JPWO2014010689A1 - 小サイズ板の製造方法及び構造体並びに構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、意匠性の優れた小サイズの物理強化ガラス板の製造方法及びこの小サイズの物理強化ガラス板を利用した構造体並びにその製造方法を提供する。本発明の強化ガラス板の製造方法の切断工程において、レーザ光２０によって徐冷点以下の温度で中間層１７を局所的に加熱し、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力を中間層１７に局所的に発生させ、内部残留引張応力によるクラック３０の伸展速度を制御する。

Description

本発明は、小サイズの強化ガラス板である小サイズ板の製造方法及び小サイズ板を用いた構造体並びに構造体の製造方法に関する。

ガラスを強化する強化法として、風冷強化法等の物理強化法が知られている（例えば、特許文献１参照）。強化ガラス板は、ガラス板の表面や裏面に残留圧縮応力を、内部に残留引張応力を生じさせた、ガラス板の表面や裏面を強化したものである。

従来、物理強化ガラス板の切断が困難であり、物理強化ガラス板製品の製造は、ガラス板を製品サイズに切断した後、風冷強化法などにより物理強化処理することにより行われていた。

日本国特開２０００−２９００３０号公報

風冷強化方法には、所望の製品形状のガラス板をローラ搬送しながら軟化点付近まで加熱し、ガラス板の上面、下面に対して冷媒である冷却エアを吹き付ける方法がある。この方法では、ガラス板の下面への冷却はローラ間に配置したノズルからエアを吹き付けることになるため、ローラ間には間隙が必要となる。そのため、製品のサイズが小さい場合、ガラス板の搬送方向の先端がローラに接触したりローラ間に脱落したりする問題があり、ローラ搬送で物理強化できる製品のサイズは大きいものに限られていた。

また、所望の製品形状のガラス板を治具で挟んで吊るし、吊るされたガラス板を加熱して風冷強化する方法が知られている。この場合、製品のサイズが小さくても強化処理を施すことは可能であるが、治具がガラス板を挟んだ跡がガラス板に残るため意匠上好ましくない。

以上から、従来、意匠性の優れた小サイズの物理強化ガラス板を提供することは困難であった。また、このような小サイズのガラス板を複数個組み合わせて構成された構造体に物理強化ガラス板を用いることも同様に難しかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、意匠性の優れた小サイズの物理強化ガラス板からなる小サイズ板の製造方法及びこの小サイズ板を利用した構造体並びにこの構造体の製造方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の態様による小サイズ板の製造方法は、
加熱したガラス板の表面及び裏面に冷媒を接触させることで急冷して物理強化し、残留圧縮応力を有する強化層としての表面層及び裏面層、並びに該表面層と裏面層の間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層を含む強化ガラス板を作製する強化工程と、
前記強化ガラス板に局所的にレーザ光を照射し、前記強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置を切断予定線に沿って移動させ、前記強化ガラス板を板厚方向に貫通するクラックを伸展させ、前記強化ガラス板から小サイズ板を切り出す切断工程とを有し、
該切断工程は、前記レーザ光によって徐冷点以下の温度で前記中間層を局所的に加熱し、前記内部残留引張応力よりも小さい引張応力、又は圧縮応力を前記中間層に局所的に発生させ、前記内部残留引張応力によるクラックの伸展速度を制御することを特徴とする。

また、本発明の一の態様による小サイズ板を利用した構造体の製造方法は、
上記した小サイズ板の製造方法により得られた複数の前記小サイズ板を枠体に嵌め込み、複数の小サイズ板から１枚の構造体を組み立てるアッセンブリ工程をさらに有することを特徴とする構造体の製造方法。

また、本発明の一の態様による小サイズ板を利用した構造体は、
残留圧縮応力を有する強化層としての表面層及び裏面層、並びに該表面層と裏面層の間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層を含む物理強化ガラス板から切り出された複数の小サイズ板と、
前記小サイズ板を嵌め込み可能に形成された枠体とを有し、
前記枠体に前記複数の小サイズ板が嵌め込まれて固定されたことを特徴とする。

