(57)【要約】【課題】表示性能が改善されたガラスセラミック調理プレートおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、体積的に着色された単体のガラスセラミック調理プレートに関する。このガラスセラミック調理プレートは、第１の領域（１５）を備えており、第１の領域（１５）のガラスセラミックの色が第２の隣接する領域（１６）とは異なっていることにより、第１の領域（１５）の吸収係数は第２の隣接する領域（１６）の吸収係数よりも小さく、それにより第１の領域（１５）の可視スペクトル領域における全体の光透過率は、第２の隣接する領域（１６）の全体の光透過率よりも高い。第１の領域（１５）のガラスセラミック内の光散乱は、最大２０パーセント、好適には最大５パーセント、第２の領域（１６）のガラスセラミック内の光散乱と比べて異なっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体積的に着色された単体のガラスセラミック調理プレートであって、
第１の領域（１５）を備えており、前記第１の領域（１５）のガラスセラミックの色が第２の隣接する領域（１６）とは異なっていることにより、前記第１の領域（１５）の吸収係数が前記第２の隣接する領域（１６）の吸収係数よりも小さく、それとともに前記第１の領域（１５）の可視スペクトル領域における全体の光透過率が、前記第２の隣接する領域（１６）の全体の光透過率よりも高く、
前記第１の領域（１５）のガラスセラミック内の光散乱が、前記第２の領域（１６）のガラスセラミック内の光散乱と比べて、２０パーセント以下、好適には５パーセント以下異なっている、ガラスセラミック調理プレート。
【請求項２】
前記ガラスセラミックが、以下の金属、
−  バナジウム、特にスズおよび／またはチタンとの組み合わせ、
−  希土類、特にセリウム、好適にはクロム、ニッケル、および／またはコバルトとの組み合わせ、
−  マンガン、好適にはスズおよび／またはチタンとの組み合わせ、
−  鉄、好適にはスズおよび／またはチタンとの組み合わせ
の内の少なくとも１つのイオン、または前記金属のイオンの組み合わせを含む、請求項１に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項３】
前記第１の領域（１５）の可視スペクトル領域における全体の光透過率は、前記隣接する第２の領域（１６）と比べて高められている、酸化バナジウムで体積的に着色されたガラスセラミック要素を備える、請求項２に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項４】
前記ガラスセラミックは、少なくとも０．００５重量パーセント、好適には少なくとも０．０１重量パーセントの酸化バナジウムを含む、請求項３に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項５】
前記第１の領域（１５）に隣接する前記第２の領域（１６）の可視スペクトル領域における全体の光透過率は、５％以下、好ましくは２．５％以下である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項６】
前記第１の領域（１５）は、前記ガラスセラミック調理プレートの第１の面（３）からこれに対向する第２の面（５）まで延在している、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項７】
アルミノケイ酸ガラスセラミック、好適にはリチウム・アルミノケイ酸ガラスセラミックからなり、前記第１の領域（１５）のキータイト混晶の含有量が、前記第２の隣接する領域（１６）よりも多い、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項８】
前記第１の領域の可視光の拡散反射は、２０％以下、好適には１０％以下、特に好ましくは５％以下、前記第２の領域の拡散反射と異なっている、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項９】
前記第１の領域（１５）の、４２０ナノメートルから７８０ナノメートルの間のスペクトル領域全体内の分光透過率は、前記隣接する第２の領域（１６）よりも高い、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１０】
前記第１の領域の可視スペクトル領域における全体の透過率は、前記第２の隣接する領域と比べて、少なくとも２倍に高められている、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１１】
前記第１の領域（１５）の可視スペクトル領域における全体の透過率は、前記第２の領域（１６）よりも、少なくとも３％高い、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１２】
前記第１の領域（１５）の面積は、前記第２の領域（１６）の面積より小さい、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１３】
前記第１の領域（１５）の表面の応力は、前記第１の領域（１５）の体積の中央の応力よりも低い、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１４】
前記面の少なくとも１つの領域に沿って厚さが変化し、
吸収係数が前記厚さに応じて局所的に変化する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１５】
−  前記第１の領域（１５）は窓部であり、前記窓部は、少なくとも３つの側面に包囲されている、若しくは前記窓部の周囲の少なくとも５０％までが、隣接する、明度を上げていない第２の領域に包囲され、または、
−  前記ガラスセラミック調理プレートの一側面（３）に接する前記第１の領域（１５）の面積部分は、全体として最大で前記一側面の３分の１を占めている、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１６】
前記第１の領域（１５）の吸収係数は、９００ナノメートルよりも大きい波長の少なくとも１つのスペクトル領域、好適には１１００ナノメートルから１４００ナノメートルの領域において、前記第２の隣接する領域（１６）の吸収係数よりも大きく、それにより、前記第１の領域（１５）の全体の光透過率は、９００ナノメートルよりも大きい波長のペクトル領域において、前記スペクトル領域における前記第２の隣接する領域（１６）の全体の光透過率よりも小さい、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレート。
【請求項１７】
局所的に透過率を変化させたガラスセラミック調理プレートの製造方法であって、
−  着色金属イオンで体積的に着色されたガラスセラミック・プレートを準備し、
−  前記ガラスセラミック・プレートの局所的な表面の領域に電磁放射線を向け、前記電磁放射線は前記ガラスセラミック・プレートの体積内に吸収され、
−  前記ガラスセラミック・プレートの照射された領域が加熱されるように、前記電磁放射線の出力密度を選定し、加熱された前記領域の体積においてガラスセラミック材料の透過率が３８０ナノメートルから７８０ナノメートルの間の可視スペクトル領域内の少なくとも１つのスペクトル領域において高められるまで継続して加熱し、
−  加熱後に前記電磁放射線の照射を停止し、照射された領域を冷却する、方法。
【請求項１８】
前記加熱は、レーザ（９）を用いて行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
レーザ・スキャナを用いて、レーザ光線で前記ガラスセラミック調理プレートの表面を走査することにより、前記ガラスセラミック調理プレートの表面上の前記レーザ光線の光点よりもその表面が大きい領域が加熱される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
酸化バナジウムで体積的に着色されたガラスセラミック調理プレートを準備し、
３８０ナノメートルから７８０ナノメートルの間の可視スペクトル領域における局所的な領域の透過率を加熱によって高める、請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記ガラスセラミックは、加熱後に、少なくとも毎秒１Ｋ、好適には少なくとも毎秒５Ｋ、特に好ましくは少なくとも毎秒１０Ｋの冷却速度で、少なくとも最高温度から前記最高温度より１００Ｋ低い温度までの温度範囲内で冷却される、請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記ガラスセラミックは、少なくとも毎分２５０Ｋの温度変化率で加熱される、請求項１７乃至２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
