JP2018516215A - 気体透過性窓、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

液体界面付加製造における使用に適した気体透過性ガラス窓は、約０．５ミリメートルより厚く、第１の表面および第２の表面を画成する光学的に透明なガラス物品を有する。複数の気体流路が、物品を第１の表面から第２の表面へと貫通して配置されている。気体流路は、物品の表面領域の約１．０％未満を占めると共に、物品が約１０バーラー（約７５×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約２０００バーラー（約１５００２×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の気体透過率を有するように、構成されている。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１５年３月２７日出願の米国仮特許出願第６２／１３９，２３８号の優先権の利益を主張し、その内容は依拠され、全体として参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、気体透過性窓、および、その製造方法に関する。

概して、ポリマー材料は、スペクトルの紫外線領域の波長を有する光に対して、低い透過性を有する。更に、ポリマー材料は、典型的には、他の光透過性材料より低い剛性値を有する。更に、ポリマー材料を、ある気体を透過しうるように処理すると、ポリマー材料の透過性および剛性属性が低下しうる。

したがって、剛性が高く、かつ、紫外線光に対し透明でありながら、気体を透過しうる物品を製造することが、望まれる。

一実施形態によれば、液体界面付加製造での使用に適した気体透過性ガラス窓は、約０．５ミリメートルより厚い、光学的に透明なガラス物品を含む。ガラス物品は、第１の表面および第２の表面を画成する。複数の気体流路が、物品を第１の表面から第２の表面へと貫通して配置されている。気体流路は、物品の表面領域の約１．０％未満を占めると共に、物品が約１０バーラー（約７５×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約２０００バーラー（約１５００２×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の気体透過率を有するように、構成されている。

他の実施形態によれば、気体透過性ガラス窓の形成方法は、第１の表面および第２の表面を有する光学的に透明なガラス物品を、提供する工程と、パルスレーザ光線を、光線の伝播方向に沿って見たレーザ光線の焦線に、合焦する工程と、レーザ光線の焦線を、光学的に透明なガラス物品内に、ガラス物品の第１の表面への入射角で繰り返し向けることにより、複数の気体流路を、物品内に形成する工程とを含む。レーザ光線の焦線は、誘起吸収を、物品内に発生させて、各誘起吸収は、物品内に、第１の表面から記第２の表面まで、レーザ光線の焦線に沿った気体流路を形成する。気体流路の個数および直径は、物品の望ましい気体透過率に基づいて、決定される。

他の実施形態によれば、気体透過性窓は、第１の表面および第２の表面を画成する光学的に透明な物品を含む。複数の気体流路が、第１の表面から第２の表面へと延伸している。気体流路は、第１および第２の表面に直交する軸に対して約０°と約１５°の間の角度で、配置されている。流路の角度は、中心点からの距離が増加するにつれて、増加している。

更なる特徴および利点は、以下の詳細な記載に示されると共に、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、添付の図面に加えて、以下の詳細な記載を含む本明細書および請求項に記載された実施形態を実施することにより、理解されるだろう。

上記概略的な記載および以下の詳細な記載の両方が、単に例示的なものであり、請求項の本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したものであると理解されるべきである。添付の図面は、更なる理解のために含められたものであり、本明細書に組み込まれ、その部分を構成する。図面は、１つ以上の実施形態を示し、詳細な記載と共に、様々な実施形態の原理および動作を説明する役割を果たす。

一実施形態による気体透過性窓の斜視図である。 一実施形態による図１のＩＩ線に沿って、強調して示した断面図である。 他の実施形態による図１のＩＩ線に沿って、強調して示した断面図である。 更に他の実施形態による図１のＩＩ線に沿って、強調して示した断面図である。 レーザ穴あけ用光学アセンブリを示す概略図である。 レーザ光線の焦線を、物品に対して位置させる、代わりの工程を示す図である。 他の実施形態による窓のレーザ穴あけ方法を示す図である。 一実施形態による窓の使用を示す図である。 代わりの実施形態による窓を強調して示した図である。

ここで、添付の図面に例を示した本発明の好適な実施形態を、詳細に記載する。全ての図面を通して、同じ、または、類似の部分には、可能な限り、同じ参照番号を用いる。

本明細書での記載のために、「上方」、「下方」、「右側」、「左側」、「後方」、「前方」、「垂直」、「水平」、および、それらの派生語である用語は、別段の記載がない限り、図１の向きの気体透過性窓１０に関するものとする。しかしながら、明示的に否定する記載がない限りは、気体透過性窓１０は、様々な代わりの向きを想定してもよいと、理解されるべきである。更に、添付の図面に示され、以下の明細書に記載される特定の装置および工程は、添付の請求項に定義した本発明概念の単なる例示的な実施形態であるということも、理解されるべきである。したがって、請求項が、明示的に別段の記載をしていない限りは、本明細書に開示した実施形態に関する特定の寸法および他の物理的特徴は、制限するものと、みなされるべきではない。

