JP5362040B2 - 強化ガラス分割方法 - Google Patents

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Description

関連出願の説明
本出願は、２００９年２月１９日に出願された、米国特許出願第１２/３８８８３７号の優先権の恩典を主張する。
本発明は強化ガラスを分割する方法に関する。
熱強化(熱的焼戻し)及び、イオン交換による、化学処理はガラスを強化するために広く認められた手段である。そのようなプロセスで強化されたガラスは表面層に圧縮応力を有し、バルクに引張り応力を有する。
焼戻しによるかまたは化学的に強化されたガラスは、所望の形状及び／または寸法の小ガラス板に切断または分割することが、不可能ではなくとも、困難である。したがって、切断作業は強化作業の実施前に行われる。通常の罫書き−割取り法は、創始クラックが罫書き線に沿って伝搬せず、代わりに何度も枝分かれしがちであるため、役に立たない。したがって、ガラス試料は通常、砕けて多数のガラス片になる。
熱的または化学的に強化されたガラスシートをあらかじめ定められた線、軸または方向に沿って高速で、また切り口への損傷を最小限に抑えて、切断する方法が提供される。強化ガラスシートは、その内の１枚があらかじめ定められた形状または寸法を有する、少なくとも２枚の小ガラス板に切り分けることができる。少なくとも１本の損傷線が強化ガラスシート内に形成される。少なくとも１本の損傷線は強化ガラスシートの、強化された圧縮応力表面層の外側で、引張り応力層の内部に形成される。少なくとも１本の損傷線はレーザ処理によって形成することができる。クラックは強化ガラスシート内に創始され、少なくとも１本の損傷線に沿って伝搬して、あらかじめ定められた線、軸または方向に沿い強化ガラスを少なくとも２枚の小ガラス板に分割する。
したがって本発明の一態様は強化ガラスシートを分割する方法を提供することである。本方法は、
第１の表面及び第２の表面並びに、引張り応力下にある、中央領域を有する強化ガラスシートを提供する工程、ここで、第１の表面及び第２の表面のそれぞれは、圧縮応力下にあって、表面から層深さまで広がる、強化表面層を有する、
少なくとも１本の損傷線を中央領域に形成する工程、及び
ガラスシートを少なくとも１本の損傷線に沿って少なくとも２枚の小ガラス板に分割するためにクラックを創始して伝搬させる工程、ここで、小ガラス板の少なくとも１枚はあらかじめ定められた形状及びあらかじめ定められた寸法の少なくとも一方を有する、
を含む。
本発明の第２の態様は強化ガラスシートを分割する方法を提供することである。本方法は、
第１の表面及び第２の表面並びに、引張り応力下にある、中央領域を有する強化ガラスシートを提供する工程、ここで、第１の表面及び第２の表面のそれぞれは、圧縮応力下にあって、表面から層深さまで広がる、強化表面層を有する、
第１のレーザ誘起損傷線を中央領域に形成する工程、
第２のレーザ誘起損傷線を形成する工程、ここで、第２のレーザ誘起損傷線は第１の表面の強化表面層と第１のレーザ誘起損傷線の間に配され、第２のレーザ誘起損傷線は第１のレーザ誘起損傷線に平行であり、第１のレーザ誘起損傷線及び第２のレーザ誘起損傷線は第１の表面及び第２の表面に垂直な平面を定める、及び
強化ガラスシートを少なくとも２枚の小ガラス板に分割するためにクラックを創始して伝搬させる工程、ここで、小ガラス板の少なくとも１枚はあらかじめ定められた形状及びあらかじめ定められた寸法の少なくとも一方を有する、
を含む。
本発明の第３の態様は、
第１の表面及び第２の表面並びに、引張り応力下にある、中央領域、ここで、第１の表面及び第２の表面のそれぞれは、圧縮応力下にあって、表面から層深さまで広がる、強化表面層を有する、及び
第１の表面と第２の表面をつなぐ少なくとも１つの端面、ここで少なくとも１つの端面には実質的に欠けがない、
を有する強化ガラス品を提供することである。
上記及びその他の態様、利点及び顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付図面及び添付される特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図１は強化ガラスシートの簡略な断面図である。 図２は、レーザで形成された損傷線を有する、強化ガラスシートの簡略な断面図である。 図３は複数の切れ目を有する強化ガラスシートの簡略な上面図である。
以下の説明において、図面に示されるいくつかの図を通して同様の参照符号は同様であるかまたは対応する要素を示す。別途に特記されない限り、「上」、「下」、「外」、「内」等のような用語は便宜上の語であって限定語として解されるべきではないことも当然である。さらに、ある群が要素及びその組合せを含む群の少なくとも１つとして説明されている場合は必ず、その群が、挙げられたいかなる数の要素も個別にまたは相互の組合せで含むか、あるいはそのような個別の要素または相互に組み合わされた要素で、本質的に構成されるか、または構成されることは当然である。同様に、ある群が要素及びその組合せを含む群の少なくとも１つからなるとして説明されている場合は必ず、その群が挙げられたいかなる数の個別の要素または相互に組み合わされた要素からなることは当然である。別途に特記されない限り、値の範囲は、挙げられた場合、その範囲の上限及び下限のいずれをも含む。
