JPWO2013031778A1 - 強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置 - Google Patents

Abstract

本発明は強化ガラス板１０の切断方法に関し、残留圧縮応力を有する表面層１３および裏面層１５と、当該表面層１３および裏面層１５との間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層１７とを有する強化ガラス板１０を、レーザ光の照射領域２２を移動することで切断する。そして、強化ガラス板１０の切断を開始する際、クラックの発生を誘発する熱応力を切断開始位置に作用させ、切断開始位置においてクラックを発生させると同時にクラックの伸展を抑制した後、中間層１７の内部残留引張応力によるクラックの伸展を抑制しながら強化ガラス板１０を切断する。

Description

本発明は強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置に関する。

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の薄板化が進行している。ガラスが薄くなると強度が低くなるので、ガラスの強度不足を補うため、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を有する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。

強化ガラスは、例えば風冷強化法や化学強化法などで作製される。風冷強化法は、軟化点付近の温度のガラスを表面および裏面から急冷し、ガラス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する。一方、化学強化法は、ガラスの表面および裏面をイオン交換し、ガラス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）に置換することで、圧縮応力が残留する表面層および裏面層を形成する。いずれの方法でも、反作用として、表面層と裏面層との間に、引張応力が残留する中間層を形成することになる。

強化ガラスを製造する場合、製品サイズのガラスを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を強化処理した後、切断して多面取りするほうが効率的である。そこで、強化ガラス板を切断する方法として、強化ガラス板の表面にレーザ光を照射し、強化ガラス板の表面上で、レーザ光の照射領域を移動させることで、強化ガラス板を切断する方法が提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。

日本国特開２００８−２４７７３２号公報 国際公開第２０１０／１２６９７７号

レーザ光を用いて強化ガラス板を切断する際、強化ガラス板の切断を安定的に開始するためには、強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件を最適化する必要がある。つまり、強化ガラス板の切断開始時に強化ガラス板に照射されるレーザ光の条件が不適切であると、強化ガラス板の切断が開始しない場合や、クラックが意図しない方向に伸展して切断線が切断予定線から外れる場合があるという問題があった。

上記課題に鑑み本発明の目的は、強化ガラス板の切断を安定的に開始することが可能な強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置を提供することである。

本発明の一態様にかかる強化ガラス板の切断方法は、残留圧縮応力を有する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層とを備える強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板の切断方法であって、前記強化ガラス板の切断を開始する際に、クラックの発生を誘発する熱応力を前記強化ガラス板の切断開始位置に作用させ、前記切断開始位置において前記クラックを発生させると同時に前記クラックの伸展を抑制した後、前記中間層の内部残留引張応力によるクラックの伸展を抑制しながら前記強化ガラスを切断する、強化ガラス板の切断方法である。

本発明の一態様にかかる強化ガラス板切断装置は、残留圧縮応力を有する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層とを備える強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板切断装置であって、前記強化ガラス板を保持すると共に、当該強化ガラス板を所定の方向に移動するガラス保持駆動部と、前記強化ガラス板を切断するためのレーザ光を出力するレーザ出力部と、前記強化ガラス板の切断開始位置に初期クラックを形成する初期クラック形成部と、前記ガラス保持駆動部、前記レーザ出力部、および前記初期クラック形成部を制御する制御部と、を備える。

本発明により、強化ガラス板の切断を安定的に開始することが可能な強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置を提供することができる。

図１は、強化ガラス板の断面図である。 図２は、図１に示す強化ガラス板の残留応力の分布を示す図である。 図３は、強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図４は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図５は、図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図６Ａは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図６Ｂは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図６Ｃは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図６Ｄは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図７Ａは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図７Ｂは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図７Ｃは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図７Ｄは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図８Ａは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図８Ｂは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図８Ｃは、実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。 図９は、強化ガラス板についての切断結果を示す表である。 図１０は、非強化ガラス板についての切断結果を示す表である。 図１１は、実施の形態にかかる強化ガラス板切断装置を説明するための図である。 図１２は、本発明の実施例１を説明するための図である。 図１３は、本発明の実施例１を説明するための表である。 図１４Ａは、本発明の実施例２を説明するための図である。 図１４Ｂは、本発明の実施例２を説明するための図である。 図１５Ａは、本発明の実施例３を説明するための図である。 図１５Ｂは、本発明の実施例３を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、強化ガラス板の構造と、強化ガラス板の切断方法の原理について説明する。

図１は強化ガラス板の断面図であり、図２は図１に示す強化ガラス板の残留応力の分布を示す図である。図１において、矢印の方向は応力の作用方向を示し、矢印の大きさは応力の大きさを示す。

図１に示すように、強化ガラス板１０は、残留圧縮応力を有する表面層１３および裏面層１５と、表面層１３と裏面層１５との間に設けられ、内部残留引張応力を有する中間層１７とを備える。図２に示すように、表面層１３および裏面層１５の残留圧縮応力（＞０）は、強化ガラス板１０の表面１２および裏面１４から内部に向けて徐々に小さくなる傾向がある。また、中間層１７の内部残留引張応力（＞０）は、ガラスの内部から表面１２および裏面１４に向けて徐々に小さくなる傾向がある。

図２において、ＣＳは表面層１３や裏面層１５における最大残留圧縮応力（表面圧縮応力）（＞０）、ＣＴは中間層１７における内部残留引張応力（中間層１７の残留引張応力の平均値）（＞０）、ＤＯＬは表面層１３や裏面層１５の厚さをそれぞれ示す。ＣＳ、ＣＴ、およびＤＯＬは、強化処理条件で調節可能である。例えば、風冷強化法を用いた場合、ＣＳ、ＣＴ、およびＤＯＬはガラスの冷却速度などで調節可能である。また、化学強化法を用いた場合、ＣＳ、ＣＴ、およびＤＯＬは、ガラスを処理液（例えば、ＫＮＯ_３溶融塩）に浸漬してイオン交換するので、処理液の濃度や温度、浸漬時間などで調節可能である。なお、表面層１３および裏面層１５は、同じ厚さ、同じ最大残留圧縮応力を有するが、異なる厚さを有しても良いし、異なる最大残留圧縮応力を有しても良い。

図３は、強化ガラス板の切断方法を説明するための図である。図３に示すように、強化ガラス板１０の表面１２にレーザ光２０を照射し、強化ガラス板１０の表面１２上で、レーザ光２０の照射領域２２を移動（走査）させることで、強化ガラス板１０に応力を印加して、強化ガラス板１０を切断する。

強化ガラス板１０の端部には、切断開始位置に、初期クラックが予め形成されている。初期クラックの形成方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成される。工程数を削減するため、初期クラックを予め形成しなくても良い。

強化ガラス板１０の表面１２上において、レーザ光２０の照射領域２２は、強化ガラス板１０の端部から内側に向けて、切断予定線に沿って、直線状や曲線状に移動される。これによって、強化ガラス板１０の端部から内側に向けてクラック３１を形成し、強化ガラス板１０を切断する。レーザ光２０の照射領域２２は、Ｐ字状に移動されても良く、この場合、移動経路の終端は、移動経路の途中と交わる。

