JP2016536251A - 強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置に関し、より詳細には、強化された原板ガラスを単位ガラスに細分化するための強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置に関する。このために、本発明は、切断しようとする強化ガラスの切断予定線に一つ以上のクラックを形成するクラック形成ステップ；前記強化ガラスの切断予定線を加熱して前記強化ガラスを前記切断予定線に沿って切断する切断ステップを含むことを特徴とする強化ガラス切断方法を提供する。

Description

本発明は、強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置に関し、より詳細には、強化された原板ガラスを単位ガラスに細分化するための強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置に関する。

モニタ、カメラ、ＶＴＲ、携帯電話等の映像および光学装備、自動車等の輸送装備、各種食器類、建築施設など、幅広い技術およ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、これに伴い、各産業分野の特性に合わせて多様な物性を有するガラスが製造されて使用されている。

特に、最近になって、スマートフォンの急速な普及により、モバイルディスプレイ（ｍｏｂｉｌｅ ｄｉｓｐｌａｙ）を中心としたタッチスクリーンパネル（ｔｏｕｃｈ ｓｃｒｅｅｎ ｐａｎｅｌ）の使用が急速に拡大しており、このようなタッチスクリーンパネルは、その機能上、高い光透過性および機械的耐久性を必要とすることから、強化ガラスをカバーガラス（ｃｏｖｅｒ ｇｌａｓｓ）またはカバーウィンドウ（ｃｏｖｅｒ ｗｉｎｄｏｗ）として使用している。

強化ガラスは、主に自動車の安全ガラスに適用される風冷強化と言われる物理強化方法によって製造されたり、化学強化方法によって製造されたりするが、化学強化は、形状が複雑であったり、厚さが約２ｍｍ以下の薄板ガラスに有用に適用され得る。化学強化は、ガラス内部に存在するイオン半径の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の大きいアルカリイオン（主にＫイオン）と交換させてガラスの強度および硬度を向上させる技術である。

図１は、化学強化ガラスの断面を概念的に示した概念図である。

図１に示されたところのように、化学強化によって、ガラスの表面には圧縮応力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ）層が形成され、内部には反作用によって引張応力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｓｓまたはｃｅｎｔｒａｌ ｔｅｎｓｉｏｎ）層が形成され、表面の高い圧縮応力によって曲げ強度（ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）および機械的強度が増加することになる。

一方、強化ガラスは、その特性および加工技術の不在により、強化後の機械的な切断および外形加工が難しく、強化前にガラス原板を切断および加工した後、強化する工程を経て製造されている。しかし、このような方法は、手作業による工程が多いため人件費等の生産費用が高く、半製品の破損比率が高いため生産性に劣るという短所を有する。さらに、最近では、モバイルディスプレイのサイズが次第に大きくなっていることから生産収率の重要性が増大しているため、このような切断および加工後強化する方法を製品の量産工程に適用することがさらに難しくなっている。

したがって、原板ガラスを強化した後に、切断および加工する技術に対する開発が活発に行われている。

しかし、一般的に、強化深さ（ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｌａｙｅｒ；ＤＯＬ）が約２０μｍ以上であり、表面に６００ＭＰａ以上の圧縮応力が形成されている化学強化ガラスは、機械的ホイール（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｗｈｅｅｌ）によっては切断が不可能である。２０μｍ以上の強化深さと６００ＭＰａ以上の表面圧縮応力を有する強化ガラスをホイールスクライビングする場合、メディアンクラック（ｍｅｄｉａｎ ｃｒａｃｋ）が均一に形成されずに、強化ガラスの表面に多量のチッピング（ｃｈｉｐｐｉｎｇ）が発生するためである。

このような問題を解決するために、レーザーを利用した強化ガラスの切断技術が開発されている。

しかし、ＣＯ_２レーザーによる強化ガラスの切断は、強化ガラスを表面損傷することなく滑らかに切断することができるため、優れた曲げ強度を維持することができるという利点を有するが、直線切断のみが可能であるという問題がある。また、極超短レーザー（ｕｌｔｒａ ｆａｓｔ ｌａｓｅｒ）を利用した強化ガラスの切断は、自由な形態の加工が可能であるという利点があるが、切断速度が非常に遅く、装備が非常に高価であるという短所を有する。

韓国公開特許第１０‐２０１１‐００８６４７５号公報

本発明は、上述したところのような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、切断品質および生産性を向上させることができる強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置を提供することである。

