JP6591894B2 - 積層強化ガラス基板の切断方法 - Google Patents

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関連出願の相互参照

本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１２年１１月２１日出願の米国仮特許出願第６１／７２８９１８号の優先権を主張するものであり、本出願は上記出願の内容に依存したものであり、また上記出願の内容は参照によりその全体が本出願に援用される。

本出願は一般に、積層強化ガラス基板を分離する方法に関し、より具体的には、張力及び圧縮の操作によって積層強化ガラス基板を分離する方法に関する。

カバーガラス、ガラスバックプレーン等のガラス物品は、ＬＣＤ及びＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）等の、消費者用及び商業用の両方の電子デバイスに使用されている。これらのガラス物品の一部は、使用者の指及び／又はスタイラスデバイスを含む様々な物体でガラス物品に接触することを必要とする「タッチ」機能を含んでよく、そのためガラスは、損傷することなく通常の接触に耐えられるよう、十分頑丈でなければならない。更にこのようなガラス物品はまた、携帯電話、パーソナルメディアプレーヤ、タブレットコンピュータといった移動体電子デバイスに組み込んでよい。これらのデバイスに組み込まれたガラス物品は、上記関連デバイスの運搬及び／又は使用中に損傷を受けやすい。

従って電子デバイスに使用されるガラス物品は、実用による所定の「タッチ」接触だけでなく、デバイスの運搬時に起こり得る偶発的な接触及び衝撃にも耐えられるよう、改善された強度を必要とし得る。

一実施形態によれば、積層強化ガラス基板を切断する方法は、第１の表面部分及び第１の表面部分の反対側にある第２の表面部分を備えるガラスコア層と、ガラスコア層の第１の表面部分又は第２の表面部分と融合する少なくとも１層のガラスクラッド層とを有する積層強化ガラス基板を提供する工程を含む。ガラスコア層は平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有し、少なくとも１層のガラスクラッド層は平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅよりも小さい平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}を有する。本方法は更に、積層強化ガラス基板の縁部に角欠けを形成する工程、積層強化ガラス基板の少なくとも１層のガラスクラッド層上の第１の領域を加熱する工程、及び積層強化ガラス基板の少なくとも１層のガラスクラッド層上の第２の領域を加熱する工程を含んでよい。第１の領域は所望の分離線の第１の側部からずれており、かつ第２の領域は所望の分離線の第２の側部からずれている。本方法は更に、角欠けにおいて開始する亀裂を、所望の分離線に沿って、積層強化ガラス基板の第１の領域と第２の領域との間に伝播させる工程を含んでよい。

別の実施形態によれば、積層強化ガラス基板を切断する方法は、第１の表面部分及び第１の表面部分の反対側にある第２の表面部分を備えるガラスコア層と、ガラスコア層の第１の表面部分又は第２の表面部分と融合する少なくとも１層のガラスクラッド層とを有する積層強化ガラス基板を提供する工程を含む。ガラスコア層は平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有し、少なくとも１層のガラスクラッド層は平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅよりも小さい平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}を有する。本方法は更に、所望の分離線に沿って延在し、かつそれからずれている第１の中央張力減少ゾーンを形成する工程、及びこれもまた所望の分離線に沿って延在する第２の中央張力減少ゾーンを形成する工程を含むことができる。第１の中央張力減少ゾーンは所望の分離線の第１の側部からずれており、かつ第２の中央張力減少ゾーンは所望の分離線の第２の側部からずれている。第１及び第２の中央張力減少ゾーンは、所望の分離線に沿った中央張力ＣＴ_２よりも小さい減少した張力ＣＴ_１を有する。本方法は更に、亀裂を所望の分離線に沿って第１の中央張力減少ゾーンと第２の中央張力減少ゾーンとの間に伝播させる工程を含んでよい。

本明細書に記載の積層強化ガラス基板を切断する方法の更なる特徴及び利点を以下の詳細な説明に記載するが、その一部は上記説明から当業者に容易に明らかとなり、又は以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本明細書に記載の実施形態を実施することによって認識されるであろう。

前述の全体的な説明及び以下の詳細な説明の両方は、様々な実施形態を説明しており、特許請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は構成を提供することを目的としたものであることを理解されたい。添付の図面は、様々な実施形態の更なる理解を提供するために本明細書に含まれており、かつ本明細書に援用され、その一部を構成する。図面は、本明細書に記載の様々な実施形態を例示し、説明と併せて、特許請求される主題の原理及び作用を説明する役割を果たす。

本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、積層強化ガラス基板の模式図 図１の積層強化ガラス基板を作製するためのフュージョン・ドロー・プロセスの模式図 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、例示的なガラスコア層組成物及び例示的なガラスクラッド層組成物に関する熱膨張対温度をプロットしたグラフ 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、所望の分離線に関する積層強化ガラス基板上の例示的な温度プロファイルを示すグラフ 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、図４Ａに示す温度プロファイルに起因する、積層強化ガラス基板の中央張力プロファイルを示すグラフ 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、図４Ａに示す温度プロファイルに起因する、積層強化ガラス基板の圧縮応力プロファイルを示すグラフ 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、積層強化ガラス基板の表面上の第１及び第２のレーザビームの模式図 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による、積層強化ガラス基板を切断するためのシステムの模式図 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による積層強化ガラス基板の表面上の第１及び第２のレーザビームを、温度プロファイル、中央張力プロファイル及び圧縮応力プロファイルと共に示す模式図 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による積層強化ガラス基板の表面上の第１及び第２の伸長レーザビームを、温度プロファイル、中央張力プロファイル及び圧縮応力プロファイルと共に示す模式図 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による積層強化ガラス基板から分離された例示的な積層強化ガラス物品 本出願において図示及び記載される１つ又は複数の実施形態による積層強化ガラス基板から分離された別の例示的な積層強化ガラス物品 所望の分離線に沿って第１及び第２の中央張力ゾーンを適用することにより切断される積層ガラス管

