JP2012193090A - ガラス板、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学強化後に切断してなるものであって、他部材への組み付け時の品質に優れたガラス板を提供すること。
【解決手段】化学強化後に切断してなり、圧縮応力が残留する表面層２１および裏面層２２と、表面層２１と裏面層２２との間に形成され、引張応力が残留する中間層２３とを有し、切断面である側端面１３に、圧縮応力が残留する領域３１、３２と、引張応力が残留する領域３３とを有するガラス板１０において、切断面である側端面１３と表面１１との境界線４０は直線状部分４１を含み、直線状部分４１は、直線状部分４１上の点と、直線状部分４１の両端を結ぶ仮想直線５１との間の最大距離をｄ（ｍｍ）とし、仮想直線５１の長さをＬ（ｍｍ）とすると、ｄ／Ｌ≦２．０×１０^−３の式を満たすことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、化学強化後に切断してなるガラス板、およびその製造方法に関する。

近年、携帯電話やＰＤＡなどの携帯機器において、ディスプレイ（タッチパネルを含む）の保護や美観などを高めるため、カバーガラス（保護ガラス）を用いることが多くなっている。また、ディスプレイの基板として、ガラス基板が広く用いられている。

一方、携帯機器の薄型化・軽量化が進行しており、携帯機器に用いられるガラス板の薄板化が進行している。ガラス板が薄くなると強度が低くなるので、ガラス板の強度不足を補うため、ガラス板を化学強化する技術が開発されている。

化学強化は、ガラスの表面および裏面などをイオン交換して、圧縮応力が残留する表面層および裏面層などを形成する方法である。その反作用として、表面層と裏面層との間には、引張応力が残留する中間層が形成される。

化学強化ガラス板を大量生産する場合、製品サイズのガラス板を１枚ずつ化学強化するよりも、製品サイズよりも大型のガラス板を化学強化した後、切断して多面取りすることが効率的である。

そこで、化学強化ガラス板を切断する方法として、化学強化ガラス板の表面上の所定領域にレーザ光を照射し、表面上の切断予定線に沿って所定領域を移動させることで、熱応力でクラックを形成して切断を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２４７７３２号公報

ところで、上記の特許文献１では、レーザ光の光源として、炭酸ガスレーザが用いられるので、レーザ光の大部分が化学強化ガラス板の表面近傍で熱として吸収され、表面上の所定領域（レーザ照射領域）の直下に、残留引張応力よりも大きい引張応力が生じる。その結果、切断時に形成されるクラックが、所定領域を越えて、意図しない方向に急激に伸展しやすい。

そのため、従来、切断面である側端面と表面との境界線が直線状部分を含む場合に、直線状部分は、直線状部分の両端を結ぶ仮想直線と完全には重ならず、直線状部分上の点と、仮想直線との間の最大距離をｄ（ｍｍ）とし、仮想直線の長さをＬ（ｍｍ）としたとき、ｄ／Ｌが２．０×１０^−３を超えていた。

ｄ／Ｌが２．０×１０^−３を超えると、直線状部分の直線性が十分でなく、他部材への組み付け時に様々な不具合が生じる。例えば、枠体（例えば、携帯機器の筐体）の開口部への嵌め込み時に、ガラス板が局所的に変形し、明瞭な透視歪みや反射歪みが生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、化学強化後に切断してなるものであって、他部材への組み付け時の品質に優れたガラス板を提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、本発明は、
化学強化後に切断してなり、圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、該表面層と該裏面層との間に形成され、引張応力が残留する中間層とを有し、切断面である側端面に、圧縮応力が残留する領域と、引張応力が残留する領域とを有するガラス板において、
前記切断面である側端面と表面との境界線は直線状部分を含み、
該直線状部分は、該直線状部分上の点と、該直線状部分の両端を結ぶ仮想直線との間の最大距離をｄ（ｍｍ）とし、前記仮想直線の長さをＬ（ｍｍ）とすると、ｄ／Ｌ≦２．０×１０^−３の式を満たすことを特徴とするガラス板を提供する。

本発明によれば、化学強化後に切断してなるものであって、他部材への組み付け時の品質に優れたガラス板を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガラス板の斜視図である。 ガラス板１０の要部の側面図である。 ガラス板１０の残留応力の厚さ方向分布を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るガラス板の製造方法の説明図（１）である。 誘電加熱前の化学強化ガラス板の断面における応力分布の説明図である。 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るガラス板の製造方法の説明図（２）である。 本発明の第３の実施形態に係るガラス板の製造方法の説明図（１）である。 レーザ加熱前の化学強化ガラス板の断面における応力分布の説明図である。 図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るガラス板の製造方法の説明図（２）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、後述の実施形態に制限されない。本発明は、本発明の範囲を逸脱することなく、後述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。

［第１の実施形態］
第１の実施形態は、化学強化後に切断してなるガラス板に関する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るガラス板の斜視図である。図２は、ガラス板１０の要部の側面図である。

ガラス板１０は、化学強化後に切断してなる。このガラス板１０は、切断後に化学強化してなるものに比べて、生産効率が高いので、製造コストが低い。なお、切断方法は、第２および第３の実施形態で説明する。

化学強化は、ガラスの表面および裏面などをイオン交換し、圧縮応力が残留する表面層および裏面層などを形成する方法である。化学強化では、ガラスに含まれる小さなイオン半径のイオン（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン）が、大きなイオン半径のイオン（例えば、Ｋイオン）に置換される。イオン交換用の処理液としては、特に限定されないが、例えばＫＮＯ_３溶融塩などが用いられる。

化学強化では、圧縮応力が残留する表面層および裏面層などを形成する反作用として、表面層と裏面層との間には、引張応力が残留する中間層が形成される。

従って、化学強化後に切断してなるガラス板１０は、圧縮応力が残留する表面層２１および裏面層２２と、該表面層２１と該裏面層２２との間に形成され、引張応力が残留する中間層２３とを有する。

