JP6749997B2 - 熱強化された消費家電用ガラスおよびその関連するシステムと方法 - Google Patents

熱強化された消費家電用ガラスおよびその関連するシステムと方法 Download PDF

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Description

優先権
本出願は、２０１５年１０月２日に出願された米国仮特許出願第６２／２３６２９６号および２０１６年１月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／２８８８５１号および２０１６年１月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／２８６１９２号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものであり、また２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４２３２号および２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４２７４号および２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４２９３号および２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４３０３号および２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４３６３号および２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４３１９号および２０１５年７月３０日に出願された米国特許出願第１４／８１４３３５号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものであり、それらの内容の全てがここに依拠され、ここに引用される。
本開示は、広く、消費家電用途のための熱的に状態調節された（例えば、強化された、焼入れされた、加熱されたなど）カバーガラスに関し、詳しくは、消費家電用途のための、特に、薄い消費家電用ガラスシート（ここでは「カバーガラス」とも称される）のための、熱強化ガラスおよびガラスの熱的強化のための関連方法およびシステムに関する。
ガラスシートの熱的（または「物理的」）強化において、ガラスシートは、そのガラスのガラス転移温度より高い高温に加熱され、次いで、シートの表面が急激に冷却（「急冷」）される一方で、シートの内部領域はより遅い速度で冷める。その内側領域は、ガラスの厚さおよびかなり低い熱伝導率により断熱されているので、より遅く冷める。この異なる冷却により、ガラスの表面領域に残留圧縮応力が生じ、これは、ガラスの中央領域の残留引張応力によって釣り合わされる。
ガラスの熱的強化は、イオン拡散などの過程による表面に近い領域でのガラスの化学組成の変化によって表面圧縮応力が生じる、ガラスの化学的強化とは区別される。イオン拡散に基づくいくつかの過程において、ガラス表面またはその近くに圧縮応力（負の引張応力とも呼ばれる）を与えるためにその表面の近くにあるより小さいイオンをより大きいイオンと交換することによって、ガラスの外部が強化されることがある。その圧縮応力は、亀裂の発生および／または伝搬を制限すると考えられる。
ガラスの熱的強化は、二種類のガラスを組み合わせることによってガラスの外部が強化されるまたは配置される過程によって強化されたガラスとも区別される。そのような過程では、熱膨張係数が異なるガラス組成物の層が、熱いうちに互いに組み合わされるまたは積層される。例えば、熱膨張係数（ＣＴＥ）がより高い溶融ガラスを、ＣＴＥがより低い溶融ガラスの層の間に挟むことによって、ガラスが冷めたときに、内部ガラスにおける正の張力が外層を圧縮し、この場合もやはり、その正の引張応力を釣り合わせるためにその表面に圧縮応力を形成する。この表面圧縮応力が強化をもたらす。
熱強化された消費家電用ガラスまたはカバーガラスには、強化されていないガラスに対して利点がある。この強化された消費家電用ガラスまたはカバーガラスの表面圧縮は、強化されていないガラスよりも大きい耐破壊性を与える。強度の増加は、一般に、表面圧縮応力の量に比例する。シートが、その厚さに対して十分なレベルの熱的強化を有する場合、そのガラスが割れると、一般に、そのガラスは、縁の鋭い大きいまたは細長い破片ではなくむしろ小さい破片に割れる。様々な確立された基準に定義されるように、十分に小さい破片、または「ダイス(dices)」に割れるガラスは、安全ガラス、または「十分に焼入れされた」ガラス、もしくは時々、単に「焼入れ」ガラスとしても知られているであろう。
強化の程度は、急冷中のガラスシートの表面と中央との間の温度差に依存するので、より薄いガラスには、所定の応力を達成するために、より速い冷却速度が必要である。また、より薄いガラスでは、一般に、破壊の際に小粒子にダイシング(dicing)するために、表面圧縮応力および中央引張応力の値がより高い必要がある。したがって、厚さが約３ｍｍ以下のガラスにおいて所望のレベルの焼入れを達成することは、不可能でなくとも、非常に困難である。
本開示の態様は、その外部を強化するための応力プロファイルを有する消費家電用ガラスまたはカバーガラスにも関する。消費者向け電子機器の任意の表面に使用するためのカバーガラスなどの消費家電用ガラスは、幅広い用途に使用されるであろう。そのような用途としては、携帯型電話、タブレット、携帯電話、パーソナルコンピュータ、ノート型コンピュータ、電子看板、電子黒板などが挙げられる。
本開示の態様は、広く、その外部を強化するための応力プロファイルを有するガラスまたはガラスセラミックにも関する。ガラスのシートなどのガラスおよびガラスセラミック物品は、幅広い用途に使用されることがある。そのような用途の例としては、窓、カウンター、容器（例えば、食品用、化学薬品用）における使用、表示装置（例えば、タブレット、携帯型電話、テレビ）用のバックプレーン、フロントプレーン、カバーガラスなどとしての使用、高温用基体または支持構造としての使用、もしくは他の用途が挙げられる。
本開示は、一部には、高度に強化された薄い消費家電用ガラスまたはカバーガラスシートおよび物品、並びに過去に達成されていない厚さで消費家電用ガラスまたはカバーガラスシートの驚くほど高いレベルの熱強化を達成する方法、プロセス、およびシステムに関する。様々な実施の形態において、本開示のプロセスおよび方法は、その消費家電用ガラスまたはカバーガラスを液体または固体ヒートシンクと接触させる必要なく、従来の対流気体式熱強化プロセスによって与えられる消費家電用ガラスまたはカバーガラスの厚さの限界および熱伝達率を上回ると考えられる。そのようなシステムおよびプロセスにおいて、カバーガラスは、急冷中に、気体としか接触しない。開示されたシステムおよび方法は、厚さが少なくとも０．１ｍｍほど薄くなった（少なくともいくつかの考えられる実施の形態において）カバーガラスシートにおいて、「十分な焼入れ」またはダイシング挙動までも含む、熱的強化を可能にし；いくつかの実施の形態において、急冷中に液体または固体接触がないことにより生じる低い粗さおよび高度の平坦度も有する薄いカバーガラスシートにこの強化を与える。様々な実施の形態において、これらの有益なカバーガラスシート材料の特性は、従来の対流ガラス焼入れシステムと比べて、急冷力の要件が実質的により低いシステムおよび方法によって与えられる。
本開示の１つの実施の形態は、消費家電用ガラスまたはカバーガラス材料を熱強化するプロセスに関する。そのプロセスは、ガラス材料から形成された物品を提供する工程を含む。そのプロセスは、その物品を、カバーガラス材料のガラス転移温度より高く加熱する工程を含む。そのプロセスは、加熱された物品を冷却ステーション中に移動させる工程を含む。その冷却ステーションは、その加熱された物品に面するヒートシンク表面およびそのヒートシンク表面が加熱された物品と接触しないようにヒートシンク表面を加熱された物品から隔てる気体間隙を有するヒートシンクを備える。そのプロセスは、加熱された物品内に表面圧縮応力および中央引張応力が生じるように、その物品を、カバーガラス材料のガラス転移温度より低い温度に冷却する工程を含む。その物品は、加熱された物品から出る熱エネルギーの２０％超がその間隙を横断し、ヒートシンクに受け取られるように、間隙を渡る伝導によって、加熱された物品からヒートシンクに熱エネルギーを伝達することによって冷却される。
本開示の別の態様は、カバーガラスシートを熱強化するためのシステムに関する。そのシステムは、熱をカバーガラスシートに供給する加熱素子を含む加熱ステーションを備え、そのカバーガラスシートは、第一の主面、第二の主面およびその第一と第二の主面の間の厚さを有する。そのシステムは、冷却中にカバーガラスシートが通路内に位置しているように、間に通路を画成する対向する第一と第二のヒートシンク表面を含む冷却ステーションを備える。そのシステムは、カバーガラスシートが、その第一と第二のヒートシンク表面に触れずに通路内に支持されるように、その通路に加圧気体を供給するガスベアリングを備え、そのガスベアリングは間隙区域を画成する。そのガスベアリングは、通路中への気体の総質量流量が、ゼロより大きく、かつ間隙区域の平方メートル当たり２ｋ／ｇＣp未満であるように、気体を通路に供給し、式中、ｋは熱伝導方向で評価される通路内の気体の熱伝導率であり、ｇはカバーガラスシートとヒートシンク表面との間の距離であり、Ｃpは通路内の気体の比熱容量である。
本開示の別の態様は、強化された消費家電用ガラス／カバーガラスまたはガラスセラミック物品に関する。その物品は、第一の主面、その第一の主面と反対の第二の主面、および第一と第二の主面の間に位置する内部領域を有する。その物品は、第一と第二の主面の間の平均厚さが２ｍｍ未満である。その物品は、少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素を含む。第一の主面および第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じである。第一の主面および第二の主面は圧縮応力下にあり、内部領域は引張応力下にあり、その圧縮応力は１５０ＭＰａ超である。第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと２．０ｎｍの間のＲa粗さである。
本開示の別の実施の形態は、消費家電製品上にある強化された消費家電用ガラスまたはカバーガラスに関する。実施の形態において、その消費家電製品は、前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた電子ディスプレイを含む。実施の形態において、その電子ディスプレイを少なくとも部分的に覆って、ガラス系層またはカバーガラスが設けられている。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、間に内部領域が配置されて第二の主面と反対の第一の主面を備える。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、第一の主面と第二の主面との間に２ｍｍ未満の平均厚さを有する。実施の形態において、第一の主面と第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、その内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じである。実施の形態において、第一の主面と第二の主面は圧縮応力下にあり、内部領域は引張応力下にあり、その圧縮応力は１５０ＭＰａ超である。実施の形態において、第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと２．０ｎｍの間のＲa粗さである。
本開示の別の実施の形態は、消費家電製品用の強化された消費家電用ガラスまたはカバーガラスに関する。実施の形態において、その消費家電製品は、前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体を含む。実施の形態において、その筐体の少なくとも部分的に内部に、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含む電気部品が設けられている。実施の形態において、その筐体の背面上にまたはそれを覆って、ガラス系層または背面ガラスが設けられている。実施の形態において、そのガラス系層または背面ガラスは、間に内部領域が配置されて第二の主面と反対の第一の主面を備える。実施の形態において、そのガラス系層または背面ガラスは、第一の主面と第二の主面との間に２ｍｍ未満の平均厚さを有する。実施の形態において、第一の主面と第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、その内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じである。実施の形態において、第一の主面と第二の主面は圧縮応力下にあり、内部領域は引張応力下にあり、その圧縮応力は１５０ＭＰａ超である。実施の形態において、第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと２．０ｎｍの間のＲa粗さである。
本開示の別の実施の形態は、強化された消費家電用ガラスまたはカバーガラスを備えた消費家電製品に関する。実施の形態において、その消費家電製品は、前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体を含む。実施の形態において、その筐体の少なくとも部分的に内部に、電気部品が設けられている。実施の形態において、その電気部品は少なくともディスプレイを含む。実施の形態において、その筐体の前面として、またはそれに隣接して、消費家電用ガラスまたはカバーガラスが設けられている。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、厚さにより隔てられた第一の主面と第二の主面を有する。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスの第一の主面は、そのガラス系層またはカバーガラスの第一の主面の任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って、１００μｍの芯振れ精度（ＴＩＲ(total indicator run-out)）で平坦である。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、１／℃で表されるαS CTEの低温線ＣＴＥ、１／℃で表されるαL CTEの高温線ＣＴＥ、ＧＰａで表されるＥの弾性率、℃の単位で表されるＴ歪みの歪み温度、および℃の単位で表されるＴ軟化の軟化温度を有するガラス材料から作られる。さらに別の実施の形態において、第二のガラス系層の第一の主面は、６００ＭＰａ未満かつ、ＭＰａの単位で表される、
Figure 0006749997
より大きい、熱的に誘起された表面圧縮応力を有し、式中、Ｐ1は、
Figure 0006749997
により与えられ、Ｐ2は、
Figure 0006749997
により与えられ、ｈは、０．０２０ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（約８２８Ｗ／ｍ2Ｋ）以上である。
本開示のさらに別の実施の形態は、強化された消費家電用ガラスまたはカバーガラスを備えた消費家電製品に関する。実施の形態において、その消費家電製品は、前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体を含む。実施の形態において、その筐体の少なくとも部分的に内部に、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含む電気部品が設けられている。実施の形態において、その筐体の前面上にまたはそれを覆って、ガラス系層またはカバーガラスが設けられている。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、そのディスプレイを少なくとも部分的に覆って設けられている。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、間に内部領域が配置されて第二の主面と反対の第一の主面を備える。実施の形態において、その第一の主面は、その第一の主面の任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って、１００μｍの芯振れ精度（ＴＩＲ）で平坦である。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、℃の単位で表されるＴ軟化の軟化温度、および℃の単位で表されるＴ徐冷の徐冷温度、並びに℃の単位で表される、Ｔfsで示される第一の主面上で測定された表面仮想温度を有するガラス材料を含む。実施の形態において、そのガラス系層またはカバーガラスは、（Ｔfs−Ｔ徐冷）／（Ｔ軟化−Ｔ徐冷）により与えられる無次元表面仮想温度パラメータθｓを有する。実施の形態において、そのパラメータθｓは０．２０から０．９の範囲にある。
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または記載された説明、その特許請求の範囲、並びに添付図面に記載されたように実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示に過ぎず、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する目的であることが理解されよう。
添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
ガラスの厚さの関数としての「十分な焼入れ」に必要な送風機の出力のグラフ 以前の過程または機械Ｏおよび最新の過程または機械Ｎに関する、ガラスの厚さの関数としての「十分な焼入れ」に必要な送風機の出力のグラフ 図１のグラフに一致させ、その上に重ね合わせるように調整された図２の以前の曲線Ｏおよび最新の曲線Ｎのグラフ 例示の実施の形態による消費家電／カバーガラスまたはガラスセラミック物品またはシートの斜視図 例示の実施の形態による図４の熱強化された消費家電用ガラスシートまたはカバーガラスの部分断面図 例示の実施の形態によるガラスまたはガラスセラミック物品に関する、厚さに対する推定引張応力を示すグラフ 例示の実施の形態による破砕されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品の一部を示す説明図 実験による正の引張応力の関数としての平方センチメートル当たりの破片の数をプロットしたグラフ ダイシングするための閾値を示す、実験による初期高温区域温度の関数としての表面での負の引張応力の大きさをプロットしたグラフ 本発明の方法およびシステムの１つ以上の実施の形態により得られる仮想温度に関する、無次元表面仮想温度パラメータθｓをプロットしたグラフ 図示された様々な組成物に関する、提案された焼入れ性(temperability)パラメータΨに対してプロットされた様々なガラス組成物に関するシミュレーションにより計算された表面圧縮応力のグラフ 熱伝達係数ｈの関数としてのパラメータＰ1のグラフ 熱伝達係数ｈの関数としてのパラメータＰ2のグラフ 本開示のシステムおよび方法の１つ以上の実施の形態により新たに開かれた性能の領域を示す、ミリメートルで表されたシートの厚さｔの関数としてのガラスシートの表面圧縮応力のＭＰａのグラフ 本開示の焼入れされたガラスシートの選択された例示の実施の形態に関してプロットされた厚さの関数としての圧縮応力を示すグラフ 本開示による方法のいくつかの態様を示す流れ図 本開示による別の方法のいくつかの態様を示す流れ図 従来技術と対照的な、本開示の方法およびシステムが作動を可能にする領域を示す、領域Ｒ並びにその上に印付けられた地点Ａ、Ｂ、Ａ’およびＢ’を含む図３のグラフ 図２の縮小サイズのコピーに隣接して示された（目盛りに関して位置付けられている）、図１８の領域Ｒ並びに地点Ａ、Ｂ、Ａ’およびＢ’の別のグラフ ガラスの厚さの関数としての焼入れに必要な熱伝達係数のグラフ 例示の実施の形態による、対流よりも伝導により冷却されているガラスシートの断面図 例示の実施の形態による伝導強化システムの断面図 例示の実施の形態による図２２のシステムに類似のシステムの別の実施の形態の切取り斜視図 例示の実施の形態による図２３の挿入図の特徴の代わりの実施の形態の切取り斜視図 例示の実施の形態による図２３の挿入図の特徴のさらに別の代わりの実施の形態の切取り斜視図 例示の実施の形態によるさらに別の方法のいくつかの態様を示す流れ図 例示の実施の形態によるガラス窓を備えた建物の斜視図 例示の実施の形態によるカウンター上のディスプレイの斜視図 例示の実施の形態によるガラスまたはガラスセラミック物品を含む消費者向け電子機器または家電製品の分解斜視図 例示の実施の形態によるガラスまたはガラスセラミック物品またはシートの斜視図
本出願人は、カバーガラスを熱強化するための方法およびシステム、並びに結果として得られる熱強化されたカバーガラスシート自体の両方において、カバーガラスの熱処理の改善が必要とされていることを認識した。例えば、携帯型電子機器、消費家電製品、カバーガラス、背面ガラスなどを含む数多くの用途にとって、より薄いが強い光学品質のカバーガラスシート材料およびそのようなカバーガラスシートを備えた製品が有用である。ガラスは、圧縮において非常に強力であるが、表面での張力に対しては比較的弱い。露出表面がない中央での張力によって釣り合わされる圧縮をシートの表面に与えることによって、カバーガラスシートの有用強度が劇的に増す。しかしながら、カバーガラスの従来の熱強化は、代わりの強化方法（例えば、化学強化、積層に基づく強化）と比べて、一般に安く、速い一方で、カバーガラスの従来の熱強化は、薄いカバーガラス（例えば、２〜３ｍｍ以下のカバーガラスシート）の強化にとって有効ではないことが知られていない。従来のカバーガラスを熱強化する方法は、典型的に、より厚いカバーガラスシートに限定されると考えられる。何故ならば、強化のレベルは、急冷中のカバーガラスシートの表面と中央との間に生じる温度差に依存するからである。また従来の強化方法の熱伝導率の制限のために、薄いガラスシート全体に典型的に生じる比較的均一な冷却の理由から、薄いカバーガラスシートの表面と中央との間に著しい温度差を達成することが難しい。
他方で、イオン交換により薄いカバーガラスを強化することは、長期間に亘るカバーガラスの化学浴中の浸漬を必要とすることなど、煩わしく、時間がかかり得る。異なる種類のカバーガラスを互いに直接積層することには、二重アイソパイプによるフュージョンドロー法を伴うことなど、複雑な製造プロセスが必要であろう。
したがって、従来のプロセスよりも資源集約的ではない、および／または煩わしくないプロセスによって製造される、窓、コンピュータ、デバイスなどにおける様々な使途のためのカバーガラスの強化をもたらす応力プロファイルを有するカバーガラスまたはガラスセラミック物品の必要性が存在する。特に、ここに述べられるプロセスおよびシステムは、カバーガラスの外部を強化する応力プロファイルを有するカバーガラス物品を形成し、その応力プロファイルは、次に、亀裂および損傷を軽減するように働くと同時に、様々な他の望ましいカバーガラスの品質（例えば、形状、表面品質、可視光の透過率、可撓性など）を可能にして、様々なカバーガラスまたは消費家電製品の用途における使用を促進することができる。
本記載は、高度に強化されたカバーガラス材料、および特に高度に強化された薄いカバーガラスシートを製造するために熱強化を利用する改善された方法およびシステムを提供する。その方法およびシステムは、従来のカバーガラスの強化プロセスの様々な制限を解決し、厚さが約３ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１．５ｍｍ未満、１．０ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、約０．２５ｍｍ未満、および約０．１ｍｍ未満のカバーガラスシートにおいて高レベルの強化を可能にする。詳しくは、本出願人は、非常に薄いカバーガラスシートにおいてさえ強化または焼入れを行うために、非常に高い熱伝導率を与えて、カバーガラスシートの表面と中央との間に十分に大きい温度差を生じるシステムおよび方法を開発した。
従来の熱的焼入れ技術および制限の概要
ガラスを熱強化するための従来の工業プロセスは、ガラスシートを放射エネルギー炉または対流炉（もしくは両方の技術を使用した「複合モード」炉）内で所定の温度に加熱し、次いで、典型的に、ガラス表面に対してまたはそれに沿って大量の周囲空気を吹き付けることによる対流によって、気体冷却（「急冷」）する工程を有してなる。この気体冷却プロセスは、主に対流的であり、それによって、気体が高温ガラスシートから熱を運び去る時に、熱伝達は、拡散および移流を通じて、流体の大量運動（集団運動）による。
従来の焼入れプロセスにおいて、特定の要因により、ガラスシート、特に薄いガラスシートにおいて可能であると典型的に考えられる強化の量が制限され得る。一部には、完成したシート上の圧縮応力の量は、急冷中に達成される、シートの表面と中央との間の温度差の大きさに直接関連するので、制限が存在する。しかしながら、急冷中の温度差が大きいほど、急冷中にガラスが破損し易くなる。所定の冷却速度について、急冷をより高い初期ガラス温度から開始することによって、破損を減少させることができる。また、より高い開始温度により、典型的に、焼入れされたガラスシートが、速い冷却速度により与えられる十分な強化可能性を達成することが可能になる。しかしながら、急冷の開始時でのシートの温度を上昇させることには、それ自体の潜在的な欠点もある。例えば、高い初期ガラス温度は、シートがより柔らかくなるので、シートの過剰な変形をもたらし得、この場合もやはり、実用的に達成できる温度差が制限される。
従来の焼入れプロセスにおいて、シートの厚さによっても、急冷中に達成できる温度差に重大な制限が課せられる。シートが薄いほど、急冷中の所定の冷却速度について、表面と中央との間の温度差が小さくなる。これは、その中央を表面から断熱するためのガラスの厚さがより小さいからである。したがって、薄いガラスの熱強化には、典型的に、より速い冷却速度（より厚いガラスの熱強化と比べて）が必要であり、それゆえ、ガラスの外面から熱をより速く除去するには、典型的に、ガラスシートの内側部分と外側部分との間に強化レベルの温度差を生じるために、著しい熱消費が必要である。
一例として、図１は、３５年前に開発された業界標準の熱強化プロセスに基づく、ミリメートルで表されたガラスの厚さの関数としての、ソーダ石灰ガラス（「ＳＬＧ」）を「十分に焼入れ」するために十分な周囲空気を吹き付けるのに用いられる送風機が必要とする出力（ガラスシートの面積の平方メートル当たりのキロワット）を示す。必要とされる出力は、使用されるガラスが薄くなるにつれて、指数関数的に増加する。それゆえ、厚さが約３ｍｍのガラスシートが、長年に亘り、利用できる最も薄い十分に熱的に焼入れされた市販ガラスであった。
さらに、シートが薄いほど、ガラスの所定の柔らかさで（すなわち、所定の粘度で）の変形の傾向が大きくなる。したがって、厚さを減少させると、達成できる温度差が直接的に減少し、シートの変形する虞が増加するために、より高いシート温度を使用して、より速い冷却速度の十分な恩恵を達成し、またより速い冷却速度により生じるガラスの破損を防ぐ機会を減少させる傾向にもある。このように、従来の対流気体式ガラス強化プロセスにおいて、気流速度を増加させ、空気ノズル開口からガラスシート表面までの距離を減少させ、（冷却の開始時の）ガラスの温度を上昇させ、必要に応じて、冷却空気の温度を低下させることによって、より速い冷却速度が達成される。
