(57)【要約】ガラスシート成形の前駆体として、ロール・トゥ・ロールのガラススート堆積プロセスを使用して、スート層が堆積用表面上に形成される。スート層分離機器が、ガス流をスート層の自由表面の少なくとも一部に接触させるよう構成される。衝突するガス流が、スート層／堆積用表面の接触面での局所的な熱膨張応力に影響を与え、これによりスート層が堆積用表面から分離する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材からガラススート層を分離させる方法において、
基材上に、該基材と物理的に直接接触している第１主表面と、該第１主表面の反対側の第２主表面とを有するガラススート層を形成するステップ、および、
前記第２主表面の少なくとも一部に、前記第１主表面の対応する部分を前記基材から分離させるために、ガス流を接触させるステップ、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記接触させるステップが、前記ガラススート層の１以上のエッジ領域に、局所的に前記接触させるものを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガス流の前記ガラススート層上での、垂直入射に対する衝突角度が、４５°未満であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
ガラスシートを製造する装置であって、
ガラススート粒子を供給するスート供給機器、
堆積用表面を備えたスート受け機器であって、該堆積用表面の上に前記ガラススート粒子を堆積させてガラススート層を形成することができるスート受け機器、および、
前記ガラススート層を前記堆積用表面から分離させるために、該ガラススート層の自由表面上にガス流を向けるスート層分離機器、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項５】
前記スート層分離機器が、垂直入射に対して４５°未満の衝突角で前記ガラススート層に当たるガス流を提供するよう構成されていることを特徴とする請求項４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、２０１０年３月２９日に出願された米国特許出願第１２／７４８，４７９号の利益を主張するものである。本文献の内容と、本書において言及される刊行物、特許、および特許文献の全開示が、参照することにより組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般にガラススートシートに関し、より具体的には、シリカガラススートシートのようなガラススートシートを基材から分離させる、取外し方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラスシート材料は種々様々な方法を用いて成形することができる。例えば、フロートガラスプロセスにおいては、溶融ガラスを溶融金属のベッド上に浮かせることによって固体ガラスのシートを作製する。このプロセスを用いると、均一な厚さと非常に平坦な表面とを有するガラスシートを成形することができる。しかし、フロートガラスプロセスは、ガラス溶融物と溶融金属との間での直接の接触を必然的に含むものであり、これがその接触面での望ましくない汚染や、決して清浄とは言えない表面品質に繋がることがある。清浄な表面特性を両主表面に有する高品質のフロートガラスシートを製造するために、フロートガラスは典型的には表面研磨ステップに供され、これが追加費用を生じさせることになる。さらに、フロートプロセスは、巻取り可能な極薄のガラスシートを作製するために使用されたことはないと考えられる。
【０００４】
ガラスシート材料を成形するさらなる方法は、フュージョンドロープロセスである。このプロセスでは、溶融ガラスが「アイソパイプ」と呼ばれるトラフ内に供給され、溶融ガラスがその両面を超えて均等に流れるまでアイソパイプに過剰に充填される。その後、溶融ガラスはトラフの下部で再結合し、すなわち融合し、そこで溶融ガラスが延伸されて連続した平坦なガラスシートが成形される。成形プロセスの間、ガラスシートの両主表面はいかなる支持材料とも直接接触しないため、両主表面において高い表面品質が得られる。
【０００５】
フュージョンドロープロセスの動的性質のため、フュージョンドロー処理に適したガラス組成物の数は、溶融相の状態で必須の特性（例えば、液相粘度、歪点など）を保有しているものに限定される。さらに、フュージョンドロー法によって比較的薄いガラスシートを作製することは可能であるが、このプロセスを用いて巻取り可能な極薄の高シリカガラスシートを成形することはできない。最後に、フュージョンドロープロセスで使用される装置は高価になり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フロートプロセスおよびフュージョンドロープロセスの、極薄のガラスシート材料に対する限界に加え、これら両プロセスは、シリカの軟化点（〜１６００℃）が高温であることから高シリカガラスシート用のシート成形方法としてはかなり非現実的である。むしろシリカガラス基板は、典型的には、バッチ式の火炎加水分解炉において生成されたシリカインゴットを、切断、研削、および研磨することによって生成される。このバッチ式手法は、極めて高価でありかつ無駄が多い。実際に、均一で薄い柔軟なシリカガラスシートを、火炎加水分解を用いて生成するためには、スライスおよび研磨が必須のものとして要求され、これによりプロセスは極めて高価なものとなる。既知の方法を使用した場合に、１５０μｍ未満の厚さを有する高シリカガラスシートの両面を成形かつ研磨することは、現時点では実現不可能であると出願者は考えている。
【０００７】
