(57)【要約】  ガラス板（１０）を作製する方法は、高温において高ＣＴＥコアガラス（１１）を低ＣＴＥクラッドガラス（１２）に積層する工程、クラッドガラス（１２）内に圧縮応力を生成させるために積層品（１０）を冷却しる工程及び、次いで、クラッドガラス（１２）の外表面近傍領域内の圧縮応力を高めるために積層品（１０）をイオン交換する工程を含む。コアガラス（１１）は、クラッドガラス／コアガラス界面に隣接するクラッドガラス（１２）の内表面領域内の圧縮応力を高めるためにクラッドガラス（１２）内のイオンと交換するイオンを含むことができる。ガラス積層品（１０）は融着成形／積層プロセス及び融着成形可能／イオン交換可能ガラス組成を用いて、形成及び積層を行うことができる。
2014521582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化積層ガラス構造を作製するためのプロセスにおいて、
コアガラス板を形成するため、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するコアガラスをドロー成形する工程、
クラッドガラス板を形成するため、第１のＣＴＥより低い第２のＣＴＥを有するイオン交換可能なクラッドガラスをドロー成形する工程、
積層ガラス板を形成するため、前記コアガラス及び前記クラッドガラスの内の少なくとも一方の軟化点以上の温度において前記コアガラス板を前記クラッドガラス板に積層する工程、
前記積層ガラス板を冷却して、前記コアガラス板を引張応力の状態におき、前記クラッドガラス板を圧縮応力の状態におく工程、及び
前記積層する工程及び前記冷却する工程によって前記クラッドガラスに生成された前記圧縮応力に加えて、前記クラッドガラスの外表面領域に圧縮応力の層を形成するため、前記積層ガラス板にイオン交換プロセスを実施する工程、
を含むことを特徴とするプロセス。
【請求項２】
前記コアガラスの前記ＣＴＥより少なくとも１０×１０−７/℃は低いＣＴＥを前記クラッドガラスが有することを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記クラッドガラスをドロー成形する前記工程が、２枚のイオン交換可能なクラッドガラス板をドロー成形する工程を含み、
前記積層する工程が、前記クラッドガラス板の第１を前記コアガラスの第１の表面に積層する工程及び前記クラッドガラス板の第２を前記コアガラス板の第２の表面に積層する工程を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項４】
前記積層ガラス板が３ｍｍをこえない総厚を有し、前記コアガラスが２ｍｍまでの厚さを有することを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
【請求項５】
前記コアガラスが、イオン交換可能であって、大半径陽イオンを含有し、
前記コアガラス内の前記大半径陽イオンを前記クラッドガラス内のより小さいイオンと交換して、前記クラッドガラスの内表面領域内に高められた圧縮応力の領域を形成する工程、
をさらに含み、
前記大半径陽イオンを前記クラッドガラス内のより小さいイオンと交換する前記工程が、前記積層する工程、前記イオン交換工程及び別途の加熱工程のうちの１つの間に実施される、
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
前記クラッドガラスを成形する前記ドロー工程が、中空クラッドガラス管を形成するため、環形オリフィスを用いて前記クラッドガラスを形成する工程を含み、
前記コアガラスを成形する前記ドロー工程が、コアガラス円柱を形成するため、オリフィスを用いて前記コアガラスを形成する工程を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項７】
前記クラッドガラスを成形する前記ドロー工程が、第１の環形オリフィスを用いて第１のクラッドガラス管を形成する工程及び第２の環形オリフィスを用いて第２のクラッドガラス管を形成する工程を含み、
前記コアガラスを成形する前記ドロー工程が、第３の環形オリフィスを用いてコアガラス管を形成する工程を含み、
−前記第１の環形オリフィス及び前記第１のクラッドガラス管は前記第３の環形オリフィス及び前記コアガラス管の外径に等しい内径を有し、前記第２の環形オリフィス及び前記第２のクラッドガラス管は前記第３の環形オリフィス及び前記コアガラス管の内径に等しい外径を有し、
前記積層する工程が、前記第１のクラッドガラス管を前記コアガラス管の外周表面に積層し、前記第２のクラッドガラス管を前記コアガラス管の内周表面に積層する、
ことを特徴とする請求項２に記載のプロセス。
【請求項８】
強化積層ガラス構造において、
第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するコアガラス層、及び
前記コアガラス層に積層された、該コアガラス層の前記ＣＴＥより低いＣＴＥを有する少なくとも１つのイオン交換可能なクラッドガラス層、
を有し、
前記クラッドガラス層が圧縮応力の状態にあり、前記クラッドガラス層の外表面領域が前記クラッドガラス層の残余領域に比較して高められた圧縮応力の状態にある、
ことを特徴とする積層ガラス構造。
【請求項９】
前記コアガラス層の前記ＣＴＥより少なくとも１０×１０−７/℃は低いＣＴＥを前記クラッドガラス層が有することを特徴とする請求項８に記載の積層ガラス構造。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのイオン交換可能なクラッドガラスが前記コアガラス層の前記ＣＴＥより低いＣＴＥを有する２つのイオン交換可能なクラッドガラス層を含み、前記クラッドガラス層の第１が前記コアガラス層の第１の表面に積層され、前記クラッドガラス層の第２が前記コアガラス層の第２の表面に積層されていることを特徴とする請求項８に記載の積層ガラス構造。
【請求項１１】
前記積層ガラス構造が３ｍｍをこえない総厚を有し、前記コアガラス層が２ｍｍまでの厚さを有することを特徴とする請求項１０に記載の積層ガラス構造。
【請求項１２】
前記コアガラス層が中実コアガラス円柱を含み、
前記クラッドガラス層が前記コアガラス円柱の周面に積層された中空クラッドガラス管を含む、
ことを特徴とする請求項８または９に記載の積層ガラス構造。
【請求項１３】
前記コアガラス層が内周面及び外周面を有する中空コアガラス管を含み、
前記少なくとも１つのイオン交換可能なクラッドガラス層が、前記コアガラス管の前記外周面に積層された第１の中空クラッドガラス管及び前記コアガラス管の前記内周面に積層された第２の中空クラッドガラス管を含む、
ことを特徴とする請求項８または９に記載の積層ガラス構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１１年７月２５日に出願された米国仮特許出願第６１/５１１４２２号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。上記仮特許出願の明細書の全内容は本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は全般にはイオン交換薄ガラス積層品に関し、さらに詳しくは低熱膨張係数（ＣＴＥ）ガラスの外層クラッドガラスが外層クラッドガラスに圧縮応力を生成するために高ＣＴＥ内層コアガラス上に積層されているイオン交換薄ガラス積層品、さらに詳しくはイオン交換によって強化されたそのような積層品、さらに詳しくは、自動車、航空機、建築物、家庭用電気器具、ディスプレイ、タッチパネル及び、薄く、強靱で、耐スクラッチ性のガラス製品が有益である、その他の用途に使用することができる、そのような積層品を作製するためにガラス融着成形／積層プロセス及びガラス組成、に関する。
【背景技術】
【０００３】
カバーガラス、ガラスバックプレーン、等のようなガラス品は、ＬＣＤ及びＬＥＤディスプレイ、コンピュータモニタ、現金自動預払機（ＡＴＭ）、民生用及び商用の電子デバイスのいずれにも用いられる。これらのガラス品のいくつかは、ユーザの指及び／またはスタイラスを含む様々な物体によってガラス品が接触されることが必要な「タッチ」機能を有し、したがってガラスは日常の接触に損傷せずに耐えるに十分に強固でなければならない。さらに、そのようなガラス品は、携帯電話、パーソナルメディアプレイヤー及びタブレットコンピュータのような、携帯型電子デバイスに組み込まれることもあり得る。そのようなデバイスに組み込まれたガラス品は付帯するデバイスの運搬及び使用中に損傷を受け易くなり得る。したがって、電子デバイスに用いられるガラス品には、実使用による日常的な「タッチ」接触だけでなく、デバイスが運搬されているときにおこり得る偶発的な接触及び衝撃にも、耐えることが可能であるように高められた強度が必要であり得る。
【０００４】