ガラスセラミック・プレート（１）が載置される装置、好適には基部を用いて、前記ガラスセラミック・プレート（１）を通過して透過する電磁放射線を反射して前記ガラスセラミック・プレート（１）内に戻す、請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記ガラスセラミック・プレート（１）の表面は、前記電磁放射線の照射中に冷却液（１８）で冷却される、請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２５】
特に引張応力を除去するために、熱的な後処理が冷却後に行われ、
前記熱的な後処理は、好適には以下のステップ、
−  電磁放射線を用いた第２の加熱ステップ
−  炉内での熱的な再加熱および歪み取りステップ、
の内の少なくとも１つを含む、請求項１７乃至２４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２６】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のガラスセラミック調理プレートを備えたガラスセラミック・コンロトップ（２０）であって、
前記ガラスセラミック調理プレート（１）は、第１の領域（１５）を備えており、前記第１の領域（１５）は、前記両側面（３、５）の一側の面から対向する他側の面へ、前記ガラスセラミック調理プレートを通って延在し、前記第１の領域（１５）の全体の光透過率が隣接する第２の領域（１６）と比べて高められ、
前記第１の領域の下方に表示素子が配置され、前記表示素子の光が前記第１の領域（１５）を通して視認可能である、ガラスセラミック・コンロトップ（２０）。
【請求項２７】
−  前記第１の領域（１５）は窓部であり、前記窓部は、少なくとも３つの側面に包囲され、若しくは前記窓部の周囲の少なくとも５０％までが、隣接する、明度を上げていない第２の領域に包囲され、または、
−  前記ガラスセラミック調理プレートの一側面の前記第１の領域（１５）の面積が、全体として最大で前記側面の３分の１を占めている、請求項２６に記載のガラスセラミック・コンロトップ（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局所的に限定された領域の可視光透過率が隣接する領域と比べて高められたガラスセラミック調理プレート、および、電磁放射線を用いた処理によって、ガラスセラミック材料の局所的に限定された面または全面の吸収特性を、基材の厚さおよび／または体積の少なくとも一部にわたって、単体基材の透過率が所望の範囲で変化するように変化させるための方法に関する。特に、本発明は、本発明による方法を用いて製造することができるガラスセラミック調理プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日まで、ガラスセラミック製の構造部品の透過率を局所的に変化させるために、以下の４種類の方法が可能である。
【０００３】
第一に、透過率が異なる２種類の材料を接合することによって、部分的に透過率が異なる構造部品を製作することができる。その際、はんだ付け、溶接、接着のようなあらゆる接合方法を用いることができる。この場合、透過率が異なる２種類の材料が必要になることが不利である。これらの材料は費用をかけて個別に製造しなければならず、ある特定の異なる透過率の調節は困難であるか、または多くの場合、そもそも調節することができない。
【０００４】
さらに、２種類の材料の、機械的、物理的、および化学的特性が異なっていることがある。このことは、耐熱衝撃性、耐化学性、および機械的破壊強度に関して、後の応用時に不利となり得る。その上、接合継目もまた異なる物理的および化学的特性を有しており、構造部品の特性に対して不利に作用し得る。さらに、接合継目は大抵の場合目障りであり、または破断の起点となる縁部を形成する。その上、閉鎖面を大きい構造部品へ嵌め込むことは、非常に困難である場合が多い。というのも、全ての側面を接合しなければならず、間隙寸法の維持が難しいからである。また、接着性を高めるために接合継目に力を付与することができない。
【０００５】
第二に、局所的なコーティングによって透過率を局所的に変化させることができる。このような解決法が、例えば特許文献１に提案されている。この解決法では、接合法とは対照的にただ１つの材料が必要であるが、その代わりに、要求された特定の透過特性を満たすコーティング材が追加的に必要である。局所的に透過率を高めるために、透過率を低くすべき構造部品の領域がコーティングされる。このための前提は、構造部品全体の基本的な透過率が、完成品の最大要求透過率と同程度の高さであることである。場合によってはガラス組成を変更しなければならないので、実際には、このことが同様に費用増加を招き得る。
【０００６】
何らかの方法でマスキングしなければならないので、部分的なコーティングの費用も侮ることはできない。その他、コーティング法の不利な点は、構造部品上に十分に付着するとともに構造部品の後の全使用条件に損傷を受けずに耐えるような、適切なコーティングを見つけなければならないことである。
【０００７】
加えて、コーティングは構造部品上に異なる化学的および物理的特性を有する新しい表面を作り出す。製品の外側のコーティングの場合、かすり傷、またはその他の変化および損傷が生じるかもしれない。その上、コーティングによって常に表面に塗布されるものは、触感、外見、かすり傷のつきやすさまたは擦れの点で望ましくない場合が多い。
【０００８】
また、第三として、セラミック材料、釉薬、セラミックガラス、およびガラスのレーザ・マーキングが特許文献２より知られている。その際、マーク対象の材料に対して、無機色素粒子が放射線感受性添加物として「セラミック塗料」の形で添加され、この塗料がレーザ照射によって別の色を呈するようになる。このような色素粒子は、溶解時のみガラスおよびガラスセラミックに供給することができるので、これらが融合するとその効果が失われるであろう。粉体から焼結されたセラミックの場合のみ、このような方法が可能である。また、セラミックは透明ではないので、表面的に作用するような、パルス状の集束レーザ光線が不可欠である。その際、この方法において照射用に選定すべき最適な波長は、放射線感受性添加物が最も多く吸収し、それに対してマーク対象の無機材料が最も少なく吸収する波長である。したがって、基材の吸収率が局所的に異なっていることが前提であり、つまり、マーク対象の基材の局所的に異なる吸収率（それとともに異なる色印象）をもたらす、局所的な吸収点がセラミックに含まれていなければならない。また、セラミックは一般に不透明であるので、このマーキングの浸透深さは通常約１ｍｍ未満である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１２／００１３００号
【特許文献２】欧州特許第０２３３１４６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の基礎を成す課題は、体積的に着色されたガラスセラミック調理プレートについて、その表示性能を改善することであり、言い換えれば、見る人には暗く着色されているように見えるようにガラスセラミックが体積的に着色されている場合でさえ、ガラスセラミック・コンロトップの下方に配置された表示素子からの光を、ガラスセラミックを通過して導くことである。コンロトップの下方に配置された加熱素子およびコンロのさらなる下部構造を視覚的に隠すために、暗く着色されたガラスセラミック・プレートが調理プレートに一般的に使用されている。他方では、ガラスセラミックを貫いて表示素子を発光させたいという要望もある。本発明は、驚くほど容易な方法で、この相反する障害を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明を用いれば、単体のガラスセラミック構造部品への添加、例えば無機色素の形での塗料の添加をも不要とすることができる。また、局所的な透過率の変化を生じさせるために、追加的なコーティングまたは接合を行う必要もなくなる。
【００１２】
また、基材の構造の局所的な破壊や変化によって生成される、材料内の局所的な散乱中心を除外することができる。
【００１３】
高価なパルス状の高集束レーザは、その焦点を、材料を通過して正確に移動させなければならず、極めて小さい体積しか処理することができないが、本発明を用いればこのレーザの使用が同様に不要となる。
【００１４】