これより、積層強化ガラス基板を切断する方法の実施形態を詳細に説明し、その例を添付の図面に示す。可能である場合は常に、同じ又は類似の部分を指すために図面全体を通して同じ参照番号を使用する。以下により詳細に説明するように、実施形態は、レーザ又は他の高速かつ局部の加熱源を用いて、所望の分離線に沿って中央張力及び圧縮応力を操作し、亀裂を誘導できる最小抵抗の経路を提供することにより、積層強化ガラス基板を切断する方法を提供する。融合積層ガラス基板内のガラスコア層の中央張力及びクラッド圧縮の両方は、コアガラス層及びガラスクラッド層の設定点のうちの低い方の間で温度差に対して瞬時に反比例するため、中央張力及び圧縮応力の大きさ及びプロファイルを管理することで、誘導していない亀裂伝播を回避し、制御された断裂及び安定した誘導亀裂成長を提供できる。積層強化ガラス基板を切断するための様々な方法について、添付の図面を特に参照しながら本明細書で更に詳細に説明する。

ガラス物品は、熱焼戻しによって及び／又はイオン交換処理によって強化してよい。このような場合では、ガラス物品の形成後にガラス物品を更なる処理ステップに供する場合があり、これらの更なる処理ステップによりガラス物品の全体的なコストが上昇し得る。更に、これらの処理ステップを実行するために必要な更なる取り扱いによって、ガラス物品に対する損傷の危険性が高まる場合があり、これにより製造歩留まりが低下し得、更にガラス物品の製造コスト及び最終的なコストが上昇し得る。

ダブル・フュージョン・ドローは強化ガラス基板を製造するための別の方法である。ダブル・フュージョン・ドローは、２層のクラッド層の間に位置するコア層を有する３層の積層強化ガラス基板を作製する。コアガラスがクラッドガラスよりも高い熱膨張係数を有する場合、圧縮応力がクラッド層内に存在し、積層強化ガラス基板が焼鈍し点及び歪み点から低い温度に冷却されるにつれてコア層内で自然に発生する中央張力によって均衡する。圧縮応力を受けたクラッド層による強化は更なる損傷抵抗をもたらす。高い中央張力のコアを有する損傷抵抗性のクラッド層の存在により、積層強化ガラス基板を、機械的スクライブ及び分離法、レーザスクライブ及び分離法といった従来の方法で切断することが困難となり得る。

次に図１を参照すると、積層強化ガラス基板１００の断面が模式的に示されている。以下でより詳細に説明するように、積層強化ガラス基板をドロープロセスの最後及びドロープロセスの後で切断して、複数の積層強化ガラス物品に分離してよい。積層強化ガラス基板１００は一般に、ガラスコア層１０２及び１対のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを備える。他の実施形態では、積層強化ガラス基板は１層のガラスクラッド層のみを含むため、２層基板が提供され得ることに留意されたい。

更に図１を参照すると、第１の表面１０５及び第２の表面１０７を有するガラスコア層１０２は一般に、第１の表面部分１０３ａと、第１の表面部分１０３ａの反対側にある第２の表面部分１０３ｂとを含む。第１のガラスクラッド層１０４ａはガラスコア層１０２の第１の表面部分１０３ａと融合し、第２のガラスクラッド層１０４ｂはガラスコア層１０２の第２の表面部分１０３ｂと融合する。ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂとの間に接着剤、コーティング層等の任意の追加の材料を配置することなく、ガラスコア層１０２と融合する。

本明細書に記載の積層強化ガラス基板１００の実施形態では、ガラスコア層１０２は平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有する第１のガラス組成物から形成され、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}を有する第２の異なるガラス組成物から形成される。本明細書で使用する用語「ＣＴＥ」は、約２０℃〜約３００℃の温度範囲にわたって平均したガラス組成物の熱膨張係数を指す。ＣＴＥ_ｃｏｒｅはＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}よりも大きく、そのためガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、イオン交換又は熱焼戻しを実施することなく、圧縮応力を受けることになる。

具体的には、本明細書に記載の積層強化ガラス基板１００は、米国特許第４２１４８８６号明細書に記載されたプロセス等の溶融積層プロセスによって形成してよく、該特許は参照により本出願に援用される。例として図２を参照すると、積層ガラス物品を形成するための積層フュージョンドロー装置２００は、下側アイソパイプ２０４上に位置決めされた上側アイソパイプ２０２を備える。上側アイソパイプ２０２は、溶融ガラスクラッド組成物２０６が溶融装置（図示せず）から供給されるトラフ２１０を備える。同様に下側アイソパイプ２０４は、溶融ガラスコア組成物２０８が溶融装置（図示せず）から供給されるトラフ２１２を備える。本明細書に記載の実施形態では、溶融ガラスコア組成物２０８は平均熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有し、これは溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均熱膨張係数ＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}よりも大きい。

