WO2012118083A1 - 板状ガラス部材の割断方法、および割断装置 - Google Patents

板状ガラス部材の割断方法、および割断装置 Download PDF

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WO2012118083A1
WO2012118083A1 PCT/JP2012/054955 JP2012054955W WO2012118083A1 WO 2012118083 A1 WO2012118083 A1 WO 2012118083A1 JP 2012054955 W JP2012054955 W JP 2012054955W WO 2012118083 A1 WO2012118083 A1 WO 2012118083A1
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WO
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glass member
heating
plate
cleaving
cutting line
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/054955
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English (en)
French (fr)
Inventor
齋藤　勲
Original Assignee
旭硝子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/09—Severing cooled glass by thermal shock
    • C03B33/091—Severing cooled glass by thermal shock using at least one focussed radiation beam, e.g. laser beam
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B33/00—Severing cooled glass
    • C03B33/02—Cutting or splitting sheet glass or ribbons; Apparatus or machines therefor
    • C03B33/04—Cutting or splitting in curves, especially for making spectacle lenses

Definitions

  • the present invention is a glass substrate for flat panel display (FPD) typified by flat glass for buildings, automobiles, decorations, furniture, etc., and displays of PCs, mobile phones, PDAs and other portable terminals, or
  • the invention relates to a cleaving method and a cleaving device for a glass sheet used for a solar cell, a touch panel or the like, or a cover glass for a FPD, a solar cell or the like.
  • a crack is formed in a direction substantially perpendicular to the surface of the brittle material substrate by rolling while pressing a cutter wheel or the like on the surface of the brittle material substrate.
  • a method of cleaving by applying a mechanical pressing force in the vertical direction along the crack is widely performed.
  • a brittle material substrate is cleaved using a cutter wheel, small fragments called cullet are generated, and the surface of the brittle material substrate may be damaged by the cullet.
  • microcracks are easily generated at the edge of the brittle material substrate after cleaving, and the brittle material substrate may be cracked due to the microcracks. For this reason, usually, after cleaving, the surface and edges of the brittle material substrate are washed and polished to remove cullet and microcracks.
  • a method of cleaving a brittle material substrate by heating the brittle material substrate below the melting temperature by irradiation with a laser beam such as a CO 2 laser beam has been put into practical use.
  • the substrate surface is cleaved by irradiating the substrate surface with laser light and moving the irradiation position along the planned cleaving line on the substrate surface.
  • a part of the laser beam is absorbed by the substrate material and the temperature becomes higher than that of the surroundings, so that compressive stress (thermal stress) acts due to thermal expansion.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a cleaving method using laser light irradiation.
  • the brittle material substrate is a glass substrate
  • laser light having a wavelength in the far-infrared region such as a CO 2 laser
  • heating by laser light irradiation is surface heating, so that it is necessary to lengthen the heating time in order to give thermal stress necessary for cleaving.
  • the cutting accuracy may be inferior.
  • an ordinary glass plate has a low light absorptance, and its energy is hardly absorbed. Impurities must be added and can only be used for limited glass products.
  • the method for heating the inside of the substrate by discharge also has the following problems.
  • the cleaving speed of the substrate is determined in accordance with the moving speed of the discharge part relative to the substrate.
  • this moving speed is too fast, the thermal stress necessary for cleaving cannot be applied to the substrate.
  • the amount of heat necessary for cleaving is determined by the physical properties (for example, thermal expansion coefficient, Young's modulus, fracture toughness) of the substrate to be cleaved, dimensional shape (for example, thickness), and the like.
  • the amount of heat necessary for cleaving is obtained from internal heating by discharge, it is necessary to increase the amount of heating by discharge as the width of the portion heated internally by discharge decreases. If the amount of heating by the discharge is too large, the glass is softened by internal heating and viscous flow occurs so as to relieve thermal stress. For this reason, it is necessary to make internal heating temperature lower than the annealing point of the glass which comprises a board
  • the heating efficiency and cleaving accuracy are poor.
  • the planned cutting line is a curve or if the board is asymmetrical on the left and right sides of the planned cutting line even if the planned cutting line is straight, the rigidity will be different on both sides of the planned cutting line, so the planned cutting will occur.
  • the thermal stress distribution tends to be asymmetrical on the left and right sides of the line, and the cleaving accuracy tends to deteriorate.
  • the present invention can improve heating efficiency and cleaving accuracy, and can cleave a wide range of sheet-shaped glass members at low cost.
  • An object is to provide a cleaving method and a cleaving device.
  • the present invention cleaves a sheet glass member by moving a part (first heating part) internally heated by discharge along a planned cutting line of the sheet glass member.
  • a method Provided is a plate glass member cleaving method in which the plate glass member is preheated from the first heating portion in front of the planned cutting line so as to satisfy the following conditions (1) to (3).
  • (1) The amount of heat Q 1 (unit: W) per unit time applied to the first heating portion and the amount of heat Q 2 per unit time applied to the preheated portion (second heating portion) of the plate-like member ( Unit: W) and total heat quantity Q 1 + Q 2 satisfy the following formula.
  • the D 1 is 0.2 to 5 mm, and the D 2 satisfies the larger one of the following formulas. D 2 ⁇ 2 ⁇ D 1 D 2 ⁇ 5mm
  • the Q 1 and the Q 2 satisfy the following formula. Q 1 ⁇ Q 2
  • the preliminary heating is internal heating by discharge.
  • the center of gravity of the second heating portion is biased toward a side having higher rigidity among both sides of the planned cutting line.
  • the sheet glass member may be cooled behind the first heating portion along the planned cutting line.
  • a plurality of preliminary heatings may be performed across the planned cutting line in the second heating portion.
  • the preliminary heating is finished when the second heating portion reaches the end point of the planned cutting line.
  • the present invention also includes a stage that supports the sheet glass member, a first heating mechanism that internally heats the sheet glass member by discharge, and a cutting line of the sheet glass member that is more than the first heating mechanism.
  • a second heating mechanism for heating the plate-like glass member in front, and a control mechanism for controlling the first heating mechanism and the second heating mechanism Provided is a sheet glass member cleaving device for controlling the first heating mechanism and the second heating mechanism so that the control mechanism satisfies the following conditions (1) to (3).
  • the total heat quantity Q 1 + Q 2 (unit: W) satisfies the following formula.
  • Q a ⁇ Q 1 + Q 2 ⁇ Q b Q a : the amount of heat (unit: W) required to cause cracks to propagate in the plate-like glass member due to thermal stress
  • Q b gradual cooling of the temperature of the heating portion of the plate-like glass member by the first heating mechanism
  • D 1 (unit: mm) is the width of the heated portion of the plate glass member by the first heating mechanism
  • D 2 is the width of the heated portion of the plate glass member by the second heating mechanism (unit: mm). mm
  • the heating part of the plate-like glass member by the first heating mechanism and the heating part of the plate-like glass member by the second heating mechanism satisfy the following formula, and the cleaved plan of the plate-like glass member Moves along the line. 0 ⁇ L ⁇ 2 ⁇ D 2 (L: a direction parallel to the tangent of the planned cutting line at the center of gravity of the heating part by the first heating mechanism between the center of gravity of the heating part by the first heating mechanism and the center of gravity of the heating part by the second heating mechanism Distance (unit: mm)
  • the second heating mechanism internally heats the sheet glass member by discharging.
  • the cleaving device for a sheet glass member of the present invention may have a cooling mechanism for cooling the sheet glass member behind the first heating mechanism along the planned cutting line of the sheet glass member. .
  • the glass sheet member is internally heated by electric discharge, the glass sheet member having a wide composition can be cleaved at a low cost.