接合継目の欠点、つまり、外観上の欠点および破断の原因となり得る１つまたは複数の追加的な構造部品の縁部が存在するという欠点が、本発明によって回避される。
【００１５】
また、容易な方法で、閉鎖面の透過率をより大きい平面内で変化させることができるが、異なる材料をそのために嵌め込む必要がない。特に、透過率が異なる複数の種類の基材の製造もまた省略される。
【００１６】
その上、局所的に透過率に影響を与えるために、コーティングを行う必要がなくなる。それとともに、コーティング材および適合するコーティング法の調査を省略することができる。しかし、他方では、透過率および／または色を適合させる、または反射防止などの他の特性を与えるために、場合によってはコーティングを用いてもよい。
【００１７】
また、基材に適合するとともに化学的に基材と折り合う、何らかの粒子状の添加物の添加を省略することができる。また、添加された色素によって基材の色印象が不均一になることをそのように回避することができる。
【００１８】
概して、本発明には、可視波長領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）内で着色されたガラスセラミックが使用される。典型的に、このような可視スペクトル領域内での着色は、赤外領域で利用可能な着色にもつながる。
【００１９】
その際、本発明によれば、例えば１μｍ波長のダイオード・レーザのレーザ光線のような電磁放射線が、局所的および時間的に限定されて作用し、放射線が材料の局所的な加熱をもたらすことによって、透過率に変化が加えられる。
【００２０】
ガラスセラミックの透過率を局所的に変化させるために、透過率が変化し始めるまでガラスセラミックの温度を上昇させる。続いて、好適には非常に急速な冷却を行う。温度上昇によって、それに対応した物理化学的反応が起こり、および／または基材内の電子移動度およびイオン移動度が高まる。
【００２１】
したがって、本発明は、透過率を局所的に変化させたガラスセラミック調理プレートの製造方法を提供する。この方法では、
−  着色金属イオンで体積的に着色されたガラスセラミック・プレートを準備し、
−  局所的に限定して、ガラスセラミック・プレートの表面の領域に電磁放射線を向けて、この電磁放射線がガラスセラミック・プレートの体積内に吸収され、
−  ガラスセラミック・プレートの照射された領域が加熱されるように電磁放射線の出力密度を選定し、加熱された領域の体積内においてガラスセラミック材料の透過率が、３８０ナノメートルから７８０ナノメートルの波長の間の可視スペクトル領域内の少なくとも１つのスペクトル領域において高められるまで少なくとも加熱し、
−  加熱後に電磁放射線の照射を停止し、照射された領域を冷却する。
【００２２】
典型的に、透過率が上昇し始める温度は、ガラスセラミックの粘度が１０１４ｄＰａ・ｓであるときの温度よりも高い。好適には、変形を回避するために、粘度の値が１０７．６ｄＰａ・ｓとなる溶融点までは加熱しない。
【００２３】
体積的に着色されたガラスまたはガラスセラミックは、本発明の趣旨において、色中心または着色イオンが材料内に分散している材料と理解される。したがって、これらの色中心または着色イオンは、色素の場合のように着色晶子の形で局所的に集中してはいない。つまり、着色イオンまたは色中心は、染料に対応してガラスまたはガラスセラミック内に溶解されるが、色素は材料内に分散される。したがって、体積的な着色は透過率に影響を与えるものの散乱には影響を与えないが、それに対して色素はそれ自体が散乱された粒子である。しかし、場合によっては、追加的に利用可能な色素を排除しない。
【００２４】
この方法を用いれば、体積的に着色された、単体のガラスセラミック調理プレートを得ることができる。このガラスセラミック調理プレートは第１の領域を備えており、第１の領域のガラスセラミックの色が第２の隣接する領域とは異なっていることにより、第１の領域の吸収係数が第２の隣接する領域の吸収係数より小さく、それとともに第１の領域の可視スペクトル領域における全体の光透過率が、第２の隣接する領域の可視スペクトル領域における全体の光透過率よりも高い。第１の領域のガラスセラミック内の光散乱は、第２の領域のガラスセラミック内の光散乱に比べて、２０パーセント以下、好適には１０パーセント以下、特に好ましくは５％以下、とりわけ好ましくは１％以下異なっている。つまり、第１の領域のガラスセラミック内の光散乱は、光透過率を変化させていない第２の隣接する領域の光散乱と基本的に等しい。第１の領域内の光散乱が第２の領域内よりも小さいという場合もまた、２０パーセント以下の異なる光散乱という上限に含まれている。必要であれば光散乱を僅かに高めることによって、このことが目に見える効果としては現れなくなる。光散乱は、照射された強度全体から、直接透過される光、フレネル反射、および吸収を差し引いた部分である。パーセントで表された散乱の差異は、光線の透過の際の散乱光の部分を示している。例えば、第２の領域内の散乱された光強度の部分が強度全体の３％であれば、第１の領域内の散乱光強度が５％高いとは、第１の領域内の散乱光強度の部分が３％＋５％＝８％であることを意味する。本発明の趣旨で用いられるような透過、散乱、吸収、拡散反射という概念は、ＤＩＮ  ５０３６−１による定義に対応しており、ＩＳＯ  １５３６８による測定規定に従って測定することができる。
【００２５】
全体の光透過率は、ある波長領域、例えば３８０から７８０ナノメートルの波長の間の可視スペクトル領域を平均した分光透過率と理解される。分光透過率は、ある特定の波長での光透過率である。分光透過率に言及しない限りは、本明細書の趣旨において、光透過率という概念によって全体の光透過率が理解される。もちろん、第１の領域の吸収係数は、赤外領域および紫外領域を含む光のスペクトル領域全体にわたって、第２の隣接する領域の吸収係数よりも小さいというわけではない。むしろ、第１の領域の可視スペクトル領域における吸収係数は、可視スペクトル領域における全体の光透過率が高くなるように、平均して下げられている。
【００２６】
本発明による方法を用いて材料の表面のみを処理するとすれば、吸収率の変化の効果およびそれとともに透過率の変化の効果が、全体の体積から見ると、非常に小さい場合が多く、大抵は不十分である。そのため、本発明による方法によって、およびこれを用いれば、材料の体積内に吸収されるように放射線の波長を選定することによって、表面だけでなく同時にガラスの体積の少なくとも１つの特定の領域を加熱して変化を加えることが可能になるので、用途にとって望ましい程度に一致するように効果を十分に大きくすることができ、処理中に材料の表面が過熱されることがなくなる。
【００２７】
既述の通り、ガラスセラミック材料を局所的に加熱するために、好適にはレーザが用いられる。レーザ光線を用いれば、材料内に局所的に狭く限定して放射電力を導入することができる。
【００２８】
本発明の別の重要な特徴は、照射の波長を目標とする効果の波長、つまり、透過率が変化し始める波長に対応させなくてもよい、という事実である。つまり、本発明では、例えば赤外波長領域において１μｍの波長で照射することが可能であるが、これは、ガラスまたはガラスセラミックではこの波長領域内に吸収帯が存在しているからである。しかし、その結果得られる効果は、例えば３８０ｎｍから７８０ｎｍの間の可視領域内にあり、この領域内の１つまたは複数の波長の透過率の変化を、ガラス内に存在する元素および化合物の物理化学的反応によって引き起こすことができる。これは、照射されるエネルギーがガラスまたはガラスセラミックの特定の元素とのみ相互作用するものの、ガラスセラミックの構造全体に対して作用するという事実による。
【００２９】
つまり、局所的に透過率を変化させるために、これに加えて局所的に体積内で温度上昇を引き起こす。これは、衝突する電磁放射線に対してガラスセラミックが部分透過性を有する波長領域内の電磁放射線によって行われる。それにより、表面的だけでなく、ガラスセラミック要素の厚さ全体または部分体積内にエネルギーが導入される。放射線密度と吸収率との積が十分に大きければ、（局所的な）急激な温度上昇とともに透過率の変化が生じる。積が大きすぎる場合は、表面のみ温度が上昇して過熱されるので、材料を破損せずには体積内の効果を十分に大きくすることができない。積が小さすぎる場合は、温度上昇が遅すぎて効果が生じないか、または局所的に明確に限定されなくなる、つまり滲んでしまう。
【００３０】
したがって、本発明の発展形態によれば、放射線密度、あるいは電磁放射線の出力密度および／またはガラスセラミック材料の吸収係数αが、出力密度および吸収係数αの積Ｐが、少なくともＰ＝０．２５（Ｗ／ｍｍ３）・（１／ｍｍ）となるように選定される。その際、吸収係数は、表面的にのみ温度が上昇することを回避するために、本発明のさらなる発展形態によれば、最大で２／ｄであり、ここでｄはガラスセラミック要素の厚さを表す。
