JP2018104286A - 特別に成形された端部を有するガラス膜、その製造方法およびその使用 - Google Patents

Abstract

【課題】特別に成形された端部を有するガラス膜の製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも１つのステップ状の縦方向の端部を有するガラス膜の製造方法であって、ガラスプレフォームの一部を、加熱された部分においてガラスが１０9ｄＰａ・ｓ未満の粘度を有するように加熱する段階、またはガラスを溶融物から引き出す段階； ドロー装置を使用してガラスを引く段階、ここで、プレフォームからの引き延ばしの場合、引き延ばされたガラス膜はガラスプレフォームよりも薄い； レーザーを用いて少なくとも１つのさらなる点を加熱する段階であって、前記の点は引かれたガラス膜の端部領域に位置し、前記ガラスはレーザーの焦点の位置でレーザーのスイッチが入る前に１０9ｄＰａ・ｓ以下の粘度を有し、且つ引く方向に対して平行に少なくとも１つのノッチがもたらされるように加熱が実施される段階を含む方法。【選択図】図４

Description

本発明は高い端部強度を有するガラス膜、前記ガラス膜の製造方法、および高い端部強度を示すガラス膜の使用に関する。

ガラス、特に薄ガラスは、多くの用途分野、例えば大衆消費電子製品における使用が増している。薄ガラスの１ｍｍ未満、好ましくは５μｍ〜２５０μｍの範囲の固有の非常に薄い厚さゆえに、前記ガラスは加工に関して多数の利点を有する。例えば、それは渦巻状に巻くことができるほどに柔軟性があり、従って大衆消費電子製品の分野において好ましいロール・ツー・ロールプロセスにおいて使用できる。さらなる利点は、薄ガラスの高い化学耐性、低い密度、低い導電性および熱伝導性、高い温度安定性およびその光学的透明性（例えばそのことによりレーザーを用いた加工が可能になる）を含む。

薄ガラスが魅力的な材料である上述の理由にもかかわらず、それは機械的な不安定性という重大な欠点を示す。この不安定性は特にガラス端部でのマイクロクラックの発生によって引き起こされ、且つそのようなマイクロクラックは、ガラスが所望のサイズに切断される際、特に薄ガラスの製造のために通常用いられるドロー法における熱成形の間に生成されるガラスの縁部を切断する際に生じる。

薄ガラスを製造するための他の方法は、いわゆるリドロー法であり、それは小さなバッチ、特別なガラスまたは特別な寸法の製造のために特に魅力的である。この場合、予備成型されたガラス体（プレフォーム）が線に沿って、それが変形され得る温度、つまりガラスが１０⁹ｄＰａ・ｓ未満の粘度を有する温度に加熱され、且つ、加熱された部分がドロー機構によって引かれる。このようにして、以前よりも薄く且つより細いガラス体が製造されるが、この場合も同様に、面状の本体部分および厚くなった縁部が製造される。従ってこの場合でも、縁部が切断される際、ガラス強度を致命的に低下させるマイクロクラックおよび欠陥が端部領域で自然に誘発される。

端部強度を改善するためにいくつかの方法が使用されてきた。ガラス体の厚さがより厚い場合、例えばミリメートル領域の場合、例えばファセット形成、研削または研磨によって端部をさらに加工することができるが、これは薄ガラスについては、その薄いガラス厚ゆえに不可能である。端部仕上げの他の方法は、コーティングによってマイクロクラックを充填することである。さらには、例えばレーザーによる特別な切断方法が議論されている。

成型工程の間、例えばリドローの間に特に高い品質の端部を直接的に形成することについての議論もある。例えば米国特許出願公開第２０１１／００５９２９６号明細書（ＵＳ２０１１／００５９２９６ Ａ１）は、ガラスをリドローするための方法を開示しており、そこでは、特別に成型された端部を有するリボン状に成形されたガラス体が得られる。細いガラスリボンを得るためのガラスのリドローは、完全に火炎研磨され、ひいてはマイクロクラックを有さない、丸みのある、つまり凸状の端部を有するガラス体が製造されるように実施される。米国特許出願公開第２０１１／００５９２９６号明細書内に記載される方法は多数の欠点を有する。

例えば、特別な端部形状を有するガラスリボンを得るために、非常に特別なプレフォームを使用しなければならない。用いられるプレフォームは５０〜１００ｍｍの幅しか有さない。さらには、ここに記載される方法のためには、プレフォームの端部が既に加工されている、例えばいわゆるＣカットの形態を取って端部が完全に丸くされたＣ型の構成を有するように研削されていることが有利である。リボン型のガラス体は、１００μｍ以下の厚さを有し、且つリボンの幅とリボンの厚さとの間のアスペクト比は２５〜２０００であり、この場合、２００ｍｍの最大幅を有するリボンを得ることができる。

