JP2016533315A

JP2016533315A - 一群のガラス物品を縁部コーティングする方法

Info

Publication number: JP2016533315A
Application number: JP2016537783A
Authority: JP
Inventors: チャン，シー−ミン; チェン，チォン−ター; リン，ウエイジエ; ルゥ，シエン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-27
Publication date: 2016-10-27
Also published as: CN105683114A; KR20160048927A; WO2015031411A1; TW201518233A; US20150060401A1; EP3038986A1

Abstract

一群のガラス物品を縁部コーティングする方法は、ガラスシートの表面上にマスクを印刷するステップを含み、上記マスクのうちの少なくとも１つは、分割経路のネットワークを画定するパターン付きマスクである。印刷されたマスクを有するガラスシートは、分割経路に沿って複数のガラス物品に分割される。少なくとも一群のガラス物品に関して、上記群の各ガラス物品の縁部に仕上げを施して、縁部の粗度を低減する。仕上げを施した各縁部を、エッチング媒体を用いてエッチングして、仕上げを施した縁部の傷を低減及び／又は鈍化する。同時に、エッチングされた縁部に硬化性コーティングを塗布する。硬化性コーティングを前硬化させる。その後、硬化性コーティングを有するガラス物品から、印刷されたマスクを除去する。印刷されたマスクの除去後、前硬化した硬化性コーティングを後硬化させる。

Description

優先権

本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１３年８月２９日出願の米国仮特許出願第６１／８７１３６７号の優先権の利益を主張するものであり、本出願は上記仮特許出願の内容に依存するものであり、また上記仮特許出願の内容は参照によりその全体が本出願に援用される。

本技術分野は、分割及び機械加工といった弱化プロセスを経たガラス基材を強化するための方法に関する。より詳細には、本技術分野は、ガラス縁部の傷（ｆｌａｗ）を削減し、ガラス縁部に保護コーティングを塗布することによって、ガラス基材の縁部を強化するためのプロセスに関する。

ガラス物品を製造するためのある方法は、ガラスシートを形成するステップ、上記ガラスシートをイオン交換プロセスに供するステップ、ガラスシートを複数のガラス物品に分割するステップ、及び各ガラス物品の縁部を機械加工するステップを伴う。機械加工は、ガラス縁部の粗度を低減するため、及び面取りされた外形又は丸みを帯びた外形等の所望の外形にガラス縁部を成形するために使用される。上記分割及び機械加工プロセスは典型的には、様々な形状、サイズ及び寸法の傷、例えば割れ（ｃｒａｃｋ）及び欠け（ｃｈｉｐ）を残す。これらの傷は、ガラス縁部の強度を低下させ、完成品のガラス物品における割れの生成につながり得る。また、ガラス縁部の、過去にガラスシートの内部にあった部分は、その大部分が、イオン交換プロセスからの保護性残留圧縮応力を有さず、これにより完成品のガラス物品は、その母材であるガラスシートよりも弱くなる。

ガラス物品の縁部を強化するためのある方法は、上記縁部を酸でエッチングするステップを伴う。このエッチングは、ガラス縁部の傷の数及びサイズを低減する効果を有し得る。ガラス物品の縁部を強化するための別の方法は、上記縁部に保護コーティング又は材料を塗布するステップを伴う。

本明細書において開示される主題は、ガラス物品の縁部を保護する方法に関する。背景技術において記載されているように、分割及び機械加工プロセスは、ガラス縁部の傷を誘発する。これらの傷は、ガラス縁部の酸エッチングによって低減及び／又は鈍化できる。しかしながら、これらの傷はそれでもなおガラス縁部に残ることになる。コーティングを用いて、縁部上の傷を被覆できる。縁部コーティングプロセス後、縁部の傷による直接的な影響が防止され、これは、ガラス物品の縁部強化を、ガラス縁部のエッチングによって達成されるものを超えて更に改善する効果を有する。本明細書において開示される主題は特に、ガラス物品の大量生産において使用するのに好適な、ガラス縁部をコーティングする方法に関する。

本開示のある例示的実施形態では、一群のガラス物品を縁部コーティングする方法は、ガラスシートの表面上にマスクを印刷するステップを含む。上記マスクのうちの少なくとも１つは、分割経路のネットワークを画定するパターン付きマスクである。印刷されたマスクを有するガラスシートは、分割経路に沿って複数のガラス物品に分割され、各ガラス物品は、その表面上に、印刷されたマスクの一部分を備える。続いて、少なくとも一群のガラス物品に関して、上記群の各ガラス物品の縁部に仕上げを施して、縁部の粗度を低減し、場合によっては縁部を成形する。本方法は、各ガラス物品の完成品の縁部をエッチングして、完成品の縁部の傷のサイズを低減する、及び／又は傷を鈍化するステップを含む。同時に、エッチングされた縁部に硬化性コーティングを塗布し、続いて縁部上の硬化性コーティングを前硬化させる。前硬化後、表面マスクをガラス物品から除去する。続いて前硬化した硬化性コーティングを後硬化させる。

本開示において記載されるような、ガラス縁部をコーティングする方法の１つの利点は、コーティングされたガラス物品の改善された縁部強度を含む。いくつかの実施形態では、縁部強度の改善は、縁部コーティングを有しないガラス物品に比べて、８０ＭＰａ〜３００ＭＰａとなり得る。他の利点は、ガラス物品上の表面マスクの使用による。例えば表面マスクにより、仕上げ及びエッチングプロセスの速度を上昇させることができ、これは最終的にスループットの向上をもたらす。表面マスクはまた、ガラス表面上にコーティング材料が直接溢れるのを防止する。また表面マスクにより、ディスペンサで直線に沿ってガラス縁部を辿ることなく、ガラス縁部をコーティングできるようになる。これにより、様々な形状及びサイズを有するガラス物品の縁部をコーティングできる。