図３は、ガラス板１０の残留応力の厚さ方向分布を示す模式図である。図３に示すように、表面層２１や裏面層２２に残留する圧縮応力は、表面１１および裏面１２から内部に向けて徐々に小さくなる傾向にある。また、中間層２３に残留する引張応力は、ほぼ一定である。

図３において、Ｓ１は表面層２１の最大残留圧縮応力、Ｓ２は裏面層２２の最大残留圧縮応力、Ｄ１は表面層２１の厚さ、Ｄ２は裏面層２２の厚さ、Ｄはガラス板１０の厚さ、Ｔは中間層２３の平均残留引張応力をそれぞれ示す。Ｓ１、Ｓ２（Ｓ２＝Ｓ１）、Ｄ１、Ｄ２（Ｄ２＝Ｄ１）、Ｔは、強化処理条件で調節可能であり、化学強化用の処理液の濃度や温度、化学強化用のガラスを処理液に浸漬する時間などにて調節可能である。また、Ｓ１、Ｓ２、Ｄ１、Ｄ２は市販の表面応力計などで測定可能であり、その測定結果およびＤを下記の式（１）に代入して、Ｔは算出可能である。
Ｔ＝（Ｓ１×Ｄ１／２＋Ｓ２×Ｄ２／２）／（Ｄ−Ｄ１−Ｄ２）・・・（１）
Ｄはマイクロゲージなどで測定したデータを用いる。

なお、本実施形態の表面層２１と裏面層２２は、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを有するが、異なる最大残留引張応力、異なる厚さを有しても良い。

ガラス板１０は、例えば図１に示すように、表面１１と、裏面１２と、切断面である側端面１３〜１６とを有する。

表面１１および裏面１２は、それぞれ、平坦面であって、化学強化用の処理液に浸漬された面である。表面１１および裏面１２は、それぞれ、例えば、矩形状に形成されている。ここで、「矩形状」とは、正方形状や長方形状をいい、コーナ部分が丸みを帯びた形状を含む。

なお、表面１１および裏面１２の形状に制限はなく、例えば三角形状などの多角形状であっても良い。

側端面１３〜１６は、表面１１および裏面１２に対して略垂直に形成されている。そのため、側端面１３〜１６と表面１１との境界線４０と、側端面１３〜１６と裏面１２との境界線とは、略同じ寸法形状を有する。

側端面１３〜１６は平坦面であって良い。なお、本実施形態では、側端面１３〜１６の全てが切断面であるが、側端面１３〜１６の少なくとも１つが切断面であれば良い。

次に、図１に基づいて、側端面１３の構成について説明する。残りの側端面１４〜１６の構成は、側端面１３の構成と同様であるので、説明を省略する。

側端面１３は、図１に示すように、圧縮応力が残留する領域３１、３２と、引張応力が残留する領域３３とを有する。

圧縮応力が残留する領域３１は表面層２１の側端面で構成され、圧縮応力が残留する領域３２は裏面層２２の側端面で構成され、引張応力が残留する領域３３は中間層２３の側端面で構成されている。そのため、引張応力が残留する領域３３は、圧縮応力が残留する２つの領域３１、３２の間に形成されている。

なお、側端面１３の構成は、これに限定されない。例えば、側端面１３に隣接する側端面１４、１６が切断面ではなく、化学強化用の処理液に浸漬された面である場合、側端面１３において、引張応力が残留する領域は、圧縮応力が残留する領域によって四方を囲まれる。

切断面である側端面１３〜１６と表面１１との境界線（切断線）４０は、４本の直線状部分４１〜４４を含んでいる。なお、境界線４０は、１本以上の直線状部分を含んでいれば良く、曲線状部分をさらに含んでいても良い。

次に、図１および図２に基づいて、直線状部分４１の構成について説明する。残りの直線状部分４２〜４４の構成は、直線状部分４１の構成と同様であるので、説明を省略する。

直線状部分４１は、切断面である側端面１３と表面１１との境界線部分であって、矩形状の表面１１の外周の一辺を構成している。

直線状部分４１は、直線状部分４１の両端を結ぶ仮想直線５１と完全に重なることが望ましいが、両端を除き、仮想直線５１から左側または右側に僅かにずれていても良いし、仮想直線５１を横切っていても良い。

直線状部分４１は、直線状部分４１上の点と、仮想直線５１との間の最大距離をｄ（ｍｍ）とし、仮想直線５１の長さをＬ（ｍｍ）とすると、ｄ／Ｌ≦２．０×１０^−３の式を満たす。ここで、「距離」とは、仮想直線５１と直交する方向における距離のことである。「最大距離」は、直線状部分４１上の仮想直線５１から最も遠い点と、仮想直線５１との間の距離を測定して求められる。

ｄ／Ｌの上限値を２．０×１０^−３とすることで、良好な直線性が得られ、他部材への組み付け時に、良好な品質が得られる。例えば、枠体（例えば、携帯機器の筐体）の開口部への嵌め込み時に、ガラス板１０の透視歪みや反射歪みを視認困難な程度に抑制することができる。ｄ／Ｌの上限値は、好ましくは１．５×１０^−３、より好ましくは１．０×１０^−３である。

上記の効果を十分に得るため、上記最大距離は２００μｍ以下であることが好ましい。上記最大距離は、仮想直線５１の長さなどに応じて設定され、より好ましくは１５０μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下である。

直線状部分４１上の任意の点において、切断面である側端面１３と表面１１とのなす角θは、例えば８２〜９８°、好ましくは８４〜９６°、より好ましくは８７〜９３°である。なす角θを８２〜９８°とすることで、他部材に対して精度良く組み付けることができる。

