(57)【要約】      （修正有）【課題】ガラスエレメントの側面の間に拡がる微細な構造を有するが、強度の低下をできる限り僅かに抑えたガラスエレメントの提供。【解決手段】２つの向かい合った側面と、この両方の側面を結合しかつこれらの側面内に開口するようにガラスエレメントのガラス内に導入された通路とを有し、この通路は丸められた内壁と１００μｍ未満の横断面寸法とを有し、この通路の縦方向は側面に対して横断する方向に延び、この通路の内壁は、多数の丸められた球冠状のくぼみを有する、プレート状のガラスエレメント。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの向かい合った側面（２，３）と、前記両方の側面（２，３）を結合しかつ前記側面内に開口する、ガラスエレメント（１）のガラス内に導入された、丸められた内壁（５４）および１００μｍ未満の横断面寸法を有する通路（５）とを有するプレート状のガラスエレメント（１）において、前記通路の縦方向（５１）は前記側面（２，３）に対して横切る方向に延び、前記通路の前記内壁（５４）は、多数の丸められた球冠状のくぼみ（７）を有する、プレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項２】
前記ガラスエレメント（１）は、３０マイクロメートル〜３ミリメートルの範囲の厚みを有する、請求項１記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項３】
前記少なくとも１つの通路（５）のテーパー角度は、直角から５°未満、好ましくは３°未満、またはそれどころか１°未満相違することを特徴とする、請求項１または２記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項４】
前記通路（５）は側方が開いていて、かつ前記ガラスエレメント（１）の端部（１０）の一部分を形成することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項５】
前記端部（１０）は、多数の平行方向に互いに並んで延びる、側方が開いた通路（５）を有することを特徴とする、請求項４記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項６】
前記通路（５）の間に平坦な端部分（１１）が拡がることを特徴とする、請求項５記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項７】
前記通路（５）は互いに隣接するため、前記通路（５）の間に、前記通路（５）の縦方向（５１）に対して平行に延びる稜線部（５２）が形成されることを特徴とする、請求項５記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項８】
次の特徴：
−  前記通路（５）の間隔は、中心から中心まで測定して、３〜７０マイクロメートルの範囲にある、
−  前記通路（５）の直径は、３マイクロメートル〜５０マイクロメートルの範囲にある
の少なくとも１つを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項９】
前記端部（１０）の表面積は、前記通路（５）により、通路（５）のない平坦な端部面積と比べて、１．１〜１．４倍拡大されていることを特徴とする、請求項５から７までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１０】
前記ガラスエレメント（１）の前記側面（２，３）内の前記通路（５）の開口部（６）の真円度は、１．１５未満であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１１】
３０マイクロメートル〜３ミリメートルの範囲の厚みを有し、２つの向かい合った側面（２，３）を有する、ことに請求項１から１０までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）において、前記ガラスエレメント（１）の輪郭は、長く延びたウェブ（４０）を含み、前記ウェブの長さ（４１）は、前記ウェブの幅（４２）よりも少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍大きく、長さ（４１）と幅（４２）とはそれぞれ、１つの側面（２，３）に沿った方向で測定されていて、かつ前記ウェブ（４０）の互いに並んで延びる端部（１０）はそれぞれ、多数の互いに隣接する丸められた球冠状のくぼみ（７）を有する、プレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１２】
前記ウェブの幅（４２）は、最大で、前記ガラスエレメント（１）の厚みの４倍と同程度に、好ましくは、最大で、前記ガラスエレメント（１）の厚みの２倍と同程度に大きいことを特徴とする、請求項１１記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１３】
前記ウェブ（４０）は、１００μｍ以下の幅を有することを特徴とする、請求項１１または１２記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１４】
前記ガラスエレメント（１）は、フレーム状のベース（４３）を有し、前記ウェブ（４０）は、両方の終端で前記フレーム（４３）と結合していることを特徴とする、請求項１１から１３までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１５】
前記端部（１０）の端部面は、前記側面（２，３）に対して直角方向に、直角から最大５°相違して延びることを特徴とする、請求項１１から１４までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１６】
端部（１０）は球冠状のくぼみ（７）を有し、前記端部（１０）は、
−  少なくとも２００ＭＰａ、好ましくは少なくとも３００ＭＰａの平均破断強さ、または
−  前記端部（１０）から拡がる破壊の場合の破壊試験について、少なくとも５．５の引張応力値のワイブル分布のワイブルモジュールを有する
ことを特徴とする、請求項１から１５までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１７】
前記球冠状のくぼみ（７）は互いに隣接し、かつ前記くぼみ（７）の互いにぶつかり合う凹型の湾曲面が稜線部（７０）を形成することを特徴とする、請求項１から１６までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１８】
前記稜線部は、前記くぼみ（７）を正面から見て、前記くぼみ（７）の多角形の境界線（７１）を形成することを特徴とする、請求項１７記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項１９】
前記ガラスエレメント（１）のガラスは、１７質量％未満のアルカリ酸化物の含有率を有するケイ酸塩ガラスであり、好ましくは、前記ガラスは、０．４５〜０．５５の範囲、有利に０．４８〜０．５４の範囲の塩基度を有することを特徴とする、請求項１から１８までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項２０】
球冠状のくぼみを有する端部（１０）を有する開口部（１３）であって、前記開口部（１３）は、少なくとも２００μｍ、好ましくは少なくとも３００μｍの横断面寸法を有することを特徴とする、請求項１から１９までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項２１】
３０マイクロメートル〜３ミリメートルの範囲の厚みを有し、かつ２つの向かい合った側面（２，３）を有する、ことに請求項１から２０までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）において、前記ガラスエレメント（１）内に少なくとも２つの開口部（１３）が、前記開口部（１３）の間の前記ガラスエレメント（１）の領域が少なくとも１つのウェブ（４０）を有する構造（３９）を形成するように導入されていて、前記ウェブ（４０）の最小の幅は１ｍｍ未満であり、前記構造について、
【数１】
2018123048.tif 000005
