强化玻璃板的切割方法
【专利摘要】一种强化玻璃板的利用激光照射的切割方法,所述强化玻璃板具备具有残余压应力的正表面层和背表面层以及形成在两者之间且具有内部残余拉应力CT(MPa)的中间层。将使用正表面层和背表面层的厚度DOL(μm)、强化玻璃板的厚度t1(μm)、杨氏模量Y(MPa)且由UCT={CT2×(t1-2×DOL)}/(2×Y)表示的应变能UCT设定为2.5J/m2以上,将使用入射到强化玻璃板上的激光的输出功率Pe(W)、扫描速度v(mm/s)、强化玻璃板对激光的吸收系数α(mm-1)、强化玻璃板的厚度t2(mm)、线膨胀系数αL(K-1)、密度ρ(g/mm3)、比热c(J/g/K)且由K=Pe/v×exp(-α×t2)×(Y×αL)/(t2×ρ×c)表示的切割指数K设定为150N/mm以下。
【专利说明】强化玻璃板的切割方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及强化玻璃板的切割方法,特别是涉及使用了利用激光的内部加热的强 化玻璃板的切割方法。
【背景技术】
[0002] 在移动电话、便携信息终端(PDA :Personal Data Assistance,个人数据助理)等 便携设备中,显示器的罩、基板使用玻璃板。基于便携设备的薄型化、轻量化的要求,对于玻 璃板也通过使用强度高的强化玻璃板来实现薄型化、轻量化。
[0003] 玻璃板的切割通常通过利用金刚石等硬质的辊或刀片以机械作用在主面上导入 划线并沿该划线施加弯折力来进行。在这样的方法中,通过导入划线,在玻璃板的切割端面 上生成多条微细裂纹。因此,存在如下问题:尽管为强化玻璃板,但在切割端部也得不到充 分的强度。
[0004] 针对这样的问题,近年来开发了如下方法:通过激光的照射对强化玻璃板的内部 进行加热,控制导入到强化玻璃板的端面而非主面上的初始裂纹的扩展,由此对强化玻璃 板进行切割。在这样的使用激光的切割中,不需要像以往那样在强化玻璃板的主面上导入 划线。因此,也不会在切割端面上生成上述的微细裂纹,能够得到高强度的强化玻璃板。专 利文献1中,公开了利用激光对玻璃板进行切割的方法。
[0005] 现有技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1 :国际公开第2010/126977号
【发明内容】
[0008] 发明所要解决的问题
[0009] 关于使用激光的强化玻璃板的切割,本发明人发现了以下的问题。
[0010] 本发明人着眼于利用激光的强化玻璃板的切割中残留在强化玻璃板的内部的拉 应力(内部残余拉应力CT)所产生的应变能(内部应变能)。
[0011] 本发明人发现,在该强化玻璃板的内部应变能小于某一临界值时,内部残余拉应 力对裂纹扩展的影响减小,切割所需的激光的照射能急剧增大,并且难以精度良好地进行 切割。
[0012] 本发明鉴于上述情况而完成,其目的在于使由内部残余拉应力引起的裂纹扩展成 为支配性因素,以低照射能精度良好地对强化玻璃板进行切割。
[0013] 用于解决问题的手段
[0014] 本发明的第一方式的强化玻璃板的切割方法包括通过使照射到强化玻璃板上的 激光的照射区域发生移动而对该强化玻璃板进行切割的工序,所述强化玻璃板具备具有残 余压应力的正表面层和背表面层以及形成在该正表面层与背表面层之间且具有内部残余 拉应力CT(MPa)的中间层,所述强化玻璃板的切割方法中,
[0015] 将使用所述正表面层和所述背表面层的厚度DOL(ym)、所述强化玻璃板的厚度 t^ym)、杨氏模量Y(MPa)且由下式表示的、基于所述内部残余拉应力CT的每单位面积的 应变能UCT(J/m 2)设定为2. 5J/m2以上,
[0016] 将使用入射到所述强化玻璃板上的所述激光的输出功率Pe (W)、所述激光的扫描 速度V(mm/s)、所述强化玻璃板对所述激光的吸收系数a (mm1)、所述强化玻璃板的厚度 t2(mm)、杨氏模量Y(MPa)、线膨胀系数aJIT1)、密度P (g/mm3)、比热c(J/g/K)且由下式表 示的切割指数K(N/mm)设定为150N/mm以下,
[0017] Uct = {CT2 X (tr2 X D0L)} / (2 X Y)
[0018] K = Pe/v X exp (- α X t2) X (Y X a L) / (t2 X P X c)。
[0019] 本发明的第二方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一方式所述的强化玻璃板 的切割方法,其中,将所述激光的光束直径设定为所述强化玻璃板的厚度以下。
[0020] 本发明的第三方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一或第二方式所述的强化 玻璃板的切割方法,其中,利用照射到所述强化玻璃板上的激光在退火点以下的温度下对 所述中间层进行局部加热,使所述中间层产生压应力,由此控制由所述内部残余拉应力引 起的裂纹的扩展,并且,使所述激光的照射区域发生移动,由此对所述强化玻璃板进行切 割。
[0021] 本发明的第四方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一至第三方式中任一方式 所述的强化玻璃板的切割方法,其中,所述强化玻璃板和所述激光满足〇< a Xt2 <3.0的 条件。
[0022] 本发明的第五方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一至第四方式中任一方式 所述的强化玻璃板的切割方法,其中,将所述激光的波长设定为250?5000nm。
[0023] 本发明的第六方式的强化玻璃板的切割方法为上述第五方式所述的强化玻璃板 的切割方法,其中,将所述激光的波长设定为2500?3500nm。
[0024] 本发明的第七方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一至第六方式中任一方式 所述的强化玻璃板的切割方法,其中,从所述激光的入射侧对所述强化玻璃板的所述激光 的照射区域喷吹气体来进行冷却。
[0025] 本发明的第八方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一至第七方式中任一方式 所述的强化玻璃板的切割方法,其中,基于所述内部残余拉应力CT的每单位面积的应变能 Uct 为 60J/m2 以下。
[0026] 本发明的第九方式的强化玻璃板的切割方法为上述第一至第八方式中任一方式 所述的强化玻璃板的切割方法,其中,所述切割指数K为5N/mm以上。
[0027] 发明效果
[0028] 根据本发明,由内部残余拉应力引起的裂纹扩展成为支配性因素,能够以低照射 能精度良好地对强化玻璃板进行切割。
