JP2012180257A - 板状ガラス部材の割断方法、および割断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加熱効率や割断精度を高めることができるとともに、幅広い組成の板状ガラス部材を低コストで割断することができる、板状ガラス部材の割断方法、および、割断装置の提供。
【解決手段】放電により内部加熱される部位（第１加熱部）を板状ガラス部材の割断予定線に沿って移動させることによって、該板状ガラス部材を割断する方法であって、前記第１加熱部より前記割断予定線に沿った前方で前記板状ガラス部材の内部を予備加熱することを特徴とする板状ガラス部材の割断方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、建築用、自動車用、装飾用、家具用等の板ガラスや、ＰＣのディスプレイや携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末のディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板、または、太陽電池用、タッチパネル用等のガラス基板、あるいは、ＦＰＤ、太陽電池等のカバーガラスとして用いられる板状ガラス部材の割断方法、および、割断装置に関する。

従来、ガラス基板の脆性材料基板の割断方法としては、脆性材料基板の表面にカッターホイール等を圧接させながら転動させて、脆性材料基板の表面に対して略垂直方向のクラックを形成し、形成されたクラックに沿って垂直方向に機械的な押圧力を加えて割断する方法が広く行われていた。

しかし、通常、カッターホイールを用いて脆性材料基板の割断を行った場合、カレットと呼ばれる小破片が発生し、このカレットによって脆性材料基板の表面にキズがつくことがあった。また、割断後の脆性材料基板の端部にはマイクロクラックが生じやすく、このマイクロクラックを起因として脆性材料基板の割れが発生することがあった。このため、通常は割断後に、脆性材料基板の表面及び端部を洗浄及び研磨して、カレットやマイクロクラック等を除去していた。

近年、ＣＯ₂レーザビーム等のレーザ光照射により、溶融温度未満で脆性材料基板を加熱して、脆性材料基板を割断する方法が実用化されつつある。この方法では、基板表面にレーザ光を照射し、その照射位置を基板表面の割断予定線に沿って移動させることで基板を割断する。レーザ光照射位置では、レーザ光の一部が基板材料に吸収され、温度が周囲に比べて高温になるので、熱膨張により圧縮応力（熱応力）が作用する。その反作用として、レーザ光の照射位置の移動方向後方では、割断予定線と直交する方向に引張応力が作用し、基板が割断される。この方法では、熱応力を利用するため、工具を直接、基板に接触させることがなく、割断面はマイクロクラック等の少ない平滑な面となり、基板の強度が維持される。すなわち、レーザ光照射を用いた割断方法は、非接触加工であるため、上記した潜在的欠陥の発生が抑えられ、割断を行った際に脆性材料基板に発生する割れ等の損傷が抑えられる。レーザ光照射を用いた割断方法は、例えば、特許文献１〜２に開示されている。

ところが、脆性材料基板がガラス基板の場合、レーザ光の吸収特性によって問題が生じる。ＣＯ₂レーザなどの遠赤外領域の波長のレーザ光を使用した場合、レーザ光照射による加熱が表面加熱となるため、割断に必要な熱応力を与えるには加熱時間を長くする必要がある。このため、ガラス基板上におけるレーザ光の形状を割断予定線に沿った細長い形状とする必要があり、割断線を曲線とすることが困難である。また、割断線が直線の場合であっても割断精度が劣るおそれがある。
一方、ＹＡＧレーザなどの可視光から近赤外領域の波長のレーザを使用した場合、通常のガラス板では光線吸収率が低く、そのエネルギーはほとんど吸収されないため、エネルギーを吸収させるためにガラス中に不純物を入れる必要があり、限定されたガラス製品にしか使用できない。

これに対し、特許文献３に記載されているような、脆性材料基板の割断に放電を用いる方法がある。この方法では、所定の間隔を開けて配置した導電体と、放電電極と、の間に基板を介在させ、放電電極と導電体との間に交流電圧を印加して、該放電電極から基板に向けて放電を行うことで、基板内部を加熱し、それによって熱応力を生じさせる。この方法では、脆性材料基板がガラス基板であっても、基板に向けて放電を行うことで、該基板内部を加熱し、割断に必要な熱応力を与えることができるので、割断にレーザ光照射を用いた場合における上記した問題を解消することができる。
しかも、放電機構は、レーザ光照射機構よりも一般に低コストであるので、より低コストで基板を割断することができる。

