JP2015137192A - 薄板ガラスの孔開け加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄板ガラスにひずみを生じさせることなく、安定した孔開けを継続できる薄板ガラスの孔開け加工方法を提供する。【解決手段】支持体３と薄板ガラス２とを重ね合わせ、支持体３の上面と薄板ガラス２の下面との間に気泡部４を形成させた積層体１を作製する積層体作製工程と、気泡部４に超音波を作用させて、気泡部４に対応する位置で積層体１の薄板ガラス２に孔を開ける孔開け工程とを備えたことにより、支持体３と薄板ガラス２とを重ね合わせて作製された積層体１の気泡部４に、超音波を作用させることによって、積層体１に形成された気泡部４に対応する位置の薄板ガラス２に孔開け加工を施すことができる薄板ガラス２の孔開加工方法。【選択図】図２

Description

本発明は薄板ガラスの孔開け加工方法に関する。

プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに使用される薄板ガラスには、パネル内の排気や、ガスの封入を目的とした貫通孔（排気孔）が薄板ガラスの角部や周縁部などに設けられている。

薄板ガラスに孔開け加工を施す方法として、例えば、砥粒が付加された切削工具としてのドリルを用いて薄板ガラスに孔開け加工を施す方法（下記、特許文献１）が提案されている。

特開２０１３−４００５６号公報

上記特許文献１に示されるように、ドリル等の切削工具を用いて薄板ガラスに孔開け加工を行う場合、ドリルを繰り返し使用することにより、ドリルに摩耗や劣化等が生じ加工性が低下する。加工性が低下したドリルを用いて、薄板ガラスに孔開け加工を施した場合、薄板ガラスに形成された孔の側面やその周辺部にカケやチッピング等のクラックが発生することがある。ガラス材料は、その材料特性として硬くて脆い性質を持っているため、薄板ガラスに発生したクラックが原因で薄板ガラスが破損してしまうという問題がある。

一方、ドリルに依らない薄板ガラスの孔開け加工方法として、レーザービームによる薄板ガラスの孔開け加工方法がある。この方法は、薄板ガラスに所望の孔形状に沿ってレーザービームを照射して加熱した後、急冷することによって、レーザービームが照射された部分に意図的にクラックを生じさせて、薄板ガラスに孔開け加工を施すものである。この方法では、薄板ガラスの孔開け部分はレーザービームによって局所的に軟化点付近まで加熱される。そのため、孔開け加工が施された薄板ガラスの孔の周辺にひずみが生じ、薄板ガラスに開けられた孔が変形するおそれがある。

本発明の解決すべき技術的課題は、薄板ガラスにひずみを生じさせることなく、安定した孔開けを継続できる薄板ガラスの孔開け加工方法を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた本発明の薄板ガラスの孔開け加工方法は、支持体と薄板ガラスとを重ね合わせ、支持体の上面と薄板ガラスの下面との間に気泡部を形成させた積層体を作製する積層体作製工程と、気泡部に超音波を作用させて、気泡部に対応する位置で積層体の薄板ガラスに孔を開ける孔開け工程とを備えている。

このようにすれば、積層体に形成された気泡部に超音波を作用させるだけで、気泡部に対応する位置の薄板ガラスに孔を開けることができる。ここで、気泡部に超音波によって、振動、衝撃が加えられ、これにより気泡部に対応する薄板ガラスの一部でクラックが進行し、孔が開くと考えられる。

支持体はガラスであると好適である。このようにすれば、支持体と薄板ガラスとの密着性を高めることができるため、積層体に気泡部を維持させ易い。

積層体作製工程で積層体を加熱すると好適である。このようにすれば、支持体の上面と薄板ガラスの下面との密着性をさらに高めることができるため、超音波を気泡部に作用させている間に支持体に対して薄板ガラスが位置ズレするのを防止することができる。

