JP6162156B2 - 低ｃｔｅアルカリ非含有ボロアルミノケイ酸塩ガラス組成物及びこれからなるガラス物品 - Google Patents

低ｃｔｅアルカリ非含有ボロアルミノケイ酸塩ガラス組成物及びこれからなるガラス物品 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１２年２月２９日出願の米国仮特許出願第６１／６０４８３９号の優先権の利益を主張するものであり、本出願は上記出願の内容に依拠するものであり、参照によってその全体を援用する。
本明細書は一般にガラス組成物に関し、より具体的には、低ＣＴＥアルカリ非含有ボロアルミノケイ酸塩ガラス組成物及び上記ガラス組成物からなるガラス物品に関する。
カバーガラス、ガラスバックパネル等のガラス物品は、ＬＣＤ及びＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、自動預入支払機（ＡＴＭ）等の、消費者用及び商用電子デバイスに使用されている。このようなガラス物品の中には「タッチ」機能を含むものがあり、この機能は、ユーザの指及び／又はスタイラスデバイスを含む様々な物体でこのガラス物品に接触することを必要とし、従ってガラスは、通常の接触に損傷なく耐えられるよう十分に堅牢でなければならない。更にこのようなガラス物品は、携帯電話、個人用メディアプレーヤ、タブレットコンピュータ等の移動体電子デバイスにも組み込むことができる。これらのデバイスに組み込まれたガラス物品は、このガラス物品が関連するデバイスの輸送中及び／又は使用中に損傷を受けやすい。従って、電子デバイスで使用されるガラス物品は、実際の使用による通常の「タッチ」接触だけでなく、デバイスの輸送中に起こり得る偶発的な接触及び衝撃にも耐えられるよう、強度を増強する必要がある場合がある。
ガラス物品は通常、熱強化によって及び／又はイオン交換処理によって強化される。いずれの場合においても、ガラス物品を形成した後にこのガラス物品を追加の処理ステップに供する。このような追加の処理ステップは、ガラス物品の総コストを増大させ得る。更に、これらの処理ステップを実施するために必要な追加の操作により、ガラス物品に損傷を与えるリスクが増大し、このような損傷は製造歩留まりを低下させ、製造コスト及びガラス物品の最終的なコストを更に増大させる。
従って、追加の処理ステップを必要とすることなく強化ガラス物品を製造するために使用できる代替ガラス組成物、及びこのような組成物から製造されるガラス物品に対するニーズが存在する。
一実施形態によると、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含んでよい。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まない。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の範囲に亘って、４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。ガラス組成物は、フュージョン積層プロセスで形成された積層ガラス物品等の積層ガラス物品のガラスクラッド層として使用するのに特に適する。
一連の実施形態では、ガラス物品は、第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されたガラスコア層を含む。これらの実施形態のうちのいくつかにおいて、コアガラスは第１の表面及びこの第１の表面に対向する第２の表面を有してよく、第１のガラスクラッド層をガラスコア層の第１の表面に融着してよく、第２のガラスクラッド層をガラスコア層の第２の表面に融着してよい。他の実施形態では、第１の拡散性ガラス層を、ガラスコア層と第１のガラスクラッド層との間に配置してよく；更に第２の拡散性ガラス層を、ガラスコア層と第２のガラスクラッド層との間に配置してよく；これら拡散性層は、例えばフュージョン形成プロセス中に形成してよい。第１のガラスクラッド層及び第２のガラスクラッド層は、ガラス網目形成材として約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含むガラス組成物から形成される。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラスクラッド層は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラスクラッド層は約２０℃〜３００℃の範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有してよい。
ガラス組成物及び上記ガラス組成物から形成されるガラス物品の更なる特徴及び利点を以下の詳細な説明に記載するが、その一部はこの説明から当業者には容易に明らかになるか、又は以下の詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付の図面を含む本出願に説明されているように実施形態を実施することによって理解されるであろう。
