面を樹脂材料に固定するような用途に有用である。突起部を有することにより、樹脂材料に固定しやすくなる。

以上に説明したように、実施の形態１に係るガラス板の切断方法では、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路からｙ軸方向にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却しながらレーザ光２０を走査する。これにより、ガラス板１０にスクライブ線３１、３２を導入すると同時に、ガラス板１０の切断端面に面取部１０ｃを形成することができる。そのため、実施の形態１に係るガラス板の切断方法は、従来のガラス板の切断方法に比べて生産性に優れている。具体的には、レーザ走査経路からｙ軸方向プラス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却することにより、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向プラス側のガラス板に面取部１０ｃを形成することができる。一方、レーザ走査経路からｙ軸方向マイナス側にずれた領域４０ａ、４０ｂを冷却することにより、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向マイナス側のガラス板に面取部１０ｃを形成することができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。実施例１では、試験例１１、１２において、冷却する領域４０ａ、４０ｂのレーザ走査経路からの距離（ｙ軸方向へのずれ量）Δｙを試験例毎に変化させ、切断端面の形状を調査した。

［試験例１１、１２］
図１４は、試験条件を模式的に示すガラス板１０の平面図である。両試験例１１、１２において、図１４に示すように、矩形状のガラス板（長辺１００ｍｍ、短辺５０ｍｍ、板厚３．１ｍｍ、旭硝子社製グリーン系有色透明ソーダライムシリカガラス）の上面に対してレーザ光を垂直に入射させた。レーザ光の光源は、Ｙｂファイバーレーザ（波長１０７０ｎｍ）を用いた。レーザ光に対するガラス板の吸収係数（α）は２．８６ｃｍ^−１であり、α×Ｍは０．８９（つまり、内部透過率は４１．２％）であった。レーザ出力は３０Ｗ、レーザ光の上面ビーム幅は２．７３ｍｍ、下面ビーム幅は１．７５ｍｍ、走査速度は１０ｍｍ／ｓとした。

ガラス板１０の上下面において、レーザ光のビーム形状は円形とした。両試験例について、図１４に示すように、レーザ光はガラス板１０の一方の長辺から他方の長辺までガラス板１０の短辺と平行に走査した。レーザ走査位置のガラス板１０の短辺からの距離ｄについては、ｄ＝１０ｍｍとした。

冷却する領域４０ａ、４０ｂのレーザ光２０の光軸からのｘ軸方向へのシフト量Δｘについては、いずれもΔｘ＝−２ｍｍとした。
冷却ノズル２９ａ、２９ｂの先端に設けられた開口部の直径は１．０ｍｍとした。冷却ノズル２９ａ、２９ｂから領域４０ａ、４０ｂへ吹き付ける冷却エアの流量は、それぞれ１０Ｌ／ｍｉｎとした。冷却ノズル２９ａ、２９ｂの中心軸とガラス板１０の主面（上面１１及び下面１２）との角度θ＝４５°とした。
変数である冷却する領域４０ａ、４０ｂのレーザ走査経路からの距離Δｙについては、試験例１１ではΔｙ＝−２ｍｍ、試験例１２ではΔｙ＝２ｍｍとした。

初期クラックは、ホイールカッターを用いて、ガラス板１０の上面１１から下面１２に達するようにガラス板１０の端面１３に形成した。両試験例１１、１２について、レーザ光照射により上下面にスクライブ線３１、３２を導入した後、折り曲げ力を加えて割断した。

上述の実施の形態の説明と同様に、ガラス板１０の主面をｘｙ平面と平行とし、レーザ光がｚ軸マイナス方向に照射され、かつ、ｘ軸プラス方向に走査されるものとして、以下に試験結果について説明する。図１５は、試験例１１、１２の切断部をｚ軸方向プラス側（レーザ光照射側）から観察した写真である。なお、図１５におけるｘｙｚ座標は、図１と一致している。

レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路（ｘ軸）からｙ軸方向マイナス側にずれた領域を冷却した試験例１１では、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向マイナス側のガラス板に面取部１０ｃが形成され、ｙ軸方向プラス側のガラス板に突起部１０ｄが形成された。つまり、図１３に示した断面形状と同様になった。図１５には、試験例１１についての切断部の写真を示した。

