JP2019089672A - ガラス板の製造方法及びガラス板 - Google Patents

Abstract

【課題】切断面にラテラルクラックが発生しないようにマザーガラスを切断する。【解決手段】ガラス板の製造方法は、スクライブチップ１によりマザーガラスＧの表面Ｇａに塑性変形による凹状線ＲＬを形成する工程Ｓ１と、凹状線ＲＬに対応する位置に内部初期クラックＦＣを形成する工程Ｓ２と、内部初期クラックＦＣを凹状線ＲＬに沿ってマザーガラスＧの内部に進展させる工程Ｓ３と、を備える。凹状線ＲＬは、この凹状線ＲＬの幅方向端部に形成される突起部７と、塑性変形による圧縮応力層５とを備える。【選択図】図３

Description

本発明は、マザーガラスを折割ることにより所定形状のガラス板を製造する方法及びガラス板に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス板を製造する場合、例えばダウンドロー法等の成形法により成形された大型のマザーガラスを切断することで、所定の大きさのガラス板を形成する。具体的には、例えばスクライブホイールを使用してマザーガラスにスクライブ線を形成した後、このスクライブ線に沿ってマザーガラスを折割ることにより、ガラス板が形成される。

スクライブホイールを使用してマザーガラスにスクライブ線を形成すると、スクライブ線の形成時にガラス板の表面に平行な方向に延びる微小なクラック（ラテラルクラック）が形成されると共に、ラテラルクラックの形成に伴い、ガラス粉が発生する。その後、マザーガラスを折割ることでガラス板を形成すると、その切断面（端面）には、ラテラルクラックが残存する。このラテラルクラックは、ガラス板の機械的強度の低下を招くことから、ガラス板の端面を面取り加工（研削）することによって除去される。すなわち、ガラス板の機械的強度を高め、ガラス板の割れや欠けを防止し、後工程でのハンドリングを行い易くするために、ガラス板の端面には、研削（面取り）加工及び研磨加工が施される（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−１３６４８８号公報

従来のガラス板の製造方法では、マザーガラスを切断した際に、端面に形成されるラテラルクラックを除去するための面取り加工を必要とすることから、加工に係る工数及び時間が増大していた。また、スクライブ線形成時に発生したガラス粉や、面取り加工及び研磨加工により発生した加工粉（パーティクル）がマザーガラスに付着することから、当該ガラス粉や加工粉を除去する洗浄工程も必要となる。

したがって、ガラス板を一層効率良く製造するには、ガラス板の切断面にラテラルクラックが発生しないようにマザーガラスを切断し、研削加工等を省略又は簡略化することが望ましい。

そこで本発明は、切断面にラテラルクラックが発生しないようにマザーガラスを切断することを技術的課題とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、スクライブチップによりマザーガラスの表面に塑性変形による凹状線を形成する工程と、前記凹状線に対応する位置に内部初期クラックを形成する工程と、前記内部初期クラックを前記凹状線に沿って前記マザーガラスの内部で進展させる工程と、を備え、前記凹状線は、前記凹状線の幅方向端部に形成される突起部と、前記塑性変形による圧縮応力層と、を備えることを特徴とする。

これによれば、マザーガラスの表面を塑性変形させることで、ラテラルクラックが存在しない凹状線を形成できる。凹状線に対応する位置に内部初期クラックを形成し、マザーガラスの内部において、当該クラックを凹状線に沿って進展させることで、製造されるガラス板の端面にラテラルクラックが発生しないように、マザーガラスを切断できる。また、クラックを進展させる工程において、凹状線の圧縮応力層により、内部のクラックが凹状線の表面（底面）に到達することが防止される。これにより、ガラス粉の発生を防止すると共に、マザーガラスを好適に切断できる。

上記の方法において、前記内部初期クラックは、前記凹状線の底部から０．１μｍ〜１０μｍの深さ位置に形成されることが望ましい。これにより、内部初期クラックをマザーガラスの内部で確実に進展させることができる。

