JP5756574B2 - ガラスリボンを低エネルギーで分割する方法 - Google Patents

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本出願は、２０１１年１１月２８日に出願された米国特許出願第１３／３０５１５８号に米国特許法第１２０条の下で優先権を主張し、その内容は参照により全体として基礎とされここに組み込まれる。

本発明は、ガラスリボンを低エネルギーで分割する方法に関し、より詳細には、平行でない主表面を有するガラスリボンを分割する方法に関する。

フュージョンドロー法またはスロットドロー法のようなダウンドロー法で製造されるガラスシートは通常、成形体から降下するガラスリボンを溶融ガラス材料から製造することにより開始する。ガラスリボンはその後、リボンのガラスが十分に冷却されリボンが弾性状態に入る粘度に達した位置で、個々のガラスシートに切断または分割される。より簡潔には、分割が行われるリボンの部分は、固体であると考えられる。しかしながら、ガラスリボンが成形体から降下する際に、リボン幅は細くなりリボンの端部は厚くなる傾向がある。これらの厚くなった端部は通常、ビードと称される。これらの厚くなった部分を越えてガラスリボンを分割することは困難であることが分かり、大きいエネルギー解放が生じて、ガラスが粘性材料から弾性固体に変化するガラスの領域に向かって上方へ伝播し得る。このエネルギー解放によって、残留応力が形成され、生じるガラスシートが変形し得る。

ダウンドロー法から形成されたガラスのリボンからガラスシートを分割する従来の方法は、厚くなったビード間でガラスに機械的に罫書き線を入れ、その後、ロボット機械設備によって容易に曲げて切断する工程を含む。厚さのばらつきおよび表面の不連続性のため、分割線に沿って一貫したベント（ｖｅｎｔ）亀裂を生成することが困難であるので、ガラスリボンのビード部分には罫書き線が入れられない。これらは、分割線に沿って欠陥を生じることなく曲がりに抵抗する。罫書き線の入った中間部分から亀裂伝播を介して完全に分割するためには、より大きな曲げが必要となる。分割の際に生じる大きいエネルギー解放によって、切断直後にシートおよびガラスが著しく動き得る。この動きは、リボンを含むガラス形成材料が液体から固体に変化するリボンの粘弾性領域に摂動が達すると、リボン中に加えられる残留応力に変化し得る。さらに、ビード領域中に分割を導くベント（罫書き線）がないので、亀裂伝播の軌跡はビード中で変化し得る（例えば非直線状になる）。残念なことに、ビード部のガラス厚さが様々でありガラスのクラッキングを制御できない可能性が高いので、ビードに機械的に罫書き線を入れることは通常不可能である。

したがって、ナノ秒レーザパルスにより生じるガラス切除効果を利用する方法および装置がここに記載される。

ある実施の形態において、ガラスのリボンからガラスシートを分割し、取り外す方法が開示され、この方法は、ダウンドロー法でガラスリボンを製造する工程を含み、ガラスリボンは、粘性の液体部分および弾性の固体部分を有し、ガラスリボンの弾性の固体部分はさらに、実質的に平行な主表面を有する中央部分および中央部分に隣接する縁部分を有し、縁部分は、中央部分の第１および第２の主表面と一致する第１の主表面および第２の主表面を有し、縁部分の第１および第２の主表面は、リボンの長さに沿って長手方向に伸長し、縁部分の第１の主表面および第２の主表面は、非平行である。縁部分の第１の主表面は、第１の位置で第１のレーザからのレーザビームで照射され、このレーザビームは、縁部分の第１の主表面上に第１のレーザスポットを形成するパルス状レーザビームであり、このパルス状レーザビームは、ガラスリボンの厚さの少なくとも一部を通して欠陥溝を形成する。レーザは、縁部分の外縁に垂直な方向に通過される。縁部分の第１の主表面の照射は、第２のレーザスポットが第１のレーザスポットと重ならないように、第２の位置で繰り返される。その後、ガラスリボンは欠陥溝を通って伸長する線に沿って分割され、ガラスシートを形成する。

ある実施の形態において、分割工程は、第１のレーザと異なる第２のレーザで、第１の経路に沿ってガラスリボンの中央部分を加熱する工程を含む。第１のレーザにより与えられる損傷は、第２のレーザのための初期欠陥として作用する。

本発明の方法はさらに、加熱された第２の経路を冷却流（例えば、気体、液体またはこれらの組合せ）によって冷却することにより、中央部分の少なくとも一部と交差して伸長する亀裂を形成する工程を含んでもよい。

