JP2019513683A - 選択的マイクロ波加熱および能動冷却を用いてガラス積層板を熱的に焼き戻す方法 - Google Patents

Abstract

コア層とコア層の両側に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻すシステムおよび方法であって、ガラス積層板をコア層の焼鈍点と軟化点との間の温度に予熱するステップと、ガラス積層板を能動的に冷却すると共に、マイクロ波放射を用いてガラス積層板を選択的に加熱して、コア層とクラッド層との間に少なくとも約３０℃の温度差を発生させるようにするステップと、を含む方法。

Description

優先権

本出願は、２０１６年４月１８日に出願された米国仮特許出願第６２／３２３９４１号に対する優先権の利益を主張するものであり、その内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、選択的マイクロ波加熱および能動冷却を用いてガラス積層板を熱的に焼き戻すシステムおよび方法に関する。

熱的焼き戻し、積層およびイオン交換は、ガラスを強化するための３つの周知の方法である。能動加熱をガラスに適用した後に急速冷却を行う場合、熱的焼き戻しが生じる。有効な圧縮応力を生じさせることによってガラスを強化するために、急速冷却を用いることができる。しかし、ガラスの厚さが減少すると圧縮応力も減少するが、このことによって熱的焼き戻しの有効性が限定される可能性がある。

コアの熱膨張係数（ＣＴＥ）が合わせガラスのクラッドのものより大きい場合に表面圧縮応力が得られる、薄く、平坦なガラスを形成するための積層板融合プロセスが開発されてきた。合わせガラスの応力プロファイルはクラッド層およびコア層内で基本的に平坦であり、層の応力深さはクラッド厚さによって決定される。コア層とクラッド層の間の非常に大きなＣＴＥの不一致は、クラッド層上の高圧縮応力を達成するために有益であり得る。しかし、他の望ましい特性と組み合わせて非常に大きなＣＴＥの不一致を有するコアおよびクラッドの対を開発することは困難である可能性がある。したがって、非常に高い表面圧縮応力を達成する能力は限定される可能性がある。

したがって、合わせガラス、特に薄い合わせガラスを強化する、改良された方法の必要性がある。

本明細書において、合わせガラス物品を強化するためのシステムおよび方法が開示される。

各種実施形態によれば、コア層と前記コア層に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻す方法であって、前記ガラス積層板を前記コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度に予熱することと、前記ガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、前記コア層が前記クラッド層よりも多くの前記マイクロ波放射を吸収するようにすることと、前記マイクロ波放射を印加すると共に前記ガラス積層板の外表面を冷却して、前記コア層の中心と前記ガラス積層板の前記外表面との間に少なくとも約３０℃の温度差を発生させることと、を含む方法が提供される。

各種実施形態によれば、コア層と前記コア層の両側に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻す方法であって、前記コア層が、前記コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度範囲内で前記クラッド層のマイクロ波損失正接よりも少なくとも５倍大きいマイクロ波損失正接を有し、前記ガラス積層板を前記温度範囲内の温度に予熱することと、前記ガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、前記コア層が前記クラッド層よりも多くの前記マイクロ波放射を吸収するようにすることと、前記マイクロ波放射の前記印加の間に前記ガラス積層板の表面を冷却して、前記ガラス積層板の前記表面において約１００Ｗ／ｍ^２℃から約７００Ｗ／ｍ^２℃の範囲に及ぶ熱伝達係数を発生させることと、を含む方法が提供される。

追加的な特徴および効果は、以下の発明を実施するための形態に記載され、部分的には、その記載から当業者にとって直ちに明らかであるか、または、以下の発明を実施するための形態と、特許請求の範囲と、添付の図面とを含む、本明細書に記載される通りの実施形態を実施することによって認識されるであろう。

前述の一般的な記載と以下の詳細な説明との両方は、単に例示的なものに過ぎず、特許請求の範囲の本質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図するものであることを理解すべきである。添付の図面は、さらなる理解を提供するために含まれるものであって、本明細書の一部に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成するものである。図面は、１つ以上の実施形態を示すものであって、その記載と共に各種実施形態の原理および操作を説明する役割を果たすものである。

本開示の各種実施形態にかかる例示的なガラス融合プロセスを示す。 本開示の各種実施形態にかかる例示的なガラス積層板の断面図である。 本開示の各種実施形態にかかる、例示的なガラス積層板のマイクロ波吸収層のマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）とマイクロ波透明層のマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）とを示すグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、ガラス積層板を熱的に焼き戻すための例示的なシステムを示す概略図である。 本開示の各種実施形態にかかる、ガラス積層板を熱的に焼き戻すための別の例示的なシステムを示す概略図である。 本開示の各種実施形態にかかる、マイクロ波放射および能動冷却を用いてガラス積層板を熱的に焼き戻す例示的な方法を示すブロック図である。 本開示の各種実施形態にかかる、高アルカリガラスおよび低アルカリガラスについての測定損失正接データを示すグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、例示的なガラス積層板のコアからの距離に応じた、印加されたマイクロ波エネルギー（３０ＧＨｚにおいて５ＫＷ）の抵抗損失をモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、予熱、マイクロ波の印加、および強制対流冷却の条件の下で例示的なガラス積層板に印加されたマイクロ波エネルギー（１７５ＧＨｚにおいて５ＫＷ）の抵抗損失をモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、予熱、マイクロ波の印加、および強制対流の初期条件の下におけるマイクロ波エネルギー（１７５ＧＨｚにおける５ＫＷ）の印加の間の例示的なガラス積層板の中心と表面との間の温度変化をモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、各種のマイクロ波源設定値およびコア誘電特性についての例示的なガラス積層板の中心から表面までの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、異なる熱伝達係数ｈにおける、マイクロ波コア層加熱による場合とよらない場合の、例示的なガラス積層板の表面からコアまでの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、例示的なガラス積層板を７００℃に均一に予熱した後、０．５秒間、異なる量のマイクロ波放射により加熱された例示的なガラス積層板の中心からの距離に対する温度をモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、０．９ｍｍのコア層と、０．１ｍｍのクラッド層または０．０５ｍｍのクラッド層のいずれかを有する例示的なガラス積層板の、経時的なコアから表面までの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。 本開示の各種実施形態にかかる、各種の量のマイクロ波エネルギーが印加された例示的なガラス積層板についての中心から表面までの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。

ここで、添付の図面に示される例示的な実施形態を詳細に参照する。可能な場合はいつでも、図面の全体にわたって、同一または同種の部分を参照するために同一の参照符号が用いられる。図面の構成要素は、必ずしも一定の比率というわけではなく、それよりも、例示的な実施形態の原理を示すことに重点が置かれる。

本明細書で用いられる場合、「約」という用語は、量、大きさ、定式化、パラメータならびに他の量および特性が正確でないか、正確である必要がないが、所望により、近似の、および／または、より大きいもしくはより小さい反射許容差、変換係数、丸め、測定誤差および同種のもの、ならびに当業者に知られている他の因子であってよいことを意味する。概して、量、大きさ、定式化、パラメータまたは他の量もしくは特性は、明示的にそのようであると述べられるか否かにかかわらず、「約」または「およそ」である。

本明細書で用いられる場合、「または」という用語は包含的であり、すなわち、「ＡまたはＢ」という句は、「Ａ、ＢまたはＡおよびＢの両方」を意味する。本明細書において、排他的な「または」は、例えば、「ＡまたはＢのいずれか」などの用語によって称される。また、本明細書に示される範囲は、明示的に別段の定めをした場合を除き、それらの両端を含む。さらに、量、濃度または他の値もしくはパラメータが、範囲、１つ以上の好ましい範囲、または高い方の好ましい値と低い方の好ましい値との一覧として与えられる場合、任意の高い方の範囲限界または好ましい値と任意の低い方の範囲限界または好ましい値との任意の対から形成される全ての範囲を、そのような対が別々に記載されるかどうかにかかわらず、具体的に開示するものとして理解すべきである。本発明の範囲は、範囲を定義する場合に列挙される特定の値に限定されない。本明細書において、「クラッド」および「コア」という用語は、相対的な用語である。

