JP2022049013A - ガラスシートを切断するための方法および装置 - Google Patents

ガラスシートを切断するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明の根底にある課題は、薄いガラスの切り離しも安定したプロセスで確実に可能にすることである。【解決手段】本発明の方法は、最大300μmの厚さを有するガラスシートを準備し、ガラスシートに超短パルスレーザのパルスレーザビームを照射し、ガラスシートの内部におけるレーザビームの光強度は、レーザビームがガラスシートを貫通する経路に沿ってフィラメント状の損傷部を残すような大きさであり、レーザビームとガラスシートと互いに相対的に運動させ、レーザビームのパルスにより、ガラスシート上に延びている経路に沿ってフィラメント状の損傷部を相並んで形成し、フィラメント状の損傷部の形成中に少なくともガラスシートの表面に引張応力を加え、引張応力をガラスにフィラメント状の損傷部のところで作用させ、ガラスシートをフィラメント状の損傷部の形成中に経路に沿って切り離す。【選択図】図1

Description

この出願は、独国特許出願第102020123928.9号の後願であり、したがって、その内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。本出願人は、特にこの出願において同号の開示を用いかつ/または同号に基づき特許請求することを留保する。
本発明は、概して、薄いガラスの切断に関する。詳細には、本発明は、レーザ照射を用いてガラスを切断するための方法および装置に関する。
薄いガラスからの分離は、一般的に、公知の亀裂破断プロセスによって行われる。このようなプロセスは、少なくとも2段階で行われる。まず、例えばスクラッチングホイールまたはスクラッチングダイヤモンドのようなスクラッチング工具で表面的な損傷部が形成され、次いで、機械的な曲げまたは熱機械的な応力の導入によって、例えばCOレーザを用いて、板ガラスが表面的な損傷部に沿って切り離される。
ダイヤモンドまたは類似に成形されたスクラッチング工具を用いてクラックが形成される切断方法は、独国特許出願公開第102018131179号明細書に基づいて公知である。この方法によって、極めてしっかりとしたエッジを生じさせることができる。他方、スクラッチング工具としてのダイヤモンドは極めて敏感であり、特にガラスへの当付け時に損傷することがある。
レーザ誘導された応力クラック切り離しは、例えば米国特許出願公開第2013/0126576号明細書、国際公開第2011/026074号、および米国特許第6327875号明細書に基づいて公知である。これらの方法は、全般的に、薄いガラスでは不安定であるということが証明されている。それというのは、これらの方法では、ガラスの上側と下側との間で十分に大きな温度勾配を形成することが困難だからである。さらに、既に極めて小さな温度勾配によっても、不安定な三次元的な変形(「隆起部」)が生じてしまう。国際公開第2016/156235号は、比較的急な温度勾配を得るために、非対称のビームプロファイルを提案している。同様に国際公開第2016/156234号において特定されている特別なビームプロファイルでは、レーザの作用領域の2つの部分領域が切り離しラインに対して横方向に間隔を置いて配置されていて、作用領域で切出し部を取り囲んでおり、この切出し部を貫いて切り離しラインが延びており、この間隔の区分において、薄いガラスの切り離しラインの近傍の領域が、切り離しラインにおける領域よりも強く加熱されるようになっている。
さらに、独国特許出願公開第102017100015号明細書に基づいて、ガラス基板を切り離すための方法が公知である。この公知の方法では、予め規定された切り離しラインに沿って、パルスレーザビームによって、互いに間隔を置いて配置された損傷部が基板に形成される。このとき、互いに隣接して配置された損傷部の間の平均的な間隔と、それぞれ1つの損傷部を形成するためのレーザパルスの数と、は、基板の切り離しのための破断応力が、基準応力よりも小さく、かつ切り離し後に得られる切り離しエッジのエッジ強度が、それぞれの基板に関連した第2の基準応力よりも大きいように選択される。基板は、損傷部の形成後に応力の作用によって切り離しラインに沿って切り離し可能である。しかしながら、特に薄い基板では、パーフォレーションによって既にその強度が弱化されたガラス基板が、取扱い(例えば搬送)時に規定されずに個別化されてしまうという問題がある。これによって、切り離しが、エッジ経過に関してコントロールされずに、ひいては、場合によってはエッジの減じられた強度を伴っても行われることがある。その原因としては、薄いガラスは、その僅かな固有強度によって、取扱いの力を受けて変形する傾向があり、これによって、切り離しのために必要な引張応力よりも不本意に高い引張応力が加えられることがあるということが挙げられる。特にこのような応力が、予め準備されたラインに沿って作用せず、このラインに対して角度を成して加えられると、コントロールされない破断または減じられたエッジ強度が生じることがある。
ゆえに、本発明の根底にある課題は、薄いガラスの切り離しも安定したプロセスで確実に可能にすることである。この課題は、独立請求項の対象によって解決される。有利な実施形態は、それぞれの従属請求項に記載されている。
本発明によれば、ガラスシートを切り離すための方法であって、
- 最大300μmの厚さを有するガラスシートを準備し、
- ガラスシートに超短パルスレーザのパルスレーザビームを照射し、
- ガラスシートの内部におけるレーザビームの光強度は、レーザビームがガラスシートを貫通する経路に沿ってフィラメント状の損傷部を残すような大きさであり、
- レーザビームとガラスシートとを互いに相対的に運動させ、これによって、レーザビームのパルスにより、ガラスシート上に延びている経路に沿ってフィラメント状の損傷部を相並んで形成し、