特開２０１０−９０００９号公報 特開２０１０−２５３７５２号公報 特開２００４−１４８４３８号公報

しかしながら、放電により基板内部を加熱する方法にも以下の問題点がある。
この方法における基板の割断速度は、基板に対する放電部位の移動速度に応じて決定されるが、この移動速度が速過ぎると、割断に必要な熱応力を該基板に与えることができないため、割断速度には制約がある。

また、割断に必要な熱量は、割断する基板の物性（例えば、熱膨張係数やヤング率、破壊靱性）や寸法形状（例えば厚さ）などによって定まる。割断に必要な熱量を放電による内部加熱から得る場合、放電により内部加熱される部位の幅が小さくなるほど、放電による加熱量を大きくする必要がある。
放電による加熱量が大きすぎると、内部加熱によりガラスが軟化し、熱応力を緩和するように粘性流動するので割断できなくなる。このため、内部加熱温度は基板を構成するガラスの徐冷点よりも低くする必要がある。

そこで、割断に必要な熱量を基板に与えるため、放電により内部加熱される部位の幅をある程度広く設定する必要がある。このように広い領域を加熱すると、加熱効率や割断精度が悪い。また、割断予定線が曲線の場合や、割断予定線が直線であっても割断予定線の左右で基板が非対称な形状の場合は、割断予定線を挟んだ両側で剛性が異なるため、割断予定線の左右で熱応力分布が非対称になりやすく、割断精度が悪くなりやすい。

本発明は、上記した従来技術における問題点を解決するため、加熱効率や割断精度を高めることができるとともに、幅広い組成の板状ガラス部材を低コストで割断することができる、板状ガラス部材の割断方法、および、割断装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、放電により内部加熱される部位（第１加熱部）を板状ガラス部材の割断予定線に沿って移動させることによって、該板状ガラス部材を割断する方法であって、
下記条件（１）〜（３）を満たすように、前記第１加熱部より前記割断予定線に沿った前方で前記板状ガラス部材を予備加熱することを特徴とする板状ガラス部材の割断方法。
（１）前記第１加熱部に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ₁（単位：Ｗ）と、前記板状部材の予備加熱される部位（第２加熱部）に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ₂（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ₁＋Ｑ₂が下記式を満たす。
Ｑ_a ≦ Ｑ₁＋Ｑ₂ ＜ Ｑ_b
（Ｑ_a：熱応力により板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑ_b：第１加熱部の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ））
（２）第１加熱部の幅をＤ₁（単位：ｍｍ）、第２加熱部の幅をＤ₂（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
（３）第１加熱部と、第２加熱部と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
０ ＜ Ｌ ≦ ２×Ｄ₂
（Ｌ：第１加熱部と第２加熱部との重心間の板状ガラス部材の割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記Ｄ₁が０．２〜５ｍｍであり、前記Ｄ₂が下記式のうち、いずれか大きいほうを満たすことが好ましい。
Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
Ｄ₂ ≧ ５ｍｍ

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記Ｑ₁および前記Ｑ₂が下記式を満たすことが好ましい。
Ｑ₁ ＜ Ｑ₂

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記予備加熱が放電による内部加熱であることが好ましい。

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第２加熱部の重心が、前記割断予定線の両側のうち剛性の大きい側に偏っていることが好ましい。

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第１加熱部より前記割断予定線に沿った後方で前記板状ガラス部材を冷却してもよい。

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第２加熱部において、前記割断予定線をはさんで複数の予備加熱を実施してもよい。

本発明の板状ガラス部材の割断方法において、前記第２加熱部が前記割断予定線の終点に達した時点で前記予備加熱を終了することが好ましい。

また、本発明は、板状ガラス部材を支持するステージと、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱する第１加熱機構、前記第１加熱機構よりも前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った前方で該板状ガラス部材を加熱する第２加熱機構、および、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御する制御機構を有し、
前記制御機構が、下記条件（１）〜（３）を満たすように、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御することを特徴とする板状ガラス部材の割断装置を提供する。
（１）前記第１加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ₁（単位：Ｗ）と、前記第１加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ₂（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ₁＋Ｑ₂が下記式を満たす。
Ｑ_a ≦ Ｑ₁＋Ｑ₂ ＜ Ｑ_b
（Ｑ_a：熱応力により板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑ_b：前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ））
（２）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の幅をＤ₁（単位：ｍｍ）、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位の幅をＤ₂（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
（３）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位と、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
０ ＜ Ｌ ≦ ２×Ｄ₂
（Ｌ：第１加熱機構による加熱部位と第２加熱機構による加熱部位との重心間の板状ガラス部材の割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））

本発明の板状ガラス部材の割断装置において、前記第２加熱機構が、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱することが好ましい。

本発明の板状ガラス部材の割断装置は、前記第１加熱機構より前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った後方で、該板状ガラス部材を冷却する冷却機構を有していてもよい。

本発明では、放電により板状ガラス部材を内部加熱するため、幅広い組成の板状ガラス部材を低コストで割断することができる。
本発明では、放電により板状ガラス部材を内部加熱する部位に対し、割断予定線に沿った前方で板状ガラス部材を予備加熱するため、板状ガラス部材の被加熱部位の温度を徐冷点まで上昇させることなく、かつ、放電により内部加熱される部位の幅を広げることなしに、板状ガラス部材に加える熱量を増加させることができる。これにより加熱効率が向上し、板状ガラス部材の割断速度が向上する。
また、放電により内部加熱される部位の幅を広げることなしに、板状ガラス部材に加える熱量を増加させることができるため、割断精度が向上する。
また、本発明では、割断予定線が曲線の場合や、割断予定線が直線であっても割断予定線の左右で基板が非対称な形状の場合であっても、割断精度の悪化を抑制することができる。

図１は、放電により板状ガラス部材を内部加熱する加熱機構の一構成例を示した模式図である。 図２は、本発明における第１加熱部位、第２加熱部位の位置関係を示した模式図である。 図３は、板状ガラス部材が割断予定線の左右で非対称な形状の場合の割断線の形状を示した模式図である。 図４は、本発明における第１加熱部位、第２加熱部位の位置関係を示した模式図である。 図５は、割断予定線が曲線の場合の割断線の形状を示した模式図である。 図６は、本発明における第１加熱部位、第２加熱部位の位置関係を示した模式図である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。本発明の板状ガラス部材の割断方法（以下、「本発明の割断方法」という。）では、放電により板状ガラス部材を加熱することによって、該板状ガラス部材を割断する。
図１は、放電により板状ガラス部材を内部加熱する加熱機構の一構成例を示した模式図である。図１において、放電電極１および対向電極２が所定の間隔を開けて離隔されている。割断対象である板状ガラス部材２０は、放電電極１と、対向電極２と、の間に配置されている。放電電極１および対向電極２は交流電源３に接続されている。但し、対向電極２はなくてもよい。
交流電源３から高周波交流電流を印加すると、放電電極１と、該放電電極１と対向する板状ガラス部材２０の面（表面）と、の間に放電１０が形成される。対向電極２を使用している場合には、対向電極２と、該対向電極２と対向する板状ガラス部材２０の面（裏面）と、の間にも放電が形成される。放電電極１は板状ガラス部材２０の割断予定線４０の上方に位置しており、割断予定線４０に沿って矢印方向に移動する。但し、ここで言う移動とは、放電電極１と板状ガラス部材２０との相対的な移動であり、放電電極１ではなく板状ガラス部材２０が矢印と反対方向に移動したのでもよい。

板状ガラス部材２０の放電１０が形成された部位、すなわち、放電電極１の直下の部位は、放電によって内部加熱されて、その温度が周囲に比べて高温になるので、熱膨張により圧縮応力（熱応力）が作用する。その反作用として、放電電極１の移動方向後方では、割断予定線４０と直交する方向に引張応力が作用し、板状ガラス部材２０が割断され、割断線３０が形成される。

本発明の割断方法では、板状ガラス部材２０の放電１０により内部加熱される部位（第１加熱部位）よりも、割断予定線４０に沿った前方で該板状ガラス部材２０を予備加熱する。図２は、本発明における第１加熱部位と、板状ガラス部材２０の予備加熱される部位（第２加熱部位）と、の位置関係を示した模式図である。
図２に示すように、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００は、図中矢印方向に移動する。第２加熱部位２００は、第１加熱部位１００に対し、割断予定線４０に沿った前方（第１加熱部位１００および第２加熱部位２００の移動方向における前方）に位置している。

本発明の割断方法では、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００が下記条件（１）〜（３）を満たす。

（１）第１加熱部１００に加わる単位時間当たりの熱量をＱ₁（単位：Ｗ）、第２加熱部２００に加わる単位時間当たりの熱量をＱ₂（単位：Ｗ）とするとき、これらの合計熱量Ｑ₁＋Ｑ₂が下記式を満たす。
Ｑ_a ≦ Ｑ₁＋Ｑ₂ ＜ Ｑ_b
上記式において、Ｑ_aは熱応力により板状ガラス部材２０にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）であり、Ｑ_bは第１加熱部１００の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）である。
ここで、Ｑ₁およびＱ₂を単位時間当たりの熱量とするのは、第１加熱部位１００および第２加熱部位２００が割断予定線４０に沿って移動するからである。
Ｑ₁＋Ｑ₂が上記式を満たしていれば、熱応力によりクラックを進展させるのに十分な熱量を板状ガラス部材２０に与えることができる。その一方で、第１加熱部１００の温度が徐冷点に達することがないため、内部加熱により板状ガラス部材２０が軟化、および、それによる熱応力を緩和によって、該板状ガラス部材２０の割断が阻害されることがない。