以上の概説及び以下の詳細な説明は、様々な実施形態を説明し、ここで請求される主題の性質及び特徴を理解するための概略又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は上記様々な実施形態の更なる理解のために提供されるものであり、本明細書に援用され、本明細書の一部を構成する。図面は、本明細書に記載された上記様々な実施形態を図示したものであり、ここで請求される主題の原理及び動作を説明するために役立つ記載を伴う。
本明細書に示し説明する１つ以上の実施形態による積層ガラス物品の概略断面図 図１のガラス物品を作製するためのフュージョンドロープロセスの概略図
ここで、低い熱膨張係数を有するガラス組成物及びこれを用いたガラス物品の実施形態（その実施例は添付の図面に図示されている）について論及する。図面全体を通して、同一の又は類似の部品を指すために可能な限り同一の参照符号を使用する。本明細書に記載するガラス組成物は一般に比較的低い熱膨張係数を有し、従って、比較的高い熱膨張係数を有するコアガラス組成物と共に用いて、イオン交換又は熱強化を用いずに圧縮応力を印加された積層ガラス物品を製造できる。一実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含んでよい。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まない。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。ガラス組成物及びこのガラス組成物から形成されるガラス物品について、添付の図面を具体的に参照してより詳細に説明する。
本明細書で使用する用語「液相粘度（ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ）」は、液相線温度におけるガラス組成物の剪断粘度を表す。
本明細書で使用する用語「液相線温度（ｌｉｑｕｉｄｕｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）」は、ガラス組成物に失透が発生する最高温度を表す。
本明細書で使用する用語「ＣＴＥ」は、約２０℃〜約３００℃の範囲の温度に亘って平均したガラス組成物の熱膨張係数を表す。
ガラス組成物中に特定の酸化物成分が存在しないことを説明するために使用する場合、用語「実質的に含まない（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｆｒｅｅ）」は、その成分がガラス組成物中に汚染物質として１モル％未満の僅かな量でしか存在しないことを意味する。
そうでないことが明記されていない限り、本明細書に記載するガラス組成物の実施形態において、これを構成する成分（例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３等）の濃度は酸化物基準のモル百分率（モル％）で表す。
本明細書に記載するガラス組成物は、液相粘度及び液相線温度等の特性を有し、これによってこのガラス組成物は、フュージョンダウンドロープロセス及び／又はフュージョン積層プロセス等のフュージョン形成プロセスと併せての使用に特に適したものとなる。これらの特性は、本明細書でより詳細に説明するように、ガラスの具体的な組成に帰することができる。
本明細書に記載するガラス組成物の実施形態では、ＳｉＯ２はこの組成物の最も多い構成要素であり、従ってＳｉＯ２は、ガラス組成物から形成されるガラス網目の主要構成要素である。純粋なＳｉＯ２は比較的低いＣＴＥを有し、アルカリを含まない。しかしながら、純粋なＳｉＯ２は極めて高い融点を有する。従って、本明細書に記載するガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度が高過ぎると、ＳｉＯ２の濃度が高くなることによって、ガラスを溶融させるのが困難となり、これがガラスの成形性に悪影響を与えるため、ガラス組成物の成形性が損なわれ得る。本明細書に記載する実施形態では、ガラス組成物のフュージョン成形を容易にするために、ガラス組成物は一般に、ＳｉＯ２を約６６モル％以下の濃度で含む。例えばいくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＳｉＯ２の濃度は、約６０モル％以上であり、かつ約６６モル％以下である。他のいくつかの実施形態では、ＳｉＯ２はガラス組成物中に約６３モル％以上かつ約６５モル％以下の濃度で存在する。
本明細書に記載するガラス組成物はまた、Ａｌ２Ｏ３も含む。Ａｌ２Ｏ３はＳｉＯ２と同様、ガラス網目形成材として働く。ＳｉＯ２と同様に、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成物から形成されたガラス溶融物中における四面体配位により、このガラス組成物の粘度を上昇させる。しかしながら、ガラス組成物中において、Ａｌ２Ｏ３の濃度がＳｉＯ２の濃度及びアルカリ土類酸化物の濃度に対して平衡状態にある場合、Ａｌ２Ｏ３はガラス溶融物の液相線温度を低下させて、液相粘度を増大させ、フュージョン形成プロセス等の特定の形成プロセスに対するガラス組成物の適合性を改善できる。
