強化玻璃板的切割方法
【專利摘要】一種強化玻璃板的利用激光照射的切割方法，所述強化玻璃板具備具有殘余壓應力的正表面層和背表面層以及形成在兩者之間且具有內部殘余拉應力CT(MPa)的中間層。將使用正表面層和背表面層的厚度DOL(μm)、強化玻璃板的厚度t1(μm)、楊氏模量Y(MPa)且由UCT＝{CT2×(t1-2×DOL)}/(2×Y)表示的應變能UCT設定為2.5J/m2以上，將使用入射到強化玻璃板上的激光的輸出功率Pe(W)、掃描速度v(mm/s)、強化玻璃板對激光的吸收系數α(mm-1)、強化玻璃板的厚度t2(mm)、線膨脹系數αL(K-1)、密度ρ(g/mm3)、比熱c(J/g/K)且由K＝Pe/v×exp(-α×t2)×(Y×αL)/(t2×ρ×c)表示的切割指數K設定為150N/mm以下。
【專利說明】強化玻璃板的切割方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及強化玻璃板的切割方法，特別是涉及使用了利用激光的內部加熱的強 化玻璃板的切割方法。

【背景技術】
[0002] 在移動電話、便攜信息終端（PDA :Personal Data Assistance,個人數據助理）等 便攜設備中，顯示器的罩、基板使用玻璃板?；诒銛y設備的薄型化、輕量化的要求，對于玻 璃板也通過使用強度高的強化玻璃板來實現(xiàn)薄型化、輕量化。
[0003] 玻璃板的切割通常通過利用金剛石等硬質的輥或刀片以機械作用在主面上導入 劃線并沿該劃線施加彎折力來進行。在這樣的方法中，通過導入劃線，在玻璃板的切割端面 上生成多條微細裂紋。因此，存在如下問題：盡管為強化玻璃板，但在切割端部也得不到充 分的強度。
[0004] 針對這樣的問題，近年來開發(fā)了如下方法：通過激光的照射對強化玻璃板的內部 進行加熱，控制導入到強化玻璃板的端面而非主面上的初始裂紋的擴展，由此對強化玻璃 板進行切割。在這樣的使用激光的切割中，不需要像以往那樣在強化玻璃板的主面上導入 劃線。因此，也不會在切割端面上生成上述的微細裂紋，能夠得到高強度的強化玻璃板。專 利文獻1中，公開了利用激光對玻璃板進行切割的方法。
[0005] 現(xiàn)有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :國際公開第2010/126977號


【發(fā)明內容】

[0008] 發(fā)明所要解決的問題
[0009] 關于使用激光的強化玻璃板的切割，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了以下的問題。
[0010] 本發(fā)明人著眼于利用激光的強化玻璃板的切割中殘留在強化玻璃板的內部的拉 應力（內部殘余拉應力CT)所產生的應變能（內部應變能）。
[0011] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在該強化玻璃板的內部應變能小于某一臨界值時，內部殘余拉應 力對裂紋擴展的影響減小，切割所需的激光的照射能急劇增大，并且難以精度良好地進行 切割。
[0012] 本發(fā)明鑒于上述情況而完成，其目的在于使由內部殘余拉應力引起的裂紋擴展成 為支配性因素，以低照射能精度良好地對強化玻璃板進行切割。
[0013] 用于解決問題的手段
[0014] 本發(fā)明的第一方式的強化玻璃板的切割方法包括通過使照射到強化玻璃板上的 激光的照射區(qū)域發(fā)生移動而對該強化玻璃板進行切割的工序，所述強化玻璃板具備具有殘 余壓應力的正表面層和背表面層以及形成在該正表面層與背表面層之間且具有內部殘余 拉應力CT(MPa)的中間層，所述強化玻璃板的切割方法中，
[0015] 將使用所述正表面層和所述背表面層的厚度DOL(ym)、所述強化玻璃板的厚度 t^ym)、楊氏模量Y(MPa)且由下式表示的、基于所述內部殘余拉應力CT的每單位面積的 應變能UCT(J/m 2)設定為2. 5J/m2以上，
[0016] 將使用入射到所述強化玻璃板上的所述激光的輸出功率Pe (W)、所述激光的掃描 速度V(mm/s)、所述強化玻璃板對所述激光的吸收系數a (mm1)、所述強化玻璃板的厚度 t2(mm)、楊氏模量Y(MPa)、線膨脹系數aJIT1)、密度P (g/mm3)、比熱c(J/g/K)且由下式表 示的切割指數K(N/mm)設定為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] 本發(fā)明的第二方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一方式所述的強化玻璃板 的切割方法，其中，將所述激光的光束直徑設定為所述強化玻璃板的厚度以下。
[0020] 本發(fā)明的第三方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一或第二方式所述的強化 玻璃板的切割方法，其中，利用照射到所述強化玻璃板上的激光在退火點以下的溫度下對 所述中間層進行局部加熱，使所述中間層產生壓應力，由此控制由所述內部殘余拉應力引 起的裂紋的擴展，并且，使所述激光的照射區(qū)域發(fā)生移動，由此對所述強化玻璃板進行切 割。
[0021] 本發(fā)明的第四方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一至第三方式中任一方式 所述的強化玻璃板的切割方法，其中，所述強化玻璃板和所述激光滿足〇< a Xt2 <3.0的 條件。
[0022] 本發(fā)明的第五方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一至第四方式中任一方式 所述的強化玻璃板的切割方法，其中，將所述激光的波長設定為250?5000nm。
[0023] 本發(fā)明的第六方式的強化玻璃板的切割方法為上述第五方式所述的強化玻璃板 的切割方法，其中，將所述激光的波長設定為2500?3500nm。
[0024] 本發(fā)明的第七方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一至第六方式中任一方式 所述的強化玻璃板的切割方法，其中，從所述激光的入射側對所述強化玻璃板的所述激光 的照射區(qū)域噴吹氣體來進行冷卻。
[0025] 本發(fā)明的第八方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一至第七方式中任一方式 所述的強化玻璃板的切割方法，其中，基于所述內部殘余拉應力CT的每單位面積的應變能 Uct 為 60J/m2 以下。
[0026] 本發(fā)明的第九方式的強化玻璃板的切割方法為上述第一至第八方式中任一方式 所述的強化玻璃板的切割方法，其中，所述切割指數K為5N/mm以上。
[0027] 發(fā)明效果
