(57)【要約】  本発明は平坦なガラスシートの罫書き方法に関する。この方法は、ほぼガウス分布的強度プロファイルを有するレーザービームを操作して、罫書かれるべきガラスシート上に細長い加熱ゾーンを生成させるもので、この細長い加熱ゾーンは、加熱ゾーンの外側部分の温度より低温の中心部分を有する。最初のクラックがガラスシートに形成され、最初のクラックに一致する細長い加熱ゾーンがガラスシートを横切って進行し、加熱されたガラスは、この加熱されたガラスに液体冷媒が導かれることによって熱ショックを受けて、クラックを伝播させる。罫書かれたガラスシートは、その後、当業者が周知の曲げを加える技法によって割られる。
2008508180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼガウス分布的強度プロファイルを有する連続的に放射するレーザービームを１本の軸線の周りで円形軌道を描いて移動させるステップと、
前記レーザービームを少なくとも１個の光学素子を通じて導き、これにより前記円形ビーム軌道を細長いビーム軌道に変換するステップと、
変換されたビームをガラスシート上に衝突させ、これにより加熱ゾーンの中心部分内に最低温度を有する細長い加熱ゾーンを形成するステップと、
を含むことを特徴とする、平坦なガラスシートの罫書き方法。
【請求項２】
前記移動させるステップが、前記連続的に放射するレーザービームを、回転する光学素子を通じて屈折させることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記光学素子が複数のファセットを備えていることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記移動させるステップが、前記連続的に放射するレーザービームを、動いているミラーから反射させることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
レーザーと前記ミラーとの間のビームの長さが変化するにつれて、前記円形軌道の半径が変化することを特徴とする請求項４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シートおよび他の脆い材料を割るための方法に関し、特に平坦なガラス材料のレーザー罫書き方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
脆い材料からなるシートを分割するために、特に平坦なガラスシートを、このガラスシートを横切るいわゆるブラインドクラックを引くことによって２枚のより小さいシートに割るために、従来からレーザーが用いられて来た。ガラスシートの厚さの中途にまで達するこの部分クラックは、本質的に罫書き線として作用する。このガラスシートは、次に上記罫書き線に沿って機械的に割られることによって２枚のより小さいガラスシートに分割される。
【０００３】
一つの実施の形態においては、細い刻み目がガラスシートの一側に付され、次にこの刻み目がレーザーを用いてガラスシートを通る部分クラックの形状に伝播される。このレーザーは次にガラスシートの上記刻み目の領域に接触し、レーザーが罫書き線の所望の経路を移動するように、レーザーとガラスシートが相対的に動かされる。レーザーがガラスシートの領域を加熱した後、レーザーの直下流の加熱された表面に冷媒液流が注がれて、この加熱された領域が急速に冷却されるのが好ましい。このようにして、レーザーによるガラスシートの加熱および冷媒液によるガラスシートの冷却がガラスシート内に応力を発生させ、レーザーおよび冷媒が移動した方向に上記クラックが伝播する。
【０００４】
このようなレーザー罫書き技術の発達は、割りエッジの品質に関して良好な結果を齎し、割りエッジの品質が極めて高いことが望ましい液晶およびその他のパネルディスプレーの基板の製造において、それらの技術を潜在的に有用なものにした。近年の進歩により、マルチモードレーザー（例えばＤモードレーザー）を使用すると、ビームの中心においてガラス上に衝突する光出力を効果的に低下させ、かくしてビームが衝突するガラス上のスポットを横切る、より一様な温度プロファイルが形成されことが判明している。