JP2019038740A - 非対称化学強化 - Google Patents

Abstract

【課題】非対称強化ガラス物品、非対称強化ガラス物品の製造方法、および携帯電子デバイスでの該ガラス物品の使用。【解決手段】電子デバイス用カバーガラスであって、前記カバーガラスに形成され、第１の応力パターンを有する第１の区域と、前記カバーガラスに形成され、第２の応力パターンを有する第２の区域と、前記カバーガラスに形成され、第３の応力パターンを有する第３の区域と、を備え、前記第１の応力パターン、前記第２の応力パターン、前記第３の応力パターンが相互に異なる結果、前記相互に異なる応力パターンが協働して、前記カバーガラスの割れの拡大を防止する、電子デバイス用カバーガラス。【選択図】図２２

Description

（関連出願の相互参照）
本特許協力条約の特許出願は、２０１６年５月１９日に提出された米国仮特許出願第６２／３３９，０６２号の「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ」、２０１６年７月１４日に提出された米国仮特許出願第６２／３６２，５７８号の「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ」、２０１６年７月２９日に提出された米国仮特許出願第６２／３６８，７８７号の「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ」、２０１６年７月２９日に提出された米国仮特許出願第６２／３６８，７９２号の「Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ」に対して優先権を主張する。これらの出願の内容は全て引用により本明細書に組み込む。

（技術分野）
記載される実施形態は、概してガラス物品の非対称化学強化に関する。より具体的には、本実施形態は、携帯電子デバイスで使用されるカバーガラスの強度および安全を補正することに関する。

小フォームファクタ装置用のカバーウィンドウおよびディスプレイは通常、ガラスから作製される。ガラスは、透明で耐擦傷性を有するが、もろく、衝撃破損し易い。これらのガラス部分に妥当な強度を設けることが、ガラス部分の破損、ひいては装置の破損の可能性を低減させるうえで極めて重要である。

化学強化はガラス部分の強度を高めるために利用されてきた。典型的な化学強化は、ガラス部分の面全体に加わる圧縮応力の均一かつ対称的な増強に依存する。このような強化工程は、ガラス部分の破損をある程度低減させるのに有効であると立証されている。しかしながら、小フォームファクタ装置で使用される薄いガラスに高い圧力をかけ続けることになるため、対称化学強化は確実に衝撃破損を防ぐには不十分である。

このように、従来の化学強化は有効ではあるものの、ガラス、特に、薄いガラスを強化する改良された別の方法を提供することが未だ求められている。

本明細書に記載される実施形態は、ガラス物品を非対称に強化することを含む。非対称に強化されたガラス物品は、対称に強化されたガラス物品よりも信頼性と安全性が高い。非対称強化ガラス物品は、第１の応力パターンを有する第１の区域と、第２の応力パターンを有する第２の区域とを有する。第１の応力パターンと第２の応力パターンは相互に異なる。前記第１の応力パターンと第２の応力パターンが異なる結果、非対称強化ガラス物品の全体的な応力不均衡が生じる。全体的な応力不均衡により、ガラス物品に撓みが生じる。

別の実施形態では、材料をガラス物品に動作可能に装着して、ガラス物品の応力不均衡と撓みに対抗することができる、或いは、第１の区域と第２の区域の応力不均衡に対抗するのに有効な応力パターンを有する追加の区域をガラスに形成することができる。また、第１の区域と第２の区域を、相互に対抗させ、ガラス物品中の応力不均衡を制限または回避するようにパターニングできることも考えられる。

いくつかの態様では、第１の区域は第１の応力パターンおよび第１の密度を有し、第１の密度は、第２の応力パターンを有する前記第２の区域の第２の密度よりも高い。他の態様では、こうした応力パターンを形成するように、イオン拡散バリアとイオン包含コーティングを第１の区域および／または第２の区域に塗布することができる。あるイオン拡散バリアは窒化シリコンから成る。別のイオン拡散バリアは二酸化ケイ素から成る。

本明細書に記載される各種実施形態は、電子デバイスで使用される非対称強化カバーガラスを更に含み、カバーガラスは、落下などの衝撃から生じる損傷を低減または制限するように設計される。カバーガラスは、非対称強化から生じる３つの異なる応力パターンを含み、第１の応力パターンはカバーガラスの角部区域に対応し、第２の応力パターンはカバーガラスの直線縁部または直線周縁部区域に対応し、第３の応力パターンはカバーガラスの残りのまたは中央の区域に対応する。第１の区域は最も強化されており、第２の区域は第１の区域ほど強化されておらず、第３の区域は第１および第２の区域よりも強化されていない。電子デバイスにとって有効なカバーガラスに対応する応力バジェットを維持するため、全ての応力バジェットは通常、第１および第２の区域に費やされて、第３の区域はほとんどか全く強化されない。この非対称強化パターンにより、最も衝撃が起き易い角部が最も強化されて衝撃に強く、第２の区域は衝撃保護に備えて十分に強化され、第３の区域は略平坦なままである。

実施形態は、本開示によるガラス物品を含む携帯電子デバイスだけでなく、この携帯電子デバイスの製造方法を更に含む。いくつかの態様では、ガラス物品は、電子デバイスで使用される非対称強化ガラス物品として準拠しているかどうかを確認するため、監視と検査を受けることができる。

方法の実施形態では、ガラス物品は、非対称に強化されて、携帯電子デバイスで使用されるガラスを補正する。ガラス物品は、目標の幾何的形状を有する、または１つ以上の平坦面を有するように補正することができる。

非対称強化のいくつかの方法は、ガラス物品の所定面にカリウムイオンを優先的に移送しつつ、ナトリウム注入ガラス物品をカリウムイオン浴に浸漬することを含む。いくつかの態様では、ナトリウム注入ガラス物品のカリウムイオン浴への浸漬に併せて、マイクロ波がガラス物品の同じ所定面に照射される。

別の方法の実施形態では、応力の関係は、化学強化を用いて特定および実行される。いくつかの態様では、ガラス形成と非対称化学強化が組み合わされて、適切な幾何的形状を有するガラス物品が提供される。

本開示は、添付図面と併せて以下の詳細な説明によって容易に理解されるであろう。図面中の類似の参照符号は類似の構成要素を指す。

本明細書の実施形態に係るガラス物品を示す図である。

本明細書の実施形態に係るガラス強化工程のフロー図である。

本明細書の実施形態に係るガラス強化システムを示す図である。

本明細書の実施形態に係る、対称に化学処理されたガラスカバーを示す断面図である。

本明細書の実施形態に係る、対称に化学処理されたガラスカバーを示す断面図であり、図示されるように、カリウムイオンが注入された化学処理部分を含む。

ガラスの格子構造を示す図である。

対応する強化ガラスの格子構造を示す図である。

強化ガラスの２つの区域を示す、ガラスカバーの部分断面図である。

本明細書の実施形態に係る、引張応力／圧縮応力プロファイルを示すガラスカバーの部分断面図である。

本明細書の実施形態に係る、低減された引張応力／圧縮応力プロファイルを示すガラスカバーの部分断面図である。

本明細書の実施形態に係る、非対称な引張応力／圧縮応力プロファイルを示すガラスカバーの部分断面図である。

本明細書の実施形態に係る非対称ガラス強化のフロー図である。

非対称に化学処理されたガラスカバーの断面図である。

ＳｉＮコーティングが中央部に施され、縁部と角部がコーティングされていないカバーガラスを示す図である。

上面と下面に施されたコーティングの組み合わせを有するガラスカバーの断面図である。

図１１Ａに示すコーティングの実施形態を示すガラスカバーの断面図である。

カバーガラスの前面および後面への高イオン濃度ペーストの使用を示す図である。 カバーガラスの前面および後面への高イオン濃度ペーストの使用を示す図である。

本明細書の実施形態に係る別のガラス強化システムを示す図である。

本明細書の実施形態に係る、予め曲げられたガラスの化学強化処理を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、予め曲げられたガラスの化学強化処理を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、予め曲げられたガラスの化学強化処理を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、予め曲げられたガラスの化学強化処理を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、予め曲げられたガラスの化学強化処理を示す図である。

本明細書の実施形態に係る、クラッド層ガラス物品用のガラス強化システムを示す図である。

非対称ガラス処理を利用するガラス物品製造のフロー図である。

破断拡大を最小化するための、起こり得る破断点の化学強化を示す図である。 破断拡大を最小化するための、起こり得る破断点の化学強化を示す図である。

本明細書の実施形態に係る破断パターン応力図である。

化学強化の異なる少なくとも３つの区域を有するガラス物品の製造のフロー図である。

ガラス物品が、化学強化量が最も多い角部と、化学強化量が少ない外周側縁部に沿った部分と、化学強化量が最も少ない残りの部分とを有するカバーガラスの製造のフロー図である。

本明細書の実施形態に係るカバーガラスを示す図である。

非対称化学強化を示す図１９の角部の断面図である。

本明細書の実施形態に係る、ガラス形成技術で非対称化学強化を補うフロー図である。

本明細書の実施形態に係る、３つの例示的ガラス物品における圧縮深さ対圧縮応力を示すグラフである。

本明細書の実施形態に係る、所定の幾何的形状に形成されたガラス物品を示す図である。

本明細書の実施形態に係る、形成後にＣＮＣおよび研磨を施したガラス物品を示す図である。

本明細書の実施形態に係る、形成およびＣＮＣ後、拡散バリア（ＳｉＮ）で局所的にコーティングされたガラス物品を示す図である。

本明細書の実施形態に係る、図１２のガラス物品の非対称化学強化を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、図１２のガラス物品の非対称化学強化を示す図である。

図２３Ａに示すガラス物品による応力プロファイルを示す図である。

本明細書の実施形態に係る、ガラス物品上のＳｉＮ層のＳｉＯ_２への酸化を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、ガラス物品上のＳｉＮ層のＳｉＯ_２への酸化を示す図である。

本明細書の実施形態に係る、形成されたガラス物品の非対称化学強化を示す図である。 本明細書の実施形態に係る、形成されたガラス物品の非対称化学強化を示す図である。

図２５Ａに示すガラス物品による応力プロファイルを示す図である。

通常、添付図面でのクロスハッチングまたはシェーディングは、隣接する構成要素間の境界を明確化し、図面を見易くするために使用される。従って、クロスハッチングまたはシェーディングの有無は、特定の材料、材料特性、構成要素の割合、構成要素の大きさ、同様に例示される構成要素の共通点、もしくは添付図面に示す任意の構成要素のその他任意の特徴、特質、または特性に関する優先権や要件を伝えるものでも示すものでもない。

また、各種特徴および構成要素（およびその集合並びに群）の割合および大きさ（相対的でも絶対的でも）と、それらの間の境界、分離、および位置関係は、本明細書に記載される各種実施形態を理解し易くするために添付図面に示されているにすぎず、必ずしも等縮尺で提示または例示されておらず、それらを参照して説明される実施形態の除外について、例示の実施形態の優先権または要件を示すことを目的としていないと理解すべきである。

添付の図面に示す代表的な幾つかの実施形態を詳細に参照する。以下の記載が、これらの実施形態を特定の一実施形態に限定することを意図しているのではなく、添付の請求項によって規定される本願明細書に記載の複数の実施形態の精神および範囲に含まれることの可能な変更、修正および等価物を包含することが意図されることが理解されるべきである。

以下の開示は、ガラス物品、ガラス物品の製造方法およびそのようなガラス物品の電子デバイスにおける使用に関する。また、幾つかの実施形態は、電子デバイスにおいて、ガラスの強度を非対称に向上させること、特にガラス物品を非対称に強化して、ガラス物品の信頼性および安全性を更に調整することに関する。幾つかの実施形態においては、電子デバイスが、ハウジング、ハウジング内に少なくとも部分的に位置するディスプレイおよび、本願明細書に記載の実施形態に基づくカバーガラスなどのガラス物品を有してもよい。

