(57)【要約】  ガラス等の平らなまた反らされた脆弱な材料からなる、前以って罫書かれたシートは、プローブを介して内部に振動エネルギーを印加されることによって、罫書き線に沿って分離される。平滑なエッジ品質を伴う分離時間は１秒未満である。上記脆弱な材料は、ガラスシートからなる移動する帯状体の形態を有することができ、振動負荷が罫書き線を横切って印加されて、罫書き線に沿うクラック伝播を促進する。コントローラは、材料の特性および構造に応じて、かつ理想的な工程パラメータに応じて、選択された振動周波数、振幅、接触速度、衝撃の接触圧、罫書き線との位置合わせにおいてプローブを作動させる。
2010507560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脆弱な材料からなるシートを分離する方法であって、
チップを備えたプローブを提供し、
前記チップを前記シートに係合させ、かつ前記プローブを介して十分な振動エネルギーを罫書き線に沿って前記シートに印加して、クラックを誘発させかつ該クラックを前記罫書き線に沿って伝播させる、
諸ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記プローブを介して十分な振動エネルギーを印加するステップが、前記プローブを振動させるための駆動手段を提供することを含み、該駆動手段が、超音波発生手段、圧電振動発生手段、電動モータにより作動される手段および空圧で作動される手段からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記チップを係合させるステップが、前記チップを前記シートの罫書かれていない側の面に係合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４】
前記チップを係合させるステップと同時に、移動する帯状体として前記シートを形成するステップをさらに含み、前記チップを係合させるステップが、前記シートを横切って前記チップを移動させるのみでなく、該チップを前記シートと共に移動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】
前記プローブに取り付けられた駆動手段を提供し、かつ前記プローブをコントロールするために前記駆動手段に動作的に接続されたコントローラを提供するステップを含み、前記チップを係合させるステップが、前記シートを横切って前記チップを移動させるのみでなく、該チップを前記シートと共に移動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６】
前記シートが反らされ、前記チップを係合させるステップが、前記反らされているシートに前記チップを接触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７】
シート材料を分離するための装置であって、
前記シートに罫書き線を形成するスクライビング・アセンブリと、
クラックを発生させてかつ前記罫書き線に沿って伝播させるために、移動可能に支持されかつ前記シートに係合するように位置決めされて、前記シート内に振動エネルギーを導入するプローブを備えた振動印加手段と、
前記スクライビング・アセンブリおよび前記振動印加手段に接続されたコントローラと、
を有し、
該コントローラは、前記罫書き線の形成後に、前記プローブを前記シートに係合させて前記振動エネルギーを前記シートに結合させるように選択されることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記シート材料の面に前記罫書き線とほぼ直角の方向に張力を加えるための張力印加手段を備えていることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記振動印加手段は、超音波発生手段、圧電振動発生手段、電動モータにより作動される手段および空圧で作動される手段からなる群から選ばれた振動発生手段を含むことを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１０】
前記プローブが移動可能に支持されて、平らでない表面を備えた反らされたシートに係合しかつ分離することを特徴とする請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、「衝撃で誘発される脆弱な材料内におけるクラックの伝播」と題して２００６年１０月２６日付けで提出された米国特許出願第１１／５８８,０５１号の優先権を主張した出願であり、その内容の全てがここに引用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、脆弱な材料からなるシートの分離に関し、特に、上記脆弱な材料に加えられた機械的エネルギーの印加に応じた、罫書き線に沿ったクラック発生および伝播に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ガラス、アモルファスガラス、ガラスセラミックまたはセラミック材料等の脆弱な材料からなるシートを裁断および整形して、所望の形状または寸法を備えたシート片を形成するために、二種類の技術が従来から利用されている。