Ｑ₁に関して、板状ガラス部材２０にクラックを進展させるのに必要な熱応力の大きさは、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、クラックの形状によって決まる応力拡大係数Ｋ_Iが、ガラスの組成で決まる破壊靱性値Ｋ_ICより大きくなる場合の値になる。
また、上記の熱応力（板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱応力）を生じさせるのに必要な単位時間当たりの熱量Ｑ₁も板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等によって異なる。そのため、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等に応じて、Ｑ₁を適宜選択する。

一方、Ｑ₂に関して、ガラスの徐冷点は、ガラスの粘度が１０¹²Ｐａ・ｓとなる温度である。徐冷点は、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成等によって異なるが、建築用、自動車用等の板ガラスとして用いられるソーダライムガラスの場合、約５５０℃である。また、ＦＰＤ用等のガラス基板として用いられる無アルカリガラスの場合は、約７２０℃である。徐冷点は、１５分緩和温度とも呼ばれ、１５分間以内で歪みの９５％が緩和されるとされている。
また、第１加熱部１００の温度を徐冷点まで上昇させるのに必要な熱量Ｑ₂も、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等によって異なる。そのため、板状ガラス部材２０を構成するガラスの組成、板状ガラス部材２０の板厚、第１加熱部位１００の移動速度等に応じて、Ｑ₂を適宜選択する。

（２）第１加熱部１００の幅をＤ₁（単位：ｍｍ）とし、第２加熱部２００の幅をＤ₂（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
ここで言う、第１加熱部１００および第２加熱部２００の幅とは、第１加熱部１００および第２加熱部２００の進行方向に対して垂直方向における幅を意味する。
上記式を満たしていれば、板状ガラス部材２０の割断において、第１加熱部１００での内部加熱による影響が支配的になるため、第１加熱部１００の幅を適切な範囲とすることで、割断精度を向上させることができる。
なお、Ｄ₁が後述する範囲の場合、Ｄ₁およびＤ₂は下記式のうち、いずれか大きいほうを満たすことが好ましい。
Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
Ｄ₂ ≧ ５ｍｍ
また、Ｄ₁およびＤ₂は下記式を満たすことがより好ましい。
Ｄ₂ ≧ ５ ×Ｄ₁
上記式に示すように、第２加熱部２００の幅Ｄ₂は、第１加熱部１００の幅Ｄ₁よりも広いため、単位時間当たりの加熱量が同一の場合、単位面積当たりの加熱量は第１加熱部１００よりも第２加熱部２００のほうが低くなる。単位面積当たりの加熱量は、板状ガラス部材２０の加熱された部位（すなわち、第１加熱部１００、第２加熱部２００）の温度に影響するため、第１加熱部１００の温度を徐冷点より低く保ちつつ、より多くの熱量を加えるためには、第２加熱部２００に加える熱量を大きくすることが好ましい。このため、Ｑ₁およびＱ₂は下記式を満たすことが好ましい。
Ｑ₁ ＜ Ｑ₂

第１加熱部１００の幅Ｄ₁は、板状ガラス部材２０の物性や寸法形状、割断予定線４０の寸法形状などに応じて決定されるが、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。幅Ｄ₁が０．２ｍｍ未満であると、第１加熱部１００の温度を徐冷点よりも低い温度を保ったまま、板状ガラス部材２０にクラックを進展させるのに必要な熱量を与えることが困難である。一方、第１加熱部１００の幅Ｄ₁が過大であると、割断位置となりうる領域が広くなるので、良好な制度で割断することが難しい。従って、第１加熱部１００の幅Ｄ₁は、板状ガラス部材２０の板厚以下とすることが好ましい。車両用窓ガラスであると５ｍｍ以下が一般的である。
第１加熱部１００の幅Ｄ₁は、０．２〜３ｍｍであることがより好ましく、０．２〜２ｍｍであることがさらに好ましい。

