TW460422B - Method and apparatus for cutting through a flat workpiece made of brittle material along a predetermined cutting line - Google Patents

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4 6042 2 A7 •、發明説明（1 發明背景 β本發明係'有關於-種沿預定分離線切割脆性材料 :破：：方法，其中分離線係以與其對稱之熱輻射點加 該熱輻射點具有高熱輻射強度之邊緣部份且其後 溫度最高；&加熱之區域係沿切劉線及/或工作件移動，= 終加熱之切割線之-部份接著即予冷卻。本發明也係有關 於一種進行此一方法之裝置。 切割平面玻璃之習用方法係根據於先用鑽石或切割刀輪 在玻璃劃出延伸之刮傷，以便随後藉由外部，械式施加之 力量沿刮傷之弱化區域剥開玻璃_。在此方法中，刮傷旁之 表面會釋出會沉積於破璃且會4致進一步刮傷的不利粒子 (碎裂物）。切割邊緣會產生類似彎曲之碎片，此將導致不 均勻的玻璃邊部，而因此需要相當的後加工費用。再者， 刮傷時所產生的微裂痕會導致邊部部吸收機械應力之能力 降低，亦即，破裂的危險性增高。 經濟部中央捃準局貝工消费合作社印紫 ---------1*^-- >^1 ---- n I 丁 , . 5 i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 避免碎裂物及玻璃碎片產生與微裂痕，已藉由使用熱產 生之應力及應變來切劄玻璃，而有了一些進展。在此方法 中，對向玻璃之熱源係以固定速度在玻璃上移動，而因此 產生比較大的熱應力及應變，而在玻璃中形成裂纹、紅内 線輻射源，特殊瓦斯燒大器，而特別是雷射都有能使熱能 局部固定之所需熱源性質，亦呓精確度優於1毫米，其相 當於典型所需切割精確度。因爲能特雷射光束對準玻璃’ 故施加之功率以及雷射輻射在及通過玻璃之分佈可滿意地 加以控制。 46042 ^ A7 B7 五、發明説明（2 DE-AS 1 244 〇46己揭示—種刮傷玻碑之方法，其中破璃 係沿切割路線以雷射輻射加熱，而溫度則保持在玻璃熔解 二加ί後即將玻璃冷卻，並藉彎曲或撞擊切刻。 也可在熔解溫度以上加熱，俾細裂紋或裂痕熔解消失。 GB-PS 1，433,563描述一種方法，其中玻璃係-以二‘雷射 光束加工。光束之中有—個具有比較低的能量’而用於預 DE 4 411 03 7 C2描述一種方法，其中係藉雷射光束在中 空玻璃中產生具溫度25〇。(：之移動應力區。在應力區引進之 後，藉由刮傷點或尖與中空放璃—之表面短暫祗觸即會機械 式產生短起始刮傷；該應力區會實質加諸於暴露於最高雷 射光束之途徑或路線，而因此溫度最高。應力區係藉液體 吸收織物或網狀物而冷卻’藉以使熱震及因此應力增高， 故起始刮傷即形成割痕或裂缝。 美國專利5,237,150號説明一種切割厚綱板之方法，此法 使用環狀雷射光束以保護對焦透鏡。雷射光速在射到透鏡 時爲環狀’故雷射光束之能量分佈於透鏡之表面比點狀雷 射光束射至透鏡時爲大。因此，避免了透鏡材料之局部加 熱。然而’光束本身係藉對焦透鏡對準在工作件上之一小 點或大點。所得點中並無如環狀點一般邊部區域有增高之 強度存在，因爲環狀光束係集中至一點，其係以“切割點，， 沿切割線切割鋼板。 一 在EP 0 062 484所述方法中，同樣使用環狀TEM0之雷射光 束’其對準在玻璃上像是一點。然而，當雷射光束像是一 5- 本紙張尺度適用中国國家梯準（CNS )八4規格（21〇><297公楚） . ------裝-- t · f請先閲讀背面之洼意事項再填寫本頁)

-1T 經濟部中央桴準局Η工消费合竹社印繁 A7 460422 B7 ' ' — ™ — 五、發明説明（3 ) 點對準時，最大的強度即集中於該點。因爲雷射光束係對 焦在工作件之表面上，故玻璃會蒸發至一定的深度。其他 部份之玻璃則加熱至熔點以上。蒸發之玻璃材料係藉氣體 移除。 -一 — j DE-OS 43 05 107係有關於以雷射光束切割玻璃之方法及 裝置，其中雷射光束係分成二個平行光束對稱於切割線作-用於玻璃。此種配置無法產生正確步驟（+〇· 1毫米），但切 割口在二光束路徑中迂迴前進。 wo 93/2〇〇15所描述之方法琴用具摘圓形之雷射光束。此 方法會在非金屬平板材料上產t直線刮傷或裂痕之良好结 果’但卻無法可靠地沿彎曲路滅產生精確又正確之切口。 再者，此一方法中的切割路線之穩定性在高輻射密度及高 切割速度時很差。這是因爲以雷射光束加熱具有橢圓剖面 而發生’故輕射密度之南斯分佈（Gaussian distribution)發生 於極狹窄範圍内，其溫度由周圍至中心巨大增加。在高速 下要獲得穩定的熱裂縫，刮傷既要深功率密度又要穩定， 是極爲複雜的，當工#件加熱常會造成工作件被照射部份 之中央區域過熱，亦即超過材料之軟化溫度時，雖然這在 精密切割是不容許的。 W0 96/20062描述與本發明最接近之最佳方法。此—專利 資料説明一種沿預定切割線以對-稱配置於切割線之熱輻射 點切割脆性材料，特別是玻璃之平面工作件之方法：熱輻 射點邊部域輻射強度增強而後端溫度最高，而加熱區沿分 離線及/或工作件移動’及其中徑加熱之分離線部份接著冷 _- ______ - 6 - 本紙乐尺度適用中國國冢榡準（CNS > A4規格（2丨0><297公釐 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁j i装_