レーザ光２０の光源としては、特に限定されないが、例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ、９４０ｎｍ、９７５ｎｍ）、ファイバーレーザ（波長：１０６０〜１１００ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、２０８０ｎｍ、２９４０ｎｍ）、中赤外光パラメトリック発振器を使用したレーザ（波長：２６００〜３４５０ｎｍ）などが挙げられる。レーザ光２０の発振方式に制限はなく、レーザ光を連続発振するＣＷレーザ、レーザ光を断続発振するパルスレーザのいずれも使用可能である。また、レーザ光２０の強度分布に制限はなく、ガウシアン型であっても、トップハット型であっても良い。

レーザ光２０に対する強化ガラス板１０の吸収係数をα（ｃｍ^−１）、強化ガラス板１０の厚さをｔ（ｃｍ）として、強化ガラス板１０とレーザ光２０とが、０＜α×ｔ≦３．０の式を満たす場合、レーザ光２０のみの作用ではなく、中間層１７の内部残留引張応力によるクラックの伸展を利用して強化ガラス板１０を切断することができる。すなわち、上記条件で、レーザ光２０の照射領域２２における中間層１７を徐冷点以下の温度で加熱することによって、中間層１７の内部残留引張応力によって強化ガラス板１０に生じるクラック３１の伸展を制御して、内部残留引張応力によるクラック３１によって強化ガラス板１０を切断することが可能となる。なお、中間層１７を徐冷点以下の温度で加熱するのは、徐冷点を超えて加熱すると、レーザ光が通過する短時間でもガラスが高温となり粘性流動が発生しやすい状態となるため、この粘性流動によりレーザ光によって発生させた圧縮応力が緩和されるからである。

強化ガラス板１０に入射する前のレーザ光２０の強度をＩ_０とし、強化ガラス板１０中を距離Ｌ（ｃｍ）だけ移動したときのレーザ光２０の強度をＩとすると、Ｉ＝Ｉ_０×ｅｘｐ（−α×Ｌ）の式が成立する。この式は、ランベルト・ベールの法則と呼ばれるものである。

α×ｔを０より大きく３．０以下とすることで、レーザ光２０が、強化ガラス板１０の表面で吸収されずに内部にまで到達するようになるため、強化ガラス板１０の内部を十分に加熱できる。その結果、強化ガラス板１０に生じる応力は、図１に示す状態から、図４や図５に示す状態に変化する。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、レーザ光の照射領域を含む断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、図４に示す断面よりも後方の断面である。ここで、「後方」とは、レーザ光２０の走査方向後方を意味する。図４および図５において、矢印の方向は、応力の作用方向を示し、矢印の長さは、応力の大きさを示す。

レーザ光２０の照射領域２２における中間層１７では、レーザ光２０の強度が十分に高いので、温度が周辺に比べて高くなり、図１および図２に示す内部残留引張応力よりも小さい引張応力、または、圧縮応力が生じる。内部残留引張応力よりも小さい引張応力、または、圧縮応力が生じている部分では、クラック３１の伸展が抑制される。クラック３１の伸展を確実に防止するため、図４に示すように、圧縮応力が生じていることが好ましい。

なお、図４に示すように、レーザ光２０の照射領域２２における表面層１３や裏面層１５では、図１および図２に示す残留圧縮応力よりも大きい圧縮応力が生じているので、クラック３１の伸展が抑制されている。

図４に示す圧縮応力との釣り合いのため、図４に示す断面よりも後方の断面では、図５に示すように、中間層１７に引張応力が生じる。この引張応力は、内部残留引張応力よりも大きく、引張応力が所定値に達している部分に、クラック３１が形成される。クラック３１は強化ガラス板１０の表面１２から裏面１４まで貫通しており、図３に示す切断は所謂フルカット切断である。

この状態で、レーザ光２０の照射領域２２を移動させると、照射領域２２の位置に追従するようにクラック３１の先端位置が移動する。すなわち、図３に示す切断方法では、強化ガラス板１０を切断する際に、レーザ光の走査方向後方に発生する引張応力（図５参照）によりクラック３１の伸展方向を制御し、レーザ光が照射されている領域に発生する圧縮応力（図４参照）を用いて、クラック３１の伸展を押えながら切断している。よって、クラック３１が切断予定線から外れて自走することを抑制することができる。

ガラスは、用途によっては、高い透明度が要求されるので、使用レーザ波長が可視光の波長領域に近い場合はα×ｔは０に近いほど良い。しかし、α×ｔは、小さすぎると吸収効率が悪くなるので、好ましくは０．０００５以上（レーザ光吸収率０．０５％以上）、より好ましくは０．００２以上（レーザ光吸収率０．２％以上）、さらに好ましくは０．００４以上（レーザ光吸収率０．４％以上）である。

ガラスは、用途によっては、逆に低い透明度が要求されるので、使用レーザ波長が可視光の波長領域に近い場合はα×ｔは大きいほど良い。しかし、α×ｔが大きすぎるとレーザ光の表面吸収が大きくなるのでクラック伸展を制御できなくなる。このため、α×ｔは、好ましくは３．０以下（レーザ光吸収率９５％以下）、より好ましくは０．１以下（レーザ光吸収率１０％以下）、さらに好ましくは０．０２以下（レーザ光吸収率２％以下）である。

吸収係数（α）は、レーザ光２０の波長、強化ガラス板１０のガラス組成などで定まる。例えば、強化ガラス板１０中の酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４を含む）の含有量、酸化コバルト（ＣｏＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４を含む）の含有量、酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏを含む）の含有量が多くなるほど、１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域での吸収係数（α）が大きくなる。さらに、強化ガラス板１０中の希土類元素（例えばＹｂ）の酸化物の含有量が多くなるほど、希土類原子の吸収波長付近で吸収係数（α）が大きくなる。

１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域での吸収係数（α）は、用途に応じて設定される。例えば、自動車用窓ガラスの場合、吸収係数（α）は３ｃｍ^−１以下であることが好ましい。また、建築用窓ガラスの場合、吸収係数（α）は０．６ｃｍ^−１以下であることが好ましい。また、ディスプレイ用ガラスの場合、吸収係数（α）は０．２ｃｍ^−１以下であることが好ましい。

レーザ光２０の波長は、２５０〜５０００ｎｍであることが好ましい。レーザ光２０の波長を２５０〜５０００ｎｍとすることで、レーザ光２０の透過率と、レーザ光２０による加熱効率とを両立できる。レーザ光２０の波長は、より好ましくは３００〜４０００ｎｍ、さらに好ましくは８００〜３０００ｎｍである。

強化ガラス板１０中の酸化鉄の含有量は、強化ガラス板１０を構成するガラスの種類によるが、ソーダライムガラスの場合、例えば０．０２〜１．０質量％である。この範囲で酸化鉄の含有量を調節することで、１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域でのα×ｔを所望の範囲に調節可能である。酸化鉄の含有量を調節する代わりに、酸化コバルトや酸化銅、希土類元素の酸化物の含有量を調節しても良い。

強化ガラス板１０の厚さ（ｔ）は、用途に応じて設定されるが、０．０１〜０．２ｃｍであることが好ましい。化学強化ガラスの場合、厚さ（ｔ）を０．２ｃｍ以下とすることで、内部残留引張応力（ＣＴ）を十分に高めることができる。一方、厚さ（ｔ）が０．０１ｃｍ未満になると、ガラスに化学強化処理を施すことが難しい。厚さ（ｔ）は、より好ましくは０．０３〜０．１５ｃｍ、さらに好ましくは０．０５〜０．１５ｃｍである。