溶融ガラスコア組成物２０８がトラフ２１２を満たすと、溶融ガラスコア組成物２０８はトラフ２１２から溢れ、下側アイソパイプ２０４の外側成形面２１６、２１８上を流れる。下側アイソパイプ２０４の外側成形面２１６、２１８は基部２２０で収束する。従って外側成形面２１６、２１８上を流れる溶融ガラスコア組成物２０８は、下側アイソパイプ２０４の基部２２０で再結合し、これにより積層ガラス物品のガラスコア層１０２が形成される。

同時に、溶融ガラスクラッド組成物２０６は上側アイソパイプ２０２内に形成されたトラフ２１０から溢れ、上側アイソパイプ２０２の外側成形面２２２、２２４上を流れる。溶融ガラスクラッド組成物２０６は上側アイソパイプ２０２によって外側に偏向され、これにより溶融ガラスクラッド組成物２０６は下側アイソパイプ２０４の周囲を流れ、かつ下側アイソパイプの外側成形面２１６、２１８上を流れる溶融ガラスコア組成物２０８と接触し、溶融ガラスコア組成物と融合して、ガラスコア層１０２の周囲にガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが形成される。

上述のように、溶融ガラスコア組成物２０８は一般に平均熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有し、これは溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}よりも大きい。従って、ガラスコア層１０２及びガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが冷却されるにつれて、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂとの熱膨張係数の差により、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ内に圧縮応力が発生する。圧縮応力は、イオン交換処理又は熱焼戻し処理を実施することなく、得られる積層ガラス物品の強度を増大させる。ガラスコア層１０２及びガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂのガラス組成物は、限定されるものではないが、「高ＣＴＥホウケイ酸カリウムコアガラス及びそれを含むガラス物品（Ｈｉｇｈ ＣＴＥ Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ Ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｃｏｒｅ Ｇｌａｓｓｅｓ ａｎｄ Ｇｌａｓｓ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」と題された米国特許出願第６１／６０４８６９号明細書、及び「低ＣＴＥ無アルカリボロアルミノシリケートガラス組成物及びそれを含むガラス物品（Ｌｏｗ ＣＴＥ Ａｌｋａｌｉ−Ｆｒｅｅ ＢｏｒｏＡｌｕｍｉｎｏｓｉｌｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｇｌａｓｓ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」と題された米国特許出願第６１／６０４８３９号明細書に記載のガラス組成物を含んでよい。これらの特許出願の両方はコーニング社に譲渡され、かつその全体が参照により本出願に援用される。

以下の表１は、利用されるガラス組成物を例として列挙したものである。

現在のところ、ガラス組成Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ及びＩを有するガラスはそれぞれ、２３１７、０３１７、Ｅａｇｌｅ ２０００（登録商標）、２３１８、７７６１、２３１９、２８１６及び２９１６というガラスの名称又は番号でコーニング社から入手可能であり、ガラス組成Ｂ及びＪを有するガラスもまたコーニング社で製造されている。

図１に示す積層強化ガラス基板１００を再度参照すると、積層ガラス物品のガラスコア層１０２は、例えば７５×１０^−７／℃以上の熱膨張係数を有する本明細書に記載のガラス組成物等の、比較的高い平均熱膨張係数を有するガラス組成物から形成される。積層強化ガラス基板１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂはガラス組成物から形成され、これは融合形成後の積層ガラス物品の冷却の際にクラッド層における圧縮応力の発生を促進できるよう、より低い平均熱膨張係数を有する。

より具体的には、所定のクラッド及びコアの厚さ比、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ組成物とガラスコア層１０２組成物との間のＣＴＥの差、及び設定点（例えばガラス歪み点より約５℃上）付近からより低い温度（例えば室温）までのガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ及びガラスコア層１０２のその後の冷却について。ガラスコア層１０２組成物がガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ組成物よりも高いＣＴＥを有する場合、圧縮応力（ＣＳ）がガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂ内に存在し、積層強化ガラス基板１００が冷却されるにつれてガラスコア層１０２内で自然に発生する中央張力（ＣＴ）によって均衡する。ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂの圧縮応力ＣＳは式（１）：

によって表すことができる。
ガラスコア層１０２内の中央張力（ＣＴ）は式（２）：

によって表すことができる。

式中、Ｅ_ｃｏｒｅ及びＥ_ｃｌａｄはそれぞれコア及びクラッドのガラスの弾性係数であり；ｖ_ｃｏｒｅ及びｖ_ｃｌａｄはそれぞれコア及びクラッドのガラスのポアソン比であり；Ｔ^＊は摂氏でのコア及びクラッドのガラスの設定点のうちの低い方であり（設定点はガラス歪み点より５℃上と定義される）；α_ｃｏｒｅ及びα_ｃｌａｄは設定点Ｔ^＊から室温までの平均熱膨張係数であり、上記の式ではコア及びクラッドのガラスそれぞれにおいて室温として２５℃が使用され；ｈ_ｃｏｒｅはコアの半分の厚さであり；及びｈ_ｃｌａｄはクラッドの厚さである。