各種実施形態によれば、能動的にガラス積層板を冷却すると共にマイクロ波放射を用いてコア層を選択的に加熱することによってガラス積層板を熱的に焼き戻す方法が提供される。前記方法は、薄いガラスの表面上の著しくより大きい圧縮応力を生じさせることが可能であり、非常に薄いガラス積層板の有効な熱的焼き戻しを可能にすることができる。

各種実施形態によれば、合わせガラスの厚さにわたる温度を従来の方法よりも正確に制御するマイクロ波熱的焼き戻し方法が提供される。特に、合わせガラスの中心と表面との間で比較的大きい温度の差異が達成され、それによって、合わせガラスの表面層上の圧縮応力の増加が生じる。

図１は、例示的な積層板融合板引きプロセスを示す断面図であり、図２は、図１のプロセスを用いて形成され得る例示的なガラス積層板１０の断面図である。図１のプロセスの詳細は、例えば、米国特許第４，２１４，８８６号、米国特許第７，２０７，１９３号、米国特許第７，４１４，００１号、米国特許第７，４３０，８８０号、米国特許第７，６８１，４１４号、米国特許第７，６８５，８４０号、米国特許第７，８１８，９８０号、国際公開第２００４０９４３２１号および米国特許公開第２００９／０２１７７０５号の各明細書を含む本技術分野における利用可能な教示から直ちに収集することができる。しかし、本開示は、ガラス積層板を形成するいかなる特定の方法にも限定されるものではない。

図１および２を参照すると、例示的な積層板融合プロセスにおいて、溶融外層ガラスは、上部イソパイプ２０からあふれ出て、底部イソパイプ３０の堰レベルにおけるコアガラスと溶け込む。２つの側面が結合し、コア層１４とクラッド層１２とを含む３層の平坦なガラス積層板１０がコアイソパイプのルート部で形成する。ガラス積層板１０は、板形状および応力管理のためのいくつかの熱的区域を通過することが可能であり、次いで、板引きの底部で切断される。得られた平坦なガラス積層板１０は、携帯デバイスやＴＶカバーガラスなどの用途のための三次元形状を有するように、さらに処理することができる。なお、いくつかの例において、クラッド層１２は、仕上げられた積層板の最外側層でなくてもよい。いくつかの実施形態において、コア層１４とクラッド層１２との間の界面は、例えば、接着剤、コーティング層や、それぞれのクラッド層をコア層に接着するように添加または構成された任意の非ガラス材料などのいずれの結合材料も含まない。したがって、クラッド層１２は、コア層１４に直接融合されるか、またはコア層と直接隣接する。いくつかの実施形態において、ガラス積層板は、コア層とクラッド層との間に設けられた拡散層を含む。例えば、拡散層は、拡散層に隣接した各層の構成要素を含む混合領域（例えば、２つの直接隣接するガラス層の間の混合領域）であることができる。

本開示の各種実施形態によれば、ガラス積層板１０は、コア層１４またはクラッド層１２の内の１つ以上であってよいマイクロ波吸収層と、吸収層の選択によって決定される通りのコア層１４またはクラッド層１２の内の１つ以上のいずれかであるマイクロ波透明層とを含む。例えば、本開示にしたがって作製されるガラス積層板は、マイクロ波透明外層の間に挟まれたマイクロ波吸収コア層を含んでもよい。例示だけの目的のために、それに限定されるものではないが、コア層１４は、本明細書においてマイクロ波吸収層と称され、クラッド層１２は、本明細書においてマイクロ波透明層と称される。ガラス積層板１０は、１枚の合わせガラスを１つ以上の部分に切断することによって形成してもよい。すなわち、ガラス積層板は、非溶融状態であってもよい。

本明細書におけるマイクロ波「吸収」層または材料、およびマイクロ波「透明」層または材料に対する参照は、マイクロ波エネルギーの１００％の吸収または伝送を必要とするためになされるべきではない。むしろ、前記用語は、「吸収」層／材料が「透明」層／材料よりも少ないマイクロ波放射を伝送し、逆もまた同じであるように、本明細書において相対的意味で利用される。例えば、ガラス積層板の示差加熱を容易にするために、マイクロ波吸収層は、少なくとも１つ以上の温度点で、マイクロ波透明クラッド層の損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）より少なくとも５倍大きいマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）を有することができる。

実際には、損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）が、広い温度範囲にわたって損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）よりも少なくとも５倍大きいことを確保することが有益であるかもしれない。ガラスの損失正接（ｔａｎδ）は、比誘電率で割った誘電損失の因子と定義され、ガラス内における電磁エネルギーの放散を定量するガラスのパラメータである。概して、比較的高いマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）を有するガラスは、比較的大きな量のマイクロ波エネルギーを吸収することになるが、比較的低いマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）を有するガラスは、比較的少ない量のマイクロ波エネルギーを吸収することになる。本明細書において、特定の温度範囲を有する所定の温度のガラス積層板内の２つの異なる材料のそれぞれの損失正接の間の差は、ガラス積層板１０の損失正接差と称される。

本開示の実施形態により有用なマイクロ波吸収ガラス組成は、高いアルカリ含有量を有するものなど、本質的にマイクロ波吸収性であってもよいか、またはガラス組成への特定のマイクロ波吸収成分の組み込みによってマイクロ波吸収性にされてもよい。同様に、本開示の実施形態により有用なマイクロ波透明ガラス組成は、本質的にマイクロ波に透明であってもよいか、またはマイクロ波透明性を高めるように選択された成分の添加によって透明にされてもよい。本開示の概念は、特定のガラス組成に限定されるものではない。

各種実施形態によれば、例示的なガラス積層板１０のクラッド層１２の一方または両方は、マイクロ波放射に対して実質的に透明であってもよく、例示的なガラス積層板１０のコア層１４は、マイクロ波放射を吸収するように構成されてもよい。一例として、一方または両方のクラッド層１２は、比較的低いアルカリ含有量を有してもよく、コア層１４は、比較的高いアルカリ含有量を有してもよい。例えば、クラッド層１２の一方または両方は、アルカリ金属を実質的に含まなくてもよいか、（例えば、約０．１モル％未満を含んでもよいか）、または全く含まない。

図３は、本開示の各種実施形態にかかる、例示的なガラス積層板のマイクロ波吸収層のマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）とマイクロ波透明層のマイクロ波損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）とを示すグラフである。図３を参照すると、マイクロ波吸収層の損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）は、示された温度範囲全体にわたってマイクロ波透明層の損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）よりも少なくとも５倍大きいことが示される。実際、損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）は、図３に示される温度範囲の大部分にわたって損失正接（ｔａｎδ_Ｌ）よりも１０倍大きいことが示される。さらに、図３は、損失正接（ｔａｎδ_Ｈ）と（ｔａｎδ_Ｌ）との間の差が、約６００℃から約８００℃の範囲にわたる温度で最も高いことを示す。

マイクロ波加熱は、反射空洞内の電磁界分布に曝露された材料によるマイクロ波エネルギーの吸収の結果である。それは、以下の式１を用いて決定され得る単位体積当たりの電力吸収Ｐに基づく：

式１において、｜Ｅ｜は内部電界の大きさであり、ε”_ｅｆｆは比実効誘電損率であり、ε_０は自由空間の誘電率であり、ｆはマイクロ波振動数であり、σは総電気伝導率であり、ε’_ｒは比誘電率であり、ｔａｎδは損失正接（所定の量のエネルギーを保存するために必要なエネルギー損失）である。