以上の概要及び以下の詳細な説明の両方は、本開示の典型例であり、請求対象である本開示の主題の性質及び特徴を理解するための概説又は枠組み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、本開示の更なる理解を提供するために挙げられており、本明細書に援用されて本明細書の一部を構成する。図面は本開示の様々な実施形態を図示しており、説明と併せて、本開示の原理及び動作を説明する役割を果たす。

以下は、添付の図面中の図の説明である。これらの図面は必ずしも正確な縮尺ではなく、明瞭さ及び簡潔さのために、図の特定の特徴及び特定の視野を、縮尺に関して誇張して、又は概略的に示す場合がある。

一群のガラス縁部をコーティングするためのプロセスフローガラスシートの表面上に印刷されたパターン付きマスクガラスシートの表面上にマスクを印刷する方法パターン付きマスク及びスコアラインを有するガラスシートの上面図図４Ａのガラスシートから分割されたガラス物品浸漬及びスピンコーティングプロセス複数のガラス物品を保持するためのカセットの側面図図６Ａのセクション６Ｂの拡大図図６Ａのカセットに含まれるプレートの上面図別の浸漬及びスピンコーティングシステム図７の浸漬及びスピンコーティングシステムのカセットに含まれるプレートの上面図図８Ａのプレートの底面図スプレーコーティングシステム浸漬及びスピンコーティングプロセスによる縁部コーティングのＳＥＭ画像スプレーコーティングプロセスによる縁部コーティングのＳＥＭ画像縁部コーティングによる縁部強度の改善

以下の詳細な説明では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、多数の具体的詳細が明らかにされ得る。しかしながら当業者には、本開示の実施形態を実施する際、これらの具体的詳細のうちのいくつか又は全てを用いずに、本開示の実施形態を実施できることは明らかであろう。他の例では、本開示を不必要に不明瞭にしないよう、公知の特徴又はプロセスについては詳細に説明しない場合がある。更に、共通の又は同様の要素を識別するために、同様の又は同一の参照番号を使用する場合がある。

図１は、一群のガラス物品の縁部を保護材料でコーティングするための、例示的なプロセスフローを示す。「一群のガラス物品（ａｂａｔｃｈｏｆｇｌａｓｓａｒｔｉｃｌｅｓ）」は、複数のガラス物品の組（ａｓｅｔｏｆｇｌａｓｓａｒｔｉｃｌｅｓ）を意味するものとして理解される。典型的には、一群のガラス物品は５〜２０個のガラス物品を有する。このプロセスは１０において、ガラスシートの表面上にマスクを印刷するステップ（「表面マスキング」）で開始される。表面マスキング１０の後、１２において、表面マスクを有するガラスシートを複数のガラス物品に分割する（「シート分割」）。シート分割１２の後、１４において、ガラス物品の縁部に仕上げを施す（「縁部仕上げ」）。この仕上げは、ガラス縁部から粗い材料を除去して、ガラス縁部を所望の縁部外形（典型的には、ガラス物品の縁部強度を改善するよう選択された縁部外形）に成形するよう設計された、機械加工プロセスを伴う。縁部仕上げ１４の後、１６において、傷のサイズを低減するため、及びガラス縁部の傷の先端を鈍化するために、酸エッチングを使用する（「縁部エッチング」）。縁部エッチング１６の後、１８において、一群のガラス物品の縁部に硬化性コーティングを同時に塗布する（「縁部コーティング」）。ガラスの「縁部（ｅｄｇｅ）」という用語は、ガラス物品の周縁部を表すものとして理解される。縁部コーティング１８の後、２０において、硬化性コーティングを前硬化させる（「前硬化」）。前硬化２０の後、２２において、ガラス物品の表面からマスクを除去する（「表面アンマスキング」）。表面アンマスキング２２の後、２４において、ガラス物品の縁部上の前硬化したコーティングを後硬化させる（「後硬化」）。

表面マスキング‐図２は、ガラスシート３４の表面３０、３２上に印刷されたマスク２６、２８を示す。一実施形態では、ガラスシート３４は、イオン交換によって強化されたガラスシートである。一実施形態では、イオン交換の深さは少なくとも２９μｍである。マスク２６、２８は、縁部仕上げ（図１の１４）中にガラス表面を保護するために設けられる。このために、マスク２６、２８は、縁部エッチング（図１の１６）中に使用される１つ又は複数の酸に対する、及び縁部仕上げ（図１の１４）中の剥皮に対する、耐性を有していなければならない。好ましくは、マスク２６、２８はまた、縁部コーティング（図１の１８）中にガラス縁部に塗布される硬化性コーティングと反応しない。ガラス表面の保護に加えて、マスク２６、２８はまた、それぞれ４２、４４で示されているもの等の、ガラスシート３４を分割するための経路を画定するようパターン形成される。典型的には、各マスク２６、２８の厚さは３０μｍ〜５０μｍである。３０μｍ未満及び５０μｍ超の厚さも、マスク２６、２８に関して可能である。また、マスク２６、２８の厚さが同一である必要はない。

ある例示的実施形態では、表面マスク２６、２８は、スクリーン印刷によってガラス表面３０、３２上に印刷される。スクリーン印刷を用いて、良好な精度及び比較的低いコストで、大きな表面上に意匠を印刷できる。図３に示すように、ガラスシート３４はスクリーン３６の下側に設置され、このスクリーン３６は、ガラスシート３４の表面上に印刷されることになるマスクパターンを備える。マスクパターンは、スクリーン３６の選択された領域の細孔をマスキングして塞ぎ、その一方でスクリーン３６の残りの領域の細孔を開いたまま残すことによって、スクリーン３６上に、形成される。インク（又は溶液タイプのマスク材料）３８をスクリーン３６上に堆積させ、スクリーン３６の開いた細孔を通して、ガラス表面３０上へと押し出す。機械又はオペレータは、スクリーン３６を横切るようにスキージ４０を引き、スクリーン３６を通してインク３８を押し出す。スキージ４０はスクリーン３６を、ガラス表面３０の近傍へと屈曲させ、インク３８は毛細管現象によってガラス表面上に絞り出され、屈曲したスクリーン３６とガラス表面３０との間の間隔は、ガラス表面３０上のインクの厚さを決定する。ガラス表面３０上に堆積したインクは硬化して、ガラス表面３０上の（図２の）マスク２６のスクリーン印刷が完了する。スクリーン印刷プロセスをガラス表面３２に対して繰り返し、ガラス表面３２上の（図２の）マスク２８が得られる。