【０００４】
第１の常套的な方法は、ダイアモンドまたはタングステンのチップ等の硬い素子により脆弱な材料の表面を罫書く機械的スクライビングを含み、この材料は次に印加される大きな曲げモーメントに応答して罫書き線に沿って破断される。一般的に、上記曲げモーメントは、上記脆弱な材料を罫書き線の周りで物理的に曲げることによって印加される。しかしながら、曲げることは上記罫書き線に沿って多数の割れ目を生じさせる可能性があり、かつクラックアウト（すなわち、罫書き線から外れて延びるクラック）さえ生じさせる可能性があるので、上記シートの曲げモーメント量および曲げ動作量は注意深くコントロールされなければならない。さらに、曲げるときにはシートを平らにし、次いで分離後にシートを解放する曲げ工程を伴うシートを直角方向に大きく曲げることは、シートの形状に乱れ（僅かに反った形状）を生じるおそれがあり、これはシートの応力に大きく寄与する可能性がある。最悪の場合、シートの反りの程度が大きいと、曲げによる分離が不能になる。これに加えて、曲げによる分離では、エッジに沿ってチップを発生させるエッジ磨りを行なわなければなくなる可能性がある。
【０００５】
第２の常套的な技法は、特許文献１に記載されているようなレーザースクライビングを含む。一般的なレーザースクライビングは、脆弱な材料の局部領域を連続波レーザーで加熱し、次いでガス、または水等の液体などの冷媒を施すことによって、加熱ゾーンを直ちに急冷する。レーザーで罫書かれた材料は、機械的罫書きと同様の曲げを利用した機械的切断により、またはより高いエネルギーの第２のレーザービームにより分離することができる。より高いエネルギーの第２のレーザービームを用いると、曲げを伴わない分離を可能にするが、この分離はゆっくりとしており、かつクラック伝播のコントロールが困難なことが多い。また、第２のレーザービームは、熱管理を必要とし、かつ高い残留応力を誘引する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５,７７６,２２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
それ故に、脆弱な材料からなるシートの曲げが最小限に抑えられ、かつシートの取扱いも最小限で済む、迅速な、再現可能でかつ一様な分離に対する必要性が存在する。垂直形成工程（牽引）または水平形成工程（例えばフロートガラス）において使用することができる、乱れが最小限に抑えられた分離に対する必要性も存在する。強引な曲げによる分離に通常的に付随するツイストハックル（twist-hackle）歪みを低減して、切断エッジ品質を改善することに対する必要性も存在する。材料の物理的な曲げも、極端な熱勾配の誘引も必要とすることなしに、脆弱な材料の罫書き線に沿った一貫性のある分離に対する必要性も存在する。連続的に移動する脆弱な材料からなる帯状体から、この帯状体に沿って上流側へ伝播する可能性のある乱れの発生を低減しながら、極めて短い時間（１秒未満）内でシートを分離することに対する必要性も存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、曲げモーメントの印加を必要とせず、大きな剪断動作を発生させることなしに、衝撃負荷を通じて脆弱な材料の迅速な分離を提供するものである。また、本発明のシステムは、連続的に移動する脆弱な材料からなる帯状体から、この帯状体内への乱れの誘引を低減しながら、迅速な、再現可能でかつ一様な分離を提供するものである。本発明のシステムはさらに、強引な曲げによる分離に通常的に観測されるツイストハックル歪みを低減した脆弱な材料からなるシートの分離を可能にし、したがって、エッジ品質を改善し、かつ分離によって生じるガラス微粒子を低減するものである。
【０００９】
本発明のシステムは、静止した、独立したまたは固定された材料シートの分離に用いることができる。しかしながら、帯状材料からシートを分離する特別の用途が見出され、さらに、移動しているガラスの帯状体からガラスシートを分離する用途が見出された。また本発明のシステムは、３００℃を超える高温のガラスに効果的に働くことが判明している。
【００１０】
概略的に言えば、振動しているチップから衝撃エネルギーを脆弱な材料に印加してクラックを発生させ、かつこのクラックを予め形成されていた罫書き線に沿って伝播させる。一般に、上記衝撃エネルギーは、罫書き線の局部領域に対して材料の罫書き線側とは反対側の面から印加されるので、衝撃エネルギーによって生じた応力は、シートに対して直角な方向のシート材料の動きを最少にしながら、罫書き線における理想的なクラック発生および伝播のための張力を発生させる。