温度と振動数との関数としてのガラスの誘電特性は、ガラスのマイクロ波処理にとって重要である。式１から分かるように、誘電特性は、材料によって吸収される電力の大きさにおいて著しい役割を果たす。吸収されるマイクロ波電力の大部分は、式２に示されるように、材料内で熱に変換される：

式２において、Ｔは温度であり、ｔは時間であり、ρは密度であり、Ｃ_ｐは熱容量であり、一方で残りの変数は、式１に定義される通りである。式２は、加熱速度がガラスの損失正接に正比例することを示す。このことは、積層ガラス板のマイクロ波吸収層の加熱速度が、そのマイクロ波透明層のものよりも非常に高いことを意味する。

誘電特性は、以下の式３を用いて決定され得る、マイクロ波が材料内に透過する深さを決定する際の重要なパラメータでもある：

式３において、Ｄは、入射電力が半分に減少する透過の深さであり、λ_０はマイクロ波波長であり、一方で残りの変数は、式１および２に定義される通りである。式３から分かるように、ｔａｎδおよびε’_ｒの値が大きくなればなるほど、特定の波長についての透過の深さは小さくなる。透過の深さは、材料の全体にわたる加熱の均一性を決定するので重要である。高振動数および誘電特性の大きい値は表面加熱をもたらし、低振動数および誘電特性の小さい値はより大きな容積加熱をもたらす。

本開示にしたがってガラス積層板を作製するために、この選択的マイクロ波加熱手法を用いて、マイクロ波吸収層の所定の領域において非常に局所的に熱を発生させてもよい。他の領域がマイクロ波放射に対して比較的透明であるガラスを含むので、このように印加されるエネルギーの量を慎重に制御し、集中させることができる。さらに、マイクロ波吸収層は、マイクロ波透明層よりも急速に加熱される。このように、用いられるエネルギーを減少させることが可能であり、サイクル時間を短くすることが可能であり、最終積層ガラス板の機械的性質およびその他の性質を各種の要件および用途に適合させて、最適化することができる。

各種実施形態によれば、マイクロ波放射および能動冷却を用いてガラス積層板を熱的に焼き戻すためのシステムおよび方法が提供される。特に、マイクロ波放射をマイクロ波吸収コア層に選択的に印加してもよく、一方で同時にまたは実質的に同時に能動冷却をクラッド層に適用して、合わせガラス板内に温度勾配を形成することができるようにしてもよい。

図４Ａは、本開示の各種実施形態にかかる、ガラス積層板１０を熱的に焼き戻すための例示的なシステムを示す概略図である。ガラス積層板１０は、非溶融状態にある間に焼き戻してもよい。図４Ａを参照すると、前記システムは、マイクロ波筐体１００と、第１のマイクロ波源１１０と、第２のマイクロ波源１１２と、第１の冷却器１２０と、第２の冷却器１２２とを含んでもよい。各種実施形態において、１つ以上の別個のガラス積層板１０のバッチ焼き戻しを行うために前記システムを構成してもよい。

筐体１００は、金属（例えば、銅）や同種のものなどのマイクロ波反射材料で裏打ちされてもよいか、または作製されてもよい。したがって、筐体１００は、ガラス積層板１０に印加されるマイクロ波放射の漏出を防ぐように構成されてもよい。

マイクロ波源１１０、１１２は、筐体１００の両側上に設けてもよい。例えば、マイクロ波源１１０、１１２は、筐体１００の上面および底面上に設けてもよい。マイクロ波源１１０、１１２は、筐体１００内に設けられたガラス積層板１０の方へその両面からマイクロ波放射を方向づけるように構成されてもよい。例えば、マイクロ波源１１０、１１２は、筐体１００の外側にまたは上に設けられた１つ以上のマイクロ波発生器からガラス積層板１０の方へマイクロ波放射を導くように構成されたマイクロ波導波管であってもよい。別の場合、マイクロ波源１１０、１１２は、マイクロ波発生器およびマイクロ波導波管を含んでもよい。

マイクロ波源１１０、１１２は、マイクロ波領域（例えば、１〜３００ＧＨｚ）内の任意の振動数を有するマイクロ波放射を提供するように構成されてもよい。例えば、マイクロ波源１１０、１１２は、約０．３から約３００ＧＨｚ、約５０から約３００ＧＨｚ、約１００から約３００ＧＨｚ、または約１７５から約３００ＧＨｚの範囲に及ぶ振動数を有するマイクロ波放射を提供するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、振動数は、約３０から約１７５ＧＨｚの範囲に及んでもよい。いくつかの実施形態によれば、そして以下で考察されるように、マイクロ波吸収層のより一様な加熱（例えば、空洞共鳴の低下）の提供のため、より高いマイクロ波振動数、例えば約１７５から約３００ＧＨｚが好ましい可能性がある。マイクロ波放射の電力レベルは、約２から約１５ｋＷ、例えば、約２．５から約１０ｋＷの範囲に及んでもよい。

冷却器１２０、１２２は、ガラス積層板１０の両側を支持し、かつ／または能動的に冷却するように構成されてもよい。冷却器１２０、１２２は、マイクロ波放射に対して実質的に透明である材料から形成されてもよい。いくつかの実施形態において、冷却器１２０、１２２は、アルミナ、溶融石英、ポリテトラフルオロエチレンまたは同種のものから形成されてもよい。例えば、冷却器１２０、１２２は、セラミック材料から形成される空気軸受でもよい。冷却器１２０、１２２は、ガラス積層板１０を対流的に冷却するためにガラス積層板１０の両側上へ冷却空気を流す（例えば、強制対流を発生させる）ように構成されてもよい。しかし、本開示は、いかなる特定の型の冷却装置にも限定されるものではない。

能動冷却によって、冷却速度は、自然対流と比較して非常に高いという結果になってもよい。強制対流は、熱がコア１４からクラッド層１２の外表面まで伝達され得るよりも急速にガラス積層板１０の表面を冷却するように作用することによって、ガラス積層板１０の厚さを通して温度勾配を生じさせるが、それは、ガラス積層板１０内に圧縮応力を発生させるために用いることができる。例えば、約１００から約７００Ｗ／ｍ^２℃の範囲に及ぶ対流熱伝達係数をガラス積層板１０に適用してもよい。しかし、他の実施形態において、最高１０００Ｗ／ｍ^２℃の対流熱伝達係数を適用してもよい。

前記システムは、所望により予熱器１３０を含んでもよい。予熱器１３０は、ガラス積層板１０を予熱するように構成された第１および第２の熱源１４０、１４２を含んでもよい。特に、熱源１４０、１４２は、一様にガラス積層板１０を加熱するための赤外線熱源、対流熱源または伝導熱源として構成されてもよい。しかし、本開示は、いかなる特定の型の熱源にも限定されるものではない。

アルカリガラスの温度が増加するにつれて、アルカリガラスのマイクロ波損失正接は増加する可能性がある。このことは、温度が高くなるとガラス内におけるアルカリ金属の運動の自由が増大するためである可能性がある。したがって、予熱器１３０は、マイクロ波放射がより効率的に吸収される（例えば、マイクロ波吸収層に連結される）温度にガラス積層板１０を予熱することによってシステムの効率性を向上させるために用いてもよい。例えば、予熱器１３０は、コア層１４の焼鈍点（例えば、ガラスが１０^{１３．１８}ポアズの粘度を有する温度）と軟化点（例えば、ガラスが１０^７．６ポアズの粘度を有する温度）との間の温度にガラス積層板１０を予熱するように構成されてもよい。予熱後、焼き戻しのためのマイクロ波筐体１００へガラス積層板１０を搬送してもよい。

図４Ｂは、本開示の各種実施形態にかかる、ガラス積層板１０を熱的に焼き戻すための別の例示的なシステムを示す概略図である。図４Ｂのシステムは図４Ａのシステムと同様であり、よって、それらの間の差異だけを詳細に考察する。

