JP2021123509A - ガラス板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 厚いマザーガラス板であっても割断することが可能なガラス板の製造方法を提供する。
【解決手段】 本方法は、マザーガラス板MGの第一表面MG1に初期クラックCR1を形成する初期クラック形成工程と、マザーガラス板MGにレーザー光Lを照射することにより、初期クラックCR1を起点としてクラックCR2を割断予定線CLに沿って進展させるレーザー照射工程とを備える。レーザー照射工程は、レーザー光Lをマザーガラス板MGの第二表面MG2に照射することで、この第二表面MG2の表層SL及び内部ILを加熱し、この加熱に伴う熱衝撃によってクラックCR2を割断予定線CLに沿って進展させながら、マザーガラス板MGの厚み方向の全体に進展させる。
【選択図】図4
【解決手段】 本方法は、マザーガラス板MGの第一表面MG1に初期クラックCR1を形成する初期クラック形成工程と、マザーガラス板MGにレーザー光Lを照射することにより、初期クラックCR1を起点としてクラックCR2を割断予定線CLに沿って進展させるレーザー照射工程とを備える。レーザー照射工程は、レーザー光Lをマザーガラス板MGの第二表面MG2に照射することで、この第二表面MG2の表層SL及び内部ILを加熱し、この加熱に伴う熱衝撃によってクラックCR2を割断予定線CLに沿って進展させながら、マザーガラス板MGの厚み方向の全体に進展させる。
【選択図】図4
Description
本発明は、マザーガラス板にレーザー光を照射して割断することにより、所定形状のガラス板を製造する方法に関する。
周知のように、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等のディスプレイ、有機EL照明、太陽電池のパネル等に用いられる各種ガラス板は、マザーガラス板を切断する工程を経て所定形状に構成される。
例えば特許文献1には、マザーガラス板を切断する技術としてレーザー割断が開示されている。このレーザー割断では、まず、ダイヤモンドカッター等のクラック形成手段によりマザーガラス板(厚みが0.2mm以下であるガラスフィルム)に初期クラックを形成する。次に、マザーガラス板に設定される割断予定線に沿ってレーザー光を照射して当該マザーガラス板を加熱し、冷却手段から噴射される冷却水等の冷媒によって加熱された部分を冷却する。これにより、マザーガラス板に熱衝撃(熱応力)を発生させ、初期クラックを起点としてクラックを割断予定線(切断予定線)に沿って進展させることで、当該マザーガラス板を切断することができる。
特許文献1に係るレーザー割断では、CO2レーザーを用いることから、マザーガラス板の表層のみが加熱される。このため、厚みが0.2mm以下であるガラスフィルムを対象とする。特許文献1に係るレーザー割断によって厚みが0.2mmを上回るマザーガラス板を割断しようとすると、厚み方向の一部が割断できず、マザーガラス板に曲げ応力を付与して折割る工程が必要となる場合がある。
本発明は上記の事情に鑑みて為されたものであり、厚いマザーガラス板であっても割断することが可能なガラス板の製造方法を提供することを目的とする。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、マザーガラス板の第一表面に初期クラックを形成する初期クラック形成工程と、前記マザーガラス板にレーザー光を照射することにより、前記初期クラックを起点としてクラックを割断予定線に沿って進展させるレーザー照射工程とを備えるガラス板の製造方法において、前記レーザー照射工程は、前記レーザー光を前記マザーガラス板の第二表面に照射することで、前記第二表面の表層及び内部を加熱し、前記加熱に伴う熱衝撃によって前記クラックを前記割断予定線に沿って進展させながら、前記マザーガラス板の厚み方向の全体に進展させることを特徴とする。
かかる構成によれば、レーザー光によってマザーガラス板(第二表面)の表層だけでなく内部をも加熱することで、初期クラックから進展させるクラックをマザーガラス板の厚み方向の全体に進展させることができる。このため、厚いマザーガラス板であっても、マザーガラス板に曲げ応力を付与することなく、割断予定線に沿ってマザーガラス板を分離できるので、折割る工程を省略できる。また、レーザー光によってクラックを進展させるので、切断面にマイクロクラックが発生するのを抑制できると共に、切断面の表面粗さが良好となる。