より最近の例として、最新のガラス熱強化設備を使用した、図２（従来技術）の性能曲線が公表された。この改善された設備は、ガラスを冷却するために従来の送風対流プロセスを使用し続けているが、加熱中にガラスを支持するために使用されるローラを、少なくとも加熱の最後の段階にガラスを支持するために空気を使用するシステムと置き換えている。ローラの接触がなくなると、ガラスは、急冷前により高温（およびより高い柔らかさ／より低い粘度）に加熱でき、報告によれば、２ｍｍの厚さの十分に焼入れされたガラスを製造することができる。図２に示されるように、２ｍｍ厚のシートを強化するために必要な報告された送風機出力は、ローラの使用（曲線Ｏ）と比べて、ガラスを支持するために空気を使用する（曲線Ｎ）ことにより可能になったより高い温度で、１２００ｋＷ／ｍ2から４００ｋＷ／ｍ2まで減少している。
十分に焼入れされた２ｍｍ厚のガラスを製造できる進歩を示しているが、図３（従来技術）に示されるように、図１の目盛りに一致させるために図２の以前の曲線Ｏと最新の曲線Ｎを調整すると、最新の対流式焼入れプロセスにより達成された性能の改善（図２に示されている）は、比較的小さく、ガラスシートの対流強化におけるエネルギー需要の以前の理解における単なる漸進的変化である。図３において、図２の以前の曲線Ｏと最新の曲線Ｎは、図１のグラフと一致するように調整され、その上に重ね合わされている（最新の曲線Ｎを見易くするために、以前の曲線Ｏは２４０ｋＷ／ｍ2で上部が断ち切られている）。図３から、曲線Ｎにより示された技術は、ガラスの厚さが３ｍｍから２ｍｍに減少したときに、対流気体式急冷プロセスの性能曲線をわずかしか変化させていないことが明らかである。その高い動作点（２ｍｍのガラスに関する４００ｋＷ／ｍ2の送風機出力）は、この方法でより薄いガラスを処理するのにまだ必要とされる出力の極度の増加を示す。気流の急な増加、およびそれゆえの必要とされる出力は、工学的実行および経済性の両方の問題として、従来の対流気体式強化方法を使用して十分に焼入れされたガラスを製造しつつ、２ｍｍ未満の厚さにすることの難点を示唆している。その上、必要とされる非常に大きい気流は、より薄いシートの形状を変形させ得る。したがって、２ｍｍ未満の厚さを有するガラスの十分な焼入れに到達するために、または熱的焼入れを使用して、ソーダ石灰ガラスの熱膨張係数（「ＣＴＥ」）より低いＣＴＥを有するガラスにおいて２ｍｍで十分な焼入れを達成するために、本出願人は、別の焼入れ方法／システムが必要であることを突きとめた。
現行の商業的対流気体式強化に変わる熱強化方法を同様に試したが、各々には、対流気体式強化に対する特定の欠点がある。特に、より速い冷却速度を達成する典型的な代わりの熱強化方法は、一般に、気体接触のみではなく、ガラス表面との少なくともある程度の液体または固体接触を必要とする。ガラスシートとのそのような接触は、ガラス表面の品質、ガラスの平坦度、および／または強化プロセスの均一性に悪影響を与え得る。これらの欠陥は、特に反射光で見たときに、人の目でも知覚されることがある。下記により詳しく記載されるように、少なくともいくつかの実施の形態において、本開示の伝導式熱的焼入れシステムは、そのような接触関連の欠陥を減少させるか、なくす。
液体浴または流動液中の浸漬の形態、並びに噴霧の形態における液体接触強化が、対流気体式強化よりも速い冷却速度を達成するために使用されてきたが、それには、冷却プロセス中にシートに亘り過剰な熱的変動が生じるという欠陥がある。浸漬または浸漬様噴霧または液体の流動において、液体浴または液体流内に自発的に生じる対流のために、狭い面積に亘り大きい熱的変動が生じ得る。より微細な噴霧において、個別の噴霧液滴およびノズル噴霧パターンの効果によっても、著しい熱的変動が生じる。過剰な熱的変動は、液体接触による熱強化中にガラスの破損を生じる傾向にあり、その傾向は、冷却速度を制限することによって軽減できるが、冷却速度を制限すると、達成できる結果としての強度も低下してしまう。さらに、シートの必須の取扱い（液体浴または液体流または液体噴霧内にシートを位置決めするまたは保持するための）によっても、シートとの物理的接触から、物理的応力および過剰な熱的変動が生じ、強化中に破損を生じる傾向があり、冷却速度および結果としての強度を制限する。最後に、油浸漬および様々な噴霧技術による速い冷却速度の急冷などの、いくつかの液体冷却方法は、そのような冷却中にガラス表面を変え、満足な仕上げを生じるためにガラス表面からガラス材料を後に除去する必要が生じ得る。
固体接触熱強化は、高温ガラスの表面をより冷たい固体表面と接触させる工程を有してなる。液体接触強化に関するように、液体接触強化に見られるような過剰の熱的変動が、急冷プロセス中に容易に生じ得る。ガラスシートの表面仕上げ、急冷表面、またはシートの厚さの一貫性におけるどのような不完全度も、シートのある区域に亘り不完全な接触をもたらし、この不完全な接触により、処理中にガラスを破損させる傾向にある大きい熱的変動を生じることがあり、またシートが残存した場合も、望ましくない複屈折を生じることもある。その上、高温ガラスシートを固体物体と接触させると、欠け、ひび、亀裂、引掻き傷などの表面欠陥が形成され得る。ガラスシートの表面全体に亘り良好な物理的接触を達成すると、シートの寸法が増すにつれて、難点も増し得る。固体表面との物理的接触は、急冷中のシートに機械的応力を加え、そのプロセス中にシートが破損する可能性が増し得る。さらに、接触の開始時の極端に高い温度変化速度により、シート加工中に破損が生じ得、それゆえ、薄いガラス基板の接触冷却は、商業的に実行可能ではなかった。
出願人の熱強化されたカバーガラスおよび関連する伝導式冷却プロセスと方法の概要
本開示は、従来のプロセスによく見られる様々な不具合を生じずに、例えば、カバーガラスの表面に損傷を与えずに、複屈折を誘起せずに、不均一に強化せずに、および／または許容できない破損を生じずになど、商業規模で薄いカバーガラスシートを効果的、効率的、そして均一に熱強化するために、上述した従来のプロセスを上回る。以前に得られていない薄い熱的に焼入れ／強化されたカバーガラスシートが、ここに開示された実施の形態の１つ以上によって製造できる。ここに述べられたシステムおよびプロセスは、カバーガラスを良好に物理的に制御し、やさしく取り扱うことで、非常に高い熱伝達率を正確な様式で提供することによって、このことを達成する。特別な実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムは、薄いカバーガラスシートを、冷却の開始時により高い相対温度で処理して、より高い熱強化レベルをもたらすことができると本出願人が特定した小間隙のガスベアリングを冷却／急冷区域において利用する。下記に記載されるように、この小間隙のガスベアリング冷却／急冷区域は、大気流に基づく対流冷却を使用するよりも、間隙に亘るヒートシンクへの伝導性熱伝達により、非常に高い熱伝達率を達成する。この高速の伝導性熱伝達は、その間隙内のガスベアリング上にカバーガラスを支持することによって、カバーガラスを液体または固体材料と接触させずに達成される。下記に記載するように、本出願人は、少なくともいくつかの実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムは、１つ以上の特有の性質を有する熱強化されたカバーガラス、特に熱強化された薄いカバーガラス（例えば、消費家電製品用の）を形成することも突きとめた。
本開示による方法および／またはシステムにより処理されたカバーガラスシートのいくつかの実施の形態は、以前に知られたよりも高いレベルの永久的な熱的に誘起された応力を有する。理論により束縛する意図はないが、達成されたレベルの熱的に誘起された応力は、複数の理由の組合せのために得られると考えられる。ここに詳述されるプロセスにおける熱伝達の高い均一性により、カバーガラスにおける物理的応力および望ましくない熱応力が減少し、またはなくなり、消費家電用ガラスシートを、破壊せずに高い熱伝達率で焼入れすることができる。さらに、本発明の方法は、より低いガラスシート粘度（急冷の開始時でのより高い初期温度）で行うことができ、それでもまだ、所望のカバーガラスの平坦度および形状を維持し、これにより、冷却プロセスにおける温度変化がずっと大きくなり、それゆえ、達成される熱強化レベルが増す。
熱的に焼入れされたカバーガラスシート
上述したように、本出願人は、熱強化されたカバーガラスシート、特に薄いカバーガラスシートを形成するためのシステムおよびプロセスを開発し、この項目に論じられるように、ここに述べられたように形成された熱強化された薄いカバーガラスシートは、従来の熱的または他の焼入れ方法によって以前は達成できなかった、１つ以上の特有の性質および／または性質の組合せを有する。本開示の熱的に焼入れされたカバーガラスまたは消費家電用ガラスは、様々な消費家電製品（例えば、コンピュータ、タブレット、個人向け携帯型機器、タッチセンサー式ディスプレイ、家庭用品、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、タブレット型コンピュータなど）に使用できる。
熱的に焼入れされたカバーガラスシート構造および寸法
図４および図５を参照すると、例示の実施の形態による、高い表面圧縮応力および／または高い中央張力を有する熱強化されたカバーガラスシートが示されている。図４は、熱強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品またはシート５００の斜視図を示しており、図５は、１つ以上の実施の形態による、熱強化されたカバーガラスシート５００の部分断面図である。
図４に示されるように、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品５００（例えば、シート、梁、プレート）は、第一の主面５１０、第二の主面５２０（ここに開示されるように半透明であることがあり、シート５００の背面に点線で示されている）、およびそれらの間に延在する本体５２２を備える。第二の主面５２０は、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の厚さｔが第一と第二の主面５１０、５２０の間の距離として定義されるように第一の主面５１０から本体５２２の反対側にあり、その厚さｔは深さの寸法でもある。強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の幅ｗは、厚さｔに対して垂直な、第一または第二の主面５１０、５２０の一方の第一の寸法として定義される。強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の長さｌは、厚さｔおよび幅ｗの両方に対して垂直な、第一または第二の主面５１０、５２０の一方の第二の寸法として定義される。
例示の実施の形態において、カバーガラスシート５００の厚さｔは、カバーガラスシート５００の長さｌより小さい。他の例示の実施の形態において、カバーガラスシート５００の厚さｔは、カバーガラスシート５００の幅ｗより小さい。さらに他の例示の実施の形態において、カバーガラスシート５００の厚さｔは、カバーガラスシート５００の長さｌおよび幅ｗの両方より小さい。図５に示されるように、カバーガラスシート５００は、シートの中央部分にある永久的な熱的に誘起された中央引張応力（すなわち、張力）の領域５５０によって釣り合わされている、第一と第二の主面５１０、５２０にある、および／またはその近くにある永久的な熱的に誘起された圧縮応力の領域５３０および５４０をさらに有する。
前記方法およびシステムは、幅広い厚さ範囲を有する強化されたカバーガラスシートを形成するために使用できる。様々な実施の形態において、カバーガラスシート５００の厚さｔは、端点の値に加え、０．２ｍｍ、０．２８ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５５ｍｍ、０．７ｍｍ、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．５ｍｍ、１．８ｍｍ、２ｍｍ、および３．２ｍｍを含む、０．１ｍｍから５．７または６．０ｍｍに及ぶ。考えられる実施の形態は、０．１から２０ｍｍ、０．１から１６ｍｍ、０．１から１２ｍｍ、０．１から８ｍｍ、０．１から６ｍｍ、０．１から４ｍｍ、０．１から３ｍｍ、０．１から２ｍｍ、０．１から２ｍｍ未満、０．１から１．５ｍｍ、０．１から１ｍｍ、０．１から０．７ｍｍ、０．１から０．５ｍｍ、および０．１から０．３ｍｍの範囲の厚さｔを有する熱強化されたカバーガラスシート５００を含む。
いくつかの実施の形態において、厚さが３ｍｍ以下のカバーガラスシートが使用される。いくつかの実施の形態において、そのカバーガラスの厚さは、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）８ｍｍ以下、約６ｍｍ以下、約３ｍｍ以下、約２．５ｍｍ以下、約２ｍｍ以下、約１．８ｍｍ以下、約１．６ｍｍ以下、約１．４ｍｍ以下、約１．２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約０．８ｍｍ以下、約０．７ｍｍ以下、約０．６ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約０．４ｍｍ以下、約０．３ｍｍ以下、または約０．２８ｍｍ以下である。
いくつかの実施の形態において、熱強化されたカバーガラスシートのアスペクト比は高い−すなわち、厚さに対する長さおよび幅の比が大きい。ここに述べられた熱的焼入れプロセスは、高圧または大容量の空気に依存しないので、ここに述べられたガスベアリングおよび高い熱伝達率のシステムの使用による焼入れ後に、表面粗さおよび平坦度などの様々なカバーガラスシートの特性を維持することができる。同様に、ここに述べられた熱的焼入れプロセスにより、高アスペクト比のカバーガラスシート（すなわち、長さ対厚さ、または幅対厚さの比、もしくはその両方の比が高いカバーガラスシート）を、所望のまたは必要な形状を維持しながら、熱強化することができる。詳しくは、長さ対厚さおよび／または幅対厚さの比（「アスペクト比」）がほぼ少なくとも１０：１、少なくとも２０：１、および１０００：１までとそれを超えるシートを強化することができる。考えられる実施の形態において、アスペクト比が少なくとも２００：１、少なくとも５００：１、少なくとも１０００：１、少なくとも２０００：１、少なくとも４０００：１のシートを強化することができる。
例示の実施の形態によれば、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の長さｌは、幅ｗの２倍超、幅ｗの５倍超などのように幅ｗ以上、および／または幅ｗの５０倍以下である。そのようないくつかの実施の形態において、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の幅ｗは、厚さｔの２倍超、厚さｔの５倍超などのように厚さｔ以上、および／または厚さｔの５０倍以下である。
例えば、下記に述べられる図２７〜３０に関して開示された用途に関するものなどのいくつかの実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の長さｌは、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも７．５ｃｍ、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも５０ｃｍなどの少なくとも１ｃｍ、および／または１０ｍ以下、７．５ｍ以下、５ｍ以下などの５０ｍ以下である。そのようないくつかの実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の幅ｗは、少なくとも３ｃｍ、少なくとも５ｃｍ、少なくとも７．５ｃｍ、少なくとも２０ｃｍ、少なくとも５０ｃｍなどの少なくとも１ｃｍ、および／または１０ｍ以下、７．５ｍ以下、５ｍ以下などの５０ｍ以下である。図４を参照すると、シート５００の形態にあるカバーガラスまたはガラスセラミックの厚さｔは、０．８ｍｍ以下などの、考えられる実施の形態において、２．５ｃｍ以下、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、２．５ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．７ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１．２ｍｍ以下、またさらには１ｍｍ以下などの５ｃｍより薄い、および／または厚さｔは、少なくとも５０μｍ、少なくとも１００μｍ、少なくとも３００μｍなどの少なくとも１０μｍである。
他の考えられる実施の形態において、前記カバーガラスまたはガラスセラミック物品は、ここに開示されたもの以外のサイズであってもよい。考えられる実施の形態において、そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品の長さｌ、幅ｗ、および／または厚さｔは、より複雑な形状（概して、図３０を参照のこと）などについて、様々であっよく、ここで、ここに開示された寸法は、少なくとも、互いに関する長さｌ、幅ｗ、および厚さｔの上述した定義を有する対応するカバーガラスまたはガラスセラミック物品の態様に当てはまる。
いくつかの実施の形態において、カバーガラスシート５００の第一または第二の主面５１０、５２０の少なくとも一方は、比較的大きい表面積を有する。様々な実施の形態において、第一のおよび／または第二の主面５１０、５２０の面積は、少なくとも９００ｍｍ2、少なくとも２５００ｍｍ2、少なくとも５０００ｍｍ2、少なくとも１００ｃｍ2、少なくとも９００ｃｍ2、少なくとも２５００ｃｍ2、少なくとも５０００ｃｍ2などの少なくとも１００ｍｍ2、および／または１００ｍ2以下、５０００ｃｍ2以下、２５００ｃｍ2以下、１０００ｃｍ2以下、５００ｃｍ2以下、１００ｃｍ2以下などの２５００ｍ2以下である。このように、カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００は比較的大きい表面積を有することがある；これは、ここに開示された方法およびシステムによらない限り、特に、ここに述べられたカバーガラスシートの厚さ、表面品質、および／または歪みの均一性を有しながら、熱強化するのが難しいか、不可能であろう。さらに、ここに開示された方法およびシステムによらない限り、カバーガラスの種類の変更またはイオン交換に依存せずに、応力プロファイル、特に応力プロファイル（概して、図６を参照のこと）の負の引張応力部分を達成することが難しいかまたは不可能であろう。
熱強化されたカバーガラスシートの圧縮応力および引張応力
上述したように、ここに述べられた熱強化されたカバーガラスシートは、例えば、図５に示された領域５３０、５４０において、意外に高い表面圧縮応力、例えば、図５に示された領域５５０において、意外に高い中央引張応力、および／または特有の応力プロファイル（図６参照）を有することがある。このことは、ここに述べられたカバーガラスシート５００の小さい厚さおよび／または他の特有の物理的性質（例えば、非常に低い粗さ、高度の平坦度、様々な光学的性質、仮想温度特性など）を考えると、特に当てはまる。
ここに開示されたプロセスおよびシステムにより形成されたカバーガラスの圧縮応力（例えば、図５に示された領域５３０、５４０における）は、そのカバーガラスの厚さｔの関数として変動し得る。様々な実施の形態において、厚さ３ｍｍ以下のカバーガラス、例えば、カバーガラスシート５００の圧縮応力（例えば、表面圧縮応力）は、少なくとも８０ＭＰａ、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、および／または１ＧＰａ以下である。考えられる実施の形態において、厚さ２ｍｍ以下のカバーガラスの圧縮応力は、少なくとも８０ＭＰａ、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、および／または１ＧＰａ以下である。考えられる実施の形態において、厚さ１．５ｍｍ以下のカバーガラスの圧縮応力は、少なくとも８０ＭＰａ、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも３５０ＭＰａ、および／または１ＧＰａ以下である。考えられる実施の形態において、厚さ１ｍｍ以下のカバーガラスの圧縮応力は、少なくとも８０ＭＰａ、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、および／または１ＧＰａ以下である。考えられる実施の形態において、厚さ０．５ｍｍ以下のカバーガラスの圧縮応力は、少なくとも５０ＭＰａ、少なくとも８０ＭＰａ、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも１７５ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、および／または１ＧＰａ以下である。
いくつかの実施の形態において、ここに開示されたプロセスおよびシステムにより形成されたカバーガラスにおける熱的に誘起された中央張力（例えば、図５に示された領域５５０における）は、４０ＭＰａ超、５０ＭＰａ超、７５ＭＰａ超、１００ＭＰａ超であることがある。他の実施の形態において、その熱的に誘起された中央張力は、３００ＭＰａ未満、または４００ＭＰａ未満であることがある。いくつかの実施の形態において、その熱的に誘起された中央張力は、約５０ＭＰａから約３００ＭＰａ、約６０ＭＰａから約２００ＭＰａ、約７０ＭＰａから約１５０ＭＰａ、または約８０ＭＰａから約１４０ＭＰａであることがある。いくつかの実施の形態において、熱強化されたカバーガラスシートは、高い薄さを有する、すなわち、特に薄い。ここに述べられたシステムおよび方法により、非常に高い熱伝達率を適用できるので、著しい熱的効果、例えば、少なくとも１０またさらには少なくとも２０ＭＰａの中央張力を、厚さ０．３ｍｍ未満のＳＬＧのシートに生じさせることができる。実際に、非常に薄いシート、少なくとも０．１ｍｍほど薄いシートを熱強化することができる。厚さおよび他の変数の関数と考えられる、達成されたおよび達成できる熱応力の特定のレベルが、さらに詳しくここに記載されている。
図６を参照すると、図４の強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の、２５℃の室温および標準大気圧での概念応力プロファイル５６０は、正の引張応力下にある、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の内側部分５５０、および負の引張応力（例えば、正の圧縮応力）下にある、内側部分５５０の外部にあり、それに隣接した、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の部分５３０、５４０を示す。本出願人は、その負の引張応力は、少なくとも一部には、亀裂の開始および／またはその中の亀裂の伝搬を制限することによって、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００を強化すると考えている。
ここに開示されたような強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の比較的大きい表面積および／または薄い厚さを考えると、内側部分５５０の正の引張応力およびその内側部分５５０の外部にあり、それに隣接した部分５３０、５４０の負の引張応力の間で、応力プロファイル５６０における引張応力が急に移行することは、本発明の技術にとって特有であると考えられる。この急な移行は、５００μｍ、２５０μｍ、１００μｍの距離等の１ｍｍ以下の距離などの、変化が生じる厚さの距離（物品の厚さの一部であることがあり、必ずしも物品形状の寸法ではない、変化の割合を数量化するために使用される距離）で割った応力の大きさ（例えば、正と負の引張応力のピーク値＋σ、−σにおける差である、１００ＭＰａ、２００ＭＰａ、２５０ＭＰａ、３００ＭＰａ、４００ＭＰａ）として表されることがある引張応力の変化率（すなわち、勾配）として理解されるであろう。そのようないくつかの実施の形態において、引張応力の変化率は、１ｍｍで割った５０００ＭＰａ以下などの１ｍｍで割った７０００ＭＰａを超えない。考えられる実施の形態において、正と負の引張応力のピーク値の差は、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、少なくとも５００ＭＰａなどの少なくとも５０ＭＰａ、および／または５０ＧＰａ以下である。考えられる実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００のピークの負の引張応力の大きさは、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、少なくとも４００ＭＰａ、少なくとも５００ＭＰａなどの少なくとも５０ＭＰａである。ここに述べられたシステムおよび方法により生じる急勾配の引張曲線の移行は、所定の厚さに関するカバーガラスシートの表面でのより大きい大きさの負の引張応力を達成する能力、および／またはここに開示されたダイシングの破砕可能性を達成するなどの、より薄いカバーガラス物品を高度の負の引張応力に製造する能力を示すと考えられる。従来の熱的焼入れ手法では、そのような急勾配の引張応力曲線を達成することはできないであろう。
例示の実施の形態によれば、引張応力の高い変化率は、カバーガラスシート５００の厚さの少なくとも５％、厚さの少なくとも１０％、厚さの少なくとも１５％、または厚さの少なくとも２５％などの厚さの少なくとも２％である応力プロファイル５６０の厚さ方向の広がりに亘り維持される上述した大きさ以上の内の少なくとも１つである。考えられる実施の形態において、その強化は、引張応力の変化率が高い厚さ方向の広がりが、第一の主面からの厚さ中の２０％と８０％の間の深さを中心とするように、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００中に深く延在し、これにより、例えば、化学的焼入れとはさらに区別されるであろう。
少なくともいくつかの考えられる実施の形態において、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、図６に点線５６２として概念的に示される、イオン含有量に関するその組成の変化を含む。より詳しくは、そのような実施の形態における強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品５００の組成は、応力プロファイル５６０に影響する交換されたまたは注入されたイオンを含む。そのようないくつかの実施の形態において、負の引張応力は、ここに開示された熱的焼入れの結果でもあるので、交換されたまたは注入されたイオンは、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品５００の部分５３０、５４０中に完全には延在しない。
したがって、イオン交換強度が増強された引張応力プロファイル５６０の曲線は、不連続性または急変５６４を、その曲線の接線が不連続性または急変５６４の両側で互いから異なる方向に含む。急変５６４は、引張応力がその不連続性または急変５６４に直接隣接した両側で負であるように負の引張応力下にある部分５３０、５４０内に位置している。不連続性または急変５６４は、異なるイオン含有量の深さに対応することがある。しかしながら、そのようないくつかの実施の形態において、負の引張応力下にある部分５３０、５４０の他の部分はまだ、イオン含有量に関して、正の引張応力下にある部分５５０と同じ組成を有する。