また、支持体の上面と薄板ガラスの下面との間に介在物を付加し、介在物を介して気泡部を形成させてもよい。このようにすれば、介在物によって支持体の上面と薄板ガラスの下面との間に空間が生じ、この空間に気泡部を形成させることができる。そのため、支持体の上面と薄板ガラスの下面との間であって、積層体の所定の位置に介在物を付加することにより、積層体の選択した位置に安定的に気泡部を形成させることができる。さらに、介在物の高さによって、形成される気泡部の大きさを適宜設定することができる。

支持体の上面に凸状部を設け、凸状部を利用して気泡部を形成させてもよい。このようにすれば、支持体の上面の所定の位置に凸状部を設けることで、支持体と薄板ガラスとを重ね合わせるだけで凸状部の位置に対応して気泡部が形成される。

また、支持体の上面に凹状部を設け、凹状部を利用して気泡部を形成させてもよい。このようにすれば、支持体と薄板ガラスとを重ね合わせたとき、凹状部に対応して気泡部が形成される。このとき、気泡部の周囲は、支持体の上面と薄板ガラスの下面とが密着した状態で重ね合わされるため、気泡部が凹状部の外方に移動するのを防止できる。

液体中で積層体の気泡部に超音波を作用させる構成としてもよい。このようにすれば、積層体に形成された気泡部に対して超音波を作用させることができる。

液体中に複数の積層体を浸漬させる構成としてもよい。このようにすれば、液体中に浸漬された複数の積層体に形成された気泡部に対して一度に超音波を作用させることができる。

薄板ガラスの厚みは１００μｍ以下であることが好ましい。

以上のように、本発明の薄板ガラスの孔開け加工方法によれば、ドリル等の切削工具のように加工性が低下するという事態が生じないため、加工性の低下に伴って、薄板ガラスの孔開け部分にクラックが生じるのを防止することができる。さらに、薄板ガラスの孔開け部分を局所的に加熱する必要が無いため、薄板ガラスに開けられた孔にひずみが生じるのを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る薄板ガラスの孔開け加工方法で作製される積層体の断面図である。 図１の積層体を液体槽に浸漬した状態を示す概略図である。 図１の積層体の拡大断面図であって、薄板ガラスと支持板ガラスとの間に介在物を付加した状態を示す図である。 図１の積層体の拡大断面図であって、凸状部が設けられた支持板ガラスに薄板ガラスを重ね合わせた状態を示す図である。 図１の積層体の拡大断面図であって、凹状部が設けられた支持板ガラスに薄板ガラスを重ね合わせた状態を示す図である。

以下、本発明の薄板ガラスの孔開け方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明に係る薄板ガラスの孔開け加工方法は、例えば以下の工程を有するものである。すなわち、この加工方法は、支持体としての支持板ガラスと被加工物としての薄板ガラスとを重ね合わせて積層体を作製する積層体作製工程と、積層体作製工程で積層体を加熱した後、積層体を液体中に浸漬し、積層体に形成された気泡部に超音波を作用させて、気泡部に対応する位置で積層体の薄板ガラスに孔を開ける孔開け工程とを有している。

図１は、積層体作製工程で作製された積層体１の断面図を示している。積層体１は、薄板ガラス２の下面２ａと支持体としての支持板ガラス３の上面３ａとを互いに重ね合わせて直接密着させて積層したものである。なお、直接密着とは、接着剤等の他部材を使用することなく密着させることをいう。

図１に示すように積層体１には、薄板ガラス２の薄板ガラス２と支持板ガラス３とを重ね合わせた際、薄板ガラス２の下面２ａと支持板ガラス３の上面３ａとの間に空気を入り込ませることよって、気泡部４が形成される。このとき、気泡部４の高さは、４μｍ以上とすることが好ましい。気泡部４の高さを高くすることで、孔が開きやすくなる。形成する孔の大きさにもよるが、気泡部４の高さは、２００μｍ以下とすることが好ましい。なお、図１及び図２においては説明のため、気泡部４を誇張して示している。

