JP2010215500A - 保護されたエッジを備えた板ガラス、エッジ保護部材およびこれを用いる板ガラスを製造する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】板ガラス成形後において、切断されたままの板ガラスエッジの強度を向上し、従来の高価なエッジ仕上げプロセスおよび設備を縮小または排除する。
【解決手段】板ガラスアセンブリ１００は、エッジ面１０４を有する板ガラス１０６を備え、さらに、この板ガラス１０６のエッジ面１０４に接着された第１面と、エッジ面１０４に接着されていない、荷重を受けるための凸状第２面とを有しているエッジ保護部材１０２を備えている。エッジ保護部材１０２の凸状第２面は、板ガラス１０６のエッジ面１０４に向けられた衝撃荷重を受けて拡散させ、接着されたエッジ面１０４の衝撃強度を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に板ガラス成形後の工程に関する。より詳細には、本発明は板ガラスのエッジを保護する方法および装置に関する。本発明は、特に切断されたままの板ガラスエッジの強度向上、および従来の高価なエッジ仕上げプロセスおよび設備の代替に関する。本発明は、例えばＬＣＤガラス基板のガラスエッジ品質の向上に有益となり得る。

種々の用途において、高品質の大型板ガラスが所望されている。例として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、例えばプラズマディスプレイ、電界放出ディスプレイ、および有機発光ポリマーディスプレイなどのその他のフラットパネルディスプレイ、さらに光起電性パネルなどが挙げられる。フュージョンドロープロセスは、ラッピングおよび研磨など費用のかかる成形後の表面仕上げ工程を必要とせずに板ガラスを供給することができる数少ないプロセスのうちの１つである。フュージョンドロープロセスについては、特許文献１および特許文献２に記載されている。典型的には、フュージョンドロープロセスは、溶融ガラスを樋に供給する工程、および制御された手法で樋の両側から下方へと溶融ガラスを溢れ出させる工程を含む。樋の両側から流れ落ちる溶融ガラスの分岐流は、樋の底部で融合して単一の溶融ガラス流となり、延伸されて連続した板ガラスになる。この連続した板ガラスは、フュージョンドロー装置の下部で個々の板ガラス片に切り離される。このプロセスの重要な利点は、板ガラスの表面が樋の側面や他の形成設備と接触しないことであり、このため表面は汚染されないままとなる（特許文献２、第１欄, 第４０〜５０行目参照）。このプロセスの別の利点は、延伸された板ガラスの厚さを均一にすることができることである（特許文献１参照）。

成形後の工程は、板ガラスを切断して所望の形状およびサイズとする工程を含む。この切断は、典型的には機械的罫書きによる。切断されたままの角張った板ガラスエッジは、衝撃強度が低く容易に欠けてしまう。ガラスの性質により、板ガラスのエッジでの微小な亀裂は、板ガラスを横切って伝播し板ガラスを使い物にならない状態にする。従来、切断された板ガラスの損傷を防ぐために、切断されたままの板ガラスエッジを研削および／または研磨によって仕上げる手法が行われている。この手法は高価なことに加え、板ガラスの良質な表面を汚染する可能性があるマイクロメートルサイズのガラス粒子をしばしば生成する。良質な表面は、清浄度が高くかつ傷がないことが要求される。生成された粒子を除去洗浄するには、仕上げプロセスの最後に大規模な洗浄および乾燥工程を実施することが必要となる。一部の事例では、いくらかの粒子は清浄なガラス表面に不可逆的に付着し、板ガラスを多くの用途で使い物にならない状態とする可能性がある。

レーザ罫書きは、切断されたままのエッジの状態を機械的罫書きよりもよい状態で生成することができる。しかしながら、切断されたままの角張ったエッジは、レーザ罫書きによって生成されたものであったとしても、典型的には下流のガラス取扱工程および処理工程で板ガラスが損傷することを回避するのに必要な衝撃強度を有していない。重要な課題は、研削、研磨、および洗浄などのその後の仕上げプロセスなしで、高強度のエッジを提供することである。特許文献３（Brown他）には除去可能な研削用被膜について記載されており、切断されたままの板ガラスエッジを研削する間、生成された粒子から板ガラス表面を保護するためにこの被膜を用いることができる。研削用被膜は、研削プロセスが完了して板ガラスエッジが研磨される際に使用しない場合には、板ガラスから取り外される。エッジ仕上げプロセスには費用がかかり、また被膜技術を用いた場合であっても、ガラスの表面上に粒子が堆積しないように板ガラスを仕上げることは困難である。

米国特許第３，６８２，６０９号明細書 米国特許第３，３３８，６９６号明細書 米国特許出願公開第２００５／００９０１８９号明細書

ここで本発明のいくつかの態様について開示する。これらの態様は、互いに重複している、または重複していない可能性があることを理解されたい。このため、ある態様の一部は別の態様の範囲に含まれる可能性もあるし、逆の場合も同様である。文脈の中でそうではないことが示されていなければ、異なる態様は互いに範囲が重複していると考えられるものとする。

各態様について、いくつかの実施形態により例証する。この実施形態は、順々に、１以上の具体的実施形態を含み得る。実施形態は、互いに重複している、または重複していない可能性があることを理解されたい。このため、１つの実施形態の一部、すなわちその具体的実施形態は、別の実施形態の範囲、すなわちその具体的実施形態に含まれる可能性もあるし、含まれない可能性もあり、逆の場合も同様である。文脈の中でそうではないことが示されていなければ、異なる実施形態は互いに範囲が重複していると考えられるものとする。

第１の態様において、本発明は板ガラスアセンブリに関する。この板ガラスアセンブリは、エッジ面を有する板ガラスを含む。板ガラスアセンブリは、板ガラスのエッジ面に接着された第１面と、エッジ面に接着されていない、荷重を受けるための凸状第２面とを有している成形繊維をさらに備えている。

