(57)【要約】【課題】  破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインを形成できる強化ガラス板を提供すること。【解決手段】  強化ガラス板の製造方法であって、強化用の板ガラスＧを化学強化処理により強化ガラス原板ＧＧとする強化工程と、製品部ＧＧ１と非製品部ＧＧ２との境界となる切断予定線ＣＬに沿って溶断用レーザーＬを照射し、強化ガラス原板ＧＧを溶断することで、製品部ＧＧ１を切り出す溶断工程とを含むようにした。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化ガラス板の製造方法であって、
強化用の板ガラスを化学強化処理により強化ガラス原板とする強化工程と、
製品部と非製品部との境界となる切断予定線に沿って溶断用レーザーを照射し、前記強化ガラス原板を溶断することで、前記製品部を切り出す溶断工程とを含むことを特徴とする強化ガラス板の製造方法。
【請求項２】
前記切断予定線が、前記製品部を囲う閉ループとなっていることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス板の製造方法。
【請求項３】
前記溶断用レーザーの照射領域を含む領域に、該溶断用レーザーと比較してデフォーカスしたレーザーを照射することを特徴とする請求項１又は２に記載の強化ガラス板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ガラス板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化ガラス板は、近年急速に普及しているスマートフォンや、タブレット型ＰＣ等のモバイル機器において、ディスプレイ用のカバーガラスとして広く採用されている。この強化ガラス板には、強化層として、表裏面の表層部に圧縮応力が作用した圧縮応力層が形成されている。また、これら両圧縮応力層の間には、引張応力が作用した引張応力層が形成される。
【０００３】
強化ガラス板を切断するための方法としては、種々のものがあるが、代表的なものとして、折割りによる方法がある。この方法では、まず、強化ガラス板の面に沿ってスクライブホイールを走行させ、切断の起点となるスクライブラインを形成する（特許文献１を参照）。その後、スクライブラインの周辺に曲げモーメントを作用させることで、強化ガラス板の切断を実行する。
【０００４】
この折割りによる方法において、スクライブラインを形成する態様の一つに、外切りと呼ばれる手法がある。この手法では、まず、スクライブラインの始端となる強化ガラス板のエッジ部にスクライブホイールを乗り上げさせる。そして、強化ガラス板の面に沿ってホイールをスクライブラインの終端となるエッジ部まで走行させた後、当該エッジ部からホイールを落下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２２７１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この外切りによれば、エッジ部に乗り上げさせることで、スクライブホイールの空転が防止されるため、切断に好適な深さのスクライブラインを形成しやすくなる。また、スクライブラインが、強化ガラス板の端から端まで形成されるため、強化ガラス板の切断を確実に実行しやすくなるという利点がある。しかしながら一方で、スクライブラインの形成に外切りを採用した場合には、以下のような解決すべき問題がある。
【０００７】
すなわち、スクライブホイールがエッジ部に乗り上げる際や、エッジ部から落下する際の衝撃等によって、強化ガラス板の外周端となる端部では、引張応力層にまで到達するような深いクラックが発生しやすくなる。そして、このような深いクラックが発生した場合には、引張応力層に作用した引張応力によって当該クラックが進展し、結果として強化ガラス板が破損してしまう事態を招いていた。
【０００８】
なお、このような問題は、外切りによって強化ガラス板にスクライブラインを形成する場合のみならず、スクライブラインの始端と終端とのいずれかが、エッジ部に位置する場合のように、エッジ部を含めてスクライブラインを形成する場合には、同様に生じ得る問題である。さらには、スクライブホイールのみでなく、他の手段によりエッジ部を含めてスクライブラインを形成する場合も、また同様である。
【０００９】