しかしながら、マルチモードレーザーはコストが高いことが多く、より多大な保守を必要とし、かつシールドビームシングルモードレーザーよりも頗る扱い難いものになる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば少なくとも３００ｍｍ／秒台の、より好ましくは少なくとも５００ｍｍ／秒、最も好ましくは少なくとも１０００ｍｍ／秒もの高い罫書き速度が可能なレーザー罫書き方法を立案することが望ましく、これは平坦なパネルディスプレー基板の製造のための罫書き・割り工程を単純化する筈である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一つの広い態様において本発明は、ほぼガウス分布的強度プロファイルをもって放射されるレーザービームを、このガウス分布的レーザービームがガラスシート上に細長い加熱ゾーンを、この加熱ゾーンの中心領域内が最低温度を有するように形成する手法でガラスシート上に衝突させるステップを含む。上記細長い加熱ゾーンの長さは少なくとも約３０ｍｍが好ましく、少なくとも約５０ｍｍがより好ましく、少なくとも約１００ｍｍの長ささえもさらに好ましい。この細長い加熱ゾーンは、ビームのいずれかの部分を遮る（遮断する）ことによって、あるいは細長い閉じられた経路中でレーザーをオン・オフすること等によって中断されることがないことが好ましい。
【０００７】
本発明はさらに、ガラスシートと細長い加熱ゾーンとの間の、ガラスシート上の所定の罫書き経路に沿った相対運動を発生させることを含み、この相対運動は少なくとも約３００ｍｍ／秒であり、これによって加熱された罫書き経路が形成される。上記相対運動は少なくとも約５００ｍｍ／秒がより好ましく、少なくとも約１０００ｍｍ／秒が最も好ましい。上記相対運動は、レーザーおよび関連する光学素子を固定状態に保ちながら、ガラスシートを移動させることによって発生させても、あるいは、ガラスシートを固定状態に保ちながら、レーザーおよび／または関連する光学素子を移動させることによって発生させても、あるいは双方を組み合わせてもよい。大型のガラスシートに関しては、ガラスシートを固定状態に保つのが好ましい。本発明はまた、加熱された罫書き経路に、エアロゾル、液体または気体の冷媒を接触させることをも含むことが好ましい。
【０００８】
本発明による一つの実施の形態は、ほぼガウス分布的強度プロファイルを有して連続的に放射するレーザービームを１本の軸線の周りで円形軌道を描いて移動させ、この円形軌道を描くレーザービームを少なくとも１個の光学素子を通じて導き、これにより円形ビーム軌道を細長いビーム軌道に変換し、この変換されたビームをガラスシート上に衝突させて、ガラスシート上に細長い閉じられた経路を描かせ、これにより、幅と、幅よりも長い長さとを持ち、かつ中心部分内の強度が最も低い細長い輻射スポットを形成することを含む。レーザービームは、動いているミラーからレーザービームを反射させることによって円形軌道上を移動せしめられることが好ましい。
【０００９】
本発明の別の実施の形態は、ほぼガウス分布的強度プロファイルを有して連続的に放射するレーザービームを１本の軸線の周りで円形軌道を描いて移動させ、この円形軌道を描くレーザービームを少なくとも１個の光学素子を通じて導き、これにより円形ビーム軌道を細長いビーム軌道に変換し、この変換されたビームをガラスシート上に衝突させて、ガラスシート上に細長い閉じられた経路を描かせ、これにより、幅と、幅よりも長い長さとを持ち、かつ中心部分内の強度が最も低い細長い輻射スポットを形成することを含む。レーザービームは、回転するレンズまたはプリズムなどの光学素子を通じて屈折させることによって円形軌道上を移動せしめられることが好ましい。
【００１０】
本発明の別の広い態様において、ガラスシートの罫書き方法は、ほぼガウス分布的強度プロファイルを有する、連続的に放射するレーザービームをコリメートし、このコリメートされたレーザービームを、ファセットを備えた光学素子を通じて導いて、各ビームがほぼガウス分布的強度プロファイルを有する複数のビームを得、これら複数のビームを細長いパターンでガラスシート上に衝突させて、幅よりも長い長さと幅とを持ち、かつ中心部分内の温度が最も低い細長い加熱ゾーンを形成することを含むガラスシートの罫書き方法が開示される。上記ファセットを備えた光学素子は、ガラス面上に衝突する複数のビームを生成させることが好ましい。上記複数のビームは少なくとも６ビームであることが好ましい。
【００１１】
本発明のさらに別の実施の形態において、ガラスシートの罫書き装置が開示され、この装置は、連続的なビームを一つの光路に沿って放射するレーザーを備え、上記ビームはほぼガウス分布的強度プロファイルを有し、上記レーザーの後の光路上には、ビームをコリメートするためのコリメータが配置され、このコリメータの後の光路上には、上記ビームを、ガラスシートに衝突してクラックを形成する複数のビームに分岐させるための集積レンズが配置されている。