ここで、図１から２Ｃを参照すると、気体透過性窓１０の一実施形態が示されている。窓１０は、気体の均圧化が望まれる利用例だけではなく、液体界面付加製造装置での使用に適していてもよい。窓１０は、第１の表面１８および第２の表面２２を画成する光学的に透明な物品１４を含む。複数の気体流路２６が、光学的に透明な物品１４を貫通して延伸している。気体流路２６は、第１の表面１８から第２の表面２２へと延伸し、窓１０の異なる側の空間の間での流体の、および、光学的な連通を容易にする。各気体流路２６が、物品１４内を完全に貫通するように図示されているが、いくつかの気体流路２６は、物品１４内を完全に貫通していなくてもよいと、理解されるべきである。物品１４は、約０．１ミリメートルから約１５．０ミリメートルまでの範囲、または、約０．５ミリメートルから約１０．０ミリメートルまでの範囲、または、約１ミリメートルから約３．２ミリメートルまでの範囲、または、約０．１ミリメートルから約０．７ミリメートルまでの範囲、または、約３０マイクロメートルほど厚くてもよい厚さｔを、有していてもよい。物品１４は、ガラス、積層ガラス、ガラス複合材、サファイア、ガラスーサファイア積層体、および、略透明な他の材料のうち、少なくとも１つを含んでいてもよい材料で、作られている。物品１４がガラスである実施形態において、例えば、コーニング（登録商標）製のＥａｇｌｅ Ｘ６（登録商標）などの高性能ガラス、または、ソーダ石灰ガラスなどの割安なガラスを、利用してもよい。更に、物品１４がガラスを含む実施形態において、ガラス物品１４は、アルカリ、アルカリ土類、および／または、遷移金属の添加により存在する、少なくとも１つのイオン交換領域を有していてもよい。更に、物品１４が、ガラスを含む場合には、物品１４は、熱強化されていてもよい。光学的に透明な物品１４が、ガラスを含む実施形態において、物品１４、したがって、窓１０は、約１００ナノメートルと約１，２００ナノメートルの間の範囲、または、約２５０ナノメートルと約１，１００ナノメートルの間の範囲の波長を有する光に対して、光学的に透明であってもよい。

図示された実施形態において、気体流路２６は、物品１４の第１および第２の表面１８、２２に亘って、格子状に均等に離間しているが、更に追加で、または、その代わりに、他の構成または様式に配列されていてもよい。例えば、気体流路２６は、物品１４に亘ってランダムに、不規則に、若しくは、人間の目で容易には視認され難い他の様式または配列で、離間されていてもよい。気体流路２６の密度、または、単位面積当たりの個数は、１平方ミリメートル当たり約１０個と１平方ミリメートル当たり約４０，０００個の間の範囲、または、１平方ミリメートル当たり約５０個と１平方ミリメートル当たり約２０，０００個の間の範囲、または、１平方ミリメートル当たり約１００個と１平方ミリメートル当たり約４００個の間の範囲であってもよい。更に、物品１４のいくつかの部分は、他の部分と比べて、気体流路２６の密度が、高いか、または、低くてもよい。例えば、気体流路の密度は、様式にしたがって、または、ランダムに、異なっていてもよく、更に、気体領域がない領域（例えば、物品１４の真ん中または縁部）を含んでいてもよい。各気体流路２６間の距離ｄは、気体流路２６の向きに応じて、約１マイクロメートルと約４００マイクロメートルの間、特に、約５マイクロメートルと約２５０マイクロメートルの間、更に特に、約５０マイクロメートルと約１００マイクロメートルの間の範囲であってもよい。

気体流路２６の直径は、約０．１マイクロメートルから約２５０マイクロメートルの範囲、または、約０．２マイクロメートルから約１００マイクロメートルの範囲、または、約０．２５マイクロメートルから約５０マイクロメートルの範囲であってもよい。気体流路２６の直径は、流路毎に異なっていてもよく、または、物品１４内の気体流路位置の関数として異なっていてもよいと、理解されるべきである。気体流路２６の直径、および、光学的に透明な物品１４の厚さｔは、気体流路２６の望ましいアスペクト比に基づいて設定されてもよい。アスペクト比は、気体流路２６の直径に対する気体流路２６の長さ（例えば、物品１４の厚さｔ）として測定される。気体流路２６のアスペクト比は、約２０：１から約５０，０００：１の範囲であってもよく、または、約１０：１から約１２，０００：１の範囲であってもよく、または、約５０：１から約５００：１の範囲であってもよい。いくつかの実施形態において、各気体流路２６は、物品１４に亘って、同じ、または、略同様のアスペクト比を有するが、他の実施形態においては、気体流路２６のアスペクト比は、（例えば、個々の気体流路２６の直径の増減によって、）異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、気体流路２６のアスペクト比は、ランダムに割り当てられてもよく、一方、他の実施形態において、アスペクト比は、もっと大きい様式または物品１４上の個々の気体流路２６の位置に基づいて、流路毎に変化して、または、異なっていてもよい。いくつかの実施形態において、細い気体流路２６は、光学的に透明な物品１４を透過する光の光学的歪みを最小にするかもしれないので、気体流路２６のアスペクト比は、高いことが望ましい。更に、気体流路２６のアスペクト比が高いと、物品１４を通って送られた光から生成された画像中の任意のアーチファクトを、減少させるかもしれない。更に、物品１４の表面領域うち、気体流路２６によって占められた小さな部分も、気体透過性窓１０の光透過率に影響するかもしれない。物品１４の表面領域のうち、気体流路２６によって占められた小さな部分は、約２．０％未満、特に、約１．０％未満、更に特に、約０．１％未満で、いくつかの実施形態においては、約０．０１％であってもよい。