- フィラメント状の損傷部の形成中に少なくともガラスシートの表面に引張応力を加え、引張応力をガラスにフィラメント状の損傷部のところで、好ましくは、相並んで位置しているフィラメント状の損傷部の経路に対して横方向、好ましくは垂直もしくは直交方向に作用させ、これによって、
- ガラスシートをフィラメント状の損傷部の形成中に経路に沿って切り離す、
方法が特定されている。
好ましくは、ガラスシートの厚さは、最大200μm、さらに好ましくは最大100μmである。特に本発明は、最大50μm、特に最大35μmの厚さの極めて薄いガラスにおいても使用可能である。1つの実施例では、30μmの厚さのガラスシートが加工される。
ガラスシートとは、その僅かな厚さに基づいて僅かな固有強度を有している極めて薄い板ガラスを意味している。
好ましくは、レーザビームは、所定の波長を有し、この波長に対してガラスシートのガラスは透明であり、これによって、レーザビームは、ガラスシートを透過することができる。
さらに、レーザビームは、焦点合わせ光学系によって焦点合わせすることができる。ここでは、特に焦点合わせによって、ガラスシートの内部におけるレーザビームの光強度は、レーザビームがガラスシートを貫通する経路に沿ってフィラメント状の損傷部を残すような大きさであってよい。
フィラメント状の損傷部の形成中に引張応力を加えるというのは、引張応力を加えることが1つのフィラメントを形成する工程と同時であってよいということである。しかしながら、全般的に、引張応力を加えることは、複数のフィラメントを形成する時間とオーバラップする時間で行うことができ、このようにすると、フィラメントの形成と、引張応力を加えることと、は、この時間的なオーバラップ中に同時に行われる。
以下、便宜上、フィラメント状の損傷部を単にフィラメントとも呼ぶ。フィラメント状の損傷部は、開放した連続的な細い通路であってよい。しかしながら、フィラメント状のもしくはライン状の材料変化部だけが存在していてもよい。また、1つのラインに沿って空洞または材料変化部が延びている混合形態も可能である。1つの形態は、例えば1つのラインに沿ってチェーン状に並列させられた短い損傷部であり、これらの損傷部は、強力なレーザビームの周期的な自己焦点合わせによって形成される。
驚いたことに、時間的に直接連続させて、超短パルスレーザのパルスによるパーフォレーション形成もしくは予備損傷のプロセスと、個別化のプロセスと、を実施し、これによって、1回のプロセスステップで規定して組み合わせることができることを確認することができた。このとき、ガラスにおけるパーフォレーション形成は、ガラスシートのガラスが規定の引張応力下にもたらされる間に実施される。パーフォレーション形成と、これによって達成される予備弱化と、を引張応力に組み合わせると、1回の緊締で直接基板を規定して弱化させ、かつ直接個別化することができる。これによって、通常の必要なエッジ品質を1回のステップで超短パルスレーザによる確立された切り離しプロセスによって得ることができる。
クラックは、典型的には新しいフィラメントが形成されると、特に引張応力の影響下で1つのフィラメントから次のフィラメントへと飛び移る。これによって、スクラッチングと、次いで行われる破断と、による切り離しの通常の2段階工程がなくなる。それだけでなく、クラックは、フィラメントからフィラメントへと徐々に運動するので、フィラメントが既に形成されている限り、クラックがフィラメントの列を追い越して、コントロールされずにさらに延びることも回避される。これによって、クラックの経過の良好なコントロールを達成することができる。
クラック成長の特に良好なコントロールが得られる実施形態では、ガラスシートが、経路に対して横方向に向けられた引張応力を生じさせるために曲げられる。そのために、ガラスシートは、凸部形成体を備える支持体上に載置されてよく、これによって、ガラスシートは、凸部形成体の上で曲げられる。凸部形成体は、好ましくは長く延ばされており、並列させられるフィラメントの経路は、凸部形成体の長手方向に沿って延びている。
ガラスシートの切り離しは、特に所望の寸法を有するガラス要素を製造するためにも用いることができる。このとき、予備処理をガラスリボンからのガラスシートの切り離しによって行うことができる。ガラスリボンからの切り離し時に生じる切り離しエッジは、高い品質を有している必要はない。例えば切り離しエッジは、ガラスリボンエッジに対して厳密に直角に延びていなくてもよい。しかしながら、高い形状忠実度は、レーザによってアシストされた切り離しによって達成される。それというのは、切り離しラインは、相前後して並列させられた複数のフィラメントの経路に厳密に追従するからである。したがって、方法の1つの実施形態では、高温成形プロセスで連続的なガラスリボンを製造し、このガラスリボンからガラスシートを切り離し、ガラスシートからガラス要素を、複数のフィラメント状の損傷部を形成しかつ並列させられることによって切り出すことが特定されている。
本明細書に記載した方法の特別な利用は、真っ直ぐな切り離しラインおよび互いに交差している切り離しラインの使用にある。しかしながら、基本的には、湾曲した切り離しライン(角隅半径)も可能である。
以下に、本発明を添付の図面に基づき、より正確に詳しく説明する。
ガラスシートを切り離すための装置を示す図である。 図1に示した配置形態の変化形態を示す図である。 ガラスシートのための搬送装置を備えた、図1に示した配置形態の別の変化形態を示す図である。 ガラスリボンから切り離されたガラスシートを示す図である。 異なる始点を備えたパーフォレーションの2つの経路を備えたガラスシートを示す図である。 レーザビームの互いに交差する2つの経路を備えたガラスシートを示す図である。 レーザビームの種々異なるビームプロファイルを示す図である。 ガラスシートを切り離すための装置の別の実施形態を示す図である。 ガラスシートを切り離すための装置の別の実施形態を示す図である。 ガラスシートを切り離すための装置の別の実施形態を示す図である。 ガラスシートを切り離すための装置の別の実施形態を示す図である。
図1には、本明細書に記載した方法を実施するための装置4が示してある。全般的に、特殊な図示の例に限定されることなく、最大300μmの厚さを有するガラスシート1を切り離すための装置4は、
