WO2013039230A1 - ガラス板切断方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an improvement of a cutting technique for fusing a glass plate.
- a method of cutting a glass plate after forming a scribe line on the surface of the glass plate, a method of cleaving the scribe line by applying a bending stress (cleaving by a bending stress) or an initial crack in the glass plate.
- laser cleaving cleaving due to thermal stress
- the initial crack is propagated by laser irradiation heat and cleaved.
- cleaving by bending stress has the problem that generation of fine glass powder cannot be avoided, and the fine glass powder cannot be easily removed even after washing after cutting. Such a problem is particularly a problem in glass substrates for display applications and the like that require high cleanliness.
- the cut end of the glass plate has an angular shape, and defects such as chipping are likely to occur, so it is necessary to chamfer the cut end of the glass plate after cutting. End up.
- the glass plate can be cleaved with almost no defects, but it is extremely difficult to avoid contact between the cut end surfaces of the glass plate when separating the cleaved glass plate. Therefore, at the time of separation, a minute defect may be formed on the cut end surface due to rubbing between the cut end surfaces of the glass plate. Further, even in the laser cleaving, the chamfering process needs to be performed after cutting since the cut end portion of the glass plate has an angular shape, similarly to the cleaving due to the bending stress.
- Laser fusing is a method of cutting a glass plate while melting and removing a part of the glass substrate by laser irradiation heat. Therefore, generation of glass powder can be prevented by laser fusing. In addition, it is possible to reliably avoid a situation in which a predetermined clearance is formed between the fusing end surfaces (cut end surfaces) by melting and removing unnecessary glass, and the fusing end surfaces of the glass plates are in contact with each other during separation. Furthermore, since the fusing end surface is a smooth fire-formed surface formed by melting, damage is unlikely to occur without additional chamfering.
- Patent Document 1 a glass substrate is preheated with a defocused laser, a glass plate is melted with a laser focused on a minute point, and then slowly cooled with a defocused laser again. Thus, it is disclosed to reduce thermal strain.
- the slow cooling laser is irradiated perpendicularly to the glass plate from the top just like the fusing laser.
- the preheating laser output end, the fusing laser output end, and the slow cooling laser output end are arranged on the planned cutting line of the glass substrate, respectively.
- the irradiation regions of the respective lasers are in an independent state with a space therebetween.
- the present invention when performing fusing and slow cooling in parallel with the glass plate, surely slowly cools the fusing end surface of the glass plate and causes deformation such as warpage in the glass plate.
- the first problem is to reduce the situation as much as possible. ⁇ Second problem> Moreover, in patent document 1, since each irradiation area
- the preheating effect Will drop and waste.
- the glass plate since the temperature rise width of the glass plate at the time of fusing will increase when the preliminary heating effect is reduced, the glass plate may be damaged by thermal shock.
- region which performs slow cooling are separated, thermal energy will be lost also between these two area
- the present invention reduces the loss of thermal energy given during preheating before and after fusing and during slow cooling as much as possible, thereby reliably preventing breakage of glass plates and occurrence of thermal residual strain. Suppression is the second issue.
- 1st invention created in order to solve the said 1st subject is a glass which melts and separates the said glass plate by irradiating a laser from upper direction along the cutting plan line of a glass plate, and setting the said cutting plan line as a boundary
- the laser includes a fusing laser for fusing the glass plate, and a slow cooling laser for gradually cooling the fusing end surface of the glass plate, and the slow cooling laser is produced by the fusing. It is characterized by irradiating obliquely from above with respect to the fusing end surface of the slow cooling target through a gap between the formed fusing end surfaces.
- the slow cooling laser is obliquely applied to the melt end surface to be gradually cooled using the gap between the melt end surfaces formed by the melt cutting. Therefore, unlike the case of irradiating a laser for slow cooling perpendicularly to the glass plate, the influence of laser irradiation heat is not extremely biased to the upper surface of the glass plate. In other words, since a slow cooling laser is directly applied to a part or all of the fusing end face, the irradiation heat is easily transmitted to the whole fusing end face. Therefore, it is possible to reliably cool the entire fusing end face.
- the fusing execution part means a part that is actually fusing by a fusing laser
- the fusing completion part means a part that has been fusing by a fusing laser.
- the slow cooling laser moves from the unfinished portion on the planned cutting line side to the fusing completion portion side or from the fusing completion portion side on the planned cutting line to the uncut portion side. It is preferable to incline so that it may approach the said glass plate as it transfers.
- the irradiation region of the slow cooling laser projected onto the glass plate becomes long from the unfinished portion side of the fused end surface of the glass plate to the fused completed portion side.
- Slow cooling is possible.
- the energy distribution in the projection region is point-symmetric from the center.
- the focused beam is defocused and irradiated, the thermal energy intensity is gradually reduced from the fusing execution part to the fusing completion part, or the thermal energy is directed from the fusing completion part to the fusing execution part.
- the strength can be gradually increased. Therefore, when the focused beam is defocused and irradiated as in the former case, it is possible to easily form a temperature gradient in which the temperature gradually decreases from the fusing execution part on the planned cutting line toward the fusing completion part. .
- the energy distribution on the beam cross section in the horizontal direction above and below the focused point FP is long.
- a mode in which energy decreases from one side of the scale irradiation region to the other side is shown, and the gradient of the distribution is reversed in the upper cross section (cross section 1) and the lower cross section (cross section 2).
- the upper cross section an aspect in which energy gradually decreases from the front in the horizontal direction toward the rear in the horizontal direction
- the lower cross section in an aspect in which energy gradually decreases from the rear in the horizontal direction toward the front in the horizontal direction. Indicates.
- the beam shape in a cross section perpendicular to the optical axis of the slow cooling laser is an elliptical shape.
- the slow cooling laser can be irradiated over a wide range of the glass plate, it is possible to efficiently cool the melted end face. Further, as described above, when the slow cooling laser is tilted, the intensity gradient of the thermal energy intensity can be made gentle by increasing the entire length of the irradiation region without increasing the tilt.
- the annealing region of the slow cooling laser may be formed so as to overlap the irradiation region of the fusing laser so as to straddle before and after the irradiation region of the fusing laser.
- the “overlapped” state here is a state in which the irradiation region of the slow cooling laser and the irradiation region of the fusing laser have overlapping portions, and the irradiation region of the slow cooling laser is irradiated with the fusing laser. It means that it is protruding before and after the region (before and after the fusing direction). That is, in the width direction orthogonal to the fusing progress direction, a part of the irradiation region of the fusing laser may or may not protrude from the irradiation region of the slow cooling laser.
- the glass plate prior to the fusing laser, the glass plate can be preheated in a part of the irradiation region of the slow cooling laser. Therefore, it is possible to prevent the temperature of the glass plate from rapidly rising when the glass plate is melted by the fusing laser, and it is possible to reduce the occurrence of thermal residual strain.
- the fusing laser and the slow cooling laser may be formed by branching laser beams emitted from the same light source.
- the light sources can be combined into one, space can be saved.
- As an output adjustment method for example, it is possible to adjust the transmittance (reflectance) of a half mirror used for separating a fusing laser and a slow cooling laser, or to reduce light such as an ND filter on the optical path. Arrangement of optical components can be mentioned.
- the fusing laser and the slow cooling laser may be emitted from separate light sources.
- 1st invention created in order to solve the said 1st subject is a glass which melts and separates the said glass plate by irradiating a laser from upper direction along the cutting plan line of a glass plate, and setting the said cutting plan line as a boundary
- a first laser irradiator for irradiating a fusing laser for fusing the glass plate and a second laser irradiator for irradiating a slow cooling laser for gradually cooling the fusing end surface of the glass plate.
- the second laser irradiator irradiates the slow cooling laser obliquely from above with respect to the melting end surface of the slow cooling target through a gap between the melting end surfaces formed by the melting. Characterized.
- the first laser irradiator and the second laser irradiator may be separate from each other, or the first laser irradiator may also serve as the second laser irradiator.
- a second invention created to solve the second problem is that the glass for cutting is irradiated with a laser for melting and a laser for slow cooling along a planned cutting line of the glass plate, and the glass is used with the planned cutting line as a boundary.
- the dimension of the irradiation region of the slow cooling laser is larger than the dimension of the irradiation region of the fusing laser, and
- the irradiation region of the slow cooling laser overlaps the irradiation region of the fusing laser so that the irradiation region of the slow cooling laser straddles the front and back of the fusing progress direction of the irradiation region of the fusing laser It is characterized by.
- overlapped state here refers to a state in which the irradiation region of the slow cooling laser and the irradiation region of the fusing laser have overlapping portions, and the irradiation region of the slow cooling laser is the fusing laser. It is said that it is protruding before and after the fusing progress direction of the irradiation region. That is, in the width direction orthogonal to the fusing progress direction, a part of the irradiation region of the fusing laser may or may not protrude from the irradiation region of the slow cooling laser.
- a fusing laser is protruding on the non-product part side, and the product part side If the slow cooling laser is irradiated, the effect of the present invention can be substantially obtained.
- the entire irradiation region of the fusing laser is included in the irradiation region of the slow cooling laser.
- the glass plate is heated at a predetermined temperature below the fusing temperature by the irradiation region of the slow cooling laser before and after the fusing progress direction of the fusing laser irradiation region. That is, among the irradiation regions of the slow cooling laser, the slow cooling is performed in the region on the rear side in the fusing progress direction of the fusing laser irradiation region, and the preheating is performed in the region on the front side in the fusing direction of the fusing laser irradiation region. Will be done.
- the glass plate is fused and separated into a product part and a non-product part, and the irradiation region of the slow cooling laser is biased toward the product part rather than the non-product part side. Preferably it is formed.
- the preheating process and the slow cooling process can be preferentially performed on the side of the glass plate that becomes the product part. Therefore, it is possible to more reliably reduce the thermal residual strain of the product part.
- the irradiation region of the laser for cooling is irradiated with the irradiation region of the slow cooling laser on the front side in the fusing progress direction with respect to the center position of the irradiation region of the slow cooling laser in the fusing progress direction. It is preferable to overlap.
- the region where the glass plate is gradually cooled becomes longer in the fusing progress direction than the region where the glass plate is preheated. Since the thermal residual strain is generated by being rapidly cooled after fusing, it is preferable to lengthen the region where slow cooling is performed as described above in order to remove the thermal residual strain.
- the annealing region of the slow cooling laser may have an elongated shape that is long in the fusing progress direction.
- Thermal residual strain is intensively generated in the vicinity of the melted portion of the glass plate. Therefore, if the irradiation region of the slow cooling laser is made elongated and long in the direction of fusing (for example, an elliptical shape), the melted end It is possible to irradiate the laser mainly on the part. Therefore, waste of the supplied thermal energy can be reduced as much as possible.
