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WO2012133004A1 - 基板切断方法及び切断装置 - Google Patents

基板切断方法及び切断装置 Download PDF

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WO2012133004A1
WO2012133004A1 PCT/JP2012/057063 JP2012057063W WO2012133004A1 WO 2012133004 A1 WO2012133004 A1 WO 2012133004A1 JP 2012057063 W JP2012057063 W JP 2012057063W WO 2012133004 A1 WO2012133004 A1 WO 2012133004A1
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WO
WIPO (PCT)
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substrate
cutting
electrode
frequency
cut
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/057063
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
クリスチャン シュミット
エンリコ ストゥーラ
ミカエル リンダー
博史 安藤
昌直 原田
Original Assignee
ピコドリル エスアー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ピコドリル エスアー filed Critical ピコドリル エスアー
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Priority to CN2012800159549A priority patent/CN103476720A/zh
Priority to KR1020137024721A priority patent/KR20140006958A/ko
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H2301/40—Type of handling process
    • B65H2301/41—Winding, unwinding
    • B65H2301/414—Winding
    • B65H2301/4148—Winding slitting
    • B65H2301/41487—Winding slitting trimming edge

Definitions

  • the present invention relates to a method of cutting a substrate by applying thermomechanical stress.
  • the present invention also relates to an apparatus for precisely manufacturing a substrate shape by such a cutting method.
  • a material fragment such as chips or fine particles at the time of cutting. Occurs. Such chips may adhere to the substrate surface. Moreover, a fine crack may be formed in a cut surface.
  • a laser beam is used for heating along a path on the substrate, followed by cooling with a liquid, a gas, or a mixed fluid thereof to induce predetermined destruction.
  • this cutting method has the following disadvantages: the required equipment is expensive, personnel must be protected directly and indirectly from laser exposure, and the optical material for the laser beam varies with the material to be cut. The behavior is different.
  • the laser cutting method is suitable only for a limited thickness of material, and the condition adjustment becomes complicated when cutting a substrate that is too thin or too thick.
  • an object of the present invention is to provide a method of cutting without removing a part of the substrate (so as not to generate material fragments such as chips and fine particles). It is a further object of the present invention to effectively process thin and thick substrates and allow the substrates to be cut into straight or free shapes. Another object of the present invention is to avoid the influence of material fragments on the substrate surface during cutting. It is a further object of the present invention to obtain a clean and flat surface of the cutting area and to avoid the formation of microfractures along the cutting boundary. A further object of the present invention is to provide an inexpensive cutting method. It is a further object of the present invention to provide a method that can be easily implemented and cuts without different adjustments to materials of different thicknesses.
  • the present invention provides: (A) supplying a substrate to be cut; (B) applying electrical and thermal energy to the substrate by one or more electrodes connected to an AC voltage source and supplying an AC voltage and current to a predetermined region of the substrate at a frequency ranging from 1 kHz to 10 GHz; And heating the area, (C) cooling the area; (D) During the step (b), (I) the electrode relative to the substrate; (Ii) moving the substrate relative to the electrode or (iii) moving both the electrode and the substrate relative to each other to move the region along the path of the substrate surface. Move A method of cutting the substrate along the path is provided.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electrode (1) directed to the surface of material (5).
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of the electrical component (8) according to the invention.
  • FIG. 3 shows a possible configuration for automation of the present invention.
  • FIG. 4 shows a microscope slide of a glass plate (thickness 0.7 mm) cut under the following conditions. Cutting conditions: 2.5 A, 3.85 mm / sec, 0.1 MPa (1 bar) cooling air pressure, 500 ⁇ m sample-electrode distance.
  • FIG. 5 shows the electric arc formed between the glass sample and the electrode during the cutting process.
  • FIG. 6A shows a cut portion of a chemically strengthened glass plate (thickness 0.7 mm) cut under the following conditions.
  • FIG. 6B shows a cut surface of a chemically strengthened glass plate (thickness 0.7 mm) cut under the following conditions.
  • Cutting conditions 2.5 A, 3.85 mm / sec, 0.1 MPa (1 bar) cooling air pressure, 500 ⁇ m sample-electrode distance.
  • FIG. 7 schematically shows an example in which the cutting method / apparatus of the present invention is used for cutting the edge of a glass ribbon.
  • the method of cutting a substrate of the present invention includes: (a) supplying a substrate to be cut; (b) applying electrical and thermal energy to the substrate by one or more electrodes connected to an AC voltage source; Supply an AC voltage and current to a predetermined area of the substrate at a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz to heat the area, (c) cool the area, and (d) during step (b), (i ) Moving the electrode relative to the substrate, (ii) moving the substrate relative to the electrode, or (iii) moving both the electrode and the substrate relative to each other.
  • the method is characterized in that the region is moved along a path on the surface of the substrate, and the substrate is cut along the path.
  • the substrate acts as a counter electrode to establish an electrical closed circuit.
  • the counter electrode is provided on the opposite side of the substrate to be cut to establish an electrical closed circuit.
  • the counter electrode is grounded.
  • step (b) itself forms an electric arc between the electrode and the predetermined area, preferably the electric arc is used for substrate cutting.
  • the current needs a closed loop.
  • “electrical circuit” is meant to relate to an electrical network having a closed loop that includes a return path for the flowing current to return.
  • the substrate acts as part of this loop.
  • the current leaving the AC (High Voltage High Frequency) power source flows back to the power source through the electrode, the arc between the electrode and the substrate, and the substrate itself.
  • the substrate itself acts as a counter electrode and a return path. This setting is more easily configured by grounding the AC power supply.
  • a dedicated conductive path (for example, wiring) leading from the substrate to the power supply can be omitted.
  • a counter electrode is used to provide a dedicated ground return.
  • the arrangement of the electrodes makes it possible to further control the current and heat paths through the substrate to some extent.
  • the heating of the substrate is controlled by adjusting the AC voltage and / or current and / or the distance between the substrate and the electrode.
  • epsilon r is the relative permittivity
  • epsilon 0 is the dielectric constant
  • tan [delta dielectric loss tangent, omega is frequency
  • E is a value obtained by dividing an electric field or voltage at a thickness of the substrate.
  • This equation defines a user-controllable cutting parameter: (1) Increasing the frequency ⁇ increases heating and allows for faster heating, thus allowing for faster cutting or thick material cutting. This equation also provides a way to compensate for dielectric parameters that are not favorable to cutting, such as low dielectric loss tangent and low dielectric constant. (2) Increasing the voltage increases the dielectric loss and thus the cutting ability.
  • Heating from the outside by an electric arc can also play a role for cutting, so changing its strength affects cutting.
  • the electric arc depends on the supply voltage, current, frequency and the distance between the substrate and the electrode. Depending on the substrate material, these parameters can be changed to determine the optimum cutting conditions.
  • the electrode is provided at a distance of 0 mm to 100 mm from the substrate on one or both sides of the substrate.
  • the heat inside the substrate can be controlled using the distance between the electrode and a different substrate. Since the electric arc depends on the electrode distance, the substrate heating of the electric arc will also be different on both sides of the substrate. This difference is therefore reflected in the vertical temperature distribution inside the substrate.
  • step (b) comprises a voltage in the range of 10V to 10 7 V, preferably 100V to 10 6 V, more preferably 100V to 10 5 V and 1 kHz to 10 GHz, preferably It is implemented by supplying a frequency in the range of 10 kHz to 1 GHz, more preferably 100 kHz to 100 MHz.
  • the nature of the electric arc is controlled by changing the atmosphere surrounding the electrode and substrate.
  • atmosphere for example, nitrogen, argon or sulfur hexafluoride has a pressure of 1 Pa (10 ⁇ 5 bar) to 100 MPa (10 3 bar), preferably 100 Pa (10 ⁇ 3 bar) to 1 MPa (10 bar). .
  • the shape and temperature of the electric arc can be controlled as well as the shape and size of the area in contact with the electric arc.
  • the predetermined area is cooled by any of the following methods: (I) passively by heat conduction and / or convection by the surrounding environment, (Ii) by contacting the substrate to an element that efficiently absorbs heat, optionally an element that acts as an active heat pump, such as a Peltier element, (Iii) by actively supplying a gas, a liquid, a mixed fluid thereof, or a mixture of a gas and a solid in the vicinity of the predetermined region or directly to the region.
  • an active heat pump such as a Peltier element
  • the inventor believes that cutting is due to a thermal gradient along the cutting path.
  • the tensile stress generated when the heated area is cooled again results in cracking and cutting.
  • Such thermal gradients are increased by facilitating the cooling of these heated regions, and therefore cracking due to tensile stress is also increased.
  • the simplest case of cooling occurs when heat is conducted from the heated area to other areas of the substrate.
  • the following method can be used as a better cooling method.
  • a large heat storage body heat reservoir
  • the substrate is actively cooled using, for example, a heat pump, or is actively cooled by adding a refrigerant to the substrate (for example, gas Or liquid flow).
  • the method further includes step (a2), wherein the predetermined area is cooled prior to step (b).
  • the cooling step (a2) can be applied.
  • the two main effects of this are (1) increasing the brittleness of the material and hence the ease of cracking and (2) increasing the maximum achievable thermal gradient.
  • the maximum temperature T in the substrate is lower than the melting temperature T melting of the material and is usually limited to T ⁇ T melting . This is because at such high temperatures, cutting usually no longer occurs. Thus, starting from a lower temperature allows a higher gradient.
  • the predetermined area is cooled by any of the methods (i) to (iii) described above.
  • the active cooling is moved along the same path on the substrate as the predetermined area moves.
  • the active cooling is applied through one or more nozzles located at a fixed distance to the electrode, and the cooling movement on the substrate is any of the following: To be achieved. (I) relative movement of the nozzle relative to the substrate; (Ii) relative movement of the substrate relative to the nozzle; (Iii) relative movement for each of both the nozzle and the substrate.
  • the stress in the substrate is induced or induced along a path intended for cutting prior to step (b).
  • This multi-path method makes it possible to introduce a preferential disconnect path. This is particularly important for substrates that already have high internal tensile stresses and can be compensated in this way.
  • the AC power source is a high voltage high frequency device having an AC voltage in the range of 10V to 10 7 V, preferably 100 V to 10 6 V, more preferably 100 V to 10 5 V.
  • a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz, preferably 10 kHz to 1 GHz, more preferably 100 kHz to 100 MHz can be generated.
  • the high-voltage high-frequency device is selected from a resonant transformer such as a Tesla transformer, a flyback transformer, a high-power high-frequency source and a high-frequency solid-state chopper based on a semiconductor. .
  • a resonant transformer such as a Tesla transformer, a flyback transformer, a high-power high-frequency source and a high-frequency solid-state chopper based on a semiconductor.
  • the high voltage high frequency device is coupled to one or more electrodes of any conductive material.
  • a conductive material preferably has a high melting point and low resistance, and is a noble metal such as palladium, platinum or gold.
  • the electrode used for voltage supply must be stable.
  • the high melting point material is preferably oxidation resistant.
  • noble metals such as Pt and Pd have such properties.
  • the electrode has a length in the range of 1-300 mm, preferably 2-100 mm, more preferably 3-50 mm, 0.1-20 mm, preferably 0.2-10 mm, more Preferably it has an average diameter in the range of 0.4-4 mm.
  • the electrodes it is preferable to make the electrodes as short as possible to reduce current leakage and hence power loss.
  • handling becomes easy and thermal separation from a hot region becomes easier.
  • the actual electrode length and thickness are determined according to the power and frequency used.
  • the electrode is a pointed tip having a curvature in the range of 1 ⁇ m to 5 mm, preferably 10 ⁇ m to 1 mm, more preferably 20 ⁇ m to 0.5 mm.
  • the substrate is made of an electrically insulating material such as glass, aluminum nitride, zirconia, spinel, ceramics, doped silicon and crystalline silicon, germanium, gallium arsenide, and indium phosphide.
  • electrical semiconductor materials such as compound semiconductors.
  • the substrate may be provided with an additional layer of conductive material such as tin-doped indium oxide (ITO) or non-conductive material such as metal oxide on one or both sides.
  • ITO tin-doped indium oxide
  • non-conductive material such as metal oxide
  • the voltage and / or frequency is adjusted by the electrical and physical properties of the substrate, such as relative permittivity, conductivity, coefficient of thermal expansion, thickness, etc.
  • the heat dissipation in the substrate that is, the applied power is expressed by the following equation.
  • p in ⁇ r ⁇ 0 tan ⁇ E 2
  • the increase in temperature is proportional to p in :
  • dT (p in / ⁇ c) dt
  • material properties ie ⁇ , tan ⁇ , ⁇ (density), c (specific heat)
  • velocity inversely proportional to dt
  • shape parameters eg thickness
  • a resonant transformer with a transformer drive circuit is used as the AC power source, and the substrate becomes part of the closed circuit and affects the resonant frequency of the closed circuit.
  • the frequency of the transformer drive circuit is adjusted according to physical properties such as substrate dimensions and dielectric properties.
  • Resonant transformers usually operate by driving a second transformer coil at or near its resonant frequency. Placing the substrate between the two ends of this second coil changes its resonant frequency and hence the frequency required to drive it. The change in resonance frequency depends on the dielectric and shape of the substrate, and it may be necessary to adjust the drive accordingly for optimal operation.
  • the resonant transformer is used as an AC voltage source and is driven by a fixed frequency set to match the circuit resonance described above.
  • the circuit that drives the resonant transformer may be designed in such a way as to select the natural frequency or resonant frequency of the transformer. This configuration allows the power source to be automatically adjusted, for example, even when the substrate material or shape parameters change.
  • the resonant transformer is used as an AC power source and is driven at a frequency that deviates from the resonant frequency to control the nature of the electric arc as well as the dielectric loss in the substrate.
  • the use of a fixed frequency of the voltage source is possible when the conditions under which the disconnection does not change significantly. Also, by using a fixed frequency of the voltage source, the behavior of the electric arc can be controlled by frequency selection as well as focusing and heating to the substrate.
  • step (b) the substrate material in the predetermined area is not melted, removed or removed from the predetermined area.
  • step (b) the substrate material in the predetermined area is melted and / or removed from the predetermined area.
  • the path is a straight line, a curved line, an angled straight line, a closed line, or any combination thereof, and the path defines the substrate to be cut.
  • the separation of the substrate is controlled by applying mechanical compression or tension to the substrate, preferably along the path.
  • cutting causes cracking / separation of the substrate by applying tensile stress.
  • a method for more preferably controlling the cutting path is provided. This is possible, for example, by applying a force to the boundary by compressing or pulling the substrate.
  • an initial failure trigger such as an initial artificial crack, is introduced into the substrate, and step (b) is initiated at the first failure trigger portion.
  • a second failure trigger such as a second artificial crack
  • a separation pass is provided for the second failure trigger, eg, the second artificial crack.
  • Step (b) is executed so as to pass through to the crack and finish.
  • an artificial destructive trigger can be introduced into the final part of the cut.
