JP2013542164A - 化学強化特性を変化させるためのガラスのアニーリング - Google Patents

Abstract

ガラス部材の化学強化特性を向上させる装置、システム及び方法が開示される。一態様によれば、フュージョンプロセス又はフロートプロセスにより形成されるガラス部品を処理する方法は、ガラス部品をアニーリングする工程と、そしてガラス部品を化学強化する工程と、を含む。ガラス部品をアニーリングする工程は、ガラス部品を第１の温度で加熱する工程と、第１の温度を維持する工程と、制御された冷却プロセスを用いてガラス部品を第２の温度へと冷却する工程と、を少なくとも含む。ガラス部品を化学強化する工程は、ガラス部品に含まれるイオンと化学強化浴に含まれるイオンとの間でのイオン交換を促進する工程を含む。

Description

本開示は、概してガラス形成プロセスに関し、特に、ガラス部材の化学強化特性を修正するための化学強化プロセスの前においてガラス部材のアニーリングプロセスを用いることに関する。

例えばガラスカバーとガラスディスプレイとのうちの少なくとも一方のようなガラス部品は、ハンドヘルド電子デバイスにおいてよく用いられている。ガラス部品に合理的なレベルの強度を与えることは、ガラス部品の破損可能性を減らすためにきわめて重大である。ハンドヘルド電子デバイスはよく落とされ又はその他手荒く取り扱われるために、落とされ又は手荒く扱われた後にガラス部品が壊れる可能性を減らすことが望ましい。この目的のために、ガラス部品の強度を向上させるために、ガラス部品はよく化学的に処理される。

概して、ポットメルトガラスのようなゆっくりと冷却されたガラスは、ハンドヘルド電子デバイスにおいて用いられるガラス部品として望ましい質を有する。例えば、ポットメルトガラスは、ハンドヘルド電子デバイスにおいて用いるのに特に適するようにポットメルトガラスを変えるような化学強化特性及び熱履歴を有する。

薄いガラスシートを生産するほとんどの大量生産プロセス、すなわち比較的多量の部品の生産プロセスは、比較的速い冷却を必要とする。一方でポットメルトプロセスは、実質的にアニーリングされている、ゆっくりと冷却されたガラスを生産する。

フュージョンプロセス及びフロートプロセスを含む、ガラスを生産するために用いられる大量生産プロセスは、一般的に、ポットメルトプロセスによれば達成されるかもしれないような望ましい熱特性及び化学強化特性を有するガラスを生産しない。しかしながら、特に大量のガラス部品、例えばハンドヘルド電子デバイスのためのカバーガラス、が生産される場合には、このような大量生産プロセスがよく用いられる。

したがって、望まれているのは、ポットメルトガラスにおいて見出される特性に類似した特性を有するガラスを大量生産プロセスが生産することを可能とする、方法及び装置である。

本発明は、ガラスに適用される後続の化学強化プロセスの効果を向上させるように、ガラスをアニーリングするための装置、システム、及び方法に関する。例えば、本発明の実施形態は、フュージョンプロセス及びフロートプロセスによって生産されるガラスの熱特性及び化学強化特性を向上させることができる。

ガラスのアニーリング及び化学強化のための装置、システム及び方法は、例えばハンドヘルド電子デバイス、例としては携帯電話、メディアプレーヤ、ユーザ入力デバイス（例えばマウス、接触感知デバイス）、携帯情報端末、リモートコントロール等のような比較的小さいフォームファクタの電子デバイスへと組み立てられてもよいガラス片を生産する。この装置、システム及び方法は、ポータブルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ディスプレイ、モニタ、テレビ等を含むがこれらには限定されない、他の比較的大きいフォームファクタの電子デバイスのためのカバー又はディスプレイのようなガラス片のためにも用いられうる。

本発明の実施形態は、方法、システム、デバイス又は装置（一時的な信号を収録するコンピュータ読み取り可能な媒体を含む）を含む多くの方法で実現されてもよい。本発明のいくつかの実施形態が以下に説明される。

一態様によれば、フュージョンプロセス又はフロートプロセスにより形成されるガラス部品を処理する方法は、ガラス部品をアニーリングする工程と、そしてガラス部品を化学強化する工程と、を含む。ガラス部品をアニーリングする工程は、ガラス部品を第１の温度で加熱する工程と、制御された冷却プロセスを用いてガラス部品を第２の温度へと冷却する工程と、を少なくとも含む。ガラス部品を化学強化する工程は、ガラス部品に含まれるイオンと化学強化浴に含まれるイオンとの間でのイオン交換を促進する工程を含む。一実施形態において、ガラス部品はフロートプロセスにより形成されたアルミノケイ酸ガラスである。このような実施形態において、第１の温度はおよそ５４０℃とおよそ５５０℃との間であってもよい。

他の実施形態によれば、フュージョンプロセス又はフロートプロセスにより形成されたガラスシートを処理する方法は、ガラスシートをアニーリングする工程と、ガラス部品を形成するようにガラスシートを機械加工する工程と、ガラス部品を化学強化する工程と、を含む。ガラスシートをアニーリングする工程は、ガラスシートを第１の温度で加熱する工程と、制御された冷却プロセスを用いてガラスシートを第２の温度へと冷却する工程と、を少なくとも含む。ガラスシートを機械加工する工程は、ガラスシートからガラス部品を作製する工程を含む。ガラス部品を化学強化する工程は、ガラス部品に含まれるイオンと化学強化浴に含まれるイオンとの間でのイオン交換を促進する工程を含む。