ガラス板１０の厚さは、ガラス板１０の用途などに応じて適宜設定される。例えば、ガラス板１０の厚さは、０．４〜１．８ｍｍである。ガラス板１０の厚さを０．４ｍｍ以上とすることで、ガラス板１０の剛性を十分に高めることができる。一方で、ガラス板１０の厚さを１．８ｍｍ以下とすることで、ガラス板１０を十分に薄板化・軽量化することができる。ガラス板１０の厚さは、好ましくは０．６〜１．２ｍｍ、より好ましくは０．７〜１．１ｍｍである。

ガラス板１０の組成は、ガラス板１０の用途に応じて選定される。例えば、化学強化前のガラス板１０は、酸化物基準で、以下のような各成分の含有率が例示される。
（組成１：モル百分率表示）ＳｉＯ_２を５０〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０％、Ｎａ_２Ｏを６〜１４％、Ｋ_２Ｏを３〜１５％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜１０％、ＺｒＯ_２を０〜５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏが１２〜２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計ＭｇＯ＋ＣａＯが７〜１５％。
（組成２：モル百分率表示）ＳｉＯ_２を６１〜６６％、Ａｌ_２Ｏ_３を６〜１２％、ＭｇＯを７〜１３％、Ｎａ_２Ｏを９〜１７％、Ｋ_２Ｏを０〜７％含有し、ＺｒＯ２_を含有する場合その含有量が０．８％以下。
（組成３：質量百分率表示）ＳｉＯ_２を７５．５〜８５．５％、ＭｇＯを１〜８％、ＣａＯを０〜７％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜５％、Ｎａ_２Ｏを１０〜２２．５％を含有し、ＭｇＯの含有量がＣａＯの含有量より多く、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が８％以下、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＮａ_２Ｏの含有量の合計が２４．５％以下、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量（ＭｇＯ＋ＣａＯ）をＮａ_２Ｏの含有量で除して得られた比が０．４５以下。
化学強化用のガラスは、フロート法、フュージョンダウンドロー法、スリットダウンドロー法、リドロー法などで作製される。

ガラス板１０の用途は、特に限定されないが、例えば、携帯機器に組み込まれるディスプレイ用のカバーガラス、基板などであって良い。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、上記のガラス板１０を製造する方法に関し、特に、化学強化されたガラス板（以下、「化学強化ガラス板」という）を切断する方法に関する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るガラス板の製造方法の説明図である。

ガラス板の製造方法は、化学強化ガラス板１１０の所定領域１３０に交番電界を印加することによって、所定領域１３０を徐冷点以下の温度で誘電加熱する工程を有する。加熱温度を徐冷点以下の温度としたのは、ガラスは徐冷点を超える温度に加熱されると、熱応力を緩和するように、粘性流動するからである。

該工程において、化学強化ガラス板１１０の表面１１１上の切断予定線１１３に沿って所定領域１３０を移動させることで、化学強化ガラス板１１０を切断する。

切断予定線１１３は、切断箇所となる予定の仮想線である。切断予定線１１３は、目的に応じた形状を有し、１つ以上の直線状部分を含んでおり、曲線状部分をさらに含んでいても良い。例えば、切断予定線１１３は、図４に示すように、１つの直線状部分を有する。

切断予定線１１３の全体には、スクライブ線（溝線）が予め形成されていない。スクライブ線を予め形成しても良いが、この場合、工程数が増えるので、作業が繁雑である。また、スクライブ線を予め形成すると、ガラスが欠けることがある。

切断予定線１１３の始端は、化学強化ガラス板１１０の表面１１１の外周と交わっている。切断予定線１１３の始端およびその近傍には、切断の起点となる初期クラックが予め形成されている。初期クラックの形成方法は、一般的な方法であって良く、例えばカッタやヤスリ、レーザで形成される。工程数を削減するため、初期クラックは無くても良い。

切断予定線１１３の終端は、化学強化ガラス板１１０の表面１１１の外周と交わっている。なお、切断予定線の終端は、切断予定線の途中と交わっていても良く、この場合、切断予定線は例えばＰ字状に設定される。

化学強化ガラス板１１０の所定領域１３０に交番電界を印加するため、化学強化ガラス板１１０を介して、第１および第２の電極１３１、１３２が対向配置されている。

第１および第２の電極１３１、１３２は、それぞれ、針状に形成されて良く、化学強化ガラス板１１０に向けて先細りの先端部を有して良い。これによって、交番電界を印加する所定領域１３０が狭窄され、切断精度が高くなる。

第１および第２の電極１３１、１３２は、短くなるほど、リーク電流を低減でき、電力損失を低減できるが、一方で、ハンドリング性を悪化させる。第１および第２の電極１３１、１３２の長さは、電力損失とハンドリング性を考慮して決定され、例えば１〜３００ｍｍであり、好ましくは２〜１００ｍｍ、より好ましくは３〜５０ｍｍである。

第１および第２の電極１３１、１３２は、長さや電力に応じた平均直径を有する。平均直径は、例えば０．１〜２０ｍｍであり、好ましくは０．２〜１０ｍｍ、より好ましくは０．４〜４ｍｍである。

第１および第２の電極１３１、１３２は、化学強化ガラス板１１０から離間して配置されて良い。これによって、接触による損傷を防止することができる。また、これによって、第１および第２の電極１３１、１３２と、化学強化ガラス板１１０との間に放電が生じるので、加熱効率が向上する。

放電の安定化のため、第１および第２の電極１３１、１３２の周辺雰囲気は、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などの不活性雰囲気であることが好ましく、減圧雰囲気であることがより好ましい。