'ST 經濟部中决標準局只工消费合作社印來 經漭部中央標準局工消资合作社印絮 A7 B7 五、發明説明（4 卻。這些特徵將列示在以下随附主要彳法申請專利範圍之 開頭部份。 在已知情形中，橢圓形加熱區域係在橢圓内部提供最小 輻射強度。此一“切割點”與分離線相交二次，亦即在橢圓 之前及後端。然而，因此產生不理想的溫度分佈，其顯示 於W0-資料之圖1。不必要的加熱已在橢圓切割區域之前進 區域發生；W進區域係在切割線附近的切割方向因前進切 割點而前進。 不必要的大量加熱係在切碍區域之中央，-亦即切割線產 生，因此之故，在燃燒區末端，一此處雷射光束強度在切割 線附近極大且溫度已達最高，适璃會在此等狀况下早已熔 化。 ~ 再者’在此方法中，唯具厚度達〇2毫米之玻璃可切割， 因爲需要之光束功率增高即會發生熔解，而中斷切割進 行。更厚的玻璃時，只會發生玻璃之破裂。 發明概述 本發明之目的爲提病一種方法及裝置，藉此可切割平面 工作件，特別是具相當大厚度者，例如，厚度大於〇2毫米 之玻璃板，而不形成微裂痕，玻璃碎或分裂物。再者，芦 玻璃所得之切割深度比其他方法可獲得的切割深度爲深。 根據本發明，用以沿預定切甚丨一線切割脆性材料，特別是 玻璃作成之平面之作件之方法_，包含下列步戰： a)以對稱於切割線之熱輻射點將切割線加熱，俾熱輻射 點之邊部，相對於其内部具有比較大的輻射強度，而其後 -7- 本纸故尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4規格（2丨OXM?公整 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁}

A7 ---_____ B7 五、發明説明（5 ) 端溫度最高：及 b)沿切割線及/或工作件移動經加熱之輕射點；及 e)將藉步驟a)加熱所加熱之切割線之一部份冷卻； 其中熱輻射點之邊部與V_或U-形曲線（4)相合；此與線在 熱轉射點（3)及/或工作件移動方向時’在熱輻射點之前或 導妨端打開’而最高溫度局部位於切割線上之V-或U-形曲-泉（4 )之輋部份，且在工作件之溶點以下。 因爲述本發明方法之特點，能量係在熱處理結束時施加 於切割線而工作件達到高溫。因此，在切割線產生具有局 4取·南溫度之高機械應力。在切一割線隨後冷卻及切割線開 頭處玻璃之先前弱化時，玻璃#沿切割線裂開。因爲切剖 線有很強的局部最高溫度，切割係沿著切割線極精密進 订’此是，例如，顯示工業中高精密切割所必需的。 本發明方法之一額外優點爲’加熱及冷卻處理之後無須 機械斷開，故可得平整邊部。 經¾-部中央標率局負工消费合作社印繁 .--:-----^------1T (請先聞讀背面之注意事項再填{.H本肓) 根據本發明較佳具體例，在具V-或U-形之輻射加熱區域 中’經輻射加熱之區咸具增高輻射強度之邊部係在切割方 向打開之V-或U-形曲線上。V-及/或U-形曲線之兩邊或兩腳 與切割線等距隔開並相鄰，故以一種經加熱區域之形狀而 言’工作件表面係藉相互隔開相當距離（達約數毫米）之最 高強度加熱；而在兩最高強度之_間存在有最低局部溫度。 瑕低局邵溫度係在V-或U-形曲線之腳部相互在經輻射加熱 I區域之後端接近時愈降低，亦即，切割線附近之溫度在 經輻射加熱之區域之末端增高，故在工作件表面之該處達 -____ 8 " 本紙張尺度4财觸家轉（CNS)磁格（21GX297公疫） -米部中央標準局另工消贫合作社印聚

I ^ 4 604^ A7 B7 五、發明説明（6 ) 到最高局部溫度’然而此溫度仍在工_作件材料之橡點以 下。此種輻射加熱區域會使工作件在熔解溫度以下之溫度 下在最高強度隔開之區域内之較大寬度及深度内均句加 熱，此與最高強度在中央之輻射之情形不同，特別是在賴 射加熱之區域開頭。藉由液體，氣體或對切割線有最大強 度之過冷機械接觸頭之立即冷卻，即順著如此產生的經加. 熱途授。此冷卻會引起材料收縮。由於切割線以最高溫度 加熱至更大寬度，加上對切割線同樣有大影響的冷卻之 故，具強烈局邵最高應力之g較高機㈣應力貪在切割線產 生，因此，可平整地切割具較k厚度之工作件。試驗已顯 不’厚度達到1 · 1毫米之玻璃片¥以穩定方式切割。 V-或U-形輻射加熱區域之寬度有利爲自〇 5至2毫米。