JP2018537389A - ガラスウェブを分離する方法 - Google Patents

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Abstract

ガラスウェブ速度で移動しているガラスウェブを分離する方法である。この方法は、ガラスウェブ上の分離経路を、搬送方向のガラスウェブ速度ベクトルに等しいレーザビームスポット速度ベクトルで移動する少なくとも1つのレーザビームスポットで照射する工程を含む。この方法は、分離経路がレーザビームスポットからの熱応力下にある間に、分離経路上に欠陥を生成し、その欠陥に応答して、ガラスウェブが分離経路に沿って自発的に分離する工程も含む。更なる例において、ガラスウェブ分離装置は、レーザビームスポットが分離経路に沿って繰り返し通過するように回転する第1の反射器と、レーザビームスポットがガラスウェブの搬送方向に移動するように回転する第2の反射器とを含む。

Description

関連出願の相互参照
本願は、合衆国法典第35巻第119条に基づき、2015年11月25日に出願された米国仮特許出願第62/259,770号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
本開示は、一般的に、ガラスウェブを分離する方法に関し、より具体的には、熱応力下にある分離経路上に欠陥を生成することにより、欠陥に応答してガラスウェブが分離経路に沿って自発的に分離することによって、ガラスウェブを分離する方法に関する。
所望の寸法を有するガラスシートを達成するために、ガラスリボンを分離することが知られている。従来の分離技術は、ガラスリボンが移動している間に分離を達成しており、それにより、ガラスリボンからガラスシートを分離する間、移動方向に沿ったガラスリボンの中断されない移動が妨げられる。
以下に、詳細な説明に記載される幾つかの実施形態の基本的な理解を提供するために、本開示の簡単な要約を示す。
幾つかの実施形態によれば、ガラスウェブを分離する方法は、ガラスウェブを、移動するガラスウェブの搬送方向のガラスウェブ速度ベクトルを含むガラスウェブ速度で移動させる工程(I)を含む。本方法は、ガラスウェブ上の、搬送方向に対して横断方向に延びる分離経路に沿った熱応力を生じるために、分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポットで照射する工程(II)を更に含む。本方法は、レーザビームスポットを、ガラスウェブ速度ベクトルに等しい搬送方向のレーザビームスポット速度ベクトルを含むレーザビームスポット速度で移動させる工程(III)を更に含む。ガラスウェブがガラスウェブ速度で移動する間、分離経路に沿った熱応力を生じ続けるために、分離経路はレーザビームスポットで照射され続ける。本方法は、分離経路が工程(II)および(III)において生じた熱応力下にある間に、分離経路上に欠陥を生成し、欠陥の生成に応答して、ガラスウェブが分離経路に沿って分離する工程(IV)も含む。
一実施形態において、工程(III)は、レーザビームスポットをレーザビームスポット速度ベクトルで移動させるために、回転する反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程を含む。
別の実施形態において、本方法は、工程(II)および(III)において分離経路に沿った熱応力を生じるために、レーザビームスポットを搬送方向に対して横断方向の分離経路に沿って繰り返し通過させる工程を更に含む。
別の実施形態において、工程(III)のレーザビームスポット速度は、搬送方向に対して横断方向のもう一つのレーザビームスポット速度ベクトルを含む。ガラスウェブがガラスウェブ速度で移動すると共にレーザビームスポットが搬送方向に対して横断方向の分離経路に沿って繰り返し通過し続ける間、分離経路に沿った熱応力を生じ続けるために、分離経路がレーザビームスポットで照射され続けるように、レーザビームスポットは搬送方向および該搬送方向に対して横断方向に移動する。
別の実施形態において、工程(III)は、レーザビームスポットを搬送方向に対して横断方向の分離経路に沿って繰り返し通過させるために、第1の軸周りに回転する第1の反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程を含む。工程(III)は、レーザビームスポットをガラスウェブの搬送方向のレーザビーム速度ベクトルで移動させるために、第2の軸周りに回転する第2の反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程を更に含む。
別の実施形態において、少なくとも1つのレーザビームは、第2の反射面の前に第1の反射面から反射する。
別の実施形態において、なくとも1つのレーザビームは、第1の反射面の前に第2の反射面から反射する。
別の実施形態において、第1の軸は第2の軸に対して垂直である。
別の実施形態において、ビームスポットを繰り返し通過させる工程は、ビームスポットを搬送方向に対して横断方向の単一の方向に繰り返し通過させる工程を含む。
別の実施形態において、単一の方向は、ガラスウェブの第1の縁部から第2の縁部に向かって延びる方向を含み、欠陥は、第2の縁部よりも第1の縁部の近くに生成される。
別の実施形態において、工程(IV)は、工程(III)が行われている間に行われる。
別の実施形態において、工程(IV)は、工程(III)において分離経路に沿った所定のレベルの熱応力達成された後に行われる。
別の実施形態において、工程(I)の少なくとも1つのレーザビームスポットは、工程(II)および(III)において分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを含む。
別の実施形態において、分離経路の各線分は、分離経路の少なくとも1つの隣接する線分の一部分と重複する。
別の実施形態において、工程(IV)の欠陥は、レーザを用いて、またはガラスウェブを機械的に係合させることによって生成される。
別の実施形態において、ガラスウェブは、長さおよびガラスウェブの第1の縁部と第2の縁部との間に延びる幅を含み、搬送方向はガラスウェブの長さの方向である。
別の実施形態において、ガラスウェブは、形成体から延伸されたガラスリボンを含み、搬送方向はガラスリボンの延伸方向である。
他の実施形態によれば、ガラスウェブを分離する装置は、少なくとも1つのレーザビーム発生器と、第1の反射器と、第2の反射器とを含む。第1の反射器は、第1の軸周りに回転可能な第1の反射面を含む。第1の反射器が回転しているときに、少なくとも1つのレーザビーム発生器によって生じたレーザビームが、ガラスウェブ上の分離経路に沿って繰り返し通過するレーザビームスポットを生じるように、レーザビーム発生器が第1の反射器と位置決めされる。第2の反射器は、第2の軸周りに回転可能な第2の反射面を含む。第2の反射器が回転しているときに、レーザビームスポットがガラスウェブの搬送方向に移動するように、第2の反射器が第1の反射器と位置決めされる。レーザビーム発生器によって生じたレーザビームが、第2の反射器の第2の反射面から反射する前に第1の反射器の第1の反射面から反射するように、第1の反射器は第2の反射器から上流に配置される。
一実施形態において、第1の軸は第2の軸に対して垂直である。
別の実施形態において、少なくとも1つのレーザビーム発生器は、分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを生じるよう構成される。
他の実施形態によれば、ガラスウェブを分離する装置は、少なくとも1つのレーザビーム発生器と、第1の反射器と、第2の反射器とを含む。第2の反射器は、第2の軸周りに回転可能な第2の反射面を含む。第2の反射器が回転しているときに、少なくとも1つのレーザビーム発生器によって生じたレーザビームがガラスウェブの搬送方向に移動するレーザビームスポットを生じるように、レーザビーム発生器が第2の反射器と位置決めされる。第1の反射器は、第1の軸周りに回転可能な第1の反射面を含む。第1の反射器が回転しているときに、少なくとも1つのレーザビームによって生じたレーザビームスポットがガラスウェブ上の分離経路に沿って繰り返し通過するように、第1の反射器が第2の反射器と位置決めされる。レーザビーム発生器によって生じたレーザビームが、第1の反射器の第1の反射面から反射する前に第2の反射器の第2の反射面から反射するように、第2の反射器は第1の反射器から上流に配置される。
一実施形態において、第1の軸は第2の軸に対して垂直である。
別の実施形態において、少なくとも1つのレーザビーム発生器は、分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを生じるよう構成される。
他の実施形態によれば、ガラスウェブを分離する方法は、ガラスウェブを搬送方向に移動させる工程(I)と、搬送方向に対して横断方向に延びる分離経路に沿った熱応力を生じるために、ガラスウェブ上の分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポットで照射する工程(II)とを含む。本方法は、分離経路が工程(II)において生じた熱応力下にある間に、分離経路上に欠陥を生成し、欠陥の生成に応答して、ガラスウェブが分離経路に沿って分離する工程(III)を更に含む。
本開示の上記の特徴、態様、および長所は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解される。
ガラスリボンを延伸するよう構成されたフュージョンダウンドロー装置、および例示的なガラスリボン分離装置の模式図 レーザビームがガラスリボン上の経路の上流側端部を照射している、図1の線2−2に沿った例示的なガラス分離装置の断面模式図 ガラスリボン上の経路の中間位置を照射しているレーザビームを示す ガラスリボン上の経路の下流側端部を照射しているレーザビームを示す レーザビームの焦点深度内に配置されているガラスリボン上の経路を示す ガラスリボンの経路に沿って変化するパワー密度を示す、図5のガラスリボンの側面図 経路上のガラスリボンに欠陥を生成する工程を示す 経路が、経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームが生じる複数のレーザビームで照射される、別の実施形態を示す 上流位置においてガラスリボン上の分離経路を照射している装置の斜視模式図 中間位置において分離経路を照射している図9の装置の斜視模式図 下流位置において分離経路を照射している図9の装置の斜視模式図 分離経路が熱応力下にある間に分離経路上に欠陥が生成されている、図11の装置の斜視模式図 欠陥に応答して、ガラスリボンが、分離経路に沿ってガラスシートをガラスリボンから自発的に分離する、図12の装置の斜視模式図 上流位置においてガラスリボン上の分離経路を照射している別の装置の模式図 中間位置において分離経路を照射している図14の装置の斜視模式図 下流位置において分離経路を照射している図14の装置の斜視模式図 分離経路が熱応力下にある間に分離経路上に欠陥が生成されている、図16の装置の斜視模式図 欠陥に応答して、ガラスリボンが、分離経路に沿ってガラスリボンからガラスシートを自発的に分離する、図17の装置の斜視模式図
以下、本開示の例示的な実施形態が示されている添付の図面を参照し、装置および方法について、より完全に説明する。可能な場合には常に、同じまたは類似の部分を参照するために、図面を通して同じの参照番号が用いられる。しかし、本開示は、多くの異なる形態で実施され得るものであり、本明細書において述べる実施形態に限定されるものと解釈されるべきではない。
本明細書において開示される具体的な実施形態は例示的であることが意図され、従って、本発明を限定するものではないことを理解されたい。従って、本開示は、ガラスウェブを分離するための方法および装置に関する。幾つかの実施形態では、ガラスウェブは、任意のガラス形成法またはガラス製造法で形成されたガラスリボンを含み得る。ガラスリボンは、ガラス形成装置またはガラス製造装置から直接供給されてもよく、コア上に巻かれ得るまたは巻回され得るガラスリボンのスプールとして供給されてもよく、または、独立したガラスリボンとして供給されてもよい。他の実施形態では、ガラスウェブは、任意のガラス形成法またはガラス製造法によって形成されたガラスシートを含み得る。ガラスシートは、ガラスリボンから分離されたガラスシートとして、別のガラスシートから分離されたガラスシートとして、コア上に巻かれたまたは巻回された1以上のガラスシートのスプールとして供給される1以上のガラスシートとして、ガラスシートのスタックとして、または独立したガラスシートとして設けられ得る。
