JP2015533772A - 感光性ガラスを通じて圧縮応力が加えられた積層ガラス物品およびその物品の製造方法 - Google Patents

感光性ガラスを通じて圧縮応力が加えられた積層ガラス物品およびその物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

ガラスコア層およびクラッド層から構成された積層物品に関し、より詳しくは、第１と第２のクラッド層の間に挟まれたガラスコア層を備え、これらのクラッド層が感光性ガラスから形成されている、圧縮応力の加えられた積層物品に関する。

Description

優先権
本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１２年１０月４日に出願された米国仮特許出願第６１／７４４８５４号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本明細書は、広く、ガラスコア層とガラスクラッド層から構成された物品に関し、より詳しくは、第１と第２のガラスクラッド層の間に挟まれたガラスコア層を備え、これらのクラッド層が感光性ガラスから形成されている、積層物品に関する。
カバーガラス、ガラスバックプレーンなどのガラス物品が、ＬＣＤディスプレイとＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預入支払機（ＡＴＭ）などの家庭用と商業用の電子機器の両方に採用されている。これらのガラス物品のあるものは、ガラス物品に、利用者の指および／またはスタイラス器具を含む様々な物体が接触することを必然的に伴う「タッチ」機能を備えることがあり、それゆえ、ガラスは、損傷を受けずに定期的な接触に耐えるほど十分に頑丈でなければならない。さらに、そのようなガラス物品は、携帯電話、パーソナル・メディア・プレーヤー、およびタブレット型コンピュータなどの携帯用電子機器に組み込まれることもある。これらの機器に組み込まれるガラス物品は、関連機器の輸送中および／または使用中に損傷を受けやすいであろう。
したがって、電子機器に使用されるガラス物品は、実際の使用からの日常的な「タッチ」の接触だけでなく、機器が輸送されているときに生じることのある偶発的な接触と衝撃にも耐えることのできる向上した強度を必要とするであろう。
本開示によれば、ガラスコア層および１種類以上の感光性ガラス組成物から形成された直接隣接するガラスクラッド層から積層ガラス物品を形成する方法が開示されている。
いくつかの実施の形態において、フュージョン積層法により、いくつかの実施の形態において、感光性ガラス組成物ではない、ガラス組成物から形成されたコア層に隣接した、感光性ガラス組成物から形成された少なくとも１つのクラッド層を有する積層ガラスシートを形成する工程を有してなる方法が開示されている。コア層とクラッド層から構成された積層構造のフュージョンドロー法の後、次いで、その積層構造は、感光性組成物内で核生成が行われるのに十分に紫外線に曝露され、それによって、そのクラッド層内に二次結晶相が成長し、これにより、クラッド層に圧縮応力が加えられ、積層ガラス構造が強化される。
別の組の実施の形態において、上述した方法から形成された積層ガラス物品もここに開示されている。いくつかの実施の形態において、コアガラスは第１の表面およびこの第１の表面と反対の第２の表面を有し、第１のガラスクラッド層はガラスコア層の第１の表面に融合されており、第２のガラスクラッド層はガラスコア層の第２の表面に融合されている。他の実施の形態において、第１の拡散ガラス層がガラスコア層と第１のガラスクラッド層との間に配置されており、さらに、第２の拡散ガラス層がガラスコア層と第２のガラスクラッド層との間に配置されており、これらの拡散層は、例えば、フュージョン成形過程中に、または１つ以上のフュージョン後の紫外線処理工程において形成される。
前記ガラス組成物およびそのガラス組成物から形成されたガラス物品の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
先の一般的な説明と以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項に記載された主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を図解しており、説明と共に、請求項に記載された主題の原理と作動を説明する働きをする。
ここに図示され記載された１つ以上の実施の形態による積層ガラス物品の断面図 図１のガラス物品を製造するためのフュージョンドロー法を示す概略図
これから、ここに開示されたガラスセラミック組成物およびそれを組み込んだ物品の実施の形態を詳しく参照する。その実施例が添付図面に図解されている。できるときはいつでも、図面に亘り、同じまたは同様の部品を参照するために、同じ参照番号が使用される。