米国特許出願公開第２０１２／００７０６１８号明細書（ＵＳ２０１２／００７０６１８ Ａ１）は、丸くされた火炎研磨端部を有するガラスリボンを封止材として使用することを開示している。

特別に成形された端部を有するガラス物品の他の製造方法は、独国特許出願公開第１０２０１１０８４１２８号明細書（ＤＥ１０２０１１０８４１２８ Ａ１）内に開示されている。ここで、薄ガラスシートの特別な形態の端部は、意図されている分離ラインに沿って、レーザービームを使用してガラスにエネルギーを導入することによって達成され、その際、切断前に、ガラスは少なくとも２５０Ｋより多くＴｇ（ガラスの転移点）を下回る作業温度を有する。独国特許出願公開第１０２０１１０８４１２８号明細書内に記載されるこの方法を用いて、得られた薄ガラスの端部は、火炎研磨された上面および下面を有する。ガラスの製造工程の間に生成される厚くなった端の部分、いわゆる縁部を切断することも可能である。しかしながらこの場合、ビードの形成、つまり、端部が厚くなることが生じる。

独国特許発明第１０２００９００８２９２号明細書（ＤＥ１０２００９００８２９２ Ｂ４）から、薄ガラスを個別のリボンにレーザー切断によって分割することが公知である。しかしながら、独国特許発明第１０２００９００８２９２号明細書は、端部の品質または分離ビードの発生の可能性についてのいかなる記載も含まない。

さらには、先行技術において、いわゆるレーザースクライビングについての議論もある。ここでは、ガラスを予め規定されたラインに沿ってレーザービームで照射することによってガラスをまず加熱し、次いで、ガラスを直ちに冷却することによって大きな機械的応力が生成され、ガラスがこのラインに沿って容易に割れるようになる。そのような方法は例えば独国特許発明第６９３０４１９４号明細書（ＤＥ６９３０４１９４ Ｔ２）、欧州特許第０８７２３０３号明細書（ＥＰ０８７２３０３ Ｂ１）および米国特許第６４０７３６０号明細書（ＵＳ６４０７３６０ Ｂ１）内に記載されている。

しかしながら、先行技術において、レーザーはガラス膜および／またはガラスリボンの好ましくはクラックを有さない端部を製造するためにのみ使用されるのではなく、ガラス膜またはガラスリボンの厚さを選択的に修正するためにも使用され得る。

例えば独国特許発明第１０１２８６３６号明細書（ＤＥ１０１２８６３６ Ｃ１）から、ドロー法またはフロート法によるガラスリボンのガラス厚がレーザーにより熱を局所的に供給することによって影響されるという方法が公知である。独国特許発明第１０１２８６３６号明細書内に記載される方法は、特に、幅全体にわたってガラスの厚さを等しくすることが意図されており、特に、既に製造の間に、ガラスリボンの局所的な厚さのばらつき、例えば微細な起伏（いわゆるうねり）または反りを等しくするまたは回避することが意図されている。しかしながらこの場合、得られるガラスリボンの端部の品質は影響を受けない。

独国特許出願公開第１０２００８０６３５５４号明細書（ＤＥ１０２００８０６３５５４ Ａ１）も、板ガラスの厚さを例えばレーザーによって修正する方法を記載している。ここでもまた、好ましくはマイクロクラックを有さない端部表面の生成については何も記載されていない。

米国特許出願公開第２０１４／０１２３７０３号明細書（ＵＳ２０１４／０１２３７０３ Ａ１）は、基板、例えばとりわけガラスリボンの形態を取り得るガラス基板の厚さを制御するための方法を記載している。ここでもまた、好ましくはマイクロクラックを有さない表面の生成については記載されていない。

従って、先行技術によれば、例えば火炎研磨表面を提供することによって高い端部品質を示すガラス膜またはガラスリボンを製造することが可能であり、且つガラス膜またはガラスリボンの厚さに選択的に影響を及ぼすためにレーザーを使用することが可能である。しかしながら、ガラス膜またはガラスリボンの特別に成形された端部の場合については、複雑な加工段階、例えば正確なプレフォームの製造がまだ必要であるか、または分離ビードが得られる。

従って、薄い厚さおよび改善された端部形状を有する大きなシート状ガラス物品またはガラス膜を、特に分離ビードを発生させずに、低コストで製造し、端部領域でのマイクロクラックおよび他のガラス欠陥を回避するための改善された方法が必要とされている。

