(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブルガラスリボンを切断する方法において、
前記フレキシブルガラスリボンの第１のエッジと第２のエッジとの間に延在する、第１の広い表面および第２の広い表面を含む前記フレキシブルガラスリボンを、レーザを備えたフレキシブルガラス切断装置へと向かわせるステップ、
前記レーザからレーザビームを、前記フレキシブルガラスリボンのある領域へと向けるステップ、
前記レーザビームを用いて、前記フレキシブルガラスリボンを通る亀裂を形成するステップ、および、
前記亀裂を、前記レーザビームと前記フレキシブルガラスリボンにおける局所的機械的変形とを用いて、前記フレキシブルガラスリボンに沿って伝播させるステップ、
を含み、
前記局所的機械的変形が、０．１ｍｍから１ｍｍの間の深さを有する窪みであり、さらに前記局所的機械的変形が、３ｍｍから２５ｍｍの間の幅を有する窪みであることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１のエッジと前記第２のエッジとの間で前記フレキシブルガラスリボンに開始傷を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記局所的機械的変形が、前記開始傷の位置で前記フレキシブルガラスリボンに形成されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記フレキシブルガラスリボンへと加圧ガスを向けることによって前記局所的機械的変形が形成され、かつ前記フレキシブルガラスリボンに前記開始傷を形成した後に前記加圧ガスの圧力を増加させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
前記局所的機械的変形が少なくとも部分的に、前記レーザビームが向けられた前記領域内に形成されることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
フレキシブルガラスリボンを切断するためのガラス切断装置において、
前記フレキシブルガラスリボンに開始傷を形成するように配置および構成された、傷開始機器、
前記傷開始機器を用いて形成された前記開始傷を含む前記フレキシブルガラスリボンの領域を加熱するために、放射ビームを前記フレキシブルガラスリボンへと向けるように配置および構成された、光送出装置、および、
前記傷開始機器を用いて形成された前記開始傷の位置で、前記フレキシブルガラスリボンに加圧ガスを用いて局所的機械的変形を形成するように配置および構成された、加圧ガス送出機器、
を備え、
前記局所的機械的変形が、０．１ｍｍから１ｍｍの間の深さを有する窪みであり、さらに前記局所的機械的変形が、３ｍｍから２５ｍｍの間の幅を有する窪みであることを特徴とするガラス切断装置。        
【請求項７】
前記加圧ガス送出機器が局所的窪みを少なくとも部分的に、前記放射ビームが向けられた前記領域内に形成するように配置されていることを特徴とする請求項６記載のガラス切断装置。
【請求項８】
前記加圧ガス送出機器が、発散的ガス流を提供するノズルを備えていることを特徴とする請求項６または７記載のガラス切断装置。
【請求項９】
搬送路であって、該搬送路に沿って前記フレキシブルガラスリボンを前記ガラス切断装置に通して搬送することができる、搬送路、をさらに含んでいることを特徴とする請求項６から８いずれか１項記載のガラス切断装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組み込まれる、２０１３年１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／７５８３７９号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、フレキシブルガラスを連続してレーザ切断する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラスシートは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）テレビ、コンピュータモニタ、およびハンドヘルド機器などのディスプレイ装置の製造に使用されてきた。例えば現代のＬＣＤテレビセットでは、清浄な表面品質を有する１片の薄型ガラスシートが薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）および他の電子機器のための基板として使用され、また別の片がカラーフィルタ用の基板として使用されている。近年、薄型ガラスシートは、ハンドヘルド機器およびテレビセットのスクリーン用カバーシートとしての用途も見出し始めた。
【０００４】
薄型ガラスシートは、フュージョンダウンドロープロセス、フロート成形プロセス、または他の成形方法を用いて、ガラス溶融物から作製することができる。これらの成形プロセスは工業規模で連続的なものであることが多いため、成形設備から出てすぐの成形されたままのガラスリボンは、機器の製造業者へ発送される前に、複数の連続した細長い片および／または個別のガラスシートへの切断を必要とすることが多い。ガラス成形製造ラインで製造される切断されたガラスシートは、同じ表面で同時に複数の機器の製造を受け入れることができるサイズであることが多い。特定の時点で、この大型のガラスシートを切断して、より小さい最終的な機器のサイズにする必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本概念は、フレキシブルガラスリボンの機械的変形を利用してガラスリボンに傷を伝播させるのを助ける、フレキシブルガラスリボンのレーザ切断を含む。機械的変形は、フレキシブルガラスリボンを分断するために使用される引張応力プロファイルを付与するために加圧ガスをフレキシブルガラスリボンの１以上の表面へと向けることによって形成された、浮動する局所的窪みまたは凹みの形のものでもよい。この機械的変形は、レーザビーム自体によって引き起こされる任意の変形に追加され得るものであり、また亀裂の伝播の安定化を助けることができる。
