WO2014002685A1 - ガラス基板の切断方法及びガラス基板の製造方法 - Google Patents

ガラス基板の切断方法及びガラス基板の製造方法 Download PDF

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高橋　秀幸
増田　秀樹
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    • B23K2103/54—Glass

Definitions

  • the present invention relates to a glass substrate cutting method and a glass substrate manufacturing method.
  • a cutting method using a laser beam has been studied as a method for cutting a glass substrate.
  • Patent Document 1 proposes a method of cutting a glass substrate that is forcibly cooled by compressed gas or the like immediately after forming a notch recess having a predetermined depth by irradiating laser light.
  • Patent Document 2 proposes a method for cutting a glass substrate in which a glass substrate is irradiated while scanning with laser light, the glass is melted at a portion irradiated with the laser light, and the molten glass is blown off with an assist gas.
  • the cut surface has a portion corresponding to a notch recess formed by irradiating a laser beam, and then when forced cooling is performed.
  • a portion formed in the lower portion of the notch recess is included, and the surface characteristics of both are different.
  • the present invention provides a glass substrate cutting method capable of accurately cutting a glass substrate as compared with a conventional glass substrate cutting method in which an assist gas is blown onto the glass substrate in view of the problems of the prior art. For the purpose.
  • the present invention is a glass substrate cutting method for irradiating a laser beam to cut a glass substrate, wherein one surface of the glass substrate is irradiated with the laser beam.
  • the laser light irradiation part from one surface of the glass substrate to the other surface is heated to a temperature higher than the vaporization temperature, and the laser light irradiation region is directed to the glass substrate along the planned cutting line of the glass substrate.
  • a glass substrate cutting method characterized by relatively moving the glass substrate.
  • the glass substrate can be cut with higher accuracy than the method for cutting a glass substrate using a conventional assist gas.
  • the glass substrate cutting method of the present invention is a glass substrate cutting method in which a laser beam is irradiated to cut the glass substrate, and has the following configuration.
  • heating is performed at a temperature higher than the temperature at which the laser light irradiation portion from one surface of the glass substrate to the other surface is vaporized.
  • FIG. 1 schematically shows a configuration in which a glass substrate is cut by the glass substrate cutting method of the present invention as seen from the upper surface of the glass substrate on the side irradiated with laser light (one surface side).
  • the glass substrate 11 is conveyed in the direction indicated by the arrow A in FIG. 1, and a portion (laser light irradiation region) irradiated with a laser beam 12 oscillated from a laser oscillation device (not shown) is cut on the glass substrate. It can move along the planned line 13.
  • the laser light irradiation portion from one surface to the other surface of the glass substrate is heated (heating step). Then, the region 14 that has already been irradiated with the laser light is separated from the region irradiated with the laser light when the glass substrate 11 is transported, and the laser light irradiated portion after the laser light irradiation (laser light is irradiated to vaporize the glass). The peripheral part of 15 is cooled (cooling step).
  • the glass substrate 11 is transported to displace the portion (laser light irradiation region) irradiated with the laser light 12 on the glass substrate 11.
  • it is not limited to such a form.
  • a portion irradiated with the laser beam 12 (laser beam irradiation region) ) can also be displaced.
  • the position of the part which conveys the glass substrate 11 and is irradiated with the laser beam 12 can also be configured to be displaced.
  • the cutting line 13 of the glass substrate is shown in the drawing, but the line on the glass substrate is not necessarily provided.
  • the planned cutting line is not limited to a straight line, and may be an arbitrary line such as a curve according to the required shape of the glass substrate after cutting.
  • composition of the glass substrate to which the glass substrate cutting method of the present invention can be applied is not particularly limited and can be applied to various glass substrates.
  • examples thereof include non-alkali borosilicate glass, borosilicate glass, soda lime glass, high silica glass, and other oxide-based glasses mainly composed of silicon oxide.
  • the thickness of the glass substrate is not particularly limited.
  • the thickness of the glass substrate is preferably 3.0 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, further preferably 0.5 mm or less, and particularly preferably 0.2 mm or less.
  • the thickness of the glass substrate is preferably 3.0 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, further preferably 0.5 mm or less, and particularly preferably 0.2 mm or less.
  • the shape of the glass substrate shown in FIG. 1 is rectangular, but the shape of the glass substrate is not particularly limited.
  • a band-shaped glass substrate formed by a glass substrate forming apparatus such as a float method or a downdraw method may be used.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view taken along the line BB ′ including the laser light irradiation region in FIG.
  • the heating step is performed in the laser light irradiation region by irradiating the glass substrate with the laser light 12 as described above.
  • the laser light irradiation unit 21 from one surface of the glass substrate to the other surface of the glass substrate is heated to a temperature higher than the temperature at which the glass vaporizes.
  • one surface of the glass substrate means a surface on which laser light is incident, and the other surface means an opposing surface.
  • a glass is vaporized and a through-hole is formed along the irradiation direction (thickness direction of a glass substrate) of a laser beam in a short time.
  • peripheral part 22 of the laser light irradiation part 21 is also heated by the heat transfer from the laser light irradiation part.
  • the glass can be vaporized in the laser light irradiation portion in a short time. For this reason, the glass substrate can be processed with high accuracy without causing a positional shift and the like, and the occurrence of cracks in the glass substrate can be suppressed.