第１および第２の電極１３１、１３２は、回路１３３を介して、電気的に接続されている。第２の電極１３２は、アースされていることが望ましい。

回路１３３は、第１の電極１３１に交流電流を印加する高周波電源１３４、第１の電極１３１に印加される交流電流の周波数やデューティ比、電圧を変調する変調器１３５などで構成される。

高周波電源１３４は、第１の電極１３１に交流電流を印加することによって、第１の電極１３１と、第２の電極１３２との間に交番電界を形成し、ひいては、所定領域１３０に交番電界を形成する。所定領域１３０は、交番電界によって誘電加熱される。

所定領域１３０の単位体積当たりの誘電加熱量Ｐは、Ｐ＝ε_０×ε_ｒ×ｔａｎδ×２π×ｆ×（Ｖ／ｔ）^２の式で表される。式中、ε_０は真空の誘電率、ε_ｒは化学強化ガラス板１１０の比誘電率、δは誘電損失角、ｆは第１の電極１３１に印加される交流電流の周波数、Ｖは第１の電極１３１に印加される交流電圧、ｔは化学強化ガラス板１１０の厚さを示す。上記の式から明らかなように、誘電加熱量Ｐは、周波数ｆや交流電圧Ｖなどにて調節可能である。

周波数ｆや交流電圧Ｖは、化学強化ガラス板１１０の切断速度などに応じて適宜設定される。周波数ｆは、例えば１０^３〜１０^１０Ｈｚであって、好ましくは１０^４〜１０^９Ｈｚ、より好ましくは１０^５〜１０^８Ｈｚである。交流電圧Ｖは、例えば１０〜１０^７Ｖであって、好ましくは１０^２〜１０^６Ｖ、より好ましくは１０^２〜１０^５Ｖである。

本実施形態では、化学強化ガラス板１１０を誘電加熱するので、化学強化ガラス板１１０の表面層や裏面層だけでなく中間層を加熱することができる。そのため、化学強化ガラス板１１０の応力は、後述の図５に示す状態から、後述の図６や図７に示す状態に変化する。

図５は、誘電加熱前の化学強化ガラス板１１０の断面における応力分布の説明図である。図５において、矢印の方向は、応力の作用方向を示し、矢印の長さは、応力の大きさを示す。

化学強化ガラス板１１０は、上記のガラス板１０と同様に、圧縮応力が残留する表面層１２１および裏面層１２２を有し、表面層１２１と裏面層１２２との間には、引張応力が残留する中間層１２３が形成されている。表面層１２１や裏面層１２２の最大残留圧縮応力、厚さ、中間層１２３の平均残留引張応力、化学強化ガラス板１１０の厚さは、上記のガラス板１０と略同じである。

図６は、図４のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、所定領域１３０を含む断面図である。図７は、図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、図６に示す断面よりも後方の断面である。ここで、「後方」とは、所定領域１３０の移動方向後方を意味する。図６および図７において、矢印の方向は、応力の作用方向を示し、矢印の長さは、応力の大きさを示す。

図６に示すように、所定領域１３０における中間層１２３では、誘電加熱によって温度が周辺に比べて高くなるので、図５に示す残留引張応力よりも小さい引張応力、または、圧縮応力が生じる。そのため、クラック１４０の伸展が阻害されている。クラック１４０の伸展を確実に防止するため、図６に示すように、圧縮応力が生じていることが好ましい。

また、図６に示すように、所定領域１３０における表面層１２１や裏面層１２２では、誘電加熱によって温度が周辺に比べて高くなるので、図５に示す残留圧縮応力よりも大きい圧縮応力が生じている。そのため、クラック１４０の伸展が阻害されている。

図６に示す応力との釣り合いのため、図６に示す断面よりも後方の断面では、図７に示すように、中間層１２３に引張応力が生じる。この引張応力は、図５に示す残留引張応力よりも大きく、引張応力が所定値に達している部分に、クラック１４０が形成される。このクラック１４０は、化学強化ガラス板１１０を表面１１１から裏面１１２まで貫通しており、本実施形態の切断は所謂フルカット切断である。

図６および図７に示す状態で、化学強化ガラス板１１０の表面１１１上の切断予定線１１３に沿って、所定領域１３０を移動させると、所定領域１３０に追従するようにクラック１４０が伸展する。クラック１４０の先端は、所定領域１３０を追い越さない。

なお、クラック１４０の先端は、所定領域１３０を追従するのでなく、所定領域１３０と重なるように移動してもよい。クラック１４０の先端が所定領域１３０に近いほど、切断精度が向上する。

このように、本実施形態では、所定領域１３０における中間層１２３の残留引張応力が熱応力によって緩和されるので、クラック１４０が所定領域１３０を越えて伸展するのを防止できる。また、本実施形態では、所定領域１３０の後方近傍に残留引張応力よりも大きい引張応力が生じるので、クラック１４０が所定領域１３０の軌跡から外れるのを防止できる。従って、切断精度を向上することができ、所望の寸法形状のガラス板１０（図１参照）を得ることができる。

所定領域１３０の移動は、化学強化ガラス板１１０に対する、第１および第２の電極１３１、１３２の相対的な移動によって行われる。所定領域１３０の移動は、化学強化ガラス板１１０の移動、または、第１および第２の電極１３１、１３２の移動によって実現され、これらの組合せで実現されても良い。

ところで、本発明者の知見によると、中間層１２３の平均残留引張応力が３０ＭＰａ以上であると、中間層１２３の残留引張応力のみで、中間層１２３に形成されたクラックが自然に伸展する（自走する）。

切断に使用される引張応力が、誘電加熱により生じる引張応力よりも、中間層１２３の残留引張応力に支配されるように、中間層１２３の平均残留引張応力が１５ＭＰａ以上であることが好ましい。これによって、引張応力が所定値に達する位置、即ち、クラック１４０の先端位置と、所定領域１３０との間の距離が十分に短くなるので、良好な切断精度が得られる。

