JPWO2015053167A1 - 板ガラスのレーザー切断方法および板ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】表面に無機物からなる薄膜層が形成された板ガラスを、溶断の手法によりレーザー切断することを可能にする板ガラスのレーザー切断方法およびその方法により切り出した高品質な板ガラスを提供する。【解決手段】表面に無機物からなる薄膜層３が形成された板ガラス１０のレーザー切断方法であって、板ガラス１０を切断する予定箇所に切断予定線Ｓを設定し、該切断予定線Ｓ上の薄膜層３にレーザー光を照射して薄膜層３を除去する第一の工程たる薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）と、薄膜層３が除去された切断予定線Ｓ上のガラスフィルム２にレーザー光を照射してガラスフィルム２を溶断する第二の工程たる板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）と、を備える。

Description

本発明は、無機物からなる薄膜層を有する板ガラスを溶断の手法によりレーザー切断するレーザー切断方法および該レーザー切断方法で切り出した板ガラスの技術に関する。

近年、板ガラスの薄化が進められており、それに伴って、板ガラスを、溶断の手法によりレーザー切断する技術（以下、レーザー溶断とも呼ぶ）が開発されてきている。
板ガラスをレーザー溶断する技術は、例えば、以下に示す特許文献１に開示され、公知となっている。
そして、特許文献１に示されたレーザー溶断方法によれば、例えば、２００μｍ程度の厚みを有する非常に薄い板ガラスであっても、切断面の品質を良好に保ったまま、高品質な板ガラスを切り出すことが可能になる。

特開２０１３−６３８６３号公報

ところが、特許文献１に示されたレーザー溶断方法を使用して、表面に無機薄膜が形成された板ガラスの溶断を行うと、溶断された板ガラスの曲げ強度が低下するという問題が生じた。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、表面に無機物からなる薄膜層が形成された板ガラスを、溶断の手法によりレーザー切断することを可能にする板ガラスのレーザー切断方法およびその方法により切り出した高品質な板ガラスを提供することを目的としている。

本発明者らによる鋭意研究の結果、無機薄膜付きの板ガラスをレーザー溶断すると、板ガラスの切断面付近に気泡が発生し、板ガラスの品質が低下するということが判明した。すなわち、切断面付近に発生した気泡は、応力が作用したときに割れ、該気泡を起点として亀裂が生じる要因となるため、切断面に気泡を有する板ガラスは割れやすくなっていた。このような気泡は、無機薄膜の成分と溶けたガラス成分が融合されることで生じるものと考えられる。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

本願の第１の発明は、表面に無機物からなる薄膜層が形成された板ガラスのレーザー切断方法であって、前記板ガラスを切断する予定箇所に切断予定線を設定し、該切断予定線上の前記薄膜層にレーザー光を照射して前記薄膜層を除去する第一の工程と、前記薄膜層が除去された前記切断予定線上の前記板ガラスにレーザー光を照射して前記板ガラスを溶断する第二の工程と、を備えることを特徴とする。

本願の第２の発明は、前記第一の工程において、前記切断予定線上に照射される前記薄膜層に対する前記レーザー光のスポット径は、前記第二の工程において、前記切断予定線上に照射される前記板ガラスに対する前記レーザー光のスポット径に比して大きいことを特徴とする。

本願の第３の発明は、前記第一の工程において、前記切断予定線に沿って除去される前記薄膜層の除去幅は、前記第二の工程において、前記切断予定線上に照射される前記板ガラスに対する前記レーザー光のスポット径に比して大きいことを特徴とする。

本願の第４の発明は、前記第一の工程を経た前記薄膜層は、前記レーザー光の照射により除去された部位に現れる端部が、前記切断予定線に向けて先下がりとなるテーパ状であることを特徴とする。

本願の第５の発明は、前記薄膜層を構成する前記無機物は、無機酸化物であることを特徴とする。

本願の第６の発明は、前記第一の工程における、前記レーザー光の照射による前記板ガラスの加熱温度は、前記板ガラスの軟化点以下の温度とすることを特徴とする。

本願の第７の発明は、表面に無機物からなる薄膜層が形成されてなり、レーザー光を照射することにより溶断され、所定の大きさに形成される板ガラスであって、前記薄膜層の端部において、前記薄膜層が傾斜した部位である傾斜部を備え、かつ、前記薄膜層の端部と前記板ガラスの端部との間に、前記板ガラスが平面状に現れた部位である平面部を備えることを特徴とする。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本願の第１の発明によれば、無機薄膜付きの板ガラスを、切断部の品質を良好に保ちつつ、レーザー溶断することができる。