  • the irradiation condition of the laser beam in the heating process is not limited. In the laser beam irradiation region of the glass substrate, from one surface (surface on which laser light is incident) side of the glass substrate to the other surface side. What is necessary is just to select so that a laser beam irradiation part can be heated more than the vaporization temperature of glass.
  • the glass composition for example, from the thickness of the glass substrate that is the object to be cut, the glass composition, the conveyance speed of the glass substrate (the relative movement speed of the irradiation region of the laser light with respect to the glass substrate), etc.
  • the energy density of the laser beam and the like may be selected so that heating can be performed. For example, it can be calculated by conducting a preliminary test in advance.
  • the energy density of the laser light is E (W / mm 2 ), and the thickness of the glass substrate is t (mm).
  • E ⁇ 50 ⁇ t ⁇ v It is preferable to adjust the energy density of the laser beam to be irradiated so as to satisfy the above relationship.
  • the glass By cutting the glass substrate including the heating step in a state satisfying such regulations, the glass vaporizes the laser light irradiation part from one surface of the glass substrate to the other surface of the glass substrate in the laser light irradiation region. It can be surely heated above the temperature at which it is performed.
  • the spot diameter of the laser beam irradiated onto the glass substrate (the beam diameter of the laser beam on one surface of the glass substrate) is not limited, and can be selected depending on the required processing accuracy.
  • the type of laser to be used there is no particular limitation on the type of laser to be used, as long as the glass substrate can be heated at the irradiated portion by irradiating the glass substrate with oscillated laser light.
  • a CO 2 laser an excimer laser, a copper vapor deposition laser, a YAG (Yttrium Aluminum Garnet) laser, or the like can be used.
  • the glass is vaporized in the laser light irradiation portion by irradiating the glass substrate with the laser light as described above.
  • the vaporized glass component gas
  • the means for removing the vaporized glass component is not particularly limited, and a mechanism for sucking the vaporized glass component, a mechanism for blowing off the glass component vaporized by gas, or the like can be used.
  • the arrangement may be selected according to the means used, and the heating process is not hindered and the vaporized glass component can be removed before adhering to the lens, mirror, etc. arranged on the optical path of the laser beam. That's fine. For example, as shown by 23 in FIG. 2, it may be arranged near the portion irradiated with the laser light.
  • the kind of gas to be used is not particularly limited, but since it is used around the portion where the glass substrate is heated by laser light, it is a nonflammable gas. Is preferably used. Specifically, for example, an inert gas such as nitrogen or argon, air, or the like can be used. In this case, in order to prevent displacement of the position of the glass substrate, it is preferable to supply the glass substrate so that no gas is applied to it.
  • the glass substrate and / or the laser light irradiation area moves, so that the laser light irradiation part (the part that has already been irradiated with the laser light) after the laser light irradiation is The laser light irradiation part is cooled away from the light irradiation region.
  • the peripheral portion 22 of the laser light irradiation portion (the portion that has been vaporized by being irradiated with the laser light in the heating step) 21 is cooled.
  • at least a part of the peripheral portion 22 may precipitate on the glass substrate surface (one surface of the glass substrate and / or the other surface) as a substantially thread-like precipitate 31 as shown in FIG. is there. This is because glass has a low thermal conductivity, and therefore a temperature gradient is generated in the peripheral portion 22 in the cooling step after the heating step. Therefore, at least the peripheral portion 22 is formed on the glass substrate by the stress generated in the peripheral portion 22. It is inferred that a part is excluded and precipitates.
  • the precipitate 31 is deposited on the upper surface (one surface) of the glass substrate, but may be deposited on the lower surface (the other surface) side.
  • the peripheral portion 22 of the laser light irradiation part is excluded from the cut surface irradiated with the laser light, it is possible to finally obtain a uniform cut surface.
  • the peripheral portion of the laser light irradiation portion is cooled at an appropriate cooling rate.
  • the cooling rate can be changed by the relative moving speed of the irradiation region of the laser beam with respect to the glass substrate. For this reason, it is preferable to select a relative moving speed of the irradiation region of the laser beam with respect to the glass substrate so that the precipitate is generated in the cooling process by performing a preliminary experiment or the like.
  • the means for removing the precipitate is not particularly limited, and can be easily removed by a method such as blowing off with gas, removing by suction, or removing with a brush or baffle plate.
  • a low-pressure gas so as to give vibration or the like to the glass substrate and not affect the cutting accuracy of the glass substrate.
  • the cooling step cools the peripheral portion 22 of the laser light irradiation portion after the laser light irradiation as described above, and the cooling temperature is not limited.
  • the peripheral part of the laser light irradiation part is cooled to a glass transition temperature or lower after the laser light irradiation part is heated.
  • the ambient temperature is preferably at least the glass transition temperature or less, preferably 100 ° C. or less, and particularly preferably 40 ° C. or less.
  • the ambient temperature referred to here is at least the temperature around the portion where the cooling process is performed, but is preferably the temperature around the entire glass substrate being cut.
  • the glass substrate cutting method of the present invention has been described above, in the glass substrate cutting method, since the assist gas is not sprayed on the glass substrate, the displacement of the position of the glass substrate is suppressed. Cutting can be performed with high accuracy. In addition, the generation of cracks in the glass substrate during cutting can be suppressed, and a cut surface with uniform surface characteristics can be obtained.