- ガラスシート1にパルスレーザビーム5を照射するための超短パルスレーザ3であって、レーザビーム5が、所定の波長を有しており、この波長に対してガラスが透明であり、これによって、レーザビーム5が、ガラスシート1を透過することができる超短パルスレーザ3と、
- レーザビーム5を焦点合わせするための焦点合わせ光学系7であって、これによって、ガラスシート1の内部におけるレーザビーム5の光強度は、レーザビーム5がガラスシート1を貫通する経路に沿ってフィラメント状の損傷部9を残すような大きさである焦点合わせ光学系7と、
- レーザビーム5とガラスシート1とを互いに相対的に運動させるための装置21であって、これによって、レーザビーム5のパルスが、ガラスシート1上に延びている経路11に沿って相並んでフィラメント状の損傷部9を形成する装置21と、
- フィラメント状の損傷部9の形成中にガラスシート1に引張応力を加えるための装置であって、この引張応力は、ガラスにフィラメント状の損傷部9のところで、かつ相並んで位置しているフィラメント状の損傷部9の経路11に対して横方向に作用し、これによって、ガラスシート1が、フィラメント状の損傷部9の形成中に経路11に沿って切り離される装置と、
を備えている。
1つの実施形態によれば、超短パルスレーザ3は、いわゆるバーストモードで運転することができる。このバーストモード時にレーザパルスは、シングルパルスとして放射されるのではなく、短い間隔で相前後して放射されるパルス列として放射され、このようなパルス列は、共通の1つのパルスパッケージ、いわゆるバーストを形成する。1つのバースト内部におけるパルス周波数は、バーストの繰返し周波数よりも著しく高い。このようなパルスパッケージは、多くの場合、通常のシングルショット運転におけるシングルパルスよりも幾分大きなエネルギを有している。しかしながら、1つのバースト自体のパルスは、シングルパルスよりも明らかに僅かなエネルギを含んでいる。1つのバーストの内部におけるパルスのエネルギは一定である必要ななく、減少させることもできるし、増大させることもできる。本明細書に記載した方法の目的のために適したレーザは、例えば1064ナノメートルの波長で運転される、ネオジムが添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネットレーザである。1つの実施形態によれば、超短パルスレーザ3は、1kHz~1000kHzの範囲、好ましくは10kHz~400kHz、特に好ましくは30kKz~200kHzの範囲における繰返し率で運転される。繰返し率と、設定された経路11に沿ってレーザビーム5をガラスシート1にわたって運動させるスキャン速度と、は、互いに隣接したフィラメント状の損傷部9の所望の間隔(「ピッチ」とも呼ぶ)が得られるように選択することができる。レーザパルスの適切なパルス継続時間は、100ピコ秒未満の範囲にあり、好ましくは20ピコ秒未満である。超短パルスレーザ3の典型的な平均出力は、好ましくは50~500ワットの範囲にある。フィラメント状の損傷部9をガラスに生じさせるために、本発明の1つの好適な発展形態によれば、400マイクロジュールよりも多くの、バーストにおけるパルスエネルギが使用され、さらに好ましくは500マイクロジュールよりも多くの全バーストエネルギが使用される。
好ましくは、フィラメント状の損傷部9は、1μm~10μm、好ましくは3μm~8μmの範囲における平均的な相互間隔、つまり、ピッチを有している。
バーストモードにおける超短パルスレーザ3の運転の際、繰返し率は、バーストの放射の繰返し率である。パルス継続時間は、典型的には、レーザがシングルパルス運転で運転されるかまたはバーストモードで運転されるかに実質的に左右されない。したがって、1つのバーストの内部におけるパルスは、一般的に、シングルパルス運転における1つのパルスに似たパルス長さを有している。1つのバーストの内部における個々のパルスの周波数は、15MHz~90MHzの範囲、好ましくは20MHz~85MHzの範囲にあってよく、例えば50MHzである。バーストにおけるパルスの数は、2~10パルスの範囲にあってよく、例えば6パルスであってよい。好ましい繰返し率、つまり、バーストが繰り返す率は、50~500kHzの範囲にある。
好ましくは、装置4は図示の例のように支持体15を含んでおり、この支持体15上にガラスシート1が載置されている。支持体15は、凸部形成体を備えた載置面16を有していてよく、これによって、ガラスシート1は凸部形成体の上で曲がる。凸部形成体の上におけるガラスシート1のこの曲がりによって、引張応力が生じる。
1つの実施形態によれば、支持体15は載置面16を有していて、この載置面16上にロッド17が載置されており、このロッド17は、長く延ばされた凸部形成体を形成していて、この凸部形成体の上で、載置されたガラスシート1は曲がる。
例えばロッド17のような凸部形成体の上でのガラスシート1の曲がりは、凸部形成体の長手方向に延びる湾曲軸線13を生じさせる。ガラス表面における、曲がりによって生じた引張応力の方向は、湾曲軸線13ひいては凸部形成体の長手方向軸線に対して横方向、特に垂直に延びている。
レーザビーム5とガラスシート1とを互いに相対的に運動させるための装置21は、図1に横桁によって象徴的に示されており、この横桁に沿って、超短パルスレーザ3は焦点合わせ光学系7と一緒にガラスシート1にわたって運動させられる。レーザ3の運動の代わりにまたはこの運動に加えて、設定された経路11に沿ってレーザビーム5をガラスシート1の表面にわたってガイドするために、ガラスシート1を位置固定のレーザビーム5に対して運動させることも可能である。ガラスシート1の自発的でコントロールされた切り離しを、予め規定された経路11に沿って、並列させられた複数のフィラメント状の損傷部9によって達成するために、経路11、つまり、レーザビーム5の運動方向もガラスシート1の表面にわたって凸部形成体の長手方向に沿って、より一般的に言えば、ガラスシート1の曲がりの湾曲軸線13に沿って延びている。ロッド17の上における曲がりに基づいて、曲がりの湾曲軸線13もまた、ロッド17の、より一般的に言えば、長く延ばされた凸部形成体の長手方向軸線に対して平行に位置している。