により与えられるパラメータＧが定義されていて、前記パラメータＧは、少なくとも１０ｍｍ-1/3でかつ最大で４００ｍｍ-1/3の値を有し、ｌ1は、前記開口部（１３）の一方の、端部に沿って隣接する２つの接触領域（４５）の間の最長の端部長さであり、かつｌ2は、２つの接触領域（４５）の間のできる限り最短で直線で結ぶ長さであり、かつウェブ（４０）の接触領域（４５）は、それぞれ前記ガラスエレメント（１）の１ｍｍの直径を有する円形状の領域として定義され、前記接触領域（４５）は、前記接触領域（４５）の縁部が、両方の開口部（１３）の縁部と、それぞれ少なくとも一点で接触し、前記両方の開口部（１３）の中間領域がウェブ（４０）を形成するように前記ウェブ（４０）と接して配置されていて、かつｂは最小のウェブ幅を表し、ｈは前記ガラスエレメント（１）の厚みを表し、Ｎは前記接触領域（４５）の数を表す、
プレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項２２】
前記最小のウェブ幅は少なくとも３００μｍであることを特徴とする、請求項２１記載のプレート状のガラスエレメント（１）。
【請求項２３】
−  超短パルスレーザー（３０）のレーザービーム（２７）を、ガラスエレメント（１）の側面（２，３）の一方の向け、かつ集束光学系（２３）を用いて前記ガラスエレメント（１）内で長く引き延ばされた焦点に集結させ、前記レーザービーム（２７）の入射したエネルギーにより、前記ガラスエレメント（１）のバルク内にフィラメント状の損傷（３２）を作製し、前記フィラメント状の損傷（３２）の縦方向は、前記側面（２，３）に対して横切る方向、ことに前記側面（２，３）に対して垂直方向に延び、かつフィラメント状の損傷の作製のために、前記超短パルスレーザー（３０）は、パルスまたは少なくとも２つの互いに連続するレーザーパルスを有するパルスパケットを入射し、かつ前記フィラメント状の損傷（３２）を導入した後に、
−  前記ガラスエレメント（１）を、１時間当たり８μｍ未満の除去率で前記ガラスエレメント（１）のガラスを除去するエッチング媒体（３３）に曝し、
かつ
−  前記フィラメント状の損傷（３２）を通路（５）に拡張し、かつ
−  前記通路（５）の内壁（５４）内に、丸められた球冠状のくぼみ（７）を導入する、
請求項１から２２までのいずれか１項記載のプレート状のガラスエレメント（１）の製造方法。
【請求項２４】
−  前記レーザービーム（２７）の衝突点（７３）を前記ガラスエレメント（１）上で所定の行路に沿って案内し、かつ
−  前記行路上に多数の互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷（３２）を導入し、かつ
−  引き続き、エッチングにより多数の互いに並んで配置された通路（５）を前記ガラスエレメント（１）内に導入し、かつ
−  次いで、前記ガラスエレメント（１）を前記行路に沿って分離することで、側方が開いた通路（５）を有する端部（１０）を形成する、
請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
エッチングにより、前記通路（５）の間のガラスが除去され、かつ前記通路（５）が統合されるまで、前記通路（５）の直径を拡大させることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記レーザービーム（２７）を用いた照射の前に、前記ガラスエレメント（１）の少なくとも一方の側面（２，３）、好ましくは両方の側面（２，３）にポリマー層（３５）を備え付け、前記ポリマー層（３５）は、レーザー光の導入の際に局所的に取り去られるが、前記レーザービームの前記衝突点（７３）を取り囲む領域では残留し、かつ前記領域を引き続くエッチングの際に保護する、請求項２３から２５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷からなる閉じた分離ライン（８）および少なくとも１つの補助ラインを導入し、前記補助ラインは、前記閉じた分離ライン（８）により境界づけられた内側部分（９）をより小さなセグメント（９１，９２，９３，９４）に区切り、前記セグメントは、前記補助ライン（８０）と前記閉じた分離ライン（８）とにより境界づけられる、請求項２３から２６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項２８】
前記内側部分（９）は、１つ以上の補助ライン（８０）により、２つの内側部分（９）の間のウェブ（４０）の最大２０倍の大きさ、好ましくは最大１０倍の大きさ、特に好ましくは最大２倍の大きさのセグメント（９１，９２，９３，９４）に区切られ、大きさの比は、最小のウェブ幅対セグメントの最大の対角線の比により決定されることを特徴とする、請求項２７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、ガラスの構造化に関する。ことに、本発明は、レーザーを基礎としてガラスを構造化する方法、ならびにこの方法を用いて製造可能なガラスエレメントに関する。
【０００２】
透明な、不透過性のおよび不透明なガラスの精密な構造化は、多くの適用分野において大いに関心がある。この場合、数マイクロメートルの範囲での精度が必要である。この構造化は、孔（丸形および角形）、キャビティ、通路、または任意の自由形状に関する。広い適用範囲で使用するために、この加工は、基材の縁部領域にもしくはバルク内に損傷、残留物または応力を残さないことが好ましい。さらに、この方法は、できる限り効率的な作製プロセスを許容すべきである。孔の製造のために多様な方法を適用することができる。相応するマスクを通したサンドブラストの他に、超音波振動ラッピングが確立された方法である。しかしながら、両方の方法は、ここではそのスケーリングに関して小さな構造に限られ、この構造は一般的に超音波振動ラッピングの場合には約４００μｍであり、かつサンドブラストの場合には最小で１００μｍである。機械的除去に基づいて、サンドブラストの場合には、孔の縁部領域で剥離に結びつくガラス内の応力が生じる。薄いガラスの構造化のために、両方の方法は原則的に適用することができない。
【０００３】
最近では、多様な材料の構造化のために多数のレーザー源が使用された。この場合、ＣＯ2レーザーまたはＣＯレーザー、赤外（例えば１０６４ｎｍ）、緑色（５３２ｎｍ）およびＵＶ（３６５ｎｍ）波長を有するダイオードポンピングｎｓ固体レーザー、ｐｓ固体レーザーおよびｆｓ固体レーザーのようなほぼ全ての公知のレーザー源が使用された。極端に短い波長で運転されるエキシマレーザー（例えば１９３ｎｍ、２４８ｎｍ）も、この加工のために使用される。ガラスの加工は特に要求度が高い、というのもガラスは一般に、低い熱伝導率および高い破壊感度を有するためである。したがって、全てのレーザーアブレーション法は、程度に差はあるが強い熱負荷または熱導入を引き起こし、これは、より短い波長およびより短いパルス長さにより低減するが、いまだに、孔の縁部領域に微小亀裂および変形を起こすほどの部分的に臨界的な応力を生じさせる。同時に、この方法によって孔壁部にいまだ明らかに測定可能な粗さが形成される、というのも全てのレーザー方法はクラスター状にアブレーションするためであり、つまりそれぞれのクラスターサイズが壁部の粗さを決定するためである。
【０００４】
表面内に最小の構造を製造するために、レーザーアブレーションの方法が使用される。この場合、加工されるべき素材の複数回の重複走行によってしか深い構造を達成することができないことが欠点である。加工時間は相応して遅い。したがって、この方法は、工業的製造での使用のために限定的にしか適していない。このことは、ことに、ガラス内を貫通する開口部、または一方の側面から反対側の側面にまで拡がる一般的な構造を導入しなければならない場合に当てはまる。また、例えば溝のような構造の内壁は傾斜を有し、つまり垂直ではない。
【０００５】
他の問題は、特に、脆い硬質の素材としてのガラスの構造化の際に、導入された構造が曲げ応力下での強度を著しく低減することにある。これは、ことに、導入された構造が、端部またはガラスを貫通する開口部の構成要素を形成する場合に当てはまる。
【０００６】
したがって、本発明の基礎となる課題は、ガラスエレメントの側面の間に拡がるが、この場合に強度をできる限り僅かに低下させるかまたはそれどころか高める、微細な構造を有するガラスエレメントを提供することである。この課題は、独立請求項の主題により解決される。好ましい発展形態は、それぞれの従属請求項に記載されている。