本発明は、これらの方法を実行するようにデバイスを制御するための、コンピュータ読み取り可能又は機械読み取り可能な媒体（例えば有形の格納媒体）に格納されたソフトウェア（又はコンピュータプログラムコード）だけでなく、本発明の態様を実現するように構成された他の実施形態を提供する。

本発明の他の態様及び利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面と組み合わせて理解される以下の詳細な説明から明らかとなるだろう。

本明細書に組み込まれ本明細書の一部を構成する添付の図面は、例示的な実施形態の説明とともに１以上の例示的な実施形態を説明し、明細書に関連する原理及び実施例の説明に役に立つ。

本発明の一実施形態に従う、ガラス部品を強化する第１の方法を説明するプロセス流れ図である。 本発明の一実施形態に従う、ガラス部品を強化する第２の方法を説明するプロセス流れ図である。 本発明の一実施形態に従う、ガラスを強化するプロセスを表す図式表現である。 本発明の一実施形態に従う、時刻ｔ１において化学強化浴へと導入された、アニーリングされたガラス部品を表す。 本発明の一実施形態に従う、時刻ｔ２においてイオン交換プロセスを行っている、アニーリングされたガラス部材、例えば図３Ａのアニーリングされたガラス部材３０４を表す。 本発明の一実施形態に従う、化学強化されるアニーリングされたガラスを生産するアニーリングプロセスにおいて用いられるパラメータを決定する方法を説明するプロセス流れ図である。 本発明の一実施形態に従う、例示的なアニーリングプロファイルの図式表現である。 ハンドヘルド電子デバイスの図式表現である。

本発明は、ガラス部材の圧縮応力を改善する装置、システム及び方法に関する。ガラス部品に対して化学強化プロセスを適用する前にガラス部品をアニーリングすることにより、ガラス部品を化学強化することによって得られる圧縮応力が増加しうる。ガラス部品において大きい圧縮応力が得られることにより、改善した強度と、少なくともいくつかの信頼性の基準における改善した性能とが得られうる。ガラス部品をアニーリングすることは、高温にガラス部品を熱することと、少なくともガラス部品の表面、例えばおもて面、においてより大きい密度が達成されるように、ガラス部品をゆっくりと冷却することとを含む。ガラス部品の少なくとも表面において大きい密度が達成されると、続くイオン交換はより強いガラス部品を与えるだろう。ガラス部品がこの温度まで熱せられる高温はアニーリング温度、言い換えるとガラスが変形することなく応力を緩和しうる温度である。

本発明の装置、システム、及び方法は、例えばハンドヘルド電子デバイス、例としては携帯電話、メディアプレーヤ、ユーザ入力デバイス（例えばマウス、接触感知デバイス）、携帯情報端末、リモートコントロール等のような比較的小さいフォームファクタの電子デバイスへと組み立てられるのに適したガラス部材のようなガラス部品の形成を可能とする。本発明の装置、システム、及び方法はまた、ポータブルコンピュータ、タブレットコンピュータ、ディスプレイ、モニタ、テレビ等のような他の比較的大きいフォームファクタの電子デバイスのためのガラスカバー又はディスプレイのためにも用いられうる。

化学強化プロセスの前にアニーリングプロセスを用いてガラスを強化するという文脈において、実施形態が本明細書で説明される。以下の詳細な説明は説明のためのものにすぎず、どうあろうと限定することは意図されていない。他の実施形態も、自身のことを本開示の利益を得た当業者に対してたやすく示唆するだろう。添付の図面に例示されている実施例に対する詳細な言及がここでなされる。図面及び以下の詳細な説明にわたって、同一の又は同様の部品を参照するために、同じ参照指標が概して用いられるだろう。

明確化のために、本明細書に記載の実施例の常套的な特徴は、全てが示され説明されるわけではない。もちろん、任意のこのような実際の実施例の開発においては、例えば適用例及び商売に関係する制約への適合のような開発者の特有の目標を達成するために、数多くの実施例特有の決定がなされる必要があり、これらの特有の目標は実施例ごとに異なり、かつ開発者ごとに異なることが理解されるだろう。さらに、このような開発上の努力は複雑かつ時間がかかるものであるかもしれないが、それでもなお、本開示の利益を得る当業者にとっては、定型的なエンジニアリングの試みであろうことが理解されるだろう。

大量生産されたフロートガラス、及び例えばフュージョンプロセスガラスのような他の大量ガラスプロセスから得られたガラス、をアニーリングすることは、ガラスに対して、実質的にゆっくりとした冷却を要求することなく、ポットメルトガラスのようなゆっくりと冷却されたガラスの熱履歴と同様の熱履歴を与える。化学強化プロセスの前にガラスに対して適用されるアニーリングプロセスは、ガラス部品に適用されることもできるし、又はガラス部品がここから切断され又は別の方法で形成されるようなガラスシートに対して適用されることもできる。図１Ａを参照して、ガラス部品が形成された後にガラス部品をアニーリングすることを含むガラス部品の強化プロセスを、また図１Ｂを参照して、ガラスシートからガラス部品を形成するのに先立ってガラスシートをアニーリングすることを含むガラス部品の強化プロセスを、説明する。