並列させられた複数のフィラメントから成るパーフォレーションを、曲がりによって生じた引張応力ラインに沿って形成することによって、パーフォレーションプロセスステップによるガラスシート1の個別化が直接行われる。切り離しは、幾何学的な曲げラインとパーフォレーションラインとが通常の製作公差の範囲内で互いに異なっている場合にも、なお行うことができる。好ましくは、偏差は、1mm未満、好ましくは0.5mm未満、特に好ましくは0.3mm未満の範囲にある。
規定された曲がりが生じることは好ましいことであり、これは、相応に成形された支持体15上における載置によって保証される。さらに、ガラスにおいてパーフォレーションもしくはレーザフィラメントを形成するためには、レーザビーム5が、ガラスに対して可能な限り直交するように衝突すると、全般的に好適である。好ましくは、表面への垂直からの入射方向の偏差は5°未満である。
切り離し時に発生する破断は、1つのフィラメント状の損傷部9から次のフィラメント状の損傷部に経路11に沿って飛び移ることが想定される。これによって、破断が、ガラスシート1にわたってガイドされるレーザビーム5を追い越すことができないことが達成される。それというのは、破断は、先行して位置している更なるフィラメントが存在しないことに基づいて、最後に形成されたフィラメントのところで停止するからである。もし破断が、次々と形成されたフィラメントの列を追い越すとしたら、フィラメントに沿ったガイドが存在しないことに基づいて、破断エッジのコントロールされない経過が発生してしまうことになる。
本明細書に記載した切り離し工程の枠内における1つのパラメータは、ガラスシート1における引張応力であり、この引張応力は、例えば下に位置しているロッド17の種々様々な直径によって決定される。例えば30μmの厚さのガラスAS87でD=6mmの円形ロッドによって、360MPaの最大引張応力が生じる。この値は、通常の切り離し強度(レーザプロセスに応じて典型的に15~35MPa)を一桁上回っている。これによって、レーザラインおよび機械的な曲がりの方向付けが1回のステップで行われることにより、最も薄いガラスにおけるコントロールされた切り離し工程が実施される。全般的に、図示の例に限定されることなしに、または曲げによる引張応力の発生だけに限定されることなしに、1つの実施形態によれば、経路11の領域でガラスシート1に対して、少なくとも75MPa、好ましくは少なくとも150MPa、特に好ましくは少なくとも250MPaの値の引張応力を、ガラスシート1の少なくとも1つの表面で生じさせることが特定されている。他方、極めて高い引張応力は場合によっては不都合である。それというのは、このような引張応力は、自然発生的な破断を生じさせるおそれがあるからである。好ましくは、ガラスシート1に加えられる最大の引張応力は、最大750MPaである。
以下の表にリストアップされた実施例は、ガラスシート1において生じる切り離しエッジの品質に対するロッド17の直径の影響を調べたものである:
Figure 2022049013000002
試験は、AS87ガラスから成る厚さ30μmのガラスシート1において実施された。最適なエッジは、表に挙げられた結果によれば、6mmのロッド直径によって得られる。
代替的なまたは補足的な実施形態によれば、ガラスシート1は、支持体15における段部18の上で曲げられ、このとき、フィラメント状の損傷部9は、段部18に沿って延びている経路11に沿って形成される。段部18における基板の懸吊によって、基板に規定の引張応力が加えられる。図2には、この実施形態に相応して形成された、図1による装置4の変化形態が示してある。このような配置形態は、ガラスシート1を次々と平行な切断部で分割するために有利であると言え、この場合、ガラスシート1は、1回の切り離し工程後にさらに段部18を越えて移動させられ、次いで、更なる切り離しが行われる。
図3には、図1に示した配置形態の別の変化形態が示してあり、この変化形態では、ガラスシート1を運動させる送り装置または搬送装置23が設けられている。この実施形態の原理は、搬送装置23が次のように構成されていることに基づく。すなわち、ここでは、搬送装置23は、ガラスシート1が搬送装置23上で曲げられ、ガラスシート1の曲がりの湾曲軸線13が搬送装置23の送り方向24に対して横方向、特に垂直に位置しているように形成されている。ガラスシート1の曲がりは、特に種々様々な搬送要素の配置および構成によって達成される。図3に示した例は、搬送要素として2つのコンベヤベルト25を有している。両コンベヤベルト25は、異なる平面に配置されているので、図2に示した実施形態に類似して段部が形成されていて、この段部を越えてガラスシート1は延びている。
図4には、方法の典型的な使用例が示してある。この方法もしくは方法を実施するための装置4は、ガラスシート1からガラス要素2を切り離すために使用することができる。ガラスシート1は、互いに反対側に位置している2つの側に肉厚のエッジ領域として形成された耳部19を有している。このようなガラスシート1は、ガラスリボンからの切断物として切り離された場合に得られ、このとき、ガラスリボンは、連続的な熱間成形プロセスで製造される。好適な実施形態では、ガラスリボンは、ガラスリボンが下方に向かって開放したノズルから引き出されるダウンドロー法で製造される。このとき、耳部19は、まだ高温の軟らかいガラスがノズルからの引出し後に再び収縮する傾向を示すことによって発生する。この収縮は、特にガラスリボンのエッジにおいて生じる。耳部19によってガラスシート1は、耳部19と交差する湾曲軸線13による曲げ時に、耳部19の長手方向に対して平行に位置している湾曲軸線による曲げ時よりも高い剛性を有している。