前記レーザー光としては、COレーザー光を使用できる。COレーザー光は、出力が高く安定してマザーガラス板に照射できるため、割断予定線に沿ってクラックを安定的に進展させることができる。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、マザーガラス板の第一表面に初期クラックを形成する初期クラック形成工程と、前記マザーガラス板にレーザー光を照射することにより、前記初期クラックを起点としてクラックを割断予定線に沿って進展させるレーザー照射工程とを備えるガラス板の製造方法において、前記レーザー照射工程は、前記レーザー光としてCOレーザー光、Erレーザー光、Hoレーザー光又はHFレーザー光を前記マザーガラス板の第二表面に照射することで、前記クラックを前記割断予定線に沿って進展させながら、前記マザーガラス板の厚み方向の全体に進展させることを特徴とする。
かかる構成によれば、COレーザー光、Erレーザー光、Hoレーザー光又はHFレーザー光を照射するので、レーザー光によってマザーガラス板(第二表面)の表層だけでなく内部をも加熱することができる。このため、初期クラックから進展させるクラックをマザーガラス板の厚み方向の全体に進展させることができる。その結果、厚いマザーガラス板であっても、マザーガラス板に曲げ応力を付与することなく、割断予定線に沿ってマザーガラス板を分離できるので、折割る工程を省略できる。また、レーザー光によってクラックを進展させるので、切断面にマイクロクラックが発生するのを抑制できると共に、切断面の表面粗さが良好となる。
前記初期クラック形成工程及び前記レーザー照射工程では、前記マザーガラス板の前記第一表面を支持部材によって支持してもよい。かかる構成によれば、第一表面のみを支持部材によって支持することで、第二表面に支持部材その他の部材を接触させることなく、マザーガラス板を切断することができる。したがって、第二表面を品質保証面とした場合に、当該品質保証面を傷つけることがなく、高品位なガラス板を製造することができる。
前記レーザー光を円形のレーザースポットとして照射することができる。ここで、前述の特許文献1に係るレーザー割断では、割断に必要な熱量を確保するために、マザーガラス板の表面に対して、CO2レーザーを直線形状に照射する(同文献の段落0057、0059及び図1参照)。このため、従来の切断方法では、割断予定線を曲線としたり、比較的小さなガラス板をマザーガラス板から効率良く切り出したりすることが困難であった。これに対し、本発明では、レーザー光を円形のレーザースポットとしてマザーガラス板に照射するので、レーザー光の走査性を高めることができる。したがって、割断予定線に曲線が含まれる場合であっても、当該割断予定線に沿ってレーザー光を精度よく走査することが可能になる。したがって、多様な形状のガラス板を製造できる。
前記レーザー照射工程では、前記レーザー光の照射位置の周囲を冷却してもよい。これにより、マザーガラス板におけるレーザー光の照射位置に熱衝撃を一層顕著に生じさせることができる。また、後述するように、条件によっては割断予定線からクラックが僅かに逸れて進展する場合がある。この場合に、レーザー光の照射位置の周囲を冷却すれば、この逸れを低減できる。冷却は、レーザー光の照射位置の後方、前方及び側方から行うことができるが、後方から行うことが好ましい。
前記レーザー照射工程では、前記マザーガラス板を定盤で支持するとともに、前記定盤を冷却してもよい。このように定盤を冷却することで、定盤に載置されるマザーガラス板の第一表面(定盤に接触する面)を好適に冷却できる。本発明では、レーザー光の照射による加熱と、定盤によるマザーガラス板の冷却とによって、マザーガラス板におけるレーザー光の照射位置に熱衝撃を顕著に生じさせることができる。
前記レーザー照射工程では、前記割断予定線の割断終了点付近の前記定盤の一部を冷却してもよい。ここで、割断終了点では、クラックが進展し難いことから、マザーガラス板の内部でクラックの進展が停止することによる切れ残りが発生しやすい。定盤の一部を冷却してマザーガラス板の割断終了点付近を冷却することにより、割断終了点でクラックの進展を促進でき、切れ残りの発生を防止できる。