第１の態様の第１実施形態において、第１面およびエッジ面は本質的に平坦である。

第１の態様の第２実施形態において、エッジ面の幅に対する成形繊維の幅の比率は、０．８から１．２の範囲内である。

第１の態様の第３実施形態において、成形繊維はガラス材料で作られている。

第１の態様の第４実施形態において、板ガラスのエッジ面は、成形繊維が接着されていないとき第１衝撃強度ＩＳ１を有し、板ガラスアセンブリは第２衝撃エッジ強度ＩＳ２を有し、かつ、ＩＳ１は最大でもＩＳ２の半分である。

第１の態様の第５実施形態では、エッジ面は切断されたままのものであり、かつそれ以上の研削および研磨は施されていない。

第１の態様の第６実施形態において、エッジ面が丸み付けおよび研削されている場合、エッジ面は第１静的接触強度ＳＣ１を有し、板ガラスアセンブリは第２静的接触強度ＳＣ２を有し、かつ、ＳＣ２≧ＳＣ１である。特定の具体的実施形態では、エッジ面は切断されたままのものであり、かつそれ以上の研削および研磨は施されていない。

第１の態様の第７実施形態において、成形繊維および板ガラスは、０〜３００℃の温度範囲で略同じ熱膨張率を有している。

第１の態様の第８実施形態において、エッジ面に成形繊維を接着する接着材料は、（i）ガラスフリット材料、（ii）有機接着剤、および（iii）(i)および(ii)の組合せ、の中から選択される。

第１の態様の第９実施形態において、成形繊維は原則的に板ガラスの全エッジ面を包囲する。

第１の態様の第１０実施形態において、板ガラスは成形繊維で保護された丸みのある角部を有している。

第１の態様の第１１実施形態において、成形繊維はガラス繊維であり、かつガラス繊維の表面にチタンが添加されている。

第１の態様の第１２実施形態において、成形繊維はイオン交換された表面を有している。

第１の態様の第１３実施形態において、成形繊維は有機ポリマーを含み、特定の具体的実施形態は基本的に有機ポリマーから成り、他の具体的実施形態は有機ポリマーで構成される。

第２の態様において、本発明は、保護されるエッジ面を有している板ガラスを保護する方法に関する。この方法は、（I）エッジ面に接着される第１面と、凸状第２面とを有している成形繊維を提供する工程、（II）板ガラスのエッジ面に対向させて成形繊維の第１面を設置する工程、および（III）成形繊維の第１面を板ガラスのエッジ面に接着する工程、を含む。

第２の態様の第１実施形態では、工程（I）において、繊維の第１面は本質的に平面的である。

第２の態様の第２実施形態では、工程（I）において、成形繊維の第１面は保護用コーティングを含み、かつ工程（III）の前にこの保護用コーティングは除去される。

第２の態様の第３実施形態では、工程（I）は、（Ia）Ｄ型の断面を有するプリフォームを提供する工程、および（Ic）このＤ型のプリフォームを延伸して略Ｄ型の断面を有する繊維とする工程、を含む。

第２の態様の第４実施形態では、工程（Ia）において、プリフォームは無機ガラス材料で作製されている。

第２の態様の第５実施形態では、工程（I）は工程（Ic）の後に、Ｄ型の繊維にイオン交換を施す工程をさらに含む。

第２の態様の第６実施形態では、工程（I）は工程（Ia）と工程（Ic）の間に、Ｄ型の繊維プリフォームにチタン添加を施す工程をさらに含む。

本発明の他の特徴については、実施形態に関する説明と請求項から明らかになるであろう。

本発明の１以上の態様に関する１以上の実施形態は、以下の利点の１つ以上を有している。

第１に、板ガラスのエッジ面に接着された繊維は、板ガラスのエッジ面の優れた保護を実現することができる。理論上シミュレーションによると、ある板ガラスエッジ保護部材は、完全に丸く形成されたエッジと同様のエッジ強度性能を実現することが示されており、現在の研削された丸いエッジよりもはるかに高性能である。

第２に、板ガラスのエッジ面に成形繊維を用いると、他の従来のエッジ仕上げ技術と比較して費用効率が高く、また、研削や研磨などの付加的なエッジ準備プロセスを縮小あるいは排除できる可能性もある。成形繊維をガラス材料で作製する場合には、従来の繊維製造設備を使用して比較的低コストで大量生成することができる。洗浄および乾燥ステーションは、排除またはごく簡略化することができる。

第３に、エッジの研削および／または研磨が縮小および／または排除されると、研削および研磨によりガラス粒子が生成されてシート表面に付着するという問題が解決する。研削により生成されるガラス粒子は、ガラスの表面を傷つけ、表面上に積層されるフィルムに欠陥を生じさせる可能性があるため、綿密で完璧な洗浄が必要とされる。

最後に大切なことであるが、繊維によるエッジ保護は非常に容易に実施することができる。成形繊維は、接着材料を用いて板ガラスエッジに固定することができる。成形繊維の板ガラスエッジへの接着は、比較的簡単な装備で実現することができるため、高価な資本設備へのさらなる投資を必要としない。

繊維で保護することにより、板ガラスエッジに対する品質要求が緩和される。板ガラスエッジ保護部材の恩恵により、板ガラスのエッジは必ずしも完全に仕上げられたものでなくてもよい。成形繊維と板ガラスエッジの間の接着材料は、板ガラスエッジの不整な間隙を埋めて成形繊維と板ガラスエッジとの間に強力な接着の薄層を形成することができる。

本発明のさらなる特徴および利点については以下の詳細な説明の中で説明され、一部はその説明から当業者には容易に明らかであろうし、あるいは添付の図面の他、書かれた説明および関連する請求項に記述されているように本発明を実施することにより認識できるであろう。