【００３１】
吸収挙動の変化およびその結果として生じる透過率の変化の効果は、おそらく材料内の着色元素の酸化還元反応、または前もって導入された色中心（例えば、感光効果または他の極端に短い波長の放射エネルギーによる）の溶解の結果として生じる。放射線源およびエネルギーの導入形式を選定することによって、透過率を変化させる領域を、点状、線状、および平面状にもすることができる。その際、点状とは表面上のレーザ光線の幾何学的な形状を意味するが、空間的な点の形状の集束を意味するものではない。材料の厚さに関しては、円筒形または鋭角を有する円錐形であってもよい。エネルギーを点状に導入する場合は、放射線源を動かすことによって、または透過率を変化させる領域の構造部品を動かすことによって、任意の形状、例えば、文字、記号、または三角形、四角形、または任意の他の幾何学形状を取ることができる。透過率を変化させる領域の寸法は、直径０．１ｍｍから数平方メートルの面積まで変化を持たせることができる。透過率変化の程度は、本来の透過率に加えて、０．１％から５０％以上まで高くすることができる。好適には、特に暗く着色されたガラスセラミックの場合は、第１の領域の可視スペクトル領域における透過率を、第２の隣接する領域に対して少なくとも２倍に高める。
【００３２】
上述のように、急速な冷却が好ましい。これは、加熱後にイオン移動性を急速に低下させることにより色変化の効果を凍結するために、または加熱の際に生じた酸化還元反応が再び逆転するのを防ぐために好都合である。したがって、本発明の発展形態では、温度上昇後のガラスセラミックを、少なくとも毎秒１Ｋ、好適には少なくとも毎秒５Ｋ、特に好ましくは少なくとも毎秒１０Ｋの冷却速度で、少なくとも最高温度からこの最高温度より１００Ｋ低い温度までの温度範囲内で冷却することが提供される。
【００３３】
本発明の一実施形態によれば、ガラスセラミック・プレートの表面が、表面の下方に位置する体積の領域よりも冷たい状態を保つように、ガラスセラミックの加熱が電磁放射線を用いて行われる。したがって、体積は表面より時間的に先に要求される工程温度に達する。この工程は、表面が軟化／柔化する前に終了することができる。このように、表面が不動状態を保ち、残留塑性変形が生じず、引張応力が全く生じないかまたは僅かしか生じない。
【００３４】
このための可能な方法は、電磁放射線による加熱中にもガラスセラミック・プレートの表面の冷却を行うことである。その際、冷却は特に、冷却を行わない場合に放熱および熱伝導によって生じる熱損失よりも大きい熱伝達効果をもたらす冷却と理解される。冷却は特に、熱放散する流体、あるいは冷却液に表面を接触させることによって行う。その際、表面上を流れる流体が特に好ましい。冷却はガラスセラミック・プレートの片面または両面に行ってもよい。適しているのは、例えば水であり、または水・エタノール混合物である。このような混合物は水よりも赤外線放射の吸収が少ない。
【００３５】
このような加熱中の冷却によって、場合によっては、表面のひずみまたは体積の膨張を回避または少なくとも低減することができる。本発明のさらなる発展形態によれば、表面の延長が低減または回避されるので、表面に近い領域に圧縮応力ゾーンが形成されるか、またはより高い引張応力の形成が回避される。
【００３６】
本発明のさらなる発展形態によれば、冷却後の熱的な後処理ステップが提供されてもよい。このような後処理ステップによって、加熱によってその前に誘発されていた引張応力を除去することができる。また、生じた透過率を、熱的な後処理ステップによって個別に微調整することが可能である。
【００３７】
熱的な後処理の考えられる変形例は以下の通りである。
−  体積を緩和温度まで加熱してその温度で保持する、電磁放射線、好適にはレーザを用いた第２の加熱ステップ。
−  表面のみを加熱して表面の応力を除去する、電磁放射線、好適にはレーザを用いた第２の加熱ステップ。表面に近い応力は体積内の応力よりも基本的に重要であるので、この方法は好都合である。このようなむしろ表面的な温度上昇もたらすために、第１の加熱ステップの電磁放射線とは異なる波長の電磁放射線を第２の加熱ステップに用いることができる。
−  従来の炉、例えば徐冷がまでの再加熱および歪み取り。
【００３８】
放射線源として、ＵＶ放射線源、タングステン・フィラメントを備えたＩＲ放射体、例えばダイオード・レーザ、ファイバー・レーザのようなレーザ源、または他の放射線源を利用することができる。適切な放射線源は、処理対象のガラスの放射線源の波長領域における吸収能力に従って選択される。セラミック化したセラン・ガラスセラミック（ＣＥＲＡＮ  ｇｌａｓｓ  ｃｅｒａｍｉｃｓ）に対しては、例えば１μｍの領域の波長のダイオード・レーザが適している。この波長では、４ｍｍ厚さのセラン・プレートの透過率が５０％から８０％の間にあるので、プレートの厚さ全体を通して十分な量の放射線が浸透することによって、エネルギー導入箇所のプレートの厚さにわたってプレートが均一に加熱される。出力の大きさが十分であれば、これによって、数秒間の内にエネルギー導入箇所の温度が７００℃を超える温度に達することができる。
【００３９】
概して、ガラスセラミックを、少なくとも毎分２５０Ｋの温度変化率で加熱することが好ましい。急速な加熱によって、色を変化させた領域を明確に境界付けることができ、あるいは、この領域が明確な輪郭を持つことが確実になる。また、望ましくない核生成や、ガラスの場合には結晶化が抑制される。
【００４０】
吸収係数の変化あるいは色変化の効果が、ガラスセラミック材料の温度上昇によってのみ生じると仮定すれば、色を変化させるために、輻射加熱以外に、例えばガスバーナを用いた局所的な加熱のような他の種類のエネルギー入力も原理的に可能である。ただし、照射される表面の下方の体積を急速に加熱するために、本発明による、材料内に浸透する電磁放射線を用いた急速な加熱が好ましい。それにより、色を変化させた領域の輪郭を明確にすることができる。表面的のみの照射の場合には、表面から体積内に広がる方向と基本的にちょうど同じ速さで、熱が表面に沿って側面に広がる。したがって、表面的のみの加熱の場合に、表面の下方の体積の色変化、または特にガラスセラミック・プレートの２つの側面の間の領域全体にまでも色変化がもたらされれば、色を変化させた領域の縁部がそれに対応して不明確になる。
【００４１】
プレートを室温まで冷却した後、エネルギー導入箇所では、透過率が放射線処理前よりも高くなっている。エネルギー導入領域は、変化させないガラスの部分が効果的に放射線の衝突から保護されるように、エネルギー照射の構成を介して、および処理対象のプレートの追加的なマスキングを介して生成することができる。
【００４２】
従来技術に対するこの方法の利点は、単体の構造部品を使用することができ、組成の適合、接合、またはコーティングが不要であるという事実である。この方法は非常に速く行うことができ（秒領域）、柔軟性が高く、様々な形状および用途に良好に適合させることができる。また、三次元的に成形された構造部品を処理することもできる。
【００４３】
本発明による方法は、酸化バナジウムで体積的に着色されたガラスセラミック品の色を局所的に弱めるのに非常に適している。この方法によれば、この場合、局所的な領域の３８０ナノメートルから７８０ナノメートルの間の可視スペクトル領域における透過率が、加熱によって高められる。したがって、本発明の好ましい一実施形態によれば、本発明によって処理された第１の領域の全体の光透過率が、隣接する未処理の第２の領域に対して高められた、酸化バナジウムで体積的に着色されたガラスセラミック要素が提供される。
【００４４】
このように、容易な方法で、例えばより透過率が高い窓部を、そうでなければ暗く見えるガラスセラミック・コンロトップに作り出すことができる。そして、そのような窓部の下方には、見る人にとって十分に視認可能に発光する表示部を配置してもよい。本発明による方法によって作成された明度を上げた領域の、特に好ましい形式としての窓部は、少なくとも３つの側面またはその周囲の少なくとも５０％までが、明度を上げていない隣接する第２の領域に包囲された領域と理解される。好適には、第１の領域は、完全に第２の領域、あるいは明度を上げていないガラスセラミック材料に包囲されている。
【００４５】
概して、ガラスセラミック調理プレートの表面の大部分の明度を上げないことも目的にかなっている。というのは、この場合、それに対応してより明るいガラスセラミックを準備し、そして局所的に、例えばコーティングを用いて、限定された領域をより暗くする方がより容易であるように思われるからである。したがって、本発明の一実施形態によれば、ガラスセラミック調理プレートの一側面の第１の領域の面積部分が、全体として最大でこの側面の面積の３分の１を占める。明度を上げた領域が複数存在する場合、本発明のこの実施形態によれば、これらの全領域の総面積が、最大でガラスセラミック調理プレートの一側面の面積の３分の１を占めることになる。
