JPWO2012172960A1 - ガラス板の切断方法 - Google Patents

Abstract

ガラス板１０の表面１２にレーザ光２０を照射して、ガラス板１０にクラック３０を形成する工程を有するガラス板の切断方法において、レーザ光２０は、５０００〜１１０００ｎｍの波長を有し、ガラス板１０の表面１２で線状ビーム２２となり、線状ビーム２２は、切断方向に沿う形状に形成され、切断方向に沿って１０ｍｍ以上の長さ、および２ｍｍ以下の幅を有し、且つ、切断予定線に沿って略均一の強度分布を有し、上記工程において、ガラス板１０の表面１２における線状ビーム２２の位置が所定時間固定され、且つ、線状ビーム２２の少なくとも一端部がガラス板１０の外周部１６にあることを特徴とする。

Description

本発明は、ガラス板の切断方法に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡなどの携帯機器において、ディスプレイ（タッチパネルを含む）の保護や美観などを高めるため、カバーガラス（保護ガラス）を用いることが多くなっている。また、ディスプレイの基板として、ガラス基板が広く用いられている。

一方、携帯機器の薄型化・軽量化が進行しており、携帯機器に用いられるガラス板の薄板化が進行している。ガラス板が薄くなると強度が低くなるので、ガラス板の強度不足を補うため、表面や裏面を強化した強化ガラスが開発されている。強化ガラスは、自動車用窓ガラスや建築用窓ガラスとしても用いられている。

強化ガラスとしては、風冷強化ガラス、化学強化ガラスなどがある。強化ガラスは、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を有し、表面層と裏面層との間に、引張応力が残留する中間層を有する。

強化ガラスを製造する場合、製品サイズのガラス板を１枚ずつ強化処理するよりも、製品サイズよりも大型のガラス板を強化処理した後、切断して多面取りすることが効率的である。

そこで、強化ガラスの切断方法として、強化ガラスの表面にレーザ光を照射し、照射位置を連続的に移動させることで、熱応力でクラックを連続的に形成して切断を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２４７７３２号公報

ところで、上記の特許文献１に記載の切断方法では、レーザ光源として炭酸ガスレーザが用いられるので、レーザ光に対する強化ガラスの吸収係数が高く、加熱効率が良い反面、強化ガラスの表面温度が内部温度に比べて高くなりやすい。加えて、レーザ光の照射位置を連続的に移動させるので、レーザ光の照射位置において、強化ガラスの表面温度を瞬間的に上げる必要があった。

強化ガラスの表面が瞬間的に加熱されると、強化ガラスの内部に過大な引張応力が瞬間的に生じ、クラックがレーザ光の照射位置を越えて意図しない方向に急激に伸展することがあった。例えば、意図しない位置で強化ガラスが切断されたり、強化ガラスが切断されずに粉砕されたりした。この傾向は、強化ガラスの内部に残留する引張応力が高くなるほど顕著であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ガラス板の表面で熱が吸収される炭酸ガスレーザなどであっても、強化ガラスを良好に切断できるガラス板の切断方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明は、
ガラス板の表面にレーザ光を照射して、前記ガラス板にクラックを形成する第１の工程を有するガラス板の切断方法において、
前記レーザ光は、５０００〜１１０００ｎｍの波長を有し、前記ガラス板の表面で線状ビームであり、
該線状ビームは、切断予定線に沿う形状に形成され、切断予定線に沿って１０ｍｍ以上の長さ、および３ｍｍ以下の幅を有し、且つ、切断予定線に沿って略均一の強度分布を有し、
前記第１の工程において、前記ガラス板の表面における前記線状ビームの位置が所定時間固定され、且つ、前記線状ビームの少なくとも一端部が前記ガラス板の外周部にあることを特徴とするガラス板の切断方法を提供する。

本発明によれば、ガラス板の表面で熱が吸収されるレーザであっても、強化ガラスを良好に切断できるガラス板の切断方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るガラス板の切断方法の説明図（１） 本発明の一実施形態に係るガラス板の切断方法の説明図（２） 本発明の一実施形態に係るガラス板の切断方法の説明図（３） 本発明の一実施形態に係るガラス板の切断方法の説明図（４） 強化ガラスであるガラス板の残留応力の厚さ方向分布を示す模式図 レーザ光源と、ガラス板の表面との間に設けられる光学系の説明図（１） レーザ光源と、ガラス板の表面との間に設けられる光学系の説明図（２） 図７のＡ−Ａ線に沿った位置でのレーザ光の強度分布図 図７のＢ−Ｂ線に沿った位置でのレーザ光の強度分布図 図７のＣ−Ｃ線に沿った位置でのレーザ光の強度分布図 レーザ光源と、ガラス板の表面との間に設けられる光学系の説明図（３） レーザ光源と、ガラス板の表面との間に設けられる光学系の説明図（４）