- the slow cooling laser is irradiated from a direction inclined with respect to the surface of the glass substrate.
- the irradiation region of the slow cooling laser is expanded when projected onto the surface of the glass substrate, the irradiation region of the slow cooling laser can be easily shaped into an elongated shape.
- the fusing laser and the slow cooling laser have different wavelengths.
- the laser is highly coherent because it is coherent light.
- the fusing laser and the slow cooling laser are made to have different wavelengths, thereby suppressing the formation of stationary interference fringes in the region where the two lasers overlap. Therefore, considering the time average in the overlapping region, the influence of interference fringes can be reduced, and the energy distribution received by the glass plate can be easily controlled sufficiently.
- the fusing laser beam and the slow cooling laser beam are preferably beams oscillated by different oscillators.
- the wavelength of the laser beam for fusing and the wavelength of the laser beam for slow cooling can be easily and stably differentiated.
- different oscillators for example, even an oscillator that oscillates the same quality laser medium can easily oscillate beams of different wavelengths. Therefore, it is time-consuming to the region where the laser beam for fusing and the laser beam for slow cooling overlap. It is possible to suppress the formation of stationary interference fringes.
- the coherence distance between both beams is taken into consideration even when the laser beam oscillated by the same oscillator is used as the fusing laser beam and the slow cooling laser beam.
- the formation of interference fringes can be suppressed.
- the entire fusing end surface of the glass plate can be surely gradually cooled, it is possible to reduce as much as possible the situation of deformation such as warpage in the glass plate. It becomes.
- the second invention since the irradiation regions for preheating, fusing, and slow cooling are continuous, the loss of heat energy applied during preheating before and after fusing and during slow cooling. Therefore, it is possible to reliably reduce the rate at which the glass plate is damaged by thermal shock or the thermal residual strain is generated in the glass plate.
- the glass plate is a glass substrate for a flat panel display having a thickness of 500 ⁇ m or less, but it is of course not limited thereto.
- the present invention can be applied to glass substrates used in various fields, such as solar cells, organic EL lighting, touch panels, and digital signage, and laminates thereof with organic resins.
- the thickness of a glass plate is 300 micrometers or less, especially 200 micrometers or less.
- the glass sheet cutting apparatus 1 As shown in FIGS. 2A and 2B, the glass sheet cutting apparatus 1 according to the embodiment of the first invention is configured so that a glass substrate G in a flat position is divided into a product part Ga and a non-product part Gb with a planned cutting line CL as a boundary.
- the first laser irradiator 2, the second laser irradiator 3, and the gas injection nozzle 4 are provided.
- the first laser irradiator 2 irradiates the cutting laser LB1 substantially vertically from above the planned cutting line CL of the glass substrate G.
- a first irradiation region SP1 serving as a fusing execution part is formed in a part of the planned cutting line CL of the glass substrate G.
- the first irradiation region SP1 is scheduled to be cut by moving the glass substrate G in the transport direction (arrow A in the drawing) by a transport means (not illustrated) (for example, a transport belt that sucks and holds the glass substrate G). It scans along the line CL, and the glass substrate G is continuously melted and separated. That is, the arrow B in the figure opposite to the arrow A is the fusing progress direction.
- a fusing gap S is formed between the fusing end face Ga1 on the side to be the product part Ga and the fusing end face Gb1 on the side to be the non-product part Gb.
- the processing unit including the first laser irradiator 2, the second laser irradiator 3, and the gas injection nozzle 4 and the glass substrate G are relatively If there is movement, the glass substrate G can be melted.
- the processing unit may be moved while the glass substrate G is stationary.
- the second laser irradiator 3 has a side that becomes the product part Ga from above a side that becomes the non-product part Gb through a fusing gap S between the fusing end faces Ga1 and Gb1 of the glass substrate G formed by the fusing laser LB1.
- the laser beam LB2 for slow cooling (annealing) is obliquely irradiated to the cut end face Ga1.
- a second irradiation region SP2 serving as a slow cooling execution part is formed in a part of the planned cutting line CL of the glass substrate G.
- the second irradiation region SP2 is a long and narrow region (in the illustrated example, an elliptical shape) along the planned cutting line CL, and the fusing on the planned cutting line CL is completed at a distance from the first irradiation region SP1. It is formed in the part R1.
- the second irradiation region SP2 is scanned along the planned cutting line CL, and the melted end face Ga1 on the side that becomes the product part Ga is continuously gradually cooled. To do.
- region SP2 may be in contact with 1st irradiation area
- the second irradiation region SP2 may be formed so as to overlap the first irradiation region SP1 so as to straddle the conveyance direction of the first irradiation region SP1. In the latter case, since a part of the second irradiation region SP2 is formed in the uncut portion R2 of the glass substrate G, the glass substrate G is preheated immediately before the cutting.
- the gas injection nozzle 4 injects the assist gas AG from above to the first irradiation region SP1 in order to blow off the molten foreign matter generated in the first irradiation region SP1.
- the gas injection nozzle 4 is arranged at an upper position on the side of the glass substrate G that becomes the product part Ga, and the assist gas AG is directed from the upper position on the side that becomes the product part Ga toward the first irradiation region SP1. It is injected at an angle. Thereby, the melted foreign matter is blown off to the non-product part Gb side by the assist gas AG, and the situation in which the melted foreign matter adheres to the fusing end surface Ga1 of the product part Ga is suppressed.
- molten foreign matter means foreign matters such as dross generated when the glass substrate G is melted, and includes both those in a molten state and those in a solidified state.
- assist gas AG for example, a gas such as oxygen (or air), water vapor, carbon dioxide, nitrogen, and argon is used alone or in a mixed state. Further, the assist gas AG may be injected as hot air.
- the arrangement position of the gas injection nozzle 4 in the space above the glass substrate G is not particularly limited.
- the gas injection nozzle 4 is arranged immediately above the planned cutting line CL and together with the fusing laser LB1 with respect to the glass substrate G.
- the assist gas AG may be injected substantially vertically.
- the gas injection nozzle 4 may be disposed in the lower space of the glass substrate G so that the molten foreign matter is blown from the lower side of the glass substrate G.
- These assist gases AG are for efficient fusing, but may be omitted as appropriate.
- the second laser irradiator 3 is disposed at an upper position on the side that becomes the non-product part Gb of the incomplete cutting part R2.
- the slow cooling laser LB2 emitted from the second laser irradiator 3 is inclined so as to approach the glass substrate G as it moves from the uncut portion R2 side to the blow completed portion R1 side.
- the slow cooling laser LB2 may be inclined so as to approach the glass substrate G as it moves from the fusing completion portion R1 side to the fusing incomplete portion R2 side.
- the slow cooling laser LB2 has an azimuth angle ⁇ and a polar angle ⁇ as shown in the figure. Therefore, as shown in FIG. 5, the second irradiation region SP2 projected onto the glass substrate G is elongated from the first irradiation region SP1 serving as the fusing execution portion to the fusing completion portion R1, and has an elliptical shape. Although the orientation of the major axis of the elliptical shape is illustrated in parallel with the planned cutting line CL in FIG. 2B, it changes depending on the magnitude of the azimuth angle ⁇ , but has a component in the fusing direction.
- ⁇ ⁇ / 2
- the end face Ga1 may be irradiated.
- Examples of a method of previously shaping the cross section perpendicular to the optical axis of the laser into an elliptical shape include using an optical component such as a cylindrical lens, a slit light shielding mask, or the like.
- each azimuth ⁇ and polar angle ⁇ of the slow cooling laser LB2 are preferably in the following ranges. That is, the azimuth angle ⁇ is preferably in the range of 0 ⁇ ⁇ / 2 and ⁇ / 2 ⁇ ⁇ . Within this range, since it has a component in the direction along the planned cutting line CL, the thermal energy intensity of the slow cooling laser LB2 in the second irradiation region SP2 ranges from the first irradiation region SP1 side to the fusing completion portion R1 side. Will have a gradual change. Therefore, an intensity gradient is formed in which the thermal energy intensity gradually changes from the first irradiation region SP1 on the planned cutting line CL to the fusing completion portion R1 side. As shown in FIG.
- the polar angle ⁇ as shown in FIG. 6, when a parallel beam is adopted as the slow cooling laser LB2, the beam diameter of the slow cooling laser LB2 is w 2 , the thickness of the glass substrate G is t, and the irradiation is performed. If the position adjustment amount is d, it is preferable to satisfy the range of 0 ⁇ ⁇ cos ⁇ 1 [(t + w 2 ) / ⁇ 2 (s + t + d) ⁇ ]. Further, as shown in FIG.
- the polar angle ⁇ employs a focused beam as the slow cooling laser LB2, and when the focused beam is defocused and irradiated, the slow cooling laser LB2 and the non-product portion Gb
- the beam diameter at the contact point in the contact state is w 2
- the condensing angle is ⁇
- the thickness of the glass substrate G is t
- the adjustment amount of the irradiation position is d, 0 ⁇ ⁇ cos ⁇ 1 [(t cos ⁇ + w 2 ) / ⁇ 2 (s + t + d) ⁇ ] is preferably satisfied.
- the polar angle ⁇ is preferably set in an angle range that does not interfere with the vicinity of the fusing end face Gb1 of the non-product part Gb that is close to and faces the fusing end face Ga1 of the product part Ga.
- the irradiation position of the slow cooling laser LB2 is preferably adjusted according to the position of the tensile stress generated in the vicinity of the melt end face Ga1 of the product part Ga before the slow cooling, and the adjustment amount d is, for example, ⁇ 0.5 t. ⁇ d ⁇ 2.5t is adjusted.
- the laser LB2 for slow cooling is shaped so that the cross section orthogonal to the optical axis is elliptical, the entire length is long and the gradient of the energy distribution is increased without increasing the inclination angle (polar angle ⁇ ).
- a gentle second irradiation region SP2 can be formed.
- the glass substrate G is irradiated with the laser LB1 for fusing from the first laser irradiator 2 while the glass substrate G is being conveyed. Thereby, the glass substrate G is melted.
- the assist gas AG is injected from the gas injection nozzle 4 to the first irradiation region SP1 of the fusing laser LB1, and the molten foreign matter is blown off from the first irradiation region SP1.
- the glass substrate G is irradiated with the slow cooling laser LB2 from the second laser irradiator 3.
- This slow cooling laser LB2 irradiates obliquely from above the fusing end face Ga1 on the side that becomes the product part Ga through the fusing gap S between the fusing end faces Ga1 and Gb1 formed by the irradiation of the fusing laser LB1. To do. Thereby, the melt end face Ga1 is gradually cooled.
- the effect of irradiation heat of the slow cooling laser LB2 is not extremely biased to the upper surface of the glass substrate G, as in the case where the slow cooling laser LB2 is irradiated perpendicularly to the upper surface of the glass substrate G. .