【００４６】
以下では本発明を、実施例および添付図面に基づいてより詳細に説明する。その際、図面内の同一の符号は同一のまたは対応する要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による方法を実施するための装置である。
【図２】体積的に着色されたガラスセラミックの、明度を上げた領域および変化を加えていない領域のＸ線回折スペクトルである。
【図３】ガラスセラミック調理プレートの処理済および未処理の領域の分光透過率のグラフである。
【図４】本発明によるガラスセラミック調理プレートを備えたガラスセラミック・コンロトップである。
【図５】平坦面を有するガラスセラミック・コンロトップである。
【図６】ガラスセラミック調理プレートの処理済および未処理の領域の、波長に応じた吸収係数のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明による局所的に透過率を変化させたガラスセラミック調理プレートの製造方法を、図１に基づいてより詳細に説明する。第１の側面３および第２の側面５を有し、寸法が５０ｍｍ×５０ｍｍ、および４ｍｍ厚さのガラスセラミック・プレート１の形状であるガラスセラミック調理プレート１が製作される。通常そうであるように、このガラスセラミック調理プレート１の片面は凸凹であってもよい。特に、ガラスセラミック調理プレートは、着色金属イオンによって体積的に着色されている。このような金属イオンは、例えば、マンガン、鉄イオン、希土類イオン、特にセリウムイオン、クロムイオン、ニッケルイオン、コバルトイオン、またはバナジウムイオンであってもよい。その際、これらのイオンの着色作用は、ガラスセラミックの他の構成要素との相互作用にも左右される。したがって、他の金属イオンとの相互作用によって着色が強められるか、または逆に弱められ得る。例えば、マンガンイオンおよび鉄イオンは、スズおよび／またはチタンとの相互作用を示すので、好適には酸化マンガンまたは酸化鉄を着色手段として、好適には酸化スズおよび／または酸化チタンとともに組成と組み合わせる。特にセリウムイオンのような希土類の着色イオンは、クロム、ニッケル、およびコバルトのイオンと相互作用する。したがって、好適には、希土類酸化物を着色手段として、上述の金属の酸化物とともにガラスセラミック組成と組み合わせる。バナジウムの場合も、スズ、アンチモン、またはチタンとの相互作用を呈する。
【００４９】
概して、この特定の実施例に限定するものではないが、ガラスセラミックは、以下の金属の内の少なくとも１つのイオン、または以下の金属のイオンの組み合わせを含んでいる。
−  バナジウム、特にスズおよび／またはチタンとの組み合わせ
−  希土類、特にセリウム、好適にはクロムおよび／またはニッケルおよび／またはコバルトとの組み合わせ
−  マンガン、好適にはスズおよび／またはチタンとの組み合わせ
−  鉄、好適にはスズおよび／またはチタンとの組み合わせ
【００５０】
酸化バナジウムは非常に強力な着色手段である。その際、強力な着色は、概してまずはセラミック化の際に生じる。本発明を用いれば、酸化バナジウムによる体積的な着色を少なくとも部分的に無効化できることが分かっている。したがって、酸化バナジウムで着色されたガラスセラミックの場合に明らかに視認可能な効果を得るために、この実施例に限定するものではないが、本発明の一実施形態によれば、ガラスセラミックが、少なくとも０．００５重量パーセント、好適には少なくとも０．０１重量パーセントの酸化バナジウムを含んでいることが提供される。これにより、十分に強力な着色が起こり、これに対応して局所的に明度を上げた領域１５において顕著な透過率の変化が生じる。
【００５１】
ガラスセラミック調理プレート１は、鋳込成形で製造された、１００ｍｍ×１００ｍｍ、３０ｍｍ厚さの酸化ケイ素セラミック基部７上に配置される。酸化ケイ素セラミック基部７の上に支持された第１の側面３は、例えばガラスセラミック調理プレート１の平滑な上面である。そうすれば、上方に向けられた第２の側面５は凸凹のある下面である。一般に、この例でもそうであるように、後にユーザの方に向けられない側面に電磁放射線を照射することが好都合であると言える。ガラスセラミック・コンロトップの場合、典型的に、ガラスセラミック・プレートの一側面は凸凹であり、ユーザに向けられない側面または、コンロトップの下面を形成している。ユーザに向けられない側面に照射することが好都合であるのは、放射線源に向けられた側面のその方向において温度が上昇し、これが表面の変化を引き起こし得るからである。このような変化は、典型的には凸凹であるユーザに向けられた側面ではそれほど支障にならない。
【００５２】
酸化ケイ素セラミック基部７およびガラスセラミック調理プレート１は室温状態にある。この配置の上方には、焦点距離が２５０ｍｍの集束光学系を備えたレーザ・スキャナ１３が、レーザ光線９０がガラスセラミック調理プレート１の表面に対して垂直に入射するように設置されている。焦点が合ったレーザ光線９０の直径は１．５ｍｍである。酸化ケイ素セラミック基部７およびガラスセラミック調理プレート１の配置は、ガラスセラミック調理プレート１がレーザ光線９０の焦点に位置せず、したがってレーザ光線の焦点がぼけるような距離に置かれている。本実施例では、ガラスセラミック調理プレート１上のレーザ光線９０の直径が１０ｍｍである。伝送ファイバー１１を通して、レーザ・スキャナ１３に対してレーザ９のレーザ光線が、９００ｎｍから１１００ｎｍの間の波長で供給される。その際、レーザ９として、ダイオード・レーザ、例えば、０Ｗから３０００Ｗの間で出力を制御可能な、レーザーライン（ｌａｓｅｒｌｉｎｅ）社のダイオード・レーザが使用される。レーザ９の活性化後、ガラスセラミック・プレート１を１０００Ｗの出力で１０秒間、局所的に照射する。それによって、ガラスセラミックが毎分２５０Ｋ以上の速度で加熱され、照射時間内に、ガラスセラミックの粘度が１０１４ｄＰａ・ｓの値となる温度を上回る。その後、レーザを停止して、ガラスセラミック・プレートを空気にあてて冷却する。このように達成される冷却速度は、毎秒１Ｋ以上の場合、概して毎秒５Ｋ以上または毎秒１０Ｋ以上の場合でさえ、少なくとも最高温度からこの最高温度より１００Ｋ低い温度まで、好適にはガラスセラミックの粘度が１０１４ｄＰａ・ｓの値となる温度までの温度範囲内にある。それにより、着色効果、特にこの場合は明度を上げる効果が凍結される。レーザ光線９０によって温度が上昇した局所領域１５では、プレートの厚さ全体にわたって透過率が顕著に高くなっている。つまり、可視線がガラスセラミック調理プレート１を通過してより良好に到達することができる。プレートの隣接する領域１６、あるいは、ガラスセラミック調理プレート１の残りの部分は、暗いまま、つまり、可視領域において低い透過率を維持している。その上、ガラスセラミック調理プレート１は、特に照射の領域１５においても、幾何学的に変化している。このことは、平面度だけでなく局所的な厚さの変動についても当てはまる。
【００５３】
別の一実施形態によれば、レーザ・スキャナを用いて、レーザ光線をガラスセラミック調理プレートの表面上に走査させることができるので、ガラスセラミック調理プレートの表面上のレーザ光線の光点よりも面積が大きい領域１５が加熱される。
【００５４】
隣接する領域１６と比べて透過率が高い第１の領域１５は、ガラスセラミック調理プレートの第１の面からこれに対向する第２の面まで、あるいは上面から下面まで延在している。これは、電磁放射線を、ガラスセラミック調理プレートを通過するように浸透させることによって、およびそれとともに両方の対向する側面の間のガラスセラミック材料全体を加熱することによって達成される。
【００５５】
しかし、両方の面の間の体積全体ではなく、ただ１つの層、例えばガラスセラミック・プレートの半分の厚さに対応する層厚さを有する層の明度を上げれば、表示部の視認性を良好にするために透過率を高めることができる。もちろん、本発明による方法を用いれば、ガラスセラミック・コンロトップ内に複数の領域１５を形成することも、概して可能である。
【００５６】