本発明によれば、意匠性の優れた小サイズの物理強化ガラス板の製造方法及びこの小サイズの物理強化ガラス板を利用した構造体が提供される。

図１は、強化ガラス板の一例を示す断面図である。 図２は、風冷強化ガラス板の残留応力分布の一例を示す模式図である。 図３は、本発明の第１実施形態による切断工程の説明図である。 図４は、強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置と、クラックの先端位置との関係の一例を示す図である。 図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。 図６は、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。 図７（ａ）及び７（ｂ）は、構造体の例を示す断面図である。 図８は、大型の強化ガラス板から小サイズ板を切り出し、構造体を作製する工程についての一例を示す図である。 図９は、本発明の第２実施形態による切断工程の説明図である。

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て説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。なお、以下の実施形態でいう小サイズ板の小サイズとは、ガラス板の下面を冷却する際に搬送ローラで搬送するのが困難であるような小さなサイズのことである。

［第１実施形態］
小サイズ板は、大型の物理強化ガラス板から切り出された小サイズの強化ガラス板である。また、構造体は、物理強化ガラス板からなる複数の小サイズ板と、複数の小サイズ板を嵌め込み可能に成形された枠体とを有する。小サイズ板の製造方法は、強化工程と、切断工程とをこの順で有し、構造体の製造方法はさらに、アッセンブリ工程を有する。以下、各工程について説明する。

強化工程は、加熱したガラス板の表面及び裏面に冷媒を接触させることで急冷して物理強化し、ガラス板の表面や裏面に残留引張応力を生じさせ、ガラス板の表面や裏面を強化し、強化ガラス板を作製する。代表的な物理強化方法は、冷却エアを加熱したガラス板に吹き付ける風冷強化法である。

風冷強化法は、軟化点付近の温度のガラス板を両側から急冷し、ガラス板の表面や裏面と、ガラス板の内部との間に温度差をつけることで、ガラス板の表面や裏面に残留圧縮応力を生じさせ、ガラス板の表面や裏面を強化する。風冷強化法等の物理強化法は、強化処理に要する時間が数秒から数十秒であるため、生産性が優れていて好ましい。

ガラス板のガラスの種類は、特に限定されないが、例えばソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。ガラス板の厚さは、ガラス板の用途に応じて適宜設定され、例えば１．５〜２５ｍｍである。１．５ｍｍ以上であると強化工程においてガラス板の表面や裏面と内部との間に温度差を付けやすくなるため好ましい。

図１は、本発明の第１実施形態による切断工程に供される大型の強化ガラス板の断面の一例を示す図である。図２において、矢印の方向は強化ガラス板における残留応力の作用方向を示し、矢印の大きさは強化ガラス板における応力の大きさを示す。

強化ガラス板１０は、残留圧縮応力を有する強化層としての表面層１３及び裏面層１５、並びに表面層１３と裏面層１５との間に形成され、残留引張応力を有する中間層１７を含む。

強化ガラス板１０の端面は、表面層１３の端部及び裏面層１５の端部から延びる強化層で覆われていてよい。また、強化ガラス板１０の端面は強化層で覆われておらず、強化ガラス板１０の端面に中間層１７の端面が露出していてもよい。

図２は、風冷強化ガラス板の残留応力分布の一例を示す模式図である。図２に示すように、強化ガラス板１０の板厚方向両端から内部に向かうほど残留圧縮応力が小さくなり、強化ガラス板１０の内部には残留引張応力が生じている。図２において、ＣＳは強化層１３、１５の最大残留圧縮応力（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（＞０）、ＤＯＬは強化層１３、１５の厚さをそれぞれ示す。ＣＳやＣＴ、ＤＯＬは、強化処理条件（風冷強化法の場合にはガラス板の加熱温度や冷却速度等）で調節可能である。

強化層１３、１５の表面圧縮応力（ＣＳ）及び強化層１３、１５の厚さ（ＤＯＬ）は、例えば、表面応力計ＦＳＭ−６０００（折原製作所製）により測定される。中間層１７の内部残留引張応力（ＣＴ）は、下記の数式（１）で算出される。
ＣＴ＝ＣＳ／ａ・・・（１）
数式（１）において、ａはガラス板の冷却開始時の温度、ガラスの冷却速度、ガラス板の厚さなどで決まる定数であって、通常は２．０〜２．５の範囲内である。

