JP6443809B2 - 積層ガラス構造体及び製造方法 - Google Patents

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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、２０１３年１月２６日出願の米国仮特許出願第６１／７５７１４４号、及び２０１３年５月３１日出願の米国仮特許出願第６１／８２９６６０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存し、参照によってその全体を援用する。
本開示は一般に、積層ガラス物品又はシート及びその作製方法に関し、より具体的には、強度及び破断耐性が向上した仕上げ加工済み縁部を有する、積層ガラス物品又はシート、及び上記物品又はシートを作製するためのプロセスに関する。
本開示の第１の態様によると、積層ガラス構造体が提供される。この構造体は、１つ又は複数の内側ガラス層（これら内側ガラス層のうちの少なくとも１つは張力下にある）と、上記１つ又は複数の内側層の両側に積層されて積層ガラス構造体を形成する、圧縮下の２つの外側ガラス層とを備える。この積層ガラス構造体は、相互に対向する主表面を有し、１つ又は複数の縁部で囲まれ、上記外側層のうちの一方又は両方は、積層ガラス構造体の縁部のうちの１つ又は複数において、上記１つ又は複数の内側層の周りを少なくとも部分的に包囲する。
本開示の別の態様は、積層ガラス構造体を形成するためのプロセスを含む。このプロセスは：１）１つ又は複数の内側ガラス層（上記内側ガラス層のうちの少なくとも１つは張力下にある）と、上記１つ又は複数の内側層の両側に積層された、圧縮下の２つの外側ガラス層とを備える、積層ガラス構造体であって、上記構造体は、対向する２つの主表面と、１つ又は複数の端面とを有し、上記１つ又は複数の内側ガラス層及び上記２つの外側ガラス層は、上記端面において露出している、積層ガラス構造体を準備するステップ；２）１つ又は複数の端面のうちの少なくとも１つから、少なくともある程度のガラスを除去し、上記１つ又は複数の端面のうちの少なくとも１つに凹所を形成するステップ；及び３）上記１つ又は複数の端面のうちの上記少なくとも１つに熱を印加することにより、上記外側層のうちの一方又は両方に、上記１つ又は複数の端面のうち上記少なくとも１つにおいて、上記１つ又は複数の内側層の周りを少なくとも部分的に包囲させるステップを含む。
本開示の更なる態様、利点及び特徴は、以下の説明及び図面から明らかになるであろう。
本開示による積層構造体を形成するためのプロセスのいくつかの態様、及び結果として得られる積層構造体のいくつかの実施形態を示す、模式断面図 図１Ａ〜１Ｃに示したプロセスの代替プロセス又は変形例のいくつかのステップを示す、模式断面図 仕上げ加工されていない縁部（Ａ）および仕上げ加工済みの（丸みを帯びた）縁部（Ｂ）における断面応力の、コンピュータで生成したマップ ある積層構造体の縁部の、熱処理前（Ａ）および熱処理後（Ｂ）の断面のデジタル写真 別の積層構造体の縁部の、熱処理前（Ａ）および熱処理後（Ｂ）の断面のデジタル写真
望ましくは、内側層に比べて熱膨張率（ＣＴＥ）が低いガラスの外側層によって、ガラスの表面が圧縮下に置かれるため、強化積層体は有益である。このような外側層の圧縮は、積層構造体のコアの張力を伴う。典型的には、このような積層シートを（例えばスコアリングを施して割ることによって）切断する際、この中央の張力下にある部分が露出し、結果として得られるガラス物品又はシートに関して、脆弱な箇所及び破断しやすい点が生成される。従って、強度及び損傷耐性が向上した縁部を有する積層ガラス構造体が望まれており、このような積層ガラス構造体を形成する方法が必要とされている。
本開示によると、このような利点及びこのような方法は、１つ又は複数の内側ガラス層（上記層のうちの少なくとも１つは張力下にある）と、上記１つ又は複数の内側層の両側に積層されて積層ガラス構造体を形成する、圧縮下の２つの外側ガラス層とを備える、積層ガラス構造体であって、相互に対向する主表面を有し、１つ又は複数の縁部で囲まれている、積層ガラス構造体によって提供される。上記外側層のうちの一方又は両方は、積層ガラス構造体の縁部のうちの１つ又は複数において、上記１つ又は複数の内側層の周りを少なくとも部分的に包囲する。これにより上記縁部の少なくとも一部分は、容易に損傷しないよう、及び張力下にある表面領域が露出しないよう、保護される。
