KR101583108B1 - 취성 재료의 절단 방법 - Google Patents

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씨어리 엘 단노욱스
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코닝 인코포레이티드
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Abstract

취성 재료를 절단하기 위한 방법이 제시된다. 상기 방법은 취성 재료를 제 1 부와 제 2 부로 분할하기 위하여 상기 취성 재료를 분리 경로에 따라 가열하는 단계를 포함한다. 적어도 제 1 부는 분리 경로에 따라 뻗어있는 제 1 열 영향부를 포함한다. 상기 방법은 분리 경로로부터 제 1 거리로 뻗어있는 제 1 분할 경로를 따라 제 1 부의 나머지부와 제 1 열 영향부의 적어도 일부를 자연스럽게 분리하는 단계를 더 포함한다. 자연스러운 분리는 취성 재료를 가열하는 단계의 결과로 발생한다.

Description

취성 재료의 절단 방법{METHODS FOR CUTTING A FRAGILE MATERIAL}
본 발명은 전반적으로 절단 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 취성 재료의 절단 방법에 관한 것이다.
유리 시트 성형은 다양한 분야에 바람직하다. 초기 성형 이후에, 유리 시트는 종종 필요한 주변 형상과 엣지 특성을 갖는 최종 유리 제품을 얻기 위하여 절단될 필요가 있다.
바람직한 특성의 엣지를 제공하면서 편리하게 분리되는 취성 재료용 절단 기술을 제공할 필요가 있다.
일 실시예의 특징으로서, 취성 재료의 절단 방법이 제시된다. 상기 방법은 분리 경로를 따라 취성 재료를 가열하는 단계를 포함하여 상기 취성 재료를 제 1 부 및 제 2 부로 분리시킨다. 적어도 제 1 부는 분리 경로를 따라 뻗어있는 제 1 열 영향부를 포함한다. 상기 방법은 분리 경로로부터 제 1 거리 뻗어있는 제 1 분할 경로를 따라서 제 1 열 영향부의 적어도 일부와 제 1 부의 나머지부를 자연스럽게 분리하는 단계를 더 포함한다. 자연스러운 분리는 취성 재료를 가열하는 단계의 결과로 발생한다.
본 발명의 이들 특징과 여러 특징 및 장점은 첨부한 도면을 참조하여 아래 기재된 상세한 설명을 참조한다면 보다 용이하게 파악될 수 있을 것이다.
도 1a는 도 2의 선 1A-1A에 따른 단면도이고;
도 1b는 도 2의 선 1B-1B에 따른 단면도이고;
도 1c는 도 2의 선 1C-1C에 따른 단면도이고;
도 2는 일 실시예에 따른 방법의 개략적인 평면도이며;
도 3은 실질적으로 무결한 엣지를 포함한 유리 시트를 유리 벌브로부터 절단하기 위한 일 실시예의 시스템의 개략적인 도면이다.
본 발명의 방법은 본 발명의 실시예가 도시된 첨부한 도면을 참조하여 이후 더욱 상세하게 기재되어 있다. 가능하다면, 동일한 부재번호가 동일하거나 유사한 부재를 지시하도록 도면에 사용되었다. 그러나, 본 발명은 여러 상이한 형태로 구체화될 수 있고 본 명세서에서 설명된 실시예 만으로 한정되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예의 방법은 얇은 두께의 깨지기 쉬운 취성 재료를 포함한다. 취성 재료의 두께 범위는 광범위하다. 예를 들면, 박막 유리는 대략 5 ㎛ 내지 대략 150 ㎛처럼, 150 ㎛이하의 두께("T")를 갖도록 사용될 수 있다. 여러 두께가 다른 실시예에 통합될 수 있지만, 다른 일 실시예에 있어서, 대략 20 ㎛ 내지 대략 100 ㎛의 두께("T")를 갖는 박막 유리가 사용될 수 있다.
