JP5884691B2 - ガラス板切断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス板を溶断する切断技術の改良に関する。

従来、ガラス板を切断する方法としては、ガラス板の表面にスクライブ線を形成した後に、そのスクライブ線に曲げ応力を作用させて割断する方法（曲げ応力による割断）や、ガラス板に初期亀裂を形成した後に、その初期亀裂をレーザの照射熱で進展させ、割断するレーザ割断（熱応力による割断）が用いられている。

しかしながら、曲げ応力による割断では、微小ガラス粉の発生を回避できず、その微小ガラス粉は切断後の洗浄においても容易に除去できないという問題がある。このような問題は、高度な清浄性が要求されるディスプレイ用途等のガラス基板において特に問題となる。また、曲げ応力による割断では、ガラス板の切断端部が角張った形状を呈しており、欠けなどの欠陥が生じやすいため、切断後にガラス板の切断端部に対して面取り加工を施す必要が生じてしまう。

一方、レーザ割断では、ほぼ無欠陥でガラス板を割断することができるものの、割断したガラス板を分離する際に、ガラス板の切断端面同士の接触を回避することは極めて困難である。そのため、分離時に、ガラス板の切断端面同士の擦れなどによって、切断端面に微小欠陥が形成される可能性がある。また、レーザ割断でも、上記の曲げ応力による割断と同様に、ガラス板の切断端部が角張った形状を呈していることから、切断後に面取り加工を施す必要がある。

このような問題に対処する切断方法として、レーザ溶断が注目されている。

レーザ溶断は、レーザビームの照射熱によってガラス基板の一部を溶融除去しながら、ガラス板を切断する方法である。そのため、レーザ溶断では、不要ガラスの溶融除去により溶断端面（切断端面）間に所定のクリアランスが形成され、分離時にガラス板の溶断端面同士が接触するという事態も確実に回避することができる。また、溶断時の熱により、面取り加工を同時に行うことができ、従来の面取り加工による効果と同等以上の効果を端面に与えることも可能である。

ただし、このようなレーザ溶断であっても、実用上においては課題がある。すなわち、ガラス板をレーザビームで溶断する際に、そのレーザビームの照射領域の近傍に熱応力が生じるという問題である。この熱応力が大きければ、ガラス板に反りなどの変形が生じたり、或いは、ガラス板が破損する場合がある。また、この熱応力が生じた状態で溶断部の冷却が完了すると、溶断部には熱的残留歪が生じる。この熱的残留歪が大きい場合においても、ガラス板が破損する場合がある。

そこで、例えば特許文献１には、デフォーカスしたレーザビームでガラス基板を予備加熱した後、微小点に集光したレーザビームでガラス板を溶断し、更にその後に、再びデフォーカスしたレーザビームで徐冷することで、熱歪を低減することが開示されている。そして、同文献では、ガラス基板の切断予定線上に、予備加熱用のレーザビームの出力端、溶断用のレーザビームの出力端、および徐冷用のレーザビームの出力端（レーザ照射器）がそれぞれ配列されており、それぞれのレーザビームの照射領域が互いに間隔を置いて独立した状態となっている。

なお、上記のように溶断途中にこれと並行して徐冷を行う代わりに、溶断完了後に分離されたガラス板に個別に徐冷（アニール）を施すことも考えられるが、この場合には次のような問題が生じる。すなわち、溶断途中あるいはそれ以後に、ガラス板に熱応力又は熱的残留歪が生じてしまうと、その時点でガラス板が破損するおそれがある。したがって、溶断途中にこれと並行して徐冷を行うことが肝要となる。

特開昭６０−２５１１３８号公報

しかしながら、特許文献１では、ガラス板の上方空間に配列された３つのレーザ照射器のそれぞれの照射領域が、互いに間隔を置いて独立していることから、それぞれの照射領域の間で供給した熱エネルギーに損失が生じ得る。予備加熱を行う照射領域と、溶断を行う照射領域との間では、ガラス板の温度をより高温にする必要があることから、この２つの領域の間に熱エネルギーが失われると、予備加熱効果が低下して無駄が生じてしまう。また、予備加熱効果が低下すると、溶断時におけるガラス板の温度上昇幅が大きくなるため、熱衝撃によりガラス板が破損するおそれもある。さらに、溶断を行う照射領域と、徐冷を行う照射領域が離れていると、この２つの領域の間でも熱エネルギーが失われてしまうと共に、この２つの領域の間で溶断されたガラス板が急激に冷却され、熱衝撃によりガラス板が破損するおそれもある。

本発明は、以上の実情に鑑み、溶断前後の予備加熱時および徐冷時に与えられる熱エネルギーの損失を可及的に低減することにより、ガラス板の破損や熱的残留歪の発生を確実に抑制することを技術的課題とする。