ガラスウェブは、1以上の更なるガラスウェブを形成するために、本明細書において開示される実施形態に従って分離され得る。幾つかの実施形態では、ガラスウェブから分離された1以上の更なるガラスウェブは、ガラスリボンを含み得る。ガラスリボンは、ガラス形成装置またはガラス製造装置から直接供給されたガラスリボンから分離されてもよく、コア上に巻かれ得るまたは巻回され得るガラスリボンのスプールとして供給されたガラスリボンから分離されてもよく、または、独立したガラスリボンとして供給されたガラスリボンから分離されてもよい。他の実施形態では、ガラスウェブから分離された1以上の更なるガラスウェブは、ガラスシートを含み得る。ガラスシートは、ガラス形成装置またはガラス製造装置から直接供給されたガラスリボンから分離されてもよく、コア上に巻かれ得るまたは巻回され得るガラスリボンのスプールとして供給されたガラスリボンから分離されてもよく、または、独立したガラスリボンとして供給されたガラスリボンから分離されてもよい。更に別の実施形態では、ガラスシートは、ガラスリボンから分離されたガラスシートとして供給されたガラスシートから分離されてもよく、別のガラスシートから分離されたガラスシートとして供給されたガラスシートから分離されてもよく、コア上に巻かれたまたは巻回された1以上のガラスシートのスプールとして供給されたガラスシートから分離されてもよく、ガラスシートのスタックとして供給されたガラスシートから分離されてもよく、または、独立したガラスシートとして供給されたガラスシートから分離されてもよい。
更なる例では、ガラスウェブは、ガラスウェブの残りの部分から縁部を除去するために分離され得る。例えば、縁部は廃棄されてもよく、または、更なる用途において更に処理されてもよい。
ガラスウェブから分離されたガラスシートは、所望のディスプレイ用途に更に加工されるのに適したものであり得る。ガラスシートは、液晶ディスプレイ(LCD)、電気泳動ディスプレイ(EPD)、有機発光ダイオードディスプレイ(OLED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)等を含む広範なディスプレイ用途で用いられ得る。ガラスシートは、一つの位置から別の位置へと輸送される必要があり得る。ガラスシートは、ガラスシートのスタックを適切な位置に固定するよう設計された従来の支持枠を用いて輸送され得る。更に、各ガラスシート間に、ガラスシートの接触を防止して清浄な表面を保存するのを補助するための合紙材料が配置され得る。
ここで、分離されるガラスウェブがガラスリボンで構成される幾つかの実施形態について説明するが、本開示の装置および方法はそのように限定するものではない。実際、本開示の装置および方法は、上述のガラスウェブのような様々なガラスウェブのうちの任意の1つを分離するために用いられ得る。
幾つかの実施形態では、ガラスリボンで構成されるガラスウェブを分離する方法は、ガラスリボンを製造するよう構成されたガラス製造装置と関連して用いられ得るが、更なる実施形態では他のガラス処理装置が設けられてもよい。幾つかの実施形態では、ガラス製造装置は、スロットドロー装置、フロートバス装置、ダウンドロー装置、アップドロー装置、プレスローリング装置、または他のガラスリボン製造装置を含み得る。例として、図1は、後で分離される(例えば、図示されているガラスシート104のような別のガラスウェブに分離される)ガラスリボン103をフュージョンドローするためのフュージョンダウンドロー装置101を含む、或る量のガラスメルトを処理するための装置を模式的に示す。フュージョンダウンドロー装置101は、貯蔵ビン109からバッチ材料107を受け取る溶融器105を含み得る。バッチ材料107は、モータ113によって動力を供給されるバッチ送出装置111によって導入され得る。必要に応じて設けられるコントローラ115は、矢印117によって示されているように、所望の量のバッチ材料107を溶融器105に導入するために、モータ113を作動させるために用いられ得る。ガラスメルトプローブ119は、直立管123内のガラスメルト121レベルを測定して、測定情報を通信ライン125を介してコントローラ115に通信するために用いられ得る。
フュージョンダウンドロー装置101は、溶融器105から下流に配置され、第1の接続管129を介して溶融器105に結合された、例えば清澄器127等の、第1のコンディショニングステーションも含み得る。幾つかの実施形態では、ガラスメルトは、溶融器105から第1の接続管129を介して清澄器127へと重力によって供給され得る。例えば、重力は、ガラスメルトを、溶融器105から清澄器127へと第1の接続管129の内部通路を通過するように駆動するよう作用し得る。清澄器127内では、様々な技術によって、ガラスメルトから気泡が除去され得る。
フュージョンドロー装置は、清澄器127から下流に配置され得る、例えばガラスメルト混合器131等の、第2のコンディショニングステーションを更に含み得る。ガラスメルト混合器131は、均質なガラスメルト組成物を設けることにより、清澄器から出た清澄化後のガラスメルトに存在し得る不均質性の筋を低減または解消するために用いられ得る。図示されるように、清澄器127は、第2の接続管135を介してガラスメルト混合器131に結合され得る。幾つかの実施形態では、ガラスメルトは、清澄器127から第2の接続管135を介してガラスメルト混合器131へと重力によって供給され得る。例えば、重力は、ガラスメルトを、清澄器127からガラスメルト混合器131へと第2の接続管135の内部通路を通過するように駆動するよう作用し得る。
フュージョンドロー装置は、ガラスメルト混合器131から下流に配置され得る、例えば送出器133等の、もう一つのコンディショニングステーションを更に含み得る。送出器133は、形成装置に供給されるガラスをコンディショニングし得る。例えば、送出器133は、ガラスメルトの一貫した流れを調節して形成器に供給するためのアキュムレータおよび/または流れコントローラとして作用し得る。図示されるように、ガラスメルト混合器131は、第3の接続管137を介して送出器133に結合され得る。幾つかの実施形態では、ガラスメルトは、ガラスメルト混合器131から第3の接続管137を介して送出器133へと重力によって供給され得る。例えば、重力は、ガラスメルトを、ガラスメルト混合器131から送出器133へと第3の接続管137の内部通路を通過するように駆動するよう作用し得る。
更に図示されるように、ガラスメルト121を送出器133から形成器143の導入口141へと送出するために、下降管139が配置され得る。次に、形成ウェッジ147のルート部145からフュージョンドローによってガラスリボン103が延伸され、次に、ガラス分離装置149によって、例えば、別のガラスリボンまたは図示されているガラスシート104等のガラスウェブへと分離され得る。図1は、ガラス分離装置149の全体的な模式図を示しており、図2〜図5、図7および図8は、ガラス分離装置149の例示的な特徴を模式的に示す。実際、図示されているように、ガラス分離装置149は、搬送方向(例えば、延伸方向901等)に対して横断する方向225(図2を参照)に延びる分離経路151に沿って、ガラスリボン103からガラスシート104を分割し得る。図1に示されるように、本開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、搬送方向901に対して横断する方向225は、搬送方向901に対して垂直な方向225または搬送方向に対して別の角度の方向を含み得る。幾つかの実施形態では、方向225は、ガラスリボン103の第1の外縁部153と第2の外縁部155との間のガラスリボン103の幅「W」に沿って延びる。図1に示されるように、幾つかの実施形態では、ガラスリボン103の搬送方向901は、ガラスリボンの延伸方向を含み得る。図示されている実施形態では、搬送方向901は、形成器143からフュージョンダウンドロー中のガラスリボン103のフュージョンドロー方向であり得る。或いは、ガラスリボンがガラスリボンのスプールから巻き出される場合には、搬送方向は、ガラスリボンがスプールから引き出される方向であると見なされ得る。更に、ガラスウェブ(例えば、ガラスリボン、ガラスシート等)が移動経路に沿って横移動している場合には、搬送方向は、移動経路に沿ってガラスウェブが移動する方向であると見なされ得る。
図1に示されている一実施形態において、ガラスリボン103の長さは、形成ウェッジ147のルート部145からガラスリボン103の外側端部171(例えば、下端部)まで延びるガラスリボン103の全長「L1」であると見なされ得る。更なる実施形態では、ガラスリボン103の長さは、ガラスリボンの全長「L1」の一部であると見なされ得る。例えば、ガラスリボン103の長さは、ガラスリボン103の幅「W」に対して垂直な方向に沿ったガラスリボンの寸法であると見なされ得る。それに加えて、またはその代わりに、ガラスリボン103の長さは、ガラスリボン103の延伸方向901に沿ったガラスリボンの寸法であると見なされ得る。
別の実施形態において、ガラス分離装置149は、ガラスウェブから縁部(例えば、縁部ウェブ部分)を分離し得る。例えば、図1に示されるように、ガラス分離装置149は、ガラスシート104の第1の縁部165と第2の縁部167との間においてガラスシート104の搬送方向に対して横断する方向に延びる分離経路163に沿って、ガラスシート104の縁部部分159をガラスシート104の中心部分161から分離し得る。図示されている実施形態では、分離経路163は、ガラスシート104の搬送経路に対して垂直であるガラスシートの長さ「L2」に沿って延びている。
図2は、図1に模式的に示されている例示的なガラス分離装置149を示す。ガラス分離装置は、レーザビーム203を生じるレーザビーム発生器201を含み得る。一実施形態において、エネルギーの連続した流れを近似し得る比較的長いパルスを用いて選択された経路を加熱可能なCOレーザビームを生じるレーザビーム発生器が用いられ得る。従って、レーザビーム203は、ガラスリボン(またはガラスシート104)を損傷することなくガラスリボン上の選択された経路を加熱するよう設計され得る。本願の目的で、ガラスリボンを損傷することなくガラスリボン上の選択された経路を加熱するとは、別様では欠陥を生じることなくガラスリボンの分離を生じる方法で、ガラスリボンを損傷することなく経路を加熱することを意味することが意図される。ガラスリボンを損傷することなく選択された経路を加熱することの例としては、ガラスリボンを溶かすことなく加熱すること、ガラスリボンをアブレートすることなく加熱すること、ガラスリボンに完全なクラックを生成することなく加熱すること、および、ガラスリボンに折り線を生じることなく加熱することが挙げられる。実際、レーザビーム203は、後述するように、欠陥を施す前にガラスリボンを分離することなく、ガラスリボン(例えば、ガラスリボン103またはガラスシート104)の分離経路151、163に沿った所望のレベルの熱応力を生じることを可能にするために、ガラスリボンを損傷することを回避し得る。
図2に更に示されるように、例示的なガラス分離装置149は、必要に応じて設けられる一続きの反射器205a、205b、205c、205dと、ガラスリボン103またはガラスシート104の外縁部分211a、211bまたは第1の主要な面213上にレーザビームスポット209を設けるよう構成された1以上の光学レンズ207とを更に含み得る。本願を通して、レーザビームスポット209は、レーザビーム203で照射されるガラスウェブの表面の領域であると見なされ、そこで、レーザビーム203がガラスウェブの表面と交差する。幾つかの実施形態では、レーザビームスポットは、分離経路151の全長よりかなり小さい円形もしくは長方形のレーザビームスポットまたは楕円形のレーザビームスポットを含み得る。更なる実施形態では、レーザビームスポットは、分離経路151の全長にわたるまたは分離経路の全長より大きい細長いレーザビームスポットを含み得る。