分割工程は、ガラスリボンを曲げ、亀裂と交差する第１の主表面に亘って引張応力を形成する工程を含んでもよい。

ある実施の形態において、パルス状レーザビームからの光の波長は、約３５５ｎｍから約５３２ｎｍまでの範囲である。パルス状レーザビームの繰返し率は、約１０ｋＨｚから約２００ｋＨｚまでの範囲でもよい。パルス状レーザビームは、約２５ｎｓ以下のパルス時間を有してもよい。第１のレーザは、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザでもよい。第２のレーザは、ＣＯ_２レーザでもよい。ある実施の形態において、ガラスリボンは連続的に移動する。例えば、ガラスリボンは、フュージョンダウンドロー法のようなダウンドロー法で形成されてもよい。

本発明のさらなる特徴および利点が、以下の詳細な説明に記載され、一部はこの記載から当業者に明らかとなろう、または、発明の詳細な説明、特許請求の範囲および添付の図面に記載されるように本発明を実施することにより認識されるであろう。

上記の一般的な説明および以下の詳細な説明はいずれも、本発明の実施の形態を示すものであり、特許請求される発明の性質および特徴を理解するための概要または骨組みを提供することを意図することが理解されるべきである。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々の実施の形態を示し、明細書本文と共に本発明の原理および動作の説明に役立つ。

図１は、ガラスリボンを形成するための例示的なフュージョンドローシステムの概略図である。 図２は、図１のフュージョンドローシステムと関連して使用できる例示的なフュージョンドローマシン（ＦＤＭ）の概略図である。 図３は、図２のＦＤＭの一部を含む移動台マシン（ＴＡＭ）の側面図である。 図４は、端部から見たガラスリボンおよびガラスリボン中に罫書き線を形成するレーザシステムの部分断面図である。 図５は、ガラスリボンのビード部分に欠陥溝を生じるためのレーザシステムと組み合わせて使用する、機械的罫書きシステムの部分断面図である。 図６は、ガラスリボンのビード部分に欠陥溝を生じるためのレーザシステムと組み合わせて使用する、レーザ罫書きシステムの部分断面図である。 図７は、ガラスリボンのビード部および図６のレーザシステムにより形成される欠陥溝の詳細を示す部分断面図である。

以下の詳細な説明において、説明のためであって限定のためでなく、本発明を十分に理解するために具体的な詳細を開示する例示的な実施の形態が提供される。しかしながら、本開示を利用して、本発明はここに開示される具体的な詳細から外れる他の実施の形態で行ってもよいことが、当業者に明らかであろう。さらに、本発明の説明をあいまいにしないために、周知の装置、方法および材料の記載を省略してもよい。最後に、当てはまる場合はどこでも、同様の参照番号は同様の要素を称する。

図１は、ガラスシートを形成するためのフュージョンガラス製造システム１０の例示的な実施の形態を示し、このシステムは、溶融炉１２、清澄容器１４、攪拌容器１６、受入容器１８、降下管２０、注入口２２および成形体２４を有し、成形体２４から、薄い、連続的に移動するガラスリボン２６が降下する。ガラス製造システム１０はさらに、溶融室−清澄容器連結管２８、清澄容器−攪拌容器連結管３０、および攪拌容器−受入容器連結管３２を含む、溶融したガラス形成材料を運搬するための様々の他の容器または導管を有する。溶融炉および成形体は通常、溶融炉１２の場合にはアルミナまたはジルコニアを含むセラミックレンガのようなセラミック材料から形成され、その間の様々の容器および導管はしばしば、白金またはその合金を含む。以下の記載は、図１に示される方法のような、例示的なフュージョンダウンドロー法に関するが、本発明は、当業者によく知られておりここに詳細に説明されていない方法である、片面オーバーフロー法またはスロットドロー法のようなダウンドローガラス製造法の他のバリエーションに等しく適用できる。

図１の例示的なフュージョン法によれば、矢印３８で示されるように、溶融炉１２にバッチ材料３６が供給され、炉で溶融されてガラス形成材料（以下溶融ガラス４０）を生じる。溶融ガラス４０は、溶融炉−清澄容器連結管２８を介して、溶融炉１２から清澄容器１４へ運ばれる。溶融ガラスが、清澄容器１４において溶融炉温度を超える温度に加熱されるとすぐ、溶融ガラス４０内に含まれる多価酸化物清澄材料が酸素を解放し、酸素は溶融ガラスを通って上昇し、清澄容器１４内の溶融ガラスの自由表面を介して放出される。この酸素の高温解放は、バッチ材料の溶融により生じる溶融ガラス内の気体の小気泡を除去する助けをする。