図３は、本発明の第１実施形態による切断工程の説明図である。図４は、大型の強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置と、クラックの先端位置との関係の一例を示す図である。

切断工程では、大型の強化ガラス板１０から小サイズ板１０１（図８参照）を切り出す。切断工程では、大型の強化ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置を移動させ、強化ガラス板１０を板厚方向に貫通するクラック３０を伸展させる。強化ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の軌跡に沿って、クラック３０が伸展する。強化ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の移動のため、強化ガラス板１０が移動してもよいし、レーザ光２０の光源が移動してもよく、両者が移動してもよい。強化ガラス板１０の移動の代わりに、強化ガラス板１０の回転を行ってもよい。また、強化ガラス板１０におけるレーザ光２０の照射位置の移動のため、光源からのレーザ光を強化ガラス板１０に向けて反射するガルバノミラーを回転してもよい。

クラック３０は強化ガラス板１０を板厚方向に貫通しており、本実施形態の切断は所謂フルカット切断である。

強化ガラス板１０の切断位置には、レーザ照射前に、スクライブ線（溝線）が形成されなくてよい。スクライブ線が形成されてもよいが、スクライブ線の形成に手間がかかる。また、スクライブ線の形成時に、強化ガラス板１０が欠けることがある。

強化ガラス板１０の切断開始位置には、初期クラックが形成されてよい。初期クラックは、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成される。強化ガラス板１０の端面が砥石等で研削されたものである場合、研削によって形成されるマイクロクラックを初期クラックとして利用できる。

強化ガラス板１０の切断開始位置や切断終了位置は、強化ガラス板１０の外周、強化ガラス板１０の内部のいずれでもよい。また、強化ガラス板１０の切断線の形状は、多種多様であってよい。

レーザ光２０は、光源から出射された後、集光レンズ等の光学系で集光され、強化ガラス板１０の表面１２に入射し、強化ガラス板１０の裏面１４から出射する。

強化ガラス板１０の表面１２におけるレーザ光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はレーザ光２０に対する強化ガラス板１０の吸収係数（ｃｍ^−１）を表し、レーザ光２０の波長や強化ガラス板１０の化学組成等で決まる。αは紫外可視近赤外分光光度計等により測定される。

レーザ光２０が強化ガラス板１０を通過する間に、強化ガラス板１０がレーザ光２０の照射エネルギーの一部を熱として吸収し、強化ガラス板１０に熱応力が生じる。この熱応力を利用して、強化ガラス板１０の切断を制御する。

ところで、本実施形態の強化ガラスの切断と、非強化ガラスの切断とは、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。

非強化ガラス板の切断では、ガラス板をレーザ光で局所的に加熱すると共に、ガラス板におけるレーザ光の照射位置を移動させ、移動方向に沿って温度勾配を形成する。レーザ光の照射位置の後方近傍に引張応力が生じ、この引張応力でクラックが伸展する。クラックの先端位置は、レーザ光の照射位置の移動に伴い、レーザ光の照射位置に追従する。このように、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る。従って、切断の途中でレーザ照射を中断すると、クラックの伸展が止まる。

これに対し、本実施形態の強化ガラスの切断では、元々ガラス板内部に存在する残留引張応力を利用するために、非強化ガラスの切断の場合のように、レーザ光で引張応力を発生させなくてもよい。また、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、残留引張応力のためにクラックは自ら伸展する。また、ガラス板内部の残留引張応力はガラス板全体に存在しているのでクラックは任意の方向に伸展しうる。さらにクラックの伸展速度がある速度まで達するとクラックが分岐する。

本発明者の知見によると、中間層１７の内部残留引張応力（ＣＴ）が３０ＭＰａ以上になると、中間層１７の残留引張応力のみで、強化ガラス板１０に形成されたクラックが自然に伸展する（自走する）。

そこで、本実施形態では、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０を伸展させることで強化ガラス板１０を切断しつつ、レーザ光２０によって徐冷点以下の温度で中間層１７を局所的に加熱し、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力を中間層１７に局所的に発生させ、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０の伸展を抑制する。すなわち、レーザ光２０の照射位置の移動速度を制御することで、クラック３０の伸展速度を制御することができる。クラック３０の伸展速度を制御することにより、クラック３０の伸展する方向を定めることができ、また、クラック３０の分岐を防止できる。つまり、クラックの伸展速度を制御することにより、クラック３０の伸展の軌跡を高い精度で制御できる。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、ガラス板の粘性流動により熱応力が緩和されるからである。