【００１１】
さらなる構成においては、脆弱な材料の罫書き線に沿った分離は、衝撃エネルギーの印加に先立って罫書き線に対して横方向の荷重を掛けることによって促進される。荷重を掛けることによって、シートは引っ張られ、かつシートの横方向剛性が増大し、このことが罫書き線の底における応力集中が高まって、クラックの成長を容易にする。シートの高い横方向剛性はまた、罫書き線に沿ったクラックの伝播を促進する。衝撃エネルギーの振幅、接触圧、接触速度および罫書き線を横切る方向の荷重の選択により、本発明のシステムは、多数の脆弱な材料を異なる速度で分離するのに用いることができる。衝撃エネルギーの振動周波数は、極めて低い場合に分離速度に影響を与える。
【００１２】
ガラスからなる連続的な帯状体からガラスシートを分離するための最新の構成において、本発明は、帯状体の上流に移動して帯状体形成工程に悪影響を与える可能性のある有害な乱れをコントロールおよび／または低減する。本発明はまた、ガラスを高速（例えば１秒未満）で分離することができ、このことは製造工程の動的な適用において重要になることが多い。本発明は、適切なセッティングにおいて幅が２ｍを超えるガラスを１秒未満で分離することができる。
【００１３】
本発明のさらなる特徴および効果は、後述の詳細な説明に記載されており、その一部は、当業者であればその記載内容から直ちに明らかとなり、かつそこに記載されている本発明の実施によって認識するであろう。説明の目的で、下記の記載内容はガラス製造に関して説明されている。しかしながら、添付の請求項に規定されかつ説明されている本発明は、それらの請求項において脆弱な材料はガラスであると特定していない限り、そのように限定されるべきではないことを理解すべきである。
【００１４】
上述の概略説明および後述の詳細な説明は、本発明の単なる実施の形態であって、請求項に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概観または骨組みを提供することを意図するものである。また、下記に説明され、かつ請求項に記載されている本発明の好ましい実施の形態およびその他の実施の形態のみでなく、本発明の上に掲げられた特徴は、単独的に、あるいは何れかとまたは全てと組み合わせて用いられるものである。
【００１５】
添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために備えられたものであって、本明細書に含まれ、その一部を構成するものである。図面は、本発明の種々の実施の形態を示すもので、記述内容とともに本発明の精神および動作の説明に資するものである。図面に示された種々の特徴部分は、必ずしも当寸で描かれてはいない。実際に、議論の明確化のために寸法は恣意的に拡大または縮小されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】脆弱な材料の帯状体を形成するための装置の概略的斜視図である。
【図２】フュージョンガラス製造装置から延びる帯状体の概略的正面図である。
【図３】振動衝撃エネルギーを帯状体に印加する状態を示す概略的側面図である。
【図４】振動衝撃エネルギーを印加することによって分離される水平な脆弱な材料のシートを適当な支持体とともに示す概略的側面図である。
【図５】罫書き線に対して横に荷重を加えると同時に振動衝撃エネルギーを印加することによって分離される脆弱な材料のシートを示す概略的側面図である。
【図６】図３と同様であるが、ガラスシート内の応力のレベルおよび方向を示す概略的側面図である。
【図７】図３および図６に示されたのと同様の態様で罫書き線に沿ってシートを分離するための、吊るされたシートおよび振動を与えるプローブを有するバッチ形式の工程を示す正面図である。
【図８】分離時間に対するダウンフォース（シートに沿った引っ張り荷重）の影響を示すグラフである。
【図９】分離時間に対するプローブと罫書き線との位置ずれ量の影響を示すグラフである。
【図１０】分離時間に対するプローブの移動速度の影響を示すグラフである。
【図１１】分離時間に対するプローブの接触圧の影響を示すグラフである。
【図１２】シート分離に対するプロ−ブ行程に対するプローブ周波数の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
説明のためのものであって限定するものではない下記の詳細な説明において、具体的な詳細内容を開示する実施の形態は、本発明の完全な理解を提供するための説明である。しかしながら、本明細書の恩恵を受けた当業者には、ここに開示された具体的な詳細説明から離れた別の実施の形態を実施することが可能であることが明らかであろう。さらに、本発明の説明を不明瞭にしないために、周知の装置、方法および材料の説明は省略されている。
【００１８】