この時、薄板ガラス２の下面２ａ及び支持板ガラス３の上面３ａを所定の表面粗さに設定することにより、薄板ガラス２と支持板ガラス３との密着力を高めることができる。具体的には、積層体１の薄板ガラス２の下面２ａの表面粗さＲａは、２．０ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、特に好ましくは０．２ｎｍ以下である。また同様に、支持板ガラス３の上面３ａの表面粗さＲａは、２．０ｎｍ以下、より好ましくは０．５ｎｍ以下、特に好ましくは０．２ｎｍ以下である。ここで、Ｒａ（算術平均粗さ）は、ＪＩＳ ２００１に準拠するものとする。このような表面粗さを満足する薄板ガラス２及び支持板ガラス３は、例えばオーバーフローダウンドロー法により成形され、その表面が未研磨面とされる。なお、薄板ガラス２び支持板ガラス３の合わせ面を、研磨やエッチング処理することにより、上記の数値範囲を満足する表面粗さを付与してもよい。すなわち、薄板ガラス２び支持板ガラス３は、フロート法などのオーバーフローダウンドロー法以外の方法で成形してもよい。

薄板ガラス２は、例えば、１０〜３００μｍの厚みを有しているが、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイに使用される薄板ガラス２に用いる場合には、５０〜２００μｍとすることがさらに好ましい。

支持板ガラス３は、薄板ガラス２よりも厚みが大きく、例えば、２００〜７００μｍの厚みを有している。なお、本実施形態では、支持体の材質としてガラスを用いた場合について示しているが、これに限定されることはない。薄板ガラス２を支持する支持体の材質としては、例えば、ポリカーボネート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ＰＥＥＫ、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンナフタレート等の各種樹脂樹脂材料を用いることもできる。

次に、積層体作製工程で積層体１に加熱処理を施して、薄板ガラス２と支持板ガラス３との密着力を向上させる。加熱処理の条件としては、薄板ガラス２と支持板ガラス３のうち、低い方の歪点未満まで加熱する。すなわち、薄板ガラス２と支持板ガラス３のうち、低い方の軟化点までは加熱せず、薄板ガラス２と支持板ガラス３に大きな形状変形が生じるのを防止している。加熱温度は、薄板ガラス２や支持板ガラス３のガラス組成によっても変わるが、例えば、２００℃〜４００℃程度（この実施形態では、約４００℃）とされる。加熱処理の昇温速度は、例えば１〜１０℃／ｍｉｎが好ましく、この実施形態では３℃／ｍｉｎである。加熱処理に利用する炉としては、例えば、ＡＤＶＡＮＴＥＣ社製電気マッフル炉（ＦＵＷ２４２ＰＡ）などを使用することができる。

その後、積層体１に形成された気泡部４に超音波を作用させる（孔開け工程）。本実施形態では、例えば、超音波洗浄機を使用する。図２に示すように、超音波洗浄機５の洗浄槽（以下、液体槽５ａと呼ぶ。）には、超音波を発生させる超音波発生手段５ｂが設けられており、液体槽５ａ中には、例えば、液体としての水が満たされている。水が満たされた液体槽５ａに積層体１を浸漬させた後、液体槽５ａに設けられた超音波発生手段５ｂを駆動する。これにより、超音波が水中６を伝播して積層体１に伝えられる。超音波は、積層体１に形成された気泡部４に作用することにより、積層体１に形成された気泡部１に対応する位置の薄板ガラス２に孔が開けられる。薄板ガラス２に孔開け加工を施した後、孔開け加工が施された薄板ガラス２の使用目的に応じて、薄板ガラス２を支持板ガラス３に積層させたままの状態で用いたり、薄板ガラス２と支持板ガラス３とを分離して用いてもよい。

このとき、超音波発生手段５ｂから発生する超音波の周波数帯域は、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚである。周波数が低いほど、強力な衝撃が発生し、孔が開きやすくなる。