本明細書に記載する実施形態では、所望の液相線温度を有する組成を達成するために、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度は一般に約１０モル％以下である。例えばいくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度は約７モル％以上であり、かつ約１０モル％以下である。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度は約９モル％以下であってよく、又は約８モル％以下でさえあってよい。例えばいくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＡｌ２Ｏ３の濃度は約７モル％以上であり、かつ約９モル％以下であるか、又は約７モル％以上であり、かつ約８モル％以下であってよい。
本明細書に記載する実施形態のガラス組成物は、Ｂ２Ｏ３を更に含む。ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３と同様に、Ｂ２Ｏ３はガラス網目の形成に寄与する。Ｂ２Ｏ３は、ガラス組成物の粘度及び液相線温度を低下させるためにガラス組成物に添加される。具体的には、Ｂ２Ｏ３の濃度が１モル％上昇すると、同等の粘度を得るために必要な温度は、ガラスの具体的な組成に応じて１０℃〜１４℃低下する。しかしながら、Ｂ２Ｏ３はガラス組成物の液相線温度を、Ｂ２Ｏ３１モル％あたり１８℃〜２２℃低下させ得る。従って、Ｂ２Ｏ３は、ガラス組成物の液相粘度を低下させるよりも急峻に、ガラス組成物の液相線温度を低下させる。Ｂ２Ｏ３はまた、ガラス網目を軟化させるためにガラス組成物に添加される。更に、ガラス組成物を、フュージョン形成した積層ガラス物品のガラスクラッド層に使用する場合、ガラスクラッド層のＢ２Ｏ３は、特にガラスコア層がアルカリ含有ガラスコア層である場合に、ガラスクラッド層の粘度をガラスコア層の粘度に適合させるために利用される。更に、ガラス組成物にＢ２Ｏ３を添加することにより、ガラス組成物のヤング率も低下し、これによってガラス本来の損傷耐久性が改善される。
本明細書に記載する実施形態では、Ｂ２Ｏ３一般に、ガラス組成物中に約１４モル％以上の濃度で存在する。例えばいくつかの実施形態では、Ｂ２Ｏ３はガラス中に、約１４モル％以上かつ約１８モル％以下の濃度で存在する。これらの実施形態のうちのいくつかでは、ガラス組成物中のＢ２Ｏ３の濃度は約１７モル％以下であってよく、又は１６モル％以下でさえあってよい。本明細書に記載する他の実施形態では、Ｂ２Ｏ３はガラス組成物中に、約１６モル％以上かつ約１７モル％以下の濃度で存在する。
本明細書に記載するガラス組成物はまた、少なくとも１つのアルカリ土類酸化物を含む。このアルカリ土類酸化物は一般に、溶融に必要な温度を低下させることによって、ガラス組成物の溶融挙動を改善する。更に、いくつかの異なるアルカリ土類酸化物の組合せによって、ガラス組成物の液相線温度の低下を支援し、ガラス組成物の液相粘度を上昇させる。本明細書に記載するガラス組成物中に含まれるアルカリ土類酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯ及びこれらの組合せである。
本明細書に記載する実施形態では、アルカリ土類酸化物はガラス組成物中に、約９モル％以上かつ約１６モル％以下の濃度で存在する。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は約１１モル％〜約１２モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。本明細書に記載する各実施形態では、ガラス組成物はアルカリ土類酸化物として、少なくともＣａＯを、約３モル％以上かつ約１２モル％以下の濃度で含む。いくつかの実施形態では、ＣａＯの濃度は約７モル％以上かつ約１２モル％以下であってよい。アルカリ土類酸化物は更に、ＭｇＯを、約０モル％以上かつ約６モル％以下の濃度で含む。いくつかの実施形態では、ガラス組成物中のＭｇＯの濃度は、約２モル％以上かつ４モル％以下であってよい。ガラス組成物中のアルカリ土類酸化物はまた、ＳｒＯを、約０モル％以上かつ約６モル％以下の濃度で含んでよい。いくつかの実施形態では、ＳｒＯはガラス組成物中に、約１モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。
本明細書に記載するガラス組成物の全ての実施形態において、このガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まない。従って、本明細書に記載するガラス組成物は、Ｋ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＬｉ２Ｏ等のアルカリ酸化物を実質的に含まないことが理解されるだろう。
本明細書に記載するガラス組成物は、１つ以上の清澄剤を任意に含んでよい。清澄剤としては例えば、ＳｎＯ２、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びこれらの組合せが挙げられる。清澄剤はガラス組成物中に、約０モル％以上かつ約０．５モル％以下の量で存在してよい。例示的な実施形態では、清澄剤はＳｎＯ２である。これらの実施形態では、ＳｎＯ２はガラス組成物中に、約０モル％以上かつ約０．２モル％以下、又は約０．１５モル％以下でさえある濃度で存在してよい。