【０００６】
動いているガラスリボンまたはウェブの、レーザ例えばＣＯ2レーザを用いた切断は、典型的には３つのステップ、すなわち、
１．レーザビームの前で、例えばダイヤモンドを含んだホイールまたはスタイラスペンによってガラス表面に小さい開始傷を生成するステップ、
２．所望の切断方向に沿って、レーザビームによりガラス表面を加熱するステップ、および、
３．亀裂または部分的な割れ目を開始傷から伝播させるために表面で張力を生じさせるよう、レーザ加熱された表面を局所的に冷却するステップ、を含む。
【０００７】
冷却するステップは通常、レーザによって加熱されたガラス表面に集中させた、水または空気／水混合物によって行われる。実験を通じて発明者らは、ガラスがレーザで加熱された後に、ウォータージェットまたは空気／水混合物を用いて表面を冷却する代わりに圧縮空気流を単独で用いてガラスを下向きに押圧すると、より制御された全深さの切断（「フルボディ切断」）の亀裂伝播が得られ得ることを見出した。十分な空気圧によってガラス表面に円形の窪みまたは凹みが生成され、これによりガラスを引っ張ること、および亀裂を伝播させることが可能になる。
【０００８】
ガラス表面を引っ張られた状態にしてレーザビームの進路に沿ってガラスをブレークさせ易くする、安定した空気圧を適用することで、窪みはガラスのレーザ切断プロセスの精度および一貫性を向上させる。水または空気‐水のミストがプロセスから排除されると、エッジのうねりを低減させることでエッジの品質が著しく向上する。このエッジのうねりは典型的であり、過剰な量の冷却剤が使用されると、亀裂の伝播を支えるために必要な最小限度を超えてしまう。さらに空気流は、大部分が対称的かつ一軸性の応力場をガラスの厚さを通じて作り出し、これがエッジ面の変化とツイストハックルとを最小限に抑えながら、ガラス表面に垂直な方向の亀裂の伝播を促進する。これは、切断エリア外（特にその下流）の様々なソース（ビードチョッパ―、エッジラミネート、一貫性のないエアベアリングのガラスウェブ支持、入ってくるウェブの形状など）により発生するガラスの振動から亀裂の先端を隔離することにより亀裂伝播速度の変動をさらに最小限に抑えることによって、「従来の」レーザ切断方法を上回る利点を提供し、従って、プロセス全体のロバスト性と向上したエッジ品質を実現する。これは特に、薄型の動いているウェブの連続したレーザ切断を行うときに重要である。
【０００９】
第１の態様によれば、フレキシブルガラスリボンを切断する方法は、
フレキシブルガラスリボンの第１のエッジと第２のエッジとの間に延在する、第１の広い表面および第２の広い表面を含むこのフレキシブルガラスリボンを、レーザを備えたフレキシブルガラス切断装置へと向かわせるステップ、
レーザからレーザビームを、フレキシブルガラスリボンのある領域へと向けるステップ、
レーザビームを用いて、フレキシブルガラスリボンを通る亀裂を形成するステップ、および、
亀裂を、レーザビームとフレキシブルガラスリボンにおける局所的機械的変形とを用いて、フレキシブルガラスリボンに沿って伝播させるステップ、を含む。
【００１０】
第２の態様によれば、第１のエッジと第２のエッジとの間でフレキシブルガラスリボンに開始傷を形成するステップをさらに含む、態様１の方法が提供される。
【００１１】
第３の態様によれば、開始傷の位置でフレキシブルガラスリボンに局所的機械的変形が形成される、態様２の方法が提供される。
【００１２】
第４の態様によれば、フレキシブルガラスリボンへと加圧ガスを向けることによって局所的窪みが形成される、態様１〜３のいずれか１つの方法が提供される。
【００１３】
第５の態様によれば、フレキシブルガラスリボンに開始傷を形成した後に、加圧ガスの圧力を増加させるステップをさらに含む、態様４の方法が提供される。
【００１４】
第６の態様によれば、加圧ガスが空気である態様５の方法が提供される。
【００１５】
第７の態様によれば、局所的窪みが少なくとも部分的に、レーザビームが向けられた領域内に形成される、態様１〜６のいずれか１つの方法が提供される。
【００１６】
第８の態様によれば、開始傷がフレキシブルガラスリボンに形成された連続したスクライブラインである、態様１〜７のいずれか１つの方法が提供される。
【００１７】
第９の態様によれば、局所的窪みが約０．１ｍｍから約１ｍｍの間の深さを有する、態様１〜８のいずれか１つの方法が提供される。
【００１８】
第１０の態様によれば、局所的窪みが約３ｍｍから約２５ｍｍの間の幅を有する、態様１〜９のいずれか１つの方法が提供される。
【００１９】
第１１の態様によれば、フレキシブルガラスリボンを切断するためのガラス切断装置は、
フレキシブルガラスリボンに開始傷を形成するように配置および構成された、傷開始機器、
放射ビームを、傷開始機器を用いて形成された開始傷を含むフレキシブルガラスリボンの領域を加熱するために、フレキシブルガラスリボンへと向けるように配置および構成された、光送出装置、および、
傷開始機器を用いて形成された開始傷の位置で、フレキシブルガラスリボンに加圧ガスを用いて局所的機械的変形を形成するように配置および構成された、加圧ガス送出機器、
を備えている。
【００２０】
第１２の態様によれば、加圧ガスが空気である態様１１の装置が提供される。
【００２１】