【０００７】
したがって、本発明は、２つの向かい合った、一般に互いに平行方向に延びる側面と、ガラスエレメントのガラス内に導入された、丸められた内壁および１００μｍ未満、好ましくは７０μｍ未満の横断面寸法を有する、両方の側面を結合しかつこれらの側面内に開口する通路とを有するプレート状の、または板状のガラスエレメントに関する。通路の縦方向は、側面に対して横断する方向に延びる。この場合、通路の内壁は、多数の丸められた、球冠状のくぼみを有する。通路の縦方向は、特に好ましくは側面に対して垂直方向に延びるか、またはそれに応じて側面の面法線に対して平行方向に延びる。通路は、これらの側面内に開口する。
【０００８】
このようなガラスエレメントは、レーザーを基礎とする方法で製造される。プレート状のガラスエレメントの本発明による製造方法は、
−  超短パルスレーザーのレーザービームを、ガラスエレメントの側面の一方に向け、かつ集束光学系を用いてガラスエレメント内で長く引き延ばされた焦点に集結させ、ここで、
−  レーザービームの入射したエネルギーにより、ガラスエレメントのバルク内にフィラメント状の損傷を作製し、この損傷の縦方向は、側面に対して横切る方向に、ことに側面に対して垂直方向に延び、かつフィラメント状の損傷の作製のために、
−  超短パルスレーザーは、パルス、または少なくとも２つの互いに連続するレーザーパルスを有するパルスパケットを入射し、かつフィラメント状の損傷を導入した後に、
−  ガラスエレメントを、１時間当たり１５μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満、特に好ましくは８μｍ未満の除去率でガラスエレメントのガラスを除去するエッチング媒体に曝し、かつ
−  このフィラメント状の損傷を通路に拡張し、したがって、この通路の縦方向は、フィラメント状の損傷の縦方向の方向にあり、かつ
−  この通路の内壁内に、丸められた球冠状のくぼみを導入する
ことに基づく。
【０００９】
単一パルスのパルスエネルギーは、このパルスエネルギーがガラスのアブレーション閾値より下にあるので、レーザー光がガラス内に進入することができ、かつレーザーエネルギーがアブレーションプロセスにより既に表面で使い果たされないように選択される。
【００１０】
球冠状のくぼみを有する通路の周面の特別な構造化は、複数の利点をもたらす。まず、丸められた構造は、表面に生じる引張応力を、表面の最も深い点までに、つまり球冠の最も深い点までに緩和するために、特に有利な形状である。それにより、表面の場合による欠陥での亀裂成長は効果的に抑制される。
【００１１】
複数の通路を導入することにより、これらの通路を互いに並べて作製する場合に、ことにガラスエレメント１から一部分を除去することもでき、かつそれにより、端部、ことに開口部の内側端部を作製することもできる。このような開口部は、好ましくは少なくとも２００μｍ、特に好ましくは少なくとも３００μｍの横断面寸法を有する。
【００１２】
球冠状のくぼみは、ことに、緩慢なエッチングプロセスを実施する場合に形成される。したがって、１時間当たり１５μｍ未満の上述の低いエッチング率が予定される。さらに、球冠状のくぼみは、おそらく、フィラメント状の損傷を導入する際に生じる構造に基づいている。この場合、パルスパケットの入射を用いるバーストモードは、長く拡がった均一の損傷を達成するために特に好ましい。
【００１３】
エッチング媒体として、エッチング溶液が特に好ましい。エッチングは、この実施形態によると、つまり湿式化学的に実施される。これは、エッチングの間にガラス構成成分を表面から除去するために有利である。エッチング溶液として、酸性溶液も、アルカリ性溶液も使用することができる。酸性エッチング媒体として、ことに、ＨＦ、ＨＣｌ、Ｈ2ＳＯ4、フッ化水素アンモニウム、ＨＮＯ3溶液またはこれらの酸からなる混合物が適している。塩基性エッチング媒体については、好ましくはＫＯＨ溶液またはＮａＯＨ溶液が挙げられる。酸性エッチング溶液により、一般に比較的大きなエッチング率を達成することができる。しかしながら、塩基性溶液は、とりわけ緩慢な除去を目的とするために好ましい。
【００１４】
さらに、エッチングは、好ましくは、４０℃〜１５０℃、有利に５０℃〜１２０℃、特に好ましくは１００℃までの温度範囲で実施される。
【００１５】
一般に、本発明による構造化のために、低いアルカリ含有率を有するケイ酸塩系のガラスが特に適している。高すぎるアルカリ含有率は、エッチングを困難にする。したがって、本発明の一発展形態の場合に、ガラスエレメントのガラスは、１７質量パーセント未満のアルカリ酸化物の含有率を有するケイ酸塩ガラスであることが予定される。
【００１６】
本発明にとって予定されるバースト運転モードの場合、レーザーエネルギーは、単一パルスとして発せられるのではなく、結果として短く連続して発せられたパルス（共通の１つのパルスパケット、いわゆるバースト）として形成される。このようなパルスパケットは、一般には、通常のシングルショット運転の場合の単一パルスよりもいくらか大きなエネルギーを有する。しかしながら、１つのバースト自体のパルスは、このため、単一パルスよりも明らかに低いエネルギーを有する。１つのバースト中のパルスに関して、パルスエネルギーが柔軟に調節可能であり、ことにパルスエネルギーがほぼ一定に留まるかまたはパルスエネルギーが増大するかまたはパルスエネルギーが減少することを予定することができる。いずれにせよ、フィラメント状の損傷をバーストモードでのレーザーパルスにより導入する場合に、丸められた凹面の陥没、もしくはことに球冠状のくぼみを有する通路を有する本発明による表面構造が生じる。
【００１７】
本発明による適切なレーザー源は、１０６４ナノメートルの波長を有するネオジムドープされたイットリウム−アルミニウム−ガーネットレーザーである。
【００１８】
このレーザー源は、例えば１２ｍｍの（１／ｅ2）直径を有する粗ビームを生成し、光学系として、１６ｍｍの焦点距離を有する両凸レンズを使用することができる。粗ビームの生成のために、場合により、例えばガリレイ−テレスコープのような適切なビーム形成する光学系を使用することができる。
【００１９】
レーザー源は、ことに、１ｋＨｚ〜１０００ｋＨｚ、好ましくは２ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、特に好ましくは３ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの間の反復率で運転する。
【００２０】
反復率および／またはスキャン速度は、この場合、隣接するフィラメント状の損傷の所望の間隔が達成されるように選択することができる。
【００２１】
レーザーパルスの適切なパルス時間は、１００ピコ秒未満の範囲、好ましくは２０ピコ秒未満である。
【００２２】
レーザー源の一般的な出力は、この場合、特に好ましくは２０〜３００ワットの範囲にある。フィラメント状の損傷を達成するために、本発明の好ましい発展形態によると、４００マイクロジュールを超えるバースト中でのパルスエネルギーを使用し、さらに好ましくは、５００マイクロジュールを超える全体のバーストエネルギーを使用する。
【００２３】
バーストモードでの超短パルスレーザーの運転の際に、反復率は、バーストの放射の繰り返し率である。パルス時間は、レーザーが単一パルス運転でまたはバーストモードで運転されるかどうかにはほとんど無関係である。１つのバースト内でのパルスは、一般的に、単一パルス運転でのパルスと同じようなパルス長さを有する。バースト周波数は、１５ＭＨｚ〜９０ＭＨｚの範囲、好ましくは２０ＭＨｚ〜８５ＭＨｚの範囲にあることができ、例えば５０ＭＨｚであり、バースト内でのパルスの数は、１〜１０パルス、例えば６パルスであることができる。
【００２４】
両方の側面に達する通路の開口部を達成するために、フィラメント状の損傷が、ガラスエレメントをほぼ完全に横断する場合が有利であるが、この場合、直通する損傷が認識される必要はない。フィラメント状の損傷は、例えば、前後に配置された局所的な欠陥の連続として現れていてもよい。ガラスエレメント１を貫通する通路を作製するためには、しかしながら、いずれにせよ一般に比較的薄いガラスエレメントが適している。ガラスエレメントの好ましい厚み範囲は、３０マイクロメートル〜３ミリメートルである。
【００２５】