図５は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。図６は、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面での応力分布の一例を示す模式図である。図６の断面は、図５の断面よりも後方の断面である。ここで、「後方」とは、強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置の移動方向後方（即ち、強化ガラス板におけるクラックの伸展方向後方）を意味する。図５及び図６において、矢印の方向は強化ガラス板における応力の作用方向を示し、矢印の長さは強化ガラス板における応力の大きさを示す。

図５に示すように、中間層１７のレーザ照射部分は加熱され、中間層１７の他の部分よりも高温になる。そのため、中間層１７のレーザ照射部分では、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力が生じ、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０の伸展が抑制される。図５に示すように圧縮応力が生じていると、クラック３０の伸展を確実に防止できる。一方、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力が生じていると、クラック３０の先端位置と、レーザ光２０の照射位置とが近くなり、クラック３０の先端位置を精度良く制御できる。

これに対し、図６に示すように、中間層１７のレーザ照射部分の後方近傍は、中間層１７のレーザ照射部分よりも低温になる。そのため、中間層１７のレーザ照射部分の後方近傍に、内部残留引張応力ＣＴよりも大きい引張応力が生じる。クラック３０は引張応力が所定値を超える部分に形成され、引張応力の大きい部分に集中する。そのため、クラック３０の先端位置は、レーザ光２０の照射位置の軌跡から外れることはない。

クラック３０の先端位置は、レーザ光２０の照射位置の移動に伴い、レーザ光２０の照射位置に追従し、レーザ光２０の照射位置を追い越さない。クラック３０の先端位置は、レーザ光２０の照射位置を追い越さない限り、レーザ光２０の照射位置と一部重なっていてもよい。

このように、本実施形態によれば、レーザ光２０によって中間層１７を局所的に加熱し、内部残留引張応力ＣＴよりも小さい引張応力、又は圧縮応力を中間層１７に局所的に発生させ、内部残留引張応力ＣＴによるクラック３０の伸展を抑制する。従って、クラック３０の先端位置を精度良く制御することができ、切断精度を向上することができる。

なお、図５に示すように、強化層１３、１５のレーザ照射部分は、加熱され、強化層１３、１５の他の部分よりも高温になる。そのため、強化層１３、１５のレーザ照射部分では、図１及び図２に示す残留圧縮応力よりも大きい圧縮応力が生じ、クラック３０の伸展が抑制される。

本実施形態では、強化層１３、１５だけでなく、中間層１７をレーザ光２０で加熱するため、内部透過率の高いレーザ光２０を使用する。強化ガラス板１０に入射してから出射するまでのレーザ光２０の移動距離をＭとすると、α×Ｍが３．０以下である（即ち、レーザ光の内部透過率が５％以上である）ことが好ましい。

α×Ｍを３．０以下とすることにより、レーザ光２０の照射エネルギーの大部分が強化ガラス板１０の表面１２近傍で熱として吸収されてしまうのを防ぎ、板厚方向に急激な温度勾配が生じるのを良好に防ぐことができる。これにより、表面層１３のレーザ照射部分が中間層１７のレーザ照射部分よりも著しく高温になるのを防ぎ、中間層１７のレーザ照射部分に内部残留引張応力ＣＴよりも大きな引張応力が生じるのを防ぐことができる。そのため、クラック３０の先端位置がレーザ光２０の照射位置を追い越すのを防ぐことができる。

α×Ｍは、より好ましくは０．３以下（レーザ光の内部透過率７４％以上）、さらに好ましくは０．１０５以下（レーザ光の内部透過率９０％以上）、特に好ましくは０．０２以下（レーザ光の内部透過率９８％以上）である。

レーザ光２０が強化ガラス板１０の表面１２に垂直に入射する場合、レーザ光２０の移動距離Ｍは、強化ガラス板１０の板厚ｔと同じ値（Ｍ＝ｔ）となる。一方、レーザ光２０は強化ガラス板１０の表面１２に斜めに入射する場合、スネルの法則に従って屈折する。屈折角をγとすると、レーザ光２０の移動距離Ｍは、Ｍ＝ｔ／ｃｏｓγの式で近似的に求められる。