次に、溶融ガラス４０は、清澄容器−攪拌容器連結管３０を介して清澄容器１４から攪拌容器１６に流れ、回転攪拌機が溶融ガラスを混合および均質化し、溶融ガラスを確実に均一な濃度にする。次に、攪拌容器１６からの均質化溶融ガラスは、攪拌容器−受入容器連結管３２を介して流れ、受入容器１８で回収された後、降下管２０および注入口２２を介して成形体２４に送られる。成形体２４は、溶融ガラスをガラスリボンに成形する。

成形体２４は、成形体の上面に位置する開口溝４２、および図２に最もよく示されるように、成形体の底または根元４６で合流する一対の対向する合流成形表面４４を有する。成形体に供給される溶融ガラスは、開口溝４２に流れ込み、その壁面から溢れ、それによって２つの個々の溶融ガラスの流れに分割し、合流成形表面４４の上を流れる。溶融ガラスの分割した流れは、根元４６に達すると、再結合または融合し、単一のガラスリボンを形成して、成形体の根元から降下する。延伸ロール４８は、リボンの端部に沿って粘性ガラスリボンと接触し、方向および速度を有する速度ベクトルＶで下方にリボンを引く助けをする。リボンを誘導し、リボンの幅を減じる作用をする自然発生的な表面張力効果に対してリボンの幅を維持する助けをするように、追加の従動および／または非従動ロールをリボンの端部と接触させてもよい。

降下するリボンがガラス転移温度範囲を通って冷却され、その一部が粘性液体から弾性固体に変わった後、ガラスシートをリボンの弾性固体部分から製造してもよい。連続的に移動するガラスリボンからのガラスシートの製造は通常、ガラスリボン２６の弾性固体部分においてガラスリボンに第１の罫書き線を入れる工程、罫書き線と交差して引張応力を加えて亀裂を生じる工程、およびリボンの厚さに亘って亀裂を進める工程を含む。罫書き線は、任意の従来の方法により形成されてもよい。例えば、罫書き線ホイール、画線器、またはリボンの表面を傷つける任意の他の適切な研磨部材にリボンを接触させることにより罫書き線を生じてもよい。その後、罫書き線に交差して、ガラスリボンの罫書き線を付けた側を緊張状態に置く方向にガラスリボンを曲げることにより、引張応力を加える。この張力は次に、ガラスリボン２６の厚さに亘る罫書き線に形成される亀裂を進め、これによってガラスシートをガラスリボンから分割する。

ガラスリボンは、粘性部分、粘弾性部分および弾性部分を有する連続的に移動するガラスリボンであるので、例えば切断工程中に、リボン中に誘発される摂動が粘弾性領域まで上方に伝わり、そのような摂動が厚さ欠陥としてリボン中に閉じ込められるのを防ぐために、ドロー工程中に注意が必要である。リボンが下方へ連続的に移動し、粘性部分が粘性液体から弾性固体へ変化する場合、粘性部分は連続的に新しくなり、弾性部分は連続的に除去され、粘性部分、粘弾性部分および弾性部分がリボン上に明確な空間領域を示し、成形体からの距離（通常は、成形体が融合工程を含む場合の成形体の根元からの距離）、温度または粘度の点で線引きできる。ガラスが粘性材料から弾性固体に変化する粘弾性領域におけるガラスリボンの動き（例えば振動）によって、ガラスリボン中に閉じ込められる応力が生じ得る。この応力は後に、最終的にガラスリボンから切断される最終ガラスシートにおいてゆがみとして現れ得る。すなわち、ガラスシートは平らでなく、ガラスシートの面外偏位を生じる、そりや他の変形を示す。例えば、ガラスシートは、ガラスシートの幅または長さに交差して波紋を示し得る。