【００１２】
添付図面を参照した、何らの限定を加えるものではない下記の実施の形態の説明により、本発明はより容易に理解され、かつ本発明のその他の目的、特徴、詳細および利点がより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、レーザー罫書き法を用いて、ガラスシートを所望の分割線に沿って割るためのシステムに関するものである。レーザーは、所望の分割線に沿った局部的加熱ゾーンにおいてガラスシートを加熱する。かくして生成された温度勾配は材料の表面に引っ張り応力を誘起し、これらの応力が材料の引っ張り強度を超えると、この材料は、この材料を圧縮状態にある領域まで下方へ貫くブラインドクラックを発達させる。
【００１４】
図１および図２に示されているように、本発明のガラス破断システムにおいて、ガラスシート１０は上主面１２および下主面１４（図示せず）を備えている。ガラスシート１０は、先ずこのガラスシートの一つのエッジに沿って刻み目をつけられまたは罫書かれて、ガラスシート１０の一つのエッジにクラック始点１６を形成する。次にクラック始点１６は、破線２２で示されているような所定の罫書き経路（所望の分割線）に沿って加熱ゾーン２０を移動させることによるクラック１８の形成に用いられる。応力分配およびそれによるクラックの伝播を助長するために、ノズル２６を通じて冷媒２４を施すのが好ましい。冷媒２４は、液体またはエアロゾル（または霧）が好ましいが、例えば気体でもよい。この冷媒は、ノズル２６を通じてガラスシートに施される、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、およびラドン、またはそれらの組合せなどの、いわゆる希ガスのうちの一つであることが好ましい。しかしながら、或る場合には水が効果的な冷媒であることが判明している。
【００１５】
一つの実施の形態においては、ガラスシートの上面１２に衝突するレーザービーム（図１に参照番号３０で概略的に示されている）によって生成された加熱ゾーン２０の背後のガラス上面１２に、エアで加圧されたタンク（図示せず）から冷媒２４がノズル２６を通じて供給される。ノズル２６は、そこから液体冷媒、例えば水が噴出する中心通路を備えていることが好ましい。この中心通路は環状通路で囲まれており、この環状通路から加圧されたエアが噴出して液体をコリメートしかつ液体流を砕け散らしてエアロゾルを形成する。エアロゾルは一般に気体よりも大きい熱容量を有しており、したがって気体に比較して冷却が助長される。液体は上記中心通路を通じて少なくとも約３ミリリットル／秒の割合で噴出されて、直径約４ｍｍのコリメートされた噴霧を形成するのが好ましい。
【００１６】
あるいは、ノズル２６は、適当な液体冷媒とエアとの混合体が供給される超音波ノズルである。もし液体がガラスに表面に施される場合には、ガラス表面１２の汚染を防止するために、例えば余分な液体を真空吸引にすることによって、余分な液体を取り除くことが望ましい。加熱ゾーン２０がガラスに沿って移動するに連れて、加熱ゾーンの移動通路にクラックが追従する。
【００１７】
さらに別の冷却方法においては、ノズル２６は、液体の集中ジェットがガラスの表面に供給される、ウォータージェットによる切断作業に用いられるノズルと類似している。このようなノズルは、直径が０．１８ｍｍ（０．００７インチ）のような小さい出口通路を備えることができる。ノズル２６は、ガラスの上面１２から約６．４ｍｍ（０．２５インチ）から１９ｍｍ（０．７５インチ）以内にあり、かつ約２ｍｍと４ｍｍの間の幅のスプレーパターンをガラス表面に提供するのが好ましい。
【００１８】
加熱ゾーン２０におけるガラスシート１０の温度は、ガラス表面をレーザービームに曝す時間に直接左右されるので、円形の代わりに細長い形状の（例えば楕円形または長方形の）加熱ゾーンを用いると、加熱ゾーンの同じ相対移動速度に関して、所定の罫書き経路２２に沿った表面１２上の各点に対する加熱時間が長くなる。それ故に、レーザービームに関する設定された出力密度とともに、かつガラスシート１０の所望の加熱深さを保つために必要な、加熱ゾーンの後縁から冷媒スポット２８の前縁までの一定の距離ｌ（エル）とともに、さらに加熱ゾーン２０が移動方向に伸びていると、ガラスの表面に沿った加熱ゾーンの相対的移動速度を速くすることができる。