クラック３０の伸展は主に中間層１７の残留引張応力で行われるように、内部残留引張応力ＣＴは１５ＭＰａ以上であることが好ましい。これにより、引張応力が所定値に達する位置（即ち、クラック３０の先端位置）と、レーザ光２０の照射位置とが十分に近くなり、切断精度が向上する。内部残留引張応力ＣＴは、より好ましくは３０ＭＰａ以上、さらに好ましくは４０ＭＰａである。内部残留引張応力ＣＴが３０ＭＰａ以上であると、中間層１７の残留引張応力のみでクラック３０が伸展し、クラック３０の先端位置と、レーザ光２０の照射位置とがさらに近くなるので、切断精度がさらに向上する。

レーザ光２０の光源としては、例えば波長が８００〜１１００ｎｍの近赤外線（以下、単に「近赤外線」という）のレーザが用いられる。近赤外線レーザとしては、例えば、Ｙｂファイバーレーザ（波長：１０００〜１１００ｎｍ）、Ｙｂディスクレーザ（波長：１０００〜１１００ｎｍ）、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ）、高出力半導体レーザ（波長：８０８〜９８０ｎｍ）が挙げられる。これらの近赤外線レーザは、高出力で安価であり、また、α×Ｍを所望の範囲に調整するのが容易である。

なお、本実施形態では、レーザ光２０の光源として高出力で安価な近赤外線レーザが用いられるが、波長が２５０〜５０００ｎｍの光源であればよい。例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グリーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ（波長：２０８０ｎｍ）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（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）等が挙げられる。また、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よい。

１０００ｎｍ付近（８００〜１１００ｎｍ）の近赤外線レーザの場合、強化ガラス板１０中の鉄（Ｆｅ）の含有量、コバルト（Ｃｏ）の含有量、銅（Ｃｕ）の含有量が多くなるほど、吸収係数αが大きくなる。また、この場合、強化ガラス板１０中の希土類元素（例えばＹｂ）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。吸収係数αの調節にはガラスの透明性、及びコストの観点から鉄が用いられ、コバルト、銅、及び希土類元素は強化ガラス板１０中に実質的に含まれていなくてよい。

レーザ光２０の強度は、ランベルト・ベールの法則に従って減衰する。そこで、強化ガラス板１０の表面１２と裏面１４とで、レーザパワー密度（Ｗ／ｃｍ^２）が同じか略同じになるように、つまり、温度が同じか略同じになるように、裏面１４におけるレーザ光２０の面積は、表面１２におけるレーザ光２０の面積よりも小さくてよい。強化ガラス板１０を基準として光源と反対側にレーザ光２０の集光位置があると、裏面１４におけるレーザ光２０の面積が、表面１２におけるレーザ光２０の面積よりも小さくなる。強化ガラス板１０の表面１２と裏面１４とで温度が同程度であると、強化ガラス板１０の表面１２と裏面１４とでクラック３０が同程度に伸展する。

なお、レーザ光２０の集光位置は、強化ガラス板１０の内部でもよく、また、図５に示すように強化ガラス板１０を基準として光源側であってもよい。

強化ガラス板１０の表面１２において、レーザ光２０は強化ガラス板１０の板厚ｔよりも小さい直径φの円形に形成されてよい。直径φが板厚ｔよりも小さくすることにより、ガラス板１０の加熱部分が大きくなり過ぎず、切断面の一部（特に切断開始部分や切断終了部分）が僅かに湾曲するのを防ぐことができる。直径φは例えば１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下である。

なお、強化ガラス板１０の表面１２におけるレーザ光２０の形状は、多種多様であってよく、例えば矩形、楕円形等でもよい。

図７は、本発明の第１実施形態のアッセンブリ工程による小サイズ板を利用した構造体の例を示す断面図である。

アッセンブリ工程は、大型の強化ガラス板１０から切り出した複数の小サイズ板１０１を枠体１８に嵌め込んで、１枚の構造体１０２を作製する。枠体１８は、硬質の樹脂や金属フレーム、又は樹脂と金属フレームの複合材で形成される。