式（１）及び（２）は、室温（即ち２５℃）において所定のガラス組成物のペアによって達成可能な応力レベルの特性を決定するために提供される。ガラス組成物を室温とＴ^＊との間の別の温度Ｔに設定すると、ＣＳ及びＣＴの両方は比例して減少することに留意されたい。従って式（１）及び（２）は以下のように一般化できる。

ＣＳ及びＣＴは互いにバランスをとる必要があるので、式（５）は

を提供する。

式（３）及び（４）から、ＣＳ及びＣＴは局所的な温度変化によって瞬時に変化し得、これを図３のグラフに示す。図３は、ガラスコア層組成物３３０及びガラスクラッド層組成物３３２に関する熱膨張対温度をプロットしている。曲線３３０のデータはガラスＡに対応し、曲線３３２のデータはガラスＢに対応している。これらのガラス組成物は単に例として使用され、その他のガラス組成物を利用してよいことを理解されたい。

図３に示すように、温度がＴ^＊（例示的なＡ−Ｂガラス組成物ペアでは５１３℃）に上昇すると、応力は斜線部３３４に比例する。従って、ＣＳ及びＣＴの大きさ及びプロファイルは、線の周辺に適用される選択かつ制御された温度パターンを介して、所望の分離線に沿って、かつその周辺で操作され得る。この手法は、ガラス組成物のペアを均一に加熱する、又は最大電力が切断線に完全に沿って配置される所望の分離線上で直接加熱される既存の方法とは異なる。

例示的な温度プロファイル１６０、並びにこれに対応する中央張力プロファイル１７０及び圧縮応力プロファイル１８０をそれぞれ図４Ａ−４Ｃに示す。図４Ａは所望の分離線を横切る温度プロファイル１６０を示しており、横軸は所望の分離線（ｘ＝０）からの距離であり、縦軸は温度である。図示された例では、クラッドガラス層の表面の第１の領域１６２ａ及び第２の領域１６２ｂは最高温度Ｔ_１に加熱される。第１の領域１６２ａ及び第２の領域１６２ｂの両方は、所望の分離線からオフセット距離Ｒ_１だけずれている。Ｒ_１が小さいと亀裂伝播はより安定であり、切断線に沿って留まる。いくつかの実施形態ではＲ_１は３ｍｍ未満である。他の実施形態ではＲ_１は１．５ｍｍ未満である。また他の実施形態ではＲ_１は０．７５ｍｍ未満である。従って、ガラスクラッド層のちょうど所望の分離線上の領域は最高温度Ｔ_１に加熱されず、最高温度Ｔ_１未満の温度Ｔ_２に加熱される。第１の領域１６２ａ、第２の領域１６２ｂ及び所望の分離線の外側領域は、Ｔ_２＜Ｔ_１及びＴ_１＞Ｔ_０となるような周囲温度Ｔ_０付近となり得る。

図３並びに式（３）及び（４）に関連して上述したように、局部温度の変化によりガラスコア層内のＣＴが瞬時に変化する。図４Ｂは、図４Ａに示す積層強化ガラス基板に適用される温度プロファイルに応じた中央張力プロファイル１７０を示している。横軸は所望の分離線（ｘ＝０）からの距離であり、縦軸はＣＴである。図４Ｂに示すように、第１の領域１６２ａに対応する第１の中央張力減少ゾーン１７２ａ及び第２の領域１６２ｂに対応する第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂは中央張力（ＣＴ_１）を有し、これは第１及び第２の領域１６２ａ、１６２ｂでの局部加熱により、所望の分離線における中央張力（ＣＴ_２）よりも低い。積層強化ガラス基板の残りの領域は、ＣＴ_２＞ＣＴ_１及びＣＴ_１＜ＣＴ_０となるような本来の中央張力（ＣＴ_０）を有する。

図４Ｃは、図４Ｂに示す中央張力プロファイル１７０に応じた圧縮応力プロファイル１８０を示している。横軸は所望の分離線（ｘ＝０）からの距離であり、縦軸はＣＳである。図４Ｃに示されるように、第１の領域１６２ａに対応する第１の圧縮応力減少ゾーン１８２ａ及び第２の領域１６２ｂに対応する第２の圧縮応力減少ゾーン１８２ａは圧縮応力（ＣＳ_１）を有し、これは第１の領域１６２ａ及び第２の領域１６２ｂでの局部加熱により、所望の分離線における圧縮応力（ＣＳ_２）よりも大きさが小さい。積層強化ガラス基板の残りの領域は、ＣＳ_２＞ＣＳ_１及びＣＳ_１＜ＣＳ_０となるような本来の圧縮応力（ＣＳ_０）を有する。