【００１９】
図２に示されているように、本発明においては、加熱ゾーンが、３０ｍｍよりも長い、好ましくは５０ｍｍよりも長い、より好ましくは１００ｍｍよりも長い長軸ｂを持つ極めて細長い形状を有する。短軸ａは約７ｍｍよりも短いことが好ましい。加熱ゾーンの長軸ｂは、ガラスシートの所定の罫書き経路の移動方向と一致している。薄いガラスシート（例えば約１ｍｍよりも薄い）に関しては、加熱ゾーンの長軸ｂの長さは、所望の１秒当りのレーザー罫書き速度の１０％よりも長いことが好ましい。したがって、厚さ０．７ｍｍのガラス上の所望のレーザー罫書き速度５００ｍｍ／秒に関しては、加熱ゾーンの長軸の長さが少なくとも５０ｍｍであることが好ましい。
【００２０】
クラック１８は、このクラックが罫書き線として作用するように、ガラスシート１０の厚さの一部（距離ｄ）のみに延びていることが好ましい。そうすれば、クラック１８の下部に曲げモーメントを加えることによって、最終的にガラスシートをより小さい複数のガラスシートに分割することができる。このような曲げモーメントは、より一般的な機械的表面罫書き法を用いてガラスシートを割るのに用いられる従来の曲げ装置（図示せず）および技法を用いて加えることができる。クラック１８は、機械的罫書きではなくレーザー罫書き技法を用いて形成されるので、機械的割り工程中におけるガラス屑の発生が、従来技術に比較して著しく低減される。
【００２１】
ガラス割り作業に用いられるレーザービームは、切りこまれるべきガラスの表面を加熱することが可能でなければならない。したがって、レーザー輻射線は、ガラスに吸収されることができる波長を有することが好ましい。このため、この輻射線は、２μｍよりも長い波長を備えた赤外線範囲にあることが好ましく、９〜１１μｍの波長を持つＣＯ２レーザーが好ましい。現在の実験の主流は、７．２×１０５〜１８×１０５ジュール（２００〜５００ワット）の範囲の出力を有するＣＯ２レーザーを用いているが、例えば１９．６×１０５ジュール（６００ワット）を超えるより高出力のレーザーさえ用いることができると考えられる。
【００２２】
クラック１８は、加熱されたゾーンと冷却されたゾーンとの境界の下方、すなわち、最大温度勾配の領域に形成される。クラックの深さ、形状および方向は、熱可塑性応力の分布によって決定され、この熱可塑性応力は、主に、下記のいくつかの要因に左右される。すなわち、
レーザービームの出力密度、
レーザービームによって生成される加熱ゾーンの寸法および形状、
加熱ゾーンと材料との相対的移動速度、
加熱されたゾーンに対する冷媒の物理的特性、質および供給条件、
クラックが施される材料の熱物理的および機械的特性、その厚さおよびその表面の状態。
【００２３】
レーザーは、両端のミラーによって画成される共振キャビティ内で発生するレーザー発振によって動作する。安定な共振器の概念は、キャビティを通る光線の経路を追うことによって最も良く視覚化することができる。もしレーザーキャビティの光軸に最初に平行な光線が、二つのミラーの間でそれら間から外れることなしに永久的に前後に往復して反射し続けることができれば、安定性の閾値に達する。
【００２４】
安定性基準を満たせない共振器は、光線が光軸から外れて広がるので、不安定な共振器と呼ばれる。不安定な共振器には多くの種類がある。一つの単純な具体例は凸球面ミラーと平面ミラーとが対向したものである。その他の具体例は、直径の異なる二つの凹面ミラー（大きい方のミラーから反射した光が小さい方のミラーのエッジの周囲から逸脱するように）および凸面ミラー対を含む。
【００２５】
二つの形式の共振器は、異なる利点と異なるモードパターンとを有する。上記安定な共振器は光をレーザー軸に沿って集光し、その領域から効率よくエネルギーを取り出すが、レーザー軸から離れた外側領域からはエネルギーを取り出さない。それが生成させるビームはその中心に強さのピークがあり、軸からの距離が増大するにつれて強さがガウス分布的に低下する。低利得かつ連続波レーザーは主としてこの形式である。
【００２６】
上記不安定な共振器は、レーザーキャビティ内の光を拡散させる傾向がある。例えば出力ビームは、軸の周りに環状のピーク強度を備えた環状プロファイルを有する。
【００２７】
レーザー共振器は２種類の明確なモード形式、すなわち横モードと縦モードとを有する。横モードは、ビームの断面プロファイルに、すなわち強度パターンに表れる。縦モードは、レーザーの利得帯域幅内の種々の周波数または波長に発生する、レーザーキャビティの長さに沿った種々の共振に対応する。単一縦モードに共振する単一横モードレーザーは単一周波数のみにおいて共振し、二つの縦モードに共振するレーザーは、二つの独立した（しかし一般に接近した間隔で）波長で同時に共振する。
