(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスシートを作製する方法であって、
ガラススート粒子を堆積表面上に堆積させて被支持スート層を形成するステップ、
前記スート層を前記堆積表面から取り外して、接触表面と自由表面とを有する第１スートシートを形成するステップ、
ガラススート粒子を前記接触表面上に堆積させて、複合スートシートを形成するステップ、および、
前記複合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、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ガラスシートを作製する方法であって、
ガラススート粒子を堆積表面上に堆積させて被支持スート層を形成するステップ、
前記スート層を前記堆積表面から取り外して、接触表面と自由表面とを有する第１スートシートを形成するステップ、
ガラススート粒子を、前記接触表面と前記自由表面との両方に堆積させて、複合スートシートを形成するステップ、および、
前記複合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、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
前記堆積表面上に堆積される前記ガラススート粒子の組成が、前記第１スートシート上に堆積される前記ガラススート粒子の組成と、実質的に同一であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記複合スートシートの平均厚さが、１００μｍから５ｃｍまで及ぶものであることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、「ロール・トゥ・ロールガラス：非接触プロセスおよび多層法（ROLL-TO-ROLL GLASS: TOUCH-FREE PROCESS AND MULTILAYER APPROACH）」と題する、２００９年７月１７日に出願された米国特許出願第１２／５０５０９６号の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は一般にガラスシートに関し、より具体的には、ガラスのスートを堆積させ、かつ焼結して、例えばシリカガラスシートなどの均一なガラスシートを成形するプロセスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラスシート材料は種々様々な方法を使用し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では、溶融金属のベッド上に溶融ガラスを浮かべることによって固体のガラスシートが作製される。このプロセスを使用すると、厚さが均一でありかつ極めて平坦な表面を有するガラスシートを成形することができる。しかしながら、フロートガラスプロセスではガラス溶融物と溶融金属との間での直接の接触が必ず必要となり、このため界面に望ましくない汚染が生じ、すなわち清潔な表面品質が得られない可能性がある。両主表面に清潔な表面特性を備えた高品質のフロートガラスシートを生成するために、フロートガラスは典型的には表面ポリッシングステップに供されるが、これには追加の費用が必要となる。さらに、フロートプロセスは、巻回可能なガラスシートの製造には使用されたことがないと考えられる。
【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」と呼ばれるトラフの中へと送り込まれ、これがいっぱいになると溶融ガラスがその両側面上を均等に流れる。溶融ガラスはその後トラフの底部で再合流すなわち融合し、ここでこの溶融ガラスを延伸して連続的な平坦なガラスシートを成形する。この成形プロセス中にはガラスシートの両主表面がいかなる支持材とも直接接触しないため、両主表面の表面を高品質なものにすることができる。
【０００５】
フュージョンドロープロセスの動的な本質により、フュージョンドロー処理に適したガラス組成の数は、溶融相において必須の性質（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を使用して比較的薄いガラスシートを製造することはできるが、巻回可能な高シリカガラスシートの成形にこのプロセスを使用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において使用される装置は高額になり得る。
【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は、薄いガラスシート材料に対して限界があるのに加え、シリカの軟化点が高温である（〜１６００℃）ために、高シリカガラスシートのシート成形方法としては概して非実用的である。むしろ、シリカガラス基板は、バッチ式の火炎加水分解炉内で生成されたシリカインゴットを、切断、グラインディング、およびポリッシングすることにより典型的には製造される。このようなバッチ法は極めて高価であり、かつ無駄が多い。実際には、均一で薄い柔軟なシリカガラスシートを火炎加水分解により生成するために必要となり得る必須のスライシングやポリッシングによって、このプロセスは恐らくひどく高価なものになるであろう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したことを考慮すると、経済的であるとともに高品質の表面を有している、均一で薄い柔軟かつ巻回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、または相を含んでいてもよい。