[0028] 根據本發(fā)明，由內部殘余拉應力引起的裂紋擴展成為支配性因素，能夠以低照射 能精度良好地對強化玻璃板進行切割。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是照射激光之前的強化玻璃板的截面圖。
[0030] 圖2是表示照射激光之前的強化玻璃板的殘余應力的分布的示意圖。
[0031] 圖3是用于說明強化玻璃板的切割方法的立體圖。
[0032] 圖4是沿圖3的A-A線的截面圖。
[0033] 圖5是沿圖3的B-B線的截面圖。
[0034] 圖6是表示從強化玻璃板上切下強化玻璃面板的方法的一例的圖。
[0035] 圖7是實施方式1的強化玻璃板的切割方法中使用的冷卻噴嘴的截面圖。
[0036] 圖8是表不關于強化玻璃板的切割結果的表。
[0037] 圖9是表示關于非強化玻璃板的切割結果的表。
[0038] 圖10是表示關于強化玻璃板和非強化玻璃板的切割結果的表。
[0039] 圖11是用于對使用激光切割非強化玻璃板時起作用的應力進行說明的圖。
[0040] 圖12是表示使用激光切割強化玻璃板時起作用的應力的一例的圖。
[0041] 圖13是表示使用激光切割強化玻璃板時起作用的應力的另一例的圖。
[0042] 圖14是表示實施例1的預定切割線的形狀的圖。
[0043] 圖15是示出樣品1?21中的激光波長λ、內部應變能Uct、臨界照射能Ec和用于 導出兩者的各條件的表。
[0044] 圖16Α是表示圖15的表所示的臨界照射能Ec的內部應變能Uct依賴性的圖。
[0045] 圖16Β是表示圖15的表所示的臨界切割指數Kc的內部應變能Uct依賴性的圖。
[0046] 圖17是示出樣品31?33和41?43中的激光波長λ、內部應變能Uct、照射能Ε、 用于導出兩者的各條件、作為異物的黑色標記的有無、能否切割、截面性狀的表。
[0047] 圖18是示出樣品13、51、52中的激光波長λ、內部應變能Uct、臨界照射能Ec、用 于導出兩者的各條件、黑色矩陣（BM)膜的形成的有無、能否切割、截面性狀的表。

【具體實施方式】
[0048] 以下，參考附圖對應用本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。但是，本發(fā)明不限于 以下的實施方式。另外，為了明確地進行說明，對以下的記載和附圖進行了適當簡化。
[0049] (實施方式1)
[0050] 首先，參考圖1?5對強化玻璃板的結構和強化玻璃板的切割方法進行說明。
[0051] 首先，參考圖1、2對強化玻璃板的結構進行說明。圖1是照射激光之前的強化玻 璃板10的截面圖。圖1中，箭頭的方向表示殘余應力的作用方向，箭頭的大小表示應力的 大小。如圖1所不，強化玻璃板10具有正表面層13和背表面層15以及設置在正表面層13 與背表面層15之間的中間層17。正表面層13和背表面層15中，通過下述的風冷強化法、 化學強化法而殘留有壓應力。另外，作為其反作用，在中間層17中殘留有拉應力。
[0052] 強化玻璃板10利用例如風冷強化法、化學強化法等來制作。強化用玻璃的種類根 據用途來選擇。例如，在汽車用窗玻璃、建筑用窗玻璃、PDP(Plasma Display Panel，等離子 體顯示面板）用的玻璃基板、保護玻璃的情況下，使用堿性鋁硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃作為強 化用玻璃。
[0053] 風冷強化法中，將溫度為軟化點附近的玻璃從正表面和背表面進行驟冷，在玻璃 的正表面和背表面與內部之間產生溫度差，由此，形成殘留有壓應力的正表面層和背表面 層。風冷強化法適合于對厚玻璃進行強化。
[0054] 化學強化法中，對玻璃的正表面和背表面進行離子交換，將玻璃中含有的離子半 徑小的離子（例如，Li離子、Na離子）置換為離子半徑大的離子（例如，K離子），由此，形 成殘留有壓應力的正表面層和背表面層?；瘜W強化法適合于對堿性鋁硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻 璃進行強化。
[0055] 圖2是表示照射激光之前的強化玻璃板的殘余應力的分布的示意圖。
[0056] 如圖2所示，正表面層13和背表面層15中殘留的壓應力（> 0)具有從強化玻璃 板10的正表面12和背表面14向著內部慢慢減小的傾向。另外，中間層17中殘留的拉應 力（> 〇)具有從玻璃的內部向著正表面12和背表面14慢慢減小的傾向。
[0057] 圖2中，CS表示正表面層13、背表面層15中的最大殘余壓應力（表面壓應力） (> 0)，CT表示中間層17中的內部殘余拉應力（中間層17的殘余拉應力的平均值）（> 0)，DOL表示正表面層13和背表面層15的厚度，t表示強化玻璃板10的厚度。因此，中間 層17的厚度為t-2XD0L。
[0058] 另外，強化玻璃板的內部殘余拉應力CT(MPa)通常通過測定表面壓應力CS(MPa) 以及正表面層13和背表面層15的厚度DOL(μ m)并使用下述式1由該測定值和強化玻璃 板的厚度&(11111)來算出。
[0059] CT = (CS X DOL) At「2 X D0L)…式 1
[0060] 并且，基于內部殘余拉應力CT的每單位面積的應變能（以下，簡稱為"內部應變 能"）Uct (J/m2)可以使用楊氏模量Y (MPa)由下述式2來求出。
[0061] UCT={CT2X(t1_2XD0L)V(2XY)-S2
[0062] 本發(fā)明人對于具有各種內部應變能Uct的強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，稱為臨界照射能）Ec。結果發(fā)現(xiàn)，在使強化玻璃板的內部應變 能U ct < 2. 5J/m2時，即使切割條件相同，臨界照射能Ec也會急劇地（具體而言，以數倍的 程度）升高，并且切割精度也變差。同時，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在使強化玻璃板的內部應變能 Uct > 2. 5J/m2時，只要強化玻璃板的材質、厚度和激光波長相同，則臨界照射能Ec為大致恒 定的值，切割精度也提高。即，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在對強化玻璃板進行切割的情況下，通過使內 部應變能U ct > 2. 5J/m2,由內部殘余拉應力引起的裂紋擴展成為支配性因素，能夠以低照 射能精度良好地進行切割。另一方面，U ct過大時，玻璃內部的微小氣泡等缺陷成為起點而發(fā) 生破裂。因此，在使最大氣泡尺寸為普通玻璃板的品質標準即數十微米時，優(yōu)選U ct < 60J/ Hl20