上記の課題を解決するために創案された本発明は、ガラス板の切断予定線に沿って溶断用レーザビーム及び徐冷用レーザビームを照射し、前記切断予定線を境界として、前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、前記切断予定線に沿う溶断進行方向で、前記徐冷用レーザビームの照射領域の寸法を前記溶断用レーザビームの照射領域の寸法よりも大きくし、且つ、前記徐冷用レーザビームの照射領域が、前記溶断用レーザビームの照射領域の前記溶断進行方向の前後に跨るように、前記徐冷用レーザビームの照射領域を前記溶断用レーザビームの照射領域にオーバーラップさせたことに特徴づけられる。なお、ここでいう「オーバーラップ」させた状態とは、徐冷用レーザビームの照射領域と溶断用レーザビームの照射領域が互いに重なり部分を有する状態で、徐冷用レーザビームの照射領域が、溶断用レーザビームの照射領域の溶断進行方向の前後に食み出していることをいう。すなわち、溶断進行方向と直交する幅方向では、溶断用レーザビームの照射領域の一部が、徐冷用レーザビームの照射領域から食み出していてもよいし、食み出していなくてもよい。前者の場合、例えば、ガラス板を製品部（良品）と非製品部（非良品）に溶断分離するときに、非製品部側に溶断用レーザビームが食み出しており、且つ、製品部側に徐冷用レーザビームが照射されていれば、実質的に本発明の効果を享受できる。後者の場合、溶断用レーザビームの照射領域の全部が、徐冷用レーザビームの照射領域に包含されることになる。

このような方法によれば、徐冷用レーザビームの照射領域によって、溶断用レーザビームの照射領域の溶断進行方向の前後でガラス板が溶断温度以下の所定温度で加熱されることになる。すなわち、徐冷用レーザビームの照射領域のうち、溶断用レーザビームの照射領域の溶断進行方向後方側の領域では徐冷が行われ、溶断用レーザビームの照射領域の溶断進行方向前方側の領域では予備加熱が行われることになる。そのため、溶断の前後で、急激な温度上昇や急激な温度下降による破損、すなわち熱衝撃による破損や熱的残留歪が発生するという事態を可及的に低減することができる。そして、この予備加熱と徐冷の役割を担う徐冷用レーザビームの照射領域が、溶断用レーザビームの照射領域にオーバーラップしているため、予備加熱・溶断・徐冷の各領域が、溶断進行方向において簡単且つ確実に連続する。したがって、ガラス板に対してこれら一連の熱処理が連続的に行われるため、供給する熱エネルギーの損失を抑えて、効率よく熱的残留歪を除去することができる。なお、予備加熱と徐冷のバランスは、徐冷用レーザビームの照射領域に対する溶融用レーザビームの照射領域の相対位置を変更することで容易に調整することができる。

上記の方法において、前記ガラス板が製品部と非製品部に溶断分離されると共に、前記徐冷用レーザビームの照射領域が、前記非製品部となる側よりも前記製品部となる側に偏って形成されていることが好ましい。

このようにすれば、ガラス板を製品部と非製品部に溶断分離する場合に、ガラス板のうち、製品部となる側に対して優先的に予備加熱処理や徐冷処理を施すことができるので、製品部の熱的残留歪をより確実に低減することが可能となる。

上記の方法において、前記溶断用レーザビームの照射領域が、前記溶断進行方向における前記徐冷用レーザビームの照射領域の中心位置よりも前記溶断進行方向の前方側で、前記徐冷用レーザビームの照射領域とオーバーラップすることが好ましい。

このようにすれば、徐冷用レーザビームの照射領域のうち、ガラス板の徐冷を行う領域が、ガラス板の予備加熱を行う領域よりも溶断進行方向において長くなる。熱的残留歪は、溶断後に急速に冷却されることにより生じるので、上述のように徐冷を行う領域を長くする方が、熱的残留歪を除去する上では好ましい態様となる。

上記の方法において、前記徐冷用レーザビームの照射領域が、前記溶断進行方向に長尺な細長形状をなすようにしてもよい。

熱的残留歪は、ガラス板の溶断部近傍に集中的に生じることから、徐冷用レーザビームの照射領域を溶断進行方向に長尺な細長形状（例えば、楕円形状など）にすれば、溶断端部に重点的にレーザビームを照射することができる。したがって、供給する熱エネルギーの無駄を可及的に低減することができる。

上記の方法において、前記徐冷用レーザビームが、前記ガラス基板の表面に対して傾斜する方向から照射されることが好ましい。

このようにすれば、ガラス基板の表面に投影された際に、徐冷用レーザビームの照射領域が引き伸ばされることから、徐冷用レーザビームの照射領域を簡単に細長形状に整形することができる。

上記の方法において、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとは、互いに波長が相違することが好ましい。

