JP2016539068A - ガラスおよびガラスセラミック物品に大きな特徴構造を形成する方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

ガラスまたはガラスセラミックシートに、孔を形成する方法は、孔を画成するように、ガラスまたはガラスセラミックシートの主面に切込みを入れる工程と、空洞の周縁が、第１の切込みによって境界を決められた領域の外側に位置するように、シートを、受け面に空洞が形成された載置台の受け面上に置く工程と、シートのうち、第１の切込みによって画成された部分を取り外すように、シートを、第１の切込みに沿って破る工程とを有し、シートの取り外された部分が、空洞内に収容されることを特徴とする。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１３年１１月２６日出願の米国仮特許出願第６１／９０８，８６７号の優先権の利益を主張し、その全内容は、参照により、ここに組み込まれる。

本開示は、概して、ガラスまたはガラスセラミックシートに孔を形成する方法および装置に関し、より詳しくは、ガラスまたはガラスセラミックシート、および、切抜きの両方が破損しないままである、パターン生成方法、並びに、関連した装置に関する。

高速ドリルを用いて、ガラスまたはガラスセラミックシートを貫通する孔を打ち抜く、または、穿孔することが可能である。しかしながら、そのようなアプローチは、特に、ガラスに穿入する位置の反対側の面の孔の周縁で、ガラスシートを破損させうる。さらに、ドリルで穿孔する方法は、大体は、切抜き部分を犠牲にし、無駄にすることになる。

マザーシートおよび切抜き部分のどちらも破損させることなく、ガラス基板中に、大きな切り抜いた特徴構造を形成するための装置および方法を提供することには、利点があるだろう。

本開示の実施形態によれば、ガラスまたはガラスセラミックシートに孔を形成する方法は、孔を画成するように、シートの主面に第１の切込みを入れる工程と、空洞の周縁が、第１の切込みによって境界を決められた領域の外側に位置するように、シートを、受け面に空洞が形成された載置台のその受け面上に置く工程と、シートのうち、第１の切込みによって画成された部分を取り外すように、そのシートを第１の切込みに沿って破る工程とを有する。シートを受け面上に置いた後、シートの一部分は、空洞内に配置された圧縮自在部に接触する。シートを破った後、シートのうち取り外された部分は、空洞内で、圧縮自在部により支持される。

孔を形成するための装置は、受け面を有する載置台と、受け面に形成された空洞と、空洞の少なくとも周縁に配置された圧縮自在部とを備えている。この装置の使用中、圧縮自在部は、受け面上に載置されたガラスまたはガラスセラミックシートによって、第１の程度まで圧縮され、さらに、シートが切込みに沿って破られた後、圧縮自在部は、シートのうち切り外された部分によって、第１の程度よりも大きい第２の程度まで圧縮される。

本開示の主題のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な記載に示され、部分的には、当業者には、その記載から容易に明らかであるか、または、添付された図面だけでなく、以下の詳細な記載および請求項を含む本明細書で記載されたような本開示の主題を実施することによって理解されるだろう。

ここまでの概略的な記載、および、以下の詳細な記載の両方が、本開示の主題の実施形態を示すものであると共に、請求されたような本開示の主題の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することを意図するものであると、理解されるべきである。添付の図面は、本開示の主題のさらなる理解を提供することを意図するものであると共に、本明細書に組み込まれ、その部分を構成するものである。図面は、本開示の主題の様々な実施形態を図示しており、その記載と共に、本開示の主題の原理および動作を説明する役割を果たす。さらに、図面および記載は、単に例示を意図するものであり、請求項の範囲を、制限することを意図するものでは全くない。

以下、本開示の具体的実施形態の詳細な記載は、同様の構造を同様の参照番号で示した、以下の図面と合わせて読まれる場合に、最も良く理解されうる。

ガラスおよびガラスセラミックシートに大きな特徴構造を形成するための実施形態による装置の概略図である。 ガラスおよびガラスセラミックシートに大きな特徴構造を形成するための実施形態による装置の概略図である。 ガラスおよびガラスセラミックシートに大きな特徴構造を形成するための実施形態による装置の概略図である。 ガラスおよびガラスセラミックシートに大きな特徴構造を形成するための実施形態による装置の設計図である。 図２の装置の写真である。 閉じた切込みを用いてパターンが生成されたガラスシートの概略図である。 開いた切込みを用いてパターンが生成されたガラスシートの概略図である。 閉じた切込みを用いてパターンが生成されたガラスシートの光学顕微鏡写真である。 開いた切込みを用いてパターンが生成されたガラスシートの光学顕微鏡写真である。