残念ながら、連続的に移動するガラスリボンからガラスシートを製造する多くのドロー法では、ガラスリボンの長さに沿って長手方向に続く厚い端部が生じる。これらの厚い端部、またはビードによって、ガラスリボンの幅全体に亘って罫書き線を入れることが困難になる。したがって、通常はビードの間のガラスリボンの内側の「高品質領域」に亘って罫書き線が入れられ、罫書き線は、リボンの最外端から所定の距離で終わる。ガラスリボンの高品質領域は、実質的に汚れのない表面であり実質的に平らであるリボンの内側部分である。高品質領域は、最終的に消費者に販売され、タブレットコンピュータ、携帯電話、ラップトップコンピュータ、テレビおよび表示パネルを含む他の装置に見られる表示パネルのような装置の一部を形成する、ガラスリボンの領域である。

罫書き線の終点とガラスリボンの端部との間の距離は、ガラスリボンの幅およびリボンのビード部の幅に依存する。亀裂を伝播しガラスリボンからガラスシートを分割するために、罫書き線の面と反対のガラスリボンの表面上でガラスリボンに接触する、突出または裏当て装置に対してガラスリボンを曲げることにより、引張応力を罫書き線に交差して生じさせる。しかしながら、ガラスリボンのビード部は罫書き線を形成されていないので、亀裂は、高品質領域でガラスの厚さに亘って伝播するだけでなく、リボンの罫書き線の形成されていないビード部に交差してさらに横に伝播する必要がある。このためには、追加のエネルギーがリボン中に加えられる必要がある（例えば、ビード部が存在せず罫書き線がリボンの全幅に亘って伸長する場合に必要とされるよりも多くの曲げを生じることによって）。リボンが分割される際、上記のように過剰のエネルギーが粘弾性領域中のガラスリボンに作用し得る。さらに、ビード領域中の分割線は、罫書き線からの誘導が無いために罫書き線の延長から外れるかもしれず、意図された分割線から亀裂が外れ得る。

したがって、図２は、成形体２４およびそこから降下するガラスリボン２６を示す。移動台マシン（ＴＡＭ）５０が示される。ＴＡＭ５０は、最上部から最下部までの範囲またはストロークに亘って、ガラスリボンの速度ベクトルＶと同じまたは実質的に同じである速度ベクトルＳで移動する。要するに、ＴＡＭ５０は、ＴＡＭストロークの最上部または頂部の定位置から、ＴＡＭストロークの底部における最下部まで、往復運動でガラスリボンとともに下方へ移動する。最下部は、ガラスシートがリボンから取り外される位置と実質的に一致し、この動作が完了するとＴＡＭは定位置に戻る。機械的罫書き動作では、ＴＡＭ５０は、図３を参照して最もよく示されるように、支持棒および罫書き装置を有する。

図３は、ガラスリボン２６、ＴＡＭ５０、支持棒５２および罫書き装置５４の側面図である。罫書き装置５４は、罫書きホイール、画線器または研磨機のような罫書き部材５６を有する。ガラスリボン２６とともにＴＡＭ５０が降下すると、支持棒５２がガラスリボン２６の第１の主表面６２と接触する。次に、罫書き装置５４がガラスリボン２６の方向に伸長し、罫書き部材５６がガラスリボン２６の第２の主表面７０と接触する。次に、罫書き装置５４は、ガラスリボンに交差して横方向に通過し（ベクトルＶに垂直に）、それによりガラスリボン２６の全幅の少なくとも一部に交差して罫書き線７２を形成する。罫書き線７２が完成すると、罫書き装置５４および／または罫書き部材５６は、ガラスリボンから外れ、罫書き装置および／または罫書き部材５６は、ガラスリボン２６から離れる方向に引っ込む。罫書き線７２は、好ましくはガラスリボンの高品質領域に形成されることに留意すべきである。すなわち、参照番号７４（図２参照）により示されるビード領域間のリボンの幅の中である。

ロボット７６は、フレーム８０上に取り付けられ真空源（図示せず）と液体連絡する複数の吸引具７８を有する。ＴＡＭ５０がベクトルＳに沿って降下すると、フレーム８０を動かすことによりロボット７６がガラスリボン２６に掛かり、吸引具７８がガラスリボンに接触しくっつく。罫書き線７２が完成すると、ロボット７６がフレーム８０を動かし、ガラスリボン中に曲がりが生じ、罫書き線７２に交差する引張応力が誘発される。すなわち、罫書き線を含むガラスリボンの表面（第２の主表面７０）は、罫書き線と交差する張力下に置かれるのに対し、反対側の表面（第１の主表面６２）は、圧縮下に置かれる。次に、引張応力がガラスリボンの厚さに亘って罫書き線７２から亀裂を促進し、それによりガラスシートがリボンから完全に分割される。ガラスリボンに罫書き線を形成する間、罫書き線の位置の温度は約３５０℃から約５００℃までの範囲でもよい。この温度は、温度が得られる位置に依存して変化してもよい。例えば、リボンの中央の高品質部分内の温度は、リボンのより厚いビード端の温度（３５０℃から約５００℃）よりも低い温度（例えば３５０℃−４００℃）でもよい。