[0063] 即認為，在內部應變能Uct = 2. 5J/m2附近，發(fā)生了切割模式的轉變。具體而言，作 為用于切割強化玻璃板的裂紋擴展能，在內部應變能U ct < 2. 5J/m2的情況下，除了內部應 變能以外，還需要激光的照射能，在內部應變能Uct > 2. 5J/m2的情況下，僅為內部應變能。 并且，在Uct > 2. 5J/m2的情況下，不是為了使裂紋擴展而需要激光的照射能，反而是為了抑 制、控制裂紋的擴展而需要激光的照射能。
[0064] 在此，最大殘余壓應力CS、內部殘余拉應力CT、正表面層13和背表面層15的厚度 DOL可以利用強化處理條件進行調節(jié)。例如，在風冷強化法的情況下，最大殘余壓應力CS、 內部殘余拉應力CT、正表面層13和背表面層15的厚度DOL可以利用玻璃的冷卻速度等進 行調節(jié)。另外，在化學強化法的情況下，由于將玻璃浸漬到處理液（例如，KNO 3熔鹽）中進 行離子交換，因此，最大殘余壓應力CS、內部殘余拉應力CT、正表面層13和背表面層15的 厚度DOL可以利用處理液的濃度、溫度、浸漬時間等進行調節(jié)。另外，本實施方式的正表面 層13和背表面層15具有相同的厚度DOL和最大殘余壓應力CS，但也可以具有不同的厚度、 最大殘余壓應力。
[0065] 圖3是用于對強化玻璃板的切割方法進行說明的圖。如圖3所示，對強化玻璃板 10的正表面12照射激光20,使激光20的照射區(qū)域22在強化玻璃板10的正表面12上移 動（掃描），由此，對強化玻璃板10施加應力而對強化玻璃板10進行切割。
[0066] 在強化玻璃板10的端部，在切割開始位置預先形成有初始裂紋。初始裂紋的形成 方法可以為通常的方法，例如，利用切割機、銼刀、激光來形成。另外，如上所述，在使用激光 的內部加熱切割中，不需要在強化玻璃板10的正表面12上形成沿預定切割線的劃線（槽 線）。
[0067] 在強化玻璃板10的正表面12上，激光20的照射區(qū)域22從強化玻璃板10的端部 向著內側沿預定切割線以直線狀、曲線狀移動。由此，使裂紋30從強化玻璃板10的端部向 著內側擴展，從而對強化玻璃板10進行切割。
[0068] 為了使激光20的照射區(qū)域22在強化玻璃板10的正表面12上移動，可以使支撐 強化玻璃板10的保持工具移動或旋轉，也可以使激光20的光源移動。另外，可以使設置在 激光20的路徑的中途的反射鏡旋轉。
[0069] 在強化玻璃板10的正表面12上，使激光20的照射區(qū)域22以與強化玻璃板10的 厚度、最大殘余壓應力CS、內部殘余拉應力CT、正表面層13、背表面層15的厚度D0L、激光 20的光源的輸出功率等相應的速度移動。
[0070] 作為激光20的光源，沒有特別限定，可以列舉例如：UV激光器（波長：355nm)、綠 光激光器（波長：532nm)、半導體激光器（波長：808nm、940nm、975nm)、光纖激光器（波長： 1060?IlOOnm)、YAG激光器（波長：1064nm、2080nm、2940nm)、使用中紅外光參量振蕩器的 激光器（波長：2600?3450nm)等。激光20的振蕩方式沒有限制，可以使用連續(xù)振蕩激光 的CW激光器、間歇振蕩激光的脈沖激光器中的任意一種激光器。另外，激光20的強度分布 沒有限制，可以為高斯型也可以為平頂型。
[0071] 從光源出射的激光20由會聚透鏡等會聚，并成像于強化玻璃板10的正表面12 上。關于激光20的會聚位置，以強化玻璃板10的正表面12作為基準，可以在激光源側，也 可以在背表面14側。另外，如果為加熱溫度不過高、即保持退火點以下的會聚面積，則激光 20的會聚位置可以在強化玻璃板10中。
[0072] 在強化玻璃板10的正表面12上，激光20的光軸例如可以如圖3所示與正表面12 正交，也可以與正表面12傾斜地相交。
[0073] 在將強化玻璃板10對激光20的吸收系數設為a (mm 〇、將強化玻璃板10的厚度 設為t2(mm)時，在強化玻璃板10與激光20滿足0 < a Xt2 < 3. 0的表達式的情況下，不 是僅利用激光20的作用，而且可以利用由中間層17的殘余拉應力引起的裂紋的擴展來對 強化玻璃板10進行切割。即，通過在上述條件下將激光20的照射區(qū)域22中的中間層17 在退火點以下的溫度下進行加熱，能夠使中間層17中產生比內部殘余拉應力的值小的拉 應力或壓應力，由此控制強化玻璃板10中產生的裂紋30的擴展，利用由殘余拉應力引起的 裂紋30對強化玻璃板10進行切割。另外，在退火點以下的溫度對中間層17進行加熱是由 于，在超過退火點的溫度下進行加熱時，即使在激光通過的短時間內，玻璃也會達到高溫而 形成容易產生粘性流動的狀態(tài)，因此，由于該粘性流動而使利用激光產生的應力得到緩和。 另外，強化玻璃板10的厚度t的值t 2 (mm)與式1、2中的值μ m)相比，僅單位有所不同。
[0074] 在將入射到強化玻璃板10上之前的激光20的強度設為Itl、將在強化玻璃板10中 恰好移動距離L(mm)時的激光20的強度設為I時，根據朗伯-比爾定律，下式成立。
[0075] I = I0X exp (- a XL)
[0076] 通過使α X t2大于0且為3. 0以下，激光20在強化玻璃板10的表面不被吸收而 到達內部，因此，能夠對強化玻璃板10的內部充分進行加熱。結果，強化玻璃板10中產生 的應力從圖1所示的狀態(tài)變?yōu)閳D4、圖5所示的狀態(tài)。
[0077] 圖4是沿圖3的A-A線的截面圖，是包含激光的照射區(qū)域的截面圖。圖5是沿圖3 的B-B線的截面圖，是圖4所示的截面的后方的截面。在此，"后方"是指激光20的掃描方 向的后方。圖4和圖5中，箭頭的方向表示應力的作用方向，箭頭的長度表示應力的大小。
[0078] 激光20的照射區(qū)域22中的中間層17中，激光20的強度充分高，因此，溫度比周 圍升高，從而產生了比圖1和圖2所示的殘余拉應力小的拉應力或壓應力。在產生了比殘 余拉應力小的拉應力或壓應力的部分，裂紋30的擴展得到抑制。為了可靠地防止裂紋30 的擴展，優(yōu)選如圖4所示產生了壓應力。
[0079] 另外，如圖4所示，在激光20的照射區(qū)域22中的正表面層13、背表面層15中，產 生了比圖1和圖2所示的殘余壓應力大的壓應力，因此，裂紋30的擴展得到抑制。
[0080] 為了與圖4所示的壓應力平衡，在圖4所示的截面的后方的截面中，如圖5所示， 在中間層17中產生拉應力。該拉應力比殘余拉應力大,在拉應力達到預定值的部分形成裂 紋30。裂紋30從強化玻璃板10的正表面12貫通至背表面14,圖3所示的切割為所謂的 全切切割。
[0081] 在該狀態(tài)下使激光20的照射區(qū)域22移動時，裂紋30的前端位置以追隨照射區(qū)域 22的位置的方式移動。即，在圖3所示的切割方法中，對強化玻璃板10進行切割時，利用在 激光的掃描方向后方產生的拉應力（參考圖5)控制裂紋30的擴展方向，在使用在照射到 激光的區(qū)域中產生的壓應力（參考圖4)來抑制裂紋30的擴展的同時進行切割。即，使用 通過激光20的照射產生的壓應力來控制裂紋30的擴展。結果，能夠抑制裂紋30從預定切 割線偏離而自行延伸。