前記初期クラック形成工程では、前記初期クラックを前記マザーガラス板の内側領域に形成してもよい。ここで、マザーガラス板の内側領域とは、当該マザーガラス板の縁部に囲まれた領域をいい、当該縁部を含まない。これにより、初期クラック形成工程において、マザーガラス板の縁部に初期クラックを形成しなくとも、当該マザーガラス板から多様な形状のガラス板を切り出すことが可能になる。
本発明によれば、厚いマザーガラス板であっても割断することが可能になる。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図1乃至図5は、本発明に係るガラス板の製造方法の第一実施形態を示す。
本方法は、マザーガラス板MGを割断して一枚以上のガラス板を形成する割断工程を備える。マザーガラス板MGは、例えばオーバーフローダウンドロー法といったダウンドロー法や、フロート法により帯状に連続成形されたガラスリボンを幅方向に切断することにより矩形状に構成される。マザーガラス板MGの厚みは、0.05〜5mmとすることができる。厚いマザーガラス板MGであっても割断可能である効果を得る観点から、マザーガラス板MGの厚みは、0.1mmを上回ることが好ましく、0.2mmを上回ることがより好ましく、0.3mm以上がさらにより好ましい。一方、マザーガラス板MGの厚みは、3mm以下とすることが好ましい。
マザーガラス板MGの材質としては、ケイ酸塩ガラス、シリカガラス、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラス、ソーダライムガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。ここで、無アルカリガラスとは、アルカリ成分(アルカリ金属酸化物)が実質的に含まれていないガラスのことであって、具体的には、アルカリ成分の重量比が3000ppm以下のガラスのことである。本発明におけるアルカリ成分の重量比は、好ましくは1000ppm以下であり、より好ましくは500ppm以下であり、最も好ましくは300ppm以下である。マザーガラス板MGは化学強化ガラスであってもよく、この場合、アルミノシリケートガラスを用いることができる。
本実施形態では、矩形状のマザーガラス板MGを例示しているが、マザーガラス板MGの形状は本実施形態に限定されない。図1に示すように、マザーガラス板MGは、第一表面MG1と、第二表面MG2と、第一辺乃至第四辺MGa〜MGdからなる縁部と、を含む。本実施形態では、第二表面MG2を製品となる面(品質保証面)とし、第一表面MG1を非製品面(非保証面)とした場合の製造方法について説明する。
割断工程は、初期クラック形成工程と、レーザー照射工程とを備える。
図2に示すように、初期クラック形成工程において、マザーガラス板MGは、支持部材としての定盤1に載置される。マザーガラス板MGの第一表面MG1は上方を向いており、第二表面MG2は定盤1に支持されている。この場合において、マザーガラス板MGの第二表面MG2と定盤1との間に発泡シート等により構成される保護シートを介在させてもよい。
図2に示すように、初期クラック形成工程では、マザーガラス板MGの第一表面MG1の一部にクラック形成装置2によって初期クラックCR1を形成する。クラック形成装置2は、焼結ダイヤモンドカッター等の尖端状のスクライバーにより構成されるが、これに限らず、ダイヤモンドペン、超硬合金カッター、サンドペーパー等により構成されてもよい。初期クラック形成工程において、クラック形成装置2は、マザーガラス板MGの上方から下降してマザーガラス板MGの縁部の第一辺MGaに接触する。
初期クラックCR1が形成されると、マザーガラス板MGは反転されて再び定盤1に載置される。この状態では、図3に示すように、マザーガラス板MGの第二表面MG2は上方を向いており、第一表面MG1は定盤1に支持されることとなる。