上述の一般的説明および以下の詳細な説明は、単に本発明を例示したものであり、請求される本発明の本質および特徴を理解するための概要または構想を提供することを意図したものであることを理解されたい。

添付の図面は、本発明をさらに理解することができるように含まれているものであり、本明細書の一部に組み込まれこれを構成する。

保護された板ガラスの第１の例を示す概略図 図１の保護された板ガラスの線２−２に沿った断面図 保護された板ガラスの第２の例を示す概略図 保護繊維の第１の例の断面を示す図 保護繊維の第２の例の断面を示す図 保護繊維の第３の例の断面を示す図 保護繊維の第４の例の断面を示す図 保護繊維の第５の例の断面を示す図 保護繊維の第６の例の断面を示す図 保護繊維の第７の例の断面を保護用コーティングとともに示す図 保護繊維を板ガラスエッジ上に設置する方法の第１の例を示す図 図５Ａの第１の例に従って保護繊維と板ガラスエッジの間に接着剤を設置している図 保護繊維を板ガラスエッジ上に設置する方法の第２の例を示す図 図５Ｃの第２の例に従って保護繊維と板ガラスエッジの間に接着剤を設置している図 保護繊維を板ガラスエッジ上に設置する方法の第３の例を示す図 保護繊維を板ガラスエッジ上に設置する方法の第４の例を示す図 応力解析用の丸みのあるエッジの板ガラスモデルを示す図 応力解析用の保護された板ガラスモデルを示す図 図７Ａのモデルの応力分布を示す図 図７Ｂのモデルの応力分布を示す図 図７Ｂのモデルの角部付近の応力分布を示す図 図７Ｂのモデルのエポキシ層の応力分布を示す図

他に指示がなければ、本明細書および請求項で用いられる構成要素の重量パーセント、寸法、および特定の物理的特性に対する値などを表現している全ての数値は、全ての例において「約」という用語によって修飾されているものと理解されたい。また、本明細書および請求項で用いられる正確な数値は、本発明の付加的な実施形態を形成していることも理解されたい。例において開示される数値については、その正確さを確実にする取組みが行われてきた。しかしながら、任意の測定値は、その各測定技術の標準偏差から結果として生じる若干の誤差を本質的に含み得る。

本発明の説明および請求において本書で単数形が用いられている場合には、少なくとも１つであることを意味し、そうではないことが明確に示されていなければ、「唯一」に限定されるべきではない。このため、例えば「繊維」という用語は、その文脈で明らかに他に示されていなければ、このような繊維を２以上有する実施形態を含む。

本発明は、例えばフュージョンダウンドロー、スロットドロー、フロートプロセスなどの種々の成形技術により生成される板ガラスに適用することができる。

板ガラスの切断されたままのエッジは、例えば、亀裂、鋭利な角部、断面積変化など、板ガラスエッジに沿った応力集中部分としての機能を果たす幾何学的不連続部分を含んでいる可能性がある。すなわち、板ガラスのエッジに加えられた力は、こういった不連続部分に集中し、この不連続部分での応力を局所的に増加させることがある。任意のこの幾何学的不連続部分での応力がガラスの理論上の結合強度を超えると、板ガラスは損傷する可能性がある。起こりうる損傷の一例は、板ガラスを横切る亀裂の伝播である。さらに、従来の機械的罫書きまたはレーザ罫書きのいずれかによる、典型的には角張っている切断されたままのエッジは、衝撃強度が低い。エッジの衝撃により誘発される損傷は、取扱中にシートを破損するもう一つの主原因である。板ガラスに生じる可能性がある損傷を防ぐために、板ガラスエッジにエッジ保護部材を取り付ける。エッジ保護部材は、板ガラスに向けられる任意の力をさえぎり、幾何学的不連続部分の面積と比べて大きい面積上にこの力を分配する。結果として、幾何学的不連続部分に与えられる力およびその結果生じる応力は減少する。さらに、設計されたエッジ保護繊維は、丸い（凸状）形状のため著しく高い衝撃強度を提供し、また表面傷を最小限にすることができる。

保護されるガラスおよび保護された板ガラスアセンブリの衝撃強度を測定する場合には、（量と向き両方について）所定の衝撃モーメントをエッジ面に加える。試験対象物が破損せずに衝撃に耐えて残存する割合を衝撃強度の指標ＩＳとして用いる。保護繊維を接着する前の板ガラスは衝撃強度ＩＳ１を有し、繊維と板ガラスを接着した板ガラスアセンブリは衝撃強度ＩＳ２を有する。本発明の特定の実施形態によると、ＩＳ２≧２・ＩＳ１である。このため、ＩＳ２≧２・ＩＳ１の場合、保護されていない板ガラスが残存する割合をｘとすると、同じ衝撃モーメントを受けたときに保護された板ガラスが残存する割合は少なくとも２ｘである。その他の特定の実施形態では、ＩＳ２≧２．５・ＩＳ１、またはＩＳ２≧３．０・ＩＳ１、あるいはＩＳ２≧４・ＩＳ１である。

板ガラスまたは保護された板ガラスアセンブリの静的接触強度を測定するために、典型的には４点曲げ試験が用いられる。研削および丸み付けされているが保護繊維を接着していない板ガラスは、静的接触強度ＳＣ１を有している。エッジ面に保護繊維が接着されている保護された板ガラスアセンブリは、静的接触強度ＳＣ２を有している。本発明の実施形態において、保護された板ガラスアセンブリに含まれる板ガラスの保護されているエッジ面が切断されたままである（すなわち、それ以上の研削および丸み付けがなされていない）場合でさえ、ＳＣ２≧ＳＣ１である。このため、接着された保護繊維は、少なくともエッジの研削および丸み付けと同程度の静的接触強度増進を実現する。