本発明は、脆弱な材料を曲げることを必要としない衝撃で誘発される脆弱な材料の分離を提供するものである。さらに本発明は、単一の強力な打撃を用いることを避けてクラック伝播を生じさせるものである。本発明は、分離時間およびエッジ品質をコントロールする方法を提供するものである。一つの構成において、本発明は、移動する帯状材料から、脆弱な材料からなるシートを分離する方法および装置を提供するものであり、その場合、選択された構成は、帯状体の上流へ移動する可能性のある乱れの誘引を低減する。説明の目的で、移動する帯状ガラスからガラスシートを分離することについて本発明を最初に説明する。
【００１９】
図１は、フュージョン法において一般的に用いられるガラス製造装置１０の概略図である。この装置１０は、溶融ガラス（不図示）をキャビティ１１内に受容する成形用アイソパイプ１２を備えている。溶融ガラスはキャビティ１１の両上縁をオーバーフローしてアイソパイプ１２の両外側面に沿って底縁１４まで流れ下り、ガラス帯状体２０を形成する。このガラス帯状体２０は、上記底縁１４を離れた後、固定されているエッジローラ１６を通り抜ける。脆弱な材料からなる帯状体２０は、このようにして形成されかつ上記底縁１４から自由末端２２まで延びる長さを有する。
【００２０】
このようなドローダウン・シート法すなわちフュージョン法は、米国特許第３,３３８,６９６号（発明者 Dockerty）明細書および米国特許第３,６８２,６０９号（発明者 Dockerty）明細書に記載されており、その内容がここに引用される。したがって、本実施の形態の説明を不明瞭にしないために、それらの詳細内容についての説明は省略する。しかしながら、別の形式のガラス製造装置を本発明に用いることも可能なことに注目すべきである。ガラス製造分野の当業者には、ラミネーティッド・ダウンドロー法、スロット・ダウンドロー法およびラミネーティッド・フュージョン法等の、このような構造体を得るための多くの方法が知られている。
【００２１】
上記フュージョン法または他の形式のガラス製造装置においては、ガラス帯状体２０がアイソパイプ１２を流れ下るにつれて、この帯状体は、上記底縁１４においては厚さが例えば５０ｍｍの柔軟な液状体から、上記末端２２における、例えば厚さが約０．０３〜２．０ｍｍの硬い帯状ガラスに変化する。
【００２２】
帯状体２０の形成工程において、上記底縁１４における液体状態から、帯状体２０の下流の末端２２における固体状態まで帯状体が変貌する。変貌するガラスに乱れが導入されると、固体状態で得られるガラスに望ましくない非一様性が生じる可能性がある。従来、帯状体からのガラスシートの分離は、帯状体の固体部分に対して、波または歪みの形態の大きなエネルギーを導入していた。このような歪みは、帯状体の溶融部分から固体部分への遷移部分に向かって上方へ移動する。この歪みが帯状体の変貌部分中に吸い込まれるのにつれて、非一様性および非直線性がコントロールされない態様で導入され、その後に得られるガラスシートの一様性を低下させる。これに加えて、形成領域における帯状体の動作は、冷えた後の帯状体の安定性に悪影響を与える高い応力を生じさせる。
【００２３】
定義付けの目的で、帯状体２０が底縁１４から下降するにつれて帯状体は、この帯状体の動きを表す速度ベクトルをもって移動し、ほぼ平面の第１面３２（しばしばＡ面と称される）およびほぼ平面の第２面３４（しばしばＢ面と称される）を有するほぼ平坦な部材を形成する。構成によっては、図２に示されているように、帯状体２０は両側にビードすなわち膨らんだ部分３６を備えており、これらの部分は、アイソパイプ１２からの帯状体の移動中に固定ローラ１６が係合する寸法を有するコントロール面を形成する。帯状体２０に関しては、「両面」が帯状体の第１面および第２面を意味する。
【００２４】
「上流」は、帯状体２０上の任意の点から底縁１４側を意味する。「下流」は、上記任意の点から帯状体２０の末端２２側を意味する。
【００２５】
帯状体２０からのガラスシートの分離は、底縁１４から所定の距離離れた範囲内で帯状体の少なくとも一方の面上に形成された罫書き線２６に沿って行なわれる。すなわち、ガラスの帯状体２０は、底縁１４からほぼ一定の距離において一定の作業パラメータの下でほぼ所定の固体状態に、したがって分離が容易な状態に達する。
【００２６】
図３に示されているように、本発明のシステムは、スクライビング・アセンブリ４０、振動（例えば超音波）印加手段６０および荷重印加アセンブリ８０を備えている。
【００２７】
上記スクライビング・アセンブリ４０は、帯状体２０の第１面３２上に罫書き線２６を形成するのに用いられる。このスクライビング・アセンブリ４０は、罫書き針４２および適当な構造の罫書き台４４を有する。説明の目的で、罫書き針４２および罫書き台４４は、移動の観点から図２には示されているが図の単純化のために図３では省略されている共通のキャリッジ１００上での移動に関して説明される。このキャリッジ１００は、フレーム１０２に対して移動可能であり、キャリッジの移動は、帯状体２０の速度ベクトルに一致させるために、モータ、ギア、ラックアンドピニオン等の機械的、電気機械的を含む種々の機構の何れかによって行われる。