【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是照射激光之前的强化玻璃板的截面图。
[0030] 图2是表示照射激光之前的强化玻璃板的残余应力的分布的示意图。
[0031] 图3是用于说明强化玻璃板的切割方法的立体图。
[0032] 图4是沿图3的A-A线的截面图。
[0033] 图5是沿图3的B-B线的截面图。
[0034] 图6是表示从强化玻璃板上切下强化玻璃面板的方法的一例的图。
[0035] 图7是实施方式1的强化玻璃板的切割方法中使用的冷却喷嘴的截面图。
[0036] 图8是表不关于强化玻璃板的切割结果的表。
[0037] 图9是表示关于非强化玻璃板的切割结果的表。
[0038] 图10是表示关于强化玻璃板和非强化玻璃板的切割结果的表。
[0039] 图11是用于对使用激光切割非强化玻璃板时起作用的应力进行说明的图。
[0040] 图12是表示使用激光切割强化玻璃板时起作用的应力的一例的图。
[0041] 图13是表示使用激光切割强化玻璃板时起作用的应力的另一例的图。
[0042] 图14是表示实施例1的预定切割线的形状的图。
[0043] 图15是示出样品1?21中的激光波长λ、内部应变能Uct、临界照射能Ec和用于 导出两者的各条件的表。
[0044] 图16Α是表示图15的表所示的临界照射能Ec的内部应变能Uct依赖性的图。
[0045] 图16Β是表示图15的表所示的临界切割指数Kc的内部应变能Uct依赖性的图。
[0046] 图17是示出样品31?33和41?43中的激光波长λ、内部应变能Uct、照射能Ε、 用于导出两者的各条件、作为异物的黑色标记的有无、能否切割、截面性状的表。
[0047] 图18是示出样品13、51、52中的激光波长λ、内部应变能Uct、临界照射能Ec、用 于导出两者的各条件、黑色矩阵(BM)膜的形成的有无、能否切割、截面性状的表。
【具体实施方式】
[0048] 以下,参考附图对应用本发明的【具体实施方式】进行详细说明。但是,本发明不限于 以下的实施方式。另外,为了明确地进行说明,对以下的记载和附图进行了适当简化。
[0049] (实施方式1)
[0050] 首先,参考图1?5对强化玻璃板的结构和强化玻璃板的切割方法进行说明。
[0051] 首先,参考图1、2对强化玻璃板的结构进行说明。图1是照射激光之前的强化玻 璃板10的截面图。图1中,箭头的方向表示残余应力的作用方向,箭头的大小表示应力的 大小。如图1所不,强化玻璃板10具有正表面层13和背表面层15以及设置在正表面层13 与背表面层15之间的中间层17。正表面层13和背表面层15中,通过下述的风冷强化法、 化学强化法而残留有压应力。另外,作为其反作用,在中间层17中残留有拉应力。
[0052] 强化玻璃板10利用例如风冷强化法、化学强化法等来制作。强化用玻璃的种类根 据用途来选择。例如,在汽车用窗玻璃、建筑用窗玻璃、PDP(Plasma Display Panel,等离子 体显示面板)用的玻璃基板、保护玻璃的情况下,使用碱性铝硅酸盐玻璃、钠钙玻璃作为强 化用玻璃。
[0053] 风冷强化法中,将温度为软化点附近的玻璃从正表面和背表面进行骤冷,在玻璃 的正表面和背表面与内部之间产生温度差,由此,形成残留有压应力的正表面层和背表面 层。风冷强化法适合于对厚玻璃进行强化。
[0054] 化学强化法中,对玻璃的正表面和背表面进行离子交换,将玻璃中含有的离子半 径小的离子(例如,Li离子、Na离子)置换为离子半径大的离子(例如,K离子),由此,形 成残留有压应力的正表面层和背表面层。化学强化法适合于对碱性铝硅酸盐玻璃、钠钙玻 璃进行强化。
[0055] 图2是表示照射激光之前的强化玻璃板的残余应力的分布的示意图。
[0056] 如图2所示,正表面层13和背表面层15中残留的压应力(> 0)具有从强化玻璃 板10的正表面12和背表面14向着内部慢慢减小的倾向。另外,中间层17中残留的拉应 力(> 〇)具有从玻璃的内部向着正表面12和背表面14慢慢减小的倾向。
[0057] 图2中,CS表示正表面层13、背表面层15中的最大残余压应力(表面压应力) (> 0),CT表示中间层17中的内部残余拉应力(中间层17的残余拉应力的平均值)(> 0),DOL表示正表面层13和背表面层15的厚度,t表示强化玻璃板10的厚度。因此,中间 层17的厚度为t-2XD0L。
[0058] 另外,强化玻璃板的内部残余拉应力CT(MPa)通常通过测定表面压应力CS(MPa) 以及正表面层13和背表面层15的厚度DOL(μ m)并使用下述式1由该测定值和强化玻璃 板的厚度&(11111)来算出。
[0059] CT = (CS X DOL) At「2 X D0L)…式 1
[0060] 并且,基于内部残余拉应力CT的每单位面积的应变能(以下,简称为"内部应变 能")Uct (J/m2)可以使用杨氏模量Y (MPa)由下述式2来求出。
[0061] UCT={CT2X(t1_2XD0L)V(2XY)-S2
[0062] 本发明人对于具有各种内部应变能Uct的强化玻璃板考察了切割所需的激光的 照射能E的最小值(以下,称为临界照射能)Ec。结果发现,在使强化玻璃板的内部应变 能U ct < 2. 5J/m2时,即使切割条件相同,临界照射能Ec也会急剧地(具体而言,以数倍的 程度)升高,并且切割精度也变差。同时,本发明人发现,在使强化玻璃板的内部应变能 Uct > 2. 5J/m2时,只要强化玻璃板的材质、厚度和激光波长相同,则临界照射能Ec为大致恒 定的值,切割精度也提高。即,本发明人发现,在对强化玻璃板进行切割的情况下,通过使内 部应变能U ct > 2. 5J/m2,由内部残余拉应力引起的裂纹扩展成为支配性因素,能够以低照 射能精度良好地进行切割。另一方面,U ct过大时,玻璃内部的微小气泡等缺陷成为起点而发 生破裂。因此,在使最大气泡尺寸为普通玻璃板的品质标准即数十微米时,优选U ct < 60J/ Hl20
[0063] 即认为,在内部应变能Uct = 2. 5J/m2附近,发生了切割模式的转变。具体而言,作 为用于切割强化玻璃板的裂纹扩展能,在内部应变能U ct < 2. 5J/m2的情况下,除了内部应 变能以外,还需要激光的照射能,在内部应变能Uct > 2. 5J/m2的情况下,仅为内部应变能。 并且,在Uct > 2. 5J/m2的情况下,不是为了使裂纹扩展而需要激光的照射能,反而是为了抑 制、控制裂纹的扩展而需要激光的照射能。