図１Ａは、本発明の実施形態に従ってガラス部品をアニーリングすることを含む、ガラス部品の強化方法を説明するプロセスフロー図である。ガラス部品の強化方法１０１は、ガラス部品が形成されるステップ１０５で開始される。ガラス部品の形成は、フロートプロセス又はフュージョンプロセスを用いることを含んでもよい。当業者には理解されるであろうように、フロートプロセスは一般的に、溶融ガラスを例えばスズのような溶融金属の表面に浮かべさせ、溶融ガラスを冷却することを伴う。フュージョンプロセスは一般的に、原材料を混合して、溶融ガラスを生成するように溶融され調節されるガラス組成物とすることを伴う。溶融ガラスは、トラフ（樋）の両側から均等に流れるまでトラフへと供給される。ガラスは再結合し、すなわち融合（フュージョン）し、連続した平らなガラスシートを形成するように下方へ引っ張られ、溶融ガラスのあふれ（オーバーフロー）トラフから空気中へとガラスシートが形成される。フロートプロセス又はフュージョンプロセスが、ガラス部品が得られるガラス部品の形成につながるのであれば、ガラス部品の形成はガラスシートの機械加工（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ）を含んでいてもよい。ガラスシートの機械加工は、ガラスシートから得られたガラス部品のスクライビング、ブレーキング、切断、研削及び研磨を含むがこれらには限定されないうちの少なくとも１つを含んでいてもよい。

ステップ１０５でガラス部品が形成された後で、ステップ１０９でガラス部品はアニーリングされる。ガラス部品のアニーリングは、一般的に、ガラス部品を第１の時間の間比較的高い温度にさらし、ガラス部品を第２の時間の間制御された冷却にさらし、ガラス部品を第３の時間の間空冷させることを含む。アニーリングに関連する例えば時間及び温度のようなパラメータは、図４に関係して以下に議論されるように、任意の数の要因に基づいて決定されうる。しかしながら、一般的に、アニーリングに関連するパラメータは、ガラス部品の組成及びガラス部品の形成において用いられる技術に依存するだろう。例えば、アルミノケイ酸ガラスからフュージョンによりガラス部品が形成される場合に用いられるパラメータは、ソーダライムガラスからフロートによりガラス部品が形成される場合に用いられるパラメータとは異なるだろう。ガラス部品の寸法もまた、アニーリングに関連するパラメータの決定における要因となるだろう。

ガラス部品がアニーリングされると、ステップ１１３で、ガラス部品の表面は機械加工されてもよい。ガラス部品の表面の機械加工は、アニーリングと化学強化とのうちの少なくとも一方によって表面上に残された欠陥を実質的に取り除くためにガラスを研磨することを含んでもよい。

ステップ１１７で、ガラスに対して化学強化が行われる。一般的に、ガラス部品の化学強化は、イオン交換浴中にガラス部品を置く、例えば浸すことを含む。イオン交換浴の成分、並びに浴の温度及びガラス部品が浴にさらされる時間は、ガラス部品の大きさ、ガラス部品の組成、及びガラス部品において望まれる圧縮応力を含むがこれらには限定されないうちの少なくとも１つを含む要因に依存して変化するだろう。ガラス部品が化学強化されると、ガラス部品を強化する方法は完了する。

上述したように、ガラス部品をアニーリングする代わりに、ガラスシートからガラス部品が形成されるのに先立ってガラスシートがアニーリングされてもよい。図１Ｂは、本発明の一実施形態に従う、アニーリングされたガラスシートからガラス部品を形成することを含む、強化されたガラス部品を作成する方法を説明するプロセス流れ図である。強化されたガラス部品を作成する方法１２１は、ガラスシート又はマザーシートが形成されるステップ１２３で始まる。一実施形態において、ガラスシートはフュージョンプロセスを用いて形成されたアルミノケイ酸ガラスシートであってもよい。他の実施形態において、ガラスシートはフロートプロセスを用いて形成されたソーダライムガラスであってもよい。プロセスフローはステップ１２３からステップ１２５へと移動し、ここでガラスシートはアニーリングされる。ガラスシートは、典型的には、続いてガラスシートから形成されるガラス部品よりもサイズが大きい。ガラスシートをアニーリングすることは、一般的に、ガラスシートを熱することと、ガラスシートを制御された冷却にさらすことと、ガラスシートを第２の冷却フェーズ、例えば空冷にさらすことと、を含む。

ガラスシートがアニーリングされた後で、ステップ１２９においてガラスシートはガラス部品を作製するために機械加工される。ガラスシートを機械加工することは、ガラスシートからのガラス部品のスクライビング、ブレーキング、切断、研削及び研磨を含むがこれらには限定されないもの含む。アニーリングがいくらかの応力をガラスシートから取り除くために、アニーリングされたガラスシートの機械加工は、アニーリングされていないガラスシートの機械加工よりも複雑ではないだろう。