図3に示すように、マザーガラス板MGには曲線状の割断予定線CLが仮想的に設定されている。割断予定線CLには、その一端部に割断開始点CLaが設定され、その他端部に割断終了点CLbが設定されている。割断開始点CLa及び割断終了点CLbは、マザーガラス板MGの縁部に形成される。具体的には、割断開始点CLaは、マザーガラス板MGにおける縁部の第一辺MGaの中途部に設定される。割断終了点CLbは、マザーガラス板MGにおける縁部の第三辺MGcの中途部に設定される。また、割断開始点CLaの位置は、第一表面MG1に形成された初期クラックCR1の位置と一致している。
図4に示すように、レーザー照射工程では、マザーガラス板MGの第二表面MG2に対し、レーザー照射装置3によってレーザー光Lを第一表面MG1側の初期クラックCR1に一致するように照射するとともに、割断予定線CLに沿って当該レーザー光Lを走査する。詳細には、レーザー照射装置3は、三次元的に移動可能に構成されており、定盤1に載置されたマザーガラス板MGの上方を所定の方向に移動することで、レーザー光Lを割断予定線CLに沿って割断開始点CLaから割断終了点CLbまで走査する。これにより、図4に示すように、初期クラックCR1を起点とするクラックCR2が割断予定線CLに沿って進展する。また、クラックCR2は、マザーガラス板MGの厚み方向の全体にわたって進展し、第一表面MG1の反対側に位置する第二表面MG2まで進展する。
レーザー照射装置3から照射されるレーザー光Lは、COレーザー、Erレーザー(Er:YAGレーザー)、Hoレーザー(Ho:YAGレーザー)又はHFレーザーであることが好ましい。レーザー光Lは、パルスレーザー光であってもよく、連続レーザー光であってもよい。レーザー光としてCOレーザー光を使用する場合、その波長は、5.25〜5.75μmとされることが好ましい。
図4及び図5に示すように、レーザー照射装置3は、マザーガラス板MGの第二表面MG2に対して円形のレーザースポットSPが形成されるようにレーザー光Lを照射する。レーザー光Lの照射径(スポット径)は、1〜8mmが好ましく、より好ましくは、2〜6mmである。レーザー光Lは、デフォーカスされた状態でマザーガラス板MGに照射されてもよい。
従来のようにCO2レーザー光を使用する場合、マザーガラス板MG(第二表面MG2)の表層SL(例えば第二表面MG2から深さ10μm程度までの範囲)を加熱するに留まる。このため、第一表面MG1に形成された初期クラックCR1を第二表面MG2まで進展させることは困難であり、その結果、初期クラックCR1を割断予定線CLに沿って進展させることも困難である。なお、初期クラックCR1を第二表面MG2形成する場合であれば、当該CO2レーザー光の照射態様を割断予定線CLに沿って長尺状(直線状又は楕円状)にしたり、冷却水等の冷媒によってマザーガラス板MGを冷却したりすることで、割断に足る熱衝撃を発生させることが可能となる。
これに対し、本実施形態に係るガラス板の製造方法では、高出力で安定して照射可能なCOレーザー光L等を用いることで、円形のレーザースポットSPであっても、マザーガラス板MGの表層SLだけでなく内部IL(例えば深さ10μm程度から深さ3,000μm程度までの範囲)まで加熱でき、熱衝撃(熱応力)を発生させるために十分な熱量をマザーガラス板MGに付与できる。このため、第一表面MG1に形成された初期クラックCR1が第二表面MG2まで進展する。また、割断予定線CLに沿ってレーザー光Lを走査させるのに伴い、初期クラックCR1は割断予定線CLに沿って進展する。なお、本発明において、マザーガラス板MGの表層SLとは、当該マザーガラス板MGの第二表面MG2から10μmの深さまでの層をいう。マザーガラス板MGの内部ILとは、第二表面MG2から10μmを超える深さを有する領域をいう(図5参照)。
表1及び表2に示すように、COレーザーの波長は5.25−5.75μm付近にピークがあり、この波長での各種マザーガラス板MGの平均透過率は、ゼロではない。つまり、照射されたCOレーザーは、マザーガラス板MGの第二表面MG2で全て吸収されることなく、その一部がマザーガラス板MGの内部で吸収され、残部がマザーガラス板MGを透過する。このため、COレーザーによれば、マザーガラス板MGの第二表面MG2だけでなく、マザーガラス板MGの内部まで加熱することができる。