図２のマスク２６、２８の印刷のために使用されるインク３８の特性は、マスクの性質を決定する。インクは上述のように、耐酸性である必要がある。インクは全ての酸に対して耐性を有する必要はない。しかしながら、インクは縁部エッチング（図１の１６）において使用されることになる１つ又は複数の酸に対して耐性を有している必要がある。インクは熱硬化性インク又はＵＶ硬化性インクであってよい。熱硬化性インクは、一般に８０℃〜１８０℃の高温で焼成することによって硬化する。焼成時間は典型的には３０分〜６０分である。ＵＶ硬化性インクはＵＶ光によって硬化する。ＵＶ硬化は一般に熱硬化よりも大幅に迅速である。ある例示的実施形態では、インクは、オリゴマー、モノマー、硬化剤及び添加剤からなる熱硬化性インクである。別の例示的実施形態では、インクは、オリゴマー、モノマー、光開始剤及び添加剤からなるＵＶ硬化性インクである。光開始剤は、ＵＶ硬化中の重合をトリガ又は刺激するために必要である。ＵＶ硬化性インクは、フリーラジカル重合によって硬化するタイプのもの、又はカチオン重合によって硬化するタイプのものであってよい。熱硬化性及びＵＶ硬化性インクは市販のものであり、又は（図２の）マスク２６、２８の所望の特性に基づいて特別に処方できる。

ある例示的実施形態では、ＵＶ硬化性インク処方Ｆは、１０重量％〜６０重量％のオリゴマー、１０重量％〜４０重量％のモノマー及び１重量％〜１５重量％の光開始剤を含む。ＵＶ硬化性インク処方は更に、インクの３０体積％までの総量の、１つ又は複数の添加剤を含んでよい。ＵＶ硬化性インク処方Ｆは、フリーラジカルタイプのもの又はカチオンタイプのものであってよい。ＵＶ硬化性インク処方Ｆがカチオンタイプのものである一実施形態では、オリゴマーは、エポキシ樹脂オリゴマーから選択される。ＵＶ硬化性インク処方Ｆがフリーラジカルタイプのものである別の実施形態では、オリゴマーは不飽和ポリエステル樹脂及びアクリル樹脂オリゴマーから選択される。

アクリル樹脂オリゴマーの例は、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート及びポリエステルアクリレートオリゴマーである。表１は、これらのアクリル樹脂の特性を比較する。エポキシアクリレートは、硬化時間が短く、良好な耐薬品性を有する。エポキシアクリレートの例は、ビスフェノールＡエポキシ、アルキルタイプエポキシアクリレート及びＰＥタイプエポキシアクリレートである。ウレタンアクリレートは可撓性であり、エポキシアクリレートと比較して硬い。ウレタンアクリレートは、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、メチレンジシクロヘキシルジイソシアネート（Ｈ１２ＭＤＩ）及びメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）等のイソシアネート系であってよい。ポリエステルアクリレートは、ウレタンアクリレート及びエポキシアクリレートに比べて分子量及び粘度が低い。エポキシアクリレートは、同一の分子量において、ポリエステルアクリレートの約５〜６倍の粘度を有する。表１は、これらのアクリル樹脂の特性を比較する。

ＵＶ硬化性インク処方Ｆ中のモノマーは、ＵＶ硬化性インク処方Ｆ中のオリゴマーを希釈するために使用される。このモノマーによって、有機溶媒を使用せずにＵＶ硬化性インク処方Ｆを調製できる。モノマーの例は、ビニルモノマー、プロピレンモノマー及びアクリルモノマーである。モノマーは、官能基の量に応じて単能性又は多官能性であり得る。典型的には多官能性モノマーがインク中で使用される。多官能性アクリルモノマーの例は、トリメチロールプロパントリアクリレート（ＴＭＰＴＡ）、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート（ＤＰＨＡ）及びジペンタエリスリトールペンタアクリレート（ＤＰＥＰＡ）である。ある例示的実施形態では、ＵＶ硬化性インク処方Ｆは、モノマーとしてポリビニルクロリド（ＰＶＣ）を含む。

ＵＶ硬化性インク処方Ｆ中の光開始剤は、ＵＶ光吸収後に分解されなければならず、また室温において熱安定性を有していなければならない。光開始剤は、ラジカル光開始剤又はカチオン光開始剤であってよい。ラジカル光開始剤は、ＵＶ光を吸収した後に分解してフリーラジカルとなり、これはオリゴマー及びモノマーの迅速な重合を引き起こす。ラジカル重合は、ＵＶ照射が停止すると停止する。カチオン光開始剤は、ＵＶ光を吸収した後、重合を刺激するカチオンを残す。カチオン重合は、ＵＶ光への曝露を終了させた後でさえ、一般に重合が完了するまで継続する。カチオン光開始剤は、エポキシ樹脂オリゴマーと共に使用できる。カチオン光開始剤の例は、フェロセニウム塩、トリアリスルホニウム塩及びジアリルヨードニウム塩である。ラジカル光開始剤は、アクリル樹脂オリゴマーと共に使用できる。ラジカル光開始剤の例は、トリクロロアセトフェノン、ベンゾフェノン及びベンジルジメチルケタールである。

ＵＶ硬化性インク処方Ｆにおいて使用される添加剤は、充填剤、シラン結合剤、遮光剤等から選択できる。充填剤は、インクの粘度を増強するために使用される。充填剤の例は、シリケート、シリカ、酸化チタン及び粘土である。シラン結合剤は、ガラス等の無機材料とポリマー等の有機材料との間の安定した結合を提供するために使用される、有機官能性シランである。一般構造は（ＲＯ）_３Ｓｉ‐Ｘであり、ここでＸは、有機材料と化学結合を形成する反応基、例えばビニル基、エポキシ基、アミノ基、メタクリルオキシ基、メルカプト基及びその他であり、ＲＯは、無機材料と化学結合を形成する反応基、例えばメトキシ基、エトキシ基及びその他である。