本明細書に記載するいくつかの実施形態では、ガラス組成物は更に、微量のＦｅ２Ｏ３及び／又はＺｒＯ２を含んでよい。例えばいくつかの実施形態では、ガラス組成物はＦｅ２Ｏ３を、０モル％以上かつ０．２モル％以下の濃度で含んでよい。あるいは、又は更に、ガラス組成物はＺｒＯ２を、０モル％以上かつ約０．０８モル％以下の濃度で含んでよい。
本明細書に記載するいくつかの実施形態では、ガラス組成物は、重金属及び重金属を含有する化合物を実質的に含まない。重金属及び重金属を含有する化合物を実質的に含まないガラス組成物はまた、「スーパーグリーン（ＳｕｐｅｒＧｒｅｅｎ）」ガラス組成物と呼んでもよい。本明細書で使用する用語「重金属」は、Ｂａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｃｄ及びＰｂを指す。
本明細書に記載するガラス組成物は一般に、約２０℃〜３００℃の範囲に亘って平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｒｍａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）を有する。いくつかの実施形態では、ガラス組成物のＣＴＥは、約２０℃〜３００℃の範囲において約３７×１０−７／℃以下であってよい。更に他の実施形態では、ガラス組成物のＣＴＥは、約２０℃〜３００℃の範囲において約３５×１０−７／℃以下であってよい。ガラス組成物の比較的低いＣＴＥ値は、少なくとも部分的に、ガラス組成物のＣＴＥを上昇させるＫ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ及びＬｉ２Ｏ等のアルカリ酸化物が存在しないことに帰することができる。このような比較的低いＣＴＥによって、ガラス組成物は、フュージョン形成された積層ガラス物品のガラスクラッド層として使用するのに特に適したものとなる。具体的には、フュージョン積層プロセス中に、低ＣＴＥガラスクラッド層をより高いＣＴＥを有するガラスコア層と組み合わせると、冷却時に、ガラスコア層及びガラスクラッド層のＣＴＥの差によって、ガラスクラッド層に圧縮応力が形成される。従って、本明細書に記載するガラス組成物は、イオン交換処理を用いることなく強化積層ガラス物品を形成するために利用できる。
本明細書に記載するガラス組成物は、このガラス組成物を、フュージョンドロープロセスでの使用及び特にフュージョン積層プロセスにおけるガラスクラッド層としての使用に特に適したものとするような、液相粘度を有する。いくつかの実施形態では、液相粘度は約５０キロポアズ以上である。他のいくつかの実施形態では、液相粘度は１００キロポアズ以上であってよく、又は２５０キロポアズ以上でさえあってよい。
上述のように、ガラス組成物にＢ２Ｏ３を添加することにより、ガラス組成物のヤング率が低下し、これによってガラス本来の損傷耐久性が改善される。本明細書に記載する実施形態では、ガラス組成物は一般に、約１０．５ＭＰｓｉ以下のヤング率を有する。いくつかの実施形態では、ガラス組成物は１０ＭＰｓｉ以下、又は９ＭＰｓｉ以下でさえあるヤング率を有してよい。
以上に基づいて、本明細書において低ＣＴＥガラス組成物の様々な実施形態が開示されることが理解されるだろう。第１の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
第２の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物はＣａＯと、ＭｇＯ及びＳｒＯのうちの少なくとも一方とを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
第３の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約１１モル％〜約１２モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
第４の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。このアルカリ土類酸化物は更に、ＭｇＯ及びＳｒＯのうちの少なくとも一方を含んでよい。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ＭｇＯはガラス組成物中に、約０モル％〜約６モル％の濃度で存在してよい。ＳｒＯはガラス組成物中に、約０モル％〜約６モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