以上で説明した方法を用いることで、強化ガラス板を切断することができる。

次に、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法について説明する。図６Ａ〜図６Ｄは、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法（第１の切断開始方法）を説明するための図である。図６Ａ〜図６Ｄは、強化ガラス板１０を上面から見た図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板の第１の切断開始方法では、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに示す順にレーザ光の照射領域２２を移動させることで、強化ガラス板１０の切断を開始する。図６Ａに示す矢印２４はレーザ光の照射領域２２の移動方向（走査方向）を示している。また、図６Ｂ〜図６Ｄに示すグラフは、レーザ光が照射された際に強化ガラス板１０に作用する圧縮応力および引張応力の分布を示している。また、図６Ｂ〜図６Ｄにおいて、矢印２５〜２９の方向は応力の作用方向を示し、矢印２５〜２９の長さは応力の大きさを示している。

図６Ａに示すように、切断する強化ガラス板１０の端部の切断開始位置に初期クラック３０を予め形成しておく。初期クラック３０の形成方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成する。

次に、図６Ｂに示すように、強化ガラス板１０の端部に形成した初期クラック３０を通るように、レーザ光の照射領域２２を走査方向２４に移動する。図６Ｂに示すタイミングでは、レーザ光の照射領域２２の位置が初期クラック３０の位置と重なっている。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力２５が働いているので（図４参照）、初期クラック３０の走査方向側の端部には圧縮応力が働く。よって、この場合は初期クラック３０からクラックが伸展しない。

次に、図６Ｃに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向２４に更に移動する。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力２７が働き（図４参照）、照射領域２２の周囲には引張応力２６が働く（図５参照）。図６Ｃに示すタイミングでは、レーザ光の照射領域２２の位置が初期クラック３０の位置よりも走査方向２４へ移動しているので、照射領域２２の走査方向後方に発生する引張応力２６を初期クラック３０の走査方向側の端部に作用させることができる。よって、初期クラック３０を起点としてクラック３１が走査方向２４に伸展する。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力２７が働いているので、クラック３１の伸展は抑制されている。これにより、強化ガラス板１０の切断が安定的に開始される。なお、圧縮応力２７は、中間層１７に残留する内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力であってもよい。

強化ガラス板１０の切断を開始する際は、クラックの伸展を誘発する熱応力を切断開始位置に作用させる必要がある。つまり、切断開始時は、初期クラック３０からクラック３１が伸展するような大きさの引張応力２６を初期クラック３０に作用させる必要がある。よって、切断開始時（つまり、図６Ｂ、図６Ｃのタイミング）は、強化ガラス板１０に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、切断開始後に必要な最低限の照射エネルギーよりも大きくする必要がある。

例えば、強化ガラス板１０に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、強化ガラス板１０の切断開始後（図６Ｄ参照）における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくすることで、強化ガラス板１０の切断開始位置に形成されている初期クラック３０に作用する引張応力２６を増加させることができる。

ここで、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ）は、レーザ光の出力をＰ（Ｗ）、レーザ光の走査速度をｖ（ｍｍ／ｓ）とすると、次の式（１）で表すことができる。

Ｅ（Ｊ／ｍｍ）＝Ｐ（Ｗ）／ｖ（ｍｍ／ｓ） ・・・（１）

すなわち、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ）は、レーザ光が単位時間（１秒間）に強化ガラス板１０を走査する距離あたりのエネルギーである。以下では、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、単位エネルギーとも記載する。

強化ガラス板の切断開始後、図６Ｄに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向２４に更に移動して、強化ガラス板１０を切断する。図６Ｄに示すタイミングでは、既に強化ガラス板１０の切断が開始されているので、クラック３１を伸展させるために必要な引張応力を小さくすることができる。つまり、切断開始後は中間層１７の内部残留引張応力によってクラックが伸展するため、図６Ｄに示したクラック３１を伸展させるために必要な引張応力２８は、図６Ｃに示した初期クラック３０を伸展させるために必要な引張応力２６よりも小さくすることができる。よって、強化ガラス板１０の切断開始後、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを、強化ガラス板の切断開始時におけるレーザ光の単位エネルギーよりも小さくしてもよい。このとき、レーザ光の単位エネルギーは、クラック３１の伸展を照射領域２２における圧縮応力を用いて抑制する必要があるため、所定の大きさ以上とする必要がある。勿論、強化ガラス板１０の切断開始後におけるレーザ光の単位エネルギーを、切断開始時におけるレーザ光の単位エネルギーと同一としてもよい。

なお、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを小さくするタイミングは、初期クラック３０に引張応力が作用し、初期クラック３０の位置から強化ガラス板１０の切断が開始した後であればどのタイミングであってもよい。ただし、強化ガラス板１０の切断をより安定的に開始するために、図６Ｃに示すように、初期クラック３０からクラック３１が所定の距離だけ伸展した後にレーザ光の単位エネルギーを小さくすることが好ましい。

次に、図７Ａ〜図７Ｄを用いて、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法（第２の切断開始方法）について説明する。図７Ａ〜図７Ｄは、強化ガラス板１０を上面から見た図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板の第２の切断開始方法では、図７Ａに示すように、まずレーザ光の照射領域２２を走査方向３２に移動する。そして、レーザ光の照射領域２２が初期クラック５０の近傍に到達した後、図７Ｂに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向３２と逆の方向３３に移動する（つまり、Ｕターンさせる）。その後、図７Ｃ、図７Ｄに示すようにレーザ光の照射領域２２を走査方向３３に移動する。図７Ａ〜図７Ｄに示すグラフは、レーザ光が照射された際に強化ガラス板１０に作用する圧縮応力および引張応力の分布を示している。また、図７Ａ〜図７Ｄにおいて、矢印３４〜４１の方向は応力の作用方向を示し、矢印３４〜４１の長さは応力の大きさを示している。

図７Ａに示すように、強化ガラス板１０を切断する前に、切断する強化ガラス板１０の端部から所定の距離だけ内側の切断開始位置に初期クラック５０を予め形成しておく。初期クラック５０の形成方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成する。初期クラック５０は、強化ガラス板１０の表面に形成してもよく、また強化ガラス板１０の内部に形成してもよい。強化ガラス板１０の内部に初期クラック５０を形成する場合はレーザを用いる。初期クラック５０を強化ガラス板１０の内部に形成した場合、初期クラック５０の形成時に発生する粉塵等が周囲に拡散することを防ぐことができる。

また、図７Ａに示すように、レーザ光の照射領域２２を初期クラック５０の方向（つまり、走査方向３２）へ移動する。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力３４が働き（図４参照）、レーザ光の照射領域２２の周囲には引張応力３５が働く。しかし、図７Ａに示すタイミングでは、レーザ光の照射領域２２の位置は初期クラック５０の位置よりも手前の位置にあるので、初期クラック５０にはレーザ光の照射によって発生する引張応力３５は作用しない。よって、この場合は初期クラック５０からクラックが伸展しない。

次に、図７Ｂに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向３２に更に移動する。そして、レーザ光の走査方向３２の前方に発生する引張応力３７が初期クラック５０に作用する位置に到達した後、レーザ光の照射領域２２を走査方向３２と逆の方向３３に移動する。