幾つかの実施形態では、ガラス分離装置149は、例えば、図示されているポリゴン反射器215等の、第1の反射器を含み得る。第1の反射器は、第1の反射面を含み得る。例えば、図2に示されるように、図示されているポリゴン反射器215は、第1の反射面が8つの反射面部分219a〜219hを含む八角形の反射器を含み得るものであり、8つの反射面部分219a〜219hは互いに一体であってもよく、または、互いに近接して取り付けられた別々の部分として設けられてもよい。更に、八角形の反射器が用いられ得るが、本開示の複数の態様によれば、これより多いまたは少ない反射面部分を有する他の反射器が用いられてもよい。第1の反射器の第1の反射面もしくは任意の反射面、または本開示の任意の反射器の反射面は、ミラーの反射面から光を反射するミラーの表面、研磨された金属の反射面、または他の反射面を含み得る。更なる実施形態では、図示されるように、反射面は平坦であり得るが、更なる実施形態では、湾曲した(例えば、凹面、凸面の)表面が設けられてもよい。
一実施形態において、本方法は、第1の反射器を時計回りまたは反時計回りに回転させることにより、ガラスリボン103またはガラスシート104に沿った分離経路151、163の一方または両方を照射する工程を含み得る。例えば、図2〜図5、および図7〜図8に示されるように、ポリゴン反射器215は、8つの反射面部分219a〜219hの各々をレーザビーム203の選択された経路内に順次配置するために、第1の回転軸218周りに反時計回り方向217に回転し得る。図示されている回転は、レーザビームスポット209の掃引の原理を示すものである。ポリゴン反射器215の実際の構成および/または回転は、例えば、レーザビームスポット209がガラスリボンの第1の外縁部153から第2の外縁部155までの端から端まで掃引するか否か、または、図5〜図8に示されるように、レーザビームスポット209がガラスリボンの外まで掃引するか否か等の、様々な要因に応じて変わる。図9〜図18の実施形態は、第1の外縁部153から第2の外縁部155までの端から端まで掃引するレーザビームスポット209を示す。例えば図9〜図18の実施形態のような、本開示の任意の実施形態は、図5〜図8に示されるようにガラスリボンの外まで掃引するレーザビームスポット209も含み得る。
後述するように、レーザビームは、ガラスリボン上の分離経路151を加熱し得る。図面を通して、分離経路151は模式的に破線として示されているが、実際の分離経路は、ガラスリボン(例えば、ガラスリボンの縁部部分および/または主要な表面等)と同じ位置にあることを理解されたい。図示されるように、分離経路151は、第1の外縁部153から第2の外縁部155までガラス分離装置149に面したガラスリボン103の外縁部分211a、211b、および第1の主要な面213に沿って延び得るが、分離経路は、ガラスリボンの反対側の主要な面に沿って、またはガラスリボンの2つの主要な表面の間の中間位置に延びていてもよい。実際、図示されるように、分離経路151は、外縁部分211a、211bの外面と一致して延び得ると共に、ガラスリボン103の第1の主要な面213と一致して延び得る。更に、図示されるように、第1の外縁部分211aは第1の外縁部153を含んでもよく、第2の外縁部分211bは第2の外縁部155を含んでもよく、分離経路151は、ガラスリボンの大部分または全幅「W」にわたって延び得る。同様に、図1を参照すると、ガラスシート104は、第1の縁部165および第2の縁部167を含み得るものであり、分離経路163は、ガラスシート104の大部分または全長「L2」にわたって延び得る。
次に、例示的なポリゴン反射器215を用いて分離経路151を加熱する例示的な方法について説明する。図2に示されるように、例えば、第1の反射面部分219aがレーザビームの経路と交差すると、まず、第1の反射面部分219aの第1の縁部221aがレーザビーム203の経路と交差してレーザビーム203を反射し、ガラスリボン103を横断する分離経路151の上流側端部221をレーザビームスポット209で照射する。実際、図示されるように、分離経路151の上流側端部221がレーザビームスポット209で照射されることにより、その位置において分離経路151が加熱される。ポリゴン反射器215が第1の回転軸218周りに反時計回り方向217に回転するにつれ、第1の反射面部分219aの角度が変わり、レーザビームスポット209がガラスリボン103の第1の外縁部分211aから第2の外縁部分211bに向かって延びる方向225に沿って移動する。
図3は回転されているポリゴン反射器215を示しており、第1の反射面部分219aの中間部分221bが次にレーザビーム203の経路と交差してレーザビーム203を反射し、分離経路151の中間位置301をレーザビームスポット209で照射することにより、その位置において経路を加熱する。
図4に更に示されるように、ポリゴン反射器215は第1の回転軸218周りに反時計回り方向217に更に回転可能であり、第1の反射面部分219aの第2の縁部221cが次にレーザビームの経路と交差してレーザビームを反射し、分離経路151の下流側端部401をレーザビームスポット209で照射することにより、その位置において分離経路を加熱する。図4に示されている、第1の回転軸218周りの反時計回り方向217の更なる増分回転により、第2の反射面部分219bの第1の縁部403がレーザビーム203の経路と交差し、レーザビームスポット209は分離経路151の下流側端部401から消え、図2に示されるように、分離経路151の上流側端部221において再び現れる。当然ながら、実際のレーザビームは有限の直径を有するので、レーザビームが隣接する反射面部分の隣接する部分から同時に反射する短い瞬間がある。そのような瞬間には、レーザビームスポット209は、掃引経路の両端において同時に部分的に現れ得る。例えば、図4を参照すると、短い期間中、レーザビーム203は、第1の反射面部分219aの第2の縁部221cおよび第2の反射面部分219bの第1の縁部403から同時に反射する。そのような瞬間には、レーザビームスポット209は、図4に示されている位置に部分的に現れ得ると共に、図2に示されている位置に部分的に現れ得る。
従って、加熱する工程は、分離経路151に沿った熱応力を生じるために、レーザビームスポット209を分離経路151に沿って繰り返し通過させることを含み得る。更に、図示されている実施形態では、レーザビームスポット209を繰り返し通過させる工程は、必要に応じて、レーザビームスポット209を単一の方向225に繰り返し通過させることを含み得る。実際、ポリゴン反射器215が、第1の回転軸218周りに図示されている反時計回り方向217に回転する間に、反射面部分219a〜219hの各々がレーザの経路と交差すると、レーザビームスポット209は常に、分離経路151の上流側端部221から下流側端部401まで単一の方向225に移動する。レーザビームスポットは、ポリゴン反射器215の回転速度に応じて、単一の方向225に沿って様々な速度で移動し得る。例えば、レーザビームスポットは、分離経路151に沿って約0.5km/秒〜約6km/秒(例えば、約1km/秒〜約5km/秒、約2km/秒〜約4km/秒、約3km/秒等)で移動し得る。
図示しないが、更なる実施形態では、分離経路151は様々な方法で加熱され得る。例えば、ポリゴン反射器の異なるミラーおよび/または同じミラーの異なる部分からレーザビームを同時に反射するために、複数のレーザビーム発生器201が設けられてもよく、および/または、レーザビーム発生器によって生じたレーザビームが2以上のレーザビームに分割されてもよい。従って、ガラス分離装置149の光学的構成に応じて、分離経路151に沿って単一の方向225にまたは両方向に同時に移動する複数のレーザビームスポットが設けられ得る。別の実施形態において、レーザビーム発生器201によって生じたレーザビーム203は、分離経路151全体を同時に加熱する細長いレーザビームスポットになるよう引き伸ばされ得る。そのような実施形態では、レーザビームスポット209は、分離経路151全体を同時に加熱している間、静止していてもよい。更なる例では、分離経路151全体を加熱するために、複数の静止したレーザビームスポットが設けられ得る。例えば、複数の静止したレーザビームスポットは端と端とを合わせて配置され、全てのレーザビームのスポットの全体的な長さが分離経路151の全長に沿って延びるか、または分離経路151の全長より大きくてもよい。更なる実施形態では、複数の静止したレーザビームスポットは部分的に互いに重複するよう配置されてもよく、全てのレーザビームのスポットの全体的な長さが分離経路151の全長に沿って延びるか、または分離経路151の全長より大きくてもよい。
更に別の実施形態では、分離経路全体のうちの1つの線分を各ガラス分離装置149がレーザビームスポット209で照射する複数のガラス分離装置149が設けられ得る。例えば、図8に示されるように、必要に応じて先に述べたガラス分離装置149と類似または同一であり得る複数のガラス分離装置149が設けられ得る。なお、図8には5つのガラス分離装置149が示されているが、この図は添付の特許請求の範囲を限定すべきではなく、特許請求される主題の実施形態においては、任意の数のガラス分離装置(例えば、1、2、3、…5以上のガラス分離装置)が用いられ得る。各ガラス分離装置149は、各レーザビームによって設けられるそれぞれのレーザビームスポット209によって、分離経路全体に沿った対応する加熱される線分801、803、805、807、809に沿った熱応力を生じることができるレーザビーム802、804、806、808、810を生じ得る。幾つかの実施形態では、分離経路を加熱するために、加熱される線分は、端と端とを合わせて配置され得る。しかし、図示されるように、加熱される各線分は、線分間の分離経路の十分な加熱を提供するために、重複領域811、813、815、817において、少なくとも1つの隣接する加熱される線分と重複していてもよい。幾つかの実施形態では、重複領域は、加熱される線分801、803、805、807、809のうちの少なくとも1つの線分の長さの約5%〜約40%(例えば、加熱される線分のうちの少なくとも1つの線分の長さの約10%〜約30%、約10%〜約25%等)である重複長さを含み得る。一実施形態において、対応する加熱される各線分801、803、805、807、809は約800ミリメートル(mm)の長さを有し得るものであり、各重複領域811、813、815、817は約100mmの重複長さを有し得る。複数の線分および必要に応じて重複領域を設けることは、ガラスリボンに沿って延びる分離経路全体に沿った十分なレベルの熱応力を達成することを補助し得る。
本開示の幾つかの実施形態は、ガラスリボンの大部分(例えば、ガラスリボンの全体寸法等)にわたって移動するレーザビームスポットを示しており、他の実施形態では、レーザビームスポットはガラスリボンの外まで移動するよう示されている。従って、分離経路151、163も同様に、ガラスリボンの大部分(例えば、ガラスリボンの全体寸法等)にわたって延び得る。例えば、図示されているように、分離経路151がガラスリボン103の全幅「W」に延びるように、レーザビームスポット209は、ガラスリボン103の第1の外縁部153から第2の外縁部155までの全幅「W」に沿って通過する。同様に、図1に更に示されるように、分離経路163がガラスシート104の全長「L2」に延びるように、レーザビームスポット209は、ガラスシート104の第1の縁部165から第2の縁部167までの全長「L2」に沿って通過する。幾つかの実施形態では、分離経路151、163は約50mm〜約5000mm(例えば、約50mm〜約1000mm等)であり得るが、更なる実施形態では、レーザビームスポット209は、より長いまたはより短い経路に沿って移動し得る。
レーザビームスポット209は円形のスポットを含み得るが、更なる実施形態では、楕円形または他のスポット形状が設けられてもよい。円形のレーザビームスポットの、スポットの強度プロファイルの1/eとして決定された場合の集光されたウエストにおける最小直径は約1mm〜約2mmであり得るが、更なる実施形態では他の寸法が設けられてもよい。同様に、楕円形または他のスポット形状の最大長さは約1mm〜約3mmであり得るが、更なる実施形態では他の寸法が設けられてもよい。例えば、静止したレーザビームを用いる場合には、レーザビームスポット形状は実質的に細長いものであり得、数十センチメートルの長さ(例えば、1メートルを超える長さ)を有し得る。分離経路151を照射するために、1または複数の静止したレーザビームスポットが用いられ得る。