ガラス部品を形成するようにガラスシートが機械加工されると、プロセスフローはステップ１２９からステップ１３３へと移動し、ここではガラス部品に対して化学強化が行われる。ガラス部品を化学強化すると、強化されたガラス部品を作製する方法は完了する。

図２は、本発明の一実施形態に従う、ガラスを強化するプロセス全体の図式表現である。ガラス部品であってもガラスシートであってもよいガラス２０４は、アニーリングオーブン２０８、又はより一般的にはアニーリング環境へと供給される。アニーリングオーブン２０８は、ガラス２０４が熱せられる所望の温度を維持し、制御された冷却へとガラス２０４をさらすように構成されている。一実施形態において、アニーリングオーブン２０８中でガラス２０４が制御された冷却にさらされた後で、例えばコンベヤーベルトによって、ガラス２０４は、空気中で又は実質的に制御されていない環境中でガラス２０４が冷えることを可能とする冷却装置２１２に供給される。しかしながら、空気中での冷却が代わりにアニーリングオーブン２０８中で起こってもよいことが理解されるべきである。空冷が完了すると、アニーリングされたガラス２０４'が実質的に形成される。

アニーリングされたガラス２０４'は、化学強化プロセス２１６を受ける。ガラス２０４がガラスシートである場合、アニーリングされたガラス２０４'が、化学強化プロセス２１６にさらされる前にガラス部品を形成するように機械加工されてもよいことが理解されるべきである。一般的に、化学強化プロセス２１６により、アニーリングされたガラス２０４'の表面とイオン交換浴との間でイオンが交換される。イオン交換浴は典型的にカリウムを含み、イオン交換浴中のカリウムイオンはアニーリングされたガラス２０４'の中のナトリウムイオンとのイオン交換に関わるだろう。化学強化プロセス２１６は、実質的にアニーリングされたガラス２０４'を強化し、アニーリングされたガラス２０４'の強度の向上につながる。化学強化されたアニーリングされたガラス２０４'は、アニーリングされていない化学強化されたガラス（不図示）と比べてより大きい圧縮応力を有する。

次に図３Ａ及び３Ｂを参照して、アニーリングされたガラスの化学強化が説明される。図３Ａは、本発明の一実施形態に従う、時刻ｔ１において化学強化浴へと導入された、アニーリングされたガラス部品を表す。時刻ｔ１において、アニーリングされたガラス３０４は、化学強化浴３１６、例えばカリウムを含むイオン交換浴、へと導入される。アニーリングされたガラス３０４は、ガラス部品の形をとっていてもよいし、ガラスシートの形をとっていてもよい。アニーリングされたガラス３０４が化学強化浴３６に導入されると、イオン交換プロセスが時刻ｔ２に開始するだろう。図３Ｂは、本発明の一実施形態に従う、時刻ｔ２においてイオン交換プロセスを行っている、アニーリングされたガラス部材３０４を表す。アニーリングされたガラス３０４が化学強化浴３１６に実質的に浸された時に、化学強化浴３１６中のカリウムイオンと、アニーリングされたガラス３０４中のナトリウムイオン、より詳細にはアニーリングされたガラス３０４の表面又は表面付近に位置するナトリウムイオンとの間での、イオン交換が起こる。イオン交換は、アニーリングされたガラス３０４上の、強化された表面３２０又はおもて面を生み出す。一実施形態において、表面３２０は、化学強化されたがアニーリングされていないガラス片（不図示）の表面よりも、大きい圧縮応力を有する。例として、アニーリングされたガラス３０４がフロートプロセスを用いて作製される場合、アニーリングされたガラス３０４は、アニーリングされていないフロートガラス片において達成可能なものより大きい圧縮応力を有し、アニーリングされたガラス３０４の圧縮応力は、比較用のゆっくりと冷却されたガラス片に関連する圧縮応力に近づく。ゆっくりと冷却されたガラスの一つの例は、ポットメルトガラスである。

強化された表面３２０に関連する厚さ又は深さは、大きく変化しうる。イオン交換プロセスの長さとともに、アニーリングされたガラス３０４の厚さは、強化された表面３２０の厚さに影響を与える要因の一つである。一実施形態において、アニーリングされたガラス３０４の厚さは、およそ３ミリメートル以下、例としては１ミリメートル以下でありうる。強化された表面層の深さは、約０．０４５ミリメートルと０．６０ミリメートルとの間でありうる。

上述のように、アニーリングプロセスに関連するパラメータは大きく変化しうる。一実施形態において、アニーリングプロセスに関連するパラメータは、続く化学強化を通して、ガラスシート又はガラス部品において、所与の、例えば所望の、圧縮応力を達成するために適切なように修正されうる。結果として、より短いサイクル時間と、化学強化プロセスにおいて用いられる強化浴の化学薬品のより回数の少ない交換と、の少なくとも一方が達成されてもよく、こうして化学強化プロセスに関連する費用が削減される。