光学的に透明な物品１４を貫通する気体流路２６を形成することで、気体（例えば、空気、または、加圧気体）などの流体が、気体透過性窓１０の片側から他方側へと、透過するのを可能する。気体透過性窓１０の望ましい透過率に応じて、気体流路２６の直径、個数、および／または、気体流路２６間の距離ｄを、変更してもよい。物品１４の気体透過率は、約０．１バーラー（約０．８×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約３０００バーラー（約２２５０３×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の範囲、または、約１０バーラー（約７５×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約２０００バーラー（約１５００２×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の範囲、または、約１００バーラー（約７５０×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ）と約５００バーラー（約３７５１×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の範囲であってもよい。他の方法で、系の漏れ率として定量化すると、窓１０は、毎時約５ＰＳＩ（約３４．５ｋＰａ）より高いか、毎時約１０ＰＳＩ（約６９．０ｋＰａ）より高いか、毎時約２０ＰＳＩ（約１３７．９ｋＰａ）より高い透過率を有していてもよい。約１気圧（約１０１３ｈＰａ）の下で、物品１０は、約２００マイクロメートル未満、特に、約１００マイクロメートル未満、更に特に、約５０マイクロメートル未満、曲がるべきである。

図２Ａに示された実施形態において、気体流路２６は、各第１および第２の表面１８、２２に直交する方向に延伸し、光学的に透明な物品１４を貫通している。気体流路は、略円筒状であるが、楕円形、三角形、正方形、または、もっと多数の辺を有する多角形を含む様々な形状であってもよい。更に、気体流路２６は、窓１０に亘って、形状が異なっていてもよいと理解されるべきである。気体流路２６は、略均一な大きさを有するように図示されているが、気体流路２６は、第１と第２の表面１８、２２の間で直径が異なり、次第に細くなるように、物品１４を貫通していてもよい。

ここで、図２Ｂに示された実施形態を参照すると、気体透過性窓１０の気体流路２６は、第１および第２の表面１８、２２に直交するＺ軸に対する角度αが異なる。気体流路２６が、直交する軸からずれる角度は、約０°と約２０°の間の範囲、または、約０．１°と約１５°の間の範囲、または、約０．１°と約１０°の間の範囲であってもよい。図示された実施形態において、気体流路２６が傾く角度は、物品１４の中心領域または点からの距離が増加するにつれて、増加する。他の実施形態においては、気体流路２６が傾く角度は、物品１４上の位置に関係なく変化するか、または、様式を形成してもよい。気体流路２６を傾斜させることは、気体が物品１４を流れ抜け易くするように、および／または、気体透過性窓１０の片側に位置する点光源から物品１４を通って送られた光のアーチファクトの発生を最小にするように、行われてもよい。

ここで、図２Ｃを参照すると、いくつかの実施形態において、光学的に透明な物品１４は、多数の光学的に透明なシート４０を含んでいてもよい。複数の光学的に透明なシート４０を、組み立てて接合し、光学的に透明な物品１４を形成してもよい。各シート４０が、複数の孔４４を画成している。シート４０が組み立てられる場合に、孔４４は、実質的に位置合わせされて、気体流路２６を形成してもよい。物品１４が、このように多数のシート４０から構成される実施形態は、より小さい構成要素の処理を可能にしながら、高アスペクト比の気体流路２６を提供する点で、有利である。図２Ｂに示された実施形態に関して記載したのと同様に、気体流路２６は、直交するＺ軸に対し角度αで、複数のシート４０を貫通するように穴あけして形成されてもよいと、理解されるべきである。