本発明を、次に、添付の図面を用いて詳細に説明する。図面中では、同じ符号は、それぞれ同じまたは対応する構成要素に付されている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】後続するエッチングのための準備としてのガラスエレメントをレーザー加工するための装置。
【図２】導入された複数のフィラメント状の損傷を有するガラスエレメント。
【図３】複数のフィラメント状の損傷に沿って導入された複数の通路を有するガラスエレメント。
【図４】一部分を分離した後のガラスエレメント。
【図５】図４中に示されたガラスエレメントのバリエーション。
【図６】ガラスエレメントの端部の異なる倍率での電子顕微鏡写真。
【図７】ガラスエレメントの端部の異なる倍率での電子顕微鏡写真。
【図８】多様なレーザーパラメータを用いて導入された通路の電子顕微鏡写真。
【図９】多様なレーザーパラメータを用いて導入された通路の電子顕微鏡写真。
【図１０】本発明の一発展形態による方法段階の断面図。
【図１１】本発明の一発展形態による方法段階の断面図。
【図１２】本発明の一発展形態による方法段階の断面図。
【図１３】エッチング速度に依存する通路のテーパー角度のグラフ。
【図１４】通路の開口部についての２つの電子顕微鏡写真。
【図１５】１つのウェブにより隔てられた２つの開口部を有するガラスエレメントの側面の上面図。
【図１６】互いに並んで延びる複数のウェブを有するバリエーション。
【図１７】片側が自由振動する複数のウェブを有する別のバリエーション。
【図１８】ガラスエレメントの端部の異なる倍率での電子顕微鏡写真。
【図１９】ガラスエレメントの端部の異なる倍率での電子顕微鏡写真。
【図２０】１つのウェブを有するガラスエレメント。
【図２１】複数のウェブにより結合した複数の構造を有するガラスエレメント。
【図２２】内側部分を取り出すために準備されているガラスエレメント。
【００２７】
図１では、引き続きエッチングプロセスで、複数のフィラメント状の損傷３２の箇所に複数の通路を導入するために、ガラスエレメント１内に複数のフィラメント状の損傷３２を導入することができるレーザー加工装置２０についての実施例を示す。装置２０は、前方に配置された集束光学系２３と位置合わせ装置１７とを備えた超短パルスレーザー３０を含む。位置合わせ装置１７によって、超短パルスレーザー３０のレーザービーム２７の衝突点７３を、加工されるべきプレート状のガラスエレメント１の側面２上で横方向に位置合わせすることができる。示された実施例の場合に、この位置合わせ装置１７は、ｘｙテーブルを含み、このｘｙテーブル上にガラスエレメント１は、側面３を向けて載置する。これとは別に、または付加的に、レーザービーム２７を動かし、固定されたガラスエレメント１の場合に、レーザービーム２７の衝突点３２を動かすことができるように光学系を可動に形成することも可能である。
【００２８】
集束光学系２３は、レーザービーム２７を、放射方向に、つまり、照射されるべき側面２に対して横切る方向に、ことに垂直方向に長く引き延ばされた焦点に集束する。このような焦点は、例えば、円錐状のレンズ（いわゆるアキシコン）または大きな球面収差を有するレンズを用いて生成することができる。位置合わせ装置１７および超短パルスレーザー３０の制御は、好ましくは、プログラム技術的に調整された演算装置１５を用いて実施される。この方式で、側面２に沿って横方向に分配された複数のフィラメント状の損傷３２の予め決定された模様を、ことにデータからまたはネットワークを介した位置データの読み込みにより作製することができる。
【００２９】
一実施例の場合に、レーザービームについて次のパラメータを使用することができる。
レーザービームの波長は、一般にＹＡＧレーザー用に、１０６４ｎｍである。１２ｍｍの粗ビーム直径を有するレーザービームを生成し、このレーザービームを次いで、１６ｍｍの焦点距離を有する両凸レンズの形の光学系を用いて集束する。超短パルスレーザーのパルス時間は、２０ｐｓ未満、好ましくは約１０ｐｓである。このパルスは、２つ以上、好ましくは４つ以上のパルスを有するバーストの形で発せられる。バースト周波数は、１２〜４８ｎｓ、好ましくは約２０ｎｓであり、パルスエネルギーは、少なくとも２００マイクロジュール、バーストエネルギーは、相応して少なくとも４００マイクロジュールである。
【００３０】
引き続き、一つまたはことに多数のフィラメント状の損傷３２を導入した後にガラスエレメント１を取り出し、かつエッチング浴中で貯蔵し、ここでは、緩慢なエッチングプロセスでガラスがフィラメント状の損傷３２に沿って除去されるので、このような損傷３２の箇所にそれぞれガラスエレメント１内への通路が導入される。
【００３１】
ｐＨ値＞１２を有する塩基性エッチング浴、例えば＞４ｍｏｌ／ｌ、好ましくは＞５ｍｏｌ／ｌ、特に好ましくは＞６ｍｏｌ／ｌを有するが、＜３０ｍｏｌ／ｌを有するＫＯＨ溶液が好ましい。エッチングは、本発明の一実施形態によると、使用されるエッチング媒体とは無関係に、＞７０℃、好ましくは＞８０℃、特に好ましくは＞９０℃のエッチング浴の温度で実施される。
【００３２】
図２は、位置合わせ装置１７および超短パルスレーザー３０の上述の計算機制御された作動によりガラスエレメント１内へ書き込むことができるような所定の模様に配置されている多数のフィラメント状の損傷３２を有するガラスエレメント１の側面２の上面図を示す。特別な場合に、フィラメント状の損傷３２が、ここでは例えば、所定の行路に沿って、閉じた長方形のラインの形でガラスエレメント１内に導入された。このラインの角部は、軽く丸められていてもよい。この方法で長方形だけでなく、任意の形成された行路を走行することができることは、当業者には自明である。
【００３３】
図３は、引き続くエッチング工程の後のガラスエレメント１を示す。ここでは複数のフィラメント状の損傷３２の箇所に複数の通路５が存在し、これらの通路５は、所定の行路に沿って互いに並んで配置されかつ一列に並べられている。ガラスエレメント１は、このエレメントと、通路５を示すような開口部とを線画的に見分けるために、斜線で表されている。
【００３４】
レーザーが走行した行路に沿って互いに並べられた導入された複数の通路５は、ここではガラスエレメント１の一部分を分離するか、またはガラスエレメント１をこの行路に沿って切断するために、目標破断箇所として利用することができる。
【００３５】
図４は、行路に沿って切断した後のガラスエレメントを示す。これらの通路は、長方形の閉じた分離ラインに沿って配置されているので、分離により内側部分を切り離し、かつガラスエレメント１内に開口部１３を作り出す。
【００３６】
全く一般的に、特別な実施例に限定されることはないが、ここでは１つ以上の通路５により得られた分離ラインに沿った分離により、側方が開いた、かつガラスエレメント１の端部１０の一部分を形成する１つの通路５を有するプレート状のガラスエレメント１が得られる。
【００３７】
さらに、図３に示されているように、通路５の間にはまだガラス材料が存在する。したがって、内側部分および取り囲むガラスエレメント１は、エッチング後にまだ互いに結合されていた。最終的な分離は、次いで、例えば破断により行うことができる。互いに並んで配置された通路５により作り出された穿孔に基づいて、ガラスエレメント１は、並べられた通路５の行路に沿って割れる。一般に、図示された実施例に限定されることはないが、この方式で、図４に示されたように、通路５の間に平坦な端部分１１が拡がる端部１０が作製される。平坦な端部分１１は、この場合、通路５の間のガラスの破断の際に形成される。
【００３８】
内側部分を取り外し、かつ／またはガラスエレメント１内に開口部１３を作製するために、上述の方法のバリエーションが特に適している。本発明のこの実施形態は、通路５の直径のエッチングにより、通路５の間のガラスが除去され、かつ通路５が統合されるまで拡げられることを基礎とする。
【００３９】
複数の通路５がエッチングの際に側方に統合されたガラスエレメント１を、図５が示す。図４の実施例の場合と同様に、複数の通路５は、閉じた行路に沿って互いに並べられている。したがって、取り外しによってまた、開口部１３およびそれに相補的な内側部分が形成される。図示された実施例の場合に、内側部分９は確かに分離されているが、まだ開口部１３内に配置されている。
【００４０】
図２〜図５は、多数の互いに並んで平行方向に延びる側方が開いた通路５を有するガラスエレメント１の端部１０を作り出す本発明の一実施形態の例である。
【００４１】