図７Ｂに示すタイミングでは、レーザ光の照射により発生する引張応力３７が初期クラック５０に作用するので、初期クラック５０から強化ガラス板１０の端部に向けてクラック５１が伸展する。このクラック５１は、レーザ光の照射領域２２に発生する圧縮応力を用いて抑制されていないので、意図しない方向に伸展する場合がある。一方、このとき、初期クラック５０から走査方向３３に向けてクラックが伸展しようとするが、レーザ光の照射領域２２に圧縮応力３６が働いているので、クラックの伸展は抑えられている。なお、圧縮応力３６は、中間層１７に残留する内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力であってもよい。

なお、レーザ光の照射領域２２を走査方向３２に移動する距離（図７Ａ参照）は短くてもよい。例えば、図７Ａに示す引張応力３５が初期クラック５０に作用する直前にレーザ光を照射してもよい。

次に、図７Ｃに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向３３に更に移動する。図７Ｃに示すタイミングでは、照射領域２２の走査方向３３の後方に発生する引張応力３９が初期クラック５０に作用し、クラック５２が伸展している。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力３８が働いているので、クラック５２の伸展は抑制されている。これにより、強化ガラス板１０の切断が安定的に開始される。なお、圧縮応力３８は、中間層１７に残留する内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力であってもよい。

強化ガラス板１０の切断を開始する際は、クラックの伸展を誘発する熱応力を切断開始位置に作用させる必要がある。つまり、切断開始時は、初期クラック５０からクラック５２が伸展するような大きさの引張応力３７、３９を初期クラック５０に作用させる必要がある。よって、切断開始時（つまり、図７Ｂ、図７Ｃのタイミング）は、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを、切断開始後に必要な最低限のレーザ光の単位エネルギーよりも大きくする必要がある。なお、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ）は、上記の式（１）を用いて求めることができる。

例えば、強化ガラス板１０に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、強化ガラス板１０の切断開始後（図７Ｄ参照）における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくすることで、強化ガラス板１０の切断開始位置に形成されている初期クラック５０に作用する引張応力３７、３９を増加させることができる。

なお、図７Ａ〜図７Ｄに示す第２の切断開始方法では、図７Ａにおけるレーザ光の単位エネルギーを、図７Ｂ、図７Ｃにおけるレーザ光の単位エネルギーと同一としている場合を例として示している。しかし、図７Ａにおけるレーザ光の単位エネルギーは、図７Ｂ、図７Ｃにおけるレーザ光の単位エネルギーよりも小さくしてもよく、また図７Ｂに示すタイミングの直前までレーザ光の照射を行なわなくてもよい。

強化ガラス板の切断開始後、図７Ｄに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向３３に更に移動して、強化ガラス板１０を切断する。図７Ｄに示すタイミングでは、既に強化ガラス板１０の切断が開始されているので、クラック５２を伸展させるために必要な引張応力を小さくすることができる。つまり、切断開始後は中間層１７の内部残留引張応力によってクラックが伸展するため、図７Ｄに示したクラック５２を伸展させるために必要な引張応力４１は、図７Ｂ、図７Ｃに示した初期クラック５０を伸展させるために必要な引張応力３７、３９よりも小さくすることができる。よって、強化ガラス板１０の切断開始後、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを、強化ガラス板の切断開始時におけるレーザ光の単位エネルギーよりも小さくしてもよい。このとき、レーザ光の単位エネルギーは、クラック５２の伸展を照射領域２２における圧縮応力を用いて抑制する必要があるため、所定の大きさ以上とする必要がある。勿論、強化ガラス板１０の切断開始後におけるレーザ光の単位エネルギーを、切断開始時におけるレーザ光の単位エネルギーと同一としてもよい。

なお、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを小さくするタイミングは、初期クラック５０に引張応力が作用し、初期クラック５０の位置から強化ガラス板１０の切断が開始した後であればどのタイミングであってもよい。ただし、強化ガラス板１０の切断をより安定的に開始するために、図７Ｃに示すように、初期クラック５０からクラック５２が所定の距離だけ伸展した後にレーザ光の単位エネルギーを小さくすることが好ましい。

次に、図８Ａ〜図８Ｃを用いて、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法（第３の切断開始方法）について説明する。図８Ａ〜図８Ｃは、強化ガラス板１０を上面から見た図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板の第３の切断開始方法では、図８Ａの照射領域２２に示す位置においてレーザ光の照射を開始し、その後、図８Ｂ、図８Ｃに示す順にレーザ光の照射領域２２を移動する（つまり、一方向に走査する）ことで、強化ガラス板１０の切断を開始する。図８Ｂに示す矢印６８はレーザ光の照射領域２２の移動方向（走査方向）を示している。また、図８Ａ〜図８Ｃに示すグラフは、レーザ光が照射された際に強化ガラス板１０に作用する圧縮応力および引張応力の分布を示している。また、図８Ａ〜図８Ｃにおいて、矢印６１〜６６の方向は応力の作用方向を示し、矢印６１〜６６の長さは応力の大きさを示している。

強化ガラス板１０を切断する前に、切断する強化ガラス板１０の端部から所定の距離だけ内側の切断開始位置に初期クラック５０を予め形成しておく。初期クラック５０の形成方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成する。初期クラック５０は、強化ガラス板１０の表面に形成してもよく、また強化ガラス板１０の内部に形成してもよい。強化ガラス板１０の内部に初期クラック５０を形成する場合はレーザを用いる。初期クラック５０を強化ガラス板１０の内部に形成した場合、初期クラック５０の形成時に発生する粉塵等が周囲に拡散することを防ぐことができる。

強化ガラス板１０の切断を開始する際、図８Ａの照射領域２２に示す位置にレーザ光を照射すると同時に、レーザ光の照射領域２２を走査方向６８に移動する。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力６１が働き（図４参照）、レーザ光の照射領域２２の周囲には引張応力６２が働く。よって、図８Ａの照射領域２２に示す位置にレーザ光を照射すると同時に、照射領域２２を走査方向６８に移動することで、初期クラック５０に引張応力６２を作用させることができる。これにより、初期クラック５０から強化ガラス板１０の端部に向けてクラック５１が伸展する。このクラック５１は、レーザ光の照射領域２２に発生する圧縮応力を用いて抑制されていないので、意図しない方向に伸展する場合がある。一方、このとき、初期クラック５０から走査方向６８に向けてクラックが伸展しようとするが、レーザ光の照射領域２２に圧縮応力６１が働いているので、クラックの伸展は抑えられている。なお、圧縮応力６１は、中間層１７に残留する内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力であってもよい。

次に、図８Ｂに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向６８に移動する。図８Ｂに示すタイミングでは、照射領域２２の走査方向６８の後方に発生する引張応力６４が初期クラック５０に作用し、クラック５２が伸展している。このとき、レーザ光の照射領域２２には圧縮応力６３が働いているので、クラック５２の伸展は抑制されている。これにより、強化ガラス板１０の切断が安定的に開始される。なお、圧縮応力６３は、中間層１７に残留する内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力であってもよい。

強化ガラス板１０の切断を開始する際は、クラックの伸展を誘発する熱応力を切断開始位置に作用させる必要がある。つまり、切断開始時は、初期クラック５０からクラック５２が伸展するような大きさの引張応力６２、６４を初期クラック５０に作用させる必要がある。よって、切断開始時（つまり、図８Ａ、図８Ｂのタイミング）は、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを、切断開始後に必要な最低限のレーザ光の単位エネルギーよりも大きくする必要がある。なお、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ）は、上記の式（１）を用いて求めることができる。