中間層１２３の平均残留引張応力は、より好ましくは３０ＭＰａ以上、さらに好ましくは４０ＭＰａ以上である。平均残留引張応力が３０ＭＰａ以上であると、切断に使用される引張応力は中間層１２３の残留引張応力のみとなり、より良好な切断精度が得られる。

ガラス板の製造方法は、図８に示すように、化学強化ガラス板１１０の表面１１１に、ノズル１５０から冷媒を吹き付ける工程を有しても良い。冷媒としては、冷却空気などのガス、冷水などの液体が用いられる。ガスと液体を組み合わせて用いても良い。

冷媒を吹き付ける領域１６０は、表面１１１において、上記の所定領域１３０の後方近傍に配され、上記の所定領域１３０に追従させる。これによって、所定領域１３０の後方近傍において、高い温度勾配が生じ、高い圧力勾配が生じるので、引張応力が所定値に達する位置、即ち、クラック１４０の先端位置と、所定領域１３０との間の距離が短くなる。よって、クラック１４０の位置制御性が高くなる。

なお、本実施形態では、交番電界の形成のため、第１および第２の電極１３１、１３２が用いられるとしたが、第２の電極１３２の代わりに、化学強化ガラス板１１０自身を用いても良い。この場合、化学強化ガラス板１１０と、第１の電極１３１とが回路１３３を介して電気的に接続される。この場合、化学強化ガラス板１１０はアースされていることが望ましい。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、上記のガラス板１０を製造する方法に関し、特に、化学強化ガラス板を切断する方法に関する。

図９は、本発明の第３の実施形態に係るガラス板の製造方法の説明図である。

ガラス板の製造方法は、化学強化ガラス板２１０の所定領域２３０にレーザ光２３２を照射することによって、所定領域２３０を徐冷点以下の温度で加熱する工程を有する。加熱温度を徐冷点以下の温度としたのは、ガラスは徐冷点を超える温度に加熱されると、熱応力を緩和するように、粘性流動するからである。

該工程において、化学強化ガラス板２１０の表面２１１上の切断予定線２１３に沿って所定領域２３０を移動させることで、化学強化ガラス板２１０を切断する。

切断予定線２１３は、切断箇所となる予定の仮想線であって、上記の第３の実施形態と同様に構成される。切断予定線２１３の全体には、スクライブ線（溝線）が予め形成されていなくて良い。切断予定線２１３の始端およびその近傍には、切断の起点となる初期クラックが予め形成されていて良い。

レーザ光２３２の光源としては、特に限定されないが、例えば、ＵＶレーザ（波長：３５５ｎｍ）、グレーンレーザ（波長：５３２ｎｍ）、半導体レーザ（波長：８０８ｎｍ、９４０ｎｍ、９７５ｎｍ）、ファイバーレーザ（波長：１０６０〜１１００ｎｍ）、ＹＡＧレーザ（波長：１０６４ｎｍ、２０８０ｎｍ、２９４０ｎｍ）などが挙げられる。光源の発振方式に制限はなく、レーザ光を連続発振するＣＷレーザ、レーザ光を断続発振するパルスレーザのいずれも使用可能である。また、レーザ光２３２の強度分布に制限はなく、ガウシアン型であっても、トップハット型であっても良い。

光源から出射されたレーザ光２３２は、集光レンズなどで集光され、化学強化ガラス板２１０の表面２１１に照射される。

レーザ光２３２の集光位置は、表面２１１を基準として、レーザ光２３２の光源側であっても良いし、裏面２１２側であっても良い。また、レーザ光２３２の集光位置は、化学強化ガラス板２１０の外部であっても良いし、内部であっても良い。

レーザ光２３２の光軸は、表面２１１において、例えば図９に示すように表面２１１と直交していても良いし、表面２１１と斜めに交わっていても良い。

本実施形態では、化学強化ガラス板２１０とレーザ光２３２とが、レーザ光２３２に対する化学強化ガラス板２１０の吸収係数をα（ｃｍ^−１）とし、化学強化ガラス板２１０の厚さをｔ（ｃｍ）として、０＜α×ｔ≦３．０の式を満たす。

化学強化ガラス板２１０に入射する前のレーザ光２３２の強度をＩ_０とし、化学強化ガラス板２１０中を距離ｗ（ｃｍ）だけ移動したときのレーザ光２３２の強度をＩとすると、Ｉ＝Ｉ_０×ｅｘｐ（−α×ｗ）の式が成立する。

α×ｔを０より大きく３．０以下とすることで、化学強化ガラス板２１０内でのレーザ光２３２の強度が十分に高くなり、レーザ光２３２が化学強化ガラス板２１０の表面層だけでなく、中間層や裏面層を十分に加熱できる。その結果、化学強化ガラス板２１０に生じる応力は、後述の図１０に示す状態から、後述の図１１や図１２に示す状態に変化する。

図１０は、レーザ加熱前の化学強化ガラス板２１０の断面における応力分布の説明図である。図１０において、矢印の方向は、応力の作用方向を示し、矢印の長さは、応力の大きさを示す。

図１０に示すように、レーザ加熱前の化学強化ガラス板２１０は、上記のガラス板１０と同様に、圧縮応力が残留する表面層２２１および裏面層２２２を有し、表面層２２１と裏面層２２２との間には、引張応力が残留する中間層２２３が形成されている。表面層２２１や裏面層２２２の最大残留圧縮応力、厚さ、中間層２２３の平均残留引張応力、化学強化ガラス板２１０の厚さは、上記のガラス板１０と略同じである。