前述したことを考慮した上で、高い表面品質を有するとともに、経済的で、均一、極薄、柔軟、かつ巻取り可能なガラスシートが非常に望ましい。このガラスシートは、１以上の、層、成分、または相を含むものでもよい。こういったガラスシートは、例えば、フォトマスク基板やＬＣＤイメージマスク基板などに使用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ガラスシートを成形する１つの方法は、ガラススートの堆積・焼結プロセスを含む。種々の実施形態によれば、ガラススート層を基材上に形成し、これを基材から分離させてガラススートシートを形成することができ、このガラススートシートを焼結して焼結ガラスシートを形成してもよい。このような堆積および焼結手法を用いて作製された高シリカガラスシートは、１５０μｍ以下の平均厚さを有しかつその２つの対向する主表面の少なくとも一方の平均表面粗さが１ｎｍ以下であるものとなり得る。
【０００９】
一実施の形態において、ガラススート層は、基材と物理的に直接接触している第１主表面と、第１主表面の反対側の第２主表面とを有するように、基材上に形成される。ガラススート層を基材から分離させる１つの方法によれば、ガラススート層の第２主表面の少なくとも一部に、第１主表面の対応する部分が基材から分離するのを誘導するために、ガス流を接触させる。
【００１０】
本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかになるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、さらに添付の図面を含め、本書において説明されたように本発明を実施することにより認識されるであろう。
【００１１】
前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の実施形態を示していること、さらに、請求される本発明の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供するよう意図されていることを理解されたい。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、また本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は本発明の種々の実施形態を示し、そしてその記述とともに、本発明の原理および動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】極薄のガラスシートを成形するための装置を示した概略図
【図２】一実施の形態によるスート層分離機器の構造の例を示した図
【図３Ａ】種々の実施形態によるガス流の形態の例を示した図
【図３Ｂ】種々の実施形態によるガス流の形態の例を示した図
【図３Ｃ】種々の実施形態によるガス流の形態の例を示した図
【図３Ｄ】種々の実施形態によるガス流の形態の例を示した図
【図４】スート層分離機器を使用していないときの、ガラススートシートに対する熱画像データを示した図
【図５】スート層分離機器を使用したときの、ガラススートシートに対する熱画像データを示した図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ガラスシートを成形するための一例の装置を図１に概略的に示す。装置１００は、スート供給機器１１０、スート受け機器１２０、スート層分離機器１６０、スートシート誘導機器１３０、およびスートシート焼結機器１４０を備えている。
【００１４】
スート供給機器１１０で形成されたガラススート粒子は、スート受け機器１２０の堆積用表面１２２上に堆積される。スート受け機器１２０は、回転可能なドラムまたはベルトの形を成したものであり、連続的な堆積用表面１２２を含んでもよい。堆積されたスート粒子１５０は、堆積用表面１２２上でスート層１５２を形成する。スート層１５２が形成されると、これを独立した連続的なスートシート１５４として堆積用表面１２２から分離させることができる。スート層１５２を堆積用表面１２２から分離させる動作を、スート層分離機器１６０を用いて助けてもよい。スートシート１５４がスート受け機器１２０から分離された後、スートシート１５４がスートシート焼結機器１４０を通過する動きをスートシート誘導機器１３０で誘導してもよく、さらにスートシート焼結機器１４０がスートシート１５４を焼結および強化して極薄のガラスシート１５６が成形される。
【００１５】
極薄のガラスシートを成形するプロセスは、複数のガラススート粒子を提供するステップ、ガラススート粒子をスート受け機器の堆積用表面上に堆積させてスート層を形成するステップ、スート層をスート受け表面から分離させてスートシートを形成するステップ、およびスートシートを焼結してガラスシートを成形するステップを含む。さらなる態様のプロセスおよび装置を、ここで以下に詳細に開示する。
【００１６】
ガラススート粒子は様々な機器を使用して形成することができるが、例としてスート供給機器１１０は、外付け蒸着（ＯＶＤ）法、気相軸付け（ＶＡＤ）法、および平面堆積法で使用されるような、１以上の火炎加水分解バーナを含んでもよい。適切なバーナ構造は、米国特許第６，６０６，８８３号明細書、同第５，９２２，１００号明細書、同第６，８３７，０７６号明細書、同第６，７４３，０１１号明細書、および同第６，７３６，６３３号明細書で開示されており、その内容全体が参照することにより本書に組み込まれる。
【００１７】
スート供給機器１１０は、１つのバーナを含むものでもよいし、あるいは多数のバーナを含むものでもよい。一例のバーナは、長さｌおよび幅ｗの出力面を有する。出力面はＭ行およびＮ列のガスオリフィスを含み、ここでＭおよびＮは、夫々独立して１から２０以上までの範囲の値を取り得る。一実施の形態において、各オリフィスは直径０．０７６ｃｍの孔を有する。これらのオリフィスを、オリフィス間の間隔幅が０．０７６ｃｍである四角形のアレイとして配列してもよい。出力面の長さｌは約２．５から３０．５ｃｍ以上までの範囲のものでもよく、かつその幅は０．１から７．５ｃｍまでの範囲としてもよい。随意的に、アレイの長さおよび幅に亘り実質上連続的なスート粒子の流れを生成することができるような１つのバーナアレイへと、多数のバーナを構成してもよい。
【００１８】