【００２８】
レーザー共振器内の電磁場の「形状」は、ミラーの曲率、間隔、放電管の管径、および波長に左右される。ミラーの整列状態、間隔また波長の僅かな変化は、レーザービームの「形状」（それは電磁場である）における劇的な変化を生じ得る。専門用語は、ビームの「形状」、すなわち空間におけるエネルギー分布を表すために進化しており、そこでは横モードが二方向のビーム断面を横切って現れるゼロの数によって分類される。強さのピークが中心にある最も低次の、すなわち基本的なモードはＴＥＭ００モードとして知られている。このようなレーザーは、一般に多くの産業上の用途に好まれている。一つの軸に沿った単一のゼロを持ち直角方向にはゼロを持たないモードは方向に応じてＴＥＭ０１およびＴＥＭ１０である。ＴＥＭ０１およびＴＥＭ１０モードのビームは、レーザーエネルギーをガラス表面に一様に供給するために従来から用いられてきている。
【００２９】
図３（ビームを横切る距離Ｘに対するビームの強さＩ）に示されているレーザービームは、実質的に環状リングからなる。したがって、レーザービームの中心の強度は、少なくともレーザービームの外側領域よりも低く、完全にゼロ出力レベルに移行する可能性があり、その場合には、レーザービームは１００％ＴＥＭ０１出力分布になる。このようなレーザービームは双峰性である。すなわち、ＴＥＭ０１とＴＥＭ００モードとの組合せのような、二つ以上のモードレベルを包含し、そこでは中心領域の出力分布が外側領域の出力分布よりも僅かに下方へ下落している。ビームが双峰性である場合、ビームは５０％を超えるＴＥＭ０１を含み、残りはＴＥＭ００モードである。しかしながら、前述のように、このような光出力プロファイルを発生させる必要があるマルチモードレーザー装置は、安定性が低く、かつ整合および保守が困難でもあり得る。
【００３０】
非ガウス分布的レーザービームは、ガウス分布的レーザービームと比較した場合に、ビームを横切るエネルギー分布の優れた一様性を提供するので、レーザー罫書き動作に関しては好ましいと思われてきた。しかしながら、ガウス分布的出力分布を有するビームは、適切に操作された場合、シングルモードのガウス分布レーザーと結び付いて、経済性、安定性および保守の容易さという利点を有しながら必要な罫書き作用を行なうことが可能である。
【００３１】
本発明によれば、代表的なモード出力分布が図４に示されている、一般的にガウス分布の出力プロファイルをもって連続的に放射されるビームを有するシングルモードレーザーが用いられる。このビームは本質的にＴＥＭ００モードを有する。
【００３２】
図５に示されている本発明の一実施の形態においては、デジタルコンピュータなどのシステムコントローラ（図示せず）がレーザー罫書きシステムに動作可能なように接続されて、このシステムの他の動作部品はもとよりレーザー装置および／またはガラスシートの動作をも制御する。このシステムコントローラは、一般的な機械制御技法を利用して、システムの種々の構成部品の動作を制御する。このシステムコントローラが、そのメモリに格納されている種々の生産操作プログラムを活用し、各プログラムは、特定サイズのガラスシートのためのレーザー（必要であれば他の動作部品も）の動作を適切に制御することが好ましい。
【００３３】
上記システムコントローラは、特にアクチュエータ３４を介して光学素子３２の動作を制御する。アクチュエータ３４は、例えばガルバノメータである。一つの実施の形態においては、光学素子３２は、アクチュエータアーム３６を介してアクチュエータ３４に可動的に取り付けられかつ連結されたミラーのような反射素子からなる。アクチュエータ３４はコントローラにより制御されて、レーザー４０から連続的に放射されるレーザービーム３８をして、軌道線２８によって表されているような円形軌道を軸線４２の周りで描かせる。輻射パターン２９はビーム３８の軌道周回特性を表し、このパターンの中心における明るい領域は、パターンの外側領域よりも常に強度が低いことを示す。円形軌道を描くビームは、このビームが単数または複数の光学素子４４を通過することによって、最後尾の光学素子４４を出たビーム３８′のように、軌道線４５で表されているような、軸線４２の周りで細長いまたは楕円形の軌道を描く。光学素子４４は例えば円柱レンズである。図５に示されているように、長手方向軸線に沿って互いにほぼ直角に配置された２個の円柱レンズを用いることは、各レンズの他方のレンズに対する相対的方位を制御することによって軌道の長さおよび幅を独立的に制御することが可能なために有益である。