枠体１８は複数の小サイズ板１０１を嵌め込み可能なように格子状（図８の（ｄ）参照）に構成されている。例えば、図７の（ａ）に示すように枠体１８は少なくとも台座となる基部１と小サイズ板を挟み込んで枠体１８に固定する固定部２の２つの部材で構成されている。基部１と固定部２はともに格子状に形成されている。基部１に複数の小サイズ板１０１を配置し、固定部２を基部１と嵌合させるなどして固定することで小サイズ板１０１を枠体１８に固定する。小サイズ板１０１を枠体１８に固定する際、接着剤３などで枠体に接着することが脱落防止の観点で好ましい。

又は、図７の（ｂ）に示すように格子状に形成された基部１に、複数の小サイズ板１０１を接着剤３を介して接着し、各小サイズ板１０１間の間隙に目字材４を充填させて乾燥させることにより、枠体１８を形成させてもよい。また、図示していないが、成形型内に複数の小サイズ板を並べて配置し樹脂を成形型に射出するような、小サイズ板と枠体との一体成形であってもよい。

なお、枠体１８は格子状である必要性はなく、小サイズ板の形状に対応させて任意の形状を選択できる。また、枠体１８の基部１は小サイズ板１０１の形状に対応させた形状ではなく、開口部のない板状に形成されていてよい。また、枠体１８に発光素子などを設けることにより、意匠性が向上する。

アッセンブリ工程で作製された構造体１０２は、物理強化ガラス板から作製されているため従来の非強化ガラス板の構造体と比較して構造的強度が高く、ガラス特有の意匠性、光透過性を兼ね備えており、優れた部材として様々なシーンで利用することができる。具体的な用途としては、例えば、窓材、床材、壁材等の建築用部材や、車両用の外装部材、構造部材等が挙げられる。また、着色された強化ガラス板を用いることによりさらに意匠性の高い部材として使用することができる。なお、ガラス板の原材料となる溶融ガラスに金属を加えることにより様々な色、例えば、赤、青、緑などに着色させることができる。

図８は、大型の強化ガラス板１０から小サイズ板１０１を切り出し、構造体を作製するまでの工程についての一例を示す図である。図８の（ａ）は、大型の強化ガラス板１０である。まずは、強化工程において、大型のガラス板に前述の物理強化処理を施すことにより大型の強化ガラス板１０を得る。次に切断工程において、図８の（ｂ）に示すように前述の方法によりレーザ光２０を切断予定線３１に沿って照射させる。以上の工程を経ることにより、図８の（ｃ）に示すように小サイズ板１０１を得ることができる。なお、図８の例では、小サイズ板１０１は矩形であるが、本実施形態によれば、例えば、六角形、円形など任意の形状に切り出すことが可能である。次にアッセンブリ工程において、前述の方法により小サイズ板を枠体１８に嵌め込んで構造体を形成させる。図８の（ｄ）の例では、格子状の枠体１８に小サイズ板１０１を嵌め込んで構造体１０２を形成させている。

このように、大型の強化ガラス板１０から、複数の小サイズ板１０１を切り出すので、従来は困難であった物理強化ガラス板の小サイズ板を製造することが可能であり、また、小サイズ板を利用した構造体を作製することが可能となる。なお、小サイズ板１０１は、その外接円の直径が１００ｍｍ以下であることが好ましい。小サイズ板１０１の外接円の直径が１００ｍｍ以下の小型のガラス板を搬送ローラで搬送するのは困難であるため、本発明の第１実施形態が有効に適用できる。また、小サイズ板１０１は、その外接円の直径が８０ｍｍ以下、さらには５０ｍｍ以下であるとより効果的である。

［第２実施形態］
図９は、本発明の第２実施形態による切断工程の説明図である。図９において、図３と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の切断工程は、大型の強化ガラス板１０にガス４０を吹き付ける工程を含み、強化ガラス板１０におけるガス４０の吹き付け位置を、レーザ光２０の照射位置と連動して移動させることで、強化ガラス板１０を切断する。図９に示すように、ガス４０の吹き付け位置の内側に、レーザ光２０の照射位置が存在してよい。なお、ガス４０の吹き付け位置は、レーザ光２０の照射位置よりも前方又は後方でもよい。ガス４０は、強化ガラス板１０の付着物（例えばホコリ）を吹き飛ばして、付着物によるレーザ光２０の吸収を防止し、強化ガラス板１０の表面１２の過熱を防止する。