ある例示的実施形態では、熱硬化性インク処方Ｇは、１０重量％〜６０重量％のオリゴマー及び１０重量％〜４０重量％のモノマーを含む。熱硬化性インク処方Ｇは更に、インクの３０体積％までの総量の、１つ又は複数の添加剤を含んでよい。熱硬化性インク処方Ｇは更に、約１０重量％〜２０重量％までの総量の硬化剤を含んでよい。エポキシ、ジエチレントリアミン（ＤＥＴＡ）及びトリメチルヘキサメチレンジアミン（ＴＭＤ）等の一般的な硬化剤を使用してよい。オリゴマー、モノマー及び添加剤は、ＵＶ硬化性インク処方Ｆに関して上述したものであってよい。

インク及びスクリーン印刷プロセスのレシピの特徴は、印刷されるマスクの品質に影響を及ぼす。印刷速度は一般に、インクの粘度によって変動する。粘度が高過ぎると、印刷は遅くなる。粘度が低いと、印刷は速くなるが、インクがスクリーンを通って垂れる場合がある。従って粘度は、印刷速度を最適化しながら、スクリーンを通したインクの垂れを回避できるように選択しなければならない。いくつかの実施形態では、インクの粘度は７０００ｃｐｓ（７Ｐａ・ｓ）〜３００００ｃｐｓ（３０Ｐａ・ｓ）であり、印刷速度は１００ｍｍ／秒〜２００ｍｍ／秒である。

シート分割‐図２に示す表面マスク２６、２８を有するガラスシート３４は、レーザ分割技術又は機械的分割技術といったいずれの好適な分割技術を用いて、複数のガラス物品に分割できる。別個のガラス物品はそれぞれ、その表面上にマスク２６、２８の一部分を有することになる。ある例示的実施形態では、印刷されたマスク２６、２８を含む層内に分割経路４２、４４が画定される。分割経路４２、４４は、ガラス表面３０、３２上の印刷されたマスク２６、２８のパターンによって画定される。パターン形成は、分割経路４２、４４内にマスク材料が存在せず、ガラスシート３４が分割経路４２、４４において露出するようなものである。この例示的実施形態では、ガラスシート３４の分割は、分割経路４２、４４に沿って、ガラスシート３４の厚さ分だけ実施される。ある代替実施形態では、分割経路４２、４４のうちの一方を省略してよく、即ちマスク２６、２８のうちの一方にはパターン形成せずに、他方には分割経路によってパターン形成してよい。

一実施形態では、ガラスシート３４を分割するために、レーザ分割技術を用いる。この技術では、レーザ源を用いて、分割経路４２及び／又は４４（図２の４４参照）に沿ってガラスシート３４を加熱する。続いて、加熱された分割経路に冷却液を塗布して、ガラスシート３４内に分割経路に沿って熱衝撃を生成し、分割経路に沿ったスコアラインを得る。図４Ａはスコアライン４６を例示目的で示す。図４Ａに示す分割経路４２のネットワークは、ガラスシートから分割するガラス物品の形状に合うように、必要に応じて変更できる。ガラスシートは、レーザスコアリング後に、スコアライン４６に沿って容易に分割できる。あるいは、ガラスシート３４を分割するために、機械的分割技術を用いてよい。機械的分割技術は、ガラスに沿って分割経路４２又は４４内でスコアリングホイールを引くことにより、ガラスにスコアラインを形成するステップを伴う。こうしてガラスシートは、スコアラインに沿って容易に分割できる。

表面マスク層の分割経路は、ガラスシート３４の分割を容易かつ滑らかにする。表面マスク内に上述のような画定された分割経路が存在しなければ、ガラスシートはその分割中に不均一に破断する場合があるか、又は分割技術によって形成されたスコアラインに沿って破断しない場合がある。

図４Ｂは、ガラスシート３４から分割されたガラス物品５２の例を示す。ガラス物品５２の形状は、単に例示を目的として、矩形となっていることに留意されたい。即ちガラス物品５２は、ガラス物品の目的とする用途のためのいずれの所望の形状を有してよい。ガラス物品５２はその表面上に、マスク２６、２８の一部分（図４Ｂではマスク２６の一部分２６ａのみを確認できる）を有する。

縁部仕上げ‐ガラスシート３４から分割されたガラス物品の縁部（図４Ｂの５３）は仕上げを施される。仕上げは、ガラス縁部に形成された割れ及び欠けを除去するステップ、並びに通常は平坦な縁部外形から、面取りされた（若しくは斜角を付けた）外形又は丸みを帯びた（若しくは丸面）外形等の平坦でない縁部外形へと、ガラス縁部を所望の縁部外形に成形するステップを伴う。研削、ラッピング及び研磨等の機械加工技術を用いて縁部に仕上げを施してよい。いくつかの実施形態では、仕上げは、アルミナ、シリコンカーバイド、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素又は軽石等の研磨材料製の研削工具を用いてガラス縁部を研削するステップを伴う。研削は複数の段階で実施され、連続する各段階は適切な砥粒サイズを用いる。一般に、研削は高い砥粒サイズを用いて開始され、小さな砥粒サイズで終了する。砥粒の番号が高くなればなるほど、材料の除去は穏やかになる。砥粒サイズの例示的なシーケンスは、２８０番、そしてこれに続く６００番である。別の例は３２０番、そしてこれに続く６００番である。研削中、ガラス縁部は所望の外形に成形される。研削後、ホイール、パッド又はブラシの形態であってよい研磨工具を用いて縁部を研磨する。研磨粒子を研磨工具に装填でき、この場合研磨は、ガラス物品の縁部に対して上記研磨粒子をこすりつける又はブラシで塗布するステップを伴う。研磨後、ガラス物品の縁部は平滑になる。一例では、仕上げ後にＺＹＧＯ（登録商標）３Ｄ光学表面プロファイラで測定した縁部の表面粗度は１００ｎｍ未満である。