[0064] 在此,最大残余压应力CS、内部残余拉应力CT、正表面层13和背表面层15的厚度 DOL可以利用强化处理条件进行调节。例如,在风冷强化法的情况下,最大残余压应力CS、 内部残余拉应力CT、正表面层13和背表面层15的厚度DOL可以利用玻璃的冷却速度等进 行调节。另外,在化学强化法的情况下,由于将玻璃浸渍到处理液(例如,KNO 3熔盐)中进 行离子交换,因此,最大残余压应力CS、内部残余拉应力CT、正表面层13和背表面层15的 厚度DOL可以利用处理液的浓度、温度、浸渍时间等进行调节。另外,本实施方式的正表面 层13和背表面层15具有相同的厚度DOL和最大残余压应力CS,但也可以具有不同的厚度、 最大残余压应力。
[0065] 图3是用于对强化玻璃板的切割方法进行说明的图。如图3所示,对强化玻璃板 10的正表面12照射激光20,使激光20的照射区域22在强化玻璃板10的正表面12上移 动(扫描),由此,对强化玻璃板10施加应力而对强化玻璃板10进行切割。
[0066] 在强化玻璃板10的端部,在切割开始位置预先形成有初始裂纹。初始裂纹的形成 方法可以为通常的方法,例如,利用切割机、锉刀、激光来形成。另外,如上所述,在使用激光 的内部加热切割中,不需要在强化玻璃板10的正表面12上形成沿预定切割线的划线(槽 线)。
[0067] 在强化玻璃板10的正表面12上,激光20的照射区域22从强化玻璃板10的端部 向着内侧沿预定切割线以直线状、曲线状移动。由此,使裂纹30从强化玻璃板10的端部向 着内侧扩展,从而对强化玻璃板10进行切割。
[0068] 为了使激光20的照射区域22在强化玻璃板10的正表面12上移动,可以使支撑 强化玻璃板10的保持工具移动或旋转,也可以使激光20的光源移动。另外,可以使设置在 激光20的路径的中途的反射镜旋转。
[0069] 在强化玻璃板10的正表面12上,使激光20的照射区域22以与强化玻璃板10的 厚度、最大残余压应力CS、内部残余拉应力CT、正表面层13、背表面层15的厚度D0L、激光 20的光源的输出功率等相应的速度移动。
[0070] 作为激光20的光源,没有特别限定,可以列举例如:UV激光器(波长:355nm)、绿 光激光器(波长:532nm)、半导体激光器(波长:808nm、940nm、975nm)、光纤激光器(波长: 1060?IlOOnm)、YAG激光器(波长:1064nm、2080nm、2940nm)、使用中红外光参量振荡器的 激光器(波长:2600?3450nm)等。激光20的振荡方式没有限制,可以使用连续振荡激光 的CW激光器、间歇振荡激光的脉冲激光器中的任意一种激光器。另外,激光20的强度分布 没有限制,可以为高斯型也可以为平顶型。
[0071] 从光源出射的激光20由会聚透镜等会聚,并成像于强化玻璃板10的正表面12 上。关于激光20的会聚位置,以强化玻璃板10的正表面12作为基准,可以在激光源侧,也 可以在背表面14侧。另外,如果为加热温度不过高、即保持退火点以下的会聚面积,则激光 20的会聚位置可以在强化玻璃板10中。
[0072] 在强化玻璃板10的正表面12上,激光20的光轴例如可以如图3所示与正表面12 正交,也可以与正表面12倾斜地相交。
[0073] 在将强化玻璃板10对激光20的吸收系数设为a (mm 〇、将强化玻璃板10的厚度 设为t2(mm)时,在强化玻璃板10与激光20满足0 < a Xt2 < 3. 0的表达式的情况下,不 是仅利用激光20的作用,而且可以利用由中间层17的残余拉应力引起的裂纹的扩展来对 强化玻璃板10进行切割。即,通过在上述条件下将激光20的照射区域22中的中间层17 在退火点以下的温度下进行加热,能够使中间层17中产生比内部残余拉应力的值小的拉 应力或压应力,由此控制强化玻璃板10中产生的裂纹30的扩展,利用由残余拉应力引起的 裂纹30对强化玻璃板10进行切割。另外,在退火点以下的温度对中间层17进行加热是由 于,在超过退火点的温度下进行加热时,即使在激光通过的短时间内,玻璃也会达到高温而 形成容易产生粘性流动的状态,因此,由于该粘性流动而使利用激光产生的应力得到缓和。 另外,强化玻璃板10的厚度t的值t 2 (mm)与式1、2中的值μ m)相比,仅单位有所不同。
[0074] 在将入射到强化玻璃板10上之前的激光20的强度设为Itl、将在强化玻璃板10中 恰好移动距离L(mm)时的激光20的强度设为I时,根据朗伯-比尔定律,下式成立。
[0075] I = I0X exp (- a XL)
[0076] 通过使α X t2大于0且为3. 0以下,激光20在强化玻璃板10的表面不被吸收而 到达内部,因此,能够对强化玻璃板10的内部充分进行加热。结果,强化玻璃板10中产生 的应力从图1所示的状态变为图4、图5所示的状态。
[0077] 图4是沿图3的A-A线的截面图,是包含激光的照射区域的截面图。图5是沿图3 的B-B线的截面图,是图4所示的截面的后方的截面。在此,"后方"是指激光20的扫描方 向的后方。图4和图5中,箭头的方向表示应力的作用方向,箭头的长度表示应力的大小。
[0078] 激光20的照射区域22中的中间层17中,激光20的强度充分高,因此,温度比周 围升高,从而产生了比图1和图2所示的残余拉应力小的拉应力或压应力。在产生了比残 余拉应力小的拉应力或压应力的部分,裂纹30的扩展得到抑制。为了可靠地防止裂纹30 的扩展,优选如图4所示产生了压应力。
[0079] 另外,如图4所示,在激光20的照射区域22中的正表面层13、背表面层15中,产 生了比图1和图2所示的残余压应力大的压应力,因此,裂纹30的扩展得到抑制。
[0080] 为了与图4所示的压应力平衡,在图4所示的截面的后方的截面中,如图5所示, 在中间层17中产生拉应力。该拉应力比残余拉应力大,在拉应力达到预定值的部分形成裂 纹30。裂纹30从强化玻璃板10的正表面12贯通至背表面14,图3所示的切割为所谓的 全切切割。
[0081] 在该状态下使激光20的照射区域22移动时,裂纹30的前端位置以追随照射区域 22的位置的方式移动。即,在图3所示的切割方法中,对强化玻璃板10进行切割时,利用在 激光的扫描方向后方产生的拉应力(参考图5)控制裂纹30的扩展方向,在使用在照射到 激光的区域中产生的压应力(参考图4)来抑制裂纹30的扩展的同时进行切割。即,使用 通过激光20的照射产生的压应力来控制裂纹30的扩展。结果,能够抑制裂纹30从预定切 割线偏离而自行延伸。
[0082] 玻璃根据用途而要求高透明度,因此,在使用的激光波长接近可见光的波长区域 的情况下,α X t2越接近0越好。但是,α X t2过小时,吸收效率变差,因此,优选为0. 0005 以上(激光吸收率为0.05%以上),更优选为0.002以上(激光吸收率为0.2%以上),进 一步优选为〇. 004以上(激光吸收率为0. 4%以上)。