  • a failure trigger is obtained, for example, by scratching the substrate with a sharp jig tool harder than the substrate itself.
  • the movement of the predetermined region along the path on the substrate and the movement of the cooling on the substrate are at a speed in the range of 0.01 mm / second to 10,000 mm / second.
  • the movement of the predetermined area along the path on the substrate surface is slowed down at the initial and final separation portions of the substrate to improve the quality at such portions.
  • the voltage and / or frequency is adjusted, eg, by maintaining a constant speed / power ratio, to compensate for the rate of decrease at the beginning and end of the cut.
  • the tensile stress conditions differ between the main part and the peripheral part of the substrate, especially when cutting. In order to compensate for these differences during cutting, it is sometimes necessary to change the speed and cutting power. As an example, the speed and cutting power are gradually increased at the beginning of cutting, and these parameters are gradually decreased as the end of the cutting pass is approached.
  • Such devices are: (I) an AC voltage source capable of supplying a voltage in the range of 10 V to 10 7 V and a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz; (II) a first electrode connected to the AC voltage source; (III) holding means for holding the substrate to be cut and exposing one side of the substrate to the electrode; (IV) optionally, cooling means provided at a distance fixed to the electrode to cool the substrate; (V) the electrode, optionally the electrode used in combination with the cooling means, and a moving means for moving the substrates relative to each other; (VI) control means for controlling said configurations (I), (V), and in some cases (IV); (VII) In some cases, a counter electrode provided on the opposite side of the substrate; (VIII) Optionally, a cooling nozzle provided on the opposite side of the substrate is included.
  • the AC voltage source includes a frequency generator driving power unit, a primary coil of a resonant transformer as a Tesla generator coupled to the power unit, and the resonant transformer connected to the first electrode.
  • a feedback mechanism for controlling / setting the power output of the secondary coil and the resonant transformer is included.
  • the apparatus according to the present invention further includes a numerical control device and a management camera that enable movement of the substrate held by the electrode and / or the holding means.
  • control means also controls execution of the defined method by the management camera and the numerical control device.
  • the cutting achieved by the method according to the invention can be perpendicular to the surface of the substrate.
  • the cut may be at a non-90 ° angle, for example, greater than 90 °, such as 95 °, 100 °, 105 °, or less than 90 °, such as 80 °, 70 °, 60 °, etc. . All these angles formed between the side surface of the substrate and the top surface of the substrate or the bottom surface of the substrate are included in the present invention.
  • the term “apply to a position adjacent to the predetermined area” means that the flow is applied to the periphery of the area, which is due to the heat provided in step (b). It is an affected area.
  • the region is sized in the range of 0.001 cm 2 to 100 cm 2 , preferably 0.1 cm 2 to 10 cm 2 , more preferably 0.1 cm 2 to 1 cm 2 .
  • the term also means applying the flow directly to the region.
  • neighboring the region means “region affected by heat” or is used as a synonym.
  • Tesla transformer and “Tesla generator” are used interchangeably throughout.
  • a voltage is applied to the substrate, resulting in a current flowing through the substrate.
  • current enters the substrate at a defined point on the substrate. This point may also be referred to herein as a “predetermined region”, meaning the region of the substrate where current enters.
  • an electrode for providing the voltage and the current to the region of the substrate is provided at a distance ranging from 0 mm to 100 mm from the substrate. When the electrode is provided at 0 mm from the substrate, it means that the electrode is in contact with the substrate.
  • the electrode When the electrode is provided at a distance of> 0 mm from the substrate, it means that the electrode is not in direct contact with the substrate. As the current flows, an electric arc is formed. A person skilled in the art can determine the parameters required for electric arc formation so that current begins to flow from the electrode to the substrate in the predetermined region.
  • applying a current to the substrate causes local substrate heating in the predetermined region. It should be noted that this heating typically does not melt the material in the predetermined area of the substrate, and it is preferable that no material be removed or blown away from the predetermined area. On the other hand, local heating of the substrate as high as possible results in improved cutting speed. Therefore, in order to increase the cutting speed while preventing contamination of the substrate surface, the length of the path, the cutting speed, the relative dielectric constant of the substrate material, the conductivity, so that the substrate material is heated as high as possible without melting. It is preferable to set a frequency and a voltage according to physical property values such as a thermal expansion coefficient and a thickness. In particular, it is more preferable to control the frequency and voltage according to the temperature history while monitoring the temperature of the substrate.
  • the heating that occurs in step (b) is accomplished by applying current to the substrate in the manner described above, more specifically at a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz. Therefore, in this embodiment, dielectric loss can contribute to the heating of the substrate, and the effect of the electric arc can be increased.
  • a predetermined area of the substrate is moved along the substrate. This means that the place where the voltage is applied, and thus the current flows through the substrate, is not static.
  • Such movement is usually accomplished in one way: (I) movement of the electrode relative to the substrate, (ii) movement of the substrate relative to the electrode, and (iii) movement relative to both the substrate and the electrode.
  • Such relative movement usually occurs along the path of the substrate surface. This pass also determines the shape of the substrate to be cut.
  • a path is not along one edge of the substrate, but across all or at least a portion of the substrate.
  • Such a path can be a straight line, a curved line, an angled line, or a closed line. An example of this closed line is when a part of the substrate is cut from the inside of the substrate.
  • the material in the predetermined region is heated, it is not normally melted and is not removed from the substrate or blown off by itself. If melting occurs, it will interfere with the accuracy and quality of the cut.
  • the step (c), that is, the step of cooling the heated predetermined region occurs negatively by convection and / or conduction from the heated part.
  • the cooling occurs mostly by aggressive cooling.
  • Such aggressive cooling is accomplished by applying a gas stream such as air, nitrogen or argon, a gas and liquid mixture, an aerosol stream, or a gas and solid stream such as a carbon dioxide dry ice mixture.
  • the cooling is also local. That is, it occurs along the same path on the substrate as the path in which the predetermined area moves.
  • This can be achieved, for example, by providing an electrode and a cooling means such as a cooling nozzle at a fixed distance from each other and tracking the cooling means after the electrode at the fixed distance.
  • the inventor also contemplates embodiments in which the cooling means precede the electrodes along the path.
  • the predetermined area is first cooled and then heated.
  • step (b) and step (c) are effectively reversed in order, the defined area is first cooled, and then voltage and current are applied thereto and heated.
  • An embodiment in which the cooling step precedes heating and further cools after heating is also possible. These are all conceived by the present inventor and are included in the scope of the present invention.
  • an electrode for applying voltage and current to a substrate is provided on one side of the substrate.
  • a second or counter electrode may be provided, which is provided on the opposite side of the substrate.
  • the movement of the predetermined area is a speed in the range of 0.01 mm / second to 10,000 mm / second. As explained above, such movement is achieved by moving the electrode relative to the substrate, vice versa (moving the substrate relative to the electrode), or moving relative to each other relative to each other. Is possible. Therefore, the relative speed between the electrode and the substrate is in the range of 0.01 mm / second to 10000 mm / second.
  • the movement path can be a curve having all radii of curvature from 0 to infinity (straight line), and includes a circular shape.
  • the voltage provided is in the range of 10 2 V to 10 7 V and has a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz.
  • the high frequency provided (1) causes dielectric loss inside the substrate, and (2) current generated by an electric arc usually heats the substrate in a predetermined area of the substrate.
  • the inventor believes that the heat introduced into the substrate induces a tensile stress in the substrate, and that the path of a given region can cause controlled breakage or controlled separation. Think of it as something to receive. Such an effect can be further improved by strengthening the temperature gradient that produces the tensile stress due to the additional cooling described above. For example, such additional cooling may occur before or after local heating or both.
  • Such control destruction or separation can be assisted by adding further mechanical means.
  • mechanical tension by an appropriate means such as appropriate pulling or tightening or mechanical tension by an ultrasonic device.
  • the relative movement of the electrode / cooling means relative to the substrate can be manipulated by a numerical control device that is manipulated on the spot or at a remote location. All settings for carrying out the method according to the invention can be controlled using a suitable computer system. For example, a personal computer with a suitable input / output interface, or a stand-alone control device, a numerical control device for controlling the movement of the substrate and / or electrodes, or a combination thereof.
  • the cooling means is preferably moved with the electrodes in conjunction with the substrate. This can be achieved, for example, by maintaining the position of the cooling means at a fixed distance from the electrode, typically in the range of 0.1 mm to 100 mm.
  • Suitable high-voltage high-frequency devices include Tesla transformers, flyback transformers, high-power radio-frequency generators and high-frequency solid-state choppers based on semiconductors. Is mentioned.
  • the invention also includes an apparatus for carrying out the method according to the invention, such an apparatus comprising: (I) an AC voltage source capable of supplying a voltage in the range of 10 2 to 10 7 V and a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz; (II) a first electrode coupled to the voltage source; (III) holding means for holding the substrate to be cut and exposing one side of the substrate to the first electrode; (IV) Optionally, a cooling means provided at a fixed distance from the electrode for cooling the substrate; (V) means for moving the electrodes and the substrate relative to each other in combination with the cooling means; (VI) control means for controlling (I), (V) and, in some cases, (IV); (VII) In some cases, a counter electrode provided on the opposite side of the substrate; (VIII) Optionally, a cooling nozzle provided on the opposite side of the substrate.
  • cooling nozzle or the counter electrode is provided “on the opposite side” of the substrate means that it is usually provided on the side where the first electrode is provided.
  • the inventor has found that locally heating the material using electrical energy from a high frequency voltage source introduces thermal stress, thus resulting in controlled separation of the material. Furthermore, it has been found that by applying such heat along a predetermined path of material, it can be cut with a predetermined specification.
  • the voltage supplied is in the range of 10V to 10 7 V, preferably 100V to 10 6 V, more preferably 100 to 10 5 V.
  • the voltage source is a high frequency power source having a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz, preferably 10 kHz to 1 GHz, more preferably 100 kHz to 100 MHz.
  • the supplied voltage has a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz, preferably 10 kHz to 1 GHz, more preferably 100 kHz to 100 KHz.
  • Such high voltage and high frequency can be generated, for example, using a Tesla transformer or other high frequency-high voltage supply that meets such requirements.
  • Such voltage supply may be adjustable in output voltage, frequency, current, impedance.
  • the working distance between the electrode and the substrate affects the shape of the heating point and thus controls the spatial thermal profile of the heated area of the substrate.
  • the distance between the electrode and the substrate surface ranges from 0 mm (contact) to 10 cm, preferably from 0 mm to 10 mm, more preferably from 0.05 mm to 5 mm.
  • the velocity at the electrode and substrate surface is usually moved relative to each other in the range of 0.01 mm / second to 10,000 mm / second, preferably 0.1 mm / second to 500 mm / second, more preferably 50 mm / second to 200 mm / second. It is.
  • the electrode may have any shape, but preferably has a sharp tip shape that points to the surface of the substrate.
  • Such electrodes can be made of a variety of materials and have been found to work particularly well with high melting precious metals such as platinum or palladium.
  • a Tesla transformer can be used as a high frequency high voltage supply.
  • the primary side coil (primary coil) has up to 100 turns, preferably 1 to 10 turns, more preferably 1 to 2 turns, and a diameter of 5 mm to 1000 mm, preferably 10 mm to 100 mm, more preferably 10 mm to 60 mm. It can be implemented as a planar or helical shape with a diameter.
  • Such coil material can be obtained from solid conductive materials (eg copper, aluminum, noble metals) in the form of wires / tapes or deposited layers.
  • the secondary coil (secondary coil) is a wire having a diameter in the range of 0.01 mm to 10 mm, preferably 0.05 mm to 5 mm, more preferably 0.1 mm to 1 mm, and 10 to 10 5 turns, preferably 50 to It can be obtained with a number of turns of 10 4 , more preferably 60 to 1000.
  • Such a secondary coil winding is different from the primary coil, but is usually provided coaxially with the primary coil and inside or near the primary coil.
  • the secondary side with 100 to 300 turns was obtained from copper having a diameter in the range of 0.1 mm to 0.5 mm and provided inside the primary coil.
  • Both platinum and palladium were used as electrodes with a pointed shape with a diameter of 0.5 mm to 2 mm.
  • the power circuit necessary for driving the primary coil is based on a semiconductor circuit, for example, a low power supply (up to 50 W), such as a monolithic MOS gate driver such as IXDD414 from IXYS, and a high frequency high power as a high power supply.
  • MOSFET for example, IXY2210N50L, DE275X2-102N06A up to 500W
  • the system was operated with a primary coil 5V to 30V supply voltage 2-20 MHz.
  • thermal tension formation and subsequent substrate separation can be further accomplished by using an additional cooling device to cool the heated pre-determined area for a predetermined time and a predetermined strength before and / or after heating. It turns out that it can be controlled.
  • an additional cooling device uses a gas stream (eg air, nitrogen, argon), a liquid (eg dichloromethane, chloroform), a mixture of gas and liquid (aerosol) or a gas and solid (eg carbon dioxide dry ice), Including pre-cooling the substrate to be cut.
  • a gas stream eg air, nitrogen, argon
  • a liquid eg dichloromethane, chloroform
  • a mixture of gas and liquid aerosol
  • a gas and solid eg carbon dioxide dry ice
  • Glass properties such as thickness and coefficient of thermal expansion mainly determine the behavior of the glass during the cutting process. Thus, thicker glasses and glasses with a low coefficient of thermal expansion will require more current and / or lower speed to increase the energy transferred.
  • glass As a substrate material to which the cutting method and apparatus of the present invention can be applied particularly beneficially, glass can be mentioned. This is because the glass substrate is strongly required to prevent adhesion of fine particles and the like to the substrate surface by preventing the material from melting in a predetermined region of the substrate, particularly by heating for cutting. is there. Further, when cutting a glass substrate of a suitable size (for example, about 300 mm or more x about 200 mm or more, preferably 0.1 mm to 2 mm if it is rectangular), an improvement in cutting speed is required. .
  • a suitable size for example, about 300 mm or more x about 200 mm or more, preferably 0.1 mm to 2 mm if it is rectangular
  • the cutting speed by the cutting method of the present invention can be 50 mm / second, particularly 100 mm / second or more.
  • the glass substrate to which the method / apparatus of the present invention can be applied is not limited to its production method, and includes those produced by various methods such as a float method and a downdraw method (including overflow, slit, redraw).
  • the use of the glass substrate to be produced is not particularly limited, and examples include uses in all fields, particularly for buildings, vehicles, flat panel displays, covers, and other various uses.
  • the material of the glass substrate to which the method / apparatus of the present invention can be applied is not particularly limited, and includes materials having various compositions as described below.
  • Examples include alkali-free glass typified by borosilicate glass, alkali-free glass containing a trace amount of alkali, aluminosilicate glass, soda lime glass, and the like. These glass substrates may be physically strengthened or chemically strengthened glass substrates. Since the glass substrate subjected to the tempering treatment retains a tensile stress therein, the cutting method / apparatus of the present invention can be advantageously applied. This is because a cutting method of mechanically forming and breaking a scribe and a method of cutting by heating with a laser mechanically or thermally changes the glass substrate from the surface of the glass substrate.