ここで、図３ＡからＣを参照すると、一実施形態によれば、窓１０の物品１４を貫通する気体流路２６を形成するのに、超短パルスレーザを使用してもよい。気体流路２６の形成を可能にする光学的構成の詳細は、以下に、および、２０１３年１月１５日出願の米国仮特許出願第６１／７５２，４８９号明細書に記載され、その内容は、本明細書に完全に開示されているものとして、全体として参照により、本明細書に組み込まれる。更に、２０１４年１０月３１日出願の米国特許出願第１４／５３０，４１０号明細書も、本明細書に完全に開示されているものとして、全体として参照により、本明細書に組み込まれる。短パルスレーザの概念の本質は、アキシコンレンズを、光学レンズアセンブリで用いて、高アスペクト比の気体流路２６の領域を、超短（ピコ秒またはフェムト秒の持続時間の）ベッセルビームを用いて形成することである。換言すれば、アキシコンレンズは、レーザ光線を、物品１４の本体内の略円筒状の形状で高アスペクト比を有する高強度領域へと、集光する。集光されたレーザ光線の高い強度により、レーザの電磁場と物品１４の物質の間で非線形相互作用が起こり、レーザエネルギーが、物品１４に伝達されて、気体流路２６の構成部分となる欠陥の形成を引き起こす。しかしながら、物品１４のうちレーザエネルギーが高くない領域（例えば、物品の第１の表面１８、物品１４のうち中心収束線の周囲の体積部分）では、物質はレーザ光に対し透明で、レーザ光から物質へのエネルギーの伝達作用がないということを、認識することが重要である。本開示の文脈の中では、吸収が、物質の深さ１ミリメートル当たり、約１０％未満、好ましくは、約１％未満の場合に、物質は、このレーザ光の波長に対し略透明である。結果的に、レーザ光の強度が、非線形閾値未満の領域では、物品１４は変化しない。

超短パルスレーザを使用することで、１つ以上の高エネルギーパルス、または、高エネルギーパルスの１つ以上のバーストを用いて、光学的に透明な物品１４の中に、微細な（例えば、直径が、約０．１マイクロメートルと約０．５マイクロメートルの範囲、または、約０．１マイクロメートルと約２．０マイクロメートルの範囲の）気体流路２６を、形成可能である。気体流路２６は、レーザ光によって改質された物品１４の物質の領域である。レーザ誘起された改質は、物品１４の物質の構造を破壊させものである。構造的破壊は、圧縮、融解、物質の除去、再配列、および、結合の分裂を含む。気体流路２６は、物品１４の内部まで延伸し、レーザ光の（略円形の）断面形状と一致する断面形状を有する。気体流路２６が異なる形状を有する実施形態において、気体流路２６は、物品１４および／またはレーザを移動させながら、多数のパルスにより形成されてもよい。作られた気体流路２６の平均直径は、約０．１マイクロメートルから約５０マイクロメートルの範囲、または、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲、または、約２マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲、または、約０．１マイクロメートルから約５マイクロメートルの範囲であってもよい。本明細書に開示された実施形態において、気体流路２６を囲む、破壊または改質された（例えば、圧縮、融解、または、他の方法で変えられた）物質の領域は、約５０マイクロメートル未満の直径、特に、約１０マイクロメートル未満の直径を有することが好ましい。

個々の気体流路２６は、数百キロヘルツ（例えば、１秒当たり、数十万）の速さで形成しうる。したがって、レーザ光源と物品１４の相対的な動きにつれて、気体流路２６を、互いに隣接して、どのような望ましい様式でも、配置しうる。気体流路２６の空間的分離度および大きさは、少なくとも部分的には、窓１０の望ましい透過率に基づいて、選択されてもよい。

図３Ａおよび３Ｂに戻り、物品１４のレーザ穴あけ方法は、パルスレーザ光線５０を、光線の伝播方向に沿って見たレーザ光線の焦線５４へと合焦する工程を含む。レーザ光線の焦線５４は、典型的には、場のプロファイルが、横方向に（つまり、伝播方向に）、ガウス関数よりゆっくりと減衰する特定の関数によって与えられる、例えば、ベッセルビーム、エアリービーム、ウェーバービーム、および、マシュービーム（つまり、非回折光線）などの様々な方法で、形成しうる。レーザ（不図示）は、光学アセンブリ６２の光線入射側５８で、パルスレーザ光線５０を射出し、パルスレーザ光線５０は、光学アセンブリ６２へ入射する。光学アセンブリ６２は、入射したレーザ光線を、出射側で、光線方向に沿った所定の拡大範囲（焦線の長さＬ）に亘る、レーザ光線の焦線５４へと向ける。処理すべき物品１４は、光学アセンブリ６２の後段に、光線経路内に位置決めされ、レーザ光線５０の焦線５４と、少なくとも部分的に重なっている。

図３Ａに示されるように、物品１４は、光線の縦軸に略垂直に、したがって、光学アセンブリ６２によって形成された同じ焦線５４の後で、位置合わせされ（基板は、描画平面に垂直）、光線方向に沿って見た場合、物品１４は、光線方向に見た焦線５４が、物品１４の第１の表面１８より前で始まり、物品１４の第２の表面２２の後で終わるように、つまり、物品１４を貫通して延伸するように、焦線５４に対して置かれる。レーザ光線の焦線５４が物品１４と重なる領域において、つまり、焦線５４が占める物品１４の領域において、（レーザ光線の焦線５４に沿って適切なレーザ強度の場合には、）レーザ光線の焦線５４は、光線の縦方向と位置合わせされた区分６６を、このように形成し、それに沿って、物品１４に、誘起非線形吸収が発生する。誘起非線形吸収は、物品内に、区分６６に沿って、気体流路２６を形成する。欠陥線の形成は、局所だけではなく、誘起吸収した区分６６の全長に亘って延伸する。物品１４を貫通して延伸するように図示しているが、焦線５４は、物品１４内に部分的にのみ延伸し、それによって、第１と第２の表面１８、２２の間を延伸するものではない気体流路２６を形成してもよいことに、留意すべきである。誘起吸収した区分（または、気体流路２６が形成された物品１４の物質内の区分）の平均直径または範囲には、参照符号Ｄが付されている。平均範囲Ｄは、レーザ光線の焦線５４の平均直径、つまり、平均スポット直径に、略一致する。局所的加熱および物品１４の膨張により、加熱された物質の膨張による張力が生じるため、微細な亀裂が形成されるかもしれず、張力は、パルスレーザ光線５０が物品１４に接触する表面（例えば、第１または第２の表面１８、２２）において、最も高いことに、留意すべきである。