第５の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６３モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１６モル％〜約１７モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳｒＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ＭｇＯはガラス組成物中に、約２モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。ＳｒＯはガラス組成物中に、約１モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
第６の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳｒＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ＭｇＯはガラス組成物中に、約２モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。ＳｒＯはガラス組成物中に、約１モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
第７の例示的実施形態では、ガラス組成物はガラス網目形成材として：約６３モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１６モル％〜約１７モル％のＢ２Ｏ３を含む。このガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。ガラス組成物は約２０℃〜３００℃の温度範囲に亘って、平均して４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する。
以上、複数の例示的なガラス組成物について、各ガラス組成物の様々な構成成分（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３等）の具体的な組成範囲に関連して記載したが、上述のように、各構成成分の各組成範囲は、その構成成分に関する１つ以上のより狭い組成範囲を含み得ることを理解されたい。更に、構成成分のこのようなより狭い組成範囲及び／又は様々な構成成分間の関係は、所望の特性を有するガラスを製造するために、本明細書に記載するガラス組成物のいずれの実施形態にも援用してよいことも理解されたい。
ここで図１を参照すると、本明細書に記載するガラス組成物を用いて、図１に概略断面図を示す積層ガラス物品１００のようなガラス物品を形成できる。この積層ガラス物品１００は一般に、ガラスコア層１０２、及び１対のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを備える。本明細書に記載するガラス組成物は、その比較的低い熱膨張係数により、ガラスクラッド層としての使用に特に適しており、これについては後により詳細に説明する。
図１は、ガラスコア層１０２を、第１の表面１０３ａ及びこの第１の表面１０３ａと対向する第２の表面１０３ｂを備えるものとして示す。第１のガラスクラッド層１０４ａはガラスコア層１０２の第１の表面１０３ａに融着され、第２のガラスクラッド層１０４ｂはガラスコア層１０２の第２の表面１０３ｂに融着する。ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、接着剤、被覆層等のいずれの追加の材料をガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂとの間に配置することなく、ガラスコア層１０２に融着される。よって、ガラスコア層１０２の第１の表面は、第１のガラスクラッド層に直接隣接し、ガラスコア層の第２の表面は、第２のガラスクラッド層に直接隣接する。いくつかの実施形態では、ガラスコア層１０２及びガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを、フュージョン積層プロセスによって形成する。拡散性層（図示せず）を、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａとの間、又はガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ｂとの間、又はこれら両方に形成してよい。このような場合、第１の拡散性層の平均クラッド熱膨張係数は、コアの平均クラッド熱膨張係数の値と第１のクラッド層の平均クラッド熱膨張係数との間の値を有するか、又は第２の拡散性層の平均クラッド熱膨張係数は、コアの平均クラッド熱膨張係数の値と第２のクラッド層の平均クラッド熱膨張係数との間の値を有する。
本明細書に記載する積層ガラス物品１００の実施形態では、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥｃｌａｄを有する第１のガラス組成物から形成され、ガラスコア層１０２は、平均熱膨張係数ＣＴＥｃｏｒｅを有する異なる第２のガラス組成物から形成される。ＣＴＥｃｏｒｅはＣＴＥｃｌａｄより大きく、これによりガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、イオン交換又は熱強化を用いずに圧縮応力を印加される。