図2〜図5、図7、および図8は、レーザビーム203が第1の外側位置405と第2の外側位置407との間を掃引する実施形態を示す(図2、図5、図7、および図8を参照)。本開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、レーザビーム203は、分離経路を加熱する工程において、ガラスリボンの外まで移動し得る。例えば、図5、図7、および図8に示されるように、レーザビーム203の掃引は、必要に応じて、第1の外縁部153および第2の外縁部155の外側にある外側位置501、503間に延び得る。同様に、図示しないが、図9〜図18のレーザビームの掃引は、加熱する工程において、ガラスリボンの外まで移動し得る。加熱中にレーザビームがガラスリボンの外まで掃引することを可能にすることは、分離経路151の全ての部分が十分なレベルの熱応力を達成することを確実にし得る。
図5に更に示されるように、ガラスリボンに沿った分離経路151を照射している間、ガラスリボンは、分離経路151全体がレーザビームの焦点深度「DOF」内に配置されるよう配置され得る。焦点深度「DOF」は以下の公式によって計算できる。
DOF=(8λ/π)(F/D)
式中、「F」はレンズ207の焦点距離であり、「D」はレンズの前におけるビーム直径であり、「λ」は波長である。
分離経路151全体をレーザビーム203の焦点深度内に配置することは、レーザビームから分離経路151へのエネルギー伝達効率を高めるのを補助し得る。レーザビームの焦点深度は、ガラスの反り、厚さのばらつき、および分離中のガラスリボンの動きの大きさを超えるので、この焦点深度によって、レーザビーム発生器201に対して移動し得るかまたは向きを幾分変え得る、厚さが変化する平坦でないガラスの分離が可能なる。幾つかの実施形態では、焦点深度「DOF」は、約20mm〜約400mm(例えば、約20mm〜約200mm等)であり得るが、更なる実施形態では他の焦点深度が設けられてもよい。
更に、幾つかの実施形態では、ガラスリボンの経路に加えて、ガラスリボン全体が焦点深度内に配置され得る。レーザビームの焦点深度は、ガラスの厚さのばらつき、ガラスの反り、または、本開示の方法の間にレーザビーム発生器に対するガラスリボンの位置およびその結果としてガラスリボン上の分離経路に生じ得る他の変化を超えるよう、十分に大きいものであり得る。
更に、幾つかの実施形態では、レーザビームスポットを分離経路151に沿って繰り返し通過させる間(特に、分離経路の縁部付近において)、ガラスリボンの主要な面上におけるレーザビームスポット209の寸法は変化する。例えば、レーザビーム203が掃引経路507または掃引経路509に沿って集光されている間、ガラスリボンの主要な面上におけるレーザビームスポット209の寸法は分離経路151に沿って変化し得るが、ガラスリボンが依然として焦点深度内に保たれている間に、他の掃引経路が設けられてもよい。
図6に示されるように、掃引経路509に沿って移動する場合には、分離経路151に沿ったレーザビームスポット209の直径および形状の変化に起因して、レーザビームスポット209は、図示されている先端部が切断された楕円形のパワー密度領域601によって表されているように、分離経路151に沿って変化するパワー密度を加え得る。図6に示されている実施形態では、レーザビームスポットは意図的にガラスリボンの外まで移動するので、ガラスリボンの表面におけるレーザビームスポット209の楕円形のパワー密度領域601は先端部が切断された形状になる。更なる実施形態では、先端部が切断されていない楕円形のパワー密度領域が設けられ得る。例えば、幾つかの実施形態では、楕円形のパワー密度領域の端点は、ガラスリボン103の第1の外縁部153および第2の外縁部155にそれぞれ位置し得る。外縁部分211a、211bが、厚くなった縁部ビードを含む場合には、厚くなった縁部(例えば、縁部ビード)にまたはその付近に位置する最大パワー密度を生じ、それぞれのレーザビームスポットの一部がガラスリボンの中心領域において重複する2つのレーザビーム203を用いて、ガラスリボンを分離するのがより有益であり得る。厚くなった縁部にまたはその付近に最大パワー密度が位置するので、厚くなった縁部ビードを標的にしてより高い熱応力が生成され、増加した熱応力を生じ得る。同時に、レーザビームスポットの後尾によって設けられる比較的低いパワー密度を部分的に重複させることで、重複するレーザビームスポットによる二重の照射に起因して、高められた熱応力が設けられ得る。そのような重複は、図8に示されている重複領域811、813、815、817においても設けられ得るものであり、これらの領域では、加熱される線分の外側端部におけるより低いパワー密度の部分を二重の照射で占めることができ、ガラスリボンに沿って延びる分離経路全体に沿った十分なレベルの熱応力の達成が補助される。
分離経路151の局所的な加熱は、ガラスリボンの異なる部分間に温度差を生じ、これが、分離経路151に沿った熱応力を生じる。上述のように、分離経路151を加熱する処理は、所定のレベルの応力が達成されるまで行われ得る。幾つかの実施形態では、好ましい所定のレベルの応力は、分離経路151に沿った、ガラスの歪点温度の約70%〜約100%(例えば、ガラスの歪点の約80%〜約100%、約90%〜約100%、約95%〜約100%等)の温度に対応する応力である。このレベルの加熱は、ガラスリボン内における残留応力の生成を回避する。更なる実施形態では、所定のレベルの応力は、分離経路151に沿った、ガラスの歪点から高々アニール点までの温度に対応する応力である。より低い温度も可能であり得るが、分離経路151に沿った熱応力を最大化するために、比較的高い温度に達することが所望される場合もある。比較的高い熱応力を設けることは、後でより完全に述べるように、欠陥を施した後の分離時間を低減することを補助し得る。幾つかの実施形態では、分離時間は、欠陥生成後の約0.1秒間〜約3秒間であり得るが、更なる実施形態では他の分離時間もあり得る。
分離経路を所望のレベルの熱応力まで加熱するのに要する時間は、例えば、レーザパワー、ガラスのタイプ、ガラスの寸法、ガラスの厚さ、または他の要因等の様々な要因に応じて異なり得る。幾つかの実施形態では、分離経路151、163は、約0.1mm〜約3mmのガラス厚さで、約300W〜約1.5kWのCOレーザパワーを用いて約0.1秒間〜約5秒間の範囲内で十分に加熱され得る。
上述のように、ガラスリボン(例えば、ガラスリボン、ガラスシート等)を分離する方法は、ガラスリボンを損傷することなく分離経路に沿った熱応力を生じるために、ガラスリボン上の分離経路151を少なくとも1つのレーザビームスポット209で照射する工程を含み得る。本方法は、分離経路が、ガラスリボン上の分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポット209で照射する工程において生じた熱応力下にある間に、分離経路上に欠陥を生成し、その欠陥に応答して、ガラスリボンが分離経路に沿って自発的に分離する工程も含み得る。
一実施形態では、分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポット209で照射する工程において、分離経路151に沿った所定のレベルの熱応力が達成された後に、欠陥が生成される。実際、分離経路全体が所定のレベルの熱応力下にあるので、欠陥の開始は、その欠陥に応答した、分離経路に沿ったガラスリボンの自発的な分離に直接つながる。自発的な分離は、欠陥が生成されている際にまたは欠陥が生成された直後に開始し得る。従って、ガラスリボンの分離は、例えば、曲げ、クエンチ、または別様でガラスシートに応力をかける等の他の分離力を補助とせずに、レーザビームスポット209を用いて達成された所定のレベルの熱応力に基づいてガラスリボンを分離するために、分離経路全体に沿って完全なクラックを迅速に伝搬させる欠陥の直接的な結果として生じ得る。本明細書において用いられる「完全なクラック」という用語は、ガラスリボンの全厚さを通って延びるクラックを指す。本開示の複数の態様によるガラスウェブ(例えば、ガラスリボン)の分離時間は、ガラスウェブの分離に要する時間を、従来技術と比べて大きく低減し得る。従って、本開示の態様は、従来の技術よりも迅速なガラスウェブの分離が望ましい用途において有益であり得る。例えば、延伸速度を高めた用途では、ガラスリボンの所与の移動長さ内において分離が生じることを可能にするために、迅速な分離が有益であり得る。更に、本開示の方法は、高い温度条件においてもガラスリボンを分離できる。例えば、ガラスリボンが室温にある間に分離を行うことができる一方で、ガラスリボンが高温(典型的には、ガラスの歪点より低い、例えば、高々400℃までの温度であるが、更なる実施形態では他の最大温度が設けられ得る)にあるときにも分離を行うことができる。従って、本開示の方法は、形成法または他の処理手順中にガラスリボンが冷却される前に、分離を提供できる。
一実施形態では、図7に示されるように、上述の実施形態のうちの任意のものにおいて、欠陥を生成する工程は、分離経路に沿った熱応力を生じるために、選択された分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポット209で照射する工程を行っている間に行われ得る。分離経路を照射している間に欠陥を生成することは、欠陥の生成に直接的に応答して自発的に生じる迅速な分離を提供するために、分離経路に沿った十分なレベルの熱応力を保つことを補助し得る。幾つかの実施形態では、選択された分離経路を照射する工程は、欠陥を生成する工程の開始後に完了されてもよく、または、分離経路に沿ったガラスリボンの自発的な分離が完了するまで続けられてもよい。分離経路を照射している間に欠陥を生成することのもう一つの長所は、照射前に欠陥が生成される場合に、照射(加熱)中に開始し得る制御できない破損の確率が低減されることである。これは、強化ガラス、積層ガラス構造体、および高い内部応力を有する他の任意のガラス製品の信頼性の高い分離を可能にし得る。更に、経路を照射している間に欠陥を生成することのもう一つの長所は、分離に要する全体的な時間の低減である。
更なる実施形態では、選択された分離経路151を照射する工程は、欠陥を生成する直前に、欠陥が生成されているときに、欠陥が生成された直後に、または、欠陥が生成されてから間もなく完了され得る。そのような実施形態では、分離経路に沿って十分な残留熱応力があるときには、欠陥は依然として生成され、分離経路に沿った自発的な分離を提供できる。しかし、幾つかの実施形態では、欠陥を生成している間、および欠陥を生成した後(例えば、ガラスリボンの完全な分離中)も、分離経路151を少なくとも1つのレーザビームスポット209で照射し続けることにより、分離速度が高められ得る。実際、欠陥を生成している間に分離経路を照射し続けることは、例えば、分離経路に沿った最大熱応力等の所定の熱応力を保つことによって、分離速度を高め得る。しかし、過熱に起因する分離され縁部に沿った残留応力の生成を最小化または回避するために、分離経路の過剰な照射は回避されるべきである。
欠陥を生成する工程は、様々な方法で行われ得る。例えば、図1に模式的に示されるように、一実施形態において、欠陥は、ガラスリボン103を、例えば、機械的ツール701(例えば、スコアリングホイール、圧子、回転ツール(回転ディスク)、ダイヤモンドチップ等)と機械的に係合させることによって生成され得る。実際、図7に示されるように、ケガキ器701の先端部は、表面の不完全性(例えば、表面クラック)等の欠陥703を生じ得る。更なる実施形態では、欠陥は、点欠陥または折り線として設けられ得る。図示しないが、例えば、欠陥703の生成を容易にするために、ケガキ器701によって加えられる力に対抗することを補助するための空気ベアリング等の支持装置または機械的接触支持部材が設けられ得る。