図３Ｂに示されるように、物品１４の第１および第２の表面に直交する軸とパルスレーザ光線５０とが斜めになることで、物品１４内にレーザ光線の焦線５４が形成される角度が変わる。光線の焦線５４が物品１４に接触する角度を変えることによって、気体流路２６を、区分６６に沿って物品を貫通する角度で、形成してもよい。レーザ光線の焦線５４は、物品１４に、約０°から約２０°の範囲、または、約０．５°から約１５°の範囲、または、約１°から約１０°の範囲の角度で、入射してもよい。

代わりの実施形態において、気体流路２６は、レーザパーカッション穴あけにより、物品１４内に形成されてもよい。パーカッション穴あけは、適切な波長および強度を有するレーザを用いて行われ、レーザスポットの大きさが、最終的な穴の大きさを決定する。使用してもよい波長は、約１００ナノメートルと約１０７０ナノメートルの間の範囲、または、約１５０ナノメートルと約４００ナノメートルの間の範囲であってもよい。例示的実施形態において、レーザは、約３５５ナノメートルの波長を有する紫外線レーザ光線を利用してもよい。穴あけの間、レーザは、物品１４の表面（例えば、第１または第２の表面１８、２２）上の、約１マイクロメートルから約２０マイクロメートルの範囲、または、約３マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲の直径を有するガウススポットに合焦される。レーザ光は、パルス状で、物品１４上の同じ位置に、繰り返し当たる。レーザパルス持続時間は、約１ナノ秒と約１００ナノ秒の間の範囲、または、約１０ナノ秒と約２５ナノ秒の間の範囲であってもよい。レーザは、毎秒約５０，０００パルスから、毎秒約１５０，０００パルスまでの間、更に特に、毎秒約１００，０００パルスの性能を有していてもよい。物質の一部が、物品１４から、各パルスにより除去され、気体流路２６が形成され始める。気体流路２６が、物品１４内に形成されるにつれて、気体流路２６は、レーザ光線を閉じ込めて、物品１４を貫通する細長い孔を形成する。レーザ光は、パルス状に、気体流路２６が、物品１４内で望ましい深さになる（例えば、物品１４を完全に貫通する）まで射出され、次に、レーザは、停止される。次に、レーザ光線と物品１４は、互いに相対的に移動され、工程が繰り返されて、次の気体流路２６が形成される。パーカッション穴あけは、気体流路２６が、次第に細くなるのを可能にしてもよい。例えば、パーカッション穴あけを行うレーザ光が、物品１４の第１の表面１８に入射する一実施形態において、気体流路２６は、第１の表面１８での開口部が、約１５から約２５マイクロメートルの直径、および、物品１４の第２の表面２２上の開口部が、約５マイクロメートルから約１０マイクロメートルの直径を、有していてもよい。

採用するレーザ穴あけ方法に関わらず、気体流路２６の形成後に、気体流路２６の直径を増加させるか、または、気体流路２６に存在する任意の微細亀裂を修復するのが、望ましいかもしれない。一実施形態において、化学エッチング処理を採用して、気体流路２６を広げ、更に、レーザ穴あけ中に形成された任意の微細亀裂または機械的に弱い領域を修復するのが、望ましいかもしれない。エッチング液７０（図３Ｃ）は、フッ化水素酸、硝酸、塩酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、および／または、それらの組合せを含んでいてもよい。例示的な一実施形態において、エッチング液は、約５％のフッ化水素酸、および、約１０％の硝酸を含み、残りは、水であってもよい。典型的には、処理は、物品１４を、エッチング液７０の溶液に浸漬することによって行われる。酸の濃度、溶液の温度、および露光時間を制御することによって、物品１４から除去される物質の総量を調節しうる。更に、エッチングは、物品１４を揺り動かしながら、または、超音波が存在する状態で行って、損傷領域内の流体交換を増加させて、総エッチング時間を短くしてもよい。