  • the cutting method and apparatus of the present invention particularly the method of cutting so as not to melt the above-described material, it is possible to heat the inside of the glass substrate in the thickness direction. Can be prevented from running off the path. This self-propulsion prevention is likely to occur when an attempt is made to increase the cutting speed. Therefore, it is one of the reasons why it is beneficial to apply the cutting method and apparatus of the present invention to the large glass substrate.
  • the cutting method of the present invention is more preferable than the cutting method using a laser is whether or not the heating is from the surface of the glass substrate. That is, according to the cutting method of the present invention, since the inside in the thickness direction of the glass substrate can be heated, it is considered that the tensile stress can be given in a balanced manner in the thickness direction in the direction orthogonal to the path. As a result, the three-point bending strength of the cut surface of the glass substrate obtained by the various embodiments of the present invention is higher than that by laser cutting.
  • these glass substrates in the case of soda lime glass, SiO 2 : 65 to 75%, Al 2 O 3 : 0 to 3%, CaO: 5-15%, MgO: 0-15%, Na 2 O: 10-20%, K 2 O: 0-3%, Li 2 O: 0-5%, Fe 2 O 3 : 0-3%, TiO 2 : 0 to 5%, CeO 2 : 0 to 3%, BaO: 0 to 5%, SrO: 0 to 5%, B 2 O 3 : 0 to 5%, ZnO: 0 to 5%, ZrO 2 : 0 It is preferable to have a composition of ⁇ 5%, SnO 2 : 0 ⁇ 3%, SO 3 : 0 ⁇ 0.5%.
  • SiO 2 39 to 70%
  • Al 2 O 3 3 to 25% by mass percentage display based on the following oxides: B 2 O 3 : 1-20%, MgO: 0-10%, CaO: 0-17%, SrO: 0-20%, BaO: 0-30% SiO 2 : 64.0 to 72.0, Al 2 O 3 : 9.0 to 16.0
  • B 2 O 3 1.0 to 5.0
  • MgO + La 2 O 3 1.0 to 7.5
  • BaO: 1.0 to 7.0 where ⁇ (MgO + CaO + SrO + BaO + 3La 2 O 3 ) / (Al 2 O 3 ) ⁇ 1 is .15, wherein, Al 2 O 3, MgO, C O, SrO, is BaO and La 2 O 3, glass or alkali-free
  • SiO 2 50 to 75%
  • Al 2 O 3 0 to 15%
  • SiO 2 is 50 to 74%
  • Al 2 O 3 is 1 to 10%
  • Na 2 O is 6 to 14%
  • K 2 O is 3%.
  • the total content of SiO 2 and Al 2 O 3 is 75% or less
  • Na 2 O and K 12 ⁇ 25% 2 O total Na 2 O + K 2 O content of and composition that the sum MgO + CaO 7 to 15% of the content of MgO and CaO, Contains SiO 2 61-66%, Al 2 O 3 6-12%, MgO 7-13%, Na 2 O 9-17%, K 2 O 0-7% and ZrO 2 If the composition is 0.8% or less
  • the content of MgO 1 ⁇ 8% of CaO 0 ⁇ 7% the Al
  • SiO 2 is 64 to 68%, Na 2 O is 12 to 16%, Al 2 O 3 is 8 to 12%, B 2 O 3 is 0 to 3%, K 2 to 5%, MgO to 4 to 6%, CaO to 0 to 5%, SiO 2 + B 2 O 3 + CaO 66 to 69%, Na 2 O + K 2 O + B 2 O 3 + MgO + CaO + SrO more than 10% MgO + CaO + SrO is 5 to 8%, (Na 2 O + B 2 O 3 ) —Al 2 O 3 is 2% or less, Na 2 O—Al 2 O 3 is 2 to 6%, (Na 2 O + K 2 O) —Al 2 O 3 is 4 to 10%, composition having a liquid phase viscosity of at least 13 kPa ⁇ S, and by mass%, SiO 2 is 40 to 70%, Al 2 O 3 is 12 to 25%, B 2 O 3 is 0 ⁇ 10%, Li 2 O
  • oxide percentage mass percentage displays SiO 2 : 60 to 85%, Al 2 O 3 : 0 to 5 %, B 2 O 3 : 5 to 20%, Na 2 O + K 2 O: 2 to 10%.
  • silica glass and sapphire can be used as the glass substrate material.
  • a homogeneous glass material a non-homogeneous material or a laminate of a plurality of glass materials can be used.
  • non-planar or unusual planar materials can be processed with the method of the present invention.
  • the results obtained can be improved by adapting the settings so that the electrode tracks the substrate at a fixed distance, eg a fixed distance.
  • the thickness of the substrate material ranges from 0.01 mm to 5 mm, preferably from 0.1 mm to 2 mm.
  • one or both sides of the substrate may have an additional conductive layer such as tin-doped indium oxide (ITO) or a non-conductive additional layer such as a metal oxide.
  • ITO tin-doped indium oxide
  • a metal oxide such as a metal oxide
  • the substrate and the electrode move in a straight line with respect to each other, that is, along one dimension, so that a straight line cut or separation is obtained.
  • Complex substrates can be obtained by applying the present invention by controlling the position / movement of the electrodes to track along the required shape of the substrate. In the tested configuration, complex shapes including rounded rectangles and wavy line cuts, as well as hollow substrate shapes are easily obtained.
  • the relative movement of the electrode and the substrate can be controlled by a numerically controlled electromechanical device.
  • a possible configuration is that the electrode is moved by means of a device provided on the substrate, or alternatively the substrate is moved with the electrode held in a fixed position, or a combination of the two methods. .
  • the electrical and mechanical parameters in a reasonably short time usually a correction correction time shorter than 100 ms
  • Such setting is accomplished by means of a suitable computer system or stand-alone device such as a PC with a suitable input / output interface coupled to a numerical controller for controlling the movement of the substrate and / or electrodes or a combination thereof. Can be controlled and driven.
  • a suitable computer system or stand-alone device such as a PC with a suitable input / output interface coupled to a numerical controller for controlling the movement of the substrate and / or electrodes or a combination thereof. Can be controlled and driven.
  • the determination of the correct cutting start position can introduce cracking (or artificial concavity and convexity) to make the process more accurate.
  • Such irregularity may be provided at the end of the substrate when cutting from the end of the material, or may be provided inside the substrate.
  • Such attached cracks in the substrate are important when making a closed cut in the substrate, i.e. not crossing the outer edge boundary. Applying multiple such irregularities to the sample is useful for complex separation paths that are predefined.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an electrode (1) directed to the surface of a substrate (5).
  • the electrode (1) is connected to the generator (6), and the generator (6) may or may not be grounded. Due to the voltage supply / generation by the generator (6), an electric arc (2) is formed between the surface of the material and the electrodes.
  • a cooling system (3) is provided at a fixed position from the electrodes and sprays a cooling medium. The cooling medium is in the form of a gas, liquid or aerosol.
  • the electrode (followed by the cooling nozzle) and the material surface are moved along the direction (4) to be cut from each other, exposing the surface to be cut to the electrode.
  • a selective counter electrode (7) may be provided on the opposite side of the substrate to be cut. The dotted line indicates the area where cutting is expected to occur.
  • FIG. 2 shows a possible embodiment of the electrical component (8) of the present invention.
  • a high frequency generating drive power stage (9) is coupled to the Tesla transformer.
  • a secondary coil (11) is coupled to the electrode (1) and is provided near the substrate, possibly with a grounded counter electrode (7).
  • feedback (12) adjusts the frequency generated by the generator.
  • FIG. 3 shows an automatable configuration of the invention, monitoring / operating with substrate (5), electrode (13) or substrate (14) coupled to voltage supply (6), visible light, infrared or ultraviolet light.
  • a feedback camera (15) and a control device (16) are included.
  • FIG. 4 shows a cut portion of a microscope slide of a soda lime glass plate (thickness 0.7 mm) obtained under the following conditions.
  • the cutting conditions are 2.5A, 3.85 mm / sec, 0.1 MPa (1 bar) cooling air pressure, and 500 ⁇ m sample-electrode distance.
  • FIG. 5 is a photograph showing an electric arc formed between the glass sample and the electrode during the cutting process.
  • a nozzle that blows cooling air tracks 1 cm after the electrode, controls the temperature profile, and prevents random cracking.
  • FIG. 6A shows a chemically strengthened glass plate (thickness 0.7 mm) made under the following conditions.
  • the cutting conditions are 2.5A, 3.85 mm / sec, 0.1 MPa (1 bar) cooling air pressure, and 500 ⁇ m sample-electrode distance.
  • FIG. 6B shows a chemically strengthened glass plate (thickness 0.7 mm) produced under the following conditions.
  • the cutting conditions are 2.5A, 3.85 mm / sec, 0.1 MPa (1 bar) cooling air pressure, and 500 ⁇ m sample-electrode distance.
  • FIG. 7 shows an example used for cutting the edge of the glass ribbon using the cutting method and apparatus of the present invention.
  • the glass ribbon mainly means the characteristics of the shape, and is a thin plate or film glass.
  • the glass ribbon is wound around a core material and stored as a glass roll. Etc. are possible.
  • the thickness is not particularly limited, but is usually about 0.01 to 0.2 mm, and the width is not particularly limited, but is usually about 100 to 2000 mm.
  • the diameter of the core material for winding in a roll is usually in the range of 100 to 1000 mm.
  • the part called an edge remains in both the width directions or one side of the glass ribbon after manufacture normally, and it cut
  • the edge part of the glass ribbon as used herein means a part that is left on both sides or one side of the glass ribbon after production and is finally cut, and the position on the glass ribbon (from the edge in the width direction). ),
  • the size to be cut (size, length), the shape to be cut, and the like are not particularly limited. Usually, it means a portion of about 5 to 100 mm from the end in the width direction of the glass ribbon after production.
  • a glass roll 71 is prepared by winding a glass ribbon 74 having an edge 75 to be cut into a roll. Further, the glass ribbon 74 is unwound from the glass roll 71 to be flattened and advanced in the direction of the arrow.
  • the cutting device 73 of the present invention provided near the edge of the glass roll 74 cuts the edge 75 along a path (not shown) indicating the edge of the glass roll 74 to be cut. .
  • the glass roll 76 from which the edge portion 75 has been cut further proceeds and is wound again to become a roll-shaped glass roll 72. At this time, the cutting by the cutting device 73 is performed by adjusting the voltage and frequency according to various physical property values of the glass ribbon and applying any of the above-described aspects.
  • the glass ribbon 74 when the glass ribbon 74 is heated and cut by the cutting device 73, that is, by supplying one or more electrode means connected to an AC voltage source, electric and thermal energy is supplied to the edge portion, and 1 kHz to 10 GHz.
  • the AC voltage and current are supplied to the determined region of the edge portion at a frequency in the range of heating the region, it is preferable that at least the tension generated in the glass ribbon cross section of the heating region is 100 kPa or less. More preferably, the tension is 50 kPa or less.
  • the tension exceeds 100 kPa, the properties of the cut surface (glass ribbon end surface) are not stable, and stress concentration tends to occur, which may be the starting point of cracking.
  • the tension is 100 kPa or less, a cut surface having preferable properties can be obtained, and the mechanical strength of the glass ribbon 74 can be prevented from being lowered.
  • the glass roll 76 can be stored, packaged, packed, stored, transported, etc. more compactly after the edge 75 is cut.
  • the rewinding is not essential.
  • the glass roll 76 and the cut edge 75 after cutting the edge 75 can be further handled or collected.
  • various handling includes, for example, using and processing the glass roll from which the edge portion 75 has been cut in various subsequent steps without substantially rewinding.
  • the collection includes collection, storage, reuse, reuse, and disposal of the glass roll 76 and the cut edge 75 after being cut by winding or towing.
  • the present invention is not limited to this mode.
  • the difference in tension generated between the cross section of the glass ribbon 74 and the cross section of the edge 75 is 50 kPa or less. This is because a cut surface having preferable properties can be obtained by reducing the tension difference.
  • both the cut glass ribbon 74 and the edge portion 75 are recovered, it is preferable that their transport heights are different when both are transported. This is because by making the conveying heights different from each other, the cut surface of the glass ribbon 74 and the cut surface of the edge portion 75 are less likely to come into contact with each other, and as a result, it is difficult to generate micro scratches. Therefore, it is preferable to set the heights of the glass ribbon 74 and the edge 75 appropriately so as to reduce the problems caused by such contact.
  • the recovery may be performed by transporting the cut glass ribbon and the edge using an appropriate transport unit or by winding using an appropriate winding unit. It is also possible to combine the conveyance and winding of the glass ribbon and the edge portion.
  • the conveying means for the glass ribbon 74 between the glass roll 71 before being unwound and the glass roll 72 after being wound is not shown, but generally a cylindrical conveyance as the conveying means.
  • a roll can be preferably used.
  • the transport paths are formed in parallel with the direction orthogonal to the traveling direction of the glass ribbon 74. be able to.
  • the some conveyance roll is connected by the annular member (for example, belt member). Since the glass ribbon 74 can be supported in the gap between the transport rolls by the annular member, the deflection of the glass ribbon 74 can be suppressed, and fluctuations in the distance between the cutting device 73 and the glass ribbon 74 can be prevented, and as a result, stable. This is because cutting can be done with quality.
  • the conveying means for the glass ribbon 74 in place of the conveying roll include a long annular belt member disposed in parallel with the traveling direction of the glass ribbon 74.
  • the above-described cutting method and apparatus of the present invention describe a mode in which the edge in the width direction is cut off-line after forming a glass ribbon, but the present invention is not limited to that mode.
  • the embodiment also includes an aspect in which the cutting method and apparatus of the present invention are applied to cut the edge in the width direction online after forming the glass ribbon. That is, for example, when a glass ribbon is formed by the float method, for example, a slow cooling furnace communicating from the float bath is arranged on the right side on the paper surface of FIG. For example, when a glass ribbon is formed by the overflow down draw method, for example, it is possible to arrange a slow cooling zone on the right side of FIG.
  • an apparatus for cutting the edge of the glass ribbon in the width direction (A) The glass ribbon is unwound from a glass roll obtained by winding a glass ribbon having a width edge to be cut into a roll shape. And (B) means for rewinding the unrolled glass ribbon into a roll shape, and (C) cutting means for cutting an edge in the width direction of the unfolded glass ribbon.
  • Means (i) an AC voltage source capable of supplying a voltage in the range of 10V to 10 7 V and a frequency in the range of 1 kHz to 10 GHz; (ii) a first electrode coupled to the AC voltage source; iii) holding means for holding the edge in the width direction of the glass ribbon to be cut and exposing one side of the edge to the electrode; and (iv) optionally cooling the edge Fixed to the electrode Cooling means provided at a predetermined distance, unwinding the glass roll, cutting the edge in the width direction of the unwound glass ribbon by the cutting means, the edge was cut An apparatus for winding a glass ribbon again in a roll shape is mentioned.