一方、CO2レーザーの波長は10.6μm付近にピークがあり、この付近での各種マザーガラス板MGの平均透過率はゼロである。この場合、照射されたCO2レーザーは、その大部分がマザーガラス板MGの第二表面MG2で吸収され、マザーガラス板MGの内部で吸収されることがない。このため、CO2レーザーではマザーガラス板MGの内部まで加熱することができない。
本実施形態に係るガラス板の製造方法では、マザーガラス板MGの表層SLだけでなく内部ILまで加熱してクラックCR2を厚み方向に進展させることにより、マザーガラス板MGに曲げ応力を付与することなく、割断予定線CLに沿ってマザーガラス板MGを分離できるので、折割る工程を省略できる。また、マザーガラス板MGを従来のように冷媒によって冷却することなく切断することが可能となる。なお、クラックCR2の進展を促進する観点では、後述の第二実施形態のように、ノズルから冷媒を噴射することにより、レーザー光Lの照射部位及びその周囲を冷却することが好ましい。レーザー照射装置3の構成を簡素化する観点では、冷媒の噴射によるレーザー光Lの照射部位及びその周囲の冷却を実施することなく切断することが好ましい。
加えて、円形のレーザースポットSPが形成されるようにレーザー光Lを照射することで、割断予定線CLが曲線状に構成されていたとしても、マザーガラス板MGを好適に切断できる。これにより、より多様な形状のガラス板をマザーガラス板MGから切り出すことができる。
図6及び図7は、本発明に係るガラス板の製造方法の第二実施形態を示す。上記の第一実施形態では、初期クラック形成工程において、マザーガラス板MGの第二表面MG2を支持部材(定盤1)によって支持した状態で第一表面MG1に初期クラックCR1を形成したが、本実施形態では、第一表面MG1を支持部材によって支持した状態で、当該第一表面MG1に初期クラックCR1を形成する。
図6に示すように、初期クラック形成工程は、搬送装置4によるマザーガラス板MGの搬送の途中で実行される。搬送装置4は、複数の搬送ローラ4aにより構成されるが、この構成に限らず、搬送ベルトその他の装置により構成されてもよい。
図6に示すように、搬送ローラ4aの下方位置には、上記の第一実施形態と同様のクラック形成装置2が配置されている。初期クラック形成工程では、搬送ローラ4aによってマザーガラス板MGの第一表面MG1を支持した状態で、当該第一表面MG1の一部(例えば縁部の第一辺MGa)にクラック形成装置2により、第一表面MG1に初期クラックCR1を形成する。マザーガラス板MGは、搬送ローラ4aによって所定位置まで搬送された後、定盤1(支持部材)に載置される。定盤1は、マザーガラス板MGの第一表面MG1を支持する(図7参照)。
図7に示すように、本実施形態に係るレーザー照射工程では、レーザー照射装置3によるレーザー光Lの照射部位(レーザースポットSP)の周囲を冷却装置5から噴射される冷媒R(例えば空気)によって冷却する。
冷却装置5は、レーザー照射装置3に追従して移動するように構成される。冷却装置5は、そのノズルから冷媒Rをレーザー光Lの照射部位(レーザースポットSP)及びその周囲に向かって噴射する。冷媒Rとしては、空気以外にHe、Ar等の不活性ガスや酸化しないN2ガスが好適に使用される。本実施形態では、レーザー光Lの照射部位及びその周囲を冷媒Rによって冷却することで、クラックCR2を進展させるための熱衝撃を一層顕著に発生させることができる。COレーザーを使用する場合、COレーザー光は水分を吸収するため、水分によってCOレーザーの出力が減衰する。したがって、水は冷媒Rとして使用しない方がよい。但し、出力の減衰を有効利用する場合はこの限りではない。
なお、レーザー照射装置3と冷却装置5は、一体に構成されていてもよい。例えば、冷却装置5のノズルの噴射口を環状にし、その環状の噴射口の内側にレーザー照射装置3を配置してもよい。
ここで、切断条件によっては割断予定線CLからクラックCR2が僅かに逸れて進展する場合がある。この場合に、レーザー光Lの照射部位(レーザースポットSP)の周囲を冷却すれば、この逸れを低減できる。冷却は、レーザー光Lの照射部位(レーザースポットSP)の後方、前方及び側方から行うことができるが、逸れをさらに低減する観点では、図7のように後方から行うことが好ましい。なお、前方、後方及び側方とは、レーザー光Lの走査方向(進行方向)を基準とする。例えば、前方から冷却を行うとは、レーザースポットSP(レーザー照射装置3)よりも割断終了点CLb側に配置された冷却装置5を用いて冷却を行うことを意味する。また、後方から冷却を行うとは、レーザースポットSP(レーザー照射装置3)よりも割断開始点CLa側に配置された冷却装置5を用いて冷却を行うことを意味する。