  • the temperature of the heated portion of the sheet glass member is set to the annealing point in order to preheat the sheet glass member in front of the cutting line with respect to the portion that internally heats the sheet glass member by discharge.
  • the amount of heat applied to the plate-like glass member can be increased without increasing the width of the portion that is internally heated by discharge and without increasing the width. Thereby, heating efficiency improves and the cleaving speed of a sheet glass member improves.
  • the amount of heat applied to the sheet glass member can be increased without increasing the width of the portion that is internally heated by the discharge, the cleaving accuracy is improved. Further, in the present invention, even if the planned cutting line is a curve, or even if the planned cutting line is a straight line, even if the substrate is asymmetrical on the left and right sides of the planned cutting line, the degradation of the cutting accuracy is suppressed. Can do.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a heating mechanism for internally heating a sheet glass member by electric discharge.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between the first heating part and the second heating part in the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the shape of the breaking line when the plate-like glass member has an asymmetric shape on the left and right of the planned breaking line.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing the positional relationship between the first heating part and the second heating part in the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the shape of the breaking line when the planned breaking line is a curve.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the positional relationship between the first heating part and the second heating part in the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration example of a heating mechanism for internally heating a sheet glass member by electric discharge.
  • the discharge electrode 1 and the counter electrode 2 are spaced apart by a predetermined distance.
  • the glass sheet member 20 to be cleaved is disposed between the discharge electrode 1 and the counter electrode 2.
  • the discharge electrode 1 and the counter electrode 2 are connected to an AC power source 3.
  • the counter electrode 2 may not be provided.
  • a discharge 10 is formed between the discharge electrode 1 and the surface (front surface) of the plate-like glass member 20 facing the discharge electrode 1.
  • a discharge is also formed between the counter electrode 2 and the surface (back surface) of the plate-like glass member 20 facing the counter electrode 2.
  • the discharge electrode 1 is located above the planned cutting line 40 of the plate-like glass member 20 and moves in the direction of the arrow along the planned cutting line 40.
  • the movement referred to here is a relative movement between the discharge electrode 1 and the sheet glass member 20, and the sheet glass member 20 instead of the discharge electrode 1 may move in the direction opposite to the arrow.
  • the portion where the discharge 10 of the plate-like glass member 20 is formed that is, the portion immediately below the discharge electrode 1 is internally heated by the discharge and its temperature becomes higher than that of the surroundings. Heat stress).
  • a tensile stress acts in the direction orthogonal to the planned cutting line 40 behind the moving direction of the discharge electrode 1, so that the plate-like glass member 20 is cut and a cutting line 30 is formed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the positional relationship between the first heating part and the part (second heating part) of the sheet glass member 20 to be preheated in the present invention.
  • part 200 move to the arrow direction in a figure.
  • the second heating part 200 is located in front of the first heating part 100 along the planned cutting line 40 (front in the movement direction of the first heating part 100 and the second heating part 200).
  • the first heating part 100 and the second heating part 200 satisfy the following conditions (1) to (3).
  • Respect Q a the magnitude of the thermal stress necessary to develop cracks in the plate-like glass member 20, the composition of the glass constituting the plate-like glass member 20, the stress intensity factor K I which is determined by the shape of the crack, the glass It is a value when it becomes larger than the fracture toughness value K IC determined by the composition.
  • the amount of heat Q a per unit time necessary to generate the above-described thermal stress is also the composition of the glass constituting the plate-like glass member 20, It differs depending on the plate thickness of the plate-like glass member 20, the moving speed of the first heating part 100, and the like. Therefore, the composition of the glass constituting the plate-like glass member 20, the thickness of the plate-like glass member 20 in accordance with the movement speed of the first heating portion 100, appropriately selecting the Q a.
  • annealing point of the glass is the temperature at which the viscosity of the glass is 10 12 Pa ⁇ s.
  • the annealing point varies depending on the composition of the glass constituting the plate-like glass member 20, it is about 550 ° C. in the case of soda-lime glass used as a plate glass for buildings, automobiles and the like.
  • the temperature is about 720 ° C.
  • the annealing point is also referred to as a 15 minute relaxation temperature, and 95% of the strain is relaxed within 15 minutes.
  • the amount of heat Q b required to raise the temperature of the first heating portion 100 to the annealing point also, the composition of the glass constituting the plate-like glass member 20, the thickness of the plate-like glass member 20, the first heating portion It depends on 100 moving speeds and so on. Therefore, the composition of the glass constituting the plate-like glass member 20, the thickness of the plate-like glass member 20 in accordance with the movement speed of the first heating portion 100, appropriately selecting the Q b.
  • the width of the first heating part 100 is D 1 (unit: mm) and the width of the second heating part 200 is D 2 (unit: mm)
  • the widths of the first heating part 100 and the second heating part 200 here refer to the width in the direction perpendicular to the traveling direction of the first heating part 100 and the second heating part 200. If the above formula is satisfied, in the cleaving of the sheet glass member 20, the influence of internal heating in the first heating part 100 becomes dominant, so by setting the width of the first heating part 100 to an appropriate range The cleaving accuracy can be improved. In the case of the range D 1 will be described later, D 1 and D 2 of the following formula, it is preferable to satisfy the whichever larger.
  • D 1 and D 2 satisfy the following formula.
  • D 2 ⁇ 5 ⁇ D 1 As shown in the above formula, since the width D 2 of the second heating part 200 is wider than the width D 1 of the first heating part 100, when the heating amount per unit time is the same, the heating amount per unit area is The second heating part 200 is lower than the first heating part 100. Since the amount of heating per unit area affects the temperature of the heated part of the glass sheet member 20 (that is, the first heating part 100 and the second heating part 200), the temperature of the first heating part 100 is gradually cooled. In order to apply a larger amount of heat while keeping the temperature lower than the point, it is preferable to increase the amount of heat applied to the second heating portion 200. For this reason, it is preferable that Q 1 and Q 2 satisfy the following formula. Q 1 ⁇ Q 2
  • the width D 1 of the first heating part 100 is determined according to the physical properties, dimension and shape of the sheet glass member 20, dimension and shape of the planned cutting line 40, and is preferably 0.2 mm or more. If the width D 1 is less than 0.2 mm, the temperature of the first heating portion 100 while maintaining a temperature lower than the annealing point, to provide the amount of heat required to develop cracks in the plate-like glass member 20 Is difficult. On the other hand, if the width D 1 of the first heating portion 100 is excessively large, since a region that can serve as cleaving position is widened, it is difficult to fracture in a good system. Therefore, it is preferable that the width D 1 of the first heating portion 100 is equal to or less than the plate thickness of the plate-like glass member 20. In the case of a window glass for a vehicle, 5 mm or less is common. The width D 1 of the first heating portion 100 is more preferably 0.2 to 3 mm, and further preferably 0.2 to 2 mm.
  • L is the distance in the direction parallel to the tangent line of the planned cutting line 40 at the center of gravity 101 of the first heating part 100 between the center of gravity 101 of the first heating part 100 and the center of gravity 201 of the second heating part 200. (Unit: mm).
  • the center of gravity 101 of the first heating part 100 and the center of gravity 201 of the second heating part 200 are not described as the distance between the center of gravity 101 of the first heating part 100 and the center of gravity 201 of the second heating part 200.
  • the distance in the direction parallel to the tangent to the cleaving line 40 at the center of gravity 101 of the first heating part 100 between is described as the center of gravity of the first heating part 100 as shown in FIG. This is because a straight line connecting 101 and the center of gravity 201 of the second heating part 200 may not be in the same direction as the planned cutting line 40. Since the 2nd heating site
  • part 200 is a site
  • part 200 is located ahead of the rear end of the 1st heating site
  • FIG. 2 shows the application of the cleaving method of the present invention in the case where the plate-like glass member 20 has a symmetrical shape on the left and right of the cleaving planned line 40.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the shape of the breaking line when the plate-like glass member 20 has an asymmetric shape on the left and right sides of the planned breaking line 40.
