(57)【要約】      （修正有）【課題】強化ガラス物品の製造方法は、選択された輪郭と保護コーティング層で覆われたガラス表面とを有する平板ガラス物品を提供する工程を含み、当該保護コーティング層は、結果として、強化ガラスの性能を向上させる製造方法の提供。【解決手段】溶融ガラスを堰からオーバーフローしてガラスリボンを形成し、熱的に傾斜させたチャンネルを通して引き取られる間、表面エリアに保護コーティング材料が被着され、そのガラスリボンの一部から保護コーティング層の一部を分離し、保護コーティング層が、いかなる固体物体もガラス表面に触れさせずに、ガラスシートから優先的に溶解又はエッチングによりガラス表面から除去され、その後、平板ガラス物品は、平板ガラス物品を強化してその後の損傷に対する平板ガラス物品の抵抗性の向上の為に、イオン交換処理を施される強化ガラスの製造方法。【選択図】図５
2018027889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融ガラスを堰に供給して、当該溶融ガラスが当該堰からオーバーフローしてガラスリボンを形成する工程；
前記ガラスリボンを熱的に傾斜させたチャネルを通して引き取る工程であって、前記ガラスリボンが前記熱的に傾斜させたチャネルを通って引き取られる間に、前記ガラスリボンの表面エリアに保護コーティング層を形成するために、少なくとも１種の保護コーティング材料が被着される、工程；
前記保護コーティング層により被覆された前記ガラスリボンの一部からガラスシートを分離する工程；
前記ガラスシートから、選択された輪郭と前記保護コーティング層により被覆されたガラス表面とを有する、平板ガラス物品を調製する工程；
いかなる固体物体も前記ガラス表面に触れさせることなく、前記ガラス表面から前記保護コーティング層を除去する工程；および、
前記保護コーティング層を前記ガラス表面から除去した直後に、前記平板ガラス物品にイオン交換処理を施して、前記平板ガラス物品を強化して、その後の損傷に対する前記平板ガラス物品の抵抗性を向上させる工程；
を含む、強化ガラス物品を製造する方法。
【請求項２】
前記少なくも１種の保護コーティング材料が、ポリマーコーティング材料であり、さらに、前記ガラスリボンの一部から前記ガラスシートを分離する工程の前に、前記ポリマーコーティング材料を硬化させる工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記表面エリアが１５０℃〜４００℃の範囲の温度を有する間に、前記ガラスリボンの前記表面エリアに前記少なくとも１種の保護コーティング材料を被着する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１種の保護コーティング材料が、スプレーコーティングプロセスにより、前記ガラスリボンの前記表面エリアに被着される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記保護コーティング層が、異なる硬度を有する少なくとも２つの保護コーティング副層を含み、最も低い硬度を有する該保護コーティング副層が、前記ガラス表面に最も近くに位置される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ガラス表面から前記保護コーティング層を除去するために使用される媒体と同じ媒体を、イオン交換処理により前記平板ガラス物品を強化するのに使い、前記保護コーティング層を除去する工程の終了から前記平板ガラス物品を強化する工程の開始までの期間、前記平板ガラス物品の前記ガラス表面をいかなる固体物体に触れさせない、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記媒体の条件が、前記保護コーティング層を除去する工程と前記平板ガラス物品を強化する工程とでは変更されている、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条に基づいて、２０１２年５月９日に出願された米国特許仮出願第６１／６４４５９８号の優先権の恩典を主張するものであり、なお、本出願は、当該仮出願の内容に依拠し、当該仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、概して、ガラスを強化する方法、ならびに丈夫で、損傷に対して抵抗性を有し、可搬式電子デバイスのカバーガラスとして使用可能な強化ガラス物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラスは、その自然な美しさ、滑らかさ、および透明性故に、可搬式（携帯式）電子デバイスにおけるディスプレイのカバーガラスとしての使用に対して望ましい。しかしながら、可搬式電子デバイスは、それらの可搬性ならびに多くの場合においての小さいサイズ故に、ガラスに引っかき傷が付いたり、欠けたり、損傷したりする原因となり得るような偶発的事故に見舞われる傾向にある。可搬式電子デバイスにおいて広く使用されるためには、カバーガラスは、丈夫で損傷に対して抵抗性を有している必要があるであろう。