  • the glass substrate cutting method that has been described so far can be applied to the glass substrate manufacturing process to provide a glass substrate manufacturing method using the glass substrate cutting method.
  • the glass substrate can be cut with high accuracy, generation of cracks in the glass substrate can be suppressed at the time of cutting, and a uniform cut surface can be obtained.
  • the effect of shortening the polishing time of the cut surface in the polishing process or omitting the polishing process can be obtained.
  • Example 1 In this experimental example, the glass substrate was cut by changing the energy density of the laser beam and the relative movement speed of the irradiation region of the laser beam with respect to the glass substrate, and the cut surface of the cut glass substrate was evaluated.
  • a glass substrate (trade name: AN100, manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) made of non-alkali borosilicate glass having a length of 100 mm, a width of 100 mm, and a thickness of 0.1 mm according to the configuration shown in FIG.
  • the laser beam using a CO 2 laser was irradiated along the planned cutting line so that the spot diameter was about 0.3 mm and a predetermined energy density was obtained.
  • the ambient temperature (environmental temperature) of the glass substrate was room temperature (25 ° C.).
  • FIG. 4 is a graph showing a part of the results shown in Table 1.
  • the straight line Y indicates the minimum value of the relative movement speed (here, the conveyance speed of the glass substrate) of the laser light irradiation region where the precipitate is generated in the cooling process. In this case, 144 (m / hour) )Met.
  • the A evaluation is distributed in a range surrounded by the straight line X and the straight line Y.
  • the C evaluation is performed, and when the transport speed is slower than the straight line Y, the B evaluation is performed. It has become.
  • the glass substrate in the laser light irradiation area This is considered to be because the laser beam irradiation part from one surface of the glass to the other surface can be reliably heated to a temperature higher than the temperature at which the glass vaporizes.
  • the peripheral part of the laser light irradiation part after laser light irradiation can be sufficiently cooled and removed from the cut surface part as a precipitate, so that the cut surface with uniform surface characteristics. It is thought that it can be.
  • the glass substrate that has been evaluated as C sufficient energy of the laser beam cannot be imparted with respect to the relative movement speed of the irradiation region of the laser beam with respect to the glass substrate (the conveyance speed of the glass substrate).
  • the region it is considered that the other surface of the glass substrate could not be heated to a temperature higher than the temperature at which the glass vaporizes (the temperature could not be sufficiently raised in the entire range in the thickness direction of the glass substrate). For this reason, it is estimated that the glass substrate could not be cut.
  • the relative movement speed of the laser light irradiation area with respect to the glass substrate is not sufficient, and the cooling speed of the peripheral part of the laser light irradiation part after laser light irradiation becomes slow, and the peripheral part is deposited. It is assumed that the cut surface did not become uniform because it was not excluded as a product. Or, when the temperature of the peripheral part of the laser light irradiation part after laser light irradiation is cooled by transporting the glass substrate, it is not the desired cooling rate, so that the cut surface and its periphery are cracked It is inferred.
  • the energy density of the laser light can be appropriately selected for the A-evaluated glass substrate in accordance with the relative movement speed (glass substrate transport speed) of the laser light irradiation region with respect to the glass substrate. For this reason, it is considered that the laser beam irradiation region is heated from one surface of the glass substrate to the other surface at a temperature higher than the temperature at which the glass is vaporized. Furthermore, since the conveyance speed of the glass substrate is appropriate, the peripheral part of the laser light irradiation part after the laser light irradiation is cooled at an appropriate cooling rate, and the peripheral part of the laser light irradiation part after the laser light irradiation is a precipitate.
  • FIG. 5 is a graph of the results in Table 2.
  • the straight line Y indicates the minimum value of the relative movement speed (here, the conveyance speed of the glass substrate) of the irradiation region of the laser beam, in which the precipitate is generated in the cooling process, and in this case, 144 (m / hour) )Met.
  • FIG. 3 In this experimental example, the energy density of the laser beam and the relative movement speed of the irradiation region of the laser beam with respect to the glass substrate are changed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the thickness of the glass substrate to be cut is 0.3 mm. Then, the glass substrate was cut, and the cut surface of the glass substrate after cutting was evaluated.
  • FIG. 6 is a graph of the results in Table 3.
  • the straight line Y indicates the minimum value of the relative movement speed (here, the conveyance speed of the glass substrate) of the irradiation region of the laser beam, in which the precipitate is generated in the cooling process, and in this case, 144 (m / hour) )Met.
  • the glass substrate is cut by changing the energy density of the laser beam to be irradiated without changing the conveyance speed of the glass substrate.
  • the energy density of the laser beam is increased to be higher than the straight line X
  • the glass is vaporized in the laser beam irradiation area from one surface of the glass substrate to the other surface in the laser beam irradiation region. It was possible to heat to a temperature higher than the temperature to be evaluated, and it was confirmed that the evaluation was A.
  • Example 4 In this experimental example, the energy density of the laser beam and the relative movement speed of the irradiation region of the laser beam with respect to the glass substrate are changed in the same manner as in Experimental Example 1 except that the thickness of the glass substrate to be cut is 0.6 mm. Then, the glass substrate was cut, and the cut surface of the glass substrate after cutting was evaluated.
  • FIG. 7 is a graph of the results in Table 4.