  • FIG. 3 since the preheating of the sheet glass member 20 is not performed, only the 1st heating site
  • the plate-like glass member 20 when the plate-like glass member 20 has an asymmetric shape on the left and right sides of the planned cutting line 40, the rigidity of the plate-like glass member is different on both sides of the planned cutting line 40. Therefore, the thermal stress distribution tends to be asymmetric and the cleaving accuracy tends to deteriorate.
  • the plate-like glass member 20 shown in FIG. 3 when comparing the left and right across the planned cutting line 40, the right side of the planned cutting line 40 has a small distance to the end of the flat glass member 20. For this reason, the volume of the said part is small compared with the left side of the planned cutting line 40, and the rigidity of the said part is also small compared with the left side of the planned cutting line 40. For this reason, when internal heating by discharge is performed, thermal stress is larger on the left side of the planned cutting line 40, and the cutting line 30 'is displaced in the right direction in the drawing, which may deteriorate the cutting accuracy.
  • FIG. 4 is a diagram showing this procedure.
  • the center of gravity 201 of the second heating part 200 is biased to the left side with high rigidity, on both sides of the planned cutting line 40.
  • how much the center of gravity 201 of the second heating region 200 is shifted depends on the width of the plate-like glass member 20 on both sides of the planned cutting line 40, that is, the end of the flat glass member 20 from the planned cutting line 40. Can be set based on the distance in the width direction.
  • the distances in the width direction from the planned cutting line 40 to the end of the plate-like glass member 20 are d 1 and d 2, and the width direction from the planned cutting line 40 to the end of the second heating part 200 is
  • d 3 and d 4 are distances in the same direction as d 1 and d 2 with respect to the planned cutting line 40, respectively.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the shape of the breaking line when the planned breaking line is a curve.
  • the rigidity differs on both sides of the planned cutting line 40. Specifically, the inside of the planned cutting line 40 that is a curve has a smaller volume and less rigidity than the outside of the curve.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the movement path of the center of gravity of the first heating part 100 and the second heating part 200 when the planned cutting line is a curve.
  • the movement path 110 of the center of gravity of the first heating part 100 coincides with the planned cutting line.
  • the center-of-gravity movement path 210 of the second heating part 200 is shifted outward from the center-of-gravity movement path 110 of the first heating part 100 in the curved portion.
  • how much the center of gravity of the second heating part is shifted can be selected based on, for example, the radius of curvature of the planned cutting line that is a curve.
  • the sheet glass member is cleaved by internal heating because the compressive stress acts on the first heating portion 100 of the sheet glass member 20 by internal heating, and as a reaction thereof. This is because a tensile stress acts behind the planned cutting line 40 from the first heating portion 100. This tensile stress acts when the internally heated sheet glass member 20 is subsequently cooled.
  • the sheet glass member 20 in order to promote the action of tensile stress, the sheet glass member 20 may be cooled behind the planned cleaving line 40 from the first heating site 100.
  • the cleaving apparatus of the present invention includes a stage that supports a sheet glass member, a first heating mechanism that internally heats the sheet glass member by discharge, and a cutting line of the sheet glass member that is more than the first heating mechanism.
  • a second heating mechanism that heats the plate-like glass member in front along the path; and a control mechanism that controls the first heating mechanism and the second heating mechanism.
  • the stage supports one surface of the sheet glass member (the back surface in the case of the sheet glass member 20 shown in FIG. 1, hereinafter referred to as “back surface”).
  • the stage may support the entire back surface of the plate-like glass member, or may support a part of the back surface.
  • the back surface of the plate-like glass member may be adsorbed and fixed to the stage, or may be adhesively fixed to the stage.
  • the first heating mechanism can be configured as shown in FIG.
  • the discharge electrode 1 and the counter electrode 2 are preferably materials that are excellent in conductivity, have a high melting point, and are not easily oxidized. Specific examples of such materials include noble metals such as gold, platinum and palladium or alloys thereof, and platinum or palladium or alloys thereof are particularly preferable.
  • the distance between the discharge electrode 1 and the surface of the sheet glass member 20 is not particularly limited as long as the discharge 10 can be formed between the discharge electrode 1 and the surface of the sheet glass member 20, but it is 0 mm to 10 cm. It is preferably 0 mm to 10 mm, more preferably 0.05 mm to 5 mm.
  • 0 mm means a state in which the discharge electrode 1 and the surface of the sheet glass member 20 are in contact.
  • the distance between the counter electrode 2 and the back surface of the sheet glass member 20 is the same as described above.
  • the AC power supply 3 is not particularly limited as long as it can generate a high-frequency AC current capable of forming the discharge 10.
  • Specific examples include a high-frequency AC power source using a resonant transformer such as a Tesla transformer, a flyback transformer, a high-output high-frequency generator, and a high-frequency semiconductor chopper.
  • the AC power supply 3 has a voltage of 10 V to 10 7 V, more preferably 100 V to 10 6 V, still more preferably 100 V to 10 5 V, and a frequency of 1 kHz to 10 GHz, more preferably 10 kHz to 1 GHz, still more preferably 100 kHz to It is preferable to generate a high frequency alternating current of 100 MHz.
  • the discharge electrode 1 and the counter electrode 2, and the plate-like glass member 20 positioned between the two are a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere at a pressure of 1 Pa to 100 MPa, more preferably 1 kPa to 1 MPa. Alternatively, it is preferably placed in a sulfur hexafluoride atmosphere.
  • the second heating mechanism is not particularly limited as long as the plate-like glass member can be heated. Therefore, as the second heating mechanism, a mechanism for heating the surface of the sheet glass member can be used in addition to the mechanism for internally heating the sheet glass member. As the second heating mechanism, in addition to the heating mechanism by discharge similar to the first heating mechanism, a heating mechanism by laser irradiation or a heating mechanism by infrared (IR) irradiation can also be used. However, since a substantially uniform thermal stress can be generated in the thickness direction, it is preferable to use a mechanism for internally heating the glass sheet member.
  • IR infrared
  • the heating mechanism by discharge is preferable because the plate-like glass member having a wide composition can be internally heated, the surface heating of the plate-like glass member is small, and the cost is low.
  • a heating mechanism using discharge is used as the second heating mechanism, the configuration shown in FIG. 1 can be employed.
  • the discharge 10 is located immediately above the planned cutting line 40 of the plate-like glass member 20.
  • the plate-like glass member 20 is symmetrical on the left and right of the planned cutting line 40.
  • the planned cutting line 40 is a curved line as in the case shown in FIG. 5 or the case shown in FIG. 5, the position of the discharge 10 is set to the planned cutting line in order to shift the center of gravity of the second heating part 200 from the planned cutting line 40. It will be shifted from 40 directly above.
  • control mechanism controls the first heating mechanism and the second heating mechanism so as to satisfy the above-described conditions (1) to (3).
  • the amount of heat from the first heating mechanism and the second heating mechanism is controlled.
  • the heating mechanism by discharge having the configuration shown in FIG. 1 is used as the first heating mechanism and the second heating mechanism, any one of the voltage, frequency, and current value of the high-frequency alternating current from the alternating-current power supply 3 is used. Or more than one.
  • the surfaces of the discharge electrode 1 and the sheet glass member 20 And the distance between the counter electrode 2 and the back surface of the sheet glass member 20 is controlled. Also, depending on the shape of the discharge electrode 1, the width D 1 of the heating part by the first heating mechanism and the width D 2 of the heating part by the second heating mechanism, which are parameters of the condition (2), can be changed.