図１〜図４は、本発明の一実施形態に係るガラス板の切断方法の説明図である。図３において、図１のレーザ光の状態を２点鎖線で示す。

本実施形態のガラス板１０としては、強化ガラスが用いられる。強化ガラスは、風冷強化ガラス、または化学強化ガラスであって良い。

風冷強化ガラスは、軟化点付近の温度のガラス板を表面および裏面から急冷し、ガラス板の表面および裏面と内部との間に温度差をつけることで、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を形成したものである。

化学強化ガラスは、ガラス板の表面および裏面をイオン交換して、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を形成したものである。イオン交換は、ガラス板に含まれる小さなイオン半径のイオン（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン）を、大きなイオン半径のイオン（例えば、Ｋイオン）に置換して行われる。イオン交換用の処理液としては、特に限定されないが、例えばＫＮＯ_３溶融塩などが用いられる。

強化ガラスでは、圧縮応力が残留する表面層および裏面層が形成されるので、その反作用で、表面層と裏面層との間には、引張応力が残留する中間層が形成される。

図５は、強化ガラスであるガラス板１０の残留応力の厚さ方向分布を示す模式図である。図５に示すように、表面層や裏面層に残留する圧縮応力は、表面１２（図１参照）および裏面１４（図１参照）から内部に向けて徐々に小さくなる傾向にある。また、中間層に残留する引張応力は、ほぼ一定である。

図５において、Ｓ１は表面層の最大残留圧縮応力、Ｓ２は裏面層の最大残留圧縮応力、Ｄ１は表面層の厚さ、Ｄ２は裏面層の厚さ、Ｄはガラス板１０の厚さ、Ｔは中間層の平均残留引張応力をそれぞれ示す。Ｓ１、Ｓ２（Ｓ２＝Ｓ１）、Ｄ１、Ｄ２（Ｄ２＝Ｄ１）、Ｔは、強化処理条件で調節可能である。また、Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２は市販の表面応力計などで測定可能であり、その測定結果およびＤを下記の式（１）に代入して、Ｔを算出できる。
Ｔ＝（Ｓ１×Ｄ１／２＋Ｓ２×Ｄ２／２）／（Ｄ−Ｄ１−Ｄ２）・・・（１）
Ｄはマイクロゲージなどで測定したデータを用いる。

なお、本実施形態の表面層と裏面層は、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを有するが、異なる最大残留引張応力、異なる厚さを有しても良い。

なお、本実施形態では、ガラス板１０として、強化ガラスを用いたが、強化処理を施していない非強化ガラス（Ｔ＝０）を用いても良い。

ガラス板１０の成形方法としては、フロート法、フュージョンダウンドロー法、スリットダウンドロー法、リドロー法などがある。

ガラス板１０の厚さは、用途などに応じて適宜設定される。例えば、用途がディスプレイ用の基板の場合、ガラス板１０の厚さは３０〜１０００μｍである。また、用途がディスプレイ用のカバーガラスの場合、ガラス板１０の厚さは１００〜３０００μｍである。

ガラス板１０の表面１２には、切断予定線に沿ってスクライブ線（溝線）が予め形成されていない。スクライブ線が予め形成されても良いが、この場合、工程数が増える。また、スクライブ線が予め形成されると、ガラス板が欠けることがある。

「切断予定線」とは、ガラス板１０の表面１２における切断箇所となる予定の仮想線のことである。切断予定線Ａは、目的に応じた形状に設定され、直線状や曲線状などに設定される。

切断予定線Ａの始点および終点は、ガラス板１０の外周部１６と交わってよい。また、切断予定線Ａの始点と終点はガラス板１０の外周部１６の内側にあっても良い。また、切断予定線Ａの終点が同じ切断予定線Ａの途中と交わってもよい。この場合、例えば、切断予定線Ａは、Ｐ字状であっても良い。また、切り込みや初期クラック等を切断予定線Ａの始点としても良い。

ガラス板１０の外周部１６には、外周部１６の状態に合わせて、切断の起点となる初期クラックを予め形成しても良い。初期クラックを予め形成する場合としては、例えば、外周部１６が強化されている場合や、外周部１６にマイクロクラックなどの微細な凹凸がない場合などが挙げられる。

初期クラックは、切断予定線Ａの始点近傍に形成できる。初期クラックは、一般的な方法で形成され、例えばカッタやヤスリ、レーザなどで形成しうる。

ガラス板１０の切断方法は、図１〜図２に示すように、ガラス板１０の表面１２にレーザ光２０を照射して、ガラス板１０にクラック３０（図２参照）を形成する第１の工程を有する。