- part or all of the fusing end face Ga1 is directly irradiated with the slow cooling laser LB2, so that the irradiation heat is easily transmitted to the whole fusing end face Ga. Therefore, even if the glass substrate is a thin plate having a thickness of 500 ⁇ m or less, it is possible to avoid the problem that the residual strain is efficiently removed and deformation such as warpage occurs.
- the melting of the glass substrate G is completed by the melting laser LB1 starting to melt from the upper surface side of the glass substrate G, and the cutting groove formed by the melting penetrating downward.
- the closer the fusing end surface Ga1 is to the upper surface the stronger the influence of irradiation heat supplied at the time of fusing, and the thermal residual strain of the fusing end surface Ga1 is considered to be relatively large on the upper surface side. . Therefore, in order to remove the residual strain of the fusing end surface Ga1, it is preferable to supply a larger amount of heat to the upper surface side of the fusing end surface Ga1 and perform a slow cooling treatment. Therefore, as shown in FIGS. 6 and 7, it is preferable that the slow cooling laser LB2 directly irradiates the upper part (for example, the upper half region) of the fusing end face Ga1.
- positioning aspect of the 1st laser irradiation device 2 or the 2nd laser irradiation device 3 is not limited to this.
- the first laser irradiator 2 and the second laser irradiator 3 are arranged above the product portion Ga, and the fusing laser LB1 and The slow cooling laser LB2 may be guided.
- the first laser irradiator 2 and the second laser irradiator 3 are configured by separate light sources.
- the first laser irradiator 2 is a second laser.
- the irradiator 3 may also be used. That is, the laser LB emitted from the first laser irradiator 2 may be branched into the fusing laser LB1 and the slow cooling laser LB2 by an optical component such as the half mirror 7.
- the slow cooling laser LB2 adjusts the transmittance (reflectance) of the half mirror or the like, or adjusts the energy appropriately by dimming the light with an ND filter or the like on the optical path, It may be irradiated.
- the optical path difference between the two beams may be adjusted to suppress the formation of interference fringes.
- the thickness of both ends in the width direction of the glass substrate G is relatively larger than the thickness of the center portion in the width direction of the glass substrate G as shown in FIG. It becomes thick.
- the width direction center part is made into the product part Ga, and the width direction both ends are made into the non-product part (it calls an ear
- the cutting method and the cutting apparatus according to the first invention may be applied to the removal of the ear portion of the glass substrate G.
- the glass substrate G is fused and separated into the product part Ga and the non-product part Gb has been described.
- the glass substrate G may be applied to the case where both of the fused parts are used as the product part.
- a sample of alkali-free glass and a sample of soda glass are prepared, each sample is melted, (1) confirmation of the presence or absence of residual strain on the melted end surface, and (2) scratching of the melted end surface The presence or absence of the damage by a test was confirmed. (3) The presence or absence of warpage of each sample after fusing was confirmed.
- a CO 2 laser having a wavelength of around 10.6 ⁇ m was used as the fusing laser and the slow cooling laser.
- the irradiation region (SP1) of the fusing laser and the irradiation region (SP2) of the slow cooling laser are set as shown in FIG. 2B. Details of the tests (1) to (3) are as follows.
- Table 6 shows the results of the comparison test as described above.
- ⁇ and ⁇ are based on FIG. 4, and w 2 , s, and d are based on FIGS. 6 and 7.
- the laser energy intensity [W] in the table is actually a value on the surface of the glass substrate.
- the glass sheet cutting device according to the embodiment of the second invention is similar to the glass sheet cutting device according to the embodiment of the first invention, in that the laser irradiator for fusing, the laser irradiator for slow cooling, and the gas injection nozzle (See FIG. 2A). Since each of these components is common with the glass sheet cutting device according to the embodiment of the first invention, detailed description thereof is omitted. Below, it demonstrates focusing on the difference regarding a cutting method.
- the second irradiation region SP2 formed by the slow cooling laser is formed by the fusing laser.
- the second irradiation region SP2 overlaps the first irradiation region SP1 so as to straddle before and after the fusing progress direction (arrow B direction in the figure) of the first irradiation region SP1. That is, in a state where the first irradiation region SP1 and the second irradiation region SP2 overlap each other, the second irradiation region SP2 protrudes before and after the fusing progress direction of the first irradiation region SP1.
- the glass substrate G when the glass substrate G is heated in the second irradiation region SP2, the glass substrate G is at a low temperature lower than the fusing temperature (for example, 1300 to 3000 ° C.) in a region continuous before and after the fusing progress direction of the first irradiation region SP1. (For example, 100 to 1000 ° C.). That is, in the second irradiation region SP2, the glass substrate G is preheated in the region SP2a on the front side in the fusing progress direction of the first irradiation region SP1, and in the region SP2b on the rear side in the fusing direction of the first irradiation region SP1. The glass substrate G is gradually cooled.
- the fusing temperature for example, 1300 to 3000 ° C.
- the second irradiation region SP2 is scanned along the planned cutting line CL, and the glass substrate G is preheated before and after fusing. And slow cooling is performed continuously.
- a line extending through the center position in the direction orthogonal to the fusing progress direction of the second irradiation region SP2 and extending in the fusing direction is the X axis, and the X axis and the second irradiation region SP2 are fusing.
- Y-axis a line perpendicular at the center position in the traveling direction, 2a 2 a X-axis dimension of the second irradiation region SP2, 2b 2 a Y-axis dimension of the second irradiation region SP2, X-axis direction of the first irradiation region SP1
- the dimension is 2a 1
- the Y-axis direction dimension of the first irradiation area SP1 is 2b 1
- the center coordinates of the first irradiation area SP1 are (x, y), the first irradiation area SP1 and the second irradiation area SP2
- the preferred relationship between is:
- the relationship between the spot diameters of the first irradiation region SP1 and the second irradiation region SP2 is a 1 ⁇ a 2 and b 1 ⁇ b 2 . 50a 1 ⁇ a 2 30b 1 ⁇ b 2 (1) It is preferable that The center coordinates (x, y) of the first irradiation region SP1 are -A 2/4 ⁇ x ⁇ a 2 -a 1 -B 2 -b 1 ⁇ y ⁇ b 2/2 ⁇ (2) It is preferable to satisfy the relationship (region indicated by A1 in FIG. 12B), a 2/4 ⁇ x ⁇ 3a 2/4 -B 2/2 ⁇ y ⁇ 0 ⁇ (3) It is more preferable to satisfy the relationship (region indicated by A2 in FIG. 12B).
- the size relationship and the positional relationship between the first irradiation region SP1 and the second irradiation region SP2 become optimum, and the thermal in the product portion Ga of the glass substrate G is achieved. The occurrence of residual strain can be reliably reduced.
- the second irradiation region SP2 is formed so as to be biased toward the product portion Ga side rather than the non-product portion Gb side, and the center position of the second irradiation region SP2 in the fusing progress direction ( The first irradiation region SP1 overlaps the second irradiation region SP2 on the front side of the Y-axis position).
- the preheating process and the slow cooling process can be preferentially performed on the side of the glass substrate G that becomes the product part Ga, the thermal residual strain of the product part Ga is more reliably ensured. It becomes possible to reduce it. Further, in this case, in the irradiation region SP2, the dimension in the fusing progress direction of the region SP2b where the slow cooling is performed becomes longer than the dimension in the fusing progress direction of the region SP2a where the preheating is performed. Since thermal residual strain is caused by rapid cooling after fusing, it is preferable to lengthen the region for slow cooling and reduce the cooling rate as described above in order to remove the thermal residual strain. It becomes.
- the fusing laser and the slow cooling laser it is preferable to use lasers oscillated by different oscillators as the fusing laser and the slow cooling laser so that the wavelengths of the two differ from each other. In this way, a continuous interference fringe is not formed temporally by the fusing laser and the slow cooling laser, and it becomes easy to sufficiently control the energy distribution given to the glass plate.
- the glass substrate G is fused and separated into the product part Ga and the non-product part Gb has been described.
- the glass substrate G may be applied to the case where both of the fused parts are used as the product part.
- a fusing laser (a CO 2 laser having a wavelength of around 10.6 ⁇ m; indicated as output 1 in the table below) is scanned relative to a glass substrate at a relative movement speed of 10 mm / s.
- the residual strain at the time of fusing was set to 10
- the residual strain is preferably 3 or less.
- sample No. 1 since pre-heating and gradual cooling were not applied to the thin glass, the residual strain was 10 and cracking due to thermal shock occurred.
- sample No. 2 which is an example.
- the second irradiation region irradiation region of the slow cooling laser
- the first irradiation region irradiation region of the fusing laser
- the residual strain was improved and cracking due to thermal shock did not occur.
- sample no. As in 2, 7 to 9, in the range where a 2 / a 1 ⁇ 50 and b 2 / b 1 ⁇ 30, extremely good results were obtained with a residual strain of 1.
- sample No. which is a comparative example since the second irradiation region protrudes only to the front side in the fusing progress direction of the first irradiation region, the thin glass is not slowly cooled after fusing, and the residual strain is improved. There wasn't.
- sample No. In No. 20 since the second irradiation region is in a state of protruding only to the rear side in the fusing progress direction of the first irradiation region, the thin glass is not preheated before fusing and cracking due to thermal shock occurs. It came to.
- sample No. which is an example. In Nos.
- preheating and gradual cooling are performed before and after the thin glass is blown because the second irradiation region protrudes before and after the fusing progress direction with the first irradiation region overlapping with the first irradiation region.
- the residual strain was improved, and cracking due to thermal shock was also improved.
- sample No. which is a comparative example. 21 the second irradiation region does not overlap the first irradiation region and is shifted to the product portion side of the thin glass, so that the thermal energy from the second irradiation region does not act on the first irradiation region and remains.
- the results showed that neither distortion nor cracking due to thermal shock was improved.
- sample No. In 31 the second irradiation region does not overlap with the first irradiation region and is shifted to the non-product portion side of the thin glass, so that the thermal energy by the second irradiation region does not act on the first irradiation region, Similarly, the results showed that neither residual strain nor cracking due to thermal shock was improved.
- sample No. which is an example.
- the second irradiation area protrudes before and after the fusing progress direction of the first irradiation area and has an overlapping portion in the width direction orthogonal to the fusing progress direction, The effects of preheating and gradual cooling acted, the residual strain was improved, and no cracking due to thermal shock occurred.