一例においては、ガラス物品が、電子デバイスの外表面であってもよい。ガラス物品が、ディスプレイ領域の一部を形成する一助となるか、場合によっては、ハウジングの形成に関与するガラス物品であってもよい。本願明細書に記載の複数の実施形態は、ラップトップ、携帯電話、メディアプレーヤ、遠隔制御ユニットなどの携帯電子デバイスおよび小フォームファクタ電子デバイスにおける使用に特に適している。本願明細書に記載の典型的なガラス物品は、薄く、典型的には厚さ５ミリメートル未満であり、またほとんどの場合、厚さ約０．３乃至３ミリメートルおよび０．３乃至２．５ミリメートルである。

図１は、一実施形態に基づくガラス物品の斜視図である。ガラス物品１００は、用途に応じた長さおよび幅のガラス薄板である。図１に示す一用途においては、ガラス物品は、電子デバイス１０３のハウジングのためのカバーガラスである。ガラス物品１００が、前面１０２、後面（図示せず）、上面１０４、底面１０６および側面１０８を有してもよい。これらの様々な表面および側面が、複数の区域および／または部分から構成されていてもよい。例えば、ガラス物品の一区域が前面全体である一方で、後面が別の異なる区域として考えられてもよい。ガラス物品の別の一区域が、ガラスの１つ以上の角に対応する領域であってもよい。区域が連続的である必要はなく、例えば、ガラス物品の四隅が一つの区域を表していてもよい。表面および区域の強度要件が用途によって異なってもよく、例えば、外部環境に曝される前面１０２が、環境から遮られる後面とは異なる強度を必要としてもよい。以下により詳細に述べるように、ガラス物品１００の縁１１０が所定の形状を有してもよい。

これらのおよびその他の複数の実施形態を、図２〜図３０を参照しながら以下に説明するが、これらの図面を参照しながら記載する以下の詳細な説明は、単に説明を目的としたものであり、限定的なものとして解釈されるべきではない。
化学強化

本願明細書に記載の複数の実施形態が、ガラス物品が最初に第１の（例えばナトリウムなどの）イオン溶液への浸漬によって強度を向上され、次に第２の（例えばカリウムなどの）イオン溶液への浸漬によって強化されるガラス強化処理を利用してもよい。

図２は、一実施態様に基づくガラス強化処理２００のフロー図である。ガラス強化処理２００は、ガラス片の入手２０２、化学処理によるガラス物品の強度の向上２０４および更なる化学処理によるガラス物品の強化２０６を含む。

図３は、本願明細書に記載の複数の実施態様に基づくガラス物品の強化のための一実施形態３００を図示したものである。最初に、ガラス強化を要するガラス物品３０２を、ナトリウム溶液３０６を入れた第１の浸漬浴３０４内に浸漬する。次に、強度を向上させたガラス物品を第１の浸漬浴３０４から取り出し、カリウム溶液３１０を入れた第２の浸漬浴３０８内に浸漬する。この段階で、ガラス物品３０２は対称に強化されており、即ち、ガラス物品の全ての露出面が、ナトリウムおよびその次にカリウム溶液への浸漬によって均等に強度を向上および強化されている。幾つかの実施態様においては、強化されたガラス物品を急冷して、処理済みのガラス物品からの更なるイオン交換を防止してもよい。

ガラス物品の強度向上レベルは、一般に、ガラスの種類（ガラス物品が、例えばアルミナシリケートガラスまたはソーダ石灰ガラスなどであってもよい）；浸漬浴のナトリウム濃度（ナトリウムまたは硝酸ナトリウム、典型的には３０％〜１００％モル）；浸漬浴へのガラス物品の浸漬時間（典型的には４〜８時間）および浸漬浴の温度（３５０〜４５０℃）によって制御される。

第２の浸漬浴内でのガラス物品の強化は、ガラスの種類、カリウムイオンの濃度、溶液へのガラスの浸漬時間および溶液の温度によって制御される。ここで、カリウムまたは硝酸カリウムは３０〜１００％モルであるが、ガラス物品は、溶液温度約３００〜５００℃の浸漬浴内に約６〜２０時間保持される。

化学強化処理は、イオン交換に依存する。各溶液浴内のイオンは、ガラス物品とのイオン交換を促進するために加熱される。典型的なイオン交換の間に、ガラス物品とイオン浴との間に拡散交換が発生する。例えば、強化処理中に、ナトリウムイオンが露出しているガラス表面内に拡散し、シリケートまたはソーダ石灰ガラス内に存在するその他のイオンとの置換により、ガラス表面内にナトリウムイオンを蓄積させる。強度を向上させたガラス物品をカリウム浴内に浸漬すると、表面領域内のナトリウムイオンは、ガラスの内部または中央部に向かう領域ではより多く存在するナトリウムイオンよりも高程度に、カリウムイオンと置き換えられる。この結果、ガラス物品の表面近くでは、ナトリウムイオンと置き換わったカリウムイオンが圧縮層を形成する（基本的に、より大きなカリウムイオンは、交換されたより小さなナトリウムイオンよりも広い空間を必要とする）。ガラス物品の表面から取り除かれたナトリウムイオンは、カリウム浴のイオン溶液の一部となる。上述の要因により、深さ約１０〜１００ミクロン、より典型的には１０〜７５ミクロンの圧縮層を、ガラス物品内に形成することが可能である。

図４Ａは、本願明細書に記載の実施形態に従って対称な化学的に強化された層４０２が形成されるように化学処理されたガラス物品４００の断面図である。ガラス物品４００は、化学的に強化された層４０２および化学的に強化されていない内部４０４を有する。本願明細書全体を通してより詳細に述べるように、ガラス物品を化学的に強化することにより、化学強化層４０２が圧縮下にある間、内部４０４は張力下にあるという効果が得られる。化学強化層の厚さ（Ｙ）は、用途の要件に応じて異なってもよい。

図４Ｂは、化学強化処理を図示したものである。強度を向上されたガラス物品からある程度の量のナトリウム４０５がイオン浴内に拡散する一方で、カリウム（Ｋ）イオン４０６がガラス物品表面内へと拡散し、化学強化層４０２が形成される。カリウムなどのアルカリ金属イオンは、一般に、ガラスの中央部分内へと拡散するには大きすぎることから、内部４０４は張力を受けるのみで、圧縮はされない。処理の時間を制御することにより、処理温度、処理に関わる様々なイオンの濃度、強化する圧縮層４０２の厚さ（Ｙ）および圧縮層内のイオンの濃度を制御することが可能である。ガラス物品処理の間、２つの浴のそれぞれの中のイオンの量を実質的に一定に維持することによって、化学強化処理に関与するイオンの濃度を制御することが可能である（例えば、カリウムイオンがガラス内に拡散するのに伴って、制御装置が更なるカリウムイオンをイオン浴内に追加することにより、カリウムのガラス内への継続的な拡散を促進する）。化学強化された圧縮レベル（表面および深部の双方におけるイオン濃度）と内部張力部分との関係が、化学処理されたガラス物品の応力パターンを形成する。

この基本的なガラス化学強化処理に、更なるイオン浴浸漬を追加してもよい。例えば、ナトリウムまたは硝酸ナトリウムを入れた第３の浴を使用して、強化されたガラスを浸漬し、圧縮層内のカリウムイオンを第３の浴内のナトリウムイオンと置き換えてもよい。これは、逆交換または強靭化処理と呼ばれる。強靭化処理は、圧縮層の深度および強度を更に制御し、特に表面領域近くから若干の圧縮応力を取り除く一方で、圧縮層のより深部にカリウムイオンが残留することを可能にする。加えて、強靭化処理は、ガラス物品から中心部分の張力を除去する（以下を参照）。

ナトリウムによる強度向上およびカリウムによる強化について本願明細書に記載してきたが、ナトリウムの代わりにリチウムを使用する、カリウムの代わりにセシウムを使用する、ナトリウム−カリウム、ナトリウム−セシウム、リチウム−カリウム、リチウム−セシウムなどの、その他のイオンの組み合わせも本開示の範囲に含まれる。本明細書中で、ガラス物品表面の圧縮および圧縮深度を向上させるいかなるイオンの組み合わせを使用してもよい。

化学強化は、ガラス表面に施され、ガラス表面の化学強化処理への曝露に依存する。ガラス物品が、物品の全ての面がイオン浴に均等に曝されるように浸漬されると、ガラス物品の表面が対称的に強化され、ガラス物品の圧縮層（Ｙ）を均一な厚みおよび構成とすることが可能である。本願明細書の複数の実施形態が示すように、ガラス物品表面が化学強化に均一に曝露されていない場合には、表面が非対称に強化され、ガラス物品の圧縮層が不均一となる。上述のように、非対称に強化されたガラス物品は応力パターンを有するが、この応力パターンは、化学処理の非対称性に基づいて変化する。
化学処理前の予熱によるガラスの高密度化

化学強化を、化学強化処理の前に実施される様々な熱処理技術によって促進または容易化してもよい。化学強化は、イオンの量または体積当たりのガラスの飽和限界によって制限される。ガラス物品中のイオンの大きさ、深度および濃度は、ガラスの特性強化に直接に関連し、ガラスを特定の用途向けに最適化するために、ガラス全体を通して変化させ、調整することが可能である。

飽和状態では、更なる圧縮層または深度を（拡散によって）変化させることはできない。しかし、化学強化の前にガラス物品への熱入力を変化させて、強化された圧縮層の濃度および深度に直接に寄与するガラス表面密度を向上させることが可能である。

化学強化前のガラス物品に相当量の熱エネルギが加えられる場合には、物品のガラス密度を向上させてもよい。これらの実施形態におけるガラス密度の結果、ガラス格子が高密度化点まで加熱される。

図５Ａおよび図５Ｂに図示するように、より高密度のガラス（５Ｂ）５００は、（より緊縮であり、柔軟性の低い）より限定された格子構造をもたらし、未処理のガラス（５Ａ）５０２よりも深いレベルまでのイオン拡散がより困難である。

図５Ａおよび図５Ｂにおいては、ガラスの初期ガラス格子構造５０２が、高密度化温度にまで加熱されると高密度化し、高密度化されていないガラス５０２の容積５０８と比較すると、イオンがその間を移動できる容積５０６がより小さくなる。ガラス格子上のこのような制限が、イオンの内部への拡散をより少なくし、化学強化浴内のイオン濃度が（高密度化されていないガラスに使用されるイオン浴と比較すると）より高いまま保たれる。また、本願明細書の複数の実施形態においては、ガラス格子が高密度化されているものの、熱入力が結晶構造の破壊点（図示せず）に達するまで加えられるのではなく、一部のイオンがガラス内へと拡散することの可能な格子制限点まで熱が加えられる。ガラス内に拡散しなかったイオンが、高密度化されたガラスの表面に密集することにより、深度の浅い表面圧縮層を形成する。

このように、化学強化処理の開始時点におけるガラス密度を高くすることは、ガラス表面内へのイオン拡散を制限し、ガラスが表面でより多くの量のイオンを交換することを可能にするが、交換を浅い深度までに制限する。化学強化の前に熱入力によって処理されたガラス物品は、典型的には、表面ではより高い化学的ストレスを、より浅い深度まで発揮する。これらのガラス物品は、例えば研磨またはその他の同様な処置を化学強化されたガラスに対して施すことが必要であることの多い、またはガラスが磨滅（衝撃）よりも引っ掻きの危険性が高い製品などの、浅い深度までの高い圧縮応力が必要である場合に、非常に有用である。

そのような熱処理技術の一つに、ガラス物品を化学強化の前にアニーリングすることが挙げられる。アニーリングは、ガラス物品を比較的高温のアニーリング環境に所定の時間曝露した後に、ガラス物品を第２の所定の時間の間制御冷却することを含む。アニーリングおよび化学強化後のガラス物品は、化学強化前にアニーリングされていない同様のガラス物品とは異なる圧縮応力を有する。上述のように、アニーリングは、ガラス物品が（浅い深度までの）高い表面圧縮応力を必要とする場合に、特に重要である。

