JP2017514774A - 積層された極薄ガラス層を切断する方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、０．３ｍｍ以下の厚さを有する少なくとも１つのガラス層（１）と、少なくとも１つのポリマー層（５）とからなる積層体（１０）を切断する方法であって、ａ）前記ガラス層（１）の第１の表面（Ｉ）に、側縁部から切断線（Ｌ）に沿って延在する表面掻き傷（２）を形成するステップと、ｂ）第１のレーザービーム（３）を、前記掻き傷（２）から前記第１の表面（Ｉ）上で前記切断線（Ｌ）に沿って移動させるステップと、ｃ）前記ガラス層（１）を、前記切断線（Ｌ）に沿って冷却し、前記ガラス層（１）を、前記切断線（Ｌ）に沿って破断させるステップとを少なくとも含み、前記ポリマー層（５）を、前記切断線（Ｌ）に沿った第２のレーザービーム（６）の移動によって分断する方法に関している。
Description
本発明は、積層された極薄ガラス層を切断する方法、それに適した装置並びに当該方法を用いて切断されたガラス層の使用に関する。
極薄ガラス層とは、典型的には約０．３ｍｍまでの厚さのガラス層を指すものと理解されたい。それらは僅かな重さの他に、特にそれらの薄膜状の高い柔軟性によって優れている。従って、極薄ガラス層は、特に柔軟な部品に、例えば柔軟な薄膜太陽電池、ＯＬＥＤ素子に、または電気的に切り換え可能な特性を備えた薄膜状のアクティブなグレージング要素のために使用される。極薄ガラス板は巻き取りが可能であり、それによって極薄ガラス板は良好に保管され、輸送され得る。さらに極薄ガラス板は、いわゆる「ロールツーロール」プロセスでの工業的な加工を許容している。これに対する例では欧州特許出願公開第２４６３２４９号明細書（ＥＰ２４６３２４９Ａ１）が参照される。
極薄ガラス層の切断は、ある種の挑戦である。古典的な機械的ガラス切断法は適していない。なぜならそれらは極薄ガラス層の微細な亀裂やその他の損傷を伴う粗い切断縁部を引き起こすからである。より厚いガラス板の場合に常用されているような追補的な縁部処理は、厚さが僅かであることに基づいて不可能である。レーザー切断法は、より良好な結果をもたらし、それらは例えば国際公開第２０１２／０６７０４２号（ＷＯ２０１２／０６７０４２Ａ１）および国際公開第２０１３／０５０１６６号（ＷＯ２０１３／０５０１６６Ａ１）のように極薄ガラス層にも適用されてきた。
ポリマー層に極薄ガラス層を結合した積層体も、例えば国際公開第２０１２／１６６３４３号（ＷＯ２０１２／１６６３４３Ａ２）から公知である。そのような積層体は、多くの適用分野において、工業的大量生産のための予め製造された出発製品として適している。そのような積層体のガラス層が、公知のレーザー切断法を用いて切断される場合には、ガラス層の複数部分が引き続きポリマー層によって保持される。ここではポリマー層を分断するための後続のさらなるステップ、例えば機械的切断によるステップが必要とされる。
本発明の課題は、積層された極薄ガラス層を切断する方法を提供することにある。この方法は、可及的に滑らかな切断縁部をもたらし、ガラス破損のリスクも低く、特に積層体をワンステップで適正に切断する手段を提供すべきものである。
本発明の課題は、本発明によれば、独立請求項１による、少なくとも１つのガラス層と少なくとも１つのポリマー層とからなる積層体を切断する方法によって解決される。好ましい実施形態は、従属請求項から明らかとなる。
少なくとも１つのガラス層と少なくとも１つのポリマー層とからなる積層体を切断する本発明に係る方法は、少なくとも以下の方法ステップ、すなわち、
ａ）ガラス層の第１の表面上に、側縁部から切断線に沿って延在する表面掻き傷を形成するステップと、
ｂ）第１のレーザービームを、前記掻き傷から前記第１の表面上で前記切断線に沿って移動させるステップと、
ｃ）前記ガラス層を、前記切断線に沿って冷却し、前記ガラス層を、前記切断線に沿って破断させるステップとを含んでいる。
ａ）ガラス層の第１の表面上に、側縁部から切断線に沿って延在する表面掻き傷を形成するステップと、
ｂ）第１のレーザービームを、前記掻き傷から前記第１の表面上で前記切断線に沿って移動させるステップと、
ｃ）前記ガラス層を、前記切断線に沿って冷却し、前記ガラス層を、前記切断線に沿って破断させるステップとを含んでいる。