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Abstract
ガラス板に反り等の変形が生じるという事態を可及的に低減するために、本発明のガラス切断方法では、ガラス基板の切断予定線に沿って、ガラス基板の上方からアシストガスとレーザビームを供給し、切断予定線を境界としてガラス基板を溶断分離するガラス板切断装置(1)であって、溶断用レーザを照射する第1レーザ照射器(2)と、徐冷用レーザを照射する第2レーザ照射器(3)とを備え、第2レーザ照射器(3)が、溶断により形成される溶断端面間の溶断隙間を介して、徐冷対象の溶断端面に対して上方から斜めに徐冷用レーザを照射する構成とした。
Description
本発明は、ガラス板を溶断する切断技術の改良に関する。
従来、ガラス板を切断する方法としては、ガラス板の表面にスクライブ線を形成した後に、そのスクライブ線に曲げ応力を作用させて割断する方法(曲げ応力による割断)や、ガラス板に初期亀裂を形成した後に、その初期亀裂をレーザの照射熱で進展させ、割断するレーザ割断(熱応力による割断)が用いられている。
しかしながら、曲げ応力による割断では、微小ガラス粉の発生を回避できず、その微小ガラス粉は切断後の洗浄においても容易に除去できないという問題がある。このような問題は、高度な清浄性が要求されるディスプレイ用途等のガラス基板において特に問題となる。また、曲げ応力による割断では、ガラス板の切断端部が角張った形状を呈しており、欠けなどの欠陥が生じやすいため、切断後にガラス板の切断端部に対して面取り加工を施す必要が生じてしまう。
一方、レーザ割断では、ほぼ無欠陥でガラス板を割断することができるものの、割断したガラス板を分離する際に、ガラス板の切断端面同士の接触を回避することは極めて困難である。そのため、分離時に、ガラス板の切断端面同士の擦れなどによって、切断端面に微小欠陥が形成される可能性がある。また、レーザ割断でも、上記の曲げ応力による割断と同様に、ガラス板の切断端部が角張った形状を呈していることから、切断後に面取り加工を施す必要がある。
このような問題に対処する切断方法として、レーザ溶断が注目されている。
レーザ溶断は、レーザの照射熱によってガラス基板の一部を溶融除去しながら、ガラス板を切断する方法である。そのため、レーザ溶断では、ガラス粉の発生を防止できる。また、不要ガラスの溶融除去により溶断端面(切断端面)間に所定のクリアランスが形成され、分離時にガラス板の溶断端面同士が接触するという事態も確実に回避することができる。さらに、溶断端面が溶融して形成された滑らかな火造り面となるため、別途面取り加工を施さなくても、損傷が生じ難い。
ただし、このようなレーザ溶断であっても、実用上においては課題が残されている。
すなわち、ガラス板をレーザで溶断すると、そのレーザの照射領域の近傍に急激な温度上昇に伴う過度な熱応力が作用するという問題や、溶断端面近傍に熱的残留歪が生じるという問題である。そして、これら問題の影響が大きい場合、ガラス板が反り等によって変形したり、破損する場合がある。
そこで、例えば特許文献1には、デフォーカスしたレーザでガラス基板を予備加熱した後、微小点に集光したレーザでガラス板を溶断し、更にその後に、再びデフォーカスしたレーザで徐冷することで、熱歪を低減することが開示されている。
なお、同文献では、徐冷用のレーザは、溶断用のレーザと同様に、ガラス板に対して真上から垂直に照射される。
また、同文献では、ガラス基板の切断予定線上に、予備加熱用のレーザの出力端、溶断用のレーザの出力端、および徐冷用のレーザの出力端(レーザ照射器)がそれぞれ配列されており、それぞれのレーザの照射領域が互いに間隔を置いて独立した状態となっている。
<第1の課題>
しかしながら、特許文献1の場合、徐冷用のレーザが、ガラス板の真上からガラス板の上面に対して垂直に入射されるため、レーザによる熱的影響がガラス板の上面側に必然的に偏ってしまう。その結果、ガラス板の溶断端面全体の徐冷を十分に行うことができず、ガラス板の溶断中や溶断後に、熱的残留歪の影響を受けてガラス板に反り等の変形が依然として生じ得る。
しかしながら、特許文献1の場合、徐冷用のレーザが、ガラス板の真上からガラス板の上面に対して垂直に入射されるため、レーザによる熱的影響がガラス板の上面側に必然的に偏ってしまう。その結果、ガラス板の溶断端面全体の徐冷を十分に行うことができず、ガラス板の溶断中や溶断後に、熱的残留歪の影響を受けてガラス板に反り等の変形が依然として生じ得る。
なお、上記のように溶断途中にこれと並行して徐冷を行う代わりに、溶断完了後に分離されたガラス板の溶断端面に個別に徐冷(アニール)を施すことも考えられるが、この場合には次のような問題が生じる。すなわち、近年、ディスプレイ用途のガラス基板を始めとしてガラス板の薄板化が推進されているのが実情であり、溶断途中に一旦ガラス板に反りなどの変形が生じてしまうと、その後のハンドリング時に破損を来たしたり、場合によっては変形が生じた時点でガラス板が破損するおそれがある。したがって、ガラス板の薄板化の要請を考慮すれば、溶断途中にこれと並行して徐冷を行うことが肝要となる。
本発明は、以上の実情に鑑み、ガラス板に対して溶断とこれに並行して徐冷を行うに際し、ガラス板の溶断端面を確実に徐冷し、ガラス板に反り等の変形が生じるという事態を可及的に低減することを第1の課題とする。
<第2の課題>
また、特許文献1では、ガラス板の上方空間に配列された3つのレーザ照射器のそれぞれの照射領域が、互いに間隔を置いて独立していることから、それぞれの照射領域の間で供給した熱エネルギーに損失が生じ得る。予備加熱を行う照射領域と、溶断を行う照射領域との間では、ガラス板の温度をより高温にする必要があることから、この2つの領域の間に熱エネルギーが失われると、予備加熱効果が低下して無駄が生じてしまう。また、予備加熱効果が低下すると、溶断時におけるガラス板の温度上昇幅が大きくなるため、熱衝撃によりガラス板が破損するおそれもある。さらに、溶断を行う照射領域と、徐冷を行う照射領域が離れていると、この2つの領域の間でも熱エネルギーが失われてしまう。そのため、この2つの領域の間で溶断されたガラス板が急激に冷却され、熱衝撃によりガラス板が破損するおそれもある。
<第2の課題>
また、特許文献1では、ガラス板の上方空間に配列された3つのレーザ照射器のそれぞれの照射領域が、互いに間隔を置いて独立していることから、それぞれの照射領域の間で供給した熱エネルギーに損失が生じ得る。予備加熱を行う照射領域と、溶断を行う照射領域との間では、ガラス板の温度をより高温にする必要があることから、この2つの領域の間に熱エネルギーが失われると、予備加熱効果が低下して無駄が生じてしまう。また、予備加熱効果が低下すると、溶断時におけるガラス板の温度上昇幅が大きくなるため、熱衝撃によりガラス板が破損するおそれもある。さらに、溶断を行う照射領域と、徐冷を行う照射領域が離れていると、この2つの領域の間でも熱エネルギーが失われてしまう。そのため、この2つの領域の間で溶断されたガラス板が急激に冷却され、熱衝撃によりガラス板が破損するおそれもある。
本発明は、以上の実情に鑑み、溶断前後の予備加熱時および徐冷時に与えられる熱エネルギーの損失を可及的に低減することにより、ガラス板の破損や熱的残留歪の発生を確実に抑制することを第2の課題とする。
<第1の発明>
上記第1の課題を解決するために創案された第1の発明は、ガラス板の切断予定線に沿って上方からレーザを照射し、前記切断予定線を境界として前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、前記レーザが、前記ガラス板の溶断を行う溶断用レーザと、前記ガラス板の溶断端面の徐冷を行う徐冷用レーザとを含み、前記徐冷用レーザが、前記溶断により形成された前記溶断端面間の隙間を介して、前記徐冷対象の前記溶断端面に対して上方から斜めに照射されることに特徴づけられる。
上記第1の課題を解決するために創案された第1の発明は、ガラス板の切断予定線に沿って上方からレーザを照射し、前記切断予定線を境界として前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、前記レーザが、前記ガラス板の溶断を行う溶断用レーザと、前記ガラス板の溶断端面の徐冷を行う徐冷用レーザとを含み、前記徐冷用レーザが、前記溶断により形成された前記溶断端面間の隙間を介して、前記徐冷対象の前記溶断端面に対して上方から斜めに照射されることに特徴づけられる。
このような方法によれば、徐冷用レーザが、溶断により形成された溶断端面間の隙間を利用して、徐冷対象となる溶断端面に対して斜めに照射される。そのため、ガラス板に垂直に徐冷用のレーザを照射する場合のように、レーザの照射熱の影響がガラス板の上面に極端に偏ることがない。付言すれば、溶断端面の一部又は全部に徐冷用レーザが直接照射されるため、溶断端面全体に照射熱が伝わり易い。したがって、溶断端面全体の徐冷を確実に行うことが可能となる。
上記の方法において、前記徐冷用レーザの照射領域において、前記切断予定線上の溶断実行部から溶断完了部に亘って熱エネルギー強度が変化する強度分布を形成することが好ましい。特に、溶断実行部から溶断完了部に向かって熱エネルギー強度が低下する強度分布(温度勾配)を形成することがより好ましい。ここで、溶断実行部とは、溶断用レーザによって現に溶断を行っている部分を意味し、溶断完了部とは、溶断用レーザによる溶断が完了した部分を意味する。
このようにすれば、切断予定線上の溶断実行部から溶断完了部に亘って、徐冷用レーザの照射熱の影響に変化を付けることができ、溶断状況等に応じて徐冷条件を適宜調整することが可能となる。特に、溶断実行部から溶断完了部に向かって熱エネルギーが低下する強度分布を形成した場合には、切断予定線上の溶断実行部から溶断完了部に向かって徐冷用レーザの照射熱の影響が弱められ、徐々に温度が低下する緩やかな温度勾配が形成される。その結果、徐冷時における徐冷対象の溶断端面の温度分布が良好なものとなる。
上記の方法において、前記徐冷用レーザが、前記切断予定線上の溶断未完了部側から溶断完了部側に移行するに連れて又は前記切断予定線上の溶断完了部側から溶断未完了部側に移行するに連れて、前記ガラス板に接近するように傾斜していることが好ましい。
このようにすれば、ガラス板に投影された徐冷用レーザの照射領域が、ガラス板の溶断端面の溶断未完了部側から溶断完了部側に亘って長尺になるので、ガラス板を十分徐冷することができる。そして、この際、徐冷用レーザとして平行ビームを採用した場合、投影領域のエネルギー分布は中心から点対称なものとなる。また、集光ビームをデフォーカスして照射した場合には、溶断実行部から溶断完了部に向かって熱エネルギー強度を徐々に小さくしたり、或いは、溶断完了部から溶断実行部に向かって熱エネルギー強度を徐々に大きくすることができる。そのため、前者のように集光ビームをデフォーカスして照射する場合には、切断予定線上の溶断実行部から溶断完了部に向かって徐々に温度が低下する温度勾配を簡単に形成することができる。