図３Ｃに示されたように、積層して配列された多数の光学的に透明なシート４０を用いる物品１４の実施形態は、急速処理で形成された気体流路２６を有していてもよい。第１の工程において、複数のシート４０が、互いに積層して配列されて、レーザの下に位置する積層体７４を形成し、次に、概略を上述したレーザ穴あけ方法の１つによりレーザで穴あけされて、シート４０を貫通する複数の孔が形成される。積層中に、シート４０に、追加の孔または基準となる印を付け、後で、積層体７４の再組立てが可能なようにしてもよい。例えば、１つ以上の開口部は、シート４０の縁部に位置し、積層体７４の組立て中および再組立て中に使用されてもよい保持ピンを受け付けるように、構成されてもよい。そのような保持ピンは、積層体７４内のシート４０を、速く、容易に位置合わせするのを可能にするだろう。各シート４０は、約０．１ミリメートルと約２．０ミリメートルの厚さを有していてもよい。レーザ光線の焦線５４を用いたレーザ穴あけの実施形態において、焦線５４は、積層シート４０全体を、または、シート４０の一部のみを、貫通して延伸してもよい。例えば、焦線５４は、積層体７４内に位置し、パルス状で、次に、積層体７４を貫通して下方に移動してもよい。図３Ｃは、超短パルス光線を用いるものとして図示しているが、レーザパーカッション穴あけを用いて、同様の結果を得てもよいと、理解されるべきである。

第１の工程が完了すると、シート４０を互いに分離する第２の工程が行われ、シート４０は、上述したように、エッチング液７０でエッチングされる。シート４０を別々にエッチングすることで、気体流路２６の修復および拡大が均等に行われるように、エッチング液７０が、孔４４に完全に入るのを確実にする。最後に、エッチング後に、シート４０が清浄され、組み立てられて、物品１４を形成する。物品１４が多数のシート４０で構成される実施形態において、物品１４は、保持ピン、または、他の適切な接合および位置合わせ技術により、まとめて保持されてもよい。シート４０を位置合わせすることで、孔４４が、実質的に位置合わせされ、それによって、気体流路２６が形成される。この技術を利用することで、エッチング液７０が通り抜ける距離が短くなるので、物品１４内で、高アスペクト比の適切なエッチングが確実に行われうる。更に、複数のシート４０に、同時にレーザ穴あけを行うことは、処理量の増加という点で、製造上の利点を提供するかもしれない。

物品１４に対する気体流路２６のレーザ穴あけは、物品に、イオン交換処理が行われる前または後に、行われてもよいと理解されるべきである。例示的なイオン交換処理は、物品１４に、アルカリ、アルカリ土類、および／または、遷移金属を添加する工程を含む。

ここで、図４Ａを参照すると、気体透過性窓１０は、液体界面付加製造装置１００での使用に適していてもよい。そのような実施形態において、気体透過性窓１０は、ガラス、積層ガラス、および／または、ガラス複合材を、含んでいてもよい。図示された実施形態において、装置１００は、液体ポリマー槽１０８を保持する筐体１０４を含む。装置１００は、槽１０８の中へ、および、槽１０８の外へと移動されてもよい機械的ステッパー１１２を有する。機械的ステッパー１１２は、ポリマー部１２０が、その上で成長してもよい造形面１１６を含む。気体透過性窓１０は、筐体１０４の底部に沿って位置し、光源１２８からの紫外線光１２４が、ミラー１３２で反射されて、槽１０８に入射するのを可能にする。いくつかの実施形態において、気体透過性窓１０は、機械的留め具により、適切な位置に保持されてもよい。特定の実施形態において、気体透過性窓１０は、２辺の長さが、それぞれ、約１０．１６センチメートル（４インチ）と１７．７８センチメートル（７インチ）から、約２２．８６センチメートル（９インチ）と４０．６４センチメートル（１６インチ）のおよその寸法を有していてもよい。

光源１２８は、コントローラおよびメモリーに連結されて、作製すべきポリマー部分１２０の区分の画像を紫外線光１２４で投影するように構成された、投影機であってもよい。ポリマー部分１２０の一部が、造形面１１６に形成されると、機械的ステッパー１１２が、上方に進み、ポリマー部分１２０を、気体透過性窓１０から離れるように移動させ、槽１０８内の流体が、ポリマー部分１２０と気体透過性窓１０の間を流れるのを可能にする。次に、光源１２８は、ポリマー部分１２０の異なる画像を投影し、それによりポリマー部分１２０の次の部分が形成されるように、槽１０８に、ポリマー部分１２０上で、重合化わせる。ポリマー部分１２０が、気体透過性窓１０上に、直接形成されるのを防ぐために、気体流路２６は、重合化を阻止する気体（例えば、酸素）が通過して、槽１０８内に入ることを可能にし、それによって、槽１０８の重合化が起きない「デッドゾーン」を形成する。重合化を阻止する気体は、気体源１３６により供給される。気体源１３６は、約０．１気圧（約１０１ｈＰａ）から約１０気圧（約１０１３２ｈＰａ）の圧力で気体を提供してもよい。ポリマー部分１２０の望ましい成長速度を決定することによって、デッドゾーンの厚さ、したがって、導入される重合化を阻止する気体の必要量を、決定してもよい。気体透過性窓１０を貫通して配置された気体流路２６の直径および個数を変えることで、必要な透過率を満たして、部分１２０の適切な成長を可能にしてもよい。