ここでは、方法は、特に形状および寸法の点で正確に規定されたガラス要素2を製造するために用いることができる。図4で認識できるように、ガラスシート1の、耳部19と交差するエッジ98,99は、耳部を備えたエッジ100,101に対して正確に直角ではない。このようなガラスシート1は、特にガラスリボンの縁部にだけ短いクラックを形成することによって連続的なガラスリボンからガラスシート1を切り離す場合に得ることができる。このとき、エッジ98,99は、ガラスリボンの、クラックから出発する破断によって発生し、これによって、破断は、必ずしも完全にガラスリボンの両長手方向エッジに対して直角に延びているのではない。他方、この予備切断法は、迅速な粗切断ひいてはガラスリボンの高い送り速度を可能にする。ゆえに、本明細書に記載した例に限定されることなしに、方法の1つの実施形態では、高温成形プロセスで連続的なガラスリボンを製造し、このガラスリボンの縁部にクラックを形成し、ガラスシート1を、クラックから出発しかつガラスリボンを横方向に切り離す破断によって分割することにより、ガラスリボンからガラスシート1を切り離すことが特定されている。次いで、記載したように、フィラメント状の損傷部9を1つまたは複数の予め規定された経路11に沿って形成しかつ並列させることによって、ガラスシート1からガラス要素2を切り離すことができる。
図4に示した例では、ガラスシート1の外側輪郭の範囲内で延びている経路11は、より小さな経路または区分111,112に区分されている。経路11は、全体として、ガラスシート1から解離すべきガラス要素2の輪郭を取り囲んでいる。レーザビーム5によるパーフォレーション形成中に切り離しの目的で引張応力を発生させるためのガラスシート1の曲げを容易にするために、全般的に好ましくは、まず、ガラスシート1を、経路11の、耳部19に沿って延びている区分111を切り離し、次いで、経路11の、耳部19に対して横方向に延びている区分112に沿って切り離す。すなわち、ガラスシート1は、耳部19に対して平行に延びている凸部形成体の上で容易に曲げられるようになっている。これに対して、もし凸部形成体が耳部19と交差していると、極めて剛性の耳部19も一緒に曲げなくてはならないことになる。好ましくは、耳部19に沿って延びている区分111は、ガラスシート1のエッジ98,99のうちの少なくとも1つのエッジを越えてガイドされる。図示の例では、両区分111がガラスシート1の両横方向エッジ98,99を越えて延びている。耳部19が切り離されると、次いで、ガラスシート1は、耳部19に対して垂直な方向で容易に曲がることができる。したがって、図示の例に限定されることなしに、1つの実施形態によれば、全般的に、互いに反対側に位置している2つのエッジ100,101を有していて、これらのエッジ100,101に沿って延びている肉厚の領域の形態の耳部19を有しているガラスシート1を準備することが特定されており、このとき、ガラスシート1は、まず、耳部19を備えたエッジ100,101の方向に延びている2つの経路111に沿って切り離され、次いで、ガラスシート1は、両経路111に対して横方向にエッジ98,99の方向に延びている少なくとも1つの別の経路112に沿って切り離される。好ましくは、切り離しは、図示されてもいるように、耳部19を備えたエッジ100,101に対して横方向に延びている2つの経路112に沿って行われる。耳部19を備えたエッジ100,101の方向における経路111は、好ましくは、これらのエッジ100,101に対して平行に延びている。しかしながら、このようにして加工されるガラス要素2の所望の形状に応じて、これらの経路111は、エッジ98,99に対してある程度の角度を有していてもよい。しかしながら、この場合、経路112またはその延長線は、好ましくは耳部19と交差しておらず、これによって、耳部19が引張応力を生じさせるために一緒に曲げられねばならないことを回避することができる。同様に、耳部19を備えたエッジ100,101に対して横方向に延びている経路112も、図4に示すようにエッジ100,101に対して垂直に延びている。このようにして、平行に延びている経路111と、垂直に延びている経路112と、によって、方形のガラス要素2がガラスシート1から切り出される。
安定したプロセスガイドのために、全般的に好ましくは、例えば耳部19を備えたガラスリボン区分のような、ガラスシート1の切断エッジにおける引張応力は、そこに存在しているエッジ強度を超えておらず、これによって、コントロールされない破断が発生しなくなる。エッジ強度は、同様に製造された試料における破断試験によって求めることができる。エッジ強度としては、試料が破断する引張応力の平均値を設定することができる。したがって、全般的に、図示された例に限定されることなしに、ガラスシート1には、引張応力の平均値、つまり、ガラスシート1がエッジのところで裂断する平均的な破断応力の平均値よりも小さな引張応力を加えることが特定されている。好ましくは、加えられる引張応力は、平均的な破断応力の2/3の大きさの値、特に好ましくは平均的な破断応力の半分の大きさの値を超えない。
超短パルスレーザ3によるプロセスガイドでは、特に方法の2つの特徴が存在していてよい。これらの方法変化形態を、図5を参照しながら詳しく説明する。図5には、パーフォレーション、つまり、並列させられた複数のフィラメント状の損傷部9の2つの経路111,112を備えたガラスシート1が示してある。両経路111,112はその始点113に関して互いに異なっている。方法の1つの実施形態によれば、レーザビームの経路は、ガラスシート1の互いに反対側に位置している2つのエッジ100,101と交差している。つまり、パーフォレーション(レーザラインもしくは経路11)は、連続的にガラスシート1のエッジを越えて、つまり、先越えと後越えとを伴って形成されている。しかしながら、場合によっては、切断法に応じて、未加工ガラスシートもしくはガラスシート1のエッジのところで電圧はコントロールされていなくてもよく、これによって、破断は規定されずに開始する。しかしながら、経路111の例で実現された連続的なパーフォレーションは、良好に規定された連続的な切り離しエッジを生じさせるために好適である。