例えば、強化ガラス板１０に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、強化ガラス板１０の切断開始後（図８Ｃ参照）における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくすることで、強化ガラス板１０の切断開始位置に形成されている初期クラック５０に作用する引張応力６２、６４を増加させることができる。

強化ガラス板の切断開始後、図８Ｃに示すように、レーザ光の照射領域２２を走査方向６８に更に移動して、強化ガラス板１０を切断する。図８Ｃに示すタイミングでは、既に強化ガラス板１０の切断が開始されているので、クラック５２を伸展させるために必要な引張応力を小さくすることができる。つまり、切断開始後は中間層１７の内部残留引張応力によってクラックが伸展するため、図８Ｃに示したクラック５２を伸展させるために必要な引張応力６６は、図８Ａ、図８Ｂに示した初期クラック５０を伸展させるために必要な引張応力６２、６４よりも小さくすることができる。よって、強化ガラス板１０の切断開始後、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを、強化ガラス板の切断開始時におけるレーザ光の単位エネルギーよりも小さくしてもよい。このとき、レーザ光の単位エネルギーは、クラック５２の伸展を照射領域２２における圧縮応力を用いて抑制する必要があるため、所定の大きさ以上とする必要がある。勿論、強化ガラス板１０の切断開始後におけるレーザ光の単位エネルギーを、切断開始時におけるレーザ光の単位エネルギーと同一としてもよい。

なお、強化ガラス板１０に照射されるレーザ光の単位エネルギーを小さくするタイミングは、初期クラック５０に引張応力が作用し、初期クラック５０の位置から強化ガラス板１０の切断が開始した後であればどのタイミングであってもよい。ただし、強化ガラス板１０の切断をより安定的に開始するために、図８Ｂに示すように、初期クラック５０からクラック５２が所定の距離だけ伸展した後にレーザ光の単位エネルギーを小さくすることが好ましい。

以上で説明したように、本実施の形態にかかる強化ガラス板の第１乃至第３の切断開始方法では、強化ガラス板１０の切断を開始する際に、クラックの発生を誘発する熱応力を初期クラック３０、５０（切断開始位置）に作用させ、初期クラック３０、５０においてクラック３１、５２が発生した後、中間層１７の内部残留引張応力によるクラックの伸展を照射領域２２の走査方向後方において抑制している。よって、初期クラック３０、５０を起点としてクラック３１、５２を走査方向に伸展させることができ、強化ガラス板１０の切断を安定的に開始することができる。

上記で説明した第１乃至第３の切断開始方法において、例えば、レーザ光の出力（パワー）を大きくすることで、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくすることができる。また、レーザ光の照射領域２２の移動速度（走査速度）を遅くすることで、単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくすることができる。

本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、レーザ光の照射領域２２の面積を小さくし過ぎると、レーザ光の照射領域２２に発生する圧縮応力が作用する範囲や、レーザ光の照射領域２２の周囲に発生する引張応力が作用する範囲が狭くなる。このため、レーザ光の照射領域２２が初期クラック３０、５０の位置から少しずれた場合、初期クラック３０、５０に引張応力が作用しなくなり、強化ガラス板１０の切断が開始されない場合がある。したがって、本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法では、レーザ光の照射領域２２の周囲に発生する引張応力が初期クラック３０、５０に作用する確率を高くするために、レーザ光の照射領域２２の面積を所定の値以上とすることが好ましい。このため、切断開始後のビーム径に対して、切断開始時のビーム径を大きくしても良い。

次に、図９、図１０を参照して、強化ガラス板の切断方法と非強化ガラス板の切断方法とでは、クラックの伸展の仕方が異なることについて説明する。図９は、強化ガラス板についての切断結果を示す表である。図１０は、非強化ガラス板についての切断結果を示す表である。

参考例１０１〜１０３では強化ガラス板を用意し、比較例１０４〜１０５では非強化ガラス板を用意した。参考例１０１〜１０３の強化ガラス板は、比較例１０４〜１０５の非強化ガラス板と同じ寸法形状（矩形、長辺１００ｍｍ、短辺６０ｍｍ、板厚０．７ｍｍ）、同じ化学組成のガラス板を化学強化法で強化して作製した。強化ガラス板は、内部残留引張応力（ＣＴ）３０．４ＭＰａ、最大残留圧縮応力（ＣＳ）７６３ＭＰａ、圧縮応力層（表面層や裏面層）の厚さ（ＤＯＬ）２５．８μｍを有していた。

参考例１０１〜１０３、比較例１０４〜１０５では、ガラス板の種類（強化、非強化の別）、光源の出力以外、同じ条件下で切断実験を行った。
＜共通の条件＞
レーザ光光源：ファイバーレーザ（波長１０７０ｎｍ）
レーザ光のガラス板への入射角：０°
レーザ光の集光角：２．５°
レーザ光の集光位置：ガラス板の表面から光源側に２３ｍｍ離れた位置
ガラス板の表面におけるレーザスポット径：φ１ｍｍ
レーザ光に対するガラス板の吸収係数（α）：０．０９ｃｍ^−１
ガラス板の板厚（ｔ）：０．０７ｃｍ
ガラス板のヤング率（Ｅ）：７４０００ＭＰａ
α×ｔ：０．００６３
ノズルの出口径：φ１ｍｍ
ノズルからの冷却ガス（室温の圧縮空気）の流量：３０Ｌ／ｍｉｎ
目標切断位置：ガラス板の短辺と平行な直線（一方の短辺からの距離１０ｍｍ、他方の短辺からの距離９０ｍｍ）
切断速度：２．５ｍｍ／ｓ

切断後、ガラス板の切断面を顕微鏡で観察した。ガラス板の切断面で観察される縞模様は、断続的に伸展するクラックの先端位置の経時変化を表す。縞模様の各線の形状から、クラックの伸展の様子がわかる。図９、図１０に示す顕微鏡写真において、縞模様の代表的な線を太い白線で強調表示する。
また、ガラス板の切断の途中で、レーザ照射及びガス冷却を中断したときのクラックの様子を目視で観察した。

参考例１０１〜１０３、比較例１０４〜１０５の実験結果を図９、図１０に示す。図９、図１０において、ガラス板にクラックが形成された場合（切断できた場合）を「○」、ガラス板にクラックが形成されなかった場合（切断できなかった場合）を「×」として示した。図９、図１０の切断面の顕微鏡写真における縞模様の線は、ある時点でのクラックの先端位置を表す。図９、図１０における「自走」とは、レーザ照射等の中断後に、ガラス板の２つの短辺のうち、切断位置から近い方の短辺に向けてクラックが伸展することを意味する。

比較例１０４〜１０５にかかる非強化ガラス板の切断では、切断面の顕微鏡写真から明らかなように、ガラス板の板厚方向両端部が、ガラス板の板厚方向中央部よりも先に割れる傾向にあった。また、切断の途中でレーザ照射及びガス冷却を中断すると、クラックの伸展が停止した。また、非強化ガラスの切断では、大きな光源出力が必要であった。