취성 재료는 투명성, 반투명성, 칼라, 또는 여러 유리 타입의 유리를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 취성 재료가 유리 및 폴리머를 포함한 합성물과 같은 폴리머로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 취성 재료가 석영 합성물(composition), 세라믹, 또는 유리 세라믹과 같은 수정체 재료로 이루어질 수 있다. 취성 재료가 다양한 분야에 대해 사용될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 취성 재료가 LCD나 또는 여러 디스플레이 장치와 같은 디스플레이 조립체용 유리로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도시된 바와 같이, 취성 재료(10)가 가요성 디스플레이 분야에 사용되도록 구성된 가요성 유리 재료를 포함하여 제공될 수 있다. 이러한 가요성 유리 재료는 디스플레이가 보관 구성으로서 말릴 수 있게 하고 취성 재료가 효율적인 방식으로 처리될 수 있다. 취성 재료가 평면형, 원통형, 원추형, 절두원추형 또는 여러 형상과 같은 매우 다양한 형상으로 구성될 수 있다.
본 명세서에 개시된 방법은 취성 재료(10)를 절단하는 단계를 포함한다. 절단 실시예는 초기 스코어링, 엣칭 또는 완전한 절단을 포함하며, 이들을 통해 각각 취성 재료(10)가 분리될 수 있다. 취성 재료(10)를 가열하는 단계는 다양한 기술을 사용해 달성될 수 있다. 예를 들면, 가열하는 단계는 경로에 따른 실질적으로 모든 위치에 적용가능하다. 선택적으로, 가열하는 단계는 경로를 따라 이격된 위치에 적용가능하다. 더욱이, 가열하는 단계는 연속으로 또는 단속적으로 적용가능하다. 예를 들면, 가열하는 단계는 경로에 따른 실질적으로 모든 위치에 또는 이격된 위치에 사용되는 단속적인 또는 비단속적인 가열원을 포함하여 적용될 수 있다.
다양한 가열원이 취성 재료(10)를 가열하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 도 1a는 본 발명의 실시예에 따라 사용될 수 있는 열원(50)의 개략적인 도면이다. 일 실시예에 있어서, 열원(50)은 취성 재료 표면을 가열할 수 있고 아래에서 더욱 상세하게 기재된 열 영향부를 만들기 위해 필요한 내측 스트레스를 발생시키는 기기를 포함한다. 예를 들면, 열원(50)이 10.6 ㎛ 파장을 방출하는 CO2 레이저처럼 10 mm와 11 mm 사이의 파장을 방출하는 레이저를 포함한다. 그러나, 또한 여러 방출 파장이 취성 재료의 광 흡수 특성에 따라 사용될 수 있다.
열원(50) 및 취성 재료(10)가 가열 단계 동안에 서로에 대해 이동될 수 있다. 다양한 구성에 의해 상대 이동이 달성될 수 있다. 예를 들면, 취성 재료(10)가 고정되는 동안 열원(50)이나 또는 열원의 일부(예를 들면, 가열 빔(52) 및 가열 스폿(54))가 분리 경로(12)의 방향을 따라서 이동한다. 또한 열원(50)의 일부가 가열 빔(52)의 방향과 이에 따른 가열 스폿(54)의 위치를 제어하도록 설계된 미러를 포함한다. 따라서, 상대 이동이 취성 재료(10)와 관련하여 열원(50)의 다른 부분이나 미러를 회전시키거나 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 선택적으로, 열원(50)이 고정되는 한편, 취성 재료(10)가 분리 경로(12)의 방향을 따라 이동한다. 다른 일 실시예로서, 열원(50)(또는 열원의 일부) 및 취성 재료(10)가 동시에 이동하여 상대 이동에 의해 가열 빔(52) 및 가열 스폿(54)이 분리 경로(12)의 방향을 따라 이동할 수 있다.