レーザ光２０は、ガラス板１０を徐冷点以下の温度に加熱し、熱応力でクラック３０を生じさせる。クラック３０は、ガラス板１０を表面１２から裏面１４まで貫通する。ガラス板１０の加熱温度を徐冷点以下の温度に設定するのは、ガラス板１０の粘性流動を防止するためである。

レーザ光２０は、５０００〜１１０００ｎｍの波長を有する。波長が５０００ｎｍ以上であるので、レーザ光２０の大部分がガラス板１０の表面１２で熱として吸収され、加熱効率が良い。レーザ光２０の波長が１１０００ｎｍを超える実用的なレーザ光源がない。レーザ光２０の波長は、好ましくは５３００〜１０８００ｎｍ、より好ましくは９２００〜１０６００ｎｍである。

レーザ光２０をガラス板１０の表面１２で線状ビーム２２とする。レーザ光２０を線状ビーム２２とするために、後述の光学系を用いてもよい。

線状ビーム２２は、切断予定線Ａに沿う形状に形成される。例えば、線状ビーム２２は、図１に示すように、直線状に形成されている。なお、線状ビーム２２の形状は、曲線状であっても良く、特に限定されない。

線状ビーム２２は、切断予定線Ａに沿って１０ｍｍ以上の長さＬ（図１参照）、および３ｍｍ以下の幅Ｗ（図１参照）を有する。

長さＬが１０ｍｍ以上であるので、線状ビーム２２に対して左右対称な熱応力が生じる。長さＬは、好ましくは１５ｍｍ以上、より好ましくは２０ｍｍ以上である。なお、長さＬは、切断予定線Ａの長さ以下に設定される。

幅Ｗが３ｍｍ以下であるので、線状ビーム２２と直交する方向に適切な温度勾配が生じる。幅Ｗは、好ましくは２．５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下である。幅Ｗの下限値は、特に限定されないが、０．５ｍｍであって良い。

線状ビーム２２は、切断予定線Ａに沿って略均一の強度分布（エネルギー密度分布）を有する。本発明の略均一の強度分布とは、線状ビーム２２の両端部２２ａ、２２ｂにおける強度（エネルギー密度）の変化が急峻な分布または不連続な分布であって、線状ビーム２２の中央部における強度が略均一な分布を意味する。より詳細には、線状ビーム２２の中心から両端までの距離をＢ（Ｂ＝１／２Ｌ）とし、線状ビーム２２中の最高強度をＣとすると、線状ビーム２２の中心から両端に向けて０．８×Ｂ以内の領域における強度が０．６×Ｃ〜１．０×Ｃの範囲内にある分布を意味する。好ましくは、０．８×Ｃ〜１．０×Ｃの範囲内である。

なお、線状ビーム２２は、切断予定線Ａと直交する方向に、略均一の強度分布を有しても良いし、略均一の強度分布を有さなくても良い。

ガラス板１０の切断方法は、図３〜図４に示すように、線状ビーム２２の位置を変えて所定時間固定し、ガラス板１０に新たなクラック３２を形成する第２の工程をさらに有しても良い。

線状ビーム２２は、ガラス板１０を徐冷点以下の温度に加熱し、熱応力で新たなクラック３２を生じさせる。クラック３２は、ガラス板１０を表面１２から裏面１４まで貫通する。ガラス板１０の加熱温度を徐冷点以下の温度に設定するのは、ガラス板１０の粘性流動を防止するためである。

第２の工程は、大面積のガラス板１０の切断に有効であり、第１の工程の後に、複数回繰り返し行われても良い。

第２の工程において、線状ビーム２２の寸法形状（長さＬ、幅Ｗを含む）は、上記条件を満たしていれば良く、第１の工程と第２の工程とで、変更されても良い。また、第２の工程が複数回繰り返し行われる場合、第２の工程の途中で、線状ビーム２２の寸法形状が変更されても良い。

次に、図１〜図４を再度参照して、大面積のガラス板１０の切断方法について説明する。

先ず、レーザ光源とガラス板１０の位置合わせが行われる。次いで、レーザ光源の出力が所定値まで上昇し、レーザ光２０がガラス板１０の表面１２に照射され、表面１２で線状ビーム２２となる。線状ビーム２２は、切断予定線Ａに沿う形状に形成されている。

図１に示すように、第１の工程において、線状ビーム２２の一端部（後端部）２２ａは、ガラス板１０の外周部１６にある。ガラス板１０の外周部１６は、外方に解放されている自由端部であるので、容易に熱膨張できる。一方、線状ビーム２２の他端部（前端部）２２ｂは、ガラス板１０の外周部１６よりも内方の位置にある。