これに対し、参考例１０１〜１０３に係る強化ガラス板の切断では、切断面の顕微鏡写真から明らかなように、ガラス板の板厚方向中央部が、ガラス板の板厚方向両端部よりも先に割れる傾向にあった。これは、元々強化ガラス板の内部に残留引張応力が存在しており、この内部残留引張応力によってクラックが伸展するためである。また、切断の途中でレーザ照射及びガス冷却を中断すると、クラックが意図しない方向に自ら伸展した。この結果から、レーザ光の照射により、内部残留引張応力によるクラックの伸展が抑制されていることが分かる。

このように、強化ガラス板の切断方法と非強化ガラスの切断方法とでは、切断のメカニズムが根本的に異なり、クラックの伸展の仕方が全く異なる。そのため、本発明では、非強化ガラスの切断方法からは予測できない効果が得られる。その理由を以下に説明する。

例えば、非強化ガラス板の切断方法では、レーザと冷却液の両方を用いてガラス板に熱応力場を形成し、切断に必要な引張応力を発生させる。より具体的には、レーザ光をガラス板に照射してガラス板内部に熱応力を発生させ、その熱応力により生じた圧縮応力を冷却液で急冷して、引張応力を発生させてクラックを伸展させる。従って、クラックの伸展は、レーザ光の照射エネルギーのみで行われ、ガラス板に照射するレーザのパワー（Ｗ）を大きく設定する必要がある。

このような方法では、ガラス板に形成される割断亀裂の先端位置は、ガラス板を冷却する冷却液の位置で決まる。冷却液の位置に引張応力が生じるためである。従って、切断の途中で、レーザによる加熱や冷却液による冷却を中断すると、クラックの伸展が止まる。

これに対し、強化ガラス板の切断方法では、元々ガラス板内部に残留引張応力が存在するため、非強化ガラス板の切断の場合のように、レーザ光を用いて引張応力を発生させる必要がない。また、そのため、強化ガラス板に何らかの力を作用させてクラックを発生させると、内部残留引張応力のためにクラックは自ら伸展する。他方、内部残留引張応力はガラス板内部に全体的に存在しているので、クラックの伸展を制御しない限り、クラックが意図しない方向に伸展してしまう。

そのため、本発明では、照射領域の中心における中間層に内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力、または、圧縮応力を形成させ、内部残留引張応力によるクラックの伸展を抑制している。即ち、レーザ光を照射することにより強化ガラス板の中間層における内部残留引張応力を小さくして、クラックの伸展を制御している。

以上で説明したように、強化ガラス板の切断方法と非強化ガラス板の切断方法とでは、クラックの伸展の仕方が異なる。

次に、上記で説明した本実施の形態にかかる強化ガラス板の切断方法を実施するための強化ガラス板切断装置について説明する。図１１は、本実施の形態にかかる強化ガラス板切断装置を説明するための図である。本実施の形態にかかる強化ガラス板切断装置８０は、レーザ出力部８１、ガラス保持駆動部８２、制御部８３、および初期クラック形成部８４を有する。

レーザ出力部８１は、強化ガラス板１０を切断するためのレーザ光２０を出力する。レーザ光２０の光源としては、例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ、９４０ｎｍ、９７５ｎｍ）、ファイバーレーザ（波長：１０６０〜１１００ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、２０８０ｎｍ、２９４０ｎｍ）、中赤外光パラメトリック発振器を使用したレーザ（波長：２６００〜３４５０ｎｍ）などを用いることができる。レーザ出力部８１は、レーザ光の焦点を調整するための光学系を備えている。また、レーザ光の照射部にノズルを配置してもよい。レーザ光のパワー（レーザ出力）、レーザ光のビーム径（焦点）、レーザ照射のタイミングなどは、制御部８３を用いて制御される。

ここで、近赤外のレーザ光を用いる場合、近赤外における吸収を増加させるために強化ガラス板にＦｅ等の不純物を添加する必要がある。近赤外において吸収特性を持つ不純物を添加した場合、可視光領域の吸収特性にも影響を与えるため、強化ガラス板の色味や透過率に影響を及ぼす場合がある。このようなことを防止するために、レーザ光２０の光源として、波長が２５００〜５０００ｎｍの中赤外のレーザを用いてもよい。波長が２５００〜５０００ｎｍの帯域ではガラス自体の分子振動に起因する吸収が発生するため、Ｆｅ等の不純物の添加が不要となる。

ガラス保持駆動部８２は、加工対象である強化ガラス板１０を保持すると共に、強化ガラス板１０を所定の方向に移動する。すなわち、ガラス保持駆動部８２は、レーザ光が強化ガラス板１０の切断予定線を走査するように、強化ガラス板１０を移動する。ガラス保持駆動部８２は、制御部８３を用いて制御される。ガラス保持駆動部８２は、加工対象である強化ガラス板１０を多孔質板等を用いて吸着することで固定してもよい。また、ガラス保持駆動部８２は、強化ガラス板１０の位置を決定するための画像検出器を備えていてもよい。位置決め用の画像検出器を備えることで、強化ガラス板１０の加工精度を向上させることができる。

なお、図１１に示した強化ガラス板切断装置８０では、レーザ光２０の照射領域が強化ガラス板１０上を移動するように、ガラス保持駆動部８２を用いて強化ガラス板１０を移動している。このとき、レーザ出力部８１は固定されている。しかし、ガラス保持駆動部８２に保持されている強化ガラス板１０を固定し、レーザ出力部８１を移動させることで、レーザ光２０の照射領域を強化ガラス板１０上において移動させてもよい。また、ガラス保持駆動部８２に保持されている強化ガラス板１０とレーザ出力部８１の両方が移動するように構成してもよい。

初期クラック形成部８４は、強化ガラス板１０の切断開始位置に初期クラックを形成する。例えば、初期クラック形成部８４は、レーザ光で強化ガラス板１０に初期クラックを形成する機構を備えた装置を用いることができる。この場合、波長が３００〜１１００ｎｍで、数十ｎｓ以下のパルス幅のパルスレーザを出力することができる装置を用いることができる。また、パルスレーザの焦点位置を強化ガラス板１０の内部とすることで、強化ガラス板１０の内部に初期クラックを形成することができる。これにより、初期クラック５０の形成時に発生する粉塵等が周囲に拡散することを防ぐことができる。また、例えば、初期クラック形成部８４は、強化ガラス板１０に機械的に初期クラックを形成する機構を備えた装置であってもよい。図１１に示す強化ガラス板切断装置８０のように、レーザ出力部８１と初期クラック形成部８４とを備えることで、加工対象である強化ガラス板１０を同一のガラス保持駆動部８２に固定した状態で、初期クラックの形成と強化ガラス板１０の切断を同時に実施することができる。

制御部８３は、レーザ出力部８１、ガラス保持駆動部８２、および初期クラック形成部８４を制御する。例えば、制御部８３は、強化ガラス板１０の熱膨張係数、厚さ、レーザ光に対する強化ガラス板の吸収係数、および強化ガラス板の中間層１７の内部残留引張応力の少なくとも一つに応じて、強化ガラス板に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを決定することができる。また、制御部８３は、強化ガラス板１０の切断予定線に応じて、レーザ光の照射領域の面積（つまり、ビーム径φ）、レーザ光の出力、およびレーザ光の走査速度を制御することができる。