  • first heating mechanism and the second heating mechanism and the sheet glass member In order to satisfy the above-described condition (3), it is necessary to relatively move the first heating mechanism and the second heating mechanism and the sheet glass member along the planned cutting line 40 of the sheet glass member 20. There is.
  • a stage connected to a driving device is used, and the first heating mechanism and the second heating mechanism are used.
  • the stage that supports the plate-like glass member may be relatively moved along the planned cutting line of the plate-like glass member.
  • the first heating mechanism and the second heating mechanism are connected to the driving device, and the first heating mechanism and the second heating mechanism can be moved relative to the sheet glass member supported by the stage along the planned cutting line of the sheet glass member. That's fine.
  • the heating mechanism by the discharge having the configuration shown in FIG. 1 when used as the first heating mechanism and the second heating mechanism, the discharge electrode 1 and the counter electrode 2 are connected to the driving device, and the sheet glass member 20 is connected. On the other hand, the sheet glass member 20 is relatively moved along the planned cutting line 40.
  • the drive mechanism connected to the stage or the drive device connected to the first heating mechanism and the second heating mechanism may have a general configuration, for example, an actuator.
  • the cleaving apparatus of the present invention may further include a cooling mechanism that cools the sheet glass member behind the first heating mechanism along the planned cutting line of the sheet glass member.
  • a cooling mechanism that cools the sheet glass member behind the first heating mechanism along the planned cutting line of the sheet glass member.
  • the cooling mechanism include a mechanism in which a coolant such as a gas, a liquid, or an aerosol is sprayed on the surface of the plate-like glass member.
  • glass substrates for flat panel displays typified by flat glass for buildings, automobiles, decorations, furniture, etc.
  • displays of portable terminals such as PC displays, mobile phones and PDAs.
  • plate-like glass members such as glass substrates for solar cells and touch panels, or cover glasses for FPDs and solar cells.
  • the composition of the glass constituting the plate-like glass member also varies depending on the application, and examples thereof include soda lime glass and alkali-free glass.
  • the thickness of the sheet glass member varies depending on its use. For example, in the case of a plate-like glass member used as a plate glass for construction, it is 2 to 20 mm, and in the case of a plate-like glass member used as a plate glass for automobiles, it is 1 to 6 mm. In the case of a plate-like glass member used as a glass substrate for FPD, the thickness is 0.05 to 0.7 mm. In the case of a plate-like glass member used as various cover glasses, it is 0.3 to 3 mm.
  • Discharge electrode 2 Counter electrode 3: AC power supply 10: Discharge 20: Sheet glass member 30, 30 ': Broken line 40: Planned line 100: First heating part 101: Center of gravity 200: Second heating part 201: Center of gravity

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  • Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)

Abstract

　本発明は、放電により内部加熱される部位（第１加熱部位）を板状ガラス部材の割断予定線に沿って移動させることによって、該板状ガラス部材を割断する方法であって、特定の条件を満たすように、前記第１加熱部位より前記割断予定線に沿った前方で前記板状ガラス部材を予備加熱する板状ガラス部材の割断方法に関する。

Description

板状ガラス部材の割断方法、および割断装置
　本発明は、建築用、自動車用、装飾用、家具用等の板ガラスや、ＰＣのディスプレイや携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末のディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板、または、太陽電池用、タッチパネル用等のガラス基板、あるいは、ＦＰＤ、太陽電池等のカバーガラスとして用いられる板状ガラス部材の割断方法、および、割断装置に関する。
　従来、ガラス基板の脆性材料基板の割断方法としては、脆性材料基板の表面にカッターホイール等を圧接させながら転動させて、脆性材料基板の表面に対して略垂直方向のクラックを形成し、形成されたクラックに沿って垂直方向に機械的な押圧力を加えて割断する方法が広く行われていた。
　しかし、通常、カッターホイールを用いて脆性材料基板の割断を行った場合、カレットと呼ばれる小破片が発生し、このカレットによって脆性材料基板の表面にキズがつくことがあった。また、割断後の脆性材料基板の端部にはマイクロクラックが生じやすく、このマイクロクラックを起因として脆性材料基板の割れが発生することがあった。このため、通常は割断後に、脆性材料基板の表面及び端部を洗浄及び研磨して、カレットやマイクロクラック等を除去していた。
　近年、ＣＯ2レーザビーム等のレーザ光照射により、溶融温度未満で脆性材料基板を加熱して、脆性材料基板を割断する方法が実用化されつつある。この方法では、基板表面にレーザ光を照射し、その照射位置を基板表面の割断予定線に沿って移動させることで基板を割断する。レーザ光照射位置では、レーザ光の一部が基板材料に吸収され、温度が周囲に比べて高温になるので、熱膨張により圧縮応力（熱応力）が作用する。その反作用として、レーザ光の照射位置の移動方向後方では、割断予定線と直交する方向に引張応力が作用し、基板が割断される。この方法では、熱応力を利用するため、工具を直接、基板に接触させることがなく、割断面はマイクロクラック等の少ない平滑な面となり、基板の強度が維持される。すなわち、レーザ光照射を用いた割断方法は、非接触加工であるため、上記した潜在的欠陥の発生が抑えられ、割断を行った際に脆性材料基板に発生する割れ等の損傷が抑えられる。レーザ光照射を用いた割断方法は、例えば、特許文献１～２に開示されている。