本願の第２の発明によれば、無機薄膜付きの板ガラスを、レーザー溶断するときにおいて、切断部に気泡が生じるのを確実に防止できる。

本願の第３の発明によれば、無機薄膜付きの板ガラスを、レーザー溶断するときにおいて、切断部に気泡が生じるのを確実に防止できる

本願の第４の発明によれば、無機薄膜を板ガラスから剥がれにくくすることができる。

本願の第５の発明によれば、無機酸化物からなる薄膜付きの板ガラスを、切断部の品質を良好に保ちつつ、レーザー溶断することができる。

本願の第６の発明によれば、無機薄膜付きの板ガラスを、変形や歪みを生じさせることなく、レーザー溶断することができる。

本願の第７の発明によれば、無機薄膜が板ガラスから剥がれにくく、溶断部の品質が良好な板ガラスを、容易に提供することができる。

本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法の流れを示す斜視模式図。 本発明に係る板ガラスを構成するガラスフィルムの製造状況を示す模式図。 本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法の流れを示すフロー図。 本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法におけるレーザー光のスポット径を示す模式図、（ａ）無機薄膜を除去するとき、（ｂ）ガラスフィルムを溶断するとき。 本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法におけるレーザー光のスポット径およびエネルギー強度の分布を示す模式図、（ａ）無機薄膜を除去するとき、（ｂ）ガラスフィルムを溶断するとき。 本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法により溶断した板ガラスを示す部分拡大模式図。

以下、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法について、図面を参照しつつ説明する。

まず始めに、本発明に係るレーザー切断方法により切断する対象である板ガラスについて、説明をする。
図１に示す如く、無機薄膜付の板ガラス１０は、フィルム状のガラスであるガラスフィルム２の表面に無機物からなる薄膜層３が形成されることによって構成されている。
そして、本発明に係るレーザー切断方法においては、板ガラス１０を切断する部位において、直線状の切断予定線Ｓを設定する構成としている。

そして、板ガラス１０を本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法で溶断することによって、本発明に係る板ガラス１・１が切り出される。

ガラスフィルム２を構成するガラスとしては、ケイ酸塩ガラス、シリカガラスが用いられ、好ましくはホウケイ酸ガラスが用いられ、最も好ましくは無アルカリガラスが用いられる。
ガラスフィルム２にアルカリ成分が含有されていると、表面において陽イオンの脱落が発生し、いわゆるソーダ吹きの現象が生じ、構造的に粗となる。この場合、ガラスフィルム２を湾曲させて使用していると、経年劣化により粗となった部分から破損する可能性がある。
尚、ここでいう無アルカリガラスとは、アルカリ成分（アルカリ金属酸化物）が実質的に含まれていないガラスのことであって、具体的には、アルカリ成分が３０００ｐｐｍ以下のガラスのことである。
本発明で用いる無アルカリガラスのアルカリ成分の含有量は、好ましくは１０００ｐｐｍ以下であり、より好ましくは５００ｐｐｍ以下であり、最も好ましくは３００ｐｐｍ以下である。
ガラスフィルム２の厚みは、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは５〜２００μｍ、最も好ましくは５〜１００μｍである。

また、本発明に係るガラスフィルム２は、ダウンドロー法によって成形されていることが好ましく、オーバーフローダウンドロー法によって成形されていることがより好ましい。
特に、図２に示すオーバーフローダウンドロー法は、成形時に板ガラスの両面が、成形部材と接触しない成形法であり、得られた板ガラスの両面（透光面）には傷が生じ難く、研磨しなくても高い表面品位を得ることができる。無論、本発明に係るガラスフィルム２は、フロート法やスロットダウンドロー法、ロールアウト法、アップドロー法、リドロー法等によって成形されたものであってもよい。
図２に示すオーバーフローダウンドロー法において、断面が楔型の成形体８の下端部８１から流下した直後のガラスリボンＧは、冷却ローラ８２によって幅方向の収縮が規制されながら下方へ引き伸ばされて所定の厚みまで薄くなる。次に、前記所定厚みに達したガラスリボンＧを図示しない徐冷炉（アニーラ）で徐々に冷却し、ガラスリボンＧの熱歪を除き、ガラスリボンＧを所定寸法に切断することにより、ガラスフィルム２が作成される。