線状ビーム２２の位置は所定時間固定されるので、該位置において、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなる。このとき、線状ビーム２２の他端部２２ｂでは、ガラス板１０の熱膨張が妨げられ、ガラス板１０の圧縮応力が徐々に大きくなる。一方、線状ビーム２２の一端部２２ａでは、ガラス板１０が容易に熱膨張できるので、ガラス板１０の引張応力が徐々に大きくなる。

また、線状ビーム２２の一端部２２ａに冷媒を噴射してガラス板の端部を冷却してもよい。ガラス板の端部を冷却することにより、端部に生じる引張応力を増大させることができる。なお、冷媒は、空気やミストを用いることができるが、これに限定されない。

ガラス板１０の端部に生じる引張応力が閾値を超えると、図２に示すように、ガラス板１０の外周部１６から内方に向けてクラック３０が瞬間的に生じる。このクラック３０は、線状ビーム２２の他端部２２ｂの位置を越えない。線状ビーム２２の他端部２２ｂの位置には、圧縮応力が生じるからである。

また、線状ビーム２２の位置では、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなるので、ガラス板１０の表面膨張が生じる。その影響で、線状ビーム２２の直下において、ガラス板１０の内部引張応力が徐々に大きくなる。この内部引張応力は、クラック３０が生じる前に、ある程度大きくなる。

線状ビーム２２は、切断予定線Ａに沿って略均一の強度分布（略均一な強度分布）を有するので、内部引張応力の分布が切断予定線Ａに沿って略均一に形成される。よって、クラック３０の伸展方向を線状ビーム２２に沿う方向に誘導することができ、クラック３０が線状ビーム２２の位置から外れるのを防止することができる。

このように、本実施形態では、第１の工程において、線状ビーム２２の位置が所定時間固定されているので、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなる。よって、線状ビーム２２の他端部２２ｂの位置をクラック３０が越えるのを防止することができる。

加えて、本実施形態では、第１の工程において、線状ビーム２２の強度分布が切断予定線Ａに沿って略均一であるので、クラック３０が線状ビーム２２の位置から外れるのを防止することができる。

なお、第１の工程において、線状ビーム２２の位置を固定する時間は、ガラス板１０の種類、板厚、線状ビーム２２の強度、後述の光学系の種類などに応じて設定される。

その後、線状ビーム２２の位置を変える。線状ビーム２２の位置の変更は、レーザ光源に対するガラス板１０の相対的な移動によって実現される。ガラス板１０側が移動しても良いし、レーザ光源側が移動しても良く、両側が移動しても良い。

線状ビーム２２の位置が変わる間、レーザ光源の出力は、ガラス板１０に新たなクラック３２（図４参照）が生じない値に設定され、例えば０(Ｗ)に設定される。なお、移動時間が短ければ、レーザ光源の出力を変更しなくとも良い。

線状ビーム２２の位置が変わる前後で、線状ビーム２２の寸法形状（長さＬ、幅Ｗを含む）は、上述の如く、変化しても良い。線状ビーム２２の寸法形状の変更は、切断予定線Ａが直線状部分と曲線状部分の両方を含む場合などに有効である。

図３に示すように、第２の工程において、線状ビーム２２の一端部２２ａは、前回形成されたクラック３０の先端３０ｂまたは先端３０ｂ近傍にある。「先端または先端近傍」とは、先端から５ｍｍ以内の部分を意味する。なお、線状ビーム２２の一端部２２ａは、上記の範囲内にある限り、クラック３０の先端３０ｂから離れていても良い。

クラック３０の先端３０ｂにおいてガラス板１０が後方に解放されているので、クラック３０の先端３０ｂまたは先端３０ｂ近傍においてガラス板１０が容易に熱膨張できる。一方、線状ビーム２２の他端部２２ｂは、クラック３０の先端３０ｂおよびガラス板１０の外周部１６から離れている。

第２の工程において、線状ビーム２２の位置は所定時間固定されるので、該位置において、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなる。このとき、線状ビーム２２の他端部２２ｂでは、ガラス板１０の熱膨張が妨げられ、ガラス板１０の圧縮応力が徐々に大きくなる。一方、線状ビーム２２の一端部２２ａでは、ガラス板１０が容易に熱膨張できるので、ガラス板１０の引張応力が徐々に大きくなる。

また、線状ビーム２２の一端部２２ａに冷媒を噴射して前回形成されたクラックの先端または先端近傍のガラス板の端部を冷却してもよい。ガラス板の端部を冷却することにより、端部に生じる引張応力を増大させることができる。なお、冷媒は、空気やミストを用いることができるが、これに限定されない。