アニーリング処理は、ガラス物品が、ガラスのアニーリング温度（アルミノ珪酸ガラスの場合には、アニーリング温度は約５４０〜５５０℃である）としても知られる、ガラスの歪み点温度と軟化温度との間の温度にまで加熱されることを必要とする。ガラス物品のアニーリングに要する時間は様々であるが、典型的には１〜４時間であり、冷却時間は、典型的には、約５時間までの間、約２分の１℃／分である。

典型的には、アニーリングされたガラス物品は、制御冷却から直接に取り出され、強化イオン浴（ナトリウム）に浸漬されるか、または、物品を更に空冷した後に、第１のイオン浴に浸漬される。アニーリング後のガラスの深部はイオン拡散されないが、表面は若干拡散される。表面内への拡散が（浅い深度までの）高い圧縮応力を付与する。

ガラス物品を化学強化前に高密度化するのに用いられる第２の熱処理技術が、熱間等方加圧またはＨＩＰである。ＨＩＰは、ガラス物品を、不活性ガス中で熱および圧力に所定の時間の間同時に曝露することを含む。ガラス物品は、ガラス物品がより高密度化するまで、ガラスの内部ボイドが制限されるＨＩＰ耐圧容器内に保持される。アニーリングに関しては、化学強化の前にＨＩＰによってガラスを高密度化させることにより、ガラス物品に（ＨＩＰを施されていないガラス物品の場合に予想されるよりも）浅い深度までの高い圧縮応力が付与される。

ＨＩＰパラメータは様々であるが、例示的な一処理には、ガラス物品をＨＩＰ耐圧容器内で化学強化し、容器内の負圧を吸引し、容器内のガラス物品を加熱することが含まれる。容器を、圧力下で、ガラスの種類および厚さにより６００〜１４５０℃にまで加熱してもよい。熱および圧力を、典型的には約１０〜２０分間維持した後に、処理済みのガラスを冷却する。幾つかの実施形態においては、好適な不活性ガスを容器内に導入して、ガラス物品の加熱を容易にしてもよい。ＨＩＰは、化学強化処理を変更または促進するための別の手段である。

図６に示すように、ガラス物品６００を、ガラス物品の目的のまたは所定の区域６０２のみが高密度化されるように、（ガラス物品の表面全体ではなく）部分的に予熱してもよい。この実施形態においては、化学強化の前に、ガラスの歪み点温度と軟化温度との間の点までの（矢印６０４に示す）部分的な加熱が行われる。レーザまたは誘導コイル加熱を部分的な予熱に使用して、高密度化されたガラス表面６０８および高密度化されていないガラス表面６１０の双方を有するガラス物品を作成してもよい。図６は、両側が部分的に予熱されて高密度化されたガラス６０８を形成し、ガラス物品の中央部は高密度化されていないガラス６１０であるガラスカバー６００の略断面を図示している。

本願明細書の複数の実施形態は、表面全体にわたって高密度化されたガラスを形成するか、或いは所定の区域または場所のみを高密度化し、ガラス密度の異なる区域を残す加熱技術を用いて予熱されたガラス物品を含む。そのように処理されたガラス物品が化学強化６１２を施されると、物品は非対称に強化され、高密度化されたガラスが、対応する高密度化されていないガラスと比較してより浅い深度までより高い表面圧縮応力を発揮する非対称な応力パターンを有する。ガラスの表面圧縮応力および圧縮応力の深度を最適化するために、予熱のタイミングおよび場所を利用してもよい。

本願明細書に記載の全ての実施形態に明記されている訳ではないが、本願明細書に記載の全てのガラス物品は、化学強化の前に高密度化のために予熱されたガラス物品の使用を含んでもよい。
好適な縁部形状の化学強化

特定の用途のガラス物品を強化するために、ガラス物品の縁部形状を化学強化と組み合わせて利用してもよい。例えば、本願明細書に記載の複数の実施形態が、ガラスカバーの強化に有用な所定の形状を付与してもよい。外部形状を、切削、研削、切断、エッチング、モールディングまたは研磨によって加工してもよい。

電子デバイスにおいて有用なガラスカバーの縁部に丸みを持たせた形状の複数の例が、縁部を、例えば厚さ１．０ミリメートルのガラスカバーの場合に０．１ミリメートルの縁部半径などの、カバーガラスの厚さの１０％の縁部半径となるように加工することを含む。別の複数の実施形態においては、縁部の加工が、例えば厚さ１．０ミリメートルのガラスカバーの場合に０．２ミリメートルの縁部半径、厚さ１．０ミリメートルのガラスカバーの場合に０．３ミリメートルの縁部半径などの、カバーガラスの厚さの２０％〜５０％の縁部半径とすることを含む。

一般的には、本願明細書に記載に幾つかの実施形態は、ガラスカバーの縁部に丸みを持たせることで、ガラスカバーの強度が向上することを示している。例えば、ガラスカバーの元は鋭角の縁部に丸みを持たせることで、縁部の強度が向上する結果、ガラスカバー自体が強化される。一般に、縁部半径が大きいほど、ガラスカバーの表面全体にわたって強化がより均一となる。

このように、本願明細書に記載の幾つかの実施形態においては、有用な縁部形状を化学強化と組み合わせて、より信頼性および耐久性の高いガラスカバーを製作してもよい。例えば、ガラスカバーの周縁に沿って圧縮応力層を深くする化学強化を、ガラスカバーの四隅の縁部半径を３０％とすることと組み合わせてもよい。

本願明細書に記載の全ての実施形態に明記されている訳ではないが、本願明細書に記載の全ての化学強化されたガラス物品の実施形態の縁部のうちの１つ、２つ、３つまたは４つを有用な形状へと切削加工することを含んでもよい。カバーガラスのデザインの場合には、丸み付けがカバーガラスの厚さの１０〜５０％であってもよい。
応力プロファイル

本願明細書に記載の複数の実施形態に従ってガラス物品の化学的な処理は、ガラスの露出または処理表面を効果的に強化する。そのような強化によって、携帯電子デバイスにより薄いガラスを使用することが可能となるように、ガラス物品をより強靭化することが可能である。

図７Ａは、ガラスカバーなどのガラス物品の部分断面図である。図面は、一実施形態に基づく初期張力／圧縮応力プロファイルを示している。初期張力／圧縮応力プロファイルが、ガラスの表面領域を対称に強化する初期交換処理から生じたものであってもよい。−のシグマ符号は、張力プロファイル領域を示し、＋のシグマ符号は、圧縮プロファイル領域を示している。（シグマがゼロである）縦線は、圧縮と張力との交差を表している。

図７Ａに、ガラスカバーの厚さ（Ｔ）が図示されている。カバーガラスの表面に、初期張力／圧縮応力プロファイルの圧縮表面応力（ＣＳ）が示されている。カバーガラスの圧縮応力が、ガラスカバーの表面から中心領域へと延伸する圧縮応力層深度（ＤｏＬ）を有する。初期張力／圧縮応力プロファイルの初期中心張力（ＣＴ）が、ガラスカバーの中心領域に存在する。

図７Ａに示すように、初期圧縮応力プロファイルは、ガラスカバー７０２の双方の表面７００にピークを有する。即ち、初期応力プロファイル７０４は、ガラスカバーの表面で最も高くなっている。初期圧縮応力プロファイルは、圧縮応力層の深度がガラスカバーの表面からガラスカバーの中心領域へと深くなるのに伴って、圧縮応力が減少することを示している。初期応力は、圧縮と張力との交差７０６が生じるまで、内向きに継続的に減少する。図７Ａでは、初期圧縮応力のプロファイルが減少している領域が、右から左への斜線のハッチングによって強調されている。

ガラスカバーの表面におけるピークは、ガラス物品が故障する前に吸収可能な曲げ応力を示し、圧縮層の深さは、衝撃に対する保護を可能にする。

圧縮と張力との交差後に、初期中心張力７０８のプロファイルが、ガラスカバーの断面図内に示されている中心領域内へと延伸している。図７Ａにおいては、減少しながら中心領域内へと延伸する初期中心張力（ＣＴ）のプロファイルが、ハッチングを用いて強調されている。

典型的には、ガラス物品に加えられる複数の応力の組み合わせは、故障を防止して安全性を保つためにバジェットを取られる、即ち、ガラス物品に過剰な応力を加えると、そのエネルギは最終的に物品を破壊または破損させる。従って、各ガラス物品は、ガラス物品に安全性および信頼性を付与する圧縮対張力強度の量である応力バジェットを有する。

図７Ｂは、一実施形態に基づくガラスカバーの部分断面図であり、張力／圧縮応力プロファイルが小さいことを示している。小さな張力／圧縮応力プロファイルが、二重交換処理から生じたものであってもよい。小さな張力／圧縮応力プロファイルのより小さな圧縮表面応力（ＣＳ’）が、図７Ｂに示されている。この場合の圧縮応力層の深さ（Ｄ）は、小さな圧縮応力に対応している。加えて、小さな中心張力（ＣＳ’）が中心領域内に図示されている。

図７Ｂを参照すると、圧縮表面層の深さがガラスカバー表面から表面下のプロファイルピークに向かって深くなるのに伴って増加するプロファイルを、小さな圧縮表面応力（ＣＳ’）が示していることが理解されるべきである。圧縮応力のプロファイルがこのように増加することが、割れの防止のために有利であってもよい。表面下のピークの深さ（ＤｏＬ）の範囲内においては、割れがカバーガラスの表面から深部へと伝播する過程で、圧縮応力が（ＤＰまで）増加して、割れを防止する作用を発揮する。加えて、表面下のプロファイルピークから更に中心領域へと内向きに進行する小さな圧縮応力は、圧縮と張力との交差が生じるまで減少するプロファイルを示す。

図７Ａおよび図７Ｂは、カバーガラスの両面が、等しい圧縮応力、応力層深さおよび中心張力を有する対称な応力プロファイルを示している。

図７Ｃは、上面７１６が底面７１８よりも高い圧縮応力ＣＳおよび圧縮応力層深さ（ＤｏＬ）を有するガラス物品７１４の非対称な応力プロファイルを図示している。この場合の上面７１６が、底面よりも高い耐久性および衝撃耐性を有することに着目されたい。また、表面に加えられた更なる圧縮応力を、底面の圧縮深さがより浅いことによって補償可能な応力バジェットが存在することにも着目されたい。このような補償がなければ、張力７２０が左方向へと延伸し、最終的には非常に危険なガラスカバーとなってしまう（引張強度が圧縮強度を超える）。

以下により詳細に示すように、用途に合わせて図７Ｃなどのように変更された応力プロファイルを有するガラスカバー物品の設計および製造を、本願明細書に記載の非対称な化学強化処理を用いて行ってもよい。ガラス物品を非対称に強化することによって、調整された高度に有用なガラス物品を作製してもよい。そのような場合、任意のガラス片に対して応力バジェットを使用して応力プロファイルを付与することにより、用途に合わせて最適化された表面を有するガラス物品を作製してもよい。
非対称な化学強化

本願明細書に記載の複数の実施形態は、非対称に強化されたガラス物品の製造に関する。非対称に強化されたカバーガラスなどのガラス物品を、対応する対称に強化されたガラス物品よりも高い信頼性、耐傷性および安全性を有するように設計してもよい。

図８は、ガラス物品８００を非対称に強化するためのフロー図の一例である。ガラス物品が、所望の用途向けに、その寸法、厚さおよび固有の組成に基づいて特定される（８０２）。特定されたガラスがどれだけの応力に耐えられるかを示すバジェットが、ガラスの用途に基づいて求められ（８０４）、ガラスの信頼性および安全性を最適化する、即ちガラス内の応力を均衡させて、強度および安全性の双方を付与するためのバジェットが求められる（８０６）。次に、ガラス物品は、非対称な化学強化よって調整されて、応力バジェットおよび有用性が最大となる有用な応力パターンを発揮する（８０８）。