第１３の態様によれば、加圧ガス送出機器が局所的窪みを少なくとも部分的に、放射ビームが向けられた領域内に形成するように配置されている、態様１１または態様１２の装置が提供される。
【００２２】
第１４の態様によれば、放射ビームがレーザビームである、態様１１〜１３のいずれか１つの装置が提供される。
【００２３】
第１５の態様によれば、傷開始機器がフレキシブルガラスリボンに連続したスクライブラインを形成する、態様１１〜１４のいずれか１つの装置が提供される。
【００２４】
第１６の態様によれば、加圧ガス送出機器が、発散的ガス流を提供するノズルを備えている、態様１１〜１５のいずれか１つの装置が提供される。
【００２５】
第１７の態様によれば、ガラス処理装置は、
搬送路であって、この搬送路に沿ってフレキシブルガラスリボンをガラス処理装置に通して搬送することができる、搬送路、および、
搬送路に沿って搬送することができるフレキシブルガラスリボンを切断するための、ガラス切断装置、を含み、ガラス切断装置は、
搬送路に沿って搬送されるフレキシブルガラスリボンに開始傷を形成するように配置および構成された、傷開始機器、
放射ビームを、開始傷を含むフレキシブルガラスリボンの領域を加熱するために、搬送路に沿って搬送されるフレキシブルガラスリボンへと向けるように配置および構成された、光送出装置、および、
開始傷の位置で、搬送路に沿って搬送されるフレキシブルガラスリボンに加圧ガスを用いて局所的窪みを形成するように配置および構成された、加圧ガス送出機器、
を備えている。
【００２６】
第１８の態様によれば、加圧ガスが空気である態様１７の装置が提供される。
【００２７】
第１９の態様によれば、加圧ガス送出機器が局所的窪みを少なくとも部分的に、放射ビームが向けられた領域内に形成する、態様１７または態様１８の装置が提供される。
【００２８】
第２０の態様によれば、放射ビームがレーザビームである、態様１７〜１９のいずれか１つの装置が提供される。
【００２９】
第２１の態様によれば、傷開始機器がフレキシブルガラスリボンに連続したスクライブラインを形成する、態様１７〜２０のいずれか１つの装置が提供される。
【００３０】
第２２の態様によれば、加圧ガス送出機器が、発散的ガス流を提供するノズルを備えている、態様１７〜２１のいずれか１つの装置が提供される。
【００３１】
第２３の態様によれば、１以上の個別のスクライブラインが傷開始機器を用いてフレキシブルガラスリボンに形成される、態様１１〜２２のいずれか１つの装置が提供される。
【００３２】
さらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは書かれる説明および添付の図面において例示されるように、また添付の請求項において画成されるように、本発明を実施することにより認識されるであろう。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の単なる例示であり、主張されるような本発明の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００３３】
添付の図面は、本発明の原理のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は１以上の実施形態を示し、そしてその説明とともに、例として本発明の原理および動作を説明する役割を果たす。本明細書および図面において開示される本発明の種々の特徴は、任意に組み合わせて、また全て組み合わせて、使用し得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】フレキシブルガラスリボンを処理する一実施の形態の装置の一部を示した図
【図２】上向きに伸びる凸状支持表面を有する一実施の形態の切断支持部材を示した、図１の線２−２に沿った断面図
【図３】フレキシブルガラスリボンを処理する一実施の形態の装置の概略図
【図４】フレキシブルガラスリボンに局所的窪みを形成するノズルおよび加圧空気を含む、一実施の形態の切断装置の概略側面図
【図５】局所的窪みを有するフレキシブルガラスリボンの概略上面図
【図６】一実施の形態のノズルの底面図
【図７】一実施の形態のガラス切断プロセスの概略上面図
【図８】別の実施形態のガラス切断プロセスの概略上面図
【図９】別の実施形態のガラス切断プロセスの概略上面図
【図１０】別の実施形態のガラス切断プロセスの概略上面図
【図１１】別の実施形態のガラス切断プロセスの概略上面図
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本書で説明される実施形態は、一般にフレキシブルガラスリボンの処理に関し、より具体的には、フレキシブルガラスリボンを例えば複数のフレキシブルガラスリボンおよび／または個別のフレキシブルガラスシートに切断するものに関する。本書では「リボン」という用語は、シート、あるいは例えばロールまたは成形プロセスから連続して供給されるウェブなど、任意の長さのフレキシブルガラスを称し得る。フレキシブルガラスリボンの分離は、レーザビームを使用し、このレーザビーム付近でフレキシブルガラスリボンに、浮動する局所的機械的変形すなわち例えば窪みまたは凹みを形成するために使用される、高圧ガス流の補助を受けて達成される。局所的機械的変形は、フレキシブルガラスリボンの広い表面に垂直なフレキシブルガラスリボンの厚さを通じて亀裂を伝播させるために使用され得る、張力場をフレキシブルガラスリボンに生成する。
【００３６】