[0082] 玻璃根據用途而要求高透明度，因此，在使用的激光波長接近可見光的波長區(qū)域 的情況下，α X t2越接近0越好。但是，α X t2過小時,吸收效率變差，因此,優(yōu)選為0. 0005 以上（激光吸收率為0.05%以上），更優(yōu)選為0.002以上（激光吸收率為0.2%以上），進 一步優(yōu)選為〇. 004以上（激光吸收率為0. 4%以上）。
[0083] 玻璃根據用途而相反地要求低透明度，因此，在使用的激光波長接近可見光的波 長區(qū)域的情況下，a Xt2越大越好。但是，CiXt2過大時，激光的表面吸收增大，因此無法 控制裂紋擴展。因此，α X t2優(yōu)選為3. 0以下（激光吸收率為95%以下），更優(yōu)選為0. 1以 下（激光吸收率為10%以下），進一步優(yōu)選為〇. 02以下（激光吸收率為2 %以下）。
[0084] 強化玻璃板10的厚度t2 (mm)根據用途進行設定，優(yōu)選為0. 1?2. 0mm。在化學強 化玻璃的情況下，通過使厚度t2 (mm)為2. Omm以下，能夠充分提高內部殘余拉應力CT。另 一方面，厚度hO?)小于〇. Ifflm時，難以對玻璃實施化學強化處理。厚度tJmm)更優(yōu)選為 0· 3?I. 5mm，進一步優(yōu)選為0· 5?I. 5mm。
[0085] 吸收系數α由激光20的波長、強化玻璃板10的玻璃組成等決定。
[0086] 例如，強化玻璃板10中的氧化鐵（包括FeO、Fe203、Fe 3O4)的含量、氧化鈷（包括 C〇0、C〇203、C〇304)的含量、氧化銅（包括Cu0、Cu 20)的含量越多，貝丨J IOOOnm附近的近紅外線 波長區(qū)域內的吸收系數α越大。即，通過調節(jié)氧化鐵等的含量，能夠將a Xt2的值調節(jié)至 期望的范圍。強化玻璃板10中的氧化鐵的含量取決于構成強化玻璃板10的玻璃的種類， 在鈉鈣玻璃的情況下，例如為〇. 02?I. 0質量％。但是，氧化鐵等的含量越多，則強化玻璃 板10的可見光區(qū)域的透明度越降低。
[0087] IOOOnm附近的近紅外線波長區(qū)域內的吸收系數（α )根據用途進行設定。例如，在 汽車用窗玻璃的情況下，吸收系數（α)優(yōu)選為0.3mm1以下。另外，在建筑用窗玻璃的情況 下，吸收系數（α)優(yōu)選為0.06mm 1以下。另外，在顯示器用玻璃的情況下，吸收系數（α) 優(yōu)選為0.02mm1以下。
[0088] 另外，強化玻璃板10中的稀土元素（例如，Yb)的氧化物的含量越多，則稀土原子 的吸收波長附近的吸收系數α越大。
[0089] 此外，強化玻璃板10中的OH基的含量越多，則3000nm附近的中紅外線波長區(qū)域 內的吸收系數α越大。在此，OH基的含量對可見光區(qū)域的透明度沒有影響。
[0090] 激光20的波長為250?5000nm即可，優(yōu)選設定為2500?3500nm。在激光20的 波長為2500?3500nm(3000nm附近）的情況下，如上所述，能夠在不使可見光區(qū)域的透明 度降低的情況下提高吸收系數α。結果，能夠提高利用激光20得到的加熱效率。激光20 的波長進一步優(yōu)選設定為2700?3200nm。
[0091] 例如，在激光的波長為IOOOnm附近的情況下，在板厚t2 (mm)為Imm時，氧化鐵含 量為0.04質量％的強化玻璃板的吸收率為約2% (透射率：約98%)。因此，利用激光的 照射得到的加熱效率差。另外，吸收率隨Fe濃度發(fā)生變化，因此，需要根據強化玻璃板的組 成而大幅改變激光的照射條件。
[0092] 與此相對，例如，在激光的波長為3000nm附近的情況下，在板厚為Imm時，不論氧 化鐵含量的多少，強化玻璃板的吸收率均為約50% (透射率：約50% )。因此，與波長為 IOOOnm附近的情況相比，加熱效率提高，而且不需要根據強化玻璃板的組成而大幅改變激 光的照射條件。
[0093] 另外，在波長為IOOOnm附近、吸收率為約2%的情況下，例如，如果切割需要2W的 吸收功率，則輸入l〇〇W，98W發(fā)生透射。因此，當工作臺位于激光所通過的預定切割線的下 方時，連工作臺也會由于激光而受到損傷。因此，需要進行使工作臺比從強化玻璃板上切下 的強化玻璃面板小一圈等的設計。另外，還需要對透射的激光進行處理。此外，由于透射率 高，因此，強化玻璃板的端面上的反射光有時會產生不利影響。另外，由于附著在正表面或 背表面上的異物而使激光的吸收率增高時，吸收量的變化大，有時會產生不利影響。此外， 即使在吸收率隨Fe濃度從2%變?yōu)? %而僅變化了 1 %的情況下，也需要將輸入的功率從 100W變?yōu)?00W而改變100W。
[0094] 與此相對，在波長為3000nm附近、吸收率為約50%的情況下，如果切割需要2W的 吸收功率，則輸入4W，2W發(fā)生透射。這樣，與波長為IOOOnm附近的情況相比，能夠使輸入功 率急劇減少，能夠提高加熱效率。而且，透射光也急劇減少，因此，即使工作臺位于激光所通 過的預定切割線的下方，也不會使工作臺受到損傷。因此，通過將強化玻璃載置到比要切割 的強化玻璃板大的工作臺上，能夠以更穩(wěn)定的狀態(tài)進行切割。另外，也不需要對透射的激光 進行處理。此外，強化玻璃板的端面上的反射光的功率也小，不易產生不利影響。另外，即 使由于附著在正表面或背表面上的異物而使激光的吸收率增高，吸收量的變化也小，不易 產生不利影響。此外，也不存在由Fe濃度引起的吸收率的變動，而且，即使在吸收率從50 % 減為40%而減少了 10%的情況下，也只要將輸入的功率從4W變?yōu)?W而僅改變IW即可。 [0095] 在此，圖6是表示從強化玻璃板上切下強化玻璃面板的方法的一例的圖。圖6是 從上方觀察強化玻璃板10而得到的圖。另外，強化玻璃板10上所示的虛線表示用于使用 上述中說明的切割方法從強化玻璃板10上切下強化玻璃面板40的預定切割線235。強化 玻璃面板40為具備具有預定的曲率半徑R的4個角部Cl、C2、C3、C4以及直線部41、42、 43、44的四方形狀。另外，圖6所示的強化玻璃面板40的形狀為一例，在從強化玻璃板10 上切下其他任意形狀的強化玻璃面板40的情況下，也可以使用本實施方式的強化玻璃的 切割方法。
[0096] 在從強化玻璃板10上切下強化玻璃面板40時，以通過預定切割線235的方式掃 描激光。具體而言，從位于直線部41的延長線上的端面上的切割開始位置45開始激光的 掃描。然后，經由直線部41、角部C1、直線部42、角部C2、直線部43、角部C3、直線部44、角 部C4,掃描激光直至作為角部C4與直線部41的連接點的切割結束位置46為止。此時，在 切割開始位置45、即強化玻璃板10的端部預先形成有初始裂紋。初始裂紋可以利用例如切 割機、銼刀、激光來形成。