（３）第１加熱部１００と、第２加熱部２００と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材２０の割断予定線４０に沿って連動して移動する。
０ ＜ Ｌ ≦ ２×Ｄ₂
上記式において、Ｌは第１加熱部１００の重心１０１と、第２加熱部２００の重心２０１と、間の板状ガラス部材２０の割断予定線４０の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ）である。ここで、第１加熱部１００の重心１０１と、第２加熱部２００の重心２０１と、間の距離と記載せず、重心１０１と、重心２０１と、間の板状ガラス部材２０の割断予定線４０の接線に平行な方向における距離と記載したのは、後述する図４に示す態様のように、第１加熱部１００の重心１０１と、第２加熱部２００の重心２０１と、を結ぶ直線が、割断予定線４０と同一方向にならない場合があるからである。
第２加熱部２００は、第１加熱部位１００に対して、割断予定線４０に沿った前方に位置するため、両者の重心１０１，２０１は一致することはないので、Ｌ＞０となる。
一方、Ｌが大きすぎると、予備加熱による効果が低下するので、第２加熱部２００の幅Ｄ₂の２倍以下とする必要がある。
Ｌは下記式を満たすことがより好ましい。
１／２ ×Ｄ₂ ＜ Ｌ ≦ Ｄ₂
なお、第２加熱部２００は、板状ガラス部材２０を予備加熱する部位であるので、第２加熱部２００の後端は、第１加熱部１００の後端よりも前方に位置しているか、または、第１加熱部１００の後端と同一の位置であることが好ましい。
また、第２加熱部２００が割断予定線４０の終点に達した後、さらに板状ガラス部材２０を予備加熱すると、板状ガラス部材２０に加わる熱量が過剰となり、第１加熱部１００の温度を徐冷点より低く保つことが困難になるおそれがある。そのため、第２加熱部２００が割断予定線４０の終点に達した時点で板状ガラス部材２０の予備加熱は終了することが好ましい。

以上、図２では、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で対称な形状の場合における本発明の割断方法の適用を示した。次に、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で非対称な形状の場合における本発明の割断方法の適用を示す。
図３は、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で非対称な形状の場合の割断線の形状を示した模式図である。図３では、板状ガラス部材２０の予備加熱を行っていないため、第１加熱部１００のみが示されている。
図３に示すように、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で非対称な形状の場合、割断予定線４０を挟んだ両側で板状ガラス部材の剛性が異なるため、割断予定線の左右で熱応力分布が非対称になりやすく、割断精度が悪くなりやすい。図３に示す板状ガラス部材２０の場合、割断予定線４０をはさんだ左右を比較した場合、割断予定線４０の右側は板状ガラス部材２０の端部までの距離が小さい。このため、当該部分の体積は割断予定線４０の左側に比べて小さく、当該部分の剛性も割断予定線４０の左側に比べて小さい。このため、放電による内部加熱を行った際に、割断予定線４０の左側のほうが熱応力が大きくなり、割断線３０´が図中右方向にずれて、割断精度が悪化するおそれがある。

本発明では、第２加熱部の重心を割断予定線の両側のうち剛性の大きい側にずらすことで、割断精度の悪化を抑制する。
図４はこの手順を示した図である。図４において、第２加熱部２００の重心２０１は、割断予定線４０の両側のうち、剛性の大きい左側に偏っている。
ここで、第２加熱部２００の重心２０１をどの程度ずらすかは、割断予定線４０をはさんだ両側の板状ガラス部材２０の幅、すなわち、割断予定線４０から板状ガラス部材２０の端部までの幅方向における距離に基づいて設定することができる。具体的には、割断予定線４０から板状ガラス部材２０の端部までの幅方向における距離をｄ₁、ｄ₂とし、割断予定線４０から第２加熱部２００の端部までの幅方向における距離をｄ₃、ｄ₄とするとき、ｄ₁／ｄ₂＝ｄ₄／ｄ₃とすることが好ましい。
ここで、ｄ₃、ｄ₄はそれぞれ割断予定線４０に対してｄ₁、ｄ₂と同一方向における距離である。

以上、図２〜４では、割断予定線４０が直線の場合における本発明の割断方法の適用を示した。次に、割断予定線が曲線の場合における本発明の割断方法の適用を示す。
図５は、割断予定線が曲線の場合の割断線の形状を示した模式図である。図５では、板状ガラス部材２０の予備加熱を行っていないため、第１加熱部１００のみが示されている。
図５に示すように、割断予定線４０が曲線の場合も、割断予定線４０を挟んだ両側で剛性が異なる。具体的には、曲線である割断予定線４０の内側は曲線の外側に比べて体積が小さく、剛性が小さい。このため、放電による内部加熱を行った際に、曲線である割断予定線４０の内側のほうが剛性が小さいので、割断線３０´が内側方向にずれて、割断精度が悪化するおそれがある。
本発明の割断方法では、第２加熱部の重心を割断予定線の両側のうち剛性の大きい側、すなわち、曲線である割断予定線４０の外側にずらすことで、割断精度の悪化を抑制することができる。
図６は、割断予定線が曲線の場合の第１加熱部１００のおよび第２加熱部２００の重心の移動経路の一例を示した図である。図６において、第１加熱部１００の重心の移動経路１１０は割断予定線と一致する。第２加熱部２００の重心の移動経路２１０は、曲線部分において、第１加熱部１００の重心の移動経路１１０よりも外側にずれている。
ここで、第２加熱部の重心をどの程度ずらすかは、たとえば、曲線である割断予定線の曲率半径に基づいて選択することができる。