バーナアレイは、例えば、時間的および空間的に均一なガラススートの層を形成かつ堆積するよう構成された、複数の個々のバーナ（例えば、端から端まで置かれたもの）を含んでもよい。すなわち、スート供給機器１１０を使用して、実質上均質な化学組成と実質上均一な厚さとを有する、スート層１５２を形成することができる。「均一な組成」および「均一な厚さ」とは、所与のエリアに亘る組成変動および厚さ変動が、その平均組成または平均厚さの２０％以下であるということを意味する。特定の実施形態において、スートシートの組成変動および厚さ変動の一方または両方は、スートシートに亘る夫々の平均値の１０％以下となり得る。
【００１９】
一例のバーナは、９列のガスオリフィスを含む。使用中、一実施の形態によれば、中心線の列（例えば、列５）はシリカガス前駆体／キャリアガスの混合気体を提供する。そのすぐ隣接する列（例えば、列４および６）は、シリカガス前駆体の化学量論的制御のために酸素ガスを提供する。中心線の両側の、次の２列（例えば、列２、３、７、および８）はさらに酸素を提供し、その流量を使用して化学量論およびスート密度を制御してもよく、また点火炎用の酸化剤を提供することができる。オリフィスの最も外側の列（例えば、列１および９）は、例えばＣＨ4／Ｏ2またはＨ2／Ｏ2などの、点火炎用の混合ガスを提供してもよい。９列の線形バーナに対する一例のガス流量範囲を表１に開示する。
【００２０】
表１．９列の線形バーナに対するガス流量の例
【表１】
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【００２１】
スート供給機器は、スート粒子の形成および堆積時に静止したままとしてもよいし、あるいは代わりにスート供給機器を堆積用表面に対して動かして（例えば、振り子のように振らせて）もよい。バーナの出力面から堆積用表面までの距離は、約２０ｍｍから１００ｍｍまでの範囲（例えば、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、または１００ｍｍ）としてもよい。
【００２２】
スート供給機器の運転は、典型的には、ガラススート粒子を形成するための、前駆化学物質（例えば、ガス状化合物）間の化学反応を含む。随意的に、プラズマまたは補助的な加熱機器などの、補助的なエネルギー源を用いて化学反応をさらに助けてもよい。
【００２３】
例えば、シリコン含有前駆体化合物を用いて、シリカスート粒子を含むスートシートを形成することができ、これを焼結してシリカガラスシートを成形することができる。一例のシリカガス前駆体はオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）である。ＯＭＣＴＳを、Ｈ2、Ｏ2、ＣＨ4、または他の燃料とともに、バーナまたはバーナアレイ内に導入してもよく、ここでこれが酸化および加水分解されてシリカスート粒子が生成される。ガラスシートを成形するプロセスは、典型的には高シリカガラスシートの成形を含むが、このプロセスおよび装置を用いて他のガラスシート材料も同様に成形することができる。
【００２４】
生成されたままの状態のとき、あるいは堆積されたままの状態のとき、スート粒子は本質的に単一の相（例えば、単一の酸化物）から成るものでもよく、例えばドープされていない高純度シリカガラスの例などが挙げられる。例えば、多相の高シリカガラスシートは、酸化チタン前駆体または酸化リン前駆体をＯＭＣＴＳのガスの流れの中に取り込むことにより作製することができる。酸化チタン前駆体および酸化リン前駆体の例として、リンのハロゲン化物およびチタン（ＩＶ）イソプロポキシドなどの、種々の可溶性金属塩および金属アルコキシドが挙げられる。
【００２５】
火炎加水分解バーナの例において、ドーピングは、火炎加水分解プロセス中にドーパント前駆体を火炎中に導入することによってその場で行ってもよい。例えばプラズマ加熱されるスート噴霧器の場合などのさらなる例においては、スート供給機器から噴霧されるスート粒子をプレドープしてもよいし、あるいは、スート粒子がプラズマ中でドープされるように、噴霧されたスート粒子をドーパント含有プラズマ雰囲気に曝してもよい。さらなる例においては、スートシートの焼結前あるいは焼結中に、ドーパントをスートシート内に取り込んでもよい。ドーパントの例としては、元素周期表の族ＩＡ、ＩＢ、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＡ、ＩＶＢ、ＶＡ、ＶＢ、および希土類元素系からの元素が挙げられる。
【００２６】
スート粒子は、本質的に均質な組成、サイズ、および／または形状を有するものでもよい。あるいは、スート粒子の組成、サイズ、および形状のうち、１以上は変化していてもよい。例えば、ガラスの主成分のスート粒子を第１スート供給機器から供給してもよく、一方ドーパントの組成のスート粒子を第２スート供給機器から供給してもよい。特定の実施形態においては、スート粒子を形成および堆積する動作の間に、スート粒子を混合および／または互いに接着させて、複合粒子を形成してもよい。スート粒子が実質上互いに接着しないようにして、堆積用表面上に堆積される前に、あるいは堆積されている間に、混合粒子を形成することも可能である。
【００２７】
図１をさらに参照すると、堆積用表面１２２はスート受け機器１２０の周囲部分を含む。また堆積用表面１２２は、耐火性材料から形成してもよい。一実施の形態において、堆積用表面１２２は、スート粒子１５０と堆積されたスート層１５２との両方に化学的および熱的に適合した、スート層を取り外すことが可能な材料から形成される。一例のスート受け機器１２０は、例えば、鋼、アルミニウム、または金属合金からなるコア材料上に形成された、耐火性材料（例えば、シリカ、炭化ケイ素、黒鉛、ジルコニアなど）のコーティングまたはクラッディングを含む。さらなるスート受け機器は、例えば石英などの適切な耐火性材料から本質的に構成された、単一部品を含むものでもよい。
【００２８】