　ところが、脆性材料基板がガラス基板の場合、レーザ光の吸収特性によって問題が生じる。ＣＯ2レーザなどの遠赤外領域の波長のレーザ光を使用した場合、レーザ光照射による加熱が表面加熱となるため、割断に必要な熱応力を与えるには加熱時間を長くする必要がある。このため、ガラス基板上におけるレーザ光の形状を割断予定線に沿った細長い形状とする必要があり、割断線を曲線とすることが困難である。また、割断線が直線の場合であっても割断精度が劣るおそれがある。
　一方、ＹＡＧレーザなどの可視光から近赤外領域の波長のレーザを使用した場合、通常のガラス板では光線吸収率が低く、そのエネルギーはほとんど吸収されないため、エネルギーを吸収させるためにガラス中に不純物を入れる必要があり、限定されたガラス製品にしか使用できない。
　これに対し、特許文献３に記載されているような、脆性材料基板の割断に放電を用いる方法がある。この方法では、所定の間隔を開けて配置した導電体と、放電電極と、の間に基板を介在させ、放電電極と導電体との間に交流電圧を印加して、該放電電極から基板に向けて放電を行うことで、基板内部を加熱し、それによって熱応力を生じさせる。この方法では、脆性材料基板がガラス基板であっても、基板に向けて放電を行うことで、該基板内部を加熱し、割断に必要な熱応力を与えることができるので、割断にレーザ光照射を用いた場合における上記した問題を解消することができる。
　しかも、放電機構は、レーザ光照射機構よりも一般に低コストであるので、より低コストで基板を割断することができる。
日本国特開２０１０－９０００９号公報 日本国特開２０１０－２５３７５２号公報 日本国特開２００４－１４８４３８号公報
　しかしながら、放電により基板内部を加熱する方法にも以下の問題点がある。
　この方法における基板の割断速度は、基板に対する放電部位の移動速度に応じて決定されるが、この移動速度が速過ぎると、割断に必要な熱応力を該基板に与えることができないため、割断速度には制約がある。
　また、割断に必要な熱量は、割断する基板の物性（例えば、熱膨張係数やヤング率、破壊靱性）や寸法形状（例えば厚さ）などによって定まる。割断に必要な熱量を放電による内部加熱から得る場合、放電により内部加熱される部位の幅が小さくなるほど、放電による加熱量を大きくする必要がある。
　放電による加熱量が大きすぎると、内部加熱によりガラスが軟化し、熱応力を緩和するように粘性流動するので割断できなくなる。このため、内部加熱温度は基板を構成するガラスの徐冷点よりも低くする必要がある。
　そこで、割断に必要な熱量を基板に与えるため、放電により内部加熱される部位の幅をある程度広く設定する必要がある。このように広い領域を加熱すると、加熱効率や割断精度が悪い。また、割断予定線が曲線の場合や、割断予定線が直線であっても割断予定線の左右で基板が非対称な形状の場合は、割断予定線を挟んだ両側で剛性が異なるため、割断予定線の左右で熱応力分布が非対称になりやすく、割断精度が悪くなりやすい。
　本発明は、上記した従来技術における問題点を解決するため、加熱効率や割断精度を高めることができるとともに、幅広い組成の板状ガラス部材を低コストで割断することができる、板状ガラス部材の割断方法、および、割断装置を提供することを目的とする。
　上記した目的を達成するため、本発明は、放電により内部加熱される部位（第１加熱部位）を板状ガラス部材の割断予定線に沿って移動させることによって、該板状ガラス部材を割断する方法であって、
　下記条件（１）～（３）を満たすように、前記第１加熱部位より前記割断予定線に沿った前方で前記板状ガラス部材を予備加熱する板状ガラス部材の割断方法を提供する。
（１）前記第１加熱部位に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ1（単位：Ｗ）と、前記板状部材の予備加熱される部位（第２加熱部位）に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ2（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ1＋Ｑ2が下記式を満たす。
　Ｑa　≦　Ｑ1＋Ｑ2　＜　Ｑb
（Ｑa：熱応力により板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑb：前記第１加熱部位の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ））
（２）前記第１加熱部位の幅をＤ1（単位：ｍｍ）、前記第２加熱部位の幅をＤ2（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
Ｄ2　≧　２×Ｄ1
（３）前記第１加熱部位と、前記第２加熱部位と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
０　＜　Ｌ　≦　２×Ｄ2
（Ｌ：前記第１加熱部位の重心と、前記第２加熱部位の重心と、の間の前記第１加熱部位の重心における割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記Ｄ1が０．２～５ｍｍであり、前記Ｄ2が下記式のうち、いずれか大きいほうを満たすことが好ましい。
Ｄ2　≧　２×Ｄ1
Ｄ2　≧　５ｍｍ
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記Ｑ1および前記Ｑ2が下記式を満たすことが好ましい。
Ｑ1　＜　Ｑ2
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記予備加熱が放電による内部加熱であることが好ましい。
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第２加熱部位の重心が、前記割断予定線の両側のうち剛性の大きい側に偏っていることが好ましい。
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第１加熱部位より前記割断予定線に沿った後方で前記板状ガラス部材を冷却してもよい。
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第２加熱部位において、前記割断予定線をはさんで複数の予備加熱を実施してもよい。
　本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第２加熱部位が前記割断予定線の終点に達した時点で前記予備加熱を終了することが好ましい。
　また、本発明は、板状ガラス部材を支持するステージと、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱する第１加熱機構、前記第１加熱機構よりも前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った前方で該板状ガラス部材を加熱する第２加熱機構、および、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御する制御機構を有し、
　前記制御機構が、下記条件（１）～（３）を満たすように、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御する板状ガラス部材の割断装置を提供する。
（１）前記第１加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ1（単位：Ｗ）と、前記第２加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ2（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ1＋Ｑ2が下記式を満たす。
　Ｑa　≦　Ｑ1＋Ｑ2　＜　Ｑb
（Ｑa：熱応力により前記板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑb：前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ））
（２）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の幅をＤ1（単位：ｍｍ）、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位の幅をＤ2（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
Ｄ2　≧　２×Ｄ1
（３）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位と、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位と、は下記式を満たしつつ、前記板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
０　＜　Ｌ　≦　２×Ｄ2
（Ｌ：前記第１加熱機構による加熱部位の重心と、前記第２加熱機構による加熱部位の重心と、の間の前記第１加熱機構による加熱部位の重心における割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））
　本発明の板状ガラス部材の割断装置において、前記第２加熱機構が、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱することが好ましい。
　本発明の板状ガラス部材の割断装置は、前記第１加熱機構より前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った後方で、該板状ガラス部材を冷却する冷却機構を有していてもよい。
　本発明では、放電により板状ガラス部材を内部加熱するため、幅広い組成の板状ガラス部材を低コストで割断することができる。
　本発明では、放電により板状ガラス部材を内部加熱する部位に対し、割断予定線に沿った前方で板状ガラス部材を予備加熱するため、板状ガラス部材の被加熱部位の温度を徐冷点まで上昇させることなく、かつ、放電により内部加熱される部位の幅を広げることなしに、板状ガラス部材に加える熱量を増加させることができる。これにより加熱効率が向上し、板状ガラス部材の割断速度が向上する。