言い換えると、少なくともいくつかの強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品５００に関して、イオン交換または注入の有無にかかわらず、負の引張応力下にあり、内側部分５５０の外部にあり、それに隣接する、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の部分５３０、５４０の少なくとも一部の組成は、正の引張応力下にある、内側部分５５０の少なくとも一部の組成と同じである。そのような実施の形態において、前記応力プロファイルの負の引張応力の少なくともいくらかは、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の組成（例えば、イオン組成）の変化とは関係ない。そのような構造は、化学的焼入れを行わずに、および／またはそれほど行わずに、十分な強度を与えることによって、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の組成を少なくともある程度、単純化させるであろう。さらに、そのような構造は、組成の不連続性／変化のために強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００内の応力集中を減少させ、ことによると、その組成の不連続性での剥離および／または亀裂の機会を減少させるかもしれない。
熱的に焼入れされたカバーガラスシートの破損性能
引張応力の領域５５０に十分なエネルギーが貯蔵されている場合、そのカバーガラスは、十分な打撃をうけたときに、安全ガラスのように破損する、または「ダイシングする(dice)」。ここに用いたように、カバーガラスシートは、２５ｃｍ2の面積のカバーガラスシートが４０以上の破片に割れたときに、ダイシングすると考えられる。いくつかの実施の形態において、ダイシングは、カバーガラスシートが「十分に焼入れされ」ている（すなわち、２ｍｍ以上のカバーガラスについて、カバーガラスシートが少なくとも６５ＭＰａの圧縮応力または少なくとも６７ＭＰａのエッジ圧縮を有する場合）ことを示す定性的尺度として使用される。様々な実施の形態において、カバーガラスシート５００は、カバーガラスシート５００の２５ｃｍ2片が４０以上の破片に割れるような十分な引張応力を引張応力の領域５５０に有する。
図７を参照すると、シート５００などの前記カバーガラスまたはガラスセラミックシートに関してここに開示されたような性質を有するカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０は、プリックパンチまたは他の器具を使用して、および／または概して、米国規格協会（ＡＮＳＩ）Ｚ９７．１（衝撃試験）およびＡＳＴＭ １０４８基準にしたがうなどのように破砕されている。例示の実施の形態によれば、カバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０は、破砕の際にダイシングが生じ、複数の小さい粒状塊６１６（例えば、かけら、破片）を形成する程度まで強化されている。いくつかの実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０は、そのカバーガラスを粒状片にする亀裂を開始するためにハンマーまたはパンチによって衝撃が印加される破砕試験においてカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の５０×５０ｍｍの面積内で４０以上の数の粒状塊６１６を生じるのに十分な熱的に誘起された応力を有する。金属ピンの長さ６１４が約１ｃｍである標準的な事務用画鋲６１２が、参考のために示されている。
様々な考えられる実施の形態によれば、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の薄い厚さにかかわらず、その応力プロファイル（概して図６を参照のこと）は、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０が、破砕されたときに、特に小さい粒状塊６１６、例えば、第一または第二の主面のいずれかの面積が５０ｍｍ2未満、２０ｍｍ2未満、１０ｍｍ2未満、５ｍｍ2未満などの９０ｍｍ2未満、および／または少なくとも１０ｍｍ2のものに砕けるように、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の高い破砕可能性を与える。そのようないくつかの実施の形態において、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の破砕可能性は、その強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品が砕けたときに、粒状塊６１６の少なくとも２０％（例えば、少なくとも５０％、少なくとも７０％、少なくとも９５％）で、その第一または第二の主面の少なくとも一方の面積が、上述した量の内の１つであるようなものである。
いくつかの実施の形態において、少なくとも一部には、本発明の技術を使用して、ここに開示されたように引張応力を備えて製造されることがあるカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の特に薄い形状のために、その強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の破砕可能性は、その強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０が、破砕されたときに、特に低容積の粒状塊、例えば、容積が４０ｍｍ3未満、３０ｍｍ3未満、２５ｍｍ3未満などの５０ｍｍ3未満、および／または少なくとも５０μｍ3のものに砕けるようなものである。
いくつかの実施の形態において、少なくとも一部には、本発明の技術を使用して、ここに開示されたように引張応力を備えて製造されることがあるカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の特に大面積のために、その強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の破砕可能性は、その強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０が、破砕されたときに、少なくとも５０μｍ3の容積の少なくとも２００、少なくとも４００、少なくとも１０００、少なくとも４０００の粒状塊６１６などの少なくとも５０μｍ3の容積の少なくとも１００の粒状塊６１６に砕けるようなものである。
ここで図８および図９を参照すると、少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素、および／または少なくとも１０質量％の酸化ナトリウム、および／または少なくとも７質量％の酸化カルシウムを含むガラスからなり、ここに開示された設備およびプロセスを使用して強化された１．１ｍｍ厚のガラスシートに実験を行った。図８に示されるように、ガラスの平方センチメートル当たりの粒状塊６１６の数は、概して、それぞれのカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の中心での正の引張応力の大きさに関連することが分かった。同様に、図９に示されるように、それぞれのカバーガラスまたはガラスセラミック物品６１０の破砕可能性は、急冷中のガラスシートの表面とヒートシンク／ガスベアリングとの間の間隙のサイズおよびその間隙に使用される気体の熱伝導率に基づく、高温区域（例えば、図２１、図２２および図２３を参照のこと）のガラスの温度、並びに急冷中にカバーガラス表面に効果的に印加された、ｃａｌ／ｃｍ2・ｓ・℃の単位（ＳＩ単位はＷ／ｍ2・Ｋ）の計算された予測の熱伝達係数（ｈ）に関連することも分かった。
熱的に焼入れされたカバーガラスシートの仮想温度
様々な実施の形態において、ここに述べられたシステムおよび方法によって形成された熱強化されたカバーガラスシート（例えば、カバーガラスシート５００）は、高い仮想温度を有する。様々な実施の形態において、ここに述べられたカバーガラス材料の高い仮想温度は、カバーガラスシート５００の高レベルの焼入れ、高い中央引張応力および／または高い圧縮表面応力に関連することが理解されよう。表面仮想温度は、示差走査熱量測定法、ブリルアン分光法、またはラマン分光法を含むどの適切な方法によって決定してもよい。
例示の実施の形態によれば、カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００は、いくつかの実施の形態において、ソーダ石灰ガラスに関するように、第一および／または第二の主面５１０、５２０での、またはその近くなどのその一部が、少なくとも５００℃、少なくとも６００℃、またさらには少なくとも７００℃などの特に高い仮想温度を有する。例示の実施の形態によれば、カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００は、第一および／または第二の主面５１０、５２０での、またはその近くなどのその一部が、少なくとも１０℃高い、少なくとも３０℃高い、少なくとも５０℃高い、少なくとも７０℃高い、またさらには少なくとも１００℃高いなどの、同じ化学組成の徐冷ガラスと比べて、特に高い仮想温度を有する。少なくとも一部には、強化システムにおける高温区域から冷却区域への急激な移行（例えば、図２１、図２２および図２３を参照のこと）のために、高い仮想温度が、ここに開示された本発明の技術によって達成されることがある。本出願人は、高い仮想温度は、ガラスの増加した損傷抵抗に対応するまたは関連することがあると考えている。
表面仮想温度を決定するいくつかの方法において、かなり正確に仮想温度を測定するために、ガラスを破壊して、熱強化プロセスにより誘起される「焼入れ応力」を取り除く必要があることがある。ラマン分光法により測定される特徴的な構造バンドは、仮想温度およびケイ酸塩ガラスに印加された応力の両方に関して、制御された様式でシフトすることがよく知られている。焼入れ応力が分かれば、このシフトを使用して、熱強化されたカバーガラスシートの仮想温度を非破壊的に測定することができる。
概して図１０を参照すると、いくつかの例示のカバーガラス物品に関する仮想温度の決定が示されている。シリカガラスのラマンスペクトルへの応力効果が、D.R. Tallant, T.A. Michalske,およびW.L. Smithの「The effects of tensile stress on the Raman spectrum of silica glass」J. Non-Cryst. Solids, 106 380-383 (1988)に報告されている。６５質量％以上のシリカを含む市販のガラスは、実質的に同じ反応を示す。報告された応力反応は一軸応力に関するものであるが、焼入れされたガラスに観察されるような単一二軸応力状態（σxx＝σyy）の場合、ピークは、一軸応力に予測されるものの２倍シフトすると予測できる。ソーダ石灰ガラスおよびガラス２における１０９０ｃｍ-1付近のピークは、シリカガラスで観察される１０５０ｃｍ-1のピークに対応する。シリカにおける１０５０ｃｍ-1のピーク、並びにＳＬＧおよび他のケイ酸塩ガラスにおける対応するピークに対する応力の影響は、ＭＰａの単位での応力σの関数として、式ａ）ω（ｃｍ-1）＝１０５４．９３−０．００２３２・σで表すことができる。
ＳＬＧおよび別のガラスのガラス２に関する仮想温度の関数としてのラマンバンド位置の較正曲線を作成した。ガラスサンプルは、τ＝１０×η／Ｇ（式中、ηは粘度であり、Ｇは剛性率である）によって計算される構造緩和時間よりも２〜３倍長い様々な時間で熱処理した。熱処理後、ガラスを水中で急冷して、その熱処理温度における仮想温度を固定した。次にガラス表面を、マイクロラマンによって、５０倍の倍率および１〜２μｍのスポットサイズにおいて、４４２ｎｍレーザ、１０〜３０秒の露光時間、および１００％出力を用いて、２００〜１８００ｃｍ-1の範囲に亘って測定した。１０００〜１２００ｃｍ-1におけるピーク位置を、コンピュータソフトウェア、この場合はＲｅｎｉｓｈａｗ ＷｉＲＥ ｖｅｒｓｉｏｎ ４．１を用いてフィッティングした。仮想温度Ｔｆ（℃）の関数として空気側でＳＬＧに測定した１０９０ｃｍ-1のラマンピークの良好なフィッティングが、式ｂ）ω（ｃｍ-1）＝１１１０．６６−０．０２８２・Ｔｆにより得られる。ガラス２について、式ｃ）ω（ｃｍ-1）＝１１０２．００−０．０２３１・Ｔｆにより良好なフィッティングが得られる。
式ａ）、ｂ）、およびｃ）で確立された関係を用い、表面圧縮応力のための補正係数を用いて、測定したラマンピーク位置の関数としてカバーガラスの仮想温度を表すことができる。１００ＭＰａの圧縮応力σCによって、仮想温度の約１５から２０℃の低下に相当するラマンバンド位置のシフトが生じる。以下の式がＳＬＧに適用可能である：
Figure 0006749997
ガラス２に適用可能な式は：
Figure 0006749997
である。
これらの式中、ωは１０９０ｃｍ-1付近のピークの測定ピーク波数であり、σCは、任意の適切な技術によって測定された表面圧縮応力であり、℃の単位の仮想温度の応力補正した測定が行われる。決定された仮想温度に関連する損傷抵抗の増加の実証として、４つのガラスシート試料を調製し、その内の２つは、従来の焼入れ方法により、約７０および１１０ＭＰａの表面圧縮応力（ＣＳ）に調製された６ｍｍのソーダ石灰ガラス（ＳＬＧ）シートであり、残りの２つはここに開示された方法およびシステムにより、ほぼ同じレベルのＣＳに調製された１．１ｍｍのＳＬＧである。各厚さの一方の２つの追加のシートを対照として使用した。各試験シートの表面に標準ビッカース押し込みを行った。様々なレベルの力をそれぞれ１５秒間加え、２４時間待機した後、それぞれの圧痕を調べた。表Ｉに示されるように、５０％亀裂閾値（現れる亀裂の平均数が、亀裂が発生する傾向にある圧子の４点の内の２点となる荷重として定義される）を各試料について測定した。
表Ｉは、従来の対流気体焼入れ（６ｍｍのシートに反映されている）によって処理したＳＬＧのビッカース亀裂開始閾値が、徐冷後または供給されたままのＳＬＧシートの場合と実質的に同じであり、０と１ニュートン（Ｎ）の間から、約１から２ニュートン未満まで上昇することを示している。これは、従来の焼入れによって与えられるガラス転移温度（ＳＬＧの場合のＴg＝５５０℃、η＝１０12-13.3ポアズとして定義される）に対して約２５から３５℃の表面仮想温度（ＴfsまたはＴｆ表面）の比較的穏やかな上昇に相関している。対照的に、本発明の方法およびシステムを用いた焼入れによって、ビッカース亀裂開始閾値は１０Ｎを超えるまで改善され、従来の焼入れによって与えられるビッカース損傷抵抗に対して１０倍の増加であった。本発明が実施されたガラスでは、ＴfsからＴsを引いた値は、少なくとも５０℃、または少なくとも７５℃、または少なくとも９０℃、または約７５℃から１００℃の範囲内であった。低レベルの熱強化を含む実施の形態でさえも、本発明が実施されたガラスは、例えば、５Ｎなどのレベルにおいて増加した抵抗性を依然として与えることができる。特定の考えられる実施の形態では、１５秒のビッカース亀裂開始試験後の５０％亀裂閾値は、５Ｎ以上、１０Ｎ以上、２０Ｎ以上、または３０Ｎ以上となり得る。
Figure 0006749997
得られた仮想温度に関して熱強化プロセスの相対性能を比較するために以下の無次元仮想温度パラメータθを使用することができる。この場合、表面仮想温度θｓが下記に与えられる：
Figure 0006749997
式中、Ｔfsは表面仮想温度であり、Ｔ徐冷（η＝１０13.2ポアズの粘度におけるガラスの温度）は徐冷点であり、Ｔ軟化（η＝１０7.6ポアズの粘度におけるガラスの温度）はシートのガラスの軟化点である。図１０は、２つの異なるガラスの熱強化中に適用した熱伝達率ｈの関数としての、測定した表面仮想温度に関するθｓのプロットである。図１０に示されるように、２つの異なるガラスの結果は、互いにかなり密接に重なっている。これは、パラメータθが、製造に必要な熱伝達率ｈに関して、直接比較される異なるガラスの仮想温度を比較するための手段となることを意味する。各ｈにおける結果の垂直範囲は、急冷開始時の初期温度ＴOのばらつきに対応している。実施の形態において、パラメータθｓは、約（例えば、プラスまたはマイナス１０％）０．２から約０．９、または０．２１から０．０９、または０．２２から０．０９、または０．２３から０．０９、または０．２４から０．０９、または０．２５から０．０９、または０．３０から０．０９、または０．４０から０．０９、または０．５から０．９、または０．５１から０．９、または０．５２から０．９、または０．５３から０．９、または０．５４から０．９、または０．５４から０．９、または０．５５から０．９、または０．６から０．９、またさらには０．６５から０．９を含む。
熱的に焼入れされたカバーガラスシートの焼入れ性パラメータ
様々な実施の形態において、ここに述べられたシステムおよび方法により形成された熱強化されたカバーガラスシート（例えば、カバーガラスシート５００）は、高い焼入れ性および／または熱伝達値を有する。ガラスの「比熱応力」は：
Figure 0006749997
で与えられ、式中、αはガラスの（低温線）ＣＴＥであり、Ｅはガラス材料の弾性率であり、μはガラス材料のポアソン比である。この値は、温度勾配に曝されたときに所定のガラス組成物内に生じる応力レベルを示すために使用される。これは、熱的「焼入れ性」の推定量として使用されることもある。しかしながら、より高い熱伝達率（例えば、約８００Ｗ／ｍ2Ｋ以上など）では、ガラスの高温または「液相線」ＣＴＥが焼入れ性能に影響し始める。したがって、そのような条件下では、粘度曲線全体で変化するＣＴＥ値に亘る積分の近似に基づく焼入れ性パラメータΨが有用であることが分かった：
Figure 0006749997
式中、αS CTEは、１／℃（℃-1）で表される低温線ＣＴＥ（ガラスについて０〜３００℃の平均線膨張係数に相当する）であり、αL CTEは、１／℃（℃-1）で表される高温線ＣＴＥ（ガラス転移点と軟化点との間のどこかで生じることが確認されている高温プラトー値に相当する）であり、ＥはＧＰａ（ＭＰａではない）で表されるガラスの弾性率であり（これによって（無次元）パラメータΨの値が一般に０と１の間の範囲となることができる）、Ｔ歪みは、℃で表されるガラスの歪み点温度（η＝１０14.7ポアズの粘度におけるガラスの温度）であり、Ｔ軟化は、℃で表されるガラスの軟化点（η＝１０7.6ポアズの粘度におけるガラスの温度）である。
強化パラメータΨを決定するために、様々な性質を有するガラスについて、熱強化プロセスおよび結果として得られる表面圧縮応力のモデル化を行った。ガラスは、１０8.2ポアズの同じ出発粘度および様々な熱伝達係数においてモデル化した。様々なガラスの性質が、１０8.2ポアズにおける各ガラスの温度および各々の焼入れ性パラメータΨの計算値とともに、表ＩＩに示されている。
Figure 0006749997
表ＩＩの結果は、Ψがガラスの熱的焼入れ性能に比例することを示している。この相関は、高熱伝達率（２０９３Ｗ／ｍ2Ｋ（０．０５ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃）の熱伝達係数）およびたった１ｍｍのガラスシート厚に関する実施例を示す図１１にさらに示されている。図から分かるように、７つの異なるガラスで生じた圧縮応力のばらつきは、提案される焼入れ性パラメータΨのばらつきと十分な相関がある。
熱的に焼入れされたカバーガラスシートの熱伝達係数、並びに表面圧縮応力および中央引張応力に対する関係
別の態様では、任意のガラスについて、熱伝達係数ｈ（ｃａｌ／ｃｍ2・ｓ・℃で表される）の任意の所定の値で、表面圧縮応力（σCS、ＭＰａ）対厚さ（ｔ、ｍｍ）の曲線は、（０から６ｍｍのｔの範囲に亘り）、双曲線にフィッティングさせることが可能なことが分かっており、ここで、Ｐ1およびＰ2は：
Figure 0006749997
となるようなｈの関数であるか、またはこれにΨを代入して表すと、圧縮応力σCS（ガラス、ｈ、ｔ）の曲線は：
Figure 0006749997
で表され、式中、上記（６）または（７）のいずれかの定数Ｐ1、Ｐ2のそれぞれは：
Figure 0006749997
および
Figure 0006749997
で表される熱伝達値ｈの連続関数である。定数Ｐ1、Ｐ2は、それぞれ図１２および１３にｈの関数としてグラフで示されている。したがって、所定のｈの場合のＰ1の値と、先の式（６）または（７）で同じｈの場合に対応するＰ2の値を用いることによって、厚さｔの関数として、そのｈで得ることができる表面圧縮応力（ＣＳ）に対応する曲線が規定される。
いくつかの実施の形態では、同様の式を使用して、単に同じ伝導下で予想される圧縮応力を２で割ることによって、特に６ｍｍ以下の厚さ、および８００Ｗ／ｍ2Ｋ以上などの熱伝達係数における熱強化カバーガラスシートの中央張力（ＣＴ）を予想することができる。したがって、予想中央張力は、
Figure 0006749997
から求めることができる。式中、Ｐ1CTおよびＰ2CTは：
Figure 0006749997
および
Figure 0006749997
のように求められる。いくつかの実施の形態において、ｈおよびｈCTは、熱強化の所定の物理的状況で同じ値を有することがある。しかしながら、いくつかの実施の形態において、それらは変動することがあり、別個の変数が得られ、それらの間でばらつきが生じると、ＣＳ／ＣＴの典型的な２：１の比が維持されない場合の説明の性能曲線中に取り込むことができる。
本開示のプロセスおよびシステムの１つ以上の実施の形態によって、表ＩＩＩに示される熱伝達率値（ｈおよびｈCT）の全てにおいて熱強化ＳＬＧシートが製造される。
Figure 0006749997
いくつかの実施の形態において、熱伝達値比率（ｈおよびｈCT）は、約０．０２４から約０．１５ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（約１００４から約６２８０Ｗ／ｍ2Ｋ）、約０．０２６から約０．１０ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（約１０８９から約４１８７Ｗ／ｍ2Ｋ）、または約０．０２６から約０．０７５ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（約１０８９から３１４０Ｗ／ｍ2Ｋ）となることがある。
図１４は、先の式６〜９によるｈの選択された値に対するＣ（ｈ，ｔ）・Ψ（ＳＬＧ）のグラフによる、厚さｔ（ｍｍ）の関数としてのガラスシートの表面圧縮のＭＰａで表された新しく開けられた性能空間を示しており、Ψ（ＳＬＧ）は、表ＩＩ中のＳＬＧのΨ値に対応する。ＧＣで示された線は、０．０２ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（または８４０Ｗ／ｍ2Ｋ）から０．０３ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（または１２５０Ｗ／ｍ2Ｋ）の気体対流焼入れによって実現可能なＳＬＧシートの厚さに対する最大応力の推定範囲を示しており、これらの熱伝達係数のレベルは、１０8.2ポアズの加熱ガラス粘度、または対流気体プロセスの能力よりも高い温度の約７０４℃においてそのプロセスで使用できるものとしている。
気体対流焼入れプロセスに基づく最大の報告されたシートＣＳ値の例が、凡例で気体対流と表示された△印によって示されている。値６０１は、市販の設備の公表された製品性能能力を示しており、一方で値６０２は、あるガラス加工会議における口頭による報告に基づいている。ＬＣで示された線は、０．０６２５ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（または約２６００Ｗ／ｍ2Ｋ）の熱伝達率ｈによって得られ、１０8.2ポアズの初期加熱ガラス粘度または約７０４℃における処理も仮定した、液体接触焼入れによって実現可能と判断されるＳＬＧシートの厚さに対する最大応力の曲線を示す。液体接触焼入れプロセスに基づく最大の報告されたシートＣＳ値の例は、凡例で液体接触と表示された○印によって示されている。厚さ２ｍｍにおける２つの値のより大きい方は、ホウケイ酸カバーガラスシートの焼入れの報告に基づいており、達成された応力は、スケール変更で直接比較するために（ΨSLG）／（Ψホウケイ酸）によって図のスケールを変更している。
７０４で示された線は、０．２０ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（または約８３７０Ｗ／ｍ2Ｋ）の熱伝達率および急冷直前の７０４℃の初期温度において本開示の方法およびシステムの１つ以上の実施の形態によって実現可能な応力を示している。このように実現可能なカバーガラスシート上の応力レベルは、液体焼入れが最新の気体対流焼入れに対して示しているものとほぼ同じ範囲の改善を液体焼入れ強度レベルに対して示している。７０４で示された線は上限ではないが、さらに高い温度において（カバーガラスのより低い粘度において）小さい間隙のガスベアリングの熱強化で実現可能な形状および平坦度の良好な制御のために、実施の形態では、これより高い値が実現可能であることが示されている。７３０で示された線は、カバーガラスの軟化点に非常に近いまたはそれより高い７３０℃のＳＬＧシートの開始温度において、０．２０ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（または約８３７０Ｗ／ｍ2Ｋ）の熱伝達率によって実現されるさらなる強化性能の一部を示している。特に、狭いガスベアリングにおけるシートの平坦度および形状の良好な取扱いおよび制御によって可能となる高い熱伝達率と高い初期温度の使用との組合せによって、圧縮応力、したがってカバーガラスシート強度の顕著な改善がこのように実現され、厚さ２ｍｍ以下における改善が特に顕著になる。
図１５は、２ｍｍ以下であるが、本開示の１つ以上の実施の形態によって製造された焼入れされたカバーガラスシートの選択された例についてプロットされた厚さの関数としての圧縮応力で、先に説明した図１４の線を示しており、本開示によって可能となった熱強化レベルおよび厚さの最良の組合せを示している。
表面粗さが低く、平坦度が高い、熱的に焼入れされたカバーガラスシート
様々な実施の形態において、シート５００などの、ここに開示された熱強化カバーガラスシートは、高い熱応力と、低い形成時表面粗さとの両方を有する。ここに開示されたプロセスおよび方法は、形成時の表面の表面粗さを増加させずに、カバーガラスのシートを熱強化することができる。例えば、入ってくるフロートカバーガラスの空気側表面、および入ってくるフュージョン形成されたカバーガラスの表面を、処理の前後に原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）によって特徴付けた。Ｒa表面粗さは、入ってくる１．１ｍｍのソーダ石灰フロートカバーガラスについて１ｎｍ未満（０．６〜０．７ｎｍ）であり、そのＲa表面粗さは、本発明のプロセスによる熱強化によって増加しなかった。同様に、フュージョン形成されたカバーガラスの１．１ｍｍのシートについての、０．３ｎｍ未満（０．２〜０．３ｎｍ）のＲa表面粗さは、本開示による熱強化によって維持された。したがって、熱強化されたカバーガラスシートは、少なくとも第一の主面上の表面粗さが、少なくとも１０×１０μｍの面積に亘り、０．２から１．５ｎｍのＲa粗さ、０．２から２．０ｎｍのＲa粗さ、０．２から０．７ｎｍ、０．２から０．４ｎｍ、またさらには０．２から０．３ｎｍの範囲内にある。表面粗さは、例示の実施の形態において、１０×１０μｍ、またはいくつかの実施の形態において、１５×１５μｍの面積に亘り測定されることがある。