例えば、携帯電子デバイスで使用される薄いカバーガラスは、その表面全体にわたって複数の異なる特性を必要とする。化学強化の非対称性が、ガラス物品の前面と後面、ガラス物品の周縁部と中央部、ガラス物品の様々な要素またはガラス物品の研磨しにくい複数の領域間で必要であってもよい。しかし、上述のように、各ガラス物品は、故障を防止するために圧縮応力と引張応力とがおおよそ均衡しなければならない応力パターンを有する。このように、非対称な強化は、特定の用途における特定のガラス物品の特性を、ガラス物品の応力バジェットの範囲内で最適化するために用いられる。

一般には、非対称な化学強化を用いて、特定の領域では表面圧縮層をより高く（または低く）設けるか、或いは応力層をより深く（浅く）設ける一方で、ガラス物品内の引張応力を過大化させないことによってガラスの安全性を維持してもよい。例えば、ガラス表面が更なる強度を必要とする場合には、層の圧縮度を高めてもよく、ガラスが磨滅からの保護を必要とする場合には、圧縮層の深さを変更してもよい。ガラス物品内の応力を、ガラス物品の特定の区域または部分について最大化させる能力は、信頼性および安全性の高いガラス部品の設計を可能にする。一般に、ガラス物品の上面および底面上の圧縮応力（量および深さ）と、これから生じる引張応力との関係が、ガラス物品に応力パターンを付与する。応力パターンが、ガラス物品のＸ、ＹまたはＺ軸に沿っていてもよい。

本願明細書に記載の複数の実施形態においては、ガラス物品の非対称な化学強化が：特定の用途向けのガラス物品の信頼性を向上させる；特定の用途向けのガラス物品の安全性を向上させる；特定の用途向けのガラス物品を目的の形状（平坦または実質的に平坦）とする；ガラス物品を目的の形状とするためのその他の技術と組み合わせて使用する；およびその他の同様の用途に使用される。

図９は、非対称な化学強化が、複数のイオンを差示的にガラス物品の表面内に導入することに基づいていることを図示している。上述のように、ガラス物品９００が、表面領域９０２に沿って、ガラス物品の密度および全体的なイオン飽和点に基づき、複数のイオンを特定の深さおよび濃度まで交換および導入する、即ち、より大きなサイズのイオンとの交換に関与しうる容積がガラス内に存在することによって、物品の圧縮度を向上させることが可能である（９０１から９０３までを参照）。イオン濃度を表面に沿って特定の深さまで変化させることが、ガラス内部の応力関係を変化させ、この関係が、ガラスの厚さ９０４およびガラスの内部９０６全体にわたって影響を及ぼす（内部張力／圧縮応力がガラス物品の中心を隔てて変化する）。このように、かつ前述のように、応力パターンがガラス物品の厚さ９０４にわたって（垂直方向−上面から底面まで）存在してもよいし、またはガラス物品全体９０６にわたって（水平方向−辺から辺まで）存在していてもよい。

本願明細書に記載の複数の実施形態が、これらの応力関係を利用して有用性を調整し、携帯電子デバイスおよび小フォームファクタ装置に用いられる改造されたガラス物品を提供してもよい。
マスキングまたはコーティングによる非対称な強化

本願明細書に記載の複数の実施形態が、イオン含有浴への浸漬の前にガラス物品の複数の部分にマスキングまたはイオン拡散バリアを施すことを含む。例えば、拡散が望ましくない領域を金属またはセラミックなどの拡散不浸透性の材料で被覆することによって、ガラス表面の一部を、化学強化プロセスのイオンから物理的にマスキングしてもよい。この種類の物理的マスキングは、表面内へのイオン拡散を完全に制限して非対称な強化を行う、即ち、マスキングされた表面は、ガラス物品のその他の露出表面と比較すると、イオン交換を全く受けない。化学処理後は、典型的には物理的バリアがガラス物品から取り除かれる。この結果、処理済みおよび未処理の表面が得られる。

別の一実施形態においては、図１０に図示するように、窒化ケイ素（ＳｉＮ）或いはその他の同様な材料から構成されたコーティングまたはフィルムを、物理的マスキングの代わりに使用してもよい。図１０では、コーティング１０００がガラスカバー１００２の中央部分に施される一方で、辺縁部１００４は被覆されないままである。このようなコーティングは、カバーガラスの中央区域または部分ではイオン拡散を制限または防止する一方で、被覆されていな区域（辺縁部）での化学強化は可能にする。

最初に、強化処理前のガラス物品にコーティングが施され、ガラス物品のコーティングされた部分全体にわたる全てのイオン拡散が実質的に遮断される。コーティングの厚さが約５〜５００ｎｍであってもよいが、適切な場合にはその他の厚さを用いてもよい。この例では、化学強化処理終了時のガラス物品のコーティングされた表面には圧力層が含まれないが、ガラス物品のその他の部分が圧力層となる。化学強化処理終了時に、コーティングを研磨によってガラス物品から除去して、非対称な強度を有する表面を得てもよいが、完成したガラス物品の一部としてガラス表面上に残してもよい。この態様において、コーティングは、ガラス物品の一部であり続けるために、適切な厚さおよび構成へと適合される。

別の複数の実施形態においては、化学強化プロセス完了後にＳｉＮコーティングを酸化させて、よりイオン浸透性の高いバリアとしてもよい。この場合、若干のイオン拡散が酸化ケイ素バリアを通して発生して、同じ圧縮層が場所に形成されるように、同じガラス物品を再び浸漬および化学強化処理してもよい（ガラス物品の残りの部分は二度処理されることになる）。

前述のように、例えば二酸化ケイ素などの別の材料から構成されたコーティングを、ガラス物品の表面へのイオン拡散を防止するのではなく制限するために使用してもよい。例えば、二酸化ケイ素製のコーティングが、ガラス物品表面へのイオン拡散を制限するのみであり、被覆された領域においては、イオン交換浴によって企図される完全な強化ではないある程度のレベルの圧縮層の形成を可能にしてもよい。上述のように、コーティングが化学強化処理終了時に除去されても、または完成した物品の一部として同じ場所に残されてもよい。いずれの場合においても、ガラス物品は非対称に強化された表面を有することになる。

図１１は、非対称に強化されたガラス表面の設計に際して、複数の種類のコーティング（１１００、１１０２、１１０４・・・）および厚さを組み合わせて使用可能であることを図示している。図１１Ａでは、一連のコーティング（１１００、１１０２、１１０４）がガラスカバー１１１０の上面および底面（１１０６および１１０８の各々）の双方に施されている。コーティング材料の組み合わせのそれぞれが、目的のガラス表面へのイオン拡散を制御して、表面１１１２の化学強化を変化させることを意図されている。

ガラス物品が、コーティング１１００、１１０２および１１０４を通したイオン拡散に基づいて、イオンを特定の深さおよび濃度まで交換および導入してもよい。前述のように、表面全体にわたり、かつ特定の深さまでイオン濃度を変化させることによって、ガラス内部の応力関係が変化する。図１１Ｂに示す応力パターンは、上面１１０６の縁１１１４にはコーティングが施されておらず、表面全体にわたって最も深くまで、最大イオン濃度に曝露されることを示している。上面１１０６の残りの部分のイオン濃度は若干減少しているが、縁１１１６よりも低い程度である。例えば内側となる底面１１０８は、多層コーティングに基づく３つのイオン濃度領域１１１６、１１１８および１１２０を規定する複数の区域を有する。底面の中央区域１１２０にはコーティング１１００、１１０２および１１０４によるイオン濃度はほとんど、或いは全くない。複数のコーティングを組み合わせることで、中央区域へのほぼ全てのイオン拡散が防止される。その他の区域では、単層コーティングまたは複層コーティングからの若干のイオン拡散が認められる。このように、複数のコーティング（イオンバリア）が施されて非対称に強化されたガラス物品が作製されている場合における応力関係が達成される。

多層コーティングを目的のガラス表面内へのイオン拡散処理の制御に使用してもよい。例えば、化学強化処理におけるナトリウムおよびカリウムイオン拡散を２５％制限する薄いコーティングが、ナトリウムおよびカリウムイオン拡散を５０％制限する第１のより厚いコーティング全体にわたって積層されていてもよい。イオン拡散が０％制限されている（被覆されていない）、２５％制限されている（第１のコーティング）、５０％制限されている（第２のコーティング）および７５％制限されている（積層コーティング）領域を、ガラス表面領域が有してもよく、別の複数の実施形態ではコーティングごとにパーセンテージが異なっていてもよい。上述のように、完成したガラス物品表面が複数のコーティング層のそれぞれを有してもよいが、コーティングを除去する処理を施され、その下の非対称に強化された表面だけが残されていてもよい。イオン拡散バリアコーティングをイオンバリアマスキングと組み合わせて、例えばガラスカバーの底面を物理的にマスキングし、カバーの上面では２５％イオン拡散バリアでパターンまたは箇所を被覆する、調整されたガラス物品表面強化を更に可能としてもよい。
熱利用非対称化学強化

本願明細書に記載の複数の実施形態が、ターゲット化された加熱によって化学強化プロセス中に非対称なガラス強化を行うことを含む。ガラス表面箇所の優先加熱を使用して、箇所における応力緩和を促進することにより、化学強化プロセス中の箇所におけるイオン拡散を増加させてもよい。熱が、ガラスを上述のように高密度化させるのに要する量未満であることに留意されたい。イオン拡散が増加することで、更なるイオンのガラス内での交換が可能となり、加熱されていない表面と比較した加熱表面の応力プロファイルが変化する。例えば、ガラス物品が化学強化イオン浴内に浸漬されている間に、ガラス物品の一部の領域を、加熱コイル、レーザ、マイクロ波放射などを用いて加熱してもよい。

上述のように、目的箇所における加熱は、加熱された箇所のガラス表面におけるイオン拡散の増加を可能とする。加熱されていない表面と比較すると、ガラス表面の目的箇所を加熱することで、加熱された箇所は非対称に化学強化される。熱プロファイルの変化を利用した非対称な化学強化は、例えば、衝撃による破損を制限するために縁部に更に化学強化を必要とするカバーガラスなどの、周知の故障箇所を有する部分の化学強化を変化させるためにレーザまたはマイクロ波ビームを向けることの可能な場合において特に有益である。

加熱温度は、熱がガラス格子を緩和するのに十分であるが、ガラスを高密度化させないか、またはイオン浴内のイオンを沸騰させない場合に適切である。

一実施形態においては、ガラス物品は、第１および第２のイオン浴内への浸漬によって化学的に強化される。第１および／または第２のイオン浴内に浸漬されている間に、ガラス物品の所定の部分の熱プロファイルが、（コイル、レーザ、マイクロ波などの）熱照射を用いて増加される。ガラス物品上の目的の箇所では、ガラス格子が緩和および拡張されると、更なるイオン交換が生じる。熱入力が十分であるとみなされると、この時点では表面内に更なるイオンが充満している非対称に強化された箇所を急冷して、イオンの箇所からの逆交換を阻止してもよい。化学強化中に熱プロファイルを増加させることで、ガラス表面の圧縮応力を高めると共に、ガラス表面の圧縮応力層を深くすることが可能である。
ペーストおよび熱による局所的非対称強化

以降でより詳しく議論するように、ガラス物品の応力を適合させて、特定の形状、例えば、平坦な表面を提供するガラス物品を形成することはしばしば重要である。

一実施形態において、局所的化学強化技術は、ガラス物品の所定の領域または区域へのイオン拡散を促進するために使用できる。これらの高濃度化学強化区域は、ガラス物品上に目標パターンまたはスポットで、より高い表面イオン濃度および／またはより深い圧縮層を浸透させるために使用できる。更に増大させた化学強化を含めることは、必要に応じてガラス表面にわずかな曲率を提供するために使用することも、ガラス表面の両側（例えば、前面および後面）で互いに相殺するために使用することもできる。