また、前記内部初期クラックを進展させる工程は、前記凹状線が形成された部位に応力を発生させる外力を前記マザーガラスに付与する工程を含むことが望ましい。また、前記内部初期クラックを進展させる工程は、前記内部初期クラックに液体を供給する工程を含むことが望ましい。これにより、クラックの進展速度を向上させることができ、マザーガラスを効率良く切断できる。

本発明に係るガラス板は、第１主面と、第２主面と、前記第１主面と第２主面とを繋ぐ端面とを備え、前記第１主面と前記端面との境界部分に、前記第１主面から突出する突起部と、塑性変形による圧縮応力層と、を備えることを特徴とする。

上記のガラス板において、前記圧縮応力層は、前記第２主面に形成されないことが望ましい。

本発明によれば、切断面にラテラルクラックが発生しないようにマザーガラスを切断することができる。

スクライブチップの斜視図である。 スクライブチップの平面図である。 スクライブチップの側面図である。 ガラス板の製造方法を示すフローチャートである。 ガラス板の製造方法における凹状線形成工程を示す平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 ガラス板の製造方法における初期クラック形成工程を示す平面図である。 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。 マザーガラスの一部を示す斜視図である。 ガラス板の製造方法における折割工程を示す断面図である。 製造されたガラス板の斜視図である。 スクライブチップの他の例を示す斜視図である。 図１２に示すスクライブチップの平面図である。 スクライブチップの他の例を示す斜視図である。 他の実施形態に係るガラス板の製造方法の凹状線形成工程を示す側面図である。 スクライブチップの平面図である。

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ながら説明する。図１乃至図１４は、本発明に係るガラス板Ｇ１の製造方法の一実施形態を示す。

図１乃至図３は、本方法に使用されるスクライブチップを示す。本実施形態では、ペンシル型のスクライブチップ１を例示する。スクライブチップ１は、シャンク２と、このシャンク２の端部に固定されるチップ３とを有する。

シャンク２は、金属製であり、円柱状又は多角柱状に構成される。シャンク２においてチップ３が取り付けられる端部は、尖端状に構成される。シャンク２は、ホルダＨに装着される。ホルダＨは、シャンク２を保持するとともに、スクライブチップ１を上下方向及び水平方向に移動させる。また、ホルダＨは、マザーガラスＧに対するシャンク２の傾斜角度を自在に変更できる。

チップ３は、例えば単結晶又は多結晶のダイヤモンドチップからなるが、これに限定されず、ＰＣＢＮ、セラミック、又は超硬合金その他の金属により構成され得る。チップ３は、接着剤、ろう材等によりシャンク２の先端部に固定されている。チップ３は、切頭円錐台状に構成されており、その端部には、マザーガラスＧに接触する押圧部４が形成されている。すなわち、チップ３の軸方向の端面３ａ（第１の面３ｂ）における縁部が押圧部４となっている。押圧部４は、マザーガラスＧにラテラルクラックを発生させないように、円弧状に構成される。押圧部４は、マザーガラスＧの表面を押圧することにより塑性変形させ、この塑性変形部に凹状線ＲＬを形成する。押圧部４の半径（曲率半径）は、０．００１ｍｍ〜１ｍｍとされることが好ましく、０．０２５ｍｍ〜０．５ｍｍとされることがより好ましい。

この円形の押圧部４は、複数の円弧から成るものと見做すことができる。例えば図２に示すように、押圧部４は、三個の円弧４ａ〜４ｃにより仮想的に構成される。この例において、各円弧４ａ〜４ｃの中心角θａは、１２０°に設定されているが、これに限らず、５°〜１２０°以下とされることが望ましい。なお、各円弧４ａ〜４ｃの中心角θａは等しく設定しているが、これらを異なる角度で構成してもよい。

本方法に使用されるマザーガラスＧは、図３に示すように、表裏の関係にある第１主面Ｇａおよび第２主面Ｇｂと、第１主面Ｇａと第２主面Ｇｂとを繋ぐ端面Ｇｃとを備える。本発明において、第１主面Ｇａ又は第２主面Ｇｂの少なくとも一方をマザーガラスＧの「表面」という。本実施形態では、マザーガラスＧの厚みｔは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍとされることが好ましく、より好ましくは、０．０１ｍｍ〜０．７ｍｍである。マザーガラスＧは、一辺の長さが１０００ｍｍ以上の大きさを有するが、この寸法に限定されるものではない。