[0097] 另外，本實施方式的強化玻璃板的切割方法中，通過對激光20的照射區(qū)域22噴吹 空氣來進行冷卻。圖7是實施方式1的強化玻璃板的切割方法中使用的冷卻噴嘴的截面圖。 利用圖7所示的冷卻噴嘴28,對強化玻璃板10的正表面12噴吹氣體。如圖7所示，冷卻噴 嘴28以使氣體（空氣、氮氣等）在內部向箭頭方向流動的方式形成有錐形空洞。在此，冷 卻噴嘴28的軸與激光的光軸一致，由透鏡25會聚的激光20從冷卻噴嘴28的內部通過，并 從設置在冷卻噴嘴28的前端的直徑為φη的開口部出射。另外，可以與激光的照射區(qū)域的 移動同步地（即，以與激光相同的掃描速度）移動。通過這樣的構成，利用氣體對激光照射 部進行冷卻。通過該冷卻，圖3所示的裂紋30的前端位置與激光20的照射區(qū)域22之間的 距離縮短，切割精度提高。
[0098] 冷卻噴嘴28的開口部的直徑φη以及冷卻噴嘴28的前端與強化玻璃板10的正表 面12的間隙G2可以任意確定。在此，冷卻噴嘴28的開口部的直徑φη越小，則噴吹到強化 玻璃板10上的氣體的流速越快，強化玻璃板10的正表面12上的冷卻能力越提高。另外， 冷卻噴嘴28的前端與強化玻璃板10的正表面的間隙G2越小，則強化玻璃板10的正表面 12上的冷卻能力越提
[0099] <參考例>
[0100] 在此，參考圖8?10對強化玻璃板的切割方法與非強化玻璃板的切割方法中裂紋 的擴展方式不同這一點進行說明。圖8是表示關于強化玻璃板的切割結果的表。圖9是表 示關于非強化玻璃板的切割結果的表。圖10是表示關于強化玻璃板（參考例）和非強化 玻璃板（比較例）的切割結果的表。圖10所示的切割結果為使激光的光斑直徑比圖8、圖 9所示的切割結果小時的切割結果。
[0101] 參考例101?103、106?108中，準備強化玻璃板，比較例104?105、109?110 中，準備非強化玻璃板。參考例101?103、106?108的強化玻璃板通過利用化學強化法 對與比較例104?105、109?110的非強化玻璃板相同的尺寸形狀（矩形、長邊100mm、短 邊60mm、板厚0. 7mm)、相同的化學組成的玻璃板進行強化來制作。強化玻璃板具有30. 4MPa 的內部殘余拉應力（CT)、763MPa的最大殘余壓應力（ε5)、25·8μπι的壓應力層（正表面層、 背表面層）的厚度（DOL)。在此，內部應變能U ct為4. 04J/m2。
[0102] 參考例101?103、106?108、比較例104?105、109?110中，除了玻璃板的種 類（強化、非強化的區(qū)別）、光源的輸出功率和激光光斑直徑以外，在相同的條件下進行切 割實驗。
[0103] <共同的條件>
[0104] 激光光源：光纖激光器（波長為1070nm)
[0105] 激光在玻璃板上的入射角：〇°
[0106] 激光的會聚角：2. 5°
[0107] 激光的會聚位置：從玻璃板的正表面起在光源側相隔23mm的位置
[0108] 玻璃板的正表面上的激光光斑直徑：φ? mm
[0109] 玻璃板對激光的吸收系數α :〇. 09CHT1 (0. 009mm 〇
[0110] 玻璃板的板厚 t :0· 07cm(0· 7mm)
[0111] 玻璃板的楊氏模量Y :74000MPa
[0112] a Xt :0.0063
[0113] 噴嘴的出口直徑：φ? mm
[0114] 從噴嘴噴出的冷卻氣體（室溫的壓縮空氣）的流量：30L/分鐘
[0115] 目標切割位置：與玻璃板的短邊平行的直線（距一個短邊的距離為10mm、距另一 個短邊的距離為90mm)
[0116] 切割速度：2.5mm/s
[0117] 在圖8、圖9所示的參考例101?103和比較例104?105中，將玻璃板的正表面 上的激光光斑直徑Φ設定為1mm。另外，在圖10所示的參考例106?108和比較例109? 110中，將玻璃板的正表面上的激光光斑直徑 tP設定為〇. 1mm。
[0118] 切割后，利用顯微鏡對玻璃板的切割面進行觀察。在玻璃板的切割面上觀察到的 條紋圖案表示間斷性擴展的裂紋的前端位置的經時變化。由條紋圖案的各線的形狀可知裂 紋的擴展的情形。圖8?10所示的顯微鏡照片中，將條紋圖案的代表性的線用粗的白線強 調表示。
[0119] 另外，在玻璃板的切割的過程中，通過目視觀察中斷激光照射和氣體冷卻時的裂 紋的情形。
[0120] 將各實驗結果示于圖8?10中。圖8?10中，將玻璃板上形成了裂紋的情況（能 夠切割的情況）表示為"〇"，將玻璃板上未形成裂紋的情況（未能切割的情況）表示為 " X "。
[0121] 圖8?10的切割面的顯微鏡照片中的條紋圖案的線表示某一時刻的裂紋的前端 位置。
[0122] 圖8?10中的"自行延伸"是指，在激光照射等中斷后，裂紋向著玻璃板的兩個短 邊中距離切割位置近的短邊擴展。
[0123] 凸出量和直線誤差量表示切割玻璃板時的誤差量。即，表示從上表面?zhèn)扔^察玻璃 板時玻璃板的切割線從預定切割線（用圖的X軸表示）偏離的量（用圖的Y軸表示）。凸 出量和直線誤差量（即，Y軸的絕對值）越小，則越能沿預定切割線對玻璃板進行切割。
[0124] 如圖9所示，在比較例104?105的非強化玻璃板的切割中，由切割面的顯微鏡照 片可知，存在玻璃板的板厚方向兩端部比玻璃板的板厚方向中央部先發(fā)生破裂的傾向。另 夕卜，在切割的過程中中斷激光照射和氣體冷卻時，裂紋的擴展停止。另外，在非強化玻璃的 切割中，需要大的光源輸出功率。此外，在非強化玻璃板的切割中，凸出量和直線誤差量增 大。
[0125] 與此相對，在圖8所示的參考例101?103的強化玻璃板的切割中，由切割面的顯 微鏡照片可知，存在玻璃板的板厚方向中央部比玻璃板的板厚方向兩端部先發(fā)生破裂的傾 向。這是因為，在強化玻璃板的內部原本就存在殘余拉應力，利用該殘余拉應力使裂紋擴 展。另外，在切割的過程中中斷激光照射和氣體冷卻時，裂紋向非預期的方向自行擴展。由 該結果可知，通過激光的照射，抑制了由殘余拉應力引起的裂紋的擴展。另外，強化玻璃板 的切割中，凸出量和直線誤差量比非強化玻璃板的切割時小。在圖10所示的參考例106? 108的強化玻璃板的切割中也得到了相同的結果。
[0126] 另外，如圖10所示，在減小激光光斑直徑的情況（參考例106?108)下，能夠以比 參考例101?103小的光源輸出功率對強化玻璃板進行切割。另外，參考例106?108中， 與圖8所不的參考例101?103相比，凸出量和直線誤差量減小。S卩，參考例106?108中， 能夠以比參考例101?103更良好的精度對強化玻璃板進行切割。另外，如參考例106? 108所示，光源輸出功率越低，則凸出量和直線誤差量越小。特別是在參考例108中，凸出量 為15μπι，得到了非常小的值。
[0127] 另一方面，在減小激光光斑直徑的情況下，無法對非強化玻璃板進行切割。即，如 比較例109所示，在將光源的輸出功率設定為200W的情況下，非強化玻璃板熔融，無法進行 切割。即，非強化玻璃的溫度達到退火點以上，無法進行切割。另外，如比較例110所示，在 將光源的輸出功率設定為100W的情況下，非強化玻璃板沒有發(fā)生變化。因此，在減小激光 光斑直徑（例如，小于板厚）的情況下，不論光源的輸出功率的大小，均無法對非強化玻璃 板進行切割。