例えば、高濃度カリウムを含むペーストは、熱と組み合わせて使用し、ペーストからガラス物品の局所的な表面内への直接的なイオン拡散を増大または促進させるために使用できる。この高濃度および直接的なイオン拡散は、イオン浴への浸漬によって実現されるイオン拡散より優れている。一実施形態において、所定のパターンのイオン拡散の量を増大させる必要があるガラス物品は、所定のパターンの高イオン濃度ペーストで被覆する。ペーストは、例えば、３０〜１００モル％、より一般的には７５〜１００モル％の硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウムであってもよい。ペースト層の厚さは、どのくらいの量のイオンがガラス物品表面内への拡散に必要とされるかによって決定される。その後、被覆したガラス物品は炉内に配置して、所定の時間加熱し、所定のパターンでのガラス表面内へのイオンの拡散を増大させる。炉は電気炉またはガス炉（または他の同様のもの）であってもよく、約２５０〜５００℃の温度に到達できる。いくつかの実施形態において、炉は加圧してもよく、加熱ステップ中により高い温度の使用を可能にする（それによってペーストの蒸発または沸騰を回避できる）。

図１２Ａと図１２Ｂは、カバーガラス１２０６の前面（１２Ａ）と後面（１２Ｂ）（それぞれ１２０２と１２０４）上での高濃度イオンペースト１２００の使用を示す。ペースト塗布パターンは、非対称強化の割当てを容易にし、後面カバーに加えられる応力と、前面カバーに加えられる応力とを釣り合わせるために使用できる。図１２Ａと図１２Ｂには、例示的な前面および後面パターンが提示されている。

他の実施形態では、既に増大させた被覆ガラス物品に、高イオン濃度ペースト、例えば、カリウムを塗布し、その後、カリウムイオン浴内に配置する。その後、被覆ガラス物品とイオン浴を炉内に配置して加熱し、ペーストはガラス表面にカリウムを直接堆積させ、同時に、カリウムイオン浴は、ガラス物品の被覆していない表面または露出面へのイオン拡散を可能にする。

ペースト内のイオン濃度、ガラス表面上へのペースト塗布パターン、ペーストの加熱パラメータ、およびペーストの被覆厚の変更は、非対称強化ガラス物品の形成に様々な設計オプションを提供する。

推測可能なように、高イオン濃度を備えたペーストは、マスキング、イオンバリア膜およびガラス密度と組み合わせて、目標ガラス物品に必要な化学強化を更に最適化できる。また、推測可能なように、複数のイオンを備えたペーストを使用することも、それぞれ異なるイオンまたはイオン濃度を有する１つ以上、２つ以上、３つ以上等の異なるペーストでガラス物品の表面を被覆することもできる。
電界支援非対称化学強化

上で示したように、本明細書の実施形態は、化学強化処理中の非対称ガラス強化を含む。本実施形態において、イオン浴内のイオン伝導は、ガラス物品の目標表面に向かって優先的に増大させ、目標表面におけるイオンの拡散を増大させる。表面におけるイオン濃度の増大は、イオン濃度の増大と同一線上ではない物品表面の残りの部分に比べて、ガラス物品のイオン飽和点までガラス表面内に組み込まれるイオンの量を増大できる。

本実施形態の態様は、化学強化を実現するが、ガラス物品のイオン飽和点より低いイオン浴内のイオン濃度を利用することによって最大化される。本態様において、電界は、電界を介したイオンの優先的伝導と同一線上の表面においてイオン濃度を著しく増大できる。

例示的な実施形態では、適切なイオン浴内に電界を確立し、浸漬したガラス物品の目標表面にわたってイオンを優先的に拡散させる。図１３に示したように、非対称化学強化を必要とするガラス物品１３０４は、正電極１３０６と負電極１３０８の間のイオン浴１３００内に配置される。外部回路１３１０を介した電子流は、浴イオン、例えば、カリウムが負電極に向かって流れ、それによって配置したガラス物品の（矢印１３１２に示した）前面１３０２内に流れるようにできる。ガラスの後面１３１４に比べて前面１３０２がイオン拡散の増大を有するため、ガラス物品の前面におけるイオン濃度の増大は前面の非対称強化を実現する。

電界勾配の別の実施形態は、コイル、レーザ、マイクロ波または他の加熱（矢印１３１６として示した）と組み合わせて優先的イオン拡散を実行することを含む。本実施形態において、ガラス物品１３０４は、化学強化の増大が必要とされる場所で、例えば、局所的なマイクロ波放射１３１６に露出させる。マイクロ波放射は、目標表面１３０２における応力緩和を促進する。確立された電界によって、イオン浴内で優先的イオン拡散を受け取るガラス物品表面は、マイクロ波放射が応力緩和を促進する（ガラス表面に侵入するイオンにより多くの空間を提供する）表面内への追加のイオン拡散を有してもよい。推測可能なように、そのように処理されたガラス物品１３０４は、いくつかの異なる非対称強化区域、加熱され電界内のイオンと同一線上の区域１３１８、加熱されないが電界内のイオンと同一線上の区域１３２０、加熱されるが、電界内のイオンと同一線上ではない区域（図示せず）、および加熱されず電界内のイオンと同一線上にもない区域（１３２２）を有することができる。
事前屈曲の導入による非対称強化

増大および強化処理前および処理中にガラスに事前に応力を与えることによって、ガラス物品の表面に非対称強化を導入できる。一実施形態において、ガラス物品は事前に所望の曲率を有するように形成される（成形、引出し等）。形成したガラス物品は形状を維持するために修正力の下に配置され、その後、上で説明した実施形態を用いて化学的に強化される。例えば、形成したガラス物品は事前に応力を加えた形状または形成した形状でイオン交換浴内に配置される。ガラスは屈曲させたまま化学的に強化されるので、それは増大させた形態で強化される。従って、湾曲または屈曲したガラス物品の場合、化学強化は主に外側の湾曲面におよび（イオンは延伸したガラス格子内により容易に拡散する）、圧縮された内面の化学強化は制限される。ガラス物品の外面の異なる部分を選択的に化学強化することも、異なるように化学強化することもでき、および／またはガラス物品を選択的にまたは異なるように屈曲させ、異なる部分の非対称化学強化をオフセットさせることもできる。事前に応力を与えたガラス物品をその事前屈曲から解放した後、内面に比べて外面はより大きな量の強化を有し、それによって非対称強化形状を示すことができる。

図１４Ａ〜図１４Ｅは、一実施形態によるガラス物品の化学強化を示す。図１４Ａにおいて、ガラス物品１４００は厚さＴを有するように示されている。厚さＴは、一般的に本開示内容全体で説明されるとおりであってもよい（０．３〜５ｍｍ）。ガラス物品１４００は外面１４０２と内面１４０４を有する。

図１４Ｂでは、ガラス物品１４００の内面１４０４をイオン交換膜１４０６で（上で議論したように）被覆する。この方法では、イオンバリアがガラス物品の内面へのイオン拡散を制限する。

図１４Ｃでは、ガラス物品を屈曲させ、屈曲させたガラス物品１４００’は内面１４０４に向かって内向きに湾曲される。ガラス物品の屈曲は、曲率Ｃを備えたガラス物品を生成する。ガラス物品１４００’内の曲率は、様々な度合いであってもよく、力（固定具）によって、または加熱環境を含むことによって（沈み込ませる）強制することができる。

図１４Ｄでは、図１４Ｃからの屈曲ガラス物品は化学強化を受け、強化領域１４０６を有するガラス物品１４００”を生成する。化学強化領域１４０６は外面１４０２に隣接して設けられ、内面１４０４に隣接しては設けられない。化学強化領域は外面から内向きにある深さの層（ＤｏＬ）まで延在し、それは内面におけるＤｏＬ（最小または存在しない）より深くガラス内にある。外面は実質的に内面より化学的に強化されるので、化学強化ガラス物品１４００”は非対称的に化学強化されていると呼ぶこともできる。

図１４Ｅは、化学強化処理を完了した後の化学強化ガラス物品１４００’’’を示している。ガラス物品１４００’’’は、処理の完了後、平坦または少なくとも実質的に平坦であるとして示されている。完了したガラス物品１４００’’’は、圧縮を増大させた外面１４０２と、内向きに屈曲させ、化学強化を限定または排除するためにイオン交換膜によって被覆した内面１４０４を有する。この形状設計では、化学強化ガラス物品１４００’’’は外面から内向きに反る傾向があり、外面が圧縮および膨張することを意味する。この場合、内面ではなく外面の化学強化による反りが曲率Ｃに対向する。その結果、化学強化ガラス物品１４００’’’はもはや、化学強化の開始前に有していた曲率を有していない。
異なるクラッド層の非対称強化

図１５は本明細書の別の実施形態を示し、それは化学強化浴１５０４内にガラス物品クラッド層１５０２を浸漬することによって、非対称強化ガラス物品１５００を形成することを含み、クラッド層内の各ガラス物品は異なる開始イオン濃度および組成を有する。第１ガラス物品と第２ガラス物品を有するクラッド層は、その後、本明細書で説明した化学強化処理を用いて強化され、非対称強化を備えた２枚のガラス物品を提供する。

一態様において、２枚のガラス物品の開始組成は異なっているので、各ガラス物品の露出面および縁部は利用可能なイオンを異なるように組み込むであろう。化学処理ステップの最終結果は、保護面（クラッド層に対して内部）と化学改質露出面および縁部を備えた２枚のガラス物品になるであろう。露出面の改質は、マスキングまたは被覆、もしくは既に説明した本明細書の他の実施形態によって行うことができる。この方法では任意の数の物品を強化でき、例えば、図１５では３枚のガラス物品を同時に強化している。
化学強化ガラス物品バンドル

他の態様において、実質的に同じ応力プロファイルを有する非対称強化ガラス物品は、バンドルされたガラスの応力を緩和または修正するための共通の処理のために一体にバンドルされることができる。ここで、ガラス物品は、複数のプレートとして互いにバンドルされることができ、一体に処理されて効率を最大化することができる。ガラス物品は、非平面部品としてバンドルされ、処理され、次に結合応力を表示するために結合されることができるかまたは結合応力を表示するために予め曲げられた後に結合されることができる。
濃度勾配を有する非対称強化ガラス物品

別の実施形態では、化学強化プロセスの前に、異なる組成の２つのガラス物品が一体に溶融されることができる。ここで、溶融ガラス物品は、その出発ガラスイオン濃度および組成に基づいて化学的に強化された上面（上ガラス）と、その出発ガラスイオン濃度および組成に基づいて化学的に強化された下面（下ガラス）とを有する。

更に、同じ前提を使用して、濃度勾配（組成またはイオン）を有する１つのガラス片がまた化学的に強化されて、非対称強化ガラスを提供することもできる。上記のように、ガラス物品は、結果として生じる表面が非対称強化されるように、ガラス物品の異なる場所において、イオン浴中で交換されるように異なるイオンを有する。

従って、その出発イオン濃度および場所を含む出発ガラスの設計は、イオン拡散および非対称強化ガラスの較正に使用されることができる。
応力プロファイルを調整するための機械的および／または化学的修正

本明細書の実施形態は、ガラス物品の応力を微調整するために、後化学強化、機械的および／または化学的プロセスの使用を含む。ガラス物品が本明細書に記載された実施形態のいずれかに従って調製されている場合、例えば、圧縮応力層の微調整、または引張力と圧縮力との関係の調整がガラス内で必要とされることがある。ガラス物品の応力プロファイルを局所的に修正するために、機械的（研削、研磨、切断など）または化学的（ＨＦまたは他の類似の酸の塗布）のいずれかの材料の除去が使用されることができる。