外側層は、１つ又は複数の内側層の周りを、各外側層の厚さの少なくとも１．５倍、より望ましくは少なくとも２倍の距離まで包囲するのが望ましい。いくつかの用途に関しては、外側層は、積層ガラス構造体の縁部のうちの１つ又は複数において１つ又は複数の内側層を完全に取り囲むために十分な程度に、上記１つ又は複数の内側層を包囲するのが更に望ましい。このような構造体及びこのような構造体を作製するためのプロセスを、図１Ａ〜１Ｃに示す。
図１Ａ〜１Ｃは、本開示による積層構造体を形成するためのプロセスのいくつかの態様、及び結果として得られる積層構造体のいくつかの実施形態を示す、模式断面図である。
図１Ａでは、１つ又は複数の内側ガラス層１２（灰色）（上記内側層のうちの少なくとも１つは張力下にある）と、上記１つ又は複数の内側層１２の両側に積層された、圧縮下の２つの外側ガラス層１４、１６（黒色）とを備える、積層シート１０が提示されている。この構造体は、２つの対向する主表面２０、３０、及び１つ又は複数の端面４０（図１Ａの頂部にある端面）を有し、この端面４０において、１つ又は複数の内側ガラス層１２及び２つの外側ガラス層１４、１６は露出している。
次に図１Ｂに示すように、かつ図１Ａから図１Ｂへの矢印によって示されているように、図１Ａの積層シート１０の１つ又は複数の端面４０のうちの少なくとも１つから、少なくともある程度のガラスを除去し、端面４０に凹所５０を形成する。この凹所５０は、積層シート１０の対向する主表面２０、２３に対して垂直な方向（図１Ａ及び１Ｂでは左から右）の凹所である。凹所５０は様々な形状であってよく、幅が広いノッチ５０ａ（外側層１４、１６のみを完全に残す）、幅が狭いノッチ５０ｂ及びＶ字型構造のノッチ５０ｃという３つの例を図１Ｂに示す。凹所５０を形成するためのガラスの除去は、望ましくは、レーザアブレーション等のレーザ処理、エッチング、研削又はこれらのいずれの組み合わせによって実行してよい。他の技術も適用してよい。
次に図１Ｃに示すように、かつ図１Ｂから図１Ｃへの矢印によって示されているように、凹所５０が既に形成された端面４０に熱を印加することにより、外側層１４、１６のうちの一方又は両方に、図１Ｃの下側の仕上げ加工済み積層シート１１０ｂのように、１つ又は複数の内側層１２の周りを少なくとも部分的に包囲させるか、又は図１Ｃの上側の仕上げ加工済み積層シート１４０ａのように、１つ又は複数の内側層１２を完全に取り囲ませる。加熱はレーザ及び／又は炎による加熱によって実施してよい。潜在的には、放射線加熱及びプラズマ加熱といった方法を含む他の加熱方法も、組み合わせて又は単独でさえ適用してよい。加熱及びＣＴＥ／表面張力作用下でのガラスの自然な運動は、外側表面１４、１６を内側に屈曲させて、図１Ｃに示すように内側層１２を部分的に又は完全に被覆するのに十分なものである。加熱は、図１Ｃに示した正確な配向（縁部を上向きにする）で実行する必要はないが、これは１つの選択肢であり、いくつかの場合に好ましいものとなり得る。
図２Ａ〜２Ｃは、図１Ａ〜１Ｃに示したプロセスの代替プロセス又は変形例のいくつかのステップを示す、模式断面図である。この代替プロセスでは、図１Ｂのステップの凹所５０の開始形状を、図２Ａの更に深い凹所５０ｄ及び５０ｅのように、更に深くすることができるか、又はその他の様式で修正できる。このような更に深い、又はその他の様式で修正された凹所５０を用いてプロセスを開始すると、次に端面４０を加熱する際、図２Ｂに示すように、中央に空所６０を有する部分的なシールが形成され得る。有益なことに、続いてこの空所６０を用いて、図２Ｃに示すもののような保護用及び緩衝用取り付けインタフェースを位置決めしてよく、これは、フレーム８０と協働する保護用密閉及び取り付け又は固定材料７０を含む。このような空所６０は必ずしも必要ではないが、梱包、取り付け又はその他の目的のために端面４０に溝が必要となり得る場合に、有益な選択肢であり得る。