図１１は、図９のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、所定領域２３０を含む断面図である。図１２は、図９のＢ−Ｂ線に沿った断面図であって、図１０に示す断面よりも後方の断面である。ここで、「後方」とは、所定領域２３０の移動方向後方を意味する。図１１および図１２において、矢印の方向は、応力の作用方向を示し、矢印の長さは、応力の大きさを示す。

図１１に示すように、所定領域２３０における中間層２２３では、レーザ光２３２によって温度が周辺に比べて高くなるので、図１０に示す残留引張応力よりも小さい引張応力、または、圧縮応力が生じる。そのため、クラック２４０の伸展が阻害されている。クラック２４０の伸展を確実に防止するため、図１１に示すように、圧縮応力が生じていることが好ましい。

また、図１１に示すように、所定領域２３０における表面層２２１や裏面層２２２では、レーザ加熱によって温度が周辺に比べて高くなるので、図１０に示す残留圧縮応力よりも大きい圧縮応力が生じている。そのため、クラック２４０の伸展が阻害されている。

図１１に示す応力との釣り合いのため、図１１に示す断面よりも後方の断面では、図１２に示すように、中間層２２３に引張応力が生じる。この引張応力は、図１０に示す残留引張応力よりも大きく、引張応力が所定値に達している部分に、クラック２４０が形成される。このクラック２４０は、化学強化ガラス板２１０を表面２１１から裏面２１２まで貫通しており、本実施形態の切断は所謂フルカット切断である。

図１１および図１２に示す状態で、化学強化ガラス板２１０の表面２１１上の切断予定線２１３に沿って、所定領域２３０を移動させると、所定領域２３０に追従するようにクラック２４０が伸展する。クラック２４０の先端は、所定領域２３０を追い越さない。

なお、クラック２４０の先端は、所定領域２３０を追従するのでなく、所定領域２３０と重なるように移動してもよい。クラック２４０の先端が所定領域２３０に近いほど、切断精度が向上する。

このように、本実施形態では、所定領域２３０における中間層２２３の残留引張応力が熱応力によって緩和されるので、クラック２４０が所定領域２３０を越えて伸展するのを防止できる。また、本実施形態では、所定領域２３０の後方近傍に残留引張応力よりも大きい引張応力が生じるので、クラック２４０が所定領域２３０の軌跡から外れるのを防止できる。従って、切断精度を向上することができ、所望の寸法形状のガラス板１０（図１参照）を得ることができる。

所定領域２３０の移動は、化学強化ガラス板２１０に対する、レーザ光２３２の相対的な移動によって行われる。所定領域２３０の移動は、化学強化ガラス板２１０の移動、レーザ光２３２の光源の移動、またはレーザ光２３２の光路の途中に設けられるミラーの回転によって実現され、これらの組合せで実現されても良い。

ところで、本発明者の知見によると、中間層２２３の平均残留引張応力が３０ＭＰａ以上であると、中間層２２３の残留引張応力のみで、中間層２２３に形成されたクラックが自然に伸展する（自走する）。

切断に使用される引張応力が、誘電加熱により生じる引張応力よりも、中間層２２３の残留引張応力に支配されるように、中間層２２３の平均残留引張応力が１５ＭＰａ以上であることが好ましい。これによって、引張応力が所定値に達する位置、即ち、クラック２４０の先端位置と、所定領域２３０との間の距離が十分に短くなるので、良好な切断精度が得られる。

中間層２２３の平均残留引張応力は、より好ましくは３０ＭＰａ以上、さらに好ましくは４０ＭＰａ以上である。平均残留引張応力が３０ＭＰａ以上であると、切断に使用される引張応力は中間層２２３の残留引張応力のみとなり、より良好な切断精度が得られる。

ガラスは、用途によっては、高い透明度が要求されるので、使用レーザ波長が可視光の波長領域に近い場合はα×ｔは０に近いほど良い。しかし、α×ｔは、小さすぎると吸収効率が悪くなるので、好ましくは０．０００５以上（レーザ光吸収率０．０５％以上）、より好ましくは０．００２以上（レーザ光吸収率０．２％以上）、さらに好ましくは０．００４以上（レーザ光吸収率０．４％以上）である。

ガラスは、用途によっては、逆に低い透明度が要求されるので、使用レーザ波長が可視光の波長領域に近い場合はα×ｔは大きいほど良い。しかし、α×ｔが大きすぎると表面吸収が大きくなるのでクラック伸展を制御できなくなる。このため、α×ｔは、好ましくは３．０以下（レーザ光吸収率９５％以下）、より好ましくは０．１以下（レーザ光吸収率１０％以下）、さらに好ましくは０．０２以下（レーザ光吸収率２％以下）である。

吸収係数αは、レーザ光２３２の波長、化学強化ガラス板２１０のガラス組成などで定まる。例えば、化学強化ガラス板２１０中の酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４を含む）の含有量、酸化コバルト（ＣｏＯ、Ｃｏ_２Ｏ_３、Ｃｏ_３Ｏ_４を含む）の含有量、酸化銅（ＣｕＯ、Ｃｕ_２Ｏを含む）の含有量が多くなるほど、１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域での吸収係数αが大きくなる。さらに、化学強化ガラス板２１０中の希土類元素（例えばＹｂ）の酸化物の含有量が多くなるほど、希土類原子の吸収波長付近で吸収係数αが大きくなる。

化学強化ガラス板２１０中の酸化鉄の含有量は、化学強化ガラス板２１０を構成するガラスの種類によるが、ソーダライムガラスの場合、例えば０．０２〜１．０質量％である。この範囲で、酸化鉄の含有量を調節することで、１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域でのα×ｔを所望の範囲に調節可能である。酸化鉄の含有量を調節する代わりに、酸化コバルトや酸化銅、希土類元素の酸化物の含有量を調節しても良い。