レーザビームは、コヒーレントな光であるので、干渉性が高い。本発明において、溶断用レーザビームの照射領域と徐冷用レーザビームの照射領域の重なっている部分において干渉縞が形成されると、ガラス板が受けるエネルギー分布が複雑になる。その結果、溶断・徐冷の各工程を十分に制御することが難しくなる。そこで、上記の方法では、溶断用レーザビームと徐冷用レーザビームで、互いに波長を相違させることで、両ビームが重なった領域に時間的に定常的な干渉縞が形成されるのを抑制した。そのため、前述の重なった領域における時間平均を考えれば、干渉縞による影響を低減することができ、ガラス板が受けるエネルギー分布を十分に制御することが容易となる。

上記の方法において、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとは、互いに異なる発振器によって発振されたビームであることが好ましい。

このようにすれば、溶断用レーザビームの波長と、徐冷用レーザビームの波長を、容易且つ安定的に相違させることができる。すなわち、異なる発振器を用いれば、例えば同質のレーザ媒体を発振する発振器であっても、異なる波長のビームを容易に発振できることから、溶断用レーザビームと徐冷用レーザビームが重なった領域に時間的に定常的な干渉縞が形成されるのを抑制することが可能となる。

なお、上記の方法において、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとして、同一の発振器によって発振されたビームを分光したものを用いる場合であっても、両ビームにおける可干渉距離を考慮して、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームの光路差を調整すれば、干渉縞が形成されることを抑制することができる。

以上のような本発明によれば、予備加熱・溶断・徐冷を行う照射領域がそれぞれ連続することから、溶断の前後の予備加熱時および徐冷時に付与される熱エネルギーの損失を可及的に低減することができることから、ガラス板が熱衝撃で破損したり、ガラス板に熱的残留歪が生じる割合を確実に低減することが可能となる。

（ａ）は、本実施形態に係るガラス板切断装置を示す縦断正面図であって、（ｂ）は、そのレーザビームの照射領域を示す平面図である。 本実施形態に係るガラス板切断装置における徐冷用レーザビームの照射状態を示す斜視図である。 本実施形態に係るガラス板切断装置における徐冷用レーザビームの照射状態を示す斜視図である。 （ａ）は、本実施形態に係るガラス板切断装置における徐冷用レーザビームとして平行ビームを用いた場合の照射状態を説明するための概念図であり、（ｂ）は、本実施形態に係るガラス板切断装置における徐冷用レーザビームとして集光ビームを用い、その集光ビームをデフォーカス照射した場合の照射状態を説明するための概念図である。 （ａ）は、本実施形態に係るガラス板切断装置における溶断用レーザビームと徐冷用レーザビームのそれぞれの照射領域の位置関係を説明するための図であって、（ｂ）は、その位置関係の好ましい範囲を説明するための図である。 本実施形態に係るレーザビームの照射態様の変形例を示す斜視図である。 本実施形態に係るガラス板切断装置におけるレーザビームの照射態様の変形例を示す斜視図である。 本実施形態に係るガラス板切断装置の溶断対象となるガラス基板の変形例を示す縦断正面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下では、ガラス板は、厚み５００μｍ以下のフラットパネルディスプレイ用のガラス基板とするが、勿論これに限定されるものではない。例えば、太陽電池用、有機ＥＬ用、タッチパネル用、デジタルサイネージ用などあらゆる分野での薄板ガラスや、有機樹脂と積層される種々の用途の積層体などに適用が可能である。なお、ガラス板の厚みは、３００μｍ以下、特に２００μｍ以下であること好ましい。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、本発明の一実施形態に係るガラス板切断装置１は、平置き姿勢のガラス基板Ｇを、切断予定線ＣＬを境界として製品部Ｇａと非製品部Ｇｂに溶断分離するものであって、第１レーザ照射器２と、第２レーザ照射器３と、ガス噴射ノズル４とを備えている。

第１レーザ照射器２は、ガラス基板Ｇの切断予定線ＣＬの真上から溶断用レーザビームＬＢ１を略鉛直に照射する。この溶断用レーザビームＬＢ１によって、ガラス基板Ｇの切断予定線ＣＬの一部に溶断実行部となる第１照射領域ＳＰ１が形成される。この実施形態では、ガラス基板Ｇを図示しない搬送手段（例えば、ガラス基板Ｇを吸着保持する搬送ベルト）によって搬送方向（図中の矢印Ａ）に移動させることによって、照射領域ＳＰ１を切断予定線ＣＬに沿って走査し、ガラス基板Ｇを連続的に溶断分離する。この際、製品部Ｇａとなる側の溶断端面Ｇａ１と、非製品部Ｇｂとなる側の溶断端面Ｇｂ１の間には、溶断隙間Ｓが形成される。なお、このようにガラス基板Ｇのみを移動させる場合に限らず、第１レーザ照射器２、第２レーザ照射器３、及びガス噴射ノズル４を含む加工ユニットと、ガラス基板Ｇとの間に相対移動があれば、ガラス基板Ｇの溶断を行うことができる。例えば、ガラス基板Ｇを静止させた状態で、加工ユニットを移動させる構成であってもよい。