こういったガラスシートは、例えば、フォトマスク基板、ＬＣＤ画像マスク基板などに使用し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ガラスシートを成形する方法は、ガラススートの堆積と焼結プロセスとを含む。種々の実施形態によれば、この堆積は、ガラススート粒子をスート受け機器の堆積表面上に堆積させて被支持スート層を形成するステップ、このスート層を堆積表面から取り外して第１スートシートを形成するステップ、および第１スートシートの少なくとも一方の表面上にガラススート粒子を追加堆積させて複合スートシートを形成するステップを含む。この複合スートシートを焼結して、ガラスシートを成形することができる。このガラスシートは、薄く巻回可能なガラスシートや、あるいはより薄いガラスシートとすることができる。
【０００９】
被支持スート層は、堆積表面から解除されると、２つの対向する主表面を有する。「接触表面」は、スート受け機器の堆積表面と接した状態で形成された表面であり、一方「自由表面」は、その対向する表面である。さらなる実施形態においては、被支持スート層が堆積表面から解除されて第１スートシートが形成された後、「接触表面」または「自由表面」の一方または両方にガラススート粒子を追加堆積させてもよい。さらに、少なくとも２つのスート層が形成された後、さらにガラススート粒子を堆積させて、多層の複合スートシートを形成することができる。複合スートシートにおいて、界面とは１つのスート層と続いて堆積されたスート層との間の表面を意味し、一方自由表面は、別の表面と直接接触することなく形成された表面を意味する。
【発明の効果】
【００１０】
前述の手法を用いて作製された高シリカガラスシートにおいては、その平均厚さを１５０μｍ以下とすることができ、また２つの対向する主表面の少なくとも一方に亘る平均表面粗さを１ｎｍ以下とすることができる。第１スートシートの接触表面上に第２スート層を堆積させることで、複合スートシートを、すなわち最終的には焼結ガラスシートを、そのガラスシートの露出しているいずれの主表面も堆積表面と接触したことがないものとして成形することができる。この清潔な表面によって、高品質のガラスシートがもたらされる。
【００１１】
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、そしてある程度は、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て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。
【００１２】
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、そして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ことが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るものであり、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】
【００１３】
【図１】薄いガラスシートを成形するための装置を示す概略図
【図２】複合スートシートの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一実施の形態によるガラスシート成形装置が図１に概略的に示されている。装置１００は、一対のスート供給機器１１０および１１６、スート受け機器１２０、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。
【００１５】
最初の堆積ステップにおいて、第１スート供給機器１１０で形成されたガラススート粒子が、スート受け機器１２０の堆積表面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、すなわち連続的な堆積表面１２２を有し得る。スート粒子１５０は堆積表面１２２上に堆積され、スート層１５２を形成する。スート層１５２を堆積表面１２２から解除させて、接触表面１５５と自由表面１５７とを有する自立式の連続的なスートシート１５４とすることができる。スート層１５２が堆積表面１２２から解除される動作は、例えば、熱的な不整合すなわちスート層と堆積表面との間の熱膨張係数の不整合により、および／または、重力の影響下で、物理的介入なしに生じ得る。
【００１６】
スートシート１５４がスート受け機器１２０から解除されると、スートシート誘導機器１３０によってスートシート１５４の動きを誘導することができる。ある実施形態では、第２堆積ステップにおいて、第２スート供給機器１１６で形成されたガラススート粒子１６０をスートシート１５４の接触表面１５５上に堆積させて第２スート層１６２を形成する。スートシート１５４に、第２スート層１６２と、続いて任意のスート層（図示なし）とを追加することにより、複合スートシート１７４が形成される。スートシート誘導機器１３０は、スートシート焼結機器１４０を通過する複合スートシート１７４の動きをさらに誘導し得、このスートシート焼結機器１４０により複合スートシート１７４が焼結かつ強化されてガラスシート１５６が成形される。実施形態においては、スート層をスートシートの接触表面１５５上に形成するのに加えて、あるいはその代わりに、スートシートの自由表面１５７上にスート層を堆積させてもよい。