米国特許出願公開第２０１１／００５９２９６号明細書 米国特許出願公開第２０１２／００７０６１８号明細書 独国特許出願公開第１０２０１１０８４１２８号明細書 独国特許発明第１０２００９００８２９２号明細書 独国特許発明第６９３０４１９４号明細書 欧州特許第０８７２３０３号明細書 米国特許第６４０７３６０号明細書 独国特許発明第１０１２８６３６号明細書 独国特許出願公開第１０２００８０６３５５４号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０１２３７０３号明細書

本発明の課題は、特別に成形された端部を有するガラス膜の製造方法であって、先行技術の欠点を軽減する前記方法を提供することである。

本発明の他の態様は、特別に成形された端部を有するガラス膜の準備に関する。

前記課題は、ガラス膜を製造するための本発明による方法によって、および独立請求項の内容に従って特別に成形された縦方向の端部を有するガラス膜によって解決される。

本願明細書に関して、ガラス膜とは、膜の幅対厚さのアスペクト比が１００より大きいガラス物品に関する。本発明により得られるガラス膜は、少なくとも２ｍｍ、好ましくは少なくとも２０ｍｍ、より好ましくは少なくとも２００ｍｍの幅を有し、且つ２０００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、および最も好ましくは５０μｍ未満の厚さを有する。最も有利には、前記の厚さは５〜２５μｍである。

本願明細書に関して、縦方向の端部とは、ガラス膜を引く方向に対して平行に得られる、引かれたガラス膜の端部に関する。

特別に成形された縦方向の端部を有するガラス膜を製造するための方法は、少なくとも以下の段階：
・ ガラスプレフォームの一部を、加熱された部分においてガラスが１０⁹ｄＰａ・ｓ未満の粘度を有するように加熱する段階、またはガラスを溶融物から引き出す段階、
・ ドロー装置を使用してガラスを引く段階、ここで、プレフォームからの引き延ばしの場合には、引き延ばされたガラス膜はガラスプレフォームよりも薄い、
・ レーザーを用いて、少なくとも１点で加熱する段階であって、前記の点はガラスを引くことによって形成される引かれたガラス膜の端部領域に位置し、その際、前記ガラスはレーザーの焦点の位置で、レーザーのスイッチが入る前に１０⁹ｄＰａ・ｓ以下の粘度を有しており、且つ、引く方向に対して平行に少なくとも１つのノッチがもたらされるように加熱が実施される段階
を含む。

ガラス膜の表面上およびその内部の立体領域における温度が異なり得るので、ガラス膜の厚さにわたって種々の粘度が（溶解の際に）生じることがある。本発明に関して示される粘度は常に厚さにわたって平均化された値である、即ち、示される粘度値は特定の位置でのガラス膜の厚さにわたる平均値として得られる。

本発明の１つの実施態様において、ガラス膜の端部領域における少なくとも１点の加熱は、好ましくはガラス膜の中心を通じてその表面に平行に延在する鏡面に対して鏡面対称で、ノッチが両側上に形成されるように実施される。

本願明細書に関して、ノッチとは、それがガラス物品の両表面に形成される場合、且つ１０％より多くは異ならないノッチの幅および深さが得られる場合、鏡面対称として示される。従って、本願明細書に関して、ノッチとは、該ノッチの底部または壁が異なる形状を有していたとしても、鏡面対称としてみなされる。

本発明のさらなる実施態様において、ノッチはステップ状の形状を有する。本願明細書に関して、形状は、少なくとも１つのショルダー部および少なくとも１つの壁および１つの底部の存在を特徴とする場合、ステップ状として示され、その際、ショルダー部とは、ガラス膜の高いほうの領域から低い方の領域への移行部を含む、引かれたガラス膜の表面プロファイルの範囲に関する。

本発明のさらなる実施態様によれば、本発明により得られたノッチに沿って分離することにより、複数の小さなガラスリボンがガラス膜から得られ、それが特別に成形されたステップ状の縦方向の端部を有するように、複数のノッチをガラス膜内に製造することが可能である。

本発明のさらなる実施態様によれば、さらに、少なくとも１つのレーザーを用いたノッチの製造と、例えば独国特許発明第１０１２８６３６号明細書内に記載されるような厚さの修正のためのシステムとを組み合わせることが可能である。

本発明の他の実施態様によれば、ガラス膜の本体部分におけるガラス膜の厚さは、ノッチの底部でのガラス厚の少なくとも２倍である。本体部分とは、ガラス膜が最大ばらつき±２０％を有する所望のガラス厚を有するガラス膜の領域を示す。

好ましくは、得られるガラス膜の厚さは、２０００μｍ以下、好ましくは２００μｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、および最も好ましくは５０μｍ未満である。最も有利には、前記の厚さは５〜２５μｍである。