いくつかの考えられる実施の形態において、ここに開示された熱強化されたカバーガラスシートは、高い熱応力と、低い形成時表面粗さおよび／または被覆表面との両方を有する。ここに開示されたプロセスおよび方法は、カバーガラスシートの滑らかな形成されたままのまたは供給されたままの表面の表面粗さを増加させずに、また同様に、敏感な低Ｅコーティングまたは反射防止コーティングまたは他のコーティングに損傷を与えずに、カバーガラスのシートを熱強化することができる。入ってくるフロートカバーガラスの空気側表面、および入ってくるフュージョン形成されたカバーガラスの表面を、処理の前後に原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）によって特徴付けた。Ｒa表面粗さは、入ってくる１．１ｍｍのソーダ石灰フロートカバーガラスについて１ｎｍ未満（０．６から０．７ｎｍなど）であり、本開示による熱強化によって増加しなかった。Ｒa表面粗さは、入ってくるフュージョン形成されたカバーガラスの１．１ｍｍのシートについての、０．３ｎｍ未満（０．２から０．３ｎｍなど）であり、同様に、本開示による熱強化によって増加しなかった。したがって、考えられる実施の形態において、本開示による熱強化されたカバーガラスシートは、少なくとも０．２ｎｍおよび／または０．７ｎｍ以下、０．４ｎｍ以下、またさらには０．３ｎｍ以下などの１．５ｎｍ以下のＲa粗さの範囲にある少なくとも第一の主面上の表面粗さを有する、もしくは強化前に施されることがある種類のコーティングをその上に有する熱強化シートを有する、もしくはこれらの低い粗さ値とコーティングの組合せを有し、出発材料として対応するカバーガラスシートに使用される本発明のプロセスから得られる。本出願人の理解によれば、表面品質および／または表面コーティングのそのような保存には、以前は、対流気体焼入れまたはことによると低い熱伝達液体焼入れプロセスの使用が必要であったが、これにより、本発明のプロセスおよび方法により利用できる全範囲に対して熱強化効果が制限されてしまう。
別の実施の形態において、ここに記載された熱強化されたカバーガラスシートは高い平坦度を有する。様々な実施の形態において、ここに述べられた強化システムでは、移送および加熱中にガラス材料を支持するために制御されたガスベアリングを利用し、いくつかの実施の形態において、カバーガラスシートの平坦度の制御および／または改善を促進し、それによって、特に薄いおよび／または高度に強化されたカバーガラスシートについて、以前に得られたよりも高い平坦度を得るために使用することができる。例えば、少なくとも０．６ｍｍのシートは、改善された強化後平坦度を有するように強化することができる。本発明が実施された熱強化カバーガラスシートの平坦度は、その第一または第二の主面の一方に沿った任意の５０ｍｍの長さに沿って１００μｍ以下の芯振れ精度（ＴＩＲ）、第一または第二の主面の一方の上の５０ｍｍの長さ内で３００μｍ以下のＴＩＲ、第一または第二の主面の一方の上の５０ｍｍの長さ内で２００μｍ以下のＴＩＲ、１００μｍ以下のＴＩＲ、または７０μｍ以下のＴＩＲを有し得る。例示の実施の形態において、平坦度は、ガラスシートの任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って測定される。考えられる実施の形態において、ここに開示された厚さを有するシートは、１００μｍ以下のＴＩＲの平坦度、７０μｍ以下のＴＩＲの平坦度、５０μｍ以下のＴＩＲの平坦度などの、第一または第二の主面の一方の上の２０ｍｍの長さ内で２００μｍ以下のＴＩＲの平坦度を有する。
考えられる実施の形態によれば、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品（例えば、図４に示されたカバーガラスシート５００）は、本体５２２の１ｃｍの長手方向の広がりに沿ってその厚さｔが、１０μｍ以下、５μｍ以下、２μｍ以下などの５０μｍ以下しか変化しないような高度の寸法一貫性を有する。そのような寸法一貫性は、寸法を歪めることがある冷却板の位置合わせおよび／または表面の凸凹などの実施上の配慮点のために、ここに開示されたような、所定の厚さ、面積、および／または負の引張応力の大きさについて、固体急冷では達成できないであろう。
考えられる実施の形態によれば、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、それに沿った１ｃｍの長手方向のプロファイルが、直線の２０μｍ以内、１０μｍ以内、５μｍ以内、２μｍ以内などの５０μｍ以内にある、および／またはそれに沿った１ｃｍの幅方向のプロファイルが、直線の２０μｍ以内、１０μｍ以内、５μｍ以内、２μｍ以内などの５０μｍ以内にあるように平坦な主面（例えば、図４の強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の第一と第二の主面５１０、５２０）を少なくとも１つ有する。そのような高い平坦度は、液体の対流および関連する力が原因による、これらのプロセスにおいて強化されたカバーガラスの反りまたは曲がりなどの実施上の配慮点のために、ここに開示されたような、所定の厚さ、面積、および／または負の引張応力の大きさについて、液体急冷では達成できないであろう。
熱強化されたカバーガラスシートのＣＴＥ
別の態様は、熱強化された低熱膨張係数（ＣＴＥ）のカバーガラスシートを含む。前述したように（例えば、式７および１０参照）、熱強化の効果は、カバーガラスシートを構成するガラスのＣＴＥに大きく依存する。しかしながら、低ＣＴＥガラスの熱強化によって、低アルカリ含有量のために、高い耐薬品性、または電子機器とのより良好な適合性などの有利な性質を有する強化ガラス組成物が得られることがある。６５、６０、５５、５０、４５、４０、およびさらには３５×１０-6℃-1以下のＣＴＥを有するカバーガラスシートは、４ｍｍ未満、３．５ｍｍ未満、３ｍｍ未満、およびさらには２ｍｍ以下の厚さで安全ガラスのような破壊パターン（「ダイシング」）が可能となる。４０×１０-6℃-1以下のＣＴＥ値を有するカバーガラスは、ここに記載のプロセスを用いて強化することができる。ここに述べられたシステムおよび方法により強化されたそのような低ＣＴＥガラスは、同じ厚さにおいて従来の商業的（気体対流）プロセスで強化されたＳＬＧシートと同様の表面圧縮を有することができる。いくつかの実施の形態において、低ＣＴＥガラスの圧縮応力は、１ｃｍ以下、５ｍｍ以下、３ｍｍ以下、２ｍｍ以下、１．５ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．７５ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．３ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、または０．１ｍｍ以下の厚さを有するカバーガラスシートについて、少なくとも５０ＭＰａ、少なくとも１００ＭＰａ、少なくとも１２５ＭＰａ、少なくとも１５０ＭＰａ、少なくとも２００ＭＰａ、少なくとも２５０ＭＰａ、少なくとも３００ＭＰａ、または少なくとも４００ＭＰａであり得る。
本開示により形成されたカバーガラスシートには、消費家電製品における多数の用途があり、例えば、電子機器、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、家電製品、タブレット型コンピュータのディスプレイ中、様々な消費家電製品中に使用されるガラス・中間層・ガラス積層体などの積層体中の用途がある。より強くより薄い積層体を製造することができ、その結果、質量と費用の節約、および燃料効率の増加をもたらす。熱強化された薄いシートは、冷間曲げ、および形成されたより厚いガラスへの積層が可能であり、薄いシートのどのような加熱成形も必要としない、容易で信頼性の高い製造プロセスが与えられることが望ましい。
熱的に焼入れされたカバーガラスシートのアルファ
下記の表ＩＶには、本開示の方法により得られた結果（表に「方法の根源」Ｉと示されている）、および焼入れプロセス内で得られた熱交換係数の大雑把な尺度である性能指数のアルファが示されている。アルファは：
Figure 0006749997
により与えられ、℃／ｍｍの単位で表され、式中、ＣＳは物理的な圧縮応力（ＭＰａ）であり、ｔはミリメートルの厚さであり、ＣＴＥは℃-1の熱交換係数であり、Ｅは（ＭＰａ）のガラスの弾性率である。
Figure 0006749997
試料１および３は、開示されたプロセスから得られた再現できる値であり、そのプロセスにおける気体として、試料１では空気を使用し、試料３ではヘリウムを使用している。試料２は、本発明のプロセス内で空気を使用した「チャンピオンの」値を示す、すなわち、今まで確実に再現できていない。本開示のプロセスにより処理されたカバーガラス試料（試料１〜３）の全ては、１１７℃／ｍｍでアルファを超えた。本出願人は、厚さによるアルファの勾配は、ガラス厚が小さくなると低下する固有の傾向があるであろうと考えている。こに開示されたガラスは、いくつかの実施の形態において、２０ｔ＋７７より大きいアルファを有し、式中、ｔはｍｍのカバーガラスの厚さである。
熱強化システムおよびプロセス
様々な実施の形態において、カバーガラスシートを強化するためのプロセスは、カバーガラスシート５００などのカバーガラスシートの少なくとも一部を、そのシートが急冷されて、ここに述べられた性質の１つ以上を有する強化されたカバーガラスシートを作り出す冷却または急冷区域中に支持または案内する工程を有してなる。様々な実施の形態において、カバーガラスシートは、そのカバーガラスシートの表面と１つ以上のヒートシングとの間の間隙に供給される気体の流れまたは圧力によって少なくとも一部が支持されている。一般に、ガラスシートの温度は、シートが冷却区域中に入れられたときにそのガラスの転移温度よりも高く、様々な実施の形態において、そのカバーガラスシートは、対流よりも熱伝導により冷却区域内で冷却される。伝導は、隣接する分子間の相互作用によってエネルギーが伝えられる熱伝達過程であり、対流は、加熱された流体が熱源から離れていき、より低温の流体と置き換えられ場合などの、流体（例えば、空気、ヘリウムなど）の運動によってエネルギーが伝えられる熱伝達過程である。したがって、本発明のシステムは、ガラスシートの冷却中の熱伝達の主な形態が対流式である、従来の対流に基づくガラス強化／焼入れシステムとは著しく異なる。
いくつかの実施の形態において、カバーガラスシートを強化するための全体のプロセスは、高温区域中でカバーガラスシートを加熱する工程と、次にカバーガラスシートを冷却区域中で冷却する工程とを含む。カバーガラスシートは転移温度を有し、これは、カバーガラスの粘度がη＝１０12〜１０13.3ポアズの値を有する温度である。カバーガラスは、カバーガラスシートを転移温度よりも高温にするのに十分に加熱され、次に冷却区域中に入れられる。必要に応じて、カバーガラスは、移行区域を介して高温区域から低温区域まで移行させることができる。冷却区域内では、カバーガラスシートの表面は、カバーガラスシートのどの側にも１つあるヒートシンクに隣接して位置しており、各々が、カバーガラスの表面の１つとそのヒートシンクの対向する表面との間に間隙を有する。ヒートシンク中の多数の開口を通じて間隙中に気体が供給され、いくつかの実施の形態において、その供給された気体は、カバーガラスの表面がヒートシンクと接触しないようにカバーガラスをそれらヒートシンクの間に支持する空気ベアリングを形成する。冷却区域内で、カバーガラスシートは、対流よりも伝導によって冷却され、熱的に誘起される表面圧縮および熱的に誘起される中央張力がそのシートに固定または形成されるのに十分冷却され、ここに述べられたように増加した強度が与えられる。様々な実施の形態において、主に伝導による冷却は、カバーガラスシートが、ヒートシンクの対向する表面と近いが、接触しないように冷却区域内で、非常に小さい間隙サイズを有することによって達成される。
記載されたプロセスを可能にする装置は、カバーガラスシートを転移温度よりも高温にを加熱するための加熱区域と、加熱したカバーガラスシートを冷却して強化されたカバーガラスシートを提供するための冷却区域とを備えることができる。この装置は、加熱区域と冷却区域との間に随意的な移行区域を備えることができる。この冷却区域は、その中に加熱されたカバーガラスシートが収容される間隙を画成する一対の対向面を有するヒートシンクを備えてもよい。その冷却区域は、間隙内にカバーガラスシートを支持するように働く間隙の対向面に配置される一対のガスベアリングを含むことができる。この間隙は、加熱されたカバーガラスシートを対流よりも伝導によって冷却するように構成することができる。いくつかの実施の形態において、そのガスベアリングは、間隙に気体を供給するための複数の開口を含むことができ、そのガスベアリングの表面は、加熱されたカバーガラスシートから対流よりも伝導によって熱を奪うことが可能なヒートシンクとして働く。
ここに開示された強化プロセスおよび設備（概して、図２１〜２５を参照のこと）により、熱的焼入れの本発明の形態によって、カバーガラスまたはガラスセラミック物品（概して、図４〜７および２７〜３０を参照のこと）を強化することができる。そのプロセスは、引張応力対厚さ／深さの曲線（概して図６参照）が急勾配となる、特に、カバーガラスまたはガラスセラミック物品の表面近くの勾配が急になり、これにより、イオン交換または異なるガラスの積層による強化を必要とせずに、カバーガラスまたはガラスセラミック物品を、それぞれの物品の表面近くの所定の厚さに関して特に高レベルの負の引張応力に強化することができる。しかしながら、いくつかの実施の形態において、ここに開示された熱的焼き入れプロセスは、イオン交換により増進させても、またはガラスとガラスの積層を行ってもよい。ここに開示された熱的焼き入れプロセスは、接触式急冷設備の位置合わせの限界、従来の対流システムの冷却速度の限界、および／または液体急冷焼入れに関連する反り損傷などのために、従来の熱的焼入れ方法による強化には大きすぎるであろう大面積物品（例えば、シート）において、特に高レベルの強化を可能にする。ここに開示されたプロセスは、強化プロセス中の薄いカバーガラスまたはガラスセラミック物品の破損または破砕に対する感受性および固体または液体急冷に関連する接触力のため、および／または従来の対流式焼入れの冷却速度の限界のためなどで、従来の焼入れ方法による強化には薄すぎるであろう特に薄いシートにおいて、高レベルの強化を特異的に機能にする。しかしながら、他の考えられる実施の形態において、ここに開示されたようなカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、ここに開示された独特の強化プロセスとの組合せなどで、少なくともある程度の固体または液体急冷により、製造されることがある。
本開示による方法の一つの実施の形態が図１６の流れ図に示されている。その方法またはプロセス１００は、カバーガラスシートの転移温度より高い温度でそのガラスシートを提供する工程１４０を含む。方法またはプロセス１００は、少なくとも部分的には気体によって（気体の流れおよび圧力によって）カバーガラスシートを支持する工程１６０も含む。工程１６０は、カバーガラスシートが気体により支持されながら、１）ヒートシンクへの気体による対流よりも伝導によって、および２）周囲温度において、熱的に誘起される表面圧縮応力および熱的に誘起される中央張力応力をシートに形成または固定するのに十分に、シートを冷却する工程を含む。
図１７の流れ図において方法１００’として示された図１６の実施の形態の変形形態によれば、この方法は、カバーガラスシートがガラスの転移温度よりも高温になるようにガラスシートを十分に加熱する工程１１０を含むことができる。冷却工程１６０の一部として、またはその準備として、方法１００’は、工程１２０において、各々が中に開口を有する第一と第二のヒートシンク表面（概して図２１〜２５を参照のこと）を有するヒートシンク（単体または別体のいずれかで）を提供する工程をさらに含む。工程１３０Ａにおいて、この方法は、第一の間隙を渡り第一のヒートシンク表面に面するように第一のシート表面を配置する工程、および工程１３０Ｂにおいて、第二の間隙を渡り第二のヒートシンク表面に面するように第二のシート表面を配置する工程をさらに含む。そのヒートシンク表面は、開口を含むことができる、および／または多孔質であってよい。方法１００’は、工程１６０において、それぞれのヒートシンク表面への気体による対流よりも伝導によって、カバーガラスを強化するのに十分に（例えば、熱的に誘起される表面圧縮応力および熱的に誘起される中央張力応力を板に形成または固定するのに十分に）シートを冷却する工程をさらに含むことができる。工程１６０は、開口または多孔質ヒートシンクを介して第一と第二の間隙に気体を供給する工程を含むこともでき、そのようないくつかの実施の形態において、その気体は、ヒートシンクに隣接してカバーガラスシートを支持する空気ベアリングを形成するように供給される。いくつかの実施の形態において、気体は、ヒートシンクの開口のみを介して、または多孔質ヒートシンクの細孔のみ、もしくは細孔と開口とを介して供給される。
本開示のこれらと他の関連する方法は、冷却の主要方式として、対流の代わりに伝導を用いることによって、気体対流冷却の現在主流の技術に逆らっている。固体と気体（ガラスから空気への）の熱交換の代わりに、ここに記載された方法は、熱強化を行う冷却の開始および完了の両方を行うために、少量の気体（例えば、ガラス表面とヒートシングの間の物理的接触なく）によって小さな間隙を渡り媒介される固体と固体（ガラスからヒートシンクへの）の熱交換を使用する。気体（例えば、空気ベアリングの気体）が小さな間隙中に流入するときに、ある程度対流が存在するが、気体を介して間隙を渡るヒートシンクへの直接の伝導が、主な冷却態様である。出願人は、伝導性熱伝達の優勢のために、対流が主な冷却プロセスに対して熱伝達率が増加すると判断した。
固体間の伝導（たとえ間隙を渡っても）によって、対流よりも速い熱流が可能となるので、より薄いカバーガラスシートに必要な冷却速度の増加が、気体の速度および体積に縛られることがない。様々な実施の形態によれば、対流システムにおける気体流および間隙サイズによって典型的に課せられる制約なく、気体流および間隙サイズは、間隙中の気体クッションの硬さを制御するため、シートを支持するため、板の平坦化または別の成形のため、熱伝導の最適化のため、熱強化中のシートの平坦度および／または形状を維持するため、および／または速い冷却速度でのシートの取扱いの容易さのバランスの取るためなどの他の目的のために、選択する、制御する、または最適化することができる。例えば、いくつかの実施の形態において、冷却は対流によらないので、ヘリウムは、ガスベアリングを支持する非常に小さいガス流量のために、本開示のシステムにおいて空気に代わる経済的に実施可能な代替物となり、そのような実施の形態において、ヘリウムは空気の約５倍の熱伝導率を与える。今日販売されている価格の数倍と仮定される価格のヘリウムでさえも、本開示のシステムの低流量での経済的に実施可能な代替物となる。
さらに、本開示のシステムにより冷却中のカバーガラスシートの上を流れる空気の体積が減少するので（対流システムと比べて）、ここに述べられたシステムおよび方法により、従来の対流に基づく焼入れシステムに必要な高速の多量の気流によって典型的に生じるカバーガラスの高温の薄いシートが変形する潜在的危険性が減少する。これによっても、歪がないかまたは最小限で、より柔らかくより高温のカバーガラスシートを扱うことができ、実現可能な強化の程度がさらに改善される。多い空気流量が不要となることで、急冷室中にシートを移動させる（速い気流に対して移動させる）際、およびシートの加熱に使用される炉の隣接部分に高速のより低温の空気が流入してそれを冷却するのを回避する際に見られることがある問題も軽減される。
さらに、気体を介する伝導の使用により、従来の液体接触または固体接触の急冷焼入れに関連する、接触損傷、反り、形削りなどが軽減されるであろう。中間伝導体として気体を使用すると、固体間の接触を回避することによって、処理される物品の表面品質が維持される。気体により高い伝導速度を媒介することによって、気体接触も回避される。いくつかの種類の液体急冷が、カバーガラス表面の望ましくない歪み、焼入れにおける空間的変動、および汚染を導入し得る。これらの実施の形態は、必然的に、非接触（気体による接触を除く）であるが、非常に高速の冷却を与える。他の実施の形態において、先に述べたように、固体または液体接触が含まれることがある。
熱的焼入れシステム／プロセスの消費電力
大きい空気流量を回避することの別の利点は、主なカバーガラス冷却機構として固体・気体・固体伝導を使用することで達成される電力およびエネルギーの節約にある。図１８および１９の点ＡおよびＢは、比較的高流量での圧縮空気供給によって、カバーガラスシートの平方メートル当たりの空気ベアリングのピーク電力使用の上限の評価を示している。圧縮空気の実際の下限のピーク電力の使用は、示された値の１／１６ほどの小ささとなり得る。点ＡおよびＢは、ヒートシンクの能動冷却を含まないが、いくつかの実施の形態において、特に機械が連続、準連続、または高頻度運転である場合には能動冷却を含み得る。
再び図１８および１９を参照して、カバーガラスシートの温度の３００℃の低下に相当する熱負荷が、点Ａ’について２．１秒の時間制限内で、点Ｂ’について１秒の時間制限内で、熱と機械（または電気）との効率比が７．５対１となる能動冷却システムによって達成されると仮定すると、ヒートシンク表面の能動冷却が考慮される場合に、点ＡおよびＢでの空気ベアリングの運転の控えめに推定したピーク電力レベルを点Ａ’およびＢ’が示している（これらの点は、ここに記載された装置で実際に焼入れされるカバーガラスシートにほぼ対応する）。
図１８および図１９の領域Ｒ内の４つの点は、本開示の方法およびシステムによって得ることができる改善の重要性を（少なくともある程度）示しているが、電力需要が記載の量であるので、これらの図では十分な利点は著しく低評価されそうであることに留意されたい。例えば、曲線Ｎによって示されるように、送風機のピーク電力は、効率的にオンおよびオフが行われず、典型的に、空気が必要ではないときに、依然として（しかし、負荷は低い）回転する大型ファンを遮断するためのゲート付き通風路が必要となる。本開示によって容易に達成できる例として点Ａ’およびＢ’に示される、冷却水プラントなどの流体冷却システムのピーク電力需要は、一般に、はるかにより効率的に受け入れることができ、完全連続運転に取り組む場合のみ、有効なピーク電力がはるかに小さくなり、Ａ’およびＢ’に近づくであろう。それゆえ、全エネルギー需要の差は、図中に示されたピーク電力需要の差よりも大きくなる傾向にあるであろう。いくつかの実施の形態において、ここに記載されたプロセスは、２ｍｍ以下の厚さのカバーガラスシートの熱強化のために１２０ｋＷ／ｍ2未満、１００ｋＷ／ｍ2未満、８０ｋＷ／ｍ2未満のピーク電力を有する。
熱的焼入れ中の薄いカバーガラスシートからの熱伝達
一般に、本開示のシステムおよびプロセスにおける薄いカバーガラスシートからの熱伝達は、伝導部材、対流部材および放射部材を含む。上述し、ここに詳しく説明するように、本開示の熱的焼入れシステムは、薄いカバーガラスシートを急冷するための主要機構として伝導性熱伝達を利用することによって、薄いカバーガラスの焼入れを行う。
以下は、基礎となる理論の本出願人の理解である。薄いカバーガラスシート（２ミリメートル以下など）の十分に速い冷却速度は、空気などの気体による伝導により実際に達成できるか否かを−そして、もしそうであれば、そのような速度が実際の間隙サイズで達成できるか否かを−尋ねることが、おそらく、ガラス焼入れ（伝導効果は通常、対流および放射のみの分析を支持して、普通は無視されるほど小さい）の当業者の心に浮かぶであろう。
ここに記載のシステムを用いるプロセスに具体化される条件での熱伝導量は以下のように決定することができる。最初に、本開示におけるように伝導による熱強化に関して、間隙内の気体の熱伝導率を、熱勾配に沿った伝導の方向で評価しなければならない。冷却されているシートの表面またはその付近での高温の空気は、ヒートシンクの表面またはその付近の室温またはそれに近い温度の空気（（乾燥）室温空気（２５℃）の公称熱伝導率は約０．０２６Ｗ／ｍ・Ｋである）などの、より低温の空気よりもはるかに高い熱伝導率を有する。冷却開始時に、間隙全体に亘る空気が、向かい合う２つの表面の平均温度にあると仮定する近似が使用される。カバーガラスシートは、冷却の開始時に、例えば６７０℃の温度であってよく、一方、ヒートシンク表面は、例えば３０℃で開始することができる。したがって、間隙中の空気の平均温度は３５０℃であろう。そのときの乾燥空気は約０．０４７Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し、室温におけるその熱伝導率よりも７５％を超えて高く、シートが、かなり高度の表面および厚さ一貫性に仕上げられていると仮定して、後述のように、本開示のシステム内のサイズの間隙を介して多量の熱エネルギーを伝導させるのに十分に高い。
説明のため、間隙が面積Ａg（間隙距離ｇの方向に対して垂直となるあらゆる方向）を有する距離ｇの間隙を介した熱伝達率の伝導成分のＱ伝導は：
Figure 0006749997
で表されることがあり、式中、ｋは熱伝導の方向（またはその反対）で評価される間隙中の材料（気体）の熱伝導率であり、Ｔsはカバーガラス表面の温度であり、ＴHSはヒートシンク表面（または他の実施の形態について、熱源表面）の温度である。前述したように、気体の熱伝導率は温度とともに変化するので、ｋを厳密に評価するためには、伝導熱流の方向に沿った（または逆らった）気体の熱伝導率の積分が必要となるであろう−しかし、良好な近似として、ｋは、２つの表面の温度ＴsおよびＴHSの平均における間隙中の気体のｋの値と解釈してもよい。
熱伝達係数の単位（平方メートル当たりＫ当たりの熱流出力の単位）で式（１４）を再構成すると：
Figure 0006749997
が得られ、このため間隙を渡る伝導の有効熱伝達係数は、間隙中の媒体（この場合は空気）の熱伝導率（Ｗ／ｍＫの単位）を、間隙の長さ（メートル）で割ったものであり、１平方メートル当たり温度差１度当たりのワット数の値が得られる。表Ｖは、それぞれ１０μｍ刻みで１０μｍから２００μｍまでの間隙サイズの、空気およびヘリウムが満たされた間隙に関する伝導単独による熱伝達係数（ｋ／ｇ）を示している。
Figure 0006749997
図２０（従来技術）は、特定の仮定の条件下でｍｍの厚さの関数としてのガラスシートを十分に焼入れするのに必要な熱伝達係数を示す、約３５年前からの業界基準の曲線を示している（２ｍｍにおいて基準線を加えている）。表Ｖを図２０と比較すると分かるように、空気が満たされた約４０μｍの間隙によって、伝導による厚さ２ｍｍのカバーガラスの完全な焼入れが可能となる。４０マイクロメートルわずかに下回るのは、かなり小さい間隙であるが、コンベヤ用途の平面の多孔質空気ベアリングは、概して、２０マイクロメートルほど小さい間隙で確実に運転されるであろう。それゆえ、ヒートシンク表面の細孔により供給される空気間隙に、３７マイクロメートルが達成できる。ヘリウム（または同様の熱伝導率を有する水素）を気体として使用すると、約２００μｍの間隙を用いて厚さ２ｍｍのカバーガラスを十分に焼入れすることができる。ヘリウムまたは水素を気体として使用すると、同じ熱伝達係数で約５倍大きい間隙サイズが可能となる。言い換えると、間隙中の気体としてヘリウムまたは水素を使用すると、同じ間隙サイズで急冷に使用される熱伝達係数が約５倍に増加する。よって、空気でさえ、間隔は非現実的ではなく、高い伝導率の気体により、２ミリメートルより小さいシート厚でさえ、間隙間隔は、比較的容易に達成される。
対流よりも伝導による気体を介した冷却に加えて、別の実施の形態は、対流よりも伝導による気体を介した加熱（または加熱および／または冷却）を含む。伝導および対流の相対的寄与に関して、加熱または冷却のいずれの場合でも、間隙（または複数の間隙）を渡る熱伝達率の対流のＱconv成分は：
Figure 0006749997
で表すことができ、式中、
Figure 0006749997