従って、エッジ部を含めてスクライブラインを形成する場合であっても、破損を生じることのない強化ガラス板の開発が期待されている。このような事情に鑑みなされた本発明は、破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインを形成できる強化ガラス板を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために創案された本発明は、強化ガラス板の製造方法であって、強化用の板ガラスを化学強化処理により強化ガラス原板とする強化工程と、製品部と非製品部との境界となる切断予定線に沿って溶断用レーザーを照射し、前記強化ガラス原板を溶断することで、前記製品部を切り出す溶断工程とを含むことに特徴付けられる。
【００１１】
このような方法によれば、切り出された製品部の外周端となる端部のうち、溶断工程によって形成された端部（以下、溶断端部と表記する）では、表裏面の表層部に形成されていた圧縮応力層が実質的に消滅する。つまり、溶断端部においては、強化工程での化学強化処理による強化が実質的に解除された状態となる。さらに、圧縮応力層の消滅に付随して、両圧縮応力層の間に形成されていた引張応力層が実質的に消滅する。これにより、この製品部のエッジ部を含めてスクライブラインを形成する場合に、溶断端部におけるエッジ部をスクライブラインの始端や終端とすれば、衝撃等に起因して溶断端部に深いクラックが発生したとしても、このクラックを進展させ得る引張応力が実質的に存在しないことになる。その結果、製品部に破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインを形成することが可能となる。なお、上述のように、溶断端部において、化学強化処理による強化が実質的に解除されるのは、以下のような理由によるものと想定されている。すなわち、この強化ガラス板の製造方法では、強化工程において、化学強化処理によって強化用の板ガラスに含まれた相対的に径の小さいイオンが、相対的に径の大きいイオンと交換されることで、当該板ガラスが強化ガラス原板となる。そして、溶断工程において、強化ガラス原板に溶断用レーザーを照射して、当該強化ガラス原板を溶断する。このとき、溶断用レーザーの熱に起因して、当該レーザーの照射領域の近傍では、強化ガラス原板に含まれた相対的に径の大きいイオンをはじめとして、放出されやすい種々のイオンや原子が当該強化ガラス原板から放出されているものと考えられる。これにより、切り出された製品部の溶断端部において、化学強化処理による強化が実質的に解除されるものと想定される。
【００１２】
上記の方法において、前記切断予定線が、前記製品部を囲う閉ループとなっていることが好ましい。
【００１３】
このようにすれば、切り出された製品部の外周端となる端部について、その全周を溶断端部とすることが可能となる。このため、製品部へのスクライブラインの形成に外切りを採用した場合において、スクライブラインをどのように形成したとしても、当該スクライブラインの始端と終端との双方を溶断端部に位置させることができる。その結果、製品部に破損を生じることなく、当該製品部の切断に好適な外切りによるスクライブラインを形成することが可能となる。
【００１４】
上記の方法において、前記溶断用レーザーの照射領域を含む領域に、該溶断用レーザーと比較してデフォーカスしたレーザーを照射することが好ましい。
【００１５】
このようにすれば、溶断工程において、デフォーカスしたレーザーが照射される領域のうち、溶断用レーザーの照射領域を基準として、溶断の進行方向前方側の領域では、デフォーカスしたレーザーの熱により強化ガラス原板を予熱することができる。また、溶断の進行方向後方側の領域では、デフォーカスしたレーザーの熱により強化ガラス原板を徐冷することが可能となる。このため、溶断時における強化ガラス原板の急加熱や急冷に起因して、当該強化ガラス原板に割れが生じるような事態の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明によれば、破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインを形成することが可能な強化ガラス板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法の作用・効果を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法の作用・効果を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法の作用・効果を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法について、添付の図面を参照して説明する。
【００１９】
本実施形態に係る強化ガラス板の製造方法は、図１及び図２に示すように、強化用の板ガラスＧを化学強化処理により強化ガラス原板ＧＧとする強化工程（図１）と、製品部ＧＧ１と非製品部ＧＧ２との境界となる切断予定線ＣＬに沿って溶断用レーザーＬを照射し、強化ガラス原板ＧＧを溶断することで、製品部ＧＧ１を切り出す溶断工程（図２）とを含んでいる。