該ノッチは好ましくは２０ｍｍ以下の全体的な幅を有する。

レーザーの出力は、好ましくは少なくとも１つのレーザーによって加熱される領域において、ガラスの粘度が１０⁴〜１０⁹ｄＰａ・ｓ、好ましくは１０⁵〜１０⁸ｄＰａ・ｓになるように選択される。

レーザー出力は５〜１００Ｗである。好ましくは、波長１０．６μｍを有するＣＯ₂レーザーが使用される。レーザー出力はパルス化された形態で、または連続的に導入できる。

用いられるガラスは、好ましくはケイ酸塩ガラス、例えばアルカリケイ酸塩ガラス、アルカリ・アルカリ土類ケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルカリ石灰混合ケイ酸塩ガラス、ホウ素ケイ酸塩ガラス、リン酸ケイ酸塩ガラス（ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、ホウ素リン酸ケイ酸塩ガラス（ｂｏｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｓｉｌｉｃａｔｅ ｇｌａｓｓ）、アルミニウムケイ酸塩ガラス、アルカリ・アルミニウムケイ酸塩ガラス、アルカリ・アルカリ土類アルミニウムケイ酸塩ガラス、ホウ素アルミニウムケイ酸塩ガラス、またはホウ素リン酸アルミニウムケイ酸塩ガラスである。

１つの実施態様によれば、前記薄ガラスは以下の組成を（質量％で）有するリチウムアルミノケイ酸塩ガラスである：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

好ましくは、本発明のリチウムアルミノケイ酸塩ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

最も好ましくは、本発明のリチウムアルミノケイ酸塩ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

本発明の１つの実施態様によれば、前記薄ガラスは以下の組成を（質量％で）有するソーダ石灰ガラスである：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

好ましくは、本発明のソーダ石灰ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

最も好ましくは、本発明のソーダ石灰ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

１つの実施態様によれば、前記薄ガラスは以下の組成を（質量％で）有するホウケイ酸ガラスである：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

より好ましくは、本発明のホウケイ酸ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

最も好ましくは、前記ホウケイ酸ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

本発明の１つの実施態様によれば、薄ガラスは以下の組成を（質量％で）有するアルカリ金属アルミノケイ酸塩ガラスである：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

より好ましくは、本発明のアルカリ金属アルミノケイ酸塩ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

最も好ましくは、本発明のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

１つの実施態様において、前記薄ガラスは以下の組成を（質量％で）有する低アルカリ含有率を有するアルミノケイ酸塩ガラスである：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

より好ましくは、本発明による低アルカリ含有率のアルミノケイ酸塩ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

最も好ましくは、本発明による低アルカリ含有率のアルミノケイ酸塩ガラスは以下の組成を（質量％で）有する：

任意に、着色酸化物、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂、Ｃｒ₂Ｏ₃を添加でき、０〜２質量％のＡｓ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＳＯ₃、Ｃｌ、Ｆおよび／またはＣｅＯ₂を清澄剤として添加でき、且つ０〜５質量％の希土類酸化物をさらに添加して、磁性、フォトニクスまたは光学的機能をガラス層またはガラスシートに付与することができ、前記全体の組成の総量は１００質量％である。

表１は、化学強化されることが意図される薄いアルカリ含有ガラスのいくつかの典型的な実施態様を示す。

表１： アルカリ含有ホウケイ酸ガラスの実施態様

ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＰ₂Ｏ₅は、ガラスネットワークフォーマーとして作用する。従来の方法について、それらの含有率は４０％未満であってはならず、そうでなければガラス板またはガラスシートが形成できず、且つ脆くなり且つ透明性を失いかねない。ＳｉＯ₂含有率が高くなるほど、ガラス製造の間により高い溶融および加工温度が必要とされ、従ってこの含有率は通常は９０％未満であるべきである。Ｂ₂Ｏ₃およびＰ₂Ｏ₅をＳｉＯ₂へ添加すると、ネットワーク特性を修正でき且つガラスの溶融および加工温度を低下させることができる。また、ガラスネットワークフォーマーは、ガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）に強い影響を及ぼす。

さらには、ガラスネットワーク中のＢ₂Ｏ₃は、２つの異なる多面体構造を形成でき、それにより外側からかかる力に対してより良好に適合され得る。Ｂ₂Ｏ₃の添加は一般に、より低い熱膨張およびより低いヤング率をもたらし、そのことが良好な熱衝撃耐性およびよりゆっくりとした化学強化をみちびく。従って、Ｂ₂Ｏ₃を超薄ガラスに添加することにより、化学強化を大々的に改善することができ、且つこの方法で化学強化された薄ガラスを大規模の実際的な用途のために使用できる。