ガス４０は、強化ガラス板１０を局所的に冷却する冷却ガス（例えば、室温の圧縮空気）であってもよい。レーザ光２０の照射位置の移動方向に沿って急激な温度勾配が生じるので、引張応力が所定値に達する位置（即ち、クラック３０の先端位置）と、レーザ光２０の位置との間の距離が短くなる。よって、クラック３０の位置制御性が高まるため、切断精度をさらに向上できる。

ノズル５０は、例えば図９に示すように筒状に形成され、ノズル５０の内部をレーザ光２０が通過してよい。ノズル５０の中心軸５１と、レーザ光２０の光軸２１とは同軸的に配置されてよい。ガス４０の吹き付け位置と、レーザ光２０の照射位置との位置関係が安定化する。

強化ガラス板１０におけるガス４０の吹き付け位置の移動のため、強化ガラス板１０が移動してもよいし、ノズル５０が移動してもよく、両者が移動してもよい。

以上、大型の強化ガラス板から小サイズ板を切り出す切断方法及び構造体並びに構造体の製造方法の第１〜第２実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、種々の変形及び置換が可能である。

本出願は、２０１２年７月１１日出願の日本特許出願２０１２−１５５５６５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（強化層）
１４ 裏面
１５ 裏面層（強化層）
１７ 中間層
１８ 枠体
２０ レーザ光
３０ クラック
４０ ガス
１０１ 小サイズ板

Claims (11)

1. 加熱したガラス板の表面及び裏面に冷媒を接触させることで急冷して物理強化し、残留圧縮応力を有する強化層としての表面層及び裏面層、並びに該表面層と裏面層の間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層を含む強化ガラス板を作製する強化工程と、
   前記強化ガラス板に局所的にレーザ光を照射し、前記強化ガラス板におけるレーザ光の照射位置を切断予定線に沿って移動させ、前記強化ガラス板を板厚方向に貫通するクラックを伸展させ、前記強化ガラス板から小サイズ板を切り出す切断工程とを有し、
   該切断工程は、前記レーザ光によって徐冷点以下の温度で前記中間層を局所的に加熱し、前記内部残留引張応力よりも小さい引張応力、又は圧縮応力を前記中間層に局所的に発生させ、前記内部残留引張応力によるクラックの伸展速度を制御する
   ことを特徴とする小サイズ板の製造方法。
2. 前記切断工程は、前記強化ガラス板から、複数の小サイズ板を切り出す、請求項１に記載の小サイズ板の製造方法。
3. 前記小サイズ板は、外接円の直径が１００ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の小サイズ板の製造方法。
4. 前記強化ガラス板は、着色されたガラス板である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の小サイズ板の製造方法。
5. 前記レーザ光の波長が２５０〜５０００ｎｍである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の小サイズ板の製造方法。
6. 前記中間層の内部残留引張応力が１５ＭＰａ以上である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の小サイズ板の製造方法。
7. 前記中間層の内部残留引張応力が３０ＭＰａ以上である、請求項６に記載の小サイズ板の製造方法。
8. 前記切断工程は、前記強化ガラス板に局所的にガスを吹き付ける工程を含み、前記強化ガラス板におけるガスの吹き付け位置を、前記レーザ光の照射位置と連動して移動させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の小サイズ板の製造方法。
9. 前記ガスは、前記レーザ光で加熱される前記強化ガラス板を冷却する冷却ガスである、請求項８に記載の小サイズ板の製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の小サイズ板の製造方法により得られた複数の前記小サイズ板を枠体に嵌め込み、複数の小サイズ板から１枚の構造体を組み立てるアッセンブリ工程を有することを特徴とする構造体の製造方法。
11. 残留圧縮応力を有する強化層としての表面層及び裏面層、並びに該表面層と裏面層の間に形成され、内部残留引張応力を有する中間層を含む物理強化ガラス板から切り出された複数の小サイズ板と、
    前記小サイズ板を嵌め込み可能に形成された枠体とを有し、
    前記枠体に前記複数の小サイズ板が嵌め込まれて固定されたことを特徴とする構造体。

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