ガラス品を強化するため、化学的調質、熱的調質及び積層を含む、様々なプロセスを用いることができる。積層による機械的ガラス強化は、食卓用金物類及び日常取扱いにより反復される損傷に食器が耐えることを可能にする、例えば、Ｃｏｒｅｌｌｅ（登録商標）食器の強度の基になる、主要な機構である。そのような食器は、３つのガラス層、すなわち比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する２つの外クラッド層またはスキン層によって囲まれた比較的高いＣＴＥを有するガラスのコア層または中心層、を熱的に接合するかまたは積層することによって作製される。コアガラス層の表面へのクラッドガラス層の熱接合に続く積層品の冷却時に、（クラッドガラス層のＣＴＥに比較して）高いコアガラス層のＣＴＥが、クラッドガラス層より大きい収縮または縮みをコアガラス層に生じさせる。この結果、コアガラス層は引張状態になり、クラッドガラス層は圧縮状態になる。クラッドガラス層内の圧縮応力はクラッドガラスにおけるひびの形成及びひびの広がりを阻止し、よって圧縮応力下にないクラッドガラスに比較してガラス積層品を強化する。積層品は熱的に調質してクラッドガラス内の圧縮応力を高めることもできる。そのような機械的強化ガラス積層品の応力プロファイルが図１に実線Ａで簡略に示される。図１は、ガラス積層品の厚さに沿う様々な深さにおけるガラス積層品内の応力レベルを（圧縮応力を−とし、引張応力を＋として）グラフで示す。図１の左側及び右側はガラス積層品の表裏をなす外表面に対応する。図１に矢印１で示される領域はコアガラス層を表し、矢印２で示される領域はクラッドガラス層を表す。図１に見られるように、コアガラスは引張応力状態にあり、クラッドガラスは圧縮応力状態にある。
【０００５】
イオン交換強化は、例えばコーニング（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスの強化のためにコーニング社によって用いられている。Ｇｏｒｉｌｌａガラスは、スマートホン、タブレットコンピュータ及びテレビジョンのような電子デバイスにおいてディスプレイ用カバーガラス及びタッチスクリーンとして、現在用いられている。イオン交換プロセスの一例は、２００９年８月７日に出願された、名称を「強化ガラス品及び作製方法(STRNGTHENED GLASS ARTICLED AND METHODS OF MAKING)」とする、特許文献１によって与えられる。特許文献１の開示は本明細書に参照として含められる。イオン強化プロセスにおいては、ガラスの表面層内のイオンが、浴溶液（例えば塩浴）内の、同じ原子価または酸化状態を有する、より大きいイオンで置き換えられる、すなわちそのようなイオンと交換される。イオン交換されるガラスはアルミノケイ酸ガラスとすることができる。（ガラス内に存在すれば）ガラスの表面層内のイオン及び浴内のより大きいイオンは、Ｌｉ＋，Ｎａ＋，Ｋ＋，Ｒｂ＋及びＣｓ＋のような、一価のアルカリ金属陽イオンである。あるいは、表面層内の一価陽イオンは、Ａｇ＋等のような、アルカリ金属陽イオン以外の一価陽イオンで置き換えることができる。イオン交換プロセスを用いて化学的に強化されたガラス板の応力プロファイルが図１のグラフに破線Ｂで示される。図１に見られるように、ガラス板の最外表面領域またはその近傍の領域は圧縮応力状態にあり、ガラス板の中心領域は引張応力状態にある。
【０００６】
図１に示される強化ガラスのいずれのタイプにおいても、圧縮応力はガラスの外表面下のある深さまで延び、この深さは普通、強化深度(depth of layer)と称される。この最外層内の圧縮応力のレベルが普通、圧縮応力と称される。強化ガラスの機械的性能は応力プロファイルの形状、例えば強化深度及び特定の深さに存在する圧縮応力の大きさに直接関係する。圧縮応力層の深さが大きくなるほど、またガラス層内の圧縮応力が大きくなるほど、ガラスは強くなり、耐ひび強度が高くなり、ひび広がり防止性能が高くなるであろう。イオン交換化学的強化ガラス製品の表面近傍領域内の高圧縮応力により、ガラスの表面におけるひび形成が阻止され（耐スクラッチ性が与えられ）、ガラスの表面に存在するかまたは形成されるいかなるひび欠陥からのひび広がりも阻止される。圧縮応力下にあるガラスの表面近傍領域を通って（すなわち強化深度を通って）完全にひびが広がり、クラックの先端がガラス板または積層品の引張応力下にある内部領域に達してしまうと、クラックはガラスにわたって迅速に広がり、この結果、急激な破壊がおこり、ガラス製品は砕けてしまう。
【０００７】
厚さが２ｍｍより小さい、薄ガラスは有効に熱調質することができない。そのような薄ガラスは膨張差を利用するために積層しなければならず、あるいは十分なレベルの表面圧縮及び強化深度を発現させるためにイオン交換を行わなければならない。積層することができるケイ酸ガラスでは、クラッドガラスとコアガラスの間の膨張差の大きさが限定されることから、十分な圧縮応力が発現されない。ケイ酸ガラスを積層することによって理論的に可能な最大圧縮応力は、強化深度がゼロではない状態で、約２７５ＭＰａから約３５０ＭＰａの範囲にある。このレベルの圧縮はいくつかの用途に対して、すなわち日々の使用における衝撃応力を軽減するには、不十分である。例えば、Ｇｏｒｉｌｌａガラスは８００ＭＰａに近づく表面圧縮をもっている。したがって、積層ガラスは、８００ＭＰａに近づく表面圧縮を達成するため、イオン交換プロセスによって増補する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第１２/５３７３９３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示はイオン交換された薄ガラス積層品の分野に関し、さらに詳しくは、積層による機械的ガラス強化及びイオン交換による化学的ガラス強化の、２つの一般的なガラス強化手法の組合せによるガラス積層品に関する。
【００１０】
本開示は、Ｃｏｒｅｌｌｅ製品の作製に用いられるような積層タイプの機械的強化に適し、Ｇｏｒｉｌｌａガラスの作製に用いられるような化学的強化を含むがこれには限定されない、化学的イオン交換プロセスにも適する、イオン交換可能なガラス及びイオン交換されたガラスを説明する。例えば、単一の積層ガラスにおいて積層による機械的ガラス強化とイオン交換による化学的ガラス強化を組み合わせることによって、優れた機械的性能を得ることができる。積層ガラスの機械的ＣＴＥ不整合による深い圧縮層が化学的イオン交換プロセスによる高められた表面圧縮応力と結合される。得られる積層ガラスは、イオン交換による化学的ガラス強化または積層による機械的ガラス強化のいずれかだけを用いて達成することはできない、組合せによる高い圧縮応力及び／または大きな圧縮応力層深度を有する。クラッドガラスの内部領域に高圧縮応力埋込層を形成することも可能である。そのようなガラスは、ガラスが苛酷な条件にさらされる、カバーガラス及びその他の用途（例えば、ＴＶ，携帯用電子デバイス、タッチパネル／ディスプレイ、天板、建築物、家庭用電気器具、自動車、航空機、等）に申し分なく適し得る。
【００１１】
本開示は、例えば、着色性、反射率、より高いかまたは低い屈折率またはＣＴＥ、強度、靱性または抗菌特性のような、ガラスに所望の特性を付与するためにガラス内へのイオンのイオン交換−例えば、クラッドガラスの表面に抗菌特性を付与するためにクラッドガラスの外表面に交換によって銀イオンを入れることができる−に適する、イオン交換可能なガラス及びイオン交換されたガラスも説明する。
【００１２】
さらに詳しくは、本開示は、低ＣＴＥのイオン交換可能クラッドガラス組成及び高ＣＴＥのコアガラス組成を説明する。本開示は、融着成形及び積層に適する、そのようなクラッドガラス及びコアガラスの組成も説明する。
【００１３】
本開示は現今の要求が厳しい用途のために薄ガラス積層品を十分に強化するためのプロセスを説明する。
【００１４】
本開示の一実施形態は、強化された積層ガラス構造を作製するためのプロセスであって、コアガラス板を形成するために第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するコアガラスをドロー成形する工程、クラッドガラス板を形成するために第１のＣＴＥより低い第２のＣＴＥを有するイオン交換可能クラッドガラスをドロー成形する工程、積層ガラス板を形成するためにコアガラス及びクラッドガラスの内の少なくとも一方の軟化点またはそれより高い温度においてクラッドガラス板にコアガラス板を積層する工程、積層ガラス板を冷却して、コアガラス板を引張応力状態にし、クラッドガラス板を圧縮応力状態にする工程、及び積層及び冷却によってクラッドガラスに生成された圧縮応力に加えて、クラッドガラスの外表面領域に圧縮応力層を形成するために積層ガラス板にイオン交換プロセスを実施する工程、を含むプロセスを提供する。
【００１５】