さらに、これらの全ての実施例は、
−  レーザービーム２７の衝突点７３をガラスエレメント１上で所定の行路に沿って案内し、かつ
−  この行路上に多数の互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷３２を導入し、かつ
−  引き続き、エッチングにより多数の互いに並んで配置された通路５をガラスエレメント１内に導入し、かつ
−  次いで、ガラスエレメント１をこの行路に沿って分離することで、側方が開いた通路５を有する端部１０を形成する、
本発明による方法の一実施形態の基礎をなす。
【００４２】
通路５は、一般に、管状に円筒状の基本形を有するか、または円筒状に形成された内壁によって管状である。この場合、側面の開口部からガラスエレメント１の中心に向かって僅かなテーパーが存在していてもよい。エッチング経過の間の拡張の過程での、一般に円筒状に成形された複数の通路５の統合の際に、衝突箇所で稜線部が形成される。一般に、図５の実施例に限定されることはないが、本発明の一実施形態によると、複数の通路５は互いに隣接するので、これらの通路５の間に稜線部５２が形成され、この稜線部５２は通路５の縦方向５１に対して平行方向に延びる。
【００４３】
したがって、これらの稜線部またはリブは、通路の縦方向に対して平行方向に延び、かつそれゆえ図５の図面中では、隣接する通路５の移行領域の箇所で鋸歯状または歯状の構成要素としてみられるだけである。
【００４４】
図６および図７は、本発明により加工されたガラスエレメント１の端部１０の電子顕微鏡写真を示す。この場合、図７は、より大きく拡大して撮影した。図４および図５の実施例の場合と同様に、端部１０は、多数の互いに並んで平行方向に延びる、側方が開いた通路５を有する。端部１０の正面図の形の図６の図面中では、縦方向５１が、側面２，３に対して横切る方向、ことに垂直方向に拡がることが明白である。しかしながら、図６の部分図中では、端部１０から側面（ここでは側面３として表される）への移行部だけを見ることができる。図３の実施例に相応して、端部１０は、側方が開いた通路５の他に、平坦な端部分１１も有する。したがって、端部１０は、通路５によって弱められた分離ラインでの破断により形成された。
【００４５】
これらの通路５の間隔は、この実施例の場合に、約５０μｍで比較的大きい。この間隔は、ことに通路５が平坦な端部分１１なしで直接互いに移行し合う場合に、より小さく選択することもできる。一般に、通路の間隔（「ピッチ」ともいう）は、好ましくは３〜７０マイクロメートルの範囲である。この場合、この間隔は、通路の中心から通路の中心まで測られる。これらの通路５の横断面寸法、または直径は、既に言及されたように、１００マイクロメートル未満である。好ましくは、この直径は、通路５の間隔と同じような範囲にある。ここに記載された実施例に限定されることはないが、３マイクロメートルから５０マイクロメートルの範囲にある直径が好ましい。図６および図７の実施例では、約３０マイクロメートルの直径である。
【００４６】
球冠状のくぼみ７の深さは、一般に５〜２０μｍの横断面寸法の場合に、一般に５μｍ未満である。
【００４７】
ほぼ半円状の横断面の形の側方の開口を有する通路５による端部１０の面積は、平坦な端部の面積よりも大きいことが明白である。これらの通路５が互いに直接隣接し、かつ正確に半円状の横断面を有する場合、側面２，３に対して平行方向の端部ラインの長さは、平坦な端部の端部ラインよりも、π／２倍大きい。本発明による方法により達成可能な面積の拡大はいくらか小さく、一般に１０〜４０パーセントの範囲である。したがって、本発明の一態様によると、２つの向かい合った側面２，３と端部１０とを有し、この端部は、丸められた内壁５４および２００μｍ未満の横断面寸法を有する多数の平行方向に互いに並んで延びる側方が開いた通路５を有し、この通路の縦方向５１は側面２，３に対して横断する方向、好ましくは垂直方向に延び、かつこの通路は、好ましくは側面２，３で終わるか、もしくはこの側面２，３内に開口し、この場合、通路５による端部１０の表面積は、通路５なしの平坦な端部面積よりも、１．１〜１．４倍拡大されている、プレート状のガラスエレメント１が予定される。この場合、端部１０は、外側端部であるか、または図４および図５の実施例の場合のように、開口部１３を区切る内側端部であることができる。好ましくは、それにより少なくとも２００μｍ、ことに３００μｍを超える横断面寸法を有する開口部が作製される。横断面寸法は、この場合、開口部の最長の側方の拡がりである。円形の開口部の場合には、この横断面寸法は直径により与えられる。
【００４８】
この面積の拡大は、曲げ応力に対して比較的破壊安定性の端部を生じ、このことは、破壊の確率が通常では平面を用いて等級付けされているという点では意外である。おそらく、丸められた通路と比べて突き出ている構造により、この突き出ている構造（稜線部または平坦な端部分）に欠陥が広く伝播することができないことが生じる。端部１１の構造化により、つまり亀裂の伝播が抑制される。
【００４９】
この効果は、次にさらに詳細に説明する、通路５の本発明による微細構造によりさらに支援される。図６および図７に基づいて、球冠状または丸められたキャップ状のくぼみ７の形の通路５の微細構造を明らかに認識することができる。好ましくは緩慢なエッチングプロセスにより、球冠状のくぼみ７は互いに隣接し、この場合、くぼみ７の互いにぶつかり合う凹型の湾曲面が稜線部７０を形成する。
【００５０】
さらに、稜線部７０は、このくぼみ７を正面から見て、くぼみ７の多角形の境界線７１を形成することを認識することができる。この場合、くぼみ７の境界線７１の角部７２の平均数は、好ましくは８未満であり、好ましくは７未満である。後者の特徴は、大抵の球冠状のくぼみにより占められた領域が数学的意味で凸型である場合に生じる。
【００５１】
図７に示された通路５の稜線部７０は極めて狭く、くぼみ７の凹型の湾曲部が互いに、稜線部７０の凸型の湾曲した領域を経て移行することが認識可能な領域は存在しない。したがって、通路５の構造は、本発明による一発展形態によると、通路５内の凸型に形成された領域の面積割合が、５％未満、好ましくは２％未満であると説明することもできる。
【００５２】
図５および図６に示された実施例のガラスエレメント１は、低アルカリ含有率を有するケイ酸塩系のガラス、特に３．３・１０-6Ｋ-1の熱膨張係数を有するホウケイ酸塩ガラスである。ホウケイ酸塩ガラスとして、一般に、次の組成を有するガラスが好ましい：
【表１】
2018123048.tif 000002
【００５３】
図８および図９は、Schottの商品名D263（登録商標）の下で販売されているホウケイ酸塩ガラス内に導入された通路の電子顕微鏡写真を示す。この場合、異なるレーザーパラメータを使用した。図８の実施例の場合に、８つの単一パルスを有するバーストを使用し、この場合、レーザーの反復率は１００ｋＨｚであった。図９に示された実施例の場合に、２００ｋＨｚのより高い反復率を使用したが、そのため２つの単一パルスだけを有するバーストを使用した。しかしながら、各通路５について、それぞれ唯一のバーストだけを放射した。次いで通路５をＫＯＨ溶液中で８０℃で８時間の期間エッチングした。これらの通路５の構造は似ていて、球冠状のくぼみ７は、図６および図７の例と比べて僅かな直径に基づいて、さらに胴部が膨らんで見える。さらなるエッチングにより、この構造は図６および図７の構造に近づく。
【００５４】
本発明による方法のために良好に適しているアルカリ貧有のケイ酸塩系のガラスの種類からなるさらに別のガラスは、アルカリ不含のアルミノケイ酸塩ガラスである。この場合、次の組成を有するガラスが好ましい：
【表２】
2018123048.tif 000003
【００５５】
一般に、先に挙げられた組成に限定しないが、０．４５〜０．５５の範囲、好ましくは０．４８〜０．５４の範囲の塩基度を有するガラスを使用することが有利である。このことが、ガラスを、塩基性エッチング媒体を用いて緩慢な、制御されたエッチングに対して特に適切となるようにするが、この場合、酸性エッチング媒体を用いたエッチングも可能なままである。
【００５６】