　また、放電により内部加熱される部位の幅を広げることなしに、板状ガラス部材に加える熱量を増加させることができるため、割断精度が向上する。
　また、本発明では、割断予定線が曲線の場合や、割断予定線が直線であっても割断予定線の左右で基板が非対称な形状の場合であっても、割断精度の悪化を抑制することができる。
図１は、放電により板状ガラス部材を内部加熱する加熱機構の一構成例を示した模式図である。 図２は、本発明における第１加熱部位、第２加熱部位の位置関係を示した模式図である。 図３は、板状ガラス部材が割断予定線の左右で非対称な形状の場合の割断線の形状を示した模式図である。 図４は、本発明における第１加熱部位、第２加熱部位の位置関係を示した模式図である。 図５は、割断予定線が曲線の場合の割断線の形状を示した模式図である。 図６は、本発明における第１加熱部位、第２加熱部位の位置関係を示した模式図である。
　以下、図面を参照して本発明を説明する。本発明の板状ガラス部材の割断方法（以下、「本発明の割断方法」という。）では、放電により板状ガラス部材を加熱することによって、該板状ガラス部材を割断する。
　図１は、放電により板状ガラス部材を内部加熱する加熱機構の一構成例を示した模式図である。図１において、放電電極１および対向電極２が所定の間隔を開けて離隔されている。割断対象である板状ガラス部材２０は、放電電極１と、対向電極２と、の間に配置されている。放電電極１および対向電極２は交流電源３に接続されている。但し、対向電極２はなくてもよい。
　交流電源３から高周波交流電流を印加すると、放電電極１と、該放電電極１と対向する板状ガラス部材２０の面（表面）と、の間に放電１０が形成される。対向電極２を使用している場合には、対向電極２と、該対向電極２と対向する板状ガラス部材２０の面（裏面）と、の間にも放電が形成される。放電電極１は板状ガラス部材２０の割断予定線４０の上方に位置しており、割断予定線４０に沿って矢印方向に移動する。但し、ここで言う移動とは、放電電極１と板状ガラス部材２０との相対的な移動であり、放電電極１ではなく板状ガラス部材２０が矢印と反対方向に移動したのでもよい。
　板状ガラス部材２０の放電１０が形成された部位、すなわち、放電電極１の直下の部位は、放電によって内部加熱されて、その温度が周囲に比べて高温になるので、熱膨張により圧縮応力（熱応力）が作用する。その反作用として、放電電極１の移動方向後方では、割断予定線４０と直交する方向に引張応力が作用し、板状ガラス部材２０が割断され、割断線３０が形成される。
　本発明の割断方法では、板状ガラス部材２０の放電１０により内部加熱される部位（第１加熱部位）よりも、割断予定線４０に沿った前方で該板状ガラス部材２０を予備加熱する。図２は、本発明における第１加熱部位と、板状ガラス部材２０の予備加熱される部位（第２加熱部位）と、の位置関係を示した模式図である。
　図２に示すように、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００は、図中矢印方向に移動する。第２加熱部位２００は、第１加熱部位１００に対し、割断予定線４０に沿った前方（第１加熱部位１００および第２加熱部位２００の移動方向における前方）に位置している。
　本発明の割断方法では、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００が下記条件（１）～（３）を満たす。
（１）第１加熱部位１００に加わる単位時間当たりの熱量をＱ1（単位：Ｗ）、第２加熱部位２００に加わる単位時間当たりの熱量をＱ2（単位：Ｗ）とするとき、これらの合計熱量Ｑ1＋Ｑ2が下記式を満たす。
　Ｑa　≦　Ｑ1＋Ｑ2　＜　Ｑb
　上記式において、Ｑaは熱応力により板状ガラス部材２０にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）であり、Ｑbは第１加熱部位１００の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）である。
　ここで、Ｑ1およびＱ2を単位時間当たりの熱量とするのは、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００が割断予定線４０に沿って移動するからである。
　Ｑ1＋Ｑ2が上記式を満たしていれば、熱応力によりクラックを進展させるのに十分な熱量を板状ガラス部材２０に与えることができる。その一方で、第１加熱部位１００の温度が徐冷点に達することがないため、内部加熱により板状ガラス部材２０が軟化、および、それによる熱応力の緩和によって、該板状ガラス部材２０の割断が阻害されることがない。
　Ｑａに関して、板状ガラス部材２０にクラックを進展させるのに必要な熱応力の大きさは、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、クラックの形状によって決まる応力拡大係数ＫIが、ガラスの組成で決まる破壊靱性値ＫICより大きくなる場合の値になる。
　また、上記の熱応力（板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱応力）を生じさせるのに必要な単位時間当たりの熱量Ｑａも板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等によって異なる。そのため、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等に応じて、Ｑａを適宜選択する。
　一方、Ｑｂに関して、ガラスの徐冷点は、ガラスの粘度が１０12Ｐａ・ｓとなる温度である。徐冷点は、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成等によって異なるが、建築用、自動車用等の板ガラスとして用いられるソーダライムガラスの場合、約５５０℃である。また、ＦＰＤ用等のガラス基板として用いられる無アルカリガラスの場合は、約７２０℃である。徐冷点は、１５分緩和温度とも呼ばれ、１５分間以内で歪みの９５％が緩和されるとされている。
　また、第１加熱部位１００の温度を徐冷点まで上昇させるのに必要な熱量Ｑｂも、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等によって異なる。そのため、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等に応じて、Ｑｂを適宜選択する。
（２）第１加熱部位１００の幅をＤ1（単位：ｍｍ）とし、第２加熱部位２００の幅をＤ2（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
Ｄ2　≧　２×Ｄ1
　ここで言う、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００の幅とは、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００の進行方向に対して垂直方向における幅を意味する。
　上記式を満たしていれば、板状ガラス部材２０の割断において、第１加熱部位１００での内部加熱による影響が支配的になるため、第１加熱部位１００の幅を適切な範囲とすることで、割断精度を向上させることができる。
　なお、Ｄ1が後述する範囲の場合、Ｄ1およびＤ2は下記式のうち、いずれか大きいほうを満たすことが好ましい。
Ｄ2　≧　２×Ｄ1
Ｄ2　≧　５ｍｍ
　また、Ｄ1およびＤ2は下記式を満たすことがより好ましい。
Ｄ2　≧　５　×Ｄ1
　上記式に示すように、第２加熱部位２００の幅Ｄ2は、第１加熱部位１００の幅Ｄ1よりも広いため、単位時間当たりの加熱量が同一の場合、単位面積当たりの加熱量は第１加熱部位１００よりも第２加熱部位２００のほうが低くなる。単位面積当たりの加熱量は、板状ガラス部材２０の加熱された部位（すなわち、第１加熱部位１００、第２加熱部位２００）の温度に影響するため、第１加熱部位１００の温度を徐冷点より低く保ちつつ、より多くの熱量を加えるためには、第２加熱部位２００に加える熱量を大きくすることが好ましい。このため、Ｑ1およびＱ2は下記式を満たすことが好ましい。
Ｑ1　＜　Ｑ2
　第１加熱部位１００の幅Ｄ1は、板状ガラス部材２０の物性や寸法形状、割断予定線４０の寸法形状などに応じて決定されるが、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。幅Ｄ1が０．２ｍｍ未満であると、第１加熱部位１００の温度を徐冷点よりも低い温度を保ったまま、板状ガラス部材２０にクラックを進展させるのに必要な熱量を与えることが困難である。一方、第１加熱部位１００の幅Ｄ1が過大であると、割断位置となりうる領域が広くなるので、良好な制度で割断することが難しい。従って、第１加熱部位１００の幅Ｄ1は、板状ガラス部材２０の板厚以下とすることが好ましい。車両用窓ガラスであると５ｍｍ以下が一般的である。
　第１加熱部位１００の幅Ｄ1は、０．２～３ｍｍであることがより好ましく、０．２～２ｍｍであることがさらに好ましい。
（３）第１加熱部位１００と、第２加熱部位２００と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材２０の割断予定線４０に沿って連動して移動する。
０　＜　Ｌ　≦　２×Ｄ2
　上記式において、Ｌは第１加熱部位１００の重心１０１と、第２加熱部位２００の重心２０１と、の間の第１加熱部位１００の重心１０１における割断予定線４０の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ）である。ここで、第１加熱部位１００の重心１０１と、第２加熱部位２００の重心２０１と、の間の距離と記載せず、第１加熱部位１００の重心１０１と、第２加熱部位２００の重心２０１と、の間の第１加熱部位１００の重心１０１における割断予定線４０の接線に平行な方向における距離と記載したのは、後述する図４に示す態様のように、第１加熱部位１００の重心１０１と、第２加熱部位２００の重心２０１と、を結ぶ直線が、割断予定線４０と同一方向にならない場合があるからである。