スート受け機器１２０と、特に堆積用表面１２２は、様々な異なる手法で構成することが可能であり、また様々な形状および／または寸法を有するものとすることができる。例えば、堆積用表面の幅は約２ｃｍから２ｍまでの範囲とすることができるが、より小さい寸法も可能であるし、より大きい寸法も可能である。スート受け機器１２０の断面形状は、円形、長円形、楕円形、三角形、四角形、六角形などでもよく、またスート受け機器１２０の対応する断面寸法（例えば、直径または長さ）も変化させることができる。例えば、円形の断面を有するスート受け機器の直径は、約２ｃｍから５０ｃｍまでの範囲のものとすることができる。一例のスート受け機器１２０は、２５０ｍｍの内径、２６０ｍｍの外径、そして２４ｃｍ幅の堆積用表面を有している、石英円柱を含む。
【００２９】
円形または長円形の断面の例において、堆積用表面１２２は閉じた連続表面を有し得、一方楕円形、三角形、四角形、または六角形の断面の例においては、堆積用表面は区分された表面を有し得る。スート受け機器１２０のサイズおよび寸法を適切に選択することにより、連続的な、または半連続的な、スートシートを形成することができる。
【００３０】
堆積用表面１２２は、隆起した突出部または低い部分を含む突出部の形の、規則的または不規則なパターンを長さスケールの範囲に亘って含んでもよい。このパターンは、１以上の個別ファセットから表面のおおまかな荒削りにまで及び得る。堆積されるスート層は、堆積用表面のパターンに従い得る。スートの表面に形成されたパターンは、スートシートが堆積用表面から分離するとスートシートの堆積側表面内に保持され得、さらにこれが、得られるガラスシートの焼結表面内に保存されてエンボスガラスシートが得られる。この堆積用表面由来のエンボス加工の変形例では、スートシートの堆積側表面および自由表面の一方または両方に、堆積用表面から取り外された後の焼結前に、パターンを形成してもよい。例えば、出願者は、スートシートの表面に指紋（fingerprint）でパターンを形成したことがある。スートシートを焼結すると、指紋のパターンは得られるガラスシートに保持される。
【００３１】
特定の実施形態においては、スート受け機器１２０上にスート層１５２を形成するために、スート粒子１５０を堆積させる動作の際にスート受け機器１２０を回転させる。その回転は一方向のものでもよく、例えば時計回りでもよいし、あるいは反時計回りでもよい。一実施の形態による回転方向が、図１において矢印Ａで示されている。随意的に、スート堆積プロセス中にスート受け機器を前後に振らせてもよく、すなわち回転方向を間欠的に変えてもよい。スート受け機器１２０の堆積用表面１２２の直線速度は、０．１ｍｍ／ｓｅｃから１０ｍｍ／ｓｅｃの範囲（例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、３、４、５、または１０ｍｍ／ｓｅｃ）としてもよい。スケールアップさせたものでは、堆積用表面の直線速度を１ｍ／ｓｅｃ以上まで増加させることができると考えられている。
【００３２】
スート粒子１５０は、堆積用表面１２２上の一部（すなわち、堆積ゾーン内）のみに堆積される。さらに、この堆積されたスート層１５２がここから分離され、長さＬの独立した連続的または半連続的なスートシート１５４を形成することができる。図１に示されている、堆積された層１５２（および名目上のスートシート１５４）の幅はＷである。スート受け機器１２０の堆積用表面１２２の幅は、バーナの出力面の対応する長さより長くてもよいし、略等しくてもよく、あるいは短くてもよい。
【００３３】
特定の実施形態においては、スート層を堆積用表面上に連続的に形成し、かつ堆積用表面から連続的に分離させてもよい。スート層を形成している間、スート粒子は互いにかつ堆積用表面と、ある程度まで接合する。スート粒子が堆積されているときにスート粒子の平均温度が高くなればなるほど、スート粒子が互いに接合して密度が高くかつ機械的に強固なスートシートが形成される可能性が高くなる。しかしながら、堆積温度が高くなると、スート粒子と堆積用表面との間の接合も同様に促進され、これによりスートシートの解除が妨げられる可能性がある。堆積用表面に亘って実質上均一な温度を得るために、スート受け機器を内部から、または外部から、あるいは内部と外部の両方から、加熱または冷却してもよい。
【００３４】
スート粒子と堆積用表面との間の接合は、スート粒子が堆積される位置とスートシートを形成するためにスート層を解除する位置との間の温度勾配を制御することによって制御することができる。例えば、スート層と堆積用表面との熱膨張係数（ＣＴＥ）が十分に異なる場合には、温度勾配がもたらす応力によって解除は自然発生的に生じ得る。特定の実施形態においては、堆積用表面１２２の幅よりも狭い幅Ｗを有するスート層を形成することで、堆積されたスート層を堆積用表面からより容易に取り外すことができる。
【００３５】
スート層を堆積用表面から分離させる動作の際、分離されるスートシートの運動方向は、堆積用表面上の解除点に対して実質上接線方向となり得る。「実質上接線方向」とは、堆積用表面上の解除点に対するスートシートの運動方向が、解除点での堆積用表面の接線方向から約１０°未満（例えば、１０、５、２、または１°未満）逸れたものを意味する。実質上接線方向の解除角度を維持すると、解除点の位置でスートシートに加えられる応力を低減させることができる。
【００３６】
円形または長円形の断面を有しているスート受け機器において、堆積用表面の曲率はスート受け機器の断面直径の関数である。直径が増加すると、曲率半径が増加して、堆積されるスートシートの形状が平坦な平面状シートの形に近づくため、堆積されるスートにおける応力が減少する。
【００３７】
実施形態において、スートシートは、それ自体の質量を（すなわち、堆積用表面からの取外し、ハンドリング、および焼結の動作中に）破砕することなく支持するために、十分な機械的完全性を有している。スートシートの物理的および機械的特性に影響を与え得るプロセス変動値としては、とりわけ、スートシートの厚さおよび密度、堆積用表面の曲率、および形成時のスートシートの温度が挙げられる。
【００３８】
スートシート１５４は２つの主表面を有し、その一方のみがスート層１５２の形成時に堆積用表面１２２に接触する。すなわち、スートシートおよびこれから生成された焼結ガラスシートの２つの主表面は、「堆積側表面」と反対側の「自由表面」とで特徴付けられ、かつ識別することができる。
【００３９】