ここで、傾斜させた集光ビームをデフォーカス照射する場合について付言すると、図1に示すように、集光点FPの上側と下側での水平方向のビーム断面上のエネルギー分布はどちらも長尺照射領域の一方からもう一方に向けてエネルギーが減少する態様を示し、且つ、上側断面(断面1)と下側断面(断面2)では分布の勾配が逆向きになる。詳細には、上側断面では、水平方向前方から水平方向後方に向かってエネルギーが徐々に減少する態様を示し、下側断面では、水平方向後方から水平方向前方に向かってエネルギーが徐々に減少する態様を示す。
上記の方法において、前記徐冷用レーザの光軸に直交する断面におけるビーム形状が、楕円形状であることが好ましい。
このようにすれば、ガラス板の広範囲に亘って徐冷用レーザを照射できるので、溶断端面の徐冷を効率よく行うことができる。また、上述のように、徐冷用レーザを傾斜させる場合には、その傾斜を大きくしなくても、照射領域の全長を長くして、熱エネルギー強度の強度勾配を緩やかにすることができる。
上記の方法において、前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断用レーザの照射領域の前後に跨るように、溶断用レーザの照射領域にオーバーラップして形成されていてもよい。ここでいう「オーバーラップ」させた状態とは、徐冷用レーザの照射領域と溶断用レーザの照射領域が互いに重なり部分を有する状態で、徐冷用レーザの照射領域が、溶断用レーザの照射領域の前後(溶断進行方向の前後)に食み出していることをいう。すなわち、溶断進行方向と直交する幅方向では、溶断用レーザの照射領域の一部が、徐冷用レーザの照射領域から食み出していてもよいし、食み出していなくてもよい。
このようにすれば、溶断用レーザに先立って、徐冷用レーザの照射領域の一部でガラス板を予備加熱することができる。そのため、溶断用レーザによるガラス板の溶断時にガラス板の温度が急激に上昇することを防止することができ、熱的残留歪の発生を低減することが可能となる。
上記の方法において、前記溶断用レーザと前記徐冷用レーザとを、同一の光源から出射されたレーザを分岐させて形成するようにしてもよい。
このようにすれば、光源を1つに纏めることができるので、省スペース化を図ることができる。この場合、溶断用レーザと徐冷用レーザのそれぞれの出力を、最適値に調整することが好ましい。出力の調整方法としては、例えば、溶断用レーザと徐冷用レーザとの分離に用いられるハーフミラー等の透過率(反射率)を調整することや、光路上にNDフィルタなどの減光用の光学部品を配置することが挙げられる。
上記の方法において、前記溶断用レーザと前記徐冷用レーザとを、別々の光源から出射して形成するようにしてもよい。
このようにすれば、溶断用レーザの光源と徐冷用レーザの光源とが、それぞれ独立しているので、一方のレーザの出力を他方のレーザに影響を与えることなく簡単に調整することができるという利点がある。
上記第1の課題を解決するために創案された第1の発明は、ガラス板の切断予定線に沿って上方からレーザを照射し、前記切断予定線を境界として前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断装置において、前記ガラス板の溶断を行う溶断用レーザを照射する第1レーザ照射器と、前記ガラス板の溶断端面の徐冷を行う徐冷用レーザを照射する第2レーザ照射器とを備え、前記第2レーザ照射器が、前記溶断により形成される前記溶断端面間の隙間を介して、前記徐冷対象の前記溶断端面に対して上方から斜めに徐冷用レーザを照射することに特徴づけられる。
このような構成によれば、既述の対応する方法の発明と同様の作用効果を享受することができる。なお、第1レーザ照射器と第2レーザ照射器とは別体であってもよいし、第1レーザ照射器が第2レーザ照射器を兼ねていてもよい
<第2の発明>
上記第2の課題を解決するために創案された第2の発明は、ガラス板の切断予定線に沿って溶断用レーザ及び徐冷用レーザを照射し、前記切断予定線を境界として、前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、前記切断予定線に沿う溶断進行方向で、前記徐冷用レーザの照射領域の寸法を前記溶断用レーザの照射領域の寸法よりも大きくし、且つ、前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断用レーザの照射領域の前記溶断進行方向の前後に跨るように、前記徐冷用レーザの照射領域を前記溶断用レーザの照射領域にオーバーラップさせたことに特徴づけられる。なお、ここでいう「オーバーラップ」させた状態とは、徐冷用レーザの照射領域と溶断用レーザの照射領域が互いに重なり部分を有する状態で、徐冷用レーザの照射領域が、溶断用レーザの照射領域の溶断進行方向の前後に食み出していることをいう。すなわち、溶断進行方向と直交する幅方向では、溶断用レーザの照射領域の一部が、徐冷用レーザの照射領域から食み出していてもよいし、食み出していなくてもよい。前者の場合、例えば、ガラス板を製品部(良品)と非製品部(非良品)に溶断分離するときに、非製品部側に溶断用レーザが食み出しており、且つ、製品部側に徐冷用レーザが照射されていれば、実質的に本発明の効果を享受できる。後者の場合、溶断用レーザの照射領域の全部が、徐冷用レーザの照射領域に包含されることになる。
上記第2の課題を解決するために創案された第2の発明は、ガラス板の切断予定線に沿って溶断用レーザ及び徐冷用レーザを照射し、前記切断予定線を境界として、前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、前記切断予定線に沿う溶断進行方向で、前記徐冷用レーザの照射領域の寸法を前記溶断用レーザの照射領域の寸法よりも大きくし、且つ、前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断用レーザの照射領域の前記溶断進行方向の前後に跨るように、前記徐冷用レーザの照射領域を前記溶断用レーザの照射領域にオーバーラップさせたことに特徴づけられる。なお、ここでいう「オーバーラップ」させた状態とは、徐冷用レーザの照射領域と溶断用レーザの照射領域が互いに重なり部分を有する状態で、徐冷用レーザの照射領域が、溶断用レーザの照射領域の溶断進行方向の前後に食み出していることをいう。すなわち、溶断進行方向と直交する幅方向では、溶断用レーザの照射領域の一部が、徐冷用レーザの照射領域から食み出していてもよいし、食み出していなくてもよい。前者の場合、例えば、ガラス板を製品部(良品)と非製品部(非良品)に溶断分離するときに、非製品部側に溶断用レーザが食み出しており、且つ、製品部側に徐冷用レーザが照射されていれば、実質的に本発明の効果を享受できる。後者の場合、溶断用レーザの照射領域の全部が、徐冷用レーザの照射領域に包含されることになる。
このような方法によれば、徐冷用レーザの照射領域によって、溶断用レーザの照射領域の溶断進行方向の前後でガラス板が溶断温度以下の所定温度で加熱されることになる。すなわち、徐冷用レーザの照射領域のうち、溶断用レーザの照射領域の溶断進行方向後方側の領域では徐冷が行われ、溶断用レーザの照射領域の溶断進行方向前方側の領域では予備加熱が行われることになる。そのため、溶断の前後で、急激な温度上昇や急激な温度下降による破損、すなわち熱衝撃による破損や熱的残留歪が発生するという事態を可及的に低減することができる。そして、この予備加熱と徐冷の役割を担う徐冷用レーザの照射領域が、溶断用レーザの照射領域にオーバーラップしているため、予備加熱・溶断・徐冷の各領域が、溶断進行方向において簡単且つ確実に連続する。したがって、ガラス板に対してこれら一連の熱処理が連続的に行われるため、供給する熱エネルギーの損失を抑えて、効率よく熱的残留歪を除去することができる。なお、予備加熱と徐冷のバランスは、徐冷用レーザの照射領域に対する溶融用レーザの照射領域の相対位置を変更することで容易に調整することができる。
上記の方法において、前記ガラス板が製品部と非製品部に溶断分離されると共に、前記徐冷用レーザの照射領域が、前記非製品部となる側よりも前記製品部となる側に偏って形成されていることが好ましい。
このようにすれば、ガラス板を製品部と非製品部に溶断分離する場合に、ガラス板のうち、製品部となる側に対して優先的に予備加熱処理や徐冷処理を施すことができるので、製品部の熱的残留歪をより確実に低減することが可能となる。
上記の方法において、前記溶断用レーザの照射領域が、前記溶断進行方向における前記徐冷用レーザの照射領域の中心位置よりも前記溶断進行方向の前方側で、前記徐冷用レーザの照射領域とオーバーラップすることが好ましい。
このようにすれば、徐冷用レーザの照射領域のうち、ガラス板の徐冷を行う領域が、ガラス板の予備加熱を行う領域よりも溶断進行方向において長くなる。熱的残留歪は、溶断後に急速に冷却されることにより生じるので、上述のように徐冷を行う領域を長くする方が、熱的残留歪を除去する上では好ましい態様となる。
上記の方法において、前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断進行方向に長尺な細長形状をなすようにしてもよい。
熱的残留歪は、ガラス板の溶断部近傍に集中的に生じることから、徐冷用レーザの照射領域を溶断進行方向に長尺な細長形状(例えば、楕円形状など)にすれば、溶断端部に重点的にレーザを照射することができる。したがって、供給する熱エネルギーの無駄を可及的に低減することができる。
上記の方法において、前記徐冷用レーザが、前記ガラス基板の表面に対して傾斜する方向から照射されることが好ましい。
このようにすれば、ガラス基板の表面に投影された際に、徐冷用レーザの照射領域が引き伸ばされることから、徐冷用レーザの照射領域を簡単に細長形状に整形することができる。
上記の方法において、前記溶断用レーザと前記徐冷用レーザとは、互いに波長が相違することが好ましい。
レーザは、コヒーレントな光であるので、干渉性が高い。本発明において、溶断用レーザの照射領域と徐冷用レーザの照射領域の重なっている部分において干渉縞が形成されると、ガラス板が受けるエネルギー分布が複雑になる。その結果、溶断・徐冷の各工程を十分に制御することが難しくなる。そこで、上記の方法では、溶断用レーザと徐冷用レーザで、互いに波長を相違させることで、両レーザが重なった領域に時間的に定常的な干渉縞が形成されるのを抑制した。そのため、前述の重なった領域における時間平均を考えれば、干渉縞による影響を低減することができ、ガラス板が受けるエネルギー分布を十分に制御することが容易となる。