　第２加熱部位２００は、第１加熱部位１００に対して、割断予定線４０に沿った前方に位置するため、両者の重心１０１，２０１は一致することはないので、Ｌ＞０となる。
　一方、Ｌが大きすぎると、予備加熱による効果が低下するので、第２加熱部位２００の幅Ｄ2の２倍以下とする必要がある。
　Ｌは下記式を満たすことがより好ましい。
１／２　×Ｄ2　＜　Ｌ　≦　Ｄ2
　なお、第２加熱部位２００は、板状ガラス部材２０を予備加熱する部位であるので、第２加熱部位２００の後端は、第１加熱部位１００の後端よりも前方に位置しているか、または、第１加熱部位１００の後端と同一の位置であることが好ましい。
　また、第２加熱部位２００が割断予定線４０の終点に達した後、さらに板状ガラス部材２０を予備加熱すると、板状ガラス部材２０に加わる熱量が過剰となり、第１加熱部位１００の温度を徐冷点より低く保つことが困難になるおそれがある。そのため、第２加熱部位２００が割断予定線４０の終点に達した時点で板状ガラス部材２０の予備加熱は終了することが好ましい。
　以上、図２では、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で対称な形状の場合における本発明の割断方法の適用を示した。次に、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で非対称な形状の場合における本発明の割断方法の適用を示す。
　図３は、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で非対称な形状の場合の割断線の形状を示した模式図である。図３では、板状ガラス部材２０の予備加熱を行っていないため、第１加熱部位１００のみが示されている。
　図３に示すように、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で非対称な形状の場合、割断予定線４０を挟んだ両側で板状ガラス部材の剛性が異なるため、割断予定線の左右で熱応力分布が非対称になりやすく、割断精度が悪くなりやすい。図３に示す板状ガラス部材２０の場合、割断予定線４０をはさんだ左右を比較した場合、割断予定線４０の右側は板状ガラス部材２０の端部までの距離が小さい。このため、当該部分の体積は割断予定線４０の左側に比べて小さく、当該部分の剛性も割断予定線４０の左側に比べて小さい。このため、放電による内部加熱を行った際に、割断予定線４０の左側のほうが熱応力が大きくなり、割断線３０´が図中右方向にずれて、割断精度が悪化するおそれがある。
　本発明では、第２加熱部位の重心を割断予定線の両側のうち剛性の大きい側にずらすことで、割断精度の悪化を抑制する。
　図４はこの手順を示した図である。図４において、第２加熱部位２００の重心２０１は、割断予定線４０の両側のうち、剛性の大きい左側に偏っている。
　ここで、第２加熱部位２００の重心２０１をどの程度ずらすかは、割断予定線４０をはさんだ両側の板状ガラス部材２０の幅、すなわち、割断予定線４０から板状ガラス部材２０の端部までの幅方向における距離に基づいて設定することができる。具体的には、割断予定線４０から板状ガラス部材２０の端部までの幅方向における距離をｄ1、ｄ2とし、割断予定線４０から第２加熱部位２００の端部までの幅方向における距離をｄ3、ｄ4とするとき、ｄ1／ｄ2＝ｄ4／ｄ3とすることが好ましい。
　ここで、ｄ3、ｄ4はそれぞれ割断予定線４０に対してｄ1、ｄ2と同一方向における距離である。
　以上、図２～４では、割断予定線４０が直線の場合における本発明の割断方法の適用を示した。次に、割断予定線が曲線の場合における本発明の割断方法の適用を示す。
　図５は、割断予定線が曲線の場合の割断線の形状を示した模式図である。図５では、板状ガラス部材２０の予備加熱を行っていないため、第１加熱部位１００のみが示されている。
　図５に示すように、割断予定線４０が曲線の場合も、割断予定線４０を挟んだ両側で剛性が異なる。具体的には、曲線である割断予定線４０の内側は曲線の外側に比べて体積が小さく、剛性が小さい。このため、放電による内部加熱を行った際に、曲線である割断予定線４０の内側のほうが剛性が小さいので、割断線３０´が内側方向にずれて、割断精度が悪化するおそれがある。
　本発明の割断方法では、第２加熱部位の重心を割断予定線の両側のうち剛性の大きい側、すなわち、曲線である割断予定線４０の外側にずらすことで、割断精度の悪化を抑制することができる。
　図６は、割断予定線が曲線の場合の第１加熱部位１００のおよび第２加熱部位２００の重心の移動経路の一例を示した図である。図６において、第１加熱部位１００の重心の移動経路１１０は割断予定線と一致する。第２加熱部位２００の重心の移動経路２１０は、曲線部分において、第１加熱部位１００の重心の移動経路１１０よりも外側にずれている。
　ここで、第２加熱部位の重心をどの程度ずらすかは、たとえば、曲線である割断予定線の曲率半径に基づいて選択することができる。
　以下、本発明の割断方法について、さらに記載する。
　上述した点から明らかなように、内部加熱することによって板状ガラス部材が割断されるのは、内部加熱によって板状ガラス部材２０の第１加熱部位１００に圧縮応力が作用した後、その反作用として、該第１加熱部位１００より割断予定線４０の後方で引張応力が作用するからである。この引張応力は内部加熱された板状ガラス部材２０がその後冷却されることによって作用する。本発明の割断方法では、引張応力の作用を促進するために、第１加熱部位１００より割断予定線４０の後方で板状ガラス部材２０を冷却してもよい。
　次に、本発明の板状ガラス部材の割断装置（以下、「本発明の割断装置」という。）について記載する。本発明の割断装置は、板状ガラス部材を支持するステージと、該板状ガラス部材を放電により内部加熱する第１加熱機構、該第１加熱機構よりも前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った前方で該板状ガラス部材を加熱する第２加熱機構、および、該第１加熱機構および該第２加熱機構を制御する制御機構を有する。
　ステージは、板状ガラス部材の一方の面（図１に示す板状ガラス部材２０の場合は裏面。以下、「裏面」とする。）を支持する。ステージは、板状ガラス部材の裏面の全面を支持してもよいし、裏面の一部を支持していてもよい。板状ガラス部材の裏面は、ステージに吸着固定されてもよいし、ステージに粘着固定されてもよい。
　第１加熱機構は、図１に示した構成とすることができる。放電電極１および対向電極２としては、導電性に優れ、高融点であり、酸化されにくい材料であることが好ましい。このような材料の具体例としては、金、白金、パラジウムのような貴金属もしくはその合金が挙げられ、特に白金もしくはパラジウム、またはそれらの合金が好ましい。
　放電電極１と、板状ガラス部材２０の表面と、の間隔は、放電電極１と板状ガラス部材２０の表面との間に放電１０を形成することができる限り特に限定されないが、０ｍｍ～１０ｃｍであることが好ましく、０ｍｍ～１０ｍｍであることがより好ましく、０．０５ｍｍ～５ｍｍであることがさらに好ましい。ここで、０ｍｍとは、放電電極１と板状ガラス部材２０の表面とが接触している状態を意味する。
　対向電極２と、板状ガラス部材２０の裏面と、の間隔についても上記と同様である。
　交流電源３は、放電１０を形成可能な高周波の交流電流を発生できる限り特に限定されない。具体例としては、たとえば、テスラ変圧器、フライバック変圧器、高出力高周波発生器、高周波半導体チョッパのような共振変圧器を用いた高周波交流電源が挙げられる。
　交流電源３は、電圧が１０Ｖ～１０7Ｖ、より好ましくは１００Ｖ～１０6Ｖ、さらに好ましくは１００Ｖ～１０5Ｖで、周波数が１ｋＨｚ～１０ＧＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ～１ＧＨｚ、さらに好ましくは１００ｋＨｚ～１００ＭＨｚの高周波交流電流を発生することが好ましい。
　なお、放電１０を形成するため、放電電極１および対向電極２、および、両者の間に位置する板状ガラス部材２０は、圧力１Ｐａ～１００ＭＰａ、より好ましくは１ｋＰａ～１ＭＰａの、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気または六フッ化硫黄雰囲気下に置くことが好ましい。
　第２加熱機構は、板状ガラス部材を加熱できる限り特に限定されない。したがって、第２加熱機構としては、板状ガラス部材を内部加熱する機構以外に、板状ガラス部材を表面加熱する機構を用いることができる。第２加熱機構としては、第１加熱機構と同様の放電による加熱機構以外に、レーザ照射による加熱機構や赤外線（ＩＲ）照射による加熱機構を用いることもできる。但し、板厚方向にほぼ均一な熱応力を発生させることができることから、板状ガラス部材を内部加熱する機構を使用することが好ましい。なお、幅広い組成の板状ガラス部材を内部加熱できること、板状ガラス部材の表面加熱が少ないこと、低コストであることから、放電による加熱機構が好ましい。
　第２加熱機構として、放電による加熱機構を使用する場合、図１に示した構成とすることができる。なお、図１では放電１０が板状ガラス部材２０の割断予定線４０の直上に位置しているが、図４に示す場合のように、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で対称な形状の場合や、図５に示す場合のように、割断予定線４０が曲線の場合は、第２加熱部位２００の重心を割断予定線４０からずらすために、放電１０の位置を割断予定線４０の直上からずらすことになる。ここで、図１に示した構成を割断予定線４０をはさむように複数設けることで、第２加熱部位２００の重心を割断予定線４０からずらすことも可能である。
　本発明の割断装置では、制御機構が、上述した条件（１）～（３）を満たすように、第１加熱機構および第２加熱機構を制御する。
　上述した条件（１）を満たすためには、第１加熱機構および第２加熱機構からの熱量を制御することになる。第１加熱機構および第２加熱機構として、図１に示した構成の放電による加熱機構を用いる場合は、交流電源３からの高周波交流電流の電圧、周波数および電流値のうち、のいずれか１つ、または複数を制御することになる。