図１を参照すると、図示のフレキシブルガラスリボン１０は、その一部のみが図１に示されているガラス処理装置１２を通って搬送される。フレキシブルガラスリボン１０は、連続した形でガラスリボン供給源１４からガラス処理装置１２を通って搬送され得る。フレキシブルガラスリボン１０は、フレキシブルガラスリボン１０の長さに沿って延在する一対の対向する第１のエッジ１６および第２のエッジ１８と、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８の間に広がる中心部分２０とを含む。いくつかの実施形態において第１のエッジ１６および第２のエッジ１８は、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８を接触から保護およびシールドするために使用される、粘着テープ２５でカバーされ得る。テープ２５は、フレキシブルガラスリボン１０が装置１２を通って移動しているときに、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８のうちの一方または両方に適用され得る。他の実施形態では、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８をカバーする粘着テープ２５を使用しなくてもよい。第１の広い表面２２および対向する第２の広い表面２４も、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８の間に広がって中心部分２０の一部を形成する。
【００３７】
図３に一部が示されているダウンドローフュージョンプロセスを用いてフレキシブルガラスリボン１０が成形される実施形態では、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８は、中心部分２０内の厚さＴ2よりも厚い厚さＴ1を有するビード２６および２８を含み得る。中心部分２０は、約０．３ｍｍ以下の厚さＴ2を有する「極薄」のものでもよく、限定するものではないが、例えば厚さ約０．０１〜０．０５ｍｍ、約０．０５〜０．１ｍｍ、約０．１〜０．１５ｍｍ、および約０．１５〜０．３ｍｍ、０．３、０．２９、０．２８、０．２７、０．２６、０．２５、０．２４、０．２３、０．２２、０．２１、０．２、０．１９、０．１８、０．１７、０．１６、０．１５、０．１４、０．１３、０．１２、０．１１、０．１、０．０９、０．０８、０．０７、０．０６、または０．０５ｍｍが挙げられるが、他の例では他の厚さを有するフレキシブルガラスリボン１０が成形され得る。
【００３８】
フレキシブルガラスリボン１０は、コンベヤシステム３０を用いて装置１２を通って搬送される。フレキシブルガラスリボン１０を、機械に対して、あるいはフレキシブルガラスリボン１０の移動方向３６に対して、正しい横方向の位置に方向付けるよう、横ガイド３２および３４を提供してもよい。例えば概略的に図示されているように、横ガイド３２および３４は、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８に係合するローラ３８を含み得る。フレキシブルガラスリボン１０を、移動方向３６において望ましい横方向の向きにシフトおよび位置合わせするのを助ける、横ガイド３２および３４を用いて、対向する力４０および４２を第１のエッジ１６および第２のエッジ１８に適用してもよい。
【００３９】
さらに図示されているように横ガイド３２および３４は、フレキシブルガラスリボン１０の中心部分２０に係合せずに、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８のテープ２５に係合し得る。従って、横ガイド３２および３４が中心部分２０の第１の広い表面２２および第２の広い表面２４のうちのいずれかに係合した場合に生じ得た、望ましくないスクライビング、引っ掻き傷、または他の表面汚染を回避しながら、フレキシブルガラスリボン１０の中心部分２０の対向する第１の広い表面２２および第２の広い表面２４の清浄なまたは品質の良い表面を維持することができる。さらに横ガイド３２および３４は、フレキシブルガラスリボン１０の移動方向３６を横断する軸４６に関してフレキシブルガラスリボン１０が曲げられているときに、フレキシブルガラスリボン１０に係合してもよい。フレキシブルガラスリボン１０を曲げると、その曲げ全体に亘ってガラスリボン１０の剛性を増加させることができる。従って横ガイド３２および３４は、曲がった状態の、また実質的に平面的な状態の、ガラスリボン１０に係合することができる。フレキシブルガラスリボン１０が曲がった状態にあるときに横方向に位置合わせすると、横ガイド３２および３４によって適用される力４０および４２が、ガラスリボンの外形を撓ませたり、あるいはガラスリボンの外形の安定性を乱したりする可能性は低い。
【００４０】
装置１２は、軸４６の下流に切断ゾーン５０をさらに含み得る。一例において装置１２は、フレキシブルガラスリボン１０を切断ゾーン５０において曲げて、湾曲ターゲットセグメント５４に曲がった向きを提供するように構成された、切断支持部材５２を含み得る。ターゲットセグメント５４を切断ゾーン５０内で曲げると、切断手順の際にフレキシブルガラスリボン１０を安定させるのを助けることができる。この安定化は、フレキシブルガラスリボン１０を切断する手順の際にフレキシブルガラスリボンの外形を撓ませたり、あるいは乱したりするのを抑制するのを助けることができる。他の実施形態において切断支持部材５２は、フレキシブルガラスリボン１０を曲げずに、代わりに実質的に平面的な向きでフレキシブルガラスリボン１０を提供および支持してもよい。
【００４１】