具体的には、本明細書に記載するガラス物品１００は、米国特許第４２１４８８６号明細書（参照により本出願に援用される）に記載されたプロセス等のフュージョン積層プロセスによって形成できる。例として図２を参照すると、積層ガラス物品を形成するための積層フュージョンドロー装置２００は、下側アイソパイプ２０４を覆うように位置決めされた上側アイソパイプ２０２を含む。上側アイソパイプ２０２はトラフ２１０を含み、溶融ガラスクラッド組成物２０６が溶融装置（図示せず）からこのトラフ２１０に供給される。同様に、下側アイソパイプ２０４はトラフ２１２を含み、溶融ガラスコア組成物２０８が溶融装置（図示せず）からこのトラフ２１２に供給される。実施形態では、本明細書に記載するように、溶融ガラスコア組成物２０８は、溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均熱膨張係数ＣＴＥｃｌａｄより大きな平均熱膨張係数ＣＴＥｃｏｒｅを有する。
溶融ガラスコア組成物２０８がトラフ２１２を充填するにつれて、この溶融ガラスコア組成物２０８はトラフ２１２から溢れ、下側アイソパイプ２０４の外側形成表面２１６、２１８上を流れる。下側アイソパイプ２０４の外側形成表面２１６、２１８は、基部２２０に収束する。従って、外側形成表面２１６、２１８上を流れる溶融ガラスコア組成物２０８は、下側アイソパイプ２０４の基部２２０において再び結合し、積層ガラス物品のガラスコア層１０２を形成する。
同時に、溶融ガラスクラッド組成物２０６は、上側アイソパイプ２０２に形成されたトラフ２１０から溢れ、上側アイソパイプ２０２の外側形成表面２２２、２２４上を流れる。溶融ガラスクラッド組成物２０６は、上側アイソパイプ２０２によって外向きに偏向され、溶融ガラスクラッド組成物２０６は下側アイソパイプ２０４の周縁を流れて、下側アイソパイプの外側形成表面２１６、２１８上を流れる溶融ガラスコア組成物２０８と接触し、溶融ガラスコア組成物と融着して、ガラスコア層１０２の周りにガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成する。
上述のように、溶融ガラスコア組成物２０８は一般に、溶融ガラスクラッド組成物２０６の平均熱膨張係数ＣＴＥｃｌａｄより大きい平均熱膨張係数ＣＴＥｃｏｒｅを有する。従って、ガラスコア層１０２及びガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂが冷却されるにつれて、ガラスコア層１０２とガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂとの間の熱膨張係数の差により、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂにおいて圧縮応力が発生する。この圧縮応力は、結果として得られる積層ガラス物品の強度を、イオン交換処理又は熱強化処理を行うことなく上昇させる。
図１に示す積層ガラス物品１００を再び参照すると、積層ガラス物品１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂは、４０×１０−７／℃以下の熱膨張係数を有する本明細書に記載するガラス組成物等の、比較的低い平均熱膨張係数を有するガラス組成物から形成される。
例えば一実施形態では、ガラスクラッド層は、ガラス網目形成材として：約６０モル％〜約６６モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１４モル％〜約１８モル％のＢ２Ｏ３を含む上述のガラス組成物等の、低いＣＴＥを有するガラス組成物から形成される。ガラスクラッド層に使用されるこのガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は少なくともＣａＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。これらのガラスクラッド層に使用されるガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。
別の例示的な実施形態では、ガラスクラッド層は、ガラス網目形成材として：約６３モル％〜約６５モル％のＳｉＯ２；約７モル％〜約１０モル％のＡｌ２Ｏ３；約１６モル％〜約１７モル％のＢ２Ｏ３を含む上述のガラス組成物等の、低いＣＴＥを有するガラス組成物から形成してよい。ガラスクラッド層に使用されるこのガラス組成物は更に、約９モル％〜約１６モル％のアルカリ土類酸化物を含んでよい。このアルカリ土類酸化物は、ＣａＯ、ＭｇＯ及びＳｒＯを含む。ＣａＯはガラス組成物中に、約３モル％〜約１２モル％の濃度で存在してよい。ＭｇＯはガラス組成物中に、約２モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。ＳｒＯはガラス組成物中に、約１モル％〜約４モル％の濃度で存在してよい。これらのガラスクラッド層に使用されるガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まないものであってよい。
ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂとして使用するための具体的なガラス組成物について上述したが、本明細書に記載するいずれのガラス組成物を、積層ガラス物品１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂを形成するために使用できることを理解されたい。
更に、積層ガラス物品１００のガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂについて、比較的低い平均熱膨張係数を有するガラス組成物から形成されるものとして上述したが、フュージョン形成に続く積層物品の冷却時の、クラッド層における圧縮応力の発生を促進するために、ガラス物品１００のガラスコア層１０２は、ガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂより高い平均熱膨張係数を有するガラス組成物から形成される。例えばガラスコア層は、Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ社に譲渡された同時係属中の米国特許出願第６１／６０７８６９号明細書「高ＣＴＥホウケイ酸カリウムコアガラス及びこれを含むガラス物品（Ｈｉｇｈ ＣＴＥ Ｐｏｔａｓｓｉｕｍ Ｂｏｒｏｓｉｌｉｃａｔｅ Ｃｏｒｅ Ｇｌａｓｓｅｓ ａｎｄ Ｇｌａｓｓ Ａｒｔｉｃｌｅｓ Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ）」に記載されたガラス組成物（このガラス組成物は、２０℃〜３００℃の温度範囲において７５×１０−７／℃以上の熱膨張係数を有する）のような、アルカリイオンを含むガラス組成物から形成できる。例えばガラスコア層は、約７０モル％〜約８０モル％のＳｉＯ２；約０モル％〜約８モル％のＡｌ２Ｏ３；約３モル％〜約１０モル％のＢ２Ｏ３；約０モル％〜約２モル％のＮａ２Ｏ；約１０モル％〜約１５モル％のＫ２Ｏ；約５モル％〜約６モル％のアルカリ土類酸化物を含むガラス組成物から形成してよく、ここで上記アルカリ土類酸化物はＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのうちの少なくとも１つであり、ＭｇＯを含有しない。しかしながら、ガラスコア層１０２の平均熱膨張係数がガラスクラッド層１０４ａ、１０４ｂの平均熱膨張係数よりも大きい限りにおいて、他のガラス組成物を使用して積層ガラス物品１００のガラスコア層１０２を形成してもよいことを理解されたい。
本明細書に記載するガラス組成物の様々な実施形態について、以下の実施例を用いて更にはっきりと説明する。
以下の表１〜３に列挙したバッチ組成に従って、複数の例示的なガラス組成物を調製した。酸化物構成成分のバッチを混合し、溶融させ、ガラスプレートに成形した。ガラス溶融物の特性（即ち液相線温度、アニール点等）及び結果として得られるガラス物品の特性を測定し、その結果を表１〜３で報告する。
表１〜３を参照すると、本発明のガラス組成物（即ち例Ａ１〜Ａ２６）及び比較用のガラス組成物（即ち例Ｃ１〜Ｃ４）の組成及び特性が提供されている。表に示すように、例Ａ１及びＡ３〜Ａ２６はそれぞれ、比較的高い液相粘度（約５０キロポアズ超）及び比較的低い熱膨張係数（約４０×１０−７以下）を示した。これにより、ガラス組成物は、フュージョン形成プロセスと共に使用するのに、及び特にフュージョン形成積層ガラス物品のガラスクラッド層として使用するのに適したものとなる。これらのガラスはまた、比較的高いアニール点（約６５０℃超）も示した。上記のようなアニール点により、ガラスは、強化後に高温に曝露した場合に応力が緩和されにくいものとなる。
例Ａ２として示したガラス組成物は、本明細書に記載する本発明のガラス組成物に当てはまる。しかしながら、このガラス組成物は５０キロポアズを僅かに下回る液相粘度を示した。理論に拘束されることを望むものではないが、このような比較的低い液相粘度は、少なくとも部分的には、この特定の組成物中の他の構成成分に対する、この組成物中のスズ（ＳｎＯ２）の濃度によるものであると考えられる。
表３を参照すると、比較例Ｃ１〜Ｃ４の特性が提供されている。比較例Ｃ１〜Ｃ４はそれぞれ、高い濃度のＡｌ２Ｏ３を含んでいた。このようなＡｌ２Ｏ３濃度の上昇は、Ａｌ２Ｏ３の濃度、ＳｉＯ２の濃度及びアルカリ土類酸化物の濃度の不均衡による液相粘度の低下に繋がる。
Figure 0006162156
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以上、本明細書に記載するガラス組成物は比較的低い熱膨張係数を有することが理解されるであろう。従って、本明細書に記載するガラス組成物は、フュージョン積層プロセスによって圧縮応力を印加された積層ガラス物品を形成するために、比較的高い熱膨張係数を有するガラス組成物と組み合わせて使用するのに特に適している。このようなガラス物品は、携帯電話、個人用音楽プレーヤ、タブレットコンピュータ、ＬＣＤ及びＬＥＤディスプレイ、自動預入支払機等を含むがこれらに限定されない様々な消費者用電子デバイスに使用できる。