別の実施形態では、図1に示されるように、欠陥は、レーザビーム発生器169を用いて生成され得る。一実施形態において、レーザは、表面の不完全性等の欠陥を生成するために用いられ得るパルスレーザを含み得るが、表面下の不完全性不完全性が設けられてもよい。幾つかの実施形態では、レーザビーム発生器169によって生じた欠陥は、クラック、点欠陥、折り線、または、他の欠陥(そのような欠陥は、必要に応じてアブレーション処理によって生成され得る)を含み得る。幾つかの実施形態では、欠陥は、ガラスリボンのレーザビームスポットで照射される面とは反対側の外向きの面に配置され得る。例えば、図12および図17に示されるように、レーザビーム発生器169は、ガラスリボンのレーザビームスポットで照射される面とは反対側のガラスリボン103の外向きの面に欠陥を設けるよう配置される。更なる例では、欠陥は、レーザビームスポットで照射される内向きの面に配置されてもよく、更には、ガラスリボンの両面の欠陥を含んでもよい。例えば、図12および図17に示されているレーザビーム発生器は、レーザビームスポットで照射される内向きの面に欠陥を設けるために、ガラスリボンの他方の側に配置されてもよく、更には、ガラスリボンの両面に欠陥を設けるために、ガラスリボンの両側に配置されてもよい。更に、欠陥は、ガラスリボンの外縁部、1つの角、両方の角にも配置されてもよく(例えば、2つの欠陥)、または、内向きの表面から外向きの表面へと延びる連続した欠陥であってもよい。
幾つかの実施形態では、適切な完全なクラックを分離経路151、163の方向に沿って向かわせることを補助するために、折り線としての欠陥を設けることが有益であり得る。例えば、折り線は、分離経路151、163に沿って延びる長さと、分離経路に対して垂直な幅とを有し得る。例示的な折り線は、広範囲の長さおよび幅(例えば、約0.5mm〜約5mmの範囲内の長さ、および約0.1mm〜約0.3mmの幅等)を有し得る。表面欠陥として設けられる場合には、欠陥の深さは、ガラスのタイプに応じて、約5マイクロメートル〜約500マイクロメートルであり得る。例えば、化学的に強化されたガラスでは、欠陥がガラスリボンの化学的に強化された層を超えて達するように、より深い欠陥が設けられ得る。
欠陥703は、分離経路151、163に沿った任意の位置(例えば、分離経路上等)に設けられ得る。一実施形態において、欠陥は、ガラスリボンの第1の外縁部153および第2の外縁部155のうちの一方の近くに配置される。一実施形態では、欠陥を、後述するように、レーザビームスポット209の走査が開始される第1の外縁部153の近くに配置することが有益であり得る。例えば、図7に示されるように、欠陥703は、ガラスリボン103の第1の外縁部153と第2の外縁部155との間に施されてもよく、または、更なる実施形態では、欠陥は、第1の縁部および/または第2の縁部に設けられてもよい。クラックが、ガラスリボンの縁部に存在し得る縁部の不完全性においてではなく、欠陥の位置において伝搬を開始するのを確実にすることを補助するために、第1の縁部と第2の縁部との間に欠陥を施すのが有益であり得る。更に、ガラスリボン103の第1の縁部と第2の縁部との間に欠陥を施すことで、ガラスリボンの分離がより速くなり得る。幾つかの実施形態では、欠陥は、ガラスリボン103の外縁部分211a、211bに通常見出される厚くなった縁部ビード上に生成され得る。或いは、図7および図8に示されるように、欠陥は、必要に応じて、厚くなった縁部ビードよりも内側に設けられ得る。幾つかの実施形態では、欠陥は、ガラスリボンの少なくとも1つの縁部から約1mm〜約25mmの距離に生成される。例えば、図7および図8に示されるように、幾つかの実施形態では、欠陥703は、第1の縁部(例えば、153、165)から約1mm〜約25mm(例えば、約1mm〜約10mm等)の距離「D」に生成され得るが、更なる実施形態では異なる距離が設けられ得る。
幾つかの実施形態では、欠陥は、分離経路の中心部に、またはガラスリボン103の第1の縁部または第2の縁部により近い位置に生成され得る。一実施形態では、図7に示されるように、欠陥703は、第2の外縁部155よりも第1の外縁部153の近くに生成され得る。ガラスリボンの第1の外縁部153により近い位置に(例えば、第1の外縁部153から距離「D」に)欠陥703を設けることは、上述のように、レーザビームスポット209がガラスリボンの第1の外縁部153から第2の外縁部155に向かって単一の方向225に移動する場合に、特に有益であり得る。そのような実施形態では、ガラスリボン103の第1の外縁部153は、単一の方向225のレーザビームスポット209の移動経路に沿って上流にある。完全なクラックは、レーザビームスポット209の単一の方向225に伝搬する傾向があるので、欠陥をガラスリボンの第1の外縁部153により近い位置に配置することは、完全なクラックが、ガラスリボンの方向225の幅(または長さ)にわたって迅速に下流に伝搬するのを補助し得る。更に、欠陥703は、完全なクラックが上流に伝搬して第1の外縁部153と交差するのを可能にするために十分近い距離「D」に配置され得る。
更に、図8を参照すると、レーザビーム802、804、806、808、810は、隣接するレーザビームスポットが重複領域811、813、815、817に沿って共存し得るように、各レーザビームのレーザビームスポットが、対応する単一の方向225a、225b、225c、225d、225eに沿ってシーケンシャルなパターンで移動するのを可能にするタイミングにされ得る。従って、完全なクラックを分離経路全体に沿って迅速に駆動するのを補助するために、レーザビームスポットは、ガラスリボンの全幅または全長にわたって単一の方向に沿って略連続的に移動し得る。
上述の方法のうちのいずれも、ガラスシートまたはガラスリボン等のガラスウェブを分離するために適用され得る。従って、ガラスリボン103に関して述べた実施形態は、ガラスシート104または他のガラスウェブにも適用され得る。例えば、図1に関して図示されているように、分離経路151は、ガラスリボン103の第1の外縁部153と第2の外縁部155との間のガラスリボン103の幅「W」にわたって延び得る。そのような実施形態では、図1に示されるように、欠陥を生成することでガラスシート104がガラスリボン103から分離する。図1に示されている更なる実施形態では、分離経路163は、ガラスシートの第1の縁部165と第2の縁部167との間のガラスシート104の長さ「L2」に沿って延び得る。そのような実施形態では、欠陥を生成することで、ガラスシート104の縁部部分159をガラスシート104の中心部分161から分離できる。
上述の方法のうちのいずれも、(図示されているように)平坦な、または、例えば、C字形状、S字形状、または他の構成に曲がった平坦でない(例えば、反った)構成を有し得る、広範囲のガラスリボンの分離を容易にできる。更に、本方法のいずれも、略均一な厚さまたは不均一な変化する厚さを有するガラスリボンの分離を容易にできる。例えば、図示されるように、比較的厚い縁部ビードおよび比較的薄い中心部を有するガラスリボンを分離できる。
別の実施形態において、ガラスリボンは、ガラスリボンが比較的静止しているときに、またはガラスリボンが動いているときに分離され得る。例えば、ガラスリボンは、形成部材から延伸されている際に、またはガラスリボンが形成部材に対して僅かに揺れているおよび/または回転している場合に、動いている間に分離され得る。更に、本開示の方法のうちのいずれも、ガラスリボンのほぼ歪点を超えない高温でガラスリボンを分離するために用いられ得る。
更に、本開示の方法は、非強化ガラスまたは強化ガラスを分離するために用いられ得る。例えば、方法は、圧縮されている少なくとも1つの外側層と、張力がかかっている別の層とを含む強化されたガラスリボン(例えば、化学的に強化されたガラスリボン)を分離するために用いられ得る。特定の一実施形態では、本開示の方法は、ガラスリボンの2つの主要な表面が圧縮され、ガラスリボンの中心部に張力がかかっている、両面が強化された強化ガラスリボンを分離するために用いられ得る。
更なる実施形態では、本開示の方法は、積層されたガラスリボン層を含むガラスリボンを分離するために用いられ得る。一実施形態において、圧縮された表面層および張力がかかった中心層を有する積層構造が設けられ得る。別の実施形態において、2つの圧縮表面層を有し、これら2つの圧縮層間に張力がかかった中心層が挟まれた積層構造が設けられ得る。更なる実施形態では、本開示の方法は、複数の層のうちの少なくとも2つが異なる組成および/または異なる熱膨張係数を有する、積層されたガラスリボン層を分離するために用いられ得る。他の実施形態では、ガラスリボンは、イオン交換または熱処理によって生じた表面圧縮応力層を含む、化学的にまたは熱的に強化されたガラスリボンであり得る。
更なる実施形態では、レーザビームの焦点深度は、ガラスリボンの厚さのばらつきの大きさ、反りの大きさ、ビーム源に対するガラスの動きの大きさ、または他の処理条件のばらつきを超え得る。
図9〜図18は、ガラスリボンがガラスリボンの長さの方向に沿って動いているときにガラスリボン103を分離し得る例示的な装置および方法を示す。特に明記しない限り、図1〜図8を参照して上述した本開示の態様は、図9〜図18の例示的な装置および方法に適用され得る。
図9〜図13は、ガラスリボン103からガラスシート104を分離するための例示的なガラス分離装置949を示す。図14〜図18は、ガラスリボン103からガラスシート104を分離するための別の例示的なガラス分離装置1449を示す。図9〜図13、および図14〜図18の実施形態は、図1〜図7に示されている(および図8に複製されている)実施形態と類似または同一であり得るが、必要に応じて反射器205a〜205cのうちの1以上を除去するよう簡略化されてもよい。各ガラス分離装置949、1449は、より完全に上述したように、レーザビーム203を生じるレーザビーム発生器201等の少なくとも1つのレーザを含む。各ガラス分離装置949、1449は、上述のポリゴン反射器215等の第1の反射器を更に含む。先に述べたように、ポリゴン反射器215は、先に述べた第1の反射面を含み得る。第1の反射面は、第1の回転軸218周りに(例えば、反時計回り方向217に)回転可能である。上述のように、幾つかの実施形態では、ポリゴン反射器215の第1の反射面219は、先に述べた8つの反射面部分219a〜219hと類似または同一の複数の反射面部分を含み得る。図9〜図13、および図14〜図18の実施形態に更に示されるように、複数の反射面部分は、第1の回転軸218周りに(例えば、反時計回り方向217に)回転されて、反射面部分からレーザビーム203を反射し、得られたレーザビームスポット209を、分離経路151に沿った熱応力を生じるために搬送方向901に対して横断方向(例えば、ガラスリボンの幅「W」の方向等)のガラスリボン103上の分離経路151に沿って繰り返し通過させ得る。
図9〜図13、および図14〜図18に示されている実施形態に示されるように、ガラスリボン103からガラスシート104を分離するためのガラス分離装置949は、第2の反射面206、1402をそれぞれ含む第2の反射器205d、1401を更に含み、第2の反射器205d、1401は、レーザビーム203を反射して、レーザビームスポット209を搬送方向901に移動させるように、対応する第2の回転軸227、1403周りに方向903、1405に沿って回転可能であり得る。幾つかの実施形態では、本方法は、レーザビームスポット209を、搬送方向901のガラスウェブ速度ベクトルに等しい搬送方向901のレーザビームスポット速度ベクトルを含むレーザビームスポット速度で移動させることを含む。従って、たとえガラスリボン103が搬送方向901(例えば、延伸方向)に移動中であっても、分離経路151を連続的に加熱し、その結果、分離経路151に沿った熱応力を連続的に増加させるために、レーザビームスポット209は同じ分離経路151上に留まる。ダウンドロー法では、レーザビームスポット209は、ガラスリボンの延伸方向901の速度に等しいまたは略等しい延伸方向901の速度ベクトルを含み得る。従って、たとえガラスリボン103がガラスリボン103の延伸方向に移動中であっても、分離経路を連続的に加熱し、その結果、分離経路151に沿った熱応力を連続的に増加させるために、レーザビームスポット209はガラスリボン103の同じ分離経路151上に留まる。
図9〜図13、および図14〜図18に示されるように、第1の回転軸218は、第2の回転軸227、1403に対して垂直であり得るが、レーザビームスポット209の光学的構成および/または所望の特性に応じて、第1の軸および第2の軸は互いに対して別の角度で配向され得る。