선택적으로, 분리 경로(12)에 따른 모든 필요한 부분이나 복수의 필요한 부분이 동시에 가열될 수 있다. 예를 들면, 단일의 열원 또는 복수의 열원이 분리 경로(12)를 따라 상이한 영역을 동시에 가열하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 열원이 취성 재료(10)에 대해 이동됨에 따라, 복수의 열원이 분리 경로(12)의 상이한 영역을 동시에 가열하도록 배치될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 단일의 열원이나 또는 복수의 열원이 하나 이상의 열원과 취성 재료(10) 사이의 상대 이동없이 분리 경로(12)의 상이한 영역을 동시에 가열하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 가열 장치가 한 지점을 가열하기보다는 분리 경로(12)를 따라서 일부 또는 모든 필요한 부분을 동시에 가열하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 레이저 어레이가 한 지점이 아닌 한 라인을 따라 동시에 가열하는 일련의 빔을 방출하여, 분리 경로(12)의 한 부분이나 모든 필요한 부분을 동시에 가열할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 취성 재료(10)가 분리 경로(12)를 따라서 가열되어 취성 재료(10)를 제 1 부(14a) 및 제 2 부(14b)로 분리시킨다. 분리 경로(12)가 2차원이나 또는 3차원으로 뻗어있을 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 여러 경로 구성이 다른 실시예에 통합될 수 있지만, 분리 경로(12)가 실질적으로 일직선으로 이루어진다. 예를 들면, 분리 경로(12)가 만곡된 부분, 직선형 부분 또는 취성 재료(10)의 평면의 표면에 따라 2차원으로 실질적으로 뻗어있는 여러 타입의 부분을 갖는다. 다른 실시예에 있어서, 분리 경로(12)가 3차원으로 뻗어있는 경로로 이루어진다. 예를 들면, 도 3과 관련하여 아래에서 더욱 상세하게 기재된 바와 같이, 분리 경로(112)가 원추형으로 형성된 취성 부재(110)를 따라 뻗어있다. 따라서, 분리 경로(112)는, 여러 형상을 갖는 경로가 다른 실시예에 통합될 수 있지만, 원뿔 나선형부를 포함한다.
분리 경로(12)에 따른 취성 재료(10)의 가열은 제 1 열 영향부(16a)의 적어도 일부를 제 1 분할 경로(18a)를 따라서 제 1 부(14a)의 나머지부를 적어도 부분적으로 자연스럽게 분리하는데 충분한 제 1 부(14a) 내의 내측 스트레스를 제공하도록 구성된다. 제 1 분할 경로(18a)가 분리 경로(12)를 따라서 뻗어있다. 일 실시예에 있어서, 제 1 분할 경로(18a)가 분리 경로(12)와 동일한 형상을 갖는다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 분할 경로(18a)는 분리 경로(12)에 대해 오프셋되어 평행하다. 다른 실시예에 있어서, 제 1 분할 경로(18a)가 분리 경로(12)에 대해 각도를 이루어 뻗어있고 및/또는 분리 경로(12)와 상이한 형상을 갖는다. 예를 들면, 열원(50)은 분리 경로(12)에 따라 열 처리를 변경하도록 제공되거나 또는 취성 재료 특성이 분리 경로(12)에 따라 상이할 수 있다. 따라서, 열 처리의 변경은 분리 경로(12)와 상이한 형상을 갖는 제 1 분할 경로(18a)를 제공하는데 사용될 수 있다.
가열 단계는 또한 가열 단계의 복수의 공정 파라미터를 변경시킴으로써 취성 재료(10)의 복수의 특성을 변경하여 수정될 수 있다. 취성 재료(10)의 복수의 특성은 취성 재료(10)의 선 팽창 계수와 취성 재료(10)의 두께("T")를 포함한다. 복수의 공정 파라미터의 가열 단계는 취성 재료(10)와 열원(50) 사이의 상대 이동 및/또는 가열 파워를 포함한다.