  • the apparatus of the present invention it is not essential to provide means / apparatus for winding again into a roll.
  • an apparatus for various handling or collection of the glass roll 76 and the cut edge 75 after cutting the edge 75, as described below, without substantially winding means. can be included.
  • the device for various handling includes devices for use / processing in various subsequent processes.
  • the apparatus for recovering includes an apparatus for collecting, storing (temporary or long term), reusing, reusing, discarding, etc., the glass roll 76 and the cut edge 75 after being cut.
  • the path followed by the electrode and the air nozzle was programmed in a code language.
  • An interface between a computer and a numerically controlled electromechanical device was used to transfer the path to the electrode to be followed and the cooling nozzle.
  • the path followed by the electrode and the air nozzle was programmed in a code language.
  • An interface between a computer and a numerically controlled electromechanical device was used to transfer the path to the electrode to be followed and the cooling nozzle.
  • Electrode 2 Electric arc 3 Cooling system 4 Cutting direction 5 Material 6 Generator, voltage supply 7 Counter electrode 8 Electric component 9 High frequency generation drive power stage 10 Primary side coil, primary coil 11 Secondary side coil, secondary coil 12 Feedback 13 Electrode 14 Substrate 15 Monitoring / Feedback Camera 16 Control Device 71 Glass Roll 72 Glass Roll 73 Cutting Device 74 Glass Ribbon 76 Glass Roll 75 Edge

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Abstract

　本発明は、熱機械的な引っ張り応力を導入することで、基板を切断する方法及び装置に関する。本発明は、（ａ）切断される基板を供給し、（ｂ）ＡＣ電圧源に接続された１又はそれ以上の電極手段により、前記基板に電気及び熱エネルギを供給し、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で、ＡＣ電圧及び電流を前記基板の決められた領域に供給して前記領域を加熱し、（ｃ）前記領域を冷却し、（ｄ）ステップ（ｂ）の間、前記領域は基板表面のパスに沿って、前記電極及び／又は前記基板を相対的に動かし、前記パスに沿って、前記基板を切断する方法である。

Description

基板切断方法及び切断装置
　本発明は、熱機械応力を加えることで基板を切断する方法に関する。本発明はまた、かかる切断方法により基板形状を精密に製造する装置に関する。
　ガラスなどの塑性破壊の対象となる材料を、精密に制御して切断することが、多くの産業上のプロセスや製品に求められている。
　従来の切断方法（典型的には、例えば機械的に切断線を付与し折り割りする方法（機械的切断法）や公知のレーザー切断法）では、切断の際に切屑等の材料破片や微細粒子が発生する。このような切屑は、基板表面に付着することがある。また、切断面に微細なクラックを形成することがある。
　前記の機械的切断法には、ダイヤモンドコートホイール又はドリルが用いられ、ガラスの大規模製造に導入されている。しかし、該切断法では、ガラスの破片粒子（切屑）が発生するため、端部（切断面）の精度／品質への要求が高度化した場合、追加の洗浄や研磨工程が必要になる。また、前記切断法は、切断線に沿ってマイクロクラックが生じやすく、のちに引っ張り応力が付加された場合に破壊の起点となり得る。
　また、前述の公知のレーザー切断法としては、基板上のパスに沿って加熱するためにレーザービームを用い、続いて液体、気体又はそれらの混合流体を用いて冷却し、所定の破壊を誘導する方法がある。しかし、この切断法には次の欠点がある：必要な装置が高価であること、人員を直接及び間接にレーザー曝露から保護しなければならないこと、切断対象の材料が異なるとレーザービームに対する光学的挙動が異なること、である。さらに、前記レーザー切断法は、材料の限られた厚さにのみ適しており、かかる厚さより薄すぎる又は厚すぎる基板を切断する際には、条件の調整が複雑になる。
　従って、本発明の課題は、基板の一部を除去せずに（切屑等の材料破片や微細粒子を発生させないように）切断する方法を提供することである。さらには本発明の課題は、薄い基板及び厚い基板を効果的に処理し、基板を真っ直ぐ又は自由な形状に切断することを可能にすることである。また本発明の課題は、切断時における材料破片の基板表面への影響を避けることである。さらに本発明の課題は、切断領域の清浄かつ平坦な表面を得ること、及び切断境界に沿って微小破壊（ｍｉｃｒｏ　ｆｒａｃｔｕｒｅ）の形成を避けることである。さらに本発明の課題は、安価な切断方法を提供することである。さらに本発明の課題は、容易に実施でき、異なる厚さの材料に複雑な調整をせずに切断できる方法を提供することである。
　これらすべての課題を解決するために、本発明は、
（ａ）切断される基板を供給し、
（ｂ）ＡＣ電圧源に接続された１又はそれ以上の電極によって、前記基板に電気及び熱エネルギを印加し、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で、ＡＣ電圧及び電流を前記基板の所定領域に供給して前記領域を加熱し、
（ｃ）前記領域を冷却し、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）の間、
（ｉ）前記基板に対して前記電極を相対的に、
（ｉｉ）前記電極に対して前記基板を相対的に、又は
（ｉｉｉ）前記電極と前記基板の両者をそれぞれに対して相対的に
移動させることにより、前記領域を前記基板表面のパスに沿って移動させ、
前記パスに沿って前記基板を切断する方法を提供する。
図１は、材料（５）の表面に向けられた電極（１）の例示的実施態様を示す。 図２は、本発明の電気部品（８）として可能な実施態様を示す。 図３は、本発明の自動化の可能な構成を示す。 図４は、以下の条件で切断された、ガラス板（厚さ０．７ｍｍ）の顕微鏡スライドを示す。切断条件：２．５Ａ、３．８５ｍｍ／秒、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧、５００μｍの試料－電極距離。 図５は、切断プロセスの際、ガラス試料と電極間で形成される電気アークを示す。 図６Ａは、以下の条件で切断された化学強化ガラス板（厚さ０．７ｍｍ）の切断部を示す。切断条件：２．５Ａ、３．８５ｍｍ／秒、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧、５００μｍの試料－電極距離。 図６Ｂは、以下の条件で切断された化学強化ガラス板（厚さ０．７ｍｍ）の切断面を示す。切断条件：２．５Ａ、３．８５ｍｍ／秒、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧、５００μｍの試料－電極距離。 図７は、本発明の切断方法・装置を、ガラスリボンの縁部の切断に用いた例を模式的に示す。
　本発明の基板を切断する方法は：（ａ）切断される基板を供給し、（ｂ）ＡＣ電圧源に接続された１又はそれ以上の電極によって、前記基板に電気及び熱エネルギを印加し、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で、ＡＣ電圧及び電流を前記基板の所定領域に供給して前記領域を加熱し、（ｃ）前記領域を冷却し、（ｄ）ステップ（ｂ）の間、（ｉ）前記基板に対して前記電極を相対的に、（ｉｉ）前記電極に対して前記基板を相対的に、又は（ｉｉｉ）前記電極と前記基板の両者をそれぞれに対して相対的に、移動させることにより、前記領域を前記基板表面のパスに沿って移動させ、前記パスに沿って前記基板を切断することを特徴とする、方法である。
　ひとつの実施態様においては、前記基板は対向電極として電気閉回路を確立するために作用する。
　ひとつの実施態様においては、前記対向電極は、切断される基板の反対側に設けられて電気閉回路を確立する。
　ひとつの実施態様においては、前記対向電極は接地される。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）はそれ自体、前記電極及び前記所定領域の間での電気アークを形成し、好ましくは前記電気アークが基板切断に使用される。
　通常、電流は閉ループを要する。ここで使用する「電気回路」とは、流れ出た電流が戻るためのリターンパスを含む閉ループを持つ、電気的ネットッワークに関するものとして意味する。そのような実施態様において、基板はこのループの一部として作用する。ＡＣ（高圧高周波）電源を出た電流は、電極と、電極と基板間のアークと、基板自体を通って電源に流れ戻る。そのような実施態様では、基板は、それ自体で対向電極とリターンパスとして作用する。この設定は、ＡＣ電源供給を接地することにより、より容易に構成される。基板から電源へ導く専用導電性パス（例えば配線等）を省略することができる。
　特に厚い材料では、ひとつの電極だけでは、基板内部に非対称的かつ不均一な加熱をもたらす場合があり、厚くなるほど切断がより難しくなる。基板の全厚さ方向に等しく電流が流れることを保証するため、ひとつの実施態様においては、専用接地（ｇｒｏｕｎｄ）リターンを供するための対向電極を用いる。基板を介して電源へ戻る電流は強く減少される。いかなる理論にも束縛されるつもりはないが、切断に対して次の２つの好ましい効果がもたらされる：（１）電気アークが基板の両側で形成され、基板の両方の側から外部熱により基板を加熱できること、（２）基板内の電場が、Ｅ＝（供給電圧）/（基板厚さ）に近づくまで増加されること、である。これはさらに、誘電損失により内部加熱を増加させることになる。
　電極の配置により、さらに基板を通る電流及び熱のパスをある程度制御することを可能とする。
　ひとつの実施態様においては、基板の加熱は、前記ＡＣ電圧及び／又は電流及び／又は基板と電極間距離を調節することで制御される。
　理論になんら縛られるものではないが、誘電損失現象により基板内部に与えられる電力ｐｉｎは、
ｐｉｎ＝εｒε０ｔａｎδωＥ２
である。なお、εｒは比誘電率、ε０は誘電率、ｔａｎδは誘電正接、ωは周波数、Ｅは電場すなわち電圧を基板の厚さで除したものである。
　この式は、ユーザ制御可能な切断パラメータを定義する：（１）周波数ωを上げると加熱が増加し、より迅速な加熱を可能とし、従ってより迅速な切断又は厚い材料の切断を可能とする。この式はまた、切断に有利でない誘電パラメータ、例えば低い誘電正接及び低比誘電率を補償する方法を提供する。（２）電圧を上げると誘電損失が増加し従って切断能力が増加する。
　電気アークにより外部から加熱することはまた、切断のための役割をすることができることから、その強さを変更することは切断に影響する。電気アークは供給電圧、電流、周波数、基板と電極との距離に依存する。基板材料により、これらのパラメータは最適切断条件を決定するために変更することができる。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）につき、前記電極は、前記基板の片側又は両側で、基板から０ｍｍから１００ｍｍの距離に設けられる。
　基板内部の熱は、異なる基板との電極との距離を用いて制御することができる。電気アークが電極距離に依存することから、電気アークの基板加熱も基板の両側で相違するであろう。この違いは、従って、基板内部の垂直温度分布に反映される。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）は、１０Ｖから１０７Ｖ、好ましくは１００Ｖから１０６Ｖ、より好ましくは１００Ｖから１０５Ｖの大きさの範囲の電圧と、１ｋＨｚから１０ＧＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚから１ＧＨｚ、より好ましくは１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲の周波数とを供給することで実施される。
　ひとつの実施態様においては、電気アークの性質は、電極と基板を包む雰囲気を変更して制御される。雰囲気としては、例えば窒素、アルゴン又は６フッ化硫黄が、気圧１Ｐａ（１０－５バール）から１００ＭＰａ（１０３バール）、好ましくは１００Ｐａ（１０－３バール）から１ＭＰａ（１０バール）の範囲である。
　周囲の雰囲気の成分や圧力を変えることで、電気アークに接する領域の形状やサイズと同様に電気アークの形状や温度を制御可能となる。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｃ）で、前記所定領域は、次の方法のいずれかにより冷却される：
（ｉ）熱伝導及び／又は周囲環境による対流により受動的に、
（ｉｉ）熱を効率的に吸収する要素、場合により例えばペリチエ素子などのアクチィブヒートポンプとして作用する要素に基板を接することにより、
（ｉｉｉ）ガス、液体、それらの混合流体、又はガスと固体の混合物を、前記所定領域の近傍に又は直接その領域に、能動的に供給することによる。
　理論になんら拘束されるものではないが、本発明者は、切断は切断パスに沿った熱勾配によると考えている。加熱された領域が再び冷却される際に発生する引張応力がクラッキング及び切断をもたらす。かかる熱勾配は、これらの加熱領域の冷却を促進することで増大させ、従って引張応力によるクラッキングも増大させる。最も単純な場合の冷却は、加熱された領域から熱が基板のその他の領域へ伝導することで起こる。しかし、より優れた冷却方法として、次の方法が使用可能である。（１）基板に大きな蓄熱体（heat reservoir）を取り付けて受動的に冷却する、（２）例えばヒートポンプを用いて能動的に冷却するか、基板に冷媒を加えて能動的に冷却する（例えばガス又は液体流）。これらの冷却補助を局所で適用することで、基板内の分離される領域をより精密に決めることができる。