ガラス板１０の端部に生じる引張応力が閾値を超えると、図４に示すように、クラック３０の先端３０ｂから新たなクラック３２が瞬間的に生じる。このクラック３２は、線状ビーム２２の他端部２２ｂの位置を越えない。線状ビーム２２の他端部２２ｂの位置には、圧縮応力が生じるからである。

線状ビーム２２の位置では、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなるので、ガラス板１０の表面膨張が生じる。その影響で、線状ビーム２２の直下において、ガラス板１０の内部引張応力が徐々に大きくなる。この内部引張応力は、クラック３２が生じる前に、ある程度大きくなる。

線状ビーム２２の強度分布が切断予定線Ａに沿って略均一な形状であるので、内部引張応力の分布が切断予定線Ａに沿って略均一に形成される。よって、クラック３２の伸展方向を線状ビーム２２に沿う方向に誘導することができ、クラック３２が線状ビーム２２の位置から外れるのを防止することができる。

第２の工程において、前回形成されたクラック３０と、今回形成されるクラック３２とが連続的につながるように、線状ビーム２２の位置が変わる前後で、変更前の線状ビーム２２の他端部２２ｂの位置と、変更後の線状ビーム２２の一端部２２ａの位置とが接するか、重なることが好ましく、図３に示すように、重なることがより好ましい。これによって、切断面に段差が生じるのを防止することができる。

変更前の線状ビーム２２の位置と、変更後の線状ビーム２２の位置とが、切断予定線Ａに沿って重なる長さＸ（図３参照）は、線状ビーム２２の長さＬなどに応じて適宜設定されるが、２〜５ｍｍであることが好ましい。

なお、第２の工程において、線状ビーム２２の位置を固定する時間は、ガラス板１０の種類、線状ビーム２２の強度、後述の光学系の種類などに応じて設定される。

なお、第２の工程において、線状ビーム２２の他端部２２ｂが、ガラス板１０の外周部１６にある場合、線状ビーム２２の両端部２２ａ、２２ｂにおいて、ガラス板１０が容易に熱膨張できるので、ガラス板１０の引張応力が徐々に大きくなる。ガラス板１０の引張応力が閾値を超えると、線状ビーム２２の両端部２２ａ、２２ｂの一方から他方まで瞬間的にクラック３２が形成される。

次に、小面積のガラス板１０の切断方法について説明する。以下、切断予定線Ａの始点および終点がガラス板１０の外周部１６にあり、線状ビーム２２の両端部２２ａ、２２ｂがガラス板１０の外周部１６にある場合について説明するが、切断予定線の終点が切断予定線の途中と交わる場合も同様である。

線状ビーム２２の位置では、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなる。このとき、線状ビーム２２の両端部２２ａ、２２ｂの位置では、ガラス板１０が容易に熱膨張できるので、ガラス板１０の端部に生じる引張応力が徐々に大きくなる。ガラス板１０の引張応力が閾値を超えると、ガラス板１０の外周部１６からクラック３０が生じる。このクラック３０は、線状ビーム２２の両端部２２ａ、２２ｂの一方から他方まで瞬間的に形成される。

また、線状ビーム２２の位置では、ガラス板１０の表面温度が徐々に高くなるので、ガラス板１０の表面膨張が生じる。その影響で、線状ビーム２２の直下において、ガラス板１０の内部引張応力が徐々に大きくなる。この内部引張応力は、クラック３０が生じる前に、ある程度大きくなる。

本実施形態では、線状ビーム２２の強度分布が切断予定線Ａに沿って略均一な形状であるので、内部引張応力の分布が切断予定線Ａに沿って略均一に形成される。よって、クラック３０の伸展方向を線状ビーム２２に沿う方向に誘導することができ、クラック３０が線状ビーム２２の位置から外れるのを防止することができる。

図６〜図７、図１１〜図１２は、レーザ光源と、ガラス板の表面との間に設けられる光学系の説明図である。図８は図７のＡ−Ａ線に沿った位置でのレーザ光の強度分布図、図９は図７のＢ−Ｂ線に沿った位置でのレーザ光の強度分布図、図１０は図７のＣ−Ｃ線に沿った位置でのレーザ光の強度分布図である。