別の可能性は、経路112によって実現されて形成されたパーフォレーションである。ここでは、レーザビーム5の経路112の始点113は、ガラスシート1に位置していて、これによって、ガラスシート1の全てのエッジに対して間隔を有している。つまり、パーフォレーション(レーザラインもしくは経路11)は、最初にガラスシート1の範囲内で始められ、好ましくは相応の後越えを伴ってのみ形成される。このとき、パーフォレーションが形成されていない第1の区分は、驚いたことに、全般的に、残留領域において使用する破断機構に基づいて引張応力下で自動的にかつコントロールされて切り離される。1つの実施形態によれば、最も近いエッジに対する間隔は、1~2mmである。好ましくは、レーザビーム5は、最後にガラスシート1のエッジのうちの1つのエッジを越えてガイドされ、これによって、レーザビームの経路112は、相応にエッジのうちの1つのエッジ、ここではエッジ101と交差する。
両実施形態は、組み合わせられてもよく、特に経路111,112の両形状を形成することができる。例えば、形成された始点113を備えた連続的でない第1の切断部を形成することができる。互いに反対側に位置している2つのエッジと交差している第2の経路は、連続的でない切断部もしくは経路と交差することができ、これによって、ガラス要素2を切り離すことができる。この実施形態は図6に示してある。つまり、この場合には、ガラスシート1が経路112の始点113とエッジ100との間で自発的に破断することも不要である。
ガラスシート1の切り離し可能性ひいては加えるべき引張応力には、例えばピッチ、つまり、フィラメント状の損傷部9の相互間隔のような複数のパラメータによって影響を与えることができる。引張応力を低減するための1つの可能性は、レーザビーム5の規定のビームプロファイルの調整である。そのために、1つの実施形態によれば、焦点合わせ光学系7が設けられ、この焦点合わせ光学系7は、ガラスシート1におけるレーザビーム5のビームプロファイルを生じさせ、このビームプロファイルは、経路11に沿った方向で経路11に対して垂直な方向よりも長く延ばされている。ガラスシート1に、このようなビームプロファイルを備えたレーザビーム5が照射されることによって、切り離し可能性を容易にするかもしくは低い引張応力での切り離しを可能にする、マイクロクラックの優先方向を生じさせることができる。図7には、普遍性の制限なしに、レーザビーム5の種々様々なビームプロファイルの例が示してあり、これらのビームプロファイルは、上述したように、経路11の方向で経路11に対して垂直な方向よりも長く延ばされている。部分図(a)には、楕円形のビームプロファイルを備えたレーザビーム5が示してあり、このビームプロファイルの長軸は、経路11の方向に向けられている。部分図(b)に示したビームプロファイルでは、ビームプロファイルは、2つの切り離されたスポットに分割されており、両スポットは経路11に沿った方向で互いに間隔を置いて配置されている。この間隔によって、ビームプロファイルは、同様に経路11の方向で経路11に対して垂直な方向よりも長く延ばされている。また、経路11に対して垂直な鏡像軸線に関して非対称のビームプロファイルを設けることも可能である。このような1つの例が、部分図(c)に示してある。このビームプロファイルは、経路11に沿って長く延ばされた液滴の形状を有している。例として図7に示すような長く延ばされたビームプロファイルは、特に直線でない経路11でも切り離しを容易にすることができる。
図8~図10には、ガラスシート1を切り離すための装置4の更なる実施形態が示してある。図8は、図1に示した例の変化形態である。図8に1つの例として示した実施形態では、長く延ばされた凸部形成体を備えた支持体15が設けられ、凸部形成体は、レーザビーム5の衝突箇所の領域に中断部を有しているので、支持体15に載置されているガラスシート1は、レーザビーム5の衝突箇所のところで露出している。図8の例では、中断部はロッド17に設けられた溝27によって実現されている。ガラスシート1は、この溝27を跨いで載置されている。このようにして、レーザビーム5は、ガラスシート1の貫通後にロッド17に直接衝突しない。これによって、ロッド17の損傷が回避される。
上に示した実施例では、ガラスシート1の曲げによって、レーザビーム5の、超短パルスレーザ3もしくは入射方向に向けられた側に引張応力が生じさせられていた。しかしながら、ガラスシート1の、超短パルスレーザ3とは反対の側で引張応力が生じるように、ガラスシート1を曲げることも全般的に可能である。図9には、そのための1つの例が示してある。全般的に、図示の例に限定されることなしに、1つの実施形態では、ガラスシート1の、超短パルスレーザ3に向けられた側が、凹状に曲げられることが特定されている。このことを達成するために、さらに全般的に、間隙29を備えた支持体を設けることができ、このとき、ガラスシート1は間隙29内へと湾曲する。図示の例では、支持体は、間隙29によって隔てられた2つのコンベヤベルト25を備えた搬送装置または送り装置23の形態で設けられている。ガラスシート1は、間隙29のところで撓み、これによって、間隙29内に湾曲している。この実施形態の利点としては、引張応力が、ガラスシート1の、自重によって生じた撓み時に、ガラスシート1の反対側の広幅領域にわたって分散するということがあり、これによって、この配置形態は、経路11の長さもしくはレーザビーム5の衝突点に対してあまり敏感でない。これによって、直線的でない経路もしくは切り離しエッジも簡単に実現することができる。コンベヤベルト25または全般的に運動装置21の互いに逆向きの運動によって、ここでも、ガラスシート1の曲げ半径ひいては引張応力を調整するという可能性が存在している。しかしながら、この場合には、レーザビーム5に関するガラスシート1の鉛直方向位置も変化する。