  • the straight line Y indicates the minimum value of the relative movement speed (here, the conveyance speed of the glass substrate) of the irradiation region of the laser beam, in which the precipitate is generated in the cooling process, and in this case, 144 (m / hour) )Met.
  • the energy density of the laser beam irradiated was lower than that of the straight line X. For this reason, sufficient energy of the laser beam cannot be applied to the relative movement speed of the laser beam irradiation area with respect to the glass substrate (the conveyance speed of the glass substrate), and the other surface of the glass substrate with respect to the laser light irradiation area It is considered that the glass substrate could not be heated to a temperature higher than the temperature at which it vaporizes. Therefore, it was considered that C evaluation was made because the glass substrate could not be cut.
  • the present invention can be used in various glass substrate cutting methods, various glass substrate manufacturing methods, and the like.

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Abstract

　レーザ光を照射してガラス基板を切断するガラス基板の切断方法であって、前記ガラス基板の一方の表面に前記レーザ光を照射したレーザ光の照射領域において、前記ガラス基板の一方の表面から他方の表面までのレーザ光照射部が気化する温度以上に加熱し、前記レーザ光の照射領域を前記ガラス基板の切断予定線に沿って、前記ガラス基板に対して相対的に移動させることを特徴とするガラス基板の切断方法、及び、ガラス基板の製造方法を提供する。

Description

ガラス基板の切断方法及びガラス基板の製造方法
　本発明は、ガラス基板の切断方法及びガラス基板の製造方法に関する。
　ガラス基板の切断方法としてレーザ光を用いた切断方法が検討されてきた。
　例えば特許文献１には、レーザ光を照射することにより所定の深さの切り欠き凹部を形成した直後に、圧縮ガス等により強制冷却するガラス基板の切断方法が提案されている。
　また、特許文献２には、ガラス基板にレーザ光を走査しつつ照射し、レーザ光の照射部分についてガラスを溶融させ、溶融したガラスをアシストガスにより吹き飛ばすガラス基板の切断方法が提案されている。
　しかしながら、特許文献１にて提案されたガラス基板の切断方法によれば、その切断面にはレーザ光を照射することにより形成した切り欠き凹部に対応する部分と、その後強制冷却を行った際に切り欠き凹部の下部に形成された部分とが含まれ、両者の表面特性は異なっている。
　このように切断面中に切断方法に起因する表面特性の異なる部分がある場合、製品とするためには切断面を研磨して、表面特性が均一な切断面とする必要があった。このため、切断面についての研磨工程に時間を要していた。
　また、レーザ光を照射した直後にガラス基板に対して圧縮ガス（アシストガス）を吹き付ける必要があるため、ガラス基板の位置が変位し易く切断精度が低下する場合があった。
　特許文献２にて提案されたガラス基板の切断方法によれば、アシストガスの圧力によりガラス基板の位置が変位し、切断する際の精度が低くなる場合があるという問題があった。また、レーザ光のエネルギー密度によっては、局所的なガラスの熱変形量が大きくなりガラス基板に亀裂を生じる場合があった。さらに、アシストガスにより除去された溶融したガラスが、切断面やその周辺に付着、凝固するため、これを除去するために研磨工程に時間を要していた。
特開２００４－０５９３２８号公報 特開昭６０－２５１１３８号公報
　本発明は、上記従来技術の課題に鑑み、上記ガラス基板にアシストガスを吹き付ける従来のガラス基板の切断方法と比較してガラス基板を精度良く切断加工することができるガラス基板の切断方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため本発明は、レーザ光を照射してガラス基板を切断するガラス基板の切断方法であって、前記ガラス基板の一方の表面に前記レーザ光を照射したレーザ光の照射領域において、前記ガラス基板の一方の表面から他方の表面までのレーザ光照射部が気化する温度以上に加熱し、前記レーザ光の照射領域を前記ガラス基板の切断予定線に沿って、前記ガラス基板に対して相対的に移動させることを特徴とするガラス基板の切断方法を提供する。
　本発明のガラス基板の切断方法によれば、従来のアシストガスを使用したガラス基板の切断方法と比較してガラス基板を精度良く切断加工することができる。