【００２８】
このようにして、罫書き針４２は、帯状体に一致する速度ベクトルをもって帯状体２０の移動方向に沿って移動する。罫書き針４２が帯状体２０と同一の移動方向に沿って移動するにつれて、罫書き線２６は、帯状体の移動方向と直角に延びるように形成することができる。
【００２９】
罫書き針４２は、レーザー、ホイール、またはダイアモンド、カーバイド、ジルコニウム、またはタングステンを含むチップを包含するが、これらに限定されない当業者が周知の種々構成の何れかとすることができる。
【００３０】
罫書き線２６を形成するためには帯状体２０に接触することが必要な罫書き針４２の構成に関しては、引っ込められた非接触位置と、突出した接触位置との間で移動可能にもなっている。
【００３１】
帯状体２０に接触した罫書き針４２は、罫書き台４４と協働して帯状体２０の第１面３２に沿って罫書き線２６を形成する。
【００３２】
罫書き線は、一般的にシート材料、すなわち帯状体２０の厚さの約１０％の深さを有する。したがって、約０．７ｍｍから１．３ｍｍまでの厚さを有する帯状体２０に関しては、罫書き線２６が約７０μｍから１３０μｍまでの範囲内の深さを有する。ディスプレー装置に用いられるガラスシートまたは基板に関しては、帯状体が通常０．４ｍｍと３．０ｍｍとの間の厚さを有するので、罫書き線２６は、約４０μｍから３００μｍまでの範囲内の深さを有することができる。しかしながら、材料、作業温度および超音波振動印加手段６０が異なると、帯状体２０の厚さに対する罫書き線２６の深さの調整が必要となり得る。
【００３３】
帯状体２０からのガラスシート２４の分離においては、罫書き線２６が直線的にビード３６間を横切る。したがって、罫書き線２６は、罫書き線の長さに沿って延びる長手方向寸法を有する。
【００３４】
振動印加手段６０は、帯状体２０に対して機械的衝撃エネルギーを印加する。この振動印加手段は、高周波電気エネルギー（例えば２０kHz）を印加手段／プロ−ブチップにおける縦方向の振動に変換する。種々の機構が高周波衝撃を発生させるのに用いられる。例えば、超音波プロ−ブ、水晶振動子または強力な交番磁場中のニッケルロッド等の磁気ひずみ変調器が用いられる。振動印加手段６０は、帯状体２０に振動エネルギーを導く細長いカプラプローブ６２を備えている。このプローブ６２は、線、点、球、平面等の種々の構造を備えることができる。プローブの輪郭は後述のように分離効率に影響を与える。チップの振動振幅は分離工程の鍵を握る。
【００３５】
図１〜図５の実施の形態においては、衝撃エネルギーが一般に機械的振動の形態となっている。振動周波数は約１０Hz と約４００kHz との間である。しかしながら、約７００kHzから約１．２MHz 等の４００kHz よりも高い周波数も利用可能であることを理解すべきである。超音波領域（１５kHz よりも高い）の高い周波数を用いることの利点は、高い分離効率・急速分離を得ることである。振動周波数および振幅の双方が分離効率に影響する。機械的には、高い振動周波数システムは、振動プローブ６２の材料的制約および構造の故に一般に小さい低振動振幅を生じる。超音波振動プローブを用いた場合には、振動振幅が一般に約２０μｍから約２００μｍの範囲内であり、急速分離に関して満足できるのは１００μｍを超える範囲である。
【００３６】
図２および図３に示された荷重印加アセンブリ８０は、帯状体２０に対して罫書き線の全長を横切る方向に荷重すなわち力Ｌを加えるために用いられる。すなわち、荷重印加は、帯状体２０の移動方向に沿ってガラスシートに張力を加えることである。帯状体２０からガラスシート２４を分離する構成においては、荷重印加は速度ベクトルＶに沿っている。
【００３７】
一つの構成において、荷重印加アセンブリ８０はまた、罫書き線２６の下流において帯状体２０に係合して、帯状体２０からのガラスシート２４の分離時におけるガラスシート２４の取除きをコントロールする。代表的な荷重印加・シート係合アセンブリ８０および協働する搬送手段は、その内容がここに引用される米国特許第６,６１６,０２５号明細書に記載されている。
【００３８】
荷重印加アセンブリ８０は、ソフト真空吸引カップ等のシート係合部材８２を備えている。クランプ等の他のシート係合手段を用いてもよいことを理解すべきである。シート係合部材８２の数は、シート２４の大きさ、厚さおよび重量に応じて変えることができる。
【００３９】
荷重印加アセンブリ８０は、罫書き線２６を横切る方向に荷重を掛けるための如何なる機構を用いてもよい。例えば、空圧または油圧ピストンまたはシリンダをシート係合部材８２に連結して、帯状体２０の速度ベクトルと平行の力を加えることができる。荷重印加アセンブリ８０は、罫書き線２６を横切る方向の力をコントロールまたは調節できることが好ましい。一般的な荷重の値は、罫書き線２６の長さおよび分離される材料にもよるが、約２ポンド（９０７ｇ）から５０ポンド（２２．７kg）である。クラック伝播効率を高めるためには、上流側に問題が生じない限り、荷重印加アセンブリ等によって十分な張力を加えることが概して有利である。例えば、少なくとも約０．２ポンド／インチ（３５．８ｇ／ｃｍ）（または幅１３００ｍｍのシートについて約１０ポンド（４．５kg））の荷重であれば満足に動作する。