[0083] 玻璃根据用途而相反地要求低透明度,因此,在使用的激光波长接近可见光的波 长区域的情况下,a Xt2越大越好。但是,CiXt2过大时,激光的表面吸收增大,因此无法 控制裂纹扩展。因此,α X t2优选为3. 0以下(激光吸收率为95%以下),更优选为0. 1以 下(激光吸收率为10%以下),进一步优选为〇. 02以下(激光吸收率为2 %以下)。
[0084] 强化玻璃板10的厚度t2 (mm)根据用途进行设定,优选为0. 1?2. 0mm。在化学强 化玻璃的情况下,通过使厚度t2 (mm)为2. Omm以下,能够充分提高内部残余拉应力CT。另 一方面,厚度hO?)小于〇. Ifflm时,难以对玻璃实施化学强化处理。厚度tJmm)更优选为 0· 3?I. 5mm,进一步优选为0· 5?I. 5mm。
[0085] 吸收系数α由激光20的波长、强化玻璃板10的玻璃组成等决定。
[0086] 例如,强化玻璃板10中的氧化铁(包括FeO、Fe203、Fe 3O4)的含量、氧化钴(包括 C〇0、C〇203、C〇304)的含量、氧化铜(包括Cu0、Cu 20)的含量越多,贝丨J IOOOnm附近的近红外线 波长区域内的吸收系数α越大。即,通过调节氧化铁等的含量,能够将a Xt2的值调节至 期望的范围。强化玻璃板10中的氧化铁的含量取决于构成强化玻璃板10的玻璃的种类, 在钠钙玻璃的情况下,例如为〇. 02?I. 0质量%。但是,氧化铁等的含量越多,则强化玻璃 板10的可见光区域的透明度越降低。
[0087] IOOOnm附近的近红外线波长区域内的吸收系数(α )根据用途进行设定。例如,在 汽车用窗玻璃的情况下,吸收系数(α)优选为0.3mm1以下。另外,在建筑用窗玻璃的情况 下,吸收系数(α)优选为0.06mm 1以下。另外,在显示器用玻璃的情况下,吸收系数(α) 优选为0.02mm1以下。
[0088] 另外,强化玻璃板10中的稀土元素(例如,Yb)的氧化物的含量越多,则稀土原子 的吸收波长附近的吸收系数α越大。
[0089] 此外,强化玻璃板10中的OH基的含量越多,则3000nm附近的中红外线波长区域 内的吸收系数α越大。在此,OH基的含量对可见光区域的透明度没有影响。
[0090] 激光20的波长为250?5000nm即可,优选设定为2500?3500nm。在激光20的 波长为2500?3500nm(3000nm附近)的情况下,如上所述,能够在不使可见光区域的透明 度降低的情况下提高吸收系数α。结果,能够提高利用激光20得到的加热效率。激光20 的波长进一步优选设定为2700?3200nm。
[0091] 例如,在激光的波长为IOOOnm附近的情况下,在板厚t2 (mm)为Imm时,氧化铁含 量为0.04质量%的强化玻璃板的吸收率为约2% (透射率:约98%)。因此,利用激光的 照射得到的加热效率差。另外,吸收率随Fe浓度发生变化,因此,需要根据强化玻璃板的组 成而大幅改变激光的照射条件。
[0092] 与此相对,例如,在激光的波长为3000nm附近的情况下,在板厚为Imm时,不论氧 化铁含量的多少,强化玻璃板的吸收率均为约50% (透射率:约50% )。因此,与波长为 IOOOnm附近的情况相比,加热效率提高,而且不需要根据强化玻璃板的组成而大幅改变激 光的照射条件。
[0093] 另外,在波长为IOOOnm附近、吸收率为约2%的情况下,例如,如果切割需要2W的 吸收功率,则输入l〇〇W,98W发生透射。因此,当工作台位于激光所通过的预定切割线的下 方时,连工作台也会由于激光而受到损伤。因此,需要进行使工作台比从强化玻璃板上切下 的强化玻璃面板小一圈等的设计。另外,还需要对透射的激光进行处理。此外,由于透射率 高,因此,强化玻璃板的端面上的反射光有时会产生不利影响。另外,由于附着在正表面或 背表面上的异物而使激光的吸收率增高时,吸收量的变化大,有时会产生不利影响。此外, 即使在吸收率随Fe浓度从2%变为1 %而仅变化了 1 %的情况下,也需要将输入的功率从 100W变为200W而改变100W。
[0094] 与此相对,在波长为3000nm附近、吸收率为约50%的情况下,如果切割需要2W的 吸收功率,则输入4W,2W发生透射。这样,与波长为IOOOnm附近的情况相比,能够使输入功 率急剧减少,能够提高加热效率。而且,透射光也急剧减少,因此,即使工作台位于激光所通 过的预定切割线的下方,也不会使工作台受到损伤。因此,通过将强化玻璃载置到比要切割 的强化玻璃板大的工作台上,能够以更稳定的状态进行切割。另外,也不需要对透射的激光 进行处理。此外,强化玻璃板的端面上的反射光的功率也小,不易产生不利影响。另外,即 使由于附着在正表面或背表面上的异物而使激光的吸收率增高,吸收量的变化也小,不易 产生不利影响。此外,也不存在由Fe浓度引起的吸收率的变动,而且,即使在吸收率从50 % 减为40%而减少了 10%的情况下,也只要将输入的功率从4W变为5W而仅改变IW即可。 [0095] 在此,图6是表示从强化玻璃板上切下强化玻璃面板的方法的一例的图。图6是 从上方观察强化玻璃板10而得到的图。另外,强化玻璃板10上所示的虚线表示用于使用 上述中说明的切割方法从强化玻璃板10上切下强化玻璃面板40的预定切割线235。强化 玻璃面板40为具备具有预定的曲率半径R的4个角部Cl、C2、C3、C4以及直线部41、42、 43、44的四方形状。另外,图6所示的强化玻璃面板40的形状为一例,在从强化玻璃板10 上切下其他任意形状的强化玻璃面板40的情况下,也可以使用本实施方式的强化玻璃的 切割方法。
[0096] 在从强化玻璃板10上切下强化玻璃面板40时,以通过预定切割线235的方式扫 描激光。具体而言,从位于直线部41的延长线上的端面上的切割开始位置45开始激光的 扫描。然后,经由直线部41、角部C1、直线部42、角部C2、直线部43、角部C3、直线部44、角 部C4,扫描激光直至作为角部C4与直线部41的连接点的切割结束位置46为止。此时,在 切割开始位置45、即强化玻璃板10的端部预先形成有初始裂纹。初始裂纹可以利用例如切 割机、锉刀、激光来形成。
[0097] 另外,本实施方式的强化玻璃板的切割方法中,通过对激光20的照射区域22喷吹 空气来进行冷却。图7是实施方式1的强化玻璃板的切割方法中使用的冷却喷嘴的截面图。 利用图7所示的冷却喷嘴28,对强化玻璃板10的正表面12喷吹气体。如图7所示,冷却喷 嘴28以使气体(空气、氮气等)在内部向箭头方向流动的方式形成有锥形空洞。在此,冷 却喷嘴28的轴与激光的光轴一致,由透镜25会聚的激光20从冷却喷嘴28的内部通过,并 从设置在冷却喷嘴28的前端的直径为φη的开口部出射。另外,可以与激光的照射区域的 移动同步地(即,以与激光相同的扫描速度)移动。通过这样的构成,利用气体对激光照射 部进行冷却。通过该冷却,图3所示的裂纹30的前端位置与激光20的照射区域22之间的 距离缩短,切割精度提高。