本発明の特定の実施形態について、添付の図面を参照することにより詳細に説明する。図面における参照符号の意味は以下の通りである。

１００：板ガラスアセンブリ、１０２：エッジ保護部材、成形繊維、１０３：板ガラスの上表面、１０４：板ガラスエッジ面、１０５：板ガラスの底表面、１０６：板ガラス、１０８：保護繊維の接着面、１１０：保護繊維の凸状面、１１２：繊維断面の角部、１１４：繊維断面の角部、１１６：接着材料、１２０：保護用コーティング、１２２、１２４：機械的剥離具、１２７：バネ、１２８：ノズル、１３０：紫外線光源、１３２：位置合わせ固定具、１３４：Ｖ溝、１３６：チャンネル、１３８：壁、１４０：加熱素子、１５０：丸み付けされたエッジの板ガラスモデル、１５２：保護された板ガラスモデル
図１は、エッジ面１０４の接触強度および衝撃強度の両方を向上させるために、板ガラス１０６のエッジ面１０４に複数のエッジ保護部材１０２を接着して有する板ガラスアセンブリ１００を示す。図２は、板ガラス１０６のエッジ面１０４を示している。このエッジ面１０４は板ガラス１０６の上表面１０３および底表面１０５に垂直な板ガラス１０６の側面であり、板ガラス１０６の厚さＴと等しい幅を有している。エッジ面１０４は切断されたままの面、すなわち、板ガラス１０６切断後に仕上げが施されていない面でもよく、典型的には平坦で角張っている。代替として、エッジ面１０４は仕上げプロセスが施されたものでもよい。しかしながら、エッジ保護部材１０２を用いると、衝撃強度を向上させながらエッジ面１０４の仕上げを省略することができる。図１に示す例では、４つのエッジ保護部材１０２が板ガラス１０６の４つのエッジ面１０４に接着されている。各エッジ保護部材１０２は、接着されたエッジ面１０４の衝撃強度を増加させる（切断されたままのエッジ面１０４の衝撃強度をベンチマークとして用いた場合）。追加の、あるいはこれよりも少ないエッジ保護部材１０２を板ガラス１０６のエッジ面１０４を保護するために用いてもよい。図３は、単一のエッジ保護部材１０２を板ガラス１０６のエッジ１０４に接着して板ガラス１０６のエッジ面１０４の衝撃強度を増加させる例を示している。図３に示した例では、エッジ面１０４は連続した表面であるため、単一のエッジ保護部材１０２を使用することができる。エッジ保護部材１０２は、図１に示したような長方形、あるいは図３に示したような丸み付けされた角部を有する長方形の板ガラスへの使用に限定されるものではない。各エッジ保護部材１０２は、線形形状、湾曲形状、または線形および湾曲形状を組み合わせた形状のエッジ面に接着するのに十分な柔軟性を有するように作製することができる。

図１に戻って参照すると、必ずしも板ガラス１０６の全てのエッジ面１０４にエッジ保護部材１０２を接着しなくてもよい。例えば、板ガラス１０６の選択した数のエッジ面１０４にエッジ保護部材１０２を接着することが可能であり、残りのエッジ面１０４は仕上げ工程を施しても切断されたままとしてもよい。しかしながら、本発明の利益を十分に得るためには、板ガラス１０６の全てのエッジ面１０４を１以上のエッジ保護部材１０２で保護した方がよい。ＬＣＤパネル製造時のガラス表面への薄膜の積層やそれ以上の取扱工程など、板ガラス１０６に追加的な製造工程が施されている間、エッジ保護部材１０２を板ガラス１０６のエッジ面１０４に接着したままとすることができる。エッジの保護が不要になったときには、エッジ保護部材１０２を任意の適切な方法を用いて板ガラス１０６から除去してもよい。例えば、板ガラス１０６のエッジ面１０４にごく近い部分を切り取ってエッジ保護部材１０２を切除することもできる。また、エッジ保護部材１０２と板ガラス１０６との間の接着材料を除去してもよい。但し、板ガラス１０６を損傷しないように留意しなければならない。代替として、エッジ保護部材１０２がガラス製品の最終的な外観を乱すことがないと考えられる場合には、不要になってもエッジ保護部材１０２をそのまま残してもよい。

各エッジ保護部材１０２は、成形された繊維である。この成形繊維は、限定されるものではないが、従来のコアを有する繊維を含む。しかしながら、特定の実施形態ではコアのない固体繊維を用いることが望ましい。図２により明瞭に示されているが、成形繊維１０２は、板ガラス１０６のエッジ面１０４に接着する接着面１０８と、板ガラス１０６のエッジ面１０４に向けられた衝撃荷重を受けて拡散させる荷重面１１０とを有する。接着位置において、接着面１０８は板ガラス１０６のエッジ面１０４に沿って位置し、荷重面１１０は接着面１０８および板ガラス１０６のエッジ面１０４から外側に離れていく方向に延びている。この構成において、荷重面１１０は板ガラス１０６のエッジ面１０４に向けられる任意の衝撃荷重をさえぎる。接着面１０８の形状は、成形繊維１０２が取り付けられる予定である板ガラス１０６のエッジ面１０４の形状と適合するように選択してもよい。典型的には、エッジ面１０４が典型的には平坦であろうことから、接着面１０８は平坦面となるであろう。接着面１０８は滑らかでもよいし、ざらつきのあるものでもよい。荷重面１１０は凸状面と表現することができる。「凸状面」という用語は、接着面１０８から外側に離れていく方向に延びている任意の面を表現するために用いられる。図４Ａ〜４Ｆを参照して以下に示すように、「凸状面」は丸いものでも丸くないものでもよい（「丸い」とは、凸状面が、球面、楕円面、放物面、または他の同様な形状の面の一部であるという意味で用いられる）。接着面１０８の場合と同様に、荷重面１１０は滑らかでもよいし、ざらつきのあるものでもよい。成形繊維１０２の断面形状については、略「Ｄ」形状、またはより概略的には非対称であるとさらに表現することができる。典型的には、成形繊維１０２の断面形状は、荷重面１１０の表面積が接着面１０８の表面積よりも大きくなるような形状である。