ガラスシートが分割されると、ＴＡＭ５０がガラスリボンから外れ（支持棒５２がガラスリボンから離れる方向に引っ込み）、別のサイクルに備えてＴＡＭの定位置に移動する。

別の実施の形態において、図４に示されるように、罫書き装置５４の罫書き部材５６を、レーザ８２、および必要に応じて、冷却ガス、液体またはそれらの組合せ（ミスト）のような冷却流８６にガラスリボン２６を接触させる冷却装置８４と交換してもよい。レーザは、レーザビームが影響を及ぼすガラスリボンの狭い領域を加熱するレーザビーム８８により、意図される罫書き経路に亘ってガラスリボンを加熱する。その後、加熱された経路は冷却流で冷却され、ガラスリボン中に大きい張力が生じて罫書き線を形成する。

あるいは、ある実施の形態において、冷却流をガラスリボンに接触させる必要なしに、レーザビーム８８により直接、全厚切断を誘発してもよい。全厚切断とは、最初の罫書き線を形成する必要なく、ガラスリボン中に分割を生じることを意味する。例えば、６００ワットの最大出力のシールド管ＣＯ_２レーザおよび１５００ワットの最大出力の速軸流ＣＯ_２レーザを、全厚ガラス分割に使用する。レーザによる全厚分割工程の通過速度は、ガラスの種類および厚さに依存し、概して、この工程は、第２のレーザビームの長さおよび出力を増加することにより、５０ｍｍ／秒から１０００ｍｍ／秒までの通過速度に定められる。しかしながら、全厚に罫書き線を形成する方法でも、ガラスリボンのビード部に亘るガラスリボンからのガラスシートの分割は、ビード部に亘る厚さのばらつきにより、問題がある。

上記の方法によればガラスリボンのビード部に罫書き線が形成されないので、ロボット７６による曲げは、高品質領域で形成された亀裂をビード部７４を通って伝播させるのに十分なエネルギーをガラスリボン中に誘発するように、十分大きくなければならない。ガラスリボンからガラスシートを分割する際にこのエネルギーが解放されると、摂動が誘発され、ガラスリボンの粘弾性領域中へガラスリボンの中を上方へ移動し得る。したがって、連続的なガラスリボンからガラスシートを分割するために必要なエネルギーの量を減少する方法および装置が開示される。

図５を参照すると、レーザ源１０４からガラスリボン２６上にレーザビーム１０２を方向付けて焦点を合わせるレーザシステム１００が示される。レーザシステム１００は、焦点領域でスポットサイズが小さく焦点深度（ＤＯＦ）が大きいビームを生成する。ビームのスポットサイズが小さいことによって、削磨によりガラス損傷を開始するのに十分なエネルギー密度が提供される。一方、ＤＯＦが大きいことにより、ガラスビード領域内のガラスの厚さのばらつきがより許容される方法が得られる。レーザ源は、高いビーム品質、例えば低いＭ^２を有する。好ましくは、Ｍ^２は１．２以下であり、より好ましくは少なくとも１．０５である。レーザシステム１００は、レーザビーム１０２の焦点を合わせる焦点レンズを有するレンズシステム１０６をさらに有してもよい。好ましくは、レーザシステム１００は、ビームのスポットサイズを焦点レンズの前で変化することができるように、焦点レンズの前に必要に応じてビーム拡大器１０５を有してもよい。その結果、有効ＤＯＦを制御でき、少なくとも５０から１０００マイクロメートルまでの範囲に拡大することができる。レーザ源１０４は、第１の主表面６２（「背」面）上でガラスの削磨を開始し、その後、格子状の欠損から成る小さい溝の形でガラス基板の本体中に亀裂を伝播するのに十分な出力を有する。例えば、少なくとも５ｋＷの最大出力を有する、１４−３４ワットの平均出力が十分であることが見出された。レーザ源１０４は、概して、レーザ源１０４により生じるビーム１０２が離散型レーザパルスを有するように、パルス状の出力モードにおいて操作できなければならない。レーザシステム１００は、ＴＡＭ５０と共にベクトルＳに沿って移動するようにＴＡＭ５０に組み込まれてもよい。