図４Ｂに図示されると共に上述したように、気体流路２６は、気体透過性窓１０の物品１４を貫通する角度で配置されていてもよい。そのような角度にすることで、窓１０を通る紫外線光１２４が、ガラス物品１４によって減衰されないので、透過率を高くすることが可能である。更に、気体流路２６を、反射した紫外線光束１２４の軸に沿って位置合わせすることによって、紫外線光１２４が、物品１４に接触せずに、斜めの気体流路１２６を通り抜けるので、窓１０による紫外線光１２４の散乱が減少する。紫外線光１２４は、ポリマー部分１２０を形成し、成長させるメカニズムであるので、その光に歪みがあると、結果的にポリマー部分１２０に光学的アーチファクトを発生させるかもしれないので、このことには、利点がある。

他の実施形態において、気体透過性窓１０は、気体透過性窓１０に亘って、圧力差を最小にするのが望ましいであろう航空の利用例で、使われてもよい。例えば、気体透過性窓１０は、航空機用の二重ガラス窓の１枚のガラス板を形成してもよい。そのような実施形態において、圧力差により、窓が、砕けたり、他の状態で割れたりすることがないように、ガラス板同士の間に閉じ込められた気体が、航空機客室区域の空気空間と等しい圧力になるのが可能であることが、望ましいだろう。

当業者には、請求項の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形が可能なことが明らかであろう。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
気体透過性ガラス窓において、
厚さが約０．１ミリメートルより厚く、第１の表面および第２の表面を画成する光学的に透明なガラス物品と、
前記物品を前記第１の表面から前記第２の表面へと貫通して配置された、複数の気体流路と、
を含み、
前記気体流路は、前記物品の表面領域の約１．０％未満を占めると共に、該物品が約１０バーラー（約７５×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約２０００バーラー（約１５００２×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の気体透過率を有するように、構成されたものである、
気体透過性ガラス窓。

実施形態２
前記気体透過率が、約１００バーラー（約７５０×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約５００バーラー（約３７５１ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間である、実施形態１に記載の気体透過性窓。

実施形態３
前記気体流路が、前記物品の前記表面領域の約０．０５％未満を占めるものである、実施形態２に記載の気体透過性窓。

実施形態４
前記ガラス物品は、積層された複数のガラスシートを含み、各前記ガラスシートは、貫通して延伸する複数の孔を有し、
更に、前記ガラスシートは、前記孔が実質的に位置合わせされて、気体流路を形成するように積層されたものである、実施形態１に記載の気体透過性窓。

実施形態５
前記気体流路は、前記物品の全体に、ランダムに分布し、約５マイクロメートルと約４００マイクロメートルの間、互いに離間したものである、実施形態１に記載の気体透過性窓。

実施形態６
前記気体流路が、約１０：１と約１２，０００：１の間のアスペクト比を有するものである、実施形態５に記載の気体透過性窓。

実施形態７
前記気体流路が、約０．２５マイクロメートルと約５０．０マイクロメートルの間の直径を有し、前記物品の前記気体透過率が、約５００バーラー（約３７５１×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））未満である、実施形態１に記載の気体透過性窓。

実施形態８
前記気体流路が、前記第１および第２の表面に直交する軸に対して約０°と約１５°の間の角度で、前記物品を貫通して配置されているものである、実施形態７に記載の気体透過性窓。

実施形態９
前記流路の前記角度が、中心点からの距離が増加するにつれて、増加するものである、実施形態８に記載の気体透過性窓。

実施形態１０
気体透過性ガラス窓の形成方法において、
第１の表面および第２の表面を有する光学的に透明なガラス物品を、提供する工程と、
パルスレーザ光線を、前記光線の伝播方向に沿って見たレーザ光線の焦線に、合焦する工程と、
前記レーザ光線の焦線を、光学的に透明な前記ガラス物品内に、該ガラス物品の前記第１の表面への入射角で繰り返し向けることにより、複数の気体流路を、該物品内に形成する工程であって、該レーザ光線の焦線は、誘起吸収を該物品内に発生させて、各前記誘起吸収が、該物品内に、該第１の表面から前記第２の表面まで、該レーザ光線の焦線に沿った気体流路を形成するものである工程と、
を有し、
前記気体流路の個数および直径は、前記物品の望ましい気体透過率に基づいて、決定されるものである、方法。

実施形態１１
パルス持続時間が、約１５ピコ秒未満である、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１２
エッチング剤を与えて、前記気体流路を拡大させる工程を、
更に含むものである、実施形態１１に記載の方法。

実施形態１３
前記気体流路が、約０°と約１５°の間の角度で、前記物品を貫通して配置されると共に、該流路の前記角度が、中心点からの距離が増加するにつれて、増加するように、前記物品の前記表面への前記入射角を変化させるものである、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１４
前記気体流路が、約１０：１と約１２，０００：１の間のアスペクト比を有するものである、実施形態１０に記載の方法。

実施形態１５
前記物品の前記気体透過率が、約１００バーラー（約７５０×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約５００バーラー（約３７５１×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間である、実施形態１４に記載の方法。