マザーガラスＧは、公知のフロート法、ロールアウト法、スロットダウンドロー法、リドロー法等の各種成形法により成形され得るが、オーバーフローダウンドロー法により成形されることが好ましい。オーバーフローダウンドロー法は、断面が略くさび形の成形体の上部に設けられたオーバーフロー溝に溶融ガラスを流し込み、このオーバーフロー溝から両側に溢れ出た溶融ガラスを成形体の両側の側壁部に沿って流下させながら、成形体の下端部で融合一体化し、一枚の帯状ガラスを連続成形するというものである。帯状ガラスの一部を幅方向に切断することで、矩形状のマザーガラスＧが形成される。

以下、ガラス板Ｇ１の製造方法について説明する。この例では、無アルカリガラス（日本電気硝子株式会社製ＯＡ−１０Ｇ）からなる矩形のマザーガラスＧから矩形のガラス板Ｇ１を製造する場合について説明する。

図４に示すように、本方法は、スクライブチップ１によりマザーガラスＧの表面（第１主面Ｇａ）に塑性変形による凹状線ＲＬを形成する凹状線形成工程Ｓ１と、凹状線ＲＬに対応する位置に内部初期クラックＦＣを形成する初期クラック形成工程Ｓ２と、内部初期クラックＦＣを凹状線ＲＬに沿ってマザーガラスＧの内部に進展させるクラック進展工程Ｓ３と、マザーガラスＧに曲げ応力を作用させる折割工程Ｓ４と、を備える。

凹状線形成工程Ｓ１では、まず、載置台（図示せず）にマザーガラスＧを載置し、このマザーガラスＧの第１主面Ｇａに、スクライブチップ１を接触させる。なお、載置台には、発泡樹脂シートが載置され、マザーガラスＧは、この発泡樹脂シートに載置されることが望ましい。スクライブチップ１は、シャンク２がマザーガラスＧに対して傾斜するようにホルダＨに支持される。シャンク２を移動方向Ｘ側に傾斜させる場合、その傾斜角度θｂは、３０°〜８５°とされることが望ましいが、この範囲に限定されるものではない。

その後、スクライブチップ１に荷重を付与し、チップ３の押圧部４によってマザーガラスＧの第１主面Ｇａを押圧しつつ、移動方向Ｘに沿って摺動させる（図５参照）。スクライブチップ１の移動速度は、５０ｍｍ／ｓ〜１５００ｍｍ／ｓとされることが望ましい。スクライブチップ１に付与される荷重は、０．１Ｎ〜１０Ｎとされるが、この範囲に限定されず、マザーガラスＧの大きさ、厚み、材質等の条件に応じて適宜設定される。なお、押圧部４（円弧４ａの部分）は、この移動方向Ｘに対して直交する向き（円弧４ａに係る接線と移動方向Ｘとが直交するように）に配置される（図２参照）。

第１主面Ｇａの一部は、押圧部４の押圧により塑性変形する。押圧部４の移動により、第１主面Ｇａにおける塑性変形部分に直線状の凹状線ＲＬが形成される（図５及び図６参照）。凹状線ＲＬの深さＤ１（図６参照）は、３００ｎｍ〜５００ｎｍとされることが望ましい。また、凹状線ＲＬの幅Ｗ１は、１５μｍ〜３０μｍとされることが望ましい。

凹状線ＲＬの内部には、塑性変形による圧縮応力層５が形成される。圧縮応力層５よりも内側の内部領域には、引張応力層６が形成される。

図６に示すように、凹状線ＲＬの幅方向の端部には、塑性変形により、第１主面Ｇａよりも突出する突起部７が形成される。突起部７は、凹状線ＲＬの全長に亘って形成される。この突起部７の突出量（第１主面Ｇａからの高さ）ｈは、１０ｎｍ〜２０ｎｍとされることが望ましい。