図面を全般的に参照し、特に図１を参照すれば、図面が特定の実施形態を説明する目的のためのものであり、本開示または本明細書に添付される特許請求の範囲を限定することは目的とされていないことが理解されるであろう。図面は必ずしも比例拡縮されておらず、いくつかの特徴及び図面のいくつかの図は、明解さ及び簡潔さのため、大きさが誇張されて、または簡略に、示されることがあり得る。
本明細書に用いられるように、術語「分離」、「分割」及び「切断」は、別途に特記されない限り、同等な術語と見なされて互換で用いられ、シートのような、ガラス品の物理的手段による１つないしさらに多くの小ガラス品への分離または分割を指す。
熱強化(熱的焼戻し)または、イオン交換のような、化学的プロセスによって強化されたガラスは圧縮応力下にある表面層及び引張り応力下にある中央領域を有する。そのような層の存在が、そのようなガラスの、罫書き−割取り法のような従来方法による所望の形状及び寸法をもつ個別のガラス品への分離または分割を困難にしている。クラックは、ただ１本の罫書き線に沿って伝搬するのではなく、何度も枝分かれしがちである。したがって、ガラスは通常、割れて多数の形状が不規則なガラス片になる。
強化ガラスシートを制御可能な態様で分割して、複数枚の小ガラス板またはガラスパーツにする方法が提供される。本方法は、制御されているかまたは誘導された態様で、あらかじめ定められた線または平面に沿ってガラスシートが分割されるという意味で制御可能である。強化ガラスの分割によって形成される小ガラス板の少なくとも１枚はあらかじめ定められた形状及びあらかじめ定められた寸法の少なくとも一方を有する。本方法は、第１及び第２の表面、圧縮応力下にあって第１の表面及び第２の表面のそれぞれから層深さまで広がる強化表面層、及び引張り応力下にある中央領域を有する、強化ガラスシートを初めに提供する工程を含む。次いで、強化表面層の外側の中央領域内に少なくとも１本の損傷線が形成される。次いでクラックが創始され、少なくとも１本の損傷線に沿って伝搬して、強化ガラスシートを複数枚の小ガラス板に分割し、その内の１枚はあらかじめ定められた形状及びあらかじめ定められた寸法の少なくとも一方を有する。
初めに強化ガラスシートが提供される。強化ガラスシートは相互に平行であるか−または相互の形状が合致する(すなわち相互に共形である)−第１の表面及び第２の表面を有する。強化ガラスシートは平ガラスシートとすることができ、あるいは、少なくとも一方が湾曲表面等を有する３次元シートとすることができる。
図１を見れば、強化ガラスシートの断面図が簡略に示される。強化ガラスシート１００は、厚さｔ及び長さｌ、相互に実質的に平行な第１の表面１１０及び第２の表面１２０、中央領域１１５，及び第１の表面１１０と第２の表面１２０をつなぐ端面１３０を有する。強化ガラスシート１００は熱的または化学的に強化され、第１の表面及び第２の表面からそれぞれ、各表面下に、深さｄ１,ｄ２まで広がる強化表面層１１２，１２２を有する。強化表面層１１２，１２２は圧縮応力下にあるが、中央領域１１５は引張り応力下にある、すなわち引っ張られている。中央領域１１５の引張り応力は強化表面層１１２，１２２の圧縮応力と釣り合い、よって強化ガラスシート１００内で平衡を保っている。強化表面層１１２，１２２が広がる深さｄ１,ｄ２はそれぞれ一般に「層深さ」と称される。端面１３０の一部１３２も、強化プロセスの結果、強化されているであろう。強化ガラスシート１００の厚さｔは一般に約０.３ｍｍから約２ｍｍまでの範囲にある。一実施形態において、厚さｔは約０.５ｍｍから約１.３ｍｍまでの範囲にある。
本明細書に説明される方法は、技術上既知の熱的または化学的な手段によって熱的または化学的に強化されたいかなるガラスの分割にも用いられる。一実施形態において、強化ガラスシート１００は、例えばソーダ石灰ガラスである。別の実施形態において、強化ガラスシート１００はアルカリアミノケイ酸ガラスである。特定の実施形態において、ガラスは、６０〜７０モル％のＳｉＯ２，６〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３，０〜１５モル％のＢ２Ｏ３，０〜１５モル％のＬｉ２Ｏ，０〜２０モル％のＮａ２Ｏ，０〜１０モル％のＫ２Ｏ，０〜８モル％のＭｇＯ，０〜１０モル％のＣａＯ，０〜５モル％のＺｒＯ２，０〜１モル％のＳｎＯ２，０〜１モル％のＣｅＯ２，５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３，及び５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３を含有し、ここで、１２モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ≦２０モル％及び０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％である。