【００１７】
ガラスシートを成形するプロセスは、ガラススート粒子をスート受け機器の堆積表面上に堆積させて被支持スート層を形成するステップ、スート層を堆積表面から取り外して第１スートシートを形成するステップ、および第１スートシートの少なくとも一方の表面上にガラススート粒子を追加堆積させて複合スートシートを形成するステップを含む。複合スートシートを加熱して、焼結ガラスシートを成形することができる。このプロセスおよび装置の追加の態様については、本書において以下で詳細に開示する。
【００１８】
ガラススート粒子の形成には様々な機器を利用し得るが、例としてスート供給機器１１０、１１６は、外付け蒸着（ＯＶＤ）法、気相軸付け（ＶＡＤ）法、および平面堆積法などにおいて使用されるような１以上の火炎加水分解バーナを含むものでもよい。適切なバーナの構造は、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号明細書に開示されており、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。
【００１９】
スート供給機器１１０、１１６は、単一のバーナを含むものでもよいし、あるいは複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の出力表面を備えたものである。出力表面はＮ列のガスオリフィスを含み、ここでＮは１から２０以上まで及ぶものでもよい。ある実施形態において、各オリフィスは直径０．０７６ｃｍの孔を備えている。出力表面の長さｌは、約２．５から３０．５ｃｍ以上まで及び得、またその幅は０．１から７．５ｃｍまで及び得る。随意的に、複数のバーナをバーナアレイとして構成し、このアレイがアレイの長さおよび幅に亘ってスート粒子の実質的な連続流を生成し得るようにしてもよい。
【００２０】
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層を形成および堆積させるよう構成された、複数の個々のバーナ（例えば、端から端まで設置された）を含んでもよい。すなわち、各スート供給機器を使用して、実質的に均質な化学組成と実質的に均一な厚さとを有するスートの層を個々に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および厚さの変動が、平均の組成または厚さの２０％以下であることを意味する。特定の実施形態では、スートシートの組成変動と厚さ変動とのうち一方または両方が、その夫々のスートシートに亘る平均値の１０％以下となり得る。
【００２１】
一例のバーナは９列のガスオリフィスを含む。一実施の形態によれば、使用中、その中心線の列（例えば、列５）は、シリカガス前駆体／キャリアガスの混合物を供給する。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制御のため、酸素ガスを供給する。ガスオリフィスの中心線両側のさらに次の２列（例えば、列２、３、７、および８）は、その流量を利用して化学量論およびスート密度を制御することが可能な酸素を追加供給し、かつ点火炎用の酸化剤を供給する。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、点火炎用混合物を供給し得る。この９列の直線状バーナにおけるガス流量範囲の例を表１に開示する。
【００２２】
表１.９列の直線状バーナにおけるガス流量の例
【表１】
0005705219.tif 000002
【００２３】
スート供給機器は、スート粒子の形成および堆積中、静止したままの状態としてもよいし、あるいは堆積表面に対して運動（振動など）させてもよい。バーナの出力表面から堆積表面までの距離は、約２０ｍｍから１００ｍｍまで及ぶもの（例えば、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、または１００ｍｍ）でもよい。
【００２４】
スート供給機器の動作には、典型的には、ガラススート粒子を形成するための前駆体化学物質（例えば、ガス状化合物）間の化学反応が含まれる。随意的に、プラズマなどの補助的なエネルギー源、または補助的な加熱機器を用いて、この化学反応をさらに助けてもよい。
【００２５】
例えば、ケイ素含有前駆体化合物を使用して、シリカスート粒子を含むスートシートを形成してもよく、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。ケイ素含有前駆体化合物の例としては、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）がある。ＯＭＣＴＳをＨ2、Ｏ2、ＣＨ4、または他の燃料と共にバーナまたはバーナアレイへと導入してもよく、このときＯＭＣＴＳ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。この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を成形するものを含むが、このプロセスおよび装置は、他のガラスシート材料を成形するためにも同様に使用することができる。