冷却装置5のノズルによる冷媒Rの噴射範囲は、レーザースポットSPと重複しなくてもよい。すなわち、冷媒Rは、レーザースポットSPから離れた位置に噴射されてもよい。クラックCR2の逸れをさらに低減する観点では、冷却装置5のノズルによる冷媒Rの噴射範囲とレーザースポットSPとの距離は、短いほど好ましく、冷媒Rの噴射範囲は、レーザースポットSPと一部又は全部が重複していることがより好ましい。ここで、ノズルによる冷媒Rの噴射範囲は、ノズルから噴射された冷媒Rがマザーガラス板MGに直接到達して冷却する範囲を意味し、マザーガラス板MGと接触して流れ方向が変わった冷媒Rが間接的にレーザースポットSPに到達して冷却する場合を除く。
割断予定線CLに対するクラックCR2の逸れをさらに低減する観点では、レーザー光Lの走査速度が低い方が好ましい。例えばマザーガラス板MGの材質が無アルカリガラスである場合、厚みが0.4mm以上であれば、レーザー光Lの走査速度は3〜15mm/secとすることが好ましく、厚みが0.4mm未満であれば、走査速度は3〜100mm/secとすることが好ましい。なお、好ましいレーザー光Lの走査速度は、マザーガラス板MGの材質によって変化し、熱膨張係数が増加するのに従って増加する傾向にある。また、好ましいレーザー光Lの走査速度は、マザーガラス板MGの厚みが減少するのに従って増加する傾向にある。ノズルから噴射される冷媒Rの流量は、例えば10〜50l/minとすることができる。
図8は、本発明に係るガラス板の製造方法の第三実施形態を示す。本実施形態では、冷却装置5の構成が第二実施形態と異なる。本実施形態に係る冷却装置5は、定盤1に備えられている。冷却装置5は、定盤1の内部又は下面に配置される冷媒管6を有する。冷媒管6は、定盤1を広範囲に冷却するように、蛇行状に配されている。本実施形態では、レーザー照射工程において、気体又は液体からなる冷媒を冷媒管6に流通させることで、定盤1を冷却する。これにより、定盤1に接するマザーガラス板MGの第一表面MG1が冷却される。本実施形態では、マザーガラス板MGにおいて、定盤1に支持される第一表面MG1をほぼ全面的に冷却できるため、厚み方向のクラックCR2の進展を促進できる。
図9は、本発明に係るガラス板の製造方法の第四実施形態を示す。本実施形態では、冷却装置5の構成が第三実施形態と異なる。本実施形態に係る冷却装置5は、定盤1の一部を冷却するように構成される。冷却装置5は、マザーガラス板MGに設定される割断予定線CLの割断終了点CLb及びその周辺領域CAを冷却するように、割断終了点CLbの近傍の定盤1の一部に備えられている。ここで、割断終了点CLb付近では、切断エリアのガラスを加熱するエリアが少なくなり、レーザー光Lによる加熱が不十分になる。そのためクラックCR2を進行させるだけの熱衝撃をかけることが難しいため、切れ残りが発生しやすい。本実施形態によれば、割断終了点CLbでクラックCR2の進展を促進でき、切れ残りの発生を防止できる。
図10及び図11は、本発明に係るガラス板の製造方法の第五実施形態を示す。本実施形態では、初期クラック形成工程において、マザーガラス板MGの縁部(第一辺MGa)ではなく、当該マザーガラス板MGの第二表面MG2の内側領域に初期クラックCR1が形成される。ここで、内側領域とは、マザーガラス板MGの縁部(四辺MGa〜MGd)によって囲まれている領域をいい、マザーガラス板MGの縁部(第一辺MGa乃至第四辺MGd)は内側領域には含まれない。
図10に示すように、マザーガラス板MGの内側領域に、円形の割断予定線CLが設定されている。この場合、初期クラック形成工程では、マザーガラス板MGの第一表面MG1において、割断予定線CL上の任意の点にクラック形成装置2(例えばスクライバー)を接触させ、初期クラックCR1を形成する。その後、マザーガラス板MGを反転させ、第二表面MG2を上方に向け、第一表面MG1を定盤1に支持させる。