図４Ｂを参照すると、前記システムは、仕切り１５６によって分離される第１のチャンバ１５２と第２のチャンバ１５４とを含む筐体１５０を含む。各種実施形態において、ガラス積層板１０はガラスリボンの形態であってもよく、前記システムは、ガラスリボン１０が前記システムを通して送られる際にガラスリボンを連続的に焼き戻すために構成されてもよい。第１のチャンバ１５２は、ガラス積層板１０を予熱するように構成されてもよく、第２のチャンバ１５４は、ガラス積層板１０を焼き戻すように構成されてもよい。第１および第２のチャンバ１５２、１５４の間にガラス積層板１０を搬送して、予熱と熱的処理との間の時間を減少させることができるようにしてもよい。仕切り１５６は、マイクロ波および／または赤外線放射を遮断するように構成されてもよい。

図５は、本開示の各種実施形態にかかる、マイクロ波放射および能動冷却を用いてガラス積層板を熱的に焼き戻す方法を示すブロック図である。図５を参照して、ステップ５００でガラス積層板を予熱してもよい。特に、コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度にガラス積層板を均一に予熱してもよい。各種実施形態において、例えば、クラッド層の焼鈍点がコア層の焼鈍点よりも高い場合、クラッド層の焼鈍点と軟化点との間の温度にガラス積層板を均一に予熱してもよい。

例えば、ステップ５００は、約５５０℃から約９００℃、例えば、約６００から約７５０℃や、約６００℃から約７００℃の範囲に及ぶ温度にガラス積層板を均一に予熱することを含んでもよい。しかし、予熱温度は、コア層および／またはクラッド層の組成に応じて変化する可能性がある。本明細書において、「均一に予熱すること」は、ガラス積層板の全ての層を実質的に同じ温度、例えば、互いの約５℃または１０℃の範囲内に加熱する加熱プロセスを指す。

いくつかの実施形態において、マイクロ波放射を用いて予熱を行ってもよい。しかし、他の実施形態において、赤外熱源、対流熱源、伝導熱源などの非マイクロ波熱源を用いて、ステップ５００の予熱を行ってもよい。特に、そのような熱源は、室温のガラス積層板などの相対的に冷たいガラス積層板をより一様におよび／または効率的に加熱してもよい。

ステップ５０２において、予熱されたガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、コア層とクラッド層との間に温度勾配を確立するようにしてもよい。例えば、ガラス積層板の両側にマイクロ波放射を印加してもよい。コア層はクラッド層よりも高いマイクロ波損失正接を有するので、コア層はマイクロ波放射の内のより多くを吸収する可能性があり、したがって、コア層とクラッド層との間に温度勾配が確立される可能性がある。

例えば、いくつかの実施形態において、マイクロ波放射は、クラッド層よりも高い温度にコアを選択的に加熱して、その間で温度勾配を確立するように構成されてもよい。他の例示的な実施形態において、マイクロ波放射は、クラッド層が冷える一方で、コア層の温度を維持して、その間で温度勾配を確立するように構成されてもよい。他の例示的な実施形態において、マイクロ波放射は、コア層がクラッド層よりも遅い速度で冷えて、その間で温度勾配を確立するように構成されてもよい。

マイクロ波放射は、約１から約３００ＧＨｚ、約５０から約３００ＧＨｚ、約１００から約３００ＧＨｚ、または約１７５から約３００ＧＨｚの範囲に及ぶ振動数を有してもよい。いくつかの実施形態において、振動数は、約３０から約１７５ＧＨｚの範囲に及んでもよい。マイクロ波放射の電力レベルは、約２から約１５ｋＷ、例えば、約２．５から約１０ｋＷの範囲に及んでもよい。

ステップ５０２は、ガラス積層板を能動的に冷却することも含んでもよい。特に、能動冷却およびマイクロ波加熱を同時に行ってもよい。能動冷却は、約１００から約７００Ｗ／ｍ^２℃、例えば、約２００から約６５０Ｗ／ｍ^２℃、または約４００から約６００Ｗ／ｍ^２℃の範囲に及ぶ、ガラス積層板の表面における熱伝達係数（「ｈ」）を発生させてもよい。いくつかの実施形態において、能動冷却は、クラッド層を対流的に冷却するために、クラッド層の表面に冷却空気を供給することを含んでもよい。他の実施形態において、能動冷却は、冷却された不活性ガス（例えば、Ｈｅや同種のものなどの希ガス）をクラッド層の表面に供給することを含んでもよい。

マイクロ波加熱および能動冷却は、約２秒から約１０秒の範囲に及ぶ時間以上、継続してもよい。例えば、マイクロ波加熱は、約２．５から約８秒、約３から約７．５秒、または約３から約６秒の範囲に及ぶ時間、継続してもよい。ガラス積層板がコア層の歪み点および／またはクラッド層の歪み点を下回るまで冷却されるまで、能動冷却およびマイクロ波加熱を適用してもよい。他の実施形態において、マイクロ波加熱および能動冷却は、ガラス基板が平衡温度に達するまで継続してもよい。いくつかの実施形態において、コア層の中心とクラッド層の表面との間で特定の温度差が確立されたならば、マイクロ波加熱を停止してもよく、能動冷却を継続してもよい。例えば、能動冷却は、ガラス積層板が室温に達するまで継続してもよい。他の例示的な実施形態において、能動冷却の間、所望の温度勾配を維持するように、マイクロ波放射の電力および／または振動数を徐々に低下させてもよい。

したがって、マイクロ波加熱および能動冷却の組み合わせによって、コア層とクラッド層との間に温度差を発生させてもよい。各種実施形態において、温度差は、コア層および／またはクラッド層の厚さに応じて少なくとも約３０℃、約４５℃または約５０℃に達してもよい。例えば、マイクロ波放射および能動冷却は、約３０℃から約８０℃、約４５℃から約７５℃、例えば、約５２℃から約６６℃、または約５２℃から約５５℃の範囲に及ぶ最高温度差を発生させるように構成されてもよい。例えば、約０．７ｍｍの厚さを有するガラス積層板は、約３５℃から約４５℃の範囲に及ぶ温度差を有してもよい。約１．０ｍｍの厚さを有するガラス積層板は、約５０℃から約６７℃の範囲に及ぶ温度差を有してもよい。

温度差の大きさは、コア層およびクラッド層のマイクロ波損失正接、コア層およびクラッド層の厚さ、ガラス積層板の全厚、コア層およびクラッド層の厚さの比、マイクロ波放射の電力レベル、マイクロ波放射の振動数、および／またはガラス積層板の表面で発生した熱伝達係数（「ｈ」）などの各種因子に依存する。

各種実施形態によれば、図４Ａ、４Ｂおよび５のシステムおよび方法など、本開示のマイクロ波熱的焼き戻しシステムおよび方法は、コア層と単一のクラッド層とを有するガラス積層板に適用してもよい。そのような実施形態において、システムおよび方法は、ガラス積層板のクラッド側上においてガラス積層板の反対側と比較してより高い圧縮応力を提供する可能性がある非対称性熱的焼き戻しをもたらす可能性がある。

図６は、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）からＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスとして入手可能なアルカリアルミノケイ酸ガラスと、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）からＣｏｒｎｉｎｇ（登録商標） Ｅａｇｌｅ^２０００（商標）ガラスとして入手可能なアルカリ土類ホウ素−アルミノケイ酸ガラスとについての測定損失正接データ（上記式２で定義される、所定の量のエネルギーを保存するために必要とされるエネルギー損失）を示すグラフである。グラフは、マイクロ波振動数の効果も示す。測定値は、空胴摂動法を用いて得られた。図６に示されるように、試験された全振動数において、ＧｏｒｉｌｌａガラスとＥａｇｌｅ^２０００ガラスとの間に最高で２桁の大きさの損失正接の差が存在する。損失正接の差は、温度の増加と共に増加する。したがって、図６は、アルカリを実質的に含まないか、またはアルカリを全く含まないガラス層、およびアルカリ金属を含むガラス層を含むガラス積層板について、アルカリを実質的に含まないか、またはアルカリを全く含まない層内においてほとんどエネルギー吸収がないアルカリ含有層を選択的に加熱するために、マイクロ波放射を用いることができることを示す。