幾つかの実施形態では、第1の反射器は、第2の反射器に対して上流または下流に配置され得る。例えば、図9〜図13のガラス分離装置949は、レーザビーム203が第1の反射器215の第1の反射面219から反射する前に第2の反射器205dの第2の反射面206から反射するように、第2の反射器205dが第1の反射器215の上流に配置された実施形態を示す。図2〜図7に示されるように、第2の回転軸227周りに回転可能な第2の反射器205dは、より完全に上述したガラス分離装置149内に設けられ得る。そのような実施形態では、ガラス分離装置149は、必要に応じて、第2の反射面206を第2の回転軸227周りに回転させることを含み得る。幾つかの実施形態では、分離装置は、第2の反射面206を回転させることを回避する選択を可能にし得る。第2の反射面206の回転を回避することは、ガラスリボンがガラスリボンの長さに沿って移動されない用途において望ましい場合がある。
或いは、図14〜図18のガラス分離装置1449は、レーザビーム203が第2の反射器1401の第2の反射面1402から反射する前に第1の反射器215の第1の反射面219から反射するように、第1の反射器215が第2の反射器1401の上流に配置された実施形態を示す。そのような実施形態では、図2〜図7に示されている、全ての反射器205a〜205dが回転する能力を持たない構成が用いられ得る。従って、ガラス分離装置は、ガラスリボンがガラスリボンの長さに沿って移動されない用途において用いられ得る。或いは、第2の反射器1401は、更に、ガラスリボンの長さの方向におけるレーザビームスポットの動きを可能にするために設けられ得る。
幾つかの実施形態では、少なくとも1つのレーザビーム発生器201は、分離経路151の対応する加熱される線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポット209を生じ得る。例えば、図8に示されるように、図示されている各第2の反射器205dは、分離経路151を各レーザビームのレーザビームスポットで連続的に照射するために、加熱される線分801、803、805、807、809の各々がガラスリボンの搬送方向に沿って移動することを可能にするために、第2の回転軸227周りに回転可能な反射面を含み得る。
幾つかの実施形態では、第1の反射器215を設けずに、第2の反射器205d、1401が設けられ得る。そのような実施形態では、少なくとも1つのレーザビーム発生器は、ガラスリボンの全幅に沿って延びる、またはガラスリボンの全幅より大きい、単一のレーザビームスポットを生じるよう設計され得る。或いは、少なくとも1つのレーザビーム発生器は、合わせてガラスリボンの全幅に沿って延びる、またはガラスリボンの全幅より大きい、(例えば、必要に応じて部分的に互いに重複し得る)複数のレーザビームスポットを生じ得る。そのような実施形態では、静止した単一の細長いレーザビームスポットまたは複数の静止したレーザビームスポットが分離経路の全幅にわたって延びるので、分離経路に沿って移動する単一のレーザビームスポットは必要ない。そのような実施形態では、第2の反射器205d、1401は、たとえガラスリボンが搬送方向901に沿って移動していても、分離経路151を連続的に加熱するために、単一のレーザビームスポットまたは複数のレーザビームスポットがガラスリボンと共にガラスリボンの搬送方向901(例えば、延伸方向)に沿って移動するのを可能にするために設けられ得る。
次に、ガラスリボン103からガラスシート104を分離する方法について説明する。本方法は、ガラスリボン103をガラスリボンの長さの方向に移動させる工程を含む。幾つかの実施形態では、ガラスリボン103は、以前に製造されたガラスリボンのスプールから移動され(例えば、巻き出され)得るものであり、ガラスリボンの巻き出された部分がガラスリボンの長さに沿って移動する。そのような実施形態では、ガラスリボンのスプールが巻き出され、ガラスリボンのスプールからのガラスリボンの巻き出しを中断することなく、ガラスリボンからガラスシートが分離され得る。更に、図示されているガラスリボン103の実施形態は、例えば重力の方向等の搬送方向901(例えば、引き出し方向)に移動され、引き出し方向はガラスリボンの長さの方向およびガラスリボンの搬送方向と同じ方向である。別の実施形態では、ガラスリボンは、重力に対して或る角度でまたは垂直な方向に沿って移動され得る。実際、ガラスリボンの輸送中および/または処理中には、ガラスリボン103は、例えばエアバー上において、ガラスリボンの長さに沿って水平に移動し得る。そのような実施形態では、ガラスリボンが横向き(例えば、水平)の搬送方向に移動する際に、ガラスリボン103からガラスシート104が分離され得る。
本方法は、ガラスリボン103を損傷することなく、分離経路151に沿った熱応力を生じるために、ガラスリボン103上の分離経路151を少なくとも1つのレーザビームスポット209で照射することを更に含み得る。分離経路151は、例えば、後でより完全に述べる欠陥の生成に応答して、分離経路に沿って、且つ、ガラスリボンの第1の主要な面からガラスリボンの第2の主要な面までガラスリボンの全厚さを通って自発的に生じる完全なクラックによって、第1の主要な面213上の分離が生じる経路であると見なされる。分離経路151は、ガラスリボンの幅「W」の方向に延び得る。例えば、分離経路は、必要に応じて、分離経路151の得られる方向ベクトルがガラスリボンの幅「W」の得られる方向ベクトルと同一であるように、長さ「L1」に対して垂直であり得る。そのような実施形態では、分離は、ガラスリボン103の外縁部153、155(即ち、互いに平行な外縁部153、155)に対して垂直である分離経路に沿って延びる分離された縁部を含むガラスリボンを生じ得る。或いは、分離経路は、長さ「L1」に対して垂直以外の角度であり得、この場合、分離経路151の得られる方向ベクトルは、ガラスリボンの幅「W」の得られる方向ベクトルと同一ではない。そのような実施形態では、分離は、外縁部153、155(即ち、平行な外縁部153、155)の一方に対して鋭角であり、平行な外縁部153、155の他方に対して鈍角である、分離経路に沿って延びる分離された縁部を含むガラスリボンを生じ得る。
図示すると共に上述したように、本方法は、少なくとも1つのレーザビーム203をガラスリボン103の主要な面(例えば、第1の主要な面213等)上の対応するレーザビームスポット209において交差させることを含み得る。本方法は、分離経路151に沿った熱応力を生じるために、レーザビームスポット209を、ガラスリボン103の幅「W」の方向225の分離経路151に沿って繰り返し通過させることを含み得る。幾つかの実施形態では、レーザビームスポット209は、ガラスリボン103の第2の外縁部155から第1の外縁部153に向かう反対方向には移動せずに、ガラスリボン103の第1の外縁部153から第2の外縁部155に向かう方向に単一の方向に(例えば、方向225に)移動し得る。
例示的な方法は、レーザビームスポット209を、ガラスリボン103の幅「W」の方向225の分離経路151に沿って繰り返し通過させるために、少なくとも1つのレーザビーム203を、第1の回転軸218周りに回転する第1の反射器215の第1の反射面219から反射させることを含み得る。上述のように、第1の反射器215は、レーザビームスポット209を単一の方向225に移動させるよう回転するポリゴン反射器を含み得る。
本開示の方法は、レーザビームがガラスリボン103と一緒に移動するように、レーザビームを搬送方向901(例えば、延伸方向、ガラスリボン103の長さの方向「L1」等)に移動させる工程を更に含み得る。従って、ガラスリボン103が搬送方向901に移動する間、分離経路151に沿った熱応力を生じ続けるために、分離経路151がレーザビームで照射され続ける。
そのような搬送方向901のレーザビームの動きは、ガラスリボン103がガラスリボン103の全幅「W」に沿って加熱される上述の実施形態のうちの任意のものにおいて行われ得る。例えば、そのようなレーザビームの動きは、レーザビーム発生器が単一の静止したレーザビームまたは静止して互いに重複する複数のレーザビーム(およびそれぞれのレーザビームスポット)を生じる実施形態において設けられ得る。更なる実施形態では、そのようなレーザビームの搬送方向901の動きは、レーザビームスポット209または複数のレーザビームスポット(図8を参照)を分離経路151に沿って繰り返し通過させることを含む実施形態を含み得る。そのような実施形態では、本方法は、分離経路151に沿った熱応力を生じ続けるために、レーザビームスポット209がガラスリボン103の幅「W」の方向の分離経路151に沿って繰り返し通過し続ける間、レーザビームスポット209がガラスリボン103と一緒に移動するように、レーザビームスポットを搬送方向901に移動させる工程を含む。
図9〜図13、および図14〜図18の実施形態に示されるように、本方法は、レーザビームがガラスリボンと一緒に移動するように、少なくとも1つのレーザビーム203を回転する反射面206、1402から反射させて、レーザビームを搬送方向901(例えば、延伸方向)に移動させることを含み得る。そのようにして、図9〜図13、および図14〜図18の各実施形態は、たとえ分離経路151が方向901に移動している間でも、分離経路151に沿った熱応力を生じる。
説明の目的で、図9〜図13に示されている装置を用いて分離経路151に沿った熱応力を生じる実施形態について述べる。まず図9を参照すると、レーザビーム発生器201によって生じたレーザビーム203は、所望の形状を有するレーザビームスポットを生じるために、1以上の光学レンズ207を通過し得る。次に、レーザビーム203は、第2の回転軸227に対する第1の回転位置において、第1の反射面219の前に第2の反射面206から反射する。図9に示されている第1の回転位置にある間、第2の反射面206は、レーザビーム203が第1の位置905aにおいて第1の反射面219と交差するようレーザビーム203を反射する。次に、レーザビームは、上述のように、第1の回転軸218に対する第1の反射器215の回転位置に応じた、分離経路上の横方向の位置において分離経路151と交差するよう、第1の反射面219の第1の位置905aから反射する。実際、図示されているポリゴン反射器を第1の反射器215として用いた場合、第1の回転軸218周りに反時計回り方向217のポリゴン反射器の回転は、レーザビームスポットを、方向225の分離経路151に沿って、ガラスリボン103の第1の外縁部分211aから第2の外縁部分211bに向かって移動させる。更に上述したように、レーザビームスポットを繰り返し通過させる工程は、必要に応じて、レーザビームスポットを単一の方向(例えば、方向225)に繰り返し通過させることを含み得る。レーザビームスポットを単一の方向に繰り返し通過させることは、後でより完全に述べるように、分離経路上に欠陥が生成された際に、ガラスリボン103からガラスシート104を迅速に分離するのを補助し得る。
第2の反射面206は、第1の反射面219からの反射の位置が、第1の回転軸218に対して平行な方向907(例えば、図示されている方向)に移動するように、或る回転速度(例えば、一定の回転速度)で第2の回転軸227周りに回転され得る(例えば、連続的に回転され得る)。反射の位置を方向907に移動させることは、分離経路が搬送方向901および搬送方向901に対して横断する(例えば、垂直な)方向225に移動する間、レーザビームスポットが分離経路151と連続的に交差するのを可能にするために、レーザビームスポット209がガラスリボンを搬送方向901に追うのを補助し得る。
第2の反射面206は、(図9に示されている)第1の回転位置から第2の回転軸227周りに方向903に(図10に示されている)第2の回転位置へと回転され得る。図10に示されている第2の回転位置にある間、第2の反射面206は、レーザビーム203が第1の位置905aから下流の第2の位置905bにおいて第1の反射面219と交差するよう、レーザビーム203を反射する。次に、レーザビームは、レーザビームスポット209が、図9に示されている分離経路151の位置と比べて方向901に下流に移動した分離経路151と交差するよう、第1の反射面219の第2の位置905bから反射する。