【００４０】
帯状体２０に対する荷重印加・アセンブリ８０の係合は、罫書き線２６の形成の以前であっても以後であってもよいことを理解すべきである。
【００４１】
コントローラ９０は、スクライビング・アセンブリ４０、振動印加手段６０および荷重印加アセンブリ８０のうちの少なくとも一つに配線でまたはワイヤレスで接続されて、上記要素の動作を統合する。上記コントローラ９０は、上記要素の一つに埋め込まれたプロセッサを充てることができる。あるいは、コントローラ９０を、スクライビング・アセンブリ４０、振動印加手段６０および荷重印加アセンブリ８０の統合制御を可能にすべくプログラムされた専用のプロセッサまたはコンピュータとして、帯状体２０からガラスシート２４を分離するようにしてもよい。すなわち、コントローラ９０は、罫書き線２６の形成、罫書き線を横切る方向の張力の印加および振動エネルギーの印加を順序付けることができる。
【００４２】
作動時には、スクライビング・アセンブリ４０が帯状体２０の第１面３２を横切る方向に罫書き線２６を形成する。次いで、振動プローブ６２が帯状体２０の第２面３４の近傍に持ち込まれまたは接触し、一般に機械的振動形式の衝撃エネルギーを帯状体２０に付与する。プローブ６２は、帯状体２０に接触することにより、帯状体２０に対して比較的高いエネルギー転送効率を提供する。カプラは、分離を生じさせるために罫書き線の反対側の領域に接触する。この分離は、動態工程要求を満足させるために十分に速く（１秒未満）でなければならない。罫書き線に対するプローブの位置合わせは急速分離にために重要である。急速分離のためには、プローブのチップの位置が罫書き線に良く整合していなければならない。プローブ６２が帯状体２０に接触する正確な位置は、一部はチップの大きさに左右される。チップのサイズが大きいほどチップ位置決めの正確性は低くともよい。しかしながら、チップサイズが増大すると、分離効率は低下する。急速分離に関し、例えば直径約１／８インチ（３．２ｍｍ）が推奨され、かつ罫書き線とチップの表面領域とが重なっていなければならない。
【００４３】
振動衝撃エネルギーは罫書き線２６に沿った接触点においてクラックを発生させる。プローブの振動振幅、罫書き線２６の深さ、罫書き線を横切る方向に加えられた張力の大きさ、および帯状体２０の組成に応じて、クラック伝播が罫書き線の全長に沿って拡がる。選択された構成により、クラックは罫書き線２６の全長を超えて拡がることができ、シートの完全分離を達成することができる。
【００４４】
単一または複数のプローブ６２を同時に、または逐次的に帯状体２０に接触させて、罫書き線２６の局部的部分に沿ったクラック伝播を生じさせることができる。実際的には、それらを同期させることは困難である。その結果、クラックを生じさせるためには単純なプローブが好ましい。単一の開始点から罫書き線の全長に沿ってクラックを伝播させるためには、最適のプローブ速度、接触圧とともに帯状体に沿って十分な荷重を掛けることが有利であると思われる。これに加えて、クラック伝播中は振動エネルギーが連続的に印加されることが有利である。帯状体に接触する荷重印加手段の位置に応じて、罫書き線に沿った帯状体の横方向の剛性が異なる。急速分離を達成するためには、横方向の剛性が最大の領域にプローブチップを当てる事が有利である。
【００４５】
図４を参照すると、罫書かれたガラスシート２０′が罫書き線２６の下方にギャップを備えた水平面上に配置されている。振動プローブはシート２０′の罫書かれていない側の面に対して衝撃エネルギーを導入する。図５においては、シート２０′がクランプ１８によって基板上に締着され、引っ張り荷重Ｌが罫書き線２６の全長を横切る方向に印加される。
【００４６】
理論的には、図６に示されているように、振動印加手段６０が帯状体２０に対して罫書き線の背面側から小振幅の振動を転送すると考えられる。上記振動は罫書き線の底に引っ張り応力を発生させ、ガラスシートの厚さ方向にクラックを成長させる。プローブからシートに転送された振動が罫書き線に沿ったクラック伝播を促進させる。もし帯状体２０に張力が掛けられていれば、クラック発生およびクラック伝播の双方を促進させる。
【００４７】
本発明を限定するものではなく、本発明をさらに説明するものである特定の実施の形態である第１の実施の形態を参照すると、７０μｍの深さを有する罫書き線２６を、厚さ０．７ｍｍのガラスシートに形成した。したがって、罫書き線は基板の厚さの１０％の深さを有する。図４に示されているように、シートは、罫書かれた面側を水平面に向けて配置した。２０kHz で作動する約１／８インチ（３．２ｍｍ）径のプローブチップを備えた超音波振動プローブ６０を罫書き線２６の真裏側に接触配置した。完全分離が達成された。もし、図５に示されているようにシートに張力が掛けられていれば、上記分離はより速く、より効率的である。この分離工程は、罫書き線の深さが厚さの５％を超えておりさえすれば、罫書き線の深さには無関係である。