図７は、本開示の各種実施形態にかかる、１ｍｍの厚さの例示的なガラス積層板のコアからの距離に応じた、印加されたマイクロ波エネルギー（３０ＧＨｚにおいて５ｋＷ）の抵抗損失をモデル化したグラフである。グラフは、７００℃に均一に予熱され、かつ、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス（登録商標）の０．９ｍｍの厚さコア層と「Ｅａｇｌｅ^２０００」（商標）ガラスの２つの対向する０．０５ｍｍの厚さのクラッド層とを含む例示的なガラス積層板に基づくものである。マイクロ波放射の印加は、例示的なガラス積層板の両側にマイクロ波放射を印加するように構成された２つのマイクロ波源の使用に基づく。マイクロ波の印加の間、５００Ｗ／ｍ^２℃の実効熱伝達係数で、例示的なガラス積層板の両側の表面に強制対流冷却を適用する。

図７を参照すると、約０．４５ｍｍにおける抵抗損失の低下は、コア層とクラッド層との間の界面と一致する。したがって、コア層は、クラッド層と比較して、そのより高い損失正接および対応するより高いマイクロ波吸収速度のために優先的に加熱される可能性があることが分かる。

図８は、本開示の各種実施形態にかかる、上記の予熱、マイクロ波の印加、および強制対流冷却の条件の下で１ｍｍの厚さの例示的なガラス積層板に印加されたマイクロ波エネルギー（１７５ＧＨｚにおいて５ｋＷ）の抵抗損失をモデル化したグラフである。図８を参照すると、コア層は、そのより高い損失正接のために優先的に加熱されることを示す。約０．４５ｍｍにおける低下は、コア層とクラッド層との間の界面と一致する。さらに、より高い振動数（すなわち、３０ＧＨｚと比較して１７５ＧＨｚ）のマイクロ波放射の使用は、著しくより高い抵抗損失（例えば、より高い熱発生）をもたらした。コア層における２つのピークは、コア層がマイクロ波場のための共振空洞として作用することを示す。

図９は、本開示の各種実施形態にかかる、上記の予熱、マイクロ波の印加、および強制対流の初期条件の下におけるマイクロ波エネルギー（１７５ＧＨｚにおける５ｋＷ）の印加の間の、図７に関して記載されている寸法を有する例示的なガラス積層板の中心と表面との間の温度変化をモデル化したグラフである。図９を参照すると、線９００は、ガラス積層板の中心の温度を表し、線９０２は、ガラス積層板の表面の温度を表す。表面は、クラッド層よりも多くのマイクロ波放射を吸収するコア層のために、例示的なガラス積層板の中心よりも急速に冷えることが分かる。

図１０は、本開示の各種実施形態にかかる、各種のマイクロ波源設定値およびコア誘電特性についての、図７に関して記載されている通りの寸法を有する例示的なガラス積層板の中心から表面までの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。図１０を参照すると、線１０００は、マイクロ波加熱が行われない場合の温度変化量を表し、線１００２は、１７５ＧＨｚにおける５ｋＷのマイクロ波加熱についての温度変化量を表し、線１００４は、１７５ＧＨｚおよび１．５×マイクロ波損失正接における５ｋＷのマイクロ波加熱についての温度変化量を表し、線１００６は、１７５ＧＨｚおよび１．５×マイクロ波損失正接における１０ｋＷのマイクロ波加熱についての温度変化量を表す。１．５×マイクロ波損失正接は、ガラス誘電率の損失成分の５０％の増加に相当する。いくつかの実施形態、および図１０において、１．５×損失正接は、ｔａｎδ＝０．０１９５に相当する。

線１０００、すなわち、マイクロ波加熱に曝露させなかった例示的なガラス積層板に示されるように、温度差は、１秒未満で最高４３℃に達し、約７．５秒で速やかに０に低下する。マイクロ波加熱を行った線１００２から１００６に示されるように、より高い温度変化量ΔΤに達する可能性があり、より長い期間持続する可能性もある。

例えば、線１００２および１００４は、５ｋＷのマイクロ波電力を用いる場合、ピーク温度変化量ΔΤは約５２℃であることを示す。このことは、マイクロ波加熱を行わずに対流冷却のみによって熱的焼き戻しを行う場合（線１０００）と比較して、温度差が２０％超増加することを表す。線１００６に示されるように、マイクロ波電力が１０ｋＷに増加した場合、コアの損失正接は５０％増加し、中心と表面との間のピーク温度変化量ΔΤは約６５℃である。このより高い温度変化量ΔΤは、熱的焼き戻し応力の予想外の増加を提供する可能性がある。

図１１は、本開示の各種実施形態にかかる、異なる表面熱伝達係数ｈにおける、マイクロ波加熱による場合とよらない場合の、図７に関して記載されている通りの寸法を有する例示的なガラス積層板の表面からコアまでの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。グラフは、７００℃に一様に予熱される例示的なガラス積層板に基づく。図１１を参照すると、線１１００は、マイクロ波加熱を行わず、表面熱伝達係数ｈが５００ｍ^２℃である場合の温度変化量を表し、線１１０２は、マイクロ波加熱を行わず、表面熱伝達係数ｈが８００ｍ^２℃である場合の温度変化量を表し、線１１０４は、マイクロ波加熱を行わず、表面熱伝達係数ｈが１０００ｍ^２℃の場合の温度変化量を表し、線１１０６は、１７４ＧＨｚで１０ｋＷのマイクロ波源を用いた、表面熱伝達係数ｈが５００ｍ^２℃である場合の温度変化量を表す。

線１１０６は、表面を冷却して５００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数ｈを生じさせると共に１０ｋＷで１７５ＧＨｚのマイクロ波源によりガラス積層板を加熱することによって、コア層のマイクロ波加熱を行わずに１０００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数ｈを適用する（線１１０４）場合と同じピーク温度差を達成することができることを示す。１０００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数ｈは、達成することが非常に困難である可能性がある。したがって、本明細書に記載されるマイクロ波加熱は、そのような高い表面冷却速度の達成を必要とすることなく温度差の増加を可能にすることができる。マイクロ波加熱を印加する場合の平衡温度差が、マイクロ波加熱を印加しない場合の平衡温度差と比較して大きい点にも留意する必要があるが、このことによって、より長い時間ガラス積層板のコアと表面との間の温度差を維持することができるので、追加的な利益を提供することができる（図１０、１１参照）。

図１２は、本開示の各種実施形態にかかる、例示的なガラス積層板を７００℃に均一に予熱した後、０．５秒間、異なる量のマイクロ波放射により加熱された、図７に関して記載される通りの寸法を有する例示的なガラス積層板の中心からの距離に対する温度をモデル化したグラフである。線１２００は、マイクロ波加熱を行わない場合を表し、線１２０２は、１７５ＧＨｚで５ｋＷのマイクロ波源による、名目上の損失正接におけるマイクロ波加熱を表し、線１２０４は、１７５ＧＨｚで５ｋＷのマイクロ波源による、１．５×マイクロ波損失正接におけるマイクロ波加熱を表し、線１２０６は、１７５ＧＨｚで１０ｋＷのマイクロ波源による、１．５×マイクロ波損失正接におけるマイクロ波加熱を表す。