好ましくは、レーザ源１０４は、レーザの立ち上がり時間より下でパルス化され、約３５５ｎｍから５３２ｎｍまでの範囲の波長で約１８ワット以下のエネルギーを有する、短いパルス時間を生じる（例えば２５ナノ秒未満、例えば半値全幅：ＦＷＨＭで測定して１５−２２ナノ秒）。したがって、レーザ源は、例えば、ダイオード励起ｑ−スイッチ固体Ｎｄ：ＹＡＧレーザまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザを含んでもよい。ガラスの「背」面上に有効に亀裂を開始でき、最も重要なことは、光学システムの焦点を移動させずに開始点から少なくとも０．５−１．５ｍｍの大きな距離に亘ってレーザ源１０４に向かう方向でガラス厚さに亘って亀裂を進ませることができるので、５３２ｎｍの波長が好ましい。５３２ｎｍの波長は、概して、例えば１０６４ｎｍの波長よりもガラスとの相互作用の点で有効であり、５３２ｎｍの波長は、３５５ｎｍの波長を有するビームよりガラスの厚さに亘ってより損傷を生じる。パルス繰返し率は、好ましくは、約１０ｋＨｚから約２００ｋＨｚまでの範囲、例えば４０−１００ｋＨｚまでの範囲である。

レーザ源１０４から出るレーザビーム１０２は、レンズシステム１０６を介してガラスリボン２６の方向に向かい、レンズシステム１０６は、焦点領域の中心が、第１の主表面６２からの距離が光学システムのＤＯＦの約半分と等しい距離に位置するように、レーザビームの焦点を合わせる。光学部品の焦点は、まずビードの最も薄い部分に関して定められ、次に、ガラスリボン２６の背面がビードの厚さのばらつきにかかわらず光学システムの焦点の深さ内におよそ収まるように、ビードのより厚い領域に向かってビームが通過する。好ましくは、レーザビーム１０２により生じる欠陥は、２つの対向する、実質的に平らな表面が２つの明らかに平行でない表面（リボンのビード部）に移行するリボン上の点で開始する。ビードの厚さのばらつきがＤＯＦを超える場合、第１の主表面６２と第２の主表面７０との間のガラスリボンの内部に、ビームの焦点を合わせてもよい。ビームウエスト（ｗａｉｓｔ）の直径は、焦点を合わせる光学部品に依存して、４から１８マイクロメートルまでの範囲でもよい。好ましくは、レーザビーム１０２の縦軸１０８は、点線１１０により示される、リボンの基本平面に実質的に垂直（±３度の範囲内）である。例えば、レーザビーム１０２の縦軸１０８は、リボンの基本平面に±５度の範囲で垂直である。つまり、レーザビームは、リボンの基本平面に平行である、リボンの中央の高品質領域の表面に実質的に垂直である。好ましくは、レーザビーム１０２は、削磨工程が開始する、ビードの最も薄い部分において、第１の主表面６２からＤＯＦの半分以下の点に焦点を合わせる。ビームウエストの直径は、焦点を合わせる光学部品に依存して、約４μｍから約１８μｍまでの範囲でもよい。すなわち、レーザビーム１０２は第１の主表面６２において焦点を合わせるのが好ましい。しかしながら、ある実施の形態において、レーザビームは、レーザビームの方向に関連して、第１の主表面６２の裏側に焦点を合わせてもよい。例えば、レーザビーム１０２は、ガラスリボンの外側であるが第１の主表面６２に近接して、「間隙」を介して焦点を合わせてもよい。より一般的には、レーザビームの任意の側面（横方向）位置についてレーザビームの焦点が好ましくは第１の主表面６２から±ＤＯＦ／２の範囲内（例えば、２５−５００マイクロメートル；通常は９０−２００マイクロメートル）、すなわち図７に示されるＤの範囲内になるように、レーザビーム１０２の焦点が合わされる。