第2の反射面206は、(図10に示されている)第2の回転位置から第2の回転軸227周りに方向903に(図11に示されている)第3の回転位置まで更に回転され得る。図11に示されている第3の回転位置にある間、第2の反射面206は、レーザビーム203が第2の位置905bから下流の第3の位置905cにおいて第1の反射面219と交差するよう、レーザビーム203を反射する。次に、レーザビームは、レーザビームスポット209が、図10に示されている分離経路151の位置と比べて方向901に下流に移動した分離経路151と交差するよう、第1の反射面219の第3の位置905cから反射する。
なお、図9〜図11は、第2の反射面206の増分の動きおよび分離経路151の増分位置を示しているが、分離経路がガラスリボンの長さの方向に移動する際に、レーザビームスポット209を分離経路151と連続的に交差させるために、第2の反射面206の動きは第2の回転軸1403周りに連続的に回転され得る。
次に、図14〜図18に示されている装置を用いて分離経路151に沿った熱応力を生じる実施形態について説明する。まず図14を参照すると、レーザビーム発生器201によって生じたレーザビーム203は、所望の形状を有するレーザビームスポットを生じるために、1以上の光学レンズ207を通過し得る。次に、レーザビーム203は、必要に応じて、第2の反射面1402と交差する前に第1の反射面219と交差するよう、1以上の静止した反射器1406から反射し得る。一実施形態において、レーザビーム203は、位置1409において第1の反射面219と交差する。次に、レーザビーム203は、必要に応じて、1以上の更なる反射器1407から反射してから、第2の回転軸1403に対する第1の回転位置にある第2の反射器1401の第2の反射面1402から反射し得る。図14に示されている第1の回転位置にある間、第2の反射面1402は、上述のように、レーザビームスポット209が、第1の回転軸218に対する第1の反射器215の回転位置に応じた分離経路上の横方向の位置において分離経路151と交差するよう、レーザビーム203を反射する。実際、図示されているポリゴン反射器を第1の反射器215として用いる場合には、第1の回転軸218周りの反時計回り方向217のポリゴン反射器の回転は、レーザビームスポット209を、分離経路151に沿って方向255に、ガラスリボン103の第1の外縁部分211aから第2の外縁部分211bに向かって移動させる。更に上述したように、レーザビームスポットを繰り返し通過させる工程は、必要に応じて、レーザビームスポットを単一の方向(例えば、方向225)に繰り返し通過させることを含み得る。
分離経路がガラスリボンの長さの方向901およびガラスリボンの幅の方向225に移動する間、レーザビームスポットが分離経路151と連続的に交差するのを可能にするために、第2の反射面1402は、或る回転速度(例えば、一定の回転速度または調節された回転速度)で第2の回転軸1403周りに回転され得る(例えば、連続的に回転され得る)。
第2の反射面1402は、(図14に示されている)第1の回転位置から第2の回転軸1403周りに方向1405に(図15に示されている)第2の回転位置へと回転され得る。図15に示されている第2の回転位置にある間、第2の反射面1402は、レーザビーム203が図14に示されている分離経路151の位置と比べて方向901に下流に移動した分離経路151と交差するよう、レーザビーム203を反射する。
第2の反射面1402は、(図15に示されている)第2の回転位置から第2の回転軸1403周りに方向1405に(図16に示されている)第3の回転位置へと更に回転され得る。図16に示されている第3の回転位置にある間、第2の反射面1402は、レーザビームスポット209が図15に示されている分離経路151の位置と比べて方向901に下流に移動した分離経路151と交差するよう、レーザビーム203を反射する。
なお、図14〜図16は、第2の反射面1402の増分の動きおよび分離経路151の増分位置を示しているが、分離経路がガラスリボンの長さの方向に移動する際に、レーザビームスポットを分離経路151と連続的に交差させるために、第2の反射面1402の動きは第2の回転軸1403周りに連続的に回転され得る。
本開示の実施形態のうちの任意のものにおいて、分離経路が搬送方向に沿って移動する際に、レーザビームスポットが分離経路151と連続的に交差するように、第2の反射面206、1402の回転は、ガラスリボンの搬送方向901(例えば、延伸方向)の速度と調和され得る。例えば、第2の反射面206、1402は、第2の回転軸周りに手動で回転され得る。更なる実施形態では、レーザビームスポットが長さの方向に移動する際、および、レーザビームスポットが方向225に沿って移動する際に、レーザビームスポットを分離経路151と連続的に交差させるために、第2の反射面206、1402を連続的な所定の回転速度で回転させるために、アクチュエータ(図示せず)が用いられ得る。更に、アクチュエータは、必要に応じて、ガラスリボンの長さの方向(例えば、ダウンドロー方向901)へのガラスリボンの速度を感知するセンサからフィードバックを取得し、ガラスリボンの速度を、第2の反射面206、1402の第2の回転軸227、1403周りの目標回転速度を計算するアルゴリズムに入力するよう構成されたコントローラによって操作され得る。次に、コントローラは、レーザビームスポットを分離経路151と連続的に接触させるために、第2の反射面206、1402を目標回転速度で回転させるよう、アクチュエータを操作し得る。更なる実施形態では、レーザビームスポットがガラスリボンの対応する主要な面と交差している位置を決定するために、センサ(例えば、熱センサまたは光センサ)が用いられ得る。コントローラは、この位置を分離経路の位置と比較して、レーザビームスポットがガラスリボンの対応する主要な面と連続的に交差するように、第2の反射面206、1402の第2の回転軸227、1403周りの速度を上げる、速度を下げる、または現在の回転速度を保つよう、アクチュエータを操作し得る。
上述の本開示の方法のうちの任意のものは、分離経路が上述の処理において生じた熱応力下にある間に、分離経路上に151欠陥703を生成し、欠陥703に応答して、ガラスシート104がガラスリボン103から分離経路151に沿って自発的に分離する工程を更に含み得る。実際、図12および図17に示されるように、本方法は、分離経路がガラスリボンの長さの方向(例えば、延伸方向901)に移動する際に、分離経路151が、分離経路151に熱エネルギーを加えている間に生じた熱応力下にある間に、レーザ(例えば、UVレーザ)を用いて欠陥703を生成する工程を含み得る。欠陥703を生成するためのレーザが示されているが、更なる実施形態は、例えば、スコアリングホイール、ダイヤモンドチップ、または他の欠陥生成技術等の機械的ケガキ器(例えば、図1に関して述べたケガキ器701)を用いてもよい。図13および図18に示されるように、欠陥703に応答して、ガラスシート104はガラスリボン103から分離経路151に沿って自発的に分離する。
先に述べたように、本開示の例示的な方法のうちの任意のものは、レーザビームスポット209を単一の方向225に第1の外縁部分211aから第2の外縁部分211bへと繰り返し通過させることを含み得る。必須ではないが、ガラスシート104をガラスリボン103から迅速に分離するために、レーザビームスポットを単一の方向に通過させることが有益であり得る。例えば、図12および図17に示されるように、欠陥703は、第2の外縁部155よりも第1の外縁部153の近くに生成されてもよく、その際、単一の方向225に移動するレーザビームスポット209によって生じる熱応力プロファイルが、完全なクラックが単一の方向225に伝搬するのを補助し得る。
本開示の例示的な方法のうちの任意のものにおいて、欠陥703は、分離経路151に沿った熱応力を生じるために分離経路151がレーザビーム203で照射されている間に生成され得る。欠陥703は、熱応力の生成後間もなく生成され得るが、欠陥703を生成している間に、レーザビームを用いて分離経路151に沿った熱応力を生じ続けるまたは保つことは、分離経路151が最大応力下にある間に欠陥が生成されるのを可能にし、ガラスシート104の分離を容易にし得る。
更に、欠陥703は、分離経路151を加熱する工程において、分離経路に沿った所定のレベルの熱応力が達成された後に生成され得る。例えば、幾つかの実施形態では、ガラスリボンを分離するのに十分な熱応力は、先行経験または計算に基づいて予め決定され得る。更に、熱応力は、分離経路をレーザビーム203で照射する所定の時間に基づいて予め決定され得る。更に、熱応力が予め決定されてもよく、その場合、所定のレベルの応力が達成された後に欠陥が生成されてもよい。例えば、熱センサ(例えば、熱カメラ)または他のセンサ装置が、分離経路151の温度をモニタリングし得る。分離経路151の達成された所定の温度は、達成された所定の応力を示すものであり得る。従って、所定のレベルの応力が達成された後に分離経路151に欠陥を施すことは、その所定の応力に対応する所定の温度が達成されてから行われ得る。
図9〜図13、および図14〜図18の実施形態は、単一のレーザビームを示しているが、更なる実施形態は、分離経路に沿った熱応力を生じるために、複数のレーザビームの使用を含み得る。例えば、図9〜図13、および図14〜図18の実施形態において、全体的な幅が比較的大きいガラスリボンの分離を可能にするために、図8を参照して述べた複数のレーザビームが用いられ得る。そのような実施形態では、複数のレーザビームスポットの各々が、対応する加熱される線分801、803、805、807、809と交差し、分離経路がガラスリボンの長さの方向に移動するにつれて、各レーザビームが分離経路151を追ってもよい。更に、幾つかの実施形態では、分離経路の各線分は、分離経路の少なくとも1つの隣接する線分の一部分(例えば、重複領域811、813、815、817を参照)と重複してもよい。そのような重複領域は、分離経路151全体に沿った十分な熱応力が生じるのを可能にし得る。
本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本開示に対して様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内である、本開示の変形および変更を網羅することが意図される。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
ガラスウェブを分離する方法において、
(I)前記ガラスウェブを、移動する前記ガラスウェブの搬送方向のガラスウェブ速度ベクトルを含むガラスウェブ速度で移動させる工程と、
(II)前記ガラスウェブ上の、前記搬送方向に対して横断方向に延びる分離経路に沿った熱応力を生じるために、前記分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポットで照射する工程と、
(III)前記レーザビームスポットを、前記ガラスウェブ速度ベクトルに等しい前記搬送方向のレーザビームスポット速度ベクトルを含むレーザビームスポット速度で移動させる工程であって、前記ガラスウェブが前記ガラスウェブ速度で移動する間、前記分離経路に沿った熱応力を生じ続けるために、前記分離経路が前記レーザビームスポットで照射され続ける、工程と、
(IV)前記分離経路が前記工程(II)および(III)において生じた熱応力下にある間に、前記分離経路上に欠陥を生成する工程であって、該欠陥の生成に応答して、前記ガラスウェブが前記分離経路に沿って分離する、工程と
を含むことを特徴とする方法。
実施形態2
前記工程(III)が、前記レーザビームスポットを前記レーザビームスポット速度ベクトルで移動させるために、回転する反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程を含む、実施形態1記載の方法。
実施形態3
前記工程(II)および(III)において前記分離経路に沿った前記熱応力を生じるために、前記レーザビームスポットを前記搬送方向に対して前記横断方向の前記分離経路に沿って繰り返し通過させる工程を更に含む、実施形態1記載の方法。
実施形態4
前記工程(III)の前記レーザビームスポット速度が、前記搬送方向に対して前記横断方向のもう一つのレーザビームスポット速度ベクトルを含み、前記ガラスウェブが前記ガラスウェブ速度で移動すると共に前記レーザビームスポットが前記搬送方向に対して前記横断方向の前記分離経路に沿って繰り返し通過し続ける間、前記分離経路に沿った熱応力を生じ続けるために、前記分離経路が前記レーザビームスポットで照射され続けるように、前記レーザビームスポットが前記搬送方向および該搬送方向に対して前記横断方向に移動する、実施形態3記載の方法。