このために、本発明は、切断しようとする強化ガラスの切断予定線に一つ以上のクラックを形成するクラック形成ステップ；前記強化ガラスの切断予定線を加熱して前記強化ガラスを前記切断予定線に沿って切断する切断ステップを含むことを特徴とする強化ガラス切断方法を提供する。

そして、前記切断ステップは、前記強化ガラスにおいて加熱される面の反対面を冷却させて、進行されてよい。

また、前記切断ステップは、前記強化ガラスの切断予定線を３００〜７００℃の温度に加熱して、進行されてよい。

そして、前記強化ガラスの切断予定線は、複数個であり、前記クラック形成ステップは、それぞれの切断予定線に一つ以上のクラックを形成してよい。

また、本発明は、切断しようとする強化ガラスの切断予定線にクラックを形成させるクラック形成ユニット；前記強化ガラスの切断予定線に接触して前記切断予定線を加熱する加熱ユニットを含むことを特徴とする強化ガラス切断装置を提供する。

ここで、前記加熱ユニットは、本体；前記強化ガラスの切断予定線と同一の形態を有し、前記本体に取り付けられて前記切断予定線に接触する熱線（ｈｅａｔｉｎｇ ｗｉｒｅ）を含んでなってよい。このとき、本体は、絶縁体からなってよい。

または、前記加熱ユニットは、前記強化ガラスの切断予定線と同一の形態を有し、前記強化ガラスの切断予定線と接触する接触部を有する本体；および、前記本体を加熱するヒータを含んでなってよい。このとき、前記ヒータは、前記本体の内部に設置されてよい。

また、前記強化ガラス切断装置は、前記切断しようとする強化ガラスを支持し、前記切断しようとする強化ガラスを冷却する支持ユニットをさらに含んでよい。

そして、前記加熱ユニットは、３次元形状を有してよい。

また、加熱ユニットが複数個であってよい。

本発明によれば、強化ガラスの切断品質および生産性を向上させることができる。

また、強化ガラスを直線ないし曲線形態に自由に切断することができる。

化学強化ガラスの断面を概念的に示した概念図である。 本発明の一実施例に係る強化ガラス切断方法の概略的なフローチャートである。 本発明の一実施例により強化ガラスの切断予定線に形成されたクラックを示した概念図である。 本発明の一実施例により強化ガラスの切断予定線を加熱する熱線を示した概念図である。 本発明の一実施例により切断された強化ガラスの断面および平面を撮影した写真である。 本発明の一実施例に沿って切断した強化ガラスの断面と平面を撮影した写真である。 切断予定線の加熱温度に応じた切断時間を示したグラフである。 本発明の一実施例に係る強化ガラス切断装置の概念的な構成図である。 本発明の一実施例に係る加熱ユニットの概略的な断面図である。 本発明の一実施例に係る加熱ユニットの概略的な断面図である。 本発明の一実施例により複数個の加熱ユニットが配列された強化ガラス切断装置を概念的に示した概念図である。

以下においては、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る強化ガラス切断方法および強化ガラス切断装置について詳細に説明する。

なお、本発明を説明するに当たって、関連する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必要に曖昧にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

図２は、本発明の一実施例に係る強化ガラス切断方法の概略的なフローチャートである。

図２に示されたところのように、本発明の一実施例に係る強化ガラス切断方法は、クラック形成ステップＳ１００および切断ステップＳ２００を含んでなってよい。

強化ガラスＧを所望の形状に切断するために、まず、図３に示されたところのように、切断しようとする強化ガラスＧの切断予定線Ｌに一つ以上のクラックＣを形成する（Ｓ１００）。

ここで、強化ガラスＧは、原板ガラスに圧縮応力を発生させて強度および硬度を向上させたガラスであって、化学強化法または熱硬化法等の方法により表面に圧縮応力を発生させて強化したガラスを言う。一方、強化ガラスＧが切断されてディスプレイ装置のカバーガラスとして使用される場合、強化ガラスには、カバーガラスのベゼル部および／または透明電極パターンが形成されていてよい。