　ひとつの実施態様においては、前記方法はさらに、ステップ（ａ２）を含み、ステップ（ｂ）に先立って前記所定領域を冷却する。
　切断速度、切断精度等の切断性能を改良するために、冷却ステップ（ａ２）が適用され得る。これによる主な２つの効果は、（１）材料の脆さ、従ってクラックし易さが増加すること、及び（２）達成可能な最大熱勾配が増加すること、である。ここで理論になんら縛られるものではないが、基板内の最大温度Ｔは材料の溶融温度Ｔｍｅｌｔｉｎｇに比べて低く、通常Ｔ＜＜Ｔｍｅｌｔｉｎｇに制限される。なぜならばこのような高い温度では通常もはや切断は生じないからである。従ってより低い温度から出発することでより高い勾配が可能となる。
　ひとつの実施態様においては、前記所定領域は、上で説明した方法（ｉ）から（ｉｉｉ）のいずれかにより冷却される。
　ひとつの実施態様においては、好ましくは、前記積極的冷却が、前記所定領域が動くにつれて基板上の同じパスに沿って動かされる。
　ひとつの実施態様においては、前記積極的冷却が、前記電極への固定された距離に位置する１又はそれ以上のノズルを介して適用され、前記基板上の前記冷却の移動が、次のいずれかで達成される。
（ｉ）前記基板に対する前記ノズルの相対的な移動、
（ｉｉ）前記ノズルに対する前記基板の相対的な移動、
（ｉｉｉ）前記ノズルと前記基板の両方のそれぞれに対する相対的な移動。
　ひとつの実施態様においては、前記基板内の応力は、ステップ（ｂ）に先立って、切断が意図されるパスに沿って誘起又は誘導されている。
　この多重パスの方法は、優先的切断パスを導入することを可能とする。これは、すでに高い内部引張応力を持つ基板にとって特に重要であり、この方法で補償され得る。
　ひとつの実施態様においては、前記ＡＣ電源は、高圧高周波装置であり、ＡＣ電圧が１０Ｖから１０７Ｖ、好ましくは１００Ｖから１０６Ｖ、より好ましくは１００Ｖから１０５Ｖの範囲の大きさを持ち、周波数が１ｋＨｚから１０ＧＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚから１ＧＨｚ、より好ましくは１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲の周波数を発生させることができる。
　ひとつの実施態様においては、前記高電圧高周波装置は、テスラ変圧器、フライバック変圧器などの共振変圧器、高出力高周波源及び半導体に基づく高周波固体チョッパー（high frequency solid state chopper）から選択される。
　ひとつの実施態様においては、前記高電圧高周波装置は、あらゆる導電材料からなる電極の１又はそれ以上と結合される。かかる導電材料としては、好ましくは高融点、低抵抗であって、例えばパラジウム、白金又は金などの貴金属である。
　信頼性の高い切断を実施するためには電圧供給に用いる電極は安定でなければならない。高融点材料は耐酸化性であることが好ましい。例として、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属がそのような性質を持つ。
　ひとつの実施態様においては、前記電極は、１－３００ｍｍ、好ましくは２－１００ｍｍ、より好ましくは３－５０ｍｍの範囲の長さを持ち、０．１－２０ｍｍ、好ましくは０．２－１０ｍｍ、より好ましくは０．４－４ｍｍの範囲の平均直径を持つ。
　電流リーク、従って電力損失を減少するために、電極は可能な限り短くすることが好ましい。一方、長い電極を採用すると、取り扱いが容易となり、熱い領域からの熱分離がより容易となる。実際の電極長さと厚さは、使用する電力と周波数に応じて決められる。
　ひとつの実施態様においては、前記電極は、１μｍから５ｍｍ、好ましくは１０μｍから１ｍｍ、より好ましくは２０μｍから０．５ｍｍの範囲の曲率を持つ先の尖ったチップである。
　理論になんら拘束されるものではないが、本発明者らは、鋭い電極チップは電気アークが始まる際にその位置をより正確に決めるということを見出している。これは従って、信頼性の高い操作にとって重要である。
　ひとつの実施態様においては、前記基板は、例えばガラス、アルミニウム窒化物、ジルコニア、スピネル、セラミックスなどの電気的絶縁材料や、ドープされたシリコン及び結晶性シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素及びインジウムリン化物などの化合物半導体などの電気的半導体材料を含む。
　ひとつの実施態様においては、前記基板は、一方又は両方の側に、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）などの導電性材料又は金属酸化物などの非導電性材料の追加の層を付加されていてもよい。
　ひとつの実施態様においては、電圧及び／又は周波数は、例えば比誘電率、導電率、熱膨張係数、厚さなどの基板の電気的及び物理的性質により調節される。
　理論になんら拘束されるものではないが、基板内の熱放散すなわち与えられる電力は、次の式で表される。
ｐｉｎ＝εｒε０ｔａｎδωＥ２
　温度の増加は、ｐｉｎに比例する：ｄＴ＝（ｐｉｎ／ρｃ）ｄｔ
最適切断条件は、しばしば決まった熱エネルギ値ｄＴ／ｄｔを要求する。従って、（１）材料の性質（即ち、ε、ｔａｎδ、ρ（密度）、ｃ（比熱））、（２）速度（ｄｔに逆比例）及び（３）形状パラメータ（例えば厚さ）を適合させるために、通常は電圧及び周波数を適宜設定する必要がある。処理の間の基板間の電圧低下はまた、その温度に影響し、かかる影響された温度は切断プロセスを変化させるものとなることから、特定のインピーダンスの電圧源を用いることが必要となることもあり得る。
　ひとつの実施態様においては、変圧駆動回路を有する共振変圧器がＡＣ電源として用いられ、基板は閉回路の一部となり閉回路の共鳴周波数に影響を与える。変圧装置駆動回路の周波数は、基板の寸法や誘電性などの物理的性質に応じて調節される。
　共振変圧器は通常、その共振周波数で又はその近傍で第二の変圧器コイルを駆動することにより作用する。この第二コイルの２つの端の間に基板を置くことで、その共鳴周波数を変え、従ってそれを駆動するために必要な周波数を変える。共鳴周波数の変化は、基板の誘電性及び形状に依存し、最適操作のためにそれに応じて駆動装置を調節することが必要となり得る。
　ひとつの実施態様においては、共振変圧器はＡＣ電圧源として用いられ、上で説明した回路の共振に合わせて設定される固定周波数により駆動される。
　共振変圧器を駆動する回路は、その変圧器の固有周波数又は共振周波数を選び出すような方法で設計されていてもよい。この構成は、例えば基板の材料又は形状パラメータが変化する場合でも、電力源を自動調節することを可能とする。
　ひとつの実施態様においては、共振変圧器は、ＡＣ電源として使用され、基板内の誘電損失同様、電気アークの性質を制御するために、共振周波数からずれた周波数で駆動される。
　電圧源の固定周波数の使用は、切断が起こる条件が大きく変化しない場合には可能となる。また電圧源の固定周波数を使用することで、周波数選択により基板への焦点及び加熱と同様に、電気アークの挙動を制御することができる。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）の際、前記所定領域内の基板材料は溶融されず、除去されず又は前記所定領域から除かれない。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）の際、前記所定領域内の基板材料は溶融され及び／又は前記所定領域から除かれる。
　ひとつの実施態様においては、前記パスは、直線、曲線、角度付直線、閉線又はこれらの全ての組み合わせであり、前記パスは切断される前記基板を定義する。
　ひとつの実施態様においては、基板の分離は、好ましくは前記パスに沿って、前記基板に機械的圧縮又は張力を適用することで制御される。
　理論になんら縛られるものではないが、本発明者は、切断は、引張応力を与えることにより基板のクラッキング／分離を引き起こすと考える。外部から他の応力をさらに導入して加えることで、切断パスをより好ましく制御する方法が提供される。これは例えば、基板を圧縮したり引っ張ったりすることでその境界に力を与えることにより可能である。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）に先立って、最初の人工的なクラックなどの最初の破壊きっかけを基板に導入し、ステップ（ｂ）が前記最初の破壊きっかけ部分で開始される。
　ひとつの実施態様においては、ステップ（ｂ）に先立って、第二の人工的クラックなどの第二の破壊きっかけを基板に導入し、分離パスが前記第二の破壊きっかけ、例えば第二の人工的クラックまで通過して終了するようにステップ（ｂ）を実行する。
　切断の最終部分を案内するために、人工的な破壊きっかけを切断の最終部分に導入することができる。そのような破壊きっかけは、例えば基板自体よりも硬い鋭い治工具を用いて基板を引っ掻くことにより得られる。
　ひとつの実施態様においては、前記基板上の前記パスに沿った前記所定領域の移動と、前記基板上の前記冷却の移動は、０．０１ｍｍ／秒から１００００ｍｍ／秒の範囲の速度である。
　ひとつの実施態様においては、前記基板表面上の前記パスに沿った前記所定領域の移動は、前記基板の最初の部分と最終分離部分では、かかる部分での品質を改良するために速度を落とす。
ひとつの実施態様においては、電圧及び／又は周波数は、切断の最初と最終部分での減少速度を補償するために、例えば一定の速度／電力の比を維持することで、調節される。
　引張応力条件は、特に切断の際、基板の主要部分と周辺部分では異なる。切断の際のこれらの違いを補償するために、場合により速度と切断パワーを変更する必要がある。例として、切断の初めは速度と切断パワーを徐々に上げていき、切断パスの終了に近づくとこれらのパラメータを徐々に下げていく。
　本発明の課題はまた、本発明による方法を実施するための装置により解決される。
係る装置は：
（Ｉ）１０Ｖから１０７Ｖの範囲の電圧と、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数を供給可能なＡＣ電圧源と、
（ＩＩ）前記ＡＣ電圧源に接続する第１の電極と、
（ＩＩＩ）切断される基板を保持し、前記基板のひとつの側を前記電極に晒す、保持手段と、
（ＩＶ）場合により、前記基板を冷却するために、前記電極に固定された距離で設けられる冷却手段と、
（Ｖ）前記電極、場合により前記冷却手段と組み合わせて使用する前記電極と、前記基板をそれぞれお互いに関して動かす移動手段と、
（ＶＩ）前記構成（Ｉ）、（Ｖ）、ある場合には（ＩＶ）を制御する制御手段と、
（ＶＩＩ）場合により、前記基板の反対側に設けられる対向電極と、
（ＶＩＩＩ）場合により、前記基板の反対側に設けられる冷却ノズルを、含む。
　注意すべきは、前記構成（Ｉ）－（ＩＩＩ）及び（Ｖ）－（ＶＩ）は、必須であり、（ＩＶ）、（ＶＩＩ）及び（ＶＩＩＩ）は選択的であり、独立して、いくつかの実施態様に現れる、ということである。
　ひとつの実施態様においては、前記ＡＣ電圧源は、周波数発生装置駆動パワー部、前記パワー部に結合するテスラ発生装置として共振変圧器のプライマリコイル、前記第１の電極に接続する前記共振変圧器のセカンダリコイル及び前記共振変圧器のパワー出力を制御／設定するためのフィードバック機構を含む。
　ひとつの実施態様においては、本発明による装置はさらに、前記電極及び／又は前記保持手段に保持された基板を移動可能とする、数値制御装置及び管理用カメラを含む。
　ひとつの実施態様においては、前記制御手段はまた、前記管理用カメラ及び前記数値制御装置により、前記定義された方法の実施を制御する。
　注意すべきは、本発明による方法により達成される切断は前記基板の表面に対して垂直となり得るということである。しかし、他の実施態様においては、切断は９０°ではない角度、例えば、９５°、１００°、１０５°等の９０°超、又は８０°、７０°、６０°等の９０°未満もあり得る。基板の側表面と、基板の最上表面又は基板の底表面との間で形成されるすべてのこれらの角度が本発明に含まれる。
　ここで使用する用語「前記所定領域に隣接する位置に適用する」とは、前記流れを前記領域の周辺に適用することを意味し、かかる周辺領域とはステップ（ｂ）で供される熱により影響される領域である。ひとつの実施態様では、前記領域は、０．００１ｃｍ２から１００ｃｍ２、好ましくは０．１ｃｍ２から１０ｃｍ２、より好ましくは０．１ｃｍ２から１ｃｍ２の範囲のサイズである。当該用語はまた、前記領域に前記流れを直接適用することも意味する。
　ここで使用する「前記領域の近隣」なる用語は、「熱の影響を受ける領域」を意味するか、同意語として用いられる。
　ここで使用する「テスラ変圧器」及び「テスラ発生器」は、全体にわたって交換可能に使用される。
本発明による実施態様において、ＡＣ電圧源に接続した電極を用いて、電圧が前記基板に適用され、前記基板へ電流が流れる結果となる。通常、電流は前記基板の定義された地点で基板に入る。この地点はここではまた「所定領域」として意味する場合があり、前記基板の前記領域を意味し電流はここに入る。ひとつの実施態様においては、前記基板の前記領域へ前記電圧と前記電流を供する電極が、前記基板から０ｍｍから１００ｍｍの範囲の距離で設けられる。前記電極が前記基板から０ｍｍで設けられる場合、前記電極が前記基板に接していることを意味する。前記電極が前記基板からの距離が＞０ｍｍに設けられるという場合、前記電極が前記基板と直接には接していないことを意味する。電流が流れるために電気アークが形成される。当業者であれば、前記所定領域で前記基板へ電極から電流が流れ始めるように、電気アーク形成に必要なパラメータを決定できる。
　通常、本発明による実施態様において、前記基板への電流を適用することで、前記所定領域で局所的な基板加熱を引き起こす。注意すべきは、この加熱は通常前記基板の前記所定領域内では材料を溶融させず、いかなる材料も前記所定領域から除かれたり弾き飛ばされたりしないようにすることが好ましいということである。一方で、基板をできるだけ高く局所加熱することは、切断スピードの向上をもたらす。したがって、基板表面の汚染を防止しながら切断スピードをあげるために、基板材料が溶融せずにできるだけ高温に加熱されるよう、パスの長さ、切断スピード、基板材料の比誘電率、導電率、熱膨張係数、厚さ等の物性値に応じて周波数や電圧を設定することが好ましい。特に、基板の温度をモニタリングしながら、当該温度履歴に応じて周波数や電圧を制御することがさらに好ましい。
　好ましい実施態様においては、ステップ（ｂ）で生じる加熱は、前記基板へ電流を前記の方法で、より具体的には１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で電流を適用することで達成される。従って、この実施態様において、誘電損失が基板の加熱に寄与することが可能となり、前記電気アークによる効果を増大することが可能となる。
　本発明の実施態様においては、基板の所定領域は基板に沿って動かされる。これは、電圧が供され、従って電流が基板に流れる場所は、静的ではなく、動くことを意味する。かかる移動は、通常次のひとつの方法で達成される。（ｉ）基板に対して相対的な電極の移動、（ｉｉ）電極に対して相対的な基板の移動、（ｉｉｉ）基板と電極の両者のそれぞれに対して相対的な移動。通常かかる相対的移動は基板表面のパスに沿って起こる。このパスはまた、切断される基板の形状を決める。本発明によれば、かかるパスは、基板のひとつの端に沿うものではなく、基板の全体又は少なくとも一部を横切るものである。かかるパスは、直線、曲線、角度付き線、又は閉線であり得る。この閉線の例としては、基板の内部から基板の一部が切断される場合である。