輻射 …、區域之長度可自至30毫米15這些數字係考慮到飼入 迷度，工作件厚度，輻射強度及材料性質，爲提供工作件 均习加熱至所需深度而設定。 .據本發明之一特殊具體例，在工作件上掃描雷射光束 15產生熱輻射點3 ' 帚榀有利爲在橢圓路線上進行。在其他且體例中，V-或 田十如熱區域可以雷射，藉開動及開閉雷射，或藉遮 Ί主杂占 t w 4 抖否，在光束前方提供適當隔膜或面罩而產生。— 、二”弋切割線切割脆性材料，_特別是破璃製平面工作件 ^置，包含 一 在平 赴技面工作件上製造熱輻射點之光學装置，此一熱輻射 •枯係與箱令 . "刀到線對稱’故熱輻射點之邊部具有大於其内 -9- (0阳）六4現格（2丨〇父297公釐 , ： ^------iT------\ t锖先閲讀背面之注^h項再填寫本頁) I 4 6042 2 A7 ______B7 五、發明説明（7 ) 邵之輻射強度，且熱輻射點在其後端冬溫度最高，其中該 光學裝置包括熱輻射源及至少一光學组件； 沿切割線及/或工作件移動熱輻射點之裝置，及 將熱輻射點所加熱之切割線一部份冷卻的裝置； 其中光學裝置及/或熱輻射源係用以產生熱輻射點，俾熱 輻射點之邊邵與心或⑴形曲線相合，該曲線在熱輻射點及λ 或工作件移動的方向上係在熱輻射點前端或熱輻射點前導 端打開；以及最高溫度局部位於切割線^或山形曲線之輋 部且在工作件炫點以下β 根據第一具體例，可使用掃描一裝置。.因此，光學裝置具 有兩個相互垂直搖動之同步軸篪鏡子，其將雷射光束引導 至工作件表面’在此描纟會V-或U-形彎曲路線。 爲使兩面鏡子同步驅動，將兩面搖動鏡子之驅動裝置連 接至共同控制及調節裝置。二鏡子之搖動頻率較佳爲5⑼至 2000 Hz ’俾可達成50毫米/秒至丨000毫米/秒之切割速度， 其視所用輕射強度而定。 根據择描裝置之另一具體例，光學裝置其有鏡輪，其反 射表面彎曲，故經反射之雷射光束在鏡輪轉動一次時，即 在切割之工作件表面描繪或順著至少一 U_或¥_形彎曲路線 而行。 銳輪之轉動頻率，在一較佳具萝例中，爲5〇〇至3〇〇〇 ， 故可達到所謂的飼入速度。__ 較佳爲使用具有波長會被材料大部份吸收之雷射。例 如，使用C〇2雷射切割玻璃，此種雷射產生波長1〇 6毫微米 ________ - 10- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（ 4 6 0 4 經"部中央標準局只工消费合作社印^ A7 B7 五、發明説明（8 之雷射光束且可自市面購得。雷射之摹大輸出功率—般爲 150 瓦。 雷射之強度在每次繞行V -或U _形彎曲路線通過時較佳爲 可改變，俾輻射強度可在V-或U-形彎曲路線之—峯部柙近改 變。輻射強度較佳予以調整，俾不致超過工作件之溶點。 如以下將更詳細例證，同樣可使用掃描運動之控制器， 該控制器在圓形切割及自由式切割時控制掃描機，俾調整 V-或U-形強度分佈使符合膏曲路線。 除此掃描裝置外，使用光束成形或光束形孚光學也可提 供所要輻射加熱區之形狀。 一 ' 在另一可能具體例中，係使用-具·rEM 模式之雷射作爲 熱輻射源，其中光學裝置包含遮住或阻斷一部份光束之適 當隔膜，俾具有增高輻射強度之邊部與工作件表面上之v_ 或u-形彎曲路線相合。TEM 01*係藉c〇2雷射之特殊共振裝 置提供。 可使用過冷金屬接觸頭作爲冷卻之裝置。再者，可使用 氣體噴射裝置，液體洼入裝置或流體喷霧裝置作爲冷卻裝 置。 附圖簡要説明 本發明之目的’特徵及優點現將藉以下較佳具體例之説 明並參照隨附圖式加以更詳細説巧；圖式中： 圖1爲欲切割之工作件之一部份之平面圖； 圖2爲工作件輻射加熱區域強度分佈之立體表示之透視 圖： -11 私紙張尺度悄畔辟（CNS) M規格（2IGX 297公楚 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

6 u ^ / A7 B7 第87105637號專利申請案 中文說明書修正頁(90年7月） 五、發明説明（9 圖3為圖1所示及沿圖！ A_A，，B_B，及c_c，剖面所取輻射加 熱區域之各別強度及/或溫度分佈之圖解圖； i flm ffn e"'• {請先閲讀背面之注項再填寫本頁) 圖4為沿切割線之溫度行為之圖解圖； 圖5為光學及冷卻裝置之透视圖； 圖6為本發明裝置額外具體例之透視圖； · 氣明裝置另一具體例之概略圖； ’丨圖7a所示裝置所產生之強度分佈之透视圖 圖； 圖8a及8b為具有自峯部延伸之延伸部份之v_形輕射加熱 區域之概略平面圖； … 圖8c為圖8a及8b輻射加熱區域之溫度分佈之概略透 圖9為本發明裝置整個配置之概略方塊圖，包括容許以彎 曲熱輻射點自由式切割之附帶控制器； 圖10為彎曲輻射加熱區之平面示意圖；該輻射加熱區係 由轉動或旋轉掃描機運動，並一邊沿彎曲切割線引導之浐 射加熱光束，根據切割線之曲率沿仏或^形路線掃描輻 加熱光束而產生； > 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 圖11為類似於圖1 〇之平面概略圖，但以反向掃描機運動 產生輻射加熱區域。 