【００４８】
第２の実施の形態においては、厚さ０．７ｍｍで大きさが約１．３ｍ×１．１ｍの四角形のガラスシートに罫書き線２６を形成した。罫書き線は、７０μｍ（シートの厚さの１０％）の深さを有し、かつシートの幅全体に亘って形成された。罫書かれたシートは、罫書き線２６が水平になるように垂直方向に配向し、かつ６ポンド（２．７kg）の荷重をシートの罫書き線に取り付けた。クラックが発生し、かつ単一の始点から罫書き線２６の全長に亘って伝播し、ツイストハックル歪みは観察されなかった。
【００４９】
本発明は、振動エネルギー、振動周波数およびシートに対して直角方向のシートの移動が密接に制御される限り、５０Hz から出発する振動周波数で動作するプローブによってシートの分離が達成され得ることが判明している。
【００５０】
図３に類似しているが拡大されている図６は、ガラスシート２０内部の応力を示す。したがって、図６は、図１に示されているような連続的な工程の説明を意図している。図示されているプローブは、いくつかの異なる手段の何れによっても駆動可能である。例えば駆動手段は、超音波発生手段、圧電手段、電動モータで駆動される手段、および空圧で作動される手段から選ばれることが可能である。プローブ６２は、罫書き線の反対側において、しかしながら罫書き線と位置が一致するように、分離工程時にガラスシートとともに移動するキャリッジ１００上の軌道に沿った移動等のガラスシート２０上を横切る移動のために支持される。プローブを移動可能に支持するための手段は知られており、本発明を理解するために詳細に説明する必要はない。また、振動印加手段、プローブを移動させる（ガラスシートに沿ってのみでなく、ガラスシートに向かって）手段およびその他の機構の動作を本明細書の目的のために制御するコントローラも、当業者には周知されている。
【００５１】
帯状ガラス２０（図６）は、或る深さ（ガラスの厚さの約１０％）を有しかつクラック先端１５０を形成する罫書き線２６を備えている。帯状ガラス２０上の下方への力１４９は、数学的モデリングに基づくシートの横方向剛性を増大させ、特に、クラック先端１５０における高応力線１５１によって示されているような、与えられたプローブ衝撃に対するクラック先端における応力レベルを著しく増大させる。１５０において発生した応力は、帯状ガラス２０の厚さ全体にクラックが開くのを促進する引っ張り応力である。横方向に剛性を有する帯状ガラス上の衝撃の作用は、ガラスの最少の横方向の動きを伴ったシートの曲げ動作と等価である。これに加えて、数学的モデリングによれば、クラック先端に高い引っ張り応力を発生させるためには、振動プローブが罫書き線と位置を良く一致させなければならないことが証明される。衝撃振動はまた、シートの完全分離のための罫書き線に沿ったクラック伝播をも促進する。
【００５２】
図７は、複数のクランプ１５６により頂縁に沿って保持されかつ下部保持体１５７（例えば真空カップ）により張力を掛けられ、そして図３および図６に示されたものと同じ態様で振動プローブ６２（前述では「カプラ」と呼ばれている）を用いたバッチ形式の工程において、いかにして上記と同じ応力分布が実現可能であるかを示す。
【００５３】
さらに後述されているように、プローブ６２のチップは、ガラス材料の臨界応力強度ファクタを超える動的応力ファクタを惹き起こして、罫書き線からガラスの厚さを通って伝播するクラックを生じさせるのに十分な周波数で振動しなければならない。具体的に言えば、プローブ６２がガラスシートの第２面３４に係合しているので、接触面に対して局部化された動的負荷が印加される。衝撃印加時には、プローブチップがガラス材料に衝撃を与えるときの動作速度は、最初が「ｖ」であり、次いでガラスシートの最大歪み時にゼロとなる。ガラスが受ける衝撃の水平（垂直）の動きによって行なわれるこの作用は、ガラスに生じる抵抗作用と釣り合う。プローブチップから印加される力は、罫書き線クラックの近傍において静的曲げ応力を生じさせ、かつ動的負荷は動的曲げ応力を生じさせる。衝撃領域の近傍における曲げ応力は、罫書き線が形成された第１面３２では引っ張り応力であり、衝撃が与えられた第２面３４では圧縮応力である。局部的な曲げ応力は、クラック先端１５０に集中された引っ張り応力を導く。動的曲げ応力が材料の臨界値よりも大きいときにクラックが伝播し、Ｉモードの破壊を生じ、上述のように、臨界応力強度ファクタを超える動的応力強度ファクタを招く。特に、応力強度ファクタは、材料構造およびクラック形状、印加された曲げ応力、ならびにクラックサイズの関数である。下流の振動源からの振動に対する上流のシートの感受性、工程周りの制約等のような工程ファクタもまたプローブの許容可能な振幅および周波数を制限する。