は気体の質量流量であり、Ｃｐは気体の比熱容量であり、Ｔiは間隙中に流入する時の気体の入口温度であり、ｅは、間隙に流入する気体と、シート表面およびヒートシンク／熱源の表面（間隙の「壁」）との間の熱交換の効率である。ｅの値は、０（表面と気体の熱交換がゼロであることを示す）から１（気体が表面温度に十分到達することを示す）まで変動する。ｅの値は、例えばｅ−ＮＴＵ方法を用いて熱伝達の当業者によって計算することができる。
しかしながら、典型的には、シートの表面とヒートシンク／熱源の表面との間の間隙が小さい場合、ｅの値は１に非常に近づき、これは、気体が、間隙を離れる前に平均で、両側の２つの表面の温度の平均にほぼ完全に等しくなるように加熱されることを意味する。ｅ＝１（対流の熱伝達率をわずかに過大評価している）であり、気体がヒートシンク／熱源の表面を通って間隙に供給されると仮定すると、間隙中の気体の初期温度がヒートシンク／熱源の表面の温度と同じである（Ｔi＝ＴHS）と仮定することができる。次に、対流による熱伝達率は：
Figure 0006749997
と簡略化することができる。
ガラスおよび類似の材料の熱強化または熱処理に典型的に有用な温度では、処理されているシートからの放射熱伝達は比較的小さい。したがって、間隙（例えば、図２１に示された間隙２０４ａ、２０４ｂ）の領域内で主に伝導によってシート（例えば、図２１に示されたシート２００）を冷却（または、加熱が強すぎない場合、熱源からの放射量を仮定して、加熱）するためには：
Figure 0006749997
しか必要ない。（１８）を式（１４）および（１７）と組み合わせると、以下の条件：
Figure 0006749997
が得られ、これが維持されると、対象の間隙の領域内にあるシートが、主に伝導によって冷却（または加熱）されることが実質的に確実になる。したがって、気体の質量流量
Figure 0006749997
は、２ｋＡg／ｇＣp未満、すなわち間隙面積１平方メートル当たり２ｋ／ｇＣp未満となるべきである。ある実施の形態において、
Figure 0006749997
であり、式中、Ｂは対流冷却対伝導冷却の比である。ここに用いたように、Ｂは１未満かつ０超の正の定数であり、具体的には、２／３以下、またさらには４／５または９／１０以下の値を有する。一般に、
Figure 0006749997
は、カバーガラスシート（例えば、ヒートシンク表面（例えば、図２１に示されたヒートシンク表面２０１ｂ、２０２ｂ）に対して、図２１に示されたシート２００）の位置または熱交換表面自体の位置を制御するために気体流をする必要性と一致して、できるだけ低く維持すべきである。この対流冷却対伝導冷却の比は、１未満から１×１０-8までの任意の値であってよい。いくつかの実施の形態において、Ｂは、０．９未満、０．８未満、０．７未満、０．６未満、０．５未満、０．４未満、０．１未満、５×１０-2未満、１×１０-2未満、５×１０-3未満、１×１０-3未満、５×１０-4未満、１×１０-4未満、５×１０-5未満、１×１０-5未満、５×１０-6未満、１×１０-6未満、５×１０-7未満、１×１０-7未満、５×１０-8未満、または１×１０-8未満である。ある実施形態では、
Figure 0006749997
は最小となり、ヒートシンク表面に対してシートの位置を支持し制御するために気体流の使用の必要性と一致する。他の実施の形態において、
Figure 0006749997
は、シートに対する熱交換表面自体の位置を制御するために選択すべきである。
様々な実施の形態において、本開示の伝導に基づく冷却システム内の気体の質量流量
Figure 0006749997
は、従来の対流に基づく焼入れシステムと比べて実質的に低い。この実質的により低い気体流量により、この伝導システムを、ここに述べられたように、実質的に低下した電力使用で運転することができる。さらに、少なくともいくつかの実施の形態において、低下した気体流量は、従来の対流冷却システムと比べて、実質的により静かな冷却システムももたらす。そのような実施の形態において、ノイズが減少すると、聴覚損傷の可能性を低下させ、さらには運転者が聴覚保護器具を使用する必要性が低下するかまたはなくなることによって、運転者の安全性が増すであろう。
当然のことながら、カバーガラス材料のシートが、対向するヒートシンク表面の間で空気ベアリング上で支持される実施の形態において、カバーガラスシートの両面から両方のヒートシンク表面に伝導性熱伝達が起きる。それゆえ、そのような実施の形態において、カバーガラスシートは第一と第二のシート表面を有し、第一の間隙が第一のシート表面と第一のヒートシンク表面との間に位置するように第一のシート表面（例えば、カバーガラスシートの下面）を第一のヒートシンク表面（例えば、下側のヒートシンクの表面）に隣接して配置し、第二の間隙が第二のシート表面と第二のヒートシンク表面との間に位置するように第二のシート表面（例えば、カバーガラスシートの上面）を第二のヒートシンク表面（例えば、上側のヒートシンクの表面）に隣接して配置することにより、カバーガラスシートの冷却が行われる。そのような実施の形態において、第一のシート表面から第一のヒートシンク表面へと、第二のシート表面から第二のヒートシンク表面への熱伝導が起こることが可能になる。そのような実施の形態において、第一の間隙は、ｇ1の第一の間隙に亘る長さおよびＡg1の第一の間隙の面積を有し、第二の間隙は、ｇ2の第二の間隙に亘る長さおよびＡg2の第二の間隙の面積を有する。そのような実施の形態において、第一の間隙に第一の気体の第一の流れが供給され、第二の間隙に第二の気体の第二の流れが供給される。当然のことながら、先の議論と同様に、第一の気体は、熱容量Ｃp1および熱伝導率ｋ1を有し、第一の流れは質量流量
Figure 0006749997
で供給される。そのような実施の形態において、
Figure 0006749997
は、ゼロより大きく、（２ｋ1Ａg1）／（ｇ1Ｃp1）未満である。さらに、第二の気体は、熱容量Ｃp2および熱伝導率ｋ2を有し、第二の流れは質量流量
Figure 0006749997
で供給される。そのような実施の形態において、
Figure 0006749997
は、ゼロより大きく、（２ｋ2Ａg2）／（ｇ2Ｃp2）未満である。そのような実施の形態において、第一と第二の流れは、カバーガラスシートが、ヒートシンク表面と触れずに支持されるようにカバーガラスシートと接触する。このようにして、そのシートは、シートに表面圧縮応力および中央張力が生じるような様式で、対流よりも伝導により冷却される。
高伝導冷却区域を備えたカバーガラス強化システム
図２１を参照すると、高伝導ガラス冷却／急冷ステーションと、対流よりも伝導によって冷却されているガラスシートの概略断面図が示されている。高温のガラスシート２００は、その第一と第二の（主）表面２００ａ、２００ｂを有し、その各々が、それぞれの間隙２０４ａおよび２０４ｂを渡りそれぞれの第一と第二のヒートシンク２０１ａ、２０２ａのそれぞれの第一と第二の表面２０１ｂ、２０２ｂに面している。気体２３０は、矢印で示されるように第一と第二の表面２０１ｂ、２０２ｂを通して供給されて、間隙２０４ａ、２０４ｂに供給され、ヒートシンク２０１ａ、２０２ａの間の中央または他の適切な位置にカバーガラスシートを維持するのを支援する。空気または別の気体は、矢印２４０で示されるように、ヒートシンク２０１ａ、２０２ａのエッジを通過して離れることができる。ここでの議論にしたがって間隙２０４ａ、２０４ｂのサイズ、並びに気体２３０の気体および流量を選択することによって、カバーガラスシート２００は対流よりも伝導によってより冷却される。特定の実施の形態において、カバーガラスシート２００は、カバーガラスシート２００などの加熱された物品から出る熱エネルギーの２０％超、具体的に５０％超、さらに具体的に８０％超が、間隙２０４ａおよび２０４ｂなどの間隙を渡り、ヒートシンク２０１ａおよび２０２ａにより受け取られるように、ヒートシンク２０１ａおよび２０２ａにより冷却される。
いくつかの実施の形態において、間隙２０４ａ、２０４ｂは、加熱されたカバーガラスシートが対流よりも伝導によって冷却されるような十分な厚さまたは間隙間距離を有するように構成される。当然のことながら、間隙２０４ａおよび２０４ｂのサイズは、概して、カバーガラスの主面と、対向するヒートシンク表面との間の距離である。
いくつかの実施の形態において、間隙２０４ａおよび２０４ｂは、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１００μｍ以上（例えば、約１００μｍから約２００μｍ、約１００μｍから約１９０μｍ、約１００μｍから約１８０μｍ、約１００μｍから約１７０μｍ、約１００μｍから約１６０μｍ、約１００μｍから約１５０μｍ、約１１０μｍから約２００μｍ、約１２０μｍから約２００μｍ、約１３０μｍから約２００μｍ、または約１４０μｍから約２００μｍの範囲内）の厚さを有することがある。他の実施の形態において、間隙２０４ａおよび２０４ｂは約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１００μｍ以下（例えば、約１０μｍから約１００μｍ、約２０μｍから約１００μｍ、約３０μｍから約１００μｍ、約４０μｍから約１００μｍ、約１０μｍから約９０μｍ、約１０μｍから約８０μｍ、約１０μｍから約７０μｍ、約１０μｍから約６０μｍ，または約１０μｍから約５０μｍの範囲内）の厚さを有することがある。
ヒートシンク２０１ａ、２０２ａは、中実または多孔質の構成であってよい。適切な材料としては、以下に限られないが、アルミニウム、青銅、炭素または黒鉛、ステンレス鋼などが挙げられる。ヒートシンクの寸法は、カバーガラスシートのサイズに対処するのに十分であり、ヒートシンク温度を大きく変化させずに効率的および効果的に熱を伝達するように設計することができる。ヒートシンク２０１ａおよび／または２０２ａが多孔質である場合、これらは気体が流れるための追加の開口または孔をさらに含むことができ、または流動性を与えるために多孔質構造を使用することができる、もしくはその両方であってよい。いくつかの実施の形態において、ヒートシンクは、ヒートシンクの温度制御用に流体を流すことができる通路をさらに含み、図２３〜２５および以下により詳細に記載されている。
従来技術の高気体流量をなくすことで、間隙中に気体を供給するためのヒートシンク面の、図２１に示されるような、非常に小さい開口または細孔２０６の使用が可能となるであろう。いくつかの実施の形態において、開口は、最小方向（例えば、円形開口の場合の直径）で測定した場合に、２ｍｍ未満、１．５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．２５ｍｍ未満、もしくは２００μｍ以下、１５０μｍ以下、１００μｍ以下、５０μｍ以下、３０μｍ以下、２０μｍ以下、または１０μｍであってよい。いくつかの実施の形態において、開口は約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１０μｍから約１ｍｍ、約２０μｍから約１ｍｍ、または約５０μｍから約１ｍｍである。
隣接する開口２０６の間の間隔は、開口のエッジ間で測定して、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１０μｍから約３ｍｍ、約２０μｍから約２ｍｍ、または約５０μｍから約１ｍｍであり得る。小さな開口または細孔は、個別の流量制限器として機能して、高性能ガスベアリング型の動力学、例えば、シートを位置付け、間隙サイズを制御するための高レベルの剛性およびシートの支持の一貫性を得ることができ、それによって、応力複屈折を回避または軽減するための熱強化効果の高い均一性を得ることができ。さらに、非常に小さい細孔または開口を使用できるので、間隙を渡ってシート表面に面するヒートシンク表面における固体物質の相対量を最大化することができ、それによって伝導熱流を増加させることができる。
様々な実施の形態によれば、間隙２０４ａ、２０４ｂに気体を供給するための唯一の通路としてそのような開口２０６を使用すると、望ましくはヒートシンク表面２０１ｂ、２０２ｂに対して垂直に近い方向にある開口２０６を使用すると、空気ベアリングタイプの動力学が、最適化され、より大きい開口から、またはシート２００に隣接するヒートシンク表面２０１ｂ、２０２ｂを通る以外の供給源からの気体流により、もしくは他の過剰な側方流動により、損なわれないことが確実になる。他の実施の形態において、気体は、開口２０６または細孔などに加えて、他の供給源を通じて間隙２０４ａ、２０４ｂに供給されることがある。したがって、本開示の態様により、従来の対流焼入れプロセスなどに対して、低気体流および固体・気体・固体の伝導の使用により、電力およびエネルギーを節約することができる。
図２２〜２５は、本開示によるカバーガラス強化システム３００の例示の実施の形態を示している。図２２は、伝導ヒートシンク中への気流によってカバーガラスシートからの熱の伝導によりカバーガラスシートを冷却できるシステム３００の概略断面図を示している。この装置は、高温区域３１０と、低温区域３３０と、移送ガスベアリング３２０とを備える。この移送ガスベアリング３２０は、カバーガラスとそのベアリングとの間が非接触または実質的に非接触であるようにカバーガラス物品（例えば、カバーガラスシート４００ａ）を高温区域３１０から低温区域３３０まで移動させるまたは向かわせる。高温区域３１０は、高温空気プレナム３１８からそれぞれ供給されるガスベアリング３１２を有し、そのベアリング３１２は、ベアリング３１２を通る孔に挿入されたカートリッジヒーター３１４を有し、これは、高温区域のガスベアリング３１２を所望の開始プロセス温度に加熱する機能を果たす。カバーガラスシート（高温区域）４００ａは、所望の予冷温度（例えば、転移温度より高い温度）にするのに十分に長い期間に亘り高温区域のガスベアリング３１２の間に維持される。
いくつかの実施の形態において、高温区域中のシートの加熱は、主に薄い気体障壁を介したヒートシンクからの熱の伝導によって行われることがある。高温区域に使用される伝導加熱プロセスは、ここに記載された冷却プロセスと似ているが逆となり得る（例えば、カバーガラスシート中に熱を加える）。
いくつかの実施の形態において、高温区域ガスベアリング３１２とカバーガラスシート４００ａとの間の間隙３１６は、比較的大きく、約０．０５インチ（１．２７ｍｍ）から約０．１２５インチ（３．１７５ｍｍ）以上であってよく、それは、カバーガラスシート４００ａは比較的ゆっくり加熱することができ、高温ガスベアリング３１２からカバーガラスシート４００ａ中への熱放射はこの目的に適しているからである。他の実施の形態において、高温区域の間隙サイズは、側面当たり１５０マイクロメートル、または側面当たり５００マイクロメートルほど小さいことがある。いくつかの実施の形態において、より小さい間隙が有利となることがあり、その理由は、それによってベアリングが、より良好な「剛性」、すなわちカバーガラスを中央に配置し、したがってカバーガラスが軟化状態にある間にカバーガラスを平らにする能力を有することができるからである。いくつかの実施の形態において、このプロセスは、例えば、ガスベアリング３１２により供給される圧力によって、初期加熱工程でカバーガラスシートを再成形（カバーガラスシートを平坦化）することがある。いくつかの実施の形態において、上部および底部の高温区域ガスベアリングは、アクチュエータ上に存在することができ、それによって間隙の幅を連続的に変化させることができ、あるいは、間隙が大きいときにカバーガラスを高温区域中に運び、次に間隙を縮めて、依然として柔らかい状態にあるときにカバーガラスを平坦化することができる。
プロセス温度は、カバーガラスの組成、カバーガラスの厚さ、カバーガラスの性質（ＣＴＥなど）、および所望の強化レベルを含む多数の要因に依存する。一般に、開始プロセス温度は、カバーガラス転移温度とリトルトン軟化点との間のどの値であってもよく、またはいくつかの実施の形態において、さらに高くてもよい。ＳＬＧの場合、例えば、システム３００はカバーガラスシート４００ａを約（例えば、プラスまたはマイナス１％）６４０から約７３０℃の間または約６９０から約７３０℃の間に加熱する。いくつかの実施の形態において、システム３００はガラスシート４００ａを約（例えば、プラスまたはマイナス１％）６２０から約８００℃、約６４０から約７７０℃、約６６０から約７５０℃、約６８０から約７５０℃、約６９０から約７４０℃、または約６９０から約７３０℃の温度に加熱する。
カバーガラスシート４００ａは、その所望の開始プロセス温度（例えば、カバーガラス転移温度より高い温度）に加熱され、次にあらゆる適切な手段を用いて高温区域３１０から低温区域３３０まで移動させられる。いくつかの実施の形態において、カバーガラスシート４００ａの高温区域３１０から低温区域３３０への移動は、例えば（１）カバーガラスシートに作用する重力によってカバーガラスシートが低温区域に移動するようにアセンブリ全体を傾斜させること、（２）高温区域３１０の一番左の出口からの気体流を遮断し（この実施の形態では側面が封鎖される）、それによってガスベアリングの全て放出される気体の全てが低温区域の一番右の出口から押し出され、カバーガラスシート４００ａ上に流体力を作用させ、それを低温区域３３０まで移動させること、または（３）（１）および（２）の組合せによって行うことができる。
移送ガスベアリングプレナム３２８によって移送ガスベアリング３２０に気体を供給することができる。移送ガスベアリング３２０の表面の後ろの固体材料の厚さは、薄く、低熱質量および／または低熱伝導率のものであることがあり、高温区域３１０から低温区域３３０への熱伝導を減少させることができる。移送ガスベアリング３２０は、２つの区域３１０および３３０の間の断熱層または熱移動層として機能することができ、高温区域のより大きい間隙３１６から低温区域３３０の小さい間隙３３６への移行部分として機能することができる。さらに、移送ガスベアリング３２０の低熱質量および／または低熱伝導率により、熱伝達の量、したがって、移送ガスベアリング３２０を通過する間にカバーガラスシート４００ａが経験する冷却が制限される。
カバーガラスシート（低温区域）４００ｂが低温区域３３０中および通路３３０ａ中に一旦移動したら、停止ゲート３４１として示されている機械的停止手段または他の適切な遮断機構によって右側出口から出ないように停止される。消費家電用ガラスまたはカバーガラスシート４００ｂが、その中央がガラス転移を通過するのに十分に（例えば、厚さ１ｍｍのＳＬＧの場合、この例では表面において約３２５℃に相当する、約４９０℃未満に）冷却されたら、停止ゲート３４１を移動させ、低温区域通路３３０ａの障害物を取り除き、次に、カバーガラスシート４００ｂをシステム３００から取り出すことができる。所望であれば、カバーガラスシート４００ｂは、取り出す前に室温付近のある温度まで、低温区域３３０内に残してもよい。
上述したように、高温区域３１０内で、カバーガラスシート４００は、そのカバーガラスシートのカバーガラス転移温度より高い温度に加熱される。図２２に示された実施の形態において、低温区域３３０は、開口３３０ｂを通じて加熱されたカバーガラスシート４００ｂを受け取り、カバーガラスシート４００ｂを移送し、カバーガラスシート４００ｂを低温区域で冷却するための通路３３０ａを含む。１つ以上の実施の形態において、通路３３０ａは、ガスベアリング、ローラホイール、コンベヤベルト、またはカバーガラスシートを低温区域に物理的に移送するための他の手段を含むことができる搬送システムを含む。図２２に示されるように、低温区域３３０は、高温区域プレナム３１８および移送プレナム３２８とは別の供給プレナム３３８であるガスベアリング３３２を含む。
図２２に示されるように、低温区域３３０は、通路３３０ａに隣接して配置された１つ以上のヒートシンク３３１を含む。２つのヒートシンクが使用される場合、そのようなヒートシンクは、通路間隙３３０ａを渡り互いに向かい合う、通路３３０ａの互いに反対側に配置することができる。いくつかの実施の形態において、そのヒートシンクは、ガスベアリング３３２の一部を形成する複数の開口３３１ａを含み、低温区域３３０の低温ガスベアリング３３２の表面は２つのヒートシンク表面として機能する。通路３３０ａ内の低気体流量および通路間隙３３０ａの小さいサイズのために、カバーガラスシート４００ｂは、カバーガラスシート４００ｂがヒートシンク表面に触れずに、主に、間隙を渡り固体ヒートシンク３３１中へのカバーガラスシートからの熱の伝導によって、低温区域３３０内で冷却される。
いくつかの実施の形態において、前記ヒートシンクおよび／またはその表面はセグメント化されてよい。上述したように、いくつかの実施の形態において、そのヒートシンクは多孔質であってよく、そのような実施の形態において、ガスベアリング３３２の気体が供給されるのに通る開口は、その多孔質ヒートシンクの細孔である。複数の開口３３２ｂ、気体源、および通路間隙３３０ａは、流体連通することができる。いくつかの実施の形態において、気体が開口３３１ａを通って、通路間隙３３０ａ中に気体クッション、総またはベアリングを形成する。いくつかの実施の形態の気体クッションは、カバーガラスシート４００ｂがヒートシンク３３１の表面に接触するのを防ぐ。その気体は、対流よりも伝導によってカバーガラスシート４００ｂを冷却する気体としても機能する。
冷却が、間隙を渡って実質的に固体間の熱伝導により起こるので、対流が優位な冷却では存在しない問題に対処する必要があるであろう。例えば、大きく薄いシートの焼入れについて、シートは、（１）必要に応じて、対流に基づく急冷に典型的に使用される速度よりも高速で、低温区域中に迅速に導入することができる、および／または（２）間にわずかな間隔しかない連続流で次々に多数のシートの加熱および冷却を行い、大きいシートの前縁および後縁が同様の熱履歴を有するような熱平衡に到達するようにヒートシンクが能動冷却される、準連続方式でプロセスを操作することができる。
いくつかの実施の形態において、開口３３１ａを通って流れる気体がヒートシンクを冷却する。いくつかの実施の形態において、その開口を通って流れる気体が、間隙を渡る、ヒートシンク中へのカバーガラスからの熱伝導を促進させ、かつヒートシンク３３１を冷却もする。ある場合には、ヒートシンク３３１の冷却には、別の気体または流体を使用してもよい。例えば、ヒートシンク３３１は、図２３に関してより十分に記載されているよにう、ヒートシンク３３１を冷却するための冷却流体が流される通路３３４を含むことができる。通路３３４は封鎖することができる。
２つのヒートシンクが使用される場合（すなわち、第一のヒートシンクおよび第二のヒートシンク）、通路間隙３３０ａに気体を供給するために１つ以上の気体源を使用することができる。これらの気体源は、互いに同じ気体または異なる気体を含むことができる。したがって、通路間隙３３０ａは、一種類の気体、異なる気体源からの気体の混合物、または同じ気体源を含むことができる。例示の気体としては、空気、窒素、二酸化炭素、ヘリウムまたは他の希ガス、水素、およびそれらの様々な組合せが挙げられる。その気体は、カバーガラスシート４００ｂの伝導冷却を開始する直前に通路３３０ａに入るときの熱伝導率によって記載されることがある。ある場合には、気体は、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）０．０２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０２５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上約０．０４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０６Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．０９Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、約０．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、または約０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上）の熱伝導率を有することがある。
ここに記載された本発明のプロセスおよびシステムでは、高い熱伝達率が可能となり、これにより、先に述べたように、非常に薄いカバーガラスシート内でさえも、強化する程度の温度差を生じることができる。カバーガラスシートとヒートシンクとの間にある間隙に、気体として空気を使用すると、３５０、４５０、５５０、６５０、７５０、１０００、および１２００ｋＷ／ｍ2またはそれを超える高さの熱伝達率が、伝導のみで可能となる。ヘリウムまたは水素を使用すると、５０００ｋＷ／ｍ2以上の熱伝達率を達成できる。
１つ以上の実施の形態のヒートシンク３３１は、固定されても、通路間隙３３０ａの厚さを変更するために可動であってもよい。カバーガラスシート４００ｂの厚さは、ヒートシンク３３１の対向する表面間の距離として定義される通路間隙３００ａの厚さの約０．４倍から約０．６倍の範囲内にあることがある（例えば、図２２の配置におけるヒートシンク３３１の上面と下面）。ある場合には、通路間隙は、加熱されたカバーガラスシートが対流よりも伝導によって冷却されるのに十分な厚さを有するように構成される。
いくつかの実施の形態において、カバーガラスシート４００ｂが通路３３０ａを通して運ばれているか、またはその中に位置しているときに、カバーガラスシート４００ｂの主面とヒートシンク表面との間の距離（例えば、先に述べた間隙サイズ）が、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１００μｍ以上（例えば、約１００μｍから約２００μｍ、約１００μｍから約１９０μｍ、約１００μｍから約１８０μｍ、約１００μｍから約１７０μｍ、約１００μｍから約１６０μｍ、約１００μｍから約１５０μｍ、約１１０μｍから約２００μｍ、約１２０μｍから約２００μｍ、約１３０μｍから約２００μｍ、または約１４０μｍから約２００μｍの範囲内）となるような厚さを通路間隙が有することがある。いくつかの実施の形態において、カバーガラスシート４００ｂが通路を通して運ばれるているときに、カバーガラスシートとヒートシンク表面との間の距離（１つ以上の間隙３３６）が、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１００μｍ以下（例えば、約１０μｍから約１００μｍ、約２０μｍから約１００μｍ、約３０μｍから約１００μｍ、約４０μｍから約１００μｍ、約１０μｍから約９０μｍ、約１０μｍから約８０μｍ、約１０μｍから約７０μｍ、約１０μｍから約６０μｍ，または約１０μｍから約５０μｍの厚さ）となるような厚さを通路間隙が有することがある。通路間隙３３０ａの全厚は、カバーガラスシート４００ｂの厚さに依存するが、ヒートシンク表面とカバーガラスシートとの間の距離の２倍に、カバーガラスシートの厚さを加えたものとして一般に特徴付けることができる。いくつかの実施の形態において、カバーガラスシートとヒートシンクとの間の距離または間隙３３６は等しくなくてもよい。そのような実施の形態において、通路間隙３３０ａの全厚は、カバーガラスシートと各ヒートシンク表面との間の距離に、カバーガラスシートの厚さを加えた合計として特徴付けることができる。