前記方法ステップ（ａ）、（ｂ）および（ｃ）によって、ガラス層が穏やかに切断され、それによって滑らかな切断縁部が、破壊的損傷なしで形成される。ポリマー層は、同じ切断線に沿って、第２のレーザービームの移動によって分断される。
このポリマー層の分断は、原則的にはガラス層の切断の前、切断と同時または切断の後に行うことが可能である。好ましい実施形態によれば、ポリマー層の分断は、ガラス層の切断とほぼ同時に行われる。このことは、工業的生産に対してより高いサイクルタイムを可能にし、それ故利点となる。このためには、第２のレーザービームの移動が、好ましくは第１のレーザービームの移動と同時点で（同時に）行われるかまたは、冷却手段の移動が特定されている場合には、このような移動と同時点で（同時に）行われる。
前記方法ステップ（ｂ）および（ｃ）の時系列上の順序は、冷却が開始される前に、全切断線に沿ったレーザー照射を終了させている必要があるというふうに理解されるべきではない。それどころか、レーザービームがまだ切断線上で移動している間に、レーザービームによって既に照射された切断線領域の冷却が既に開始される。好ましくは冷却手段（装置）は、移動方向で見てレーザービームの後方に配置され、レーザービームと、冷却手段は、同じ速度で切断線に沿って移動する。
ポリマー層とは反対側にあるガラス層の表面は、本発明の主旨においては、第１の表面とも称される。この第１の表面は、本発明によれば、掻き傷を備えており、第１の表面には、第１のレーザービームが照射され、第１の表面は冷却される。レーザービームの照射は、好ましくは第１の表面に向けられた方向から行われ、そのためレーザービームは、第１の表面に入射する前に積層体を透過する必要はない。
積層体のガラス層は、特に極薄ガラス層である。極薄ガラス層とは、本発明の主旨においては、０．３ｍｍ以下の厚さを有するガラス層と理解されたい。このガラス層の厚さは、好ましくは０．０３ｍｍ乃至０．３ｍｍ、特に好ましくは０．０５ｍｍ乃至０．１５ｍｍである。
このような厚さを有するガラス層に対して、本発明に係る方法は、特に良好に適用可能であり、特に滑らかな縁部を有する切断ガラスをもたらす。
表面掻き傷（または表面切込み）は、応力集中を引き起こし、切断線をいわば目標破断線として定める。それに続く、切断線へのレーザービームの照射は、切断線に沿ったガラス層の加熱を引き起こす。その後に続けられる冷却により、熱的応力が発生させられ、この熱的応力は自動的にガラス層の切断線に沿った破断を引き起こす。より厚いガラス板の場合に必要とされるような付加的な機械的作用（圧力をかけることによる破断）は、本発明に係る極薄ガラスの切断の場合には不要である。それ故この方法は、特に工業的大量生産に対して非常に有利となる。さらに、本発明に係る方法を用いることによって、ガラスの破損を回避することができ、滑らかな縁部が形成されることが判った。
掻き傷は、本発明によれば、ガラス層の側縁部から形成され、所定の区間にわたって所望の切断線に沿って延在している。この掻き傷の長さは、好ましくは０．５ｍｍ乃至５０ｍｍ、特に好ましくは１ｍｍ乃至２０ｍｍ、最も好ましくは２ｍｍ乃至１０ｍｍである。表面掻き傷の深さは、好ましくは０．０１ｍｍ乃至ガラス厚の半分まで、特に好ましくは０．０１ｍｍ乃至０．０５ｍｍである。
好ましい実施形態によれば、掻き傷は、切削工具、特にダイヤモンド工具を用いて機械的に形成される。この切削工具は、好ましくは制御部に接続され、この制御部を介して工具の移動と工具によってかけられる圧力とが開ループ制御および閉ループ制御され得る。
代替的に好ましい実施形態によれば、表面掻き傷は、レーザービームを用いて形成される。特にピコ秒領域のパルスを有し、３００ｎｍ乃至１２００ｎｍの波長を有するパルス化されたレーザーが、表面ガラス層を不所望な損傷なしで除去加工するのに特に適していることが判った。特にドープされたＹＡＧレーザーが適しており、特に好ましくは、１０６４ｎｍの波長を有していて、倍加された周波数（５３２ｎｍ）若しくは３倍化された周波数（３５５ｎｍ）で運転され得るＮｄ：ＹＡＧレーザーが適している。パルス長は、好ましくは１ｐｓ乃至２０ｐｓであり、パルス繰り返し周波数は好ましくは１００ｋＨｚ乃至８００ｋＨｚである。そのようなレーザービームが特に良好なノッチを生じさせ、さらに不所望なガラスの破損のリスクを低減させることが判った。ガラス表面上のレーザービームの移動速度は、好ましくは１０００ｍｍ／ｓ乃至５０００ｍｍ／ｓである。レーザービームは、好ましくはスキャナーを用いてガラス表面上で移動し、光学素子、好ましくはｆθレンズを用いてガラス表面に集束される。