第２レーザ照射器３は、非製品部Ｇｂとなる側の上方から切断予定線ＣＬに向かって徐冷用レーザビームＬＢ２を斜めに照射する。この徐冷用レーザビームＬＢ２によって、ガラス基板Ｇの切断予定線ＣＬの一部に、徐冷実行部となる第２照射領域ＳＰ２が形成される。この第２照射領域ＳＰ２は、切断予定線ＣＬに沿って長尺な細長形状（例えば、楕円形状）の領域であって、第２照射領域ＳＰ２の寸法は、切断予定線ＣＬに沿う溶断進行方向（図中の矢印Ｂ）において、溶断用レーザビームＬＢ１の第１照射領域ＳＰ１の寸法よりも大きくなっている。そして、第２照射領域ＳＰ２が第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の前後に跨るように、第２照射領域ＳＰ２が第１照射領域ＳＰ１にオーバーラップしている。すなわち、第１照射領域ＳＰ１と第２照射領域ＳＰ２が互いに重なり部分を有する状態で、第２照射領域ＳＰ２が、第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の前後に食み出している。そのため、第２照射領域ＳＰ２でガラス基板Ｇを加熱すると、第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の前後に連続する領域で、ガラス基板Ｇが溶断温度（例えば、１３００〜３０００℃）よりも低い低温（例えば、１００〜１０００℃）で加熱されることになる。すなわち、第２照射領域ＳＰ２のうち、第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の前方側の領域ＳＰ２ａでガラス基板Ｇが予備加熱され、第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の後方側の領域ＳＰ２ｂでガラス基板Ｇが徐冷される。そして、ガラス基板Ｇを上述のように移動させることによって、第２照射領域ＳＰ２が切断予定線ＣＬに沿って走査され、ガラス基板Ｇに対して溶断の前後で予備加熱と徐冷が連続的に施される。

ガス噴射ノズル４は、第１照射領域ＳＰ１で発生する溶融異物を吹き飛ばすために、第１照射領域ＳＰ１に対して上方からアシストガスＡＧを噴射する。詳細には、ガラス基板Ｇの製品部Ｇａとなる側の上方位置にガス噴射ノズル４が配置されており、アシストガスＡＧが製品部Ｇａとなる側の上方位置から第１照射領域ＳＰ１に向かって斜めに噴射される。これにより、アシストガスＡＧによって溶融異物が非製品部Ｇｂ側へ吹き飛ばされ、製品部Ｇａの溶断端面Ｇａ１に溶融異物が付着して形状不良が生じる事態を抑制するようにしている。ここで、「溶融異物」は、ガラス基板Ｇの溶断時に発生するドロス等の異物を意味し、溶融状態にあるもの、固化状態にあるものの双方を含む。アシストガスＡＧとしては、例えば、酸素（又は空気）、水蒸気、二酸化炭素、窒素、アルゴンなどのガスを単独または混合した状態で用いられる。また、アシストガスＡＧは、熱風として噴射してもよい。なお、ガス噴射ノズル４のガラス基板Ｇの上方空間における配置位置は特に限定されるものではなく、例えば、切断予定線ＣＬの真上に配置し、溶断用レーザビームと共に、ガラス基板Ｇに対して略垂直にアシストガスＡＧを噴射するようにしてもよい。また、ガス噴射ノズル４をガラス基板Ｇの下方空間に配置して、ガラス基板Ｇの下方から溶融異物を吹き飛ばすようにしてもよい。これらアシストガスＡＧは、溶断を効率よく行うためのものであるが、適宜省略してもよい。

この実施形態では、第２レーザ照射器３は、図２に示すように、溶断未完了部Ｒ２の非製品部Ｇｂとなる側の上方位置に配置されている。この第２レーザ照射器３から出射される徐冷用レーザビームＬＢ２は、溶断未完了部Ｒ２側から溶断完了部Ｒ１側に移行するに連れてガラス基板Ｇに接近するように傾斜している。なお、徐冷用レーザビームＬＢ２は、溶断完了部Ｒ１側から溶断未完了部Ｒ２側に移行するに連れてガラス基板Ｇに接近するように傾斜させてもよい。すなわち、徐冷用レーザビームＬＢ２は、図中に示すような方位角θと極角φとを有している。そのため、図３に示すように、ガラス基板に投影された第２照射領域ＳＰ２は、楕円形状になる。この楕円形状の長軸の向きは、方位角θの大きさによって変化するが、溶断進行方向Ａの成分を有する。なお、勿論、θ＝π／２として、長軸の向きが溶断進行方向に沿うように、光軸に直交する断面を楕円形状に整形した第２レーザビームＬＢ２を照射するようにしてもよい。レーザビームの光軸に直交する断面を楕円形状に予め整形する方法としては、例えば、シリンドリカルレンズ等の光学部品や、スリット状の遮光マスクなどを用いることが挙げられる。