도 1c 및 도 2는 분리 경로(12)로부터 제 1 거리(L1) 뻗어 있는 제 1 분할 경로(18a)를 따라서 제 1 열 영향부(16a)의 적어도 일부를 제 1 부(14a)의 나머지부와 자연스럽게 분리하는 것을 도시한 도면이다. 제 1 분할 경로(18a)와 분리 경로(12) 사이의 제 1 거리(L1)는 제 1 열 영향부(16a)의 폭이다. 도시된 바와 같이, 여러 거리가 다른 실시예에 제공될 수 있지만, 제 1 거리(L1)는 대략 1 mm이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 거리(L1)가 분리 경로(12)를 따라서 실질적으로 일정하고, 제 1 분할 경로(18a)가 분리 경로(12)와 실질적으로 평행하다. 다른 실시예에 있어서, 상기 기재한 바와 같이, 제 1 분할 경로(18a)가 분리 경로(12)에 대해 각도를 이루어 뻗어있고 및/또는 분리 경로(12)와 상이한 형상을 갖는다. 이러한 실시예에서, 제 1 분할 경로(18a)가 분리 경로(12)와 평행하지 않다 이러한 실시예에 있어서, 제 1 거리(L1)가 두께와 같은 취성 재료의 특징(특성)에 대한 변수나 또는 환경적인 조건 및/또는 절단 파라미터와 같은 처리 변수(예를 들면, 레이저 파워)의 함수로 분리 경로(12)를 따라 변할 수 있다. 따라서 거리(L1)의 일관성, 및 이에 따른 최종 엣지의 진직도는 취성 재료의 일정한 처리 변수 및/또는 특성을 유지시키는 단계에 따른다.
자연스러운 분리는 취성 재료(10)의 가열 단계의 결과로 발생한다. 가열 단계의 열 효과 때문에, 충분한 내측 스트레스가 제 1 부(14a) 내부에서 발생되어 제 1 분할 경로(18a)에 따른 제 1 크랙(20a)의 자연스러운 발생 및/또는 전파를 용이하게 한다. 일 실시예에 있어서, 취성 재료(10)가 초기 크랙 위치를 제공하기 위해 제 1 분할 경로(18a)를 따라 스코어링과 같은 것에 의해 취약해질 수 있다. 선택적으로, 도시된 바와 같이, 취약부가 필요 없으면, 제 1 크랙(20a)이 제 1 열 영향부(16a)와 제 1 부(14a)의 나머지부를 자연스럽게 분리하는 동안에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 크랙(20a)이 제 1 분할 경로(18a)를 따라 방향(21a)으로 전파하여 도 2에 도시된 바와 같은 제 1 분할 경로에 따른 제 1 부(14a)의 나머지부와 제 1 열 영향부(16a)의 적어도 일부를 자연스럽게 분리하게 한다. 자연스러운 분리가 예를 들면, 열 처리 이후에 바로 나타날 수 있다. 예를 들면, 자연스러운 분리는 가열 단계 이후에 3 초, 2 초, 또는 1 초 발생한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 자연스럽게 분리하는 단계는 제 1 부(14a)에 제 1 분할 경로(18a)를 따라 뻗어있는 제 1 무결한 엣지(22a)를 제공한다. 제 1 무결한 엣지(22a)가 크랙, 구멍, 또는 여러 손상과 같은 표면 손상의 수가 감소된 실질적으로 무결한 엣지부를 제공한다. 더욱이, 무결한 엣지가 제 1 열 영향부(16a)의 벌브형(bulbous) 단부(17a)에서 전형적으로 발견되는 내측 스트레스 없이 주변부와 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 제 1 열 영향부(16a)가 분리됨에 따라, 제 1 부(14a)의 나머지부는 벌브형 단부(17a), 크랙, 또는 여러 손상이 없는 무결한 엣지를 구비한다.