表面７０に衝突するレーザビーム１０２は、ガラスリボン２６の第１の主表面６２に近接する領域または第１の主表面６２における領域から、第２の主表面７０の方向に伸長する、細長い欠陥溝１１６をガラスリボンの本体内に形成する。欠陥溝１１６は、中核領域および一連の相関した亀裂を有する。開始点におけるこの「溝」の標準的な直径は、ビームウエストの直径に匹敵するが、側方の亀裂によってより大きくてもよい。例えば、溝の全側方範囲は、１５マイクロメートル以上でもよいが、この場合の計算されたビームウエストの直径は約６−９マイクロメートルである。初期クレーターが現れた後の「溝」の第１の部分は、ほぼ一定の大きさである。第２の部分は、テーパ状になり、クラッキングが消失するが、より大きい直径の熱影響域が顕著なままである。いくつかの例において、細長い欠陥は、第１の主表面６２に近接する領域または第１の主表面６２における領域から、第２の主表面７０のところまで、伸長してもよい。すなわち、いくつかの例において、細長い欠陥は、ガラス基板の全厚に亘って伸長してもよい。上記に開示されるように、溝は、ガラス中の一連の相関した欠損であり、穿孔工程で生じる開放溝と区別できる。穿孔工程中、開放溝が得られる場所で、ビームウエストがガラスの厚さを通って移動し、それによって、ビームウエストの直径により定められ制御される一定の穴径を有する実際の溝またはトンネルが形成される。ここに記載される実施の形態により、レーザビームの焦点は好ましくは、溝１１６の形成中に変化しない。レーザ源に向かう溝の伝播は、比較的長く均一である、焦点領域内のエネルギーによって支持される。しかしながら、レーザビームが衝突する点におけるガラスの厚さに依存して、焦点の位置は、第１の主表面６２に関連して調整されてもよい。

好ましくは、レーザビーム１０２は、ガラスリボンの第１および第２の主表面６２、７０が互いに平行であり、ビード部の最も薄い部分の近くで、最初に入射する。次に、レーザビーム１０２は、ガラスリボンの外縁に向かってビード部７４に亘って移動し、複数の欠陥溝１１６がビード部７４の内部に生成される。好ましくは、欠陥溝１１６は重ならず、代わりに各ビード部に亘って個々の（別々の）一連の欠陥溝を形成し、一連の欠陥溝は、ビード部の少なくとも一部に亘って伸長する直線上に位置する。

十分な数の欠陥溝がガラスリボンの各ビード部に生成されると、既述の罫書き工程がガラスリボン上で行われる。欠陥溝の数は、通常の罫書き工程の前にビードを破壊することなくビードを弱めるのに十分でなければならない。ビード中の空隙によりビードの「上」半分に亘って溝の伝播が妨げられるので、ビードの完全性が残る。すなわち、図５に示されるように、罫書き装置５４、およびより詳細には罫書き部材５６は、欠陥溝１１６において第２の主表面７０上でガラスリボン２６と係合し、ガラスリボンの高品質領域に亘って罫書き線７２を生じる。

あるいは、図６に示されるように、レーザ源８２は、ガラスリボン２６の第２の主表面７０に衝突するレーザビーム８８を生じる。第２のレーザ源８２は、例えばＣＯ_２レーザでもよい。好ましくは、レーザビーム８８は、ガラスリボンの端の外側で開始し、まずビード部に亘って移動し、欠陥溝に衝突し、ガラスリボンの反対端に向かって移動し、ガラスリボン２６の第２の表面７０に亘って移動し（すなわちガラスリボンの高品質領域内）、それによって罫書き線に沿ってガラスリボンを加熱する。好ましくは、レーザビーム８８により第２の表面７０上に形成されたビームスポット１１８は、細長いビームスポットである。冷却ジェットを使用して、レーザビーム８８により罫書き線が形成される間に、罫書き線７２に沿ってガラスリボンを冷却してもよい。

ガラスリボンの高品質領域に罫書き線を生じるために、機械的罫書き装置またはレーザが使用されるか否かにかかわらず、罫書き線は好ましくは、ビード部７４中に形成される複数の欠陥溝の経路を形成する直線に従う。

レーザビーム１０２により生じる欠陥溝１１６が完成し、レーザビーム８８（または罫書き部材５６）により行われる罫書き操作が完了した後、例えばロボット７６によってガラスリボンを曲げることにより、レーザビーム８８により生じる罫書き線に交差して引張応力が生じる。曲げにより誘発される引張応力は、罫書き線により形成される欠陥を広げ、それにより、ガラスリボンの厚さに亘っておよびガラスリボンの幅に交差して亀裂が伸長し、亀裂がレーザビーム１０２により形成される欠陥溝と交わる。ビード領域に生じる欠陥溝により、ビード部は弱くなり、ガラスリボンからガラスシートを完全に分割するのに必要なエネルギー量が減少する。