ここで、本開示の主題の様々な実施形態に、より詳しく言及するが、そのうちの幾つかの実施形態は、添付の図面に示されている。全ての図面を通して、同じ、または、同様の部分を表すには、同じ参照番号が用いられる。

図１Ａ〜１Ｃを参照すると、ガラスまたはガラスセラミックシート２００に、孔（例えば、開口）２１０を形成するための装置１００は、受け面１２０を有する載置台１１０、および、受け面１２０に位置する空洞１３０などの凹領域を含む。図１Ｂに示されているように、ガラスまたはガラスセラミックシート２００に形成されるべき孔２１０を画成する切込み２０５が付与されたシート２００が、空洞１３０の周縁１３２が切込み２０５によって境界を決められた領域の外側に位置するように、受け面１２０上に置かれる。切込み２０５によって境界を決められた領域に、力が加えられると、パターンが生成された（例えば、開口された）シート２０１、および、切り外された部分２０２を形成するように、切込みが、シート２００の厚さを貫通して伝播する。例示の装置においては、破る動作の間、受け面がシートを支持し、空洞は、切り外された部分を保持するように構成されている。

本明細書で使用されているように、「切込み」は、ガラスシートの表面に形成されたノッチである。切込みは、例えば、ダイヤモンドを先端に付けたスクライバまたは超硬スクライバなどのスクライバもしくはホイールを用いて形成してもよい。ガラスまたはガラスセラミックシートを破る前に、形成されるべき孔を画成するために、シートには、１から１０００マイクロメートル（例えば、１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００または１０００マイクロメートル）の平均深さまで切込みが入れられてもよい。切込みは、閉じた切込みであっても、開いた切込みであってもよい。閉じた切込みは、シートによって完全に囲まれた孔を画成するように、輪を描いて元に戻る。開いた切込みは、シートによって部分的に囲まれた孔を画成するように、シートの縁で終端する。

本明細書で使用されているような「マザーシート」は、開口されたガラスまたはガラスセラミックのシートのことを称する。「切り外された部分」は、孔を形成するために、シートから取り除かれた、ガラスまたはガラスセラミックの部分もしくは小片のことを称する。

載置台１１０は、堅い材料から形成されてもよい。例えば、載置台は、アルミニウムなどの金属から機械加工されてもよい。載置台は、受け面１２０、つまり、ガラスシート受け面またはガラスセラミックシート受け面を備えている。受け面１２０は、パターンが生成されるべきガラスまたはガラスセラミックシートの主面に接触するように構成されている。シートは、平面または非平面であってもよく、したがって、受け面は、平面または非平面であってもよい。

空洞１３０は、載置台の受け面に形成されている。空洞は、ガラスまたはガラスセラミックシートに形成されるべき孔またはパターンに関する領域寸法よりも大きな領域寸法を有する。実施形態においては、ガラスまたはガラスセラミックシートに孔を形成する方法が行われている間は、空洞１３０の周縁１３２は、シートのうち、切込みによって境界を決められた領域の外側に位置する。実施形態において、空洞は、シートの厚さ以上の（受け面に対して測定された）深さを有する。

実施形態において、圧縮自在部３００が、空洞の少なくとも周縁に配置される。シートを破る前に、圧縮自在部は、空洞を、ほぼ満たしていてもよい。円形の空洞を備えた載置台においては、例えば、圧縮自在部は、空洞の内径よりも小さな外径を有する円柱の形状であってもよい。別の実施形態においては、圧縮自在部３００は、円環（つまり、Ｏ型のリング）形であってもよい。そのような円環は、空洞の内径よりも小さな外径を有する。例えば図１Ａに示されているように、圧縮自在部は、圧縮自在部の少なくとも一部分が受け面より上方に延在するように、空洞の深さよりも大きい高さを有する。

パターンが生成されていないシートが、受け面１２０によって支持されている間は、圧縮自在部３００は、ガラスまたはガラスセラミックシート２００に接触するように構成されている。ガラスまたはガラスセラミックシートに孔２１０を形成する方法が行われている間は、シートは、最初は、受け面上に置かれ、圧縮自在部は、空洞内で、第１の程度まで圧縮される（図１Ｂを参照）。

