(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス、ガラスセラミック、または半導体から、応力を緩和しながら穿孔された加工品を製造する方法であって、
ａ）穿孔する加工品を準備する準備工程であって、前記加工品の材料は軟化する遷移温度を有する材料である前記準備工程と、
ｂ）前記加工品の全体の温度を前記遷移温度に近い加工品温度範囲まで炉内にて加熱する加熱工程であって、前記加工品温度範囲は、前記加工品が１０１２デシパスカル秒から１０１４デシパスカル秒の粘度範囲内に入る温度である前記加熱工程と、
ｃ）前記加熱工程の後に、好適な周波数またはパルス波形の高電圧電界を用いての前記加工品の穿孔工程であって、前記高電圧電界では、穿孔箇所に流れる電流を増加させ、それにより前記穿孔材料が加熱されて蒸発して孔が形成され、前記加工品内に機械的応力を生じさせるものである前記穿孔工程と、
ｄ）前記穿孔された加工品の全体を、前記遷移温度範囲上の前記加工品温度から室温まで、前記穿孔工程によって生じる機械的応力が緩和する毎分摂氏マイナス０．５度から毎分摂氏マイナス５度までの冷却速度で、炉内にて冷却する冷却工程と、
を具備する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
前記準備工程および前記穿孔工程において、前記遷移温度に近い前記加工品温度は、前記遷移温度近傍には長い時間保持せずに、前記加工品の変形の危険を回避する方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、
前記遷移温度範囲付近での冷却中の加工品としての穿孔されたガラス板に対する前記冷却速度は、毎分摂氏マイナス２度である方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の方法であって、
無アルカリガラスまたは低アルカリガラスから作られた加工品に対して、加熱温度を摂氏６５０度から摂氏７３０度の範囲とする方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記冷却工程において、前記穿孔された加工品が室温まで冷却される前に、前記穿孔された加工品の再加熱を行う方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法であって、
前記再加熱の温度範囲は、前記加工品材料の前記遷移温度に近い温度範囲である方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス、ガラスセラミック、または半導体から、穿孔された加工品を応力を緩和しながら製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラスチック、半導体、ガラス等の誘電材料の箔または薄板を、その材料が蒸発するまで局所的な電熱加熱を行うことによってその誘電材料内に孔の形成をもたらすことによって、穿孔することができる。穿孔箇所において、材料の局所加熱を行って絶縁破壊電界強度を局所的に減少させる。ここで、適切な周波数またはパルス形状の高電圧電界がその材料を横切って印加される場合、絶縁破壊が起こり、電流がその材料を横切って流れる。半導体、ガラス、ガラスセラミック及び多くのプラスチックに当てはまるように、材料が温度とともに導電率の十分に大きな上昇を呈する場合、これは、材料における絶縁破壊チャネルの電熱自己収束をもたらす。すなわち、材料がより熱くなると、材料は蒸発し、蒸気が事実上穿孔するまで、電流密度もまた増大して局所的にその材料を更に加熱し続ける。
【０００３】
特許文献１、特許文献２および特許文献３は、熱エネルギーを所定の穿孔箇所まで選択的に給送することと、電界を印加して電流・電力変調素子によって規定される電流フローを引き起こすこととによる、電気絶縁性基板における穿孔の形成を記載している。加工品全体の加熱は行われない。
【０００４】
特許文献４から、ガラスを穿孔する前に摂氏４００度から摂氏５００度まで予熱することが知られており、この予熱は交流電圧が供給される電極対を用いて行われて、穿孔領域内のガラスを溶解させる。次いで、所望の穿孔を形成するためにこれらの電極のうちの一方をガラス内へ押圧する。穿孔されたガラスは、穿孔に起因した応力を除去するために加熱処理される。
特許文献５から、改善された耐熱衝撃性を有するガラス物品、すなわち調理機器の内側枠としてのガラス板を製造する方法が知られている。そのようなトラフ形状のガラス枠は、成形された直後に、局所熱源を関連表面上に掃引することによってそのガラス枠の外面上が表面的に軟化点以上の範囲内の温度まで急速に加熱される。加熱されたガラス板の後処理に関し、加熱されたガラス板は、徐冷窯において、ゆっくりとした冷却および残留熱プロセスが施される。
【０００５】