【００５４】
図８は、分離に際してのダウンフォース（すなわち、シート上の面内縦方向張力）の影響を示す。分離時間は、ダウンフォースの増大とともに減少する。しかしながら、より大きいダウンフォースはガラスシートの横方向剛性を増大させかつ静的たわみを減少させ、したがって、衝撃ファクタを増大させることに注目すべきである。図８のデータは、厚さ約１ｍｍ未満で全幅が少なくとも１ｍのガラスシートに関し、接触圧２５５ｇ、超音波振動設定２０％、プローブ速度１０ｍｍ／秒およびガラスの側縁から内方に距離（約６インチ（１５．２ｃｍ）等）を隔てたプローブ位置を用いて得られたものである。このデータは、分離時間を約０．５秒まで（約８〜１２ポンド（３．６〜５．４kg）のダウンフォース）、好ましくは９．５ポンド（４．３kg）が好ましい）を約０．３５秒（約１５．０ポンド（６．８kg）のダウンフォース）短縮可能であることを示している。したがって、幅２ｍのシートは２秒未満で、より好ましくは１秒未満で分離することができる。
【００５５】
図９に示されているように、罫書き線に対するプローブの位置合わせは重要である。接触点からクラック（すなわち罫書き線）までの距離は、プローブチップの断面寸法によって、そして罫書き線に対するプローブの位置の整合によって決定される。プローブチップが小さい程、かつプローブチップと罫書き線との位置の整合がより良い程、クラックに対して衝撃接触点が近くなり、換言すると、クラックの近傍における曲げ応力がより大きくなり、したがって、クラック先端に応力が集中する。図９のデータは、６インチ（１５．２ｃｍ）内側のプローブ位置、１０ｍｍ／秒のプローブ速度、２０％の超音波振動設定、９．５ポンド（（４．３kg）のダウンフォース、または約２ｍｍ未満のシート厚さおよび少なくとも１ｍのシート幅、および２５５ｇの接触圧を用いて採取されたものである。このデータは、もし位置整合が約０．５ｍｍ以内と良好であれば、分離時間は最適化される（すなわち、図示のデータにおいて約０．５秒）ことを示している。１ｍｍまでの位置ずれは許容されるが、分離時間は延びる（図示のデータでは、例えば２倍または３倍、すなわち１．０〜２．０秒）。
【００５６】
図１０に示されているように、プローブの速度は分離時間に影響を与える。具体的には、ガラスシート面を打つ衝撃主体の速度は、上述した衝撃係数に直接的に影響を与える。より高い衝撃速度が分離時間を短縮する。例えば、最初の衝撃における約６ｍｍ／秒のプローブチップ速度は分離時間を約０．５３〜０．５８秒にするが、約１０ｍｍ／秒のプローブチップ速度は分離時間を約０．３５〜０．４秒に短縮する。図１１に示されているように、接触圧も分離時間に影響する。具体的には、より高い接触圧が分離時間を短縮する。しかしながら、容認される接触圧の値は、シートの横方向剛性およびシートの横方向変位（シートの反りによって影響を受ける）によって決定される。
【００５７】
プローブチップの周波数が低い周波数にまで低められる程、シートを分離する（すなわち、クラックを伝播させる）プローブの行程は増大する。図１２に示されたデータは、約７８０Hz のプローブチップの周波数が約１．６３ｍｍの行程振幅で分離することができ、一方、約５０Hz のプローブチップの周波数が約１．８３ｍｍの行程振幅で分離することができることを示している。勿論このデータは、具体的な材料特性および工程パラメータに基づいてかなり変化する。５００Hz のプローブチップの周波数は、好ましい状態である、比較的一致している二種類の試験間の分離に関するデータとともに、約０．３５〜０．３７秒の素晴らしい分離時間の結果を生んだ。任意の材料すなわちシートに関してこの現象が予測可能な限り（例えば、固有周波数等の周知の特性との関係で）、周波数を選択的に調整して、任意のガラス分離工程における分離時間を改善することができることが考えられる。
【００５８】
以上、特定の実施の形態について本発明を説明したが、種々の変形および変更が可能なことは、上述の記載に照らして当業者には明らかであろう。したがって本発明は、添付の請求項の精神および範囲内で行なわれた全ての変形および変更を包含することを意図するものである。
【符号の説明】
【００５９】
１０  ガラス製造装置
１１  キャビティ
１２  アイソパイプ
１４  アイソパイプの底縁
１６  エッジローラ
２０  ガラス帯状体
２４  ガラスシート
２６  罫書き線
３２  ガラス帯状体の第１面
３４  ガラス帯状体の第２面
３６  ビード
４０  スクライビング・アセンブリ
６０  振動印加手段
６２  振動プローブ
８０  荷重印加アセンブリ
９０  コントローラ
１００  キャリッジ
１５０  クラック先端
１５６  クランプ
【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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