[0098] 冷却喷嘴28的开口部的直径φη以及冷却喷嘴28的前端与强化玻璃板10的正表 面12的间隙G2可以任意确定。在此,冷却喷嘴28的开口部的直径φη越小,则喷吹到强化 玻璃板10上的气体的流速越快,强化玻璃板10的正表面12上的冷却能力越提高。另外, 冷却喷嘴28的前端与强化玻璃板10的正表面的间隙G2越小,则强化玻璃板10的正表面 12上的冷却能力越提
[0099] <参考例>
[0100] 在此,参考图8?10对强化玻璃板的切割方法与非强化玻璃板的切割方法中裂纹 的扩展方式不同这一点进行说明。图8是表示关于强化玻璃板的切割结果的表。图9是表 示关于非强化玻璃板的切割结果的表。图10是表示关于强化玻璃板(参考例)和非强化 玻璃板(比较例)的切割结果的表。图10所示的切割结果为使激光的光斑直径比图8、图 9所示的切割结果小时的切割结果。
[0101] 参考例101?103、106?108中,准备强化玻璃板,比较例104?105、109?110 中,准备非强化玻璃板。参考例101?103、106?108的强化玻璃板通过利用化学强化法 对与比较例104?105、109?110的非强化玻璃板相同的尺寸形状(矩形、长边100mm、短 边60mm、板厚0. 7mm)、相同的化学组成的玻璃板进行强化来制作。强化玻璃板具有30. 4MPa 的内部残余拉应力(CT)、763MPa的最大残余压应力(ε5)、25·8μπι的压应力层(正表面层、 背表面层)的厚度(DOL)。在此,内部应变能U ct为4. 04J/m2。
[0102] 参考例101?103、106?108、比较例104?105、109?110中,除了玻璃板的种 类(强化、非强化的区别)、光源的输出功率和激光光斑直径以外,在相同的条件下进行切 割实验。
[0103] <共同的条件>
[0104] 激光光源:光纤激光器(波长为1070nm)
[0105] 激光在玻璃板上的入射角:〇°
[0106] 激光的会聚角:2. 5°
[0107] 激光的会聚位置:从玻璃板的正表面起在光源侧相隔23mm的位置
[0108] 玻璃板的正表面上的激光光斑直径:φ? mm
[0109] 玻璃板对激光的吸收系数α :〇. 09CHT1 (0. 009mm 〇
[0110] 玻璃板的板厚 t :0· 07cm(0· 7mm)
[0111] 玻璃板的杨氏模量Y :74000MPa
[0112] a Xt :0.0063
[0113] 喷嘴的出口直径:φ? mm
[0114] 从喷嘴喷出的冷却气体(室温的压缩空气)的流量:30L/分钟
[0115] 目标切割位置:与玻璃板的短边平行的直线(距一个短边的距离为10mm、距另一 个短边的距离为90mm)
[0116] 切割速度:2.5mm/s
[0117] 在图8、图9所示的参考例101?103和比较例104?105中,将玻璃板的正表面 上的激光光斑直径Φ设定为1mm。另外,在图10所示的参考例106?108和比较例109? 110中,将玻璃板的正表面上的激光光斑直径 tP设定为〇. 1mm。
[0118] 切割后,利用显微镜对玻璃板的切割面进行观察。在玻璃板的切割面上观察到的 条纹图案表示间断性扩展的裂纹的前端位置的经时变化。由条纹图案的各线的形状可知裂 纹的扩展的情形。图8?10所示的显微镜照片中,将条纹图案的代表性的线用粗的白线强 调表示。
[0119] 另外,在玻璃板的切割的过程中,通过目视观察中断激光照射和气体冷却时的裂 纹的情形。
[0120] 将各实验结果示于图8?10中。图8?10中,将玻璃板上形成了裂纹的情况(能 够切割的情况)表示为"〇",将玻璃板上未形成裂纹的情况(未能切割的情况)表示为 " X "。
[0121] 图8?10的切割面的显微镜照片中的条纹图案的线表示某一时刻的裂纹的前端 位置。
[0122] 图8?10中的"自行延伸"是指,在激光照射等中断后,裂纹向着玻璃板的两个短 边中距离切割位置近的短边扩展。
[0123] 凸出量和直线误差量表示切割玻璃板时的误差量。即,表示从上表面侧观察玻璃 板时玻璃板的切割线从预定切割线(用图的X轴表示)偏离的量(用图的Y轴表示)。凸 出量和直线误差量(即,Y轴的绝对值)越小,则越能沿预定切割线对玻璃板进行切割。
[0124] 如图9所示,在比较例104?105的非强化玻璃板的切割中,由切割面的显微镜照 片可知,存在玻璃板的板厚方向两端部比玻璃板的板厚方向中央部先发生破裂的倾向。另 夕卜,在切割的过程中中断激光照射和气体冷却时,裂纹的扩展停止。另外,在非强化玻璃的 切割中,需要大的光源输出功率。此外,在非强化玻璃板的切割中,凸出量和直线误差量增 大。
[0125] 与此相对,在图8所示的参考例101?103的强化玻璃板的切割中,由切割面的显 微镜照片可知,存在玻璃板的板厚方向中央部比玻璃板的板厚方向两端部先发生破裂的倾 向。这是因为,在强化玻璃板的内部原本就存在残余拉应力,利用该残余拉应力使裂纹扩 展。另外,在切割的过程中中断激光照射和气体冷却时,裂纹向非预期的方向自行扩展。由 该结果可知,通过激光的照射,抑制了由残余拉应力引起的裂纹的扩展。另外,强化玻璃板 的切割中,凸出量和直线误差量比非强化玻璃板的切割时小。在图10所示的参考例106? 108的强化玻璃板的切割中也得到了相同的结果。
[0126] 另外,如图10所示,在减小激光光斑直径的情况(参考例106?108)下,能够以比 参考例101?103小的光源输出功率对强化玻璃板进行切割。另外,参考例106?108中, 与图8所不的参考例101?103相比,凸出量和直线误差量减小。S卩,参考例106?108中, 能够以比参考例101?103更良好的精度对强化玻璃板进行切割。另外,如参考例106? 108所示,光源输出功率越低,则凸出量和直线误差量越小。特别是在参考例108中,凸出量 为15μπι,得到了非常小的值。
[0127] 另一方面,在减小激光光斑直径的情况下,无法对非强化玻璃板进行切割。即,如 比较例109所示,在将光源的输出功率设定为200W的情况下,非强化玻璃板熔融,无法进行 切割。即,非强化玻璃的温度达到退火点以上,无法进行切割。另外,如比较例110所示,在 将光源的输出功率设定为100W的情况下,非强化玻璃板没有发生变化。因此,在减小激光 光斑直径(例如,小于板厚)的情况下,不论光源的输出功率的大小,均无法对非强化玻璃 板进行切割。
[0128] 由此可见,强化玻璃板的切割方法与非强化玻璃板的切割方法的切割机制从根本 上不同,裂纹的扩展方式完全不同。因此,在本发明中,能够得到无法由非强化玻璃板的切 割方法预料到的效果。以下对其理由进行说明。