実施形態１６
気体透過性窓において、
第１の表面および第２の表面を画成する光学的に透明な物品と、
前記第１の表面から前記第２の表面へと延伸する複数の気体流路と、
を含み、
前記気体流路は、前記第１および第２の表面に直交する軸に対して約０°と約１５°の間の角度で、配置されていると共に、該流路の前記角度が、中心点からの距離が増加するにつれて、増加しているものである、
気体透過性窓。

実施形態１７
前記気体流路が、約１０：１と約１２，０００：１の間のアスペクト比を有すると共に、前記物品の表面領域の約０．０１％未満を占めるものである、実施形態１６に記載の気体透過性窓。

実施形態１８
光学的に透明な前記物品は、積層された複数の透明なシートを含み、各前記シートは、貫通して延伸する複数の孔を有し、
更に、前記透明なシートは、前記孔が実質的に位置合わせされて、気体流路を形成するように積層されたものである、実施形態１７に記載の気体透過性窓。

実施形態１９
前記物品の気体透過率が、約１００バーラー（約７５０×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））より高いものである、実施形態１８に記載の気体透過性窓。

実施形態２０
光学的に透明な前記物品は、少なくとも１つのイオン交換領域を有するガラスを含むものである、実施形態１９に記載の気体透過性窓。

１０ 気体透過性窓
１４ 物品
１８ 第１の表面
２２ 第２の表面
２６ 気体流路
４０ シート
４４ 孔
１００ 装置
１０４ 筐体
１０８ 槽
１１２ 機械的ステッパー
１１６ 造形面
１２０ ポリマー部分

Claims (11)

1. 気体透過性ガラス窓において、
   厚さが約０．１ミリメートルより厚く、第１の表面および第２の表面を画成する光学的に透明なガラス物品と、
   前記物品を前記第１の表面から前記第２の表面へと貫通して配置された、複数の気体流路と、
   を含み、
   前記気体流路は、前記物品の表面領域の約１．０％未満を占めると共に、該物品が約１０バーラー（約７５×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））と約２０００バーラー（約１５００２×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））の間の気体透過率を有するように、構成されたものである、
   気体透過性窓。
2. 気体透過性窓において、
   第１の表面および第２の表面を画成する光学的に透明な物品と、
   前記第１の表面から前記第２の表面へと延伸する複数の気体流路と、
   を含み、
   前記気体流路は、前記第１および第２の表面に直交する軸に対して約０°と約１５°の間の角度で、配置されていると共に、該流路の前記角度が、中心点からの距離が増加するにつれて、増加しているものである、
   気体透過性窓。
3. 前記気体透過率が、約１００バーラー（約７５０×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））より高い、請求項１または２に記載の気体透過性窓。
4. 前記気体流路が、前記物品の前記表面領域の約０．０５％未満を占めるものである、請求項１または２に記載の気体透過性窓。
5. 前記ガラス物品は、積層された複数のガラスシートを含み、各前記ガラスシートは、貫通して延伸する複数の孔を有し、
   更に、前記ガラスシートは、前記孔が実質的に位置合わせされて、気体流路を形成するように積層されたものである、請求項１または２に記載の気体透過性窓。
6. 前記気体流路は、前記物品の全体に、ランダムに分布し、約５マイクロメートルと約４００マイクロメートルの間、互いに離間したものである、請求項１に記載の気体透過性窓。
7. 前記気体流路が、約１０：１と約１２，０００：１の間のアスペクト比を有するものである、請求項２または６に記載の気体透過性窓。
8. 前記気体流路が、約０．２５マイクロメートルと約５０．０マイクロメートルの間の直径を有し、前記物品の前記気体透過率が、約５００バーラー（約３７５１×１０^−１８ｍ^４／（Ｎ・ｓ））未満である、請求項１に記載の気体透過性窓。
9. 前記気体流路が、前記第１および第２の表面に直交する軸に対して約０°と約１５°の間の角度で、前記物品を貫通して配置されているものである、請求項８に記載の気体透過性窓。
10. 前記流路の前記角度が、中心点からの距離が増加するにつれて、増加するものである、請求項１、２または８に記載の気体透過性窓。
11. 気体透過性ガラス窓の形成方法において、
    第１の表面および第２の表面を有する光学的に透明なガラス物品を、提供する工程と、
    パルスレーザ光線を、前記光線の伝播方向に沿って見たレーザ光線の焦線に、合焦する工程と、
    前記レーザ光線の焦線を、光学的に透明な前記ガラス物品内に、該ガラス物品の前記第１の表面への入射角で繰り返し向けることにより、前記複数の気体流路を、該物品内に形成する工程であって、該レーザ光線の焦線は、誘起吸収を該物品内に発生させて、各前記誘起吸収が、該物品内に、該第１の表面から前記第２の表面まで、該レーザ光線の焦線に沿った気体流路を形成するものである工程と、
    を有し、
    前記気体流路の個数および直径は、前記物品の望ましい気体透過率に基づいて、決定されるものである、方法。

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