一方、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路（ｘ軸）からｙ軸方向プラス側にずれた領域を冷却した試験例１２では、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向プラス側のガラス板に面取部１０ｃが形成され、ｙ軸方向マイナス側のガラス板に突起部１０ｄが形成された。つまり、図８に示した断面形状と同様になった。図１５には、試験例１２についての切断部の写真を示した。

実施例１では、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路（ｘ軸）からｙ軸方向にずれた領域を冷却しながらレーザ光２０を走査した。これにより、ガラス板１０にスクライブ線３１、３２を導入すると同時に、ガラス板１０の切断端面に面取部１０ｃを形成することができた。そのため、実施例１に係るガラス板の切断方法は、従来のガラス板の切断方法に比べて生産性に優れている。

次に、実施例２でも、試験例２１〜２３において、冷却する領域４０ａ、４０ｂのレーザ走査経路からの距離（ｙ軸方向へのずれ量）Δｙを試験例毎に変化させ、切断端面の形状を調査した。実施例１では、レーザ光照射によりスクライブ線３１、３２を導入した後、手動にて割断した。これに対し、実施例２では、ガラス板に吸収されるレーザパワーを増加させ、レーザ光照射のみによりフルカットする。この場合も、レーザ光照射により上下面にスクライブ線３１、３２が形成される。そして、この２つのスクライブ線３１、３２が、レーザ光照射位置よりも後方で結合することにより、ガラス板が切断される。すなわち、特許文献１に開示された切断方法とは、同じフルカットでも切断のメカニズムが異なる。

［試験例２１〜２３］
全ての試験例２１〜２３において、図１４に示すように、矩形状のガラス板（長辺１００ｍｍ、短辺５０ｍｍ、板厚３．１ｍｍ、旭硝子社製グリーン系有色透明ソーダライムシリカガラス）の上面に対してレーザ光を垂直に入射させた。レーザ光の光源は、Ｙｂファイバーレーザ（波長１０７０ｎｍ）を用いた。レーザ光に対するガラス板の吸収係数（α）は２．８６ｃｍ^−１であり、α×Ｍは０．８９（つまり、内部透過率は４１．２％）であった。レーザ出力は７０Ｗ、レーザ光の上面ビーム幅は５．１９ｍｍ、下面ビーム幅は４．２２ｍｍ、走査速度は１０ｍｍ／ｓとした。

ガラス板１０の上下面において、レーザ光のビーム形状は円形とした。全ての試験例について、図１４に示すように、レーザ光はガラス板１０の一方の長辺から他方の長辺までガラス板１０の短辺と平行に走査した。レーザ走査位置のガラス板１０の短辺からの距離ｄについては、ｄ＝１０ｍｍとした。

冷却する領域４０ａ、４０ｂのレーザ光２０の光軸からのｘ軸方向へのシフト量Δｘについては、いずれもΔｘ＝−２ｍｍとした。
冷却ノズル２９ａ、２９ｂの先端に設けられた開口部の直径は１．０ｍｍとした。冷却ノズル２９ａ、２９ｂから領域４０ａ、４０ｂへ吹き付ける冷却エアの流量は、それぞれ１０Ｌ／ｍｉｎとした。冷却ノズル２９ａ、２９ｂの中心軸とガラス板１０の主面（上面１１及び下面１２）との角度θ＝４５°とした。
変数である冷却する領域４０ａ、４０ｂのレーザ走査経路からの距離Δｙについては、試験例２１ではΔｙ＝０ｍｍ、試験例２２ではΔｙ＝−２ｍｍ、試験例２３ではΔｙ＝２ｍｍとした。
初期クラックは、ホイールカッターを用いて、ガラス板１０の上面１１から下面１２に達するようにガラス板１０の端面１３に形成した。

実施例１と同様に、ガラス板１０の主面をｘｙ平面と平行とし、レーザ光がｚ軸マイナス方向に照射され、かつ、ｘ軸プラス方向に走査されるものとして、以下に試験結果について説明する。

実施例１と同様に、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路（ｘ軸）からｙ軸方向マイナス側にずれた領域を冷却した試験例２２では、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向マイナス側のガラス板に面取部１０ｃが形成され、ｙ軸方向プラス側のガラス板に突起部１０ｄが形成された。つまり、図１３に示した断面形状と同様になった。