スート層を堆積用表面から分離させるために、スート層分離機器１６０を使用してもよい。スート層分離機器は、スート層の自由表面の少なくとも一部にガス流を接触させるよう構成されている。理論に縛られることを望むものではないが、ガス流を当てることで、スート層／堆積用表面の接触部分での局所的な熱膨張応力に影響を与え、ガス流が向けられているスート層の領域において、スート層をその下の堆積用表面からより容易に分離させることができると考えられる。
【００４０】
堆積用表面からスート層を強制的に離すためにスートの堆積側表面にガス噴射を向ける従来のエアナイフとは異なり、スート層分離機器は、堆積されたスート層の自由表面へとガス流を向けるものである。スートの堆積側表面に向けられるエアナイフは、堆積用表面から離れる前のスート層にはぶつかり得ないものであった。さらに、開示する方法とは対照的に、特に極薄いスートシートに対しては、ガス流がスートシートの堆積側表面に当たると、スートを引き裂いたり、あるいは破砕したりする可能性があった。
【００４１】
スート層分離機器は、１つのガス出力部を備えたものでもよいし、あるいは多数の出力部を備えたものでもよい。一例のスート層分離機器は管を備え、この管は、そこからガスの流れを供給するよう構成された開口端を有している。さらなる例のスート層分離機器は、ガスを通して流すことが可能な複数の開口を有するシャワーヘッドを備えている。
【００４２】
スート層分離機器の一例の構造を図２に示す。この図は、堆積用表面１２２と堆積されたスート層１５２とに近接して位置付けられた、スート層分離機器１６０の断面概略図を示したものである。スート層分離機器１６０は、ガスノズル１６４を有するガス導管１６２を含む。ガス導管は、任意の適切な寸法を有するステンレス鋼管のような管を含んでもよい。一例の管は、約０．１２５から１インチ（約０．３１７５から２．５４ｃｍ）の範囲の断面直径を有し得る。寸法例はインチの単位で示している。
【００４３】
図２に示した、ガス出口１６６を有するノズル１６４は、堆積用表面の法線に対して角度Фで配向される。ノズル１６４およびガス出口１６６は、スート上へのガス流の入射角が０°（すなわち、垂直入射）から９０°近くまでの範囲となるように配向することができる。入射角Фの例としては、０、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、および８０°±５°が挙げられる。
【００４４】
ガス流の面プロファイルは対称でもよいし、あるいは非対称でもよく、またスート層の中心領域または１以上のエッジ領域を任意に適切に組み合わせて、その位置にこの面プロファイルを向けてもよい。すなわちガス流が当たるのは、スート層の幅や長さに対し局所的でもよい。この局所的とは、ガス流がスート層のあるエリアに、他のエリアを除外して当たることを意味する。図３Ａ〜３Ｄは、例示的なガス流の分布プロファイルを示したものであり、スート層１５２およびスートシート１５４に対するガス流の衝突ゾーン１７０を示している。
【００４５】
図３Ａにおいて、ガス流はスート層の左エッジのみに向けられている。図示していないが、代わりにガス流をスート層の中心または右エッジに向けてもよいことは明らかであろう。
【００４６】
図３Ｂにおいて、ガス流はスート層の左エッジと中心領域の両方に向けられている。図示していない実施形態によれば、ガス流を、中心領域と右エッジに、左エッジと右エッジに、またはスート層の全幅に亘って同時に向けてもよい。
【００４７】
図３Ｃにおいて、ガス流はスート層の全幅に亘って向けられている。ただし図示の実施形態では、両エッジ位置でのガス流量は、中心領域でのガス流量よりも大きい。ガス流の衝突ゾーン１７０の点線は、中心領域での流量がより小さいことを示すために使用されたものである。
【００４８】
最後に、図３Ｄにおいては、パルスガス流がスート層の両エッジに向けられている。ガス流の衝突ゾーン１７０内の波形（〜）は、図３Ｄのエッジ位置での流量が可変であることを示すために使用されたものである。図３Ａ〜３Ｄに示したガス流分布によって提案されたように、スート層を堆積用表面から分離させるのを促進するために、ガス流量の種々の置換えや組合せを選択し得ることは明らかであろう。
【００４９】
適切なスート層分離機器のさらなる態様は、特定の機器の寸法、分離されるスート層に対するその配向または位置付け、およびガス流の組成および性質を含めて、当業者には容易に選択可能である。限定することを意図するものではないが、特定の特徴を本書において開示する。
【００５０】
ガス流は、時間的にまたは空間的に、連続的なものでもよいし、あるいは非連続的なものでもよい。例えば、一定の流量のガス流を、スート層の自由表面の一部分、例えばスート層のエッジ部分などに当ててもよい。一実施の形態において、スート層分離機器は、堆積ゾーンの下流の、堆積されたスート層のエリアにガス流を送るように構成される。さらなる例として、ガス流のガス流量は可変でもよく、例えばパルス流でもよい。ガス流の流量は、ニードル弁、浮子式流量計、または質量流量計などの適切なコントローラを用いて制御することができる。例示的な実施形態において、ガス流の流量を、０．１から１０ｍ／ｓｅｃの範囲としてもよい。
【００５１】
スートの表面に当てるガスは、単一ガス組成物でもよいし、あるいは混合気体でもよく、またヘリウム、窒素、酸素、アルゴン、フォーミングガス、一酸化炭素、および二酸化炭素などの、元素状ガスおよび／または化合物を含んでもよい。さらに、固体粒子または液体粒子をガス流内に取り込んで、ガス流が固体粒子および／または液体粒子のガス懸濁液を含むようにしてもよい（例えば、エアゾール）。ガス流がスートの自由表面上に当たることで、スートの温度が低下し、これが堆積用表面からのスート層の分離を促進し得ると考えられる。ガス流の温度は制御することが可能であり、ガス流がスートの表面に当たる前に、ガス流を加熱したり、あるいは冷却したりしてもよい。ガス流の温度の例は、０℃から２００℃までの範囲（例えば、０、１０、２０、５０、１００、１５０、または２００℃）である。
【００５２】