ガラスリボンのビード部に欠陥溝を生成するために使用される方法は、非平行の主表面を有するガラスに限定されるものではなく、別個のガラスシートのような平行の主表面を有するガラスやビード部を有しないガラスリボンに使用してもよいことに留意すべきである。また、上記のように、ここに記載される方法は、ガラスリボンを連続的に移動させる工程に限定されるものではなく、ガラスリボンまたはガラスシートが移動しない工程に使用してもよい。

亀裂の開始が一方の端部から一定でありシート全体に亘って伝播して分割により誘発されるクラッキング（罫書き線に従わないクラッキング）を防止し高品質の端部を達成するように、異なる強さで一方のビードまたは両方のビード上に欠陥を生成することが好ましい。例えば、あるシナリオでは、１つのビード部で欠陥が生成され、ガラスリボンが曲げられてガラスシートを分割する際に、クラッキングが曲げ部分で開始し、その後罫書き線および他のビードに亘って伝播する。第２のシナリオでは、両方のビード部で欠陥が生成され、欠陥は同様の強さ（例えば亀裂深さ）を有する。ガラスリボンが曲げられると、亀裂は両方のビード部から開始し、リボンの中央に向かって伝播する。最後に、第３のシナリオでは、欠陥が両方のビード部で生成されるが、著しく異なる強さを有する。リボンが曲げられると、最も強い欠陥を有するビード部から亀裂が開始し、反対側のビード部への罫書き線に沿って伝播する。より小さい強さの欠陥でも、反対側のビード部においてガラスリボンを分割するためのエネルギーが減少される。これらのシナリオのそれぞれは、ガラスリボンからガラスシートを分割する方法として許容できる。

本発明の意図および範囲を逸脱せずに、本発明に様々の修正および変化を行えることが当業者に明らかであろう。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲内であれば、本発明の修正および変化に及ぶことが意図される。

Claims (11)

1. ガラスリボンからガラスシートを分割し、取り外す方法において、
   粘性の液体部分および弾性の固体部分を有するガラスリボンであって、前記ガラスリボンの前記弾性の固体部分がさらに、実質的に平行な第１および第２の主表面を有する中央部分および該中央部分のいずれかの側面に隣接する２つの端部を有し、各端部が、前記中央部分の前記第１および第２の主表面と合致する第１の主表面および第２の主表面を有し、前記端部の前記第１および第２の主表面が、前記リボンの長さに沿って長手方向に伸長し、前記各端部の前記第１の主表面および前記第２の主表面が非平行である、ガラスリボンをダウンドロー工程で生成する工程；
   前記２つの端部の各端部の前記第１の主表面を、第１の位置において第１のレーザからのレーザビームで照射する工程であって、前記レーザビームが、前記端部の前記第１の主表面上に第１のレーザスポットを形成するパルスレーザビームであり、該パルスレーザビームが、前記端部に近接して前記ガラスリボンの厚さの少なくとも一部を通して欠陥溝を形成する、工程；
   前記端部の外縁に垂直な方向に前記レーザを移動させ、前記外縁に垂直な直線に沿って前記端部に複数の別個の欠陥溝を形成するように前記第１のレーザによる照射を繰り返す工程；
   罫書き線が前記欠陥溝の直線に揃うように、前記ガラスリボンの前記中央部分に罫書き線を入れる工程；および
   前記罫書き線に沿って前記ガラスリボンを分割する工程、
   を有する方法。
2. 前記分割する工程が、第２のレーザを使用して罫書き線を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記罫書き線を入れる工程が、前記中央部分を罫書き部材と接触させる工程を含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記分割する工程が、前記ガラスリボンを曲げ、前記中央部分の前記第１の主表面に交差して前記罫書き線と交わる引張応力を形成することを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記パルスレーザビームからの光の波長が、３５５ｎｍから５３２ｎｍまでの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記パルスレーザビームの繰返し率が、１０ｋＨｚから２００ｋＨｚまでの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記パルスレーザビームのパルス時間が、２５ｎｓ以下であることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記第１のレーザが、Ｎｄ：ＹＡＧまたはＮｄ：ＹＶＯ４レーザであることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 前記第２のレーザが、ＣＯ_２レーザであることを特徴とする請求項２記載の方法。
10. 前記ガラスリボンが連続的に移動することを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 前記ダウンドロー工程が、フュージョンダウンドロー工程であることを特徴とする請求項１記載の方法。

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