ガラス縁部の仕上げ又は機械加工は、コンピュータ数値制御機械で実施してよい。好適なＣＮＣ機械の一例は、ＣｈｕａｎＬｉａｎｇＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．から入手可能なＣＬ‐３ＭＧＣＣ‐２ＺＣＮＣ機械である。ガラス物品は１度に１つずつ仕上げを施されてよい。あるいは、ガラス物品のうちの複数又は全てに同時に仕上げを施してよい。この同時仕上げは、ガラス物品の縁部を露出させる好適な固定器具内にガラス物品を積層し、この固定器具を機械上の作業位置に固定することによって達成できる。次に、研削工具及び研磨工具等の仕上げ又は機械加工工具をガラス物品に適用して、ガラス物品の縁部から必要に応じて材料を除去し、縁部において所望の粗度レベルを達成でき、また外形を成形できる。米国特許出願第１３／８０３９９４号明細書は、複数のガラスシートに同時に仕上げを施す方法を記載している。この特許出願の開示は、参照によりその全体が本出願に援用される。

縁部エッチング‐ガラス物品の仕上げを施された縁部は、マイクロメートルレベルからマイクロメートル以下のレベルの傷を有することが殆どであり、これは、シート分割（図１の１２）及び縁部仕上げ（図１の１４）のうちの一方又は両方によって誘発され得る。ある例示的実施形態では、傷を除去する、又は傷の長さ及び／若しくは先端径を実質的に低減するために、酸エッチングを使用する。エッチングは、完成品の又は機械加工された縁部を、ガラス材料と反応できる無機酸を含有するエッチング媒体中に浸漬するステップを伴う。エッチング媒体は、水性又はゲル状形態であってよい。典型的には、無機酸はフッ化水素酸（ＨＦ）である。エッチング媒体は更に、塩酸（ＨＣｌ）、硝酸（ＨＮＯ_３）、硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）又はリン酸（Ｈ_２ＰＯ_４）等の１つ又は複数の鉱酸を含んでよい。無機酸は水性媒体中に、約１体積％から最大５０体積％までの量で存在してよい。鉱酸はエッチング媒体中に、最大５０体積％の量で存在してよい。一例では、エッチング媒体は、室温において５重量％のＨＦ及び５重量％のＨＣＬからなる。

エッチングの期間は、ガラス縁部における傷の数の所望の低減又は傷の長さ及び／若しくは先端の所望の低減によって規定される。ある例示的実施形態では、ガラス縁部を、例えばＨＦ／ＨＣｌであるエッチング媒体を含有する浴中に３２分間浸漬し、続いて水中で超音波撹拌によって５分間濯ぐ。ガラス物品全体をエッチング媒体に浸漬してよい。このためガラス物品の表面マスクはエッチング媒体と相互作用してはならず、又は相互作用速度は、エッチング後にガラス物品上に有効な厚さの表面マスクが残る程度に極めて遅くなければならない。ガラス物品はエッチング媒体中で１回に１つ処理してよい。あるいは複数のガラス物品をエッチング媒体中で同時に処理してよい。同時処理のために、ガラス物品を、エッチング媒体を含有する浴中に複数のガラス物品を保持するよう構成された好適なエッチング固定器具内で支持できる。このような固定器具の例は、米国仮特許出願第６１／７３１９５５号明細書中で開示されている。

縁部コーティング‐通常、縁部エッチング後にガラス物品の縁部には傷が存在する。これらの傷による直接的な影響を防止することによって、ガラス物品の耐衝撃性を改善するために、ガラス縁部に硬化性コーティングを塗布して傷を覆い隠す。一実施形態では、浸漬及びスピンコーティングプロセスによって硬化性コーティングをガラス縁部に塗布する。別の実施形態では、スプレーコーティングプロセスによって硬化性コーティングをガラス縁部に塗布する。硬化性コーティングはまた、浸漬コーティング（即ちスピンを用いない）プロセスによっても塗布できる。

図５は、一群のガラス物品の縁部をコーティングするための、浸漬及びスピンコーティングシステムの例示的実施形態である。このシステムは、一群のガラス物品５２を保持するためのカセット５０、コーティング材料５６、及びスピナー６０を含むスピンコータ５８を含み、スピナー６０はタンク６２内に配置される。スピンコータは例えば、ＴｉｅｎＳｈｉａｎｇＴｒａｄｅ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．から市販されている。図６Ａでは、カセット５０は複数の積層可能なプレート６４からなる。例えばカセット５０は、５個〜２０個のプレートを有してよい。上記プレートの積層を補助するために、プレート６４上に整列タブ６５及びスロット６７を設けてよい。プレートの積層を補助するために、（図６Ｃの）整列ピン６５ａも用いてよい。積層されたプレート６４は更に、ボルト等の手段を用いてまとめて固定してよい。各プレート６４はスロット６６を含み、このスロット６６内にガラス物品５２を配設できる。スロット６６の端部は解放されており、これによりコーティング材料がスロット６６を通って、スロット６６内に配設されたガラス物品５２の縁部周辺へと流れることができる。各ガラス物品５２の角は、角固定器具６８内のスロット（図６Ｂの６３）内に挿入される。図６Ｂに示すように、ガラス物品５２の角は、固定器具６８のスロット６３内にぴったりと保持されるが、スロット６３内には空間７１も残っており、これにより、図６Ｃにおいて矢印６９で示されているような、ガラス物品５２の角周辺でのコーティング材料の流れが可能となる。（図５及び６Ａの）カセット５０では、プレート６４の各スロット６６は、ガラス物品５２と（図６Ａ及び６Ｂの）角固定器具６８との組立体を含む。プレート６４を積層してまとめて固定すると、固定器具６８は所定の位置にクランプ固定される。固定器具６８は、浸漬及びスピンコーティングプロセスのスピン部分中に、ガラス物品５２がカセット５０の周りで動く、又はカセット５０から落下するのを防止する。プレート６４はいずれの好適な材料製とすることができるが、何らかのフッ化物でコーティングする必要があり得る。好適なプレート材料の例は、ステンレス鋼及びアクリル材料である。