【００２０】
まず、強化工程を実行する。図１に示すように、強化工程においては、強化用の板ガラスＧを硝酸カリウム溶融塩（ＫＮＯ３）に浸漬することで、当該板ガラスＧに対して化学強化処理を施す。
【００２１】
ここで、板ガラスＧのガラス組成としては、質量％で、ＳｉＯ２：５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：５〜２５％、Ｂ２Ｏ３：０〜１５％、Ｎａ２Ｏ：１〜２０％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％を含有することが好ましい。また、板ガラスＧの厚みとしては、５０μｍ〜５００μｍであることが好ましい。さらに、板ガラスＧを強化する強化時間としては、１５分間〜１６時間の範囲内とすることが好ましく、３０分間〜８時間の範囲内とすることがより好ましい。加えて、板ガラスＧを強化する際の温度としては、３５０℃〜５５０℃の範囲内とすることが好ましく、３８０℃〜４８０℃の範囲内とすることがより好ましい。
【００２２】
化学強化処理により、板ガラスＧの表裏面Ｇａ，Ｇｂの表層部において、強化用の板ガラスＧに含まれた相対的に径の小さいナトリウムイオン（Ｎａ＋）と、硝酸カリウム溶融塩に含まれた相対的に径の大きいカリウムイオン（Ｋ＋）とが交換される。その結果、強化用の板ガラスＧが強化されて強化ガラス原板ＧＧとなる。これにより、強化ガラス原板ＧＧの表裏面ＧＧａ，ＧＧｂの表層部には、圧縮応力が作用した圧縮応力層Ａが形成されると共に、両圧縮応力層Ａの間には、引張応力が作用した引張応力層Ｂが形成される。なお、圧縮応力層Ａに作用する圧縮応力は、その値が３００ＭＰａ〜９００ＭＰａの範囲内となるように調節することが好ましい。
【００２３】
次に溶断工程を実行する。図２に示すように、溶断工程においては、溶断用レーザーＬの照射領域Ｄを、強化ガラス原板ＧＧの切断予定線ＣＬに沿ってＣ方向に移動させる。切断予定線ＣＬ（図２においては一部のみ図示）は、矩形を描く閉ループとなっており、強化ガラス原板ＧＧのうち、製品として使用される部位となる製品部ＧＧ１を囲っている。また、この切断予定線ＣＬは、製品部ＧＧ１と、強化ガラス原板ＧＧのうち、廃棄される部位となる非製品部ＧＧ２との境界ともなっている。すなわち、本実施形態では、矩形の製品部ＧＧ１を非製品部ＧＧ２が囲っている。
【００２４】
溶断用レーザーＬは、その焦点が強化ガラス原板ＧＧの厚みの範囲内か、範囲外であっても表面ＧＧａ又は裏面ＧＧｂの近傍に位置するように、強化ガラス原板ＧＧに集光させて照射される。さらに、本実施形態においては、溶断用レーザーＬの発振形態はパルス発振とされている。ここで、溶断用レーザーＬのパルス周期としては、１０μｓ〜１００００μｓの範囲内であることが好ましい。また、溶断用レーザーＬのパルス幅としては、１μｓ〜１０００μｓの範囲内であることが好ましい。なお、上述の条件を含め、溶断用レーザーＬの強化ガラス原板ＧＧへの照射条件は、未強化の板ガラスを溶断する場合と同じ条件とすることができる。このため、溶断用レーザーＬの種類、波長、出力、発振形態等は、強化ガラス原板ＧＧを溶断する速度（加工速度）や強化ガラス原板ＧＧの厚み、溶断用レーザーＬの照射領域Ｄにおける径（ビーム径）等に応じて調節すればよい。また、溶断用レーザーＬの強化ガラス原板ＧＧへの照射条件を、未強化の板ガラスを溶断する場合と異なる条件とする場合においては、未強化の板ガラスを溶断する場合における溶断用レーザーＬの出力を基準として、１．５倍以下の出力とすることが好ましい。
【００２５】
また、溶断工程において、溶断用レーザーＬの照射領域Ｄを含む照射領域Ｅには、溶断用レーザーＬと比較してデフォーカスしたレーザーを照射する。このデフォーカスしたレーザーは、その焦点が強化ガラス原板ＧＧの表面ＧＧａ又は裏面ＧＧｂから離れた所定位置に位置するように照射されている。また、本実施形態においては、デフォーカスされたレーザーの光軸は、強化ガラス原板ＧＧの表裏面ＧＧａ，ＧＧｂに対して傾斜していると共に、平面視で切断予定線ＣＬと直交する方向に延びている。これにより、デフォーカスされたレーザーの照射領域Ｅは、切断予定線ＣＬに対して直交する方向に長手となる楕円形に形成される。なお、デフォーカスしたレーザーの強化ガラス原板ＧＧへの照射条件（デフォーカスしたレーザーの種類、波長、出力、発振形態等）は、溶断用レーザーＬと同様に、未強化の板ガラスにデフォーカスしたレーザーを照射する場合と同じ条件とすることができる。
【００２６】