初期クラック形成工程Ｓ２では、図７に示すように、スクライブホイール（スクライブチップ）８を、マザーガラスＧの第１主面Ｇａに接触させ、所定の切り込み量で凹状線ＲＬに交差するように移動させる。この場合において、スクライブホイール８の切り込み量は、当該スクライブホイール８が引張応力層６に達するように設定される。スクライブホイール８の移動方向Ｙは、凹状線ＲＬに直交する方向が望ましいが、これに限定されない。スクライブホイール８の移動方向Ｙと凹状線ＲＬとの交差角度は、凹状線ＲＬの長さ、幅、深さ等の条件に応じて適宜設定できる。

スクライブホイール８により、第１主面Ｇａに凹状線ＲＬと交差するスクライブ線ＳＬが形成される。これにより、このスクライブ線ＳＬを起点として、引張応力層６に内部初期クラックＦＣが形成される。

図８に示すように、内部初期クラックＦＣは、引張応力層６に形成される。内部初期クラックＦＣは、凹状線ＲＬの底部から一定の深さ位置に形成される。すなわち、内部初期クラックＦＣの端部と凹状線ＲＬの底部との距離（深さ）Ｄ２は、０．１μｍ〜１０μｍとされることが好ましく、より好ましくは、１μｍ〜１０μｍとされる。

クラック進展工程Ｓ３において、内部初期クラックＦＣは、この引張応力層６における引張応力の作用により、当該引張応力層６内を進展する（図９参照）。すなわち、クラックＣは、内部初期クラックＦＣを起点として、凹状線ＲＬの長手方向に沿って進展する。

クラックＣの進展速度は、０．５μｍ／ｓ〜１００００μｍ／ｓとされることが望ましく、０．５μｍ／ｓ〜１０００μｍ／ｓとされることがより好ましい。クラックＣの進展速度を向上させるために、内部初期クラックＦＣに水、界面活性剤等の液体を供給（注入）することが望ましい。内部初期クラックＦＣに注入された液体は、毛細管現象によりクラックＣを進展させる。内部初期クラックＦＣに水、界面活性剤等の液体を供給した場合、クラックＣの進展速度は、１００μｍ／ｓ〜５００μｍ／ｓとされることがより好ましい。クラックＣの進展速度を向上させるために、マザーガラスＧに外力Ｆ１を付与してもよい。この外力Ｆ１により、マザーガラスＧには、凹状線ＲＬを跨ぐように曲げ応力が発生し、クラックＣは、より高速でマザーガラスＧの内部を進展する。外力Ｆ１は、クラックＣがマザーガラスＧの厚さ方向に進展しないように調整される。一方、特にクラックＣの進展速度を向上させない場合は、クラックＣの進展速度は０．５μｍ／ｓ〜２０μｍ／ｓとされることがより好ましい。

クラックＣが凹状線ＲＬに沿って進展し終わると、折割工程Ｓ４が実行される。図１０に示すように、折割工程Ｓ４では、クラックＣをマザーガラスＧの厚さ方向に進展させるべく、当該マザーガラスＧに外力Ｆ２を付与する。この外力Ｆ２は、クラック進展工程Ｓ３においてマザーガラスＧに付与される外力Ｆ１よりも大きく設定される。外力Ｆ２により、マザーガラスＧには、凹状線ＲＬを跨ぐように曲げ応力が発生する。クラックＣは、この曲げ応力の作用により、マザーガラスＧの厚さ方向に進展する。クラックＣが第１主面Ｇａ及び第２主面Ｇｂに到達すると、マザーガラスＧは分断される。これにより、ガラス板Ｇ１が形成される。

図１１に示すように、ガラス板Ｇ１は、第１主面Ｇ１ａと、第１主面Ｇ１ａの反対側に位置する第２主面Ｇ１ｂと、第１主面Ｇ１ａと第２主面Ｇ１ｂとを繋ぐ端面Ｇ１ｃとを有する。さらにガラス板Ｇ１は、第１主面Ｇ１ａと端面Ｇ１ｃとの境界部Ｂに、凹状線ＲＬの痕跡である湾曲面ＣＳと突起部７とを有する。湾曲面ＣＳと突起部７には、ラテラルクラックが存在しないため、ガラス板Ｇ１は、研削加工を施さずとも機械的強度の高いものとなる。加えて、ガラス板Ｇ１には、湾曲面ＣＳに沿って形成される圧縮応力層５と、この圧縮応力層５よりも内部側に位置する引張応力層６とが残存する。