Ａｌ₂Ｏ₃はガラスネットワークフォーマーとして、且つガラスネットワーク修正剤として作用する。［ＡｌＯ₄］四面体および［ＡｌＯ₆］六面体が、Ａｌ₂Ｏ₃の量に依存してガラスネットワーク中で形成される。それらは、ガラスネットワーク内のイオン交換のための空間の量を修正することによってイオン交換速度を制御することができる。過剰量、例えば４０％を上回るＡｌ₂Ｏ₃の場合、ガラスの溶融温度および加工温度は遙かに高くなり、且つ該ガラスは結晶化傾向があり、それによりガラスが透明性および柔軟性を失う。

アルカリ金属酸化物、例えばＫ₂Ｏ、Ｎａ₂ＯおよびＬｉ₂Ｏはガラスの加工修正剤として機能し且つガラスネットワーク内で非架橋の酸化物を形成することによってガラスネットワークを破壊することがある。アルカリ金属の添加は、ガラスの加工温度を低下させ且つガラスのＣＴＥを上昇させることができる。ＮａおよびＬｉの存在は、化学強化されるべき超薄フレキシブルガラスにとって必須であり、強化のためにＮａ⁺／Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺／Ｋ⁺およびＬｉ⁺／Ｋ⁺のイオン交換は必要な段階である。ガラスはそれがアルカリ金属自体を含有しない場合、強化されない。しかしながら、アルカリ金属の総量は３０％を上回るべきではなく、そうでなければ、ガラスネットワークは完全に破壊され、ガラスが形成されない。他の重要な要素は、薄ガラスが低いＣＴＥを有するべきであり、ひいてはこの要請に見合うために、ガラスは過剰な量のアルカリ金属を含有すべきではないということである。

アルカル土類元素、例えばＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯはネットワーク改質剤として機能し、且つガラスの形成温度を低下させることができる。それらの成分は、ガラスのＣＴＥとヤング率を変えることができ、且つアルカリ土類元素は、特別な要請に合致させるためにガラスの屈折率を修正するための非常に重要な機能を有する。例えば、ＭｇＯはガラスの屈折率を低下させることができる一方で、ＢａＯは屈折率を上昇させることができる。ガラス製造におけるアルカリ土類元素の量は、４０％を上回るべきではない。

ガラス内のいくつかの遷移金属元素、例えばＺｎＯおよびＺｒＯ₂は、アルカリ土類元素の機能と類似した機能を有する。他の遷移金属元素、例えばＮｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＮｉＯ、Ｖ₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＣｅＯ₂およびＣｒ₂Ｏ₃は着色剤として機能し、該ガラスは特定のフォトンを含むか、または光学的機能、例えばカラーフィルタ機能または光変換を示す。

冷却されたら、引かれたガラス膜は好ましくは得られるノッチに沿って分離されて、ガラス膜の特別な形状の端部が結果として製造される。そのように得られたガラス膜の本体部分の端部は、本発明に関して縦方向の端部と称される。縦方向の端部は、引かれたガラス膜を引く方向に平行に得られる。

ノッチに沿ったガラス膜の分離は、割ることによって実施できるが、切断工程、特に機械的切断によっても実施でき、熱切断、レーザー切断、レーザースクライビングまたはウォータジェット切断によっても、または超音波ドリルを使用した穿孔、サンドブラスト、端部または表面の化学的エッチングによっても、またはそれらの組み合わせによっても実施できる。

ガラス膜が溶融物から製造される場合、このために任意の慣例的な熱間成形法を使用できる。特に、ガラス膜をダウンドロー法、オーバーフローフュージョンまたはフロート法において得ることができる。

特別に形成された縦方向の端部を有する本発明のガラス膜が溶融物からの引き出しによって得られるのではなく、プレフォームからのリドローによって得られる場合、前記プレフォームの端部はダウンドロー法、オーバーフローフュージョン法、フロート法、またはリドロー法において、または切断法、特に機械的切断、熱切断、レーザー切断、レーザースクライビングまたはウォータジェット切断によって、または超音波ドリルを使用した穿孔、サンドブラスト、端部または表面の化学的エッチングによって、またはそれらの組み合わせによって製造される。

本発明による方法によって得られたガラス膜は、ステップ状の縦方向の端部を有し、本発明の１つの実施態様においては、該縦方向の端部は、上面および下面上の両側に、好ましくはガラス膜の表面と平行にガラス膜の中心を通って延在する鏡面に関して鏡面対称形状を有する本願の意味における二重のステップが得られるように、ステップが形成されている。

本明細書に関して、二重ステップの鏡面対称形状とは、鏡面の上と下に配置された２つのステップが、互いから１０％より多くずれないステップ高さおよび曲率半径を有することを意味する。