元件符號說明 1 玻璃片或工作件 2 切割線 3 熱輻射點 4 U形或V形曲線 -12 本紙張尺度通财關家料（CNS > ^丁21()><297公餐） 460422 第S7105637號專利申請案 中文說明書修正頁(9〇年7月） A7 、發明説明（ ：9a) 4a 延伸 5 埋置冷卻點 6 雷射 7 雷射光束或輻射光束 8 軸旋鏡子 8a 掃描軸 9 第二軸旋鏡子 9a 掃描轴 10a, 10b 控制線 11 共同控制及調節裝置 12 噴嘴 13 供應單元 14 鏡輪 15 彎曲反射表面 16 拳部 17 最大局部強度 18 邊部 19 邊部 20 隔膜 21 控制器塊 22 彎曲熱輻射點 23 圓形切割線 24 控制器塊 25 主要控制單元 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 較佳具體例之說明 圖1顯示應沿切割線2切割之玻璃片1。U -形熱輪射點3係 配置在玻璃片1之表面，玻璃片則依圖1箭頭之方向移動 (飼入方向）。 -123 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210 X 2?7公釐） 4 A7 B7 五、發明説明（10 具有增強輕射強度之此點之邊部^順著圖2之形曲線4 而行，曲線4在默之前端或飼入方向點之前導端係打開。 熱輻射點之形式相當於約半個橢圓，其最寬部份形成熱輕 射點3之前端。 U洛曲.泉4之兩個邊部18，j 9與切割線2相互對稱隔開。 邊部18，19之間隔在熱輻射點3之前區達約1毫米。兩邊部-18，〗9之間距降至秦部16，此在分離或切割線2上。 圖2顯示熱輻射點3之立體輻射強度分佈。圖2顯示最大 強度之峯頂在峯部U時稍減，相^：切割線2夯最大局部強 度17即位於峯部16。邊部18, 19^之熱輻射點之内部之強 度明顯降低。最大局部強度17之高度必須調整使其相當於 工作件厚度及切割速度。最大局部強度17在高切割或飼入 速度時必須較低飼入速度時爲高。同時，最大局部強度口 必須調整至曲線4前進區域中輻射強度之高度。 相對於切割線之最大局部強度不得同時形成曲線4之最低 部份。當使用無功率控制器之雷射時，強度會在峯區域Μ 具有最大緩和或隆起部>分。 圖3顯示輻射加熱區域（見圖1)三個不同剖面α_α,，Β_β，及 C-C’之三個輻射強度分佈曲線。剖面C_C_之輻射強度曲線有 二個相互隔開之最大強度，該二最大強度明顯高於剖面

之二個最大強度。最大強度在剖面A-A_所示之发如yV _ 〜卞'邱份16時 更明顯降低。剖面B-B’之溫度分佈只在切割線附近有— 的最小局部強度，因爲切割線周圍之寬廣部份或區域夢由 兩最大強度已發生預熱。此一最小強度與相當低強产相平 -13 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2ϊΟΧ297公茇） n - -- m I- I - I— « -1 n· u n _ ϋ T ——I___ I__ I I I (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消f合作社印^ 經濟部中央標準局負工消費合作杜印製 4S042 2 A7 _ B7五、發明説明（11 ) 衡，故溫度分佈在分割線2區域之峯部16有一最大値。 圖4顯示沿切割線有埋置冷卻點5之溫度行爲。 圖5顯示在玻璃板或片1上製造熱輻射點3之裝置。切剖 線2及增高強度之U-形曲線4則顯示於玻璃片1之表面。產 • r—r' Λ 生雷射光束7之雷射6 ’特別是C02雷射，被提供作爲輻射 源。此一雷射光束7首先射至繞垂直軸搖動之軸旋鏡子8 該鏡子將光束7在平行於玻璃片1之表面的一表面上來回移 動。然後，此一搖動雷射光束7即撞擊澆水平軸搖動之第 二轴旋鏡子9，該鏡子將反射之'雷射光束在X-方向來回移 動。鏡子8和9之配置也可互換 雷射光束因二個搖動運動 相互重疊上故而在工作件表面上描繪U-形曲線。爲調整二 個鏡子之搖動’提供一共同控制及調節裝置丨丨。俾可獲得 U-形曲線4。控制及調節裝置11係藉控制線l〇a，I Ob連接至 二個鏡子8及9的未示出驅動裝置。 鏡子8及9可加以控制，俾雷射光束7可在工作件表面上 描繪曲線。打開或關閉雷射6，以便獲得u-形或v_形曲 線。 ' 輻射加熱區3之後顯示一經冷卻之點5，其係藉自噴嘴12 噴出之冷卻氣體所產生。此一噴嘴係連接至供應單元 13 ° 圖6顯示一工作件1，其表面配_置具三角形之熱輻射點。 該較高強度之區域之部份係以V-形曲線4表示。_同時，此 V-形曲線4係與切割線2對稱，故峯部16在切割線2上。