　本発明によれば、所定領域の材料は加熱されてはいるが、通常溶融されておらず、それだけで基板から除去されたり弾き飛ばされたりしない。溶融が生じる場合、切断の精度及び品質に干渉するであろう。
　本発明の実施態様において、ステップ（ｃ）、即ち加熱された前記所定領域を冷却されるステップは、加熱された部分から対流及び／又は伝導により消極的に起こる。他の実施態様では、冷却は大部分積極的な冷却により起こる。かかる積極的冷却には、空気、窒素またはアルゴンなどのガス流れ、ガスと液体混合物、エアロゾルの流れ、又はガスと固体例えば二酸化炭素ドライアイス混合物の流れを適用することで達成される。
　好ましくは、冷却はまた、局所的なものである。即ち、所定領域が動くパスと同じ基板上のパスに沿って起こる。これは例えば、電極と、冷却ノズルなどの冷却手段をお互いに対して固定された距離で設け、その固定された距離で電極の後から冷却手段を追跡させるということで可能となる。本発明者はまた、冷却手段が前記パスに沿う電極に先行する実施態様も想到している。かかる実施態様では、所定領域はまず冷却され、その後加熱される。従ってステップ（ｂ）とステップ（ｃ）が効果的に逆の順となり、定義される領域が初めに冷却され、続いて電圧と電流をそこに適用して加熱する。また、冷却ステップが加熱に先行し、さらに加熱の後にさらに冷却する実施態様も可能である。これらは全て本発明者が想到したものであり、本発明の範囲に含まれる。
　通常、電圧及び電流を基板に適用する電極は、基板の一方側に設けられる。ひとつの実施態様においては、第二の電極即ち対向電極を設けてもよく、これは基板の対向する側に設けられる。
　所定領域の移動は、０．０１ｍｍ／秒から１００００ｍｍ／秒の範囲の速度である。上で説明したように、かかる移動は、基板に対して相対的な電極の移動、その逆（電極に対する相対的な基板の移動）又はお互いに対して共にそれぞれが相対的に移動することにより達成可能である。従ってまた、電極と基板の相対速度は、０．０１ｍｍ／秒から１００００ｍｍ／秒の範囲である。かかる移動のパスは、０から無限（直線）までの全ての曲率半径を持つ曲線が可能であり、円形形状も含まれる。
　通常、供される電圧は、１０２Ｖから１０７Ｖの範囲であり、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数を持つ。かかる供される高周波数は、（１）基板内部に誘電損失を引き起こし、（２）通常、電気アークにより生じる電流が、基板の所定領域で基板を加熱する。
　理論に縛られるつもりはないが、本発明者は、基板に導入された熱が基板に引張応力を誘導して、所定領域のパスが、制御破壊（controlled breakage）又は制御分離（controlled separation）を受ける、ものと考える。かかる効果はさらに、上記した追加の冷却により引張応力を生じる温度勾配を強化することで改良することができる。例えばかかる追加冷却は、局所加熱の前又は後又はその両方で行ってよい。
　かかる制御破壊又は分離を、さらに機械的手段を追加することで補助することができる。例えば、適当な引っ張り又は締めるというような適当な手段による機械的張力又は超音波装置による機械的張力である。
　本発明の実施態様においては、電極／冷却手段の基板に対する相対的動きは、その場でまたは離れた場所で操作される数値制御装置により操作することができる。本発明による方法を実行する全設定は、適当なコンピュータシステムを用いて制御することが可能である。例えば、適当なインプット／アウトプットインターフェースを備えるパーソナルコンピュータ、又はスタンドアロンの制御装置であって、基板及び／又は電極の動きを制御する数値制御装置又はそれらの組み合わせが挙げられる。さらに上で説明したように、冷却手段は好ましくは基板と連関して電極と共に動かされる。これは例えば、通常０．１ｍｍから１００ｍｍの範囲の電極からの固定距離に冷却手段の位置を維持することで達成することができる。
　本発明による適当な高電圧高周波数装置は、テスラ変圧器、フライバック変圧器、高出力高周波発生器（high power radiofrequency generator）及び半導体に基づく高周波数固体チョッパー（high frequency solid state choppers based on semiconductor）が挙げられる。
　本発明はまた、本発明による方法を実施するための装置を含み、かかる装置は、
（Ｉ）１０２から１０７Ｖの範囲の電圧と１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数とを供給することができるＡＣ電圧源と、
（ＩＩ）前記電圧源に結合する第１電極と、
（ＩＩＩ）切断される基板を保持し、前記基板の一方の側を前記第１電極に晒す保持手段と、
（ＩＶ）場合により、前記基板を冷却するための、前記電極との固定距離で設けられる冷却手段と、
（Ｖ）前記冷却手段と組み合わせて、前記電極と、前記基板をそれぞれ相対的に移動させる手段と、
（ＶＩ）（Ｉ）、（Ｖ）及び、ある場合には（ＩＶ）を制御する制御手段と、
（ＶＩＩ）場合により、前記基板の反対側に設けられる対向電極と、
（ＶＩＩＩ）場合により、前記基板の反対側に設けられる冷却ノズル、を含む。
　前記冷却ノズル又は対向電極が、基板の「反対側に」設けられる場合とは、通常前記第１の電極が設けられる側に対して設けられること、を意味する。
　本発明者は、高周波数電圧源による電気エネルギを用いて、材料を局所的に加熱することで、熱応力が導入され、従って、材料の制御分離がもたらされることを見出した。さらに、材料のあらかじめ決められたパスに沿ってかかる熱を供することで、決められた仕様で切断することができることを見出した。
　本発明の実施態様において、基板への電気的及び／又は熱的パワーを局所的に導入することは、高周波数電圧源に接続した電極を、切断される領域に隣接して設けることで可能となる。決められた切断は、基板に対して電極を移動させ、従って電流が基板に入る位置を移動させることにより可能となる。かかる移動は、電極自体を、又は電極に対して基板を、又は両方を移動させることで可能となる。加熱は、大部分が（１）基板内の誘電損失及び（２）電極と基板の間に形成される電気アークからの熱伝達により起こる。非導電性基板を横切って流れる容量性電流の高周波現象により、加熱は、基板が直接又は間接に接地されている場合のみ、又は直接又は間接に（例えばキャパシタを介して）結合した他の電極を用いて、ひとつの電極を用いて導入することができる。かかる電極は、電流の流れ及び従って基板内の熱が、ユーザにより決められた好ましいパスに従うように設けることができる。ひとつの実施態様では、供給される電圧は、１０Ｖから１０７Ｖ、好ましくは１００Ｖから１０６Ｖ、より好ましくは１００から１０５Ｖの範囲の大きさである。さらにひとつの実施態様では、電圧源は、１ｋＨｚから１０ＧＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚから１ＧＨｚ、より好ましくは１００ｋＨｚから１００ＭＨｚの範囲の周波数を持つ高周波電源である。ひとつの実施態様においては、供給される電圧は、１ｋＨｚから１０ＧＨｚ、好ましくは１０ｋＨｚから１ＧＨｚ、より好ましくは１００ｋＨｚから１００ＫＨｚの範囲の周波数を持つ。これらのパラメータは、平均電流が、１０－９Ａから１０３Ａ、好ましくは１０－７Ａから１０２Ａ、より好ましくは１０－５Aから１Ａの範囲となるように調節することができる。
　かかる高電圧及び高周波数は例えば、テスラ変圧器又はかかる要求を満たす他の高周波―高電圧供給源を用いて発生させることができる。かかる電圧供給は、アウトプット電圧、周波数、電流、インピーダンスを調節可能なものであってよい。電極と基板との作用距離は、加熱点の形状に影響を与え、従って、基板の加熱される領域の空間的熱プロフィールを制御する。ひとつの実施態様においては、電極と基板表面の距離は、０ｍｍ（接触）から１０ｃｍ、好ましくは０ｍｍから１０ｍｍ、より好ましくは０．０５ｍｍから５ｍｍの範囲である。
　基板表面に対する電極の相対的速度を変えることで、基板に導入され、従って基板を加熱する熱及び電気エネルギの量を調節することが可能となる。電極及び基板表面での速度は、通常０．０１ｍｍ／秒から１００００ｍｍ／秒、好ましくは０．１ｍｍ／秒から５００ｍｍ／秒、より好ましくは５０ｍｍ／秒から２００ｍｍ／秒の範囲でお互いに対して動かされる。
　本発明の方法及び装置において、電極はいかなる形状でもよいが、好ましくは基板の表面を指す尖った先端形状である。かかる電極は種々の材料で作製可能であり、高融点の貴金属、例えばプラチナ又はパラジウムが特に良好に作用することが見出された。
　高周波高電圧供給として、テスラ変圧器を用いることができる。一次側コイル（プライマリコイル）は、１００巻数まで、好ましくは１から１０巻数、より好ましくは１から２巻数であり、直径５ｍｍから１０００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍから１００ｍｍ、より好ましくは１０ｍｍから６０ｍｍの範囲の直径を有する平面又はらせん形状として実施することができる。かかるコイル材料は固体の導電性材料（例えば銅、アルミニウム、貴金属）から、ワイヤ／テープ又は堆積層の形状で得ることができる。二次側コイル（セカンダリコイル）は、０．０１ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは０．０５ｍｍから５ｍｍ、より好ましくは０．１ｍｍから１ｍｍの範囲の直径のワイヤで、１０から１０５巻数、好ましくは５０から１０４巻数、より好ましくは６０から１０００巻数の範囲の巻数で得ることができる。かかる二次側コイル巻きは、一次側コイルとは異なるが通常は一次側コイルと同軸に、一次側コイルの内側又はそのすぐ近くに設けられる。
　１～２巻数の一次側コイルを有する高周波数テスラ変圧器を含むひとつの例示的設定は、直径約２０ｍｍのパターン化プリント基板を用いて実現した。１００から３００巻数の二次側は、０．１ｍｍから０．５ｍｍの範囲の直径の銅から得られ、一次側コイルの内側に設けた。電極としてプラチナ及びパラジウムを共に、０．５ｍｍから２ｍｍの直径の先が尖った形状で用いた。一次側コイル駆動に必要なパワー回路は、半導体回路に基づき、例えば低電力供給（５０Ｗまで）として、ＩＸＹＳからのＩＸＤＤ４１４などのモノリシックＭＯＳゲートドライバが挙げられ、及び高電力供給として、高周波数ハイパワーＭＯＳＦＥＴ（例えばＩＸＹ２２１０Ｎ５０Ｌ、ＤＥ２７５Ｘ２－１０２Ｎ０６Ａ　５００Ｗまで）が挙げられる。システムを、一次側コイル５Ｖから３０Ｖの供給電圧２～２０ＭＨｚで操作した。かかるパラメータを用いて、０．１ｍｍから２ｍｍまでの範囲の厚さを有する、例えばガラス基板などの異なる基板を切断することに成功した（図４、５、６Ａ及び６B）。
　また熱張力形成と続く基板分離は、加熱された所定領域を冷却するための追加の冷却装置を、加熱の前及び／又は後に、決められた時間、決められた強さで用いることにより、さらに制御することができることが分かった。このような改良実施態様は、ガス流れ（例えば空気、窒素、アルゴン）、液体（例えばジクロロメタン、クロロホルム）、ガスと液体の混合物（エアロゾル）又はガスと固体（例えば二酸化炭素ドライアイス）を用いて、切断される基板を、前冷却することを含む。例として、上記したテスラ変圧器のパラメータとして、追加の冷却ステップを、１ｍｍ直径のスプレーノズルを用いて、約１０℃の空気を、相対圧力０．１ＭＰａ（１バール）で、基板表面から１ｍｍの距離、電極から１０ｍｍの距離で使用して成功した。
　厚さや熱膨張係数といったガラス特性は、切断プロセス中のガラスの挙動を主に決めるものである。従ってより厚いガラスや低い熱膨張係数を持つガラスは、伝達されるエネルギを増加するためにより多い電流及び／又はより低い速度を必要とすることになる。
　本発明の切断方法、装置を特に有益に適用できる基板の材料として、ガラスを挙げることができる。これは、特に切断のための加熱によって、基板の所定領域内で材料を溶融させないようにすることで、基板表面への微細粒子等の付着を防止することが、ガラス基板に強く求められるからである。さらに、相応の大きさのガラス基板（矩形であるならば例えば、約３００ｍｍ以上ｘ約２００ｍｍ以上、なお、好ましい厚さとしては０．１ｍｍ～２ｍｍ）を切断する場合、切断スピードの向上を求められる。したがって、基板表面の汚染を防止しながら切断スピードをあげるために、基板材料が溶融せずにできるだけ高温に加熱できるよう、パスの長さ、切断スピード、基板材料の比誘電率、導電率、熱膨張係数、厚さ等の物性値に応じて周波数や電圧を定めることが好ましい。かかる最適化により本発明の切断方法による切断スピードは、５０ｍｍ/秒、特に１００ｍｍ/秒以上とすることが可能となる。
　本発明の方法・装置を適用できるガラス基板は、その製造方法には限定されず、フロート法、ダウンドロー法（オーバーフロー、スリット、リドローを含む）等、種々の方法で製造したものが含まれる。また製造されるガラス基板の用途は特に限定されず、すべての分野における用途、特に建築用や車両用、フラットパネルディスプレイ用、同じくカバー用、その他の各種用途が挙げられる。
　本発明の方法・装置を適用できるガラス基板の材料には特に制限はなく以下例示的に説明する通り種々の組成を有する材料が含まれる。
　ホウケイ酸ガラスに代表される無アルカリガラスまたはアルカリ微量含有の無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス等を例示できる。これらのガラス基板は、物理強化又は化学強化されたガラス基板でもよい。強化処理の施されたガラス基板は内部に引張応力を残留させているため、本発明の切断方法・装置を有益に適用できる。これは、機械的にスクライブを形成し折り割りする切断方法やレーザーにより加熱して切断する方法が、ガラス基板の表面からガラス基板に対し機械的又は熱的変化を施すからである。これに対し、本発明の切断方法・装置、特に上述した材料を溶融させないように切断する方法では、ガラス基板の厚さ方向内部の加熱をも可能としているため、内部の残留引張応力により切断線がパスから外れて自走することを、防止できる。この自走防止は、切断スピードを高めようとすると発生しやすいため、上記の大型ガラス基板にこれら本発明の切断方法・装置を適用することが有益である理由の１つである。
　本発明の切断方法が、レーザーを用いた切断方法に比べてより好ましい理由のひとつとして、上記のガラス基板表面からの加熱であるか否かの点をあげることができる。すなわち、本発明の切断方法によれば、ガラス基板の厚さ方向内部をも加熱できることから、引張応力をパスに直交する方向に厚さ方向にバランスよく与えることができると考えられる。この結果、レーザーによる切断と比べて、本発明の各種実施形態によって得られたガラス基板の切断面の３点曲げ強度が高くなる。
　具体的に、これらガラス基板の材料としては、ソーダライムガラスの場合には、下記酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：６５～７５％、Ａｌ２Ｏ３：０～３％、ＣａＯ：５～１５％、ＭｇＯ：０～１５％、Ｎａ２Ｏ：１０～２０％、Ｋ２Ｏ：０～３％、Ｌｉ２Ｏ：０～５％、Ｆｅ２Ｏ３：０～３％、ＴｉＯ２：０～５％、ＣｅＯ２：０～３％、ＢａＯ：０～５％、ＳｒＯ：０～５％、Ｂ２Ｏ３：０～５％、ＺｎＯ：０～５％、ＺｒＯ２：０～５％、ＳｎＯ２：０～３％、ＳＯ３：０～０．５％、という組成を有することが好ましい。