ある場合には、通路間隙の全厚は、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）２５００μｍ未満（例えば、約１２０μｍから約２５００μｍ、約１５０μｍから約２５００μｍ、約２００μｍから約２５００μｍ、約３００μｍから約２５００μｍ、約４００μｍから約２５００μｍ、約５００μｍから約２５００μｍ、約６００μｍから約２５００μｍ、約７００μｍから約２５００μｍ、約８００μｍから約２５００μｍ、約９００μｍから約２５００μｍ、約１０００μｍから約２５００μｍ、約１２０μｍから約２２５０μｍ、約１２０μｍから約２０００μｍ、約１２０μｍから約１８００μｍ、約１２０μｍから約１６００μｍ、約１２０μｍから約１５００μｍ、約１２０μｍから約１４００μｍ、約１２０μｍから約１３００μｍ、約１２０μｍから約１２００μｍ、または約１２０μｍから約１０００μｍの範囲内）にあることがある。ある場合には、通路間隙の全厚は、約２５００μｍ以上（例えば、約２５００μｍから約１０，０００μｍ、約２５００μｍから約９，０００μｍ、約２５００μｍから約８，０００μｍ、約２５００μｍから約７，０００μｍ、約２５００μｍから約６，０００μｍ、約２５００μｍから約５，０００μｍ、約２５００μｍから約４，０００μｍ、約２７５０μｍから約１０，０００μｍ、約３０００μｍから約１０，０００μｍ、約３５００μｍから約１０，０００μｍ、約４０００μｍから約１０，０００μｍ、約４５００μｍから約１０，０００μｍ、または約５０００μｍから約１０，０００μｍの範囲内）にあることがある。
ヒートシンク３３１中の開口３３１ａは、ヒートシンク表面に対して垂直に配置することができ、またはヒートシンク表面に対して垂直から２０度以下（例えば、約（例えば、プラスまたはマイナス１％）１５度以下、約１０度以下または約５度以下）の角度で配置することができる。
いくつかの実施の形態おいて、ヒートシンク（低温ベアリング３３２）表面の後ろの材料は、金属（例えば、ステンレス鋼、銅、アルミニウム）、セラミック、炭素を含む高熱伝達率を有するどの適切な材料であっても差し支えない。この材料は、ヒートシングが比較的多量の熱エネルギーを容易に受け入れることができるように、図２２に示されるような移送ベアリング３２０の表面の後ろの材料よりも比較的厚くすることができる。例示の実施の形態において、ヒートシンク３３１の材料はステンレス鋼である。
図２３は、図２２のものと類似の装置の切り欠き斜視断面図であるが、右から左に逆向きになっており、カバーガラスシート４００ｃが上に配置される搭載／取出しガスベアリング３４２を含む搭載／取出し区域３４０が装置３００の低温区域３３０の隣にさらに含まれている。また、図２３の装置は、高温区域３１０、移送ベアリング３２０、および低温区域３３０に狭い通路間隙（図には示していない）を使用している。
図２３中の挿入図は、低温区域ガスベアリング３３２ａの代わりの実施の形態を示しており、このガスベアリング３３２ａは、ガスベアリング供給孔３３３の間の冷却剤通路３３４によって能動冷却され、その供給孔は、ベアリング３３２ａの表面にある開口に供給する。冷却剤通路３３４は、互いに組み合わされてヒートシンク３３１を形成するヒートシンクセグメント３３３ｂと、カバーガラスシート４００ｂに面する表面との間で画定される。
冷却剤通路３３４は、ガスベアリング３３２の固体材料中のヒートシンク３３１の表面の非常に近くに配置することができ、ヒートシンク／ガスベアリング表面と冷却剤通路３３４の最も表面に近いエッジとの間の固体ベアリング材料の領域は、冷却剤通路３３４の最も表面に近いエッジと同じ幅を有する。したがって、いくつかの実施の形態において、冷却剤通路３３４と、カバーガラスシート４００ｂに面する表面との間のヒートシンク３３１／ガスベアリング３３２ａの固体材料中に縮小断面領域が存在しない。これは典型的な対流気体冷却設備とは異なり、その理由は、高気体流量では、気体の流れを逃すために気体ノズルのアレイの中央に大きな空間を設けることが要求されるからである。能動冷却が使用される場合、ヒートシンク３３１／ガスベアリング３３２ａは、カバーガラスの表面に最も近い固体材料に対して、気体ノズル設計の固体材料中に縮小断面領域を有する。シートから戻る加熱された多量の気体の高容量の通路を形成するために、この縮小断面領域は、一般に、能動冷却流体と処理中のカバーガラスシートとの間に配置される。
図２４は、図２３の挿入図と同様の低温区域ガスベアリング３３２のさらに別の実施の形態を示している。この実施の形態において、冷却剤通路３３４は、ガスベアリング供給孔３３３を含むガスベアリング供給部材３３５と、ガスベアリング３３２の表面に面するようにカバーガラスシート４００ｂを供給するガスベアリング面部材３３７ａとの間に形成されている。図２５は、図２４の実施の形態と類似の構造を有するが、ベアリング板部材３３７ｂとカバーガラスシート４００ｂとの間に多孔質部材３３９を有し、よって多孔質部材３３９がカバーガラスシート４００ｂに面する表面を形成する、さらに別の代わりの低温区域ガスベアリング３３２ｃを示している。
様々な実施の形態において、図１６〜２６に関してここに記載されたカバーガラス強化プロセスおよびシステムは、ここに述べられたカバーガラス物品の実施の形態のいずれの特性、特徴、寸法、物理的性質などの任意の組合せを有するカバーガラスまたはガラスセラミック物品（カバーガラスシート５００など）も形成するために使用できるまたは作動できることを理解すべきである。
ここに記載された熱強化プロセスが行われたカバーガラスシートは、イオン交換を行うことでさらに処理して、それらの強度をさらに向上させることができる。ここに記載されたように熱強化したカバーガラスの表面をイオン交換すると、そのようないくつかの考えられる実施の形態において、前述の圧縮応力を少なくとも２０ＭＰａ、例えば少なくとも５０ＭＰａ、例えば少なくとも７０ＭＰａ、例えば少なくとも８０ＭＰａ、例えば少なくとも１００ＭＰａ、例えば少なくとも１５０ＭＰａ、例えば少なくとも２００ＭＰａ、例えば少なくとも３００ＭＰａ、例えば少なくとも４００ＭＰａ、例えば少なくとも５００ＭＰａ、例えば少なくとも６００ＭＰａ、および／または１ＧＰａ以下だけ増加させることができる。
カバーガラスシートを熱的状態調節および／または加熱するためのシステムおよびプロセス
ここに記載されたプロセスおよびシステムは、薄いカバーガラスシートを熱強化することに加え、同様に、さらなる熱的状態調節プロセスのために使用できる。冷却が具体的にここに述べられているが、そのシステムおよびプロセスは、伝導方法によってカバーガラスシートに熱を伝達させるために使用できる。したがって、本開示のプロセスの追加の実施の形態は、対流よりも伝導による気体を通じる加熱を含む。そのようなプロセスまたは方法７００が、図２６の流れ図に示されている。
方法７００は２つの主要な工程を含む。第一工程の工程７１０は、少なくとも１つの表面を有する、カバーガラスシートなどの物品を提供する工程を含む。第二工程の工程７２０は、その物品の表面の一部から、その物品の全表面までの加熱または冷却を行う工程を含む。工程７２０は、副工程７２０ａに示されるように、熱源またはヒートシンク源を出入りする気体により、対流よりも伝導によって行われ、副工程７２０ｂにおいて物品または物品の表面の一部の熱的状態調節を完了するのに十分に行われ、工程７２０の冷却／加熱の伝導は、副工程７２０ｂにおいて上記一部の面積で少なくとも４５０ｋＷ／ｍ2の高熱伝達率で行われる。
例えば、物品は、対流よりも伝導によって、物品の表面の一部から物品の全表面まで（上記一部は面積を有する）を冷却または加熱することによって、熱的に状態調節することができる、すなわち加熱または冷却のいずれかを行うことができ、その伝導は、ヒートシンクまたは熱源に出入りする気体が媒介し、固体間の接触によらず、物品または物品の表面の一部の熱的状態調節の完了に十分であり、その伝導は、少なくとも４５０、５５０、６５０、７５０、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１５００、２０００、３０００、４０００、またさらには５０００ｋＷ／平方メートル以上の率で加熱または冷却の少なくともある時間の間行われる。
焼入れに加えて、ここに述べられたシステムおよび方法により提供される高い熱出力伝達率によって、焼入れ、カバーガラスのエッジ強化、セラミック、ガラス、または他の材料の焼成または焼結などの間の加熱および冷却を含むあらゆる種類の熱処理または状態調節が可能となる。さらに、主に伝導によって熱が取り出されるかまたは供給されるので、処理される物品の熱履歴および熱分布を厳密に制御しながら、表面の平滑性および品質が維持される。したがって、本開示のさらに別の態様において、主に伝導によって熱が取り出されるかまたは供給され、それでも、表面の平滑性および品質が維持されるので、処理される物品の熱履歴および熱分布の厳密な制御が与えられる。したがって、本開示のシステムおよび方法を用いて、間隙の変更、ヒートシンク／熱源材料の変更、ヒートシンク／熱源温度の変更、気体混合物の変更（これらの全ては、シートが動かされるときのシートの通路に沿った、またはシートの通路に渡る、位置により、もしくは位置のみではなく、潜在的に時間によっても変えることができる（変数のほとんどについて））によって、厚さ方向およびシートの面がある方向の両方で、強化プロセスで得られる応力プロファイルを意図的に変化させることが可能である。
強化されたカバーガラスシートを含むデバイス、製品および構造
ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品およびシートには、幅広い物品、デバイス、製品、構造などに幅広い用途がある。ここでのカバーガラスまたはガラスセラミックの議論は、消費家電用ガラスとも称される。本開示によるカバーガラスまたはガラスセラミックは、電子機器、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、ウェアラブル機器（例えば、Ｆｉｔｂｉｔ）、カメラのレンズ、カメラのディスプレイ、家電製品、タブレット型コンピュータのディスプレイ、およびここに記載された性質および寸法による表面を必要とするであろう任意の他の電子機器のどの表面に使用することもできる。
図２７を参照すると、ビル、家、車両などの構造物１０１０は、窓、壁の一部（例えば、表面）、仕切板などの形態にあるガラスまたはガラスセラミック物品１０１２を備える。考えられる実施の形態において、ガラスまたはセラミック物品１０１２は、ここに開示されたように、ガラスまたはセラミック物品１０１２が、その内部の正の引張応力と釣り合わされている、その表面またはその近くで負の引張応力を有するように強化することができる。さらに、ガラスまたはガラスセラミック物品１０１２は、少なくとも７５質量％などの少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素のような比較的高い含有量で二酸化ケイ素を有することによって屋外環境に存在するであろう、化学物質および／または腐食に抵抗する組成を有することができる。
例示の実施の形態によれば、ガラスまたはガラスセラミック物品１０１２は、その厚さに対して垂直な主面を有し（概して、図４に示されるようなシート５００を参照のこと）、その主面は、他の用途（例えば、レンズ、電池部材など）に使用されるガラスまたはガラスセラミック物品と比べて大きい面積（例えば、少なくとも５ｃｍ2、少なくとも９ｃｍ2、少なくとも１５ｃｍ2、少なくとも５０ｃｍ2、少なくとも２５０ｃｍ2）を有する。考えられる実施の形態において、ガラスまたはガラスセラミック物品１０１２を通る全光透過率は、そのガラスまたはガラスセラミック物品１０１２が、５ｃｍ未満、３ｃｍ未満、２ｃｍ未満、１．７５ｃｍ未満、１．５ｃｍ未満、１ｃｍ未満、５ｍｍ未満、３ｍｍ未満、２ｍｍ未満、１．７５ｍｍ未満、１．５ｍｍ未満、１ｍｍ未満、０．８ｍｍ未満、０．６ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．４ｍｍ未満、０．２ｍｍ未満、および／または少なくとも５０マイクロメートルなどの少なくとも１０マイクロメートルの厚さなどの、ここに開示されたような厚さを有するときに、約３００ｎｍから約８００ｎｍの波長で少なくとも５０％（例えば、少なくとも６５％、少なくとも７５％）である。
ガラスまたはガラスセラミック物品１０１２の薄い厚さは、ここに開示された本発明のプロセスにより与えられるガラスまたはガラスセラミック物品１０１２の高レベルの強度のために、従来の物品と比べて、建築、自動車、または他の用途におけるガラスまたはガラスセラミック物品１０１２の機能に悪影響を与えないであろう。薄いガラスまたはガラスセラミック物品１０１２は、そのような建築、自動車、家庭用電化製品、または他の用途において特に有用であろう。何故ならば、ガラスまたはガラスセラミック物品１０１２は、従来のそのような物品より軽く、対応する構造全体の質量を減少させるであろうからである。自動車について、燃料効率がより高まる結果となるであろう。建物について、構造がより頑丈になる、またはそれほど資源集約的ではなくなる結果となるであろう。家庭用電化製品について、耐衝撃性および／または繰り返し発生する落下や衝撃に対する抵抗が大きい、より軽量の機器となるであろう。他の考えられる実施の形態において、ここに開示されたガラスまたはガラスセラミック物品は、大きさがより小さく、厚さがより大きく、それほど光を透過させない区域を有してもよい、および／または例えば、図２７〜３０に関して開示されたものなどの様々な用途に使用できる。
図２８を参照すると、表面１１１０は、カウンターおよび／またはディスプレイの一部として機能する、ここに開示されたように製造された、および／またはここに述べられた応力プロファイル、構造および／または物理的性質の任意の組合せを有する、ガラスまたはガラスセラミック物品１１１２を備える。いくつかの実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１１１２を透過する全透過率は、約８００ｎｍから約１５００ｎｍの赤外線波長で少なくとも約３０％（例えば、少なくとも５０％）であり、流し台上面としての表面１１１０の使用が促進される。いくつかの実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１１１２の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、約１０×１０-7／℃から約１４０×１０-7／℃、約２０×１０-7／℃から約１２０×１０-7／℃、約３０×１０-7／℃から約１００×１０-7／℃、約４０×１０-7／℃から約１００×１０-7／℃、約５０×１０-7／℃から約１００×１０-7／℃、または約６０×１０-7／℃から約１２０×１０-7／℃である。様々な実施の形態において、前記プロセスは、ＣＴＥが中程度から高いガラス組成物に理想的に適している。ここに記載されたプロセスにうまく機能するカバーガラスの例に、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）Ｇｌａｓｓなどのアルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルミノホウケイ酸塩ガラス、およびソーダ石灰ガラスがある。いくつかの実施の形態において、使用されるカバーガラスのＣＴＥは、４０×１０-7／℃超、５０×１０-7／℃超、６０×１０-7／℃超、７０×１０-7／℃超、８０×１０-7／℃超、または９０×１０-7／℃超である。そのようないくつかのＣＴＥは、ここに開示されているような熱的焼入れにとって特に低いことがあり、負の引張応力の程度は、５０ＭＰａ以下、および／または少なくとも１０ＭＰａである。
図２９を参照すると、デバイス１２１０（例えば、携帯型コンピュータ、タブレット、携帯用コンピュータ、携帯電話、テレビ、腕時計、ディスプレイ掲示板など）は、ここに開示されたように製造された、および／またはここに開示されたような応力プロファイル、構造および／または物理的性質の任意の組合せを有する、１つ以上のカバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１２、１２１４、１２１６を備え、電子部品１２１８（例えば、ディスプレイ、および電子ディスプレイ、制御装置、メモリ、マイクロチップなど）および筐体１２２０をさらに備える。実施の形態において、電子部品１２１８および／または電子ディスプレイは、液晶ディスプレイおよび／または少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことがある。実施の形態において、その電子ディスプレイは、タッチセンサー式ディスプレイであることがある。さらなる実施の形態において、その電子ディスプレイを形成するまたは覆うガラス系層は、ユーザの触覚フィードバックのための第一または第二の主面上に表面特徴を備えることがある。例えば、隆起突出部、突起部、等高線、または段差が、触覚フィードバックのための非限定的表面特徴である。実施の形態において、電子部品１２１８は、少なくとも部分的に筐体１２２０内に設けられている。実施の形態において、電気部品１２１８は、完全に筐体１２２０内に設けられている。考えられる実施の形態において、筐体１２２０は、ここに開示されたようなカバーガラスまたはガラスセラミック物品であっても、それを含んでもよい。考えられる実施の形態において、電子部品１２１８の基板１２２２は、ここに開示されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品であってもよい。
いくつかの実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１２、１２１４は、フロントプレーンおよびバックプレーン基板として機能することがあり、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１６は、デバイス１２１０におけるカバーガラスとして機能することがある。例示の実施の形態によれば、デバイス１２１０のカバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１６は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。そのような組成物により、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１６を、ここに開示されたように、熱的焼入れによって強化することが可能になることがあり、イオン交換によってさらに強化して、その表面またはその近くに特に高度の負の引張応力（例えば、少なくとも２００ＭＰａ、少なくと２５０ＭＰａ）を与えることがある。他の実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１６は、炭酸ナトリウム、酸化カルシウム、炭酸カルシウムマグネシウム、二酸化ケイ素（例えば、少なくとも７０質量％）、酸化アルミニウム、および／または他の成分を含むことがあり、ここに開示された本発明のプロセスによって強化されることがある。カバーガラスまたはガラスセラミック物品１２１６は、ここに開示されたような寸法、性質、および／または組成のいずれかを有するなど、特に薄いまたは他に構造化されることがある。
実施の形態において、筐体１２２０は、前面、背面、および少なくとも１つの側面１２２０を有することがある。筐体１２２０は、ここに開示されたように製造された、および／またはここに述べられた応力プロファイル、構造および／または物理的性質の任意の組合せを有する、カバーガラスまたはガラスセラミック物品を含む１つ以上のガラス系層を備えることがある。実施の形態において、そのガラス系層は、ここに開示されたようなカバーガラスまたはガラスセラミック物品であることがある。そのガラス系層（例えば、１２１２、１２１４、１２１６）は、消費家電製品のどの表面を形成してもよい。１つ以上の実施の形態において、そのガラス系層は、少なくとも１つの側面（例えば、１２２０）から反対の側面まで筐体の前面に亘り延在する。実施の形態において、そのガラス系層は、筐体１２２０の前面にまたはそれに隣接して設けられる。さらなる実施の形態において、そのガラス系層は、ユーザの触覚フィードバックのための第一または第二の主面上に表面特徴を備えることがある。例えば、隆起突出部、突起部、等高線、または段差が、触覚フィードバックのための非限定的表面特徴である。実施の形態において、ガラス系層（例えば、１２１２、１２１４、１２１６）は、１次元、２次元、２．５次元（例えば、ディスプレイガラスのエッジでの曲率）、または３次元に成形されることがある。
他の実施の形態において、前記ガラス系層（例えば、１２１２、１２１４、１２１６）は、そのガラス系層の外周全体が面取りされているかまたは湾曲している実施の形態を含む、少なくとも１つの面取りまたは湾曲エッジを有することがある。実施の形態において、そのガラス系層の平均厚さは、１．５ｍｍ以下、１．０ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下であることがあり、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍ、または約０．１ｍｍから約１．５ｍｍ、もしくは約０．５ｍｍから約０．７ｍｍの範囲にあることがある。さらに他の実施の形態において、そのガラス系層の主面の１つ以上が、傷防止層、反射防止層、および防眩層を備えることがある。そのガラス系層の１つ以上の主面は、これらの層の任意の組合せまたは全てを備えてもよい。
前記カバーガラスまたはガラスセラミック物品は、実質的に光学的に透明な、透き通った、および光散乱がない、ガラス材料を含むことがある。そのような実施の形態において、そのカバーガラス材料は、約８５％以上、約８６％以上、約８７％以上、約８８％以上、約８９％以上、約９０％以上、約９１％以上、または約９２％以上の、約４００ｎｍから約７８０ｎｍの波長範囲に亘る平均光透過率を示すことがある。１つ以上の代わりの実施の形態において、そのガラス材料は、不透明である、または約１０％未満、約９％未満、約８％未満、約７％未満、約６％未満、約５％未満、約４％未満、約３％未満、約２％未満、約１％未満、または約０％未満の約４００ｎｍから約７８０ｎｍの波長範囲に亘る平均光透過率を示すことがある。いくつかの実施の形態において、これらの光反射率および透過率値は、全反射率または全透過率（ガラス材料の両方の主面での反射率または透過率を考慮した）であってもよい。そのガラス材料は、必要に応じて、白色、黒色、赤色、青色、緑色、黄色、オレンジ色などの色を示してもよい。
ここで図３０を参照すると、ここに開示されたプロセスにしたがって製造された、および／またはここに開示されたような応力プロファイル、構造および／または物理的性質の任意の組合せを有する、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１３１０は、曲率および／または可変断面寸法Ｄを有する。そのような物品は、寸法Ｄの平均として、または寸法Ｄの最大値として、ここに開示された厚さを有することがある。カバーガラスまたはガラスセラミック物品１３１０は湾曲シートとして示されているが、より複雑な形状などの他の形状を、ここに開示されたプロセスによって強化してもよい。考えられる実施の形態において、カバーガラスまたはガラスセラミック物品１３１０は、消費家電製品の前面パネル、背面パネルとして、または任意の表面上に使用されてもよい。
様々な実施の形態において、ここに開示されたプロセスにしたがって製造された、および／またはここに開示されたような応力プロファイル、構造および／または物理的性質の任意の組合せを有する、カバーガラス材料は、自動車の横窓ガラスに使用されるような、カバーガラス・中間層・カバーガラスの積層板の少なくとも１つのシートを形成するのに有用である。より強く、より薄い積層板を製造することができ、結果として、質量と費用の節約、および燃料効率の増加をもたらす。熱強化された薄いシートが冷間曲げ（概して、図３０参照）され、より厚い成形ガラスに積層され、薄いシートのどのような加熱成形／造形も必要用途せずに、容易かつ信頼性のある製造プロセスを提供することが望ましい。
熱強化されたカバーガラスシートのためのガラスおよびガラスセラミック材料
述べられたシステムおよび方法は、様々なカバーガラスおよび／またはセラミック材料を熱的に状態調節する、強化する、および／または焼入れするために使用することができる。
ここに記載されたプロセスおよびシステムは、概して、ほぼどのようなガラス組成物にも使用してよく、いくつかの実施の形態は、ガラス積層体、ガラスセラミック、および／またはセラミックにも使用できる。様々な実施の形態において、そのプロセスは、高いＣＴＥを有するガラス組成物に使用できる。実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムにより強化されたカバーガラスに、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ、ＳＬＧ、無ソーダまたはアルカリガラスなどのアルカリアルミノケイ酸塩ガラスがある。いくつかの実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムにより強化されたカバーガラスのＣＴＥは、４０×１０-7／℃超、５０×１０-7／℃超、６０×１０-7／℃超、７０×１０-7／℃超、８０×１０-7／℃超、または９０×１０-7／℃超である。
いくつかの用途および実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムにより強化されたカバーガラス（カバーガラスシート５００など）は、化学的耐久性のために構成された組成を有することがある。そのようないくつかの実施の形態において、その組成は、少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素、および／または少なくとも１０質量％の酸化ナトリウム、および／または少なくとも７質量％の酸化カルシウムを含む。そのような組成の従来物品は、深い深さまで化学的に焼入れすることが難しいことがある、および／または不可能ではなくとも、従来のプロセスの脆弱性および力などのために、薄い厚さのために十分な大きさの負の表面引張応力まで従来のプロセスによって熱的に焼入れすることが難しいことがある。しかしながら、考えられる実施の形態において、ここに開示された本発明のプロセスで、そのような組成により、負の引張応力が、第一と第二の主面（例えば、カバーガラスシート５００の主面５１０、５２０）の少なくとも一方からの、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートの厚さの少なくとも１０％の距離まで、例えば、厚さの少なくとも１２％、厚さの少なくとも１５％、厚さの少なくとも１６％、厚さの少なくとも１７％、厚さの少なくとも１８％、厚さの少なくとも１９％、厚さの少なくとも２０％、または厚さの少なくとも２１％の距離までそれぞれの強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート中に延在する、カバーガラスシート５００などの強化されたカバーガラスまたはガラスセラミック物品またはシートが可能になる。
いくつかの実施の形態において、ここに述べられたように強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートおよび物品は、そのカバーガラスシートの熱強化の前に、カバーガラス上に配置された１つ以上のコーティングを有する。ここに述べられたプロセスを使用して、１つ以上のコーティングを有する強化されたカバーガラスシートを製造することができ、そのようないくつかの実施の形態において、そのコーティングは、熱強化の前にカバーガラス上に配置され、熱強化プロセスの影響を受けない。本開示のカバーガラスシート上に都合よく維持される特別なコーティングとしては、低Ｅコーティング、反射コーティング、反射防止コーティング、耐指紋性コーティング、カットオフフィルタ、熱分解コーティングなどが挙げられる。
例示の実施の形態によれば、ここに述べられたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品、例えば、図２９に示されたデバイス１２１０の物品１２１２、１２１４は、アルミノホウケイ酸塩ガラスである。いくつかの実施の形態において、ここに述べられたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品、例えば、図２９に示されたデバイス１２１０の物品１２１２、１２１４は、概して、非アルカリガラスであり、それでもまだ、ここに開示されたような応力プロファイルおよび構造を有する。そのような組成物は、ガラスの緩和の程度を減少させ、それに対するトランジスタの結合を促進させるであろう。いくつかの実施の形態において、ここに述べられたカバーガラスシート／物品は、可撓性ガラスシートである。他の実施の形態において、ここに述べられたカバーガラスシート／物品は、２つ以上のカバーガラスシートの積層体を備える。