過度に高いレーザー出力では、ガラス層の破損（これは後にガラスの破断につながりかねない）のリスクが増大することが判った。レーザーの出力は、好ましくは０．５Ｗ乃至３Ｗ、特に好ましくは０．５Ｗ乃至２Ｗ、最も好ましくは０．８Ｗ乃至１．５Ｗである。この領域内の出力は、掻き傷を形成するのには十分であるが、しかしながらガラス表面を破損させることはない。
表面掻き傷を形成した後では、ガラス表面に所望の切断線に沿って第１のレーザービームが照射される。このためには、レーザービームが、表面掻き傷から所望の全切断線に沿って移動し、つまり通常では、ガラス層の相対向する側縁部まで移動する。
レーザービームによって、ガラス層は切断線に沿って加熱される。それ故、特にガラス層が高い吸収係数を有する波長を有するレーザービームが適している。この理由から中赤外線領域のレーザービームが特に適している。レーザービームは、好ましくは１μｍ乃至２０μｍ、特に好ましくは５μｍ乃至１５μｍの波長を有している。典型的には９．４μｍまたは１０．６μｍの波長を有するＣＯ２レーザーが特に適している。
レーザーは好ましくは連続発振モード（ＣＷ，ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）で運転される。それによってガラス層の良好な加熱が達成されることが判った。さらに連続発振モードは、パルス化された運転モードよりも技術的に簡単に実現可能である。
レーザービームは、好ましくは光学素子若しくは光学システムを用いてガラス表面に集束され、この場合好ましくは、伸長された、やや楕円状のビームプロファイルが例えば円柱レンズを用いて形成される。この場合伸長されたビームプロファイルの長軸が、好ましくは切断線の方向に配向される。ガラス表面上のビームプロファイルの長さは、好ましくは１０ｍｍ乃至５０ｍｍであり、幅は、好ましくは１００μｍ乃至１ｍｍである。それにより、特にきれいな切断縁部に関して、特に良好な結果が得られる。光学素子の焦点距離は、例えば１００ｍｍ乃至２００ｍｍである。それにより良好な結果が得られる。
レーザービームは、ガラス表面上で移動する。このことは、基本的に、ガラス層の移動によって、かつ／またはレーザービームの移動によって、行われ得る。好ましい実施形態によれば、レーザービームは（特に位置固定された）ガラス層上で移動する。このためには、それ自体公知のレーザースキャン装置が適しており、最も簡素なケースでは、１つ以上の傾倒可能なミラーが適している。レーザービームも例えば光導波路、例えばグラスファイバの移動によって、ガラス表面上で移動し得る。
レーザービームは、好ましくは１ｍ／ｍｉｎ乃至３０ｍ／ｍｉｎ、特に好ましくは５ｍ／ｍｉｎ乃至２０ｍ／ｍｉｎ、最も好ましくは１０ｍ／ｍｉｎ乃至１５ｍ／ｍｉｎの速度でガラス表面上で移動する。それにより、特に良好な結果が得られる。
レーザービームの出力（出発出力）は、好ましくは３０Ｗ乃至１ｋＷ、例えば５０Ｗ乃至１００Ｗである。そのような出力を用いることにより、ガラス層の十分な加熱を得ることができるようになる。しかしながら、著しく高い出力も適用可能である。
ガラス表面は、加熱の後に冷却される。順次連続する加熱と冷却とによって、切断線に沿って、熱的応力が発生させられ、この熱的応力は、極薄ガラスの場合、自動的に所望の破断を引き起こす。冷却は、好ましくはガラス表面に、ガス状および／または液状の冷却媒体を切断線に沿って噴射することによって行われる。本発明は、所定の冷却媒体に限定されるものではない。好ましい冷却媒体は、空気および／または水である。なぜならそのような冷却は簡単に実現でき低コストだからである。特に好ましくは空気／水混合媒体が冷却媒体として利用される。
この冷却媒体は、好ましくはノズルを用いて切断線に沿ってガラス表面にもたらされる。このノズルは好ましくは、レーザービームの後方にてガラス表面上で同じ速度で移動する。レーザービームを用いたガラス層の加熱と、ガラス層の冷却（急冷）との間の時間差は、好ましくは１０ｍｓ乃至５００ｍｓ、特に好ましくは５０ｍｓ乃至１００ｍｓである。それにより特に適切な熱的応力が発生させられ、この熱的応力は、きれいな破断縁部を伴う効果的な破断を引き起こす。