薄膜層３は、ガラスフィルム２の表面上に形成される無機物からなる薄膜状の層である。
ガラスフィルム２の表面に薄膜層３を形成するための成膜方法としては、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、抵抗加熱法、イオンプレーティング法等の公知の方法を使用することができる。
また、薄膜層３は、板ガラス１０に対して、導電性、絶縁性、磁性等の各種の性質や、紫外線カット、赤外線カット等の各種の機能を付与するために形成されるものであり、板ガラス１０から切り出す板ガラス１に付与したい機能、用途等に応じて、その無機物の種類を適宜選択する。
薄膜層３を構成する材質としては、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、五酸化二タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、五酸化二ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ_２）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、金（Ａｕ）等、種々の無機物を採用することができる。

そして、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法では、薄膜層３は二酸化珪素と五酸化二ニオブが交互の積層した無機酸化物薄膜であるが、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法によれば、種々の無機物からなる薄膜付きの板ガラス１０であっても、溶断部２ｂの品質を良好に保ちつつ、レーザー溶断することが可能になる。

次に、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法について、図１、図３〜図６を用いて説明をする。
ここでは、板ガラス１０に対してレーザー光を照射して、板ガラス１０を所定の大きさ・形状に加工することで、板ガラス１・１を切り出す場合を例示する。
尚、板ガラス１０に対してレーザー光を照射する手段としては、従来から板ガラスのレーザー切断に使用されている汎用的なレーザー加工機を用いることができる。

（薄膜層除去工程）
図１、図３、図４（ａ）に示す如く、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法では、まず始めに、板ガラス１０の表面に形成された薄膜層３を、切断予定線Ｓに沿って、レーザー光をスポット径φＡで照射して、薄膜層３を所定の幅Ｗ１で除去する第一の工程である薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）を実行する。

薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）において加工した板ガラス１０では、図４（ａ）に示すように、薄膜層３を除去した部位である薄膜除去部４の幅Ｗ１が、レーザー光のスポット径φＡに比して小さくなっている。
そして、薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）を経ることにより、薄膜除去部４の外側における薄膜層３・３には、該薄膜層３・３が切断予定線Ｓ側に向けて先下がりに傾斜した部位である傾斜部３ａ・３ａが形成される。
尚、ここで形成する傾斜部３ａの態様は、平面状、凸曲面状、凹曲面状のいずれであってもよく、それ以外の態様でもよい。

即ち、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法において形成される薄膜層３は、レーザー光を照射して除去した部位に現れる端部が、切断予定線Ｓに向けて先下がりのテーパ状となる構成であり、これにより、切り出した板ガラス１において、薄膜層３をガラスフィルム２から剥がれにくくすることができる。

図５（ａ）には、薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）におけるレーザー光のエネルギー強度分布を示している。
薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）では、レーザー光の強度および広がりを調整することで、レーザー光のエネルギー強度分布が、中央部（即ち、幅Ｗ１に対応する範囲）では、薄膜層３を除去可能な強度としつつ、幅Ｗ１の外側では、薄膜層３が全て除去されない程度の強度に抑えるとともに、外側に向けて緩やかに低下する分布としており、その最外部におけるエネルギー強度を調整することで、薄膜層３の除去量を調整して傾斜部３ａを形成する構成としている。
そして、切り出した板ガラス１に傾斜部３ａを形成し、薄膜層３の端部における段差を緩やかに変化させる構造とすることで、板ガラス１において、ガラスフィルム２から薄膜層３が剥がれにくくなるようにしている。
また、薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）においては、薄膜層３に対するレーザー光によってガラスフィルム２の加熱温度が、ガラスフィルム２の軟化点よりも低くなるように、薄膜層３に対して照射するレーザー光の強度を調整する。

即ち、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法では、薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）におけるガラスフィルム２の加熱温度は、ガラスフィルム２を構成するガラスの軟化点以下の温度としており、これにより、薄膜層３を除去するときに、ガラスフィルム２に変形や歪みが生じないようにしている。

（板ガラス溶断工程）
図１、図３、図４（ｂ）に示す如く、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法では、次に、板ガラス１０の薄膜除去部４におけるガラスフィルム２に対して、切断予定線Ｓに沿って、レーザー光をスポット径φＢで照射して、ガラスフィルム２を溶断する第二の工程である板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）を実行する。