別の実施形態において、ガラスは、６４モル％≦ＳｉＯ２≦６８モル％，１２モル％≦Ｎａ２Ｏ≦１６モル％，８モル％≦Ａｌ２Ｏ３≦１２モル％，０モル％≦Ｂ２Ｏ３≦３モル％，２モル％≦Ｋ２Ｏ≦５モル％，４モル％≦ＭｇＯ≦６モル％，及び０モル％≦ＣａＯ≦５モル％を含有し、ここで、６６モル％≦ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＣａＯ≦６９モル％，Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％，５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％，(Ｎａ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３)−Ａｌ２Ｏ３≦２モル％，２モル％≦Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３≦６モル％及び４モル％≦(Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ)−Ａｌ２Ｏ３≦１０モル％である。特定の一実施形態において、ガラスは、６６.７モル％のＳｉＯ２，１０.５モル％のＡｌ２Ｏ３，０.６４モル％のＢ２Ｏ３，１３.８モル％のＮａ２Ｏ，２.０６モル％のＫ２Ｏ，５.５０モル％のＭｇＯ，０.４６モル％のＣａＯ，０.０１モル％のＺｒＯ２，０.３４モル％のＡｓ２Ｏ３及び０.００７モル％のＦｅ２Ｏ３の組成を有する。別の実施形態において、ガラスは、６６.４モル％のＳｉＯ２，１０.３モル％のＡｌ２Ｏ３，０.６０モル％のＢ２Ｏ３，４.０モル％のＮａ２Ｏ，２.１０モル％のＫ２Ｏ，５.７６モル％のＭｇＯ，０.５８モル％のＣａＯ，０.０１モル％のＺｒＯ２，０.２１モル％のＳｎＯ２及び０.００７モル％のＦｅ２Ｏ３の組成を有する。いくつかの実施形態において、ガラスは実質的にリチウムを含有しなくとも差し支えなく、他の実施形態において、ガラスは砒素、アンチモン及びバリウムの内の少なくとも１つを含有しなくとも差し支えない。ガラスは下方に板引きすることができる。すなわち、スロットドロープロセスまたはフュージョンドロープロセスで形成することができる。これらの例において、ガラスは少なくとも１３０キロポアズ(１３ｋＰａ・秒)の液相粘度を有する。そのようなアルカリアルミノケイ酸ガラスの非限定的例は、２００７年５月２２日に出願された、アダム・ジェイ・エリスン(Adam J. Ellison)等による、名称を「下方板引き可能なカバープレート用化学的強化ガラス(Down-Drawable, Chemically Strengthened Glass for Cover Plate)」とする、米国仮特許出願第６０/９３０８０８号の優先権を主張する、２００７年７月３１日に出願された、同じ名称の米国特許出願第１１/８８８２１３号の明細書、２００７年１１月２９日に出願された、マシュー・ジェイ・ディネカ(Matthew J. Dejneka)等による、名称を「改善された靱性及び耐かき傷強度を有するガラス(Glasses Having Improved Toughness and Scratch Resistance)」とする、米国仮特許出願第６１/００４６７７号の優先権を主張する、２００８年１１月２５日に出願された、米国特許第１２/２７７５７３号の明細書、２００８年２月２６日に出願された、マシュー・ジェイ・ディネカ等による、名称を「ケイ酸ガラスのための清澄化剤(Fining Agents for Silicate Glasses)」とする、米国仮特許出願第６１/０６７１３０号の明細書、２００８年２月２９日に出願された、マシュー・ジェイ・ディネカ等による、名称を「イオン交換高速冷却ガラス(Ion Exchanged, Fast Cooled Glasses)」とする、米国仮特許出願第６１/０６７７３２号の明細書、及び、２００８年８月２８日に出願された、クリステン・エル・ベアフット(Kristen L. Barefoot)等による、名称を「化学的に強化されたカバーガラス(Chemically Tempered Cover Glass)」とする、米国仮
特許出願第６１/０８７３２４号の明細書に説明されている。これらの明細書の内容はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。