本発明による積層体のポリマー層は、好ましくは熱可塑性ポリマー、特に好ましくは少なくともエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリウレタン（ＰＵ）、および／またはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を含む。しかしながらこのポリマー層は、例えば、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリアセテート樹脂、アクリレート、フッ素化エチレンプロピレン及び／又はポリフッ化ビニルを含んでいてもよい。
ポリマー層は、好ましくはガラス層の厚さ範囲内の厚さを有している。ポリマー層の厚さは，好ましくは０．０３ｍｍ乃至０．３ｍｍ、特に好ましくは０．０５ｍｍ乃至０．１５ｍｍである。しかしながら、基本的には、より厚いポリマー層も処理可能である。
特に好ましい実施形態によれば、積層体は、正確に１つのガラス層と少なくとも１つのポリマー層とを含んでいる。積層体が２以上の個別ポリマー層を含むならば、全てのポリマー層は好ましくは層スタックとしてガラス層の一方の側に配置され、それによってガラス層の一方の表面（本発明の主旨においては第１の表面）は、ポリマー層と結合されるのではなく、露出される。ポリマー層とは反対側の、ガラス層の（第１の）表面は、表面掻き傷を備え、第１のレーザービームによって加熱され、引き続き冷却される。ポリマー層には第２のレーザービームが照射される。ポリマー層の分断のための第２のレーザービームの照射は、第１のレーザービームの照射と同じ方向から行うことが可能である。この場合には、第２のレーザービームは、ガラス層を貫通して透過させる必要があり、そのため第２のレーザービームに対しては、ガラス層によって可及的に僅かしか吸収されない波長を使用する必要がある。特に可視スペクトル領域のレーザービームが適している。
好ましい実施形態によれば、ポリマー層に、ガラス層に相対向する方向から照射が行われる。この場合、レーザービームは、ガラス層を透過する必要がなく、このレーザービームの波長は、ガラス層の吸収特性に合わされる必要はない。この場合、特別な利点は、第１および第２のレーザービームに対して同じ波長を用いることができることにある。特に好ましい実施形態によれば、ガラス層の切断のための第１のレーザービームと、ポリマー層の分離のための第２のレーザービームは、同じレーザーによって発生させられる。レーザーのビームは、適切な光学素子によって２つの部分ビームに分割され、これらの部分ビームは、それらが相対する側から積層体へ入射するように誘導される。第１のレーザービームと第２のレーザービームは、積層体に相対する方向から照射される。この利点は、ただ１つのレーザー源を用いたより簡単な技術的構造にある。好ましい実施形態によれば、第１のレーザービームおよび第２のレーザービームは同時に移動する。
別の特に好ましい実施形態によれば、積層体は２つのガラス層を含んでいる。第１のガラス層は、少なくとも１つのポリマー層を介して第２のガラス層に結合されている。表面掻き傷の形成と、レーザービームと、冷却とを用いたガラス切断法は、２つのガラス層の、熱可塑性層とは反対側の外側（第１の）表面において、共通の切断線に沿って実施される。第１および第２のガラス層の切断は、時系列的に前後して、時間的にずらされて、または同時に行うことが可能であり、好ましくは同時に行われる。そのために必要なレーザービームは、同じレーザーによって発生させられ得る。
第２のガラス層は、好ましくは第１のガラス層の厚さ範囲内の厚さを有している。この第２のガラス層の厚さは、好ましくは０．０３ｍｍ乃至０．３ｍｍ、特に好ましくは０．０５ｍｍ乃至０．１５ｍｍである。
積層体は、ガラス層とポリマー層の他にさらなる層を含み得る。例えば積層体は、薄膜太陽電池であってもよいし、あるいは切り換え可能な、特に電気的に切り換え可能な特性を有するアクティブなグレージング要素であってもよい。そのようなグレージング要素は、活性層と、電気的な接触接続のための電極層とを含む。積層体は、例えば、エレクトロクロミック素子、ＰＤＬＣ素子（高分子分散液晶）、エレクトロルミネッセンス素子、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、またはＳＰＤ素子（懸濁粒子デバイス）であってもよい。