実施形態5
前記工程(III)が、
前記レーザビームスポットを前記搬送方向に対して前記横断方向の前記分離経路に沿って繰り返し通過させるために、第1の軸周りに回転する第1の反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程と、
前記レーザビームスポットを前記ガラスウェブの前記搬送方向の前記レーザビーム速度ベクトルで移動させるために、前記第2の軸周りに回転する第2の反射面から前記少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程と
を含む、実施形態4記載の方法。
実施形態6
前記少なくとも1つのレーザビームが、前記第2の反射面の前に前記第1の反射面から反射する、実施形態5記載の方法。
実施形態7
前記少なくとも1つのレーザビームが、前記第1の反射面の前に前記第2の反射面から反射する、実施形態5記載の方法。
実施形態8
前記第1の軸が前記第2の軸に対して垂直である、実施形態5記載の方法。
実施形態9
前記ビームスポットを繰り返し通過させる前記工程が、前記ビームスポットを前記搬送方向に対して横断方向の単一の方向に繰り返し通過させる工程を含む、実施形態3記載の方法。
実施形態10
前記単一の方向が、前記ガラスウェブの第1の縁部から第2の縁部に向かって延びる方向を含み、前記欠陥が、前記第2の縁部よりも前記第1の縁部の近くに生成される、実施形態9記載の方法。
実施形態11
前記工程(IV)が、前記工程(III)が行われている間に行われる、実施形態1記載の方法。
実施形態12
前記工程(IV)が、前記工程(III)において前記分離経路に沿った所定のレベルの熱応力が達成された後に行われる、実施形態1記載の方法。
実施形態13
前記工程(I)の前記少なくとも1つのレーザビームスポットが、前記工程(II)および(III)において前記分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを含む、実施形態1記載の方法。
実施形態14
前記分離経路の各前記線分が、前記分離経路の少なくとも1つの隣接する前記線分の一部分と重複する、実施形態13記載の方法。
実施形態15
前記工程(IV)の前記欠陥が、レーザを用いて、または前記ガラスウェブを機械的に係合させることによって生成される、実施形態1記載の方法。
実施形態16
前記ガラスウェブが、長さおよび前記ガラスウェブの第1の縁部と第2の縁部との間に延びる幅を含み、前記搬送方向が、前記ガラスウェブの前記長さの方向である、実施形態1記載の方法。
実施形態17
前記ガラスウェブが、形成体から延伸されたガラスリボンを含み、前記搬送方向が前記ガラスリボンの延伸方向である、実施形態1記載の方法。
実施形態18
ガラスウェブを分離する装置において、
少なくとも1つのレーザビーム発生器と、
第1の軸周りに回転可能な第1の反射面を含む第1の反射器であって、該第1の反射器が回転しているときに、前記少なくとも1つのレーザビーム発生器によって生じたレーザビームが前記ガラスウェブ上の分離経路に沿って繰り返し通過するレーザビームスポットを生じるように、前記レーザビーム発生器と位置決めされた第1の反射器と、
第2の軸周りに回転可能な第2の反射面を含む第2の反射器であって、該第2の反射器が回転しているときに、前記レーザビームスポットが前記ガラスウェブの搬送方向に移動するように、前記第1の反射器と位置決めされた第2の反射器と、
を含み、
前記レーザビーム発生器によって生じた前記レーザビームが、前記第2の反射器の前記第2の反射面から反射する前に前記第1の反射器の前記第1の反射面から反射するように、前記第1の反射器が前記第2の反射器から上流に配置された、
ことを特徴とする装置。
実施形態19
前記第1の軸が前記第2の軸に対して垂直である、実施形態18記載の装置。
実施形態20
前記少なくとも1つのレーザビーム発生器が、前記分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを生じるよう構成された、実施形態18記載の装置。
実施形態21
ガラスウェブを分離する装置において、
少なくとも1つのレーザビーム発生器と、
第2の軸周りに回転可能な第2の反射面を含む第2の反射器であって、該第2の反射器が回転しているときに、前記少なくとも1つのレーザビーム発生器によって生じたレーザビームが前記ガラスウェブの搬送方向に移動するレーザビームスポットを生じるように、前記レーザビーム発生器と位置決めされた第2の反射器と、
第1の軸周りに回転可能な第1の反射面を含む第1の反射器であって、該第1の反射器が回転しているときに、前記レーザビームスポットによって生じた前記少なくとも1つのレーザビームが前記ガラスウェブ上の分離経路に沿って繰り返し通過するように、前記第2の反射器と位置決めされた第1の反射器と
を含み、
前記レーザビーム発生器によって生じた前記レーザビームが、前記第1の反射器の前記第1の反射面から反射する前に前記第2の反射器の前記第2の反射面から反射するように、前記第2の反射器が前記第1の反射器から上流に配置された
ことを特徴とする装置。
実施形態22
前記第1の軸が前記第2の軸に対して垂直である、実施形態21記載の装置。
実施形態23
前記少なくとも1つのレーザビーム発生器が、前記分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを生じるよう構成された、実施形態21記載の装置。
実施形態24
ガラスウェブを分離する方法において、
(I)前記ガラスウェブを搬送方向に移動させる工程と、
(II)前記ガラスウェブ上の、前記搬送方向に対して横断方向に延びる分離経路に沿った熱応力を生じるために、前記分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポットで照射する工程と、
(III)前記分離経路が前記工程(II)において生じた熱応力下にある間に、前記分離経路上に欠陥を生成する工程であって、該欠陥の生成に応答して、前記ガラスウェブが前記分離経路に沿って分離する、工程と
を含むことを特徴とする方法。
101 フュージョンダウンドロー装置
103 ガラスリボン
104 ガラスシート
149、949、1449 ガラス分離装置
151、163 分離経路
153 第1の外縁部
155 第2の外縁部
201 レーザビーム発生器
203、802、804、806、808、810 レーザビーム
205a、205b、205c、205d 反射器
205d、1401 第2の反射器
206、1402 第2の反射面
209 レーザビームスポット
215 ポリゴン反射器
218 第1の回転軸
219 第1の反射面
225、225a、225b、225c、225d、225e 単一の方向
227、1403 第2の回転軸
801、803、805、807、809 線分
811、813、815、817 重複領域
901 搬送方向

Claims (12)

  1. ガラスウェブを分離する方法において、
    (I)前記ガラスウェブを、移動する前記ガラスウェブの搬送方向のガラスウェブ速度ベクトルを含むガラスウェブ速度で移動させる工程と、
    (II)前記ガラスウェブ上の、前記搬送方向に対して横断方向に延びる分離経路に沿った熱応力を生じるために、前記分離経路を少なくとも1つのレーザビームスポットで照射する工程と、
    (III)前記レーザビームスポットを、前記ガラスウェブ速度ベクトルに等しい前記搬送方向のレーザビームスポット速度ベクトルを含むレーザビームスポット速度で移動させる工程であって、前記ガラスウェブが前記ガラスウェブ速度で移動する間、前記分離経路に沿った熱応力を生じ続けるために、前記分離経路が前記レーザビームスポットで照射され続ける、工程と、
    (IV)前記分離経路が前記工程(II)および(III)において生じた熱応力下にある間に、前記分離経路上に欠陥を生成する工程であって、該欠陥の生成に応答して、前記ガラスウェブが前記分離経路に沿って分離する、工程と
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記工程(III)が、前記レーザビームスポットを前記レーザビームスポット速度ベクトルで移動させるために、回転する反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程を含む、請求項1記載の方法。
  3. 前記工程(II)および(III)において前記分離経路に沿った前記熱応力を生じるために、前記レーザビームスポットを前記搬送方向に対して前記横断方向の前記分離経路に沿って繰り返し通過させる工程を更に含む、請求項1または2記載の方法。
  4. 前記工程(III)の前記レーザビームスポット速度が、前記搬送方向に対して前記横断方向のもう一つのレーザビームスポット速度ベクトルを含み、前記ガラスウェブが前記ガラスウェブ速度で移動すると共に前記レーザビームスポットが前記搬送方向に対して前記横断方向の前記分離経路に沿って繰り返し通過し続ける間、前記分離経路に沿った熱応力を生じ続けるために、前記分離経路が前記レーザビームスポットで照射され続けるように、前記レーザビームスポットが前記搬送方向および該搬送方向に対して前記横断方向に移動する、請求項3記載の方法。
  5. 前記工程(III)が、
    前記レーザビームスポットを前記搬送方向に対して前記横断方向の前記分離経路に沿って繰り返し通過させるために、第1の軸周りに回転する第1の反射面から少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程と、
    前記レーザビームスポットを前記ガラスウェブの前記搬送方向の前記レーザビーム速度ベクトルで移動させるために、前記第2の軸周りに回転する第2の反射面から前記少なくとも1つのレーザビームを反射させる工程と
    を含む、請求項4記載の方法。
  6. 前記ビームスポットを繰り返し通過させる前記工程が、前記ビームスポットを前記搬送方向に対して横断方向の単一の方向に繰り返し通過させる工程を含む、請求項3記載の方法。
  7. 前記工程(IV)が、前記工程(III)が行われている間に行われる、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  8. 前記工程(IV)が、前記工程(III)において前記分離経路に沿った所定のレベルの熱応力が達成された後に行われる、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  9. 前記工程(I)の前記少なくとも1つのレーザビームスポットが、前記工程(II)および(III)において前記分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを含む、請求項1記載の方法。
  10. ガラスウェブを分離する装置において、
    少なくとも1つのレーザビーム発生器と、
    第1の軸周りに回転可能な第1の反射面を含む第1の反射器であって、該第1の反射器が回転しているときに、前記少なくとも1つのレーザビーム発生器によって生じたレーザビームが前記ガラスウェブ上の分離経路に沿って繰り返し通過するレーザビームスポットを生じるように、前記レーザビーム発生器と位置決めされた第1の反射器と、
    第2の軸周りに回転可能な第2の反射面を含む第2の反射器であって、該第2の反射器が回転しているときに、前記レーザビームスポットが前記ガラスウェブの搬送方向に移動するように、前記第1の反射器と位置決めされた第2の反射器と
    を含み、
    前記レーザビーム発生器によって生じた前記レーザビームが、前記第2の反射器の前記第2の反射面から反射する前に前記第1の反射器の前記第1の反射面から反射するように、前記第1の反射器が前記第2の反射器から上流に配置された
    ことを特徴とする装置。
  11. 前記第1の軸が前記第2の軸に対して垂直である、請求項10記載の装置。
  12. 前記少なくとも1つのレーザビーム発生器が、前記分離経路の対応する線分に沿った熱応力を各レーザビームスポットが生じる複数のレーザビームスポットを生じるよう構成された、請求項10または11記載の装置。
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