【００２６】
製造したままあるいは堆積したままのスート粒子は、例えば非ドープの高純度シリカガラスの例のように単一相（例えば、単一の酸化物）から成るものでもよい。あるいは、スート粒子は２以上の成分または２以上の相を含むものでもよく、例えばドープトシリカガラスの例のようなものがある。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リン酸化物前駆体をＯＭＣＴＳガス流に取り込むことにより作製することができる。酸化チタン前駆体またはリン酸化物前駆体の例としては、例えばリンのハロゲン化物やチタン（ＩＶ）イソプロポキシドなど、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。
【００２７】
この火炎加水分解バーナの例では、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、ドーピングをその場（in situ）で行ってもよい。プラズマ加熱スート噴霧器の場合などのさらなる例においては、噴霧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、あるいはこれに替えて、噴霧されたスート粒子をドーパンド含有プラズマ雰囲気に供し、スート粒子をプラズマ中でドープするようにしてもよい。さらに別の例においては、スートシートの焼結前または焼結中に、ドーパンドをスートシート内に取り込んでもよい。ドーパンドの例としては、元素周期表の群ＩＡ、ＩＢ、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ＩＩＩＡ、ＩＩＩＢ、ＩＶＡ、ＩＶＢ、ＶＡ、ＶＢ、および希土類元素系に含まれる元素が挙げられる。
【００２８】
スート粒子は、本質的に均質な組成、サイズ、および／または形状を有したものとすることができる。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、種々多様なものでもよい。例えば、主要なガラス成分のスート粒子を第１スート供給機器から供給し、一方ドーパンド組成物のスート粒子を第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、スート粒子の形成および堆積動作中にスート粒子を混合および／または互いに付着させて、複合粒子を形成することができる。スート粒子が実質的に互いに付着しないようにして、スート粒子の堆積表面上への堆積前あるいは堆積中に混合粒子を形成することも可能である。
【００２９】
さらに図１を参照すると、堆積表面１２２はスート受け機器１２０の周囲部分を含むものであり、またこの堆積表面１２２は耐火性材料から形成してもよい。ある実施形態において、堆積表面１２２は、スート粒子１５０および堆積されたスート層１５２の両方と化学的および熱的に相性の良い物質から形成され、そしてスート層はこの堆積表面１２２から容易に取り外すことができる。一例のスート受け機器１２０は、例えば、鋼、アルミニウム、または金属合金といった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としては、石英などの適切な耐火性材料から成る、単一の部品を挙げることができる。
【００３０】
スート受け機器１２０および特に堆積表面１２２は、種々様々な手法で構成することができ、かつ様々な形状および／または寸法を有するものとすることができる。例えば、堆積表面の幅の範囲は約２ｃｍから２ｍまでとし得るが、これより小さい寸法やこれ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、六角形などとすることができ、そしてこれに対応してスート受け機器１２０の断面寸法（直径や長さなど）も様々なものとし得る。例えば、円形の断面を有するスート受け機器の直径の範囲を、約２ｃｍから５０ｃｍまでとしてもよい。一例のスート受け機器１２０は、内径が２５０ｍｍ、外径が２６０ｍｍ、かつ堆積表面の幅が２４ｃｍの石英製円筒を含む。
【００３１】
円形または長円形の断面の例では、堆積表面１２２を閉じた連続表面を有するものとしてもよく、一方楕円形、三角形、四角形、または六角形の断面の例では、堆積表面をセグメント化された表面を有するものとしてもよい。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。
【００３２】
堆積表面１２２は、隆起したまたは低くした突出部の形を成す規則的または不規則なパターニングを、様々な長さスケールに亘って含んでもよい。このパターニングは、１以上の個別のファセットから全体的に表面が粗いものにまで及び得る。堆積されたスート層は、堆積表面のパターニングに従い得る。スート表面に形成されたパターンは、堆積表面から離れるときにスートシートの接触表面に保持され得、その後得られたガラスシートの焼結表面に保存されてエンボスガラスシートとなる。上述した堆積表面由来のエンボス加工の変形形態としては、スートシートが堆積表面から取り外された後のかつ焼結前に、このシートの接触表面と自由表面とのうち一方または両方にパターン形成してもよい。例えば、スートシート表面に静かに触れることにより、出願者らはスートシート表面に指紋でパターンを形成した。スートシートが焼結されると、指紋パターンは得られたガラスシートに保持される。
【００３３】