上記の折割工程Ｓ４では、クラックＣをマザーガラスＧの厚さ方向に進展させることから、当該進展を好適に行うために、マザーガラスＧの第２主面Ｇｂに圧縮応力層５が形成されないことが望ましく、したがって、製造されたガラス板Ｇ１の第２主面Ｇ１ｂにも圧縮応力層５は存在しない。

以上説明した本実施形態に係るガラス板Ｇ１の製造方法によれば、凹状線形成工程Ｓ１、初期クラック形成工程Ｓ２、クラック進展工程Ｓ３、及び折割工程Ｓ４を経ることで、切断面にラテラルクラックを発生させることなくマザーガラスＧを切断できる。これにより、ガラス粉の発生を防止し、切断面に対する研削（面取り）処理及び研磨処理を可及的に省略又は簡素化でき、高品質のガラス板Ｇ１を効率良く製造することが可能になる。

なお、マザーガラスを切断する他の技術として、レーザ光をマザーガラスの内部に照射することで、多光子吸収による改質領域を形成し、この改質領域を切断起点としてマザーガラスの内部にクラックを進展させる方法が公知である。改質領域は、レーザ光の照射による多光子吸収によって加熱することで形成されるため、当該方法によって製造されたガラス板には、その内部及び端面（切断面）に改質領域、すなわち加熱の痕跡（熱履歴）が残存することとなる。本発明におけるガラス板Ｇ１の圧縮応力層５は、上記の改質領域とは異なり、マザーガラスＧを塑性変形させることにより形成されるものである。本発明に係るガラス板Ｇ１の製造方法では、内部に熱履歴を残すことなく、マザーガラスＧを切断することが可能である。

また、ガラス板の他の製造方法として、ガラス板をイオン交換によって化学的に強化する方法が公知である。この場合、製造された化学強化ガラス板は、表面から一定の深さ内に圧縮応力層を有するものとなる。すなわち、化学強化ガラス板には、内部及び端面に化学強化された痕跡（化学強化履歴）として圧縮応力層が残存する。本発明に係るガラス板Ｇ１の圧縮応力層５は、イオン交換によって形成されたものではなく、マザーガラスＧを塑性変形させることにより構成されたものである。本発明によって、マザーガラスＧの切断後に製造されたガラス板Ｇ１には、内部及び端面に化学強化履歴は残っていない。

図１２乃至図１４は、チップ３の他の例を示す。図１２及び図１３に示す例において、チップ３は、円錐状に構成されるとともに、その頂部に複数の押圧部４を有する。押圧部４は、複数の円弧状の縁部（エッジ部）を組み合わせることにより構成される。具体的には、三角形状に構成される縁部の各辺を円弧状に構成することにより、三個の押圧部４がチップ３に形成される。

図１４（ａ）に示す例では、チップ３は、円柱状又は円板状に構成されている。チップ３は、その軸方向端部に第１の面３ｂと第２の面３ｃとを有する。本例では、第１の面３ｂ及び第２の面３ｃにおける円形の縁部が押圧部４となる。

図１４（ｂ）に示す例では、チップ３は、三角柱状に構成されている。チップ３は、軸方向における各端部に、第１の面３ｂ及び第２の面３ｃを有する。第１の面３ｂ及び第２の面３ｃは、その頂部が円弧状に構成される三角形状（例えば正三角形状）に構成されている。各面３ｂ，３ｃの縁部は、直線部３ｄと、円弧状の押圧部４とを有する。

図１４（ｃ）に示す例では、チップ３は、図１４（ｂ）の例と同様に三角柱状に構成されている。チップ３は、三角形状の各面３ｂ，３ｃの頂部に第１の押圧部４ｄを有し、三角形状の各辺に相当する部分に第２の押圧部４ｅを有する。第１の押圧部４ｄ及び第２の押圧部４ｅは、その曲率半径が異なる。すなわち、第２の押圧部４ｅの曲率半径が第１の押圧部４ｄの曲率半径よりも大きくなっている。