本明細書で先に説明したように、一実施形態において、ガラスは、ガラスの表面層のイオンが同じ価数の、すなわち同じ酸化状態を有する、より大径のイオンで置き換えられる、イオン交換プロセスによって化学的に強化される。特定の一実施形態において、表面層のイオン及び大径イオンは、Ｌｉ＋(ガラス内に存在する場合)，Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｒｂ＋及びＣs＋のような、一価のアルカリ金属陽イオンである。あるいは、表面層の一価陽イオンは、Ａｇ＋等のような、アルカリ金属陽イオン以外の一価陽イオンで置き換えることができる。
イオン交換プロセスは一般に大径イオンを含有する溶融塩浴にガラスを浸漬することで実施される。浴の組成及び温度、浸漬時間、塩浴内の浸漬ガラス枚数、複数の塩浴の使用、アニール、洗浄等のような付加工程を含むがこれらには限定されない、イオン交換プロセスのためのパラメータは一般に、ガラスの組成並びに、強化作業の結果として達成されるべき、強化ガラスの所望の層深さ及び圧縮応力によって決定されることは当業者には当然であろう。例として、アルカリ金属含有ガラスのイオン交換は、大径アルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩及び塩化物のような、ただしこれらには限定されない、塩を含有する少なくとも１槽の溶融浴内の浸漬によって達成することができる。溶融塩浴の温度は一般に約３８０℃から約４５０℃までの範囲にあり、浸漬時間は約１５分から約１６時間までの範囲にある。
イオン交換プロセスの非限定的例が、本明細書で既に上掲した米国特許出願明細書及び米国仮特許出願明細書に与えられている。さらに、ガラスが複数のイオン交換浴に浸漬され、洗浄工程及び／またはアニール工程が浸漬と浸漬の間に施される、イオン交換プロセスの非限定的例が、濃度が相異なる複数の、連続する、塩浴に浸漬するイオン交換処理によってガラスが強化される、２００８年７月１１日に出願された、ダグラス・シー・アラン(Douglas C. Allan)等による、名称を「民生用表面圧縮ガラス(Glass with Compressive Surface for Consumer Application)」とする、米国仮特許出願第６１/０７９９９５号の明細書、及び、流出イオンで希釈された第１の浴におけるイオン交換及びこれに続く、第１の浴より流出イオンの濃度が低い、第２の浴内の浸漬によってガラスが強化される、２００８年７月２９日に出願された、クリストファー・エム・リー(Christopher M. Lee)等による、名称を「ガラスの化学的強化のための２段階イオン交換(Dual Stage Ion Exchange fir Chemical Strengthening of Glass)」とする、米国仮特許出願第６１/０８４３９８号の明細書に説明されている。米国仮特許出願第６１/０７９９９５号明細書及び米国仮特許出願第６１/０８４３９８号明細書の内容はそれぞれの全体が本明細書に参照として含まれる。
別の実施形態において、強化ガラスシート１００は熱強化(熱的焼戻し)によって強化することができる。この手法においては、強化されるガラスシートがそのガラスの歪点より高い温度まで加熱され、歪点より低い温度まで急速に冷却されて、強化表面層１１２，１２２が形成される。
次の工程において、強化ガラスシート１００の、引張り応力下にある、中央領域１１５において強化ガラスシート１００内に少なくとも１本の損傷線が形成される。図２に簡略に示される実施形態においては、第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０が中央領域１１５に形成されている。強化ガラスシート１００内の、強化表面層１１２，１２２の外側に配される、あらかじめ定められた軸、線または方向に沿って少なくとも１本の損傷線が形成される。少なくとも１本の損傷線は第１の表面１１０及び第２の表面１２０に垂直な平面内に形成される。
一実施形態において、損傷線は、ガラスの光透過スペクトルの透明ウインドウにおいて
動作するレーザで強化ガラスシート１００を照射することによって形成される。強化ガラスシート１００のバルク内の損傷は、レーザビームの強度またはフルーエンスが閾値をこえたときの、非線形吸収によって形成される。ガラスの加熱によって損傷線を形成するのではなく、非線形吸収は分子結合を断つことで損傷線を形成し、強化ガラスシート１００のバルクは過剰な加熱を全く受けない。一実施形態において、レーザは、１０６４ｎｍの基本波長またはその高調波(例：５３２ｎｍ，３５５ｎｍ)において１００〜１５０ｋＨｚの繰返しレートで動作する、ナノ秒パルスＮｄレーザである。ナノ秒パルスＮｄレーザのパワーは約１Ｗから約３Ｗまでの範囲にある。
