專利名稱：用于分離加工脆性材料構件的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的上位概念中所稱類型的裝置， 通過在一個分離區內在構件上產生溫差誘發的裂紋，以分離加工用諸 如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷之類脆性材料制成的構件。
背景技術：
根據諸如專利文獻DE 197 15 537 Al， DE 196 16 327 A1，W0 98/00266， DE 44 05 203 Al， W0 93/20015， DE 43 05 106， EP 0 448 168 A, JP 2000 281373 A,日本專利文摘，出版物編號10244386 A, Shepelov等的論文"用固牽激光器波束切割平板玻璃"(Welding International, Welding Institute. Abbington, GB，巻14， No. 12， 2000年12月(2000-12) 988-991頁，XP000998828'ISSN: 0950-07116): WO 2005/115678 Al以及WO 2005/107998 Al，已知有用來加工脆性
材料構件的裝置。
根據WO 02/48059 Al己知有一種相關類型的裝置，通過在一個 分離區內在構件上產生溫差誘發的裂紋，以分離加工用諸如玻璃、陶 瓷、玻璃陶瓷或類似脆性材料制成的構件，其中，分離區有一個激光 器對準被加工的構件發射激光束，構件同時傳輸激光束，或者依次沿 著分離區基本上沿著同一個點或在相互間距很小的幾個點上在部分 吸收后至少二次部分地傳輸激光束。為了支承構件，已知裝置在加工 時有一個支承面。另外，根據文獻已知的裝置擁有向構件施加機械應 力的裝置，以激勵溫差誘發的裂紋。
根據DE 102 06 920 Al已知有一種類似的裝置，其中，對于被 分離加工的構件施加機械應力，以激勵溫差誘發的裂紋在文獻中未作 說明。
根據DE 103 11 693 B3已知有一種沿著易破線分裂陶瓷印刷線
路板的折斷裝置。但是，根據文獻已知的裝置不適合于通過在構件上 產生溫差誘發的裂紋對由脆性材料制成的構件進行分離加工。
發明內容
本發明的任務是，提供一種如權利要求1的上位概念中所稱類 型的裝置，這種類型的裝置可提升加工速度和構件分離過程中所形成 的分離邊緣的質量。
上述任務是通過在權利要求1中提出的方案解決的。 本發明的基本思路在于，支承面至少設有兩個可以相互相對運 動的支承面分段。在支承面分段相互相對的第一位置上，構件支承在 支承面上，基本上沒有機械應力。根據本發明，在這種情況下的機械 應力，應當理解為通過向構件施加機械應力的裝置所產生的機械應 力，而不是其它的機械應力，例如由于構件的自重所引起的機械應力。
與上述情況相對地，在支承面分段相互相對的第二位置上，構件承受 由向構件-施加機械應力以激勵溫差誘發的裂紋的裝置所產生的機械 應力。通過相應地控制或調整支承面分段相互相對的位置，可以用這 種模式高精度控制或調整構件在何種程度上被施加機械應力以激勵 溫差誘發的裂紋。根據本發明，還可以將利用激光輻射產生的溫差誘 發的應力按規定與機械應力疊加。己經令人驚訝地證明，用這種模式 可以明顯提升分離構件時的加工速度，同時明顯改進構件分離過程中 所形成的分離邊緣的質量。此外，還可以特別精確地控制或調整溫差 誘發的裂紋的擴展，特別是其擴展的方向。所達到的結果是，根據本 發明的裝置可以把機械應力以特別高的精度引入到構件中去。
產生溫差誘發的裂紋的原理在于，脆性材料通過相應的加熱(例 如通過激光輻射加熱)和緊接著冷卻后會產生裂紋。另外，專業人員 一般都了解溫差誘發的裂紋的產生，因此，這里不再做進一步說明。
這方面的問題請參閱W0 02/48059 Al，它所披露的全部公開的內容