本発明の実施形態に係るガラス基板の切断方法の説明図である。 本発明の実施形態に係るガラス基板の切断方法における加熱工程の説明図である。 本発明の実施形態に係るガラス基板の切断方法における冷却工程の説明図である。 本発明の実験例１のガラス基板の搬送速度およびレーザ光のエネルギー密度と、切断面の評価との関係の説明図である。 本発明の実験例２のガラス基板の搬送速度およびレーザ光のエネルギー密度と、切断面の評価との関係の説明図である。 本発明の実験例３のガラス基板の搬送速度およびレーザ光のエネルギー密度と、切断面の評価との関係の説明図である。 本発明の実験例４のガラス基板の搬送速度およびレーザ光のエネルギー密度と、切断面の評価との関係の説明図である。
　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が、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
　本実施の形態では、本発明のガラス基板の切断方法について説明を行う。
　本発明のガラス基板の切断方法は、レーザ光を照射してガラス基板を切断するガラス基板の切断方法であって、以下の構成を有している。
　ガラス基板の一方の表面にレーザ光を照射したレーザ光の照射領域において、前記ガラス基板の一方の表面から他方の表面までのレーザ光照射部が気化する温度以上に加熱する。
　そして、前記レーザ光の照射領域を前記ガラス基板の切断予定線に沿って、前記ガラス基板に対して相対的に移動させることを特徴とするガラス基板の切断方法である。
　図１～図３を用いて具体的に説明する。
　図１は、本発明のガラス基板切断方法によりガラス基板を切断しているところを、レーザ光を照射する側（一方の表面側）のガラス基板上面から見た構成を模式的に示している。
　ガラス基板１１は図１中矢印Ａで示す方向に搬送されており、図示しないレーザ発振装置から発振されたレーザ光１２が照射されている部分（レーザ光の照射領域）が、ガラス基板上の切断予定線１３に沿って移動できるようになっている。
　図１中、レーザ光１２が照射されている部分（レーザ光の照射領域）ではガラス基板が一方の表面から他方の表面までのレーザ光照射部が加熱されている（加熱工程）。そして、レーザ光が既に照射された領域１４は、ガラス基板１１が搬送されることにより、レーザ光の照射領域から離れ、レーザ光照射後のレーザ光照射部（レーザ光が照射されてガラスが気化した部分）１５の周辺部が冷却されることとなる（冷却工程）。
　なお、図１ではガラス基板１１を搬送することにより、ガラス基板１１上のレーザ光１２が照射されている部分（レーザ光の照射領域）を変位させる構成としているが、レーザ光１２を切断予定線に沿って照射できれば良く、係る形態に限定されるものではない。例えば、ガラス基板１１を固定し、レーザ発振装置とガラス基板との間のレーザ光の光路上の光学系を調整、操作することにより、レーザ光１２が照射されている部分（レーザ光の照射領域）の位置を変位することもできる。ガラス基板１１を搬送し、かつ、レーザ光１２が照射されている部分の位置も変位するように構成することもできる。
　なお、説明の便宜上、ガラス基板の切断予定線１３を図中に示しているが、ガラス基板上に係る線が設けられている訳ではない。また、切断予定線は直線に限定されるものではなく、要求される切断後のガラス基板の形状に応じて曲線等の任意の線とすることができる。
　本発明のガラス基板の切断方法を適用できるガラス基板の組成は特に限定されるものではなく、各種ガラス基板に適用することができる。例えば、無アルカリホウケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、高シリカガラス、その他の酸化ケイ素を主な成分とする酸化物系ガラスなどが挙げられる。
　また、ガラス基板の厚さについても特に限定されるものではない。
　ただし、上記したガラス基板にレーザ光を照射し加熱する際、レーザ光の照射領域において、ガラス基板の一方の表面側から他方の表面までのレーザ光照射部について、すなわち、その板厚方向全体に渡って、ガラスが気化する温度以上に加熱することになる。このため、レーザ発振装置の出力等に応じてガラス基板の板厚を選択することが好ましい。例えば、ガラス基板の板厚は３．０ｍｍ以下であることが好ましく、１．０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．５ｍｍ以下であることがさらに好ましく、０．２ｍｍ以下であること特に好ましい。ガラス基板の下限値については、ゼロ（０）より大きい値であれば特に限定されるものではない。
　また、図１に示したガラス基板の形状は矩形であるが、ガラス基板の形状も特に限定されるものではない。例えば、フロート法やダウンドロー法などのガラス基板成形装置によって成形された帯状のガラス基板であってもよい。
　次に、レーザ光の照射領域（ガラス基板にレーザ光が照射されている部分）で行われる加熱工程について説明する。図２は、図１におけるレーザ光の照射領域を含むＢ－Ｂ´線での断面図を模式的に示したものである。
　本発明のガラス基板の切断方法においては、上記の様にレーザ光１２をガラス基板に照射することにより、レーザ光の照射領域において加熱工程が行われる。
　ガラス基板のレーザ光の照射領域について、ガラス基板の一方の表面からガラス基板の他方の表面までのレーザ光照射部２１が、ガラスが気化する温度以上に加熱される。ここで、ガラス基板の一方の表面とはレーザ光が入射する側の面、他方の表面とはその対向面を意味している。このため、レーザ光照射部２１については、ガラスが気化されて短時間でレーザ光の照射方向（ガラス基板の厚さ方向）に沿って貫通孔が形成される。
　そして、レーザ光照射部２１の周辺部２２についてもレーザ光照射部からの伝熱により加熱されることとなる。
　このように、加熱工程やその直後において、すなわち、レーザ光照射時（ガラス気化時）や、レーザ光照射直後において、前記レーザ光照射部にアシストガスを吹き付けずに（アシストガスを使用することなく）、短時間でレーザ光照射部についてガラスを気化することができる。このため、ガラス基板の位置ずれ等を生じることがなく精度良く加工することができ、ガラス基板への亀裂の発生を抑制できる。
　加熱工程におけるレーザ光の照射条件としては限定されるものではなく、ガラス基板のレーザ光照射領域において、ガラス基板の一方の表面（レーザ光が入射する側の面）側から他方の表面側までのレーザ光照射部がガラスの気化温度以上に加熱できるように選択すればよい。