【０００４】
非特許文献１。突発的な破損に対する閾値を高めるために、ガラスは、多くの場合、熱的または化学的な強化処理を施される。これらの強化処理は、ガラス表面に圧縮を生じさせ、それにより、ガラスが破損する前にガラスに加えることができる荷重の量を増加させる。
【０００５】
強化する前、ガラスは、固体（もしくは硬質）物体がガラスに触れた時に生じ得る損傷に対して特に影響を受けやすい。ガラスへの損傷は、表面傷、例えば、引っかき傷および刻み傷など、を含み得、これらは、高応力下において破損部位となるであろう。ガラスの表面傷は、典型的には、ガラスが強化処理を施された後も残る。例えば５μｍ未満の小さな表面傷は、ボール落下試験によって測定した場合の強化ガラスの性能に悪影響を及ぼすことが分かっている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Ｇｌａｓｓ  ｕｎｄｅｒ  ｌｏａｄ  ｄｅｆｏｒｍｓ  ｅｌａｓｔｉｃａｌｌｙ  ｕｎｔｉｌ  ｓｕｄｄｅｎ  ｆａｉｌｕｒｅ  ｉｓ  ｉｎｉｔｉａｔｅｄ  ａｔ  ａ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｌａｗ  ｕｎｄｅｒ  ｈｉｇｈ  ｓｔｒｅｓｓ”（Ｗ．Ａ．Ｄａｌｇｌｉｅｓｈ  ａｎｄ  Ｄ．Ａ．Ｔａｙｌｏｒ，“Ｔｈｅ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ａｎｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｗｉｎｄｏｗ  Ｇｌａｓｓ”，Ｃａｎａｄｉａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｉｖｉｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５，Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９０，ｐ．７５３）
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、ガラス物品の強化について説明する。当該強化ガラス物品は、可搬式電子デバイスのカバーガラスとして使用することができるが、当該強化ガラス物品は、必ずしもそのような使用方法に限定されるわけではない。本開示において説明される本発明は、結果として強化ガラス物品の性能を向上させるために、表面傷が最小限から全く無い強化ガラス物品を製造する方法を提供するものである。
【０００８】
本発明の例示的一実施形態において、強化ガラス物品を製造する方法は、選択された輪郭と保護コーティング層で覆われたガラス表面とを有する平板ガラス物品を提供する工程を含む。当該方法は、いかなる固体物体もガラス表面に触れさせることなくガラス表面から保護コーティング層を除去する工程を含む。保護コーティング層がガラス表面から除去された直後に、当該平板ガラス物品は、当該平板ガラス物品を強化してその後の損傷に対する当該平板ガラス物品の抵抗性を向上させるために、イオン交換処理を施される。
【０００９】
本発明の別の例示的実施形態において、強化ガラス物品を製造する方法は、溶融ガラスが堰からオーバーフローしてガラスリボンを形成するように当該堰に溶融ガラスを供給する工程を含み、当該ガラスリボンは、熱的に傾斜させたチャネルを通して引き取られる。熱的に傾斜させたチャネルを通してガラスリボンを引き取りながら、当該ガラスリボンの表面エリアに保護コーティング層を形成するために少なくとも１種の保護コーティング材料が当該ガラスリボンの表面エリアに被着される。そして、ガラスシートが、保護コーティング層で覆われたガラスリボンの一部から分離される。当該方法は、当該ガラスシートから、選択された輪郭と保護コーティング層で覆われたガラス表面とを有するガラス物品を調製する工程を含む。当該方法はさらに、いかなる固体物体もガラス表面に触れさせることなくガラス表面から保護コーティング層を除去する工程を含む。保護コーティング層がガラス表面から除去された直後、当該平板ガラス物品は、当該平板ガラス物品を強化してその後の損傷に対する当該平板ガラス物品の抵抗性を向上させるために、イオン交換処理を施される。
【００１０】
上記において説明した例示的実施形態は、本発明に対する序論を提供することを意図するものである。それらは、本発明の主要なまたは重要な要素を識別すること、または本発明の範囲を説明することを意図するものではない。本発明の様々な実施形態について、添付の図面を参照しながら下記において非常に詳細に説明する。
【００１１】
以下は添付の図面における図の説明である。当該図は、必ずしも原寸に比例している必要はなく、当該図の特定の特徴および特定の図は、明瞭さおよび簡潔さのために、縮尺においてまたは図式的に誇張して示されている場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】平板ガラス物品を示す。