[0128] 由此可見，強化玻璃板的切割方法與非強化玻璃板的切割方法的切割機制從根本 上不同，裂紋的擴展方式完全不同。因此，在本發(fā)明中，能夠得到無法由非強化玻璃板的切 割方法預料到的效果。以下對其理由進行說明。
[0129] 例如，非強化玻璃板的切割方法中，使用激光和冷卻液這兩者使玻璃板中形成熱 應力場，從而產生切割所需的拉應力。更具體而言，對玻璃板照射激光而使玻璃板內部產生 熱應力，利用冷卻液對由該熱應力產生的壓應力進行驟冷，產生拉應力，從而使裂紋擴展。 因此，裂紋的擴展僅利用激光的照射能進行，需要將照射到玻璃板上的激光的功率（W)設 定得較大。
[0130] 這種方法中，形成在玻璃板上的切斷裂紋的前端位置由對玻璃板進行冷卻的冷卻 液的位置決定。這是因為，在冷卻液的位置產生拉應力。因此，在切割的過程中中斷利用激 光的加熱、利用冷卻液的冷卻時，裂紋的擴展停止。
[0131] 圖11是用于對使用激光切割非強化玻璃板時起作用的應力進行說明的圖。圖11 中示出了非強化玻璃板110的俯視圖和在非強化玻璃板110的板厚中心部產生的應力的分 布。如圖11所示，在對非強化玻璃板110照射激光時，壓應力133作用于激光的照射區(qū)域 122。該壓應力133為通過激光的照射產生的熱應力。并且，為了與該壓應力133平衡，在 照射區(qū)域122的掃描方向后方產生拉應力135。該拉應力135作用于裂紋130,由此對非強 化玻璃板110進行切割。
[0132] 如圖11的圖所示，非強化玻璃板110中，內部殘余拉應力CT近似為零。因此，在 切割非強化玻璃板110時作用于裂紋130的拉應力135僅通過激光的照射而產生。因此， 為了增大拉應力135,需要提高激光的照射能或者增大激光光斑直徑。因此，對于非強化玻 璃板110而言，激光的吸收率小的玻璃難以進行切割。
[0133] 另外，在對非強化玻璃板110進行切割時，利用激光的照射能和掃描速度來控制 裂紋的擴展。此時，在激光的照射能比切割所需的照射能小時，裂紋的擴展停止。即，如圖 11的圖所示，為了使裂紋130擴展，需要使比裂紋130的擴展所需的拉應力S_th大的拉應 力作用于裂紋130。非強化玻璃板110中，內部殘余拉應力CT近似為零，因此，需要僅利用 激光的照射能產生比該拉應力S_th的值大的拉應力。
[0134] 與此相對，強化玻璃板的切割方法中，在玻璃板內部原本就存在內部殘余拉應力， 因此，不需要像非強化玻璃板的切割時那樣僅利用激光的照射能產生大的拉應力。另外，在 內部殘余拉應力為比裂紋的擴展所需的拉應力S_th大的拉應力的情況下，在任何力作用 于強化玻璃板上而產生裂紋時，均會由于內部殘余拉應力而使裂紋自行擴展。另一方面，由 于內部殘余拉應力在玻璃板內部整體性地存在，因此，只要不控制裂紋的擴展，裂紋就會沿 非預期的方向擴展。
[0135] 因此，本發(fā)明中，在照射區(qū)域的中心的中間層中產生比內部殘余拉應力的值小的 拉應力或壓應力，從而抑制了由內部殘余拉應力引起的裂紋的擴展。即，通過照射激光，使 強化玻璃板的中間層中的殘余拉應力比裂紋的擴展所需的拉應力S_th小，從而抑制了裂 紋的擴展。
[0136] 圖12是表示使用激光切割強化玻璃板時起作用的應力的一例的圖。圖12中示出 了強化玻璃板10的俯視圖和在強化玻璃板10的板厚中心部產生的應力的分布。如圖12 所示，在對強化玻璃板10照射激光時，壓應力33作用于激光的照射區(qū)域22。另外，在照射 區(qū)域22的掃描方向后方產生拉應力35。并且，通過在該拉應力35中加上內部殘余拉應力 而產生比裂紋的擴展所需的拉應力S_th大的拉應力，并作用于裂紋30,由此對強化玻璃板 10進行切割。此時，利用壓應力33而使裂紋30的擴展得到控制。
[0137] 如圖12的圖所示，在強化玻璃板10中存在內部殘余拉應力CT。因此，裂紋30的 擴展所需的拉應力35小也可以。換言之，可以減小利用用于使比拉應力S_th(裂紋30的 擴展所需的拉應力）大的拉應力作用于裂紋30所需的激光產生的壓應力33。
[0138] 在此，能夠使切割強化玻璃板10時所需的壓應力33、拉應力35比切割非強化玻璃 板110時所需的應力小，因此，能夠減小激光的照射能或者減小激光光斑直徑。因此，能夠 提高切割精度。另外，即使是激光的吸收率小的玻璃，也能夠容易地進行切割。
[0139] 圖13是表示使用激光切割強化玻璃板時起作用的應力的另一例的圖。圖13中示 出了強化玻璃板10的俯視圖和在強化玻璃板10的板厚中心部產生的應力的分布。圖13 所示的強化玻璃板10中，內部殘余拉應力CT大于裂紋30的擴展所需的拉應力S_th。艮P， 如圖13所示，在對強化玻璃板10照射激光時，在激光的照射區(qū)域22中產生比內部殘余拉 應力CT的值小的拉應力37。在此，拉應力37為通過激光的照射產生的壓應力33與內部殘 余拉應力CT的合力。另外，在照射區(qū)域22的掃描方向后方產生拉應力35。這種情況下，通 過使比內部殘余拉應力CT的值小的拉應力37小于裂紋30的擴展所需的拉應力S_th，能夠 抑制裂紋30的擴展。
[0140] 在圖13所示的情況下，也能夠使切割強化玻璃板10時所需的、比內部殘余拉應力 CT的值小的拉應力37、拉應力35小于切割非強化玻璃板110時所需的應力，因此，能夠減 小激光的照射能或者減小激光光斑直徑。因此，能夠提高切割精度。另外，即使是激光的吸 收率小的玻璃，也能夠容易地進行切割。
[0141] 如上述中所說明的那樣，在對強化玻璃板10進行切割時，通過保持內部殘余拉應 力CT、激光的照射能和掃描速度的平衡，能夠在不使裂紋30自行延伸的情況下控制裂紋30 的擴展。因此，激光的照射能過小時，比內部殘余拉應力CT的值小的拉應力37大于裂紋30 的擴展所需的拉應力S_th，裂紋30的擴展不停止而自行延伸（圖13的情況）。
[0142] 由此可見，強化玻璃板的切割方法與非強化玻璃板的切割方法的切割機制從根本 上不同，裂紋的擴展方式完全不同。因此，在本發(fā)明中，能夠得到無法由非強化玻璃板的切 割方法預料到的效果。
[0143] 實施例
[0144] 以下，對本發(fā)明的具體實施例進行說明。在實施例1中，對內部應變能Uct與能夠 進行切割的照射能E的最小值即臨界照射能Ec的關系進行說明。
[0145] <實施例1 >
[0146] 在實施例1中，對于內部應變能Uct不同的21個樣品1?21，考察了內部應變能 Uct與臨界照射能Ec的關系。另外，樣品18?21為非強化玻璃板。
[0147] 圖14是表示實施例1的預定切割線的形狀的圖。如圖14所示，實施例1的預定 切割線具備2個直線部和構成曲拐形狀的2個角部（曲率半徑R = 5mm)。
[0148] 作為化學強化用玻璃板，使將多種原料混合而制備的玻璃原料熔化，將熔化的熔 融玻璃成形為板狀。將其退火至室溫附近后，進行切割、切削、兩面鏡面研磨，由此，制作具 有預定厚度的50mmX50mm的玻璃板。玻璃原料通過以使玻璃板對激光的吸收系數α達到 期望值的方式改變氧化鐵（Fe 2O3)的粉末相對于相同配比的基材的添加量來進行制備。