図１４（ｄ）に示す例では、チップ３は、四角柱状に構成されている。したがって、チップ３の軸方向における端面（第１の面３ｂ及び第２の面３ｃ）は、四角形状に構成される。各面３ｂ，３ｃの縁部は、直線部３ｄと、円弧状の押圧部４とにより構成される。図１４（ｅ）に示す例では、チップ３は、半球体により構成されており、その押圧部４は、無数の円弧状の部分を含む球面により構成される。

図１５及び図１６は、本発明の他の実施形態を示す。本実施形態では、スクライブチップとしてディスク状のチップ３を例示する。図１５に示すように、チップ３は、ねじ部材等の固定部材を介してホルダＨに固定される。本例では、ホルダＨに保持されるチップ３の押圧部４をマザーガラスＧに接触させ、移動方向Ｘに移動させることで、当該マザーガラスＧに凹状線ＲＬを形成できる。例えば、チップ３は、図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）に示す三角形板、図１６（ｄ）に示す四角形板、図１６（ｅ）に示す円板状に形成される。なお、チップ３の中央部には、固定部材の軸部を挿通可能な孔３ｅが形成されている（図１６参照）。

チップ３は、図１６（ａ）乃至図１６（ｅ）に例示される形状に限定されない。チップ３は、五角形その他の多角形状に構成されてもよく、複数の角部（押圧部４）を有する異形形状に構成されてもよい。また、例えば、図１６（ａ）乃至図１６（ｄ）に係るチップ３において、各角部を球面状（図１４（ｅ）に相当）に形成し、この球面を押圧部４としてもよい。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、スクライブチップ１を直線的に移動させることにより、マザーガラスＧを切断する例を示したが、これに限定されず、スクライブチップ１を曲線的に移動させてマザーガラスＧを切断するようにしてもよい。また、複数のスクライブチップ１を同時に移動させてマザーガラスＧを切断することも可能である。

上記の実施形態では、単層のマザーガラスＧを切断する例を示したが、これに限定されず、本方法は、複数のマザーガラスを積層してなるガラス積層体、又はマザーガラスと樹脂板とを積層してなるガラス樹脂積層体を切断する場合にも適用可能である。

１ スクライブチップ
５ 圧縮応力層
７ 突起部
ＦＣ 内部初期クラック
Ｇ マザーガラス
Ｇａ マザーガラスの第１主面（表面）
Ｇ１ ガラス板
Ｇ１ａ ガラス板の第１主面
Ｇ１ｂ ガラス板の第２主面
Ｇ１ｃ ガラス板の端面
ＲＬ 凹状線
Ｓ１ 凹状線形成工程
Ｓ２ 初期クラック形成工程
Ｓ３ クラック進展工程

Claims (6)

1. スクライブチップによりマザーガラスの表面に塑性変形による凹状線を形成する工程と、
   前記凹状線に対応する位置に内部初期クラックを形成する工程と、
   前記内部初期クラックを前記凹状線に沿って前記マザーガラスの内部で進展させる工程と、を備え、
   前記凹状線は、前記凹状線の幅方向端部に形成される突起部と、前記塑性変形による圧縮応力層と、を備えることを特徴とするガラス板の製造方法。
2. 前記内部初期クラックは、前記凹状線の底部から０．１μｍ〜１０μｍの深さ位置に形成される、請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. 前記内部初期クラックを進展させる工程は、マザーガラスに外力を付与する工程を含む、請求項１又は２に記載のガラス板の製造方法。
4. 前記内部初期クラックを進展させる工程は、前記内部初期クラックに液体を供給する工程を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法。
5. 第１主面と、第２主面と、前記第１主面と第２主面とを繋ぐ端面とを備え、
   前記第１主面と前記端面との境界部分に、前記第１主面から突出する突起部と、塑性変形による圧縮応力層と、を備えることを特徴とするガラス板。
6. 前記圧縮応力層は、前記第２主面に形成されない、請求項５に記載のガラス板。

Images