備 有雷射6以產生此種V-形曲線；雷射產生之雷射光束撞擊 _ - 14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210'；< 297公趦) "" ~~~ ----------裝-------訂------4 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) *t f 4 6 0 4 ^ 第871〇5637號專利_請案 中文說明書修正頁(90年7月） A7 _ B7 五、發明説明（12 ) 鏡輪14。鏡輪Η之反射表面非圓柱形，而係彎曲，故在鏡 輪14在工作表面轉動時，v_形曲線4即至少產生一次。 圖7a略示一種配置’其中使用雷射6，其產生TEM 〇1*模 式之雷射光束7。雷射光束6與工作件1之間配置一隔膜 20’其遮住或阻斷一半的雷射光束7。圖几及乃顯示隔膜前 及後之對應強度分饰情形。 由於所要的機械應力很大，此一方法已證明適合於完全 切割玻璃至達厚度1.1毫米’此為迄目前為止根據最佳技術 所未能做到的。所用C〇2雷射之功率一般介於12與80瓦之間 (以典型飼入速度而言）。輻射加熱區域之長度在飼入方向 —般為12毫米’寬度為1毫米。切邊無微裂痕，玻璃碎片及 分裂物。0.7毫米以上較原玻璃會發生約略垂直深度裂紋或 裂痕達數百微米之深’此以上述其他方法係無法獲得類似 之深度。 經濟部中央橾準局員工消費合作杜印裳 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 所述V-及/或U-形不應按字面解釋。形狀也可為類似而非 正確的V-或U-形，例如掘物線形.。同時以圖6之V-形區域3 而言，延伸部份或腳不一定終止於峯部份。彼等，如圖8 所示，也可具有超過峯部份之延伸部份4。圖8 A中，V-腳4 及其延伸4a長度相等，因此形成準十字形部份，但圖8B中 之延伸4a則短於其V-脚或V-部份4。 究竞係使用變通A或B端視卻切割玻璃之特殊材料性質而 定。 這些性質一般為熱動力變數（熱容量），玻璃厚度及光學 性質（雷射輻射之吸收）。以下定性原則簡單摘述這種情 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公f ) 經濟部中央標隼局貝工消費合作社印製 460422 A7 ___B7 五、發明説明（13 ) 況： 大熱容量：短延伸或分段長度，熱快速穿透玻璃。 大厚度：長延伸或分段長度，加熱需要時間才能擴散至 玻璃中。 ___ -ί, 吸收：長延伸或分段長度，加熱需要時間才能擴散至破 璃中。 原則上，圖8Β之區域可侧面交換或取向轉變（較短之延伸 或腳）。 以此輕射形狀而言，玻璃加_熱太快，亦即，局部溫度梯 度極高，會導致玻璃被破壞。因j熱“無時間”穿透玻璃， 故在很短的時間内即超過玻璃^化溫度。結果是玻璃末控 制的破裂或玻璃碎片掉落。 圖8A※-之雷射輕射點或區域以及同樣圖※有利爲具 有圖8C之強度及溫度分佈’而最高溫度在點μ β 雷射光束之強度原則上在時空上具有恆定高斯型態。沿 玻璃依兩個雷射光束交叉點之方向由Α至η移動時，即得下 列溫度行爲： " 點A *玻璃在周園溫度下。 點Μ .玻璃在點A與B間不停地加熱，而在μ時溫度達到最 高。溫度在轉化溫度Tg以下。 點Η 溫度在點Μ與Η間維持或t慢腎低。在此階段，加熱 由表面略爲進入玻璃咚部。切割品質因切割方向或 與其垂直之方向之溫度梯度達到所要平坦而明顯改 16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CIVS ) A4規格（2丨0X 29?公楚） ： . 裝—----訂------沭 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 ‘* ·在 6 0 厶 Α7 -- _-___B7__ 五、發明説明（Μ ) 圖8A及8B中之分段或延伸4及4a，如所示，爲直線。然 而，彼等原則上也可爲輕緩彎曲。 工作件熱輻射點或加熱區之寬度，在藉雷射光束切割平 面玻璃時’ 一般明顯小於其長度。可接受之切割最主要的 是’位於切割區之玻璃表面之表面點必須在過程中經歷預 加熱及冷卻行爲。此—結果爲輻射光束之寬度不随切割束-度增加而改變’而輻射光束之長度卻必須增加。高切割量 所需用的高切割速度，因此需要在切割線上有狹長的輻射 加熱區域=»輻射加熱區域之典型長度達1〇毫米至5〇毫米， 而寬度爲0·5至2毫米，在高精密戈作時傾向較小的寬度。 衹要切割是筆直的，則以縱·ί延伸輻射加熱區切割即無 問題。 在某些用途上，切割必須沿預定彎曲路線進行。這種切 割方法也稱爲自由式切割或彎曲切割。 這種彎曲切割在切割機動車輛前擋風或後擋風玻璃及在 平面玻璃片上製作大孔洞時有需要。 此種彎曲切割之進行•需要特殊考慮。 熱輕射光束必須調整對準彎曲切割時之彎曲切割之路 線’俾在欲切創之玻璃中產生最大機械應力，而加熱區之 寬度保持很小。以直線熱輻射光束而言，則在以縱長延伸 熱輻射光束作彎曲切割時，僅能-以小曲率半徑進行切割， 對較大曲率半徑而言，該曲率僅能以減少長度之直線熱輕 射光束獲得。