今までに説明された実施形態の場合に、欠点は、フィラメント状の損傷がエッチングされるだけでなく、ガラスエレメント１の両方の側面２，３もエッチングされることにある。確かに、ここでは、エッチング速度は、通路５の内側よりも低いが、それでも厚みの低下は望ましくないことがある。場合により、ガラスの表面は、エッチングプロセスにより変化しないことが望ましいことがある。これらの欠点を避けるために、本発明の一発展形態によると、第１の工程で、ガラスエレメント１の表面をポリマー被覆（例えばシートまたは塗料）により覆うことができ、このポリマー被覆はレーザー光の導入の際に局所的に取り去られる。それにより、ポリマー被覆は、レーザーの衝突点およびそれによりフィラメント状の損傷の周囲の領域に残留し、かつ引き続くエッチングの際に側面のこれらの領域は保護される。
【００５７】
この方法および得られたガラスエレメントは、図１０〜図１２に示されている。
【００５８】
つまり、本発明のこの実施形態は、レーザービーム２７の照射の前に、少なくとも１つの側面２，３、好ましくは図１０に示されているように両方の側面２，３に、ポリマー層３５を備え付けることに基づく。
【００５９】
図１２において図式的に示されているガラスエレメント１が得られる。通路５の直径がポリマー層３５中のアブレーションされた開口部３６の直径よりも小さい場合には、通路５が、エッチングされた表面を有する領域により取り囲まれているガラスエレメント１が生じ、この場合、側面のエッチングされた領域はまたエッチングされていない領域により取り囲まれている。
【００６０】
図７に基づいて既に、本発明により製造可能な通路５は、ほぼ円筒状の基本形状を有することが認識できる。これは、９０°に近づけられたテーパー角度を作り出すことを伴う。通路５のテーパー角度は、それぞれの側面２，３に対する通路の内壁の角度である。この角度は、とりわけ、球冠状のくぼみ７を有する通路の微細構造に基づき局所的に変化することがあり、したがって好ましくは平均によって決定される。簡単な平均は、通路５のアスペクト比からのテーパー角度の計算を介して決定することができる。アスペクト比は、通路の深さの、最小の通路直径に対する比から生じる。本発明により予定されているような開いた通路５の場合、半分の通路長さを、側面での孔の直径と、通路の半分の長さでの孔の直径との差により除算することができる。図１３は、苛性ソーダ液を用いたエッチングの際の、エッチング速度に依存するテーパー角度の測定値を示す。エッチング速度が低くなればそれだけ、テーパー角度はより直角に近づく。本発明により使用された、１時間当たり８μｍ未満のエッチング速度の場合、この実施例においてテーパー角度は８７°より大きい。テーパー角度は、エッチング速度の他に、ガラスの種類およびエッチング媒体により影響されることもある。しかしながら、一般に、本発明による一発展形態によると、少なくとも１つの通路５のテーパー角度は、直角から５°未満、好ましくは３°未満、またはそれどころか１°未満相違することが予定される。
【００６１】
また、本発明による方法を用いて、球冠状のくぼみ７により円形からの比較的僅かな相違が重なり合う極めて円形の横断面を達成することができる。図１４は、ＮａＯＨ溶液を用いてガラスエレメント１内にエッチングされた通路５の開口部６の２つの電子顕微鏡写真を示す。明白なように、通路５の開口部６は、ほぼ円形である。円形度についての尺度として、いわゆる真円度を定義することができる。これは、開口部６の周囲の長さの、同じ面積を有する円の円周に対する比である。完璧に円形の通路は、したがって、１．０の真円度を有する。一般に、１．１５未満の真円度は、球冠状のくぼみ７にもかかわらず、本発明による方法により、ＨＦを用いたエッチングの場合でも、ＫＯＨまたはＮａＯＨを用いたエッチングの場合でも達成されることが明らかとなる。真円度は、端部１０の構成要素である側方が開いた通路５の場合でも、この値を、例えば円弧についてと同様に算定することにより決定することができる。
【００６２】
本発明は、とりわけ、電子工学用途またはマイクロ流体力学用途のためのいわゆるインターポーザーの製造のために適している。電子工学用途にとって、通路５または本発明による内側端部を有する開口部は、一方の側面から他方の側面までの電気的接続を敷設するために導電性材料で満たすことができる。同様に、通路５または通路５を用いて製造されたより大きな開口部は、流体の導管のために用いることができる。例えばガラスエレメントを貫通するように電気的ラインを敷設するために通路５内に材料を満たす場合、球冠状のくぼみ７は、この材料を通路５内に良好に繋ぎ止めることができるという利点を提供する。流体の導管の場合に、このくぼみ７は、他方で流体抵抗を低減することができる。適切な用途は、ＭＥＭＳデバイスである。ここでは、ことに圧力センサを挙げることができ、この場合、ガラスエレメントが、圧力の作用下で変形するキャップに固定される。ここでは、電気的接続をキャップまで案内し、かつことに差圧センサまたは相対圧センサのためにキャップ内に封入されたガス体積に対する圧力補償を可能にするために、開口部を設けることができる。このような圧力センサは、容量式、ピエゾ抵抗式、または比抵抗式に測定することができる。比抵抗式測定の場合に、キャップ中にホイートストンブリッジに回路接続されている電気的抵抗層が予定されていてもよい。このブリッジにかかる応力は、膜の圧力に基づく変形に比例する。
【００６３】
本発明によるガラスエレメントを有する圧力センサは、とりわけ次の用途で使用することができる：燃料噴射システム中の燃料圧力センサ、ギア内の油圧センサ、エアバック内のまたは空気圧用の、例えば高度測定用のセンサ、タイヤ空気圧センサ。
【００６４】
フィラメント状の損傷の間隔が小さい場合、通路５はエッチングの際に互いに急速に移行し合う。エッチングプロセスが長くかかればそれだけ、通路５に基づく構造はより平坦になる。それに対して、互いに隣接する球冠状のくぼみ７の構造は維持される。したがって、本発明の別の実施態様によると、２つの向かい合った側面２，３、ならびに両方の側面２，３を結合する端部１０を有し、この端部１０は多数の互いに隣接する丸められた球冠状のくぼみ７を有する、プレート状のガラスエレメント１が予定される。一般的には、この場合、付加的にまだ通路５を認識することができるかどうかとは無関係に、くぼみ７の横方向の拡がりまたは平均横断面寸法は、平均してくぼみの深さよりも小さい。したがって、くぼみ７は、平坦な凹所として現れる。
【００６５】
目に見える互いに並んで延びる通路５なしのほぼ平坦な端部１０を得るために、好ましくは６μｍ未満、有利に５μｍ未満のフィラメント状の損傷の間隔が適している。したがって、本発明の一実施形態の場合に、
−  超短パルスレーザー３０のレーザービーム２７を、ガラスエレメント１の側面２，３の一方に向け、かつ集束光学系２３を用いてガラスエレメント１内で長く引き延ばされた焦点に集結させ、ここで
−  レーザービーム２７の衝突点７３をガラスエレメント１上で所定の行路に沿って案内し、かつ
−  レーザービームを用いて行路上に多数の互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷３２を最大６μｍの間隔で、この損傷の縦方向が側面２，３に対して横切る方向、ことに側面２，３に対して垂直方向に延びるように導入し、かつ
−  ガラスエレメント１を、１時間当たり８μｍ未満の除去率でガラスエレメント１のガラスを除去するエッチング媒体３３に曝し、かつ
−  フィラメント状の損傷３２を通路５に拡張し、かつエッチングにより、通路５の間のガラスが除去され、かつガラスエレメント１を分離する端部１０の形成下に通路５が統合されるまで、通路５の直径を拡大させる
構造化された端部１０を有するプレート状のガラスエレメント１の製造方法が予定される。
【００６６】
部分を分離する方法、ことに内側部分を取り外し、かつそれにより開口部１３を製造する方法に使用する際の本発明の特徴は、本発明による構造を有する２つの互いに密に並んで延びる端部を導入することにより、ガラス構造として極めて薄いウェブを製造することにある。図１５は、これについての例を示す。
【００６７】
したがって、本発明の一実施形態によると、３０マイクロメートル〜３ミリメートルの範囲の厚みを有し、２つの向かい合った側面２，３を有するプレート状のガラスエレメント１が予定され、この場合、ガラスエレメント１の輪郭は、長く拡がったウェブ４０を含み、このウェブの長さ４１は、このウェブの幅よりも少なくとも５倍、好ましくは少なくとも１０倍大きく、長さと幅はそれぞれ、１つの側面に沿った方向で測定されていて、かつウェブ４０の互いに並んで延びる端部１０はそれぞれ、多数の互いに隣接する丸められた球冠状のくぼみ７を有する。ウェブ４０は、端部１０での部分の分離により製造され、この場合、好ましくは先に説明された方法が使用され、この場合、通路５は、通路５が互いに移行し合い、かつ次いでエッチングによりさらに平坦化されるまで拡張されるので、この通路５は場合によりもはや、端部１０の縦方向に対して互いに平行に延びる構造として認識することはできない。しかしながら、図４、図５または図６に示すような、端部１０を有するウェブ４０を製造することも可能である。