図１２において分かるように、マイクロ波放射によって加熱された例示的なガラス積層板は、マイクロ波放射によって加熱されなかった例示的なガラス積層板と比較して、非常により高い温度および温度勾配を示す。より高い温度勾配によって、焼き戻し応力の増加が可能になるので、図１２は、マイクロ波放射の印加によって焼き戻し応力の増加の利益が提供されることを示す。

図１３は、本開示の各種実施形態にかかる、異なるクラッド厚さを有する場合を除く、図７に関して記載される通りの例示的なガラス積層板についての、経時的なコアから表面までの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。１７５ＧＨｚで２．５ｋＷのマイクロ波源によってガラス積層板を加熱した。線１３００は、０．０５ｍｍの厚さのクラッド層についての温度変化量を表し、線１３０２は、０．１ｍｍの厚さのクラッド層についての温度変化量を表す。図１３に示されるように、クラッド層の厚さを増加させることによって、経時的にΔΤが増加した。さらに、線１３０２は、２．５ｋＷの比較的低いマイクロ波電力でも、０．１ｍｍのクラッド層を有する例示的なガラス積層板において、大きいΔΤが達成される可能性があることを示すことを注記しておく。

熱的焼き戻しにおける応力プロファイルを正確に推定するためには、液体状態から固体状態にガラスを冷却する場合の応力緩和について考えなければならない。このプロセスは非常に複雑であり、温度を伴う材料特性が必要である。図１０から１２のモデルから得られた結果は、マイクロ波加熱を印加する場合におけるガラス内のより大きい温度勾配を示す。そのことは、マイクロ波電力をオンにすると実効熱伝達係数が２倍になる可能性があるという点で、図１１において示される通りの冷却速度の増加としてみなされる可能性がある。本明細書において、実効熱伝達係数は、マイクロ波加熱を適用しない場合にコア層とクラッド層との間で同じ温度差を達成するために充分な熱伝達係数に相当する。

より高い冷却速度は、より高い表面圧縮応力を提供する。中心／表面温度差の増加によって表面圧縮応力におけるほぼ直線的な利益を得ることができるということが期待される。実効熱伝達係数が４００Ｗ／ｍ^２Ｋから１０００Ｗ／ｍ^２Ｋに増加すると、圧縮応力は、おおよそ５０％増加することが期待される（図１１参照）。

０．７ｍｍ以下の厚さを有する薄いガラス物品内において温度勾配を発生させることは困難である可能性がある。しかし、本開示は、０．７ｍｍ以下の厚さ、例えば、約０．３ｍｍから約０．７ｍｍの範囲に及ぶ厚さを有するガラス積層板を熱的に焼き戻すために適用してもよい。本開示は、０．７ｍｍを超える厚さを有するガラス積層板にも適用してもよい。

図１４は、本開示の各種実施形態にかかる、各種の量のマイクロ波エネルギーが印加された例示的なガラス積層板についての中心から表面までの温度変化量ΔΤをモデル化したグラフである。グラフは、０．７ｍｍの全厚と、０．６ｍｍのコア層厚さと、０．０５ｍｍのクラッド層厚さとを有する、７００℃に予熱された例示的なガラス積層板に基づくものである。予熱後、５００Ｗ／ｍ^２Ｋの対流熱伝達係数が適用される。線１４００は、マイクロ波加熱を行わない場合の温度変化量を表し、線１４０２は、１７５ＧＨｚで５ｋＷのマイクロ波源についての温度変化量を表し、線１４０４は、１７５ＧＨｚで８ｋＷのマイクロ波源についての温度変化量を表し、線１４０６は、１７５ＧＨｚで１０ｋＷのマイクロ波源についての温度変化量を表す。

図１４に示されるように、マイクロ波放射のより高い電力レベルは、著しいΔΤの増加を提供した。特に、ピークΔΤ差は、マイクロ波加熱を印加しない場合（線１４００）は２７℃から、１０ｋＷの電力レベルによる１７５ＧＨｚにおけるマイクロ波加熱を印加する場合（線１４０６）は４５℃超に増えた。すなわち、マイクロ波加熱は、ピークΔΤの６７％の増加を提供することを示す。

再び図２を参照すると、各種実施形態によれば、ガラス積層板１０のための上記のマイクロ波吸収特性に加えて、コア層１４は、クラッド層１２よりも高い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してもよい。例えば、クラッド層１２は、Ｅａｇｌｅ^２０００ガラスから形成されてもよく、コア層１４は、Ｇｏｒｉｌｌａガラスから形成されてもよい。しかし、本開示は、いかなる特定のガラス組成にも限定されるものではない。

Ｇｏｒｉｌｌａガラスは、例えば、約９００℃から約９１２℃の範囲に及ぶ軟化点と、約６２８℃から約６４６℃の範囲に及ぶ焼鈍点と、約５７４℃から約５９６℃の範囲に及ぶ歪み点とを有してもよい。Ｅａｇｌｅ^２０００ガラスは、約９７１℃の軟化点と、約７２２℃の焼鈍点と、約６６９℃の歪み点とを有してもよい。

各種実施形態において、コア層１４の両側にクラッド層１２を融合してもよい。ガラス積層板１０を切断してガラス物品を形成してもよい。

いくつかの実施形態において、ガラス積層板１０は、少なくとも約０．１ｍｍ、少なくとも約０．５ｍｍ、少なくとも約１．０ｍｍ、少なくとも約２．０ｍｍ、または少なくとも約３．０ｍｍの厚さを有してもよい。例えば、ガラス積層板１０は、約０．２ｍｍから約５ｍｍ、約１ｍｍから約５ｍｍ、または約１．５ｍｍから約４ｍｍの厚さを有してもよい。

いくつかの実施形態において、ガラス積層板１０の厚さに対するコア層１４の厚さの比は、少なくとも約０．７、少なくとも約０．８、少なくとも約０．８５、少なくとも約０．９、または少なくとも約０．９５である。いくつかの実施形態において、第２の層の厚さ（例えば、クラッド層１２の各々）は、約０．０１ｍｍから約０．３ｍｍである。いくつかの実施形態において、クラッド層１２の各々はコア層１４よりも薄い。

各種実施形態によれば、クラッド層１２は、マイクロ波放射に対して実質的に透明であってもよく、コア層１４は、マイクロ波放射を吸収するように構成されてもよい。特に、クラッド層１２は、比較的低いアルカリ含有量を有してもよく、コア層１４は、比較的高いアルカリ含有量を有してもよい。例えば、クラッド層１２は、アルカリ金属を実質的に含まなくてもよい（例えば、約０．１モル％未満含んでもよい）か、または全く含まなくてもよい。

いくつかの実施形態において、クラッド層１２のガラス組成は、コア層１４のガラス組成よりも異なる平均熱膨張係数（ＣＴＥ）を含む。例えば、クラッド層１２は、コア層１４よりも低い平均ＣＴＥを有するガラス組成から形成されてもよい。ＣＴＥの不一致（すなわち、クラッド層１２の平均ＣＴＥとコア層１４の平均ＣＴＥとの間の差）によって、ガラス積層板１０の冷却の際、および本明細書に記載される通りの任意の熱的焼き戻しの前に、クラッド層１２内における圧縮応力とコア層１４内における引張応力との形成が生じる。本明細書で用いられる場合、「平均熱膨張係数」または「平均ＣＴＥ」という用語は、０℃と３００℃との間の所定の材料または層の平均線熱膨張係数を指す。本明細書で用いられる場合、「熱膨張係数」または「ＣＴＥ」という用語は、特に明記しない限り、平均熱膨張係数を指す。ＣＴＥは、例えば、ＡＳＴＭ Ｅ２２８“Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｌｉｎｅａｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｗｉｔｈ ａ Ｐｕｓｈ−Ｒｏｄ Ｄｉｌａｔｏｍｅｔｅｒ”またはＩＳＯ７９９１：１９８７“Ｇｌａｓｓ−−Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｍｅａｎ ｌｉｎｅａｒ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ”に記載されている手法を用いて決定することができる。