[0129] 例如,非强化玻璃板的切割方法中,使用激光和冷却液这两者使玻璃板中形成热 应力场,从而产生切割所需的拉应力。更具体而言,对玻璃板照射激光而使玻璃板内部产生 热应力,利用冷却液对由该热应力产生的压应力进行骤冷,产生拉应力,从而使裂纹扩展。 因此,裂纹的扩展仅利用激光的照射能进行,需要将照射到玻璃板上的激光的功率(W)设 定得较大。
[0130] 这种方法中,形成在玻璃板上的切断裂纹的前端位置由对玻璃板进行冷却的冷却 液的位置决定。这是因为,在冷却液的位置产生拉应力。因此,在切割的过程中中断利用激 光的加热、利用冷却液的冷却时,裂纹的扩展停止。
[0131] 图11是用于对使用激光切割非强化玻璃板时起作用的应力进行说明的图。图11 中示出了非强化玻璃板110的俯视图和在非强化玻璃板110的板厚中心部产生的应力的分 布。如图11所示,在对非强化玻璃板110照射激光时,压应力133作用于激光的照射区域 122。该压应力133为通过激光的照射产生的热应力。并且,为了与该压应力133平衡,在 照射区域122的扫描方向后方产生拉应力135。该拉应力135作用于裂纹130,由此对非强 化玻璃板110进行切割。
[0132] 如图11的图所示,非强化玻璃板110中,内部残余拉应力CT近似为零。因此,在 切割非强化玻璃板110时作用于裂纹130的拉应力135仅通过激光的照射而产生。因此, 为了增大拉应力135,需要提高激光的照射能或者增大激光光斑直径。因此,对于非强化玻 璃板110而言,激光的吸收率小的玻璃难以进行切割。
[0133] 另外,在对非强化玻璃板110进行切割时,利用激光的照射能和扫描速度来控制 裂纹的扩展。此时,在激光的照射能比切割所需的照射能小时,裂纹的扩展停止。即,如图 11的图所示,为了使裂纹130扩展,需要使比裂纹130的扩展所需的拉应力S_th大的拉应 力作用于裂纹130。非强化玻璃板110中,内部残余拉应力CT近似为零,因此,需要仅利用 激光的照射能产生比该拉应力S_th的值大的拉应力。
[0134] 与此相对,强化玻璃板的切割方法中,在玻璃板内部原本就存在内部残余拉应力, 因此,不需要像非强化玻璃板的切割时那样仅利用激光的照射能产生大的拉应力。另外,在 内部残余拉应力为比裂纹的扩展所需的拉应力S_th大的拉应力的情况下,在任何力作用 于强化玻璃板上而产生裂纹时,均会由于内部残余拉应力而使裂纹自行扩展。另一方面,由 于内部残余拉应力在玻璃板内部整体性地存在,因此,只要不控制裂纹的扩展,裂纹就会沿 非预期的方向扩展。
[0135] 因此,本发明中,在照射区域的中心的中间层中产生比内部残余拉应力的值小的 拉应力或压应力,从而抑制了由内部残余拉应力引起的裂纹的扩展。即,通过照射激光,使 强化玻璃板的中间层中的残余拉应力比裂纹的扩展所需的拉应力S_th小,从而抑制了裂 纹的扩展。
[0136] 图12是表示使用激光切割强化玻璃板时起作用的应力的一例的图。图12中示出 了强化玻璃板10的俯视图和在强化玻璃板10的板厚中心部产生的应力的分布。如图12 所示,在对强化玻璃板10照射激光时,压应力33作用于激光的照射区域22。另外,在照射 区域22的扫描方向后方产生拉应力35。并且,通过在该拉应力35中加上内部残余拉应力 而产生比裂纹的扩展所需的拉应力S_th大的拉应力,并作用于裂纹30,由此对强化玻璃板 10进行切割。此时,利用压应力33而使裂纹30的扩展得到控制。
[0137] 如图12的图所示,在强化玻璃板10中存在内部残余拉应力CT。因此,裂纹30的 扩展所需的拉应力35小也可以。换言之,可以减小利用用于使比拉应力S_th(裂纹30的 扩展所需的拉应力)大的拉应力作用于裂纹30所需的激光产生的压应力33。
[0138] 在此,能够使切割强化玻璃板10时所需的压应力33、拉应力35比切割非强化玻璃 板110时所需的应力小,因此,能够减小激光的照射能或者减小激光光斑直径。因此,能够 提高切割精度。另外,即使是激光的吸收率小的玻璃,也能够容易地进行切割。
[0139] 图13是表示使用激光切割强化玻璃板时起作用的应力的另一例的图。图13中示 出了强化玻璃板10的俯视图和在强化玻璃板10的板厚中心部产生的应力的分布。图13 所示的强化玻璃板10中,内部残余拉应力CT大于裂纹30的扩展所需的拉应力S_th。艮P, 如图13所示,在对强化玻璃板10照射激光时,在激光的照射区域22中产生比内部残余拉 应力CT的值小的拉应力37。在此,拉应力37为通过激光的照射产生的压应力33与内部残 余拉应力CT的合力。另外,在照射区域22的扫描方向后方产生拉应力35。这种情况下,通 过使比内部残余拉应力CT的值小的拉应力37小于裂纹30的扩展所需的拉应力S_th,能够 抑制裂纹30的扩展。
[0140] 在图13所示的情况下,也能够使切割强化玻璃板10时所需的、比内部残余拉应力 CT的值小的拉应力37、拉应力35小于切割非强化玻璃板110时所需的应力,因此,能够减 小激光的照射能或者减小激光光斑直径。因此,能够提高切割精度。另外,即使是激光的吸 收率小的玻璃,也能够容易地进行切割。
[0141] 如上述中所说明的那样,在对强化玻璃板10进行切割时,通过保持内部残余拉应 力CT、激光的照射能和扫描速度的平衡,能够在不使裂纹30自行延伸的情况下控制裂纹30 的扩展。因此,激光的照射能过小时,比内部残余拉应力CT的值小的拉应力37大于裂纹30 的扩展所需的拉应力S_th,裂纹30的扩展不停止而自行延伸(图13的情况)。
[0142] 由此可见,强化玻璃板的切割方法与非强化玻璃板的切割方法的切割机制从根本 上不同,裂纹的扩展方式完全不同。因此,在本发明中,能够得到无法由非强化玻璃板的切 割方法预料到的效果。
[0143] 实施例
[0144] 以下,对本发明的具体实施例进行说明。在实施例1中,对内部应变能Uct与能够 进行切割的照射能E的最小值即临界照射能Ec的关系进行说明。
[0145] <实施例1 >
[0146] 在实施例1中,对于内部应变能Uct不同的21个样品1?21,考察了内部应变能 Uct与临界照射能Ec的关系。另外,样品18?21为非强化玻璃板。
[0147] 图14是表示实施例1的预定切割线的形状的图。如图14所示,实施例1的预定 切割线具备2个直线部和构成曲拐形状的2个角部(曲率半径R = 5mm)。
[0148] 作为化学强化用玻璃板,使将多种原料混合而制备的玻璃原料熔化,将熔化的熔 融玻璃成形为板状。将其退火至室温附近后,进行切割、切削、两面镜面研磨,由此,制作具 有预定厚度的50mmX50mm的玻璃板。玻璃原料通过以使玻璃板对激光的吸收系数α达到 期望值的方式改变氧化铁(Fe 2O3)的粉末相对于相同配比的基材的添加量来进行制备。
[0149] 各化学强化用玻璃板以基于氧化物的质量%计含有SiO2 :60. 9%、Al2O3 :12. 8%、 Na2O :12. 2%、K20 :5. 9%、Mg0 :6· 7%、CaO :0· 1%、SrO :0· 2%、BaO :0· 2%、ZrO2 :1· 0%,以 外比计含有预定量的氧化铁(Fe2O3)。