最後，抵能降低切割速度。 形成縱長延伸輕射加熱區以供切割玻璃之裝置已說明於 17- 本紙張尺度適用中國國家標羋（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公嫠) ~~ 〈诗先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 -1Τ * 4604^ ^ A7 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、發明説明（15 早已提及的WO 93/20015及/或WO 96/20062。在該裝置中’ 熱輻射光束係根據切割曲線之局部形狀作成彎曲，俾產生 的切割曲線變異最少。然而，由於此一裝置係以靜土光學 元件操作（此僅容許有限的熱輻射光束變化）：声已浐之裝 置實際上只能用以切割圓形，因爲圓形可以恆定曲率半徑 切割。 - 如果鏡子或片用之PKW玻璃之素坯一般以高速引導通 過，則在切割時此一裝置無法在高速下改彎輻射形狀。 以圖5所示裝置進行脆性材料，特別是玻璃$平面工作件 切割之所述方法中—其中切割熱輕射點係藉移動光學元件 在工作件表面掃描熱輻射光束所-產生，該方法之進行及該 裝置之構成必須是能使經調整適合進行中彎曲切割形狀之 熱輕射光束在彎曲切割時可再現。 圖5所不之控制器11在彎曲切割時使或調整使掃描熱輻射 光束7之外形符合切割線2之彎曲形狀。熱輻射光束7可轉 =托0° ，其係藉由接連於控制器丨丨，相互垂直搖動之軸旋 鏡子8及9改變搖動條存以產生自由式切割而達成。因此， 熱：射光束之曲率也調整至符合切割之局冑曲率，如圖1〇 清楚所示。無須頦外機械裝置來根據局部切割位置及彎曲 切割之曲率製造熱輻射光束。 二：,描運動必須相互同步2產生，曲 域，俾熱輕射光束之主要搖動運一動沿切割 ：.. 通私士 、果2產.生》在菽 運動中，順著切割點之冷卻點5之位置 ±1, - » - 肩碉整至局部切 …置。A此目的，掃描光學中提供有機械轉動裝置。 -18- 木紙張尺度適用中2mx297公龙） --- ---------.装 jr ---—IT------\ (靖先閲讀背面之注意事項-?)-填爲本vao. 經濟部中央標準局貝工消费合作社印" * 4 6 0 4 2 A7 ____B7 五、發明説明（16 ) ' 圖9是本發明裝置包括附帶控制裝置冬整個配置之概略方 塊圖β方塊21表示掃描器塊，包括囷5用以在工作件〗圓形 切剖線23上產生彎曲熱輻射點22及隨後之冷卻點5之控射器 11。階#又24局用於已知結構切割過程之路線控制器，。控制 器塊21及24係藉由主要控制單元25相互偶合，故最適化熱 福射光束之切割可依照自由式切割局部改變切割半徑之曲-率局部進行。 圖5爲本發明裝置之較佳具體例。一般具備有掃描裝置， 該熱輕射光束之運動有適當的平面擎化，亦即，熱輕射線 應以二維度引導在工作件上，而_^空制工程裝置容許所產生 熱輻射光束之改變。 二 另一二維度掃描裝置也可用以代替圖6具有二搖動軸裝鏡 子8 ’ 9之二維度掃描裝置。在此一另—掃描裝置中，掃描 軸8a，9a之一是用以沿切割方向2，23搖動，與切割方向2， 23無關’而垂直軸旋鏡子例依照切割路線之局部曲率調整 V-或U-或橢圓輻射形狀》此處整個掃描器單元都可機械式 自由轉動约360 ° 。特扁是在圖1丨之具體例中，此一掃描抽 具有所需的動力儲備’因掃描頻率不多只及在切割方向操 作之掃描軸之一半多。爲引導具掃描器之切割頭沿彎曲切 割路線前進，有必要將掃描器按裝在可轉動軸承上。然 後，掃描器可轉動，而冷卻點5妾此握持裝置與择描器保 持固定關係。 _ — 以比較高切割速度切割任意形狀，亦即，自由式形狀之 特大彈性，在藉包含本發明之上述措施切割脆性材料，特 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4現柢（2l〇x297公楚） -----.-----裝丨^--r---訂------妹 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟.邻中央橾莩局員工消费合作枉印製 460422 A7 _____ B7 五、發明説明（17 ) 別是玻璃之平面工作件時，是可能的。本發明之進一步特 徵提供一種具移動光學元件之掃描裝置，能讓輻射之形式 有特別大的可變性，並能使切割線上具縱長延伸熱輻射點 之熱輻射光束作彈性調整，因此可高速切割任何形狀。 ·一 ~ 最廣大可變熱輻射光束及/或切割區域可藉所述装置產 生。例如，圖10及11顯示一彎曲U-或V-形熱輻射光束。因-此，熱輻射光束係以不同形狀及方式提供。 圖10產生的是輻射光束及/或聯帶的熱輻射點，其中熱輻 射光束在玻璃表面上描繪閉合的彎曲路線B »同時，熱輻 射光束以搖動運主要沿切割線2ϋ與其緊鄰移動。