切断支持部材５２は、フレキシブルガラスリボン１０の第１の広い表面２２および第２の広い表面２４に触れずにガラスリボン１０を支持するように設計された、非接触式の切断支持部材５２を含み得る。例えば図２を参照すると、非接触式の切断支持部材５２は、フレキシブルガラスリボン１０と切断支持部材５２との間の空間に空気のクッションを提供してフレキシブルガラスリボン１０の中心部分２０が切断支持部材５２に接触しないようにするよう構成された、１以上の湾曲したエアバーを含み得る。この空間はさらに、以下でより詳細に説明するが、切断作業の際にフレキシブルガラスリボン１０への凹みまたは局所的な窪みの形成を助けることもできる。
【００４２】
図２を参照すると、正圧ポート６４を提供するように構成された複数の通路５８を切断支持部材５２が備えて、湾曲ターゲットセグメント５４の非接触支持のためのエアクッション６６を作り出すために、空気流６２を正圧ポート６４に通して湾曲ターゲットセグメント５４の方へ向かわせることができるようにしてもよい。随意的には、正圧ポート６４により生成されたエアクッション６６による力を部分的に弱めるために、空気流７０を湾曲ターゲットセグメント５４から引き込んで吸引を引き起こすことができるよう、複数の通路５８は負圧ポート６８を含んでもよい。正圧ポートおよび負圧ポートの組合せで、切断手順の間に亘って湾曲ターゲットセグメント５４の安定化を助けることができる。実際に正圧ポート６４は、フレキシブルガラスリボン１０の中心部分２０と切断支持部材５２との間で所望のエアクッション６６の高さを維持するのを助けることができる。同時に負圧ポート６８は、フレキシブルガラスリボン１０を切断支持部材５２の方へ引っ張って、フレキシブルガラスリボン１０が波打たないようにするのを、または、フレキシブルガラスリボン１０の湾曲ターゲットセグメント５４の一部分が、切断支持部材５２上を移動方向３６に通過するときに、ターゲットセグメント５４の他の部分から離れて浮かないようにするのを、助けることができる。
【００４３】
湾曲ターゲットセグメント５４を切断ゾーン５０内に提供すると、切断ゾーン５０全体に亘ってフレキシブルガラスリボン１０の剛性を増加させることもできる。従って、図１に示されているように随意的な横ガイド７０、７２が、フレキシブルガラスリボン１０が切断ゾーン５０内で切断支持部材５２上を通過するときに、曲がった状態のフレキシブルガラスリボン１０に係合してもよい。従って、フレキシブルガラスリボン１０が切断支持部材５２上を通過するとき、横ガイド７０、７２によって適用される力７４、７６が、横方向に位置合わせするときにガラスリボンの外形を撓ませるあるいはその安定性を乱す可能性は低い。随意的な横ガイド７０、７２は従って、フレキシブルガラスリボン１０の移動方向３６を横断する軸４６の方向に沿って湾曲ターゲットセグメント５４を適切な横方向の向きに微調整するために提供され得る。
【００４４】
上で明記したように、切断ゾーン５０内に曲がった向きの湾曲ターゲットセグメント５４を提供すると、切断手順の間にフレキシブルガラスリボン１０を安定させるのを助けることができる。この安定化は、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８のうちの少なくとも１つを分離する手順の際に、ガラスリボンの外形を撓ませるまたは乱すのを防ぐ助けとなり得る。さらに、湾曲ターゲットセグメント５４の曲がった向きが、湾曲ターゲットセグメント５４の剛性を高めて、湾曲ターゲットセグメント５４の横方向の向きの随意的な微調整の調節を可能にすることができる。従って、第１のエッジ１６および第２のエッジ１８のうちの少なくとも一方の分離手順の際に、中心部分２０の第１の広い表面２２および第２の広い表面２４に接触せずに、フレキシブルガラスリボン１０を効果的に安定させ、かつ適切に横方向に方向付けることができる。
【００４５】
フレキシブルガラスリボン１０の湾曲ターゲットセグメント５４の安定化および剛性の増加は、ターゲットセグメント５４を曲げて、軸４６の方向に沿って上向きに凸状の表面および／または上向きに凹状の表面を含むことによって達成され得る。例えば図２に示されているように、湾曲ターゲットセグメント５４は、上向きの凸状表面８０で曲がった向きを含む。本開示の例は、図示のエアバーなどの切断支持部材５２の上向き凸状支持表面８２で湾曲ターゲットセグメント５４を支持するものを含み得る。切断支持部材５２に上向き凸状支持表面８２を設けると、切断ゾーン５０内でフレキシブルガラスリボン１０を同様に曲げて図示の曲がった向きを得ることができる。
【００４６】
装置１２はさらに、フレキシブルガラスリボン１０の部分１０１および１０３を互いから分断するように構成された、フレキシブルガラス切断装置１００を含んでもよい。図３に示されているように、一例においてガラス切断装置１００は、湾曲ターゲットセグメント５４の一部分を（例えば、上向き表面から）照射してそれにより加熱するための、光送出装置１０２を含み得る。一例において光送出装置１０２は、図示のレーザ１０４などの切断機器を含み得るが、さらなる例では他の放射源を提供してもよい。光送出装置１０２は、円偏光子１０６、ビームエキスパンダ１０８、およびビーム成形装置１１０をさらに含み得る。
【００４７】
光送出装置１０２はさらに、放射源（例えば、レーザ１０４）からの放射ビーム（例えば、レーザビーム１１２）の向きを変えるための、ミラー１１４、１１６、および１１８などの光学素子を含み得る。放射源は、ビームがフレキシブルガラスリボン１０に入射する位置でフレキシブルガラスリボン１０を加熱するのに適した波長およびパワーを有するレーザビームを放出するように構成された、図示のレーザ１０４を含み得る。一実施の形態においてレーザ１０４はＣＯ2レーザを含み得るが、さらなる例では他のレーザの種類を使用してもよい。
【００４８】