一連の実験の中で、サーマルイメージングカメラＦＬＩＲ Ｓ６５を使用して、堆積ゾーンおよびその下流の両方でガラススートの温度プロファイルを計測した。ソフトウエアパッケージThermaCAM Researcher Professional 2.8 SR-1を使用して、熱画像データを分析した。図４および５に示した熱画像データは、スート層を形成しかつ堆積用表面からスート層を分離している際の、装置と堆積されたスートとに関連する種々の等温領域を描いたものである。図４は、スート層分離機器を使用しなかった場合の熱画像データを示し、一方図５は、スート層分離機器を使用して、堆積されたスート層の自由表面の一部にガス流を向けた実施形態による熱画像データを示している。
【００５３】
図４および５においては、長方形状のスート供給機器１１０（例えば、９列のバーナ）が各像の最上部付近に位置している。スート供給機器１１０の背面の温度は約３００℃であり、その背景とともに最も明るく見えている。
【００５４】
図４および５の平面図において、スート受け機器１２０および対応する堆積用表面１２２は、スート供給機器１１０の背後のその下方に位置している。堆積ゾーンはスート供給機器１１０の下方に位置し、最も高温の部分に関連する。スート受け機器１２０の左エッジ１２０Ａおよび右エッジ１２０Ｂはスート供給機器１１０を超えて延び、一方付着しているスート層１５２と解除されたスートシート１５４は、各像のより下方へとスート供給機器１１０の下に延びた状態で示されている。
【００５５】
図４に対応する堆積条件（ガス流なし）の下では、スート層が堆積用表面に付着して、スートシートに壊滅的な裂けをもたらすことになった。この付着は堆積ゾーンの左エッジ１２０Ａ付近で特に認められた。図４を参照すると、シートの右側よりも左側の方が、４００℃〜１２００℃の範囲の温度を有しているスートのエリアが広いことが熱画像から明らかである。より高温の領域でスート層分離機器を採用することによって、付着がなくなり清浄なスートシートが生成された。
【００５６】
スートシートの温度プロファイルにガス流が寄与していることは、図４と図５の熱画像データを比較すると明らかである。各シートの左エッジと右エッジを参照し、８００℃から１２００℃の温度帯の範囲の温度を有する領域に亘る大きさを、矢印ＡおよびＢで示す。ガス流が当たると、ガス流が当たっている領域内のスートの温度を低下させ、これが堆積用表面からのスート層の分離を促進する。
【００５７】
スート層１５２およびスートシート１５４に亘る温度プロファイルを示す熱画像データに加え、左エッジ１２０Ａおよび右エッジ１２０Ｂ付近の点ＳＰ−ＡおよびＳＰ−Ｂの位置で局所的な温度計測を行った。これらの点ＳＰ−ＡおよびＳＰ−Ｂは、堆積ゾーンのわずかに下方に位置し、図４および５に十字の印（＋）で画定する。連続的な堆積運転に対する点ＳＰ−ＡおよびＳＰ−Ｂからの温度データを表２にまとめる。スート層分離機器を備えていないもの（図４）と、スート層分離機器がスート受け機器１２０の左エッジ１２０Ａに集中しているもの（図５）とに相当する堆積条件に対し、３組の温度データを示す。
【００５８】
表２．堆積中の左エッジ位置および右エッジ位置でのスート層温度
【表２】
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【００５９】
表２を参照して分かるように、スート層分離機器を使用して集中ガス流を左エッジ付近に向けると、スートシートの左エッジでの平均温度が１３７℃減少し、一方スートシートの右エッジでの平均温度は５３℃減少した。別の言い方をすれば、堆積用表面の左エッジと右エッジとの間の温度勾配が減少した。スート層分離機器を使用する前の左エッジと右エッジの平均温度の差は１５０℃であり、これに対しガス流を点ＳＰ−Ａ付近に集中させたときには６６℃のみとなった。
【００６０】
少なくとも９０モル％のシリカを含む一例のスートシートにおいて、スートシートの平均スート密度は約０．２から１．５ｇ／ｃｍ3までの範囲、例えば約０．４から０．７ｇ／ｃｍ3、または約０．８から１．２５ｇ／ｃｍ3でもよく、またスートシートの平均厚さは１０から６００μｍまでの範囲、例えば２０から２００μｍ、５０から１００μｍ、または３００から５００μｍでもよい。
【００６１】
特定の実施形態、特に連続的なスートシートおよび／または焼結ガラスシートの製造を含む実施形態においては、スートシート１５４が堆積用表面から解除された後に離れていくその連続的な動きを、スートシート誘導機器１３０を用いて助けてもよい。スートシート誘導機器１３０は、スートシートの動きを助けるとともにスートシートに機械的支持を提供するために、スートシート１５４の少なくとも一部と直接接触し得る。
【００６２】
スートシートの高い表面品質を維持するために、スートシート誘導機器１３０はスートシート１５４の一部分（例えば、エッジ部分）のみに接触し得る。具体的には、スートシート誘導機器はスートシートの対向する両エッジ部分に接触し、スートシートがスートシート焼結装置の焼結ゾーンに入る前に、スートシートを横切って引張応力を加えてもよい。
【００６３】
スートシート誘導機器は、このスートシートを横切る引張応力を、スートシートが焼結ゾーンを通過しているときにも維持することができる。例えば、焼結ゾーンは長さＬ´（すなわち、スートシートの長さＬの方向）を有するものとすることができるが、このときスートシート誘導機器は、焼結ゾーンの全長Ｌ´の全体の他、焼結ゾーンに入る前と焼結ゾーンから離れていく後の両方の、スートシートの幅Ｗに亘って引張力を加えることができる。
【００６４】
スートシート誘導機器を使用して、連続的なスートシートをスートシート焼結機器１４０の焼結／アニーリングゾーン内に送り込んでもよく、ここでスートシートの少なくとも一部が、加熱された部分を高密度ガラスに変質させるのに十分な温度でかつ十分な時間の間、加熱される。例えば、高純度シリカのスートシートを、約１０００℃から１９００℃までの範囲、例えば約１４００℃から１６００℃までの範囲の温度で焼結して、シリカガラスシート１５６を成形することができる。さらなる実施形態によれば、ガラススートシートは、その幅の少なくとも９０％に亘って（例えば、その全幅に亘って）加熱および焼結される。焼結温度および焼結時間は、中空部や気泡を本質的に含まない焼結ガラスシートを形成するように制御してもよい。ガラスシート誘導機器を使用して、ガラスシートが焼結ゾーンから出てきたときにガラスシートを誘導してもよい。