本明細書に記載するガラス組成物の特性（例えば液相粘度、液相線温度等）により、このガラス組成物は、フュージョンダウンドロープロセス又はフュージョン積層プロセス等のフュージョン形成プロセスと共に使用するのに適したものとなっていることも、理解されるであろう。
更に、本明細書に記載するガラス組成物はアルカリ金属を含まない。従って本明細書に記載するガラス組成物は、ＬＣＤ、ＬＥＤ及びＯＬＥＤディスプレイの背面基板として使用するのに特に適したものとなり得る（アルカリ金属が存在すると、背面基板上に蒸着した薄膜トランジスタに損傷が発生する場合がある）。本明細書に記載するガラス組成物は、背面基板全体を形成するために使用でき、又は、アルカリ含有ガラスコアを含む積層ガラス基板のクラッドガラスとして使用できる。
更に、このガラス組成物を積層ガラス物品のクラッド層として使用する場合について具体的に言及してきたが、このガラス組成物は、例えば電子デバイスのカバーガラス、ディスプレイデバイスの背面ガラス及びその他の類似のガラス物品等のガラス物品（即ち非積層ガラス物品）を形成するために独立して使用してもよいことを理解されたい。
本出願が請求する主題の精神及び範囲から逸脱しない限りにおいて、本明細書に記載する実施形態に対して様々な修正及び変形を施すことができることは、当業者には明らかであろう。従って本明細書は、本明細書に記載する様々な実施形態の修正例及び変形例を、これら修正例及び変形例が添付の請求項及びその均等物の範囲内にある限り、包含することを意図したものである。
１００ ガラス物品
１０２ ガラスコア層
１０３ａ ガラスコア層の第１の表面
１０３ｂ ガラスコア層の第２の表面
１０４ａ 第１のガラスクラッド層
１０４ｂ 第２のガラスクラッド層
２００ 積層フュージョンドロー装置
２０２ 上側アイソパイプ
２０４ 下側アイソパイプ
２０６ 溶融ガラスクラッド組成物
２０８ 溶融ガラスコア組成物
２１０ 上側アイソパイプのトラフ
２１２ 下側アイソパイプのトラフ
２１６ 下側アイソパイプの外側形成表面
２１８ 下側アイソパイプの外側形成表面
２２０ 基部
２２２ 上側アイソパイプの外側形成表面
２２４ 上側アイソパイプの外側形成表面

Claims (8)

  1. ６０モル％〜６６モル％のＳｉＯ２；
    ７モル％〜１０モル％のＡｌ２Ｏ３；
    １４モル％〜１８モル％のＢ２Ｏ３；及び
    ９モル％〜１６モル％のアルカリ土類酸化物；
    を含む、ガラス組成物であって、
    前記アルカリ土類酸化物は、３モル％〜１２モル％のＣａＯ、２モル％〜４モル％のＭｇＯ、及び１モル％〜４モル％のＳｒＯを含み、
    前記ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まず、重金属を含まず、５０キロポアズ以上の液相粘度を有する、ガラス組成物。
  2. ６３モル％〜６５モル％のＳｉＯ２；及び
    １６モル％〜１７モル％のＢ２Ｏ３；
    を含む、請求項１に記載のガラス組成物。
  3. １０．５Ｍｐｓｉ以下のヤング率を有する、請求項１又は２に記載のガラス組成物。
  4. 前記ガラス組成物が、１０４０℃以下の液相温度を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス組成物。
  5. 第１のガラスクラッド層と第２のガラスクラッド層との間に配置されたガラスコア層を備える、ガラス物品であって、
    前記第１のガラスクラッド層及び前記第２のガラスクラッド層は、
    ６０モル％〜６６モル％のＳｉＯ ２ ；
    ７モル％〜１０モル％のＡｌ ２ Ｏ ３ ；
    １４モル％〜１８モル％のＢ ２ Ｏ ３ ；及び
    ９モル％〜１６モル％のアルカリ土類酸化物；
    を含む、ガラス組成物から形成され、
    前記アルカリ土類酸化物は、３モル％〜１２モル％のＣａＯ、２モル％〜４モル％のＭｇＯ、及び１モル％〜４モル％のＳｒＯを含み、
    前記ガラス組成物は、アルカリ金属及びアルカリ金属を含有する化合物を実質的に含まない、
    ガラス物品。
  6. 前記ガラスコア層は、平均コア熱膨張係数ＣＴＥｃｏｒｅを有し；
    前記第１のガラスクラッド層及び前記第２のガラスクラッド層は、前記平均コア熱膨張係数ＣＴＥｃｏｒｅ未満である平均クラッド熱膨張係数ＣＴＥｃｌａｄを有し；
    前記第１のガラスクラッド層及び前記第２のガラスクラッド層は、圧縮応力を受ける；請求項５に記載のガラス物品。
  7. 前記ガラスコア層の第１の表面は、前記第１のガラスクラッド層に直接隣接し、
    前記ガラスコア層の第２の表面は、前記第２のガラスクラッド層に直接隣接する、請求項５又は６に記載のガラス物品。
  8. 前記第１のガラスクラッド層又は第２のガラスクラッド層と前記ガラスコア層との間に、拡散性層が配置され、
    前記拡散性層の平均熱膨張係数は、前記コアの前記平均コア熱膨張係数の値と、前記第１のガラスクラッド層又は前記第２のガラスクラッド層の前記平均クラッド熱膨張係数の値との間の値を有する、請求項５又は６に記載のガラス物品。
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