本発明のさらなる実施態様によれば、ステップは、壁領域と底部との間の移行部での凹状の曲がりを有する。

好ましくは、この凹曲部の曲率半径ｒに以下があてはまる：
ｒ ≧ ２．５μｍ。

本発明のさらなる実施態様によれば、ステップは、引かれたガラス膜の本体部分から壁領域への移行部で凸曲部を有する。

好ましくは、この凸曲部の半径ｒに以下があてはまる：
ｒ ≧ ２．５μｍ。

縦方向の端部の表面は、引かれたガラス膜の実際の破断ラインまで火炎研磨の品質である。鋭い端部は、実際の破断ラインの領域においてのみ得られる。しかしながら、縦方向の端部の領域におけるガラス膜の特別な表面プロファイルゆえに、それらの鋭い端部は引かれたガラス膜の曲げ強度にあまり関係せず、なぜなら、その端部はガラス膜の中心に近いので、ガラス膜を曲げる際に生じる引張応力はガラス膜の面上よりも著しく低いからである。従って、曲げ強度の点で特に強い薄ガラス膜がこのようにして得られる。

本発明はさらに、特にプレフォームから再加熱および引き延ばすことによって、または溶融物からガラス膜を引き出すことによって、および縁を分離することによって製造されたガラス膜であって、その縦方向の端部がステップ状であり、前記ステップの高さｈがガラス膜の厚さ未満であり、且つ縦方向の端部に隣接してガラス膜の中心に向かって、厚さが増加する移行領域があり、この移行領域は縦方向の端部から中心に向かう方向において測定される幅ｂを有し、これが少なくとも高さｈと係数０．１との積に相応し、前記移行領域における厚さの増加は一定の曲率で生じ、且つ、前記移行領域においてガラスは火炎研磨表面を有する、前記ガラス膜に関する。

好ましくは、ガラス膜は、縦方向の端部が、上面と下面上の両側上で、好ましくはガラス膜の表面に平行にガラス膜の中心を通って延在する鏡面に関して鏡面対称にステップ形成され、二重のステップが定義されるように形成される。

図１は、特別に形成された端部を有するガラス膜を製造するための本発明の方法を模式的に示す。 図２は、端部領域が除去される前の、引かれたガラス膜の端部領域を通じて見た模式的な断面図である。 図３は、端部領域が除去される前の、引かれたガラス膜におけるノッチの表面プロファイルを模式的に示す。 図４は、本発明の方法で得られたガラス膜の特別に形成された端部を模式的に示す。

図面の詳細な説明
図１は、特別に形成された端部を有するガラス膜を製造するための本発明による方法の実施態様を模式的に示す。上部にプレフォーム１が見られ、それは２の位置において、１０⁹ｄＰａ・ｓ未満の粘度が得られるように加熱される。加熱を連続加熱炉において、レーザー照射によって、または当該技術分野で公知の他の加熱方法によって実施できる。そのように加熱されたガラスをドロー機構（図示せず）によって、矢印で示される方向に沿って引き、その引かれたガラス３がガラス膜の形態で製造され、それはプレフォーム１よりも薄く且つより狭い幅を有する。さらには、２の位置において、少なくとも１つの点４でガラスを追加的に加熱する。この加熱をレーザー、好ましくは波長１０．６μｍのＣＯ₂レーザーによって実施する。該レーザーの焦点は点４によって示される場所に位置している。レーザーによる加熱を、ガラスの単独の表面上で、または両表面上で実施できる。好ましくは、レーザーは図示されるとおり、２つの点４で入射し、引かれたガラス膜３の両方の縦側上でノッチ５が備えられ、引かれたガラス膜３が前記２つのノッチによって本体部分６と２つの端部７とに分割される。

図１に模式的に示されるようにガラス膜をプレフォームからリドローする方法の代わりに、ガラス膜を直接的に溶融物から、好ましくはダウンドロー法において溶融物を延伸ノズルから引き出すことによって、またはオーバーフローフュージョン法によって引き出すこともでき、またはフロート法によって得ることもできる。

図２は、引かれたガラス膜３の一部を通じた断面図を模式的に示す。示されているのは、２つの対向する面３１、３３を有する本体部分の一部、および厚くなった縁部８を含む端部７である。本体部分６および端部７はノッチ５によって分離され、且つノッチ５は引かれたガラス膜３の上面と下面との両方に備えられる。本体部分６から、および端部７からノッチ５への移行部は、ステップの形状を有する。さらには、ガラス膜の表面に平行に該ガラス膜の中心を通って延在する鏡面９が示され、且つ２つのノッチ５はそれに対して鏡面対称に形成されている。本願明細書に関して、鏡面対称とは、ガラス膜の上面と下面とに形成されたステップの高さおよびノッチ５の幅が、１０％より多くは異ならないことを意味する。