上述のように積層強化ガラス基板の表面を加熱することによって、ＣＴ_１を有する第１の中央張力減少ゾーン１７２ａ及び第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂが形成され、所望の分離線に沿って、又はその近傍で伝播する亀裂のための境界を提供する。なぜなら、ＣＴ_２を有する積層強化ガラス基板の領域は、亀裂伝播のための好ましい最小抵抗の経路となるからである。換言すると、第１の中央張力減少ゾーン１７２ａ及び第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂのより低いＣＴ_１は、所望の分離線に沿って伝播する亀裂を誘導する。従って、ＣＴ_１及びＣＴ_２（同様にこれに対応する第１及び第２の領域での圧縮応力（ＣＳ_１）及び所望の分離線での圧縮応力（ＣＳ_２））を最適化して、特定の閾値未満にＣＴ_２を低下させることで、不安定な亀裂伝播を回避できる。ＣＴ_１は、所望の分離線以外のいずれの方向への亀裂のずれを回避するために、所望の分離線の周辺に有意に低い中央張力バンドを有するように制御され得る。いくつかの実施形態では、局部温度がコア及びクラッドのガラスの設定点のうちの低い方に概ね達した場合、ＣＴ_１はゼロにまで低下し得る。ＣＴ_２は、欠陥のない縁部品質のために特定の閾値を下回る（例えば２５ＭＰａ）ものの自己亀裂伝播に十分であるように制御され得る。温度に関して、Ｔ_２の下限は、最初の割れ目の伝播を維持してベントを形成するために必要な応力によって定義してよく；上限はコア及びクラッドのガラスの歪み点のうちの低い方以下であってよい。

対象のオフセットＲ_１及び中央張力ＣＴ_１、ＣＴ_２は、最適化された加熱源パラメータによって達成できる。上述のように局部加熱を適用できる任意のデバイスを用いて、本明細書に記載の実施形態に従って積層強化ガラス基板を切断してよい。加熱源はレーザとして説明されているが、本実施形態はこれに限定されるものではない。例えばいくつかの実施形態では、局部加熱は、積層強化ガラス基板の表面に適用される薄型の発熱体によって提供してもよい。

次に図５を参照すると、第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂを有する積層強化ガラス基板１００の表面１０５が示されている。上述したように、積層強化ガラス基板１００の表面１０５は、レーザビームスポット１５４ａ、１５４ｂ以外の熱源によって加熱してもよい。角欠け１１２を積層強化ガラス基板１００の第１の縁部１０８に適用することにより、亀裂の開始位置が提供される。角欠け１１２は、筋付刃を用いて、レーザアブレーションによって、又は他の方法によって、機械的に形成してよい。第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂはそれぞれ、所望の分離線１１０に隣接する第１の領域１６２ａ及び第２の領域１６２ｂを加熱するために使用される。

次に図６を参照すると、第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂは、１個以上のレーザ光源１５０によって生成された１つ以上のレーザビーム１５２によって形成できる。いくつかの実施形態では、レーザ光源１５０はＣＯ_２レーザ光源である。積層強化ガラス基板１００及び／又は１個以上のレーザ光源１５０は、第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂが積層強化ガラス基板１００の表面１０５を横断するように並進移動させてよい。いくつかの実施形態では、ビームスプリッタを用いて単一レーザビーム１５２を分割して、第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂを形成する。他の実施形態では、単一レーザビーム１５２は、第１の領域１６２ａ及び第２の領域１６２ｂにおいて連続的に走査される。レーザビーム１５２の操作パラメータとしては、限定されるものではないが、電力レベル、ビーム形状、波長、パルス周波数及び走査速度が挙げられる。レーザビーム１５２のパラメータは、所望の温度プロファイルを達成できるように設定してよい。

いくつかの実施形態では、個別の第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂは、積層強化ガラス基板１００の表面１０５を横切って前進する。第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂは、レーザビーム１５２を局所的に急速に走査して楕円状のビームスポットを形成することによって形成できる。他の実施形態では、第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂの所望の形状及びサイズを形成するために、１つ以上の集束光学系（図示せず）を使用する。他の実施形態では、以下に説明しかつ図８に示すように、第１のレーザビームスポット１５４ａ’及び第２のレーザビームスポット１５４ｂ’は、積層強化ガラス基板１００の全表面１０５を横断する伸長ビームスポットであってよい。

いくつかの実施形態では、冷却ノズル１４０からの冷却噴流１４２を角欠け１１２に適用して、角欠け１１２におけるベント形成を促進してよい。冷却噴流１４２は液体又は気体であってよい。一実施形態では、冷却噴流１４２は脱イオン水である。冷却噴流１４２を第１の領域１６２ａ及び第２の領域１６２ｂの加熱中又は加熱直後に適用することにより、対応する第１の中央張力減少ゾーン１７２ａ及び第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂを形成してよい。他の実施形態では、冷却噴流は利用されない。

次に図７を参照すると、２つのレーザビームスポット１５４ａ、１５４ｂ（又は他の熱源）を用いて加熱された積層強化ガラス基板１００の表面１０５は、対応する温度プロファイル１６０、中央張力プロファイル１７０及び圧縮応力プロファイル１８０を重ねた状態で示されている。温度プロファイル１６０、中央張力プロファイル１７０及び圧縮応力プロファイル１８０の配置は、表面１０５上のいずれの特定の位置に対応していないこと、並びにこれらは例示の目的のためにのみ提供されていることに留意されたい。温度プロファイル１６０、中央張力プロファイル１７０及び圧縮応力プロファイル１８０は、積層強化ガラス基板１００の第１の縁部１０８から第２の縁部１０９へと広がる。