　液晶ディスプレイ用又は有機ＥＬディスプレイ用の基板に使用される無アルカリガラスの場合には、下記酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：３９～７０％、Ａｌ２Ｏ３：３～２５％、Ｂ２Ｏ３：１～２０％、ＭｇＯ：０～１０％、ＣａＯ：０～１７％、ＳｒＯ：０～２０％、ＢａＯ：０～３０％、という組成や、酸化物標準においてモルパーセントで、ＳｉＯ２：６４．０～７２．０、Ａｌ２Ｏ３：９．０～１６．０、Ｂ２Ｏ３：１．０～５．０、ＭｇＯ＋Ｌａ２Ｏ３：１．０～７．５、ＣａＯ：２．０～７．５、ＳｒＯ：０．０～４．５、ＢａＯ：１．０～７．０を含み、ここでΣ（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋３Ｌａ２Ｏ３）／（Ａｌ２Ｏ３）≧１．１５である、式中、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ及びＬａ２Ｏ３が、各酸化物のモルパーセントを表すことを特徴とするアルカリを含まないガラスや、質量百分率で、ＳｉＯ２を５８．０～６８．０％、Ａｌ２Ｏ３を１０．０～２５．０％、Ｂ２Ｏ３を３．０～１５．０％、ＭｇＯを０～２．９％、ＣａＯを０～８．０％、ＢａＯを０．１～５．０％、ＳｒＯを０．１～１０．０％、ＺｎＯを０～５．０％、ＺｒＯ２を０～５．０％、ＴｉＯ２を０～５．０％の組成を有し、実質的にアルカリ金属酸化物を含有しないガラス、という組成を有することが好ましい。
　プラズマディスプレイ用の基板に使用される混合アルカリ系ガラスの場合には、下記酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：５０～７５％、Ａｌ２Ｏ３：０～１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＺｎＯ：６～２４％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：６～２４％、という組成を有することが好ましい。
　ディスプレイ等のカバーガラス用の基板に使用されるガラスの場合には、ＳｉＯ２を５０～７４％、Ａｌ２Ｏ３を１～１０％、Ｎａ２Ｏを６～１４％、Ｋ２Ｏを３～１５％、ＭｇＯを２～１５％、ＣａＯを０～１０％、ＺｒＯ２を０～５％含有し、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏが１２～２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計ＭｇＯ＋ＣａＯが７～１５％という組成や、
ＳｉＯ２を６１～６６％、Ａｌ２Ｏ３を６～１２％、ＭｇＯを７～１３％、Ｎａ２Ｏを９～１７％、Ｋ２Ｏを０～７％含有し、ＺｒＯ２を含有する場合その含有量が０．８％以下という組成や、
ＳｉＯ２を７５．５～８５．５％、ＭｇＯを１～８％、ＣａＯを０～７％、Ａｌ２Ｏ３を０～５％、Ｎａ２Ｏを１０～２２．５％を含有し、ＭｇＯの含有量がＣａＯの含有量より多く、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が８％以下、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＮａ２Ｏの含有量の合計が２４．５％以下、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量（ＭｇＯ＋ＣａＯ）をＮａ２Ｏの含有量で除して得られた比が０．４５以下という組成が挙げられる。
　また化学強化用ガラスとして：モル百分率表示で、ＳｉＯ２を６４～６８％、Ｎａ２Ｏを１２～１６％、Ａｌ２Ｏ３を８～１２％、Ｂ２Ｏ３を０～３％、Ｋ２Ｏを２～５％、ＭｇＯを４～６％、ＣａＯを０～５％含有し、ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＣａＯが６６～６９％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯが１０％超　、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯが５～８％、（Ｎａ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３）－Ａｌ２Ｏ３が２％以下、Ｎａ２Ｏ－Ａｌ２Ｏ３が２～６％、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）－Ａｌ２Ｏ３が４～１０％であり、少なくとも１３ｋＰａ・Ｓの液相粘度を有する組成や、質量％でＳｉＯ２を４０～７０％、Ａｌ２Ｏ３を１２～２５％、Ｂ２Ｏ３を０～１０％、Ｌｉ２Ｏを０～８％、Ｎａ２Ｏを６～１５％、Ｋ２Ｏを０～１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを１３～２０％、ＭｇＯを０～３．９％、ＣａＯを０～５％、ＺｎＯを０～５％、ＺｒＯ２を０～６％、ＳｒＯ＋ＢａＯを０～５％含有し、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５～０．４５である組成、が挙げられる。
　その他の用途として、耐熱容器または理化学用器具等に使用されるホウケイ酸ガラスの場合には、下記酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２：６０～８５％、Ａｌ２Ｏ３：０～５％、Ｂ２Ｏ３：５～２０％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ：２～１０％、という組成を有することが好ましい。
　なお、ガラス基板の材料として、上記の材料のほか、シリカガラス、サファイア等も使用可能である。また、均質なガラス材料以外にも、不均質な材料や、複数の材質のガラスが積層された形態のものも使用できる。
　また、非平面又は通常でない平面の材料もまた本発明の方法で処理可能である。しかしこれらの状態の場合は、基板表面からの距離を決められた、例えば一定の距離で電極が基板を追跡するように設定を適合させることで、得られる結果を改良することができる。通常基板材料の厚さは０．０１ｍｍから５ｍｍ、好ましくは０．１ｍｍから２ｍｍの範囲である。ひとつの実施態様では、基板の片側又は両側に、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）などの導電性の追加の層や金属酸化物などの非導電性の追加の層を有していてもよい。
　基板と電極がお互いに関して直線に、即ち一次元に沿って動くことで、直線切断又は分離が得られる。複雑な形状の基板には、基板の要求される形状に沿って追跡するように電極の位置／動きを制御することで、本発明を適用して得ることができる。試験した構成においては、角の丸められた長方形及び波状線切断を含む複雑な形状、さらには基板をくり抜いた形状が容易に得られる。
　精密に切断された基板を得るために、電極と基板の相対的移動を、数値制御電子機械装置により制御することができる。可能な構成は、基板の上に設けられた装置により電極が動かされるか、又はその代わりに電極を固定された位置で維持して基板が動かされるか、それらの２つの方法の組み合わせ、である。適切な短い時間（通常１００ｍｓより短い補正矯正時間）で電気的及び機械的パラメータを制御して適合させるためには、フィードバックループを実装することが可能である。かかる方法で、電流、電圧及び／又は温度の測定値に基づき、電圧発生パラメータ、冷却システム、基板―電極距離及び／又は速度をリアルタイムに調節して、正常なプロセスを維持することができる。
　基板及び／電極の動き又はそれらの組み合わせを制御するための数値制御装置に結合される、適当なインプット／アウトプットインターフェースを設けたＰＣなどの適当なコンピュータシステム又はスタンドアロン装置の手段により、かかる設定を制御し駆動することができる。
　切断工程の開始は決定的な事象である得ることから、正しい切断開始位置の決定によって、本プロセスをより正確にするために、クラック付与（又は人工的な凹凸付与）を導入することができる。かかる凹凸（irregularity）は、材料の端から切断開始する場合には基板の端に設けてもよいし、基板の内側に設けてもよい。基板内のかかる付けられたクラックは、基板内で閉じた切断を行う場合、即ち外側の端の境界を横切らない場合に重要である。試料に複数のこのような不規則性を付することは、前もって定義される複雑な分離パスにとって有用である。
　さらに、例示的実施態様として提供される次の図面を参照して説明する。
　図１は、基板（５）の表面に向けられた電極（１）の例示的実施態様を示す。電極（１）は、発生器（６）に接続され、発生器（６）は、接地されていても接地されていなくてもよい。発生器（６）による電圧供給／発生により、電気アーク（２）が材料の表面と電極間に形成される。冷却システム（３）が、電極から固定位置に設けられ、冷却媒体を吹きつける。冷却媒体は、ガス、液体又はエアロゾルの形である。電極（冷却ノズルが追跡する）及び材料表面は、お互いに切断されるべき方向（４）に沿って動かされ、切断される表面を電極に晒す。選択的な対向電極（７）が、切断される基板の反対側に設けられてよい。点線は、切断が生じることが予想される領域を示す。
　図２は、本発明の電気部品（８）として可能な実施態様を示す。高周波発生駆動パワーステージ（９）がテスラ変圧器に結合されている。二次側コイル（１１）が、電極（１）に結合され、基板近くに、可能ならば接地された対向電極（７）と共に、設けられる。場合により、フィードバック（１２）が発生器により発生される周波数を調節する。
　図３は、本発明の自動化の可能な構成を示し、基板（５）、電圧供給（６）に結合する電極（１３）又は基板（１４）、可視光、赤外線または紫外線で操作される監視／フィードバックカメラ（１５）、及び制御装置（１６）を含む。
　図４は、以下の条件で得られたソーダライムガラス板（厚さ０．７ｍｍ）の顕微鏡スライドの切断部を示す。切断条件は、２．５Ａ、３．８５ｍｍ／秒、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧、５００μｍの試料－電極間距離である。
　図５は、切断プロセスの際、ガラス試料と電極間で形成される電気アークを示す写真である。冷却空気を吹き付けるノズルが、電極の１ｃｍ後を追跡し、温度プロフィールを制御し、ランダムなクラックが入ることを阻止する。
　図６Ａは、次の条件で作られた化学強化ガラス板（厚さ０．７ｍｍ）が示される。切断条件は、２．５Ａ、３．８５ｍｍ／秒、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧、５００μｍの試料－電極間距離である。同じく図６Ｂは、次の条件で作られた化学強化ガラス板（厚さ０．７ｍｍ）が示される。切断条件は、２．５Ａ、３．８５ｍｍ／秒、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧、５００μｍの試料－電極間距離である。
　図７には、本発明の切断方法及び装置を用いて、ガラスリボンの縁部の切断に用いた例を示す。ここでガラスリボンとは、主に形状の特徴を意味し、薄い板状又はフィルム状のガラスであり、通常、取り扱い上の便宜性から、芯材に巻きとられてガラスロールとして、保存・移動等が可能なものである。厚さについては特に制限はないが、通常０．０１～０．２ｍｍ程度であり、幅についても特に制限はないが通常１００～２０００ｍｍ程度である。ロール状に巻くための芯材の直径は通常１００～１０００ｍｍの範囲である。また、通常、製造後のガラスリボンの幅方向の両方又は片側には縁部といわれる部分が残っており、最終的には切断されてガラスリボン製品とする。ここで意味するガラスリボンの縁部とは、製造後のガラスリボンの幅方向の両方又は片側に残され、最終的には切断される部分を意味し、ガラスリボンにおける位置（幅方向の端からの距離）、切断される大きさ（サイズ、長さ）、切断される形状等については特に限定はない。通常製造後のガラスリボンの幅方向の端から約５～１００ｍｍ程度の部分を意味する。
　まず切断されるべき縁部７５を有するガラスリボン７４をロール状に巻いたガラスロール７１を用意する。さらにガラスロール７１からガラスリボン７４をほどいて平坦にして矢印方向に進行させる。ガラスロール７４の縁部近くに設けられた本発明の切断装置７３により、進行するガラスロール７４の切断されるべき縁部を示すパス（図示せず）に沿って、縁部７５が切断される。縁部７５が切断されたガラスロール７６は、さらに進行し、再度巻かれてロール状のガラスロール７２となる。この際、切断装置７３による切断は、ガラスリボンの各種物性値にあわせて電圧や周波数を調整し、上述の態様のいずれかを適用して行われる。
　ここで、ガラスリボン７４を加熱して切断装置７３により切断する際、すなわちＡＣ電圧源に接続された１又はそれ以上の電極手段により、前記縁部に電気及び熱エネルギを供給し、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で、ＡＣ電圧及び電流を前記縁部の決められた領域に供給して前記領域を加熱する際、少なくとも前記加熱領域のガラスリボン断面に生じる張力は１００ｋＰａ以下であると好ましい。前記張力は５０ｋＰａ以下であるとさらに好ましい。前記張力が１００ｋＰａを超えると切断面（ガラスリボン端面）の性状が安定せず、応力集中が起きやすくなるため割れの起点となることがある。前記張力が１００ｋＰａ以下であると、好ましい性状の切断面が得られ、ガラスリボン７４の機械的強度の低下を防止できる。
　図７では、ガラスリボン７４には両端にある縁部を同時に切断する態様を示したが、本発明はその態様に限定されるものではない。例えばどちらか一方の縁部のみを切断する場合や、どちらか一方の縁部を切断した後に、他方の縁部を切断する方法も含まれる。
　また図７に示されるように、縁部７５を切断した後ガラスロール７６を再度巻いてロール状のガラスロール７２とすることが好ましい。これにより縁部７５を切断した後ガラスロール７６をよりコンパクトに、収納、包装、梱包、保存、運搬等することを可能とする。ただし本発明の方法及び装置においては、前記再度巻き取ることは必須ではない。例えば実質的に巻き取られることなく以下説明するように、前記縁部７５を切断した後のガラスロール７６及び切断された縁部７５について、さらに種々の取り扱い又は回収等が可能である。ここで、種々の取り扱いとは、例えば前記縁部７５が切断されたガラスロールを実質的に再巻きとることなく続く種々の工程で使用・加工等することを含む。又ここで回収とは、巻き取り又は牽引による、切断した後のガラスロール７６及び切断された縁部７５の収集、保存、再利用、再使用、廃棄を含む。
　図７に示す例では、切断後のガラスリボン７４を巻き取り、縁部７５が自重により自由落下する態様が図示されているが、本発明はその態様に限定されるものではない。本発明の方法及び装置においては、切断された後のガラスリボン７４だけでなく縁部７５も回収することが好ましく、上で説明した種々の回収の方法が適用可能である。その際に前記ガラスリボン７４の断面と前記縁部７５の断面に生じる張力の差を５０ｋＰａ以下とすることが好ましい。前記張力差を小さくすることにより、好ましい性状の切断面が得られるからである。
　また切断されたガラスリボン７４と縁部７５の両方を回収する場合には、両者を搬送する際にそれらの搬送高さが異なるようにすることが好ましい。両者の搬送高さが異なるようにすることで、ガラスリボン７４の切断面と縁部７５の切断面が互いに接触しにくくなり、その結果微少傷を発生させにくくなるからである。従ってかかる接触による問題を低減させるように、前記ガラスリボン７４と縁部７５の高さを適切に設定することが好ましい。