このとき、ガラスフィルム２には、図４（ｂ）に示すように、レーザー溶断されることでガラスフィルム２が所定の幅Ｗ２で除去された部位である切断部５が形成され、２つの板ガラス１・１が切り出される。
また、板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）を経ることにより、切断部５において対向する各ガラスフィルム２・２の端部には、曲面状に形成された気泡の無い部位である溶断部２ｂ・２ｂが形成される。
また、各板ガラス１・１において、溶断部２ｂと傾斜部３ａの間におけるガラスフィルム２には、平面部２ａが形成される。
平面部２ａは、溶断部２ｂと傾斜部３ａの離間距離を確保する役割を果たす部位である。平面部２ａがないと、ガラスフィルム２を溶断するときに、レーザー光で傾斜部３ａまで加熱されてしまい、無機物とガラスの融合が生じ得るが、所定の形成距離で平面部２ａを形成することで、無機物とガラスの融合が生じるのを確実に防止する構成としている。

そして、板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）では、切断部５の幅Ｗ２は、レーザー光のスポット径φＢに比して小さくなっており、さらにこのときのスポット径φＢは、薄膜除去部４の幅Ｗ１に比して小さくしている。

即ち、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法では、薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）、切断予定線Ｓ上に照射される薄膜層３に照射するレーザー光のスポット径φＡは、板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）において、切断予定線Ｓ上に照射されるガラスフィルム２に対するレーザー光のスポット径φＢに比して大きい（即ち、φＡ＞φＢ）ものである。
さらに、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法では、薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）において、切断予定線Ｓに沿って除去される薄膜層３の除去幅Ｗ１は、板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）において、切断予定線Ｓ上に照射されるガラスフィルム２に対するレーザー光のスポット径φＢに比して大きくしている（即ち、Ｗ１＞φＢ）。
このような構成により、無機薄膜付きの板ガラス１０にレーザー光を照射して溶断するときにおいて、無機物とガラスが融合されることがなくなるため、溶断部２ｂに気泡が生じるのを確実に防止することができる。

図５（ｂ）には、板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）におけるレーザー光のエネルギー強度分布を示している。
板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）では、レーザー光の強度および広がりを調整することで、レーザー光のエネルギー強度分布を、特に中央部（即ち、幅Ｗ２に対応する範囲）に集中させて、ガラスフィルム２をガラスの融点以上の温度に加熱することで、ガラスフィルム２を溶断する構成としている。
またこのとき、幅Ｗ２の外側におけるレーザー光の強度は、ガラスフィルム２が完全に溶融しない程度の強度に抑えるとともに、外側に向けて急峻に低下させる分布としており、ガラスフィルム２の溶融範囲を局所的なものとすることで、幅Ｗ２の外側において、Ｒ曲面状の端面形状を有する溶断部２ｂ・２ｂを形成する構成としている。

尚、本実施形態では、ガラスフィルム２の片側の表面に薄膜層３を備える板ガラス１０を溶断の手法によりレーザー切断する場合を例示しているが、ガラスフィルム２の表裏両面に薄膜層３・３を備える板ガラスであっても、本発明に係るレーザー切断方法を用いることができる。
この場合、まず薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）で、ガラスフィルム２の表裏両面に存在する各薄膜層３・３を除去しておき、その後、板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）でガラスフィルム２を溶断すればよい。

次に、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法により切り出した板ガラスについて説明をする。
ここでは、実際に板ガラス１０から板ガラス１・１を切り出した場合の実験結果を示す。
本実験では、厚みが１００μｍのガラスフィルム２（ＯＡ−１０Ｇ：日本電気硝子株式会社製）を用いて、その表面に二酸化珪素（ＳｉＯ_２）と五酸化二ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）が交互に積層してなる層厚１μｍの薄膜層３が形成された板ガラス１０を、溶断の手法によりレーザー切断した。

そして、第一の工程たる薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）では、出力７．４Ｗのレーザー光をスポット径５５０μｍで、板ガラス１０の切断予定線Ｓ上に照射し、２０ｍｍ／ｓの速度で照射位置を移動させた。
そして、薄膜層３を４３０μｍの幅で除去して、薄膜除去部４を形成した。

また、第二の工程たる板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）では、出力８．５Ｗのレーザー光をスポット径１０５μｍで、薄膜除去部４におけるガラスフィルム２の切断予定線Ｓ上に照射し、２０ｍｍ／ｓの速度で照射位置を移動させた。
そして、溶断部２ｂ・２ｂ同士の離間幅Ｗ２が８０μｍとなるように切断部５を形成して、ガラスフィルム２を溶断し、板ガラス１・１を切り出した。

このような条件で、無機薄膜付きの板ガラス１０を、溶断の手法でレーザー切断した場合、板ガラス１の端部である溶断部２ｂには気泡が生じることなく、溶断部２ｂの品質を良好に保った状態で、板ガラス１・１を切り出すことができた。