さらに、溶断工程においては、溶断用レーザーＬの照射領域Ｄを指向して、溶断用レーザーＬの加熱によって溶融した溶融ガラスＭＧを飛散させるアシストガスＡＧを噴射する。このアシストガスＡＧは、強化ガラス原板ＧＧの面に沿って切断予定線ＣＬと直交し、且つ製品部ＧＧ１側から非製品部ＧＧ２側に向かうように噴射される。
【００２７】
以上により、溶断工程においては、溶断用レーザーＬを強化ガラス原板ＧＧに照射することで、照射領域Ｄにおいて、溶断用レーザーＬの加熱により溶融ガラスＭＧが生成される。そして、生成された溶融ガラスＭＧを、アシストガスＡＧの圧力によって製品部ＧＧ１側から非製品部ＧＧ２側に飛散させて除去する。これにより、強化ガラス原板ＧＧを製品部ＧＧ１と非製品部ＧＧ２とに溶断する。そして、溶断工程が完了すると、強化ガラス原板ＧＧから矩形の製品部ＧＧ１が切り出される。すなわち、この製品部ＧＧ１は、その外周端となる端部ＧＧ１ｃの全周が溶断によって形成されている。
【００２８】
また、溶断が進行する際、デフォーカスしたレーザーにより、当該レーザーの照射領域Ｅのうち、溶断用レーザーＬの照射領域Ｄを基準として、溶断の進行方向（Ｃ方向）前方側の領域Ｅａでは、デフォーカスしたレーザーの熱によって強化ガラス原板ＧＧが予熱される。さらに、溶断の進行方向（Ｃ方向）後方側の領域Ｅｂでは、デフォーカスしたレーザーの熱によって強化ガラス原板ＧＧが徐冷される。
【００２９】
以下、本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法の作用・効果について、添付の図面を参照して説明する。
【００３０】
この強化ガラス板の製造方法によれば、図３に示すように、切り出された製品部ＧＧ１の外周端となる端部ＧＧ１ｃでは、表裏面ＧＧ１ａ，ＧＧ１ｂの表層部に形成されていた圧縮応力層Ａが実質的に消滅する。つまり、端部ＧＧ１ｃにおいては、強化工程での化学強化処理による強化が実質的に解除された状態となる。さらに、圧縮応力層Ａの消滅に付随して、両圧縮応力層Ａの間に形成されていた引張応力層Ｂが実質的に消滅する。
【００３１】
なお、図３に示すように、この強化ガラス板の製造方法において、圧縮応力層Ａと引張応力層Ｂとが実質的に消滅する部位（強化が実質的に解除される部位）の幅Ｗは、概ね２００μｍ以上となる。また、圧縮応力層Ａが実質的に消滅する（強化が実質的に解除される）とは、端部ＧＧ１ｃにおいて、表裏面ＧＧ１ａ，ＧＧ１ｂの表層部に作用する圧縮応力の値が１５０ＭＰａ以下であることを意味する。
【００３２】
これにより、この製品部ＧＧ１にスクライブラインＳを形成する場合に、端部ＧＧ１ｃにおけるエッジ部をスクライブラインＳの始端Ｓａや終端Ｓｂとすれば、衝撃等に起因して端部ＧＧ１ｃに深いクラックが発生したとしても、このクラックを進展させ得る引張応力が実質的に存在しないことになる。その結果、製品部ＧＧ１に破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインＳを形成することが可能となる。
【００３３】
なお、上述のように、端部ＧＧ１ｃにおいて、化学強化処理による強化が実質的に解除されるのは、以下のような理由によるものと想定されている。すなわち、この強化ガラス板の製造方法では、強化工程において、化学強化処理によって強化用の板ガラスＧに含まれたナトリウムイオンが、カリウムイオンと交換されることで、当該板ガラスＧが強化ガラス原板ＧＧとなる。
【００３４】
そして、図４に示すように、溶断工程において、強化ガラス原板ＧＧに溶断用レーザーＬを照射して、当該強化ガラス原板ＧＧを溶断する。このとき、溶断用レーザーＬの熱に起因して、当該レーザーＬの照射領域Ｄの近傍では、強化ガラス原板ＧＧに含まれたカリウムイオンをはじめとして、放出されやすい種々のイオンや原子が当該強化ガラス原板ＧＧから放出されているものと考えられる。これにより、切り出された製品部ＧＧ１の端部ＧＧ１ｃにおいて、化学強化処理による強化が実質的に解除されるものと想定される。
【００３５】
また、この強化ガラス板の製造方法では、切り出された製品部ＧＧ１の外周端となる端部ＧＧ１ｃについて、その全周が溶断によって形成されている。このため、図５（ａ）〜図５（ｃ）（これらの図において、斜線を施した領域は強化されている）に白抜き矢印で示すように、製品部ＧＧ１へのスクライブラインＳの形成に外切りを採用した場合において、スクライブラインＳをどのように形成したとしても、当該スクライブラインＳの始端Ｓａと終端Ｓｂとの双方を、強化が実質的に解除された端部ＧＧ１ｃに位置させることができる。その結果、製品部ＧＧ１に破損を生じることなく、当該製品部ＧＧ１の切断に好適な外切りによるスクライブラインＳを形成することが可能となる。
【００３６】