いくつかの考えられる実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムにより強化されたカバーガラス（カバーガラスシート５００など）は、非晶質基板、結晶質基板またはガラスセラミック基板などのその組合せを含むことがある。ここに述べられたプロセスおよびシステムにより強化されたカバーガラス（カバーガラスシート５００など）は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノリンケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスを含むことがある。１つ以上の実施の形態において、ここに述べられたプロセスおよびシステムにより強化されたカバーガラス（カバーガラスシート５００など）は、そのイオン交換されていない部分において、モルパーセント（モル％）で表して、約（プラスまたはマイナス１％）４０から約８０モル％の範囲のＳｉＯ2、約１０から約３０モル％の範囲のＡｌ2Ｏ3、約０から約１０モル％の範囲のＢ2Ｏ3、約０モル％から約２０モル％の範囲のＲ2Ｏ、および／または約０から約１５モル％の範囲のＲＯを含む組成を有するカバーガラスを含むことがある。いくつかの考えられる実施の形態において、その組成は、約０から約５モル％の範囲のＺｒＯ2および約０から約１５モル％の範囲のＰ2Ｏ5のいずれか一方または両方を含むことがある。いくつかの考えられる実施の形態において、ＴｉＯ2は約０から約２モル％で存在し得る。
いくつかの考えられる実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品に使用される組成物には、０〜２モル％の、Ｎａ2ＳＯ4、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、Ｋ2ＳＯ4、ＫＣｌ、ＫＦ、ＫＢｒ、およびＳｎＯ2を含む群から選択される少なくとも１種類の清澄剤がバッチ配合されることがある。１つ以上の実施の形態によるカバーガラス組成物は、約０から約２モル％、約０から約１モル％、約０．１から約２モル％、約０．１から約１モル％、または約１から約２モル％の範囲のＳｎＯ2をさらに含むことがある。強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００のためのここに開示されたカバーガラス組成物は、いくつかの実施の形態において、Ａｓ2Ｏ3および／またはＳｂ2Ｏ3を実質的に含まないことがある。
考えられる実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、イオン交換過程によりさらに強化されたアルカリアルミノケイ酸塩カバーガラス組成物またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラス組成物を含むことがある。一例のカバーガラス組成物は、ＳｉＯ2、Ｂ2Ｏ3、およびＮａ2Ｏを含み、ここで、（ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3）≧６６モル％、および／またはＮａ2Ｏ≧９モル％である。ある実施の形態において、そのカバーガラス組成物は、少なくとも６質量％の酸化アルミニウムを含む。さらなる実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、アルカリ土類酸化物の含有量が少なくとも５質量％であるように、１種類以上のアルカリ土類酸化物を有するガラス組成物を含むことがある。適切なカバーガラス組成物は、いくつかの実施の形態において、Ｋ2Ｏ、ＭｇＯ、およびＣａＯの内の少なくとも１つをさらに含む。特別な実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品に使用されるカバーガラス組成物は、６１〜７５モル％のＳｉＯ2、７〜１５モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜１２モル％のＢ2Ｏ3、９〜２１モル％のＮａ2Ｏ、０〜４モル％のＫ2Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および／または０〜３モル％のＣａＯを含み得る。
ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品に適したさらなる例示のカバーガラス組成物は、６０〜７０モル％のＳｉＯ2、６〜１４モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜１５モル％のＢ2Ｏ3、０〜１５モル％のＬｉ2Ｏ、０〜２０モル％のＮａ2Ｏ、０〜１０モル％のＫ2Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ2、０〜１モル％のＳｎＯ2、０〜１モル％のＣｅＯ2、５０ｐｐｍ未満のＡｓ2Ｏ3、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ2Ｏ3を含み、１２モル％≦（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）≦２０モル％、および／または０モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１０モル％。ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品に適したさらに別の例示のガラス組成物は、６３．５〜６６．５モル％のＳｉＯ2、８〜１２モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜３モル％のＢ2Ｏ3、０〜５モル％のＬｉ2Ｏ、８〜１８モル％のＮａ2Ｏ、０〜５モル％のＫ2Ｏ、１〜７モル％のＭｇＯ、０〜２．５モル％のＣａＯ、０〜３モル％のＺｒＯ2、０．０５〜０．２５モル％のＳｎＯ2、０．０５〜０．５モル％のＣｅＯ2、５０ｐｐｍ未満のＡｓ2Ｏ3、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ2Ｏ3を含み、１４モル％≦（Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）≦１８モル％、および／または２モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦７モル％。
特別な考えられる実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品に適したアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物は、アルミナ、少なくとも１種類のアルカリ金属、およびいくつかの実施の形態において、５０モル％超のＳｉＯ2、他の実施の形態において、少なくとも５８モル％のＳｉＯ2、さらに他の実施の形態において、少なくとも６０モル％のＳｉＯ2を含み、比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3）／Σ改質剤（すなわち、改質剤の合計）は１より大きく、ここで、この比において、成分はモル％で表され、改質剤はアルカリ金属酸化物である。このカバーガラス組成物は、特別な実施の形態において、５８〜７２モル％のＳｉＯ2、９〜１７モル％のＡｌ2Ｏ3、２〜１２モル％のＢ2Ｏ3、８〜１６モル％のＮａ2Ｏ、および／または０〜４モル％のＫ2Ｏを含み、比（Ａｌ2Ｏ3＋Ｂ2Ｏ3）／Σ改質剤（すなわち、改質剤の合計）は１より大きい。さらに別の実施の形態において、強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシート５００は、６４〜６８モル％のＳｉＯ2、１２〜１６モル％のＮａ2Ｏ、８〜１２モル％のＡｌ2Ｏ3、０〜３モル％のＢ2Ｏ3、２〜５モル％のＫ2Ｏ、４〜６モル％のＭｇＯ、および０〜５モル％のＣａＯを含み、６６モル％≦ＳｉＯ2＋Ｂ2Ｏ3＋ＣａＯ≦６９モル％、Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ＋Ｂ2Ｏ3＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％、５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％、（Ｎａ2Ｏ＋Ｂ2Ｏ3）−Ａｌ2Ｏ3≦２モル％、２モル％≦Ｎａ2Ｏ−Ａｌ2Ｏ3≦６モル％、および４モル％≦（Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏ）−Ａｌ2Ｏ3≦１０モル％である、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を含むことがある。代わりの実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、２モル％以上のＡｌ2Ｏ3および／またはＺｒＯ2、または４モル％以上のＡｌ2Ｏ3および／またはＺｒＯ2を含むアルカリアルミノケイ酸塩ガラス組成物を含むことがある。
考えられる実施の形態において、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品のための適切なガラスセラミックの例としては、Ｌｉ2Ｏ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2系（すなわち、ＬＡＳ系）ガラスセラミック、ＭｇＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＳｉＯ2系（すなわち、ＭＡＳ系）ガラスセラミック、および／またはβ−石英固溶体、β−スポジュメン固溶体、コージエライト、および二ケイ酸リチウムを含む主結晶相を含むガラスセラミックが挙げられるであろう。ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、それが形成される態様によって特徴付けてもよい。例えば、ここに述べられた強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、フロート成形可能（すなわち、フロート法により成形される）、ダウンドロー可能、および特にフュージョン成形可能またはスロットドロー可能（すなわち、フュージョンドロー法またはスロットドロー法などのダウンドロー法により成形される）と特徴付けてもよい。
フロート成形可能な強化されたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、滑らかな表面および一貫した厚さにより特徴付けられることがあり、溶融金属、典型的にスズの床の上に溶融したカバーガラスを浮かせることによって製造される。例示の過程において、溶融スズ床の表面上に供給される溶融したカバーガラスまたはガラスセラミックが、浮遊するガラスまたはガラスセラミックリボンを形成する。そのカバーガラスまたはガラスセラミックリボンがスズ浴に沿って流れるにつれて、カバーガラスまたはガラスセラミックリボンが、スズからローラに持ち上げられる固体のカバーガラスまたはガラスセラミック物品に固化するまで、温度が徐々に低下する。カバーガラスまたはガラスセラミック物品は、浴から一旦離れると、さらに冷却し、徐冷して、内部応力を減少させることができる。そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品がガラスセラミックである場合、フロート法から形成されたカバーガラス物品に、１つ以上の結晶相が生成されるセラミック化過程を施すことができる。
ダウンドロー法により、比較的無垢な表面を持つ、一貫した厚さを有するカバーガラスまたはガラスセラミック物品が製造される。そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品の平均曲げ強度は、表面傷の量およびサイズにより制御されるので、接触が最小であった無垢な表面は、より高い初期強度を有する。この高強度のカバーガラスまたはガラスセラミック物品を次にさらに強化（例えば、化学的に）する場合、得られる強度は、ラップ仕上げされ、研磨された表面を有するカバーガラスまたはガラスセラミック物品の強度よりも高くあり得る。ダウンドローされたカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、約２ｍｍ未満の厚さまで延伸されるであろう。その上、ダウンドローされたカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、費用のかかる研削および研磨を行わずに最終用途に使用できる非常に平らで滑らかな表面を有する。そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品がガラスセラミックである場合、ダウンドロー法により形成されたカバーガラス物品に、１つ以上の結晶相が生成されるセラミック化過程を施すことができる。
フュージョンドロー法は、例えば、溶融したガラス原材料を受け入れるための通路を有する延伸槽を使用する。その通路は、通路の両側に通路の長手方向に沿って上部が開いた堰を有する。その通路が溶融材料で満たされると、溶融ガラスは堰を越えて溢れる。その溶融ガラスは、重力のために、延伸槽の外面を２つの流れるガラス膜として流下する。延伸槽のこれらの外面は、それらが延伸槽の下のエッジで接合するように下方かつ内側に延在する。その２つの流れるガラス膜はこのエッジで接合して融合し、１つの流動するカバーガラス物品を形成する。このフュージョンドロー法は、通路を越えて流れる２つのカバーガラス膜が互いに融合するので、得られるカバーガラス物品の外面のいずれも、その装置のどの部分とも接触しないという利点を与える。それゆえ、フュージョンドロー法により形成されたカバーガラス物品の表面特性は、そのような接触の影響を受けない。そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品がガラスセラミックである場合、フュージョン法により形成されたカバーガラス物品に、１つ以上の結晶相が生成されるセラミック化過程を施すことができる。
スロットドロー法はフュージョンドロー法とは異なる。スロットドロー法において、溶融原材料ガラスが延伸槽に提供される。この延伸槽の底部には開いたスロットがあり、このスロットは、その長さに亘り延在するノズルを有する。溶融ガラスは、スロット／ノズルを通って流動し、連続カバーガラス物品として徐冷領域へと下方に延伸される。そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品がガラスセラミックである場合、スロットドロー法により形成されたカバーガラス物品に、１つ以上の結晶相が生成されるセラミック化過程を施すことができる。
いくつかの実施の形態において、前記カバーガラス物品は、その内容が全てここに引用される、米国特許第８７１３９７２号明細書、米国特許第９００３８３５号明細書、米国特許出願公開第２０１５／００２７１６９号明細書、および米国特許出願公開第２００５／００９９６１８号明細書に記載されているような、薄型圧延法を使用して形成されることがある。より詳しくは、そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、溶融ガラスの垂直流を供給し、溶融ガラスまたはガラスセラミックの供給された流れを、約５００℃以上または約６００℃以上の表面温度に維持された一対の成形ロールで成形して、成形厚を有する成形カバーガラスリボンを成形し、成形ガラスリボンを、約４００℃以下の表面温度に維持された一対の寸法仕上げロールで寸法仕上げして、成形厚より小さい所望の厚さおよび所望の厚さ一貫性を有する寸法仕上げガラスリボンを生成することによって、形成されることがある。そのカバーガラスリボンを成形するために使用した装置は、溶融ガラスの供給流を供給するためのガラス供給装置；約５００℃以上の表面温度に維持される一対の成形ロールであって、成形ロールの間のガラス成形間隙を画成する互いに密接に隣接して間隔が開けられており、そのガラス形成間隙が、溶融ガラスの供給流を受け入れ、成形ロールの間で溶融ガラスの供給流を薄くして、成形厚を有する形成ガラスリボンを成形するために、ガラス供給装置の垂直下方に位置している成形ロール；および約４００℃以下の表面温度に維持された一対の寸法仕上げロールであって、寸法仕上げロールの間にガラス寸法仕上げ間隙を画成する互いに密接に隣接して間隔が開けられており、そのカバーガラス寸法仕上げ間隙が、成形カバーガラスリボンを受け取り、成形カバーガラスリボンを薄くして、所望の厚さおよび所望の厚さ一貫性を有する寸法仕上げされたカバーガラスリボンを生成するために、成形ロールの垂直下方に位置している寸法仕上げロールを備えることがある。
ある場合には、ガラスの粘度のために、フュージョン法やスロットドロー法が使用できない場合、薄型圧延法が利用されることがある。例えば、ガラスが１００ｋＰ未満の液相粘度を示すときに、カバーガラスまたはガラスセラミック物品を形成するために薄型圧延法を利用できる。そのカバーガラスまたはガラスセラミック物品は、表面傷の影響をなくすかまたは低下させるために、酸磨きまたは他の様式で処理してもよい。
考えられる実施の形態において、ここに述べられたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品は、側面で異なる組成を有する。カバーガラスまたはガラスセラミックシート５００の一方の面において、例示の組成は、６９〜７５質量％のＳｉＯ2、０〜１．５質量％のＡｌ2Ｏ3、８〜１２質量％のＣａＯ、０〜０．１質量％のＣｌ、０〜５００ｐｐｍのＦｅ、０〜５００ｐｐｍのＫ、０．０〜４．５質量％のＭｇＯ、１２〜１５質量％のＮａ2Ｏ、０〜０．５質量％のＳＯ3、０〜０．５質量％のＳｎＯ2、０〜０．１質量％のＳｒＯ、０〜０．１質量％のＴｉＯ2、０〜０．１質量％のＺｎＯ、および／または０〜０．１質量％のＺｒＯ2である。ここに述べられたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品の他方の面において、例示の組成は、７３．１６質量％のＳｉＯ2、０．０７６質量％のＡｌ2Ｏ3、９．９１質量％のＣａＯ、０．０１４質量％のＣｌ、０．１質量％のＦｅ2Ｏ3、０．０２９質量％のＫ2Ｏ、２．７９２質量％のＭｇＯ、１３．０５４質量％のＮａ2Ｏ、０．１７４質量％のＳＯ3、０．００１質量％のＳｎＯ2、０．０１質量％のＳｒＯ、０．０１質量％のＴｉＯ2、０．００２質量％のＺｎＯ、および／または０．００５質量％のＺｒＯ2である。
他の考えられる実施の形態において、ここに述べられたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品の組成は、５５〜８５質量％のＳｉＯ2、０〜３０質量％のＡｌ2Ｏ3、０〜２０質量％のＢ2Ｏ3、０〜２５質量％のＮａ2Ｏ、０〜２０質量％のＣａＯ、０〜２０質量％のＫ2Ｏ、０〜１５質量％のＭｇＯ、５〜２０質量％のＢａＯ、０．００２〜０．０６質量％のＦｅ2Ｏ3、および／または０．０００１〜０．０６質量％のＣｒ2Ｏ3を含む。他の考えられる実施の形態において、ここに述べられたカバーガラスまたはガラスセラミックシートまたは物品の組成は、６０〜７２モル％のＳｉＯ2、３．４〜８モル％のＡｌ2Ｏ3、１３〜１６モル％のＮａ2Ｏ、０〜１モル％のＫ2Ｏ、３．３〜６モル％のＭｇＯ、０〜０．２モル％のＴｉＯ2、０．０１〜０．１５モル％のＦｅ2Ｏ3、６．５〜９モル％のＣａＯ、および／または０．０２〜０．４モル％のＳＯ3を含む。
装置の設定 − 詳細に前述したように、本発明の装置は、高温区域、移行区域、および冷却または急冷区域の３つの区域を含む。高温区域および急冷区域の中の上部および底部の熱ベアリング（ヒートシンク）の間の間隙は、所望の間隔に設定される。高温区域、移行区域、および急冷区域の中の気体流量は、空気ベアリング上でガラス材料、シートまたは部品が確実に中央に位置するように設定する。高温区域は所望のＴ0まで予熱され、次いで、その温度からガラス物品が急冷される。均一な加熱を確実にするために、カバーガラス物品は、バッチ炉または連続炉などの別個の予熱装置中で予熱される。一般に、カバーガラスシートは、高温区域中に入れられる前に５分超に亘り予熱される。ソーダ石灰ガラスの場合、予熱は約４５０℃で行われる。予熱段階の後、カバーガラス物品は高温区域中に入れられて、平衡化され、この平衡化はガラスがＴ0で均一となる場合である。Ｔ0は、所望の強化／焼入れのレベルによって決定できるが、一般に軟化点とガラス転移温度との間の範囲内に維持される。平衡化の時間は、少なくともカバーガラスの厚さに依存する。例えば、約１．１ｍｍ以下のカバーガラスシートの場合、平衡化は約１０秒で行われる。３ｍｍのカバーガラスシートの場合、平衡化は約１０秒から３０秒で行われる。約６ｍｍまでのより厚いシートの場合、平衡化時間は約６０秒であることがある。カバーガラスがＴ0に一旦平衡化されたら、そのカバーガラスは空気ベアリング上で移行区域を通って冷却または急冷区域まで迅速に移送される。カバーガラス物品は、急冷区域中でガラス転移温度Ｔｇよりも低い温度まで迅速に急却される。所望の急冷の程度および／または取出し時のカバーガラスの所望の温度に応じて、カバーガラスシートは、１秒、１０秒、または数分以上までの任意の期間に亘り、急冷区域中に維持することができる。取り出す際に、カバーガラスは、必要に応じて、取扱いの前に冷却させることができる。
以下の実施例が表ＶＩに纏められている。
実施例１ − 厚さ５．７ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレート（例えば、少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素、および／または少なくとも１０質量％の酸化ナトリウム、および／または少なくとも７質量％の酸化カルシウムを含むガラス）を４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで６９０℃のＴ0で６０秒間維持する。Ｔ0に平衡化した後、９１μｍの間隙を有する、ヘリウムが充填された急冷区域に迅速に移送し（この間隙はガラスシートの表面と、最も近いヒートシンクとの間の距離である）、そこで１０秒間維持する。得られた物品は、表面圧縮が−３１２ＭＰａであり、中央張力が１２７ＭＰａであり、平坦度が８３μｍである。
実施例２ − 厚さ５．７ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで６９０℃のＴ0で６０秒間維持する。平衡化した後、９１μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。得られた物品は、表面圧縮が−３１７ＭＰａであり、中央張力が１３３ＭＰａであり、平坦度が８９．７マイクロメートルである。
実施例３ − 厚さ１．１ｍｍソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで７００℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、５６μｍの間隙を有する、ヘリウムが充填された急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。得られた物品は、測定表面仮想温度が６６１℃であり、表面圧縮が−１７６ＭＰａであり、中央張力が８９ＭＰａであり、平坦度が１９０μｍであり、ビッカース亀裂閾値が１０〜２０Ｎである。
実施例４ − 厚さ０．５５ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで７２０℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、２５μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒維持すると、０．１８４ｃａｌ／（ｃｍ2・ｓ・℃）（７７０４Ｗ／ｍ0Ｋ）の有効熱伝達率が得られる。得られた物品は、表面圧縮が−１７６ＭＰａであり、中央張力が６３ＭＰａである。また、得られた強化物品の平坦度は、約１６８マイクロメートル（初期温度が７１０℃の試料について）および１２５マイクロメートル（初期温度が７２０℃の試料について）であった。
実施例５ − 厚さ１．５ｍｍの「ＣＯＲＮＩＮＧ」「ＧＯＲＩＬＬＡ」Ｇｌａｓｓプレートを５５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで７９０℃のＴ0で３０秒間維持する。平衡化した後、２２６μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。このガラス物品は、平坦度が処理前に１１３μｍおよび処理後に５８μｍと測定され、改善が示された。
実施例６ − 厚さ０．７ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで７３０℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、３１μｍの間隙を有する、ヘリウムが充填された急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持すると、０．１４９ｃａｌ／（ｃｍ2・ｓ・℃）（６２３８Ｗ／ｍ2Ｋ）の有効熱伝達率が得られる。得られた物品は、表面圧縮が−２０６ＭＰａであり、中央張力が１００ＭＰａであり、平坦度が８２μｍである。破砕されると、このガラスプレートは「ダイシングする」（厚さが２ｍｍ以上のシートのダイシングの場合の標準用語を使用しており、すなわち、５×５ｃｍの正方形のガラスシートが４０以上の破片に破壊される）ことが観察され、これはシートが十分に焼入れされたことを示唆している。
実施例７ − 厚さ３．３ｍｍのＢｏｒｏｆｌｏａｔ−３３ガラスプレートを５５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで８００℃のＴ0で３０秒間維持する。平衡化した後、１１９μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。得られた物品は１２０μｍの平坦度を有する。一部が破砕されると、このガラスプレートは「ダイシングする」（厚さ２ｍｍ以上のシートのダイシングの場合の標準用語を使用しており、すなわち、５×５ｃｍの正方形のガラスプレートが４０以上の破片に破壊される）ことが観察され、これはシートが十分に焼入れされたことを示している。
実施例８ − 厚さ３．２ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで６９０℃のＴ0で３０秒間維持する。平衡化した後、８４μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。得られた物品は、表面圧縮が−２１８ＭＰａであり、中央張力が１０５ＭＰａであり、平坦度が８４μｍである。
実施例９ − 厚さ０．３ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで６３０℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、１５９μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。得られた物品は、グレイフィールド偏光測定(gray field polarimetry)により観察可能な膜応力を有し、これはガラスが熱応力を含むことを示唆している。