本発明の発展形態では、ガラスセラミック・プレート１が、任意で照射中あるいは加熱中に同時に表面的に冷却される。このために、冷却液１８をガラスセラミック・プレート１に接触させる。その際、冷却効果を高めるために、冷却液１８をガラスセラミック・プレート１の表面上に流してもよい。図１に示された実施例では、特に冷却液１８の膜がガラスセラミック・プレート１の照射された第２の側面５に設けられている。例えば側面５を斜めに配置することによって、および／または冷却液１８を連続的に供給することによって、容易な方法で冷却液を表面あるいは第２の側面５に沿って流すことができる。図１に示したものとは異なり、両側面３、５が冷却液１８と接触する、好適には流れる冷却液１８と接触するような配置を構成してもよい。
【００５７】
適しているのはエタノール／水混合物である。概して、図示の実施例に限定するものではないが、その際、混合物のエタノール含有率が５０体積パーセントを超えないことが好ましい。このような混合物は、純水よりも赤外放射線の吸収量が少ないので有利である。冷却液を用いて、ひずみまたは膨張のような表面の変化を回避し、または少なくともこれらを低減することができる。また、ガラスセラミック・プレート１の特性に、照射中の同時の冷却によって、有利な影響を与えることができる。本発明のさらなる発展形態によれば、表面に圧縮応力が生じる。少なくとも、照射および冷却後の表面に高い引張応力が生じることを、防止または低減することができる。したがって、概して、本発明によって処理された第１の領域１５において、表面の応力が第１の領域１５の体積の中央よりも低いガラスセラミック・プレート１を製造することができる。その際、より低い応力という概念は、量的なものではなく、符号と合わせて理解される。したがって、体積の中央において引張応力、つまり符号が正である応力が存在する一方で、表面にはほぼ応力がかかっていないことがある。この場合も、内部の応力が正であるので、表面の応力はより低いことになる。
【００５８】
本発明の発展形態において、図１の特定の実施例に限定するものではないが、概して、ガラスセラミック・プレート１を通過して透過された電磁放射線を反射してガラスセラミック・プレート１内に戻す装置が設けられていれば、本発明による方法にとって都合がよい。特に、このために、電磁放射線を反射してガラスセラミック・プレート１内に戻すガラスセラミック・プレート１を基部上に載置してもよい。
【００５９】
反射によって、加熱過程の効率および速度を高めるとともに、工程時間を短縮することができる。図１に示した例でもそうであるように、赤外レーザを使用すれば、特に０．９μｍから１．１μｍまでの波長のレーザ光線の領域において反射する基部を使用することができる。
【００６０】
図１に示した例のように、鋳込成形で製造された酸化ケイ素セラミック基部７を使用すれば、これに加えて、相応して細かい粒子の酸化ケイ素セラミックを用いることができる。その際、概して、酸化ケイ素セラミックに限定するものではないが、本発明の発展形態では、ガラスセラミック・プレート１の基部として使用される、好適には上述の鋳込成形されたＳｉＯ２セラミックであるセラミックの平均粒径が、電磁放射線の波長よりも小さいことが好ましい。それによって、基部７の表面で放射線が激しく散乱することが回避される。広帯域の放射線源の場合は、セラミックの平均粒径が、ガラスセラミック・プレート１を通過して透過される放射線の最大の分光出力密度の波長よりも小さく、または代替的に、ガラスセラミック・プレート１を通過して透過される放射線のスペクトルの平均波長よりも小さい。
【００６１】
本発明の他の発展形態によれば、図１に示した実施形態で使用されている酸化ケイ素セラミック基部７のようなセラミックの表面の代わりに、金属的に反射する基部を使用してもよい。例えばアルミニウムまたは磨かれた銅が適している。もちろん、本実施形態を、セラミック基部７上に金属的に反射する層またはプレートを配置することによって、セラミック基部と組み合わせてもよい。
【００６２】
領域１５の加熱およびそれとともに作用する着色、およびそれに続く冷却の後に、引張応力を除去するために熱的な後処理ステップを任意で行ってもよい。８００℃の温度で５分間の加熱時間の熱的な後処理によって、ガラスセラミック・プレート１では引張応力の顕著な低下が既に生じている。熱的な後処理ステップでの緩和温度までの加熱は、レーザ、他の電磁放射線、または適切な炉内でも行うことができる。電磁放射線を用いた加熱の場合は、明度を上げるために使用される第１のステップでの加熱用の電磁放射線よりも、その放射線がより強く吸収される放射線源を使用することができる。それによって、特にガラスまたはガラスセラミックの表面が加熱される。表面に存在する引張応力は、ガラスセラミック・プレート１の強度に関して特に重要である。
【００６３】
図１に示した例では、表面の強烈な加熱を回避するために、任意の冷却液が設けられている。照射中に表面が、表面の下方に位置するガラスセラミックの領域よりも冷たい状態を保つように温度勾配を生じさせるための他の措置として、処理対象のガラスセラミック・プレートの相応の温度スタート・プロファイル（Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒ−Ｓｔａｒｔｐｒｏｆｉｌ）がある。このように、適した勾配を有する温度スタート・プロファイルを、ガラスセラミックの厚さにわたって、急速冷凍および／または予熱によって生じさせることができる。スタート・プロファイルが適切であれば、電磁放射線が実際に作用する前に、特に体積を表面よりも既に熱くすることができる。例としては、電磁放射線が作用する前にガラスセラミック・プレート１を予熱し、表面を急冷することが挙げられる。
【００６４】
本発明のさらなる実施形態によれば、図１に示したものとは異なり、レーザ光線９０の焦点をガラスセラミックの体積内に合わせてもよい。このようにすると、場合によっては処理後の材料の表面に圧縮応力が発生し得る。
【００６５】
一般に、着色の実施前または後にガラスセラミック材料を強化することもできる。これは、材料が処理によって誘発された最終的な引張応力に耐える、あるいはこれを補償するように、目標を定めて表面の近くに圧縮応力ゾーンを導入するための熱的または化学的強化によって行うことができる。
【００６６】
図２は、図１に基づいて説明した方法を用いて得られるような、単体のガラスセラミック要素のＸ線回折スペクトルである。調査したガラスセラミックは、調理プレート用に嵌め込まれるような、酸化バナジウムで体積的に着色されたリチウム・アルミノケイ酸ガラスセラミックである。Ｘ線回折を用いて、レーザ照射によって明度を上げた領域１５の結晶相、結晶相含有量、および結晶サイズを、隣接する明度を上げていない領域１６と比較した。
【００６７】
追加的に、菱形、正方形、または円形で示されているのは、異なる結晶相の相対強度である。その際、正方形を用いて高温石英混晶（ＨＱＭＫ）のＸ線回折のピークを、菱形を用いてリチウム・アルミノケイ酸、あるいはキータイト混晶（ＫＭＫ、ＬｉＡｌＳｉ３Ｏ８）のＸ線回折のピークを、および円形を用いて同様にガラスセラミックにおいて実績のあるジルコン酸チタン酸塩（ＺｒＴｉＯ４）のＸ線回折のピークを示している。その際、曲線１５０は、明度を上げた、つまり本発明によって処理された領域１５のＸ線回折スペクトルであり、曲線１６０は、隣接する、変化を加えていない領域１６のＸ線回折スペクトルである。図から明らかであるように、両曲線は実際には図示上の理由で補正量が異なっているまで合同である。Ｘ線回折ピークの強度をより正確に評価すると、唯一キータイト混晶相の含有量が非常に僅かに増加していることが分かる。結果を以下の表に改めて要約しておく。
【００６８】
【表１】
2014206368.tif 000003
【００６９】
「補正後」という列の吸収率補正には、ガラスセラミックの化学組成および想定厚さρ＝２．５ｇ／ｃｍ３を使用した。
【００７０】
高温石英混晶の相含有量は、上記の表およびそれに応じた図２によれば、測定誤差内で変化している。キータイト混晶含有量のみが変化を示しているが、この変化はこの結晶相の割合が僅かであることから、ガラスセラミックの組織に大した影響を及ぼさない。したがって、それによってガラスセラミック要素の処理済および未処理の領域に、本質的に構造的な差異がなかったとしても、本発明によって処理されたアルミノケイ酸ガラスセラミック、特にリチウム・アルミノケイ酸ガラスセラミックの領域は、一実施形態によれば、隣接する未処理の領域と比べて、キータイト混晶の含有量がより高いことが分かる。
【００７１】
結晶相および／またはその割合の変化は光散乱に影響を与え得る。材料内の光散乱が変化すると、それによって、処理済の領域を照明した際の拡散反射もまた変化する。上述の例で実証されたように、処理済および未処理の領域は、特に存在する結晶相に関してその形態が実際には同一である。したがって、本発明による製品における拡散反射は、処理済および未処理の領域間で、全く変化が無いか、またはあったとしてもごく僅かである。したがって、本発明の発展形態では、前述の実施例に限定するものではないが、可視光に対する第１の領域の拡散反射が、２０％以下、好適には１０％以下、特に好ましくは５％以下、第２の領域の拡散反射と異なっていることが提供される。また、光散乱も第１の領域では、そもそもあるとすれば、５％未満、高まっている。