また、液体槽５ａを満たす液体として水の他に、有機溶媒等を満たしてもよい。

本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、種々の形態で実施することができる。上記の実施形態では、薄板ガラス２を支持板ガラス３に重ね合わせた時に、薄板ガラス２の下面２ａと支持板ガラス３の上面３ａとの間に気泡部４を形成させた場合について説明したが、これ以外の方法でも積層体１に気泡部４を形成させることができる。図３に示すように、薄板ガラス２の下面２ａと支持板ガラス３の上面３ａとの間に例えば、介在物としてのガラスビーズ７を付加し、このガラスビーズ７を介して薄板ガラス２の下面２ａと支持板ガラス３の上面３ａとの間に気泡部４を形成させることができる。このとき、ガラスビーズ７の大きさは、４〜２００μｍであることが好ましい。ガラスビーズ７の大きさ（支持板ガラス３の上面３ａから薄板ガラス２の下面２ａまでの距離）によって、気泡部４の大きさを適宜変更することができる。これにより、ガラスビーズ７の大きさに応じて、加工される孔の大きさを設定することができる（実施例参照）。なお、介在物としては、上記したガラスビーズ７の他に、金属、有機物（例えば、マジックペン等のインク）を用いてもよい。

また、積層体１に複数の気泡部４を形成させることにより、１枚の薄板ガラス２の複数箇所を同時に孔開け加工を施すことができる。

また、複数の積層体１を液体槽５ａ中に浸漬することにより、液体槽５ａ中に浸漬された複数枚の薄板ガラス２に対して同時に孔開け加工を施すことができる。

また、加熱処理に代えて、薄板ガラス２と支持板ガラス３とを接着剤で接着してもよい。この場合、気泡部４の周囲のみを接着してもよい。

また、図４に示すように、支持板ガラス３の上面３ａに凸状部３ａ１を設けることにより、薄板ガラス２の下面２ａと支持板ガラス３の凸状部３ａ１との間に気泡部４を形成させることができる。支持板ガラス３の上面３ａに凸状部３ａ１を設けておくことで、薄板ガラス２を支持板ガラス３に重ね合わせるだけで、積層体１の所定の位置に気泡部４を形成させることができる。積層体１の薄板ガラス２に孔開け加工を施した後、薄板ガラス２と支持板ガラス３とを分離することにより、分離された支持板ガラス３を、別の新たな薄板ガラス２の支持板ガラス３として再利用することができる。そのため、同じ支持板ガラス３を用いて積層体１を作製することにより、所定の位置に孔開け加工が施された薄板ガラス２を複数作製することができる。

また、図５に示すように、支持板ガラス３の上面３ａに凹状部３ａ２を設け、薄板ガラス２の下面２ａと支持板ガラス３の凹状部３ａ２との間に気泡部４を形成させることもできる。凹状部３ａ２の周囲は、薄板ガラス２と支持板ガラス３とが密着した状態で重ね合わされているため、支持板ガラス３の上面３ａに設けられた凹状部３ａ２の大きさによって、気泡部４の大きさが決定される。また、気泡部４は、薄板ガラス２と支持板ガラス３とによって、密閉されている。そのため、積層体１の搬送時や、孔開け加工を施している最中に、気泡部４が凹状部３ａ２の外に移動するのを防止することができる。

実施例の各積層体に対しては、気泡部の大きさと介在物の大きさとの相関性評価と、薄板ガラスの孔開けの成否評価とをそれぞれ行った。各実施例について、共通する事項は次の通りである。

〈支持板ガラス〉
支持板ガラスとしては、日本電気硝子株式会社製の無アルカリガラス（製品名：ＯＡ−１０Ｇ）を使用した。支持板ガラスの大きさは、５００ｍｍ×１５０ｍｍとし、厚みは５００μｍとした。
〈薄板ガラス〉
薄板ガラスとしては、日本電気硝子株式会社製の無アルカリガラス（製品名：ＯＡ−１０Ｇ）を使した。薄板ガラスの大きさは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍとし、厚みは１００μｍとした。