例えば、圧縮表面応力層の広がりが大きすぎる、または深すぎると判定された場合、ある量の層を除去は、ガラス物品の応力を緩和して応力プロファイルを再較正する。これらの後化学強化の実施形態は、応力修正がほんの僅かである必要がある場合、例えばカバーガラスの限られた領域から１０μｍの除去が必要な場合に特に有用である。
ガラス物品製造時の非対称化学強化

本明細書の実施形態は、本明細書に記載のうちの任意の１つ以上の化学強化の実施形態の使用に基づくガラス物品応力プロファイルの段階的変更を含む。例えば、ガラス物品の製造が不適合または不満足な結果をもたらす場合、ガラス物品を適合にするように応力を改質するために本明細書に記載の非対称化学強化の実施形態が使用されることができる。これは、ガラス物品のいかなる欠陥も是正するために必要な場合に応力を加えたり除去したりする目的で、局所的な非対称化学強化または逆に材料の除去を必要とすることがある。

図１６は、ガラス物品製造時の非対称化学強化プロセス１６００を含む１つのフロー図を示している。特定の較正された応力パターンが既に指定されている（１６０２）ガラス物品は、本明細書に記載された実施形態のいずれかを使用して適切に処理される（１６０４）。ガラスの信頼性および安全性は、ガラスカバーが正しい強化パラメータを示すかどうかを判定することによって試験される（１６０６）。ガラス物品が非対称化学強化に適合する場合、ガラス物品がその使用のために提出される（１６０８）。ガラス物品が適切な化学強化を示さない場合、ガラス物品は、本明細書に記載されたプロセスおよび実施形態を通過して、適切な化学強化を再適用して試験される（１６１０）。このプロセスは、その使用基準に適合するガラス物品を得るために必要な回数だけ繰り返されることができる。

従って、本明細書の実施形態は、ガラス物品の所定の応力プロファイルのモニタリングおよび是正を含む。是正は、所望のガラス物品の応力プロファイルが得られるまで多数の応力修正反復を含むことができる。
破断パターンを管理するための非対称化学強化

本明細書の実施形態は、ガラス物品を非対称に強化して、所定の破断パターンを呈示または管理することを含む。図１７Ａおよび図１７Ｂは、破断伝播を最小化する（１７Ａ）または角破損１７１０（１７Ｂ）を最小化するためにカバーシート１７０４に適用される例示的な化学強化１７０６／１７０８を示している。

図１８は、破断が高表面応力１８０２の点よりも起こりやすいガラス物品の表面に沿って張力点１８００が発生されることができることを示す距離グラフに対する表面応力（ＣＳ）を示している。

本明細書に記載の実施形態のいずれかを使用して、特定のガラス物品使用のための最適な破断パターンが発生されることができる。実施形態は、最適化されたパターンで、表面圧縮応力、圧縮応力深さ、上面から下面までの引張応力対圧縮応力、および平面引張応力から圧縮応力までの量を定めることを含む。ガラス物品は、他の領域と比較して、いくつかの領域における破断を容易とするように、必要な圧縮表面応力、応力深さおよび引張応力を特定して組み込むことによって破損時または過度の磨耗および引裂時に破断パターンを制御するように較正されることができる。このようにして、例えば、カバーガラスの中央と比較して周辺部に沿ってクラックが生じる可能性がある。一例では、より重要な引張応力があまり好みでない場所と比較して所望の破断場所１７０６または１７１０に位置決めされる。クラックの発生および伝播は、例えば、応力１７０６の不規則な使用および位置決めによって管理されることができる。
衝撃によって引き起こされる破損、または破損の伝播を低減するためのカバーガラスの設計

本明細書の実施形態は、携帯電子デバイスのための非対称強化カバーガラスの製造をもたらす。以前に開示されたように、カバーガラス上の応力の合成は、破損を回避して安全性を維持するために割り当てられる。すなわち、限られたガラス量により、単に引張応力が過大になってガラスをクラックさせるのに十分な圧力をかけることに起因してガラスがクラックまたは破損する前に、あまりにも多くのイオン性物質しかその量に加えられることができない。

本明細書の実施形態では、非対称強化カバーガラスは、例えば携帯電話がユーザの手から落下して床に落ちるなど、デバイスの落下、つかみ損ない、打撃などによる衝撃によって生じる破損に抵抗するように最適化された応力バジェットを有する。この点で、ほとんどの携帯デバイスは、衝撃を受けたときに、デバイスの角に最初に衝突する傾向があるか、または比較的程度は低いがデバイスの周辺部の直線縁部に衝突する傾向がある。従って、衝撃は、カバーガラスの角および比較的程度は少ないがカバーガラスの周辺部または縁部と並べられる。落下したデバイスがデバイスの前面または後面に最初に衝突すること、すなわち、その前面からまたはその後面から落ちることは、可能性が高くなく、滅多に起こらない。そのため、本明細書の実施形態は、カバーガラスの角において、または少なくともカバーガラスの周辺部の直線縁部において衝撃が生じることを予測してカバーガラスを設計することによってカバーガラスにおける破損（または破損の伝播）を制限または低減するように最適化される。

前述したように、非対称化学強化は、カバーガラス内で修正された表面圧縮を提供するために使用されることができる。非対称強化は、ガラスの特定のパラメータに対する応力バジェットに適合しなければならない。本明細書の実施形態は、カバーガラス角において最も耐衝撃性を提供し、続いて直線周辺縁部、および比較的程度は少ないがガラスの実質的に平坦な前面および後面に沿った耐衝撃性を提供するように応力バジェットが利用されるカバーガラス設計を含む。従って、割り当てられた応力は、カバーガラスの角において、およびある程度は周辺部に沿って実質的に利用される。応力バジェットは、カバーガラスの中央または残りの領域にはほとんどまたは全く割り当てられない。付与された強化は、破損からの耐衝撃性を高めるのに十分である。更に、応力バジェットのほとんどがカバーガラスの中央または残りの領域において使用されるため、その領域は、不均衡がほとんどまたは全くなく、略平坦なままとすることができる。

図１９は、各領域が異なる応力プロファイルを有する複数の領域を有するガラス物品を非対称強化するための例示的なフロー図１９００を示している。動作１９０２において、その寸法、その厚さ、およびその固有の組成に基づいて、所望の用途についてのガラス物品が得られる。動作１９０４において、どれだけ多くの応力に特定されたガラスが耐えることができるかに関する割当量がガラスの用途に基づいて決定され、割当量は、例えば、落下によって生じる衝撃に対する抵抗を高めるように決定される。全体的に説明したように、ガラスには過度の応力を含めると、通常の使用制約条件下でクラックまたは破損をもたらす引張応力を生じる可能性があることから、割当量は、ガラスの制限された量に適合しなければならない。

そして、動作１９０６において、ガラス物品は、複数の区域に分割される。例えば、ガラス中の第１の区域は、化学強化の最大量を有することができ、第２の区域が続き、化学強化の量が最も少ない第３の区域が続く。動作１９０８において、ガラス物品は、３つの異なる区域に基づく応力パターン、例えば、衝撃に関連して最も大きな強度を有する第１の応力パターン、第１の区域よりも強度が小さい第２の応力パターン、および最も低いレベルの強度を有する第３の応力パターンを有する。いくつかの実施形態では、第３の区域は、化学強化をほとんどまたは全く有しない。

図２０は、各区域が異なる応力プロファイルを有する３つ以上の区域を有する携帯電子デバイス用のカバーガラスを非対称強化するための例示的なフロー図２０００を示している。動作２００２において、カバーガラスは、典型的には関心のある携帯電子デバイスでの使用が要求される寸法、厚さおよび組成を有して得られる。動作２００４において、どれだけ多くの応力にカバーガラスが耐えることができるかに関する割当量が決定され、割り当てられた応力は、例えば落下などの衝撃の場合に高められた破損抵抗を有する略平坦なカバーガラスを維持する。カバーガラスは、カバーガラスの角部または領域に対応する第１の区域、カバーガラスの直線周辺部（周辺縁部領域ともいう）に対応する第２の区域、およびカバーガラスの残りの領域または中央領域に対応する第３の区域の３つの領域に分割されることができる。いくつかの実施形態では、３つの領域は、カバーガラスの上面を指すか、または上面から下面まで延在する応力プロファイルを指す。第１および第２の区域は、カバーガラス領域の５０％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り５０％）、カバーガラス領域の４０％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り６０％）、カバーガラス領域の３０％まで（第３の領域についてはカバーガラス領域の残り７０％）、カバーガラス領域の２０％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り８０％）、カバーガラス領域の１５％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り８５％）、カバーガラス領域の１０％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り９０％）、カバーガラス領域の５％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り９５％）、カバーガラス領域の２．５％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り９７．５％）、およびカバーガラス領域の１％まで（第３の区域についてはカバーガラス領域の残り９９％）を含むことができる。

本明細書の典型的な実施形態では、動作２００６において、ガラス物品は、カバーガラスの角部に有用な第１の応力パターンを含む第１の区域、カバーガラスの直線周辺部または縁部に有用な第２の応力パターンを含む第２の区域、およびカバーガラスの残りの部分に有用な応力パターンを有する第３の区域に分割されることができる。動作２００８において、割り当てられた応力は、第３の区域よりも強化された第２の区域よりも第１の区域が強化された３つの区域に割り当てられる。いくつかの実施形態では、第３の区域は、化学強化をほとんどまたは全く受けず、第１および第２の区域に応力バジェットの全体が使用される。第１および第２の区域に応力バジェットの全体を使用すると、通常の使用のために引張応力下にあるガラス物品をもたらすが、物品への衝撃によって生じる破損を防止または軽減する能力が改善される。また、第１および第２の区域は、第３の区域の周りに連続的な周辺部を形成することができることに留意されたい。

図２１は、各領域がカバーガラス内の破損または破損の伝播を低減するのに有用な応力パターンを有する３つの区域を有するカバーガラス２１００を示している。上記のように、カバーガラス２１００には有限の応力バジェットが存在する。応力バジェットは、３つの区域のそれぞれに割り当てられ、（カバーガラスの角部または領域に対応する）第１の区域２１０２は、最も高い化学強化量を受容し、（直線周辺部側または周辺縁部領域に対応する）第２の区域２１０４は、２番目に高い化学強化量を受容し、カバーガラス２１００の中央または残りの区域に対応する第３の区域２１０６は、最小の化学強化量を受容する。いくつかの実施形態では、第３の区域１９０６は、化学強化をほとんどまたは全く受けなくてもよい。第３の区域２１０６は、第３の区域の全体ではなくその一部が典型的には略平坦である外部面を含むことができる。第３の区域２１０６はまた、第３の区域の周りに連続周辺部を形成する、より高い強度の第１の領域２１０２および第２の領域２１０４によって囲まれている。より高い強度のガラスをカバーガラスの周辺部に形成する第１および第２の区域は、第３の区域に見られるより低い強化ガラスへの衝撃に対する保護障壁を形成する。いくつかの実施形態では、第１の区域および第２の区域はそれぞれ縁部を形成し、縁部は、互いに接触して斜めの角度を形成することができる。応力バジェットは、第３の区域を略平坦に保ちながらまたは反りによって影響を受けないようにしながら、潜在的な衝撃事象が第１の区域２１０２および比較的程度は少ないが第２の区域２１０４に対する破損または破損の伝播を生じるのを低減するために使用される。少なくとも、中央に位置する第３の区域２１０６の周りの周辺部を形成して取り囲むカバーガラス２１００の第１および第２の区域に衝撃が分散される可能性が高い。更に、第１の区域は、熱加熱がない場合の同じ区域と比較して化学強化を高めることができる温度まで熱的に加熱されることができる。第２の区域はまた、非対称強化中に熱的に加熱され、区域内に誘起される応力量を増強または増加させることもできる。熱的加熱は、本明細書を通して説明されているが、マイクロ波またはレーザ加熱によって行うことができる。いくつかの実施形態では、熱加熱の温度は、ガラスの緻密化温度よりも低く、他の実施形態では、熱加熱の温度は、ガラスの緻密化温度よりも高い。