【図１Ｂ】線１Ｂ−１Ｂに沿った、図１Ａの平板ガラス物品の断面図。
【図１Ｃ】異なる硬度の副層を有する保護コーティングで覆われたガラス表面を有する平板ガラス物品を示す。
【図２Ａ】フュージョンドローシステムの側面図を示す。
【図２Ｂ】フュージョンドローシステムの正面図を示す。
【図３】フュージョンドローにおいてガラスリボンに適用される保護コーティングを示す。
【図４Ａ】ガラスリボンのスプレーコーティングを示す。
【図４Ｂ】可動式スプレーノズルによるガラスリボンのスプレーコーティングを示す。
【図５】コーティング済みおよび未コーティングガラス試料における、破壊確率対荷重を示す。
【図６】コーティング済みおよび未コーティングガラス試料における、破壊荷重対ガラス厚さを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の様々な実施形態の徹底的な理解を提供するために、以下の説明において、多くの具体的な詳細が説明され得る。しかしながら、これらの具体的な詳細の一部または全てなしに本発明が実施され得る場合、それらは、当業者にとって明白であろう。他の例において、周知の特徴またはプロセスについては、詳細に説明されない場合もある。さらに、共通のまたは同様の要素を識別するために、同様のまたは同一の符号が使用され得る。
【００１４】
強化ガラス物品、例えば、可搬式電子デバイスのためのカバーガラスなど、を製造する方法は、図１Ａにおいて符号１００で示されるような平板ガラス物品を提供する工程を伴う。当該平板ガラス物品１００は、輪郭１０１を有する。カバーガラス用途の場合、当該輪郭１０１は、当該カバーガラスが使用される可搬式電子デバイスの要件によって決まるであろう。輪郭の例としては、これらに限定されるわけではないが、長方形および丸みを帯びた長方形の輪郭が挙げられる。他の用途の場合、輪郭１０１は、それらの用途の要件によって決まるであろう。
【００１５】
図１Ｂにおいて、平板ガラス物品１００は、保護コーティング層１０６で覆われたガラス表面１０２を有する。図示されていないが、当該平板ガラス物品１００の外側表面１０４も、保護コーティング層で覆われていてもよい。ほとんどのガラス厚に対して、当該保護コーティング層１０６は、１〜１４マイクロメートルの範囲の厚さを有し得る。典型的には、当該ガラス厚は、１．５ｍｍ未満であろう。保護コーティング層１０６は、単一の硬度を有し得るか、または異なる硬度を有する複数の副層を有し得る。好ましい実施形態において、保護コーティング層１０６で覆われたガラス表面１０２は、バージンガラス表面である。「バージンガラス表面」なる用語は、当該ガラス表面が、溶融ガラスから作製されて以来、ガラス表面に傷を形成し得るいかなる固体（もしくは硬質）物体によっても触れられていないことを意味する。したがって、当該バージンガラス表面は、保護コーティング層１０６によって覆われる前および保護コーティング層で覆われている間、初期のままである。当該ガラス表面１０４も、バージンガラス表面であってもよく、ならびに上記において既に言及したような保護コーティング層によって覆われていてもよい。
【００１６】
当該方法は、いかなる固体（もしくは硬質）物体もガラス表面１０２に触れさせることなくガラス表面１０２から保護コーティング層１０６を除去する工程を含む。平板ガラス物品１００の外側表面１０４が保護コーティング層で覆われている場合、この保護コーティング層も除去される。ガラス表面１０２から保護コーティング層１０６を除去した直後に、ガラス表面１０２を覆う保護コーティング層を有さない当該平板ガラス物品１００は、イオン交換処理によって化学的に強化される。結果として得られるイオン交換ガラスは、カバーガラスとなる。強化後、当該カバーガラスは、他の表面コーティング、例えば、汚れ防止コーティングなど、によって覆われるであろう。ガラス表面１０２がバージンガラス表面の場合、保護コーティング層１０６は、ガラス表面が溶融ガラスから作られてから当該ガラス表面にイオン交換処理が施されるまでの間、ガラス表面１０２での傷の形成を防ぐ。これにより、結果として、実質的に表面傷を有さずかつ損傷に対する抵抗性を有する強化カバーガラスが得られる。
【００１７】
図１Ｂにおいて、保護コーティング１０６は、均一で単一の硬度を有するように示されている。図１Ｃには、異なる硬度の２つの副層１０８、１１０を有する保護コーティング層１０６ａを備えた平板ガラス物品１００ａが示されている。内側副層１０８は、ガラス表面１０２に接触しており、外側副層１１０は、内側副層１０８に接触しており、この場合、外側副層１１０は内側副層１０８よりも高い硬度を有する。内側副層１０８の低硬度は、ガラス表面１０２に緩衝効果を提供し、外側副層１１０の高硬度は、硬質のもしくは鋭利な物体からの突入に抵抗する保護コーティング層１０６ａの外装に対してより耐久性のある層を提供する。保護コーティング層１０６ａは、ガラス表面１０２に最も近い副層が最も低い硬度を有し、ガラス表面１０２から最も遠い副層が最も高い硬度を有するという基本原則に基づいて、３つ以上の副層を有していてもよい