[0149] 各化學強化用玻璃板以基于氧化物的質量％計含有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 外比計含有預定量的氧化鐵（Fe2O3)。
[0150] 各強化玻璃板通過將上述化學強化用玻璃板在KNO3熔鹽中浸漬而進行離子交換 處理后冷卻至室溫附近來制作。KNO 3熔鹽的溫度、浸漬時間等處理條件以使內部殘余拉應 力CT達到期望值的方式進行設定。
[0151] 關于強化玻璃板的內部殘余拉應力CT(MPa)，利用表面應力計FSM_6000(折原制 作所制造）測定表面壓應力CS(MPa)和壓應力層（正表面層和背表面層）的厚度DOL(μ m)， 使用下述式1由該測定值和強化玻璃板的厚度μ m)進行計算。
[0152] CT = (CS X DOL) At「2 X D0L)…式 1
[0153] 內部應變能Uct (J/m2)使用強化玻璃板的楊氏模量Y(MPa)由下述式2來求出。
[0154] Uct = {CT2 X (t「2 X D0L)}八2 X Y)…式 2
[0155] 關于每單位照射面積的激光的照射能（J/mm2)，在將未發(fā)生反射而入射到強化玻 璃板上的有效的激光輸出功率設為Pe (W)、將激光的掃描速度設為V(mm/s)、將照射到強化 玻璃板10上的激光的光束直徑設為(p(mm)時，可以用Pe/(vxcp)表示。在此，有效的激光輸 出功率Pe(W)可以使用激光輸出功率P(W)和強化玻璃板上的反射率r(% )表示為Pe = PX (l-r/100)。但是，為了判斷切割性，優(yōu)選使用每單位照射面積的激光的照射能乘以光束 直徑(p(mm)而得到的每單位長度的激光的照射能E(J/mm)。關于詳細理由，在下文中進行 說明。將該照射能E(J/mm)示于下述式3中。
[0156] E = Pe/v…式 3
[0157] 樣品1?11的照射能E的臨界值即臨界照射能Ec通過使照射能E每次變化約 I(JAim)并重復進行切割來求出。此時，在激光的掃描速度v(mm/s)固定的情況下僅使激光 輸出功率P (W)每次變化2. 5W。
[0158] 另外，非強化玻璃板的樣品18?21的臨界照射能Ec通過使照射能E每次變化約 4(J/mm)并重復進行切割來求出。此時，在激光的掃描速度 V(mm/s)固定的情況下僅使激光 輸出功率P (W)每次變化10W。
[0159] 另一方面，樣品12?17的臨界照射能Ec通過使照射能E緩慢變化并重復進行切 割來求出。此時，在激光輸出功率P (W)固定的情況下僅使激光的掃描速度V(mm/S)每次變 化 0. 25mm/s。
[0160] 圖15是示出樣品1?21中的激光波長λ、內部應變能Uct、臨界照射能Ec和用于 導出兩者的各條件的表。自表的左列起依次示出激光波長λ (nm)、樣品編號、強化玻璃板的 楊氏模量Y(MPa)、線膨脹系數a Jr1)、密度P (g/mm3)、比熱c (J/g/K)、厚度t (mm)、吸收系 數a (mm1)、強化玻璃板上的反射率r (%)、表面壓應力CS(MPa)、正表面層和背表面層的厚 度DOL ( μ m)、內部殘余拉應力CT (MPa)、內部應變能Uct (J/m2)、激光的掃描速度V (mm/s)、激 光的光束直徑(p(mm)、激光輸出功率P(W)、有效的激光輸出功率Pe (W)、臨界照射能Ec (J/ mm)、臨界吸收能Ea (J/mm)、臨界切割指數Kc (N/mm)。
[0161] 如圖15所示，對于樣品1?11、18?21，激光的光源使用光纖激光器（中心波長 帶：1070nm)，對于樣品12?17,激光的光源使用利用中紅外光參量振蕩器的Cr:ZnSe激光 器（中心波長帶：2950nm)。
[0162] 另外，所有樣品的材質均相同，因此，如圖15所示，楊氏模量Y = 74000MPa、線膨脹 系數4 = 9.8父1〇-61(-1、密度0=2.48\1〇、/臟3、比熱。=〇.9181^/1(是相同的。
[0163] 另外，如圖15所不，對于樣品1?11，將光束直徑設定為φ=0.1 mm，對于樣品 12?17,將光束直徑設定為(p=0.2nim。另外，對于非強化玻璃板的樣品18,將光束直徑設 定為φ =0.5mm，對于樣品19,將光束直徑設定為φ=0.8mm，對于樣品20,將光束直徑設定 為cp=1.0mm，對于樣品21，將光束直徑設定為cp=2.0mm。
[0164] 另外，對于所有樣品，均使用直徑為Imimp的噴嘴從激光照射側噴吹流量為15L/ 分鐘的空氣。在此，將強化玻璃板與噴嘴前端的距離（間隙）設定為3mm。
[0165] 圖16A是表示圖15的表所示的臨界照射能Ec的內部應變能Uct依賴性的圖。圖 16A的橫軸為內部應變能UCT(J/m2)，縱軸為臨界照射能Ec (J/mm)。圖16A中，?標記表示 樣品1?11、18?21 (激光波長λ = 1070nm),〇標記表示樣品12?17(激光波長λ = 2950ηπ〇。
[0166] 如圖15、圖16Α所示，在激光波長入為1070mn的情況下，強化玻璃板的內部應變 能U ct > 2. 5J/m2時，臨界照射能穩(wěn)定地為Ec = 9?15J/mm(樣品1?10)。與此相對，內 部應變能Uct < 2. 5J/m2時，臨界照射能急劇地（具體而言以數倍程度）升高至Ec = 56J/ mm(樣品11)。伴隨著該臨界照射能Ec的升高，樣品11的切割精度也變差。由該結果可 知，在對強化玻璃板進行切割時，通過將內部應變能設定為U ct > 2. 5J/m2,能夠以低照射能 精度良好地進行切割。
[0167] 此外，無法對非強化玻璃板的樣品18進行切割。S卩，在板厚t( = 0. 7mm)以下的 光束直徑φ=〇.5mm時，非強化玻璃板的樣品無法進行切割。并且，光束直徑φ=〇.8mm的 樣品19中，臨界照射能為Ec = 83J/mm，光束直徑φ=1.Omm的樣品20中，臨界照射能為Ec =76J/mm，光束直徑(p=2.0mm的樣品21中，臨界照射能為Ec = 65J/mm。即，伴隨著光束 直徑的增大，臨界照射能Ec逐漸減小。在此，光束直徑越大，則激光的中心與裂紋的前端位 置越遠，因此，切割精度降低。因此，在強化玻璃板的切割中，光束直徑φ優(yōu)選設定為板厚t 以下，進一步優(yōu)選設定為板厚t的1/2以下。
[0168] 由圖16A的圖認為，在內部應變能Uct = 2. 5J/m2附近，發(fā)生了的切割模式的轉變。 具體而言認為，作為用于切割強化玻璃板的裂紋擴展能，在內部應變能U ct < 2. 5J/m2的情 況下，除了內部應變能以外，還需要激光的照射能（參考圖12)，在內部應變能Uct > 2. 5J/ m2的情況下，僅為內部應變能（參考圖13)。