上述の説明に適合する成形繊維１０２の断面形状の例について、これらに限定されるものではないが、図４Ａ〜４Ｆに示す。図４Ａ〜４Ｆに示すように、荷重面すなわち凸状面１１０は、図４Ｆのように単一面で作られたものでもよく、あるいは図４Ａ〜４Ｅのように面を結合して組み合わせたものでもよい。面の組合せは、結合することにより上記で画定したような凸状面を形成する、平面的なおよび／または湾曲した面を含んでもよい。荷重面すなわち凸状面１１０が面を結合した組合せ（図４Ａ〜４Ｅ）を含む場合、隣接する面の間の角部１１２は、荷重面すなわち凸状面１１０に応力集中部分が生じないように丸み付けられている。荷重面すなわち凸状面１１０と接着面１０８との間の角部１１４は、丸み付けされていてもよいし（図４Ｅおよび４Ｆ）角のあるものでもよい（図４Ａ〜４Ｄ）。

成形繊維１０２の高さおよび幅の選択に対する考察について、図４Ａを参照して説明する。図４Ａには、成形繊維１０２の高さＨおよび幅Ｗが示されている。幅Ｗは接着面１０８に沿って測定され、高さＨは接着面１０８の垂直方向で測定される。幅ＷはＷ＝ｆ×Ｔで与えられ、ここでｆは０．８から１．２の範囲の係数であり、Ｔ（図２）は板ガラス（例えば、図２の１０６）の厚さでありエッジ面（例えば、図２の１０４）の幅でもある。高さＨは、０．３×Ｗより大きく、３×Ｗより小さい。いくつかの例において、成形繊維１０２は比較的柔軟であるため、巻き枠に巻回することができる。この柔軟性は、成形繊維１０２の高さＨを極小さくすることで得られる。いくつかの例では、巻回可能な成形繊維の高さＨは５００マイクロメートルよりも小さい。その他のいくつかの例では、巻回可能な成形繊維の高さＨは４００マイクロメートルよりも小さい。また、いくつかの例では、巻回可能な成形繊維の高さＨは３００マイクロメートルよりも小さい。一般的に言えば、高さＨが小さくなると、成形繊維１０２はより柔軟になるであろう。しかしながら、成形繊維１０２の柔軟性は、成形繊維１０２の強度に対するバランスが保たれていなければならない。成形繊維１０２が巻回可能であることにより、成形繊維１０２の板ガラス（図２の１０６）のエッジへの接着作業が容易になり、また保管スペースを削減することができる。

図２を参照し、成形繊維１０２は、例えば熱膨張率や高温強度などの力学特性が板ガラス１０６と類似している材料または類似するように設計された材料で作製したものでもよい。成形繊維１０２は、有機または無機材料で作製することができる。いくつかの例において、成形繊維１０２の材料は、ガラス、高強度ポリマー、プラスチック、金属、および混合物の中から選択してもよい。いくつかの例では、成形繊維１０２と板ガラス１０６は、０〜３００℃の温度範囲で略同じ熱膨張率（ＣＴＥ）を有している。「略同じＣＴＥ」とは、成形繊維１０２と板ガラス１０６との材料間のＣＴＥの差が、０〜３００℃の温度範囲において、板ガラスの２０％よりも小さいことを意味する。特定の実施形態では、成形繊維１０２と板ガラス１０６との材料間のＣＴＥの差は、０〜３００℃の温度範囲において板ガラスのＣＴＥの１０％よりも小さい。特定の実施形態では、成形繊維１０２と板ガラス１０６との材料間のＣＴＥの差は、０〜３００℃の温度範囲において板ガラスのＣＴＥの５％よりも小さい。他の特定の実施形態では、成形繊維１０２と板ガラスとの材料間のＣＴＥの差は、０〜３００℃の温度範囲において板ガラスのＣＴＥの２％よりも小さい。各成形繊維１０２は、板ガラス１０６のエッジ面１０４に接着材料１１６で固定される。成形繊維１０２と板ガラス１０６との間に強力な接着を形成するために、さまざまな種類の接着材料を用いてもよく、用いられる接着材料の種類は、典型的には成形繊維１０２および板ガラス１０６の材料に依存するであろう。いくつかの例においては、速固性の接着材料が有益である。いくつかの例では、例えば４００℃までの高温耐久性がある接着材料が有益である。いくつかの例では、硬化前は低粘度である接着材料が有益であり、例えばその粘度は１０００センチポアズよりも低い。いくつかの例では、その低粘度は５００センチポアズよりも低い。いくつかの例では、その低粘度は１０センチポアズよりも低い。いくつかの例では、その低粘度は５センチポアズよりも低い。接着材料１１６は、ガラスフリット材料、有機接着剤、またはガラスフリット材料と有機接着剤の組合せの中から選択してもよい。いくつかの例において、接着材料１１６は、その後の板ガラス１０６の処理条件に耐えることができる。適切な接着材料の例として、溶剤を加えなくても透明な紫外線（ＵＶ）硬化性エポキシが挙げられる。紫外線光に露出すると、ＵＶ硬化性エポキシジェルはすぐに硬化して強力な弾性接着を与える。高温接着材料の市販例としては、６５０℃で機能する、Resbond（商標）９４０速固性接着剤およびDurabond（商標）金属複合材料が挙げられる。これらのエポキシ接着材料は、室温または高温で硬化させることができる。硬化時間を短縮するため、接着材料を加熱して、例えばその温度を８０℃から２００℃の範囲としてもよい。加熱は、例えば接着材料の吸収域の動作波長を有する高出力レーザビームなど、任意の適切な熱源を用いて行うことができる。接着材料を加熱すると、接着材料の粘度を減少させることにもなる。接着材料が低粘度の場合には、成形繊維１０２と板ガラス１０６のエッジ面１０４との間の接着材料１１６を薄層とすることができるであろう。成形繊維１０２がガラス材料で作られている場合、接着材料１１６にガラスフリットの薄層を用いることもできる。ガラスフリットは、性能を低下させずに数百度までの高温で機能するように設計することができる。いくつかの例において、ガラスフリットは、鉄、銅、バナジウム、およびネオジムを含む群から選択される１以上の吸収性イオンを含む。ガラスフリットにはさらに、例えばフリットの熱膨張率を低下させて板ガラス１０６および成形繊維１０２の熱膨張率と適合または略適合させる、反転充填剤（inversion filler）や添加充填剤（additive filler）などの充填剤を添加してもよい。いくつかの例示的なフリット組成物については、米国特許第６，９９８，７７６号明細書（Aitken他、２００６）および第７，４０７，４２３号明細書（Aitken他、２００８）で説明されている。