１０００ｎｍ付近の近赤外線波長領域での吸収係数αは、用途に応じて設定され、例えば自動車用窓ガラスの場合、３ｃｍ^−１以下、建築用窓ガラスの場合、０．６ｃｍ^−１以下、ディスプレイ用ガラスの場合、０．２ｃｍ^−１以下であることが好ましい。

レーザ光２３２の波長は、２５０〜３０００ｎｍであることが好ましい。レーザ光２３２の波長を２５０〜３０００ｎｍとすることで、レーザ光２３２の透過率と、レーザ光２３２による加熱効率とを両立できる。レーザ光２３２の波長は、より好ましくは３００〜２０００ｎｍ、さらに好ましくは８００〜１５００ｎｍである。

所定領域２３０は、表面（レーザ光入射面）２１１において、直径Φの円形状に形成されて良く、この場合、直径Φは、切断精度やレーザパワーを考慮して決定される。直径Φが小さくなるほど、切断予定線２１３の始端や終端付近での切断精度が高くなるが、一方で、レーザ光のパワー密度が高くなり、切断面が荒れて微細な亀裂が形成されることがある。直径Φは、例えば、０．１８ｍｍよりも大きく、１．０３ｍｍよりも小さく設定される。切断予定線２１３の全体に亘る切断精度を高めるため、直径Φは、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、所定領域２３０は、表面２１１上において、矩形状、楕円状などに形成されても良く、その形状に制限はない。

ガラス板の製造方法は、図１３に示すように、化学強化ガラス板２１０の表面２１１に、ノズル２５０から冷媒を吹き付ける工程を有しても良い。冷媒としては、冷却空気などのガス、冷水などの液体が用いられる。ガスと液体を組み合わせて用いても良い。

冷媒を吹き付ける領域２６０は、表面２１１において、所定領域２３０の後方近傍に配され、所定領域２３０に追従させる。これによって、所定領域２３０の後方近傍において、高い温度勾配が生じ、高い圧力勾配が生じるので、引張応力が所定値に達する位置、即ち、クラック２４０の先端位置と、所定領域２３０との間の距離が短くなる。よって、クラック２４０の位置制御性が高くなる。

以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。

［例１］
（化学強化ガラス板の作製）
化学強化用のガラスとしては、縦１００ｍｍ×横１２０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍの平板ガラスを用意した。平板ガラスは、質量％表示で、ＳｉＯ_２：６４．５％、Ａｌ_２Ｏ_３：６．０％、ＭｇＯ：１１．０％、Ｎａ_２Ｏ：１２．０％、Ｋ_２Ｏ：４％、ＺｒＯ_２：２．５％を含有していた。

化学強化ガラス板は、用意した平板ガラスを、ＫＮＯ_３溶融塩に浸漬し、イオン交換処理した後、室温付近まで冷却することにより作製した。ＫＮＯ_３溶融塩の温度は４００℃とし、浸漬時間は２．５時間とした。

化学強化された表面層の最大残留圧縮応力および厚さ、ならびに化学強化された裏面層の最大残留圧縮応力および厚さは、表面応力計（折原製作所製、ＦＳＭ−６０００ＬＥ）によって測定した。また、中間層の平均残留引張応力は、表面応力計の測定結果などを上記の式（１）に代入して算出した。

測定の結果、化学強化された表面層と裏面層とは、同じ最大残留圧縮応力（７８８ＭＰａ）、同じ厚さ（２５μｍ）を有していた。また、中間層の平均残留引張応力は、３０ＭＰａであった。

（化学強化ガラス板の切断）
化学強化ガラス板の切断は、図４に示す切断方法で行った。

化学強化ガラス板の表面上の切断予定線は、１つの直線状部分で構成した。直線状部分は、表面の外周の一辺と平行であって、該一辺との間の距離は１０ｍｍとした。

切断前に、切断予定線の全体に亘るスクライブ線は形成されず、切断予定線の始端およびその近傍には、切断の基点となる初期クラックがヤスリで形成された。

化学強化ガラス板の所定領域に交番電界を印加するため、第１の電極に印加する電力は２０Ｗ、周波数は１５ＭＨｚとした。上記所定領域は、切断予定線の始端から終端まで４０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させた。

（切断後のガラス板の評価）
切断の結果、所望の寸法形状（縦１００ｍｍ×横６０ｍｍ×厚さ０．７ｍｍ）のガラス板を得ることができた。切断面である側端面と表面との境界線は、切断予定線と同一寸法形状であって、直線状部分のみを有していた。得られたガラス板について下記の評価を行った。

切断後の表面層の最大残留圧縮応力および厚さ、ならびに切断後の裏面層の最大残留圧縮応力および厚さは、上記の方法で測定した。また、中間層の平均残留引張応力は、上記の式（１）に基づいて算出した。

切断面である側端面と表面との境界線の直線性は、（１）境界線上の点と、境界線の両端を結ぶ仮想直線との間の最大距離（μｍ）、（２）最大距離ｄ（ｍｍ）と、仮想直線の長さＬ（ｍｍ）との比（ｄ／Ｌ）で評価した。

切断面である側端面と、表面とのなす角θは、顕微鏡写真を拡大して実測した。測定は、境界線の一端から所定間隔（１０ｍｍ）毎に行って、最小値および最大値をそれぞれ求めた。

他部材への組み付け時の品質は、枠体の開口部に嵌め込んだときのガラス板の透視歪みおよび反射歪みの発生状態で評価した。目視検査で、透視歪みおよび反射歪みが全くないものを「Ａ」とし、透視歪み、または反射歪みがある（視認困難である）ものを「Ｂ」とした。枠体はＡＢＳ樹脂製であって、枠体の開口部は略矩形状（縦１００ｍｍ、横６０ｍｍ）とした。

評価結果を表１に示す。なお、表面層と裏面層とは、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを示したので、表１には、表面層のデータのみ示す。