本開示の実施形態にしたがえば、プロセスはコアガラス板を形成する工程及び２枚のクラッドガラス板を形成する工程を含むドロー成形工程を含むことができ、積層工程は一方のクラッドガラス板をコアガラス板の一方の表面に積層する工程及び他方のクラッドガラス板をコアガラス板の他方の表面に積層する工程を含む。
【００１６】
クラッドガラス板は、クラッドガラス板のエッジがコアガラス板のエッジより先に延び出すように、コアガラス板より広幅にすることができる。プロセスは、コアガラスシートのエッジを封入するため、クラッドガラスの軟化点またはそれより高い温度において、コアガラス板のエッジより先に延び出しているクラッドガラス板のエッジ部分を互いに向けて変形させる工程及びクラッドガラス板のエッジ部を融着する工程を含むことができる。
【００１７】
本開示の実施形態にしたがえば、コアガラスはイオン交換可能であり、半径の大きな陽イオンを含有する。プロセスはコアガラス内の大半径陽イオンをクラッドガラス内の小半径イオンで交換して、クラッドガラスの内表面領域に圧縮応力が高められた領域を形成する工程を含むことができる。大半径陽イオンはＫ＋イオンとすることができる。
【００１８】
本開示の実施形態は、大半径陽イオンをクラッド層内の小半径陽イオンで交換する工程が、積層工程、イオン交換工程及び別途の加熱工程の内の１つの間に実施される、プロセスを提供する。
【００１９】
本開示の実施形態にしたがえば、ダウンドロー成形工程はそれぞれ、フュージョンドロー工程またはスロットドロー工程を含むことができる。
【００２０】
本開示の一実施形態は、中空クラッドガラス管を形成するために環形オリフィスをもつクラッドガラスを形成する工程及びコアガラスシリンダーを形成するためにオリフィスをもつコアガラスを形成する工程を含む。
【００２１】
本開示の他の実施形態は、第１の環形オリフィスをもつ第１のクラッドガラス管を形成する工程、第２の環形オリフィスをもつ第２のクラッドガラス管を形成する工程及び第３の環形オリフィスをもつコアガラス管を形成する工程を含み、第１の環形オリフィス及び第１のクラッドガラス管が第３の環形オリフィス及びコアガラス管の外径にほぼ等しい内径を有し、第２の環形オリフィス及び第２のクラッドガラス管が第３の環形オリフィス及びコアガラス管の内径にほぼ等しい外径を有し、積層工程において、第１のクラッドガラス管がコアガラス管の外周面に積層され、第２のクラッドガラス管がコアガラス管の内周面に積層される。積層工程はドロー中に実施することができる。
【００２２】
本開示の他の実施形態は、第１の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するガラスコア層及びコアガラス層のＣＴＥより低いＣＴＥを有する少なくとも１つのイオン交換可能なクラッドガラス層を有し、クラッドガラス層が圧縮応力状態にあり、クラッドガラス層の外表面領域が高められた圧縮応力状態にある、強化積層ガラス構造を含む。
【００２３】
先に説明した実施形態において、クラッドガラス層はコアガラス層のＣＴＥより少なくとも１０×１０−７/℃は低いＣＴＥ、約１０×１０−７/℃から約７０×１０−７/℃の範囲の大きさだけコアガラスのＣＴＥより低いＣＴＥ、約１０×１０−７/℃から約６０×１０−７/℃の範囲の大きさだけコアガラスのＣＴＥより低いＣＴＥ、または約１０×１０−７/℃から約５０×１０−７/℃の範囲の大きさだけコアガラスのＣＴＥより低いＣＴＥ、を有することができる。
【００２４】
ガラス積層品は３ｍｍをこえない総厚、約０.１５ｍｍから約３ｍｍの範囲の総厚、約０.３ｍｍから約３ｍｍの範囲の総厚、を有することができる。
【００２５】
コアガラスは２ｍｍまでの厚さを有することができる。
【００２６】
一実施形態にしたがえば、クラッドガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３，及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含むことができる。ガラス組成は、約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここで、Ｒは、Ｌｉ，Ｎａ及びＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。このガラス組成においては一般に、このガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、４１０℃で８時間の１００％ＫＮＯ３塩浴内のイオン交換後の、このガラス組成における圧縮応力は４００Ｍｐａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。比較的低い平均熱膨張係数により、このガラス組成は、融着積層プロセスによって形成される積層ガラス品のような、積層ガラス品のクラッドガラス層としての使用に特に良く適している。
【００２７】
本開示の実施形態にしたがえば、クラッドガラスは、約５５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３，及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３を含むことができる、ガラス組成から形成することができる。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏをさらに含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，Ｎａ及びＫの内の少なくとも１つである。クラッドガラス層は、約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯをさらに含むことができ、ここで、Ｍは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。このガラス組成は、５５×１０−７/℃以下の平均熱膨張係数を有し、イオン交換による強化を受けることができる。
【００２８】
ガラス組成、積層及び化学的強化プロセス並びに得られた機械的及び化学的に強化された積層ガラス品のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、本明細書の記述及び特許請求の範囲に、また添付図面にも、説明されるように実施形態を実施することによって認められるであろう。
【００２９】
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも例示に過ぎず、特許請求の範囲の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は積層プロセスを用いて強化されたガラス積層品内につくられた応力プロファイル及びイオン交換プロセスを用いて化学的に強化されたガラス板内の応力プロファイルを示すグラフである。
【図２】図２は本開示の実施形態にしたがうガラス積層品の簡略な側面図である。
【図３】図３は本開示の実施形態にしたがう積層強化プロセス及びイオン交換強化プロセスのいずれも用いて強化したガラス積層品内につくられた応力プロファイルを示すグラフである。
【図４】図４は本開示の別の実施形態にしたがう積層強化プロセス及びイオン交換強化プロセスのいずれも用いて強化したガラス積層品内につくられた応力プロファイルを示すグラフである。
【図５】図５は本開示の実施形態にしたがうガラス積層品のガラス融着及び積層形成のための装置の簡略な断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面を全体的に参照すれば、図示が特定の実施形態を説明する目的のためであり、本明細書または添付される特許請求の範囲を特定の実施形態の限定する目的はないことが理解されるであろう。図面は必ずしも比例尺で描かれておらず、いくつかの特徴及び図面のいくつかの図は、明解さ及び簡潔さのためにスケールが誇張されて、または簡略に、示されることがあり得る。
【００３２】
添付図面はさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は１つ以上の実施形態を示し、記述とともに様々な実施形態の原理及び動作の説明に役立つ。
【００３３】
以下の説明において、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様であるかまたは対応する要素を指す。別途に指定されない限り、「上」、「下」、「外向き」、「内向き」、等のような語句は便宜上の語であり、本発明をいずれか特定の方位に限定する限定語として解されるべきではないことも当然である。別途に指定されない限り、挙げられた場合、値の範囲はその範囲の上限及び下限のいずれも、また上限と下限の間のいかなる中間範囲も、含む。
【００３４】
語句「液相粘度」は、本明細書に用いられるように、ガラス組成の液相温度における剪断粘度を指す。
【００３５】
語句「液相温度」は、本明細書に用いられるように、ガラス組成において失透がおこる最高温度を指す。