エッジ保護部材１０２として使用するために色々な長さに切断することができる成形繊維は、さまざまなプロセスで作製することができる。一つの例において、成形繊維は繊維延伸プロセスによって製造されたガラス繊維である。このプロセスでは、ガラスのプリフォームまたはロッドを研削して、成形繊維として上述したような形状の成形プリフォームとする。成形プリフォームが有し得る断面の具体例は図４Ａ〜４Ｆに示されている。この成形プリフォームは、その後従来の繊維延伸プロセスを用いて繊維に延伸される。延伸の間、表面張力が最小になるように温度および延伸速度が制御されるため、繊維形状は最初の成形プリフォームの形状と同じあるいは類似したものとなる。機械的疲労の他、環境汚染から保護するために、成形繊維を保護用コーティングの薄層で被覆してもよい。図示のため、図４Ｇに保護用コーティング１２０を備えた図４Ｆの成形繊維を示す。コーティング層の厚さは２０〜１００マイクロメートルの範囲内としてもよい。コーティング材料は、ポリマー、シリコーン、および紫外線照明下で急速に硬化し得るその他の材料から選択してもよい。このコーティングとしては、機械的剥離具または化学溶剤によって容易に除去可能なものが選択される。

成形繊維は、押出成形法によって作製することもできる。成形繊維を押し出すために用いられる機械は、射出成形機に類似したものでもよい。原材料を熔解し、その後金型を通して長い繊維を形成する。金型の形状により繊維の形状が決定される。繊維が金型から押し出されると、急速に冷却されて固体形状となる。長い繊維は保管のため巻き枠に巻回してもよく、あるいは小片に切断して一緒に積み重ねてもよい。上述のプロセスとは異なり、押出しプロセスでは最初に成形プリフォームを作製する必要はなく、このため繊維製造コストが削減される。この方法によって形成された繊維もまた、上述の（かつ図４Ｇに示した）保護用コーティングの薄層で被覆してもよい。

成形繊維はるつぼ法によって作製することもできる。るつぼ法では、底にノズルを有している加熱可能なるつぼに原材料が装填される。原材料は高温で溶融されて液状になりノズルを通って流れ、急速に冷却されてノズルを出るときに繊維が形成される。ノズルの断面形状により繊維の形状が決定される。この方法によって形成された繊維もまた、上述の（図４Ｇに示した）保護用コーティングの薄層で被覆してもよい。

種々の強化技術により、上述のように作製された成形繊維の強度を増進させることができる。例えば、優れた耐疲労性を実現するために、成形繊維の表面にチタニア添加シリカガラスの薄層を積層してもよい（あるいは成形繊維にチタンを添加してもよい）。例えば、米国特許第６，４８７，８７９号明細書（Blackwell他、２００２）では、支持材としての機能を果たすために表面にチタニア添加シリカガラスを積層する方法について説明している。成形繊維を形成する繊維延伸方法では、プリフォームまたは延伸された繊維にチタンを添加してもよい。

成形されたガラス繊維をイオン交換によって化学的に強化することもできる。例えば、米国特許第５，６７４，７９０号明細書（Araujo、１９９７）では、イオン交換による化学強化について説明している。典型的には、ガラス繊維構造内に、Ｋ^＋などの大きいアルカリ金属イオンと交換し得るＬｉ^＋およびＮａ^＋などの小さいアルカリ金属イオンが存在していると、ガラス繊維組成物はイオン交換による化学強化に適している状態となる。イオン交換プロセスは、典型的にはガラスの遷移温度を超えない昇温範囲で起こる。ガラス繊維を、アルカリ金属塩を含む溶融層の中に浸すが、このアルカリ金属はガラスに含まれるアルカリ金属イオンよりも大きいイオン半径を有している。ガラスの中のより小さいアルカリ金属イオンは、より大きいアルカリ金属イオンと交換される。例えば、Ｎａ^＋を含んでいる板ガラスを溶融硝酸カリウム（ＫＮＯ₃）の層に浸してもよい。溶融層内に存在している、より大きいＫ^＋はガラス内のより小さいＮａ^＋と置換される。以前はＮａ^＋に占められていた位置に大きいカリウムイオンが存在するため、ガラスの表面またはその付近では圧縮応力が生成される。ガラス繊維はイオン交換に続いて冷却される。ガラス内でのイオン交換の深さは、ガラス繊維組成物によって制御される。強化技術が適切に実行されると、傷のつき難い繊維または繊維表面を形成することができる。