図６〜図７、図１１〜図１２に示す光学系４０〜４０Ｃは、それぞれ、レーザ光源が出射したレーザ光２０をガラス板１０の表面１２において線状ビーム２２とする。

図６に示す光学系４０は、ホモジナイザ４２と、シリンドリカルレンズ４４とを有する。ホモジナイザ４２は、レーザ光源が出射したレーザ光２０を通過させて、レーザ光２０の強度分布をガウス分布からトップハット分布にする。シリンドリカルレンズ４４は、ホモジナイザ４２を通過したレーザ光を所定方向（図６中、紙面と直交する方向）に集束して、ガラス板１０の表面１２に、線状ビーム２２を結像する。線状ビーム２２は、例えば直線状に形成され、長手方向に略均一の強度分布を有する。

図７に示す光学系４０Ａは、プリズム４２Ａと、シリンドリカルレンズ４４Ａとを有する。プリズム４２Ａは、レーザ光源が出射したレーザ光２０を通過させて、レーザ光２０を２つに分割すると共に、分割された２つの光がガラス板１０の表面１２で互いに重なり合うように、光路方向を変更する。シリドリカルレンズ４４Ａは、プリズム４２Ａで分割された２つの光を、それぞれ所定方向（図７中、紙面と直交する方向）に集束して、ガラス板１０の表面１２に、線状ビーム２２を結像する。線状ビーム２２は、例えば直線状に形成され、長手方向に略均一の強度分布を有する。

図７に示す光学系４０Ａでは、レーザ光２０の強度分布は、図８〜図１０に示すように変化する。レーザ光２０の強度分布は、プリズム４２Ａを通過することで、図８に示すガウス分布から、図９に実線で示す分布に変わる。図９に実線で示す分布は、図９に点線で示すガウス分布の左半分と右半分を一部重ねた分布である。ガウス分布の左半分と右半分は、図１０に点線で示すように、ガラス板１０の表面１２で重なり合い、ガラス板１０の表面１２においてレーザ光の強度分布は図１０に実線で示す略均一の分布となる。

図１１に示す光学系４０Ｂは、ポリゴンミラー４２Ｂと、ｆθレンズ４４Ｂとを有する。ポリゴンミラー４２Ｂは、レーザ光源が出射したレーザ光２０を反射する。ｆθレンズ４４Ｂは、ポリゴンミラー４２Ｂで反射されたレーザ光を通過させて、ガラス板１０の表面１２にスポットビームを結像する。

スポットビームは、例えば円状に形成されており、１〜３ｍｍの直径を有する。スポットビームの強度分布はガウス分布でもトップハット分布でも良い。スポットビームは、ポリゴンミラー４２Ｂの回転によって、切断予定線Ａ上の所定の２点間で複数回走査され、走査方向に略均一の強度分布を有する線状ビーム２２となる。スポットビームの走査速度は、例えば１００〜１００００ｍｍ／ｓｅｃである。スポットビームの走査回数は、例えば１０〜１０００回である。

図１２に示す光学系４０Ｃは、ガルバノミラー４２Ｃと、ｆθレンズ４４Ｃとを有する。ガルバノミラー４２Ｃは、レーザ光源が出射したレーザ光２０を反射する。ｆθレンズ４４Ｃは、ガルバノミラー４２Ｃで反射されたレーザ光を通過させて、ガラス板１０の表面１２にスポットビームを結像する。

スポットビームは、例えば円状に形成されており、１〜３ｍｍの直径を有する。スポットビームの強度分布はガウス分布でもトップハット分布でも良い。スポットビームは、ガルバノミラー４２Ｃの揺動によって、切断予定線Ａ上の所定の２点間で複数回走査され、走査方向に略均一の強度分布を有する線状ビーム２２となる。スポットビームの走査速度は、例えば１００〜１００００ｍｍ／ｓｅｃである。スポットビームの走査回数は、例えば１０〜１０００回である。

ガルバノスキャナは、光学系４０Ｃと、ガルバノミラー４２Ｃを揺動させるモータとで構成される。ガルバノスキャナは、ガルバノミラー４２Ｃを複数有しても良い。この場合、スポットビームを２次元走査することが可能であり、線状ビーム２２の形状を変形することが可能である。

図６〜図７、図１１〜図１２に示す光学系４０〜４０Ｃは、レーザ光源の種類や切断予定線Ａの構成などに応じて使い分けられる。例えば、レーザ光源の種類がレーザ光２０を断続発振するパルスレーザの場合、線状ビーム２２の強度分布を切断予定線Ａに沿って略均一とするため、光学系４０（図６参照）、または光学系４０Ａ（図７参照）が好適に用いられる。また、切断予定線が直線状部分と曲線状部分とを含む場合、線状ビーム２２の形状を変形するため、スポットビームを２次元走査可能なガルバノスキャナが好適に用いられる。

［例１〜例１１］
（試験板）
例１〜例４では、切断用の試験板として、ソーダライムガラスを用意した。例１〜例４の試験板の組成は同じであった。例１〜例４の試験板の厚さは表１に示す通りであった。