【００３４】
少なくとも１個の光学素子４４を出た軌道を描くビーム３８′は、スポット４１においてガラスシート１０の上面１２上に衝突する。ビーム３８′がガラスシート１０上に生成させる衝突スポット４１は、ガラスシート上で閉じられた細長い経路４６（図６、図７にも示されている）を辿り、ガラスシート上に細長い加熱ゾーン２０を形成する。細長い加熱ゾーン２０は、加熱ゾーンの内側部分４８において最低の温度を有する。図６は、レーザースポット４１が細長い閉じられた経路４６を辿るにつれて加熱ゾーン２０を生成させることを示す。図７は、経路４６の近傍の外側部分よりも低い温度を有する中心領域４８を示す他の加熱ゾーン２０の図である。したがって、加熱ゾーン２０は、加熱ゾーンの中心部分内に最低温度を有する。最低温度を示す短軸ａに沿った代表的な温度分布が図８に示されている。
【００３５】
上記システムコントローラは、さらに、加熱ゾーン２０がガラスシートに沿う所定の経路２２に追従するように、軌道を描くレーザービーム３８′の下でガラスシート１０を横方向に移動させる。ガラスシート１０は、例えば当業者が周知の直線的アクチュエータによって移動せしめられるキャリッジアセンブリ（図示せず）によって横方向に移動せしめられる。あるいは、レーザー４０が、光学素子および／またはレーザー取付け装置とともに可動キャリッジアセンブリ（図示せず）上に取り付けられていることによって可動に構成されて、ガラスシートと衝突するレーザービームとの間に相対的運動を生じさせるようにしてもよい。これは、小型で信頼性が高く、かつガス流レーザーに比較した場合に密閉管レーザーに見られるガス供給配管の管理の困難さがない市販のシングルモード炭酸ガスレーザーを用いて達成可能な利点を有する。ガラスシートではなく、罫書きシステムの光学部品を移動させて罫書き線を引く能力は、ガラスシートが、ＬＣＤディスプレーパネルのように益々大型になりかつ扱い難くなっているので特に重要である。前記したように、冷媒２４は、加熱ゾーンの移動に関して経路２２に沿った追従位置においてガラスシートに向けたノズル２６から導かれるのが好ましい。経路２２は、特にＬＣＤディスプレーパネルについては直線経路である。しかしながら、経路２２は必ずしも直線である必要はなく、曲線または用途に応じて必要なその他の方向変換を含むものであってもよい。
【００３６】
あるいは、レーザー４０は固定して、光学素子３２および４４を移動キャリッジ上に取り付けることにより移動させてもよい。その場合、このキャリッジがガラスシートに対して移動せしめられる。レーザー４０から放射されたレーザービームは光学素子３２に当り、ここでビームが軸線４２の周りで円軌道を描くようにアクチェータ３４によって移動せしめられながら、ガラスシートに対して横方向に移動する。残念ながら、このような構成においては、光学素子３２および４４が取付けられている移動キャリッジがガラスシートを横断するのにつれて、レーザー４０の出力面と光学素子３２との間のビーム長３９が長くなる。レーザー４０と光学素子３２との間のビーム長が長くなると、レーザービーム３８の発散を増大させ、このため、ガラス上に衝突するビーム３８′からの輻射スポットのサイズ（スポットサイズ）を変化させることにより加熱ゾーンが変化する。すなわち、ビーム長が長くなるにつれてレーザービーム３８が発散し、スポットサイズが増大する。スポットサイズが増大すると、加熱ゾーンのサイズが増大することによって、加熱ゾーンの加熱効率が望ましくなく低下する。このビームの発散の増大を補償するために、軸線４２の周りでレーザービーム３８によって描かれる円軌道の半径が、光学素子３２，４４がガラスシートを横に移動するにつれて変化するように、システムコントローラによって、光学素子３２の運動がガラスシートに対する光学素子３２，４４の移動に関連して修正される。レーザー４０と光学素子３２との間のビーム長３９が増大するにつれて、すなわちレーザー４０と光学素子３２との間の間隔が増大するにつれて、軸線４２の周りの円軌道の半径を減少させて、一定のスポットサイズを、したがって不変の加熱ゾーンを保つことが望ましい。これとは反対に、レーザー４０と光学素子３２との間の間隔が減少するにつれて、軸線４２の周りの円軌道の半径が増大される。