そして、切断予定線Ｌは、切断しようとする強化ガラスＧ上に描かれる仮想の線であって、一つ以上の直線、曲線、閉曲線であってよい。

クラックＣは、切断予定線の任意の位置に形成され、スクライビングホイールまたはレーザー等、多様な方法によって形成されてよい。

一方、切断予定線Ｌが複数個である場合、クラックＣは、それぞれの切断予定線に一つ以上形成されてよい。

その後、強化ガラスの切断予定線Ｌを加熱して、切断予定線Ｌに沿って強化ガラスＧを切断する（Ｓ２００）。

切断予定線Ｌの加熱は、図４に示されたところのように、切断予定線Ｌと同一の形態を有する熱線Ｈ等を、切断予定線Ｌに接触させることで行われてよい。

このように、切断予定線Ｌを加熱すると、強化ガラスＧの表面には熱膨張による圧縮応力が形成され、表面下部にはその反作用による引張応力が形成されることになる。そして、この引張応力は、強化ガラスＧ内部に既に存在していた内部引張応力（ｃｅｎｔｒａｌ ｔｅｎｓｉｏｎ）と重畳されて強化ガラスＧの表面に形成されたクラックＣからクラックを伝播させ、その方向を誘導して強化ガラスＧを切断させる。すなわち、クラックＣが形成された切断予定線Ｌを加熱すると、加熱された切断予定線Ｌに沿って、数秒から数十秒以内に強化ガラスＧが切断される。

図５は、本発明の一実施例により７２５ＭＰａの表面圧縮応力および４３μｍの強化深さを有する強化ガラスを切断した後に切断された断面を撮影した写真であり、図６は、その平面を撮影した写真である。図５および６に示されたところのように、本発明の一実施例により強化ガラスを切断すると、切断面が滑らかでかつ強化ガラスの表面に損傷が発生しないことが分かる。

加熱温度は、強化深さおよび強化ガラスの内部引張応力に応じて適切に制御されてよい。

好ましくは、切断ステップＳ２００においては、強化ガラスの切断予定線Ｌを３００〜７００℃の温度に加熱してよい。

図７は、６４５ＭＰａの表面圧縮応力、３７．７μｍの強化深さ、および３９．１ＭＰａの内部引張応力を有する強化ガラス（ａ）と、６５１ＭＰａの表面圧縮応力、１９．９μｍの強化深さ、および１９．７ＭＰａの内部引張応力を有する強化ガラス（ｂ）の、加熱温度に応じた強化ガラスの切断時間を示したグラフである。

図７に示されたところのように、強化ガラスの切断予定線Ｌを加熱する加熱温度が増加するほど、切断時間が減少することが分かる。すなわち、加熱温度が高いほど、加熱によって形成される引張応力が大きくなるため、強化ガラスＧの切断時間は減少することになる。

また、加熱温度が高いほど、切断の直進性を向上させることができる。すなわち、加熱温度が高いと切断予定線Ｌ以外の部分への熱伝達時間が減少することになるので、切断の直進性を向上させることができる。

一方、強化深さまたは内部引張応力が大きいほど、切断時間が減少する。強化ガラスＧに存在する内部引張応力が大きいほど強化ガラスＧの切断時間が減少することは、自明である。また、強化深さが大きいほど内部引張応力も大きくなるので、強化深さが大きいほど強化ガラスＧの切断時間が減少する。

一方、本発明の一実施例に係る強化ガラス切断方法において、切断ステップＳ２００は、強化ガラスＧにおいて加熱される面の反対面を冷却させて、進行されてよい。

このように、加熱される面の反対面を冷却するようになると、切断予定線以外の部分が輻射加熱されることを抑制することができるため、切断効率および切断の直進性を向上させることができる。

図８は、本発明の一実施例に係る強化ガラス切断装置の概念的な構成図である。

図８に示されたところのように、本発明の一実施例に係る強化ガラス切断装置は、クラック形成ユニット１００および加熱ユニット２００を含んでなってよい。

クラック形成ユニット１００は、切断しようとする強化ガラスＧの切断予定線の任意の位置に、一つ以上のクラックを形成する。

クラック形成ユニット１００が形成するクラックは、スクライビングホイールまたはレーザー等により形成されてよい。

クラック形成ユニット１００は、強化ガラスＧに対して前・後・左・右および上・下に動かしながら、強化ガラスＧの切断予定線にクラックを形成してよい。または、強化ガラスＧがクラック形成ユニット１００に前・後・左・右および上・下に動くことにより、クラック形成ユニット１００が強化ガラスＧの切断予定線にクラックを形成するようにしてよい。