一実施形態において、内側副層１０８の保護コーティング材料は、外側副層１１０の保護コーティング材料と同じであり、内側と外側の副層１０８、１１０の硬度の違いを達成するために、示差的な硬化（すなわち、異なる条件下での硬化）が用いられる。保護コーティング層１０６ａを形成する実用的方法の１つは、内側副層１０８に対応する保護コーティング材料を第一厚さにおいてガラス表面上に被着させて、この第一厚さの保護コーティング材料をある一連の条件下において硬化させることである。次いで、当該第一厚さの保護コーティング材料の上に、外側副層１１０に対応する保護コーティング材料が第二厚さにおいて被着され得、別の一連の条件下において硬化され得る。ガラス表面上に保護コーティング層１０６ａの厚さ全体を被着させ、次いで、当該保護コーティング層の内側領域に影響を及ぼす第一硬化ならびに当該保護コーティング層の外側領域に影響を及ぼす第二硬化を適用することも可能であり得る。
【００１８】
別の実施形態において、内側および外側副層１０８、１１０の保護コーティング材料は異なり、かつ内側および外側副層１０８、１１０が硬化後に異なる硬度を有するように選択される。
【００１９】
概して、保護コーティング１０６、１０６ａは、有機コーティングまたは有機／無機ハイブリッドコーティングであり得る。一実施形態において、当該保護コーティング１０６、１０６ａは、ポリマーコーティングである。特定の一実施形態において、保護コーティング１０６、１０６ａはアクリルコーティングである。好適なアクリルコーティングの一例は、Ｍｉｃｈｅｌｍａｎ，Ｉｎｃ．（オハイオ州シンシナティオ所在）からコードＭＰ−４９８３Ｒ−ＰＬにおいて入手可能である。硬化もしくは乾燥ＭＰ−４９８３Ｒ−ＰＬアクリルコーティングは、アンモニアまたは高ｐＨ媒体に可溶である。当該ＭＰ４９８３Ｒ−ＰＬアクリルコーティングは、汚れ、摩耗、および他の要素に耐えるであろう薄くマイクロメートル範囲の半透明なコーティングを提供する。当該アクリルコーティングは、室温で乾燥して透明なフィルムを形成する。他のタイプのアクリルコーティングも使用することができる。
【００２０】
好ましくは、保護コーティング層１０６、１０６ａの形成において使用される保護コーティング材料は、ガラス表面に物理的に接触することなくガラス表面に適用することができるような液体形態もしくはゲル形態において提供することができる。好ましくは、保護コーティング層１０６、１０６ａは、非機械的手段、例えば、弱酸性もしくは弱塩基性溶液中への浸漬など、を使用して、ガラス表面を損傷することなく、ガラス表面から比較的容易に除去することができる。例えば、上記において言及したアクリルコーティングは、熱浴（例えば、およそ４００℃）において０．１ＮのＫＯＨ溶液（ｐＨ＝１２）を使用してガラスから除去することができる。好ましくは、保護コーティング層１０６、１０６ａは、平板ガラス物品１００、１００ａが貯蔵もしくは加工され得る温度および湿度条件において耐久性を有する。一実施形態において、保護コーティング層１０６、１０６ａは、２００℃までの温度および８５％までの相対湿度において耐久性を有する。
【００２１】
一実施形態において、平板ガラス物品１００、１００ａを提供する方法は、溶融ガラスからガラスリボンを形成する工程を伴う。当該ガラスリボンは、好ましくは、フュージョンダウンドロープロセスによって形成されるが、当該ガラスリボンは、フロートプロセスまたは、固体（もしくは硬質）物体をガラス表面に触れさせることなく溶融ガラスからガラス表面を作製することを可能にする別のプロセスによって形成してもよい。フュージョンダウンドロープロセスの基本的説明は、特許文献、例えば、米国特許第３，３３８，６９６号明細書（１９６７年８月２９日公開；Ｄｏｃｋｅｒｔｙ）および米国特許第３，６８２，６０９号明細書（１９７２年８月８日公開；Ｄｏｃｋｅｒｔｙ）に見出すことができる。
【００２２】
図２Ａは、フュージョンドローシステム２０３においてフュージョンダウンドロープロセスによって製造されるガラスリボン２００を示している。フュージョンドローシステム２０３の、説明に関連する部分のみが示されている。溶融ガラス２０１は、フュージョンアイソパイプ２０４の堰２０２に供給される。当該供給は、溶融ガラス２０１が堰２０２の上部からオーバーフローするように連続して行われる。オーバーフローした溶融ガラス２０１は、合流するフュージョンアイソパイプ２０４の側壁２１０、２１２へと対向して流れ落ちる２つの別々の流れ２０６、２０８へと分割される。分割された流れ２０６、２０８は、フュージョンアイソパイプ２０４の根元２１６において単一の流れ２１４へと合流する。この単一の流れは、熱的に傾斜されたチャネル２１８（すなわち、矢印２１９によって示される方向に温度が低下するような異なる熱的ゾーンを有するチャネル）へと下方に引き込まれて、ガラスリボン２００を形成する。チャネル２１８の端部におけるエッジガイド装置２２０、例えばローラーなど、が、チャネル２１８を通るガラスリボン２００の移動を誘導する。
【００２３】