선택적으로, 취성 재료(10)를 분리 경로(12)에 따라 가열하는 것은 또한 제 2 분할 경로(18b)를 따라서 제 2 부(14b)의 나머지부와 제 2 열 영향부(16b)의 적어도 일부를 적어도 부분적으로 자연스럽게 분리하는데 충분한 제 2 부(14b) 내의 내측 스트레스를 제공하도록 구성될 수 있다. 또한 제 2 분할 경로(18b)는 분리 경로(12)를 따라서 뻗어있다. 일 실시예에 있어서, 제 2 분할 경로(18b)는 분리 경로(12)와 동일한 형상을 갖는다. 다른 일 실시예에 있어서, 제 2 분할 경로(18b)가 분리 경로(12)와 오프셋되어 있고 분리 경로(12)와 동일한 형상을 갖는다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 분할 경로(18b)가 분리 경로(12)와 오프셋되어 평행할 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제 2 분할 경로(18b)가 분리 경로(12)에 대해 각도져 뻗어있고 및/또는 상기 분리 경로(12)와 상이한 형상을 갖는다. 예를 들면, 열원(50)이 분리 경로(12)에 따라 열처리를 변경할 수 있거나 또는 취성 재료 특성이 분리 경로(12)에 따라 상이할 수 있다. 이에 따라 다양한 열 처리가 분리 경로(12)와 상이한 형상을 갖는 제 2 분할 경로(18b)를 제공하도록 사용될 수 있다.
도 1c 및 도 2는 분리 경로(12)로부터 뻗어있는 제 2 분할 경로(18b)를 따라서 제 2 부(14b)의 나머지부와 제 2 열 영향부(16b)의 적어도 일부를 자연스럽게 분리하는 것을 도시한 도면이다. 제 2 분할 경로(18b)와 분리 경로(12) 사이의 제 2 거리(L2)가 제 2 열 영향부(16b)의 폭이다. 도시된 바와 같이, 여러 거리가 다른 실시예에서 제공될 수 있지만, 제 2 거리(L2)는 대략 1 mm이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 거리(L2)는 분리 경로(12)를 따라 실질적으로 일정하고, 제 2 분할 경로(18b)가 분리 경로(12)와 실질적으로 평행하다. 다른 실시예에 있어서, 상기 기재한 바와 같이, 제 2 분할 경로(18b)가 분리 경로(12)에 대해 각도져 뻗어있고 및/또는 상기 분리 경로(12)와 상이한 형상을 갖는다. 이러한 실시예에서, 제 2 분할 경로(18b)는 분리 경로(12)와 평행하지 않다. 이러한 실시예에 있어서, 제 2 거리(L2)는 분리 경로(12)를 따라서 변할 수 있다. 상이한 배치가 다른 실시예에 제공될 수 있지만, 일 실시예에 있어서, 제 1 거리(L1)는 제 2 거리(L2)와 실질적으로 동일할 수 있다.
자연스러운 분리는 취성 재료(10)의 가열 단계의 결과로 발생한다. 가열 단계의 열 효과 때문에, 충분한 내측 스트레스가 제 2 부(14b) 내에서 발생되어 제 2 분할 경로(18b)에 따른 제 2 크랙(20b)의 자연스러운 발생 및/또는 전파를 용이하게 한다. 일 실시예에 있어서, 취성 재료(10)가 초기 크랙 위치를 제공하기 위해 제 2 분할 경로(18b)를 따라서, 스코어링과 같은 것에 의해 취약해질 수 있다. 선택적으로, 도시된 바와 같이, 취약부가 필요 없으면, 제 2 크랙(20b)이 제 2 열 영향부(16b)를 제 2 부(14b)의 나머지부와 자연스러운 분리 동안에 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 크랙(20b)이 제 2 분할 경로(18b)를 따라 방향(21b)으로 전파하여 제 2 열 영향부(16b)의 적어도 일부를 도 2에 도시된 바와 같은 제 2 분할 경로(18b)에 따른 제 2 부(14b)의 나머지부와 자연스러운 분리하게 한다. 자연스러운 분리가 예를 들면 열 처리 이후에 바로 발생할 수 있다. 예를 들면, 자연스러운 분리는 가열 단계 이후에 3 초, 2 초, 또는 1 초 발생한다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 자연스럽게 분리하는 단계는 제 2 분할 경로(18b)에 따라 뻗어있는 제 2 무결한 엣지(22b)를 제 2 부(14b)에 제공한다. 제 2 무결한 엣지(22b)는 크랙, 구멍, 또는 여러 손상과 같은 표면 손상의 수가 감소된 실질적으로 무결점 엣지부를 제공한다. 더욱이, 무결한 엣지는 제 2 열 영향부(16b)의 벌브형 단부(17b)에서 전형적으로 발견된 내측 스트레스 없이 주변부와 실질적으로 동일한 두께를 갖는다. 제 2 열 영향부(16b)가 분리됨에 따라, 제 2 부(14b)의 나머지부는 벌브형 단부(17b), 크랙, 또는 여러 손상이 없는 무결한 엣지를 갖는다.