加熱ユニット２００は、強化ガラスＧの切断予定線に接触して切断予定線を加熱する。

ここで、加熱ユニット２００は、図９に示されたところのように、本体１１０、および強化ガラスの切断予定線と同一の形態を有し、本体１１０に取り付けられて切断予定線に接触する熱線（ｈｅａｔｉｎｇ ｗｉｒｅ）１２０を含んでなってよい。この場合、本体１１０は、絶縁体からなることが好ましい。そして、熱線１２０は、本体１１０に電気抵抗線等が挿入される形態で、本体１１０に取り付けられてよい。

または、加熱ユニット１００は、図１０に示されたところのように、強化ガラスの切断予定線と同一の形態を有し、強化ガラスの切断予定線と接触する接触部１３２を有する本体１３０、および本体１３０を加熱するヒータ１４０を含んでなってよい。このとき、ヒータ１４０は、本体１３０の内部に設置されてよく、カートリッジヒータ（ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ｈｅａｔｅｒ）が使用されてよい。

そして、加熱ユニット１００は、３次元形状を有してよい。加熱ユニット１００が、３次元形状を有する強化ガラスに対応する３次元形状を有することにより、３次元形状を有する強化ガラスを切断することができ、これにより３Ｄカバーガラスを効率的に製造することができる。

また、加熱ユニット１００は、複数個であってよい。図１１に示されたところのように、加熱ユニット１１０が複数個配列されてなることにより、強化ガラスを一度の工程によって複数のセル（ｃｅｌｌ）に切断することができる。

一方、本発明の一実施例に係る強化ガラス切断装置は、切断しようとする強化ガラスを支持する支持ユニット（図示せず）をさらに含んでよい。このとき、支持ユニットは、切断しようとする強化ガラスを冷却する。

このような支持ユニットにより、切断効率および切断の直進性を向上させることができる。

以上のように、本発明は、限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は、前記の実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正および変形が可能である。

それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に局限されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。

Claims (12)

1. 切断しようとする強化ガラスの切断予定線に一つ以上のクラックを形成するクラック形成ステップ；
   前記強化ガラスの切断予定線を加熱して前記強化ガラスを前記切断予定線に沿って切断する切断ステップ
   を含むことを特徴とする強化ガラス切断方法。
2. 前記切断ステップは、前記強化ガラスにおいて加熱される面の反対面を冷却させて、進行されることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス切断方法。
3. 前記切断ステップは、前記強化ガラスの切断予定線を３００〜７００℃の温度に加熱して、進行されることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス切断方法。
4. 前記強化ガラスの切断予定線は、複数個であり、
   前記クラック形成ステップは、それぞれの切断予定線に一つ以上のクラックを形成することを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス切断方法。
5. 切断しようとする強化ガラスの切断予定線にクラックを形成させるクラック形成ユニット；
   前記強化ガラスの切断予定線に接触して前記切断予定線を加熱する加熱ユニット
   を含むことを特徴とする強化ガラス切断装置。
6. 前記加熱ユニットは、
   本体；および
   前記強化ガラスの切断予定線と同一の形態を有し、前記本体に取り付けられて前記切断予定線に接触する熱線（ｈｅａｔｉｎｇ ｗｉｒｅ）を含んでなることを特徴とする、請求項５に記載の強化ガラス切断装置。
7. 前記本体は、絶縁体からなることを特徴とする、請求項６に記載の強化ガラス切断装置。
8. 前記加熱ユニットは、
   前記強化ガラスの切断予定線と同一の形態を有し、前記強化ガラスの切断予定線と接触する接触部を有する本体；および
   前記本体を加熱するヒータ
   を含んでなることを特徴とする、請求項５に記載の強化ガラス切断装置。
9. 前記ヒータは、前記本体の内部に設置されることを特徴とする、請求項８に記載の強化ガラス切断装置。
10. 前記切断しようとする強化ガラスを支持する支持ユニットをさらに含み、
    前記支持ユニットは、前記切断しようとする強化ガラスを冷却することを特徴とする、請求項５に記載の強化ガラス切断装置。
11. 前記加熱ユニットは、３次元形状を有することを特徴とする、請求項５に記載の強化ガラス切断装置。
12. 前記加熱ユニットが複数個であることを特徴とする、請求項５に記載の強化ガラス切断装置。

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