図２２は、図２１の線２１−２１’に沿った断面図を示している。第１の区域２１０２は、第３の区域２１０６と比較して、特定の深さおよび濃度まで増加した量のイオン２２００を示している。第１の区域表面に沿い且つ特定の深さまでのイオン濃度の変化は、ガラスの内部応力関係を変更する。第１の区域に対する増大した化学強化は、衝撃を最も受けやすいカバーガラスの区域または部分に沿った追加の圧縮応力を提供する。図２２において、第１の区域は、この実施形態では、カバーガラスの上面から下面まで延在する湾曲縁部を画定する。これはまた、衝突によって生じる力またはエネルギを分散するための領域が限られているため、衝突の危険性が最も高いカバーガラスの区域でもあることに留意されたい。それにより、角におけるイオン量の増加は、衝撃によって与えられる力またはエネルギに抵抗し、カバーガラスに対する破損を低減または防止することができる。或いは、第３の領域２１０６は、衝撃に関連する力を分散させるためにはるかに大きな領域を有すると共に、衝撃自体に関与する可能性がはるかに低い。そのため、第３区域において必要とされない化学強化の一部は、第１の区域に割り当てられることができ、その割り当てられた応力量内でカバーガラスを更に維持することができる。図２２に示すように、第３の区域は、略平坦な外部面を画定する。
非対称応力プロファイルの平坦化

本明細書の実施形態は、有用なガラス物品、例えば平坦な表面を有する物品を提供するために、他の補償力と組み合わせて非対称化学強化を使用するプロセスを含む。

一実施形態では、非対称化学強化されたガラス物品は、例えば、下面と比較して上面における全体的に過剰な圧縮応力に起因して応力不均衡を示す。ガラス物品内の応力不均衡は、非常に堅い材料、または非対称強化されたガラス物品によって与えられる応力に対抗する幾何学的形状を有する剛性材料に取り付けることによって打ち消されることができる。最適な材料は、平坦なままである（またはガラス材料に必要な幾何学的形状のままである）ように、ガラス物品に付与された非対称応力を打ち消す。典型的な実施形態では、剛性材料は、ガラス物品の表面、典型的には下面に沿って取り付けられる。一部の場合には、剛性材料は透明である。剛性材料は、反作用応力を実現するために十分な量と被覆率からなることを必要とするのみである。

別の実施形態では、非対称化学強化されたガラス物品は、材料の機械的または化学的除去を調整することによって平衡された応力不均衡を有する。この実施形態では、ガラス物品から応力を最適に除去するために研磨または他の機械的技術が使用されることができる。或いは、ガラス物品の応力不均衡の態様は、化学浴除去浴、例えばＨＦ浴中に部品を浸漬することによって除去されることができる。化学除去浴において問題にならないガラス表面は、ＨＦ、またはＨＦに露出されたガラス表面の選択的領域のみから密封されることができる。材料の除去は（同様に強化ガラス物品における全体的な応力を平衡させることに基づいて）正しい幾何学的形状または平坦度を有するガラス物品を提供するために実現される。

更に別の実施形態では、（破損制御および信頼性のために）必要な非対称圧縮応力は、追加の局所的な化学強化の導入によって平衡される。例えば、必要な非対称化学強化によって導入された反りを打ち消すために（上述した）コーティングまたはペーストの使用が非対称強化ガラス物品に組み込まれることができる。いくつかの態様では、コーティングまたはペーストは、パターン化されることができる。

本明細書の実施形態はまた、平衡化学強化の配置だけでなく、ガラス上の化学強化の圧縮表面応力の量および圧縮深さを含む。ここで、特定の圧縮表面応力の包含は、他の非対称化学強化によって導入された反りを防止または相殺するための硬化障壁として作用することができる。例えば、ガラス物品の表面にカリウムイオンの短時間の高スパイクを使用すると、非常に浅いが硬い変種を提供するように作用することができる。これらの硬質（高圧縮性表面応力層）は、６０から８０の高いヤング率を有することができ、ある意味では上述した剛性材料として作用する反りを防止するために使用されることができる。
成形による非対称化学強化の補償

本明細書の実施形態は、ガラス物品上の表面の非対称強化の利点をガラス成形と組み合わせたガラス物品の設計および製造を含む。

本開示を通じて説明されるように、非対称化学強化は、ガラス物品の圧縮表面応力および／またはガラス表面の圧縮深さのいずれかの的を絞った増加を可能にする。ほとんどの場合、ガラス物品は、ガラス物品に対する最大破損または引掻防止を有する意図された用途を有するように較正される。これは、典型的には、本明細書に記載されたプロセスおよび実施形態のいくつかの組み合わせ、例えば、カバーガラスの中央における通常の非対称化学強化を有するカバーガラスの周辺部に沿った圧縮深さの増加を必要とする。

しかしながら、非対称化学強化の包含は、ガラス物品に応力不均衡を導入する可能性がある（上述した応力プロファイルに留意）。ガラス物品に十分な応力不均衡が導入されると、ガラス物品が反る。ガラス物品の反りは、通常、物品の用途にとって有害であり、ガラス物品にどの程度の非対称応力が導入されることができるかについての制限を提示する。

上述したように、導入された反りは、競合する応力不均衡を導入することによって、例えば、有用性を提供し且つ平衡応力を提供するようにガラス物品内に非対称化学強化を導入することによって補償されることができる。しかしながら、本実施形態は、ガラス成形プロセスを利用して、非対称化学強化によって導入される応力不均衡を最小化する。更に、ガラス成形は、非対称化学強化によってもたらされる力と組み合わせて所望の形状を有するガラス物品を生成するように形成されることができる、より剛性のガラス物品を提供する。

一実施形態では、ガラス成形の使用による非対称化学強化によって導入される応力不均衡を打ち消すようにガラス物品が設計される。一態様では、適切な幾何学的形状を有するガラス物品を成形することによって非対称化学強化が打ち消される。特定の応力プロファイルに対する適切なガラス物品の幾何学的形状は、非対称化学強化手順によって導入される応力に対抗する剛性を提供する。別の実施形態では、非対称化学強化がガラス成形と組み合わされて所望の幾何学的形状を提供し、例えば、強化の反りがガラス成形湾曲と組み合わされて所望の形状を生み出す。

所望のガラス物品形状が不均一な断面形状または厚さを伴う場合、対称化学強化は、実際には、より広範な潜在的な反りに寄与する。非対称化学強化は、所望の圧縮応力層および深さの双方を含めることを可能にし、著しい反りを回避する。ガラス成形は、最適化されたガラス物品を提供するために強化と組み合わされる。

図２３は、提案された非対称化学強化を打ち消すためにガラス物品が特定されて適切な局所的剛性を有して形成されることができることを示すフロー図２３００である。形成されたガラスは、ＣＮＳ（２３０２）および研磨（２３０４）を受けることができる。そして、ガラス物品は、例えば、バリア層、ペースト、熱などの使用を含む、非対称化学強化を導入するために必要な様々なステップを受ける（２３０６、２３０８、２３１０、２３１２、２３１４および２３１６）。高められた剛性を有する成形ガラス物品は、高度に較正された表面または表面を得るために複数回処理されることができる。
応力分布に基づく最適化されたガラス物品設計

本明細書の実施形態は、ガラス物品をより高いガラス密度に予熱すること、幾何学的強化を最大化するようにガラス物品の縁部形状を変更すること、マスキング、イオン障壁または制限されたコーティングを使用して修正された化学強化を行うこと、イオン強化ペーストおよび熱を使用して化学強化を行うこと、化学強化を熱的に補助すること、電界および熱を使用して指向性のあるまたは好ましいイオン拡散を行うこと、標的物品にプレストレスを導入すること、および非対称調製されたガラス物品にみられる応力を調整することのうちの任意の１つ以上を使用して特定の用途についてのガラス物品の強度を較正するためのプロセスを含む。

較正はまた、例えば、クラッド層におけるガラスの示差的強化、出発ガラスにおける有用なイオン勾配および濃度の同定、およびガラス物品の一体溶融などを介して、ガラス製造プロセス中に行うこともできる。

本明細書の態様は、縦軸および横軸において、応力の割当量を有するガラス物品を較正するために、上記実施形態のそれぞれを利用する。割り当てられた不規則な応力は、ガラス物品の信頼性を最適化し且つその意図された用途に対してガラス物品を安全にするために、ガラス物品の前面、後面、上面、側面および縁部において所定の硬度および深さの圧縮応力層を配置することを可能にする。ガラス物品内の割り当てられた不規則な応力はまた、他の材料による応力入力に対抗することによって、またはガラス自体の幾何学的形状によって打ち消されることもできる。これは、完成したガラス物品が平坦または他の目標形状になるように設計されている場合に特に有用である。このようにして、ガラスカバーは、例えば、その意図された用途について、すなわち、物品が上面、下面、縁部などにおいてどれだけの表面圧縮応力を必要とするか、圧縮応力がこれらの領域のそれぞれにおいてどれだけ深く及ぶことが必要であるか、どれだけの引張強度がこれらの圧縮応力の必要性から生じるか、どれだけの引張強度が生じ、化学強化のみを使用して要求される応力を平衡させることができ、ガラス成形が使用されることができるかなどについて評価されることができる。そして、本明細書の実施形態は、最大値または最適値を有する高効用ガラスカバーを提供するための較正を実行するために利用される。

以下の実施例は、説明の目的でのみ提供され、本開示の範囲を限定することを意図するものではない。

非対称化学強化を補償するためのガラス成形
イオン交換化学強化における圧縮の深さは、破損誘導による破壊に抵抗するガラス物品の能力と相関する。この点で、圧縮の深さを最大化することは、携帯電子デバイスに使用するために、より耐久性があり且つ信頼性の高いガラスを製造する上で重要な要因である。

イオンがガラスの厚さを通って拡散されると、ガラス物品における圧縮深さは飽和する。これは、より深い圧縮深さを実現するために非対称強化が使用されることができ、それにより、ガラス物品の破壊に抵抗する能力を促進することができることを示す。更に、非対称強化は、ガラス物品における応力不均衡を介して反りを導入するが、ガラス成形を使用することによって反りが補償されることができる。

ガラス成形の使用は、より剛性のあるカバーガラス設計を使用すること、並びに導入された非対称反りを補償するためにカバーガラス幾何学的形状を成形することを含む。例えば、ガラス成形は、非対称化学強化応力を補償または悪化させるために使用され、組み合わされた手順が所望の最終部品形状をもたらすことを保証することができる。

圧縮深さは、本明細書に記載された非対称化学強化プロセスのうちの任意の１つ以上を使用することによってカバーガラスに実装されることができる。図２４に示すように、カバーガラスは、一般に、平衡のとれた応力バジェットを有するように設計されなければならない。そのため、カバーガラス２４００は、高い圧縮応力（〜７５０Ｍｐａ）であるがかなり浅い圧縮深さ（〜４０μｍ）を示す一方で、カバーガラス２４０２は、〜１００μｍまでの圧縮深さが続く非常に制限された深さについて圧縮応力もまた７５０メガパスカル（Ｍｐａ）である２段強化を有する。カバーガラス２４０４は、カバーガラス２４００または２４０２のいずれかにおいてみられるよりもはるかに深い圧縮深さ（〜１５０μｍ）を有するより低い圧縮応力（〜４５０ＭＰａ）を示す。カバーガラス２４００、２４０２、および２４０４の破損率は、衝撃に起因する破損がある場合、特にアスファルト面上に落下した場合には、圧縮深さが圧縮応力よりも有意な利点を提供することを示した（カバーガラス９００＝７１．２％対カバーガラス９０４＝３５％）。