破線は所望の分離線１１０を表している。第１のレーザビームスポット１５４ａ及び第２のレーザビームスポット１５４ｂは、矢印Ａで示すように、表面１０５にわたって同時に又は連続的に前進し、所望の分離線の近傍で積層強化ガラス基板１００の温度を上昇させる。加熱は所望の分離線１１０からある短いが有限の距離において目標を定めるため、温度は所望の分離線１１０からある短い距離において、両側で対称に最大に達する。こうして温度プロファイル１６０が得られる。対応するＣＴプロファイル１７０及びＣＳプロファイル１８０も得られる。積層強化ガラス基板１００の中央張力は実際の切断線において極大（ＣＴ_２）を有し、温度が最高であるところで極小（ＣＴ_１）へと減少し、次に加熱ゾーンから離れて加熱前の元のレベル（ＣＴ_０）に増加する。

内部弾性エネルギ及び応力拡大係数の両方はＣＴに比例するため、これらも同様に所望の分離線において極大を有する。上述のように、所望の分離線１１０は、第１の中央張力減少ゾーン１７２ａ及び第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂによって境界を定められるため、亀裂伝播のための好ましい最小抵抗の経路となる。貫通ベント角欠け１１２は、一方の縁部１０８から他の縁部１０９へ亀裂伝播を開始するように設けてよい。いくつかの実施形態では、冷却噴流１４２を角欠け１１２に適用して、亀裂伝播を更に促進してよい。図８は、１つ以上の走査レーザビームによって形成された、第１の伸長レーザビームスポット１５４ａ’及び第２の伸長ビームスポット１５４ｂ’を示している。第１の伸長レーザビームスポット１５４ａ’及び第２の伸長ビームスポット１５４ｂ’は、著しく楕円状のレーザビームによって、又は複数の走査の通過を数秒等の短い時間枠内で実行することによる高速走査速度を有する１つ以上のレーザビームによって形成してよい。第１の伸長レーザビームスポット１５４ａ’及び第２の伸長レーザビームスポット１５４ｂ’は、積層強化ガラス基板１００の表面１０５上で第１及び第２のレーザ線を画定できる。

亀裂は角欠け１１２で開始し、その後、第１の中央張力減少ゾーン１７２ａと第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂとの間に伝播する。このように、第１の中央張力減少ゾーン１７２ａ及び第２の中央張力減少ゾーン１７２ｂは、亀裂が積層強化ガラス基板１００内で伝播するように亀裂を誘導する。

いくつかの実施形態では、シールド部材（図示せず）を所望の分離線１１０上に適用してよい。シールド部材は、レーザ放射（又は加熱源に応じて他のエネルギ）が所望の分離線１１０において積層強化ガラス基板１００の表面１０５に入射することを防止できる。シールド部材は、加熱源によって供給されるエネルギから表面１０５を遮蔽する材料の薄片として構成してよい。

本明細書に記載の切断方法を利用して、積層強化ガラス基板シートを、湾曲した縁部等の任意の縁部を有する物品を含む積層強化ガラス物品へと切断できる。図９Ａ及び９Ｂは積層強化ガラス基板シートから切断された積層強化ガラス物品の２つの非限定的な例の模式図である。積層強化ガラス物品は例えば、電子デバイスのカバーガラスとして提供できる。

本明細書に記載の方法は、積層強化ガラス基板シートの切断に限定されない。図９Ｃを参照すると、積層ガラス管１９４として構成された積層強化ガラス基板が示されている。積層ガラス管１９４は、ガラスコア層１０２’を取り囲む外側ガラスクラッド層１０４ａ’及び内側ガラスクラッド層１０４ｂ’を備える。積層ガラス管１９４は、外側ガラスクラッド層１０４ａ’の表面周辺で所望の分離線１１０’に沿って切断してよい。上述の第１及び第２の中央張力減少ゾーンは、熱エネルギの印加によって所望の分離線１１０’に隣接して適用してよい。一例では、積層ガラス管１９４は、２つのレーザビームが外側ガラスクラッド層１０４ａ’に入射して所望の分離線１１０’からずれるように回転する。その後、亀裂は所望の分離線１１０’に沿って伝播し得る。

本明細書に記載の切断方法を使用して、ガラス物品（例えば図９Ａ及び９Ｂに示すガラス物品１９０、１９２）を分離してサイズ調節できるだけでなく、該切断方法はまた、ドロー底部（ＢＯＤ）でのガラス分離、延伸積層強化ガラス基板の縦ビード分離（ＶＢＳ）等、上流での積層強化ガラス基板の製造に使用できる。

コア−クラッド組成物の実施例
以下は、図４Ａに示すような温度プロファイル（並びに結果として生じる中央張力及び圧縮応力のプロファイル）を達成するために、局部温度がＣＴ及びＣＳに与える影響を示す、コア−クラッドガラス組成物の３つのペアである。

コア−クラッド組成物の実施例１
第１の非限定的な実施例では、ガラスコア層は１０．４×１０^６ｐｓｉ（約７１７００ＭＰａ）の弾性係数、０．２２のポアソン比、９８×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝５８１℃を有するガラスＣであった。ガラスクラッド層は１０．３×１０^６ｐｓｉ（約７１０００ＭＰａ）の弾性係数、０．２３のポアソン比、３６．１×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝６７１℃を有するガラスＤであった。ガラスコア層の厚さは０．５２６ｍｍであり、ガラスクラッド層の厚さは０．０４７８ｍｍであった。以下の表１は、この第１のコア−クラッドのペアに関して、ＣＳ及びＣＴに対する温度Ｔの変化の影響を示す。