図３は、ノッチ５の表面プロファイルを模式的に示し、ここで、ノッチ５に隣接する本体部分６が左であり、且つ端部７が右である。溝５の表面は、底部１１および壁１２の存在を特徴とするステップ状のプロファイルを有する。ノッチ５のショルダー部１３も示され、ここで、ショルダー部１３は、引かれたガラス膜３の高い方の領域から壁１２への移行部を含む、引かれたガラス膜３の表面プロファイルの領域に関する。ショルダー部１３、壁１２、および底部１１がそれぞれのステップ１０を定義し、前記ステップ１０は、ノッチ５への本体部分６および端部７の移行部でノッチ５の左側と右側との両方上に形成されている。ショルダー部１３の領域において、該表面は凸曲部を有し、且つ底部１１から壁１２への移行部で、該表面は凹曲部を有する。引かれたガラス膜３の表面プロファイルにおける曲率は、ショルダー部１３の領域と、ノッチ５の壁１２から底部１１への移行部との両方において、曲率半径または変形半径ｒによって記載でき、それは好ましくは以下の関係が該当する：
ｒ ≧ ２．５μｍ。

図４は、本発明により得られる引かれたガラス膜３の縦方向の端部１４を模式的に示し、ここでは、端部７（図示せず）を割って除去した後の本体部分６の端部のみが示されている。明確化のために、該図は寸法通りには描かれていない。縦方向の端部１４は２つのステップ１０を有し、その各々はショルダー部１３、壁１２および底部１１によって定義される。従って、２つのステップ１０が二重のステップを定義する。さらには、縦方向の端部１４は、端部７（図示せず）が分離されたところの破断表面１５を有する。従って、図４に示される特別な例示的態様に限定されることなく、本発明の１つの実施態様によれば、ガラス膜の縦方向の端部の側面の端部は、破断表面１５の形態である。ガラス膜の破断は、溝を付けて破断分離することによって、例えば応力クラック分離によって行うことができる。後者の方法において、応力は熱的にガラスに誘導され、縦方向の端部に沿って制御されたクラックの伝搬をみちびく。応力を誘導するために、ここでもまたレーザーを使用することができ、それを用いてガラスを所望の分離ラインに沿って加熱する。ステップ１０の高さｈおよび移行領域の幅ｂも該図に示される。ここで、移行領域の幅ｂは、引かれたガラス膜３の縦方向の端部１４から、ガラスの中心に向かってガラスの基準の厚さが達成される点（ガラス厚が本体部分６について特定される範囲内であることを意味する）まで、ガラス厚が一定に増加する領域にわたって延在する。ステップ１０の表面プロファイルを考慮すると、ステップ１０の高さｈは、本体部分６の高さとステップ１０の底部の高さとの間の差に相応する。

さらには、引き続く加工段階において、例えば火炎またはレーザーを使用して火炎研磨することによって、またはプラズマ処理することによって、またはエッチングによって、縦方向の端部の側方の端部を最適化することが可能である。

ショルダー部１３の領域において、各々の場合、表面は凸曲部を有する一方で、底部１１から壁１２への各々の移行部には凹曲部がある。

ガラス膜が曲げられる場合、例えば薄ガラスのロールに巻かれる場合、面３１、３３の一方に沿って引張応力が生じ、反対の面では相応の圧縮応力が生じる。欠陥、例えばマイクロクラックが表面内に存在する場合、それらは引張応力に供される表面でガラス膜の破壊を引き起こしかねない。これに関して特に決定的なのは、ガラス物品の端部、特に鋭い端部の場合における端部である。しかしながら、典型的な分離工程においては、例えば溝を付けて破断分離する場合は、そのような鋭い端部が得られる。図４に示される例の破断表面もそのような鋭い端部を有するにもかかわらず、この位置で生じる引張応力は、面３１または３３における引張応力よりも著しく小さく、なぜなら、破断表面１５の高さがガラス膜の厚さよりも本質的に小さいからである。しかしながら、縦方向の端部１４の他の領域は火炎研磨され且つ穏やかに曲がっているので、それらの領域は著しく高い引張応力に耐える。従って、要約すると、曲げ応力に対して特に高い機械的耐性を示す縦方向の端部が得られる。

１ プレフォーム
２ ガラスの加熱される部分
３ 引かれたガラス膜
４ レーザーの入射点／レーザー焦点
５ ノッチ
６ 本体部分
７ 縁部
８ 厚くなった縁部
９ 鏡面
１０ ステップ
１１ 底部
１２ 壁
１３ ショルダー部
１４ 縦方向の端部
１５ 破断表面
３１、３３ 面
ｂ 移行領域の幅
ｈ ステップの高さ

Claims (16)