【００６５】
本書において焼結とは、ガラススート粒子が互いに付着するまでガラススート粒子をその溶融点未満に加熱するプロセス（固体焼結）を称する。アニーリングは、ガラスが形成された後にガラスを加熱および冷却して内部応力を解放するプロセスである。焼結およびアニーリングは、同一の装置または異なる装置を使用して、連続して実行することができる。
【００６６】
ガラスシート成形プロセスは、スートシートと得られるガラスシートとの両方の歪み（例えば、撓み）を最小にするよう制御することができる。歪みを最小にするための１つの手法は、スートシートを焼結中に実質上鉛直に配向するものである。実施形態によれば、鉛直の向きに対するスートシートの配向角度を１５°未満（例えば、１０または５°未満）としてもよい。
【００６７】
スートシートを焼結するためには、抵抗加熱機器や誘導加熱機器などの様々な異なるスートシート焼結機器を使用することができる。スートシートとガラスシートの両方の熱履歴が、ガラスシートの最終的な、厚さ、組成、組成の均質性、そして他の化学的および物理的特性に影響を与え得る。ガラスシートは、スートシートの主表面の一方または両方に熱を加えることによって形成することができる。焼結中には、温度および温度プロファイル、時間、および雰囲気を含めた、種々のパラメータが制御され得る。
【００６８】
焼結温度は、例えば焼結されるスートシートの組成に基づいて当業者が選択することができるが、焼結温度を約１０００℃から１９００℃までの範囲としてもよい。さらに、均質焼結温度プロファイルが抵抗加熱源および誘導加熱源の両方で達成可能であり、この温度プロファイルを使用して、最終的なガラスシートの内部を均質にすることができる。「均質焼結温度プロファイル」とは、既定のサンプルエリアまたはサンプル容積に亘って、変動が２０％未満（例えば、１０または５％未満）である焼結温度を意味する。
【００６９】
スートシートのエッジ部分がスートシート誘導機器で保持および誘導される実施形態において、そのエッジ部分は典型的には焼結機器で焼結されない。例えば、一実施の形態において、平均厚さが約４００μｍかつ幅の合計が２４ｃｍであるスートシートの、中心１０ｃｍを加熱して、幅が約１０ｃｍかつ平均厚さが約１００μｍの焼結ガラスシートを生成した。焼結前のスートシートの平均密度は約０．５ｇ／ｃｍ3である。
【００７０】
焼結中に温度および温度プロファイルを制御するのに加え、スートシート／ガラスシートを包囲しているガス環境をさらに制御してもよい。具体的には、適切な焼結ガスの全圧や分圧の両方を、焼結プロセスを制御するために選択してもよい。特定の実施形態において、制御された混合気体は、例えば、Ｈｅ、Ｏ2、ＣＯ、Ｎ2、Ａｒ、またはこれらの混合気体などの、１以上の活性ガスまたは不活性ガスを含むものでもよい。
【００７１】
焼結の動作中には、スートシートを静止させた状態で保持してもよいし、あるいは焼結ゾーン内で連続的または半連続的に動かしてもよい。例えば、連続的なガラスシート成形プロセスにおいて、スートシートがスート堆積用表面から解除されるときのスートシートの製造速度は、スートシートが焼結ゾーンを通って移動する速度と実質上等しくなり得る。焼結は、同一の焼結条件または異なる焼結条件を使用している焼結ゾーンを１以上通過させることにより実行してもよい。焼結ゾーンを通過するスートシート（またはガラスシート）の直線速度を、０．１ｍｍ／ｓｅｃから１０ｍｍ／ｓｅｃまでの範囲（例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、３、４、５、または１０ｍｍ／ｓｅｃ）としてもよい。スケールアップさせたものでは、堆積用表面の直線速度は最大１ｍ／ｓｅｃ以上まで増加させ得ると考えられる。スートシート焼結機器からスートシート表面までの距離は、約１ｍｍから１０ｍｍまでの範囲（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０ｍｍ）としてもよい。
【００７２】
ガラスシートが成形されると、このガラスシートを適切な切断機器を用いて個別片に分割してもよい。例えば、レーザを用いてガラスシートをより小さなものに切断してもよい。さらに、切断前または切断後に焼結ガラスを、アニーリング、エッジ除去、コーティング、研磨などの、１以上の焼結後プロセスに供してもよい。長いリボン状の焼結ガラスシートを、巻取り機器を用いてロール状に巻き取ってもよい。随意的に、ペーパーシート、布、コーティング材料などのスペーシング材料を、ロール内の隣接するガラス表面間に挿入して、これらが直接接触しないようにしてもよい。
【００７３】
本書において開示されるプロセスおよび装置は、シリカを高い割合で含むスートシートおよび焼結ガラスシート、例えば「高シリカ」ガラスシートを作製するのに適している。「高シリカ」とは、少なくとも５０モル％のシリカガラス、例えば、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、９８、９９、９９．５、または９９．９モル％を超えるシリカを含むガラス組成を意味する。
【００７４】
長いガラスリボンを含め、柔軟な焼結ガラスシートを成形することができる。高シリカガラスシートなどの焼結ガラスシートは、１５０μｍ以下（例えば、１５０、１００、５０、または２５μｍ未満）の平均厚さを有し得る。ガラスシート例の厚さは、１０、３０、５０、または１００μｍである。堆積されるスート層の幅、焼結ゾーンの幅、および堆積時間の量を制御することによって、焼結ガラスシートの幅と長さの両方を独立して制御することができる。ガラスシートの長さは、約２．５ｃｍから１０ｋｍまでの範囲とすることができる。ガラスシートの幅は、約２．５ｃｍから２ｍまでの範囲とすることができる。
【００７５】