在此搖 動運動上並添加垂直於切割線2之緩和偏轉運動®產生熱 輻射點4之熱輻射光束，如所示，完成了閉合彎曲路線β， 園住切割線2。熱輻射源之功率係在其通過彎曲路線Β時根 據位置加以控制，但在前掃描位置到達切割方向Α時幾近 於零°因此’ U-形或V-形輻射外形係藉控制熱輻射源而產 生。以怪定輸出功率而言，此一來源將產生橢圚輻射光 束。或者’使用隔膜或面罩時，以具有橢圓輻射外形之輻 射光束也可產生U-或V-形輻射光束外形。爲此，可在輻射 路線中安置輻射吸收隔膜或類似物。 圖4而非圖1〇之彎曲或v-形熱輻射光束係在熱輻射光速 非以循環方式繞閉合路線來回搖_動，而是以曲線4之下一 起點之逆圈環在切割線2預定長度内兩邊搖動_時，所產 生。熱輕射源之功率必須加以控制以製造此種具有一定強 度分佈之熱輻射點。—般而言，在此種之藉^或乂·形光束 _—_20_ 本纸張尺度適财 eNS } a4^j^^-297 . — --；-------裝III---訂------冰 (錆先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) 4. 6〇 4 A7 ___B7 五 '發明説明（18 ) — 外形在玻璃表面上移動而得之掃描操作中，掃描頻率沿切 割線的是其垂直的二倍。 德國專利申請案197 15 537,5-45 (1997年4月14日）及197 34 823.8-45 (1997年8月12日）之揭示内容均明確，於此0供參 考這些德國專利申請按揭示此處所説明並在以下隨附申 請專利範圍中所申請專利之本發明，並爲在u.s.C. 119· 下本發明優先申請專利之基礎。 雖然本發明已以具體應用於切割脆性材料，特別是玻璃 作成心工作件之方法及裝置加^以例證及説明，但並不意味 僅限於所示細節，因爲在無論ϋ不偏離本發明之精神下 可作各種修正及改變D - 不必進一步分析，前述將十足揭露本發明之要旨，故他 人氧由應用目則知識可輕易使其適用於各種用途而不遺漏 特徵，這些特徵由先前技之觀點言，相當精確構成本發明 一叙或特殊方面之主要特徵。 所申請專利者爲新式並列示於以下隨附申請專利範圍 中0 ^ ： .-----t --------iT------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央榡嗥局員工消費合作社印製 準 『標 一家 -國 國 中 用 適 度 尺 張 紙

Ns 馳

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 46042 2 第87105637號專利申請案 中文申請專利範園修正本(9〇年7月） 六、申請專利範圍 L 一種沿預定㈣線切割脆性材料製成之平面工作件之方 法，包含下列步騾： a) 以對稱於切割線之熱輕射點將切m熱，該熱輻 射點<邊部（輻射強度較其内部者大及最高溫度在其後 端；及 b) 沿切刻線及/或工作件移動熱輻射點；及 C)將藉步驟a)之加熱所加熱之切割線之一部份冷卻； 其中熱輻射點之邊部形成為一 v_或u_形曲線⑷；該曲線 (4) j熱輕射點（3)及/或工作件之移動方向上在熱輻射點 <前端打開且該最高溫度係局部位於切割線上之v_或u_ 形曲線（4)之峯部並在工作件之熔點以下。 2. 根據申请專利範圍第丨項之方法，其中脆性材料為玻 璃。 3. 根據申請專利範圍第丨項之方法，其中熱輻射點之寬度 為0.5至2毫米。 4_根據申請專利範圍第丨項之方法，其中熱輻射點之長度 為10至30毫米。 5_根據申請專利範圍第1項之方法’其中熱輻射點具比較 大輕射強度之邊部具有拋物線形狀。 6.根據申請專利範圍第丨項之方法’其中熱輻射點具有對 稱V-形’有峯部及自峯部延伸之兩腳。 7-根據申请專利範園第1項之方法，其中切割線具寶曲形 狀’熱輻射點係由撞擊工作件之熱輻射光束提供，以及 熱輻射光束之外形調整至切割線之彎曲形狀。 本紙張適用中國Η家揉準（CNS )料胁（21〇><297公着） (請先W讀背面之注項再填窝本頁) 訂 線！ 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 4 6〇^? A8 B8 C8 D8 經濟部中央榡準局員工消費合作社印裝 '申請專利範圍 8‘根據申請專利範圍第7項之方法’纟中熱輻射光束係沿 切割線以二維度引導及熱輻射點沿該切割線縱長延伸。 根據申專利範圍第8項之方法，@ —步包含藉掃描雷 射光束產生熱輕射點。 10.根據申請專利範圍第9項之方法，進—步包含沿擴圓路 線掃描雷射光束。 U·根據中請專利範圍第1G項之方法，ϋ包含遮住或將 隔膜置於雷射光束路線中’以在工作件上產生圹或㈣ 無射加熱區域。 12. 根據申請專利範圍第1〇項之方法，進一步包各 束打開及關閉以在工作件上羞生ν _或山形輻°射；熱區 域。 13. 