【００６８】
先に挙げられたウェブ長さ対ウェブ幅のアスペクト比は、ウェブ４０が極めて繊細な構成要素であることを表す。これとは別にまたは付加的に、このようなウェブ４０について、ウェブ幅４２は、最大でガラスエレメント１の４倍の厚みに等しい、好ましくは最大でガラスエレメント１の２倍の厚みに等しいことが当てはまってもよい。本発明の一発展形態によると、ウェブ幅は、それどころか、ガラスエレメント１の１倍の厚みよりも小さくてよい。
【００６９】
幅対ガラスの厚みの比率またはアスペクト比とは無関係に、本発明により、４００μｍ以下、好ましくは最大で２００μｍ、それどころか１００μｍ以下の幅を有するウェブを作製することもできる。
【００７０】
図１５に示された実施例の場合に、ウェブ４０がガラスエレメント１中で２つの開口部１３を隔てる実施形態が実現されている。これは、本発明の好ましい用途である、というのもこれは、敏感な残留する薄いウェブ４０を勘案して他の方法では実現することが困難であるかまたは実現可能ではないような開口部１３の製造のための内側部分の取り外しを必然的に伴うためである。さらに、この方法を用いて、同時に球冠状の構造化に基づき、比較的壊れにくい端部１０が作製され、この端部１０がウェブ４０を安定化する。ガラスエレメント１は、もちろんウェブ４０だけからなるのでなく、ウェブ４０は、より大きな幅を有するガラスエレメント１の部分の形のベース４３と結合している。しかしながら、ベース４３およびウェブ４０は、一つの部分からなるガラスエレメント１の異なる部分を形成しているだけである。換言すると、ガラスエレメント１は、ベース４３およびウェブを有するモノリスもしくは一体式の部材である。図１５に示された実施例の場合に、ベース４３はフレーム状であり、かつウェブ４０は、両方の終端でフレーム状のベース４３と結合している。図１６は、図１５で示された実施形態のバリエーションを示す。このバリエーションの場合に、複数のウェブ４０が予定されていて、これらのウェブは互いに並んで延び、かつ両方の終端でここでは同様にフレーム状のベース４３に移行している。この実施例により明白なように、ウェブ４０は直線的に延びている必要はない。ウェブ４０の長さは、このような場合に、それぞれ曲線の長さによって与えられる。開口部１３の間に薄いウェブ４０が定義されているかまたはいないかにかかわらず、先に説明された方法により製造することができかつその端部１０が球冠状のくぼみ７を有する開口部１３の横断面寸法は、好ましくは少なくとも２００μｍ、ことに少なくとも３００μｍである。例えば、多様な用途のために、ガラスエレメント上に分布した、少なくとも２００μｍ以上の直径を有する多数の円形状の開口部１３を有するガラスエレメント１を製造することができる。
【００７１】
図１７は、さらに一つのバリエーションを示す。このバリエーションの場合には、ウェブ４０は、片側だけベース４３に移行しているので、ウェブ４０は、自由振動する終端を有する。
【００７２】
図１８および図１９は、ガラスエレメント１の端部１０の２つの別の電子顕微鏡写真を示す。この場合、図１８は、ガラスエレメント１の全幅の端部１０を示す。図１９は、端部１０が、側面２の一方に移行する箇所のより高い拡大図で示す。端部１０は、先に説明されたように、通路５をエッチングの際に、統合された端部および貫通した端部を形成する程度に拡大することで、ガラスエレメント１の一部分を取り外すことができることにより製造された。通路５は、エッチングの経過において平坦化されるので、多数の互いに隣接する丸められた球冠状のくぼみ７を有するほぼ平坦な端部１０が得られる。図１９に基づき認識できるように、くぼみ７は、ここでも稜線部７０によって隔てられていて、この稜線部７０は、ほぼ多角形の境界線７１内に形成される。ことに、図１８の写真では、端部１０が側面２，３に対して垂直の方向に直線状にかつ側面に対してもほぼ垂直方向に延びていることが目立っている。同様に、端部１０から側面２，３への移行も、実際に丸められていない。垂直方向の延びは、図６に示された実施形態の通路５の大きなテーパー角度に相当する。ことにウェブ４０のためまたは内側輪郭のため、もしくは開口部１３の境界として適しているようなこの端部１０の形状は、上述の特性により次のように特徴付けることができる：端部面の傾斜、もしくは隣接する側面２，３に対する角度は、側面に隣接する端部面の半分において少なくとも８５°である。したがって、端部面１０は、直角から最大５°の偏差で、側面２，３に対してほぼ直角に延びる。
【００７３】
図１９の実施例でさらに認識できるように、端部１０の傾斜が隣接する側面２に移行する移行領域は狭く、かつ球冠状のくぼみ７の拡がりのオーダーである。したがって、一発展形態によると、側面２，３に対してほぼ垂直に整列した端部１０において、側面２，３からの移行部での平均端部半径は、最大１０マイクロメートルであることが予定される。
【００７４】
本発明により製造された端部１０は、球冠状のくぼみ７に基づき、一般に高い強度および好ましい統計学的パラメータ、特に高いワイブルモジュールにより特徴付けられる。これは、まさに、図１５〜図１７に示されたウェブ４０のような、端部を有する脆いエレメントの場合に有利である。示された例に限定されることはないが、一般に、球冠状のくぼみ７を有する本発明による製造された端部１０は、少なくとも２００ＭＰａ、またはそれどころか少なくとも３００ＭＰａの平均破断強さを有する。この値は、端部１０の側面方向への移行部での曲げ応力の下で、曲げ応力の際に生じ、かつ平均して破断が生じる引張応力である。破壊試験および端部１０から拡がる破断についての引張応力値のワイブル分布のワイブルモジュールは、これとは別のまたは付加的な発展形態の場合に少なくとも５．５の値を有する。この値は、まだ目に見える通路５を有する端部１０（つまり図４〜図７の実施例に相当）ついても、図１８および１９において示されたように認識可能な通路５を有しない端部１０についても当てはまる。
【００７５】
本発明により製造された端部の高い安定性および強度により、本発明は、他の方法では製造できない特に複雑でかつ脆い構造に適している。これには、薄くかつ／または長いウェブを有する非対称な部分も含める。しかしながら、同時に、製品の安定性は幾何学形状に大きく依存することも確認された。より詳細には、１つ以上のウェブがガラスエレメント内の開口部内に保持される構造の場合に、特定の幾何学的基準値を維持することが好ましいことが確認された。この基準値によって、十分な安定性および取扱性が保証される。特に、このために、少なくとも２つの開口部１３を有し、この開口部１３の間に少なくとも１つのウェブ４０を有する構造が形成されるガラスエレメントが予定される。この場合、この構造は、関係式
【数１】
2018123048.tif 000004
により与えられるパラメータＧに割り当てることができる。本発明によるガラスエレメントは、パラメータＧが少なくとも１０ｍｍ-1/3、好ましくは少なくとも５０ｍｍ-1/3、特に好ましくは少なくとも１００-1/3である場合に、良好な機械的安定性で実現することができる。反対に、このパラメータが、高くても４００ｍｍ-1/3、好ましくは高くても３００ｍｍ-1/3、特に好ましくは高くても２００ｍｍ-1/3である場合が十分である。
【００７６】
上述の関係式中の変数ｈは、ガラスエレメント１の厚みを表す。
【００７７】
図２０は、この関係式のパラメータを明確にするために、この場合に２つの開口部１３の間に延びる１つだけのウェブ４０を含む簡単な構造を有するガラスエレメント１を示す。
【００７８】