当該フュージョンダウンドロープロセスにおいて、フュージョンアイソパイプ２０４の側壁２１０、２１２に接していた、分割された流れ２０６、２０８の内側表面は、最終的にガラスリボン２００の内部になり、その一方で、フュージョンアイソパイプ２０４の側壁２１０、２１２に接していなかった分割された流れ２０６、２０８の外側表面は、最終的にガラスリボン２００の外部となる。これらの外部ガラス表面は、ガラスリボン２００の前面および背面となり、初期のままの火仕上げ品質であるガラスリボン２００の使用可能なエリアを含有している。
【００２４】
使用可能なエリアによって意味されるものを例示するために、ガラスリボン２００の表面が図２Ｂに示されている。ガラスリボン２００は、側部マージン２２２、２２４を有すると考えられ得る。当該側部マージン２２２、２２４内のエリアは、ガラスリボン２００が製造される際、エッジガイド装置２２０およびチャネル２１８の端部に位置された他の物体に接触し得るため、使用に適さないと考えられる。側部マージン２２２、２２４の間のガラスリボン２００のエリア２３０、すなわち点線２２６、２２８の間の領域、は、使用可能なエリアである。側部マージン２２２、２２４内の使用に適さない表面エリアの合計幅は、典型的には、使用可能なエリア２３０の幅と比べて非常に小さいであろう。例えば、側部マージン２２２、２２４内における使用に適さない表面領域の合計幅は、ガラスリボン２００の総幅の１０％を超え得ず、使用可能なエリア２３０は、ガラスリボン２００の総幅の９０％以上である。概して、ハイスループットを達成しかつ材料浪費を減らすために、使用可能なエリア２３０の幅を最大化することが望ましい。使用可能なエリア２３０は、固体（もしくは硬質）物体によって触れられないままである限り、当該使用可能なエリア２３０はバージン表面エリアであろう。当該使用可能なエリア２３０から誘導されるガラスシートは、バージンガラス表面を有するであろう。
【００２５】
例示目的のために、図３は、溶融ガラスからガラスリボン２００が形成される際にガラスリボン２００の前面に形成された保護コーティング層３００を示している。保護コーティング層は、同様な方法においてガラスリボン２００の背面にも形成することができるであろう。ガラスリボン２００は連続的に形成されるので、いつでも、ガラスリボン２００の前面は、保護コーティング層３００が形成されていないむき出しの領域、例えば領域３０２、と、保護コーティング層３００が形成されているコーティング済みの領域、例えば領域３０４、とを有するであろう。保護コーティング層３００は、コーティング済み領域３０４における使用可能なエリアを保護して、取り扱いまたは処理の結果として使用可能な領域に表面傷を生じることなく当該コーティング済み領域３０４を取り扱いまたは処理することを可能にする。
【００２６】
ガラスシートは、ガラスリボン２００が製造される際にガラスリボン２００のコーティング済み領域３０４から分離（または切断）することができる。コーティング済み領域３０４における使用可能なエリアは保護コーティング層３００で保護されているため、ガラスリボン２００からガラスシートを分離する際に使用されるプロセスは、必ずしも当該使用可能なエリアとの物理的接触を伴わない方法に限定されるわけではない。分離は、例えば、機械的な方法またはレーザーによる方法などによって達成することができる。ガラスリボン２００のコーティング済み領域３０４から分離されたガラスシートは、ガラスリボン２００の初期のままの使用可能なエリアから引き継いだガラス表面を有するであろう。この初期のままのガラス表面は、バージンガラス表面と呼ばれる。分離された各ガラスシートは、保護コーティング層によって覆われた少なくとも１つのバージンガラス表面を有しており、当該保護コーティング層は、ガラスリボン２００のコーティング済み領域３０４における保護コーティング層３００に由来する。当該保護コーティング層は、それが覆っているバージンガラス表面の初期のままの状態を維持するであろう。
【００２７】
代替の実施形態において、ガラスリボン２００が溶融ガラスから形成される際に、保護コーティング層はガラスリボン２００上に形成されない。代わりに、ガラスシートは、好ましくは、ガラスリボン２００の使用可能なエリアに固体（または硬質）物体を触れさせる工程を伴わない分離方法、例えば、レーザー分離など、を使用して、ガラスリボン２００から分離（または切断）される。次いで、ガラスシートの表面を覆うように、ガラスシートの表面上に保護コーティング層が形成される。各ガラスシートは、それぞれ１つまたは２つの保護層で覆われた１つまたは２つのガラス表面を有し得る。保護コーティング層によって覆われたガラスシートの表面が初期のままであるように、好ましくは、保護コーティング層を適用する前のガラスシートの表面との固体（または硬質）接触は避けられる。
【００２８】
上記において説明されるようなカバーガラスを作製するための平板ガラス物品は、保護コーティング層で覆われたバージンガラス表面を有するガラスシートから調製することができる。平板ガラス物品の調製は、保護されたガラスシートからガラスの小片を分離（または切断）する工程、カバーガラスにおける所望の輪郭に適合するようにガラスシートの外側端部を輪郭形成する工程、ガラス小片の任意の粗端部を機械加工する工程、ならびに任意選択により穴またはスロットまたはノッチなどの特徴をガラス小片に形成する工程を伴い得る。完成したガラス小片は、カバーガラスを形成するためにイオン交換によって化学的に強化されている平板ガラス物品となるであろう。