図５に戻ると、縁部コーティングは、一群のガラス物品５２をカセット５０内に組み付けて、カセット５０をタンク６２内のスピナー６０に取り付けることによって実施できる。この時点において、スピナー６０は静止しており、タンク６２内に、カセット５０を沈めるのに十分なコーティング材料が存在しない。続いてタンク６２をコーティング材料５６で充填し、これによりカセット５０及びガラス物品５２をコーティング材料中に沈める。コーティング材料は、ガラス物品５２が配設されているカセットスロット（図６Ａの６６）に入り、ガラス物品５２の縁部及びガラス物品５２上の表面マスクをコーティングする。続いてコーティング材料５６をタンク６２から完全に出す。これにより、コーティングプロセスの浸漬部分が完了する。代替実施形態では、浸漬は、ガラス物品５２を内包するカセット５０の各スロット内にコーティング材料を入れることによって達成できる。ガラス物品５２はスロット内のコーティング材料中に沈められる。必要な場合、両方の浸漬方法において、カセット５０は、ガラス物品５２の縁部を完全にコーティングできるよう、様々な方向に傾斜させることができる。

浸漬後、スピナー６０は選択された速度で回転するよう操作され、これによってカセット５０がスピンする。このスピン中に、遠心力によって余剰のコーティング材料がガラス物品５２から除去される。スピン速度及び時間は、ガラス物品５２の縁部上のコーティングの所望の厚さ及び品質を達成できるように制御できる。一般に、回転速度が高くなればなるほど、コーティング厚さは薄くなる。またスピンの期間が長くなればなるほど、コーティング厚さはより薄く、かつ平滑になる。スピン後、ガラス物品５２を有するカセット５０は、コーティング材料の前硬化（図１の２０）のためにオーブンへと移送される。

図７は、一群のガラス物品の縁部をコーティングするために使用できる、異なる浸漬及びスピンコーティングシステムを示す。このシステムは、一群のガラス物品５２を保持するためのカセット７０を含む。カセット７０は回転モータ７１に連結され、この回転モータ７１は、浸漬及びスピンコーティングプロセスのスピン部分のためにカセット７０を回転させるように操作できる。カセット７０はチャンバ７３内に配置され、チャンバ７３は、浸漬及びスピンコーティングプロセスの浸漬部分のためにコーティング材料で充填できる。カセット７０は複数の積層可能なプレート７２からなり、上記積層可能なプレート７２のうちの１つが図８Ａ及び８Ｂに示されている。図８Ａ及び８Ｂでは、プレート７２は、中央本体７４及び中央本体７４から延在する径方向アーム７６を有する。図８Ｂでは、中央本体７４の底部側にスペーサ７８が設けられている。スペーサ７８はまた、プレートを均衡状態で積層するための径方向の設計を有してよい。図８Ｂに示すように、ガラス物品５２は、プレート７２の上側、即ちスペーサ７８が含まれていない側に配設される。プレート７２を積層体として配設すると、１つのプレート７２のスペーサ７８は、隣接するプレート７２上に支持されたガラス物品５２と接触する。また、ガラス物品５２の縁部はカセットの周縁部において露出する。積層されたプレート７２は、径方向アーム７６内の孔８０を通して挿入されたボルト等のいずれの好適な手段を用いてまとめて固定してよい。

図７に示すシステムもまた、浸漬コーティングプロセスのために使用できる。この場合、カセット７０はコーティング材料中に沈められず、コーティング材料は、カセット７０内のガラス物品の底部縁部に触れるのに十分な量しか必要でない。回転モータ７１は、カセット７０内のガラス物品５２の縁部全体をコーティング材料でコーティングできるようにカセット７０を回転させるよう、操作できる。

図９は、バッチ縁部コーティングのためのスプレーコーティングシステムを示す。本システムは、一群のガラス物品を保持するためのカセット９０を含む。カセット９０は図７のカセット７０と同一であるが、図６Ａに示すもの等の他のタイプのカセットを使用してよく、又は真空チャックを使用してよい。このシステムはまた、コーティング材料を内包するリザーバ９２、キャリアガス源９４及び霧生成器（噴霧器又はネブライザ）９６を含む。スプレーコーティングのために、コーティング材料を霧生成器に送達し、霧生成器はコーティング材料を霧吹きして小滴とする。源９４からのキャリアガスは、カセット９０内のガラス物品５２の縁部へと小滴９９を搬送する。霧生成器９６の噴霧端部とカセット９０との間の距離は、カセット９０に対する霧生成器９６の位置を調整する必要なしに、噴霧された小滴がカセット９０の長さに沿ってガラス縁部全体を被覆するように選択してよい。あるいは、霧生成器９６は、矢印９８で示されているように、カセット９０の長さに沿って前後に並進してよく、これによって、カセット９０の長さに沿ったガラス縁部全体にコーティング材料が噴霧される。また、コーティング材料がガラス縁部上に噴霧されている間、カセット９０は、例えばカセット９０に連結された回転モータ１００を用いて回転させることができ、これにより、カセットの周に沿ってガラス縁部上を均一にコーティングできる。