このプロセスを使用すると、高い表面品質を有するガラスシート（例えば、表面のうねりが少なく、表面粗さが小さく、また本質的に傷を含まないガラスシート）を成形することができる。上で開示したプロセスは、ロール上にスートシートを形成する最初のステップと、焼結された柔軟なガラスシートをロール上に巻き取る最終ステップとを含んでもよく、このプロセスを「ロール・トゥ・ロール」プロセスと称することがある。得られるガラスシートは、高シリカガラスシートを含むが、組成、厚さ、表面粗さ、表面均一性、および平坦性を含めたいくつかの特性で特徴付けることができる。
【００７６】
本書において「スート層」または「スートの層」は、随意的に互いに接合されている、本質的に均質に分布されたガラス粒子の層を称する。この層の全面的な厚さの平均は、一般に、個々の粒子の平均直径以上である。さらに、スート層は、本質的に均質な組成を有する単一のスート層を含むものでもよいし、あるいは夫々が本質的に均質な組成を有する、多数のスート層を含むものでもよい。いくつかの実施形態においては、ガスの化学組成、ガス流量、ガス温度、および衝突位置などの、ガス流を表すパラメータを、スートの組成、スート厚さ、および局所的なまたは平均のスート温度などの、スートシートを表すパラメータに基づいて選択および最適化してもよい。
【００７７】
スート層が多数の層を含む施形態において、ある種類のガラス粒子が第１スート層を形成し、一方第２の種類のガラス粒子が、第１スート層に隣接する第２スート層を形成してもよい。すなわち、夫々のスート層が、特有の組成特性および／または他の特性を有してもよい。さらに、第１層と第２層との間の界面領域においては、２つの種類の粒子の混合が生じることがあるため、接触している層の接触面での組成および／または特性は、各層夫々に関連するバルクの値から外れる可能性がある。
【００７８】
本書において「ガラスシート」と称するものは、複数のガラススート粒子を含むシート材料（すなわち、スートシート）と焼結ガラスから作製されたシート材料との両方を含む。当技術において典型的に理解されるように、シートは典型的には実質上互いに平行な対向する２つの主表面を有し、この各主表面は他の表面よりも広い面積を有している。ある位置での２つの主表面間の距離は、シートのその特定位置での厚さである。シートは主表面間で実質上均一な厚さを有し得、あるいはその厚さは空間的に一様に、または不均一に変化することもある。特定の他の実施形態において、２つの主表面は非平行であり得、また主表面の一方または両方は、平面的であってもよいし、あるいは湾曲していてもよい。
【００７９】
本書において「焼結ガラス」は、同じ化学組成および微細構造を有しているガラス材料に対する標準温度と標準気圧（ＳＴＰ）（２７３Ｋおよび１０１．３２５ｋＰａ）の条件の下での理論密度（Ｄmax）の、少なくとも９５％の密度を有しているガラス材料を称する。特定の実施形態において、焼結ガラスの密度は、ＳＴＰ下のＤmaxの、少なくとも９８％、９９％、または９９．９％であることが望ましい。
【００８０】
ガラススートの堆積および焼結プロセスを用いたガラスシートの成形に関するさらなる態様は、夫々２００７年５月７日および２００９年５月１５日に出願された、本出願人が所有する米国特許出願第１１／８００，５８５号明細書および同第１２／４６６，９３９号明細書において開示されており、その内容全体が参照することにより本書に組み込まれる。
【００８１】
本書では、文脈が明らかに他に指示していなければ、単数形は複数の指示対象を含むものとする。すなわち、例えば「金属」に言及したときには、文脈が明らかに他に指示していなければ、２以上のこの「金属」を有する例を含む。
【００８２】
本書では、範囲を「約」ある特定の値から、および／または「約」別の特定の値までと表現することがある。範囲がこのように表現されるとき、いくつかの例は、そのある特定の値から、および／または他方の特定の値までを含む。同様に、値が先行詞「約」を用いて近似値で表されるとき、その特定の値は別の態様を形成することを理解されたい。各範囲の端点は、他方の端点との関連でも重要であるし、また他方の端点と無関係に重要でもあることをさらに理解されたい。
【００８３】
他に明確に述べられていなければ、本書に明記されるいずれの方法も、そのステップを特定の順序で実行する必要があると解釈されることを全く意図していない。したがって、方法の請求項においてそのステップが続いていく順序を実際に説明していない場合、あるいは請求項または説明の中でステップが特定の順序に限定されると具体的に述べられていない場合には、任意の特定の順序が推測されることは全く意図されていない。
【００８４】
本書の記述において、本発明の構成要素を、特定の手法で「構成された」と称していることも留意されたい。この点においてこの構成要素は、特定の性質を具現化するよう、あるいは特定の様態で機能するよう、「構成された」ものであり、ここでのこの記述は、目的の用途に関する記述ではなく構造に関する記述である。より具体的には、ある構成要素が「構成された」様態を本書において参照した場合、これはその構成要素の現存の物理的条件を示したものであり、したがってその構成要素の構造的特徴の明確な記述と理解されるべきである。
【００８５】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。本発明の精神および内容を組み込んだ開示の実施形態の変更形態、組合せ、下位の組合せ、および変形形態が、当業者には思い浮かぶであろうことから、本発明は、添付の請求項およびその同等物の範囲内にある全てのものを含むと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【００８６】
１１０    スート供給機器
１２０    スート受け機器
１２２    堆積用表面
１３０    スート誘導機器
１４０    スート焼結機器
１５０    スート粒子
１５２    スート層
１５４    スートシート
１６０    スート層分離機器
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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