［例２］
化学強化ガラス板の作製は、例１と同様にして行った。

化学強化ガラス板の切断は、図４に示す切断方法の代わりに、図９に示す切断方法を用いた他は、例１と同様にして行った。

化学強化ガラス板の所定領域に照射されるレーザ光の光源としては、ファイバーレーザ（波長帯：１０７５〜１０９５ｎｍ）を用いた。レーザ光に対する化学強化ガラス板の吸収係数αは、紫外可視近赤外分光光度計Ｌａｍｂｄａ９５０によって測定したところ、０．４８ｃｍ^−１であり、化学強化ガラス板の厚さｔ（ｃｍ）との積α×ｔが０．０６７２であった。

所定領域は、化学強化ガラス板の表面上において、直径０．３ｍｍの円形状に形成され、切断予定線の始端（初期クラック）から終端まで１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させた。

切断の結果、所望の寸法形状のガラス板を得ることができた。切断面である側端面と表面との境界線は、切断予定線と同一寸法形状であって、直線状部分のみを有していた。

得られたガラス板の評価結果を表１に示す。なお、表面層と裏面層とは、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを示したので、表１には、表面層のデータのみ示す。

［例３］
化学強化ガラス板の作製は、例１と同様にして行った。

化学強化ガラス板の切断は、レーザ光の光源として、ファイバーレーザ（波長帯：１０７５〜１０９５ｎｍ）の代わりに、炭酸ガスレーザ（波長：１０６００ｎｍ）を用いた他は、例２と同様にして行った。

レーザ光に対する化学強化ガラス板の吸収係数αは、紫外可視近赤外分光光度計Ｌａｍｂｄａ９５０によって予め測定したところ、１０００ｃｍ^−１を超えており、化学強化ガラス板の厚さｔ（ｃｍ）との積α×ｔが５０を超えていた。

所定領域は、化学強化ガラス板の表面上において、移動方向に長い楕円状（長さ１２ｍｍ、幅３ｍｍ）に形成され、切断予定線の始端（初期クラック）から終端まで１０ｍｍ／ｓｅｃの速度で移動させた。移動方向に長い楕円状としたのは、同じ場所を長時間加熱することで、表面が瞬間的に過熱されるのを抑制すると共に、表面から内部への熱伝達を促し、内部を加熱するためである。

切断の結果、所望の寸法形状のガラス板を得ることができた。切断面である側端面と表面との境界線は、切断予定線と同一寸法形状であって、直線状部分のみを有していた。

得られたガラス板の評価結果を表１に示す。なお、表面層と裏面層とは、同じ最大残留圧縮応力、同じ厚さを示したので、表１には、表面層のデータのみ示す。

表１に示すように、例１、例２のガラス板は、ｄ／Ｌが２．０×１０^−３以下であるので、枠体の開口部への嵌め込み時に、他部材に対して精度良く組み付けることができた。例１〜例２のガラス板は、最大距離が２００μｍ以下であるので、枠体の開口部への嵌め込み時に、他部材に対して精度良く組み付けることができた。例１〜例２のガラス板は、なす角θが８２〜９８の範囲内であるので、他部材に対して精度良く組み付けることができた。

１０ ガラス板
１１ 表面
１２ 裏面
１３ 側端面
２１ 表面層
２２ 裏面層
２３ 中間層
３１ 圧縮応力が残留する領域
３２ 圧縮応力が残留する領域
３３ 引張応力が残留する領域
４０ 境界線
４１ 直線状部分
５１ 仮想直線
１１０ 化学強化ガラス板
１１１ 表面
１１３ 切断予定線
１３０ 所定領域
２１０ 化学強化ガラス板
２１１ 表面
２１３ 切断予定線
２３０ 所定領域
２３２ レーザ光

Claims (6)

1. 化学強化後に切断してなり、圧縮応力が残留する表面層および裏面層と、該表面層と該裏面層との間に形成され、引張応力が残留する中間層とを有し、切断面である側端面に、圧縮応力が残留する領域と、引張応力が残留する領域とを有するガラス板において、
   前記切断面である側端面と表面との境界線は直線状部分を含み、
   該直線状部分は、該直線状部分上の点と、該直線状部分の両端を結ぶ仮想直線との間の最大距離をｄ（ｍｍ）とし、前記仮想直線の長さをＬ（ｍｍ）とすると、ｄ／Ｌ≦２．０×１０^−３の式を満たすことを特徴とするガラス板。
2. 前記最大距離が２００μｍ以下である請求項１に記載のガラス板。
3. 前記直線状部分上の任意の点において、前記切断面である側端面と前記表面とのなす角が８２〜９８°である請求項１または２に記載のガラス板。
4. 前記表面は、矩形状に形成され、
   前記直線状部分は、前記表面の外周の一辺を構成する請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス板を製造する方法であって、
   化学強化ガラス板の所定領域に交番電界を印加することによって、前記所定領域を徐冷点以下の温度で誘電加熱する工程を有し、
   該工程において、前記化学強化ガラス板の表面上の切断予定線に沿って前記所定領域を移動させることで、前記化学強化ガラス板を切断するガラス板の製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス板を製造する方法であって、
   前記化学強化ガラス板の所定領域にレーザ光を照射することによって、前記所定領域を徐冷点以下の温度で加熱する工程を有し、
   該工程において、前記化学強化ガラス板の表面上の切断予定線に沿って前記所定領域を移動させることで、前記化学強化ガラス板を切断し、
   前記化学強化ガラス板と前記レーザ光は、前記レーザ光に対する前記化学強化ガラス板の吸収係数をα（ｃｍ^−１）とし、前記化学強化ガラス板の厚さをｔ（ｃｍ）とすると、０＜α×ｔ≦３の式を満たすガラス板の製造方法。

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