図４は、本発明の一実施形態に従う、化学強化されるアニーリングされたガラスを生産するアニーリングプロセスにおいて用いられるパラメータを決定する方法を説明するプロセス流れ図である。アニーリングプロセスにおいて用いられるパラメータを決定する方法４０１は、アニーリングされるガラスの組成及びガラスを形成するために用いられるプロセスが特定されるステップ４０５において開始する。ガラスの組成及びガラスを形成するために用いられるプロセスが特定されると、ステップ４０９においてガラスについての歪点が決定される。一実施形態においては、ガラスの軟化点がまた決定される。

ガラスについての歪点が決定された後で、プロセスフローはステップ４１３に移動し、ここではガラスについてのアニーリング温度が決定される。ガラスについてのアニーリング温度、例えばアニーリングプロセス中にガラスが熱せられる最も高い温度は、ガラスの歪点に関連する温度よりも少し低くてもよく、又は歪点に関連する温度と軟化点に関連する温度との間の範囲に入ってもよい。一実施形態において、フュージョンプロセスを用いて形成されたアルミノケイ酸ガラスについては、ガラスの歪点に関連する温度、すなわち「歪温度」はおよそ５５６℃であり、アニーリング温度はおよそ５４０℃とおよそ５５０℃との間であってもよい。

ステップ４１７において、選択されたアニーリング温度でガラスを熱する時間の長さが決定される。一般的に、ガラスは実質的にどんな長さの時間アニーリングされてもよい。一実施形態において、ガラスは最大でおよそ４時間までアニーリングされる。およそ１時間より長くおよそ４時間までの時間の間およそ５４０℃のアニーリング温度でアニーリングされたガラスは、アニーリングされていないガラスと比べて、化学強化された後により高い強度を有することが観察された。およそ４時間の間およそ５５０℃のアニーリング温度でアニーリングされたガラスは、化学強化プロセスの後に、ポットメルトガラスの強度に近い強度を有することがまた観察された。

ガラスを熱する時間の長さが決定されると、ステップ４２１において、制御された冷却の速度と、制御された冷却の目標温度とが決定される。制御された冷却の時間の長さもまた、決定されてもよい。例えば、制御された冷却の速度はおよそ１分あたり１／２℃であってもよく、制御された冷却が、ガラス内で到達したピーク温度から全体でおよそ１５０℃の冷却のために、およそ５時間にわたって起こってもよい。

ステップ４２５において、制御された冷却の後のガラスの空冷時間の長さが決定される。この時間の長さは変化してもよく、制御された冷却の終了の際に達成される温度と、ガラス部品の厚さと、冷却環境とのうちの少なくとも１つに、少なくとも部分的に依存するだろう。一実施形態においては、ガラスが室温に到達した際に、ガラスは十分に冷却され、化学強化の用意ができたものと考えられてもよい。ガラスの空冷時間の長さが決定された後で、アニーリングプロセスにおいて用いられるパラメータを決定する方法は完了する。

図５は、本発明の一実施形態に従う、２つの例示的なアニーリングプロファイルの図式表現である。第１のプロファイル５３０及び第２のプロファイル５３４は、説明の目的で提供されたものであり、一定の比例に応じて描かれてはいないことを理解すべきである。説明された実施形態において、第１のプロファイル５３０及び第２のプロファイル５３４は、ともに、同じプロセスを用いて形成された同じ種類のガラス、例えばフュージョンプロセスを用いて形成されたアルミノケイ酸ガラスに関連する。

第１のプロファイル５３０はアニーリングされたガラス、例えばガラス部材、に関連する温度プロファイルである。第１のプロファイル５３０は、歪温度Ｔ（ｓｔｒａｉｎ）よりも高いが軟化温度Ｔ（ｓｏｆｔ）よりも低いアニーリング温度Ｔ１を有する。一般的に、アニーリング温度Ｔ１は歪温度Ｔ（ｓｔｒａｉｎ）のおよそ９５パーセントとおよそ１０５パーセントとの間でありうる。第１のプロファイル５３０に示されるように、アニーリング温度Ｔ１は、温度がアニーリング温度Ｔ１まで上がった後で、任意の適切な時間だけ維持される。アニーリング温度Ｔ１を維持する適切な時間は、およそ１時間、およそ２時間、又はおよそ４時間であってもよいが、これらには限定されない。アニーリング温度Ｔ１は、区間５３０ａで示されるように、ガラス部材における所望の質を達成するために必要な限り維持される。室温、例えば周囲温度からアニーリング温度Ｔ１へと温度が上昇するために必要とされる時間はおよそ２時間であってもよいが、時間は大きく変化してもよいことが理解されるべきである。

ガラス部材における所望の質が達成されると、第１のプロファイル５３０は区間５３０ｂにおいて制御された冷却を示す。制御された冷却は、一実施形態においては、およそ５時間までの期間にわたって起こる。一実施形態において、制御された冷却は実質的に一定の速度、例えば１分あたりおよそ０．５℃の速度でガラスを冷却するために用いられてもよい。このような実質的に一定の速度は、およそ１００℃からおよそ１５０℃の間だけガラス部材の温度を冷やすために用いられてもよい。