成形繊維の強度を増進する別の手法として、繊維を上述したような保護材料でコーティングするものが挙げられる。この保護材料は、繊維が運搬または巻回される間、繊維を保護する。一旦繊維が板ガラスのエッジに取り付けられるとコーティングは使命を終え、繊維から除去してもよい。このため、このコーティングは、機械的器具を用いるものや燃焼などの従来の機械的方法で、あるいは化学溶剤内で溶解することによって、繊維から除去できるものでもよい。コーティングの除去は、板ガラスエッジに繊維を接着させる間に行ってもよいし、その前に行ってもよい。

図５Ａは、板ガラス１０６のエッジ面１０４に上から成形繊維１０２を設置する方法を示している。成形繊維１０２は巻き枠（図示なし）から引き出してもよい。この例では、成形繊維１０２は保護コーティング１２０の層を有している。保護コーティング１２０は、成形繊維１０２が板ガラス１０６のエッジ面１０４に設置されるときに除去してもよい。繊維表面を傷つけずに柔らかいコーティングを除去する、機械的コーティング剥離具１２２、１２４を用いることもできる。図５Ｂでは、接着材料１１６が板ガラスエッジ面１０４上にノズル１２８を通して設置されている。このノズルは、板ガラス１０６の厚さよりもわずかに小さい開口を有し、かつ板ガラス１０６のエッジ面１０４に沿って移動する。成形繊維１０２の上方の機械的コーティング剥離具１２２は、位置保持具としての機能を果たし、成形繊維１０２と板ガラスのエッジ面１０４とを位置合わせして保持し、かつ成形繊維１０２が板ガラス１０６のエッジ面１０４と十分に接触するように成形繊維１０２に力を加える。図５Ｃおよび５Ｄに示すように、板ガラス１０６のエッジ面１０４に下から成形繊維を設置するために同様の手順を使用してもよい。図５Ｃおよび５Ｄの方法では、板ガラス１０６のエッジ面１０４に替えて繊維１０２上に接着材料１１６を設置する。接着材料１１６を備えた繊維１０２を、その後板ガラス１０６のエッジ面１０４と接触させる。

成形繊維１０２、接着材料１１６、およびエッジ面１０４が適切に位置付けられると、成形繊維１０２と板ガラス１０６のエッジ面１０４との間に確実に強力な接着を形成するように追加のプロセスを実行してもよい。例えば、接着材料１１６がＵＶ硬化性エポキシである場合には、紫外線光源１３０（図５Ｂおよび５Ｄ）を用いて接着材料を硬化させてもよい。代替として、接着材料１１６が熱活性型の接着材料である場合には、紫外線光源１３０を適切な熱源に置換し、必要な熱を加えて接着材料を活性化させてもよい。接着材料がガラスフリットである場合には、フリットを例えばレーザや赤外線ランプなどの照射源によって溶解し、この手法においてはフリットにより板ガラス１０６のエッジ面１０４と成形繊維１０２との間に強力な密閉層が形成される。これらの付加的な接着プロセスは、成形繊維１０２および接着材料１１６の部分が板ガラス１０６のエッジ面１０４上に位置付けられたときに行ってもよい。板ガラス１０６のエッジ面１０４への成形繊維１０２の接着が連続したプロセスとなるように、ノズル１２８、機械的剥離具（図５Ａの１２２、１２４）、および紫外線光源１３０（または、事例により熱源または照射源）を台（図示なし）上に取り付け、板ガラス１０６のエッジ面１０４に沿って移動させてもよい。

図６Ａは、成形繊維１０２を板ガラス１０６のエッジ面１０４に取り付ける別の方法を示している。この事例において成形繊維１０２は、板ガラス１０６のエッジ面１０４に成形繊維１０２を接着する前に除去する必要がある保護用コーティングを備えていない。この方法では、Ｖ溝１３４とＶ溝１３４上方のチャンネル１３６とを備えた位置合わせ固定具１３２が提供される。成形繊維１０２は、平坦な面１０８を上にしてＶ溝１３４内に設置され、接着材料１１６が成形繊維１０２の接着面１０８に塗布される。その後、板ガラス１０６がチャンネル１３６内に装填され、板ガラス１０６のエッジ面１０４は成形繊維１０２の接着面１０８と接触する。チャンネル１３６内のバネ部材１２７により板ガラス１０６はチャンネル１３６内の中心に寄せられ、板ガラス１０６は成形繊維１０２と位置合わせされる。一旦板ガラス１０６のエッジ面１０４が成形繊維１０２の接着面１０８と接着材料１１６を通して接触すると、エッジ面１０４と成形繊維との間に強力な接着を形成するように、上述したような接着材料１１６の性質に応じて追加のプロセスが実行される。例えば、接着材料１１６がＵＶ硬化性エポキシまたは接着材料である場合には、紫外線光源１３０からの紫外線光を接着材料１１６の硬化に使用できるように、位置合わせ固定具１３２の壁の少なくとも１つ、例えば壁１３８を、紫外線光に対して透過なものとすることもできる。代替として、図６Ｂに示すように、接着材料１１６が熱硬化性の接着材料である場合には、位置合わせ固定具１３２が１以上の加熱素子１４０を含み、成形繊維１０２または板ガラス１０６を加熱して接着材料１１６を短時間で硬化させることもできる。接着材料１１６がガラスフリットである場合には、適切な方法を用いて接着材料１１６を照射に露光することができる。