ある例示的実施形態では、硬化性コーティング材料はポリマー樹脂である。ポリマー樹脂は高い透明性、ガラス表面上での良好な濡れ性を有し、液体形態で利用可能である。ある例示的実施形態では、硬化性コーティング材料は、アクリルコーティング材料、エポキシコーティング材料、シリコーンコーティング材料、透明ポリイミドコーティング材料及び硬性コーティング材料から選択される。硬化性コーティング材料は、浸漬及びスピンコーティングプロセス、スプレーコーティングプロセス又は浸漬コーティングプロセスによってガラス縁部に塗布してよい。大量生産ガラス縁部コーティングのために、ガラス物品を、コーティングプロセスに適したカートリッジ内に配設し、コーティング材料を全てのガラス縁部に同時に塗布する。浸漬及びスピンプロセスでは、ガラス物品はコーティング材料中に浸漬される。少なくともこのコーティングプロセスに関して、コーティング材料は、マスクが縁部コーティング中にガラス表面を保護できるよう、ガラス表面上のマスクと相互作用しないことが好ましい。

コーティング材料は好ましくは、ポリマーに浸透してポリマーを膨張し得る有機溶媒を含まない。コーティング材料が溶媒を含む場合、コーティング材料中の溶媒はマスクに浸透して、マスクを膨張させてマスクにしわを形成する場合がある。これによりマスクは、縁部コーティング中にガラス表面を保護するにあたって非効率的となる。ＵＶ硬化性コーティング材料は、有機溶媒を用いずに調製できる。コーティング材料がＵＶ硬化性コーティング材料ではなく、例えば熱硬化性コーティング材料であるか、又は有機溶媒をなお必要とする場合、マスク及びコーティング材料の可溶性パラメータを考慮する必要がある。ポリマーの可溶性パラメータが、溶媒の可溶性パラメータに等しいか又は±１．５以下である場合、ポリマーはこの溶媒に溶解できる。そうでない場合、ポリマーは不溶性である。従って、コーティング材料中で使用されるいずれの溶媒は、マスクがその溶媒中で不溶性となるように選択しなければならない。

前硬化‐コーティング材料をガラス物品に塗布した後、ガラス物品は、コーティング材料の前硬化のためにオーブンへと移送される。例えばシリコーンコーティング材料に関して、前硬化は１５０℃で１分間実施できる。コーティング材料がＵＶ硬化性コーティング材料である場合、硬化のためにＵＶ光を使用する。

表面アンマスキング‐前硬化後、ガラス物品から表面マスクを除去する。マスクの結合力が高いため、表面マスクは全体として手作業で除去できる。

後硬化‐表面マスクの除去後、ガラス物品は、コーティング材料の硬化のために再びオーブンへと移送される。硬化は、前硬化と同一の温度において、ただし前硬化よりも長い期間、例えば９分間実施できる。ここでもまた、コーティング材料がＵＶ硬化性コーティング材料である場合、硬化のためにＵＶ光を使用する。

実施例１‐Ｂｕｉｌｔ‐ＩｎＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅＣｏ．Ｌｔｄ．（台湾）の自動スクリーン印刷機Ｎｏ．ＣＧ１ＣＦ０５１０を用いて、ガラス基材の表面上にマスクを印刷した。スクリーン印刷機及びスクリーンの特性は、表２に示した通りである。スクリーン印刷に使用したインク（マスク材料）は、４００Ｐａ・ｓの粘度を有し、印刷速度は８０ｍｍ／秒であった。スキージ硬度は７０Ｈであり、印刷角度、即ちスクリーンに対するスキージブレードの角度は１８°であった。インクの硬化条件は１５０℃で１時間であった。印刷されたマスクの厚さは約８０μｍであった。

実施例２‐実施例１のガラス基材を複数のガラス物品に分割した。機械加工によって各ガラス物品に仕上げを施した。完成品のガラス物品はそれぞれ、Ｃ字型面取り縁部外形を有していた。

実施例３‐実施例２のガラス物品を、ガラス縁部のエッチングのためにエッチング媒体中に浸漬した。エッチング媒体は、５重量％のＨＦ及び５重量％のＨＣｌを含む水溶液であった。ガラス物品は、上記エッチング媒体を含有する浴中に３２分間浸漬された後、水中で超音波撹拌によって５分間濯がれた。

実施例４‐実施例３のガラス物品のうちのいくつかをカセットに装填した。続いて浸漬及びスピンコーティングプロセスを用いて、カセット内のガラス物品の縁部に硬化性コーティングを塗布した。硬化性コーティング材料として、粘度８０ｃｐｓ（８０ｍＰａ・ｓ）のシリコーンを使用した。スピン速度は３００ｒｐｍであり、スピン時間は１０秒であった。スピン後、１５０℃で１分間の前硬化のために、カセットをオーブンへと移送した。その後ガラス物品をオーブンから取り出し、ガラス物品から表面マスクを除去した。続いてガラス物品を再び１５０℃で９分間硬化させた。縁部コーティングの厚さは約１６μｍであった。図１０は、浸漬及びスピンによる縁部コーティングのＳＥＭ画像である。浸漬及びスピンコーティングプロセスを用いた場合、ガラス表面上において溢れは観察されなかった。

実施例５‐ガラス物品の縁部に硬化性コーティングを塗布する方法として噴霧を用いて、他のガラス物品に対して実施例４を繰り返した。縁部コーティングの厚さは約１８μｍであった。図１１は、噴霧による縁部コーティングのＳＥＭ画像である。噴霧によって得られた縁部コーティング中にはある程度の気泡が観察された。後処理プロセスを用いて気泡を除去できる場合がある。しかしながら実施例５に関しては気泡は除去されなかった。

表３は、縁部コーティングされていないガラス試料（非コーティングガラス試料）、上述のように縁部コーティング方法として浸漬及びスピンを用いて調製されたガラス試料（浸漬及びスピンコーティングガラス試料）、並びに上述のように縁部コーティング方法として噴霧を用いて調製されたガラス試料（スプレーコーティングガラス試料）に関する、垂直ボール落下試験の結果を示す。各ガラス試料は、１．１ｍの縁部厚さ又は高さを有していた。ボール落下の質量は０．５ｋｇであった。