【００２９】
保護コーティング材料は、フュージョンドローシステム２０３の底部付近において、例えば、ガラスリボン２００が取り扱いまたは分離などの処理を施されるであろう領域もしくは領域付近などにおいて、ガラスリボン２００の表面上に簡便に適用され得る。ガラスリボン２００の温度は、この領域において１５０℃〜４００℃の範囲であり得る。この高温は、ガラス表面への保護コーティング材料の接着を促進し得る。当該保護コーティング材料は、様々な方法を用いてガラスリボンの表面上に適用することができる。米国特許第７，５１４，１４９号明細書（Ｂｏｃｋｏら、２００９年４月７日）では、例示的コーティング方法が開示されている。当該コーティング方法の１つは、トラフ供給システムを使用して、溶融成形されたガラス表面にコーティング材料を供給する工程を伴う。別のコーティング方法は、オーバーフロー供給システムを使用して、溶融成形されたガラス表面にコーティング材料を供給する工程を伴う。別のコーティング方法は、溶融成形されたガラス表面にコーティング材料をスプレーする工程を伴う。
【００３０】
図４Ａは、フュージョンドローシステム２０３の底部付近においてガラスリボン２００の表面上に保護コーティング３００を形成するためのスプレーコーティングプロセスを示している。ノズル４００は、ガラスリボン２００の表面に対して対向するように配置されている。ノズル４００は、スプレーコーティング溶液を収容しているリザーバー４０２に接続されており、当該溶液は、前に説明した保護コーティング材料のいずれかと安定な溶液のために必要な任意の賦形剤とを使用して調製され得る。ノズル４００は、加圧ガスの供給源４０４にも接続され得る。当該スプレーコーティング溶液は、リザーバー４０２からノズル４００へと供給される。当該スプレーコーティング溶液がノズル４００に供給されるのと同時に、加圧ガスも加圧ガス供給源４０４からノズル４００へと供給され得る。スプレーコーティング溶および加圧ガスが、同時にノズル４００に供給される場合、加圧ガスは、スプレーコーティング溶液を霧化するであろう。したがって、ノズル４００は、霧化されたまたは霧化されていないスプレーコーティング溶液において保護コーティング材料をガラス表面に供給し得る。
【００３１】
ノズル４００は、所望の被着速度において保護コーティング材料をガラスリボン２００の表面上にスプレーするように制御される。ガラス表面上にスプレーされた保護コーティング材料は、周囲環境に晒されることによってまたは熱ガラス表面に接触することによって硬化し得る。あるいは、保護コーティング材料の性質に応じて、ガラス表面上の保護コーティング材料を硬化させるエネルギーを供給するために、硬化供給源４０６が、ガラス表面に対向するように設置され得る。硬化供給源４０６は、温熱を提供する熱的供給源または紫外線などの放射線を提供する電磁放射線源であり得る。
【００３２】
図４Ａは、ガラスリボン２００の両面に保護コーティング材料を適用するために、ノズル４００および硬化供給源４０６がガラスリボン２００の両側に備えられ得ることを示している。ノズル４００は、１種または複数種の保護コーティング材料をガラスリボン表面上に被着させることにより、１つまたは複数の保護コーティング副層を有する保護コーティングを形成するように配置および構成され得る。
【００３３】
ノズル４００は、ガラス表面の幅全体を保護コーティング材料で覆うことができるように、スプレーする際にガラス表面の幅にわたって平行移動され得る。これは、ノズル４００をロボットアームに取り付ける工程およびガラス表面の幅にわたって当該ロボットアームを平行移動させる工程を伴い得る。当該ロボットアームは、スプレーの際に当該ガラス表面の幅にわたって左右に移動するであろう。あるいは、図４Ｂに示されているように、ノズル４００は、直線状滑動部４１０の移動キャリッジ４０８に取り付けてもよく、この場合、当該直線状滑動部４１０は、ガラス表面に対向するように設置され、ならびにガラス表面の幅にわたって延びている。それにより、ノズル４００を、直線状滑動部４１０上の移動キャリッジ４０８の動作によってガラス表面の幅にわたって左右に平行移動させることができる。ノズル４００の平行移動軸４１２は、ガラス表面の移動方向２１９に対して傾斜し得る。当該傾斜角α、移動キャリッジの速度（Ｖｃ）、およびガラスの速度（Ｖｇ）は、ガラス表面の幅にわたってのノズルの各経路に対してスプレーがガラス表面の幅にわたって実質的に直線状のエリアを覆うように、すなわちｓｉｎ（α）＝Ｖｇ／Ｖｃであるように選択され得る。最終的な保護コーティング層に抜けが存在しないように、ガラス表面上のコーティングされたエリアの間はいくらか重なり合わせられ得る。
【００３４】