レーザ１０４は、実質的に円形の断面を有するレーザビーム１１２を最初に放出するように構成され得る。光送出装置１０２は、ビーム１１２がガラスリボン１０に入射するときに著しく細長い形状を有するようにレーザビーム１１２を変形するように動作可能である。図１に示されているように、この細長い形状により、図示の楕円形のフットプリントを含み得る細長い放射ゾーン１２０を生じさせることができるが、さらなる例では他の構成を提供してもよい。楕円形フットプリントは、湾曲ターゲットセグメントの上向きの凸状表面に位置付けられ得る。
【００４９】
楕円形フットプリントの境界は、ビーム強度がそのピーク値の１／ｅ2まで減少した点として判定することができる。レーザビーム１１２は円偏光子１０６を通過し、その後ビームエキスパンダ１０８を通って拡大される。拡大されたレーザビーム１１２は次いでビーム成形装置１１０を通過して、湾曲ターゲットセグメント５４の表面に楕円形フットプリントを生じさせるビームを形成する。ビーム成形装置１１０は、例えば１以上のシリンドリカルレンズを含み得る。ただし、レーザ１０４によって放出されたビームを成形して湾曲ターゲットセグメント５４上に楕円形フットプリントを生じさせることができる任意の光学素子を使用し得ることを理解されたい。
【００５０】
楕円形フットプリントは、短軸よりも実質的に長い主軸を含み得る。いくつかの実施形態では、例えば主軸は短軸よりも少なくとも約１０倍長い。ただし、細長い放射ゾーンの長さおよび幅は、所望の分離速度、所望の初期亀裂サイズ、ガラスリボンの厚さ、レーザパワーなどに依存し、また放射ゾーンの長さおよび幅は必要に応じて変化させてもよい。
【００５１】
図１および３にさらに示されているように、例示的なガラス切断装置１００は傷開始機器１２２をさらに含み得る。傷開始機器１２２は、第１の広い表面２２および第２の広い表面２４の一方または両方の、所望の切断線の始点の位置またはその付近で、傷を開始させるまたは形成することができる。いくつかの実施形態では、連続した開始傷１２４（例えば、フレキシブルガラス基板の長さまたは幅の全体または一部分のみを横切るスクライブライン）を形成してもよいし、あるいは限定された長さを有する１以上の個別の開始傷を形成してもよく、この場合１以上の部分のみ、すなわち例えばエッジ（先端エッジなど）および／またはフレキシブルガラス基板１０のエッジから間隔を空けた１以上の位置が、スクライブまたは切り目付けされる。いくつかの例では、傷を伝播させるのに必要な引張応力が個別の傷のみを使用するものに比べて低くなり得るため、連続した開始傷１２４が望まれ得る。いくつかの実施形態において開始傷は、フレキシブルガラスの分離が始まるまでの間のみ、連続したものでもよい。種々の方法およびツールを使用して開始傷を形成することができる。例えば、スクライビングホイール、接触用ピン、または、例えばＳｉＣ、ダイヤモンドなどから作製された硬い接触用の先端を備えた他の機械的機器を使用して、フレキシブルガラスリボン１０の第１の広い表面２２および第２の広い表面２４のいずれかまたは両方にスクライブラインなどの傷を形成することができる。フレキシブルガラス基板１０の全厚さは最大でも３００μｍとなり得るため、いくつかの例において、フレキシブルガラス基板１０の厚さの少なくとも一部分を通る連続した開始傷は、比較的容易にかつ都合よくスクライビングプロセスにおいて形成することができる。いくつかの実施形態において開始傷は、レーザを用いて、例えばアブレーション、溶解、または熱衝撃によって生成され得る。
【００５２】
ガラス切断装置１００は、加圧ガス送出機器１２６をさらに含む。図４は、ノズル１３０に流動的に接続されたコンプレッサまたは他の加圧ガス源１２８を含む、ガス送出機器１２６のより詳細な図を示している。ノズル１３０に到達する前に開始傷１２４が形成されかつフレキシブルガラスリボン１０が加熱されるよう、ノズル１３０は傷開始機器１２２およびレーザ１０４に対して下流の位置に位置し得る。
【００５３】
上で示したように非接触式切断支持部材５２は、エアクッション６６を用いてフレキシブルガラスリボン１０の第１の広い表面２２および第２の広い表面２４に触れることなくガラスリボン１０を支持することができる。いくつかの実施形態において、フレキシブルガラスリボン１０の第２の広い表面２４は、非接触式切断支持部材５２から例えば約０．３ｍｍから約１．５ｍｍ、例えば約０．７ｍｍから約１．１ｍｍの範囲内など、少なくとも約０．３ｍｍの高さＧで維持され得る。ノズル１３０の下で高さＧを維持することで、フレキシブルガラスリボン１０での凹みまたは局所的窪み１３２の形成が可能になる。
【００５４】
図５を参照すると、開始傷１２４は、レーザビーム１１２に到達する前に、リボンの縦軸方向に延在する連続したスクライブラインとして、フレキシブルガラスリボン１０の第１の広い表面２２上に形成される。図から分かるように、レーザビーム１１２はリボンの縦方向に延びる長軸とリボンの幅を横切る方向に延びる短軸とを有する、いくらか細長い形状でもよい。レーザビーム１１２を使用して、フレキシブルガラス基板１０を最初の温度からより高い温度へと局所的に加熱する。フレキシブルガラス基板の最初の温度は、フレキシブルガラスリボン１０が受ける具体的なプロセスに依存し得る。例えばフレキシブルガラスリボンが、フュージョンダウンドローまたはスロットダウンドロープロセスの延伸部の下部で形成されたものである場合、あるいはフロートプロセスから形成されたバスの直後のフレキシブルガラスリボンである場合、フレキシブルガラスリボン１０の最初の温度は約４００℃程度など比較的高温になり得る。レーザビーム１１２で加熱する前のフレキシブルガラス基板１０の最初の温度は、例えば約３００℃以下、例えば約２００℃以下、例えば約１００℃以下、例えば約５０℃以下、例えば約３０℃以下、例えば約１５℃から約３０℃の間など、より低いことが望ましくなり得る。いくつかの実施形態では、フレキシブルガラスリボン１０を開始傷１２４の位置で局所的に、最初の温度から例えば少なくとも約２００℃、例えば少なくとも約３００℃、例えば少なくとも約４００℃など、少なくとも約１００℃加熱してもよい。