図６Ｂのように、板ガラス１０６を成形繊維１０２と位置合わせ固定具１３２内で接触させる前に、接着材料１１６を板ガラス１０６のエッジ面１０４に塗布してもよい。接着材料１１６は、比較的迅速な技術を用いて塗布することができる。例えば、板ガラス１０６の長さよりも長い容器（図示なし）に接着材料を充填して平らにし、その後、板ガラス１０６のエッジ面１０４が容器内の接着材料に触れたときにエッジ面１０４全体が接着材料の均一層で湿るように、板ガラス１０６を容器内の接着材料の表面と位置合わせすることもできる。代替として、接着材料を板ガラス１０６のエッジ面１０４にスタンピング技術を用いて塗布してもよい。この技術は、例えばスポンジなどの多孔質材料（図示なし）に接着材料を染み込ませ、板ガラス１０６のエッジ面１０４をこの多孔質材料に接触させる工程を含む。多孔質材料が圧搾または加圧されると、接着材料は気泡から流れ出し、多孔質材料が表面を離れた後も板ガラス１０６のエッジ面１０４に残ることになる。接着材料が塗布された板ガラス１０６はその後位置合わせ固定具１３２内に装填され、成形繊維１０２と接触する。任意の追加のプロセスを用いて上記で説明したように接着材料を硬化させることができる。

成形繊維が板ガラスエッジに接着剤で接着されているときに板ガラスを損傷から保護する成形繊維の有効性を評価するため、有限要素解析（ＦＥＡ）を利用した。

実施例１
図７Ａおよび７Ｂは、ＦＥＡにおいて用いられるモデルを示している。図７Ａに示したモデルは、丸み付けされたエッジを備えた板ガラス１５０である。丸み付けされたエッジは応力減少の観点において最高の性能を実現するため、このモデルはベンチマークとしての機能を果たす。図７Ｂに示したモデルは、板ガラスエッジにエポキシで接着された保護ガラス繊維を備えた、上述のように保護された板ガラス１５２である。図７Ａおよび７Ｂに示すように、ＦＥＡでは半対称（half-symmetry）が使用された。平面歪み状態が仮定された。接触界面が両モデルに対して画定された。０．００１ｍｍの荷重変位を各接触界面のターゲット面上に加え、各板ガラスのエッジを圧迫した。

ＦＥＡによると、最大第１主応力は、丸み付けされたエッジの板ガラスでは９９．７ＭＰａ（図８Ａ）であり、成形繊維で保護された板ガラスでは９６．１ＭＰａ（図８Ｂ）であることが分かった。最大第１主応力における差は５％よりも小さく、エッジ保護の観点からは本質的に同等である。成形繊維で保護された板ガラスでは、シートの角部付近での最大第１主応力はわずか４．３３ＭＰａであった（図９Ａ）。成形繊維を用いると、角部での最大応力は２０倍を超えて減少する。図９Ｂは、板ガラスと成形繊維との間のエポキシの薄層に亘る応力分布を示したものであり、ここでの最大第１主応力は７．６３ＭＰａと、繊維表面上よりも著しく低かった。（保護された板ガラスに対して上記で報告された最大第１主応力９６．１ＭＰａは、繊維表面上で生じたものである。）この結果、板ガラスに成形繊維を取り付けることにより、エッジに生じる亀裂や損傷が著しく減少し、このため板ガラスに対して優れた保護を実現することができることは明らかである。

本発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明に対する種々の改変および変形を作製できることは当業者には明らかであろう。このため、本発明は、添付の請求項およびその同等物の範囲内で提供される本発明の改変および変形を含むと意図されている。

１００ 板ガラスアセンブリ
１０２ エッジ保護部材
１０４ エッジ面
１０６ 板ガラス
１０８ 接着面
１１０ 凸状面
１１６ 接着材料
１２０ 保護用コーティング
１２２、１２４ 機械的剥離具

Claims (9)

1. 板ガラスアセンブリであって、
   エッジ面を有する板ガラス、
   前記板ガラスの前記エッジ面に接着された第１面と、前記エッジ面に接着されていない、荷重を受けるための凸状第２面とを有している成形繊維、
   を備えていることを特徴とする板ガラスアセンブリ。
2. 前記エッジ面の幅に対する前記成形繊維の幅の比率が０．８から１．２の範囲内であることを特徴とする請求項１記載の板ガラスアセンブリ。
3. 前記板ガラスの前記エッジ面が、成形繊維が接着されていないとき第１衝撃強度ＩＳ１を有し、
   前記板ガラスアセンブリが第２衝撃エッジ強度ＩＳ２を有し、かつ、
   ＩＳ１が最大でもＩＳ２の半分であることを特徴とする請求項１または２記載の板ガラスアセンブリ。
4. 前記エッジ面が切断されたままのものであり、かつさらなる研削および研磨が施されていないことを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の板ガラスアセンブリ。
5. 前記エッジ面が丸み付けおよび研削されている場合、該エッジ面が第１静的接触強度ＳＣ１を有し、
   前記板ガラスアセンブリが第２静的接触強度ＳＣ２を有し、かつ、
   ＳＣ２≧ＳＣ１であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の板ガラスアセンブリ。
6. 前記エッジ面に前記成形繊維を接着する接着材料が、（i）ガラスフリット材料、（ii）有機接着剤、および（iii）(i)および(ii)の組合せ、の中から選択されることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の板ガラスアセンブリ。
7. 前記成形繊維が、イオン交換されたおよび／またはチタンが添加された表面を有していることを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載の板ガラスアセンブリ。
8. 保護されるエッジ面を有する板ガラスを保護する方法であって、
   （I）前記エッジ面に接着される第１面と、凸状の第２面とを有している成形繊維を提供する工程、
   （II）前記板ガラスの前記エッジ面に対向させて前記成形繊維の前記第１面を設置する工程、および
   （III）前記成形繊維の前記第１面を前記板ガラスの前記エッジ面に接着する工程、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 工程（I）が、工程(Ic)の後に、
   （Id）Ｄ型成形繊維にイオン交換されたおよび／またはチタンが添加された表面を施す工程、
   をさらに含むことを特徴とする請求項８記載の方法。

Images