上記の方法において、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとは、互いに異なる発振器によって発振されたビームであることが好ましい。
このようにすれば、溶断用レーザビームの波長と、徐冷用レーザビームの波長を、容易且つ安定的に相違させることができる。すなわち、異なる発振器を用いれば、例えば同質のレーザ媒体を発振する発振器であっても、異なる波長のビームを容易に発振できることから、溶断用レーザビームと徐冷用レーザビームが重なった領域に時間的に定常的な干渉縞が形成されるのを抑制することが可能となる。
なお、上記の方法において、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとして、同一の発振器によって発振されたビームを分光したものを用いる場合であっても、両ビームにおける可干渉距離を考慮して、前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームの光路差を調整すれば、干渉縞が形成されることを抑制することができる。
以上のような第1の発明によれば、ガラス板の溶断端面全体を確実に徐冷することができることから、ガラス板に反り等の変形が生じるという事態を可及的に低減することが可能となる。
また、以上のような第2の発明によれば、予備加熱・溶断・徐冷を行う照射領域がそれぞれ連続することから、溶断の前後の予備加熱時および徐冷時に付与される熱エネルギーの損失を可及的に低減することができることから、ガラス板が熱衝撃で破損したり、ガラス板に熱的残留歪が生じる割合を確実に低減することが可能となる。
以下、第1の発明及び第2の発明のそれぞれの実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下では、ガラス板は厚み500μm以下のフラットパネルディスプレイ用のガラス基板とするが、勿論これに限定されるものではない。例えば、太陽電池用、有機EL照明用、タッチパネル用、デジタルサイネージ用等、種々の分野に利用されるガラス基板や、その有機樹脂との積層体などに適用が可能である。なお、ガラス板の厚みは、300μm以下、特に200μm以下であることが好ましい。
<第1の発明の実施形態>
図2A,図2Bに示すように、第1の発明の実施形態に係るガラス板切断装置1は、平置き姿勢のガラス基板Gを、切断予定線CLを境界として製品部Gaと非製品部Gbに溶断分離するものであって、第1レーザ照射器2と、第2レーザ照射器3と、ガス噴射ノズル4とを備えている。
図2A,図2Bに示すように、第1の発明の実施形態に係るガラス板切断装置1は、平置き姿勢のガラス基板Gを、切断予定線CLを境界として製品部Gaと非製品部Gbに溶断分離するものであって、第1レーザ照射器2と、第2レーザ照射器3と、ガス噴射ノズル4とを備えている。
第1レーザ照射器2は、ガラス基板Gの切断予定線CLの真上から溶断用レーザLB1を略鉛直に照射する。この溶断用レーザLB1によって、ガラス基板Gの切断予定線CLの一部に溶断実行部となる第1照射領域SP1が形成される。この実施形態では、ガラス基板Gを図示しない搬送手段(例えば、ガラス基板Gを吸着保持する搬送ベルト)によって搬送方向(図中の矢印A)に移動させることによって、第1照射領域SP1を切断予定線CLに沿って走査し、ガラス基板Gを連続的に溶断分離する。すなわち、矢印Aと相反する図中の矢印Bが溶断進行方向となる。この際、製品部Gaとなる側の溶断端面Ga1と、非製品部Gbとなる側の溶断端面Gb1の間には、溶断隙間Sが形成される。なお、このようにガラス基板Gのみを移動させる場合に限らず、第1レーザ照射器2、第2レーザ照射器3、及びガス噴射ノズル4を含む加工ユニットと、ガラス基板Gとの間に相対移動があれば、ガラス基板Gの溶断を行うことができる。例えば、ガラス基板Gを静止させた状態で、加工ユニットを移動させる構成であってもよい。
第2レーザ照射器3は、溶断用レーザLB1によって形成されたガラス基板Gの溶断端面Ga1,Gb1間の溶断隙間Sを介して、非製品部Gbとなる側の上方から製品部Gaとなる側の溶断端面Ga1に対して徐冷(アニール)用レーザLB2を斜めに照射する。この徐冷用レーザLB2によって、ガラス基板Gの切断予定線CLの一部に、徐冷実行部となる第2照射領域SP2が形成される。第2照射領域SP2は、切断予定線CLに沿って長尺な細長形状(図示例は楕円形状)の領域であって、第1照射領域SP1と間隔を置いて切断予定線CL上の溶断完了部R1に形成されている。この実施形態では、ガラス基板Gを上述のように移動させることによって、第2照射領域SP2を切断予定線CLに沿って走査し、製品部Gaとなる側の溶断端面Ga1を連続的に徐冷する。
なお、図3Aに示すように、第2照射領域SP2は、第1照射領域SP1と接触していてもよい。また、図3Bに示すように、第2照射領域SP2は、第1照射領域SP1の搬送方向前後に跨るように、第1照射領域SP1にオーバーラップして形成されていてもよい。後者の場合、第2照射領域SP2の一部が、ガラス基板Gの溶断未完了部R2に形成されることから、溶断する直前にガラス基板Gが予備加熱される。
ガス噴射ノズル4は、第1照射領域SP1で発生する溶融異物を吹き飛ばすために、第1照射領域SP1に対して上方からアシストガスAGを噴射する。詳細には、ガラス基板Gの製品部Gaとなる側の上方位置にガス噴射ノズル4が配置されており、アシストガスAGが製品部Gaとなる側の上方位置から第1照射領域SP1に向かって斜めに噴射される。これにより、アシストガスAGによって溶融異物を非製品部Gb側へ吹き飛ばされ、製品部Gaの溶断端面Ga1に溶融異物が付着して形状不良が生じる事態を抑制するようにしている。ここで、「溶融異物」は、ガラス基板Gの溶断時に発生するドロス等の異物を意味し、溶融状態にあるもの、固化状態にあるものの双方を含む。
アシストガスAGとしては、例えば、酸素(又は空気)、水蒸気、二酸化炭素、窒素、アルゴンなどのガスを単独または混合した状態で用いられる。また、アシストガスAGは、熱風として噴射してもよい。
なお、ガラス基板Gの上方空間におけるガス噴射ノズル4の配置位置は特に限定されるものではなく、例えば、切断予定線CLの真上に配置し、溶断用レーザLB1と共に、ガラス基板Gに対して略垂直にアシストガスAGを噴射するようにしてもよい。また、ガス噴射ノズル4をガラス基板Gの下方空間に配置して、ガラス基板Gの下方から溶融異物を吹き飛ばすようにしてもよい。これらアシストガスAGは、溶断を効率よく行うためのものであるが、適宜省略してもよい。
この実施形態では、図4に示すように、第2レーザ照射器3は、溶断未完了部R2の非製品部Gbとなる側の上方位置に配置されている。この第2レーザ照射器3から出射される徐冷用レーザLB2は、溶断未完了部R2側から溶断完了部R1側に移行するに連れてガラス基板Gに接近するように傾斜している。なお、徐冷用レーザLB2は、溶断完了部R1側から溶断未完了部R2側に移行するに連れてガラス基板Gに接近するように傾斜させてもよい。
すなわち、徐冷用レーザLB2は、図中に示すような方位角θと極角φとを有している。そのため、図5に示すように、ガラス基板Gに投影された第2照射領域SP2は、溶断実行部となる第1照射領域SP1から溶断完了部R1に亘って長尺となり、楕円形状になる。この楕円形状の長軸の向きは、図2Bでは切断予定線CLと平行に図示しているが、方位角θの大きさによって変化するが、溶断進行方向の成分を有する。なお、θ=π/2として、長軸の向きが切断予定線CLに沿うように、光軸に直交する断面を予め楕円形状に整形した徐冷用レーザLB2を製品部Gaとなる側の溶断端面Ga1に照射するようにしてもよい。レーザの光軸に直交する断面を楕円形状に予め整形する方法としては、例えば、シリンドリカルレンズ等の光学部品や、スリット状の遮光マスクなどを用いることが挙げられる。
ここで、徐冷用レーザLB2の方位各θと極角φは、次のような範囲であることが好ましい。すなわち、方位角θは、0<θ<π/2及びπ/2<θ<πの範囲であることが好ましい。この範囲であれば、切断予定線CLに沿う方向の成分を有するため、第2照射領域SP2における徐冷用レーザLB2の熱エネルギー強度は、第1照射領域SP1側から溶断完了部R1側に亘って緩やかな変化をもつこととなる。したがって、切断予定線CL上の第1照射領域SP1から溶断完了部R1側に亘って熱エネルギー強度が緩やかに変化する強度勾配が形成される。なお、図6に示すように、徐冷用レーザLB2として平行ビームを採用した場合は、方位角θについて0<θ<π/2及びπ/2<θ<πのいずれの範囲においても照射の効果は同等であるが、図7に示すように、集光ビームを採用し、デフォーカスで照射した場合には方位角θの適正範囲がある。つまり、集光点よりも下方位置でガラス基板Gにデフォーカス照射した場合(図1の断面2を参照)には0<θ<π/2が適正範囲であり、逆に集光点よりも上方位置でガラス基板Gにデフォーカス照射した場合(図1の断面1を参照)はπ/2<θ<πが適正範囲となる。
一方、極角φは、図6に示すように、徐冷用レーザLB2として平行ビームを採用した場合には、徐冷用レーザLB2のビーム径をw2,ガラス基板Gの厚みをt,照射位置の調整量をdとすると、0<φ<cos-1[(t+w2)/{2(s+t+d)}]の範囲を満足することが好ましい。また、極角φは、図7に示すように、徐冷用レーザLB2として集光ビームを採用し、それをデフォーカスして照射した場合には、徐冷用レーザLB2が非製品部Gbと接した状態での接点でのビーム径をw2,集光角をα,ガラス基板Gの厚みをt,照射位置の調整量をdとすると、0<φ<cos-1〔(tcosα+w2)/{2(s+t+d)}〕の範囲を満足することが好ましい。換言すれば、極角φは、製品部Gaの溶断端面Ga1に近接して対向する非製品部Gbの溶断端面Gb1近傍に干渉しないような角度範囲に設定することが好ましい。徐冷用レーザLB2の照射位置は、徐冷前の製品部Gaの溶断端面Ga1近傍に生じている引張応力の位置に応じて調整することが好ましく、その調整量dは、例えば-0.5t≦d≦2.5tの範囲で調整される。
なお、徐冷用レーザLB2を、光軸に直交する断面が楕円形状になるように整形しておけば、傾斜角(極角φ)を大きくしなくても、全長が長くエネルギー分布の勾配が緩やかな第2照射領域SP2を形成することができる。
次に、以上のように構成された本実施形態に係るガラス切断装置1の動作を簡単に説明する。
まず、図2A,図2Bに示すように、ガラス基板Gを搬送しながら、第1レーザ照射器2からガラス基板Gに対して溶断用レーザLB1を照射する。これにより、ガラス基板Gを溶断する。この際、溶断用レーザLB1の第1照射領域SP1に対しては、ガス噴射ノズル4からアシストガスAGを噴射し、第1照射領域SP1から溶融異物を吹き飛ばす。