いくつかの実施形態において、コア層１４のＣＴＥとクラッド層１２のＣＴＥとは、少なくとも約１×１０^−７℃^−１、少なくとも約２×１０^−７℃^−１、少なくとも約３×１０^−７℃^−１、少なくとも約４×１０^−７℃^−１、少なくとも約５×１０^−７℃^−１、少なくとも約１０×１０^−７℃^−１、少なくとも約１５×１０^−７℃^−１、少なくとも約２０×１０^−７℃^−１、少なくとも約２５×１０^−７℃^−１、少なくとも約３０×１０^−７℃^−１、少なくとも約３５×１０^−７℃^−１、少なくとも約４０×１０^−７℃^−１、または少なくとも約４５×１０^−７℃^−１異なる。追加的にまたは代替的に、コア層１４のＣＴＥとクラッド層１２のＣＴＥとは、多くても約１００×１０^−７℃^−１、多くても約７５×１０^−７℃^−１、多くても約５０×１０^−７℃^−１、多くても約４０×１０^−７℃^−１、多くても約３０×１０^−７℃^−１、多くても約２０×１０^−７℃^−１、多くても約１０×１０^−７℃^−１、多くても約９×１０^−７℃^−１、多くても約８×１０^−７℃^−１、多くても約７×１０^−７℃^−１、多くても約６×１０^−７℃^−１、または多くても約５×１０^−７℃^−１異なる。例えば、いくつかの実施形態において、コア層１４のＣＴＥとクラッド層１２のＣＴＥとは、約１×１０^−７℃^−１から約１０×１０^−７℃^−１、または約１×１０^−７℃^−１から約５×１０^−７℃^−１異なる。いくつかの実施形態において、クラッド層１２は、多くても約９０×１０^−７℃^−１、多くても約８９×１０^−７℃^−１、多くても約８８×１０^−７℃^−１、多くても約８０×１０^−７℃^−１、多くても約７０×１０^−７℃^−１、多くても約６０×１０^−７℃^−１、多くても約５０×１０^−７℃^−１、多くても約４０×１０^−７℃^−１、または多くても約３５×１０^−７℃^−１のＣＴＥを含む。追加的にまたは代替的に、クラッド層１２は、少なくとも約１０×１０^−７℃^−１、少なくとも約１５×１０^−７℃^−１、少なくとも約２５×１０^−７℃^−１、少なくとも約３０×１０^−７℃^−１、少なくとも約４０×１０^−７℃^−１、少なくとも約５０×１０^−７℃^−１、少なくとも約６０×１０^−７℃^−１、少なくとも約７０×１０^−７℃^−１、少なくとも約８０×１０^−７℃^−１、または少なくとも約８５×１０^−７℃^−１のＣＴＥを含む。追加的にまたは代替的に、コア層１４は、少なくとも約４０×１０^−７℃^−１、少なくとも約５０×１０^−７℃^−１、少なくとも約５５×１０^−７℃^−１、少なくとも約６５×１０^−７℃^−１、少なくとも約７０×１０^−７℃^−１、少なくとも約８０×１０^−７℃^−１、または少なくとも約９０×１０^−７℃^−１のＣＴＥを含む。追加的にまたは代替的に、コア層１４は、多くても約１２０×１０^−７℃^−１、多くても約１１０×１０^−７℃^−１、多くても約１００×１０^−７℃^−１、多くても約９０×１０^−７℃^−１、多くても約７５×１０^−７℃^−１、または多くても約７０×１０^−７℃^−１のＣＴＥを含む。

各種実施形態において、ガラス層の相対的な厚さは、所望の強度特性を有するガラス物品を達成するように選択することができる。例えば、いくつかの実施形態において、コア層１４およびクラッド層１２のガラス組成は、所望のＣＴＥ不一致を達成するように選択され、ガラス層の相対的な厚さは、所望のＣＴＥ不一致と組み合わせて、クラッド層内の所望の圧縮応力とコア層内の引張応力とを達成するように選択される。

いかなる理論によっても束縛されることを望むものではないが、ガラス物品の強度プロファイルは、主にガラス層の相対的な厚さとクラッド層内の圧縮応力とによって決定することができ、ガラス物品の破壊パターンは、主にガラス層の相対的な厚さとコア層内の引張応力とによって決定することができると考えられる。したがって、ガラス層のガラス組成および相対的な厚さは、所望の強度プロファイルおよび／または破壊パターンを有するガラス物品を達成するように選択することができる。

いくつかの実施形態において、コア１４とクラッド層１２との間のＣＴＥ不一致は、マイクロ波加熱および能動冷却と組み合わせて、ガラス積層板１０の表面において圧縮応力を予想外に増加させるように作用してもよい。例えば、クラッド層１２の圧縮応力は、多くても約８００ＭＰａ、多くても約５００ＭＰａ、多くても約３５０ＭＰａ、または多くても約１５０ＭＰａであってもよい。追加的にまたは代替的に、クラッド層１２の圧縮応力は、少なくとも約１０ＭＰａ、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約３０ＭＰａ、少なくとも約５０ＭＰａ、または少なくとも約２５０ＭＰａである。追加的にまたは代替的に、コア層１４の引張応力は、多くても約１５０ＭＰａ、または多くても約１００ＭＰａである。追加的にまたは代替的に、コア層１４の引張応力は、少なくとも約５ＭＰａ、少なくとも約１０ＭＰａ、少なくとも約２５ＭＰａ、または少なくとも約５０ＭＰａである。

本発明の精神または範囲を逸脱することなく各種の改変および変更を行うことができることは、当業者にとって明らかである。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物を除いて制限されないものとする。

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
コア層と前記コア層に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻す方法であって、
前記ガラス積層板を前記コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度に予熱するステップと、
前記ガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、前記コア層が前記クラッド層よりも多くの前記マイクロ波放射を吸収するようにするステップと、
前記マイクロ波放射を印加すると共に前記ガラス積層板の外表面を冷却して、前記コア層の中心と前記ガラス積層板の前記外表面との間に少なくとも約３０℃の温度差を発生させるステップと、
を含む方法。

実施形態２
前記コア層が、所定の温度で、前記クラッド層のマイクロ波損失正接よりも大きいマイクロ波損失正接を有する、実施形態１に記載の方法。

実施形態３
前記ガラス積層板が約１．３ｍｍ未満の厚さを有し、
前記温度差が少なくとも約５０℃である、実施形態１または２に記載の方法。

実施形態４
前記ガラス積層板が、約０．３ｍｍから約０．７ｍｍの厚さを有し、
前記温度差が、約３０℃から約４５℃の範囲に及ぶ、実施形態１または２に記載の方法。

実施形態５
前記冷却によって、前記ガラス積層板の前記外表面において、約１００Ｗ／ｍ^２℃から約７００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数が生じる、実施形態１から４のいずれかに記載の方法。

実施形態６
前記冷却によって、前記ガラス積層板の前記外表面において、約４００Ｗ／ｍ^２℃から約６００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数が生じる、実施形態１から５のいずれかに記載の方法。

実施形態７
前記マイクロ波放射の前記印加が、マイクロ波放射を前記ガラス積層板の両側に印加するステップを含む、実施形態１から６のいずれかに記載の方法。

実施形態８
前記マイクロ波放射が、約３０ＧＨｚから約３００ＧＨｚの振動数と、約２．５ｋＷから約１０ｋＷの電力レベルとを有する、実施形態１から７のいずれかに記載の方法。

実施形態９
前記マイクロ波放射が、約３０ＧＨｚから約１７５ＧＨｚの振動数と、約２．５ｋＷから約１０ｋＷの電力レベルとを有する、実施形態１から８のいずれかに記載の方法。