先の関係式において、ｌ1は、１つまたは２つの異なるウェブ４０と、ガラスエレメント１との、構造の端部に沿った２つの隣接する接触点または接触領域４５の間の最長の端部長さを表す。この寸法は、つまり、２つの隣接する接触領域４５の間の最も長い端部の曲線の長さを表す。ウェブ４０の端部４６，４７は、図２０の例が示すように、造形に応じて異なる長さを有することがある。示された例の場合には、端部４６は、端部４７よりも大きな長さを有する。つまり、パラメータｌ1は、ここではこの端部４６の曲線の長さである。接触領域４５は、ウェブ４０が、開口部１３を取り囲むガラス、もしくはベース４３に移行するガラスの移行領域である。この場合、接触領域４５は、ウェブ４０に接するように位置決めされた１ｍｍの直径を有する円形状の領域として定義され、この円形状の領域の縁部は、ウェブ４０の両方の端部、つまり両方の開口部１３の縁部にも接する。この場合、パラメータＧの計算のために、この円形状の領域をベース４３からウェブ４０の方向へずらすことにより仮想の接触領域４５の位置を決定することができる。この位置は、この領域がかろうじて完全にガラスに合致し、かつその縁部が、開口部の縁部に接する場合に達成される。したがって、この関係式および本発明による幾何学形状は、１ｍｍ未満の最小のウェブ幅を有するウェブについて当てはまる。
【００７９】
長さｌ2は、ウェブ４０の終端での２つの接触領域４５の最短の直線状の間隔を表す。両方の長さｌ1およびｌ2について、円形状の接触領域４５の縁部から縁部までの距離が重要である。２つよりも多い接触領域４５の場合、長さｌ1およびｌ2の行路は、必ずしも同じ接触領域４５の間に延びている必要はない。図２０に示された、長さｌ2を印すための双頭矢印は、したがって、接触領域４５の縁部で終わる。
【００８０】
最後に、パラメータｂは、ウェブ４０に沿った開口部１３相互の最短の間隔、または換言すると最小のウェブ幅を表す。
【００８１】
先に説明されたようなこの種の幾何学形状は、強度および取扱性の観点で、端部の本発明による形成との関連で、つまり球冠状のくぼみとの関連で特に好ましい。一般に、この種の幾何学形状は、異なるように形成された端部によって生じてもよい。
【００８２】
図示された例において、唯一のウェブ４０だけが存在する。しかしながら、１つより多いウェブを有することができる多数の構造も可能である。この際に、複数のウェブの場合、行路ｌ1とｌ2とは、異なる接触領域４５の間に延びていてよいことが重要である。図案の安定性の評価のために、Ｇは、つまり関係式において、２つの接触領域の間のできる限り長い距離ｌ1を、２つの接触点のできる限り短い結合ｌ2に対して設定する。これは、上述のように、異なる接触領域であってもよい。接触領域４５の数Ｎについては、基本的にＮ≧２が当てはまる。
【００８３】
図２１は、さらなる明確化のために、３つの異なる構造３９を有するガラスエレメントを示す。上側の構造３９は円形状であり、かつ３つのウェブ４０で支持されている。ガラスエレメント１の中央の構造３９は、同様に３つのウェブ４０で支持されているが、長方形の形状を有する。最も下側の構造３９は、図２０の例と似て、唯一のウェブ４０だけからなる。しかしながら、このウェブは中央に向かって細くなる。この場合、明らかに１ｍｍより大きな幅のウェブ幅は、中央に向かって１ｍｍ未満のウェブ幅に細くなる。したがって、パラメータＧの計算のための接触領域４５もウェブ４０上にあり、つまり、接触領域４５の縁部は、ウェブの端部と、端部の間隔が１ｍｍを下回る箇所で接する。
【００８４】
上側の２つの構造３９に基づいて、異なるウェブに接する接触領域４５の間で間隔ｌ2および曲線の長さｌ1を計算することができることが明白である。パラメータＧについては、構造の端部に沿って隣接して配置される２つの接触点４５の間の最長の端部長さｌ1が重要である。端部長さｌ1は、両方の構造３９についてそれぞれ記入されている。ことに、最も上側の円形状の構造３９の例の場合に、最短の間隔ｌ2は、２つの接触領域４５の間に生じ、かつ最長の端部長さｌ1は、２つの別の隣接する接触領域４５の間に生じる。
【００８５】
したがって、本発明の一実施形態の場合に、端部のモルホロジーとは無関係に、３０マイクロメートル〜３ミリメートルの範囲の厚みを有し、かつ２つの向かい合った側面２，３を有するプレート状のガラスエレメント１が予定されていて、この場合、ガラスエレメント１内に少なくとも２つの開口部１３が、ガラスエレメント１の開口部の間の領域が、少なくとも１つのウェブ４０を有する構造３９を形成し、この構造の最小の幅が１ｍｍ未満であるように導入されていて、この場合、この構造にとって、上記の関係式によって与えられているパラメータＧが定義され、この場合、パラメータＧは、少なくとも１０ｍｍ-1/3でかつ最大で４００ｍｍ-1/3の値を有し、ここで、ｌ1は、開口部１３の一方の、端部に沿って隣接する２つの接触領域４５の間の最長の端部長さであり、かつｌ2は、２つの接触領域４５の間をできる限り最短で直線で結ぶ長さであり、かつここでウェブ４０の接触領域４５はそれぞれ、ガラスエレメント１の１ｍｍの直径を有する円形状の領域として定義され、この接触領域４５は、接触領域４５の縁部が、両方の開口部１３の縁部と、それぞれ少なくとも一点で接触し、その両方の開口部１３の中間領域がウェブ４０を形成するようにウェブ４０に接して配置されていて、かつここでｂは最小のウェブ幅を表し、ｈはガラスエレメント１の厚みを表し、Ｎは接触領域４５の数を表す。この実施形態について、３００μｍ以上の最小の幅を有するウェブが有利である。
【００８６】
１つ以上のウェブを有するガラスエレメントの先に説明された幾何学形状の場合であっても、製造時にいまだに容易にウェブが破断することがある。
【００８７】
さらに、このような製品の製造の際に、ウェブ破断による欠陥品が生じることが多くなることが確認された。この危険性は、とりわけ、開口部が残留するウェブよりも明らかに大きいガラスエレメントの際に生じる。内側部分の取り出しの際に、ウェブは、ガラスエレメント内でねじ曲げられることがあり、かつこの場合に損傷を被る。これは、一般に、閉じた分離ラインに加えて、互いに並んで配置されたフィラメント状の損傷からなり、閉じた分離ラインにより境界付けられた内側部分をより小さなセグメントに区切る１つ以上の補助切断部、もしくは補助ラインを導入することにより避けることができる。この場合、内側部分が、１つの補助切断部により少なくとも半分に分割される、好ましくは四分割される場合が特に好ましいことが確認された。図２２は、例として、内側部分９の取り出しの前のガラスエレメント１を示す。互いに並んで配置された複数の通路からなる２つの閉じた分離ライン８を有するガラスエレメント１が用意されていて、この場合、分離ライン８の互いに向かい合う部分の間に、後のウェブ４０が延びている。各分離ラインに加えて補助ライン８０が導入されていて、この補助ライン８０は、内側部分９を、それぞれ２つのセグメント９１と９２、ならびに９３と９４とに分割する。必要に応じて、別の補助ラインを導入してもよいことは当業者に自明である。さらに、分離ライン８と補助ラインとは、例えばレーザービームを８の字状のラインで案内することにより一筆書きで導入されてもよい。
【００８８】
一発展形態の場合に、補助ラインは、その延びおよび数に関して、内側部分９が１つ以上の補助ライン８０により、２つの内側部分９の間のウェブの最大２０倍の大きさ、好ましくは最大１０倍の大きさ、特に好ましくは最大２倍の大きさのセグメントに分割されるように選択される。この大きさの比は、この場合、最小のウェブ幅対セグメントの最大の対角線の比により決定される。したがって、セグメントの最大に長い対角線は、最小のウェブ幅よりも、最大で２０倍、好ましくは最大で１０倍、特に好ましくは最大で２倍の長さである。
【符号の説明】
【００８９】
１  プレート状のガラスエレメント
２，３  側面
５  通路
６  ２，３内の５の開口部
７  球冠状のくぼみ
８  分離ライン
９  内側部分
１０  １の端部
１１  平坦な端部分
１３  １内の開口部
１５  演算装置
１７  位置合わせ装置
２０  レーザー加工装置
２３  集束光学系
２７  レーザービーム
３０  超短パルスレーザー
３２  フィラメント状の損傷
３５  ポリマー層
３６  ３５内の開口部
３９  ウェブにより支持された構造
４０  ウェブ
４１  ４０の長さ
４２  ４０の幅
４３  ベース
４５  ４０の接触領域
４６，４７  ４０の端部
５４  ５の内壁
５１  ５の縦方向
５２  通路５の間の稜線部
７０  稜線部
７１  多角形の境界線
７３  衝突点
７２  ７１の角部
８０  補助ライン
９１〜９４  ９のセグメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【外国語明細書】
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