以下、本発明の割断方法について、さらに記載する。
上述した点から明らかなように、内部加熱することによって板状ガラス部材が割断されるのは、内部加熱によって板状ガラス部材２０の第１加熱部１００に圧縮応力が作用した後、その反作用として、該第１加熱部１００より割断予定線４０の後方で引張応力が作用するからである。この引張応力は内部加熱された板状ガラス部材２０がその後冷却されることによって作用する。本発明の割断方法では、引張応力の作用を促進するために、第１加熱部１００より割断予定線４０の後方で板状ガラス部材２０を冷却してもよい。

次に、本発明の板状ガラス部材の割断装置（以下、「本発明の割断装置」という。）について記載する。本発明の割断装置は、板状ガラス部材を支持するステージと、該板状ガラス部材を放電により内部加熱する第１加熱機構、該第１加熱機構よりも前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った前方で該板状ガラス部材を加熱する第２加熱機構、および、該第１加熱機構および該第２加熱機構を制御する制御機構を有する。

ステージは、板状ガラス部材の一方の面（図１に示す板状ガラス部材２０の場合は裏面。以下、「裏面」とする。）を支持する。ステージは、板状ガラス部材の裏面の全面を支持してもよいし、裏面の一部を支持していてもよい。板状ガラス部材の裏面は、ステージに吸着固定されてもよいし、ステージに粘着固定されてもよい。

第１加熱機構は、図１に示した構成とすることができる。放電電極１および対向電極２としては、導電性に優れ、高融点であり、酸化されにくい材料であることが好ましい。このような材料の具体例としては、金、白金、パラジウムのような貴金属もしくはその合金が挙げられ、特に白金もしくはパラジウム、またはそれらの合金が好ましい。

放電電極１と、板状ガラス部材２０の表面と、の間隔は、放電電極１と板状ガラス部材２０の表面との間に放電１０を形成することができる限り特に限定されないが、０ｍｍ〜１０ｃｍであることが好ましく、０ｍｍ〜１０ｍｍであることがより好ましく、０．０５ｍｍ〜５ｍｍであることがさらに好ましい。ここで、０ｍｍとは、放電電極１と板状ガラス部材２０の表面とが接触している状態を意味する。
対向電極２と、板状ガラス部材２０の裏面と、の間隔についても上記と同様である。

交流電源３は、放電１０を形成可能な高周波の交流電流を発生できる限り特に限定されない。具体例としては、たとえば、テスラ変圧器、フライバック変圧器、高出力高周波発生器、高周波半導体チョッパのような共振変圧器を用いた高周波交流電源が挙げられる。
交流電源３は、電圧が１０Ｖ〜１０⁷Ｖ、より好ましくは１００Ｖ〜１０⁶Ｖ、さらに好ましくは１００Ｖ〜１０⁵Ｖで、周波数が１ｋＨｚ〜１０ＧＨｚ、より好ましくは１０ｋＨｚ〜１ＧＨｚ、さらに好ましくは１００ｋＨｚ〜１００ＭＨｚの高周波交流電流を発生することが好ましい。

なお、放電１０を形成するため、放電電極１および対向電極２、および、両者の間に位置する板状ガラス部材２０は、圧力１Ｐａ〜１００ＭＰａ、より好ましくは１ｋＰａ〜１ＭＰａの、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気または六フッ化硫黄雰囲気下に置くことが好ましい。