一実施形態において、圧縮自在部は、空洞の寸法よりも小さいが、切込みによって画成される寸法よりも大きな領域寸法を有する。

理論に拘束されるのを望むことなく、圧縮自在部は、シートを破る動作の間、シートの切抜き部分を支持していてもよく、シートが、欠けまたは破片を生じずに、一様に分かれるのを確実にしうる。シートが破られた後、圧縮自在部は、空洞内で、第１の程度よりも大きい第２の程度まで圧縮される（図１Ｃを参照）。圧縮自在部は、例えば、発泡体などのポリマー材料から形成されていてもよい。

破る動作の間、マザーシートは、載置台に固定されていてもよい。特に、シートと受け面との接触を維持するように、破る間、マザーシートは受け面に固定され、その間、切り外し部分は固定されていない。実施形態において、シートは、第１の切込みに沿ってのみ破られる。

実施形態においては、切抜き部分に物理的に接触することなく、ガラスまたはガラスセラミックシートに孔が形成される。例えば、切込みが入れられたシートを載置台上に置いた後、第１の切込みの近傍のシートに亘り圧力勾配を生じさせるように、空洞内を真空に引いてもよい。圧力勾配は、切込み線に沿って破れを生じさせる力を生じさせる。ガラスのマザーシート内の孔を画成するように、破れは、ガラスシートの主面に対し、ほぼ垂直に進む。一定または可変の真空圧力を用いてもよい。載置台に形成された開口部１３８を介して、空洞１３０内を真空にしてもよい。実施形態において、空洞内の減圧は、孔の領域において、ガラスまたはガラスセラミックシートの変形（歪み）を生じさせる。

実施形態において、シートの１つの主面のみに切込みが入れられたような場合には、切込みを入れられた主面が受け面または圧縮自在部に向かないようにして（接触しないようにして）、シートが受け面に置かれる。シートが受け面に置かれる前に、または、シートが受け面に置かれた後に、シートに切込みを入れてもよい。必要に応じて、第１の切込みとは反対側の、シートの主面に、第２の切込みを形成してもよい。

必要に応じて、破れを進めさせる応力を生じるように、加熱または冷却によって、温度勾配をシートに付与してもよい。例えば、切込みを入れた後、シートの切込みを入れた側で、切り外し領域を局所的に冷却してもよく、取り外し領域は、例えば、吸引カップを用いて、マザーシートから分離することができる。

例示の装置の設計図および付随した図面が図２に示されている。例示の装置の写真が、図３に示されている。

本開示の装置および方法は、様々な特徴的形状及びサイズを、ガラスまたはガラスセラミックのシートに形成するのに用いることができる。切り外す形状は、例えば、円形または楕円形であってもよい。（直径または辺の長さなど、特徴的長さで測定された）特徴的サイズは、１ｍｍから１００ｍｍの範囲（例えば、１、２、５、１０、２０、５０または１００ｍｍ）であってもよい。１つの孔、または、複数の孔が、ガラスまたはガラスセラミックシートに形成されてもよい。

開示された装置および方法を用いて、破ることが可能であると共に、そこにパターンを生成することが可能である例示のガラスおよびガラスセラミックスは、焼戻しされていないガラスシートと、イオン交換されたガラスシートとを含む。シートの厚さは、例えば、５０、１００、２００、５００、１０００、１５００または２０００マイクロメートルなど、５０マイクロメートルから２ｍｍの範囲であってもよく、前記の値のうち任意の値の間の範囲であってもよい。

閉じた孔２１０を備えたガラスまたはガラスセラミックシートの概略図が図４に示されている。開いた孔２１０を備えたガラスまたはガラスセラミックシートの概略図が図５に示されている。閉じた孔を有するガラスシートの写真、および、開いた孔を有するガラスシートの写真が、それぞれ、図６および７に示されている。

水噴射およびレザー穿孔方法と比べて、例えば、本開示の方法および装置は、高い信頼性で、かつ、経済的に、大きなサイズの孔を含む孔を、ガラス基板に形成するのに用いることができる。

本明細書で使用されているように、名詞は、そうでないことが文脈で明確に指示されない限りは、複数の指示対象を指す。したがって、例えば、「切抜き」への言及は、そうでないことが文脈で明確に指示されない限りは、そのような「切抜き」を２つ以上有する例を包含する。

本明細書では、範囲は、１つの「約」特定の値から、および／または、他の１つの「約」特定の値までとして表されうる。そのような範囲が表されている場合には、例は、その１つの特定の値から、および／または、他の１つの特定の値までを含む。同様に、値が、その前に置かれた「約」を用いて近似値で表される場合には、その特定の値は、他の態様を形成すると理解されるものである。さらに、各範囲の端点の値は、もう一方の端点との関連で、および、もう一方の端点とは独立に、の両方で重要であると理解されるものとする。