都已引入本專利申請以供參考。
本發明辦法的另一個較佳的進一步構成預先規定，支承面分段 在其第一位置時基本上是處在一個共同的平面上，而在其第二位置時至少是部分地處在不同的平面上。這一實施例特別適合于加工基本上 為平板的構件，例如平板玻璃窗。
根據本發明，原則上可以在一個共同的支承面上構成支承面分 段，例如在一個由某種易彎曲的材料構成的支承面上。根據本發明， 尤其可以使用一個由易彎曲的材料制成的反射體，將構件置于該反射 體上。為了引入機械應力，例如可以這樣給構件施加機械應力，即在 構件背向反射體的一面上安裝一個加壓元件。經過加壓后，構件以及 易彎曲的反射體發生彎曲，處于彎曲線兩側的支承面分段于是移動到 第二位置，構件在該位置上被施加以機械應力。為了能夠利用一種簡 單的和價格低廉的架構特別精確地給構件施加機械應力，本發明辦法 的另一個進一步構成預先規定，支承面分段各自分別在一個支承元件 上構成。
上述實施例的另一個進一步構成預先規定，在支承元件之間至 少形成一道縫隙，在加工時激光束對準該縫隙，給構件施加機械應力 的裝置是這樣設計的，即機械應力在縫隙的范圍內作用在構件上。這 一實施例可以利用一種簡單的和價格上相對低廉的架構特別精確地 給構件施加機械應力，其中，可以把一個反射體布置在縫隙中，由反 射體反射激光器發射的激光束。
根據本發明，原則上可以以任何適宜的模式給構件施加例如拉 伸應力，只要拉伸應力能激勵加工過程，或更準確地說，能激勵分離 過程。本發明辦法的另一個特別有利的進一步構成預先規定，給構件 施加機械應力的裝置被設計成給構件施加機械彎曲應力。在這一實施 例上，根據本發明的裝置被設計得特別簡單，因而價格上特別低廉。 給構件施加彎曲應力的另一個優點在于，在使構件上應力分布符合要 求的目標方面可以達到特別高的精度。
本發明的另一個有利的進一步構成預先規定，通過給構件施加 機械應力，在構件上達到的應力分布最大值在縫隙的范圍內。這樣， 機械應力的最大作用發生在分離區內，在本實施例上就是發生在縫隙 范圍內。
根據本發明，給構件施加機械應力的裝置可以以任意適宜的模
式進行設計。為了特別簡單，因而在價格上特別低廉地設計本發明裝 置的架構，本發明的另一個有利的進一步構成預先規定，至少有一個 支承元件可以垂直于構件的表面這樣運動，即給構件施加機械應力的 裝置至少部分地是由一個或數個這樣的支承元件構成的。在這一實施 例上，支承元件不僅用于支承，而且也用于給構件施加機械應力。為 此，支承元件是可以相互相對運動的。
上述實施例的另一個進一步構成預先規定，至少有一個支承元 件是沿著線性調整軸線可調的，特別是在垂直方向是可調的。在這一 個實施例上，根據本發明裝置具有特別簡單的架構。
在實施例的另一個進一步構成中至少有一個支承元件是可運動 的，其中預先規定，至少有一個支承元件可以繞一根最好基本上是水 平的回轉軸回轉。由于至少有一個支承元件在支承狀態可以回轉，因 此可以特別均勻和特別精確地給構件施加機械應力，特別是彎曲應 力。 '
為了在上述實施例上更加均勻和更加精確地施加機械應力，該 實施例的另一個進一步構成預先規定，至少有兩個支承元件可以繞最 好是基本上互相平行的回轉軸相互反向旋轉。
在上述實施例上，給構件施加機械應力的裝置完全或部分地由 支承元件或一個支承元件構成。但是，根據本發明，為了給構件施加 機械應力，也可以預先設計一個單獨的布置方案，讓支承元件只起支 承構件的作用。為此，本發明辦法的另一個進一步構成預先規定，給 構件施加機械應力的裝置有一個加載元件，該加載元件在給構件加載 時可與構件發生接觸。
在上述實施例上，原則上可以把加載元件布置在構件的一側， 同時也布置在激光器的同一側。這樣便可以使用采用高效傳輸激光輻 射所用波長的那種材料制成的加載元件，并把該加載元件布置在激光 的光程中。這樣，加載元件便直接在激光的作用范圍內，即在分離區 內，給構件施加機械應力。為了在采用加載元件的實施例上把根據本 發明的裝置設計得簡單和價格上低廉，實施例的另一個進一步構成預 先規定，加載元件布置在構件背向激光器的一側。