表１に示すように、実施例１のコア−クラッド組成物のペアにおいて、温度Ｔの上昇はＣＳ及びＣＴを減少させる。

コア−クラッド組成物の実施例２
第２の非限定的な実施例では、ガラスコア層は１０．４×１０^６ｐｓｉ（約７１７００ＭＰａ）の弾性係数、０．２１のポアソン比、８３．６×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝５６４℃を有するガラスＥであった。ガラスクラッド層は１０．０×１０^６ｐｓｉ（約６９０００ＭＰａ）の弾性係数、０．２３のポアソン比、２８．０×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝４６３℃を有するガラスＦであった。ガラスコア層の厚さは０．３８ｍｍであり、ガラスクラッド層の厚さは０．０７６ｍｍであった。以下の表２は、このコア−クラッドのペアの第２の例に関して、ＣＳ及びＣＴに対する温度Ｔの変化の影響を示す。

表２に示すように、実施例２のコア−クラッド組成物のペアにおいて、温度Ｔの上昇はＣＳ及びＣＴを減少させる。

コア−クラッド組成物の実施例３
第３の非限定的な実施例では、ガラスコア層は１０．４×１０^６ｐｓｉ（約７１７００ＭＰａ）の弾性係数、０．２１のポアソン比、８１．４×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝６０４℃を有するガラスＧであった。ガラスクラッド層は１０．９×１０^６ｐｓｉ（約７５２００ＭＰａ）の弾性係数、０．２３のポアソン比、４３．５×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝６３５℃を有するガラスＨであった。ガラスコア層の厚さは０．３８ｍｍであり、ガラスクラッド層の厚さは０．０７６ｍｍであった。以下の表３は、このコア−クラッドのペアの第３の例に関して、ＣＳ及びＣＴに対する温度Ｔの変化の影響を示す。

表３に示すように、実施例３のコア−クラッド組成物のペアにおいて、温度Ｔの上昇はＣＳ及びＣＴを減少させる。

積層強化ガラス基板の切断例
本明細書に記載の実施形態による積層強化ガラス基板の切断の２つの非限定的な例を以下に提供する。

切断例１
第１の非限定的な切断例では、積層強化ガラス基板シートは、リドロー法によって形成されたガラスＡのガラスコア層及びガラスＥの２層のガラスクラッド層を有していた。ガラスＡは１０．６×１０^６ｐｓｉ（約７３１００ＭＰａ）の弾性係数、０．２１のポアソン比、９１．１×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝５５６℃を有していた。ガラスＥは１０．４×１０^６ｐｓｉ（約７１７００ＭＰａ）の弾性係数、０．２０６のポアソン比、８０．９×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝５６５℃を有していた。ガラスコア層の厚さは０．３８ｍｍであり、ガラスクラッド層の厚さは０．０７６ｍｍであった。以下の表４は、この実施例に関して、ＣＳ及びＣＴに対する温度Ｔの変化の影響を示す。

ＣＯ_２レーザビームを約１．５ｍｍの直径に集束させた。第１及び第２のレーザビームスポットを形成する２本の平行線上でレーザビームを連続的に走査した。２つのレーザビームスポットは、長さが約２３０ｍｍである約１．５ｍｍのオフセットＲ_１によって隔てられていた。ＣＯ_２レーザは４０ｋＨｚの周波数及び２３０Ｗの電力で作動させた。レーザビームはガルボスキャナを用いて３０ｍ／秒の速度で積層強化ガラス基板の表面上を走査した。

ダイヤモンドスクライブを用いて、積層強化ガラス基板シートの縁部に、切断経路に沿って角欠けを作製した。積層強化ガラス基板シートを切断テーブル上に置き、急速に走査するレーザビームによって形成された２つの平行なレーザビームスポット間に角欠けを配置した。レーザを表面に約１秒間入射させた後、これを止めた。レーザを止めた直後、角欠けにおいて約０．５秒未満の間水の冷却噴射のスイッチを入れて作動させた。全体の亀裂が角欠けの部分で生成され、所望の分離線に沿って制御された様式で伝播した。

切断例２
第２の非限定的な切断例では、積層強化ガラス基材シートは、ガラスＩのガラスコア層及びガラスＪの２層のガラスクラッド層を有していた。ガラスＩは１０．９×１０^６ｐｓｉ（約７５２００ＭＰａ）の弾性係数、０．２４のポアソン比、４２．０×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝６３２℃を有していた。ガラスＪは１０．０×１０^６ｐｓｉ（約６８９００ＭＰａ）の弾性係数、０．２０６のポアソン比、３５．０×１０^−７／℃の平均ＣＴＥ及びＴ^＊＝６２９℃を有していた。ガラスコア層の厚さは０．３７５ｍｍであり、ガラスクラッド層の厚さは０．２７５ｍｍであった。以下の表５は、この実施例に関して、ＣＳ及びＣＴに対する温度Ｔの変化の影響を示す。

ＣＯ_２レーザビームを約１．５ｍｍの直径に集束させた。第１及び第２のレーザビームスポットを形成する２本の平行線上でレーザビームを連続的に走査した。２つのレーザビームスポットは、長さが約２３０ｍｍである約１．０ｍｍのオフセットＲ_１によって隔てられていた。ＣＯ_２レーザは４０ｋＨｚの周波数並びに約２３０Ｗ及び約２６０Ｗの電力で作動させた。レーザビームはガルボスキャナを用いて３０ｍ／秒の速度で積層強化ガラス基板の表面上を走査した。