　第１加熱機構および第２加熱機構として、図１に示した構成の放電による加熱機構を用いる場合に、上述した条件（２）を満たすためには、放電電極１と板状ガラス部材２０の表面との間隔、および、対向電極２と板状ガラス部材２０の裏面との間隔を制御することになる。また、放電電極１の形状によっても、条件（２）のパラメータである第１加熱機構による加熱部位の幅Ｄ1および第２加熱機構による加熱部位の幅Ｄ2を変更することができる。
　上述した条件（３）を満たすためには、板状ガラス部材２０の割断予定線４０に沿って、第１加熱機構および第２加熱機構と、板状ガラス部材と、を相対的に移動させる必要がある。第１加熱機構および第２加熱機構と、板状ガラス部材と、を相対的に移動させるためには、たとえば、駆動装置と接続されたステージを使用し、第１加熱機構および第２加熱機構に対して、板状ガラス部材を支持するステージを、該板状ガラス部材の割断予定線に沿って相対的に移動させればよい。または、第１加熱機構および第２加熱機構を駆動装置と接続して、ステージに支持された板状ガラス部材に対して、該板状ガラス部材の割断予定線に沿って相対的に移動させればよい。ここで、第１加熱機構および第２加熱機構として、図１に示した構成の放電による加熱機構を用いる場合は、放電電極１および対向電極２を駆動装置と接続して、板状ガラス部材２０に対して、該板状ガラス部材２０の割断予定線４０に沿って相対的に移動させることになる。
　ステージと接続する駆動機構、あるいは、第１加熱機構および第２加熱機構と接続する駆動装置は、一般的な構成であって良く、例えばアクチュエータなどで構成される。
　本発明の割断装置は、さらに、第１加熱機構より板状ガラス部材の割断予定線に沿った後方で、該板状ガラス部材を冷却する冷却機構を有していてもよい。冷却機構としては、たとえば、板状ガラス部材の表面に気体、液体、エアロゾル等の冷却剤を吹き付ける機構が挙げられる。
　本発明によれば、建築用、自動車用、装飾用、家具用等の板ガラスや、ＰＣのディスプレイや携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末のディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板、または、太陽電池用、タッチパネル用等のガラス基板、あるいは、ＦＰＤ、太陽電池等のカバーガラスといった幅広い用途の板状ガラス部材の割断することができる。
　板状ガラス部材を構成するガラスの組成もその用途によって様々であり、たとえば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。
　また、板状ガラス部材の厚さもその用途によって様々である。例えば、建築用の板ガラスとして用いられる板状ガラス部材の場合、２～２０ｍｍであり、自動車用の板ガラスとして用いられる板状ガラス部材の場合、１～６ｍｍである。また、ＦＰＤ用のガラス基板として用いられる板状ガラス部材の場合、０．０５～０．７ｍｍである。また、各種カバーガラスとして用いられる板状ガラス部材の場合、０．３～３ｍｍである。
　本発明を詳細に、また特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の範囲と精神を逸脱することなく、様々な修正や変更を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１１年３月３日出願の日本特許出願２０１１－０４６０６３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。
１：放電電極
２：対向電極
３：交流電源
１０：放電
２０：板状ガラス部材
３０，３０´：割断線
４０：割断予定線
１００：第１加熱部位
１０１：重心
２００：第２加熱部位
２０１：重心

Claims (11)

  1. 　放電により内部加熱される部位（第１加熱部位）を板状ガラス部材の割断予定線に沿って移動させることによって、該板状ガラス部材を割断する方法であって、
    　下記条件（１）～（３）を満たすように、前記第１加熱部位より前記割断予定線に沿った前方で前記板状ガラス部材を予備加熱する板状ガラス部材の割断方法。
    （１）前記第１加熱部位に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ1（単位：Ｗ）と、前記板状部材の予備加熱される部位（第２加熱部位）に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ2（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ1＋Ｑ2が下記式を満たす。
    　Ｑa　≦　Ｑ1＋Ｑ2　＜　Ｑb
    （Ｑa：熱応力により板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑb：前記第１加熱部位の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ））
    （２）前記第１加熱部位の幅をＤ1（単位：ｍｍ）、前記第２加熱部位の幅をＤ2（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
    Ｄ2　≧　２×Ｄ1
    （３）前記第１加熱部位と、前記第２加熱部位と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
    ０　＜　Ｌ　≦　２×Ｄ2
    （Ｌ：前記第１加熱部位の重心と、前記第２加熱部位の重心と、の間の前記第１加熱部位の重心における割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））
  2. 　前記Ｄ1が０．２～５ｍｍであり、前記Ｄ2が下記式のうち、いずれか大きいほうを満たす、請求項１に記載の板状ガラス部材の割断方法。
    Ｄ2　≧　２×Ｄ1
    Ｄ2　≧　５ｍｍ
  3. 　前記Ｑ1および前記Ｑ2が下記式を満たす、請求項１または２に記載の板状ガラス部材の割断方法。
    Ｑ1　＜　Ｑ2
  4. 　前記予備加熱が放電による内部加熱である、請求項１～３のいずれか１項に記載の板状ガラス部材の割断方法。
  5. 　前記第２加熱部位の重心が、前記割断予定線の両側のうち剛性の大きい側に偏っている、請求項１～４のいずれか１項に記載の板状ガラス部材の割断方法。
  6. 　前記第１加熱部位より前記割断予定線に沿った後方で前記板状ガラス部材を冷却する、請求項１～５のいずれか１項に記載の板状ガラス部材の割断方法。
  7. 　前記第２加熱部位において、前記割断予定線をはさんで複数の予備加熱を実施する、請求項１～６のいずれか１項に記載の板状ガラス部材の割断方法。
  8. 　前記第２加熱部位が前記割断予定線の終点に達した時点で前記予備加熱を終了する、請求項１～７のいずれか１項に記載の板状ガラス部材の割断方法。
  9. 　板状ガラス部材を支持するステージと、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱する第１加熱機構、前記第１加熱機構よりも前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った前方で該板状ガラス部材を加熱する第２加熱機構、および、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御する制御機構を有し、
    　前記制御機構が、下記条件（１）～（３）を満たすように、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御する板状ガラス部材の割断装置。
    （１）前記第１加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ1（単位：Ｗ）と、前記第２加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ2（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ1＋Ｑ2が下記式を満たす。
    　Ｑa　≦　Ｑ1＋Ｑ2　＜　Ｑb
    （Ｑa：熱応力により前記板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑb：前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）
    （２）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の幅をＤ1（単位：ｍｍ）、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位の幅をＤ2（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
    Ｄ2　≧　２×Ｄ1
    （３）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位と、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位と、は下記式を満たしつつ、前記板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
    ０　＜　Ｌ　≦　２×Ｄ2
    （Ｌ：前記第１加熱機構による加熱部位の重心と、前記第２加熱機構による加熱部位の重心と、の間の前記第１加熱機構による加熱部位の重心における割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））
  10. 　前記第２加熱機構が、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱する、請求項９に記載の板状ガラス部材の割断装置。
  11. 　前記第１加熱機構より前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った後方で、該板状ガラス部材を冷却する冷却機構を有する、請求項９または１０に記載の板状ガラス部材の割断装置。
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