レーザ照射による強化ガラスシート１００内の損傷線の形成が図２に簡略に示される。第１のレーザ形成損傷線１４０は、レーザ１６２及び、レーザビーム１６０を集束させるに必要な、レーザ光学系(図示せず)によって生成された、レーザビーム１６０で強化ガラスシート１００を照射することによって形成される。レーザビーム１６０は、第２の表面１２０及び第２の強化表面層１２２より上方に集束されて、第１の損傷線１４０を形成する。第１の損傷線１４０は、第２の強化表面層１２２の深さｄ２より大きい、第２の表面からの深さｄ３に形成される。したがって、第１の損傷線１４０は、引張り応力下にあり、圧縮応力下にある表面領域−すなわち第２の強化表面層１２２−の外の、中央領域１１５内に配される。強化ガラスシート１００とレーザビーム１６０の少なくとも一方が強化ガラスシート１００の線ｌに沿う方向１４２に平行移動されて、第１の損傷線１４０を形成する。一実施形態においては、強化ガラスシート１００がレーザビーム１６０に対して平行移動される。別の実施形態においてはレーザビーム１６０が強化ガラスシート１００に対して平行移動される。そのような移動は、技術上既知の平行移動ステージ、平行移動テーブル、等を用いて達成することができる。
第１の損傷線１４０の形成後、レーザビーム１６０は第１の表面１１０及び第１の強化表面層１１２の下方に改めて集束されて、中央領域１１５に第２の損傷線１５０を形成する。第２の損傷線１５０は、第１の強化表面層１１２の深さｄ１より大きい、第１の損傷線１４０と第１の強化層１１２の間の、深さｄ４に形成される。したがって、第２の損傷線１５０は圧縮応力下にある表面領域−すなわち第１の強化表面層１１２−の外側に配される。
一実施形態において、レーザビーム１６０は、強化ガラスシート１００とレーザビーム１６０の少なくとも一方を移動させることにより、強化ガラスシート１００の線ｌに沿う方向１５２に平行移動されて、第２の損傷線１５０を形成する。一実施形態において。第２の損傷線１５０を形成するために用いられるレーザビーム１６０または強化ガラスシート１００の平行移動の方向１５２は、第１の損傷線１４０を形成するために用いられる平行移動の方向１４２とは逆向きである。一実施形態において、レーザ１６０及び付帯レーザ光学系から最も遠い側にある、第１の損傷線１４０が初めに形成され、続いて、レーザ１６０及び付帯レーザ光学系から近い側にある、第２の損傷線１５０が形成される。一実施形態において第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０は約３０ｃｍ/秒から約５０ｃｍ/秒までの範囲の速度のレーザビームで形成される。別の実施形態において、第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０はレーザビーム１６０を分割することによって同時に形成することができる。
一実施形態において、第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０の形成は、それぞれの損傷線に沿うレーザビーム１６０による重ね書き工程、すなわち少なくとも２回パスを行う工程を含む。すなわち、レーザビーム１６０はそれぞれの損傷線に沿って少なくとも２回、好ましくは相互に連続して(０.１秒以内に)、平行移動される。これは、約０.１秒の若干の遅延があるだけで複数のパスを同時に行えるように、レーザビーム１６０を分割することによるかあるいは技術上既知の他の手段によって達成することができる。
厚さｔが約１ｍｍの強化ガラスシート１００に対し、それぞれが第１の表面１１０及び第２の表面１２０の奥にある第１の損傷線の深さｄ３及び第２の損傷線の深さｄ４は、約５０μｍから約３５０μｍまでの範囲にある。一実施形態において、深さｄ３,ｄ４は、約１００μｍから約１５０μｍまでの範囲にある。別の実施形態において、深さｄ３,ｄ４は約１００μｍから約１５０μｍまでの範囲にある。
強化ガラスシート１００内に少なくとも１本の損傷線を形成した後、クラックを創始し、伝搬させて、強化ガラスシート１００を複数枚の小ガラス板に分割する。小ガラス板の内の少なくとも１枚は所望のまたはあらかじめ定められた寸法及び／または形状を有する。強化ガラスシート１００は強化ガラスシート１００内に形成された損傷線で定められる平面に沿って分割される。図２を参照すれば、強化ガラスシート１００はあらかじめ定められた線ｌ及び第１の損傷線１４０と第２の損傷線１５０で定められる平面に沿って分割される。
クラックの創始、伝搬及び分割は、損傷線によって形成された平面の両側で強化ガラスシート１００を手でまたは機械的に撓ませることによるような、ただしこれには限定されない、技術上既知の手段で達成することができる。一実施形態において、罫書きを用いて第１の表面１１０または第２の表面１２０にクラックを創始するためのきずを入れることができ、クラックは次いで第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０に沿って伝搬する。別の実施形態において、強化ガラスシート１００の端面１３０に長さが約２〜３ｍｍの機械的罫書きを行うことでクラック創始を容易にすることができる。別の実施形態において、クラックの創始、伝搬及び分割は、水のような、液体に強化ガラスシート１００を浸漬することによって達成される。