[0150] 各强化玻璃板通过将上述化学强化用玻璃板在KNO3熔盐中浸渍而进行离子交换 处理后冷却至室温附近来制作。KNO 3熔盐的温度、浸渍时间等处理条件以使内部残余拉应 力CT达到期望值的方式进行设定。
[0151] 关于强化玻璃板的内部残余拉应力CT(MPa),利用表面应力计FSM_6000(折原制 作所制造)测定表面压应力CS(MPa)和压应力层(正表面层和背表面层)的厚度DOL(μ m), 使用下述式1由该测定值和强化玻璃板的厚度μ m)进行计算。
[0152] CT = (CS X DOL) At「2 X D0L)…式 1
[0153] 内部应变能Uct (J/m2)使用强化玻璃板的杨氏模量Y(MPa)由下述式2来求出。
[0154] Uct = {CT2 X (t「2 X D0L)}八2 X Y)…式 2
[0155] 关于每单位照射面积的激光的照射能(J/mm2),在将未发生反射而入射到强化玻 璃板上的有效的激光输出功率设为Pe (W)、将激光的扫描速度设为V(mm/s)、将照射到强化 玻璃板10上的激光的光束直径设为(p(mm)时,可以用Pe/(vxcp)表示。在此,有效的激光输 出功率Pe(W)可以使用激光输出功率P(W)和强化玻璃板上的反射率r(% )表示为Pe = PX (l-r/100)。但是,为了判断切割性,优选使用每单位照射面积的激光的照射能乘以光束 直径(p(mm)而得到的每单位长度的激光的照射能E(J/mm)。关于详细理由,在下文中进行 说明。将该照射能E(J/mm)示于下述式3中。
[0156] E = Pe/v…式 3
[0157] 样品1?11的照射能E的临界值即临界照射能Ec通过使照射能E每次变化约 I(JAim)并重复进行切割来求出。此时,在激光的扫描速度v(mm/s)固定的情况下仅使激光 输出功率P (W)每次变化2. 5W。
[0158] 另外,非强化玻璃板的样品18?21的临界照射能Ec通过使照射能E每次变化约 4(J/mm)并重复进行切割来求出。此时,在激光的扫描速度 V(mm/s)固定的情况下仅使激光 输出功率P (W)每次变化10W。
[0159] 另一方面,样品12?17的临界照射能Ec通过使照射能E缓慢变化并重复进行切 割来求出。此时,在激光输出功率P (W)固定的情况下仅使激光的扫描速度V(mm/S)每次变 化 0. 25mm/s。
[0160] 图15是示出样品1?21中的激光波长λ、内部应变能Uct、临界照射能Ec和用于 导出两者的各条件的表。自表的左列起依次示出激光波长λ (nm)、样品编号、强化玻璃板的 杨氏模量Y(MPa)、线膨胀系数a Jr1)、密度P (g/mm3)、比热c (J/g/K)、厚度t (mm)、吸收系 数a (mm1)、强化玻璃板上的反射率r (%)、表面压应力CS(MPa)、正表面层和背表面层的厚 度DOL ( μ m)、内部残余拉应力CT (MPa)、内部应变能Uct (J/m2)、激光的扫描速度V (mm/s)、激 光的光束直径(p(mm)、激光输出功率P(W)、有效的激光输出功率Pe (W)、临界照射能Ec (J/ mm)、临界吸收能Ea (J/mm)、临界切割指数Kc (N/mm)。
[0161] 如图15所示,对于样品1?11、18?21,激光的光源使用光纤激光器(中心波长 带:1070nm),对于样品12?17,激光的光源使用利用中红外光参量振荡器的Cr:ZnSe激光 器(中心波长带:2950nm)。
[0162] 另外,所有样品的材质均相同,因此,如图15所示,杨氏模量Y = 74000MPa、线膨胀 系数4 = 9.8父1〇-61(-1、密度0=2.48\1〇、/臟3、比热。=〇.9181^/1(是相同的。
[0163] 另外,如图15所不,对于样品1?11,将光束直径设定为φ=0.1 mm,对于样品 12?17,将光束直径设定为(p=0.2nim。另外,对于非强化玻璃板的样品18,将光束直径设 定为φ =0.5mm,对于样品19,将光束直径设定为φ=0.8mm,对于样品20,将光束直径设定 为cp=1.0mm,对于样品21,将光束直径设定为cp=2.0mm。
[0164] 另外,对于所有样品,均使用直径为Imimp的喷嘴从激光照射侧喷吹流量为15L/ 分钟的空气。在此,将强化玻璃板与喷嘴前端的距离(间隙)设定为3mm。
[0165] 图16A是表示图15的表所示的临界照射能Ec的内部应变能Uct依赖性的图。图 16A的横轴为内部应变能UCT(J/m2),纵轴为临界照射能Ec (J/mm)。图16A中,?标记表示 样品1?11、18?21 (激光波长λ = 1070nm),〇标记表示样品12?17(激光波长λ = 2950ηπ〇。
[0166] 如图15、图16Α所示,在激光波长入为1070mn的情况下,强化玻璃板的内部应变 能U ct > 2. 5J/m2时,临界照射能稳定地为Ec = 9?15J/mm(样品1?10)。与此相对,内 部应变能Uct < 2. 5J/m2时,临界照射能急剧地(具体而言以数倍程度)升高至Ec = 56J/ mm(样品11)。伴随着该临界照射能Ec的升高,样品11的切割精度也变差。由该结果可 知,在对强化玻璃板进行切割时,通过将内部应变能设定为U ct > 2. 5J/m2,能够以低照射能 精度良好地进行切割。
[0167] 此外,无法对非强化玻璃板的样品18进行切割。S卩,在板厚t( = 0. 7mm)以下的 光束直径φ=〇.5mm时,非强化玻璃板的样品无法进行切割。并且,光束直径φ=〇.8mm的 样品19中,临界照射能为Ec = 83J/mm,光束直径φ=1.Omm的样品20中,临界照射能为Ec =76J/mm,光束直径(p=2.0mm的样品21中,临界照射能为Ec = 65J/mm。即,伴随着光束 直径的增大,临界照射能Ec逐渐减小。在此,光束直径越大,则激光的中心与裂纹的前端位 置越远,因此,切割精度降低。因此,在强化玻璃板的切割中,光束直径φ优选设定为板厚t 以下,进一步优选设定为板厚t的1/2以下。
[0168] 由图16A的图认为,在内部应变能Uct = 2. 5J/m2附近,发生了的切割模式的转变。 具体而言认为,作为用于切割强化玻璃板的裂纹扩展能,在内部应变能U ct < 2. 5J/m2的情 况下,除了内部应变能以外,还需要激光的照射能(参考图12),在内部应变能Uct > 2. 5J/ m2的情况下,仅为内部应变能(参考图13)。
[0169] 另外,通过使激光波长λ从l〇70nm变为2950nm,强化玻璃板的吸收系数α从 0· Ollmm 1提高至0· 59mm 1O因此,如图15、12所示,内部应变能Uct > 2. 5J/m2时,临界照射 能也从Ec =约9J/mm?约15J/mm(样品1?10)降低至Ec = 0· 3?0· 5J/mm(样品12? 15),临界照射能降低了两个数量级。