第１のプロファイル５３０の区間５３０ｃは、制御された冷却区間５３０ｂが終了した時である時刻ｔ（ｃ１）において開始する空冷期間を示す。制御された冷却区間５３０ｂは、一般的に、ガラスに関連する固定温度において終了することが理解されるべきである。例えば空冷のような二次冷却について必要とされる時間は、周囲温度、空気の流れ、及び環境における他の条件のうちの少なくとも１つに部分的に依存する。空冷期間は、一般的に、ガラス部材が室温に到達した時に終了する。

第２のプロファイル５３４は、歪温度Ｔ（ｓｔｒａｉｎ）及び軟化温度Ｔ（ｓｏｆｔ）の双方より低いアニーリング温度Ｔ２を有する。一実施形態において、歪温度Ｔ（ｓｔｒａｉｎ）がおよそ５５６℃である場合、アニーリング温度Ｔ２はおよそ５４０℃とおよそ５５０℃との間でありうる。第２のプロファイル５３４に示されるように、アニーリング温度Ｔ２は、温度がアニーリング温度Ｔ２まで上がった後で、任意の適切な時間だけ維持される。アニーリング温度Ｔ２を維持する適切な時間は、およそ１時間、およそ２時間、又はおよそ４時間であってもよいが、これらには限定されない。アニーリング温度Ｔ２は、区間５３４ａで示されるように、ガラス部材における所望の質を達成するために必要な限り維持される。一般的に、第２のプロファイル５３４に関連するアニーリング温度Ｔ２は、第１のプロファイル５３０に関連するアニーリング温度Ｔ１よりも低いため、アニーリング温度Ｔ２が維持される時間は、アニーリング温度Ｔ１が維持される時間よりも長い。すなわち、一般的に、実質的に同じレベルの強度を達成するためには、アニーリング温度がより低いほど、アニーリング温度はより長く維持される。ガラス部材において所望の質が達成された後で、第２のプロファイル５３４は区間５３４ｂにおける制御された冷却を示す。制御された冷却は、一実施形態においては、およそ５時間までの期間にわたって起こる。一実施形態において、制御された冷却の速度は、アニーリング温度とは実質的に独立している。それゆえ、特定のプロセスを用いて形成された特定の種類のガラスについて、異なるアニーリング温度が与えられてもよいにもかかわらず、アニーリング温度にかかわらず、制御された冷却の速度は実質的に同じであってもよい。

第２のプロファイル５３４の区間５３４ｃは、制御された冷却区間５３４ｂが終了した時である時刻ｔ（ｃ２）に開始する空冷期間を示す。空冷期間は、一般的に、ガラス部材が室温に到達した時に終了する。

一実施形態において、アニーリングプロセスに続く化学強化プロセスによって強化されたガラス部材又はガラス部品は、例えばハンドヘルド電子デバイスのような電子デバイスのカバー部又はディスプレイ画面でありうる。図６を参照して、本発明の一実施形態に従ってハンドヘルド電子デバイスが説明される。ハンドヘルド電子デバイス６５０は、例えば周縁部材のような、デバイス６５０の最外側、上面又は底面の一部又は全部を形成するようにデバイス６５０の周縁を少なくとも部分的に取り囲むように構成されたハウジング６７２を含んでもよい。デバイス６５０はまた、デバイス６５０の内部容積を実質的に取り囲むようにハウジング６７２と実質的に結合されるように構成されたカバー部６７８を含む。カバー部６７８は、アニーリング及び化学強化により達成された比較的高い圧縮強度を有する、例えばデバイス６５０のディスプレイ画面のようなガラス部材６０４を含んでもよい。一実施形態において、カバー部６７８は、ガラス部材６０４が保持されるベゼル又はフレーム６８０を含む。

ハウジング６７２は、例えばリングを形成するように組み合わせられてもよい１以上の要素を含む、任意の適した形状を有しうる。ハウジング６７２は、電子デバイス部品が組み合わせられ保持されてもよい、内部容積を少なくとも部分的に取り囲んでもよい。ハウジング６７２の形状は内部容積の境界を実質的に規定してもよく、内部容積内に配置される部品の大きさ及び種類に基づいて決定されてもよい。

ハウジング６７２は任意の適した大きさを有することができ、この大きさは任意の適切な基準に基づいて決定されてもよい。適切な基準は、美的又は工業的デザイン、構造的考慮、所望の機能のために必要な部品、及び製品デザインのうちの少なくとも１つを含んでいてもよいが、これらを含むものには限定されない。ハウジング６７２は任意の適した断面を有することができ、例えば一様でない断面及び一様な断面を含む。いくつかの実施形態においては、断面はハウジング６７２についての所望の構造的特性に基づいて選択されてもよい。例えば、ハウジング６７２の断面は、ハウジング６７２の高さがハウジング６７２の幅よりも実質的に大きいように、実質的に矩形であってもよい。このような断面形状は、圧縮、引張、及び曲げについての構造的な堅さを与えるだろう。いくつかの実施形態において、ハウジング６７２断面の寸法は、ハウジング６７２に格納される部品の寸法に対して相対的に決定されてもよい。