特定の実施形態においては、スート粒子１５０を堆積させる動作中、スート受け機器上にスート層１５２を形成するためにスート受け機器１２０を回転させる。この回転は一方向性のものでもよく、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に矢印Ａで示されている。随意的に、スート受け機器をスート堆積プロセス中に振動させてもよく、すなわちその回転方向は間欠的に変更し得る。スート受け機器１２０の堆積表面１２２の直線速度は、０．１ｍｍ／秒から１０ｍｍ／秒まで及ぶもの（例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、３、４、５、または１０ｍｍ／秒）とすることができる。機能を高めると、堆積表面の直線速度を最大１ｍ／秒以上まで増加させ得ると考えられる。
【００３４】
スート粒子１５０は堆積表面１２２の一部分上にのみ堆積され、そして堆積されたスート層１５２が取り外されると、長さＬを有する自立式の連続的または半連続的な第１スートシート１５４が形成される。堆積された層１５２の（および名目上はスートシート１５４の）幅はＷである。
【００３５】
特定の実施形態においては、スート層を、堆積表面上に連続的に形成され、かつ堆積表面から連続的に取り外されるものとしてもよい。スート層の形成中、スート粒子はある程度は互いに接合し、かつ堆積表面に接合する。スート粒子を堆積させる際の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高密度の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、堆積温度が高くなると、スート粒子と堆積表面との間の接合をも促進し、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。堆積表面に亘って実質的に均一な温度を得るために、スート受け機器を内側または外側のいずれかから、あるいはその両側から、加熱または冷却してもよい。
【００３６】
スート粒子と堆積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１５４を形成するためにスート層１５２を解除する位置との間の温度勾配を制御することにより制御することができる。例えば、スート層と堆積表面の熱膨張係数（ＣＴＥ）が十分に異なる場合には、温度勾配により生じる応力で自発的に解除されるであろう。特定の実施形態において、堆積されたスート層の堆積表面からの取外しは、スート層の幅Ｗを堆積表面１２２の幅よりも短くして形成することで、より容易に行うことができる。
【００３７】
スート層を堆積表面から分離する動作の際、この分離されたスートシートの運動方向を、堆積表面上のこの解除位置の実質的に接線方向とすることができる。「実質的に接線方向」とは、堆積表面上の解除位置に対するスートシートの運動方向が、その解除位置での堆積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）だけ外れたものであることを意味する。実質的に接線方向の解除角度が維持されると、その解除位置においてスートシートに加えられる応力を低減することができる。
【００３８】
円形または長円形の断面を有するスート受け機器では、堆積表面の曲率はスート受け機器の断面直径の関数となる。直径が増加すると曲率半径が増加し、そして堆積されたスート内の応力は、堆積されるスートシートの形状が平坦な平面シートの形状に近づくにつれて減少する。
【００３９】
実施形態において、スートシートは、破砕することなくそれ自体の質量を支持する（すなわち、堆積表面から取り外し、取り扱い、ガラススートを追加堆積し、さらに焼結する動作の間）の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性質に影響を与え得る処理変数としては、とりわけ、スートシートの厚さおよび密度、堆積表面の曲率、および形成中のスートシートの温度が挙げられる。
【００４０】
スートシート１５４は２つの主表面を備え、このうちの一方のみがスート層形成中に堆積表面と接触する。すなわち、スートシート１５４の２つの主表面を、「接触表面」およびその対向する「自由表面」と特徴付けかつ区別することができる。
【００４１】
図１に示すように、スートシート１５４は接触表面１５５と自由表面１５７とを有している。図示の実施形態によれば、第２スート供給機器１１６は、接触表面１５５上に堆積されるガラススート粒子１６０流を形成する。図２に示すように、スートシート１５４と堆積されたガラススート粒子１６０とが合わさって、複合スートシート１７４を形成する。
【００４２】
図示されていない実施形態によれば、スートシート１５４が堆積表面から解除された後、複数の追加のスート層をその上に堆積させてもよい。この追加のスート層は、スートシート１５４の片側または両側に、同時にまたは引き続いて（すなわち、接触表面１５５または自由表面１５７と直接接触させて、あるいは１以上のこれまでに堆積されたスート層と直接接触させて）堆積させることができる。
【００４３】
ある実施形態によれば、複合スートシートは少なくとも２つのガラススート層を備え、かつ一対の対向する露出主表面を有する。最初のスートシートの接触層上に少なくとも１つのガラススート層を堆積させることにより、複合スートシートの両側の露出表面が自由表面となる。
【００４４】