非対称化学強化は、カバーガラス設計に有利であるため、非対称強化を有する材料の設計から生じる応力不均衡を是正して維持するためにガラス成形が使用された。

図２５から図３０は、そのような非対称化学強化およびガラス成形手順の１つを示している。

図２５では、ガラスカバーが得られ、その基本的な設計ニーズに合うようにＣＮＣが行われる。断面図は、初期カバーガラスの形状を示している。図２５は、カバーガラス２５００の端部において（曲げ応力による）曲げ部２５０２を導入するためにガラス成形が使用されることができることを示している。この成形ガラスの非対称化学強化は、非常に反ったガラス物品をもたらし、ほとんど価値がないことに留意されたい。

図２６では、カバーガラス２６００は、更にＣＮＣおよび研磨され、カバーガラスを更に調製することができる。次に、図２７では、カバーガラス２７００の下平坦面２７０２は、成形された曲げ部まで、イオン交換拡散障壁ＳｉＮの層２７０４によってコーティングされる。ＳｉＮは、カバーガラスの平坦下面を通るイオン拡散を著しく制限する。これは、被覆された表面が略平坦なままであることを更に保証する。

成形されて部分的にマスキングされたカバーガラスは、図２８Ａおよび図２８Ｂにおいて本明細書に記載された化学強化プロセスの下で処理される。図２８Ａからわかるように、ガラス２８００の断面は、カバーガラスの上面２８０２がカリウム２８０３の拡散によって形成された深さＤｏＬの圧縮層を有することを示している。ＳｉＮによって被覆された下面２８０４は、予測されたように、化学強化を全く有していないか、または非常に小さい化学強化を有する。図２８Ｂは、成形されたカバーガラス２８００の状態の断面図を示している。

図２８Ｃは、対応する応力プロファイルであり、ガラスカバー２８００の上面２８０２は、高い圧縮応力および有意なＤｏＬを示し、下カバー２８０４は、強化がない場合には圧縮応力を示さず、（上面における応力の平衡から生じる）引張応力のみを示す。

図２９Ａおよび図２９Ｂは、ガラスカバー２９００の下面２９０２上のＳｉＮ層が酸化されてＳｉＯ_２ ２９０３にすることができ、もはや化学強化に対する完全な障壁ではないことを示している。図２９Ａに示す断面図を提供するために、化学強化の第２のラウンドが成形されたガラスカバーに対して行われる。下面２５０２は、ここでは浅い圧縮層２９０４を含む一方で、上面２９０６は、より高い表面圧縮によって更に強化されていることに留意されたい（図２９Ｂ）。

最後に、図３０Ａおよび図３０Ｂは、一連の化学強化手順からの非対称応力プロファイルを補うためのカバーガラス形状を含む最終カバーガラス３０００を示している。カバーガラスは、下面３００４の制限されたＤｏＬを有する幾何学的形状および高い圧縮応力に適合する優れた上カバー表面圧縮３００２およびＤｏＬを有する（図３０Ｂを参照）。

図３０Ｃは、対応する応力プロファイルであり、ガラスカバー３０００の上面３００６は、高い表面圧縮３００８を示す。下面３０１０は、より低い化学強化の許容度に対応する、ある程度の表面圧縮３０１２を示す。カバーガラス３０００は、上下の非対称表面圧縮を相殺するために、対応するが引張応力３０１４の割当量を有する。

前述の詳細な説明は、説明のために、記載された実施形態の完全な理解を提供するために特定の命名法を使用した。しかしながら、記載された実施形態を実施するために特定の詳細が要求されないことは、当業者にとって明らかであろう。従って、本明細書に記載された特定の実施形態の前述の詳細な説明は、例示および説明のために提示される。それらは、網羅的であることまたは実施形態を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。上記教示を考慮して多くの変更および変形が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

Claims (40)

1. ガラス物品であって、
   ガラスに形成され、第１の応力パターンを有する第１の区域と、
   前記ガラスに形成され、第２の応力パターンを有する第２の区域と、を備え、
   前記第１の応力パターンと前記第２の応力パターンが異なる結果、前記ガラス物品が全体的な応力不均衡を有する、ガラス物品。
2. 前記全体的な応力不均衡が前記ガラス物品を撓ませる、請求項１のガラス物品。
3. 材料を更に備え、
   前記材料が前記ガラス物品に動作可能に装着されることによって、材料とガラス物品との組み合わせが略平坦になるように、前記ガラス物品における前記全体的な応力不均衡が相殺される、請求項２のガラス物品。
4. 前記ガラスに形成され、第３の応力パターンを有する第３の区域を更に備え、前記ガラス物品の前記全体的な応力不均衡を軽減するように、前記第３の応力パターンが、前記第１の応力パターンおよび前記第２の応力パターンのうち少なくとも１つに対抗する、請求項１のガラス物品。
5. 前記ガラスに形成される前記第１の区域が、前記ガラスに形成される前記第２の区域よりも高密度である、請求項１のガラス物品。
6. 前記ガラスの前記第１の区域に少なくとも１つのイオン拡散バリアコーティングを更に備える、請求項１のガラス物品。
7. 前記イオン拡散バリアが二酸化ケイ素を含む、請求項６のガラス物品。
8. 引張応力対圧縮応力が非対称に異なる複数の区域であって、少なくとも１つの所定の幾何的形状を維持するように構成される複数の区域を備える、ガラス物品。
9. 前記ガラス物品が上面と下面を有し、
   非対称の引張応力対圧縮応力を有する前記所定の幾何的形状が前記上面と下面の両方に存在する、請求項８のガラス物品。
10. １つ以上のイオン拡散バリアコーティングを更に備える、請求項９のガラス物品。
11. 前記所定の幾何的形状が、少なくとも１つの略平坦側を有する、請求項８のガラス物品。
12. 前記略平坦側が前記ガラス物品の上面である、請求項１１のガラス物品。
13. 圧縮応力の異なる複数の区域を含むガラス物品を非対称に強化することを含む方法であって、
    前記ガラス物品が携帯電子デバイスで使用される、方法。
14. 前記ガラス物品を非対称に強化した後、前記ガラス物品が略平坦となるように、前記非対称強化を補うように前記ガラス物品を形成することを更に含む、請求項１３の方法。
15. 前記ガラス物品の一部を予熱することを更に含み、前記ガラス物品の前記予熱部分が、前記ガラス物品の第１のガラス密度部分と、前記ガラス物品の第２のガラス密度部分と、を有し、前記ガラス物品の前記第１のガラス密度部分が、前記ガラス物品の前記第２のガラス密度部分よりも高密度である、請求項１３の方法。
16. 前記非対称強化中に前記ガラス物品の前記複数の区域のうちの１つ以上を局所的に加熱することによって、前記１つ以上の区域における前記ガラス物品の非対称強化を促進することと、
    前記ガラス物品を急冷することと、
    を更に含む、請求項１３の方法。
17. 材料を前記ガラス物品に動作可能に装着することを更に含み、
    前記ガラス物品が不規則的な応力を有し、
    前記材料が前記不規則的な応力によって変形に耐える、請求項１３の方法。
18. 前記材料が透明である、請求項１７の方法。
19. 前記ガラス物品がカバーガラスであり、
    前記携帯電子デバイスが携帯電話である、請求項１７の方法。
20. 前記非対称強化が、カリウムイオンを用いた前記ガラス物品の非対称化学強化を含む、請求項１９の方法。
21. 電子デバイス用カバーガラスであって、
    前記カバーガラスに形成され、第１の応力パターンを有する第１の区域と、
    前記カバーガラスに形成され、第２の応力パターンを有する第２の区域と、
    前記カバーガラスに形成され、第３の応力パターンを有する第３の区域と、を備え、
    前記第１の応力パターン、前記第２の応力パターン、前記第３の応力パターンが相互に異なり、
    前記第１の区域と前記第２の区域が連続して、前記第３の区域を互いに囲む、カバーガラス。
22. 前記第１の区域が、前記カバーガラスの１つ以上の角領域に対応し、
    前記第２の区域が、前記カバーガラスの１つ以上の周縁領域に対応し、
    前記第３の区域が、前記カバーガラスの中央領域に対応する、請求項２１のカバーガラス。
23. 前記第１の区域における前記カバーガラスの少なくとも一部が湾曲縁を画定する、請求項２２のカバーガラス。
24. 前記第１の区域の前記応力パターンが第１の表面応力を有し、
    前記第２の区域の前記応力パターンが第２の表面応力を有し、
    前記第１の表面応力が前記第２の表面応力を超える、請求項２３のカバーガラス。
25. 前記第３の区域の前記応力パターンが第３の表面応力を有し、
    前記第２の表面応力が前記第３の表面応力を超える、請求項２４のカバーガラス。
26. 前記第３の区域の外面の一部が略平坦である、請求項２５のカバーガラス。
27. 前記第１の区域が第１の縁部を画定し、
    前記第２の区域が第２の縁部を画定し、
    前記第１の縁部と前記第２の縁部が斜角を成す、請求項２１のカバーガラス。
28. 電子デバイスであって、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内に少なくとも部分的に配置されるディスプレイと、
    前記ディスプレイ上に配置され、少なくとも３つの区域を画定するカバーガラスであって、前記少なくとも３つの各区域が異なる応力パターンを有するカバーガラスと、を備え、
    前記異なる応力パターンが協働して、前記カバーガラスの割れの拡大を防止する、
    電子デバイス。
29. 前記異なる応力パターンがそれぞれ、非対称である引張応力対圧縮応力プロファイルを有する、請求項２８の電子デバイス。
30. 前記少なくとも３つの区域の第１の区域が、前記カバーガラスの１つ以上の角部に対応し、
    前記少なくとも３つの区域の第２の区域が、前記カバーガラスの周縁領域に対応し、
    前記第１の区域と前記第２の区域が、前記カバーガラスの周縁に連続領域を形成する、請求項２９の電子デバイス。
31. 前記少なくとも３つの区域の第３の区域が、共通面によって囲まれ、前記共通面を共有し、前記連続領域が前記第１の区域と前記第２の区域によって形成され、
    前記第３の区域が、略平坦である外面を有する、請求項３０の電子デバイス。
32. 第１の区域においてガラス物品を非対称に強化することと、
    第２の区域において前記ガラス物品を非対称に強化することと、
    第３の区域において前記ガラス物品を非対称に強化することと、
    を含む方法であって、
    前記第１の区域が、前記ガラス物品に第１の応力をもたらす第１の応力パターンを有し、
    前記第２の区域が、前記ガラス物品に第２の応力をもたらす第２の応力パターンを有し、
    前記第３の区域が、前記ガラス物品に第３の応力をもたらす第３の応力パターンを有し、
    前記第１の応力が前記第２の応力を超え、
    前記第２の応力が前記第３の応力を超える、方法。
33. 前記第１の区域において前記ガラス物品を非対称に強化することが、前記第２の区域よりも前記第１の区域に大きい割合でカリウム塩を加えることを含む、請求項３２の方法。
34. 前記第２の区域において前記ガラス物品を非対称に強化することが、前記第３の区域よりも前記第２の区域に大きい割合でカリウム塩を加えることを含む、請求項３２の方法。
35. 前記第３の区域において前記ガラス物品を非対称に強化することが、前記第３の区域の外面が略平坦を保つようにカリウム塩を加えることを含む、請求項３４の方法。
36. 前記第３の区域の前記外面が、前記ガラス物品の上面である、請求項３５の方法。
37. 前記ガラス物品の前記第１の区域を、ある温度まで熱的に加熱することを更に含み、
    前記熱的加熱により、前記熱的加熱の不在下で前記第１の区域において前記ガラス物品を非対称に強化することによって生じる応力よりも、前記第１の応力が増大する、請求項３２の方法。
38. 前記温度が、前記ガラス物品の高密度化温度未満である、請求項３７の方法。
39. 前記温度が、前記ガラス物品の高密度化温度超である、請求項３７の方法。
40. 前記熱的加熱が、マイクロ波加熱またはレーザ加熱によって実行される、請求項３９の方法。

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