ここに用いた「液相線粘度」という用語は、液相線温度でのガラス組成物の剪断粘度を称する。
ここに用いた「液相線温度」という用語は、ガラス組成物に失透が生じる最高温度を称する。
ここに用いた「ＣＴＥ」という用語は、約２０℃から約３００℃の温度範囲に亘り平均したガラス組成物の熱膨張係数を称する。
「実質的に含まない」という用語は、ガラス組成物中の特定の酸化物成分がないことを記載するために使用した場合、その成分が、１モル％未満の微量で汚染物質としてガラス組成物中に存在することを意味する。
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏなど）の濃度は、別記しない限り、酸化物基準のモルパーセント（モル％）で与えられる。
ここに記載されたガラス組成物は、必要に応じて、１種類以上の清澄剤を含んでよい。その清澄剤は、例えば、ＳｎＯ2、Ａｓ2Ｏ3、Ｓｂ2Ｏ3およびそれらの組合せを含んでよい。清澄剤は、ガラス組成物中に、約０モル％以上かつ約０．５モル％以下の量で存在してよい。例示の実施の形態において、清澄剤はＳｎＯ2である。これらの実施の形態において、ＳｎＯ2は、約０モル％超かつ約０．２モル％以下、またはさらには約０．１５モル％以下の濃度でガラス組成物中に存在してよい。
ここに記載されたいくつかの実施の形態において、ガラス組成物は他の酸化物を微量でさらに含んでもよい。
ここに記載された実施の形態において、ガラス組成物は、重金属および重金属を含有する化合物を実質的に含まない。重金属および重金属を含有する化合物を実質的に含まないガラス組成物は、「極めて優しい（ＳｕｐｅｒＧｒｅｅｎ）」ガラス組成物と称されることもある。ここに用いた「重金属」という用語は、Ｂａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｃｄ、およびＰｂを称する。
ここに開示されたガラス組成物は、フュージョンドロー法に使用するのに、特にフュージョン積層法においてガラスクラッド組成物またはガラスコア組成物として使用するのに、その組成物を適したものとする液相線粘度を有する。
ここで図１を参照すると、ここに記載されたガラス組成物は、図１に断面で概略示された積層ガラス物品１００などの物品を形成するために使用されることがある。積層ガラス物品１００は、概して、ガラスコア層１０２および一対のガラスクラッド層１０４ａ，１０４ｂを備えている。ここに記載されたガラス組成物は、ここにより詳しく論じられるように、ガラスクラッド層として使用するのに特に適している。
図１は、第１の表面１０３ａおよびその第１の表面１０３ａと反対の第２の表面１０３ｂを有するガラスコア層１０２を示している。第１のガラスクラッド層１０４ａは、ガラスコア層１０２の第１の表面１０３ａに直接融合されており、第２のガラスクラッド層１０４ｂは、ガラスコア層１０２の第２の表面１０３ｂに直接融合されている。セラミック化後に、ガラスクラッド層１０４ａ，１０４ｂは、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａ，１０４ｂとの間に、接着剤、高分子層、コーティング層などのどのような追加の材料もなく、ガラスコア層１０２に融合されている。このように、ガラスコア層の第１の表面は第１のガラスクラッド層に直接隣接しており、ガラスコア層の第２の表面は第２のガラスクラッド層に直接隣接している。いくつかの実施の形態において、ガラスコア層１０２およびガラスクラッド層１０４ａ，１０４ｂは、フュージョン積層法により形成される。拡散層（図示せず）が、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａとの間、またはガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ｂとの間、もしくはその両方に形成されることがある。
ここに記載された積層ガラス物品１００の実施の形態の少なくともいくつかにおいて、ガラスクラッド層１０４ａ，１０４ｂは、平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥクラッドを有する第１のガラスセラミック組成物から形成され、ガラスコア層１０２は、平均熱膨張係数ＣＴＥコアを有する第２の異なるガラス組成物から形成される。
具体的に言うと、ここに記載されたガラス物品１００は、ここに引用される、米国特許第４２１４８８６号明細書に記載されたプロセスなどのフュージョン積層法によって形成してよい。一例として図２を参照すると、積層ガラス物品を形成するための積層フュージョンドロー装置２００は、下側アイソパイプ２０４の上に配置されている上側アイソパイプ２０２を備えている。上側アイソパイプ２０２は樋２１０を備え、その中に、溶融ガラスクラッド組成物２０６が溶融装置（図示せず）から供給される。同様に、下側アイソパイプ２０４は樋２１２を備え、その中に、溶融ガラスコア組成物２０８が溶融装置（図示せず）から供給される。ここに記載された実施の形態において、溶融ガラスコア組成物２０８は、下側アイソパイプ２０４を越えて溢れるのに適切に高い液相線粘度を有している。