ガラス材料またはガラス状材料の加工品が電熱的に穿孔されると、非常に高い応力状況が孔の縁の領域において生じる場合がある。加工品の幾何学的形状（孔のサイズ及びパターン、加工品の厚さ及び寸法）及びガラスの種類に応じて、弊害となる５０メガパスカル以上の引張応力が生じる可能性があり、おそらくこの引張応力はまた、弊害となる接線方向の引張応力との関係を有する。加工品内の孔の間隔を非常に小さくする必要がある場合、そのような加工品の変形、分裂または亀裂のリスクは、特に更なる加工工程が続く場合、例えば加工品がコーティングされる場合に著しく大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／００４７９３５号明細書
【特許文献２】国際公開第２００９／０５９７６８号パンフレット
【特許文献３】国際公開第２００９／０７４３３８号パンフレット
【特許文献４】英国特許出願公開第２４８４０３号明細書
【特許文献５】独国特許出願公開第１０２００７０６２９７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、電熱的に穿孔される、ガラス、ガラスセラミックまたは半導体の穿孔加工品を、応力を緩和しながら製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、穿孔される加工品を、加工品の材料が軟化する遷移温度に近い温度範囲まで加熱するが、加工品の変形のリスクが生じるほど長い間この温度範囲に留めておかない。好適な周波数またはパルス波形の高電圧電界に基づいて、加工品を穿孔する。このプロセスの間に電流フローが増加し、したがって、穿孔材料を加熱して蒸発させる。ここで、加工品の他の領域よりも穿孔の縁領域においてより高い温度を有する穿孔された加工品を、穿孔プロセスによって引き起こされた機械的応力が緩和するようにゆっくりと冷却することが可能である。
【０００９】
冷却工程も同様に、穿孔された加工品を再加熱してから室温まで冷却するペンジュラム方式による焼き鈍しによって達成することができる。好適には、再加熱は、加工品材料の遷移温度前後の温度範囲に至るまで行われる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によって、熱によって誘導される応力状態の形成を大きく回避して、または既に存在している応力状態を軽減し若しくは除去することにある。
【００１１】
本発明を、穿孔された加工品を製造するプロセスを概略的に示す図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】穿孔された加工品を製造するプロセスを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ガラス、ガラスセラミックまたは半導体の板状加工品１が炉２内に配置されて、その炉内で加工品材料の遷移温度に近い温度まで加熱される。遷移温度において材料は軟化するが、加工品は、遷移温度に近い温度までの加熱がなされていなければこの遷移温度における短い滞留時間中にその形が崩れる。この遷移温度に近い温度は、１０１２デシパスカル秒から１０１４デシパスカル秒の粘度範囲、すなわち遷移温度のちょうど前後の範囲に対応する。
【００１４】
このようにして熱的に前処理された加工品１を、加工スペース３０と電極３１及び対電極３２とを備える穿孔装置３内に配置する。加工品１が適切な周波数またはパルス波形の高電圧電界にさらされるように、高電圧発生器３３が電極３１、３２を励起する。高電圧電界は、矢印３４によって示されている個々の箇所において感知可能である。これらの箇所では、高電圧電界は加工品１の材料の絶縁耐力を上回り、その結果電流が加工品を横切って流れ、これにより材料が局所的に加熱され、したがって、材料がこれらの箇所において蒸発するまで電流が増加し、また産熱量が増加する。いわば、個々の孔１０が開けられる。これらの孔１０は、加工品表面に対して実質的に垂直に形成され、概ね円形の輪郭を有する。
【００１５】
孔１０が形成されると、加工品１は、ここでは徐冷窯として作動される炉２内に再び移される。冷却速度は、穿孔プロセスによって生じる機械的応力が緩和するような速度である。冷却速度は、毎分摂氏マイナス０．５度から毎分摂氏マイナス５度の範囲内にあるものとすることができる。ガラスの加工品に対しては、約毎分摂氏マイナス５度の冷却速度が、遷移温度に近い温度範囲では好ましい。遷移温度から遠い温度範囲では、応力緩和が既に生じているため、冷却をより急速に達成することができる。無アルカリガラスまたは低アルカリガラスの場合、遷移温度は約摂氏７００度である。用いられる加熱温度は摂氏６５０度から摂氏７３０度に及ぶ。
【００１６】
本発明の別の実施形態によれば、炉２をペンジュラム法による焼き鈍し炉として作動させることができる。これは、穿孔された加工品を、遷移温度に近い温度範囲まで再加熱し、そして再び冷却することができるため、加工品の完全緩和を期待することができることを意味する。
【図１】
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