実施例１０ − 厚さ０．１ｍｍの「ＣＯＲＮＩＮＧ」「ＧＯＲＩＬＬＡ」Ｇｌａｓｓプレートを５５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで８２０℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、１４１μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持すると、０．０３３ｃａｌ／（ｃｍ2・ｓ・℃）（１３８２Ｗ／ｍ2Ｋ）の有効熱伝達率が得られる。破砕されると、得られた物品は残留応力を有するガラスに一致する挙動を示す。
実施例１１ − 厚さ１．１ｍｍのソーダ石灰ケイ酸塩ガラスプレートを４５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで７００℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、６５μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持すると、０．０７ｃａｌ／（ｃｍ2・ｓ・℃）（２９３１Ｗ／ｍ2Ｋ）の有効熱伝達率が得られる。得られた物品は、測定表面仮想温度が６５７℃であり、表面圧縮が−２０１ＭＰａであり、中央張力が９８ＭＰａであり、平坦度が１５８μｍであり、ビッカース亀裂閾値が１０〜２０Ｎである。
実施例１２ − 厚さ１．１ｍｍの「ＣＯＲＮＩＮＧ」「ＧＯＲＩＬＬＡ」Ｇｌａｓｓプレートを５５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで８１０℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、８６μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持すると、０．０５８ｃａｌ／（ｃｍ2・ｓ・℃）（２４２８Ｗ／ｍ2Ｋ）の有効熱伝達率が得られる。得られた物品は、測定表面仮想温度が７１１℃であり、表面圧縮が−２０１ＭＰａであり、中央張力が６７ＭＰａであり、ビッカース亀裂閾値が２０〜３０Ｎである。
実施例１３ − 厚さ１．１ｍｍの「ＣＯＲＮＩＮＧ」「ＧＯＲＩＬＬＡ」Ｇｌａｓｓプレートを５５０℃で１０分間予熱した後、高温区域に移送し、そこで８００℃のＴ0で１０秒間維持する。平衡化した後、９１μｍの間隙を有する急冷区域に迅速に移送し、そこで１０秒間維持する。得られた物品は、測定表面仮想温度が７４７℃であり、表面圧縮が−１３８ＭＰａであり、中央張力が５３ＭＰａであり、平坦度が６６μｍであり、ビッカース亀裂閾値が２０〜３０Ｎである。
Figure 0006749997
追加の実施例 − 少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素、および／または少なくとも１０質量％の酸化ナトリウム、および／または少なくとも７質量％の酸化カルシウムを含むガラスの厚さ５．７ｍｍのシートに、ヘリウムガスおよび約９０マイクロメートルの間隙２０４ａ、２０４ｂ（図２１）で実験を行った。このガラスを約６９０℃の初期温度に加熱し、急激に冷却した。得られた強化物品は、その表面上で約３００Ｐａの負の引張応力を、中心で約１２１ＭＰａの正の引張応力を有した。また、得られた強化物品の平坦度は約１０６．９マイクロメートルであった。
追加の実施例 − ここに開示された本発明の技術を使用した１つの実験において、少なくとも７０質量％の二酸化ケイ素、および／または少なくとも１０質量％の酸化ナトリウム、および／または少なくとも７質量％の酸化カルシウムを含むガラスの厚さ１．１ｍｍのシートに、ヘリウムガスおよび約１６０マイクロメートルの間隙２０４ａ、２０４ｂ（図２１）で実験を行った。ガラスを約６８０℃の初期温度に加熱し、急激に冷却した。得られた強化物品は、その表面上で約１１２Ｐａの負の引張応力を、中心で約５４ＭＰａの正の引張応力を有した。強化前に、そのガラスのシートの平坦度は約９６マイクロメートルであったが、得られた強化物品の平坦度は約６０マイクロメートルであった。したがって、この強化プロセスは、強化されたガラスまたはガラスセラミック物品を平坦にもした。
他の態様および利点は、全体としての本明細書および付随の特許請求の範囲を検討することで明らかになるであろう。
様々な例示の実施の形態に示されたような、カバーガラスおよびガラスセラミックの構造および構成は、説明に過ぎない。いくつかの実施の形態しか本開示に詳しく記載していないが、ここに記載された主題の新規の教示および利点から実質的に逸脱せずに、多くの改変（例えば、サイズ、寸法、構造、形状、および様々な要素の比率、パラメータの値、取付配置、材料の使用、色、配向の変更）が可能である。一体成形されたように図示されたいくつかの要素は、多数の部品または要素から作られてもよく、それらの要素の位置は、逆にされても、または他に変えられてもよく、別個の要素または位置の性質または数は、変えても、異ならせてもよい。どのプロセス、論理アルゴリズム、または方法の工程の順序または順番は、代わりの実施の形態にしたがって、変えられても、または並べ直されてもよい。本発明の技術の範囲から逸脱せずに、様々な例示の実施の形態の設計、作動条件および配置において、他の置換、改変、変更および省略も行ってよい。
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
消費家電製品において、
前面、背面、および少なくとも１つの側面を有する電子ディスプレイと、
間に内部領域を持つ第二の主面と反対にある第一の主面を有するガラス系層であって、
該ガラス系層は、前記電子ディスプレイを少なくとも部分的に覆って設けられ、
該ガラス系層の前記第一と第二の主面の間の平均厚さは２ｍｍ未満であり、
該ガラス系層の前記第一の主面および前記第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、該ガラス系層の前記内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じであり、
該ガラス系層の前記第一と第二の主面は１５０ＭＰａ超の圧縮応力下にあり、該ガラス系層の前記内部領域は引張応力下にあり、
該ガラス系層の前記第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと１．５ｎｍの間のＲa粗さである、ガラス系層と、
を備えた消費家電製品。
実施形態２
前記ガラス系層内の応力が、前記第一と第二の主面に対する位置の関数として変動し、該ガラス系層内の応力が、該ガラス系層の厚さの５００μｍ未満の距離に亘り少なくとも２００ＭＰａの勾配を有する、実施形態１に記載の消費家電製品。
実施形態３
前記ガラス系層の前記第一または第二の主面の表面粗さが、０．２ｎｍと１．５ｎｍの間のＲa粗さである、実施形態１または２に記載の消費家電製品。
実施形態４
前記ガラス系層の前記第一と第二の主面が、該第一と第二の主面の５０ｍｍのプロファイルに沿って少なくとも５０μｍの芯振れ精度で平坦である、実施形態１から３いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態５
前記ガラス系層の前記第一と第二の主面の面積が少なくとも２５００ｍｍ2である、実施形態１から４いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態６
前記ガラス系層が、前記第一または第二の主面上に触覚フィードバックのための表面特徴をさらに含む、実施形態１から５いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態７
前記ガラス系層の前記平均厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍである、実施形態１から６いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態８
前記ガラス系層が、前記第一と第二の主面の間の距離の１７％超の圧縮の深さをさらに含む、実施形態１から７いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態９
前記ガラス系層が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノリンケイ酸塩ガラス、またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスである、実施形態１から８いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１０
前記ガラス系層の前記第一または第二の主面が、傷防止層、反射防止層、および防眩層の少なくとも１つをさらに備える、実施形態１から９いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１１
前記電子ディスプレイがタッチセンサー式ディスプレイである、実施形態１から１０いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１２
前記電子ディスプレイが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である、実施形態１から１１いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１３
前記電子ディスプレイが少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、実施形態１から１２いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１４
前記ガラス系層が、前記少なくとも１つの側面から、その反対にある側面まで筐体の前面に亘り延在する、実施形態１から１３いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１５
前記製品が、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、家庭用電化製品、またはタブレット型コンピュータである、実施形態１から１４いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態１６
消費家電製品において、
前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体と、
前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられた、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含む電気部品と、
を備え、
前記背面が、間に内部領域を持つ第二の主面と反対にある第一の主面を有するガラス系層を備え、
該ガラス系層の前記第一と第二の主面の間の平均厚さは２ｍｍ未満であり、
該ガラス系層の前記第一の主面および前記第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、該ガラス系層の前記内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じであり、
該ガラス系層の前記第一と第二の主面は１５０ＭＰａ超の圧縮応力下にあり、該ガラス系層の前記内部領域は引張応力下にあり、
該ガラス系層の前記第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと１．５ｎｍの間のＲa粗さである、消費家電製品。
実施形態１７
前記ガラス系層がガラスまたはガラスセラミック材料である、実施形態１６に記載の消費家電製品。
実施形態１８
前記ガラス系層が、前記第一または第二の主面上に触覚フィードバックのための表面特徴をさらに含む、実施形態１６または１７に記載の消費家電製品。
実施形態１９
消費家電製品において、
前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体と、
前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられた、少なくともディスプレイを含む電気部品と、
前記筐体の前面に、またはそれに隣接して設けられたガラス系層と、
を備え、
前記ガラス系層は、ミリメートルで表されるｔの厚さ、ミリメートルで表されるｌの長さ、およびミリメートルで表されるｗの幅を有し、ｔはｌ未満かつｗ未満であり、
前記ガラス系層は、厚さｔだけ隔てられた第一の主面および第二の主面を有し、該ガラス系層の前記第一の主面は、該ガラス系層の該第一の主面の任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って１００μｍの芯振れ精度（ＴＩＲ）で平坦であり、
前記ガラス系層は、１／℃で表されるαS CTEの低温線ＣＴＥ、１／℃で表されるαL CTEの高温線ＣＴＥ、ＧＰａで表されるＥの弾性率、℃の単位で表されるＴ歪みの歪み温度、および℃の単位で表されるＴ軟化の軟化温度を有し、
前記ガラス系層の前記第一の主面は、６００ＭＰａ未満かつ、ＭＰａの単位で表される、
Figure 0006749997
より大きい、熱的に誘起された表面圧縮応力を有し、式中、Ｐ1は、
Figure 0006749997
により与えられ、Ｐ2は、
Figure 0006749997
により与えられ、ｈは、０．０２０ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（約８２８Ｗ／ｍ2Ｋ）以上である、消費家電製品。
実施形態２０
前記ガラス系層の前記第一と第二の主面が、該ガラス系層の該第一と第二の主面の５０ｍｍのプロファイルに沿って少なくとも５０μｍの芯振れ精度で平坦である、実施形態１９に記載の消費家電製品。
実施形態２１
前記ガラス系層の前記第一または第二の主面が、傷防止層層、反射防止層、および防眩層の少なくとも１つをさらに備える、実施形態１９または２０に記載の消費家電製品。
実施形態２２
前記ガラス系層が、少なくとも１つの面取りエッジを有する、実施形態１９から２１いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２３
前記ガラス系層の前記第一または第二の主面の表面粗さが、０．２ｎｍと１．５ｎｍの間のＲa粗さである、実施形態１９から２２いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２４
前記ガラス系層の前記第一と第二の主面の面積が少なくとも２５００ｍｍ2である、実施形態１９から２３いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２５
前記ガラス系層が、４００ｎｍと７８０ｎｍの間で透過性である、実施形態１９から２４いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２６
前記電気部品が制御装置およびメモリをさらに備える、実施形態１９から２５いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２７
前記製品が、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、家庭用電化製品、またはタブレット型コンピュータである、実施形態１９から２６いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２８
前記ガラス系層が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノリンケイ酸塩ガラス、またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスである、実施形態１９から２７いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態２９
消費家電製品において、
前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体と、
前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられた、ディスプレイ、制御装置、およびメモリを含む電気部品と、
間に内部領域を持つ第二の主面と反対にある第一の主面を有するガラス系層と、
を備え、
前記ガラス系層は、前記筐体の前面に、またはそれに隣接して設けられ、
前記ガラス系層は、該ガラス系層の前記第一の主面の任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って１００μｍの芯振れ精度（ＴＩＲ）で平坦であり、
前記ガラス系層は、℃の単位で表されるＴ軟化の軟化温度、℃の単位で表されるＴ徐冷の徐冷温度、および℃の単位で表される場合、Ｔfsで示される、該ガラス系層の前記第一の主面上で測定される表面仮想温度を有するガラス材料から構成され、
前記ガラス系層は、（Ｔfs−Ｔ徐冷）／（Ｔ軟化−Ｔ徐冷）により与えられる無次元表面仮想温度パラメータθｓを有し、
前記パラメータθｓは０．２０から０．９の範囲にある、消費家電製品。
実施形態３０
前記ガラス系層の前記第一と第二の主面の面積が少なくとも２５００ｍｍ2である、実施形態２９の消費家電製品。
実施形態３１
前記ガラス系層の第一の主面で測定された前記表面仮想温度が、前記ガラス材料のガラス転移温度より少なくとも５０℃高い、実施形態２９または３０に記載の消費家電製品。
実施形態３２
前記ガラス系層の第一の主面で測定された前記表面仮想温度が、前記ガラス材料のガラス転移温度より少なくとも７５℃高い、実施形態２９から３１いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態３３
前記ガラス系層が、前記第一または第二の主面上に触覚フィードバックのための表面特徴をさらに含む、実施形態２９から３２いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態３４
前記ガラス系層の前記平均厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍである、実施形態２９から３３いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態３５
前記ガラス系層が、前記第一と第二の主面の間の距離の１７％超の圧縮の深さをさらに含む、実施形態２９から３４いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態３６
前記ガラス系層が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノリンケイ酸塩ガラス、またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスである、実施形態２９から３５いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態３７
前記ガラス系層が、少なくとも１つの面取りエッジを有する、実施形態２９から３６いずれか１つに記載の消費家電製品。
実施形態３８
前記製品が、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、家庭用電化製品、またはタブレット型コンピュータである、実施形態２９から３７いずれか１つに記載の消費家電製品。
２００ 高温のガラスシート
２００ａ、５１０ 第一の主面
２００ｂ、５２０ 第二の主面
２０１ａ、２０１ｂ ヒートシンク
２０４ａ、２０４ｂ 間隙
２０６ 開口、細孔
２３０ 気体
３００ カバーガラス強化システム
３１０ 高温区域
３１２、３３２ ガスベアリング
３１４ カートリッジヒーター
３１８ 高温空気プレナム
３２０ 移送ガスベアリング
３２８ 移送ガスベアリングプレナム
３３０ 低温区域
３３１ 固体ヒートシンク
３３４ 通路
４００ａ、４００ｂ カバーガラスシート
５００、６１０、１２１２、１２１４、１２１６、１３１０ カバーガラスまたはガラスセラミック物品またはシート
５２２ 本体
５３０、５４０ 圧縮応力の領域、部分
５５０ 引張応力の領域、部分
６１２ 事務用画鋲
６１４ 金属ピンの長さ
６１６ 粒状塊
１０１０ 構造物
１０１２、１１１２ ガラスまたはガラスセラミック物品
１１１０ 表面
１２１０ デバイス
１２１８ 電気部品、電子部品
１２２０ 筐体
１２２２ 基板

Claims (15)

  1. 消費家電製品において、
    前面、背面、および少なくとも１つの側面を有する電子ディスプレイと、
    間に内部領域を持つ第二の主面と反対にある第一の主面を有するガラス系層であって、
    該ガラス系層は、前記電子ディスプレイを少なくとも部分的に覆って設けられ、
    該ガラス系層の前記第一と第二の主面の間の平均厚さは２ｍｍ未満であり、
    該ガラス系層の前記第一の主面および前記第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、該ガラス系層の前記内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じであり、
    該ガラス系層の前記第一と第二の主面は１５０ＭＰａ超の圧縮応力下にあり、該ガラス系層の前記内部領域は引張応力下にあり、
    該ガラス系層の前記第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと１．５ｎｍの間のＲa粗さである、ガラス系層と、
    を備えた消費家電製品。
  2. 前記ガラス系層内の応力が、前記第一と第二の主面に対する位置の関数として変動し、該ガラス系層内の応力が、該ガラス系層の厚さの５００μｍ未満の距離に亘り少なくとも２００ＭＰａの勾配を有する、請求項１記載の消費家電製品。
  3. 前記ガラス系層の前記第一と第二の主面の面積が少なくとも２５００ｍｍ2である、請求項１記載の消費家電製品。
  4. 前記ガラス系層が、前記第一または第二の主面上に触覚フィードバックのための表面特徴をさらに含む、請求項１記載の消費家電製品。
  5. 前記ガラス系層の前記平均厚さが約０．１ｍｍから約１．５ｍｍである、請求項１記載の消費家電製品。
  6. 前記ガラス系層が、前記第一と第二の主面の間の距離の１７％超の圧縮の深さをさらに含む、請求項１記載の消費家電製品。
  7. 前記ガラス系層が、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス、アルカリ含有ホウケイ酸ガラス、アルカリアルミノリンケイ酸塩ガラス、またはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスである、請求項１記載の消費家電製品。
  8. 前記電子ディスプレイがタッチセンサー式ディスプレイである、請求項１記載の消費家電製品。
  9. 前記ガラス系層が、前記少なくとも１つの側面から、その反対にある側面まで筐体の前面に亘り延在する、請求項１記載の消費家電製品。
  10. 前記製品が、携帯電話、携帯型メディアプレーヤー、テレビ、ノート型コンピュータ、腕時計、家庭用電化製品、またはタブレット型コンピュータである、請求項１記載の消費家電製品。
  11. 消費家電製品において、
    前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体と、
    前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられた、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含む電気部品と、
    を備え、
    前記背面が、間に内部領域を持つ第二の主面と反対にある第一の主面を有するガラス系層を備え、
    該ガラス系層の前記第一と第二の主面の間の平均厚さは２ｍｍ未満であり、
    該ガラス系層の前記第一の主面および前記第二の主面の両方の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分は、該ガラス系層の前記内部領域の少なくとも一部のイオン含有量および化学成分と同じであり、
    該ガラス系層の前記第一と第二の主面は１５０ＭＰａ超の圧縮応力下にあり、該ガラス系層の前記内部領域は引張応力下にあり、
    該ガラス系層の前記第一の主面の表面粗さは、０．２ｎｍと１．５ｎｍの間のＲa粗さである、消費家電製品。
  12. 前記ガラス系層がガラスまたはガラスセラミック材料である、請求項１１記載の消費家電製品。
  13. 消費家電製品において、
    前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体と、
    前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられた、少なくともディスプレイを含む電気部品と、
    前記筐体の前面に、またはそれに隣接して設けられたガラス系層と、
    を備え、
    前記ガラス系層は、ミリメートルで表されるｔの厚さ、ミリメートルで表されるｌの長さ、およびミリメートルで表されるｗの幅を有し、ｔはｌ未満かつｗ未満であり、
    前記ガラス系層は、厚さｔだけ隔てられた第一の主面および第二の主面を有し、該ガラス系層の前記第一の主面は、該ガラス系層の該第一の主面の任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って１００μｍの芯振れ精度（ＴＩＲ）で平坦であり、
    前記ガラス系層は、１／℃で表されるαS CTEの低温線ＣＴＥ、１／℃で表されるαL CTEの高温線ＣＴＥ、ＧＰａで表されるＥの弾性率、℃の単位で表されるＴ歪みの歪み温度、および℃の単位で表されるＴ軟化の軟化温度を有し、
    前記ガラス系層の前記第一の主面は、６００ＭＰａ未満かつ、ＭＰａの単位で表される、
    Figure 0006749997
    より大きい、熱的に誘起された表面圧縮応力を有し、式中、Ｐ1は、
    Figure 0006749997
    により与えられ、Ｐ2は、
    Figure 0006749997
    により与えられ、ｈは、０．０２０ｃａｌ／ｓ・ｃｍ2・℃（約８２８Ｗ／ｍ2Ｋ）以上である、消費家電製品。
  14. 前記ガラス系層の前記第一と第二の主面の面積が少なくとも２５００ｍｍ2である、請求項１３記載の消費家電製品。
  15. 消費家電製品において、
    前面、背面、および少なくとも１つの側面を備えた筐体と、
    前記筐体の少なくとも部分的に内部に設けられた、ディスプレイ、制御装置、およびメモリを含む電気部品と、
    間に内部領域を持つ第二の主面と反対にある第一の主面を有するガラス系層と、
    を備え、
    前記ガラス系層は、前記筐体の前面に、またはそれに隣接して設けられ、
    前記ガラス系層は、該ガラス系層の前記第一の主面の任意の５０ｍｍ以下のプロファイルに沿って１００μｍの芯振れ精度（ＴＩＲ）で平坦であり、
    前記ガラス系層は、℃の単位で表されるＴ軟化の軟化温度、℃の単位で表されるＴ徐冷の徐冷温度、および℃の単位で表される場合、Ｔfsで示される、該ガラス系層の前記第一の主面上で測定される表面仮想温度を有するガラス材料から構成され、
    前記ガラス系層は、（Ｔfs−Ｔ徐冷）／（Ｔ軟化−Ｔ徐冷）により与えられる無次元表面仮想温度パラメータθｓを有し、
    前記パラメータθｓは０．２０から０．９の範囲にある、消費家電製品。
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