ダイヤモンドスクライブを用いて、積層強化ガラス基板シートの縁部に、切断経路に沿って角欠けを作製した。積層強化ガラス基板シートを切断テーブル上に置き、急速に走査するレーザビームによって形成された２つの平行なレーザビームスポット間に角欠けを配置した。レーザを表面に約１．５秒間入射させた後、これを止めた。レーザを止めた直後、角欠けにおいて約０．２秒未満の間水の冷却噴射のスイッチを入れて作動させた。全体の亀裂が角欠けの部分で生成され、所望の分離線に沿って制御された様式で伝播した。

ここで、本明細書に記載の方法を使用して、ガラスクラッド層の表面に温度プロファイルを適用して所望の分離線に隣接する第１及び第２の中央張力減少ゾーンを形成することにより、積層強化ガラス基板を切断できることを理解されたい。第１及び第２の中央張力減少ゾーンは最小抵抗の経路を提供することにより、積層強化ガラス基板の縁部で開始する伝播亀裂を誘導する。本明細書に記載の切断方法は、成形されたガラス物品を積層強化ガラス基板シートから制御された様式で切断するために、並びに例えばドロー底部での分離及び縦ビード分離等、製造中に積層強化ガラス基板を切断するために利用できる。従って、積層強化ガラス基板を切断するための本明細書に開示の方法及び装置は、既知の方法及び装置の代替として使用可能である。

特許請求される主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して様々な修正及び変更を施すことができることは、当業者に明らかであろう。従って、本明細書に記載の様々な実施形態の修正及び変更が添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある場合、本明細書はそのような修正及び変更を包含することが意図される。

１００ 積層強化ガラス基板
１０２、１０２’ ガラスコア層
１０３ａ 第１の表面部分
１０３ｂ 第２の表面部分
１０４ａ、１０４ｂ ガラスクラッド層
１０４ａ’ 外側ガラスクラッド層
１０４ｂ’ 内側ガラスクラッド層
１０５ 第１の表面
１０７ 第２の表面
１０８ 第１の縁部
１０９ 第２の縁部
１１０、１１０’ 分離線
１１２ 角欠け
１４０ 冷却ノズル
１４２ 冷却噴流
１５０ レーザ光源
１５２ 単一レーザビーム
１５４ａ、１５４ｂ、１５４ａ’、１５４ｂ’ レーザビームスポット
１６０ 温度プロファイル
１６２ａ 第１の領域
１６２ｂ 第２の領域
１７０ 中央張力プロファイル
１７２ａ 第１の中央張力減少ゾーン
１７２ｂ 第２の中央張力減少ゾーン
１８０ 圧縮応力プロファイル
１８２ａ 第１の圧縮応力減少ゾーン
１９０、１９２ ガラス物品
１９４ 積層ガラス管
２００ 積層フュージョンドロー装置
２０２ 上側アイソパイプ
２０４ 下側アイソパイプ
２０６ 溶融ガラスクラッド組成物
２０８ 溶融ガラスコア組成物
２１０、２１２ トラフ
２１６、２１８ 下側アイソパイプの外側成形面
２２０ 基部
２２２、２２４ 上側アイソパイプの外側成形面
３３０ ガラスコア層組成物の曲線
３３２ ガラスクラッド層組成物の曲線
３３４ 斜線部

Claims (3)

1. 積層強化ガラス基板を切断する方法において、
   前記積層強化ガラス基板であって、
   第１の表面部分及び該第１の表面部分の反対側の第２の表面部分を備えるガラスコア層と、
   前記ガラスコア層の前記第１の表面部分又は前記第２の表面部分と融合する少なくとも１層のガラスクラッド層と、
   を備え、前記ガラスコア層は平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅを有し、前記少なくとも１層のガラスクラッド層は前記平均コア熱膨張係数ＣＴＥ_ｃｏｒｅよりも小さい平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥ_{ｃｌａｄｄｉｎｇ}を有する、積層強化ガラス基板を提供する工程；
   前記積層強化ガラス基板の縁部に角欠けを形成する工程；
   前記積層強化ガラス基板の前記少なくとも１層のガラスクラッド層上の、所望の分離線の第１の側部からずれている第１の領域、及び、前記所望の分離線の第２の側部からずれている第２の領域を同時に加熱する工程であって、前記ガラスコア層内に、前記所望の分離線において極大（ＣＴ _２ ）を有し、前記第１の領域及び前記第２の領域で極小（ＣＴ _１ ）へと減少するような中央張力プロファイルが得られるように加熱する工程；並びに
   前記所望の分離線に沿って、前記積層強化ガラス基板の前記第１の領域と前記第２の領域との間に亀裂を伝播させる工程であって、前記亀裂は前記角欠けにおいて開始する工程；
   を有してなる方法。
2. 冷却噴流を前記角欠けに適用する工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１及び第２の領域における前記積層強化ガラス基板の温度は、前記ガラスコア層の歪み点未満、かつ前記少なくとも１層のガラスクラッド層の歪み点未満である、請求項１または２に記載の方法。

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