상기 기재된 바와 같이 취성 재료(10)의 두께("T")는 150 ㎛ 이하이므로, 가열에 의한 내측 스트레스가 취성 재료(10)의 총 두께를 통해 모든 크랙이 충분히 발생하게 된다. 크랙이 취성 재료(10)의 총 두께를 통해 뻗어 있으므로, 열 영향 구역이 취성 재료(10)의 잔여부로부터 자연스럽게 분리될 수 있다. 예를 들면, 본 발명에서의 취성 재료(10)는 가요성 디스플레이 분야에서 대략 5 ㎛ 내지 대략 150 ㎛의 두께("T")를 갖는 박막 유리로 이루어질 수 있다. 또한 선 팽창 계수는 본 발명에 있어서 취성 재료(10)의 주목할 만한 특성이다. 예를 들면, 취성 재료(10)는 예를 들면, 25℃ 내지 300 ℃에서의 20x 10-7/K 내지 50 x 10-7/K처럼, 25℃ 내지300 ℃에서의 10 x 10-7/K 내지 70 x 10-7/K의 선 팽창 계수를 갖는 유리로 이루어질 수 있다.
가열 단계의 이동 속도 및 가열 파워와 관련하여, CO2 레이저를 사용하는 초 박막 유리 재료의 절단과 관련된 일 실시예가 제시된다. 분리 경로(12)의 방향을 따라서 대략 10 mm/s 내지 대략 300 mm/s의 속도로 유리가 가열되는 가열 단계 동안에 CO2 레이저 파워는 대략 50 W 내지 대략 150 W이다. 일 실시예에 있어서, 유리가 대략 20 mm/s 내지 대략 300 mm/s의 속도에서 가열된다.
가열 단계의 공정 파라미터(즉, 레이저 파워 및 이동 속도)와 유리의 특성(즉, 두께) 사이의 관계에 관한 실험 결과가 아래 표 1에 요약되어 있다. 두께가 얇은 유리가 주어진 레이저 파워에 대해 보다 빠른 절단 이동 속도를 필요로 한다. 표 1에 있어서, 모든 절단 테스트가 80 W의 파워에서 Synrad rf-excited CO2 레이저로 Pyrex 유리에 행해졌다. 모든 테스트에 대해 레이저의 촛점 직경은 131 ㎛이고, 레이저 빔 직경은 7.2 mm이며, 레이저의 촛점 렌즈는 6.36 cm(2.5 인치)이다.
테스트 1 2 3
유리 두께 (㎛) 120 100 70
이동속도( mm /s) 25-30 35-40 40-45
일례의 방법이 도 2와 관련하여 기재되어 있다. 열원(50)이 방향(56)으로 이동되어 가열 스폿(54)이 분리 경로(12)를 따라 이동할 수 있다. 이 결과, 취성 재료(10)가 분리 경로(12)를 따라 가열되어 상기 취성 재료(10)를 제 1 부(14a) 및 제 2 부(14b)로 분리시킨다. 가열 때문에, 제 1 부(14a)는 제 1 열 영향부(16a)를 포함하고 제 2 부(14b)는 제 2 열 영향부(16b)를 포함한다. 제 1 열 영향부(16a)의 적어도 일부가 방향(21a)을 따라 전파하는 제 1 크랙(20a)에 의해 제 1 부(14a)의 나머지부와 자연스럽게 분리된다. 이와 같이, 제 2 열 영향부(16b)의 적어도 일부가 방향(21b)을 따라 전파하는 제 2 크랙(20b)에 의해 제 2 부(14b)의 나머지부와 자연스럽게 분리된다.