図３Ａおよび３Ｂは、仕上げ加工されていない縁部（図３Ａ）及び仕上げ加工済みの（丸みを帯びた）縁部（図３Ｂ）における断面応力の、コンピュータで生成したマップであり、１つ又は複数の内側層１２は、仕上げ加工済み縁部において、外側層１４、１６によって部分的にのみ取り囲まれている。図３Ｂに示すように、角は外側（圧縮）層によって効果的に保護され、（緑色の影で示されている［更に高い応力を有するわずかな部分は赤色で示されている］）高応力ガラスの体積が（図３Ａに比べて）減少する。
実験
本開示のプロセスの一実施形態によると、ダイヤモンド鋸の縁部を用いた研削によって凹所を形成した。縁部に熱を印加するために、まず高温チャック及び赤外線放射線ヒータを用いて、縁部を５００〜６００℃に予備加熱した。次に、ビームを通して縁部を案内するプログラムされたロボットアームを用いて、縁部を、一定供給量の固定ＣＯ２レーザビームを通して、ビームに対して垂直に移動させた。使用したレーザは、およそガラス積層体の幅×およそ１０ｍｍの供給方向における長さという寸法を有するスポットサイズにおいて、２０〜１３０ワットの電力を生成する。供給量は５〜２０ｍｍ／秒であった。（レーザ電力、レーザスポットサイズ及び供給量は、ガラス、縁部形状、及び必要な又は望ましい変形の程度に基づいて最適化できる。）レーザによる縁部仕上げ加工の後、望ましくは制御された速度で冷却を実施し、さもなくば、ガラスが割れることがある。この場合、６５０℃での１時間に亘るアニーリングを用いて、応力を低減した。熱処理前の縁部及び熱処理後の縁部を、図４Ａ及び４Ｂ並びに５Ａ及び５Ｂに示しており、加熱前の積層構造体を「Ａ」の写真、加熱後の積層構造体を「Ｂ」の写真に示す。図４Ｂ及び５Ｂから分かるように、本開示のプロセスを用いてガラス積層構造体の１つ又は複数の内側層を、積層構造体の厚さを増大させることなく完全に取り囲むことができることが示された。結果として得られた縁部は、機械加工ツールの痕跡又は損傷が全く残っていない、平滑な（熱によって平滑化された）表面を有する。
１０ 積層シート
１２ 内側ガラス層
１４、１６ 外側ガラス層
２３、３０ 主表面
４０ 端面
５０ 凹所
５０ａ 幅が広いノッチ
５０ｂ 幅が狭いノッチ
５０ｃ Ｖ字型構造のノッチ
６０ 空所
７０ 保護用密閉及び取り付け又は固定材料
８０ フレーム

Claims (6)

  1. 少なくとも１つが張力下にある、１つ又は複数の内側ガラス層；及び
    前記１つ又は複数の内側ガラス層の両側に積層されて積層ガラス構造体を形成する、圧縮下の２つの外側ガラス層
    を備える、積層ガラス構造体であって、
    前記積層ガラス構造体は、相互に対向する主表面を有し、１つ又は複数の縁部で囲まれ、
    前記外側ガラス層のうちの一方又は両方は、前記積層ガラス構造体の前記縁部のうちの１つ又は複数において、前記２つの外側ガラス層の間に空所を残して、前記１つ又は複数の内側ガラス層の周りを部分的に包囲する、積層ガラス構造体。
  2. 前記外側ガラス層のうちの一方又は両方は、前記１つ又は複数の内側ガラス層の周りを、各前記外側ガラス層の厚さの少なくとも１．５倍の距離まで包囲する、請求項１に記載の構造体。
  3. 前記外側ガラス層のうちの一方又は両方は、前記積層ガラス構造体の前記縁部のうちの１つ又は複数において前記１つ又は複数の内側ガラス層を取り囲むために十分な程度に、前記１つ又は複数の内側ガラス層を包囲する、請求項１又は２に記載の構造体。
  4. 前記構造体の、前記対向する主表面に対して垂直な方向の厚さは、前記縁部付近の位置において、前記主表面の中央付近の位置においてよりも大きくなることはない、請求項１〜３のいずれか１項に記載の構造体。
  5. 前記外側ガラス層のうちの一方又は両方が前記１つ又は複数の内側ガラス層の周りを包囲している、前記構造体の外側表面は、熱によって平滑化された表面である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構造体。
  6. 前記空所の中に少なくとも部分的に入り込むように位置決めされ、フレームと接触する、密閉または取り付け用の固定材料をさらに有してなる、請求項１に記載の構造体。
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