[0170] 由此可见,通过将激光波长设定为3000nm附近,能够在不降低透明度的情况下提 高吸收系数α,能够减小照射能。因此,加热效率提高。而且,不需要根据强化玻璃板的组 成大幅改变激光的照射条件。
[0171] 此外,如上所述,能够将强化玻璃载置到比要切割的强化玻璃板大的工作台上,从 而在更稳定的状态下进行切割。另外,透射光急剧减少,因此,也不需要对其进行处理。此 夕卜,强化玻璃板的端面上的反射光也急剧减少,因此,不易产生不利影响。
[0172] 另外,在激光波长λ为2950nm的情况下,也与激光波长λ为l〇70nm的情况相 同,在内部应变能U ct < 2. 5J/m2时,临界照射能急剧升高至Ec =约0. 9J/mm?约I. 2J/mm 或其以上(样品16、17)。伴随着该临界照射能Ec的升高,样品16、17的切割精度也变差。 由该结果可知,在以λ = 2950nm的激光波长对强化玻璃板进行切割的情况下,通过使内部 应变能Uct > 2. 5J/m2,也能够以低照射能精度良好地进行切割。
[0173] 在此,临界照射能Ec中,用于切割的能量为被吸收到强化玻璃板中的能量(以 下,称为临界吸收能)Ea。临界吸收能Ea(JAim)可以使用临界照射能Ec(J/mm)、吸收系数 a (mm 0、厚度t2 (mm)根据朗伯-比尔定律由下式表示。
[0174] Ea = Ec X exp (-α X t2)…式 4
[0175] 如图15所示,将激光波长λ为2950nm的情况与激光波长λ为1070nm的情况进 行比较,临界吸收能Ea(JAim)的值几乎没有差异。
[0176] 为了排除强化玻璃板的厚度、材质所产生的影响而使其更为通用,对通过利用临 界吸收能Ea的内部加热(温度变化Λ T)产生的热应力(临界压应力)〇(:进行考察。该 临界压应力σ c为切割所需的最小压应力。在此,临界压应力〇 c在以内部残余拉应力CT 作为基准时为压应力,因此表示为"临界压应力"。但是,如图12、13所示,在以强化玻璃板 的板厚中心部产生的应力来考虑的情况下,用内部残余拉应力CT与临界压应力σ c的合力 来表示,因此,有时也成为拉应力。
[0177] 如图12、13所示,临界压应力σ c具有高斯分布型的分布。该临界压应力σ c的 积分值(图12、13中的斜线部的面积)决定能否切割。只要内部应变能Uct相同,则认为不 论强化玻璃板的厚度t、材质如何,临界压应力 〇C的积分值都是恒定的。临界压应力OC 的分布宽度与光束直径Φ成比例,因此可以认为,临界压应力〇 c的积分值也与σεχφ成比 例。
[0178] 在此,为了进行简化,认为即使进行内部加热,强化玻璃板的板厚t也不会发生变 化而被约束在正表面层13与背表面层15之间,由此产生该临界压应力 〇 c。即,以两端约 束模型来考虑。
[0179] 临界压应力〇 C(MPa)可以使用杨氏模量Y(MPa)、线膨胀系数(Γ1)、温度变化 AT(K)用下式5表示。
[0180] σ c = YX a LX ΛΤ...式 5
[0181] 另外,通过供给临界吸收能Ea而产生的强化玻璃板的温度变化ΛΤ可以通过ΛΤ =(临界吸收能V(激光照射部的强化玻璃板的热容量)来求出。
[0182] 在此,在将激光照射面积设为S1Onm2)时,(临界吸收能)可以使用临界吸收能 Ea (J/mm)除以φ(ιηιη)而得到的每单位面积的临界吸收能Ea/cp(J/mm2),用EaxSi/(p(J)来 表不。
[0183] 另外,在将强化玻璃板上的加热区域的面积设为S2(mm2)时,(激光照射部的强化 玻璃板的热容量)可以使用强化玻璃板的厚度t 2(mm)、密度P (g/mm3)、比热c(J/g/K)用 S2Xt2X P Xc(J/K)来表示。
[0184] 因此,温度变化AT(K)可以用下式6表示。
[0185]
【权利要求】
1. 一种强化玻璃板的切割方法,其包括通过使照射到强化玻璃板上的激光的照射区 域发生移动而对该强化玻璃板进行切割的工序,所述强化玻璃板具备具有残余压应力的正 表面层和背表面层以及形成在该正表面层与背表面层之间且具有内部残余拉应力CT(MPa) 的中间层,所述强化玻璃板的切割方法中, 将使用所述正表面层和所述背表面层的厚度DOLhm)、所述强化玻璃板的厚度 t^ym)、杨氏模量Y(MPa)且由下式表示的、基于所述内部残余拉应力CT的每单位面积的 应变能UCT(J/m2)设定为2. 5J/m2以上, 将使用入射到所述强化玻璃板上的所述激光的输出功率Pe(W)、所述激光的扫描速度V(mm/s)、所述强化玻璃板对所述激光的吸收系数a (mm1)、所述强化玻璃板的厚度12(mm)、 杨氏模量Y(MPa)、线膨胀系数aJIT1)、密度P (g/mm3)、比热c(J/g/K)且由下式表示的切 害指数K(N/mm)设定为150N/mm以下, UCT = {CT2 X (tr2 X DOL)} / (2 X Y) K = Pe/v X exp (- a X t2) X (Y X a L) / (t2 X p X c)。
2. 如权利要求1所述的强化玻璃板的切割方法,其中,将所述激光的光束直径设定为 所述强化玻璃板的厚度以下。
3. 如权利要求1或2所述的强化玻璃板的切割方法,其中,利用照射到所述强化玻璃板 上的激光在退火点以下的温度下对所述中间层进行局部加热,使所述中间层产生压应力, 由此控制由所述内部残余拉应力引起的裂纹的扩展,并且,使所述激光的照射区域发生移 动,由此对所述强化玻璃板进行切割。
4. 如权利要求1?3中任一项所述的强化玻璃板的切割方法,其中,所述强化玻璃板和 所述激光满足〇 < a X t2 < 3. 0的条件。
5. 如权利要求1?4中任一项所述的强化玻璃板的切割方法,其中,将所述激光的波长 设定为250?5000nm。
6. 如权利要求5所述的强化玻璃板的切割方法,其中,将所述激光的波长设定为 2500 ?3500nm。
7. 如权利要求1?6中任一项所述的强化玻璃板的切割方法,其中,从所述激光的入射 侧对所述强化玻璃板的所述激光的照射区域喷吹气体来进行冷却。
8. 如权利要求1?7中任一项所述的强化玻璃板的切割方法,其中,基于所述内部残余 拉应力CT的每单位面积的应变能UCT为60J/m2以下。
9. 如权利要求1?8中任一项所述的强化玻璃板的切割方法,其中,所述切割指数K为 5N/mm以上。
【文档编号】B23K26/402GK104428264SQ201380036846
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2012年7月9日
【发明者】斋藤勋 申请人:旭硝子株式会社