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、このスートシートの平均スート密度の範囲を、約０．３から１．５ｇ／ｃｍ3まで、例えば、約０．４から０．７ｇ／ｃｍ3まで、または約０．８から１．２５ｇ／ｃｍ3までとすることができ、そしてスートシート１５４の平均厚さの範囲を、１０から６００μｍまで、例えば、２０から２００μｍまで、５０から１００μｍまで、または３００から５００μｍまでとすることができる。
【００４５】
続いて堆積されたスート層（すなわち、接触表面と自由表面とのうち少なくとも一方に堆積された、ガラススート粒子により形成されたスート層１６２）夫々の平均厚さは、１０から６００μｍまで、例えば、２０から２００μｍまで、５０から１００μｍまで、または３００から５００μｍまでとすることができる。得られる複合スートシートの全厚さは、１００μｍから５ｃｍにまで及び得る。
【００４６】
特定の実施形態、特に、連続的なスートシートを使用し、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が堆積表面から解除された後に堆積表面から離れていく際のスートシート１５４の連続的な動きを、スートシート誘導機器１３０で助けてもよい。スートシート誘導機器１３０は、スートシートの動きを助けかつ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の少なくとも一部に直接接触し得る。
【００４７】
スートシート１５４の表面を高品質に維持するために、スートシート誘導機器１３０はスートシート１５４の一部（例えば、エッジ部分）にのみ接触するものとし得る。特定の実施形態において、スートシート誘導機器は、スートシートのエッジ部分を握持し得かつスートシートをスートシート焼結機器に通して誘導し得る、クランプローラ対を含む。
【００４８】
同じように、複合スートシート１７４が堆積表面から離れていく連続的な動きを、スートシート誘導機器１３０により助けることができる。スートシート誘導機器１３０は、動きを助けかつ機械的支持を提供するために、複合スートシート１７４の少なくとも一部に直接接触し得る。図１に示すように、複合スートシート１７４の表面を高品質に維持するため、スートシート誘導機器１３０は複合スートシート１７４の一部（例えば、エッジ部分）にのみ接触するものとし得る。
【００４９】
スートシート誘導機器を使用して、連続的な複合スートシート１７４をスートシート焼結機器１４０の焼結／アニーリング区域へと送り込むことができ、ここで複合スートシートの少なくとも一部は、その被加熱部分が部分的にまたは完全に高密度化されたガラスへと変質され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、高純度シリカの複合スートシートを、約１０００℃から１９００℃まで、例えば約１４００℃から１６００℃までの温度範囲で焼結して、シリカガラスシート１５６を成形することができる。焼結温度および焼結時間は、焼結ガラスシート内の気孔および／または気泡の形成を規制するように制御することができる。一例として、本質的に気孔および気泡を含まない焼結ガラスシートを成形するよう、焼結温度および焼結時間を制御してもよい。
【００５０】
本書において焼結とは、ガラススート粒子が互いに付着し合うまでこのガラススート粒子を溶融点未満の温度で加熱するプロセス（固相焼結）を称する。アニーリングとは、ガラスが成形された後にガラスを冷却して内部応力を除去するプロセスである。焼結およびアニーリングは、同じ装置または異なる装置を用いて連続して実行することができる。
【００５１】
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（撓みなど）を最小限に抑えるように制御することができる。歪みを最小限に抑える１つの手法は、焼結中にスートシートを実質的に鉛直に配向するものである。実施形態によれば、鉛直方向に対するスートシートの配向角度は、１５°未満（例えば、１０°または５°未満）とし得る。
【００５２】
焼結では、ガラススートシートをスートシート焼結機器の焼結区域に通過させる。焼結中、焼結された材料と焼結されていない材料との間の境界を表す焼結前方は、スートシートの端かあるいは別の焼結前方に到達するまで、スートシートの向こう側へと前進する。あ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。
【００５３】
この焼結の実施に適したスートシート焼結機器は、様々な設計の中の１つを含み得る。これらの設計の１つの特徴を、ガラススートシート幅の一部のみを任意の所与の時に焼結できる能力としてもよく、したがって焼結されるセグメントは、これまでに焼結されたスートまたは未焼結のガラススートシートのいずれかと幅方向に沿って接触し、すなわちこれらのいずれかにより幅方向に沿って支持され（例えば、張力を受け）得る。
【００５４】
抵抗加熱機器や誘導加熱機器など種々様々なスートシート焼結機器を、スートシートの焼結に使用することができる。スートシートおよびガラスシートの両方の熱履歴が、最終的な厚さ、組成、組成均質性、および最終的な製品の他の化学的および物理的性質に影響を与え得る。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り成形し得る。焼結中、温度および温度プロファイル、時間、そして気圧を含む、種々のパラメータが制御され得る。