【００７２】
図３は本発明によって処理された、酸化バナジウムを用いて体積的に着色されたガラスセラミック・プレートの分光透過率を、波長の関数として示している。その際、図３の曲線１５１は、本発明によって処理された領域１５の分光透過率を、曲線１６１は、隣接する未処理の領域１６の分光透過率を示している。両曲線から分かることは、処理済の領域１５では、４２０ナノメートルから７８０ナノメートルの間のスペクトル領域全体において分光透過率が顕著に高くなっているということである。このことは、色調の影響が少なく、ガラスセラミック・コンロトップの領域に目標を定めて、発光するまたは発光しない表示素子がより透けて見えるようにするために、または概して窓部を、特に覗き窓を嵌め込むために、透過性を向上しなければならない場合に有利である。したがって、本発明による一実施形態によれば、この特定の実施例に限定するものではないが、第１の領域では、４２０ナノメートルから７８０ナノメートルの間のスペクトル領域内全体において、分光透過率が隣接する第２の領域より高い。
【００７３】
その他にも、図３による分光透過率について注目すべき点は、青色および緑色のスペクトル領域における透過率が、相対的に見て赤色の領域よりもさらに大きく上昇しているということである。このように、５００ナノメートルでは、透過率が０．００２８から０．０２７へ、つまり９倍以上に上昇している。６００ナノメートルでは、倍率はより低く、この場合は４．７である。まさにこのことが、体積的に着色された、特に酸化バナジウムで着色されたガラスセラミックにおいて、青色および／または緑色の表示素子の表示性能または色表示を改善するために特に好都合である。したがって、本発明のさらなる実施形態によれば、４００から５００ナノメートルの領域の波長の場合の、第１の領域の第２の領域に対する分光透過率の比率が、６００から８００ナノメートルの領域の波長の場合よりも大きい。
【００７４】
以下は、４ｍｍ厚さのガラスセラミック・プレートのＸ線透視法において、処理済および未処理の領域１５、１６で測定された色の、異なる色モデル（ｘｙＹ、Ｌａｂ、Ｌｕｖ）および異なる標準光源についての一覧である。
標準光源Ａ
領域１６        領域１５
ｘ    ０．６３０７    ０．５７８２
ｙ    ０．３４８０    ０．３８０５
Ｙ    １．７          ７．６
標準光源Ｄ６５
領域１６        領域１５
ｘ    ０．５５５０    ０．４７７３
ｙ    ０．３５４０    ０．３７５２
Ｙ    １．２          ６．２
Ｒａ  −２５．６      ２２．０
標準光源Ｃ
領域１６        領域１５
ｘ            ０．５５４５    ０．４７６３
ｙ            ０．３４９５    ０．３６８５
Ｙ            １．２          ６．３
黄色度  Ｉ．  １７４．０      １２０．８
標準光源Ａ
領域１６        領域１５
Ｌ＊    １３．６      ３３．２
ａ＊    ２３．２      ２４．２
ｂ＊    １９．１      ２７．７
ｃ＊    ３０．０      ３６．８
標準光源Ｄ６５
領域１６        領域１５
Ｌ＊    １０．６        ３０．０
ａ＊    ２０．８        ２０．２
ｂ＊    １３．８        ２２．９
ｃ＊    ２５．０        ３０．５
標準光源Ｃ
領域１６        領域１５
Ｌ＊    １０．８        ３０．２
ａ＊    ２０．１        １９．２
ｂ＊    １４．１        ２３．２
ｃ＊    ２４．５        ３０．１
標準光源Ａ
領域１６        領域１５
Ｌ＊    １３．６        ３３．２
ｕ＊    ３０．３        ４５．３
ｖ＊    ０．９          ４．３
標準光源Ｄ６５
領域１６        領域１５
Ｌ＊    １０．６        ３０．０
ｕ＊    ２２．６        ３６．６
ｖ＊    ７．０          １８．５
標準光源Ｃ
領域１６        領域１５
Ｌ＊    １０．８        ３０．２
ｕ＊    ２２．９        ３６．７
ｖ＊    ７．８          ２０．３
【００７５】
色モデルＬａｂ、ｘｙＹ、およびＬｕｖでは、パラメータＬあるいはＹがそれぞれ明度を示している。その際、ｘｙＹ色モデルのパラメータＹは、標準光源Ｃまたは標準光源Ｄ６５を用いた際の可視スペクトル領域における透過率τｖｉｓに対応しており、Ｙ値の比較から、透過率の増加を算出することができる。上述の値に基づいて、可視スペクトル領域における透過率が、少なくとも２．５倍に高められることが示されている。この際注意すべき点は、一般に、透過率が屈折力およびＸ線透視されるガラスセラミック調理プレートの厚さにも左右されるということである。しかし、一般に、本発明の一実施形態によれば、３８０から７８０ナノメートルの間の可視スペクトル領域における透過率が、４ミリメートルの厚さに関して、少なくとも２．５倍に高められると言える。
【００７６】
上記の図２および図３の実施例でも用いられていたような、酸化バナジウムＶ２Ｏ５による着色が、独国特許発明第１０２００８０５０２６３号明細書からも知られている。これによれば、着色機構が複雑な工程として描写されている。この文献によれば、着色状態の酸化バナジウムの移行には、酸化還元過程が前提となっている。結晶化可能な基材ガラスにおいて、Ｖ２Ｏ５の着色は比較的弱く、緑色がかった色調をもたらす。セラミック化の際に酸化還元過程が起こると、バナジウムが減少し、酸化還元パートナーが酸化される。
【００７７】
ＳｂおよびＳｎを精製した組成のメスバウアー検査によって得られる精製剤が、主要な酸化還元パートナーとして機能する。セラミック化の際、基材ガラス内のＳｂ３＋あるいはＳｎ２＋の一部が、より高い酸化段階Ｓｂ５＋あるいはＳｎ４＋に移行される。還元された酸化段階でバナジウムがＶ４＋またはＶ３＋として種晶内に生成され、そこで電子電荷移動反応によって集中的に着色すると仮定した。別の酸化還元パートナーとして、ＴｉＯ２もまた酸化バナジウムによる着色を強化する。基材ガラス内の酸化還元パートナーの種類および量以外に、独国特許発明第１０２００８０５０２６３号明細書によれば、ガラス内で溶解の際に調整される酸化還元状態も影響を与える。より低い酸素分圧、つまり、例えば高い溶解温度によって、還元するように調整された溶解は、酸化バナジウムの色効果を強める。
【００７８】
しかし、還元されたＶ４+またはＶ３+を種晶に取り込む、または専ら取り込むのではなく、他の構造的周囲、例えば高温石英混晶またはクラスターに取り込むことも可能である。
【００７９】
本発明を用いれば、今やこの着色に、高エネルギー放射線の照射およびガラスセラミックの加熱によって、局所的な変化が加えられる。
【００８０】
この方法を、色素体の電荷移動過程と組み合わせてもよい。電荷移動の際のドナー中心およびアクセプタ中心間の仮説的な電子移動は吸収率にとって重要であるので、作用する高エネルギー放射線および加熱によって、ここでは構造的な変化が中心に生じると仮定する。この構造的変化は、電子移動過程の頻度／確率とともに吸収率を低下させる。
【００８１】
バナジウム着色がセラミック化の際に酸素分圧および酸化還元過程に対して反応する感度のために、これに関して競合する原子価変化が問題になる。つまり、放射線は温度上昇とともにドナー中心またはアクセプタ中心から電子を取り除き、それによってこれらの電子を電荷移動過程のために不動態化し得る。
【００８２】
色むらを熱処理によって無効化できるという観察結果は、この仮説を裏付けている。熱力学的に安定した中心の構造的状態を回復することができる。それにより、色を付与する電荷移動過程の頻度も再び高くなる。
【００８３】