ここで、徐冷用レーザビームＬＢ２の方位角θと極角φは、次のような範囲であることが好ましい。すなわち、方位角θは、０≦θ≦πの範囲であることが好ましい。徐冷用レーザビームＬＢ２として平行ビームを採用した場合は、方位角θについて０≦θ≦π／２及びπ／２≦θ≦πのいずれの範囲においても照射の効果は同等であるが、集光ビームを採用し、デフォーカスで照射した場合には方位角θの適正範囲がある。つまり、集光点よりも下方位置でガラス基板Ｇにデフォーカス照射した場合には０≦θ≦π／２が適正範囲であり、逆に集光点よりも上方位置でガラス基板Ｇにデフォーカス照射した場合はπ/２≦θ≦πが適正範囲となる。一方、極角φは、図４（ａ）に示すように、徐冷用レーザビームＬＢ２として平行ビームを採用した場合には、次のような範囲を満足することが好ましい。すなわち、極角φは、徐冷用レーザビームＬＢ２のビーム径をｗ₂，ガラス基板Ｇの厚みをｔ，照射位置の調整量をｄとすると、０＜φ＜ｃｏｓ^-1［（ｔ＋ｗ₂）／｛２（ｓ＋ｔ＋ｄ）｝］の範囲を満足することが好ましい。また、極角φは、図４（ｂ）に示すように、徐冷用レーザビームＬＢ２として集光ビームを採用し、それをデフォーカスして照射した場合には、次のような範囲を満足することが好ましい。すなわち、極角φは、徐冷用レーザビームＬＢ２が非製品部Ｇｂと接した状態での接点でのビーム径をｗ₂，集光角をα，ガラス基板Ｇの厚みをｔ，照射位置の調整量をｄとすると、０＜φ＜ｃｏｓ^-1〔（ｔｃｏｓα＋ｗ₂）／｛２（ｓ＋ｔ＋ｄ）｝〕の範囲を満足することが好ましい。換言すれば、極角φは、製品部Ｇａの溶断端面Ｇａ１に近接して対向する非製品部Ｇｂの溶断端面Ｇｂ１近傍に干渉しないような角度範囲に設定することが好ましい。徐冷用レーザビームＬＢ２の照射位置は、徐冷前の製品部Ｇａの溶断端面Ｇａ１近傍に生じている引張応力の位置に応じて調整することが好ましく、その調整量ｄは、例えば−０．５ｔ≦ｄ≦２．５ｔの範囲で調整される。

なお、徐冷用レーザビームＬＢ２を、光軸に直交する断面が楕円形状になるように整形しておけば、傾斜角（極角φ）を大きくしなくても、全長の長い第２照射領域ＳＰ２を形成することができる。

次に、以上のように構成された本実施形態に係るガラス切断装置１の動作を説明する。

まず、図１（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス基板Ｇを搬送しながら、第１レーザ照射器２から溶断用レーザビームＬＢ１をガラス基板Ｇに照射する。これにより、ガラス基板Ｇを溶断する。この溶断用レーザビームＬＢ１の第１照射領域ＳＰ１には、ガス噴射ノズル４からアシストガスＡＧを噴射し、第１照射領域ＳＰ１から溶融異物を吹き飛ばす。

また、これと同時に、第２レーザ照射器３から徐冷用レーザビームＬＢ２をガラス基板Ｇに照射する。この徐冷用レーザビームＬＢ２の第２照射領域ＳＰ２は、溶断用レーザビームＬＢ１の第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の前後に跨るように、第１照射領域ＳＰ１とオーバーラップしている。このオーバーラップにより、第２照射領域ＳＰ２のうち、第１照射領域ＳＰ１の溶断進行方向の前方側の領域ＳＰ２ａでは予備加熱が行われ、それよりも溶断進行方向の後方側の領域ＳＰ２ｂでは徐冷が行われる。そのため、溶断の前後で、急激な温度上昇や急激な温度下降による破損、すなわち熱衝撃による破損や、熱的残留歪が発生するという事態を可及的に低減できる。特に、５００μｍ以下のガラス基板の場合、予備加熱・溶断・徐冷の各領域ＳＰ２ａ，ＳＰ１，ＳＰ２ｂが離れていると、温度上昇や温度下降が急激となる。そして、この予備加熱と徐冷の役割を担う第２照射領域ＳＰ２が、第１照射領域ＳＰ１にオーバーラップしているため、予備加熱・溶断・徐冷の各領域ＳＰ２ａ，ＳＰ１，ＳＰ２ｂが、溶断進行方向において簡単且つ確実に連続する。したがって、ガラス基板Ｇに対してこれら一連の熱処理が連続的に行われ、各熱処理領域ＳＰ２ａ，ＳＰ１，ＳＰ２ｂの間で熱エネルギーが不当に失われるという事態を回避することができる。換言すれば、ガラス基板Ｇに供給した熱エネルギーによって効率よく予備加熱と溶断を実行しながら、熱的残留歪を除去することが可能となる。