[0169] 另外，通過使激光波長λ從l〇70nm變?yōu)?950nm，強化玻璃板的吸收系數α從 0· Ollmm 1提高至0· 59mm 1O因此，如圖15、12所示，內部應變能Uct > 2. 5J/m2時，臨界照射 能也從Ec =約9J/mm?約15J/mm(樣品1?10)降低至Ec = 0· 3?0· 5J/mm(樣品12? 15)，臨界照射能降低了兩個數量級。
[0170] 由此可見，通過將激光波長設定為3000nm附近，能夠在不降低透明度的情況下提 高吸收系數α，能夠減小照射能。因此，加熱效率提高。而且，不需要根據強化玻璃板的組 成大幅改變激光的照射條件。
[0171] 此外，如上所述，能夠將強化玻璃載置到比要切割的強化玻璃板大的工作臺上，從 而在更穩(wěn)定的狀態(tài)下進行切割。另外，透射光急劇減少，因此，也不需要對其進行處理。此 夕卜，強化玻璃板的端面上的反射光也急劇減少，因此，不易產生不利影響。
[0172] 另外，在激光波長λ為2950nm的情況下，也與激光波長λ為l〇70nm的情況相 同，在內部應變能U ct < 2. 5J/m2時，臨界照射能急劇升高至Ec =約0. 9J/mm?約I. 2J/mm 或其以上（樣品16、17)。伴隨著該臨界照射能Ec的升高，樣品16、17的切割精度也變差。 由該結果可知，在以λ = 2950nm的激光波長對強化玻璃板進行切割的情況下，通過使內部 應變能Uct > 2. 5J/m2,也能夠以低照射能精度良好地進行切割。
[0173] 在此，臨界照射能Ec中，用于切割的能量為被吸收到強化玻璃板中的能量（以 下，稱為臨界吸收能）Ea。臨界吸收能Ea(JAim)可以使用臨界照射能Ec(J/mm)、吸收系數 a (mm 0、厚度t2 (mm)根據朗伯-比爾定律由下式表示。
[0174] Ea = Ec X exp (-α X t2)…式 4
[0175] 如圖15所示，將激光波長λ為2950nm的情況與激光波長λ為1070nm的情況進 行比較，臨界吸收能Ea(JAim)的值幾乎沒有差異。
[0176] 為了排除強化玻璃板的厚度、材質所產生的影響而使其更為通用，對通過利用臨 界吸收能Ea的內部加熱（溫度變化Λ T)產生的熱應力（臨界壓應力）〇(：進行考察。該 臨界壓應力σ c為切割所需的最小壓應力。在此，臨界壓應力〇 c在以內部殘余拉應力CT 作為基準時為壓應力，因此表示為"臨界壓應力"。但是，如圖12、13所示，在以強化玻璃板 的板厚中心部產生的應力來考慮的情況下，用內部殘余拉應力CT與臨界壓應力σ c的合力 來表示，因此，有時也成為拉應力。
[0177] 如圖12、13所示，臨界壓應力σ c具有高斯分布型的分布。該臨界壓應力σ c的 積分值（圖12、13中的斜線部的面積）決定能否切割。只要內部應變能Uct相同，則認為不 論強化玻璃板的厚度t、材質如何，臨界壓應力 〇C的積分值都是恒定的。臨界壓應力OC 的分布寬度與光束直徑Φ成比例，因此可以認為，臨界壓應力〇 c的積分值也與σεχφ成比 例。
[0178] 在此，為了進行簡化，認為即使進行內部加熱，強化玻璃板的板厚t也不會發(fā)生變 化而被約束在正表面層13與背表面層15之間，由此產生該臨界壓應力 〇 c。即，以兩端約 束模型來考慮。
[0179] 臨界壓應力〇 C(MPa)可以使用楊氏模量Y(MPa)、線膨脹系數(Γ1)、溫度變化 AT(K)用下式5表示。
[0180] σ c = YX a LX ΛΤ...式 5
[0181] 另外，通過供給臨界吸收能Ea而產生的強化玻璃板的溫度變化ΛΤ可以通過ΛΤ =(臨界吸收能V(激光照射部的強化玻璃板的熱容量）來求出。
[0182] 在此，在將激光照射面積設為S1Onm2)時，（臨界吸收能）可以使用臨界吸收能 Ea (J/mm)除以φ(ιηιη)而得到的每單位面積的臨界吸收能Ea/cp(J/mm2),用EaxSi/(p(J)來 表不。
[0183] 另外，在將強化玻璃板上的加熱區(qū)域的面積設為S2(mm2)時，（激光照射部的強化 玻璃板的熱容量）可以使用強化玻璃板的厚度t 2(mm)、密度P (g/mm3)、比熱c(J/g/K)用 S2Xt2X P Xc(J/K)來表示。
[0184] 因此，溫度變化AT(K)可以用下式6表示。
[0185]

【權利要求】
1. 一種強化玻璃板的切割方法，其包括通過使照射到強化玻璃板上的激光的照射區(qū) 域發(fā)生移動而對該強化玻璃板進行切割的工序，所述強化玻璃板具備具有殘余壓應力的正 表面層和背表面層以及形成在該正表面層與背表面層之間且具有內部殘余拉應力CT(MPa) 的中間層，所述強化玻璃板的切割方法中， 將使用所述正表面層和所述背表面層的厚度DOLhm)、所述強化玻璃板的厚度 t^ym)、楊氏模量Y(MPa)且由下式表示的、基于所述內部殘余拉應力CT的每單位面積的 應變能UCT(J/m2)設定為2. 5J/m2以上， 將使用入射到所述強化玻璃板上的所述激光的輸出功率Pe(W)、所述激光的掃描速度V(mm/s)、所述強化玻璃板對所述激光的吸收系數a (mm1)、所述強化玻璃板的厚度12(mm)、 楊氏模量Y(MPa)、線膨脹系數aJIT1)、密度P (g/mm3)、比熱c(J/g/K)且由下式表示的切 害指數K(N/mm)設定為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. 如權利要求1所述的強化玻璃板的切割方法，其中，將所述激光的光束直徑設定為 所述強化玻璃板的厚度以下。
3. 如權利要求1或2所述的強化玻璃板的切割方法，其中，利用照射到所述強化玻璃板 上的激光在退火點以下的溫度下對所述中間層進行局部加熱，使所述中間層產生壓應力， 由此控制由所述內部殘余拉應力引起的裂紋的擴展，并且，使所述激光的照射區(qū)域發(fā)生移 動，由此對所述強化玻璃板進行切割。
4. 如權利要求1?3中任一項所述的強化玻璃板的切割方法，其中，所述強化玻璃板和 所述激光滿足〇 < a X t2 < 3. 0的條件。
5. 如權利要求1?4中任一項所述的強化玻璃板的切割方法，其中，將所述激光的波長 設定為250?5000nm。
6. 如權利要求5所述的強化玻璃板的切割方法，其中，將所述激光的波長設定為 2500 ?3500nm。
7. 如權利要求1?6中任一項所述的強化玻璃板的切割方法，其中，從所述激光的入射 側對所述強化玻璃板的所述激光的照射區(qū)域噴吹氣體來進行冷卻。
8. 如權利要求1?7中任一項所述的強化玻璃板的切割方法，其中，基于所述內部殘余 拉應力CT的每單位面積的應變能UCT為60J/m2以下。
9. 如權利要求1?8中任一項所述的強化玻璃板的切割方法，其中，所述切割指數K為 5N/mm以上。
【文檔編號】B23K26/402GK104428264SQ201380036846
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權日:2012年7月9日
【發(fā)明者】齋藤勛 申請人:旭硝子株式會社