即ち、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法は、ガラスフィルム２の表面に無機物からなる薄膜層３が形成された板ガラス１０のレーザー切断方法であって、板ガラス１０を切断する予定箇所に切断予定線Ｓを設定し、該切断予定線Ｓ上の薄膜層３にレーザー光を照射して薄膜層３を除去する第一の工程たる薄膜層除去工程（ＳＴＥＰ−１）と、薄膜層３が除去された切断予定線Ｓ上のガラスフィルム２にレーザー光を照射してガラスフィルム２を溶断する第二の工程たる板ガラス溶断工程（ＳＴＥＰ−２）と、を備えるものである。
このような構成により、無機薄膜付きの板ガラス１０を、溶断部２ｂの品質を良好に保ちつつ、レーザー溶断することができる。

また、板ガラス１における薄膜層３の端部には傾斜部３ａが形成され、傾斜部３ａと溶断部２ｂの間におけるガラスフィルム２には平面部２ａが形成された。
そして、板ガラス１では、図６に示すように、傾斜部３ａの形成距離ａを、５０〜１００μｍとすることが好ましい。
また、板ガラス１では、平面部２ａの形成距離ｂを、５０〜１００μｍとすることが好ましい。
さらに、板ガラス１では、溶断部２ｂの形成距離ｃを、５０μｍ程度とすることが好ましい。
そして、板ガラス１は、傾斜部３ａ、平面部２ａ、溶断部２ｂを備える構成とすることで、薄膜層３がガラスフィルム２から剥がれにくくなっており、また溶断部２ｂも気泡の無い良好な品質が保たれている。即ち、本発明に係る板ガラスのレーザー切断方法で板ガラス１０をレーザー溶断することで、溶断部２ｂに気泡がなく良好な品質を有する無機薄膜付の板ガラス１を、容易に提供することが可能になる。

なお、上記記載においてスポット径とは「被照射物に対して実質的な熱的影響を与える領域の直径」を表しており、一般的な「ビームが照射されている領域内でのピーク強度に対して、その強度が１／ｅ^２になる領域の直径」と一致する場合もあれば、一致しない場合もある。

１ 板ガラス（溶断後）
２ ガラスフィルム
２ａ 平面部
２ｂ 溶断部
３ 薄膜層
３ａ 傾斜部
４ 薄膜除去部
５ 切断部
１０ 板ガラス（溶断前）

Claims (7)

1. 表面に無機物からなる薄膜層が形成された板ガラスのレーザー切断方法であって、
   前記板ガラスを切断する予定箇所に切断予定線を設定し、該切断予定線上の前記薄膜層にレーザー光を照射して前記薄膜層を除去する第一の工程と、
   前記薄膜層が除去された前記切断予定線上の前記板ガラスにレーザー光を照射して前記板ガラスを溶断する第二の工程と、
   を備える、
   ことを特徴とする板ガラスのレーザー切断方法。
2. 前記第一の工程において、前記切断予定線上に照射される前記薄膜層に対する前記レーザー光のスポット径は、
   前記第二の工程において、前記切断予定線上に照射される前記板ガラスに対する前記レーザー光のスポット径に比して大きい、
   ことを特徴とする請求項１に記載の板ガラスのレーザー切断方法。
3. 前記第一の工程において、前記切断予定線に沿って除去される前記薄膜層の除去幅は、
   前記第二の工程において、前記切断予定線上に照射される前記板ガラスに対する前記レーザー光のスポット径に比して大きい、
   ことを特徴とする請求項２に記載の板ガラスのレーザー切断方法。
4. 前記第一の工程を経た前記薄膜層は、
   前記レーザー光の照射により除去された部位に現れる端部が、前記切断予定線に向けて先下がりとなるテーパ状である、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の板ガラスのレーザー切断方法。
5. 前記薄膜層を構成する前記無機物は、
   無機酸化物である、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の板ガラスのレーザー切断方法。
6. 前記第一の工程における、前記レーザー光の照射による前記板ガラスの加熱温度は、
   前記板ガラスの軟化点以下の温度とする、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の板ガラスのレーザー切断方法。
7. 表面に無機物からなる薄膜層が形成されてなり、
   レーザー光を照射することにより溶断され、所定の大きさに形成される板ガラスであって、
   前記薄膜層の端部において、前記薄膜層が傾斜した部位である傾斜部を備え、かつ、
   前記薄膜層の端部と前記板ガラスの端部との間に、前記板ガラスが平面状に現れた部位である平面部を備える、
   ことを特徴とする板ガラス。

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