以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明により、強化ガラス板の切断を安定的に開始することが可能な強化ガラス板の切断方法、および強化ガラス板切断装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。実施例１では、上記の実施の形態で説明した第１の切断開始方法に対応する実施例について説明する。実施例２では、上記の実施の形態で説明した第２の切断開始方法に対応する実施例について説明する。実施例３では、上記の実施の形態で説明した第３の切断開始方法に対応する実施例について説明する。

＜実施例１＞
実施例１では、板厚が１．１（ｍｍ）、表面圧縮応力ＣＳが７３９（ＭＰａ）、表面層および裏面層それぞれの厚さＤＯＬが４０．３（μｍ）、内部残留引張応力ＣＴが２９．２（ＭＰａ）の強化ガラス板を用いた。

強化ガラス板の内部残留引張応力ＣＴは、表面応力計ＦＳＭ−６０００（折原製作所製）にて表面圧縮応力ＣＳおよび圧縮応力層（表面層および裏面層）の深さＤＯＬを測定し、その測定値と、強化ガラス板の厚さｔとから以下の式（２）を用いて計算にて求めた。

ＣＴ＝（ＣＳ×ＤＯＬ）／（ｔ−２×ＤＯＬ） ・・・（２）

強化ガラス板は、上記の実施の形態で説明した第１の切断開始方法を用いて切断した。つまり、図１２に示すように、強化ガラス板１０の端部の切断開始位置に初期クラック３０を予め形成し、この初期クラック３０の上をレーザ光の照射領域２２が通過するように、レーザ光を方向２４に走査した。また、強化ガラス板１０の端部から強化ガラス板１０の内側２０ｍｍまでは、レーザ光を初期条件（初期速度）で駆動した。レーザ光の光源は、ファイバーレーザ（中心波長帯：１０７０ｎｍ）とした。また、レーザ光のビーム径は０．１（ｍｍ）とした。

図１３に、強化ガラス板の切断条件と切断結果を示す。図１３に示す表では、各サンプルＮｏ．１〜６を切断する際の条件として、レーザ光の出力（Ｗ）、レーザ光の初期（＜２０ｍｍ）および通常時における走査速度（ｍｍ／ｓ）、レーザ光の初期（＜２０ｍｍ）および通常時における単位エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ）を示している。ここで、レーザ光の初期および通常時における単位エネルギーＥ（Ｊ／ｍｍ）は、上記の式（１）にレーザ出力（Ｗ）、並びに、レーザ光の初期および通常時における走査速度（ｍｍ／ｓ）を代入することで求めた。

切断結果は、強化ガラス板の切断が切断予定線に沿って開始された場合を「○」とし、切断が開始されない場合やガラスが粉砕した場合を「×」とした。

図１３の表に示すように、切断の初期（＜２０ｍｍ）において、レーザ光の単位エネルギーＥの値が１５（Ｊ／ｍｍ）や１８（Ｊ／ｍｍ）の場合（サンプルＮｏ．１、Ｎｏ．２）は、切断が正常に開始されなかった。つまり、サンプルＮｏ．１では、初期クラックからクラックの伸展を誘発する熱応力が不足したため、切断が開始しなかった。また、サンプルＮｏ．２では、レーザ光の照射領域に発生した熱応力が不足したため、誘発されたクラックの進展を抑制できず、強化ガラス板１０が割れた。一方、切断の初期（＜２０ｍｍ）において、レーザ光の単位エネルギーＥの値が２０（Ｊ／ｍｍ）の場合（サンプルＮｏ．３〜Ｎｏ．６）は、正常に切断を開始することができた。

サンプルＮｏ．３では、切断開始後においても同一の走査速度、つまり同一の単位エネルギーで切断を行なったが、正常に強化ガラス板の切断を継続することができた。サンプルＮｏ．４では、切断開始後、レーザ光の走査距離が２０（ｍｍ）を過ぎた時点でレーザ光の走査速度を５（ｍｍ／ｓ）から１０（ｍｍ／ｓ）に変更した。これにより、レーザ光の単位エネルギーが２０（Ｊ／ｍｍ）から１０（Ｊ／ｍｍ）へと変化したが、正常に強化ガラス板の切断を継続することができた。また、サンプルＮｏ．５では、切断開始後、レーザ光の走査距離が２０（ｍｍ）を過ぎた時点でレーザ光の走査速度を５（ｍｍ／ｓ）から２０（ｍｍ／ｓ）に変更した。これにより、レーザ光の単位エネルギーが２０（Ｊ／ｍｍ）から５（Ｊ／ｍｍ）へと変化したが、正常に強化ガラス板の切断を継続することができた。また、サンプルＮｏ．６では、切断開始後、レーザ光の走査距離が２０（ｍｍ）を過ぎた時点でレーザ光の走査速度を５（ｍｍ／ｓ）から４０（ｍｍ／ｓ）に変更した。これにより、レーザ光の単位エネルギーが２０（Ｊ／ｍｍ）から２．５（Ｊ／ｍｍ）へと変化したが、正常に強化ガラス板の切断を継続することができた。

図１３に示す結果から、強化ガラス板１０の切断開始時には、強化ガラス板１０の通常の切断時（切断開始後）よりもレーザ光の単位長さあたりのエネルギーを増加させる必要があるといえる。具体的には、強化ガラス板１０の切断開始時には、レーザ光の単位長さあたりのエネルギーを２０（Ｊ／ｍｍ）以上とする必要があるといえる。また、切断開始後は、レーザ光の単位長さあたりのエネルギーを２．５（Ｊ／ｍｍ）まで下げることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の実施例２について説明する。実施例２では、板厚が０．９（ｍｍ）、内部残留引張応力ＣＴが５５（ＭＰａ）の強化ガラス板を用いた。また、図１４Ａ、図１４Ｂに示すように、強化ガラス板１０の端部から１０ｍｍ内側に初期クラック５０を予め形成した。実施例２では、以下の３つの試験パターンでレーザ光の照射領域２２を移動させた。

図１４Ａに示すように、レーザ光の照射領域２２を強化ガラス板１０の端部側から方向５５に移動させた。このとき、初期クラック５０の手前１〜５ｍｍの位置からレーザ光の照射を開始した場合（試験パターン１）と、初期クラック５０の手前０〜０．５ｍｍの位置からレーザ光の照射を開始した場合（試験パターン２）とについて試験を実施した。

また、図１４Ｂに示すように、強化ガラス板１０の内側から初期クラック５０に向けて（つまり、方向５６へ）レーザ光の照射領域２２を移動させ、初期クラック５０の手前でレーザ光の走査方向を逆向き（方向５７）にした（試験パターン３）。レーザ光を方向５６に走査する際、初期クラック５０の手前０．５ｍｍの位置（つまり、初期クラック５０から強化ガラス板１０の内側０．５ｍｍの位置）においてレーザ光の照射を開始した。ここで、試験パターン３は、上記の実施の形態で説明した第２の切断開始方法に対応している。

なお、試験パターン１〜３において、レーザ光の光源は、ファイバーレーザ（中心波長帯：１０７５〜１０９５ｎｍ）とした。また、レーザ光のビーム径は０．２（ｍｍ）とし、走査速度は２．５（ｍｍ／ｓ）、レーザ出力は２００（Ｗ）とした。

次に、上記試験パターン１〜３の試験結果について説明する。まず、試験パターン１では、初期クラック５０から強化ガラス板１０の端部に向けて、また初期クラック５０から強化ガラス板１０の内側に向けてクラックが自走し、強化ガラス板１０の切断が安定的に開始されなかった。