図11に示すように、レーザー照射工程では、マザーガラス板MGの第二表面MG2において、第一表面MG1側の初期クラックCR1と一致する割断開始点CLaにCOレーザー光Lを照射するとともに、割断予定線CLに沿って当該COレーザー光Lを走査し、割断終了点CLbまで到達させることで、クラックCR2を円形に進展させる。これにより、矩形のマザーガラス板MGから円形のガラス板を切り出すことができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記の実施形態では、レーザー光を円形のレーザースポットとしてマザーガラス板に照射する例を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。レーザースポットは、例えば、楕円形や長円形、長方形、直線形であってもよい。レーザー光の走査性を高め、曲線等の様々な形状のガラス板を製造する観点では、円形のレーザースポットとすることが好ましいが、円形以外であってもその形状の長径が10mm以下であれば割断予定線に対して長径を絶えず接線方向になるようにレーザー光の角度調整機構をつけることによって自由な形状に切断することが可能になる。
上記の第二実施形態では、搬送装置4の搬送ローラ4aによってマザーガラス板MGの第一表面MG1を支持した状態で、当該第一表面MG1に初期クラックCR1を形成する例を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、定盤1によってマザーガラス板MGの第一表面MG1を支持した状態で、定盤1の下方側からクラック形成装置2(スクライバー等)によって当該第一表面MG1に初期クラックCR1を形成してもよい。この場合において、初期クラックCR1が形成されるマザーガラス板MGの部分は、定盤1から露出していることが望ましい。定盤1は、例えば複数の構成部材により構成されてもよく、格子状に構成されてもよく、開口部を備えたものであってもよい。
以下、本発明に係る実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
本発明者等は、レーザー照射装置を使用して、ガラス板の切断試験を行った。この試験は、厚みの異なる複数のマザーガラス板に異なる条件(出力、走査速度、照射径)で連続的にCOレーザー光を照射し、曲線状に構成される割断予定線に沿って、当該マザーガラス板を小片のガラス板に割断した。この切断試験において、マザーガラス板の試料としては、無アルカリガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラスが使用された。切断試験では、COレーザー光を使用することにより、全てのマザーガラス板を良好に割断することができた。
また、例えば厚みが0.5mmのマザーガラス板を切断した場合における熱応力σT(MPa)を下記の数式1により算出した。計算結果を表3に示す。
但し、Eはマザーガラス板のヤング率(MPa)、αはマザーガラス板の熱膨張係数(/K)、νはマザーガラス板のポアソン比、ΔTは、マザーガラス板に対するレーザー光の照射位置における温度(K)と、前記照射位置から離れた位置における温度(K)との差である。
但し、Eはマザーガラス板のヤング率(MPa)、αはマザーガラス板の熱膨張係数(/K)、νはマザーガラス板のポアソン比、ΔTは、マザーガラス板に対するレーザー光の照射位置における温度(K)と、前記照射位置から離れた位置における温度(K)との差である。
表3に示すように、厚みが0.5mm程度であるマザーガラス板で良好な切断面を得るためには、ガラスの種類によらず、切断時におよそ100MPa程度の熱応力σTをマザーガラス板に作用させることが望ましい。
適切な切断面を得るための熱応力σTは、マザーガラス板の厚み毎に異なる。本発明者等は、厚みの異なる複数のマザーガラス板をCOレーザーによって切断する試験を行い、マザーガラス板の厚みと熱応力との関係を確認した。切断試験におけるマザーガラス板の厚みと熱応力との関係を図12に示す。図12に示す試験条件では、いずれも、良好な切断面を得ることができた。