【００５５】
ノズル１３０（図４）は、加圧ガス（例えば空気）をフレキシブルガラスリボン１０の第１の表面２２へと向ける。これにより表面冷却および局所的窪み１３２の形成を提供することができ、これらの両方を利用してフレキシブルガラスリボン１０に引張応力を導入することができる。この引張応力は、フレキシブルガラスリボン１０がノズルに対して移動するときに開始傷１２４がノズル１３０を通り過ぎると、開始傷１２４の位置に存在し得る。ノズル１３０は、加圧ガスの少なくとも一部分がノズル１３０の中心軸Ｃから離れて外向きに向けられる（矢印１４０および１４２参照）、発散流型のノズルでもよい。図６を簡単に参照するとノズル１３０は、環状の空気流通路１４４と、これを通って延在する中実コア１４６とを含み得る。このような配置により、図４に描かれている発散空気流パターンと図５の円形の局所的窪み１３２とを提供することができる。加圧ガスの流れ１５０を使用してフレキシブルガラスリボン１０に開始傷１２４の位置で局所的窪み１３２を形成すると、下流でのハンドリングによる振動に対する感受性が低い、安定した有向切断をフレキシブルガラスリボン１０に生じさせることができる。加圧ガスの流れ１５０は、フレキシブルガラスリボン１０の第１の広い表面２２および第２の広い表面２４を冷却することによって、また膨張させることによって、引張応力を生成する。こういった表面の引張応力は、比較的低熱膨張のガラスでさえ、亀裂の伝播を助ける。理論に拘束されることを望むものではないが、窪みはフレキシブルガラスリボンの表面が凸面を呈する側だけではなくフレキシブルガラスリボンの表面が凹面を呈する側（図４の図では上側）でも、フレキシブルガラスリボンに膜応力を引き起こす。
【００５６】
切断の間、ノズル１３０内の圧力は、例えば約４０ｐｓｉ（２７５．８ｋＰａ）から約６５ｐｓｉ（４４８．２ｋＰａ）の間など、約２０ｐｓｉ（１３７．９ｋＰａ）から約８０ｐｓｉ（５５１．６ｋＰａ）の間の圧力で維持され得る。ノズル１３０は高さＨで維持してもよく、この高さはその圧力と局所的窪み１３２の所望の深さとに依存し得る。局所的窪み１３２の深さＤはノズル１３０内の圧力によって制御することができ、この圧力は非接触式切断支持部材５２からの空気流と釣り合いが取られる。フレキシブルガラス基板１０が動くと、局所的窪み１３２はノズル１３０によって、静止したままであるか、または浮動した状態であるか、あるいはフレキシブルガラス基板１０の長さに沿って移動し続ける。いくつかの実施形態において局所的窪み１３２の深さＤは、約０．１ｍｍから約１ｍｍの間でもよい。局所的窪み１３２の深さＤは、ノズル１３０内の圧力、局所的窪み１３２の幅または直径（例えば、約３ｍｍから約２５ｍｍの間）、および非接触式切断支持部材５２における圧力を、変化または制御することによって制御され得る。図から分かるように、局所的窪み１３２はレーザビーム１１２の少なくとも一部分と交わり得る。他の実施形態では局所的窪み１３２を、あるいは局所的窪み１３２の少なくとも一部分を、レーザビーム１１２の下流に位置付けてもよい。いくつかの実施形態では、開始傷１２４を最初に生成することによって切断プロセスが開始されるときに、ノズル１３０内の圧力を０ｐｓｉ（０ｋＰａ）に設定して、開始点でフレキシブルガラスリボン１０に横方向の亀裂を生じさせてしまう可能性を最小限にしてもよい。開始傷１２４が生成されてレーザビーム１１２を用いて加熱が開始された後に、ノズル１３０内の圧力を増加させて局所的窪み１３２を生成してもよい。
【００５７】
図７〜１１は、フレキシブルガラスリボン１０を切断するための種々の切断プロセスを示している。最初に図７を参照すると、開始傷１２４を作製するための傷開始機器１２２を含むガラス切断装置１００と、レーザビーム１１２と、局所的窪み１３２とを使用して、フレキシブルガラスリボン１０の中心領域１６６から、ビード１５４および１５６を含むフレキシブルガラスリボン１０のエッジ領域１６４および１６８を分断する、エッジビード１５４および１５６除去プロセスが示されている。図８を参照すると、開始傷１２４を作製するための傷開始機器１２２を含むガラス切断装置１００と、レーザビーム１１２と、局所的窪み１３２とを使用して、フレキシブルガラスリボン１０を複数のフレキシブルガラスウェブ１６５、１６７、および１６９へと細長く切断する、対称的ガラス切断プロセスが示されている。図９は、開始傷１２４を作製するための傷開始機器１２２を含むガラス切断装置１００と、レーザビーム１１２と、局所的窪み１３２とを使用して、フレキシブルガラス基板１０を、等しい幅または等しくない幅の２つのフレキシブルガラスウェブ１７０および１７０に分割する、ガラス切断プロセスを示す。図１０を参照すると、開始傷１２４を作製するための複数セットの傷開始機器１２２と、レーザビーム１１２と、局所的窪み１３２とを同時に使用して、フレキシブルガラスリボン１０を、等しい幅または等しくない幅の複数の（３以上の）フレキシブルガラスウェブ１７４、１７６、１７８、および１８０に分断する、別のガラス切断プロセスが示されている。図１１を参照すると、開始傷１２４を作製するための傷開始機器１２２を含むガラス切断装置１００と、レーザビーム１１２と、局所的窪み１３２とを使用して、フレキシブルガラスリボン１０から個別のフレキシブルガラス片１８２を分断する、ガラス切断プロセスが示されている。
【００５８】