一実施形態において、当該方法は、溶融ガラスからガラスリボン２００が形成された場所または位置とは異なる場所または位置において、保護コーティング層で覆われたバージンガラス表面を有するガラスシートに強化処理を施す工程を含む。この実施形態では、ガラスシートに強化処理を施す直前に、保護コーティング層が当該ガラスシートの表面から除去される。当該保護コーティング層は、ガラスシートより保護コーティング層を優先的に溶解またはエッチングすることができる弱酸性もしくは弱塩基性の液体またはゲル媒体、例えば、ＫＯＨ溶液もしくはＫＮＯ３溶液など、にガラスシートを浸漬することによって、あるいは、保護コーティングを優先的に分解することができる放射線にガラスシートを曝露させることによって除去され得る。保護コーティング層をガラスシートから除去した直後に、当該ガラスシートは、イオン交換処理を施される。
【００３５】
当該イオン交換処理は、アルカリもしくはアルカリ土類金属イオンを含有する溶融塩の浴において行われる。ガラスシートが当該溶融塩中に部分的にもしくは完全に浸漬され、ガラスシート中のより小さいアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンが、溶融塩中のより大きなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンと交換される。イオン交換は、ガラスシートの表面を通して生じる。所定の部分的もしくは完全浸漬時間後、ガラスシートが溶融塩から取り出され、冷却される。当該イオン交換されたガラスシートは、元々はより小さいアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンで占められていた部位に、より大きなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンを有しており、これが、ガラスシートの表面付近に圧縮応力領域を作り出し、ガラスシートの内側に引張応力領域を作り出す。ガラスシートの表面付近の圧縮応力領域の正味の効果は、イオン交換されたガラスを元の状態よりも丈夫にすることである。一般的に、イオン交換の深さ、すなわち、ガラス中に入り込んだイオンの侵入深さ、が増加するに伴って、ガラスの強度は増加する。典型的には、イオン交換深さは、数マイクロメートルから十分の数ミリメートルの範囲であり、ガラス組成および部分的もしくは完全浸漬時間に応じて変わる。
【００３６】
ガラスシートの基本組成は、概して、ガラスシートの目的の使用方法に応じて変わるであろう。ガラスシートが、上記において説明されるようなイオン交換によって化学的に強化される場合、ガラスシートの基本組成は、イオン交換可能な組成であるべきである。「基本組成」なる用語は、イオン交換前のガラスシートの組成を意味する。イオン交換可能なガラスは、より大きなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンと交換することができる小さなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンの存在によって特徴付けられる。上記において既に説明したように、より大きなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンは、イオン交換処理の際にガラスシートが部分的もしくは完全に浸漬される媒体に由来する。典型的には、イオン交換可能なガラスは、アルカリアミノケイ酸ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸ガラスである。イオン交換可能なガラスの具体例は、米国特許第７，６６６，５１１号明細書（Ｅｌｌｉｓｏｎら、２００８年１１月２０日）、同第４，４８３，７００号明細書（Ｆｏｒｋｅｒ，Ｊｒら；１９８４年１１月２０日）、および米国特許第５，６７４，７９０号明細書（Ａｒａｕｊｏ；１９９７年１０月７日）；米国特許出願第１２／２７７，５７３号明細書（Ｄｅｊｎｅｋａら；２００８年１１月２５日）、同第１２／３９２，５７７号明細書（Ｇｏｍｅｚら；２００９年２月２５日）、同第１２／８５６，８４０号明細書（Ｄｅｊｎｅｋａら；２０１０年８月１０日）、同第１２／８５８，４９０号明細書（Ｂａｒｅｆｏｏｔら；２０１０年８月１８日）、および同第１３／３０５，２７１号明細書（Ｂｏｏｋｂｉｎｄｅｒら；２０１０年１１月２８日）；ならびに米国特許仮出願第６１／５０３，７３４号明細書（Ｄｅｊｎｅｋａら；２０１１年７月１日）において開示されている。
【００３７】