例５〜例１１では、切断用の試験板として、化学強化ガラスを用意した。例５〜例１１の試験板の化学強化前の組成は同じであった。例５〜例１１の試験板の厚さは表１に示す通りであった。

化学強化ガラスの中間層の平均残留引張応力は、表面応力計（折原製作所製、ＦＳＭ−６０００）による測定結果などを、上記式（１）に代入して算出した。算出した値を表１に示す。なお、表面応力計による測定の結果、表面層および裏面層は、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを有していた。

（試験板の切断）
例１〜例９（実施例）では、レーザ光源としてレーザ光を連続発振する炭酸ガスレーザ（主波長：１０６００ｎｍ）を用いると共に、光学系として図７に示す光学系４０Ａを用いて、試験板の部分切断を行った。試験板の表面における線状ビームは長さ３０ｍｍ、幅２ｍｍの直線状であって、線状ビームの強度分布は切断予定線に沿って略均一であった。線状ビームの位置変更は行わず、線状ビームは試験板の外周から垂直方向に延びるように形成された。レーザ光源の出力、およびレーザ光の照射時間は表１に示す通りとした。

一方、例１０（比較例）では、図７に示す光学系４０Ａのうち、プリズム４２Ａを用いなかった他は、例１〜例９と同様にして、試験板の部分切断を行った。プリズム４２Ａがなく、レーザ光が２分割されないので、試験板の表面における線状ビームは長さ６０ｍｍ、幅２ｍｍの直線状であって、線状ビームの強度分布はガウス分布であった。線状ビームの位置変更は行わず、線状ビームは試験板の外周から垂直方向に延びるように形成された。レーザ光源の出力、およびレーザ光の照射時間は表１に示す通りとした。

また、例１１（比較例）では、線状ビームの位置を連続的に移動させた他は、例９と同様にして、試験板の部分切断を行った。線状ビームは長さ３０ｍｍ、幅２ｍｍの直線状であって、線状ビームの強度分布は略均一であった。線状ビームは試験板の外周から垂直方向に延びるように形成された直後、垂直方向に１０ｍｍ／ｓｅｃの移動速度で１００ｍｍ移動された。レーザ光源の出力は表１に示す通りとした。

（切断の評価）
切断時のクラックの発生状態は、目視で評価した。線状ビームの照射位置でクラックが発生しており、クラックの形状が直線状であったものを「○」、クラックが線状ビームの照射位置を越えて伸展し、切断予定線から外れたものを「×」とした。例１０では試験板の外周よりも内側の箇所でクラックが切断予定線から外れ、例１１では試験板の外周でクラックが切断予定線から外れた。評価結果を表１に示す。

表１から、線状ビームの強度分布が長手方向（切断方向）に略均一であって、線状ビームの位置が所定時間固定されることで、強化ガラスと非強化ガラスの両方で、クラックの発生状態が良好であり、切断精度が良好であることがわかる。

［例１２〜例１６］
（試験板）
例１２では、切断用の試験板として、例１と同じ組成のソーダライムガラスを用意した。例１２の試験板の厚さは表２に示す通りであった。

例１３〜例１６では、切断用の試験板として、化学強化ガラスを用意した。例１３〜例１６の試験板と、例５の試験板の化学強化前の組成は同じであった。例１３〜例１６の試験板の厚さは表２に示す通りであった。

化学強化ガラスの中間層の平均残留引張応力は、表面応力計（折原製作所製、ＦＳＭ−６０００）による測定結果などを、上記式（１）に代入して算出した。算出した値を表１に示す。なお、表面応力計による測定の結果、表面層および裏面層は、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを有していた。

（試験板の切断）
例１２〜例１６では、レーザ光源として炭酸ガスレーザ（主波長：１０６００ｎｍ）を用いると共に、光学系として図１２に示す光学系４０Ｃ（ガルバノスキャナ）を用いて、試験板の部分切断を行った。

試験板の表面におけるスポットビームは、直径２ｍｍの円状に形成された。スポットビームは、切断予定線上の所定の２点間で複数回走査され、幅２ｍｍの直線状の線状ビームとなった。１回の走査距離（所定の２点間の距離）、走査速度、レーザ光源の出力、および走査回数は表２の通りとした。線状ビームの位置変更は行わず、線状ビームは試験板の外周から垂直方向に延びるように形成された。

（切断の評価）
切断時のクラックの発生状態は、例１〜例１１と同様に、目視で評価した。評価結果を表２に示す。

表２から、スポットビームを複数回走査して線状ビームとした場合も、強化ガラスと非強化ガラスの両方で、クラックの発生状態が良好であり、切断精度が良好であることがわかる。