【００３６】
語句「ＣＴＥ」は、本明細書に用いられるように、約２０℃から約３００℃の温度範囲にかけて平均された、ガラス組成の熱膨張係数を指す。
【００３７】
本説明及び添付される特許請求の範囲においてクラッドガラスに関して用いられるような語句、比較的低いかまたは低いＣＴＥは、コアガラスの出発組成のＣＴＥより少なくとも１０×１０−７/℃は低いＣＴＥを有する出発ガラス組成（例えば、ドロー工程、積層工程及びイオン交換工程の前の組成）をもつガラスを意味する。クラッドガラスのＣＴＥはコアガラスのＣＴＥより、約１０×１０−７/℃〜約７０×１０−７/℃、約１０×１０−７/℃〜約６０×１０−７/℃、または約１０×１０−７/℃〜約５０×１０−７/℃の範囲、にある大きさだけ低くすることができる。例えば、コアガラスのＣＴＥとクラッドガラスのＣＴＥの間に約５０×１０−７/℃の差があるように、コアガラスは約１００×１０−７/℃のＣＴＥを有することができ、クラッドガラスは約５０×１０−７/℃のＣＴＥを有することができる。
【００３８】
本説明及び添付される特許請求の範囲においてガラス積層品に関して用いられるような語句、薄いかまたは比較的薄いガラスは、３ｍｍをこえない、２.５ｍｍをこえない、約０.１ｍｍから約３.０ｍｍの範囲内、約０.１５ｍｍ〜約３.０ｍｍの範囲内、約０.３ｍｍ〜約３.０ｍｍの範囲内、約０.１５ｍｍ〜約２.５ｍｍの範囲内、または約０.３ｍｍ〜約２.５ｍｍの範囲内、の総厚を有する積層品を意味する（ただし、いくつかの場合には積層品の厚さが３.０ｍｍをこえることがあり得る）。コアガラス層は、約２ｍｍまでまたは約１ｍｍまでの（ただし、いくつかの場合には２ｍｍより厚いことがあり得る）、約０.０１ｍｍ〜約２ｍｍまで、約０.０１ｍｍ〜約１ｍｍまで、約０.２ｍｍ〜約２ｍｍまで、約０.５ｍｍ〜約０.７５ｍｍまで、約０.９ｍｍ〜約２ｍｍまで、約０.０１ｍｍ〜約１.５ｍｍまで、約０.５ｍｍ〜約２.５ｍｍまで、または約０.０１ｍｍ〜約０.５ｍｍまで、の範囲内の厚さを有することができる。
【００３９】
本説明及び添付される特許請求の範囲において用いられるような語句、機械的に強化されたガラス積層品または機械的強化は、高ＣＴＥコアガラスを低ＣＴＥクラッドガラスに積層することで形成されたガラス積層品であり、よって、積層に続いて積層品が冷却されたときにクラッドガラス内に圧縮応力が生成される、ガラス積層品を意味するとされる。
【００４０】
本説明及び添付される特許請求の範囲に用いられるような語句「化学的に強化された」または「化学的強化」は、ガラスがガラス板であるか、ガラス管であるかまたはその他の特性ガラス品であるかにかかわらず、ガラスの表面領域に圧縮応力を生成するためにイオン交換プロセスを用いて強化されたガラスを意味するとされる。
【００４１】
本開示の実施形態にしたがうガラス積層品１０が、比例尺では描かれていない、図２に簡略に示される。ガラス積層品１０は、比較的ＣＴＥが高いコアガラス層１１及び、コアガラス層のそれぞれの表面に積層された、比較的ＣＴＥが低いイオン交換可能なクラッドガラス層１２を有する。以降でさらに詳細に説明されるように、比較的ＣＴＥが低いクラッドガラス層は、クラッドガラス層がコアガラス層に融着するように、ガラス層の表面を高温において相互に接合することによって比較的ＣＴＥが高いコアガラス層に積層される。積層品は次いで冷却される。積層品が冷却するにつれて、比較的ＣＴＥが高いコアガラス層１１は、コアガラス層の表面に堅固に接合された、比較的ＣＴＥが低いクラッドガラス層１２よりも大きく収縮する。冷却中のコアガラス層とクラッドガラス層の調節可能な収縮によって、コアガラス層は張力（または引張応力）の状態におかれ、外クラッドガラス層は圧縮（または圧縮応力）の状態に置かれる。この結果、圧縮応力（または圧縮応力層深さ）がクラッドガラス層１２を完全に貫通している、図１に実線Ａで簡略に示されるような応力プロファイルと同様の応力プロファイルを有する機械的に強化されたガラス積層品が得られる。すなわち、有用な、非常に深い圧縮応力層深さ（あるいは、単に強化深度またはＤＯＬ）が積層品１０に形成される。積層タイプの強化を用いて、ガラスの表面において約５０ＭＰａから約４００ＭＰａまたは７００ＭＰａの範囲にある圧縮応力（または単にＣＳ）を達成することができる。
【００４２】
本開示の別の実施形態にしたがえば、クラッドガラス層１２はコアガラス層１１のエッジの先に延び出し、クラッドガラス層のエッジは、曲げて相互に接触させ、相互に密着または融着させることができる（図示せず）。張力状態にあるコアガラス層のエッジは、圧縮状態にある一方または両方のクラッドガラス層によって封入される。したがって、積層品の露出面は全て圧縮状態にある。あるいは、コアガラス層１１の１つ以上の外エッジはクラッドガラス層１２の対応する外エッジより先に延び出すことができ、またはクラッドガラス層のエッジとコアガラス層のエッジは一致させることができる。
【００４３】
ガラス積層品１０は次いで、以降でさらに詳細に説明されるように、イオン交換可能なクラッドガラス層１２の表面近傍領域内の圧縮応力をさらに高めることによって積層品を化学的に強化するため、イオン交換を行うことができる。イオン交換化学的強化プロセスは、図１に破線Ｂで簡略に示される応力プロファイルと同様の応力プロファイルをクラッドガラス層１２の表面近傍領域内に生成する。この結果が、基本的に図１の線Ａと図１の線Ｂの応力プロファイルの和である、図３の線Ｃによって簡略に表されるような応力プロファイルを有するガラス積層品１０である。クラッドガラス層の外表面及び表面近傍領域に生成される圧縮応力はイオン交換化学的強化だけで達成され得る圧縮応力と同等であるかまたはさらに高く、同時に、積層強化だけで達成され得るが、イオン交換化学的強化だけでは達成され得ないような、強化深度に圧縮が維持される。
【００４４】
単一の積層ガラスに積層による機械的ガラス強化及びイオン交換による化学的ガラス強化の両者を複合することで、積層ガラスのＣＴＥ不整合によって得られる深い圧縮応力層が化学的イオン交換プロセスによって得られる高い表面圧縮応力と結合される。得られる積層ガラスは、イオン交換による化学的強化または積層ガラス強化だけを用いて達成され得るよりも高い複合圧縮応力（ＣＳ）及び／または大きい圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）を有し、優れた機械的性能を得ることができる。積層によるクラッドガラス層の外表面における圧縮応力は、５０ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以上、であり、約５０ＭＰａ〜約４００ＭＰａ、約５０ＭＰａ〜約３００ＭＰａ、約２５０ＭＰａ〜約６００ＭＰａ、または約１００ＭＰａ〜約３００ＭＰａ、の範囲にあり得る。（もし存在すれば）クラッドガラス層の外表面領域におけるイオン交換による圧縮応力ＣＳは、２００ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、７００ＭＰａ以上、９００ＭＰａ以上、であり、または、２００ＭＰａ〜約１０００ＭＰａ以上、２００ＭＰａ〜約８００ＭＰａ以上、の範囲にあることができ、得られる表面圧縮または圧縮応力はイオン交換後に７００ＭＰａ〜１ＧＰａ（すなわち、積層による３００ＭＰａとイオン交換による７００ＭＰａ）もの高さになり得る。
【００４５】
そのようなガラスはカバーガラス及び、ガラスが過酷な条件にさらされる、その他の用途（例えば、ＴＶ、携帯用電子デバイス、タッチパネル／ディスプレイ、天板、建築物、家庭用電気器具、自動車、航空機、看板／標識、太陽電池、航空宇宙用品、弾道機器、安全用品、家庭用ガス器具、等）に申し分なく適し得る。
【００４６】
本明細書に先に説明したような本開示のいくつかの実施形態において、クラッドガラス１２は、コアガラスに対して、比較的ＣＴＥが低い、イオン交換可能なガラスで形成される。コアガラス層が多少ともイオン交換可能ではないことの保証が望ましければ、イオン交換によるガラス強化の技術において十分に理解されているように、例えば、コアガラス組成にラッチアルカリイオンを添加するかまたはコアガラス組成からアルミニウムを除去することによるように、コアガラス組成を適宜に調節することができる。
【００４７】