また別の実施形態において、クラックの創始、伝搬及び分割は、レーザビーム１６０による第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０の反復重ね書きによって達成することができる。例えば、いずれのアルカリアルミノケイ酸ガラスの強化ガラスシート１００も、レーザビーム１６０で第１の損傷線１４０及び第２の損傷線１５０を少なくとも２回重ね書きすることによって分割することができる。あるいは、レーザビーム１６０のパワーを分割がおこるに十分なレベルまで高めることができる。強化アルカリアルミノケイ酸ガラスシートは、例えばパワーが少なくとも１Ｗの３５５ｎｍナノ秒パルスＮｄレーザを用いることで、完全に分割することができる。
本明細書に説明される方法を用いれば、強化ガラスシート１００をあらかじめ定められた直線(例：図１及び２の線ｌ)に沿って分割または切断して、強化ガラスシート１００の分割によって形成される端面に沿う欠けがほとんどまたは全く無い、複数枚の小ガラス板を形成することができる。複数本の切れ目を有する強化ガラスシート１００の上面図が図３に簡略に示される。直線切れ目３１０，３１２は互いに直角に交差して、直角のコーナー３１５を有する、切り分けられたガラス板を与えることができる。あるいは、本明細書に説明される方法は、強化ガラスシート１００が円弧切れ目３２５(すなわち半径がｒの円弧にしたがう切れ目)を形成し、よって丸められたコーナー３２５を有する、線３２０，３２２に沿って切り分けられたガラス板を与えることができる。そのような円弧切れ目の半径ｒは、一実施形態において、約５ｍｍ以上とすることができる。他の手段による強化ガラスシートの狭幅ストリップへの切り分けには問題があるが、本明細書に説明される方法は３ｍｍ幅の細いストリップに強化ガラスを切り分けるために用いることができる。本明細書に説明される方法により、切り溝幅をゼロにして(すなわち分割点における材料の損失を実質的に無くして)、屑をほとんどまたは全く発生させずに、強化ガラスを切断することが可能になる。
強化ガラス品も提供される。強化ガラス品は第１の表面及び第２の表面並びに、引張り応力下にある、中央領域を有する。第１の表面及び第２の表面のそれぞれは、圧縮応力の下にあり、表面から層深さまで広がる、強化表面層を有する。強化ガラス品は第１の表面と第２の表面をつなぐ少なくとも１つの端面も有し、この少なくとも１つの端面には実質的に欠けがない。
少なくとも１つの端面は、本明細書で上述した方法を用いて強化ガラスシート１００を分割することによって形成される。少なくとも１つの端面は強化ガラスシート１００が少なくとも２枚の小ガラス板に分割される平面に沿って形成される。
強化ガラス品は、本明細書で上述したように、化学的または熱的に強化されたいずれかのガラスとすることができる。一実施形態において、ガラスは、本明細書で先に説明したような、アルカリアルミノケイ酸ガラスである。
強化ガラス品は欠け及びかき傷のいずれにも耐えることができ、電話、音楽プレイヤー、ビデオプレイヤー、等のようなモバイル通信／エンターテインメントデバイス用のカバーガラスでの使用、携帯型コンピュータ用スクリーンとしての使用、または良好な耐かき傷強度をもつ強靱なガラスが必要なその他の用途での使用に、十分に適する。
以下の実施例は本明細書に説明される方法によって提供される特徴及び利点を示し、本開示または添付される特許請求の範囲を限定することは全く目的とされていない。
実施例１
６６.７モル％のＳｉＯ２，１０.５モル％のＡｌ２Ｏ３，０.６４モル％のＢ２Ｏ３，１３.８モル％のＮａ２Ｏ，２.０６モル％のＫ２Ｏ，５.５０モル％のＭｇＯ，０.４６モル％のＣａＯ，０.０１モル％のＺｒＯ２，０.３４モル％のＡｓ２Ｏ３，及び０.００７モル％のＦｅ２Ｏ３の組成を有するガラス試料に、溶融ＫＮＯ３浴に４１０℃で７時間浸漬することによりイオン交換を施した。ガラスの表面に得られたイオン交換層の厚さは約５０μｍであった。
ガラス試料をコンピュータ制御ＸＹＺステージに載せ、３０ｍｍ/秒から３００ｍｍ/秒の範囲の速度で平行移動させた。３３５ｎｍナノ秒Ｎｄ−ＹＡＧレーザからの出力を背面(すなわちレーザから最も遠い側のガラスの表面、例えば図１及び２の第２の表面１２０)の上方５０〜１００μｍに、ＮＡが０.２７のレンズを用いて直径１〜３μｍのスポットに集束させた。レーザビームの平均パワーは１Ｗであり、繰り返しレートは１５０ｋＨｚであった。第１の損傷線を背面近くに書いた後、ガラスの前面(すなわちレーザに最も近い側のガラスの表面、例えば図１及び２の第２の表面１１０)の下方のほぼ同じ距離にビームを改めて集束させ、試料を再び平行移動させて、第２の損傷線を前面近くに書いた。ガラスに形成された２本の損傷線により、手で折り曲げるかまたは撓ませることによる強化ガラスの分割が可能になった。