根據本發明，可以使用任意數量的加載元件。
采用加載元件的實施例的另一個進一步構成預先規定，加載元 件布置在縫隙中。
加載元件原則上可以用適合于給構件施加機械應力的任意的一 種模式設計。為了把加載元件設計得特別簡單，本發明辦法的另一個 有利的進一步構成預先規定，加載元件被設計成給構件施加壓力的加 壓元件。根據本發明，給構件施加壓力可以特別用來在構件中產生彎 曲應力。
上述實施例的另一個進一步構成預先規定，加載元件被設計成 在構件上滾動的滾輪。在這一實施例上，給構件加載能夠以簡單的模 式進行，無需在加載元件與構件之間引起過分強烈的摩擦。
上述實施例的另一個進一步構成預先規定，滾輪在運動方向上 沿著分離區跟蹤激光束滾動。在這一實施例上，機械應力產生在構件 材料被激光束輻射后冷卻的范圍內，因而在該范圍內出現溫差誘發的 裂紋。這樣，溫差誘發和機械應力作用在分離區的同二位置上。
圖1所示為根據本發明裝置的第一實施例，在構件未被施加機 械應力狀態下的示意軸側視圖。
圖2所示為圖1之實施例在構件被施加機械應力后的一種狀態 下與圖1相同的視圖。
圖3所示為根據本發明裝置的第二實施例與圖2相同的視圖。 圖4所示為根據本發明裝置的第三實施例與圖2相同的視圖。 圖5所示為根據本發明裝置的第四實施例與圖2相同的視圖。 圖6所示為根據本發明裝置的第五實施例與圖2相同的視圖。 圖7所示為圖6之裝置的一個側視圖。
圖8所示為根據本發明裝置的第六實施例與圖2相同的視圖。 以上附圖中相同的或相關的構件采用相同的附圖標號。
具體實施方式
在圖1中示出了根據本發明通過在分離區內在構件上產生溫差 誘發的裂紋，對由諸如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷或類似脆性材料制成的 構件進行分離加工所用裝置2的第一實施例。在本實施例中，裝置2
用來分離由一塊平板玻璃構成的構件4。裝置2有一個激光器6對準 被加工的構件發射激光束8，構件同時傳輸激光束，或者依次沿著形
成溫差誘發的裂紋的分離區基本上在同一個點或在相互間距很小的
幾個點上在部分吸收后至少二次部分地傳輸激光束。為此，裝置2 有一個在背向激光器6 —側布置的第一反射器10，和一個在朝向激 光器6—側布置的第二反射器12。當裝置2工作時，激光束8在反 射器10與12之間往返反射，以至構件在部分吸收的情況下多次傳輸 激光束8。關于多次傳輸激光束8的模式和方法，請參見W0 02/48059， 特別是其中的圖3。
為了支承構件4，裝置2有一個支承面14，根據本發明，該支 承面在本實施例中是在兩個平面支承元件16、 18上構成的，其上各 有一個支承面分段13、 15，兩者之間形成一道縫隙20，從圖l中可 以看出，第一反射器10就布置在該縫隙中。在這一實施例上，激光 束8對準支承元件16、 18之間的縫隙20。
根據本發明設計的用來給構件4施加機械應力的裝置，在本實 施例中是由支承元件16、 18構成的，下面根據圖2作進一步的說明。
圖2所示為處在一定狀態下的圖1的裝置2，在該狀態下的構件 4被施加以機械應力即彎曲應力，彎曲應力與由于激光束8的輻射而 在構件4中產生的溫差誘發應力疊加。給構件4施加機械應力的裝置 在本實施例中由支承元件16、 18構成，該支承元件16、 18可相互相 對和垂直于構件4的表面運動，即可以繞相互平行的回轉軸22、 24 反向旋轉。如圖2中所示，在支承元件16、 18反向旋轉時，構件4 彎曲，因此在位于縫隙20之上方的分離區內形成機械彎曲應力，該 機械彎曲應力與利用激光束8所產生的溫差誘導應力相疊加。在圖中 所示的實施例中，由于給構件4施加機械應力而在構件4中達到的應 力分布的最大值處在縫隙20的范圍內。由于機械彎曲應力的作用激 勵和明顯加快了利用激光束8所產生的溫差誘發的裂紋的擴展。