図４は、コアガラスもイオン交換可能なガラスで形成することができる、本開示の別の実施形態にしたがう、ガラス板２０における応力プロファイル（実線Ｄ）を示すグラフである。例えば、コアガラスは、（Ｋ＋またはＣｓ＋のような）大半径の可動イオンに富む、比較的ＣＴＥが高い、イオン交換可能なガラスとすることができる。コアガラスが、Ｋに富む、高ＣＴＥイオン交換可能ガラスであるいくつかの実施形態において、コアガラスにクラッドガラスを積層するために熱が印加されると、コアガラス内のＫ＋イオンがクラッドガラス内のＮａ＋イオンと交換される。クラッドガラスをコアガラスに積層するに必要な熱以外の、追加のまたは後続のイオン交換熱処理は無しにすることができる。コアガラスとクラッドガラスの間のイオン交換、例えばＮａ＋⇔Ｋ＋イオン交換により、埋め込まれたコアクラッドガラスガラス界面に隣接するクラッドガラス層２２の領域２４内に圧縮応力が生成される。すなわち、埋込圧縮応力層２４は、クラッドガラス２２の領域２４における実線Ｄのスパイクによって示されるように、クラッドガラスの内表面領域２４，すなわちクラッドガラスとコアガラスの間の界面に隣接するクラッドガラスの領域２４に形成される。積層に続いて積層品が冷却されると、それぞれのＣＴＥが異なることによって、クラッドガラス層２２は圧縮応力状態におかれ、コアガラス層２１は引張応力状態におかれる。コアガラス２１からのイオン交換によってクラッドガラス層２２内に形成される圧縮応力が、クラッドガラス層のコアガラス層との積層によってクラッドガラス層内に形成される圧縮応力と組み合わされて、圧縮応力にスパイクが生じる。
【００４８】
コアガラスとクラッドガラスの間のイオン交換を達成するために積層品に印加される熱は、クラッドガラス層のコアガラス層への積層中に印加される熱だけとすることができる。あるいは、コアガラスからクラッドガラスへのイオンの交換を強めるため、積層に続いて、追加の熱処理を実施することができる。そのような追加熱処理は単に、クラッドガラスをコアガラスに積層するに必要な時間より長くする、積層品が積層温度に保持されている時間の延長とすることができる。追加熱処理は、積層に続く、積層温度より低いかまたは高い温度における熱処理とすることもできる。
【００４９】
本開示の別の実施形態において、上述した埋込圧縮応力層２４をもつような積層品が溶融塩浴に浸漬され、塩浴内の大きなイオンをクラッドガラスの外表面領域内のイオンと交換するイオン交換プロセスにより、図４の実線Ｄで示されるように、クラッドガラスの外表面近傍領域１８に圧縮応力が生成される。この結果は、（ａ）クラッドガラスとコアガラスの間の界面に隣接するかまたは界面近傍のクラッドガラスの埋込／内部領域２４及び（ｂ）図４に実線Ｅで示されるようなクラッドガラスの外表面に隣接するかまたは外表面近傍のクラッドガラス２２の領域（例えば表面近傍領域）のいずれにおいてもクラッドガラス内に高められた圧縮応力領域を有するガラス積層品である。そのような積層品はクラッドガラス層の外表面近傍領域及び埋込内表面領域に高められた圧縮応力を有し、図４の実線Ｄ−Ｅで示されるように積層プロセスによって形成された深い総圧縮応力深度２６も有する。
【００５０】
高められているかまたは比較的高い圧縮応力の埋込領域または埋込層２４はクラックを偏向させることができる、すなわちクラック前線をその本来の広がり方向に対して９０°向きを変えさせ、よって引張応力下にあるガラスに領域内へのクラックの有害な進入を止めることができることも示されている。したがって、高められた圧縮応力の埋込領域２４を有するガラス積層品は、そのような埋め込まれた強化圧縮応力層を含んでいない、従来の積層による強化積層品及びイオン交換による化学的強化積層品に優る、優れた機械的特性を有することができる。先に論じたように、ひびが、圧縮応力下にあるガラスまたはガラス積層品の外部領域を通って広がり、引張応力下にある内部領域２６に到達すると、破壊がおこり、ガラス積載品を砕けさせ得る。張力状態にある積層品の内部領域にひびが到達する前にひびの広がりを偏向させるかまたは停止させることにより、埋め込まれた強化圧縮応力領域２４はそのような破壊を防止するかまたは少なくとも阻止することができる。
【００５１】
コアガラス／クラッドガラス対は、（１）冷却時にクラッドガラス内にかなりの圧縮応力を発生させるに十分なＣＴＥ不整合がある、（２）クラッドガラスが外部浴内で、またはコアガラスと、イオン交換可能である、及び（３）コアガラスが、クラッドガラスとのイオン交換のための、クラッドガラス内のイオン交換可能なイオンよりイオン半径が大きいイオン交換可能なイオンを含む、の内の１つ以上であるように選ばれる。コアガラスとクラッドガラスの間のイオン交換は、（ａ）ＦＤＭ上の冷却曲線の調整、（ｂ）引き続く無イオン交換ガラスの熱処理、または（ｃ）塩浴内のイオン交換（コアガラスとクラッドガラスの間のイオン移動及び／またはクラッドガラスと塩浴の間のイオン移動）と同時、の内の１つ以上によって実行することができる。
【００５２】
本開示の実施形態はＣＴＥが低いイオン交換可能なクラッドガラス組成及びＣＴＥが高いコアガラス組成を含む。クラッドガラスの組成及びイオン交換プロセスは、強化深度ＤＯＬが積層シートのＣＴＥ不整合によって既に与えられているから、イオン交換プロセス中に形成される圧縮層の深さを犠牲にして表面圧縮、例えば圧縮応力ＣＳを最大化するように構成することができる。さらに、高Ｋ２Ｏ／高ＣＴＥコアガラスを、上で論じたように、コアガラスからクラッドガラスへのＫの拡散によって張力状態にある中心層の前面に高められた圧縮応力ＣＳをもつ埋込層２４を形成するために用いることができる。これは、（高アイソパイプ温度における積層層間の相互拡散により）ドロー時に、引き続く（Ｎａ＋及びＫ＋のような可動イオンの拡散を可能にする）熱処理中に、または（可動イオンの移動を可能にするに十分に高い温度で一般に実施される）従来のイオン交換工程中に、おこり得る。最後のイオン交換工程による場合、圧縮層はクラッドガラス層２２の外表面領域１８及びクラッドガラス／コアガラス界面近傍の内部領域２４のいずれにおいても生成されるであろう。
【００５３】
本開示の実施形態は、例としてのみ、融着形成及び積層に適し、イオン交換による化学的強化にも適する、クラッドガラス及びコアガラスのための組成を含む。本開示のいくつかの実施形態は、ＣＴＥが低く、イオン交換可能な、クラッドガラス１２の組成及び、融着形成及びイオン交換のいずれも行うことができる、ＣＴＥが高いコアガラス１１の組成を含む。クラッドガラス組成は、熱膨張を最小限に抑え、積層プロセスによって生成される圧縮応力を最適化するように構成することができる。同様に、積層プロセスは積層プロセス中に生成される圧縮応力を最適化するように構成することができる。クラッドガラス組成はイオン交換プロセスによって生成される圧縮応力及び強化深度を最適化するように構成することもできる。例えば、イオン交換による圧縮応力は一般にＮａ２Ｏを増やすと高くなる。しかし、他のガラス成分のほとんどを犠牲にしてＮａ２Ｏ含有量を大きくすると熱膨張が大きくなり、したがってコアガラスに対するクラッドガラスのＣＴＥ不整合により圧縮応力が小さくなるであろう。逆に、Ｂ２Ｏ３の添加は熱膨張の低減に役立つが、イオン交換も妨げる。本明細書に説明されるようなクラッドガラスの形成にはこれらの２つの効果のバランスを様々なガラス成分の巧妙な操作によってとることが必要である。本開示のいくつかの実施形態にしたがえば、クラッドガラスは、低ＣＴＥの許容できるイオン交換性能とのバランスをとるため、中間レベルのＢ２Ｏ３を含有し、イオン交換のためだけに構成された一般的なガラスより低いＮａ２Ｏ濃度を有する。同様に、イオン交換浴及びプロセスはイオン交換プロセス中に生成される圧縮応力及び強化深度を最適化するように構成することができる。
【００５４】
表Ｉ，II及びIIIを参照すれば、本開示のいくつかの実施形態は、上述したように積層及び冷却によってクラッドガラス層を強化するに十分に高いＣＴＥを有し、必要に応じて、図４に関して先に説明したように界面イオン交換に十分なＫ２Ｏ源になるように、構成されたコアガラス組成を含む。本開示のいくつかの実施形態にしたがえば、コアガラスは、最小のホウ素濃度を有することができ、イオン交換のためだけに構成された一般的なガラスに比較して高められたＫ２Ｏ.Ａｌ２Ｏ３含有量を有することができる。約９０×１０−７/℃〜約１１０×１０−７/℃の範囲にあるＣＴＥを達成することができる。
【００５５】
表Ｉ，II及びIII：ＣＴＥが低く、イオン交換可能な、クラッドガラスの組成例
【００５６】
【表１】
2014521582.tif 000003
【００５７】
【表２】
2014521582.tif 000004
【００５８】
【表３】
2014521582.tif 000005
【００５９】
ここで、ＩＸ４１０-８は４１０℃で８時間のイオン交換を表し、ＣＳは圧縮応力を表し、ＤＯＬは強化深度を表す。
【００６０】
本開示のいくつかの実施形態は、上述したように積層及び冷却によってクラッドガラス層を強化するに十分に高いＣＴＥを有し、必要に応じて、図４に関して先に説明したように界面イオン交換に有意なＫ２Ｏ源になるように、構成されたコアガラス組成を含む。本開示のいくつかの実施形態にしたがえば、コアガラスは、最小のホウ素濃度を有することができ、イオン交換のためだけに構成された一般的なガラスに比較して高められたＫ２Ｏ.Ａｌ２Ｏ３含有量を有することができる。
【００６１】