かくして、光学素子３２および４４がガラスシートを横切っても、加熱ゾーン２０は不変状態を保つ。アクチュエータ３４を駆動するシステムコントローラは、レーザービーム３８の円軌道における必要な変更を達成するための適当な指示を備えるように容易にプログラムされる。光学素子３２，４４に取付けられているキャリッジ上には位置センサ（図示せず）が配置されて、キャリッジの位置情報をシステムコントローラに提供する。あるいは、固定の位置センサがキャリッジ通路のキャリッジの近傍に取りつけられていてもよい。位置検出のための種々の一般的な方法が知られているが、本明細書においては簡素化のためにそれらには言及しない。しかしながら、このような位置センサには、レーザー検出素子、赤外線検出素子、音響素子等がある。
【００３７】
本発明に実際に用いることができる装置の別の実施の形態が図９に示されている。連続的に放射されるレーザービーム３８は、光学素子４４によって変換されるのに先立って光学素子５０に導かれる。光学素子５０はビーム３８を軸線４２から外れるように方向付ける。光学素子５０は軸線４２の周りで回転せしめられて、ビーム３８を軸線４２の周りで円軌道を描くように回転させる。例えば光学素子５０は、モータの中空軸内に取付けられたプリズムまたは適当なレンズのようなファセット素子とすることができ、モータ軸の回転によってプリズムまたはレンズがモータ軸の回転軸線の周りで回転する。光学素子５０は屈折素子からなることが好ましい。図９の実施の形態においては、外部に取付けられたモータ（図示せず）によって例えば駆動ベルトを介して回転せしめられる適当な取付けブラケットに光学素子５０が取り付けられている。前述の実施の形態と同様に、円軌道を描くビームは少なくとも１個の光学素子４４、好ましくは少なくとも２個の光学素子を通って導かれて、前述のように細長い閉じられた経路４６をガラスシート１０上に描くように変換される。本実施の形態は、アクチュエータ３４によってアクチュエータアーム３６を介して操作される光学素子３２よりもより速く光学素子５０が回転可能な利点があり、したがって、軌道を描くビームによって生成される加熱ゾーン２０を横切る熱の分布（したがって温度プロファイル）がより予想通りに形成される。
【００３８】
図１０に示されたさらに別の実施の形態においては、連続的に放射されるレーザービーム３８が集積光学素子５４を通って導かれ（以後、集積素子５４と呼ぶ）、この集積素子５４はビームを分割し、それを細長いが不連続的パターンに分岐させる。すなわち、レーザー４０から放射されるビーム３８は複数の独立したビーム３８″に屈折せしめられ、これら独立したビームのそれぞれがほぼガウス分布的強度プロファイルを有し、これら独立したビームが個々に細長いパターンに分岐される。この細長いパターンは、多分図１１に示されているように直線であろう。独立したビーム３８″は、図１２に示されているように、周縁部５８とこの周縁部５８によって取り囲まれた内側部分６０とを備えた幾何学的パターンの外周を巡ってこれら独立したビーム３８″がガラス表面１２に衝突するように、細長いパターンがほぼ長方形または楕円形であることが好ましい。したがって、集積素子５４の使用によって、加熱ゾーン２０′によって示されているように、前述の実施の形態によって達成された連続的な細長い加熱ゾーン２０に近似される。集積素子５４によって生成される複数の輻射スポットは、各ビーム３８″がガラス表面１２に衝突した個々の複数の小さい加熱ゾーンを生成させ、これらが合体して、図１２に示されているような、大きい加熱ゾーンの内部に最低温度部分を有するのが好ましい、より大きい、単一の細長い加熱ゾーンを生成させる。
【００３９】
レーザービーム３８は、このビームが集積素子５４に入射するのに先立って、コリメータ６２によってコリメートされるのが好ましい。レーザービームをコリメートする方法は当業者が周知しており、したがって、ここではこれ以上説明しない。集積素子を使用することは、前述の実施の形態のように回転さもなければ移動する光学素子のような可動部分を排除するので、信頼性が向上する利点がある。集積素子からの独立したビーム投射の数は、集積素子上に形成された複数のファセットの数および相互の関係によって調節可能であるが、特に、罫書かれるべきガラスシートの厚さｄおよびガラスシートの表面を横切る加熱ゾーンの速度に応じて、６本という少ない数から数十本、数百本または数千本の独立ビームまでの範囲となし得る。
【００４０】