表３は、（４３．６ＭＰａの衝撃に相当する）落下高さ６ｃｍまでは、非コーティングガラス試料が破断しなかったことを示す。浸漬及びスピンコーティングガラス試料は、（６７．８８ＭＰａの衝撃に相当する）落下高さ１６ｃｍまで破断しなかった。スプレーコーティングガラス試料は、（６０ＭＰａの衝撃に相当する）落下高さ１２ｃｍまで破断しなかった。非コーティングガラス試料に対する、浸漬及びスピンコーティングガラス試料の耐衝撃性の改善は、５６％である。非コーティングガラス試料に対する、スプレーコーティングガラス試料の耐衝撃性の改善は、３８％である。スプレーコーティングガラスの縁部には気泡が存在し、これが、浸漬及びスピンコーティングガラスの縁部に比べて耐衝撃性の改善が小さい原因であり得る。

表４は、上述のようなガラス縁部のバッチコーティング（ＢＣ）を、ガラス縁部の１つずつのコーティング（ＰＣ）と比較している。１つずつのコーティングでは、コーティング材料をガラス縁部に塗布するために、噴射、ローラ及び吐出を使用した。分析は３つの部分、即ち：厚さ及び均一性；溢れ；機械的許容誤差に別れる。表４から、ガラス縁部コーティング性能に関して、バッチコーティングは１つずつのコーティングよりも高いスコアを示す。また、縁部コーティングのために浸漬及びスピンと噴霧との両方を使用できるものの、ガラス縁部コーティング性能に関して、浸漬及びスピンコーティングは概してスプレー縁部コーティングよりも高いスコアを示す。

図１２は、コーティングされた縁部を有しないガラス物品の縁部強度を、コーティングされた縁部を有するガラス物品と比較している。線１１０は、コーティングされた縁部を有しないガラス物品の縁部強度を表す。線１１２は、コーティングされた縁部を有するガラス物品の、損傷後の縁部強度を表す。線１１４は、コーティングされた縁部を有するガラス物品の、損傷前の縁部強度を表す。コーティングされた縁部には、コーティングは浸漬コーティングによって塗布した。コーティングされた縁部を有するガラス物品は、コーティングされた縁部を有しないガラス物品に比べて、８０ＭＰａ〜３００ＭＰａの縁部強度の改善を示した。

本開示を限られた数の実施形態に関して説明してきたが、本出願で開示されるような開示の範囲から逸脱しない他の実施形態も考案できることは、本開示の利益を得る当業者には理解されるだろう。従って本開示の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるものとする。

１０表面マスキングステップ
１２シート分割ステップ
１４縁部仕上げステップ
１６縁部エッチングステップ
１８縁部コーティングステップ
２０前硬化ステップ
２２表面アンマスキングステップ
２４後硬化ステップ
２６マスク
２６ａマスク２６の一部分
２８マスク
３０ガラスシート３４の表面
３２ガラスシート３４の表面
３４ガラスシート
３６スクリーン
３８インク
４０スキージ
４２分割経路
４４分割経路
４６スコアライン
５０カセット
５２ガラス物品
５３ガラス物品の縁部
５６コーティング材料
５８スピンコータ
６０スピナー
６２タンク
６３スロット
６４プレート
６５整列タブ
６６スロット、カセットスロット
６７スロット
６８角固定器具
６９矢印
７０カセット、孔
７１回転モータ
７２積層可能なプレート
７３チャンバ
７４中央本体
７６径方向アーム
７８スペーサ
８０孔
９０カセット
９２リザーバ
９４キャリアガス源
９６霧生成器
９８矢印
９９小滴
１００回転モータ
１１０線
１１２線
１１４線

Claims

一群のガラス物品を縁部コーティングする方法であって：
ガラスシートの表面上にマスクを印刷するステップであって、前記マスクのうちの少なくとも１つは、分割経路のネットワークを画定するパターン付きマスクである、ステップ；
印刷された前記マスクを有する前記ガラスシートを、前記分割経路に沿って複数のガラス物品に分割するステップであって、各前記ガラス物品は、前記ガラス物品の表面上に、前記印刷されたマスクの一部分を備える、ステップ；
少なくとも一群の前記ガラス物品に関して、前記群の各前記ガラス物品の縁部に仕上げを施して、前記縁部の粗度を低減するステップ；
仕上げを施した前記縁部を、少なくとも１つの無機酸を含むエッチング媒体でエッチングして、前記仕上げを施した縁部の少なくとも１つの傷の長さ及び先端半径のうちの少なくとも１つを低減するステップ；
同時に、エッチングされた前記縁部に硬化性コーティングを塗布するステップ；
前記エッチングされた縁部上の前記硬化性コーティングを前硬化させるステップ；
前記硬化性コーティングを有する前記ガラス物品から、前記マスクを除去するステップ；並びに
前記マスクの除去後に、前硬化した前記硬化性コーティングを後硬化させるステップ
を有してなる、方法。
前記マスクを印刷する前記ステップは、スクリーン印刷するステップである、請求項１に記載の方法。
前記マスクは、前記少なくとも１つの無機酸に対する耐性を有し、１０重量％〜６０重量％のオリゴマー及び１０重量％〜４０重量％のモノマーを含むインクによって印刷される、請求項１又は２に記載の方法。
前記マスクを印刷する前記ステップで使用される前記インクは更に：
（ｉ）１重量％〜１５重量％の光開始剤；並びに
（ｉｉ）充填剤、シラン結合剤及び遮光剤から選択される、総量が最高３０体積％の１つ又は複数の添加剤
のうちの少なくとも一方を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
各前記マスクの厚さは、３０μｍ〜５０μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記硬化性コーティングはポリマー樹脂である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記硬化性コーティングは有機溶媒を含まない、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
前記少なくとも１つの無機酸はフッ化水素酸である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
前記エッチング媒体は更に、少なくとも１つの鉱酸を含む、請求項８に記載の方法。
同時に前記硬化性コーティングを塗布する前記ステップは：
前記一群のガラス物品を保持するよう構成されたカセットに、前記一群のガラス物品を装填するステップ；及び
前記ガラス物品が前記カセット内にあるまま、前記ガラス物品の前記エッチングされた縁部に前記硬化性コーティングを塗布するステップ
を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。