試験パターン２では、強化ガラス板１０の切断が開始されなかった。これは、初期クラック５０の近傍でレーザ光の照射を開始したため、初期クラック５０に十分な引張応力が作用しなかったためと考えられる。

一方、試験パターン３では、初期クラック５０から方向５７に向けてクラックが伸展し、強化ガラス板１０の切断が安定的に開始された。つまり、試験パターン３では、レーザ光の照射領域２２の方向５６側に発生する引張応力が初期クラック５０に作用した後、方向５６と逆の方向５７にレーザ光を走査した。よって、初期クラック５０から方向５７へ向けて伸展したクラックを、レーザ光の照射領域２２に発生する圧縮応力を用いて制御することができたので、安定的に強化ガラス板１０の切断を開始することができた。

＜実施例３＞
次に、本発明の実施例３について説明する。実施例３では、板厚が０．７（ｍｍ）、内部残留引張応力ＣＴが５７．２（ＭＰａ）の強化ガラス板を用いた。また、図１５Ａに示すように、強化ガラス板１０の端部から２ｍｍ内側に初期クラック５０を予め形成した。初期クラック５０は、パルスレーザを用いて形成した。

実施例３では、図１５Ａに示すように、レーザ光の照射領域２２の中心が初期クラック５０から０．２ｍｍ離れた位置からレーザ光の照射を開始すると同時に走査方向６８にレーザ光を走査した。つまり、実施例３の切断開始方法は上記の実施の形態で説明した第３の切断開始方法に対応している。

レーザ光の光源は、ファイバーレーザ（中心波長帯：１０７５〜１０９５ｎｍ）とした。また、レーザ光のビーム径は０．２（ｍｍ）とし、走査速度は０．５（ｍｍ／ｓ）、レーザ出力は１５０（Ｗ）とした。

図１５Ｂは、第３の切断開始方法を用いて強化ガラス板１０の切断を開始した結果を説明するための図である。図１５Ｂに示すように、第３の切断開始方法を用いた場合は、初期クラック５０から強化ガラス板１０の端部に向けてクラック５１が自走した。また、初期クラック５０から走査方向６８に向けてクラック５２が伸展した。つまり、第３の切断開始方法を用いた場合は、レーザ光の照射領域２２の走査方向後方に発生する引張応力を初期クラック５０に作用させることができ、強化ガラス板１０の切断を開始することができた。その後、初期クラック５０から走査方向６８へ向けて伸展したクラック５２を、レーザ光の照射領域２２に発生する圧縮応力を用いて制御することで、安定的に強化ガラス板１０の切断を開始することができた。

以上、本発明を上記実施形態に即して説明したが、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
本出願は、２０１１年８月３１日出願の日本特許出願２０１１−１８９０４８に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０ 強化ガラス板
１２ 表面
１３ 表面層
１４ 裏面
１５ 裏面層
１７ 中間層
２０ レーザ光
２２ 照射領域
２４ 走査方向
２５、２７、２９ 圧縮応力
２６、２８ 引張応力
３０ 初期クラック
３１ クラック
３２、３３ 走査方向
３４、３６、３８、４０ 圧縮応力
３５、３７、３９、４１ 引張応力
５０ 初期クラック
５１、５２ クラック
８０ 強化ガラス板切断装置
８１ レーザ出力部
８２ ガラス保持駆動部
８３ 制御部
８４ 初期クラック形成部

Claims (11)

1. 残留圧縮応力を有する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層とを備える強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板の切断方法であって、
   前記強化ガラス板の切断を開始する際に、
   クラックの発生を誘発する熱応力を前記強化ガラス板の切断開始位置に作用させ、
   前記切断開始位置において前記クラックを発生させると同時に前記クラックの伸展を抑制した後、前記中間層の内部残留引張応力によるクラックの伸展を抑制しながら前記強化ガラスを切断する、
   強化ガラス板の切断方法。
2. 前記レーザ光の前記照射領域における前記中間層を徐冷点以下の温度で加熱し、前記照射領域における前記中間層に前記内部残留引張応力の値よりも小さい引張応力または圧縮応力を発生させて、前記内部残留引張応力によるクラックの伸展を抑制しながら前記強化ガラス板を切断する、請求項１に記載の強化ガラス板の切断方法。
3. 前記強化ガラス板と前記レーザ光は、前記レーザ光に対する前記強化ガラス板の吸収係数をα（ｃｍ^−１）、前記強化ガラス板の厚さをｔ（ｃｍ）とした場合、０＜α×ｔ≦３．０の式を満たす、請求項１または２に記載の強化ガラス板の切断方法。
4. 前記強化ガラス板の切断を開始する際に、前記強化ガラス板に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、前記強化ガラス板の切断開始後における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
5. 前記強化ガラス板の切断を開始する際に、前記強化ガラス板に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、前記強化ガラス板の切断開始後における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも大きくすることで、前記強化ガラス板の切断開始位置に形成されている初期クラックに作用する引張応力を増加させる、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
6. 前記強化ガラス板の切断開始位置に初期クラックを形成し、
   前記レーザ光の照射領域の走査方向後方に発生する引張応力を前記初期クラックに作用させて前記強化ガラス板の切断を開始し、
   前記強化ガラス板の切断開始後、前記強化ガラス板に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、前記強化ガラス板の切断開始時における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも小さくする、
   請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
7. 前記切断開始位置が前記強化ガラス板の端部から所定の距離だけ内側の位置であって、前記切断開始位置に初期クラックを形成し、
   前記レーザ光を第１の方向に走査し、前記レーザ光の照射領域の前記第１の方向の前方に発生する引張応力を前記初期クラックに作用させ、
   前記レーザ光を前記第１の方向と逆方向の第２の方向に走査し、前記レーザ光の照射領域の第２の方向の後方に発生する引張応力を用いて前記初期クラックの位置から前記強化ガラス板の切断を開始し、
   前記強化ガラス板の切断開始後、前記強化ガラス板に照射される単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを、前記強化ガラス板の切断開始時における単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーよりも小さくする、
   請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
8. 前記レーザ光の出力を大きくすることで、前記単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくする、請求項４〜７のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
9. 前記レーザ光の照射領域の移動速度を遅くすることで、前記単位長さあたりのレーザ光の照射エネルギーを大きくする、請求項４〜７のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
10. 前記レーザ光の照射領域の面積を大きくすることで、前記レーザ光の照射領域の周囲に発生する引張応力が前記初期クラックに作用する確率を高くする、請求項５〜９のうちいずれか一項に記載の強化ガラス板の切断方法。
11. 残留圧縮応力を有する表面層および裏面層と、当該表面層および裏面層との間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層とを備える強化ガラス板を、当該強化ガラス板に照射されるレーザ光の照射領域を移動させることで切断する強化ガラス板切断装置であって、
    前記強化ガラス板を保持すると共に、当該強化ガラス板を所定の方向に移動するガラス保持駆動部と、
    前記強化ガラス板を切断するためのレーザ光を出力するレーザ出力部と、
    前記強化ガラス板の切断開始位置に初期クラックを形成する初期クラック形成部と、
    前記ガラス保持駆動部、前記レーザ出力部、および前記初期クラック形成部を制御する制御部と、を備える、
    強化ガラス板切断装置。

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