　具体的には、例えば、被切断物であるガラス基板の厚さ、ガラス組成、ガラス基板の搬送速度（レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度）等から、レーザ光照射部について上記のように加熱できるようにレーザ光のエネルギー密度等を選択すればよい。例えば予め予備試験を行うことにより算出することができる。
　特に、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度をｖ（ｍ／時間）、前記レーザ光のエネルギー密度をＥ（Ｗ／ｍｍ２）、ガラス基板の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、
　Ｅ≧５０×ｔ×ｖ
の関係を満たすように照射するレーザ光のエネルギー密度を調整することが好ましい。
　係る規定を充足する状態で加熱工程を含むガラス基板の切断を行うことにより、レーザ光の照射領域において、ガラス基板の一方の表面からガラス基板の他方の表面までのレーザ光照射部をガラスが気化する温度以上に確実に加熱することができる。
　ガラス基板に照射するレーザ光のスポット径（ガラス基板の一方の表面におけるレーザ光のビーム径）についても限定されるものではなく、要求される加工精度等により選択することができる。
　なお、用いるレーザの種類については特に限定されるものではなく、ガラス基板に発振したレーザ光を照射することにより、該照射した部分についてガラス基板を加熱できるものであればよい。具体的には例えばＣＯ２レーザ、エキシマレーザ、銅蒸着レーザ、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）レーザ等を用いることができる。
　加熱工程においては、上記のようにガラス基板にレーザ光を照射することによって、レーザ光照射部についてガラスを気化させる。このため、レーザ光照射部及びその周辺には気化したガラス成分（気体）が発生することになる。係る成分が、レーザ光の光路上に配置されたレーザ発振装置のレンズやミラー等の光学系の表面に析出、付着すると、ガラス基板に対して十分なエネルギーのレーザ光を照射できなくなる場合や、所望の場所にレーザ光を照射できなくなる場合等があり、ガラス基板の加工精度等に影響を与える恐れがある。このため、ガラス基板にレーザ光を照射することにより、気化したガラス成分を除去することが好ましい。すなわち、加熱工程において、気化した前記レーザ光照射部のガラス成分を除去することが好ましい。気化したガラス成分を除去する手段については、特に限定されるものではなく、気化したガラス成分を吸引する機構や、ガスにより気化したガラス成分を吹き飛ばす機構等を用いることができる。その配置についても用いる手段に応じて選択すればよく、加熱工程を阻害せず、気化したガラス成分がレーザ光の光路上に配置されたレンズ、ミラー等に付着する前に除去できるように配置すればよい。例えば、図２において、２３で示したように、レーザ光が照射されている部分の近傍に配置することが考えられる。
　なお、ガスにより気化したガラス成分を吹き飛ばす機構を用いる場合、用いるガスの種類は特に限定されるものではないが、ガラス基板がレーザ光により加熱されている部分の周辺で用いることから、不燃性ガスを用いることが好ましい。具体的には例えば窒素、アルゴン等の不活性ガスや、空気等を使用することができる。また、この場合、ガラス基板の位置の変位を防止するため、ガラス基板に対してガスがあたらないように供給することが好ましい。
　次に、冷却工程について説明する。
　冷却工程は、レーザ光が照射された後、ガラス基板および／またはレーザ光の照射領域が移動することにより、レーザ光照射後のレーザ光照射部（既にレーザ光が照射された部分）が、レーザ光の照射領域から遠ざかり、レーザ光照射部の周辺部が冷却されるものである。
　冷却工程においては、図２に示すように、レーザ光照射部（加熱工程でレーザ光が照射され気化した部分）２１の周辺部２２が冷却される。冷却される際、該周辺部２２の少なくとも一部が図３に示すように、略糸状の析出物３１としてガラス基板表面（ガラス基板の一方の表面および／または他方の表面）に析出する場合がある。これは、ガラスは熱伝導率が低いため、加熱工程後、冷却工程において該周辺部２２内に温度勾配が生じるため、該周辺部２２内で発生した応力によりガラス基板上に周辺部２２の少なくとも一部が排除され析出するものと推認される。なお、図中では析出物３１がガラス基板の上面（一方の表面）に析出しているが、下面（他方の表面）側に析出する場合もある。このように、レーザ光照射部の周辺部２２の少なくとも一部がレーザ光を照射した切断面から排除されるため、最終的に均一な切断面を得ることが可能になる。
　冷却工程において前記析出物を生じさせ、均一な切断面を得るためにはレーザ光照射部の周辺部が適切な冷却速度で冷却されることが好ましい。該冷却速度はレーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度により変化させることができる。このため、予備実験等を行い冷却工程において上記析出物が生じるように、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度を選択することが好ましい。
　冷却工程で生じる析出物３１は、冷却の妨げとなる場合もあることから、レーザ光照射部の周辺部に発生した析出物を除去することが好ましい。該析出物を除去する手段としては特に限定されるものではなく、例えば、ガスにより吹き飛ばす、吸引除去する、ブラシや邪魔板等により除去する等の方法により簡単に除去することができる。
　なお、ガスで析出物を吹き飛ばす場合には、ガラス基板に振動等を与え、ガラス基板の切断精度に影響を与えないよう低圧のガスを用いることが好ましい。
　冷却工程は、上記のようにレーザ光照射後のレーザ光照射部の周辺部２２を冷却するものであり、その冷却温度については限定されるものではない。例えば、レーザ光照射部の周辺部は、レーザ光照射部の加熱後、ガラス転移温度以下にまで冷却することが好ましい。