ここで、図５（ａ）に示すように、第２照射領域ＳＰ２の溶断進行方向と直交する方向の中心位置を通り、溶断進行方向に延びる線をＸ軸、このＸ軸と第２照射領域ＳＰ２の溶断進行方向の中心位置で直交する線をＹ軸、第２照射領域ＳＰ２のＸ軸方向寸法を２ａ２、第２照射領域ＳＰ２のＹ軸方向寸法を２ｂ₂、第１照射領域ＳＰ１のＸ軸方向寸法を２ａ₁、第１照射領域ＳＰ１のＹ軸方向寸法を２ｂ₁、第１照射領域ＳＰ１の中心座標を（ｘ，ｙ）とした場合に、第１照射領域ＳＰ１と第２照射領域ＳＰ２との間の好ましい関係は次のようになる。

すなわち、第１照射領域ＳＰ１と第２照射領域ＳＰ２のスポット径の間の関係は、ａ₁＜ａ₂、ｂ₁＜ｂ₂であるが、
５０ａ₁≦ａ₂
３０ｂ₁≦ｂ₂ ・・・（１）
であることが好ましい。また、第１照射領域ＳＰ１の中心座標（ｘ，ｙ）は、
−ａ₂／４≦ｘ＜ａ₂−ａ₁
−ｂ₂−ｂ₁＜ｙ≦ｂ₂／２ ・・・（２）
なる関係（図５（ｂ）のＡ１で示す領域）を満たすことが好ましく、
ａ₂／４≦ｘ≦３ａ₂／４
−ｂ₂／２≦ｙ≦０ ・・・（３）
なる関係（図５（ｂ）のＡ２で示す領域）を満たすことがより好ましい。

上記の（１）又は（２）を満足すれば、第１照射領域ＳＰ１と第２照射領域ＳＰ２との大小関係や位置関係が最適なものとなり、ガラス基板Ｇの製品部Ｇａにおける熱的残留歪の発生を確実に低減できる。また、（３）を満足すれば、第２照射領域ＳＰ２が、非製品
部Ｇｂ側よりも製品部Ｇａ側に偏って形成されると共に、第２照射領域ＳＰ２の溶断進行方向の中心位置（Ｙ軸の位置）よりも前方側で、第２照射領域ＳＰ２に対して第１照射領域ＳＰ１がオーバ−ラップする。このようにすれば、ガラス基板Ｇのうち、製品部Ｇａとなる側に対して、優先的に予備加熱処理や徐冷処理を施すことができるので、製品部Ｇａの熱的残留歪をより確実に低減することが可能となる。また、この場合、照射領域ＳＰ２のうち、徐冷を行う領域ＳＰ２ｂの溶断進行方向の寸法が、予備加熱を行う領域ＳＰ２ａの溶断進行方向の寸法よりも長くなる。熱的残留歪は、溶断後に急速に冷却されることにより生じるため、上述のように徐冷を行う領域を長くし、冷却速度を小さくした方が、熱的残留歪を除去する上では好ましい態様となる。

また、溶断用レーザビームと徐冷用レーザビームは、異なる発振器によって発振されたビームを用いることで、両者の波長を互いに相違させることが好ましい。このようにすれば、溶断用レーザビームと徐冷用レーザビームによって時間的に定常的な干渉縞が形成されることがなく、ガラス板に与えるエネルギー分布を十分に制御することが容易となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

上記の実施形態では、ガラス基板Ｇの切断予定線ＣＬの真上に第１レーザ照射器２を配置し、ガラス基板Ｇの非製品部Ｇｂの上方に第２レーザ照射器３を配置する場合を説明したが、第１レーザ照射器２や第２レーザ照射器３の配置態様はこれに限定されるものではない。例えば、図６に示すように、第１レーザ照射器２と第２レーザ照射器３とを、製品部Ｇａの上方位置に配置し、ミラー５，６等の光学部品によって、溶断用レーザビームＬＢ１及び徐冷用レーザビームＬＢ２を誘導するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、第１レーザ照射器２と、第２レーザ照射器３とを別々の光源で構成したが、図７に示すように、第１レーザ照射器２が、第２レーザ照射器３を兼ねるようにしてもよい。すなわち、第１レーザ照射器２から出射されたレーザビームＬＢをハーフミラー７等の光学部品によって、溶断用レーザビームＬＢ１と徐冷用レーザビームＬＢ２とに分岐させてもよい。この場合、徐冷用レーザビームＬＢ２は、ハーフミラー等の透過率（反射率）を調整することや、その光路上でＮＤフィルタ等によって減光することによってエネルギーを適宜調整した後に、ガラス基板Ｇに照射してもよい。また、溶断用レーザビームＬＢ１と徐冷用レーザビームＬＢ２における可干渉距離を考慮して、両ビームの光路差を調整することで、干渉縞が形成されることを抑制してもよい。