上述のように、本発明について種々の説明を行なったが、本発明の実施の形態に関連して説明された種々の特徴は、単独に、または組み合わせて使用可能であることを理解すべきである。したがって、本発明は、ここに記載された特定の好ましい実施の形態に限定されるものではない。本発明の精神および発明の範囲から離れることなしに、他の多くの変形、変更を本発明に施すことが可能なことが当業者には明らかであろう。例えば、ここに開示された一般的な罫書き方法は、ガラスシートに関して説明されているが、ガラスセラミックのような他の脆い材料にさらに適用することも可能である。したがって本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内でなされた本発明の変形、変更をも包含するものである。
【００４１】
限定ではなく例示を意図した下記の実施例は、本発明による方法を説明するものである。
【実施例】
【００４２】
約９×１０５〜１８×１０５ジュール（約２５０〜５００ワット）の間の出力を有するシングルモードＣＯ２レーザーがコリメータを通過し、ここでコリメートされたビームがコリメータから出射する。このコリメートされたビームは、その後、単一ビームを複数の独立ビームに分岐させる集積レンズを透過する。複数の独立ビームは、細長いパターンを描いてガラスシートの表面に衝突し、これにより細長い加熱ゾーンを形成し、この加熱ゾーンの外側領域に衝突する光学的出力は、細長い加熱ゾーンの中心部分に衝突する光学的出力よりも大きい。上記加熱ゾーンとガラスシートの間に発生する相対運動により、加熱ゾーンは少なくとも約３００ｍｍ／秒の速度でガラスシートを横切る。移動する加熱ゾーンの背後で冷媒がガラスシートに吹きつけられる。上記加熱ゾーンの、上記相対運動の方向と平行な方向に沿った長さは少なくとも約３０ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】ガラスシートに衝突する、軌道を描くレーザービームと、加熱ゾーンと、冷    媒供給機構とを示す、本発明によるレーザー罫書きシステムの斜視図
【図２】加熱ゾーン、冷媒スポットおよびそれらによって生じるクラックの間の関係    を示す図１のガラスシートの斜視図
【図３】マルチモード・レーザービームの例示的強度プロファイルを示すグラフ
【図４】シングルモード・レーザービームの例示的強度プロファイルを示すグラフ
【図５】連続的に放射するレーザービームを偏向させて１本の軸線の周りで軌道を描    かせるためにミラーが用いられ、このレーザービームの軌道が光学素子によって細長    くされ、その後ガラスシート上に衝突して細長い加熱ゾーンを形成する、本発明によ    るレーザー罫書きシステムの側面図
【図６】軌道を描く図５のレーザービームがガラスシート上の細長い閉じられた経路    を辿るにつれて、レーザービームによって生成される加熱ゾーンを示す図
【図７】加熱ゾーンの閉じられた経路近傍の領域の温度よりも低い温度を有する加熱    ゾーンの中心領域を示す、図５および図６の細長い加熱ゾーンを示す図
【図８】外側領域よりも低い温度を有する中心領域を示す、図５〜図７の加熱ゾーン    を幅切る例示的温度プロファイルを示すグラフ
【図９】連続的に放射するレーザービームを偏向させて１本の軸線の周りで軌道を描    かせるために回転する光学素子が用いられ、このレーザービームは光学素子によって    細長くされ、その後ガラスシート上に衝突して細長い加熱ゾーンを形成する、本発明    の別の実施の形態を示す図
【図１０】連続的に放射するレーザービームを複数のレーザービームに分岐させるた    めに集積光学素子が用いられ、これらレーザービームは細長いパターンをもってガラ    スシート上に衝突して細長い加熱ゾーンを形成する、本発明の別の実施の形態を示す    図
【図１１】上記パターンが一直線状である図１０による細長いパターンを示す図
【図１２】上記パターンが楕円形である図１０による細長いパターンを示す図
【符号の説明】
【００４４】
１０    ガラスシート
１６    クラック始点
１８    クラック
２０    加熱ゾーン
２２    罫書き経路
２４    冷媒
２６    ノズル
３２，４４，５０    光学素子
３４    アクチュエータ
３８    レーザービーム
４０    レーザー
６２    コリメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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