本明細書に説明されるクラッドガラス組成は一般に比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有し、したがって、イオン交換または熱的調質無しに圧縮応力がかけられた積層ガラス品を作製するため、比較的高いＣＴＥを有するコアガラス組成とともに用いることができる。本明細書に説明されるクラッドガラス組成はガラスの表面圧縮を高めるためにイオン交換によってさらに強化することも可能である。一実施形態において、クラッドガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含むことができる。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができる。ここでＲは、Ｌｉ，Ｎａ及びＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができる。ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。クラッドガラス組成は一般に、５５×１０−７/℃以下の平均熱膨張係数を有する。これらのガラス組成及びこれらのガラス組成を有する積層ガラスは本明細書において、添付図面を特に参照して、さらに詳細に説明される。
【００６２】
本明細書に説明されるガラス組成の実施形態において、構成成分（例えば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，等）の濃度は、別途に指定されない限り、酸化物ベースのモルパーセント（モル％）で指定される。
【００６３】
本明細書に説明されるイオン交換可能なクラッドガラスの組成（及び、コアがイオン交換可能であるべきであれば、コアガラスの組成）の実施形態において、ＳｉＯ２は組成の最も大きい成分であることができ、したがって、ＳｉＯ２はガラスネットワークの主要成分である。ガラス組成内のＳｉＯ２濃度が低い（すなわち、約５５モル％未満である）場合、得られるガラスの化学的耐久性は低い。さらに、得られるガラスの液相粘度も低くなり、ガラスを、フュージョンドロープロセス及び／または融着積層プロセスによるような、融着形成に不適にする。しかし、ガラス組成内のＳｉＯ２濃度が高すぎれば（すなわち、約７０モル％より高ければ）、ＳｉＯ２濃度が高くなるほど益々ガラスの溶融が困難になり、続いて、ガラスの成形性に悪影響を与えるから、ガラス組成の成形性が失われ得る。本明細書に説明される実施形態において、ガラス組成は一般にＳｉＯ２を、ガラス組成の融着形成を容易にするため、約５５モル％以上で約７０モル％以下の濃度で含む。いくつかの実施形態において、ガラス組成内のＳｉＯ２濃度は約６５モル％以上で約７０モル％以下である。また別の実施形態において、ガラス組成内のＳｉＯ２の量は約６５モル％以上で約６８モル％以下である。いくつかの他の実施形態において、ガラス組成はＳｉＯ２を約６３モル％〜約６６モル％の濃度で含む。
【００６４】
本明細書に説明されるイオン交換可能ガラスの組成はＡｌ２Ｏ３も含む。Ａｌ２Ｏ３は、ＳｉＯ２と同様に、ガラスネットワーク形成体としてはたらく。ＳｉＯ２と同様に、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス組成から形成されるガラス融液内におけるＡｌ２Ｏ３の主に四面体の配位によって、ガラス組成の粘性を高める。さらに、ガラス組成内のＡｌ２Ｏ３の濃度がアルカリ酸化物またはアルカリ土類酸化物の濃度に対して高くなると、一般にガラス組成のＣＴＥが低くなり、ガラス組成の耐久性が高くなる。Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの歪点を高め、ガラスネットワーク内のアルカリイオンの拡散率を高めることにより、ガラス組成のイオン交換性能も向上させる。したがって、Ａｌ２Ｏ３の存在は、イオン交換プロセスの速度を向上させ、得られ得る最大圧縮応力を高める。しかし、ガラス組成内の総アルカリ酸化物濃度がＡｌ２Ｏ３濃度より低い場合には、Ａｌ２Ｏ３の添加により、イオン交換によって達成され得る圧縮応力及び強化深度が実際は減じ得る、
本明細書に説明されるイオン交換可能なガラスの組成の実施形態において、ガラス組成内のＡｌ２Ｏ３濃度は、所望の低ＣＴＥ及びイオン交換性能を有するガラス組成を達成するため、一般に約１５モル％以下である。例えば、いくつかの実施形態において、ガラス組成内のＡｌ２Ｏ３濃度は約９モル％以上で約１４モル％以下である。いくつかの実施形態において、ガラス組成内のＡｌ２Ｏ３濃度は約１０モル％以上で約１３モル％以下とすることができる。いくつかの実施形態において、Ａｌ２Ｏ３濃度は約１０モル％以上で約１２モル％以下とすることができる。
【００６５】
本明細書に説明されるイオン交換可能なガラスの組成はアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含み、ここでＲは、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋまたはこれらの組合せの内の少なくとも１つである。本明細書に説明される実施形態において、アルカリ酸化物はガラスの溶融温度及び液相温度を低め、よってガラス組成の成形性を向上させる。しかし、ガラスに含まれる他の酸化物に対して、アルカリ酸化物はガラス組成のＣＴＥを高め、同時にイオン交換性能を向上させる。ガラス組成のＣＴＥは一般にアルカリ酸化物濃度が高くなるとともに高くなる。一般に、Ｎａ２Ｏに対するＫ２Ｏの置換はガラスのＣＴＥを高めるが、Ｎａ２Ｏに対するＬｉ２Ｏの置換はＣＴＥを低める。したがって、ガラス内に存在するアルカリイオンの径が小さくなるほど、ＣＴＥの増大は小さくなる。
【００６６】
詳しくは、イオン交換は一般に、ガラス内の（Ｌｉ＋またはＮａ＋のような）径の小さなアルカリイオンの、溶融塩浴内の（Ｋ＋のような）径の大きなアルカリイオンとの交換によって容易になる。一般に３つのタイプのイオン交換、（１）深い強化深度が得られるが圧縮応力は低い、Ｌｉ＋に対するＮａ＋の交換、（２）強化深度は浅いが、比較的高い圧縮応力が得られる、Ｌｉ＋に対するＫ＋の交換、及び（３）中間の強化深度及び中間の圧縮応力が得られる、Ｎａ＋に対するＫ＋の交換、がおこる。ガラス組成が融着形成積層ガラス品のクラッド層として用いられる実施形態においては、積層プロセスによりクラッドガラスス内に大きな強化深度を得ることができるから、圧縮応力が第一義的に重要である。したがって、本明細書に説明されるガラス組成内のアルカリ酸化物の濃度は、最大の表面圧縮が得られるようにＬｉ＋に対するＫ＋の交換及び／またはＮａ＋に対するＫ＋の交換を容易にするため、一般にＫ２ＯよりＬｉ２Ｏ及びＮａ２Ｏについて高いであろう。
【００６７】
本明細書に説明されるガラス組成のイオン交換性能は、４１０℃の温度で８時間の溶融ＫＮＯ３浴内における、ガラス組成で形成されたガラス品をイオン交換することによって定められる。イオン交換後、光の複屈折によって圧縮応力及び強化深度が測定される。本明細書に説明されるガラス組成の実施形態において、ガラス組成は一般に、上述した条件の下でのイオン交換後に４００ＭＰａより高い圧縮応力を有する。いくつかの実施形態において、圧縮応力（ＣＳ）は約４５０ＭＰａ以上に、さらには約５００ＭＰａ以上にさえ、なり得る。いくつかの実施形態において、圧縮応力は約５５０ＭＰａ以上になり得る。さらに、圧縮応力の強化深度（ＤＯＬ）は一般に、約５μｍ以上であり、さらには約１０μｍ以上にもなる。
【００６８】
さらに、本明細書に説明されるガラス組成は、フュージョンダウンドロープロセス及び／または融着積層プロセスによるような、融着形成に適する液相粘度を有することができる。特に、本明細書に説明されるガラス組成は約３５０００ポアズ（３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒））以上の液相粘度を有する。いくつかの実施形態において、液相粘度は、５０ｋポアズ（５ｋＰａ・秒）以上であり、さらには１００ｋポアズ（１０ｋＰａ・秒）以上にもなる。
【００６９】
上述に基づいて、ＣＴＥが低く、イオン交換可能な、ガラス組成の様々な実施形態が本明細書に開示されることは当然である。第１の実施形態例において、ガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７０】
第２の実施形態例において、ガラス組成は、約６５モル％〜約６８モル％のＳｉＯ２，約１０モル％〜約１３モル％のＡｌ２Ｏ３及び約６モル％〜約９モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約６モル％〜９モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約７モル％〜約１０モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７１】