一方、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路（ｘ軸）からｙ軸方向プラス側にずれた領域を冷却した試験例２３では、分割した２つのガラス板のうち、ｙ軸方向プラス側のガラス板に面取部１０ｃが形成され、ｙ軸方向マイナス側のガラス板に突起部１０ｄが形成された。つまり、図８に示した断面形状と同様になった。
なお、試験例２１では、分割した２つのガラス板のうち、いずれに面取部１０ｃが形成されるか定まらなかった。

実施例２でも、レーザ光２０の後方（ｘ軸方向マイナス側）において、レーザ走査経路（ｘ軸）からｙ軸方向にずれた領域を冷却しながらレーザ光２０を走査した。これにより、ガラス板１０にスクライブ線３１、３２を導入すると同時に、ガラス板１０の切断端面に面取部１０ｃを形成することができた。そのため、実施例２に係るガラス板の切断方法も、従来のガラス板の切断方法に比べて生産性に優れている。

以上、ガラス板の切断方法の実施の形態等を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で、種々の変形及び改良が可能である。
例えば、ガラス板１０の両面にスクライブ線３１、３２を形成するレーザ光を複数本同時にガラス板１０に照射してもよい。
また、ガラス板１０は、平板、湾曲板のいずれでもよい。

１０ ガラス板
１０ａ 本体部
１０ｂ 切除部
１０ｃ 面取部
１０ｄ 突起部
１１ 上面
１２ 下面
１３ 端面
２０ レーザ光
２２ 光源
２５ レンズ
２８、２９ａ、２９ｂ 冷却ノズル
３１、３２ スクライブ線
３３ 初期クラック
４０ａ、４０ｂ 領域

Claims (9)

1. ガラス板の第１主面から第２主面へレーザ光を透過させつつ当該レーザ光を走査することにより、前記第１主面及び前記第２主面にスクライブ線を形成するステップを備え、
   走査する前記レーザ光の後方において、前記レーザ光の走査経路からずらした領域を冷却しながら前記レーザ光を走査する、ガラス板の切断方法。
2. 右手系のｘｙｚ直交座標空間において、前記第１主面がｘｙ平面を構成し、前記レーザ光の走査方向をｘ軸プラス方向とし、前記第１主面の法線方向の前記第１主面側をｚ軸方向プラス側、前記第２主面側をｚ軸方向マイナス側とした場合、
   前記領域を前記走査経路からｙ軸方向プラス側にずらすことにより、ｙ軸方向プラス側とｙ軸方向マイナス側とに分割される前記ガラス板の前記ｙ軸方向プラス側の前記ガラス板の切断端面に面取部を形成する、
   請求項１に記載のガラス板の切断方法。
3. 前記ｙ軸方向マイナス側の前記ガラス板の切断端面に突起部を形成する、
   請求項２に記載のガラス板の切断方法。
4. 右手系のｘｙｚ直交座標空間において、前記第１主面がｘｙ平面を構成し、前記レーザ光の走査方向をｘ軸プラス方向とし、前記第１主面の法線方向の前記第１主面側をｚ軸方向プラス側、前記第２主面側をｚ軸方向マイナス側とした場合、
   前記領域を前記走査経路からｙ軸方向マイナス側にずらすことにより、ｙ軸方向プラス側とｙ軸方向マイナス側とに分割される前記ガラス板の前記ｙ軸方向マイナス側の前記ガラス板の切断端面に面取部を形成する、
   請求項１に記載のガラス板の切断方法。
5. 前記ｙ軸方向プラス側の前記ガラス板の切断端面に突起部を形成する、
   請求項４に記載のガラス板の切断方法。
6. 前記スクライブ線が形成された前記ガラス板に折り曲げ力を加えることにより、前記スクライブ線に沿って前記ガラス板を分割するステップを更に備える、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。
7. 前記レーザ光の光軸を前記ｚ軸と平行にする、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。
8. 前記ガラス板の端面に前記スクライブ線の起点となる初期クラックを形成するステップを更に備える、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。
9. 前記レーザ光の波長を２５０〜５０００ｎｍとする、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。