さらに、この強化ガラス板の製造方法では、溶断工程において、デフォーカスしたレーザーが照射される照射領域Ｅのうち、溶断用レーザーＬの照射領域Ｄを基準として、溶断の進行方向（Ｃ方向）前方側の領域Ｅａでは、デフォーカスしたレーザーの熱により強化ガラス原板ＧＧを予熱することができる。また、溶断の進行方向（Ｃ方向）後方側の領域Ｅｂでは、デフォーカスしたレーザーの熱により強化ガラス原板ＧＧを徐冷することが可能となる。このため、溶断時における強化ガラス原板ＧＧの急加熱や急冷に起因して、当該強化ガラス原板ＧＧに割れが生じるような事態の発生を防止することができる。
【００３７】
加えて、強化用の板ガラスＧが、上述した好ましいガラス組成を有する場合には、イオン交換性能と耐失透性を高いレベルで両立し易くなる。
【００３８】
なお、強化ガラス原板ＧＧにおいて、例えば、引張応力層Ｂに作用する引張応力の値が５０ＭＰａ以上であるような場合には、当該引張応力によってクラックが進展しやすい。そのため、このような場合において、本実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を用いれば、その効果をより好適に享受することができる。
【００３９】
ここで、本発明に係る強化ガラス板の製造方法は、上記の実施形態で説明した態様に限定されるものではない。
【００４０】
上記の実施形態においては、製品部が矩形の形状を有し、その外周端となる端部の全周を溶断によって形成することで、端部の全周において強化を実質的に解除する態様となっている。しかしながら、この限りではなく、例えば、矩形を構成する四辺のうち、任意の辺のみを溶断によって形成することで、当該任意の辺に沿ってのみ強化を実質的に解除する態様としてもよい。また、製品部の形状は矩形に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。この場合においても、製品部の外周端となる端部の全周のうち、一部のみを溶断によって形成することで、一部のみについて強化を実質的に解除することが可能である。これらの態様によっても、溶断によって形成された端部において、当該端部のエッジ部をスクライブラインの始端や終端とすれば、製品部に破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインを形成することができる。
【００４１】
また、上記の実施形態においては、デフォーカスしたレーザーの照射領域が、切断予定線に対して直交する方向に長手となる楕円形に形成されているが、この限りではなく、任意の方向に長手となるように形成してよい。また、当該照射領域は円形に形成してもよい。さらに、上記の実施形態において、強化ガラス原板に溶断用レーザーやデフォーカスしたレーザーを照射する前に、強化ガラス原板の温度を上昇させる加熱用レーザーを照射してもよい。このようにすれば、引張応力層に作用した引張応力を緩和させる効果を得ることができる。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例として、上記の実施形態と同様の態様によって強化工程と溶断工程とを実行し、製品部を切り出した。そして、切り出された製品部の外周端となる端部において、圧縮応力層と引張応力層とが実質的に消滅し、強化が実質的に解除された部位の幅を測定した。
【００４３】
強化用の板ガラスとしては、日本電気硝子社製Ｔ２Ｘ−０を使用した。厚みは２００μｍである。強化工程では、強化用の板ガラスを４２０℃の硝酸カリウム溶融塩に３時間浸漬した。溶断工程では、溶断用レーザーとして、波長が１０．６μｍの炭酸ガスレーザーを使用した。発振形態はパルス発振である。また、出力は１２Ｗ、ビーム径は１２０μｍ、パルス周期は１０００μｓ、パルス幅は１６０μｓである。この溶断用レーザーの照射領域を、強化ガラス原板に対して１０ｍｍ／ｓの速度で移動させることで溶断した。
【００４４】
この条件の下で切り出された製品部について、強化が実質的に解除された部位の幅を測定したところ、その幅は３４８μｍであった。この結果、本発明に係る強化ガラス板の製造方法によれば、破損を生じることなく、エッジ部を含めて好適にスクライブラインを形成することが可能な強化ガラス板を得られるものと推認される。
【符号の説明】
【００４５】
Ｇ          強化用の板ガラス
ＧＧ        強化ガラス原板
ＧＧ１      製品部
ＧＧ２      非製品部
ＣＬ        切断予定線
Ｌ          溶断用レーザー
Ｄ          溶断用レーザーの照射領域
Ｅ          デフォーカスしたレーザーの照射領域
【図１】
2015101534.tif 000003
【図２】
2015101534.tif 000004
【図３】
2015101534.tif 000005
【図４】
2015101534.tif 000006
【図５】
2015101534.tif 000007