また、ガラス基板Ｇをオーバーフローダウンドロー法などで成形した場合、図８に示すように、ガラス基板Ｇの幅方向中央部の厚みよりも、ガラス基板Ｇの幅方向両端部の厚みが相対的に分厚くなる。そして、幅方向中央部が製品部Ｇａとされ、幅方向両端部が非製品部（耳部と称される）Ｇｂとされる。本発明に係る切断方法及び切断装置は、このようなガラス基板Ｇの耳部の除去に適用してもよい。

また、上記の実施形態では、ガラス基板Ｇを製品部Ｇａと非製品部Ｇｂに溶断分離する場合を説明したが、溶断分離される双方を製品部として利用する場合に適用してもよい。

本発明の実施例を説明する。この実施例では、溶断用レーザビーム（波長１０．６μｍ付近のＣＯ₂レーザ。以下に示す表中では出力１と表示。）をガラス基板に対して相対移動速度１０ｍｍ／ｓで走査して溶断を行った際の残留歪を１０とした場合に、この残留歪がどの程度改善するかを検査した。残留歪が１０の場合、ガラス基板に反りなどの変形が生じたり、ハンドリング時や加工工程において破損を引き起こすおそれがある。残留歪は３以下であることが好ましい。また、上記の残留歪の検査と合わせて、溶断時にガラス基板が熱衝撃によって破損するか否かも検査した。熱衝撃による破損は、溶断時にガラス基板が急激に加熱された場合に生じ得ると考えられる。

詳細には、それぞれ異なる発振器によって発振された溶断用レーザビームと徐冷用レーザビーム（波長１０．６μｍ付近のＣＯ₂レーザ。以下に示す表中では出力２と表示。）のそれぞれの照射領域の相対位置を変化させたり、徐冷用レーザビームの照射領域の大きさを変化させることで、上記の残留歪や熱衝撃による破損がどの程度改善するかを評価した。その結果を表１〜３に示す。なお、以下に示す表中のａ₁，ｂ₁，ａ₂，ｂ₂，ｘ，ｙの符号は、図５（ｂ）に準拠するものとする。また、以下に示す表中の出力１および出力２は、ガラス基板表面におけるそれぞれのレーザビームのエネルギーを表している。

以上の表１によれば、比較例である試料Ｎｏ．１では、薄板ガラスに対して、予備加熱も徐冷も施されないため、残留歪が１０となり、しかも熱衝撃による割れが生じるに至った。これに対し、実施例である試料Ｎｏ．２〜９では、第２照射領域（徐冷用レーザビームの照射領域）が第１照射領域（溶断用レーザビームの照射領域）の前後に跨るようにオーバーラップすることから、薄板ガラスを溶断する前後で予備加熱と徐冷が施されるため、残留歪がいずれも改善され、熱衝撃による割れも発生しなかった。特に、試料Ｎｏ．２，７〜９のように、ａ₂／ａ₁≧５０、且つ、ｂ₂／ｂ₁≧３０となる範囲では、残留歪が１となる極めて良好な結果を得た。

以上の表２によれば、比較例である試料Ｎｏ．１０では、第２照射領域が第１照射領域の溶断進行方向前方側にのみ食み出した状態であるため、薄板ガラスに対して溶断後に徐冷が施されず、残留歪に改善が見られなかった。また、比較例である試料Ｎｏ．２０では、第２照射領域が第１照射領域の溶断進行方向後方側にのみ食み出した状態であるため、薄板ガラスに対して溶断前に予備加熱が施されず、熱衝撃による割れが生じるに至った。これに対し、実施例である試料Ｎｏ．１１〜１９では、第２照射領域が第１照射領域と重なり部分を有する状態で溶断進行方向の前後に食み出していることから、薄板ガラスを溶断する前後で予備加熱と徐冷が施されるため、残留歪がいずれも改善され、熱衝撃による割れも改善する結果となった。