【００５５】
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し得るが、焼結温度の範囲を約１０００℃から１９００℃までとしてもよい。さらに、抵抗加熱源および誘導加熱源のいずれによっても成し得る、均一な温度プロファイルを用いて、最終的なガラスシートの内部を均質なものにすることができる。「均一な温度プロファイル」とは、既定のサンプル面積またはサンプル容量に亘る焼結温度の変化が２０％未満（例えば、１０または５％未満）であるものを意味する。
【００５６】
複合スートシート１７４のエッジ部分がスートシート誘導機器により支持および誘導されている実施形態において、焼結機器は典型的にはそのエッジ部分を焼結しない。例えば、一実施の形態において、平均厚さ約４００μｍかつ全幅２４ｃｍのスートシートの中心１０ｃｍを加熱して、幅約１０ｃｍかつ平均厚さ約１００μｍの焼結ガラスシートを生成した。焼結前のこのスートシートの平均密度は０．５ｇ／ｃｍ3である。
【００５７】
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、焼結プロセスを制御するため、適切な焼結ガスの全圧も分圧も選択することができる。特定の実施形態において、制御される混合ガスは、例えば、Ｈｅ、Ｏ2、ＣＯ、Ｎ2、Ａｒ、またはこれらの混合物などの、１以上の活性ガスまたは不活性ガスを含み得る。
【００５８】
焼結の動作中、複合スートシートを、焼結区域内で静止したままの状態としてもよいし、あるいはこの区域に通して連続的または半連続的に移動させてもよい。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表面から解除される際のスートシートの生産速度は、複合スートシートが焼結区域を通って移動する速度と実質的に等しいものとなり得る。焼結は、焼結区域に１回以上、同一のまたは異なる焼結条件を使用して通過させることにより実行してもよい。スートシートが焼結区域を通過する際の直線速度は、０．１ｍｍ／秒から１０ｍｍ／秒まで及ぶもの（例えば、０．１、０．２、０．５、１、２、３、４、５、または１０ｍｍ／秒）としてもよい。機能を高めると、堆積表面の直線速度を最大１ｍ／秒以上まで増加させ得ると考えられる。加熱器からスート表面までの距離は、約１ｍｍから１０ｍｍまで及ぶもの（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０ｍｍ）としてもよい。
【００５９】
ガラスシートが成形されると、このガラスシートは適切な切断機器を用いて個別片に分割される。例えばレーザを使用して、ガラスシートをより小さな分割片に切断することができる。さらに、切断前または切断後に、焼結されたガラスを、エッジ除去、コーティング、ポリッシングなどの１以上の焼結後プロセスに供してもよい。焼結ガラスシートの長いリボンを、巻取り機器を用いて巻き取ってロールにしてもよい。随意的に、紙シート、布、コーティング材料などのスペーサ材料を、ロール内の隣接するガラス表面間に挿入し、隣接するガラスが直接接触しないようにしてもよい。
【００６０】
本書において開示されるプロセスおよび装置は、シリカの割合が高い、例えば「高シリカ」ガラスシートを含む、スートシートおよび焼結ガラスシートの作製に適している。「高シリカ」とは、少なくとも５０モル％のシリカガラスを含む、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。
【００６１】
長いガラスリボンなどの、柔軟な焼結ガラスシートが成形され得る。高シリカガラスシートなどの焼結ガラスシートの平均厚さは、１５０μｍ以下（例えば、１５０、１００、５０、または２５μｍ未満）となり得る。実施形態によれば、焼結ガラスシートの厚さは、１０、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２０００、５０００、１０，０００、または１２，５００μｍとなり得る。堆積されるスート層の幅、焼結区域の幅、および堆積時間を制御することにより、焼結ガラスシートの幅および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の範囲は、約２．５ｃｍから１０ｋｍまでとすることができる。ガラスシートの幅の範囲は、約２．５ｃｍから２ｍまでとすることができる。
【００６２】
このプロセスを使用すると、表面品質の高いガラスシート（例えば、表面うねりが少なく、表面の粗さが少なく、そして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が、スートシートをロール上で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み得る場合、これを「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め、組成、厚さ、表面粗さ、表面の均一性、および平坦さを含む多くの性質を特徴とし得るものである。
【００６３】
本書において「スート層」または「スートの層」とは、本質的に均質に分配されたガラス粒子からなる層を称し、このガラス粒子は随意的に互いに接合されたものである。この層の平均的な全厚さは、概して、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複数のスート層を含むものでもよい。