これと同時に、第2レーザ照射器3から徐冷用レーザLB2をガラス基板Gに対して照射する。この徐冷用レーザLB2は、溶断用レーザLB1の照射により形成された溶断端面Ga1,Gb1間の溶断隙間Sを介して、製品部Gaとなる側の溶断端面Ga1に対して上方から斜めに照射する。これにより、溶断端面Ga1を徐冷する。
このようにすれば、徐冷用レーザLB2をガラス基板Gの上面に垂直に照射した場合のように、徐冷用レーザLB2の照射熱の影響がガラス基板Gの上面に極端に偏ることがない。付言すれば、溶断端面Ga1の一部又は全部に徐冷用レーザLB2が直接照射されるため、溶断端面Ga全体に照射熱が伝わり易くなる。したがって、ガラス基板が500μm以下の薄板であっても残留歪が効率よく除去され、反り等の変形が生じるという不具合を回避することができる。
ここで、ガラス基板Gの溶断は、溶断用レーザLB1によりガラス基板Gの上面側より溶融が始まり、その溶融により形成される切断溝が下方に貫通することにより完了する。そのため、溶断端面Ga1は、上面に近接するほど、溶断時に供給される照射熱の影響を強く受けており、溶断端面Ga1の熱的残留歪も上面側が相対的に大きくなっているものと考えられる。したがって、溶断端面Ga1の残留歪を除去するには、より溶断端面Ga1の上面側に多くの熱を供給して徐冷処理をすることが好ましい。そこで、徐冷用レーザLB2は、図6及び図7に示すように、溶断端面Ga1の上方部(例えば、上半分の領域)に直接照射することが好ましい。
なお、第1の発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
上記の実施形態では、ガラス基板Gの切断予定線CLの真上に第1レーザ照射器2を配置し、ガラス基板Gの非製品部Gbの上方に第2レーザ照射器3を配置する場合を説明したが、第1レーザ照射器2や第2レーザ照射器3の配置態様はこれに限定されるものではない。例えば、図8に示すように、第1レーザ照射器2と第2レーザ照射器3とを、製品部Gaの上方位置に配置し、ミラー5,6等の光学部品によって、溶断用レーザLB1及び徐冷用レーザLB2を誘導するようにしてもよい。
また、上記の実施形態では、第1レーザ照射器2と、第2レーザ照射器3とを別々の光源で構成したが、図9に示すように、第1レーザ照射器2が、第2レーザ照射器3を兼ねるようにしてもよい。すなわち、第1レーザ照射器2から出射されたレーザLBをハーフミラー7等の光学部品によって、溶断用レーザLB1と徐冷用レーザLB2とに分岐させてもよい。この場合、徐冷用レーザLB2は、ハーフミラー等の透過率(反射率)を調整することや、その光路上でNDフィルタ等によって減光することによってエネルギーを適宜調整した後に、ガラス基板Gに照射してもよい。また、溶断用レーザビームLB1と徐冷用レーザビームLB2における可干渉距離を考慮して、両ビームの光路差を調整することで、干渉縞が形成されることを抑制してもよい。
また、ガラス基板Gをオーバーフローダウンドロー法などで成形した場合、図10に示すように、ガラス基板Gの幅方向中央部の厚みよりも、ガラス基板Gの幅方向両端部の厚みが相対的に分厚くなる。そして、幅方向中央部が製品部Gaとされ、幅方向両端部が非製品部(耳部と称される)Gbとされる。第1の発明に係る切断方法及び切断装置は、このようなガラス基板Gの耳部の除去に適用してもよい。
また、上記の実施形態では、ガラス基板Gを製品部Gaと非製品部Gbに溶断分離する場合を説明したが、溶断分離される双方を製品部として利用する場合に適用してもよい。
第1の発明の実施例として、無アルカリガラスの試料とソーダガラスの試料を用意し、各試料を溶断し、(1)溶断端面の残留歪の有無の確認、(2)溶断端面の加傷テストによる破損の有無の確認、(3)溶断後の各試料の反りの有無の確認を行った。なお、溶断用レーザ及び徐冷用レーザとしては、波長10.6μm付近のCO2レーザを使用した。また、溶断用レーザの照射領域(SP1)と徐冷用レーザの照射領域(SP2)は、図2Bに示す態様とする。上記(1)~(3)の各試験の詳細は、次のとおりである。
(1)残留歪
溶断端面の残留歪の有無は、各試料の溶断端面を光学的歪計測であるセナルモン法や鋭敏色法を用いて観察することによって確認した。
(2)加傷テスト
溶断端面の加傷テストは、各試料の溶断端面に、#1000のサンドペーパによって傷を付けた後、1000時間放置し、自己破壊するか否かによって確認した。
(3)反り
溶断後の各試料を定盤上に置き、反りの有無を確認した。ここで、反りは、各試料の裏面を下にする場合と、裏面を下にする場合についてそれぞれ確認し、それぞれの場合について定盤から0.3mmの浮き上がり部分が試料の周縁部に存在する場合に「あり」と評価した。
(1)残留歪
溶断端面の残留歪の有無は、各試料の溶断端面を光学的歪計測であるセナルモン法や鋭敏色法を用いて観察することによって確認した。
(2)加傷テスト
溶断端面の加傷テストは、各試料の溶断端面に、#1000のサンドペーパによって傷を付けた後、1000時間放置し、自己破壊するか否かによって確認した。
(3)反り
溶断後の各試料を定盤上に置き、反りの有無を確認した。ここで、反りは、各試料の裏面を下にする場合と、裏面を下にする場合についてそれぞれ確認し、それぞれの場合について定盤から0.3mmの浮き上がり部分が試料の周縁部に存在する場合に「あり」と評価した。
以上のような対比試験の結果を表6に示す。なお、表中において、θ,φは図4に準拠するものとし、w2,s,dは図6及び図7に準拠するものとする。また、表中のレーザのエネルギー強度[W]は、実際にガラス基板表面における値とする。
以上の表1によれば、徐冷用レーザをガラス基板に対して垂直入射させた比較例1及び2では、残留歪・加傷テスト・反りのそれぞれについて、不具合が生じていることが確認できる。これに対し、徐冷用レーザをガラス基板に対して傾斜させて入射させた実施例1~6では、残留歪・加傷テスト・反りの全てについて、良好な結果を得ていることが認識できる。
<第2の発明の実施形態>
第2の発明の実施形態に係るガラス板切断装置は、第1の発明の実施形態に係るガラス板切断装置と同様に、溶断用レーザ照射器と、徐冷用レーザ照射器と、ガス噴射ノズルとを備えている(図2Aを参照)。これら各構成については、第1の発明の実施形態に係るガラス板切断装置と共通するので詳しい説明は省略する。以下では、切断方法に関する相違点を中心に説明する。
第2の発明の実施形態に係るガラス板切断装置は、第1の発明の実施形態に係るガラス板切断装置と同様に、溶断用レーザ照射器と、徐冷用レーザ照射器と、ガス噴射ノズルとを備えている(図2Aを参照)。これら各構成については、第1の発明の実施形態に係るガラス板切断装置と共通するので詳しい説明は省略する。以下では、切断方法に関する相違点を中心に説明する。
図11に示すように、第2の発明の実施形態に係るガラス板切断装置でガラス板を切断する場合には、徐冷用レーザによって形成される第2照射領域SP2が、溶断用レーザによって形成される第1照射領域SP1の溶断進行方向(図中の矢印B方向)の前後に跨るように、第2照射領域SP2が第1照射領域SP1にオーバーラップする。すなわち、第1照射領域SP1と第2照射領域SP2が互いに重なり部分を有する状態で、第2照射領域SP2が、第1照射領域SP1の溶断進行方向の前後に食み出している。そのため、第2照射領域SP2でガラス基板Gを加熱すると、第1照射領域SP1の溶断進行方向の前後に連続する領域で、ガラス基板Gが溶断温度(例えば、1300~3000℃)よりも低い低温(例えば、100~1000℃)で加熱されることになる。すなわち、第2照射領域SP2のうち、第1照射領域SP1の溶断進行方向の前方側の領域SP2aでガラス基板Gが予備加熱され、第1照射領域SP1の溶断進行方向の後方側の領域SP2bでガラス基板Gが徐冷される。そして、ガラス基板Gを搬送方向(図中の矢印A方向)に移動させることによって、第2照射領域SP2が切断予定線CLに沿って走査され、ガラス基板Gに対して溶断の前後で予備加熱と徐冷が連続的に施される。
これにより、溶断の前後で、急激な温度上昇や急激な温度下降による破損、すなわち熱衝撃による破損や、熱的残留歪が発生するという事態を可及的に低減できる。特に、500μm以下のガラス基板の場合、予備加熱・溶断・徐冷の各領域SP2a,SP1,SP2bが離れていると、温度上昇や温度下降が急激となる。そして、この予備加熱と徐冷の役割を担う第2照射領域SP2が、第1照射領域SP1にオーバーラップしているため、予備加熱・溶断・徐冷の各領域SP2a,SP1,SP2bが、溶断進行方向において簡単且つ確実に連続する。したがって、ガラス基板Gに対してこれら一連の熱処理が連続的に行われ、各熱処理領域SP2a,SP1,SP2bの間で熱エネルギーが不当に失われるという事態を回避することができる。換言すれば、ガラス基板Gに供給した熱エネルギーによって効率よく予備加熱と溶断を実行しながら、熱的残留歪を除去することが可能となる。
ここで、図12Aに示すように、第2照射領域SP2の溶断進行方向と直交する方向の中心位置を通り、溶断進行方向に延びる線をX軸、このX軸と第2照射領域SP2の溶断進行方向の中心位置で直交する線をY軸、第2照射領域SP2のX軸方向寸法を2a2、第2照射領域SP2のY軸方向寸法を2b2、第1照射領域SP1のX軸方向寸法を2a1、第1照射領域SP1のY軸方向寸法を2b1、第1照射領域SP1の中心座標を(x,y)とした場合に、第1照射領域SP1と第2照射領域SP2との間の好ましい関係は次のようになる。
すなわち、第1照射領域SP1と第2照射領域SP2のスポット径の間の関係は、a1<a2、b1<b2であるが、
50a1≦a2
30b1≦b2 ・・・(1)
であることが好ましい。また、第1照射領域SP1の中心座標(x,y)は、
-a2/4≦x<a2-a1
-b2-b1<y≦b2/2 ・・・(2)
なる関係(図12BのA1で示す領域)を満たすことが好ましく、
a2/4≦x≦3a2/4
-b2/2≦y≦0 ・・・(3)
なる関係(図12BのA2で示す領域)を満たすことがより好ましい。
50a1≦a2
30b1≦b2 ・・・(1)
であることが好ましい。また、第1照射領域SP1の中心座標(x,y)は、
-a2/4≦x<a2-a1
-b2-b1<y≦b2/2 ・・・(2)
なる関係(図12BのA1で示す領域)を満たすことが好ましく、
a2/4≦x≦3a2/4
-b2/2≦y≦0 ・・・(3)
なる関係(図12BのA2で示す領域)を満たすことがより好ましい。