図４は本発明の好ましい応用例の１つとして、ガラスセラミック・コンロトップ２０を示している。ガラスセラミック・コンロトップ２０は、ここでは上面を形成する第１の側面３と、この側面に対向し、下面を形成する第２の側面とを有するガラスセラミック・プレートの形状であるガラスセラミック調理プレート１を含んでいる。下面あるいは第２の側面５の下方には、第１の側面３上に加熱素子２２を介して置かれている料理用容器を加熱するために、加熱素子２２が配置されている。ガラスセラミック調理プレート１は、両側面３、５の表面の一方から対向する他方まで、ガラスセラミック調理プレート１を通過して延在し、光透過率が隣接する領域１６と比べて高められた、第１の領域１５を備えている。第１の領域１５の下方には、好適には自主発光型の表示素子２３が配置されており、その光が第１の領域１５を通して視認することができる。その際、第１の領域１５は、本発明によるレーザまたは他の局所的に作用する電磁放射線源を用いた処理、加熱、およびその後の冷却によって生成されている。ガラスセラミック調理プレート１の下方に配置された加熱素子２２のような部品が、上面３を見た際に視認可能であることを避けるために、例えば酸化バナジウム含有量が０．０２重量パーセント以上である、体積的に着色されたガラスセラミックを用いることができる。吸収率を局所的に弱める、あるいは局所的にガラスセラミックの明度を上げることによって、領域１５ではそれでもやはり表示素子の光がガラスセラミック・プレートを通して透過され、操作者がこれを十分に視認できる。
【００８４】
本発明を用いれば非常に顕著に明度を上げることができるので、この方法は、暗いガラスセラミック調理プレートに対して、表示のために調理プレートを半透明にするのにも特に適している。したがって、この実施例に限定するものではないが、本発明の一実施形態によれば、第１の領域１５に隣接する第２の領域１６の可視スペクトル領域における全体の光透過率が、５％以下、好ましくは２．５％以下である、ガラスセラミック調理プレートが使用されることが提供される。言い換えれば、調理プレートのための基材を形成するガラスセラミック・プレートは、５％以下、好ましくは２．５％以下という相応して低い透過率を有している。
【００８５】
表示素子を、平坦面の下方に配置してもよい。そのような平坦面２６を有するガラスセラミック・プレート１の例が図５に示されている。ここで、図４に示した例のように、表示素子を平坦面２６の下方に配置すれば、体積的に着色されたガラスセラミックにおいて、材料の異なる厚さに起因して、平坦面２６の領域では光透過率が同様に表面に沿って変化してしまうという問題が生じる。ここで、本発明は一般に、ガラスセラミック材料の厚さが変化する場合に、透過率の変化を均一にすることを可能とする。このために、厚さに応じて、処理時間および／または照射される電磁放射線の出力を対応するように変化させることができる。これに関して、図５ではガラスセラミック・プレート１の上方に、吸収係数αの推移が概略的にガラスセラミック・プレート１の表面に沿った位置座標ｘの関数として示している。平坦面２６は、ここではガラスセラミック・プレートの縁部を始点としているが、この縁部では、ガラスセラミック・プレート１の厚さがそれに対応して最小であり、それとともに本発明による処理を行うことなく透過率が最大である。
【００８６】
平坦面２６に沿って透過率を一定に維持するために、縁部を始点として平坦面２６の内側の縁部まで、吸収係数αを徐々に下げる。平坦面２６が設けられた領域はそれにより、平坦面２６の横の第２の隣接する領域１６（つまり、平面的に平行な側面を有する領域）とは色が異なる、第１の領域１５を形成する。
【００８７】
それによって、光透過率が平坦面２６に沿ってプレートの周辺部で一定の値となる。そして、平坦面２６の内側の縁部で、未処理のガラスセラミックの値まで再び吸収係数を急速に高めることができる。したがって、吸収係数の推移は、ここでは段になる。それにより、平坦面２６は、均等に明度を上げた領域に見える。したがって、図５に示した特定の応用例に限定するものではないが、本発明による処理、つまり、特に変化する厚さによって局所的に変化する光透過率が少なくとも部分的に均一化されるように、第１の領域１５において厚さに応じて局所的に吸収係数が変化する、表面の少なくとも１つの領域に沿って厚さが変化するガラスまたはガラスセラミック要素が提供される。このために、増加する厚さで、特に吸収係数をより低く調整する。
【００８８】
図４の実施例では、明度を上げた第１の領域１５は、典型的に側面３の面積の小さい一部にわたって延在する、局所的に限定された窓部である。図５の例で示したように、平坦面２６もまた、典型的には側面３の大部分にわたっては延在していない。したがって、本発明の一実施形態によれば、第１の領域１５のガラスセラミック調理プレートの一側面に接する面積部分が、全体として最大でこの側面３の面積の３分の１を占めている。
【００８９】
図６には、本発明によって明度を上げた領域および未処理の領域の測定された吸収係数の推移を波長の関数として示した図である。図３に示した光透過率の推移でもそうであったように、推移を測定したガラスセラミックは、酸化バナジウムで着色されている。明度を上げた領域１５の光透過率がより高いことが、ここでは、明度を上げた領域の分光吸収係数１５２が可視スペクトル領域において、隣接する明度を上げていない領域１６の吸収係数１６２よりも小さい、ということから分かる。特に、図６に示された例とも同様に、明度を上げた領域１５のガラスセラミックの吸収係数は、可視スペクトル領域全体において、隣接する明度を上げていない領域１６の材料の吸収係数よりも小さくてもよい。吸収係数は、可視スペクトル領域において波長が増加するにつれて低下する。これに対応して、図３に示した例と同様に、分光透過率が増加する。
【００９０】
さらに注目される点は、約１０００ナノメートルの波長の赤外スペクトル領域において、分光吸収係数１５２、１６２の推移が交差しているということである。この波長を超えると、第１の領域１５の吸収係数が隣接する第２の領域１６の吸収係数よりも大きくなる。
【００９１】
図示の例では、第１の領域１５の赤外領域における吸収係数が、１６５０ナノメートルの波長まで、第２の領域１６よりも大きい。
【００９２】
概して、図６に示した実施例に限定するものではないが、本発明の一実施形態によれば、第１の領域１５の吸収係数が、９００ナノメートルよりも大きい波長の少なくとも１つのスペクトル領域において、第２の隣接する領域１６の吸収係数よりも大きく、それとともに、第１の領域１５の全体の光透過率が、９００ナノメートルより大きい波長のスペクトル領域において、第２の隣接する領域１６のこのスペクトル領域における全体の光透過率よりも小さい。好適には、上述のスペクトル領域は、少なくとも１１００ナノメートルから１４００ナノメートルの間であり、同様のことが図６に示された実施例にも当てはまる。
【００９３】
上述のスペクトル領域は、特に酸化バナジウムで着色されたガラスセラミックに対して有効である。好適にはクロムおよび／またはニッケルおよび／またはコバルトとともに希土類、特にセリウムを用いた、好適にはスズおよび／またはチタンとともにマンガンを用いた、または好適にはスズおよび／またはチタンとともに鉄を用いた着色の際にも、第１の領域１５の吸収係数が赤外スペクトル領域においてより高くなるという効果が生じ得る。しかし、場合によっては、図６に示した例とは波長領域が異なる。
【００９４】
赤外スペクトル領域においてより高い第１の領域１５の吸収係数は、ガラスセラミック・プレートの領域１５の下方に配置された表示素子２３にとって特に有利である。それによって、例えばコンロトップ上の熱源によって、表示素子がガラスセラミックを介して極端に加熱されて破損するという危険性が低下する。
【００９５】
本発明は上記の実施例に限定されず、特許請求項の対象物の枠内で多様に変更可能であることが当業者には明らかである。したがって、レーザ以外に、他の放射線源も考慮の対象となる。例えば、高出力のショート・アーク・ランプを用いてもよい。局所的に限定された光の効果を得るために、それに加えてガラスセラミック調理プレートを適切にマスキングしてもよい。同様に、適切なマスキングと併せてマイクロ波源を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  ガラスセラミック調理プレート
３  １の第１の側面
５  １の第２の側面
７  酸化ケイ素セラミック基部
９  レーザ
１１  伝送ファイバー
１３  レーザ・スキャナ
１５  透過率を変化させた局所領域
１６  透過率を変化させていない領域
１８  冷却液
２０  ガラスセラミック・コンロトップ
２２  加熱素子
２３  表示素子
２６  平坦面
９０  レーザ光線
１５０  １５のＸ線回折スペクトル
１６０  １６のＸ線回折スペクトル
１５１  １５の分光透過率
１６１  １６の分光透過率
１５２  １５の分光吸収係数
１６２  １６の分光吸収係数
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図３】
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【外国語明細書】
2014206368000001.pdf