一実施形態において、ガラスシートから保護コーティングを除去するために使用されるのと同じ媒体が、イオン交換によってガラスシートを化学的に強化するために使用される。すなわち、コーティング除去およびイオン交換処理が、同じ浴において行われる。ガラスシートは、ガラスシートからの保護コーティングの除去を促進するであろう条件下において、浴内の媒体に部分的にもしくは完全に浸漬される。次いで、当該条件は、イオン交換を促進するように調節される。例えば、浴の温度は、媒体とガラスシートとの間のイオン交換を促進するであろう範囲に調節することができ、あるいは媒体の濃度が調節され得る。コーティング除去およびイオン交換処理を同じ浴において実施することは、保護コーティングの除去の終了からガラスシートの強化の開始までの期間におけるガラスシートへの物理的（固体または硬質）接触を避ける効果を有し得る。この実施形態の場合、当該媒体は、ガラスシート中の比較的小さなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンと交換することができる比較的大きなアルカリもしくはアルカリ土類金属イオンを含有する塩であり得る。典型的には、当該媒体は、液体形態もしくは溶融形態において使用されるであろう。
【実施例】
【００３８】
実施例１−いくつかのガラス試料の強度を、リングオンリング（ＲｏＲ）試験を用いて評価した。第一の一連のガラス試料に対しては、保護コーティング層がガラス試料の各バージンガラス表面に適用される。第二の一連のガラス試料は、保護コーティング層を有する表面を有さない。ＲｏＲ試験は、それぞれのガラス試料を、荷重リングと応答リングとの間に位置し、荷重リングを通じてガラス試料に直線的に増加する荷重を適用する工程を含んでいた。当該荷重は、ガラス試料が破損するまで適用した。図５は、評価したガラス試料における荷重に対する破壊確率を示すグラフである。各データ点は、ガラス試料を表している。直線５００は、保護コーティングを有する第一の一連のガラス試料に対応するデータ点による最適近似を表している。直線５０２は、保護コーティングを有さない第二の一連のガラス試料に対応するデータ点による最適近似を表している。当該グラフは、保護コーティングを有する第一の一連のガラス試料が、保護コーティングを有さない第二の一連のガラス試料よりも、破壊までにはるかに大きな荷重を加えることができることを示している。
【００３９】
実施例２−同じ条件下においてイオン交換処理を施されたガラス試料の強度をＲｏＲ試験を用いて評価した。６つのガラス試料Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を評価した。ガラス試料Ｂ１、Ｃ１のそれぞれは０．６ｍｍの厚さを有していた。ガラス試料Ｂ２、Ｃ２のそれぞれは１．０ｍｍの厚さを有していた。ガラス試料Ｂ３、Ｃ３のそれぞれは１．３ｍｍの厚さを有していた。保護コーティング層を、ガラス試料Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１の各バージンガラス表面に適用し、ガラス試料にイオン交換処理を施す直前に除去した。ガラス試料Ｃ２、Ｃ３のそれぞれは、いかなる保護コーティング層もコーティングしなかった。代わりに、ガラス試料Ｃ２、Ｃ３を作製してからそれらにイオン交換処理を施すまでの間、保護のためにそれらの紙で包んだ。当該ガラス試料を、イオン交換処理を施す前に輸送および取り扱いを行った。ガラス試料Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３は、第一ガラス組成で作製されており、ガラス試料Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３は、第一ガラス組成とは異なる第二ガラス組成で作製されていた。ガラス組成の正確な性質は、ＲｏＲ試験の結果の検討には重要ではない。図６は、評価した各ガラス試料の破損荷重を示している。図６は、保護コーティング層が追加的な表面保護を提供していたことを示している。
【００４０】
限られた数の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本開示の利益を享受する当業者は、本明細書において開示されるような本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態を考案することができることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００４１】
１００，１００ａ  平板ガラス物品
１０１  輪郭
１０２  ガラス表面
１０４  外側表面
１０６，１０６ａ  保護コーティング層
１０８，１１０  副層
２００  ガラスリボン
２０１  溶融ガラス
２０２  堰
２０３  フュージョンドローシステム
２０４  フュージョンアイソパイプ
２０６，２０８  流れ
２１０，２１２  側壁
２１４  単一の流れ
２１６  根元
２１８  チャネル
２１９  矢印
２２０  エッジガイド装置
２２２，２２４  側部マージン
２２６，２２８  点線
２３０  使用可能なエリア
３００  保護コーティング層
３０２  むき出し領域
３０４  コーティング済み領域
４００  ノズル
４０２  リザーバー
４０４  加圧ガスの供給源
４０６  硬化供給源
４０８  キャリッジ
４１０  滑動部
４１２  平行移動軸
５００，５０２  最適近似
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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