溶融ガラスコア組成物２０８が樋２１２を満たすと、樋２１２から溢れて、下側アイソパイプ２０４の外側成形表面２１６、２１８上を流れる。下側アイソパイプ２０４の外側成形表面２１６，２１８は基部２２０で収束する。したがって、外側成形表面２１６，２１８上を流れる溶融ガラスコア組成物２０８は、下側アイソパイプ２０４の基部２２０で再結合し、それによって、積層ガラス構造のガラスコア層１０２が形成される。
同時に、溶融ガラスセラミッククラッド組成物２０６が、上側アイソパイプ２０２内に形成された樋２１０を溢れ、この上側アイソパイプ２０２の外側成形表面２２２、２２４上を流れる。この溶融ガラスセラミッククラッド組成物２０６は、上側アイソパイプ２０２の上を流れるのにより低い液相線粘度要件を有し、ガラスとして提示される場合、ガラスコア組成物２０８と等しいかそれより低いＣＴＥ（例えば、約５×１０-7以内）を有する。溶融ガラスセラミッククラッド組成物２０６は、溶融ガラスセラミッククラッド組成物２０６が下側アイソパイプ２０４の周りを流れ、下側アイソパイプの外側成形表面２１６，２１８上を流れる溶融ガラスコア組成物２０８と接触して、溶融ガラスコア組成物と融合し、ガラスコア層１０２の周りにセラミック化前のガラスクラッド層１０４ａ，１０４ｂを形成するように上側アイソパイプ２０２によって外側に逸らされる。
いくつかの実施の形態において、そのように形成された積層シートでは、クラッドの厚さは、クラッドが圧縮され、コアが張力下になるように、コアガラスの厚さよりもかなり薄くなる。しかし、ＣＴＥの差が小さいので、コアにおける引張応力の大きさは、非常に小さく（例えば、１０ＭＰａ程度以下）、これにより、コアの張力のレベルが低いために、比較的容易に切断できる積層シートを製造することができる。このように、シートは、フュージョンドロー装置から板引きされた積層構造または積層物品から切断することができ、シートが切断された後、次いで、その切断製品に、最終積層物品を形成するなどのために、適切な紫外線処理を施すことができる。
いくつかの実施の形態において、感光性ガラスの液相線粘度は約２００キロポアズ以下であり、これらの実施の形態のいくつかにおいて、感光性ガラスは高アルカリ（主にＬｉ）アルミノケイ酸塩ガラスである。その液相線粘度は、アルミナのアルカリまたはアルカリ混合物に対する比を変えることなどによって、ガラス成分により変えられる；それに加え、感光性の感度は、例えば、使用する方法を通じて、変えられる。
例えば、いくつかの実施の形態において、ガラスは紫外線に曝露され、これにより、Ａｇによる核生成がもたらされ、熱処理の際に、メタケイ酸リチウム（Ｌｉ2ＳｉＯ3）および／または二ケイ酸リチウム（Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5）などのケイ酸リチウム結晶が成長する。いくつかの実施の形態において、製造されたままのガラスのＣＴＥは、７０〜８０×１０-7／℃の範囲にある。このガラスを２回目のより高い温度に曝すと、ある程度の再結晶化が行われて、βスポジュメンを形成し、約６０×１０-7／℃にＣＴＥが低下する。シリカに加えてＬｉ2Ｓｉ2Ｏ5が存続する実施の形態（低Ｔトリジマイト）において、ＣＴＥは、例えば、約１００×１０-7／℃まで高くなる。製造されたままのガラスのＣＴＥは、形成されている間に、内側（コア）ガラスのＣＴＥに一致させることができるが、次いで、感光性により促進された結晶化の際に圧縮（クラッド）層を形成しように、変えられ得る。
例示の感光性ガラスが表１に与えられている。
Figure 2015533772
表１の例示のガラスは、高いＬｉ含有量のために感光性材料として使用されなくとも、イオン交換の候補でもある。このＬｉは、ＮａまたはＫの豊富な内側ガラスと交換され、強化積層体を形成し得る。そのようなアルカリ移行は、板引き中にも生じ得る。それゆえ、ここに開示されたいくつかの実施の形態において、積層ガラス物品は、ガラスコア層および１種類以上の感光性またはイオン交換可能なガラス組成物から形成された１つ以上の直接隣接するガラスクラッド層を備えている。次いで、そのクラッド層は、感光した、またはイオン交換されたクラッド組成物から構成されるように処理し、強化積層物品を得ることができる。
いくつかの実施の形態において、クラッド層は、約７０．０モル％から約７７．０モル％のＳｉＯ2、約２．５モル％から約５．０モル％のＡｌ2Ｏ3、約１２．０モル％から約１８．０モル％のＬｉ2Ｏを含む。これらの実施の形態のいくつかにおいて、このクラッド層は、約１．０モル％から約３．０モル％のＮａ2Ｏをさらに含む。これらの実施の形態のいくつかにおいて、このクラッド層は、約１．０モル％から約５．０モル％のＫ2Ｏをさらに含む。これらの実施の形態のいくつかにおいて、このクラッド層は、約０モル％から約２．５モル％のＢａＯをさらに含む。これらの実施の形態のいくつかにおいて、このクラッド層は、約０．１モル％から約１．３モル％のＫ2Ｏをさらに含む。