説明の目的のために代表的な実施形態を述べたが、上記説明は本開示の範囲または添付される特許請求の範囲の限定であると見なされるべきではない。したがって、当業者であれば、本開示の精神及び範囲を逸脱しない様々な改変、翻案及び別形を考えつくことができる。
１００ 強化ガラスシート
１１０，１２０ 強化ガラスシート表面
１１２，１２２ 強化表面層
１１５ 中央領域
１３０ 端面
１４０，１５０ 損傷線
１６０ レーザビーム
１６２ レーザ

Claims (23)

  1. 強化ガラスシートを分割する方法において、前記方法が、
    ａ．第１の表面及び第２の表面並びに、引張り応力下にある、中央領域を有する、前記強化ガラスシートを提供する工程であって、前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれは、圧縮応力下にあって、前記表面から層深さまで広がる、強化表面層を有するものである工程、
    ｂ．前記ガラスシートをナノ秒パルスレーザで照射することによって、前記中央領域内に少なくとも１本のレーザ誘起損傷線を形成する工程であって、前記ナノ秒パルスレーザが１Ｗから３Ｗまでの範囲のパワーを有する工程、及び
    ｃ．前記ガラスシートを前記少なくとも１本の損傷線に沿って少なくとも２枚の小ガラス板に分割するためにクラックを創始して伝搬させる工程であって、前記小ガラス板の少なくとも１枚は、あらかじめ定められた形状及びあらかじめ定められた寸法の少なくとも一方を有するものである工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記中央領域内に少なくとも１本の損傷線を形成する工程が、該中央領域内に第１の損傷線および第２の損傷線を形成する工程を含み、該第２の損傷線が、前記第１の表面の強化表面層と前記第１の損傷線との間に位置し、前記第１の損傷線及び第２の損傷線が前記第１の表面及び第２の表面に垂直な平面を定める、ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 前記第１の表面及び第２の表面の強化表面層が、熱的に強化された表面であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  4. 前記第１の表面及び第２の表面の強化表面層が、化学的に強化された表面であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  5. 前記強化表面層がイオン交換によって化学的に強化されることを特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 前記強化ガラスシートがアルカリアルミノケイ酸ガラスを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
  7. 前記アルカリアルミノケイ酸ガラスが、６０〜７０モル％のＳｉＯ２，６〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３，０〜１５モル％のＢ２Ｏ３，０〜１５モル％のＬｉ２Ｏ，０〜２０モル％のＮａ２Ｏ，０〜１０モル％のＫ２Ｏ，０〜８モル％のＭｇＯ，０〜１０モル％のＣａＯ，０〜５モル％のＺｒＯ２，０〜１モル％のＳｎＯ２，０〜１モル％のＣｅＯ２，５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３及び５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３を含有し、ここで、１２モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ≦２０モル％及び０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％であることを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 前記アルカリアミノケイ酸ガラスが、６６．７モル％のＳｉＯ２，１０．５モル％のＡｌ２Ｏ３，０．６４モル％のＢ２Ｏ３，１３．８モル％のＮａ２Ｏ，２．０６モル％のＫ２Ｏ，５．５０モル％のＭｇＯ，０．４６モル％のＣａＯ，０．０１モル％のＺｒＯ２，０．３４モル％のＡｓ２Ｏ３及び０．００７モル％のＦｅ２Ｏ３を含有することを特徴とする請求項７記載の方法。
  9. 前記アルカリアミノケイ酸ガラスが、６６．４モル％のＳｉＯ２，１０．３モル％のＡｌ２Ｏ３，０．６０モル％のＢ２Ｏ３，４．０モル％のＮａ２Ｏ，２．１０モル％のＫ２Ｏ，５．７６モル％のＭｇＯ，０．５８モル％のＣａＯ，０．０１モル％のＺｒＯ２，０．２１モル％のＳｎＯ２及び０．００７モル％のＦｅ２Ｏ３を含有することを特徴とする請求項７記載の方法。
  10. 前記強化ガラスシートを前記少なくとも１本の損傷線に沿って少なくとも２枚の小ガラス板に分割するためにクラックを創始して伝搬させる前記工程が、前記強化ガラスシートを複数枚の小ガラス板に分割するために平面に沿って前記強化ガラスシートを撓ませる工程及び罫書く工程の少なくとも一方を含み、