そのようなグレージング要素の機能原理は、例えば、国際公開第２０１２／００７３３４号（ＷＯ２０１２／００７３３４Ａ１）、米国特許出願公開第２０１２／００２６５７３号明細書（ＵＳ２０１２００２６５７３Ａ１）、国際公開第２０１０／１４７４９４号（ＷＯ２０１０／１４７４９４Ａ１）、および欧州特許出願公開第１８６２８４９号明細書（ＥＰ１８６２８４９Ａ１）（エレクトロクロミック）、独国特許出願公開第１０２００８０２６３３９号明細書（ＤＥ１０２００８０２６３３９Ａ１（ＰＤＬＣ）、米国特許出願公開第２００４／２２７４６２号明細書（ＵＳ２００４２２７４６２Ａ１）、および国際公開第２０１０／１１２７８９号（ＷＯ２０１０／１１２７８９Ａ２）（ＯＬＥＤ）、欧州特許第０８７６６０８号明細書（ＥＰ０８７６６０８Ｂ１）、および国際公開第２０１１／０３３３１３号（ＷＯ２０１１／０３３３１３Ａ１）（ＳＰＤ）から当業者には十分に公知である。極薄ガラス層を有する本発明に係る積層体によって、グレージング要素は、薄膜状の柔軟性と加工性とを有している。そのようなグレージング要素を用いることにより、例えば従来の窓ガラスに追補的に簡単に、切り換え可能なアクティブな機能を追加装備させることが可能になる。
ポリマー層には、レーザービームが、第１のガラス層または第２のガラス層を貫通して照射される。それにより、熱可塑性層が、切断線に沿って分断される。レーザービームは、ガラス層を貫通して透過されなければならないので、レーザービームに対しては、ガラス層によって可及的に僅かしか吸収されない波長を使用する必要がある。特に可視スペクトル領域、近赤外線領域、または近紫外線領域のレーザービームが適している。波長は、好ましくは３００ｎｍ乃至１２００ｎｍである。好ましい実施形態によれば、ドープされたＹＡＧレーザー、特に好ましくはＮｄ：ＹＡＧレーザーが使用され、これは、１０６４ｎｍの波長を有していて、倍加された周波数（５３２ｎｍ）若しくは３倍化された周波数（３５５ｎｍ）で運転され得る。熱可塑性層の分断は、好ましい実施形態によれば、ガラス層の切断と同時に行われる。しかしながら、時系列的に順次連続する様々な切断ステップも可能である。
ポリマー層を分断するためのレーザービームは、好ましくはパルス化され、特に好ましくはピコ秒領域のパルスを有している。パルス長は、好ましくは、１ｐｓ乃至１０ｐｓであり、パルス繰り返し周波数は、好ましくは２００ｋＨｚ乃至８００ｋＨｚである。出力は、好ましくは５Ｗ乃至５０Ｗである。レーザービームは、好ましくはスキャナーと、光学素子、好ましくはｆθレンズとを用いて熱可塑性層に集束される。
極薄ガラス積層体を切断する本発明に係る方法の利点は、極薄ガラス層が典型的には出発状態においてロールに巻き上げられている、工業的大量生産に容易に統合させることが可能な点である。それ故、好ましい実施形態によれば、ガラス積層体が切断の直前にロールから繰り出される。
１つ以上のガラス層は、特定のタイプのガラスに限定されない。それどころか本発明に係る方法は、基本的には任意の組成物の極薄ガラス層に適用可能である。１つ以上のガラス層は、例えばソーダ石灰ガラスまたはホウケイ酸ガラスを含む。
本発明はさらに、少なくとも１つのガラス層と少なくとも１つのポリマー層とからなる積層体を切断する装置を含んでおり、この装置は少なくとも、
前記ガラス層の第１の表面に表面掻き傷を形成する手段であって、掻き傷を側縁部から切断線に沿って形成するために適していると共に設けられている手段と、
前記掻き傷から前記第１の表面上で前記切断線に沿って移動させるために適していると共に設けられている第１のレーザービームを発生させて移動させる手段と、
前記切断線に沿って前記ガラス層を冷却する手段と、
前記ポリマー層を、前記切断線に沿って分断するために適していると共に設けられている第２のレーザービームを発生させて移動させる手段とを含んでいる。
前記ガラス層の第１の表面に表面掻き傷を形成する手段であって、掻き傷を側縁部から切断線に沿って形成するために適していると共に設けられている手段と、
前記掻き傷から前記第１の表面上で前記切断線に沿って移動させるために適していると共に設けられている第１のレーザービームを発生させて移動させる手段と、
前記切断線に沿って前記ガラス層を冷却する手段と、
前記ポリマー層を、前記切断線に沿って分断するために適していると共に設けられている第２のレーザービームを発生させて移動させる手段とを含んでいる。
本発明に係る方法に関連して上述した好ましい実施形態は、この装置にも同じように適用される。
さらにこの装置は、好ましい実施形態によれば、極薄ガラス積層体を備えたロールが挿入可能であるロールホルダを含んでいる。このロールホルダは、この場合、ロールから繰り出されたガラス積層体が、掻き傷を形成する手段と、レーザービームと、冷却手段とによって処理できるように配置されている。