いくつかの実施形態において、ハウジング６７２は特徴６７６を含んでもよい。特徴１１６は、一般的に、１以上の、開口、取っ手（ノブ）、伸長部、フランジ、面取り、又はデバイスの部品又は要素を受け入れる他の特徴を含んでいてもよい。ハウジング６７２の特徴６７６は、ハウジング６７２の任意の表面から伸び、例えば内部部品又は部品層を保持するために例えば内面から伸びる場合、又は外面から伸びる場合を含む。特に、ハウジング６７２は、デバイス６５０内にカード又はトレーを受け入れる細孔（スロット）又は開口（不図示）を含んでもよい。ハウジング６７２はまた、コネクタがここを通ってデバイス６５０の１以上の導電性ピンと係合することができるような、例えば３０ピンコネクタのための、コネクタ開口（不図示）を含んでいてもよい。ハウジング６７２上の他の特徴６７６は、音声をユーザに提供するための開口、ユーザからの音声を受け取るための開口、音声コネクタ又は電源のための開口、及び音量コントロール又は無音スイッチのようなボタンを保持し実現するための特徴、のうちの少なくとも１つを含んでいてもよいが、これらを含むものには限定されない。

本発明のいくつかの実施形態のみが説明されたが、本発明は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、他の多くの特定の形で実現されてもよいことが理解されるべきである。例として、アニーリングされたガラス部品が化学強化浴にさらされる時間は大きく変化してもよく、アニーリングされたガラス部品の表面近傍のナトリウムイオンの濃度に依存してもよい。一実施形態において、アニーリングされたガラス部品は、およそ１０時間まで化学強化浴にされられてもよい。

アニーリングは非空気雰囲気中で起こってもよいことが理解されるべきである。例えば、アニーリングは制御された不活性気体環境中で起こってもよい。アニーリングはまた液体環境中で起こってもよい。ガラスのアニーリングが液体環境中で行われる場合、ガラスに対する、たわみと変形との少なくとも一方を引き起こす重力の効果が少なくなるだろう。それゆえ、より高い温度、例えばアニーリングがアニーリングオーブン中で行われる場合に可能なものよりも高い温度でアニーリングを行うことが実行可能となるだろう。

およそ同じ温度で終了するものとして、冷却プロファイルが図５に示されている。ある温度より下では、ガラスの特性は実質的に固定され、制御された冷却はもはや必要なくなる。しかしながら、ガラスの特性が実質的に固定される温度よりも低い温度までの制御された冷却が許されることが、理解されるべきである。

一実施形態においては、固定された温度で終了する制御された冷却から直ちにガラス部品が取り出されて化学強化浴に置かれてもよい。すなわち、空冷期間が避けられてもよい。空冷又は制御されていない冷却プロセスを実質的に除くことにより、ガラス部品の強化の全体に関連する時間を減らすことができるだろう。さらに、空冷期間を避けることに加えて、化学強化プロセスに関連する加熱プロセス、例えば２時間の予熱ブロセスもまた、実質的に避けられてもよい。

アニーリングされるガラス部品の大きさは、ガラス部品がその一部となる、例えばハンドヘルド電子デバイスのようなデバイスの要件に応じて、変化してもよい。一実施形態において、ガラス部品はおよそ１１３ミリメートル×およそ５６ミリメートルの面積を有してもよい。ガラス部品の厚さは、およそ３ミリメートル以下、例えばおよそ１ミリメートルでありうる。ここから部品が得られるガラスシート又はマザーシートの大きさは、１以上の部品を供給しうる実質的に任意の大きさでありうる。例えば、およそ１５０ミリメートル×およそ５０ミリメートルの面積を有するガラス部品が得られるガラスシートは、およそ７００ミリメートル×およそ４００ミリメートルの面積であってもよい。

ガラスは、フュージョンプロセス又はフロートプロセスを用いて形成されるものとして説明されたが、ガラスはフュージョンプロセス又はフロートプロセスを用いて形成されたものに限られないことが理解されるべきである。すなわち、例えばスランプモールドされたガラス又は吹きガラスのような、急冷ステップを含む実質的に任意のプロセスを用いて形成されたガラスが、ガラスが比較的高い関連した圧縮応力を、すなわちアニーリングプロセスを実行しない場合に得られるであろう圧縮応力よりも相対的に高い圧縮応力を有するように、化学強化プロセスの前にアニーリングプロセスにさらされてもよい。

概して、本発明の方法に関連するステップは大きく変化してもよい。本発明の精神又は範囲を逸脱することなく、工程は、追加され、除去され、変更され、組み合わせられ、及び順序を変えられうる。

上述された本発明の様々な態様、特徴、実施形態、又は実施例は、単独で用いられてもよいし、様々な組み合わせで用いられてもよい。

本明細書は多くの詳細を有しているが、これらは本開示又は特許請求されうる範囲に対する制限として解釈されるべきではなく、むしろ本開示の特定の実施形態に特有の特徴の説明として解釈されるべきである。別個の実施形態の文脈において説明された特定の特徴はまた、組み合わせて実現されてもよい。反対に、単一の実施形態の文脈で説明された様々な特徴はまた、複数の実施形態において別個に実現されてもよいし、任意の適切なサブコンビネーション（部分的組み合わせ）において実現されてもよい。また、特徴は特定の組み合わせにおいて働くものとして上述されたが、特許請求された組み合わせからの１以上の特徴が、いくつかの場合には組み合わせから除かれてもよいし、特許請求された組み合わせが、サブコンビネーション又はサブコンビネーションの変形へと導かれてもよい。