　この際、加熱工程後、周辺雰囲気の温度により冷却する場合には、周辺温度は少なくともガラス転移温度以下であることが好ましく、１００℃以下であることが好ましく、４０℃以下であることが特に好ましい。なお、ここでいう周辺温度とは少なくとも冷却工程を行っている部分の周辺の温度であるが、切断を行っているガラス基板全体を含む周辺の温度であることが好ましい。
　以上に本発明のガラス基板の切断方法について説明してきたが、係るガラス基板の切断方法においては、アシストガスをガラス基板に吹き付けるものではないため、ガラス基板の位置の変位を抑制し、ガラス基板を精度良く切断加工することができる。また、切断時にガラス基板への亀裂の発生を抑制し、表面特性の均一な切断面とすることができる。
　ここまで説明してきたガラス基板の切断方法をガラス基板の製造工程に適用し、該ガラス基板の切断方法を用いたガラス基板の製造方法とすることができる。
　係るガラス基板の製造方法においては、ガラス基板を精度良く切断加工することができ、切断時にガラス基板への亀裂の発生を抑制し、均一な切断面とすることができるため、ガラス基板の製造歩留まりの向上や、研磨工程における切断面の研磨時間の短縮又は研磨工程省略の効果が得られる。
　以下に具体的な実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実験例１］
　本実験例では、レーザ光のエネルギー密度、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度を変化させてガラス基板を切断し、切断後のガラス基板の切断面について評価を行った。
　ガラス基板の切断に当たっては、図１に示した構成により、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、板厚０．１ｍｍの無アルカリホウケイ酸ガラスからなるガラス基板（旭硝子株式会社製　商品名：ＡＮ１００）について、所定の搬送速度でガラス基板を搬送しながら、切断予定線に沿ってＣＯ２レーザを用いたレーザ光をスポット径が約０．３ｍｍであり、所定のエネルギー密度になるように照射して行った。切断を行う際ガラス基板の周辺温度（環境温度）は、室温（２５℃）であった。
　切断を行った後のガラス基板について、切断ができていなかったものについてはＣとして、切断はできたものの、レーザを照射した部分において析出物が観察されず、切断面を目視で確認したところ均一になっていない、またはガラス基板に亀裂が生じたものについてはＢとして評価した。ガラス基板を切断でき、目視で均一な切断面であると確認できたものについてはＡとして評価を行った。結果を表１及び図４に示す。図４は表１の結果の一部をグラフ化したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　図４に示したグラフにおいて、直線Ｘは、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ここではガラス基板の搬送速度）をｖ（ｍ／時間）、前記レーザ光のエネルギー密度をＥ（Ｗ／ｍｍ２）、ガラス基板の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、Ｅ＝５０×ｔ×ｖとなる直線である。
　そして、直線Ｙは冷却工程において析出物を生じた、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ここではガラス基板の搬送速度）の最小値を示しており、この場合１４４（ｍ／時間）であった。
　図４によれば、直線Ｘと直線Ｙで囲まれる範囲にＡ評価が分布しており、直線Ｘよりもエネルギー密度が小さい場合はＣ評価、直線Ｙよりも搬送速度が遅い場合にはＢ評価となっている。
　これは、まず、各レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ガラス基板の搬送速度）において、直線Ｘ以上のエネルギー密度のレーザ光を照射した場合、レーザ光の照射領域における、ガラス基板の一方の表面から他方の表面までのレーザ光照射部についてガラスが気化する温度以上に確実に加熱することができているためであると考えられる。
　そしてさらに、直線Ｙ以上の搬送速度とすることにより、レーザ光照射後のレーザ光照射部の周辺部を十分に冷却し、析出物として切断面部分から排除できるため、表面特性が均一な切断面とすることができるためと考えられる。
　すなわち、Ｃ評価となったガラス基板では、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ガラス基板の搬送速度）に対して十分なレーザ光のエネルギーが付与できておらず、レーザ光の照射領域について、ガラス基板の他方の表面までガラスが気化する温度以上に加熱することができていなかった（ガラス基板の板厚方向全ての範囲について十分に昇温できていなかった）と考えられる。このため、ガラス基板を切断できなかったと推認される。
　また、Ｂ評価となったガラス基板は、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ガラス基板の搬送速度）に対して十分なエネルギー密度のレーザ光を照射できているため、ガラス基板の切断が行えている。
　しかし、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ガラス基板の搬送速度）が十分ではなく、レーザ光照射後のレーザ光照射部の周辺部の冷却速度が遅くなり、該周辺部が析出物として排除されずに残り、切断面が均一にならなかったためと推認される。もしくは、レーザ光照射後のレーザ光照射部の周辺部の温度が、ガラス基板が搬送されることにより冷却される際、所望の冷却速度ではないため、切断面およびその周辺に亀裂が生じたものと推認される。
　これに対して、Ａ評価のガラス基板はレーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ガラス基板の搬送速度）にあわせてレーザ光のエネルギー密度を適切に選択できていると考えられる。このため、レーザ光の照射領域についてガラス基板の一方の表面から他方の表面まで、ガラスが気化する温度以上に加熱されていると考えられる。さらに、ガラス基板の搬送速度が適切であるため、レーザ光照射後のレーザ光照射部の周辺部が適切な冷却速度で冷却され、該レーザ光照射後のレーザ光照射部の周辺部が析出物として排除され、均一な切断面が得られたものと考えられる。