そうでないことが明示されない限りは、本明細書で示された任意の方法は、工程が特定の順序で行われることを必要とすると解釈されることを、意図するものでは全くない。したがって、方法の請求項が、その工程が辿る順番を実際に記載していなくても、若しくは、請求項または明細書の記載で、工程が特定の順番に限定されるというように、そうでないことが、特に記載されない場合には、任意の特定の順番を意味することを意図するものでは全くない。任意の１つの請求項に記載された１つ、若しくは、多くの特徴または態様は、任意の他の１つ以上の請求項の特徴または態様と組合せ、若しくは、入れ替えられうる。

本明細書中の記載は、構成要素が、特定のやり方で機能するように「構成された」または「適合された」ことに言及するものであることも記しておく。この点において、そのような構成要素は、特定の特性を具現化するように、または、特定の方法で機能するように「構成される」、若しくは、「適合される」。但し、そのような記載は、意図された使用を記載するのとは対照的に、構造的な記載である。より詳しくは、本明細書で、構成要素が「構成された」または「適合された」様子への言及は、その構成要素の現在の物理的状態を示し、したがって、構成要素の構造的特徴の明確な記載だと捉えられるべきである。

「含む」という移行句を用いて、特定の実施形態の様々な特徴、要素、または、工程を開示する際は、「からなる」または「実質的にからなる」という移行句を用いて記載されうる実施形態を含む、他の実施形態を包含するものであると理解されるべきである。したがって、例えば、圧縮自在材料を含む圧縮自在部を変更した、包含された他の実施形態は、圧縮自在部が圧縮自在材料からなる実施形態、および、圧縮自在部が実質的に圧縮自在材料からなる実施形態を含むものである。

当業者には、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に様々な変更および変形が可能なことが明らかであろう。本発明の精神および実質が組み入れられる、開示された実施形態の変更と、組合せと、下位の組合せと、変形とは、当業者には起こりうるものなので、本発明は、添付された請求項、および、それらの等価物の範囲内の全てを含むものであると解釈されるべきである。

１１０ 載置台
１２０ 受け面
１３０ 空洞
１３２ 周縁
１３８ 開口部
２００ ガラスまたはガラスセラミックシート
２０５ 切込み
２１０ 孔

Claims (17)

1. ガラスまたはガラスセラミックシートに、孔を形成する方法において、
   前記ガラスまたはガラスセラミックシートの主面に、孔を画成する第１の切込みを入れる工程と、
   前記シートを、受け面に形成された空洞を有する載置台の該受け面上に置く工程であって、前記空洞の周縁は、前記第１の切込みによって境界を決められた領域の外側に位置するものである工程と、
   前記ガラスまたはガラスセラミックシートのうち、前記第１の切込みによって画成された部分を取り外すように、該シートを、該第１の切込みに沿って破る工程であって、取り外された前記部分が前記空洞内に収容される工程と、
   を有してなることを特徴とする方法。
2. 前記第１の切込みを入れられた表面が、前記受け面と反対側になるように、前記シートが置かれることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の切込みとは反対側の、前記シートの主面に、第２の切込みを入れる工程をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記シートが、前記第１の切込みに沿ってのみ破られることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記シートが置かれた後、前記空洞を真空にすることによって、該シートが破られることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記シートが置かれた後、前記空洞に可変真空圧を加えることによって、該シートが破られることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記シートに、前記第１の切込みを越えて温度勾配を付与する工程を有することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記シートが、前記受け面に固定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記シートを前記受け面上に置く工程が、該シートを、前記空洞内に配置された圧縮自在部に接触させることを有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記圧縮自在部の周縁は、前記第１の切込みによって境界を決められた領域の外側に位置することを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の切込みが、閉じた切込みであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１の切込みが、開いた切込みであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
13. 受け面、および、該受け面に形成された空洞を含む載置台と、
    前記空洞の周縁で、少なくとも部分的に該空洞内に配置された圧縮自在部と
    を備えたことを特徴とする装置。
14. 前記載置台が、堅い材料から形成されていることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記圧縮自在部が、発泡体から形成されていることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置。
16. 前記圧縮自在部が、前記受け面より上方に延在することを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 前記載置台を通って前記空洞まで延在する開口部をさらに備えたことを特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。

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