一実施形態において、部品、プロセスのステップ、及びデータ構造のうちの少なくとも１つは、様々な種類のオペレーティングシステム、計算プラットフォーム、コンピュータプログラム、及び汎用機のうちの少なくとも１つを用いて実現されてもよい。加えて、例えば配線回路デバイス、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、アプリケーション固有集積回路（ＡＳＩＣ）等のより汎用性の低いデバイスが、本明細書に開示された発明概念の範囲及び精神を逸脱することなく用いられうることを、当業者は認識するだろう。

実施形態及び応用例が示され及び説明されたが、本開示の利益を得る当業者には、本明細書の発明概念から逸脱することなく、上述されたよりも多くのさらなる変形が可能であることが明らかであろう。

Claims (19)

1. フュージョンプロセス又はフロートプロセスにより形成されたガラス部品を処理する方法であって、
   前記ガラス部品を取得する工程と、
   前記ガラス部品を第１の温度で加熱する工程と、所定の時間前記第１の温度を維持する工程と、制御された冷却プロセスを用いて前記ガラス部品を第２の温度へと冷却する工程と、を少なくとも含む、前記ガラス部品をアニーリングする工程と、
   前記ガラス部品に含まれるイオンと化学強化浴に含まれるイオンとの間でのイオン交換を促進する工程を含む、前記ガラス部品を化学強化する工程と、を含むことを特徴とする方法。
2. 前記ガラス部品をアニーリングする工程が、前記制御された冷却プロセスの後に、制御されていない冷却プロセスを用いて前記ガラス部品を第３の温度へと冷却する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第３の温度が周囲温度であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記ガラス部品は前記フロートプロセスにより形成されたアルミノケイ酸ガラス部品であり、前記第１の温度はおよそ５４０℃とおよそ５５０℃との間の範囲にあることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
5. 前記ガラス部品を前記第１の温度で加熱する工程が、およそ１時間からおよそ５時間の間の長さの時間、前記第１の温度を維持する工程を含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記第２の温度が、前記第１の温度より低く、およそ１００℃とおよそ１５０℃との間であって、前記制御された冷却プロセスが、前記ガラス部品を実質的に一定の速度で冷却するように構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記実質的に一定の速度が、１分当たりおよそ０．５℃であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記ガラス部品を前記第２の温度に冷却する工程が、前記ガラス部品をたかだかおよそ５時間冷却する工程を含むことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
9. 前記ガラスは固定された時間の間前記第１の温度に保たれ、前記第１の温度は前記ガラスの歪温度のおよそ９５％とおよそ１０５％との間の範囲にあることを特徴とする、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
10. フュージョンプロセス又はフロートプロセスにより形成されたガラスシートを処理する方法であって、
    前記ガラスシートを取得する工程と、
    前記ガラスシートを第１の温度で加熱する工程と、制御された冷却プロセスを用いて前記ガラスシートを第２の温度へと冷却する工程と、を少なくとも含む、前記ガラスシートをアニーリングする工程と、
    前記ガラスシートからガラス部品を作製する工程を含む、前記ガラスシートを機械加工する工程と、
    前記ガラス部品に含まれるイオンと化学強化浴に含まれるイオンとの間でのイオン交換を促進する工程を含む、前記ガラス部品を化学強化する工程と、を含むことを特徴とする方法。
11. 前記ガラスシートをアニーリングする工程が、前記制御された冷却プロセスの後に、制御されていない冷却プロセスを用いて前記ガラスシートを第３の温度へと冷却する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 前記第３の温度が周囲温度であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記ガラスシートは前記フュージョンプロセスにより形成されたアルミノケイ酸ガラスシートであり、前記第１の温度はおよそ５００℃とおよそ６００℃との間の範囲にあることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
14. 前記ガラスシートは前記フュージョンプロセスにより形成されたアルミノケイ酸ガラスシートであり、前記第１の温度はおよそ５４０℃とおよそ５５０℃との間の範囲にあることを特徴とする、請求項１０乃至１３の何れか１項に記載の方法。
15. 前記ガラスシートを前記第１の温度で加熱する工程が、およそ１時間からおよそ５時間の間の長さの時間、前記第１の温度を維持する工程を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第２の温度が、前記第１の温度より低く、およそ１００℃とおよそ１５０℃との間であって、前記制御された冷却プロセスが、前記ガラスシートを実質的に一定の速度で冷却するように構成されていることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記実質的に一定の速度が、１分当たりおよそ０．５℃であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ガラスシートを前記第２の温度に冷却する工程が、前記ガラスシートをたかだかおよそ５時間冷却する工程を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
19. 前記ガラスシートを機械加工する工程が、前記ガラスシートをスクライビングする工程と、前記ガラスシートをブレーキングする工程と、前記ガラスシートを切断する工程と、を含む群から選択された少なくとも１つを含むことを特徴とする、請求項１０乃至１８の何れか１項に記載の方法。

Images