本発明はさらに、本発明によって切断された極薄ガラス積層体の、薄膜太陽電池への、または切り換え可能な、特に電気的に切り換え可能な特性を有するアクティブなグレージング要素への使用、好ましくはエレクトロクロミック素子、ＰＤＬＣ素子（高分子分散液晶）、エレクトロルミネッセンス素子、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）またはＳＰＤ素子（懸濁粒子デバイス）への使用を含む。
本発明を図面と実施形態に基づき詳細に説明する。図面は概略図であり、必ずしも縮尺通りではない。図面は本発明を決して限定するものではない。
図１は、本発明に係る方法の概略図を示している。極薄ガラス層とポリマー層とを有する積層体１０は、ロール８で提供され、このロール８からは一部が繰り出されている。本発明に係る方法は、繰り出し方向に対して直角方向での切断によって積層体１０の一部を分離するために用いられている。
第１の方法ステップでは、手段９を用いて、ポリマー層とは反対側の、ガラス層の第１の表面に表面掻き傷２をつける。掻き傷２をつける手段９は、例えばダイヤモンド工具であり、その際、動きと加えられる圧力は、制御部１１によって閉ループ制御され得る。
代替的にこの手段９は、例えばピコ秒領域（例えば１０ｐｓのパルス長と４００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数）のパルスと１Ｗの出力とを有するＮｄ：ＹＡＧレーザーであってもよい。掻き傷２は、例えば０．０３ｍｍの深さと５ｍｍの長さを有し、ガラス層１の側縁部から所望の切断線Ｌに沿って延在する。掻き傷２は、応力集中を引き起こし、所望の切断線Ｌ（この切断線Ｌに沿って掻き傷はその５ｍｍの長さに亘って延在する）を目標破断箇所として規定する。
引き続き第１のレーザービーム３が掻き傷２から切断線Ｌに沿って移動する。このレーザービーム３は、１０．６μｍの波長と５０Ｗの出力とを有する連続発振モードのＣＯ２レーザーのビームである。レーザービーム３は、ビームプロファイルを伸長させる図示されていない円柱光学系を用いてガラス表面に集束される。ガラス表面上でビームプロファイルは、例えば３０ｍｍの長さと５００μｍの幅とを有する。ビームプロファイルは、切断線Ｌに沿って配向され、つまりビームプロファイルの長軸が切断線Ｌ上に置かれる。レーザービーム３は、ガラス層１によって効果的に吸収され、これによってガラス層は切断線Ｌに沿って加熱される。
レーザービーム３の後方では、ノズル４が切断線Ｌに沿って移動する。レーザービーム３とノズル４は、この場合同じ速度で移動する。ガラス層には、ノズル４を用いて冷却媒体、例えば空気と水の混合媒体が噴射される。加熱されたガラス層の迅速な冷却は、熱的応力を引き起こし、この熱的応力は、ガラス層１の、切断線Ｌに沿った破断を引き起こす。
図中に示されている矢印は、移動方向を表している。
第２のレーザービーム６は、相対向する方向から熱可塑性層５に集束される。この第２のレーザービーム６は、第１のレーザービーム３およびノズル４と同じ速度ｖで移動する。第１および第２のレーザービーム３，６は、特に同時に移動し、そのためレーザー焦点は、切断線Ｌ上のほぼ同じ位置に存在する。レーザービーム６は、熱可塑性層５を分断する。好ましい実施形態によれば、レーザービーム３および６は、同じレーザーによって発生させられる。しかしながら両ビーム３，６に対して固有のレーザーが設けられていてもよい。
図示されたように、極薄ガラス層の破断は、熱的応力に基づいて自動的に行われる。そのため圧力をかけることによる積極的な破断を省くことが可能である。それ故本発明に係る方法は、ガラス層が典型的に１つのロール８から繰り出されて直接加工される工業的大量生産に適している。さらにこの方法は、微細な亀裂のような破壊的損傷なしで滑らかな切断縁部をもたらす。ガラス層と熱可塑性層とを有する積層体１０は、本発明に係る方法によってワンステップで分離可能となり、このことは製造技術的に見ても非常に有利である。
図２には、図１による方法実施中の積層体１０の断面が示されている。この積層体１０は、ガラス層１を含み、該ガラス層１の第２の表面ＩＩは熱可塑性のポリマー層５に結合されている。ガラス層１の、ポリマー層５とは反対側の表面は、本発明の主旨においては第１の表面Ｉとも称され、この表面に対しては、掻き傷の形成と、第１のレーザービーム３の照射と、冷却媒体の噴射とが行われる。ガラス層１は、例えば１００μｍの厚さを有している。熱可塑性層５は、例えばＥＴＦＥからなる１００μｍの厚さの薄膜からなっている。