以上の表３によれば、比較例である試料Ｎｏ．２１では、第２照射領域が第１照射領域と重なることなく、薄板ガラスの製品部となる側にずれていることから、第２照射領域による熱エネルギーが第１照射領域に作用せず、残留歪も熱衝撃による割れも改善しないという結果を得た。また、比較例である試料Ｎｏ．３１では、第２照射領域が第１照射領域と重なることなく、薄板ガラスの非製品部となる側にずれていることから、第２照射領域による熱エネルギーが第１照射領域に作用せず、同様に、残留歪も熱衝撃による割れも改善しないという結果を得た。これに対し、実施例である試料Ｎｏ．２２〜３０では、第２照射領域が第１照射領域の溶断進行方向の前後に食み出した状態で、溶断進行方向と直交する幅方向に重なり部分を有することから、薄板ガラスの溶断部に予備加熱と徐冷の効果が作用し、残留歪がいずれも改善され、熱衝撃による割れも生じないという結果を得た。

特に、表２及び表３によれば、試料Ｎｏ．１２〜１９及び試料Ｎｏ．２２〜３０のように、−ａ₂／４≦ｘ＜ａ₂−ａ₁、且つ、−ｂ₂−ｂ₁＜ｙ≦ｂ₂／２となる範囲では、熱衝撃による割れが改善すると共に残留歪が３以下となる良好な結果を得ていることが確認できる。この中でも、試料Ｎｏ．１５〜１７及び試料Ｎｏ．２５〜２６のように、１／４≦ｘ／ａ₂≦３／４、且つ、−１／２≦ｙ／ｂ₂≦０となる範囲では、熱衝撃による割れが全くなく、残留歪が１以下となる極めて良好な結果を得ていることが確認できる。

１ ガラス板切断装置
２ 第１レーザ照射器
３ 第２レーザ照射器
４ ガス噴射ノズル
ＡＧ アシストガス
ＣＬ 切断予定線
Ｇ ガラス基板
Ｇａ 製品部
Ｇａ１ 溶断端面
Ｇｂ 非製品部
ＬＢ１ 溶断用レーザビーム
ＬＢ２ 徐冷用レーザビーム
ＳＰ１ 第１照射領域（溶断実行部）
ＳＰ２ 第２照射領域
ＳＰ２ａ 予備加熱領域
ＳＰ２ｂ 徐冷領域
Ｓ 溶断隙間
Ｒ１ 溶断完了部
Ｒ２ 溶断未完了部
θ 徐冷用レーザビームの方位角
φ 徐冷用レーザビームの極角

Claims (7)

1. ガラス板の切断予定線に沿って溶断用レーザビーム及び徐冷用レーザビームを照射し、前記切断予定線を境界として、前記ガラス板を製品部と非製品部に溶断分離するガラス板切断方法であって、
   前記切断予定線に沿う溶断進行方向で、前記徐冷用レーザビームの照射領域の寸法を前記溶断用レーザビームの照射領域の寸法よりも大きくし、且つ、
   前記徐冷用レーザビームの照射領域が、前記溶断用レーザビームの照射領域の前記溶断進行方向の前後に跨るように、前記徐冷用レーザビームの照射領域を前記溶断用レーザビームの照射領域にオーバーラップさせると共に、
   前記徐冷用レーザビームの照射領域を前記非製品部となる側よりも前記製品部となる側に偏って形成したことを特徴とするガラス板切断方法。
2. 前記溶断用レーザビームの照射領域が、前記溶断進行方向における前記徐冷用レーザビームの照射領域の中心位置よりも前記溶断進行方向の前方側で、前記徐冷用レーザビームの照射領域とオーバーラップすることを特徴とする請求項１に記載のガラス板切断方法。
3. ガラス板の切断予定線に沿って溶断用レーザビーム及び徐冷用レーザビームを照射し、前記切断予定線を境界として、前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、
   前記切断予定線に沿う溶断進行方向で、前記徐冷用レーザビームの照射領域の寸法を前記溶断用レーザビームの照射領域の寸法よりも大きくし、且つ、
   前記徐冷用レーザビームの照射領域が、前記溶断用レーザビームの照射領域の前記溶断進行方向の前後に跨るように、前記徐冷用レーザビームの照射領域を前記溶断用レーザビームの照射領域にオーバーラップさせると共に、
   前記溶断用レーザビームの照射領域を、前記溶断進行方向における前記徐冷用レーザビームの照射領域の中心位置よりも前記溶断進行方向の前方側で、前記徐冷用レーザビームの照射領域とオーバーラップさせたことを特徴とするガラス板切断方法。
4. 前記徐冷用レーザビームの照射領域が、前記溶断進行方向に長尺な細長形状をなすことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板切断方法。
5. 前記徐冷用レーザビームが、前記ガラス基板の表面に対して傾斜する方向から照射されることを特徴とする請求項４に記載のガラス板切断方法。
6. 前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとは、互いに波長が相違することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス板切断方法。
7. 前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとが、互いに異なる発振器によって発振されたビームであることを特徴とする請求項６に記載のガラス板切断方法。

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