　さらに前記回収は、前記回収の目的に応じて、切断されたガラスリボンと縁部を適切な搬送手段を用いて搬送することにより、もしくは適切な巻き取り手段を用いて巻き取ることにより行うことができ、またガラスリボンと縁部の搬送と巻き取りを組み合わせることにより行うことも可能である。図７においては巻きほどかれる前のガラスロール７１と巻き取られた後のガラスロール７２との間のガラスリボン７４の搬送手段は図示されていないが、一般的には搬送手段として円筒状の搬送ロールが好ましく用いられ得る。例えば、１つ又は複数の前記搬送ロールをガラスロール７１とガラスロール７２の間に適切な位置に設けることで、ガラスリボン７４の進行方向に直交する方向に平行に配置して搬送経路を形成することができる。その際、複数の搬送ロールは、環状部材（例えばベルト部材）で接続されていることが好ましい。前記環状部材により搬送ロール間の隙間でガラスリボン７４を支持できるため、ガラスリボン７４のたわみが抑制され、切断装置７３とガラスリボン７４との間の距離の変動を防止でき、その結果、安定した品質で切断ができるからである。前記搬送ロールに代わるガラスリボン７４の搬送手段としては、ガラスリボン７４の進行方向に平行に配置した長尺の環状ベルト部材等が挙げられる。
　また上述の本発明の切断方法・装置は、ガラスリボンを成形した後にオフラインで幅方向の縁部を切断する態様を説明したものであるが、本発明はその態様に限定されるものではない。本発明の切断方法・装置を、ガラスリボンを成形した後に、オンラインで幅方向の縁部を切断するために適用する態様も含むものである。すなわち、例えばフロート法によりガラスリボンを成形する場合には、例えば図７の紙面上右側にフロートバスから連通する徐冷炉を配置することにより可能となる。また例えばオーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンを成形する場合にも、同様に例えば図７の紙面上右側に徐冷ゾーンを配置することにより可能となる。
　また、ガラスリボンの縁部を切断するための装置（オフライン及びオンライン）については、特に制限はなく上述した本発明の装置を好ましく適用可能であるが、例えば次の構成を含む装置が好ましい。すなわち、ガラスリボンの幅方向の縁部を切断する装置であって：（Ａ）切断される幅縁部を有するガラスリボンをロール状に巻いたガラスロールから、ガラスロールの巻きをほどいてガラスリボンを用意する手段と、（Ｂ）前記ほどかれたガラスリボンを、再びロール状に巻く手段と、（Ｃ）前記ほどかれたガラスリボンの幅方向の縁部を切断する切断手段を含み、前記切断手段が、（ｉ）１０Ｖから１０７Ｖの範囲の電圧と、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数を供給可能なＡＣ電圧源と、（ｉｉ）前記ＡＣ電圧源に結合する第１の電極と、（ｉｉｉ）切断される前記ガラスリボンの幅方向の縁部を保持し、前記縁部のひとつの側を前記電極に晒す、保持手段と、（ｉｖ）場合により、前記縁部を冷却するために、前記電極に固定された距離で設けられる冷却手段と、を含み、前記ガラスロールの巻きをほどいて、前記ほどかれたガラスリボンの幅方向の縁部を、前記切断手段により切断し、前記縁部が切断されたガラスリボンを、再びロール状に巻く、装置が挙げられる。
　ただし上で説明したように本発明の装置においては、再びロール状に巻くための手段・装置を備えることは必須ではない。例えば実質的に巻き取る手段を備えることなく、以下説明するように、前記縁部７５を切断した後のガラスロール７６及び切断された縁部７５について、さらに種々の取り扱い又は回収等のための装置を含むことが可能である。ここで、種々の取り扱いのための装置とは続く種々の工程で使用・加工等するための装置を含む。又は回収するための装置とは、切断した後のガラスロール７６及び切断された縁部７５を収集、保存（一時的又は長期間）、再利用、再使用、廃棄等するための装置を含む。
　さらに、本発明を実施例に基づいて説明する。
　ソーダライムガラス板を波形状に切断するために、電極と空気ノズルが辿るパスをコード言語（code language）でプログラムした。辿るべき電極と冷却ノズルにパスを伝達するためにコンピュータと数値制御電子機械装置とのインターフェースを使用した。
　顕微鏡スライドガラスの厚さ０．７ｍｍを切断するために、次のパラメータを適用した。２．５Ａ電流と、３．８５ｍｍ／秒の電極及び冷却ノズル速度と、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧と、電極とガラス試料の距離が０．５ｍｍであった。得られた切断は図４に示される。
　化学強化ガラス板を切断するために、電極と空気ノズルが辿るパスをコード言語でプログラムした。辿るべき電極と冷却ノズルにパスを伝達するためにコンピュータと数値制御電子機械装置とのインターフェースを使用した。
　化学強化ガラス板の厚さ０．７ｍｍを切断するために、次のパラメータを適用した。２．５Ａ電流と、３．８５ｍｍ／秒の電極及び冷却ノズル速度と、０．１ＭＰａ（１バール）の冷却空気圧と、電極とガラス試料の距離が０．５ｍｍであった。得られた切断は図６Ａ及び６Ｂに示される。
　明細書、特許請求の範囲及び／又は添付図面で開示された本発明の構成は、別々に又はいかなる組み合わせにおいて、本発明の種々の変法を実行するために重要である。
　本出願は、２０１１年３月２８日付けで出願された特許出願２０１１－０６９８００を基礎として優先権主張されている出願であり、この優先権主張の基礎となる出願の全内容はここで参照されて本明細書に取り込まれる。
１　電極
２　電気アーク
３　冷却システム
４　切断方向
５　材料
６　発生器、電圧供給
７　対向電極
８　電気部品
９　高周波発生駆動パワーステージ
１０　一次側コイル、プライマリーコイル
１１　二次側コイル、セカンダリーコイル
１２　フィードバック
１３　電極
１４　基板
１５　監視／フィードバックカメラ
１６　制御装置
７１　ガラスロール
７２　ガラスロール
７３　切断装置
７４　ガラスリボン
７６　ガラスロール
７５　縁部

Claims (36)

  1. 　（ａ）切断される基板を供給し、
    （ｂ）ＡＣ電圧源に接続された１又はそれ以上の電極によって、前記基板に電気及び熱エネルギを印加し、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で、ＡＣ電圧及び電流を前記基板の所定領域に供給して前記領域を加熱し、
    （ｃ）前記領域を冷却し、
    （ｄ）ステップ（ｂ）の間、
    　（ｉ）前記基板に対して相対的な前記電極の移動、
    　（ｉｉ）前記電極に対して相対的な前記基板の移動又は
    　（ｉｉｉ）前記電極と前記基板のそれぞれに対して相対的な移動
    によって、前記所定領域を基板表面上のパスに沿って移動させる
    ことを特徴とする基板の切断方法。
  2. 　前記基板は対向電極として閉電気回路を確立するために作用する、請求項１に記載の基板の切断方法。
  3. 　対向電極が、切断される前記基板の反対側に設けられて閉電気回路を確立する、請求項１に記載の基板の切断方法。
  4. 　前記ステップ（ｂ）はそれ自体、前記電極及び前記所定領域の間での電気アークを発現させ、好ましくは前記電気アークが基板切断に使用される、請求項１乃至３のいずれかに記載の基板の切断方法。
  5. 　前記基板の加熱は、前記ＡＣ電圧及び／又は電流及び／又は基板と電極間距離を調節することで制御される、請求項１乃至４のいずれかに記載の基板の切断方法。
  6. 　前記ステップ（ｂ）において、前記電極は、前記基板の片側又は両側で、基板から０ｍｍから１００ｍｍの距離に設けられる、請求項１乃至５のいずれかに記載の基板の切断方法。
  7. 　前記ステップ（ｂ）は、１０Ｖから１０７Ｖの範囲の電圧と、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数とを供給することで実施される、請求項１乃至６のいずれかに記載の基板の切断方法。
  8. 　前記方法はさらに、ステップ（ａ２）を含み、前記ステップ（ｂ）に先立って前記所定領域を冷却する、請求項１乃至７のいずれかに記載の基板の切断方法。
  9. 　前記冷却が、前記所定領域が動くにつれて前記基板上の同じパスに沿って動かされる、請求項１乃至８のいずれかに記載の基板の切断方法。
  10. 　前記基板内の引っ張り応力は、前記ステップ（ｂ）に先立って、切断が意図されるパスに沿って誘起又は誘導されている、請求項１乃至９のいずれかに記載の基板の切断方法。
  11. 　前記ＡＣ電源は、高電圧高周波装置であり、１０Ｖから１０７ＶのＡＣ電圧、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの周波数を発生することができる、請求項１乃至１０のいずれかに記載の基板の切断方法。
  12. 　前記高電圧高周波装置は、テスラ変圧器、フライバック変圧器を含む共振変圧器、高出力高周波源及び半導体に基づく高周波固体チョッパーから選択される、請求項１１に記載の基板の切断方法。
  13. 　前記基板は、ガラス又はセラミックスを含む電気的絶縁材料、ドープされたシリコン及び結晶性シリコン、ゲルマニウム、ガリウムヒ素及びインジウムリン化物を含む化合物半導体を含む電気的半導体材料から選ばれる材料から成る、請求項１乃至１２のいずれかに記載の基板の切断方法。
  14. 　前記電圧及び／又は周波数は、比誘電率、導電率、熱膨張係数、厚さを含む前記基板の電気的及び物理的性質により調節される、請求項１１乃至１３のいずれかに記載の基板の切断方法。
  15. 　変圧駆動回路を有する共振変圧器がＡＣ電源として用いられ、前記基板は閉回路の一部となり前記閉回路の前記共振周波数に影響を与えて、変圧装置駆動回路の周波数を、前記基板の寸法及び誘電性を含む物理的性質に応じて調節する、請求項２乃至１４のいずれかに記載の基板の切断方法。
  16. 　共振変圧器がＡＣ電圧源として用いられ、請求項１５に記載される前記回路の前記共振に合わせて設定される固定周波数により駆動される、請求項１５に記載の基板の切断方法。
  17. 　前記共振変圧器は、ＡＣ電源として使用され、前記基板内の前記誘電損失と前記電気アークの前記性質を制御するために、前記共振周波数からずれた周波数で駆動される、請求項１乃至１６のいずれかに記載の基板の切断方法。
  18. 　前記ステップ（ｂ）の際、前記所定領域内の基板材料は溶融されず、除去されず又は前記所定領域から除かれない、請求項１乃至１７のいずれかに記載の基板の切断方法。
  19. 　前記ステップ（ｂ）に際し、前記所定領域内の基板材料は溶融され及び／又は前記所定領域から除かれる、請求項１乃至１８のいずれかに記載の基板の切断方法。
  20. 　前記基板の分離は、前記基板に機械的に圧縮又は引っ張りの力を印加することで制御される、請求項１乃至１９のいずれかに記載の基板の切断方法。
  21. 　前記ステップ（ｂ）に先立って、最初の人工的なクラックを含む最初の破壊きっかけを基板に導入し、前記ステップ（ｂ）が前記最初の破壊きっかけ部分で開始される、請求項１乃至２０のいずれかに記載の基板の切断方法。
  22. 　前記ステップ（ｂ）に先立って、第二の人工的クラックを含む第二の破壊きっかけを基板に導入し、前記分離パスが、第二の人工的クラックを含む前記第二の破壊きっかけまで通過して終了するようにステップ（ｂ）を実行する、請求項２１に記載の基板の切断方法。
  23. 　前記基板表面上の前記パスに沿った前記所定領域の移動は、前記基板の最初の部分と最終分離部分では、前記部分での前記分離の品質を改良するために速度を減少する、請求項１乃至２２のいずれかに記載の基板の切断方法。
  24. 　前記電圧及び／又は周波数は、前記切断の前記最初と前記最終部分での前記減少速度を補償するために、一定の速度／電力比を維持することで、調節される、請求項２３に記載の基板の切断方法。
  25. 　請求項１乃至２４のいずれかに記載の本発明による方法を実施するための装置であり：
    （Ｉ）１０Ｖから１０７Ｖの範囲の電圧と、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数を供給可能なＡＣ電圧源と、
    （ＩＩ）前記ＡＣ電圧源に接続する第１の電極と、
    （ＩＩＩ）切断される前記基板を保持し、前記基板の一表面を前記電極に晒す、保持手段と、
    （Ｖ）前記電極と前記基板をそれぞれ相対的に移動させる移動手段と、
    （ＶＩ）（Ｉ）と（Ｖ）を制御する制御手段と、を含む装置。
  26. 　前記ＡＣ電圧源は、周波数発生装置駆動パワー部、前記パワー部に結合するテスラ発生装置として共振変圧器のプライマリコイル、前記第１の電極に結合する前記共振変圧器のセカンダリコイル及び前記共振変圧器のパワー出力を制御／設定するためのフィードバック機構を含む、請求項２５に記載の装置。
  27. 　さらに、前記電極及び／又は前記保持手段に保持された前記基板を移動可能とする数値制御装置及び管理用カメラを含む、請求項２５又は２６のいずれかに記載の装置。
  28. 　前記制御手段はまた、前記管理用カメラ及び前記数値制御装置により、前記定義された方法の実施を制御する、請求項２７に記載の装置。
  29. 　ガラスリボンの幅方向の縁部を切断する方法であって：
    （Ａ）切断される幅縁部を有するガラスリボンをロール状に巻いたガラスロールを用意し、前記ガラスロールの巻きをほどいて、前記ほどかれたガラスリボンの幅方向の縁部に、
    （Ｂ）ＡＣ電圧源に接続された１又はそれ以上の電極手段により、前記縁部に電気及び熱エネルギを供給し、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数で、ＡＣ電圧及び電流を前記縁部の決められた領域に供給して前記領域を加熱し、
    （Ｃ）前記領域を冷却し、
    （Ｄ）ステップ（Ｂ）の間、前記領域は前記縁部のパスに沿って、前記電極に関して前記ほどかれたガラスリボンを動かし、前記パスに沿って、前記縁部を切断する、ことを含む方法。
  30. 　前記ステップ（D)の後に、
    （Ｅ）前記縁部が切断されたガラスリボンを、再びロール状に巻くことを含む、請求項２９に記載の方法。
  31. 　前記ステップ（Ｂ）の間、少なくとも前記加熱領域のガラスリボン断面に生じる張力が１００ｋＰａ以下である、請求項２９に記載の方法。
  32. 　前記ステップ（Ｄ）の切断後、さらに、切断されたガラスリボンと縁部の両方を回収することを含み、前記ガラスリボンの断面と前記縁部の断面に生じる張力の差が５０ｋＰａ以下である、請求項３１に記載の方法。
  33. 　前記ステップ（Ｄ）の切断後、さらに、切断されたガラスリボンと縁部の両方を回収することを含み、前記ガラスリボンと前記縁部の搬送高さが異なるものである、請求項３１又は３２のいずれかに記載の方法。
  34. 　前記回収は、切断されたガラスリボンと縁部の、搬送及び／又は巻き取りにより行う、請求項３２又は３３のいずれかに記載の方法。
  35. 　ガラスリボンの幅方向の縁部を切断する装置であって：
    （Ａ）切断される幅縁部を有するガラスリボンをロール状に巻いたガラスロールから、ガラスロールの巻きをほどいてガラスリボンを用意する手段と、
    （Ｂ）前記ほどかれたガラスリボンを、再びロール状に巻く手段と、
    （Ｃ）前記ほどかれたガラスリボンの幅方向の縁部を切断する切断手段を含み、
    　　前記切断手段が、
    （ｉ）１０Ｖから１０７Ｖの範囲の電圧と、１ｋＨｚから１０ＧＨｚの範囲の周波数を供給可能なＡＣ電圧源と、
    （ｉｉ）前記ＡＣ電圧源に結合する第１の電極と、
    （ｉｉｉ）切断される前記ガラスリボンの幅方向の縁部を保持し、前記縁部のひとつの側を前記電極に晒す、保持手段と、を含み、
    　　前記ガラスロールの巻きをほどいて、前記ほどかれたガラスリボンの幅方向の縁部を、前記切断手段により切断する、装置。
  36. 　さらに、前記縁部が切断されたガラスリボンを、再びロール状に巻く手段を含む、請求項３５に記載の装置。
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