レーザービーム３とノズル４は、速度ｖでもって相前後して切断線Ｌに沿って移動する。第２のレーザービーム６も同じ速度ｖで同時に移動する。
図３には、さらなる積層体の断面が示されている。この場合第１のガラス層１は、１つのポリマー層５を介して第２のガラス層７と結合されている。これらのガラス層１，７の、ポリマー層５に面する側の表面ＩＩ，ＩＩＩは、本発明の主旨においては第２の表面とも称する。ポリマー層５とは反対側の表面Ｉ，ＩＶは、第１の表面とも称する。このポリマー層５もまた、例えば１００μｍの厚さを有するＥＴＦＥからなる熱可塑性の薄膜である。
表面掻き傷２とレーザービーム３とノズル４とを用いた本発明に係るガラス切断法は、ガラス層１，７の第１の表面Ｉ，ＩＶにおいて同時に実施され、それによってこれらのガラス層は、共通の切断線Ｌに沿って分断される。レーザービーム６は、第１のガラス層１を貫通して熱可塑性層５に集束され、他方のレーザービーム３およびノズル４と同じ速度ｖで切断線Ｌに沿って移動する。レーザービーム６は、例えば５３２ｎｍの波長を有し、倍加された周波数のＮｄ：ＹＡＧレーザーによって発生させられる。可視領域の光は、ガラス層１によって実質的に吸収されないので、それによってレーザービーム６は、阻害されることなく熱可塑性層５に十分に入射する。Ｎｄ：ＹＡＧレーザーは、例えばピコ秒領域のパルス（例えば１０ｐｓのパルス長と４００ｋＨｚのパルス繰り返し周波数）で運転され、１Ｗの出力を有している。
概略図において第２のレーザービーム６は、移動方向で見て、第１のレーザービーム３とノズル４の両者の後方に配置されている。そのため最初にガラス層１，７の切断が行われ、時間的にずらされた時点で積層体の分断が行われる。但し第２のレーザービーム６は、切断線Ｌ上の、第１のレーザービーム３，３が存在している位置に配向されてもよい。そうすることでガラス層１，７の切断と、ポリマー層５の分断とが同時に行われる。
ガラス層１，７と熱可塑性層５とを有する積層体は、本発明に係る方法によってワンステップで分離することが可能となり、このことは、製造技術的に見ても非常に有利である。
図４には、積層された極薄ガラス層を切断する本発明に係る方法の実施形態が示されている。
１０ 積層体
１ （第１の）ガラス層
２ 表面掻き傷
３ ガラス層１を切断するためのレーザービーム
４ ガラス層１を冷却するためのノズル
５ ポリマー層
６ ポリマー層５を分断するためのレーザービーム
７ 第２のガラス層
８ ロール
９ 表面掻き傷２を形成するための手段
１１ 前記手段９の制御部
Ｌ 切断線
Ｉ ガラス層１の第１の表面
ＩＩ ガラス層１の第２の表面
ＩＩＩ 第２のガラス層７の第１の表面
ＩＶ 第２のガラス層７の第２の表面
１ （第１の）ガラス層
２ 表面掻き傷
３ ガラス層１を切断するためのレーザービーム
４ ガラス層１を冷却するためのノズル
５ ポリマー層
６ ポリマー層５を分断するためのレーザービーム
７ 第２のガラス層
８ ロール
９ 表面掻き傷２を形成するための手段
１１ 前記手段９の制御部
Ｌ 切断線
Ｉ ガラス層１の第１の表面
ＩＩ ガラス層１の第２の表面
ＩＩＩ 第２のガラス層７の第１の表面
ＩＶ 第２のガラス層７の第２の表面
Claims (15)
- ０．３ｍｍ以下の厚さを有する少なくとも１つのガラス層（１）と、少なくとも１つのポリマー層（５）とからなる積層体（１０）を切断する方法であって、
ａ）前記ガラス層（１）の第１の表面（Ｉ）に、側縁部から切断線（Ｌ）に沿って延在する表面掻き傷（２）を形成するステップと、
ｂ）第１のレーザービーム（３）を、前記掻き傷（２）から前記第１の表面（Ｉ）上で前記切断線（Ｌ）に沿って移動させるステップと、
ｃ）前記ガラス層（１）を、前記切断線（Ｌ）に沿って冷却し、前記ガラス層（１）を、前記切断線（Ｌ）に沿って破断させるステップとを少なくとも含み、
前記ポリマー層（５）を、前記切断線（Ｌ）に沿った第２のレーザービーム（６）の移動によって分断することを特徴とする方法。 - 前記第１のレーザービーム（３）は、１μｍ乃至２０μｍ、好ましくは５μｍ乃至１５μｍの波長を有している、請求項１記載の方法。
- 前記第１のレーザービーム（３）は、ＣＯ２レーザーによって、好ましくは連続発振モードにおいて発生させる、請求項１または２記載の方法。