如果需要，在圖1和圖2所示的實施例中，在支承元件16、 18 中至少有一個支承元件18可以平行于構件4的表面移動，如圖1中 箭頭26、 28所指。用這種模式可以達到對支承元件18進行"浮動" 支承的目的。
在圖3中示出了根據本發明的裝置2的第二實施例，它與圖1 所示實施例的區別在于，只有支承元件18可以繞回轉軸24回轉，而 支承元件16則布置在固定位置上。
在圖4中示出了根據本發明的裝置2的第三實施例，它與圖1 所示實施例的區別在于，用來給構件4施加機械應力的裝置不是由支 承元件16、 18構成的，而其實是被設計成一個單獨的加載元件30， 其朝向構件4的一面構成了第一反射器10。加載元件30在給構件4 施加機械應力時可與構件發生接觸，如圖4中的箭頭32所指。在給 構件4施加機械應力時，加載元件30與構件4發生接觸，并向構件 4施加壓力，結果在其中形成彎曲應力。
在圖5中示出了根據本發明的裝置2的第四實施例，它與圖4 所示實施例的區別在于，加載元件30布置在構件4的同一側，其上 也布置了激光器6。加載元件30在本實施例中采用能高效傳輸激光 輻射所用波長的材料制成，并被激光束8所透射，如圖5所示。
在圖6中示出了根據本發明的裝置2的第五實施例，它與圖5 所示實施例的區別在于，加載元件由一個在構件4上滾動的滾輪34 構成。
從圖7中可以看出，滾輪34跟蹤激光束8按其在圖7中用箭頭 36所指的運動方向沿著分離區運動。
在圖8中示出了根據本發明的裝置2的第六實施例，它與圖1 至7所示諸實施例的區別在于，支承面14不是在兩個支承元件上構 成的，而是在一個單一的支承元件38上構成的。支承元件38由一種 易彎曲的材料制成，例如用具有適宜彈性模數的彈性體制成。在支承 元件38朝向構件4的表面上攜帶著反射體10，該反射體10在本實 施例中被設計成薄膜狀，并粘貼在支承元件38上。反射體10因而構 成支承面14。另外，在圖8中示出的實施例有一個被設計成棒狀的
加壓元件40，通過該加壓元件可向構件4施加壓力。圖8中所示實 施例的功能原理如下
為了把利用圖8中沒有示出的激光器所產生的溫差誘發應力與 機械應力疊加，加壓元件40把一個按箭頭42的方向作用的壓力施 加到構件4上，由于該壓力的作用，構件4與支承元件38和反射體 IO—道彎曲。以這樣的模式把機械應力引入構件4。這種情況下，由 加壓元件40施加的壓力應當這樣選擇，即它應以規定的模式激勵溫 差誘發的裂紋的形成。
權利要求
1.一種分離加工裝置，通過在分離區在構件上產生溫差誘發的裂紋對由諸如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷之類的脆性材料制成的構件進行分離加工，包括一個激光器對準被加工的構件這樣發射激光束，即構件同時傳輸激光束，或者依次沿著分離區基本上在同一個點或在相互間距很小的幾個點上在部分吸收后至少二次部分地傳輸激光束，包括一個支承面以在加工過程中支承構件，還包括給構件施加機械應力以激勵溫差誘發的裂紋的裝置，其特征在于，支承面(14)至少有兩個支承面分段(13、15)，可在第一位置與第二位置之間相互相對運動，其中，構件(4)支承在第一位置上基本上沒有機械應力，在第二位置上被施加以機械應力以激勵溫差誘發的裂紋。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，支承面分段(13、 15)在第一位置時基本上是處在一個共同的平面上，而在第二位置時 至少部分地是處在不同的平面上。
3. 根據權利要求l或2所述的裝置，其特征在于，支承面分段 (13、 15)分別是在一個支承元件(16、 18)上構成的。