第２加熱機構は、板状ガラス部材を加熱できる限り特に限定されない。したがって、第２加熱機構としては、板状ガラス部材を内部加熱する機構以外に、板状ガラス部材を表面加熱する機構を用いることができる。第２加熱機構としては、第１加熱機構と同様の放電による加熱機構以外に、レーザ照射による加熱機構や赤外線（ＩＲ）照射による加熱機構を用いることもできる。但し、板厚方向にほぼ均一な熱応力を発生させることができることから、板状ガラス部材を内部加熱する機構を使用することが好ましい。なお、幅広い組成の板状ガラス部材を内部加熱できること、板状ガラス部材の表面加熱が少ないこと、低コストであることから、放電による加熱機構が好ましい。
第２加熱機構として、放電による加熱機構を使用する場合、図１に示した構成とすることができる。なお、図１では放電１０が板状ガラス部材２０の割断予定線４０の直上に位置しているが、図４に示す場合のように、板状ガラス部材２０が割断予定線４０の左右で対称な形状の場合や、図５に示す場合のように、割断予定線４０が曲線の場合は、第２加熱部２００の重心を割断予定線４０からずらすために、放電１０の位置を割断予定線４０の直上からずらすことになる。ここで、図１に示した構成を割断予定線４０をはさむように複数設けることで、第２加熱部２００の重心を割断予定線４０からずらすことも可能である。

本発明の割断装置では、制御機構が、上述した条件（１）〜（３）を満たすように、第１加熱機構および第２加熱機構を制御する。

上述した条件（１）を満たすためには、第１加熱機構および第２加熱機構からの熱量を制御することになる。第１加熱機構および第２加熱機構として、図１に示した構成の放電による加熱機構を用いる場合は、交流電源３からの高周波交流電流の電圧、周波数および電流値のうち、のいずれか１つ、または複数を制御することになる。

第１加熱機構および第２加熱機構として、図１に示した構成の放電による加熱機構を用いる場合に、上述した条件（２）を満たすためには、放電電極１と板状ガラス部材２０の表面との間隔、および、対向電極２と板状ガラス部材２０の裏面との間隔を制御することになる。また、放電電極１の形状によっても、条件（２）のパラメータである第１加熱機構による加熱部位の幅Ｄ₁および第２加熱機構による加熱部位の幅Ｄ₂を変更することができる。

上述した条件（３）を満たすためには、板状ガラス部材２０の割断予定線４０に沿って、第１加熱機構および第２加熱機構と、板状ガラス部材と、を相対的に移動させる必要がある。第１加熱機構および第２加熱機構と、板状ガラス部材と、を相対的に移動させるためには、たとえば、駆動装置と接続されたステージを使用し、第１加熱機構および第２加熱機構に対して、板状ガラス部材を支持するステージを、該板状ガラス部材の割断予定線に沿って相対的に移動させればよい。または、第１加熱機構および第２加熱機構を駆動装置と接続して、ステージに支持された板状ガラス部材に対して、該板状ガラス部材の割断予定線に沿って相対的に移動させればよい。ここで、第１加熱機構および第２加熱機構として、図１に示した構成の放電による加熱機構を用いる場合は、放電電極１および相対電極２を駆動装置と接続して、板状ガラス部材２０に対して、該板状ガラス部材２０の割断予定線４０に沿って相対的に移動させることになる。

ステージと接続する駆動機構、あるいは、第１加熱機構および第２加熱機構と接続する駆動装置は、一般的な構成であって良く、例えばアクチュエータなどで構成される。

本発明の割断装置は、さらに、第１加熱機構より板状ガラス部材の割断予定線に沿った後方で、該板状ガラス部材を冷却する冷却機構を有していてもよい。冷却機構としては、たとえば、板状ガラス部材の表面に気体、液体、エアロゾル等の冷却剤を吹き付ける機構が挙げられる。

本発明によれば、建築用、自動車用、装飾用、家具用等の板ガラスや、ＰＣのディスプレイや携帯電話、ＰＤＡ等の携帯端末のディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板、または、太陽電池用、タッチパネル用等のガラス基板、あるいは、ＦＰＤ、太陽電池等のカバーガラスといった幅広い用途の板状ガラス部材の割断することができる。
板状ガラス部材を構成するガラスの組成もその用途によって様々であり、たとえば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。

また、板状ガラス部材の厚さもその用途によって様々である。例えば、建築用の板ガラスとして用いられる板状ガラス部材の場合、２〜２０ｍｍであり、自動車用の板ガラスとして用いられる板状ガラス部材の場合、１〜６ｍｍである。また、ＦＰＤ用のガラス基板として用いられる板状ガラス部材の場合、０．０５〜０．７ｍｍである。また、各種カバーガラスとして用いられる板状ガラス部材の場合、０．３〜３ｍｍである。

１：放電電極
２：対向電極
３：交流電源
１０：放電
２０：板状ガラス部材
３０，３０´：割断線
４０：割断予定線
１００：第１加熱部
１００：重心
２００：第２加熱部
２０１：重心