1. 少なくとも１つのステップ状の縦方向の端部を有するガラス膜の製造方法であって、以下の段階：
   ・ ガラスプレフォームの一部を、加熱された部分においてガラスが１０⁹ｄＰａ・ｓ未満の粘度を有するように加熱する段階、またはガラスを溶融物から引き出す段階、
   ・ ドロー装置を使用してガラスを引く段階、ここで、プレフォームからの引き延ばしの場合には、引き延ばされたガラス膜はガラスプレフォームよりも薄い、
   ・ レーザーを用いて、少なくとも１つのさらなる点を加熱する段階であって、前記の点はガラスを引くことによって形成される引かれたガラス膜の端部領域に位置し、その際、前記ガラスはレーザーの焦点の位置で、レーザーのスイッチが入る前に１０⁹ｄＰａ・ｓ以下の粘度を有しており、且つ、引く方向に対して平行に少なくとも１つのノッチがもたらされるように加熱が実施される段階
   を含む前記方法。
2. 前記ノッチが、上面と下面との両方の両側上で形成され、好ましくは、ガラス膜の上面と下面との両方においてガラス膜の表面に平行にガラス膜の中心を通って延在する鏡面に関して鏡面対称に形成される、請求項１に記載の方法。
3. 前記ノッチがステップ状の形状を有する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記引かれたガラス膜が本体部分を有し、前記本体部分とはガラス膜が最大ばらつき±２０％を有する意図された厚さを有するガラス膜の領域であり、且つ前記本体部分において引かれたガラス膜の厚さが、ノッチの中心におけるガラス膜の厚さの少なくとも２倍である、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記ノッチが２０ｍｍ以下の全体の幅を有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記少なくとも１つのレーザーのレーザー出力が、レーザー焦点の領域において、厚さにわたって平均化された粘度が１０⁴〜１０⁹ｄＰａ・ｓ、好ましくは１０⁵〜１０⁸ｄＰａ・ｓであるように選択される、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記少なくとも１つの点の加熱を、５〜１００Ｗの範囲の少なくとも１つのレーザーのレーザー出力で実施する、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記引かれたガラス膜が本体部分を有し、前記本体部分とはガラス膜が最大ばらつき±２０％を有する意図された厚さを有するガラス膜の領域であり、且つ前記本体部分において、引かれたガラス膜の厚さが、２０００μｍ未満、好ましくは２００μｍ未満、より好ましくは１００μｍ未満、さらにより好ましくは５０μｍ未満、および最も好ましくは５〜２５μｍである、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
9. 用いられるガラスが、ケイ酸塩ガラス、例えばアルカリケイ酸塩ガラス、アルカリ・アルカリ土類ケイ酸塩ガラス、ソーダ石灰ガラス、アルカリ石灰混合ケイ酸塩ガラス、ホウ素ケイ酸塩ガラス、リン酸ケイ酸塩ガラス、ホウ素リン酸ケイ酸塩ガラス、アルミニウムケイ酸塩ガラス、アルカリ・アルミニウムケイ酸塩ガラス、アルカリ・アルカリ土類アルミニウムケイ酸塩ガラス、ホウ素アルミニウムケイ酸塩ガラス、またはホウ素リン酸アルミニウムケイ酸塩ガラスである、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 冷却後、引かれたガラス膜が該ノッチに沿って分離される、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 特にプレフォームから再加熱および引き延ばすことによって、または溶融物からガラス膜を引き出すことによって、および縁を分離することによって製造された、ガラス膜であって、前記ガラス膜がステップ状の縦方向の端部を有し、前記ステップの高さｈがガラス膜の厚さ未満であり、且つ縦方向の端部に隣接してガラス膜の中心に向かって、厚さが増加する移行領域があり、前記移行領域は縦方向の端部から中心に向かう方向において測定される幅ｂを有し、これが少なくとも高さｈと係数０．１との積に相応し、前記移行領域における厚さの増加は一定の曲率で生じ、且つ、前記移行領域においてガラスは火炎研磨表面を有する、前記ガラス膜。
12. 前記縦方向の端部が、上面と下面との両方の両側上で、好ましくはガラス膜の表面に平行にガラス膜の中心を通って延在する鏡面に関して鏡面対称にステップ形成されて、二重のステップが定義されている、請求項１１に記載のガラス膜。
13. 前記ステップが、ステップの壁からその底部への移行部で凹曲部を有する、請求項１１または１２に記載のガラス膜。
14. 前記凹曲部が、半径ｒ≧２．５μｍを有する、請求項１３に記載のガラス膜。
15. 前記凹曲部が、ステップの底部から壁への移行部で、ステップのショルダー部での凸曲部につながる、請求項１３または１４に記載のガラス膜。
16. 前記凸曲部が、半径ｒ≧２．５μｍを有する、請求項１５に記載のガラス膜。

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