上記の式(1)又は式(2)を満足すれば、第1照射領域SP1と第2照射領域SP2との大小関係や位置関係が最適なものとなり、ガラス基板Gの製品部Gaにおける熱的残留歪の発生を確実に低減できる。また、式(3)を満足すれば、第2照射領域SP2が、非製品部Gb側よりも製品部Ga側に偏って形成されると共に、第2照射領域SP2の溶断進行方向の中心位置(Y軸の位置)よりも前方側で、第2照射領域SP2に対して第1照射領域SP1がオーバ-ラップする。このようにすれば、ガラス基板Gのうち、製品部Gaとなる側に対して、優先的に予備加熱処理や徐冷処理を施すことができるので、製品部Gaの熱的残留歪をより確実に低減することが可能となる。また、この場合、照射領域SP2のうち、徐冷を行う領域SP2bの溶断進行方向の寸法が、予備加熱を行う領域SP2aの溶断進行方向の寸法よりも長くなる。熱的残留歪は、溶断後に急速に冷却されることにより生じるため、上述のように徐冷を行う領域を長くし、冷却速度を小さくした方が、熱的残留歪を除去する上では好ましい態様となる。
また、溶断用レーザと徐冷用レーザとして、異なる発振器によって発振されたレーザを用いることで、両者の波長を互いに相違させることが好ましい。このようにすれば、溶断用レーザと徐冷用レーザによって時間的に定常的な干渉縞が形成されることがなく、ガラス板に与えるエネルギー分布を十分に制御することが容易となる。
なお、第2の発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記の実施形態では、ガラス基板Gを製品部Gaと非製品部Gbに溶断分離する場合を説明したが、溶断分離される双方を製品部として利用する場合に適用してもよい。
また、上記の第1の発明で説明した変形例を同様に適用することができる。
第2の発明の実施例として、溶断用レーザ(波長10.6μm付近のCO2レーザ。以下に示す表中では出力1と表示。)をガラス基板に対して相対移動速度10mm/sで走査して溶断を行った際の残留歪を10とした場合に、この残留歪がどの程度改善するかを検査した。残留歪が10の場合、ガラス基板に反りなどの変形が生じたり、ハンドリング時や加工工程において破損を引き起こすおそれがある。残留歪は3以下であることが好ましい。また、上記の残留歪の検査と合わせて、溶断時にガラス基板が熱衝撃によって破損するか否かも検査した。熱衝撃による破損は、溶断時にガラス基板が急激に加熱された場合に生じ得ると考えられる。
詳細には、それぞれ異なる発振器によって発振された溶断用レーザと徐冷用レーザ(波長10.6μm付近のCO2レーザ。以下に示す表中では出力2と表示。)のそれぞれの照射領域の相対位置を変化させたり、徐冷用レーザの照射領域の大きさを変化させることで、上記の残留歪や熱衝撃による破損がどの程度改善するかを評価した。その結果を表2~4に示す。なお、以下に示す表中のa1,b1,a2,b2,x,yの符号は、図12Bに準拠するものとする。また、以下に示す表中の出力1および出力2は、ガラス基板表面におけるそれぞれのレーザのエネルギーを表している。
以上の表2によれば、比較例である試料No.1では、薄板ガラスに対して、予備加熱も徐冷も施されないため、残留歪が10となり、しかも熱衝撃による割れが生じるに至った。これに対し、実施例である試料No.2~9では、第2照射領域(徐冷用レーザの照射領域)が第1照射領域(溶断用レーザの照射領域)の前後に跨るようにオーバーラップすることから、薄板ガラスを溶断する前後で予備加熱と徐冷が施されるため、残留歪がいずれも改善され、熱衝撃による割れも発生しなかった。特に、試料No.2,7~9のように、a2/a1≧50、且つ、b2/b1≧30となる範囲では、残留歪が1となる極めて良好な結果を得た。
以上の表3によれば、比較例である試料No.10では、第2照射領域が第1照射領域の溶断進行方向前方側にのみ食み出した状態であるため、薄板ガラスに対して溶断後に徐冷が施されず、残留歪に改善が見られなかった。また、比較例である試料No.20では、第2照射領域が第1照射領域の溶断進行方向後方側にのみ食み出した状態であるため、薄板ガラスに対して溶断前に予備加熱が施されず、熱衝撃による割れが生じるに至った。これに対し、実施例である試料No.11~19では、第2照射領域が第1照射領域と重なり部分を有する状態で溶断進行方向の前後に食み出していることから、薄板ガラスを溶断する前後で予備加熱と徐冷が施されるため、残留歪がいずれも改善され、熱衝撃による割れも改善する結果となった。
以上の表4によれば、比較例である試料No.21では、第2照射領域が第1照射領域と重なることなく、薄板ガラスの製品部となる側にずれていることから、第2照射領域による熱エネルギーが第1照射領域に作用せず、残留歪も熱衝撃による割れも改善しないという結果を得た。また、比較例である試料No.31では、第2照射領域が第1照射領域と重なることなく、薄板ガラスの非製品部となる側にずれていることから、第2照射領域による熱エネルギーが第1照射領域に作用せず、同様に、残留歪も熱衝撃による割れも改善しないという結果を得た。これに対し、実施例である試料No.22~30では、第2照射領域が第1照射領域の溶断進行方向の前後に食み出した状態で、溶断進行方向と直交する幅方向に重なり部分を有することから、薄板ガラスの溶断部に予備加熱と徐冷の効果が作用し、残留歪がいずれも改善され、熱衝撃による割れも生じないという結果を得た。
特に、表3及び表4によれば、試料No.12~19及び試料No.22~30のように、-a2/4≦x<a2-a1、且つ、-b2-b1<y≦b2/2となる範囲では、熱衝撃による割れが改善すると共に残留歪が3以下となる良好な結果を得ていることが確認できる。この中でも、試料No.15~17及び試料No.25~26のように、1/4≦x/a2≦3/4、且つ、-1/2≦y/b2≦0となる範囲では、熱衝撃による割れが全くなく、残留歪が1以下となる極めて良好な結果を得ていることが確認できる。
1 ガラス板切断装置
2 第1レーザ照射器
3 第2レーザ照射器
4 ガス噴射ノズル
AG アシストガス
CL 切断予定線
G ガラス基板
Ga 製品部
Ga1 溶断端面
Gb 非製品部
LB1 溶断用レーザ
LB2 徐冷用レーザ
SP1 第1照射領域
SP2 第2照射領域
SP2a 予備加熱領域
SP2b 徐冷領域
S 溶断隙間
R1 溶断完了部
R2 溶断未完了部
θ 徐冷用レーザの方位角
φ 徐冷用レーザの極角
2 第1レーザ照射器
3 第2レーザ照射器
4 ガス噴射ノズル
AG アシストガス
CL 切断予定線
G ガラス基板
Ga 製品部
Ga1 溶断端面
Gb 非製品部
LB1 溶断用レーザ
LB2 徐冷用レーザ
SP1 第1照射領域
SP2 第2照射領域
SP2a 予備加熱領域
SP2b 徐冷領域
S 溶断隙間
R1 溶断完了部
R2 溶断未完了部
θ 徐冷用レーザの方位角
φ 徐冷用レーザの極角
Claims (14)
- ガラス板の切断予定線に沿って上方からレーザを照射し、前記切断予定線を境界として前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、
前記レーザが、前記ガラス板の溶断を行う溶断用レーザと、前記ガラス板の溶断端面の徐冷を行う徐冷用レーザとを含み、
前記徐冷用レーザが、前記溶断により形成された前記溶断端面間の隙間を介して、前記徐冷対象の前記溶断端面に対して上方から斜めに照射されることを特徴とするガラス板切断方法。 - 前記徐冷用レーザの照射領域において、前記切断予定線上の溶断実行部から溶断完了部に亘って熱エネルギー強度が変化する強度分布を形成することを特徴とする請求項1に記載のガラス板切断方法。
- 前記徐冷用レーザが、前記切断予定線上の溶断未完了部側から溶断完了部側に移行するに連れて又は前記切断予定線上の溶断完了部側から溶断未完了部側に移行するに連れて、前記ガラス板に接近するように傾斜していることを特徴とする請求項1又は2に記載のガラス板切断方法。
- 前記徐冷用レーザの光軸に直交する断面におけるビーム形状が、楕円形状であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のガラス板切断方法。
- 前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断用レーザの照射領域の前後に跨るように、溶断用レーザの照射領域にオーバーラップして形成されていることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のガラス板切断方法。
- 前記溶断用レーザと前記徐冷用レーザが、同一の光源から出射されたレーザを分岐させて形成されることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のガラス板切断方法。
- 前記溶断用レーザと前記徐冷用レーザが、別々の光源から出射されて形成されることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載のガラス板切断方法。
- ガラス板の切断予定線に沿って溶断用レーザ及び徐冷用レーザを照射し、前記切断予定線を境界として、前記ガラス板を溶断分離するガラス板切断方法において、
前記切断予定線に沿う溶断進行方向で、前記徐冷用レーザの照射領域の寸法を前記溶断用レーザの照射領域の寸法よりも大きくし、且つ、
前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断用レーザの照射領域の前記溶断進行方向の前後に跨るように、前記徐冷用レーザの照射領域を前記溶断用レーザの照射領域にオーバーラップさせたことを特徴とするガラス板切断方法。 - 前記ガラス板が製品部と非製品部に溶断分離されると共に、前記徐冷用レーザの照射領域が、前記非製品部となる側よりも前記製品部となる側に偏って形成されていることを特徴とする請求項8に記載のガラス板切断方法。
- 前記溶断用レーザの照射領域が、前記溶断進行方向における前記徐冷用レーザの照射領域の中心位置よりも前記溶断進行方向の前方側で、前記徐冷用レーザの照射領域とオーバーラップすることを特徴とする請求項8又は9に記載のガラス板切断方法。
- 前記徐冷用レーザの照射領域が、前記溶断進行方向に長尺な細長形状をなすことを特徴とする請求項8~10のいずれか1項に記載のガラス板切断方法。
- 前記徐冷用レーザが、前記ガラス基板の表面に対して傾斜する方向から照射されることを特徴とする請求項11に記載のガラス板切断方法。
- 前記溶断用レーザと前記徐冷用レーザとは、互いに波長が相違することを特徴とする請求項8~12のいずれか1項に記載のガラス板切断方法。
- 前記溶断用レーザビームと前記徐冷用レーザビームとが、互いに異なる発振器によって発振されたビームであることを特徴とする請求項13に記載のガラス板切断方法。
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