Claims (11)

1. 放電により内部加熱される部位（第１加熱部）を板状ガラス部材の割断予定線に沿って移動させることによって、該板状ガラス部材を割断する方法であって、
   下記条件（１）〜（３）を満たすように、前記第１加熱部より前記割断予定線に沿った前方で前記板状ガラス部材を予備加熱することを特徴とする板状ガラス部材の割断方法。
   （１）前記第１加熱部に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ₁（単位：Ｗ）と、前記板状部材の予備加熱される部位（第２加熱部）に加わる単位時間当たりの熱量Ｑ₂（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ₁＋Ｑ₂が下記式を満たす。
   Ｑ_a ≦ Ｑ₁＋Ｑ₂ ＜ Ｑ_b
   （Ｑ_a：熱応力により板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑ_b：第１加熱部の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ））
   （２）第１加熱部の幅をＤ₁（単位：ｍｍ）、第２加熱部の幅をＤ₂（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
   Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
   （３）第１加熱部と、第２加熱部と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
   ０ ＜ Ｌ ≦ ２×Ｄ₂
   （Ｌ：第１加熱部と第２加熱部との重心間の板状ガラス部材の割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））
2. 前記Ｄ₁が０．２〜５ｍｍであり、前記Ｄ₂が下記式のうち、いずれか大きいほうを満たす、請求項１に記載の板状ガラス部材の割断方法。
   Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
   Ｄ₂ ≧ ５ｍｍ
3. 前記Ｑ₁および前記Ｑ₂が下記式を満たす、請求項１または２に記載の板状ガラス部材の割断方法。
   Ｑ₁ ＜ Ｑ₂
4. 前記予備加熱が放電による内部加熱である、請求項１〜３のいずれかに記載の板状ガラス部材の割断方法。
5. 前記第２加熱部の重心が、前記割断予定線の両側のうち剛性の大きい側に偏っている、請求項１〜４のいずれかに記載の板状ガラス部材の割断方法。
6. 前記第１加熱部より前記割断予定線に沿った後方で前記板状ガラス部材を冷却する、請求項１〜５のいずれかに記載の板状ガラス部材の割断方法。
7. 前記第２加熱部において、前記割断予定線をはさんで複数の予備加熱を実施する、請求項１〜６のいずれかに記載の板状ガラス部材の割断方法。
8. 前記第２加熱部が前記割断予定線の終点に達した時点で前記予備加熱を終了する、請求項１〜７のいずれかに記載の板状ガラス部材の割断方法。
9. 板状ガラス部材を支持するステージと、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱する第１加熱機構、前記第１加熱機構よりも前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った前方で該板状ガラス部材を加熱する第２加熱機構、および、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御する制御機構を有し、
   前記制御機構が、下記条件（１）〜（３）を満たすように、前記第１加熱機構および前記第２加熱機構を制御することを特徴とする板状ガラス部材の割断装置。
   （１）前記第１加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ₁（単位：Ｗ）と、前記第１加熱機構が前記板状ガラス部材に与える単位時間当たりの熱量Ｑ₂（単位：Ｗ）と、の合計熱量Ｑ₁＋Ｑ₂が下記式を満たす。
   Ｑ_a ≦ Ｑ₁＋Ｑ₂ ＜ Ｑ_b
   （Ｑ_a：熱応力により板状ガラス部材にクラックを進展させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）、Ｑ_b：前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の温度を徐冷点（℃）まで上昇させるのに必要な熱量（単位：Ｗ）
   （２）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位の幅をＤ₁（単位：ｍｍ）、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位の幅をＤ₂（単位：ｍｍ）とするとき、下記式を満たす。
   Ｄ₂ ≧ ２×Ｄ₁
   （３）前記板状ガラス部材の前記第１加熱機構による加熱部位と、前記板状ガラス部材の前記第２加熱機構による加熱部位と、は下記式を満たしつつ、板状ガラス部材の割断予定線に沿って連動して移動する。
   ０ ＜ Ｌ ≦ ２×Ｄ₂
   （Ｌ：第１加熱機構による加熱部位と第２加熱機構による加熱部位との重心間の板状ガラス部材の割断予定線の接線に平行な方向における距離（単位：ｍｍ））
10. 前記第２加熱機構が、前記板状ガラス部材を放電により内部加熱する、請求項９に記載の板状ガラス部材の割断装置。
11. 前記第１加熱機構より前記板状ガラス部材の割断予定線に沿った後方で、該板状ガラス部材を冷却する冷却機構を有する、請求項９または１０に記載の板状ガラス部材の割断装置。

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