어느 한 실시예의 방법이 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 이러한 실시예에 있어서, 열원(50)은 절두원추형 형상의 하부로부터 뻗어있는 원통형 형상부(111)를 갖는 유리 벌브(114b)로부터 무결한 엣지로 유리 시트(114a)를 절단하도록 위치된 CO2 레이저(150)일 수 있다. CO2 레이저(150)는 7.2 mm의 빔 직경과 80 W의 최대 파워를 갖는 10.6 ㎛ 파장 Synrad rf-excited CO2 레이저일 수 있다. CO2 레이저(150)의 레이저 빔(152)은 6.36cm(2.5 인치) 촛점 렌즈를 구비한 유리 벌브(114b)의 표면에 촛점을 맞추어 131 ㎛의 직경을 갖는 촛점(154)을 만든다. 대략 150 ㎛에 이르는 두께를 갖는 유리를 절단하기 위하여, CO2 레이저(150)의 파워의 범위는 대략 50 W 내지 대략 80 W이다.
유리 벌브(114b)는 도 3에 도시된 원통형 형상부(111)를 갖는 Pyrex 유리 벌브일 수 있다. 유리 벌브(114b)의 두께의 범위는 대략 60 ㎛ 내지 대략 100 ㎛이다. 유리 벌브(114b)가 화살표 162로 지시된 방향으로 연속으로 회전하는 로드(160)(rod)에 부착될 수 있다. 유리 벌브(114b)가 또한 화살표 164로 지시된 바와 같은 방향을 따라서 이동할 수 있다. 유리 벌브(114b)의 표면상의 촛점(154)과 CO2 레이저(150)가 고정되는 한편, 유리 벌브(114b)가 이동하고 회전하여, 유리 벌브(114b)의 이동 속도와 로드(160)의 회전 속도에 의해 결정된 속도로 나선형 3차원 분리 경로(112)의 방향에 따른 촛점(154)의 상대 이동을 초래한다. 예를 들면, 촛점(154)의 상대 이동 속도의 범위는 대략 20 mm/s 내지 대략 60 mm/s이다. 유리 벌브(114b)의 외측 엣지와 촛점(154) 사이의 거리(L3)는 유리 시트(114a)의 폭을 형성하고, 절단 동안에 실질적으로 일정할 수 있다. 또한 CO2 레이저(150)는 유리에 대해 각도져 또는 핏치로 위치되어, 유리 시트(114a)가 유리 벌브(114b)의 원통형 형상부(11)로부터 나선형으로 절단된다. 핏치는 유리 벌브(114b)와 관련된 절단 장치의 각도 정위를 조정함으로써 설정될 수 있다. 로드(160)의 회전 속도와 관련하여 CO2 레이저(150)의 핏치는, 유리 시트(114a)의 폭(L3)을 결정한다.
이러한 실시예에 있어서, CO2 레이저(150)의 레이저 빔(152)이 충분한 파워로 유리 벌브(114b)의 원통형 형상부(111)에 나아가게 하여 분리 경로(112)의 방향을 따라서 유리 시트(114a)와 유리 벌브(114b)를 분리시킨다. 유리 벌브(114b)가 계속 회전하고 이동함에 따라, 유리 시트(114a)의 절단은 분리 경로(112)의 방향을 따라서 전파되고, 이에 따라, 절단된 유리 시트(114a)의 길이가 증가된다. 분리 경로(112)에 따른 CO2 레이저(150)의 가열은 (도 1 및 도 2에 도시된) 열 영향부를 만들어, 일반적으로 분리 경로(112)의 어느 한 쪽에서 대략 1mm의 폭을 만든다. CO2 레이저(150)에 의한 유리에서 발생된 고 열 스트레스에 의해 크랙이 발생하여 열 영향부에 바로 인접하고 분리 경로(112)에 평행한 유리에서 발달해 전파한다. 크랙에 의해 도 1c에 도시된 바와 같이, 열 영향부가 유리의 나머지부(즉, 유리 벌브(114b) 및 유리 시트(114a))와 분리되어, 유리 벌브(114b) 및 유리 시트(114a)의 각각에 무결한 엣지를 남기게 된다.