図面を参照しながら上述した実施形態では、ガラスシート1の少なくとも1つの表面に対する引張応力は、ガラスシート1の曲げによって生じさせられていた。上述した実施例では、曲げ時に、凸状に曲げられた側で引張応力が生じているのに対して、反対側に位置している凹状に曲げられた側では、圧縮応力が生じる。しかしながら、引張応力を生じさせるために、ガラスシート1を引っ張ることも可能である。このときに発生する引張応力は、互いに反対側に位置している両側で作用する。当業者にとって明らかであるように、このとき、好ましくは、ガラスシート1は、フィラメントの経路に対して横方向、好ましくはフィラメントの経路に対して垂直な方向に引っ張られる。
図10には、この実施形態を実施するための装置が示してある。この装置では、引張装置30(図では2つのグリップトングによって象徴的に図示)が設けられており、両引張装置30は、ガラスシート1を経路11に対して横方向に引っ張り、これによって、ガラスシート1の互いに反対側に位置している2つの表面で引張応力が生じる。
図11には、ガラスシート1を切り離すための装置4の更なる1つの変化形態が、断面されて斜視図で示してある。この装置4によって、ガラスシート1を、直線的でない経路11に沿って切り離すことができる。全般的に、この装置は、パンチおよび凸部形成体を使用することに基づいており、パンチと凸部形成体とは、互いにずらされていて、一緒にガイドされる。ガラスシート1は、一緒にガイドされる両要素の間で曲げられる。図示の例では、パンチ32はプレート状であり、凸部形成体はリング34である。これによって、環状の引張応力ゾーンが生じ、引張応力は、半径方向でガラスシート表面に沿って作用する。このようにして、ガラスシート1を、全般的に環状の、例えば図示のように円形状の経路11に沿って切り離すことができる。当業者にとって明らかなように、方法および装置は、本明細書に記載された特殊な実施例に限定されるものではなく、後続の請求項の対象の枠内で変更可能である。特に、種々様々な実施例を互いに組み合わせることも可能である。例えば図3に示した搬送装置23を図1の例において設けることが可能である。このとき、ロッド17は、全般的に、受動的に回転可能なローラであってもよいし、能動的に回転可能なローラであってもよい。また、ガラス要素2の直線的でない輪郭を生じさせるための、パンチ32と環状の凸部形成体とを備えた例も1つの例である。本明細書では、また、例えば、少なくとも1つのガラス表面に沿って作用する引張応力を生じさせるために、負圧を加えるという他の可能性もある。
1 ガラスシート
2 ガラス要素
3 超短パルスレーザ
4 ガラスシートを切り離すための装置
5 レーザビーム
7 焦点合わせ光学系
9 フィラメント状の損傷部
11,111,112 経路
13 湾曲軸線
15 支持体
16 載置面
17 ロッド
18 段部
19 耳部
21 運動装置
23 搬送装置
24 送り方向
25 コンベヤベルト
27 溝
29 間隙
30 グリップ装置
32 パンチ
34 リング
98,99,100,101 ガラスシートのエッジ
113 経路11,111,112の始点

Claims (11)

  1. ガラスシートを切り離すための方法であって、
    - 最大300μmの厚さを有するガラスシート(1)を準備し、
    - 前記ガラスシート(1)に超短パルスレーザ(3)のパルスレーザビーム(5)を照射し、
    - 前記ガラスシート(1)の内部における前記レーザビーム(5)の光強度は、前記レーザビーム(5)が前記ガラスシート(1)を貫通する経路に沿ってフィラメント状の損傷部(9)を残すような大きさであり、
    - 前記レーザビーム(5)と前記ガラスシート(1)とを互いに相対的に運動させ、これによって、前記レーザビーム(5)のパルスにより、前記ガラスシート(1)上に延びている経路(11)に沿って前記フィラメント状の損傷部(9)を相並んで形成し、
    - 前記フィラメント状の損傷部(9)の形成中に少なくとも前記ガラスシート(1)の表面に引張応力を加え、前記引張応力をガラスに前記フィラメント状の損傷部(9)のところで、好ましくは、相並んで位置している前記フィラメント状の損傷部(9)の前記経路(11)に対して横方向に作用させ、これによって、
    - 前記ガラスシート(1)を前記フィラメント状の損傷部(9)の形成中に前記経路(11)に沿って切り離す、
    方法。
  2. 切り離し時に発生する破断は、1つのフィラメント状の損傷部(9)から次のフィラメント状の損傷部(9)に向かって前記経路(11)に沿って飛び移ることを特徴とする、
    請求項1記載の方法。
  3. 前記ガラスシート(1)を、前記経路(11)に対して横方向に向けられた引張応力を生じさせるために曲げることを特徴とする、
    請求項1または2記載の方法。
  4. 前記方法は、以下の特徴、すなわち、
    - 前記ガラスシート(1)を、凸部形成体を備える支持体(15)上に載置し、これによって、前記ガラスシート(1)を前記凸部形成体の上で曲げること、
    - 載置面(16)を備える支持体(15)を準備し、前記載置面(16)上にロッド(17)を載置し、前記ロッド(17)は、長く延ばされた凸部形成体を形成しており、前記凸部形成体の上で、載置された前記ガラスシート(1)を曲げること、
    - 前記ガラスシート(1)を、前記ガラスシート(1)が載置される支持体(15)における段部(18)の上で曲げ、前記フィラメント状の損傷部(9)を、前記段部(18)に沿って延びている経路(11)に沿って形成すること、
    - 前記ガラスシート(1)を搬送装置(23)を用いて運動させ、前記搬送装置(23)は、前記ガラスシート(1)が前記搬送装置(23)上で曲げられ、前記ガラスシート(1)の曲げの湾曲軸線(13)が、前記搬送装置(23)の送り方向(24)に対して横方向、特に前記送り方向(24)に対して垂直に位置しているように形成されていること、
    のうちの少なくとも1つの特徴を含むことを特徴とする、
    請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 高温成形プロセスで連続的なガラスリボンを製造し、前記ガラスリボンから前記ガラスシート(1)を切り離し、前記ガラスシート(1)からガラス要素(2)を、複数のフィラメント状の損傷部(9)を形成しかつ並列させることによって切り出すことを特徴とする、