実施形態１０
前記予熱が、非マイクロ波熱源を用いて実質的に同じ温度に前記コア層および前記クラッド層を予熱するステップを含む、実施形態１から９のいずれかに記載の方法。

実施形態１１
前記マイクロ波放射の前記印加が、前記ガラス積層板の両側の方へマイクロ波放射を方向づけるように構成されたマイクロ波源を含む筐体内に前記ガラス積層板を設けるステップを含む、実施形態１から１０のいずれかに記載の方法。

実施形態１２
前記予熱が、筐体の第１のチャンバ内に前記ガラス積層板を設けるステップを含み、前記第１のチャンバが、前記ガラス積層板を予熱するように構成された非マイクロ波熱源を含み、
前記マイクロ波放射の前記印加が、前記筐体の第２のチャンバ内に前記ガラス積層板を設けるステップを含み、前記第２のチャンバが、前記ガラス積層板の両側の方へマイクロ波放射を方向づけるように構成されたマイクロ波源を含み、
前記冷却が、前記ガラス積層板の前記両側上に設けた実質的マイクロ波透明空気軸受を用いて、前記ガラス積層板の前記外表面の方へ冷却流体を方向づけるステップを含む、実施形態１から１１のいずれかに記載の方法。

実施形態１３
コア層と前記コア層の両側に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻す方法であって、前記コア層が、前記コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度範囲内で前記クラッド層のマイクロ波損失正接よりも少なくとも５倍大きいマイクロ波損失正接を有し、
前記ガラス積層板を前記温度範囲内の温度に予熱するステップと、
前記ガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、前記コア層が前記クラッド層よりも多くの前記マイクロ波放射を吸収するようにするステップと、
前記マイクロ波放射を印加するステップの間に前記ガラス積層板の表面を冷却して、前記ガラス積層板の前記表面において約１００Ｗ／ｍ^２℃から約７００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数を発生させるステップと、
を含む方法。

実施形態１４
前記コア層が、前記温度範囲内の全ての温度で前記クラッド層のマイクロ波損失正接よりも大きいマイクロ波損失正接を有する、実施形態１３記載の方法。

実施形態１５
前記マイクロ波放射の前記印加と前記冷却とが、前記コア層の中心と前記ガラス積層板の前記表面との間に少なくとも約３５℃の温度差を発生させるように構成される、実施形態１３または１４記載の方法。

実施形態１６
前記温度差が、約５０℃から約６６℃の範囲に及ぶ、実施形態１５記載の方法。

実施形態１７
前記熱伝達係数が、約４００Ｗ／ｍ^２℃から約６００Ｗ／ｍ^２℃の範囲に及ぶ、実施形態１３から１６のいずれかに記載の方法。

実施形態１８
前記マイクロ波放射が、約３０ＧＨｚから約３００ＧＨｚの振動数と、約２．５ｋＷから約１０ｋＷの電力レベルとを有する、実施形態１３から１７のいずれかに記載の方法。

実施形態１９
前記予熱が、非マイクロ波熱源を用いて実質的に同じ温度に前記コア層および前記クラッド層を予熱するステップを含む、実施形態１３から１８のいずれかに記載の方法。

実施形態２０
前記マイクロ波放射の前記印加が、前記ガラス積層板の両側にマイクロ波放射を印加するステップを含み、
前記冷却が、前記ガラス積層板の前記両側上に設けられた実質的マイクロ波透明空気軸受を用いて、前記ガラス積層板の前記表面の方へ冷却流体を方向づけるステップを含む、実施形態１３から１９のいずれかに記載の方法。

１０ ガラス積層板
１２ クラッド層
１４ コア層
２０ 上部イソパイプ
３０ 底部イソパイプ
１００ マイクロ波筐体
１１０ 第１のマイクロ波源
１１２ 第２のマイクロ波源
１２０ 第１の冷却器
１２２ 第２の冷却器
１３０ 予熱器
１４０ 第１の熱源
１４２ 第２の熱源
１５０ 筐体
１５２ 第１のチャンバ
１５４ 第２のチャンバ
１５６ 仕切り
９００、９０２、１０００、１００２、１００４、１００６、１１００、１１０２、１１０４、１１０６、１２００、１２０２、１２０４、１２０６、１３００、１３０２、１４００、１４０２、１４０４、１４０６ 線

Claims (10)

1. コア層と前記コア層に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻す方法であって、
   前記ガラス積層板を前記コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度に予熱するステップと、
   前記ガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、前記コア層が前記クラッド層よりも多くの前記マイクロ波放射を吸収するようにするステップと、
   前記マイクロ波放射を印加すると共に前記ガラス積層板の外表面を冷却して、前記コア層の中心と前記ガラス積層板の前記外表面との間に少なくとも約３０℃の温度差を発生させるステップと、
   を含む方法。
2. コア層と前記コア層の両側に融合させたクラッド層とを含むガラス積層板を熱的に焼き戻す方法であって、前記コア層が、前記コア層の焼鈍点と軟化点との間の温度範囲内で前記クラッド層のマイクロ波損失正接よりも少なくとも５倍大きいマイクロ波損失正接を有し、
   前記ガラス積層板を前記温度範囲内の温度に予熱するステップと、
   前記ガラス積層板にマイクロ波放射を印加して、前記コア層が前記クラッド層よりも多くの前記マイクロ波放射を吸収するようにするステップと、
   前記マイクロ波放射を印加するステップの間に前記ガラス積層板の表面を冷却して、前記ガラス積層板の前記表面において約１００Ｗ／ｍ^２℃から約７００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数を発生させるステップと、
   を含む方法。
3. 前記ガラス積層板が約１．３ｍｍ未満の厚さを有し、
   前記温度差が少なくとも約５０℃である、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記ガラス積層板が、約０．３ｍｍから約０．７ｍｍの厚さを有し、
   前記温度差が、約３０℃から約４５℃の範囲に及ぶ、請求項１または２に記載の方法。
5. 前記冷却によって、前記ガラス積層板の前記外表面において、約１００Ｗ／ｍ^２℃から約７００Ｗ／ｍ^２℃の熱伝達係数が生じる、請求項１から４のいずれか一項記載の方法。
6. 前記マイクロ波放射の前記印加が、前記ガラス積層板の両側にマイクロ波放射を印加するステップを含む、請求項１から５のいずれかに一項記載の方法。
7. 前記マイクロ波放射が、約３０ＧＨｚから約３００ＧＨｚの振動数と、約２．５ｋＷから約１０ｋＷの電力レベルとを有する、請求項１から６のいずれか一項記載の方法。
8. 前記予熱が、非マイクロ波熱源を用いて実質的に同じ温度に前記コア層および前記クラッド層を加熱するステップを含む、請求項１から７のいずれか一項記載の方法。
9. 前記マイクロ波放射の前記印加が、前記ガラス積層板の両側の方へマイクロ波放射を方向づけるように構成されたマイクロ波源を含む筐体内に前記ガラス積層板を設けるステップを含む、請求項１から８のいずれか一項記載の方法。
10. 前記予熱が、筐体の第１のチャンバ内に前記ガラス積層板を設けるステップを含み、前記第１のチャンバが、前記ガラス積層板を予熱するように構成された非マイクロ波熱源を含み、
    前記マイクロ波放射の前記印加が、前記筐体の第２のチャンバ内に前記ガラス積層板を設けるステップを含み、前記第２のチャンバが、前記ガラス積層板の両側の方へマイクロ波放射を方向づけるように構成されたマイクロ波源を含み、
    前記冷却が、前記ガラス積層板の前記両側上に設けた実質的マイクロ波透明空気軸受を用いて、前記ガラス積層板の前記外表面の方へ冷却流体を方向づけるステップを含む、請求項１から９のいずれか一項記載の方法。

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