この試験結果から、本発明者等は、COレーザーでマザーガラス板を切断する場合に、良好な切断面を得るためには、上記の数式1により算出されるマザーガラス板の熱応力σT(MPa)が下記の数式2を満足するように、レーザー照射工程を実施するのが望ましいということを見出した。
但し、tはマザーガラス板の厚み(mm)である。
但し、tはマザーガラス板の厚み(mm)である。
なお、マザーガラス板の温度測定については、レーザー光の照射位置と、当該照射位置から前方に10mmだけ離れた離間位置とにおいて、当該マザーガラス板の上面温度をガラス温度測定用サーモグラフィ(Optris社製 P I450G7)でそれぞれ測定した。レーザー光の照射位置における温度と、当該照射位置から離れた離間位置における温度との差を、上記の温度差ΔTとした。レーザー光の照射中におけるマザーガラス板の温度は、出力と加工速度条件を変更することによって変化させた。離間位置の温度は、室温と同程度であった。
1 定盤(支持部材)
4a 搬送ローラ(支持部材)
CL 割断予定線
CR1 初期クラック
CR2 クラック
IL マザーガラス板の内部
L レーザー光
MG マザーガラス板
MG1 第一表面
MG2 第二表面
SL マザーガラス板(第二表面)の表層
SP レーザースポット
4a 搬送ローラ(支持部材)
CL 割断予定線
CR1 初期クラック
CR2 クラック
IL マザーガラス板の内部
L レーザー光
MG マザーガラス板
MG1 第一表面
MG2 第二表面
SL マザーガラス板(第二表面)の表層
SP レーザースポット
Claims (10)
- マザーガラス板の第一表面に初期クラックを形成する初期クラック形成工程と、前記マザーガラス板にレーザー光を照射することにより、前記初期クラックを起点としてクラックを割断予定線に沿って進展させるレーザー照射工程とを備えるガラス板の製造方法において、
前記レーザー照射工程は、前記レーザー光を前記マザーガラス板の第二表面に照射することで、前記第二表面の表層及び内部を加熱し、前記加熱に伴う熱衝撃によって前記クラックを前記割断予定線に沿って進展させながら、前記マザーガラス板の厚み方向の全体に進展させることを特徴とするガラス板の製造方法。 - 前記レーザー光は、COレーザー光である請求項1に記載のガラス板の製造方法。
- マザーガラス板の第一表面に初期クラックを形成する初期クラック形成工程と、前記マザーガラス板にレーザー光を照射することにより、前記初期クラックを起点としてクラックを割断予定線に沿って進展させるレーザー照射工程とを備えるガラス板の製造方法において、
前記レーザー照射工程は、前記レーザー光としてCOレーザー光、Erレーザー光、Hoレーザー光又はHFレーザー光を前記マザーガラス板の第二表面に照射することで、前記クラックを前記割断予定線に沿って進展させながら、前記マザーガラス板の厚み方向の全体に進展させることを特徴とするガラス板の製造方法。 - 前記初期クラック形成工程及び前記レーザー照射工程では、前記マザーガラス板の前記第一表面を支持部材によって支持する請求項1から3のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
- 前記レーザー光を円形のレーザースポットとして照射する請求項1から4のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
- 前記レーザー照射工程では、前記レーザー光の照射位置の周囲を冷却する請求項5に記載のガラス板の製造方法。
- 前記レーザー照射工程では、前記マザーガラス板を定盤で支持するとともに、前記定盤を冷却する請求項1から6のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
- 前記レーザー照射工程では、前記割断予定線の割断終了点付近の前記定盤の一部を冷却する請求項7に記載のガラス板の製造方法。
- 前記初期クラック形成工程では、前記初期クラックを前記マザーガラス板の内側領域に形成する請求項1から8のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
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