上述のガラス切断装置および方法は、フレキシブルガラスリボンの機械的変形の効果を、フレキシブルガラスに応力集中を引き起こすレーザビームと共に用いる、レーザベースのガラス切断方法を提供するものであり、このとき応力集中は、フレキシブルガラスに生成された開始傷を伝播させて亀裂を形成し、この亀裂を次いで所望の切断線に沿って伝播させてフレキシブルガラスの部分を分離させる。亀裂の伝播は、レーザ加熱と、フレキシブルガラス基板での安定した円形の張力場を可能にする空気圧により生成される、続く張力とによって実現され得る。こういった配置は一貫した連続的な亀裂の伝播を、一定の速度で、フレキシブルガラスリボンのエッジの平面変化なく、かつ停止した跡なく提供することができ、さらにフレキシブルガラスリボンの広い表面に垂直に（長方形のエッジ形状で）ガラスの厚さを通る亀裂の伝播を提供することができる。切断エリア外で発生した外部要因から亀裂伝播エリアを保護するために、さらにフレキシブルガラスリボン内の内部応力の悪影響を抑制するために、振動の隔離を提供してもよい。上述のプロセスを、様々なガラスの厚さに適応できるように備えてもよい。この切断プロセスは、レーザ加熱後の急冷のために水ミストまたは空気水ミストを使用するのを回避することができ、これによりエッジのうねりの減少、ツイストハックルの最小化、フレキシブルガラスリボンの長い長さおよび長期に亘る一貫したエッジ形状（長方形）、の観点で、改良されたエッジ品質を提供することができる。水ミストまたは空気水ミスト冷却を回避する能力は、より清浄なガラス表面にもつながる。これらの方法は、１つ、２つ、または複数のビードでの様々な切断構成や、さらに個別のガラスパーツの切断にも適用可能になり得る。
【００５９】
前述の詳細な説明においては、説明のためであって限定するものではないが、具体的詳細を開示する実施形態例を明記して本発明の種々の原理の完全な理解を提供する。しかしながら、本開示の利益を得たことのある通常の当業者には、本発明をここで開示される具体的詳細とは異なる他の実施形態で実施し得ることは明らかであろう。さらに、周知の装置、方法、および材料に関する説明は、本発明の種々の原理の説明を不明瞭にしないよう省略されることがある。最後に、適用できる限り、同じ参照番号は類似の要素を示す。
【００６０】
例えば、窪みを局所的機械的変形として上述したが、代わりに隆起したエリア（例えば、図に示されている方向で表面２２から外向きかつ上向きに延在する、ドーム状の）を使用してもよい。さらに、ノズルおよびレーザビームをガラスの同じ表面に作用するものとして説明したが、代わりにこれらはガラスの対向する表面に作用してもよく、同じ応力誘起効果を達成することができる。さらに、局所的機械的変形は円形として図示されているが、より一般的には長円形の形状が使用され得る。他の機器（気体の圧力とノズル以外）を使用して、フレキシブルガラスに局所的変形を形成してもよい。例えば、ローラ、またはフレキシブルガラスに接触する他の機器を使用してもよい。
【００６１】
本書では、範囲を「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までと表現することがある。範囲がこのように表現されるとき、別の実施形態が、そのある特定の値から、および／または他方の特定の値までを含む。同様に、値が先行詞「約」を用いて近似値で表されるとき、その特定の値は別の実施形態を形成することを理解されたい。各範囲の端点は、他方の端点との関連で、また他方の端点とは無関係に、重要であることをさらに理解されたい。
【００６２】
本書で使用される、例えば、上、下、右、左、前、後、上部、下部などの方向を示す用語は、単に描かれた図に関連したものであって、絶対的な向きを意味することを意図したものではない。
【００６３】
他に明確に述べられていなければ、本書に明記されるいずれの方法も、そのステップを特定の順序で実行する必要があると解釈されることを全く意図していない。したがって、方法の請求項においてこれらのステップが行われる順序が実際に述べられていない場合、あるいは請求項または説明の中でこれらのステップが特定の順序に限定されるべきであると具体的に述べられていない場合には、順序が推測されることはどの点においても全く意図されていない。これは、ステップまたは動作フローの配置に関する論理の問題、文法構成または句読点から導かれる明白な意味、本明細書内で説明される実施形態の数または種類を含めた、全ての可能性のある明示されていない解釈の原則として適用される。
【００６４】
本書では、文脈が明らかに他に指示していなければ、単数形は複数の指示対象を含む。従って、例えばある「構成要素」に言及したときには、文脈が明らかに他に指示していなければ、２以上のこの構成要素を有する態様を含む。
【００６５】
上述した本発明の実施形態、特に任意の「好ましい」実施形態は、単に実施可能な例であって、本発明の種々の原理を明確に理解するための単なる説明であることを強調したい。本発明の精神および種々の原理から実質的に逸脱することなく、上述の本発明の実施形態に対して多くの変形および改変を作製することができる。全てのこのような改変および変形は、本書において本開示および以下の請求項の範囲内に含まれると意図されている。
【符号の説明】
【００６６】
１０    フレキシブルガラスリボン
１６    第１のエッジ
１８    第２のエッジ
２２    第１の広い表面
２４    第２の広い表面
１００    フレキシブルガラス切断装置
１０２    光送出装置
１０４    レーザ
１１２    レーザビーム
１２２    傷開始機器
１２４    開始傷
１２６    加圧ガス送出機器
１３０    ノズル
１３２    局所的窪み
【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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