4. 根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，在支承元件(16、 18)之間至少形成一道縫隙(20)，在加工過程中激光束(8)對準該縫 隙，用來給構件(4)施加機械應力的裝置是這樣設計的，即在縫隙(20) 的范圍內機械應力作用在構件(4)上。
5. 根據上述諸項權利要求之一所述的裝置，其特征在于，給構 件(4)施加機械應力的裝置被設計成給構件(4)施加機械彎曲應力的 裝置。
6. 根據上述諸項權利要求之一所述的裝置，其特征在于，通過 給構件(4)施加機械應力所達到的在構件(4)中的應力分布的最大值， 在縫隙(20)的范圍內。
7. 根據上述諸項權利要求之一所述的裝置，其特征在于，支承元件(16、 18)中至少有一個支承元件可垂直于構件(4)的表面運動， 這樣給構件(4)施加機械應力的裝置至少部分地由支承元件(16、 18) 構成。
8. 根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，支承元件(16、 18)中至少有一個支承元件可沿著一根線性軸線調整，特別是在可垂 直方向上調整。
9. 根據權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，支承元件(16、 18)中至少有一個支承元件可以繞一根最好基本上是水平的回轉軸 (22、 24)回轉。
10. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，至少有兩個支 承元件(16、 18)可以繞最好是基本上相互平行的回轉軸(22、 24)反向 旋轉。
11.根據上述諸項權利要求之一所述的裝置，其特征在于，給 構件(4)施加機械應力的裝置至少有一個加載元件(30)，該加載元件 (30)在給構件(4)加載時可與構件發生接觸。
12. 根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，加載元件(30) 布置在構件(4)背向激光器(6)的一側。
13. 根據權利要求12所述的裝置，其特征在于，加載元件(30) 布置在縫隙(20)中。
14. 根據權利要求11至13之一所述的裝置，其特征在于，加 載元件(30)被設計成給構件(4)施加壓力的加壓元件。
15. 根據權利要求12至14之一所述的裝置，其特征在于，加 載元件(30)被設計成在構件(4)上滾動的滾輪(34)。
16. 根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，滾輪(34)跟蹤 激光束(8)在沿著分離區的運動方向上運動。
全文摘要
一種用于分離加工脆性材料構件的裝置，通過在分離區中在構件(4)上產生溫差誘發的裂紋以分離加工用諸如玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷等脆性材料制成的構件(4)，配有一個激光器(6)對準被加工的構件(4)發射激光束(8)，構件(4)同時傳輸激光束(8)，或者依次沿著分離區基本上在同一個點或在相互間距很小的幾個點上在部分吸收后至少二次部分地傳輸激光束，并且有一個支承面(14)用來在加工過程中支承構件(4)。另外，裝置(2)還有一個給構件(4)施加機械應力以激勵溫差誘發的裂紋的裝置。根據本發明，支承面(14)至少有兩個支承面分段(13、15)，可在第一位置與第二位置之間相互相對運動，其中，構件(4)支承在第一位置上基本上沒有機械應力，在第二位置上被施加以機械應力以激勵溫差誘發的裂紋。
文檔編號C03B33/00GK101341100SQ200680048061
公開日2009年1月7日 申請日期2006年12月6日 優先權日2005年12月29日
發明者邁克爾·哈澤 申請人:H2B光電技術有限公司