    請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 前記方法は、以下の特徴、すなわち、
    - 前記経路(11)の領域における前記ガラスシート(1)に、前記ガラスシートの少なくとも1つの表面のところで引張応力を生じさせ、前記引張応力は、少なくとも75MPa、好ましくは少なくとも150MPa、特に好ましくは少なくとも250MPaであること、
    - 前記ガラスシート(1)に加えられる最大の引張応力は、最大750MPaであること、
    - 加えられる前記引張応力は、前記ガラスシート(1)のエッジにおける平均的な破断応力の最大2/3、特に好ましくは半分であること、
    - 引張装置(30)によって、前記ガラスシート(1)を前記経路(11)に対して横方向に引っ張り、これによって、前記ガラスシート(1)の互いに反対側に位置している両表面で引張応力を生じさせること、
    のうちの少なくとも1つの特徴を含むことを特徴とする、
    請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 前記方法は、以下の特徴、すなわち、
    - 前記レーザビーム(5)の前記経路(111)は、前記ガラスシート(1)の互いに反対側に位置している2つのエッジ(100,101)と交差していること、
    - 前記レーザビームの前記経路(12)の始点(113)が、前記ガラスシート(1)上に位置しており、これによって、前記始点は、前記ガラスシート(1)の全てのエッジに対して間隔を有すること、
    - 前記ガラスシートにレーザビーム(5)を照射し、前記ガラスシート(1)における前記レーザビーム(5)のビームプロファイルが、前記経路(11)に沿った方向で前記経路(11)に対して垂直な方向よりも長く延ばされていること、
    のうちの少なくとも1つの特徴を含むことを特徴とする、
    請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. ガラスシート(1)を準備し、前記ガラスシート(1)は、互いに反対側に位置している2つのエッジ(100,101)を有し、前記エッジ(100,101)は、前記エッジ(100,101)に沿って延びている肉厚の領域の形態の耳部(19)を有し、前記ガラスシート(1)を、まず、前記耳部(19)を備える前記エッジ(100,101)の方向に延びている2つの経路(111)に沿って切り離し、次いで、前記ガラスシート(1)を、前記エッジの方向における前記2つの経路(111)に対して横方向に延びている少なくとも1つの別の経路(112)に沿って切り離すことを特徴とする、
    請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 最大300μmの厚さを有するガラスシートを切り離すための装置(4)であって、前記装置(4)は、
    - 前記ガラスシート(1)にパルスレーザビーム(5)を照射するための超短パルスレーザ(3)であって、前記レーザビーム(5)は、所定の波長を有し、前記波長に対してガラスは透明であり、これによって、前記レーザビーム(5)は、前記ガラスシート(1)を透過することができる超短パルスレーザ(3)と、
    - 前記レーザビーム(5)を焦点合わせするための焦点合わせ光学系(7)であって、これによって、前記ガラスシート(1)の内部における前記レーザビーム(5)の光強度は、前記レーザビーム(5)が前記ガラスシート(1)を貫通する経路に沿ってフィラメント状の損傷部(9)を残すような大きさである焦点合わせ光学系(7)と、
    - レーザビーム(5)とガラスシート(1)とを互いに相対的に運動させるための装置(21)であって、これによって、前記レーザビーム(5)のパルスが、前記ガラスシート(1)上に延びている経路(11)に沿って相並んでフィラメント状の損傷部(9)を形成する装置(21)と、
    - 前記フィラメント状の損傷部(9)の形成中に前記ガラスシート(1)に引張応力を加えるための装置であって、前記引張応力は、ガラスに前記フィラメント状の損傷部(9)のところで、かつ相並んで位置しているフィラメント状の損傷部(9)の前記経路(11)に対して横方向に作用し、これによって、前記ガラスシート(1)は、前記フィラメント状の損傷部(9)の形成中に前記経路(11)に沿って切り離される装置と、
    を備える装置(4)。
  10. 前記装置(4)は、以下の特徴、すなわち、
    - 前記装置(4)は、凸部形成体を備える支持体(15)を有し、これによって、載置されたガラスシート(1)が、前記凸部形成体の上で曲がること、
    - 前記装置(4)は、段部(18)を備える支持体(15)を有し、前記段部(18)の上で、載置されたガラスシート(1)が曲がること、
    - 前記装置(4)は、送り装置(23)を有し、前記送り装置(23)は、前記ガラスシート(1)が前記送り装置(23)上で曲げられ、これによって、前記ガラスシート(1)の曲げの湾曲軸線(13)が、前記送り装置(23)の送り方向(24)に対して横方向、特に垂直に位置しているように形成されていること、
    - 引張装置(30)が設けられており、前記引張装置(30)は、前記ガラスシート(1)を前記経路(11)に対して横方向に引っ張り、これによって、前記ガラスシート(1)の互いに反対側に位置している両表面で引張応力が生じること、
    のうちの少なくとも1つの特徴を備えることを特徴とする、
    請求項9記載の装置(4)。
  11. 前記装置(4)は、前記ガラスシート(1)における前記レーザビーム(5)のビームプロファイルを生じさせる焦点合わせ光学系(7)を備え、前記ビームプロファイルは、前記経路(11)に沿った方向で前記経路(11)に対して垂直な方向よりも長く延ばされていることを特徴とする、
    請求項9または10記載の装置(4)。
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