第３の実施形態例において、ガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約７モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７２】
第４の実施形態例において、ガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約９モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７３】
第５の実施形態例において、ガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭＯはＭｇＯ及びＣａＯを含み、ＭｇＯの濃度（モル％）はＣａＯの濃度（モル％）より高い。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７４】
第６の実施形態例において、ガラス組成は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭＯはＭｇＯ及びＣａＯを含み、ＭｇＯの濃度は５モル％より高く、ＣａＯの濃度は５モル％より低い。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７５】
第７の実施形態例において、ガラス組成は、約５５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含む。ガラス組成は約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏも含むことができ、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つである。ガラス組成は約３モル％〜約１１モル％の二価酸化物ＭＯも含むことができ、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである。本実施形態において、Ｂ２Ｏ３の濃度は約７モル％より低い。本実施形態において、二価酸化物ＭＯの濃度は約９モル％より低い。二価酸化物ＭＯはＭｇＯ及びＣａＯのいずれもを含むことができ、ＭｇＯの濃度が５モル％より高く、ＣａＯの濃度が５モル％より低い場合のように、ＭｇＯの濃度（モル％）はＣａＯの濃度（モル％）より高い。本ガラス組成においては一般に、本ガラス組成で形成されたガラスの平均熱膨張係数は５５×１０−７/℃以下であり、本ガラス組成の圧縮応力は、４１０℃で８時間の、１００％ＫＮＯ３塩浴内でのイオン交換後に４００ＭＰａ以上であり、液相粘度は３５ｋポアズ（３.５ｋＰａ・秒）以上である。
【００７６】
上でそれぞれのガラス組成の（ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，Ｂ２Ｏ３，等のような）様々な構成成分に対する特定の組成範囲を参照してガラス組成例を説明したが、それぞれの構成成分のそれぞれの組成範囲が。上述したような、その構成成分に対して１つ以上のさらに狭い組成範囲を含み得ることは当然である。さらに、構成成分のそのようなさらに狭い範囲及び／または様々な構成成分の間の関係が、所望の特性を有するガラスを作製するため、本明細書に説明されるガラス組成のいずれの実施形態にも導入され得ることも当然である。
【００７７】
一実施形態例において、クラッドガラス層は、約６５モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２，約９モル％〜約１４モル％のＡｌ２Ｏ３及び約０モル％〜約１１モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含み、約５モル％〜１０モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏを含み、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つであり、約３モル％〜約９モル％の二価酸化物ＭＯを含み、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである、上で説明したガラス組成のような、ＣＴＥが低いガラス組成から形成される。これらのガラス組成は、約２０℃〜約３００℃の温度範囲にわたり５５×１０−７/℃以下の平均熱膨張係数を有し、イオン交換による強化が可能である。比較的低い平均熱膨張係数により、ガラス組成は積層ガラス品のクラッドガラス層としての使用に特に良く適している。
【００７８】
別の実施形態例において、クラッドガラス層は、約６５モル％〜約６８モル％のＳｉＯ２，約１０モル％〜約１３モル％のＡｌ２Ｏ３及び約６モル％〜約９モル％のＢ２Ｏ３をガラスネットワーク形成体として含み、約６モル％〜９モル％未満のアルカリ酸化物Ｒ２Ｏを含み、ここでＲは、Ｌｉ，ＮａおよびＫの内の少なくとも１つであり、約７モル％〜約１０モル％の二価酸化物ＭＯを含み、ここでＭは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ及びＺｎの内の少なくとも１つである、上で説明したガラス組成のような、ＣＴＥが低いガラス組成から形成することができる。これらのガラス組成は、約２０℃〜約３００℃の温度範囲にわたり５５×１０−７/℃以下の平均熱膨張係数を有し、イオン交換による強化が可能である。
【００７９】
別の実施形態例において、コアガラス層は、２０℃〜８００℃の温度範囲において７５×１０−７/℃以上の熱膨張係数を有する、アルカリイオンを含むガラス組成から形成することができる。例えば、コアガラス層は、約７０モル％〜約８０モル％のＳｉＯ２，約０モル％〜約８モル％のＡｌ２Ｏ３及び約３モル％〜約１０モル％のＢ２Ｏ３，約０モル％〜約２モル％未満のＮａ２Ｏ，約１０モル％〜約１５モル％のＫ２Ｏ，及び約５モル％〜約６モル％のアルカリ土類酸化物を含み、ここでアルカリ土類酸化物は、ＣａＯ，ＳｒＯ及びＢａＯの内の少なくとも１つであり、ＭｇＯは含まない。しかし、積層ガラス品１０のコアガラス層１１を形成するために、コアガラス層１１の平均熱膨張係数がクラッド層１２の平均膨張係数より高い限り、他のガラス組成も用い得ることは当然である。
【００８０】
クラッドガラス層１２及びコアガラス層１１として用いるための特定のガラス組成を本明細書で説明したが、本明細書に説明されるガラス組成のいずれもが、ガラス組成の比較的低いＣＴＥにより、積層ガラス品１０のクラッドガラス層１２を形成するために用いられ得ることは当然である。
【００８１】
本開示の様々な実施形態にしたがえば、ガラス積層品１０は融着形成及び積層プロセスを用いて形成することができる。本開示の教示にしたがう融着形成及び積層ガラス積層品は図５に簡略に示される二重アイソパイプ融着プロセスを参照して簡便に説明することができ、その詳細は、例えばコーニング社(Corning Incorporated)の、米国特許第４２１４８８６号、第７２０７１９３号、第７４１４００１号、第７４３０８８０号、第７６８１４１４号及び第７８７８９８０号の明細書、国際公開第２００４／０９４３２１Ａ１号パンフレット、及び米国特許出願公開第２００９／０２１７７０５Ａ１号明細書を含む、技術上利用できる教示から容易に確かめることができる。上記特許文献のそれぞれの内容は本明細書に参照として含められる。溶融した外層またはクラッドガラス層のガラス１２は上部／クラッドアイソパイプ２０またはその他のオーバーフローパイプから溢流し、溶融した内層またはコアガラス層のガラスが上部アイソパイプ２０の直下に配された下部／コアアイソパイプまたはオーバーフローパイプ３０から溢流する。クラッドガラス１２は下部アイソパイプ３０の両側でコアガラスに融着する。下部アイソパイプ３０のルートにおいて、２つの側流が合体して、コアガラス層１１及び２つの外層１２を有する３層積層平ガラス板１０になる。本開示にしたがってＣＴＥが比較的高いコアガラス及びＣＴＥが比較的低いクラッドガラスを用いることにより、ガラスシート１０の冷却時に図１の実線Ａで示されるような応力プロファイルを有する強化積層品が作製される。積層シート１０は、積層シートの成形及び応力調整のためのいくつかの高温域を通過することができ、次いでドローの底部において切断されて、個別のガラス板にされる。個別のガラス板は続いて、図３の実線Ｃまたは図４の実線Ｄに示されるような応力プロファイルをもつガラス板１０を得るため、以降でさらに詳細に説明されるように、イオン交換される。
【００８２】
本開示の別の実施形態において、積層シートは図５に示されるフュージョンドロープロセスと同様のスロットドロー融着プロセスを用いて形成される。そのようなスロットドロープロセスにおいては、コアガラスがコアガラス送出スロットから供出され、クラッドガラスが一対のクラッドガラス送出スロットから供出される。また別の実施形態においては、ガラスシートを押し出して板引きすることができる。押出ガラス送出、スロットガラス送出またはフュージョンガラス送出の組合せを用いることもできる。