薄板ガラスの下面と支持板ガラスの上面との間に介在させる介在物の大きさと積層体に形成された気泡部の大きさとの相関性評価及び、孔開け加工の成否の評価について説明する。

〈気泡部大きさと介在物の大きさとの相関性評価〉
ガラスビーズの大きさ（直径）及び積層体に形成された気泡部の大きさ（気泡部の幅）を測定し、その相関性を評価した。

〈薄板ガラスの孔開けの加工の成否評価〉
薄板ガラスへの孔開け加工の成否は、水が満たされた液体槽に、作製した積層体を浸漬し、超音波を気泡部に作用させた後、薄板ガラスに対する孔開け加工の成否を評価した。この際、液体槽中の液体の温度を２０℃とし、超音波の周波数を４２ｋＨｚに設定して、３０分間超音波を発生させた。孔開け加工の成否は、「○」、「×」で評価した。「○」は、薄板ガラスに孔開けが施されたことを示し、「×」は、孔開けが施されなかったことを示している。

次に、各実施例の積層体の作製方法を説明する。

〈実施例１〉
薄板ガラスの下面と支持板ガラスの上面と間に直径１１μｍのガラスビーズを介在させ、意図的に気泡部を形成させた積層体を作製した。作製した積層体を４００℃の加熱炉で、１０分間加熱処理を行った。

〈実施例２〜５〉
実施例２〜５の積層体は、実施例１の積層体と同様の方法で作製した。ただし、薄板ガラスの下面と支持板ガラスの上面との間に介在させるガラスビーズの大きさは、実施例１と相違するように作製した。

〈各評価試験の結果〉
次に、以上のように作製された実施例１〜５の各評価試験結果を表１に示す。

表１に示すように、気泡部の大きさ（直径）と介在物の大きさに相関があることが確認された。また、実施例１〜実施例５の全てにおいて、超音波を気泡部に作用させることによって、薄板ガラスに孔開けが施されているのが確認された。超音波を気泡部に作用させることによって孔開けがなされる要因として、積層体に形成された気泡が超音波によって振動したためであると想定される。この他にも、超音波振動によって生じたキャビテーションの影響によるものとも仮定される。

１ 積層体
２ 薄板ガラス
３ 支持板ガラス
３ａ１ 凸状部
３ａ２ 凹状部
４ 気泡部
５ 超音波洗浄機
５ａ 液体槽
５ｂ 超音波発生手段
７ ガラスビーズ（介在物）

Claims (9)

1. 支持体と薄板ガラスとを重ね合わせ、前記支持体の上面と前記薄板ガラスの下面との間に気泡部を形成させた積層体を作製する積層体作製工程と、前記気泡部に超音波を作用させて、前記気泡部に対応する位置で前記積層体の前記薄板ガラスに孔を開ける孔開け工程とを備えた薄板ガラスの孔開け加工方法。
2. 前記支持体はガラスである請求項１記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
3. 前記積層体作製工程で前記積層体を加熱する請求項２記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
4. 前記支持体の上面と前記薄板ガラスの下面との間に介在物を付加して、該介在物を介して前記気泡部を形成させる請求項１〜３記載の何れか１項に記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
5. 前記支持体の上面に凸状部を設け、該凸状部を利用して前記気泡部を形成させる請求項１〜３記載の何れか１項に記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
6. 前記支持体の上面に凹状部を設け、該凹状部を利用して前記気泡部を形成させる請求項１〜３記載の何れか１項に記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
7. 液体中で前記積層体の前記気泡部に超音波を作用させる請求項１〜６の何れか１項に記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
8. 前記液体中に複数の前記積層体を浸漬させる請求項７に記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
9. 薄板ガラスの厚みは１００μｍ以下である請求項１〜８の何れか１項に記載の薄板ガラスの孔開け加工方法。
   
   

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