    前記平面が、前記少なくとも１本の損傷線により定められ、前記第１の表面及び第２の表面に交差する、
    ことを特徴とする請求項１記載の方法。
  11. 前記第１の表面及び第２の表面が相互に実質的に平行であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  12. 前記強化ガラスシートが平らであることを特徴とする請求項１記載の方法。
  13. 前記第１の表面及び第２の表面が平らでなく相互に適合する湾曲面を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
  14. 強化ガラスシートを分割する方法において、前記方法が、
    ａ．第１の表面及び第２の表面並びに、引張り応力下にある、中央領域を有する、強化ガラスシートを提供する工程であって、前記第１の表面及び前記第２の表面のそれぞれは、圧縮応力下にあって、層深さまで前記表面から広がる、強化表面層を有するものである工程、
    ｂ．前記ガラスシートを、１Ｗから３Ｗまでの範囲のパワーを有するレーザで照射することによって、所定の深さにおいて前記中央領域内に第１のレーザ誘起損傷線を形成する工程、
    ｃ．第２のレーザ誘起損傷線を形成する工程であって、該第２のレーザ誘起損傷線が前記第１の表面の強化表面層と前記第１の損傷線との間に位置し、前記第２のレーザ誘起損傷線が前記第１のレーザ誘起損傷線と平行であり、前記第１のレーザ誘起損傷線及び第２のレーザ誘起損傷線が前記第１の表面及び第２の表面に垂直な平面を定める、工程、および
    ｄ．前記強化ガラスシートを少なくとも２枚の小ガラス板に分割するために、クラックを創始して伝搬させる工程であって、前記小ガラス板の少なくとも１枚は、あらかじめ定められた形状及びあらかじめ定められた寸法の少なくとも一方を有するものである工程、
    を含むことを特徴とする方法。
  15. レーザビームによって、少なくとも一度、前記第１のレーザ誘起損傷線及び前記第２のレーザ誘起損傷線のそれぞれを重ね書きする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  16. 前記第１のレーザ誘起損傷線の所定の深さが、５０μｍから３５０μｍまでの範囲であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  17. 前記強化ガラスシートを前記平面に沿って複数のガラスシートに分割するためにクラックを創始して伝搬させる工程が、前記強化ガラスシートを複数枚の小ガラス板に分割するために、前記平面に沿って、前記強化ガラスシートを撓ませる工程及び罫書く工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  18. 前記強化ガラスシートを提供する工程が、前記第１の表面及び第２の表面のそれぞれの層をイオン交換することにより前記ガラスを化学的に強化する工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  19. 前記強化ガラスシートがアルカリアルミノケイ酸ガラスを含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
  20. 前記強化ガラス品が、６０〜７０モル％のＳｉＯ２，６〜１４モル％のＡｌ２Ｏ３，０〜１５モル％のＢ２Ｏ３，０〜１５モル％のＬｉ２Ｏ，０〜２０モル％のＮａ２Ｏ，０〜１０モル％のＫ２Ｏ，０〜８モル％のＭｇＯ，０〜１０モル％のＣａＯ，０〜５モル％のＺｒＯ２，０〜１モル％のＳｎＯ２，０〜１モル％のＣｅＯ２，５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３及び５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３を含有し、ここで、１２モル％≦Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ≦２０モル％及び０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％である、強化アルカリアルミノケイ酸ガラス品であることを特徴とする請求項１９記載の強化ガラス品。
  21. 前記第１の表面及び第２の表面が相互に実質的に平行であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  22. 前記強化ガラスシートが平らであることを特徴とする請求項１４記載の方法。
  23. 前記所定の深さが、５０μｍから３５０μｍまでの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
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