一種沿預定切割線切割脆性材料製成之平面工作件之裝 置’該裝置包含： 在平面工作件上製造熱輕射點之光學裝置’該熱輻射 點與預定切刻線對稱，故熱輻射點邊部之輻射強度較其 内部為大及熱輕射點後端之溫度最高，其中該光學裝置 包括熱輕射源及至少一光學组件； 沿切割線及/或工作件將熱輻射點移動之裝置；及 將藉熱輻射點加熱之切割線—部份冷卻之裝置； 其中光學裝置及/或熱輻射源係用以產生該熱輻射 點’俾熱輻射點之邊部形成為m形曲線⑷，該曲 線土熱輕射點⑺及/或工作件之移動方向上在熱輕射點 《則端或熱輻射點之前導端打開及該最高溫度位於 本紙历？關家揉率（CNS)八娜 ---------------ΐτ-------iii (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) -2- 經濟部中央標隼局負工消費合作社印裝 46042 2 C8 __ D8 六、申請專利範圍 切割線上之V-或U-形曲線（4)之峯部且在工作件之熔點以 下。 14. 根據申請專利範圍第13項之裝置，其中工作件係破璃製 成。 15. 根據申請專利範圍第13項之裝置，其中熱輻射源係雷射 且該雷射產生雷射光束（7)而產生該熱輕射點（3ρ 16. 根據申έ青專利範圍第15項之裝置，其中該至少一種光學 組件包含兩個相互垂直搖動之同步軸旋鏡子（8，9)，以 引導該雷射光束（7)至該工作件（1)之表面，以便形成該 熱輻射點（3) ’而其邊部落在V-或U-形曲線（4)上。 17. 根據申請專利範圍第16項之裝置，其中該光學裝置包括 該兩個軸旋鏡子（8 ’ 9)之驅動裝置及連接至該軸旋鏡子 之驅動裝置之共同控制及調節裝置（Π)，包括用以控制 該鏡子以引導該雷射光束之裝置。 18. 根據申請專利範圍第17項之裝置，其中該驅動裝置及該 調節裝置係以搖動頻率介於500與2000 Hz之間驅動該轴 旋鏡子（8，9)。 19. 根據申請專利範圍第15項之裝置，其中該光學裝置包括 具有彎曲反射表面（15)以反射雷射光束（7)之鏡輪（丨4)及 用以轉動鏡輪（14)之裝置’俾反射之雷射光束部份在鏡 輪轉動一次時在工作件上描繪U-形或V-形彎曲路線至少 —次。 20. 根據申請專利範圍第19項之裝置，其中用以轉動鏡輪之 裝置係以轉動頻率介於500與3000 Hz之間轉動鏡輪。 本紙張尺度逋用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) .1T 埯！ 經濟部中央橾率局貝工消費合作社印製 4 6 0 d 2 2 A» Β8 C8 _____D8 、申請專利範圍 儿根據申請專利範圍第19項之裂置，其中 雷射光束⑺在工作件上之u_形或括在 v & η & x心形曲路線掃描時用 =改⑤雷射光束⑺，俾沿f曲路線產生任意強度分佈之 裝置。 22.根據中請專利範園第15項之裝置，其中光學裝置包括形 成光束之光學元件。 A根據申請專利範圍第15項之裳置…雷射具窗… 模式，及光學裝置包括遮住—部份雷射光束之隔膜，俾 強度比較大之邊部落在V-或U-形彎曲路線（4)上。 24.根據申請專利範園第π項之裝置，其中用以冷卻之裝置 為過冷金屬接觸頭。 25‘根據申請專利範圍第13項之裝置’其中用以冷卻之裝置 為乳fla喷射裝置’液體注入裝置或液體喷霧裝置。 26. 根據申請專利範圍第15項之裝置，進一步包含使熱輻射 光束之外形在切割工作件時符合預定切割線之彎曲形狀 之裝置（21，24，25)。 27. 根據申請專利範圍第26項之裝置，其中使熱輻射光束之 外形符合彎曲線之裝置包括用以控制軸旋鏡子（8，9)搖 動運動之裝置’用以控制熱輕射點在工作件上之路線之 裝置（12)及用以將該控制該路線之裝置與該使熱輕射光 束符合該路線之裝置聯結之裝置D 28. 根據申請專利範圍第27項之裝置，其中用以冷卻之裝置 具有在熱輕射點（3)通過工作件之後用以將冷卻點（5)定 位在工作件上之裝置，及該定位裝置具有與該用以控制 -4- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS > A4规格（210X297公嫠） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --IT 竦！ A8 B8 C8 D8 46042 2 六、申請專利範圍 袖旋鏡子（8，9)搖動運動之裝置聯結之機械轉動裝置。 29. 根據申請專利範園第27項之裝置，其中用以控制軸旋轴 鏡子（8 ’ 9)搖動運動之裝置係作成將該等鏡子之一（8)控 制以沿切割線（2)(與切割方向無關）搖動，以及與該等鏡 子之一（8)之搖動運動垂直之另一軸旋鏡子（9)之搖動運 動係根據預定切剖線之局部曲率控制，及進一步包本今 等鏡子（8，9)之可轉動軸承。 30. 根據申請專利範圍第28項之裝置，進一步包含提供予核 可轉動軸承上之該冷卻點（5)之定位裝置。 (請先«讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 缣 經濟部中央標準局貝工消费合作社印裝 -5-