당업자라면 본 발명의 범주 및 사상 내에서 본 발명에 대한 여러 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 첨부된 청구범위의 범주 내에서 본 발명에 대한 여러 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 취성 재료(10)의 절단 방법으로서,
    분리 경로(12)를 따라서 상기 취성 재료를 레이저(50)로써 가열하는 단계에 의해, 상기 분리 경로(12)를 따라서 상기 취성 재료를 제 1 부(14a) 및 제 2 부(14b)로 분리하는 단계; 및
    이어서 상기 분리 경로로부터 측방향으로 이격된 제 1 거리(L1)로 뻗어있는 제 1 분할 경로(18a)를 따라서 제 1 열 영향부의 적어도 일부를 상기 제 1 부의 나머지부와 분할하는 단계;를 포함하고,
    상기 제 1 부(14a)가 상기 분리 경로를 따라서 뻗어있는 제 1 열 영향부(16a)를 포함한 상태에서 적어도 상기 제 1 부(14a)가 상기 제 2 부(14b)와 분리되고,
    상기 분할하는 단계는 상기 분리하는 단계 동안에 상기 취성 재료의 가열하는 단계에 의한 결과로서 발생하는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분할하는 단계는 상기 제 1 분할 경로(18a)를 따라서 뻗어있는 제 1 무결한 엣지(22a)를 제 1 부(14a)에 제공하는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리하는 단계 동안의 가열은 상기 분할하는 단계를 초래하는데 충분한, 상기 제 1 부(14a) 내의 내측 스트레스를 제공하도록 구성된 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 분할하는 단계는 상기 제 1 분할 경로(18a)에 따라 제 1 크랙을 전파하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 거리(L1)는 상기 분리 경로(12)에 따라 일정한 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 2 부(14b)는 상기 분리 경로(12)에 따라 뻗어있는 제 2 열 영향부(16b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가열하는 단계 이후에 이어서 상기 분리 경로(12)로부터 측방향으로 이격된 제 2 거리(L2)로 뻗어있는 제 2 분할 경로(18b)를 따라서, 상기 제 2 부(14b)의 나머지부와 상기 제 2 열 영향부(16b)의 적어도 일부를 분할하는 단계를 더 포함하며, 이어서 상기 제 2 열 영향부(16b)의 적어도 일부를 분할하는 단계는 분리하는 단계 동안에 상기 취성 재료(10)를 가열하는 단계의 결과로 발생하는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 1 거리(L1)는 상기 제 2 거리(L2)와 동일한 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 취성 재료(10)의 두께는 150 ㎛이거나 또는 그 미만인 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 취성 재료(10)는 유리 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 유리 재료의 선 팽창 계수는 25 ℃ 내지 300 ℃에서 10 x 10-7/K 내지 70 x 10-7/K인 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저(50)는 10 ㎛와 11 ㎛ 사이의 파장을 방출하는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저(50)는 가열하는 단계 동안에 50 W 내지 150 W의 파워를 갖는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 상기 취성 재료(10)의 두께 변화가 가능하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 취성 재료(10)는 상기 분리 경로(12)의 방향을 따라서 20 mm/s 내지 60 mm/s의 속도로 가열되는 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 분할 경로(18a)는 상기 분리 경로(12)와 평행한 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
  17. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 2 분할 경로(18b)는 상기 분리 경로와 평행한 것을 특징으로 하는 취성 재료(10)의 절단 방법.
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