【００６４】
スート層が複数の層を含む実施形態においては、１つの種類のガラス粒子が第１スート層を形成し、一方別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、独特な組成および／または違った性質を有していてもよい。さらに、第１層と第２層との間の界面領域においては、２種類の粒子が混ざり合うことがあるため、この接触している層の界面での組成および／または性質は、夫々の層に関連した大部分の評価とは異なったものになり得る。
【００６５】
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、焼結されたガラスから作製されたシート材料とを含む。当技術において典型的に理解されているように、シートは２つの対向する主表面を有しており、この２つの主表面は、典型的には互いに実質的に平行であって、夫々がこれら以外の表面よりも大きい面積を有している。ある特定位置でのこの２つの主表面間の距離は、その特定位置でのシートの厚さである。シートは主表面間で実質的に均一な厚さを有し得、あるいは厚さが空間的に均一にまたは非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つの主表面は平行でなくてもよく、そして主表面の一方または両方が、平面であってもよいし、あるいは湾曲していてもよい。ガラスシートは、実質的に均質なガラスシートでもよいし、あるいは各層特有の属性を有する複合ガラスシートでもよい。
【００６６】
本書における「焼結されたガラス（焼結ガラス）」とは、同一の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理論密度（Ｄｍａｘ）の少なくとも９５％の密度を、標準温度および標準気圧（ＳＴＰ）（２７３Ｋおよび１０１．３２５ｋＰａ）の条件下で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下でＤｍａｘの少なくとも９８％、９９％、または９９．９％であることが望ましい。
【００６７】
ガラススートの堆積および焼結プロセスを使用したガラスシート成形に関する追加の態様が、２００７年５月７日および２００９年５月１５日に夫々出願された、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。
【００６８】
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。
【００６９】
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、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は例に含まれる。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。さらに、各範囲の端点は、他方の端点との関連で、かつ他方の端点とは無関係に、重要であることを理解されたい。
【００７０】
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においても、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これらのステップが行われる順序が実際に述べられていない場合、あるいは請求項または説明の中でこれらのステップが特定の順序に限定されるべきであると具体的に述べられていない場合には、いかなる特定の順序をも推測させることは全く意図していない。
【００７１】
本書の記述においては、本発明の構成要素を、特定の手法で機能するよう「構成」または「適合」されていると称することにも留意されたい。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」または「適合」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」または「適合」される様態を本書において参照する際には、その構成要素の現存の物理的条件を意味し、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。
【００７２】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の種々の変更形態および変形形態が作製可能であることは当業者には明らかであろう。当業者には、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、コンビネーション、サブコンビネーション、および変形形態が思い浮かぶであろうが、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】
【００７３】
１１０、１１６    スート供給機器
１２０    スート受け機器
１２２    堆積表面
１３０    スートシート誘導機器
１４０    スートシート焼結機器
１５０、１６０    スート粒子
１５２、１６２    スート層
１５４    スートシート
１５５    接触表面
１５６    ガラスシート
１５７    自由表面
１７４    複合スートシート
【図１】
0005705219.tif 000003
【図２】
0005705219.tif 000004