ここに開示された積層物品は、制限するものではなく、携帯電話、パーソナル音楽プレーヤー、タブレット型コンピュータ、ＬＣＤディスプレイとＬＥＤディスプレイ、現金自動預入支払機などを含む、様々な家庭用電子機器に使用してよい。
いくつかの実施の形態において、積層物品は、熱処理後にクラッド層が不透明、透明または半透明であるガラス組成物から生じるクラッドなどの、不透明、透明または半透明である層を１つ以上備えてもよい。さらに、シート形態でガラスを使用することを採用することができる。
請求項に記載された主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが、当業者には明らかであろう。それゆえ、本明細書は、ここに記載された間笹真名実施の形態の改変および変更を、そのような改変および変更が付随の特許請求の範囲およびその同等物の範囲内に入るという条件で、包含することが意図されている。
１００ 積層ガラス物品
１０２ ガラスコア層
１０４ａ，１０４ｂ ガラスクラッド層
２００ 積層フュージョンドロー装置
２０２ 上側アイソパイプ
２０４ 下側アイソパイプ
２０６ 溶融ガラスセラミッククラッド組成物
２０８ 溶融ガラスコア組成物
２１０，２１２ 樋
２１６，２１８，２２２，２２４ 外側成形表面

Claims (8)

  1. ベータスポジュメンガラスセラミックシートを形成する方法において、
    フュージョンドロー法により、感光性組成物から形成されたクラッド層および非感光性ガラス組成物から形成されたコア層を有する積層ガラスシートを形成する工程、および
    前記積層ガラスシートを、前記感光性組成物内で核生成が行われるのに十分に紫外線に曝露し、それによって前記クラッド層内に、該クラッド層に圧縮応力をもたらす二次結晶相を成長させ、それによって、前記ガラスシートを圧縮強化された積層ガラス構造に強化する工程、
    を有してなる方法。
  2. 前記積層ガラスシートが、フュージョンドロー法の後であって、紫外線に曝露される前に、切断される、請求項１記載の方法。
  3. 請求項１または２記載の圧縮強化された積層ガラス構造から形成されたガラス物品。
  4. 積層物品において、
    第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されたガラスコア層、
    を備え、該ガラスコア層が、前記第１と第２のガラスクラッド層の組成と異なる組成を有し、該第１のガラスクラッド層および該第２のガラスクラッド層の少なくとも一方が、約７０．０モル％から約７７．０モル％のＳｉＯ2、約２．５モル％から約５．０モル％のＡｌ2Ｏ3、および約１２．０モル％から約１８．０モル％のＬｉ2Ｏを含む、積層物品。
  5. 積層物品において、
    第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されたガラスコア層、
    を備え、該ガラスコア層が、前記第１と第２のガラスクラッド層の組成と異なる組成を有し、該第１のガラスクラッド層および該第２のガラスクラッド層の少なくとも一方が、ケイ酸リチウム結晶を含む、積層物品。
  6. 前記ケイ酸リチウム結晶が、メタケイ酸リチウム（Ｌｉ2ＳｉＯ3）、二ケイ酸リチウム（Ｌｉ2Ｓｉ2Ｏ5）、またはそれらの組合せである、請求項５記載の積層物品。
  7. 積層物品において、
    第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されたガラスコア層、
    を備え、該ガラスコア層が、前記第１と第２のガラスクラッド層の組成と異なる組成を有し、該第１のガラスクラッド層および該第２のガラスクラッド層の少なくとも一方が、ベータスポジュメンを含む、積層物品。
  8. ＬＣＤディスプレイとＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預入支払機（ＡＴＭ）を含む家庭用または商業用の電子機器におけるカバーガラスまたはガラスバックプレーン用途、携帯電話、パーソナル・メディア・プレーヤー、およびタブレット型コンピュータを含む携帯用電子機器のタッチスクリーンまたはタッチセンサ用途、太陽光発電用途、建築用ガラス用途、自動車または車両用ガラス用途、もしくは商業用または家庭電化製品用途への請求項１から７いずれか１項記載の圧縮強化された積層ガラス構造または物品の使用。
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