- 前記第１のレーザービーム（３）および前記第２のレーザービーム（６）は、同じレーザーによって発生させ、かつ前記積層体（１０）に、相対する方向から照射する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
- 前記ガラス層（１）は、前記ポリマー層（５）を介して第２のガラス層（７）と結合されており、前記方法ステップ（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、前記ガラス層（１，７）の、前記ポリマー層（５）とは反対側の表面（Ｉ，ＩＶ）に適用され、前記ポリマー層（５）に前記第２のレーザービーム（６）が前記ガラス層（１，７）を貫通して照射され、前記第２のレーザービーム（６）は、３００ｎｍ乃至１２００ｎｍの波長を有している、請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
- 前記第２のレーザービーム（６）は、ドープされたＹＡＧレーザー、好ましくはＮｄ：ＹＡＧレーザーによって発生させられ、前記ＹＡＧレーザーは、特に好ましくはピコ秒領域のパルスによって運転される、請求項５記載の方法。
- 前記掻き傷（２）は、０．５ｍｍ乃至５０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ乃至２０ｍｍ、特に好ましくは２ｍｍ乃至１０ｍｍの長さを有している、請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
- 前記掻き傷（２）は、機械的に形成される、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
- 前記掻き傷（２）は、レーザービームを用いて形成され、前記レーザービームは、好ましくは３００ｎｍ乃至１２００ｎｍの波長と、０．５Ｗ乃至３Ｗの出力とを有している、請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
- 前記第１のレーザービーム（３）を、１ｍ／ｍｉｎ乃至３０ｍ／ｍｉｎ、好ましくは５ｍ／ｍｉｎ乃至２０ｍ／ｍｉｎの速度によって前記第１の表面（Ｉ）上で移動させ、好ましくは前記全てのレーザービーム（３，６）を、同じ速度で移動させる、請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
- 前記ガラス層（１）の冷却を、前記切断線（Ｌ）に沿った、ガス状および／または液状の冷却媒体、好ましくは空気／水混合媒体の、好ましくはノズル（４）を用いた噴射によって行う、請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
- 前記積層体（１０）は、切断の直前にロール（８）から繰り出される、請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
- ０．３ｍｍ以下の厚さを有する少なくとも１つのガラス層（１）と、少なくとも１つのポリマー層（５）とからなる積層体（１０）を切断する装置であって、
前記ガラス層（１）の第１の表面（Ｉ）に、表面掻き傷（２）を形成する手段と、
前記掻き傷（２）から前記第１の表面（Ｉ）上で前記切断線（Ｌ）に沿って第１のレーザービーム（３）を発生させて移動させる手段と、
前記切断線（Ｌ）に沿って前記ガラス層（１）を冷却する手段と、
前記ポリマー層（５）を前記切断線（Ｌ）に沿って分断するために第２のレーザービーム（６）を発生させて移動させる手段とを、
少なくとも含んでいることを特徴とする装置。 - 前記装置は、その他に、前記積層体（１０）を備えたロール（８）が挿入可能であるロールホルダを含んでいる、請求項１３記載の装置。
- 請求項１から１２のいずれか１項記載の方法を用いて切断された積層体（１０）を、薄膜太陽電池に、または切り換え可能な、特に電気的に切り換え可能な特性を有するアクティブなグレージング要素に、好ましくはエレクトロクロミック素子、ＰＤＬＣ素子（高分子分散液晶）、エレクトロルミネッセンス素子、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）またはＳＰＤ素子（懸濁粒子デバイス）に使用することを特徴とする、積層体（１０）の使用。
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