［実験例２］
　本実験例では、切断を行うガラス基板の板厚を０．２ｍｍとした以外は、実験例１と同様にして、レーザ光のエネルギー密度、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度を変化させてガラス基板を切断し、切断後のガラス基板の切断面について評価を行った。
　結果を表２、図５に示す。図５は表２の結果をグラフ化したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　図５に示したグラフにおいても、直線Ｘは上述のＥ＝５０×ｔ×ｖ（ｔ＝０．２ｍｍ）となる直線である。
　また、直線Ｙは冷却工程において析出物を生じた、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ここではガラス基板の搬送速度）の最小値を示しており、この場合１４４（ｍ／時間）であった。
　これによると、直線Ｘと直線Ｙで囲まれる範囲にＡ評価が分布していることが確認できた。
［実験例３］
　本実験例では、切断を行うガラス基板の板厚を０．３ｍｍとした以外は、実験例１と同様にして、レーザ光のエネルギー密度、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度を変化させてガラス基板を切断し、切断後のガラス基板の切断面について評価を行った。
　結果を表３、図６に示す。図６は表３の結果をグラフ化したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 　図６に示したグラフにおいても、直線Ｘは上述のＥ＝５０×ｔ×ｖ（ｔ＝０．３ｍｍ）となる直線である。
　また、直線Ｙは冷却工程において析出物を生じた、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ここではガラス基板の搬送速度）の最小値を示しており、この場合１４４（ｍ／時間）であった。
　本実験例ではガラス基板の搬送速度を変化させず、照射するレーザ光のエネルギー密度を変化させてガラス基板の切断を行っている。これによるとレーザ光のエネルギー密度を増加させて直線Ｘよりも大きなエネルギー密度とした場合に、レーザ光の照射領域について、ガラス基板の一方の表面から他方の表面までレーザ光照射部についてガラスが気化する温度以上に加熱することができ、Ａ評価となることが確認できた。
［実験例４］
　本実験例では、切断を行うガラス基板の板厚を０．６ｍｍとした以外は、実験例１と同様にして、レーザ光のエネルギー密度、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度を変化させてガラス基板を切断し、切断後のガラス基板の切断面について評価を行った。
　結果を表４、図７に示す。図７は表４の結果をグラフ化したものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 　図７に示したグラフにおいても、直線Ｘは上述のＥ＝５０×ｔ×ｖ（ｔ＝０．６ｍｍ）となる直線である。
　また、直線Ｙは冷却工程において析出物を生じた、レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度（ここではガラス基板の搬送速度）の最小値を示しており、この場合１４４（ｍ／時間）であった。
　本実験例においては、直線Ｘよりも照射するレーザ光のエネルギー密度が低かった。このため、レーザ光の照射領域の、ガラス基板に対する相対移動速度（ガラス基板の搬送速度）に対して十分なレーザ光のエネルギーが付与できず、レーザ光の照射領域について、ガラス基板の他方の表面までガラス基板が気化する温度以上に加熱できなかったと考えられる。従って、ガラス基板を切断できずＣ評価となったと考えられる。
　本発明は、各種ガラス基板の切断方法及び各種ガラス基板の製造方法等に利用できる。
　本出願は、２０１２年６月２８日に日本国特許庁に出願された特願２０１２－１４５９９１及び２０１３年１月１５日に日本国特許庁に出願された特願２０１３－００４６６７に基づくものであり、これらの出願を優先権主張するものであり、これらの出願の全ての内容を参照することにより包含するものである。
１１　ガラス基板
１２　レーザ光
２１　レーザ光照射部
２２　レーザ光照射部の周辺部
３１　析出物

Claims (7)

  1. 　レーザ光を照射してガラス基板を切断するガラス基板の切断方法であって、
    　前記ガラス基板の一方の表面に前記レーザ光を照射したレーザ光の照射領域において、前記ガラス基板の一方の表面から他方の表面までのレーザ光照射部が気化する温度以上に加熱し、
    　前記レーザ光の照射領域を前記ガラス基板の切断予定線に沿って、前記ガラス基板に対して相対的に移動させることを特徴とするガラス基板の切断方法。
  2. 　前記レーザ光照射部の周辺部は、前記レーザ光照射部の加熱後、ガラス転移温度以下までに冷却される請求項１に記載のガラス基板の切断方法。
  3. 　前記レーザ光の照射領域のガラス基板に対する相対移動速度をｖ（ｍ／時間）、前記レーザ光のエネルギー密度をＥ（Ｗ／ｍｍ２）、ガラス基板の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、
    　Ｅ≧５０×ｔ×ｖ
    の関係を満たす請求項１または２記載のガラス基板の切断方法。
  4. 　気化した前記レーザ光照射部のガラス成分を除去する請求項１乃至３いずれか一項に記載のガラス基板の切断方法。
  5. 　前記レーザ光照射部の周辺部に発生した析出物を除去する請求項１乃至４いずれか一項に記載のガラス基板の切断方法。
  6. 　前記ガラス基板の板厚は、３．０ｍｍ以下である請求項１乃至５いずれか一項に記載のガラス基板の切断方法
  7. 　請求項１乃至６いずれか一項に記載のガラス基板の切断方法を用いたガラス基板の製造方法。
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