［例１７〜例２２］
（試験板）
例１７では、切断用の試験板として、例１と同じ組成のソーダライムガラスを用意した。例１７の試験板の厚さは表３に示す通りであった。

例１８〜例２２では、切断用の試験板として、化学強化ガラスを用意した。例１８〜例２２の試験板と、例５の試験板の化学強化前の組成は同じであった。例１８〜例２２の試験板の厚さは表３に示す通りであった。

化学強化ガラスの中間層の平均残留引張応力は、表面応力計（折原製作所製、ＦＳＭ−６０００）による測定結果などを、上記式（１）に代入して算出した。算出した値を表３に示す。なお、表面応力計による測定の結果、表面層および裏面層は、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを有していた。

（試験板の切断）
例１７〜例２２では、レーザ光源として炭酸ガスレーザ（主波長：１０６００ｎｍ）を用いると共に、光学系として図１２に示す光学系４０Ｃ（ガルバノスキャナ）を用いて、試験板の切断を行った。

試験板の表面におけるスポットビームは、直径２ｍｍの円状に形成された。スポットビームは、試験板の表面と同一平面上において、切断予定線およびその延長線上の所定の２点間で複数回走査され、幅２ｍｍの直線状の線状ビームとされた。１回の走査距離（所定の２点間の距離）、走査速度、レーザ光源の出力、および走査回数は表３の通りとした。線状ビームは、試験板の外周から垂直方向に延びるように形成された後、垂直方向に繰り返し位置変更され、複数回照射された。位置変更の前後で、変更前の線状ビームの一端部の位置と、変更後の線状ビームの他端部の位置とは、重ねられた。線状ビームの位置が変わる間、レーザ光源の出力は一定とし、線状ビームの位置を固定している時と同じ値とした。

なお、初回および最終回の線状ビームは、スポットビームが試験板からはみ出た位置まで走査されるので、試験板上において、表３に示す走査距離よりも短い長さ（但し、１０ｍｍ以上）に形成された。なお、初回および最終回を除き、線状ビームの長さは、表３に示す走査距離と同じ長さであった。

（切断の評価）
切断時のクラックの発生状態は、例１〜例１１と同様に、目視で評価した。評価結果を表３に示す。

表３から、線状ビームの位置を変えた場合も、強化ガラスと非強化ガラスの両方で、クラックの発生状態が良好であり、切断精度が良好であることがわかる。また、線状ビームの位置を変える間、レーザ光源の出力を一定とし、線状ビームの位置を固定している時と同じ値としても良いことがわかる。

以上、ガラス板の切断方法を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

本国際出願は、２０１１年６月１５日に出願した日本国特許出願２０１１−１３３５４８号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０１１−１３３５４８号の全内容をここに本国際出願に援用する。

１０ ガラス板
１２ 表面
１４ 裏面
１６ 外周部
２０ レーザ光
２２ 線状ビーム
２２ａ 一端部
２２ｂ 他端部
３０ クラック
３０ａ 先端
３２ クラック
４０Ｃ ガルバノスキャナの光学系
４２Ｃ ガルバノミラー
４２Ｃ ｆθレンズ

Claims (5)

1. ガラス板の表面にレーザ光を照射して、前記ガラス板にクラックを形成する第１の工程を有するガラス板の切断方法において、
   前記レーザ光は、５０００〜１１０００ｎｍの波長を有し、前記ガラス板の表面で線状ビームであり、
   該線状ビームは、切断予定線に沿う形状に形成され、切断予定線に沿って１０ｍｍ以上の長さ、および３ｍｍ以下の幅を有し、且つ、切断予定線に沿って略均一の強度分布を有し、
   前記第１の工程において、前記ガラス板の表面における前記線状ビームの位置が所定時間固定され、且つ、前記線状ビームの少なくとも一端部が前記ガラス板の外周部にあることを特徴とするガラス板の切断方法。
2. 前記線状ビームの位置を変えて所定時間固定し、前記ガラス板に新たなクラックを形成する第２の工程をさらに有し、該第２の工程において、前記線状ビームの一端部が前回形成されたクラックの先端または先端近傍にある請求項１に記載のガラス板の切断方法。
3. 前記線状ビームの位置が変わる前後で、変更後の前記線状ビームの一端部の位置と、変更前の前記線状ビームの他端部の位置とが接するか、重なる請求項２に記載のガラス板の切断方法。
4. レーザ光源が出射したレーザ光を、ガルバノスキャナによって、前記ガラス板の表面で前記線状ビームとする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。
5. 前記線状ビームの一端部に冷媒を噴射して前記ガラスを冷却する請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス板の切断方法。

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