【００８３】
本明細書に説明されるような強化積層ガラス板１０は平板ガラスとすることができ、あるいは１つ以上の方向に単純であるかまたは複雑な湾曲を有する３次元ガラス板とすることができることは理解されるであろう。
【００８４】
本開示の一実施形態にしたがえば、コアガラスの中実円柱を形成するためにオリフィスを通してコアガラスを送り出し、コアガラスの外表面に積層されるクラッドガラスの中空管または中空円筒を形成するために環形オリフィスを通してクラッドガラスを送り出すことによって、強化積層ガラス中実ケーンを形成することができる。この場合、環形オリフィスの内径はオリフィスの外径に等しいかまたはそれより若干小さい。様々な形状のガラス間を形成するために非円形断面を有するガラスケーンを形成するため、コアオリフィス及びクラッドオリフィスが丸または円筒以外の形状につくられ得ることは理解されるであろう。
【００８５】
本開示の別の実施形態にしたがえば、第１及び第２のクラッドガラスの円筒または管が形成されるように第１及び第２の環形オリフィスを通してクラッドガラスを送り出すことができ、コアガラスの管または円筒が形成されるように第３の環形オリフィスを通してコアガラスを送り出すことができる。この場合、第１のオリフィス及び第１のクラッドガラス管の内径は第２のオリフィス及びコアガラス管の外径に等しいかまたはそれより若干小さく、第２のオリフィス及び第２のクラッドガラス管の外径は第３のオリフィス及びコアガラス管の内径に等しいかまたはそれより若干大きい。第１及び第２のクラッドガラス管はそれぞれコアガラス管の外周面及び内周面に積層されて、積層／強化管構造を形成する。積層管構造は次いでイオン交換することができる。非円形積層ガラス環構造を形成するため、管形オリフィスが円以外の形状につくられ得ることは理解されるであろう。
【００８６】
先述の実施形態のいずれにおいても、クラッドガラスとコアガラスは（押出し、フュージョンまたはスロット）ドロー時に積層するか、あるいはドローに続く別個の積層プロセスにおいて積層することができる。コアガラスシート及びクラッドガラスシートは、アップドロープロセスも、またダウンドロープロセスも、用いて形成することができ、あるいはフロートガラスシート形成プロセスまたはロストガラスシート形成プロセスのような、受容できるガラスシートの形成に適する他のいずれかのプロセスを用いて形成することもできる。得られた積層構造は次いでイオン交換される。ガラス送出構造のいかなる複合形態も、クラッドガラスの層またはシート及びコアガラスの層またはシートを送り出すために用いることができる。
【００８７】
先述の実施形態はコアガラス層及び、同じ組成、厚さ、ＣＳ及びＤＯＬを有する２つの外クラッドガラス層を有する対称３層積層品を説明し、添付図面はそれらの図を示す。しかし、クラッドガラス層は異なる組成、ＣＳ、ＤＯＬ及び／または厚さを有することができ、これは非対称積層品を形成する。追加のガラス層を設けることもできる。例えば、積層品は、２つの外クラッドガラス層、コアガラス層及び、コアガラス層とクラッドガラス層の間に配された２つの中間ガラス層を含む、７層積層品とすることができる。
【００８８】
イオン交換プロセスは一般にガラス品をガラス内の小径イオンと交換されるべき大径イオンを含有する溶融塩浴内に浸漬することによって行われる。浴の組成及び温度、浸漬時間、（１つまたは複数の）塩浴内の浸漬ガラス数、複数の塩浴の使用、アニール、洗浄、等のような追加工程を含むがこれらには限定されない、イオン交換プロセスに対するパラメータが一般に、ガラスの組成及び、強化プロセスの結果としての、ガラスの所望の強化深度及び圧縮応力によって決定されることが当業者には当然であろう。例として、アルカリ金属含有ガラスのイオン交換は大径アルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩及び塩化物のような、ただしこれらには限定されない、塩を含有する少なくとも１つの溶融塩浴内の浸漬によって達成することができる。溶融塩浴の温度は一般に約３８０℃から約４５０℃までの範囲にあり、浸漬時間は約１５分から約１６時間までの範囲にある。しかし上述とは異なる温度及び浸漬時間を用いることもできる。そのようなイオン処理の結果、一般に、約１０μｍから少なくとも５０μｍまでの範囲の強化深度を、約２００ＭＰａから約８００ＭＰａまでの範囲の圧縮応力及び約１００ＭＰａ未満の中心部張力とともに有する、強化アルカリアルミノケイ酸ガラスが得られる。
【００８９】
イオン交換プロセスの非限定的例は本明細書で先に挙げた米国特許出願及び仮特許出願の明細書に与えられている。さらに、ガラスが複数のイオン交換浴に浸漬され、浸漬間の洗浄工程／またはアニール工程を含む、イオン交換プロセスの非限定的例が、濃度が異なる塩浴内の、複数の連続するイオン交換処理によってガラスが強化される、ダグラス・Ｃ・アラン(Douglas C. Allan)等により、２００８年７月１１日に出願された、名称を「民生用途のための圧縮性表面を有するガラス(Glass with Compressive Surface for Consumer Applications)」−濃度が異なる塩浴内の、複数の、連続するイオン交換処理によってガラスが強化される−とする、米国仮特許出願第６１/０７９９９５号の明細書、及び、クリストファー・Ｍ・リー(Christopher M. Lee)等により、２００８年７月２９日に出願された、名称を「ガラスの化学的強化のための２段階イオン交換(Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass)」−流出イオンで希釈された第１の浴内でのイオン交換及び、これに続く、第１の浴より流出イオン濃度が低い第２の浴内の浸漬によりガラスが強化される−とする、米国仮特許出願第６１/０８４３９８号の明細書に説明されている。米国仮特許出願第６１/０７９９９５号及び第６１/０８４３９８号の明細書の内容はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【００９０】
クラッドガラス層
イオン交換工程は、交換されるべきイオン、例えばＮａ＋に対するＫ＋またはＬｉ＋に対するＮａ＋、の選択によって、及び、コアガラス及びクラッドガラスの組成及び厚さに基づく、温度と時間のスケジュールのような、イオン交換パラメータの選択によって、最適化することができる。スキン層が比較的薄い積層品については特に、コアガラス及びクラッドガラスのいずれもがイオン交換可能であることが望ましいであろう。イオン交換を含む二次プロセスにより、表面圧縮及び強化深度の最終値の調整能力がもたらされる。実際、二次プロセスは最終製品に対する、表面圧縮、応力プロファイル、強化深度及び中心部張力にかかわる、設計ウインドウを広げる。
【００９１】
本明細書に説明されるガラス組成は比較的低い熱膨張係数を有することが今では理解されるはずである。したがって、本明細書に説明されるガラス組成は、融着積層プロセスにより圧縮応力がかけられた積層ガラス品を形成するため、熱膨張係数が比較的高いガラス組成とともに用いるに特に良く適している。
【００９２】
さらに、本明細書に説明されるガラス組成はイオン交換によって強化することが可能である。したがって、本明細書に説明されるガラス組成をクラッドガラス層として用いる積層ガラス品の強度は積層に続いてガラス品をイオン交換することによってさらに向上する。そのようなガラス品は、タッチスクリーン、モバイル電子デバイス、等のためのカバーガラスとしての使用に特に適している。
【００９３】
（図２に示されるガラス品１０のような）強化ガラス品は、携帯電話、音楽プレイヤー、ビデオプレイヤー、等のような通信／娯楽デバイスとして、また情報関連端末（ＩＴ）デバイス（例えば、携帯型コンピュータ、タブレットコンピュータまたはラップトップコンピュータ）、ＬＣＤ及びＬＥＤディスプレイのためのディスプレイスクリーンとして、ただしこれらには限定されない、ディスプレイ及びタッチスクリーン用途のため、またその他の用途のためにも、保護カバーとして用いることができる（本明細書に用いられるように、語句「カバープレート」は窓等を含む）。
【００９４】
本開示の実施形態にしたがう、そのような積層品の技術的利点には、同じ厚さのイオン交換（非積層）ガラスと比較して（磨耗ＲＯＲで測定した）高められた損傷後保持強度、同じ厚さの無イオン交換積層ガラスと比較して（無磨耗、形成後ＲＯＲで測定した）高められた表面強度、及び、埋込応力極大を有する積層品の試料で示されるクラックの偏向及び高められたひび靱性がある。
【００９５】
クラッドガラスには既に積層プロセスによって圧縮応力が生じているから、イオン交換だけで強化されたガラス板に比較して、本明細書に説明されるような積層品に対するイオン交換の度合いはかなり小さくすることができる。したがって、イオン交換だけで強化されたガラス板に比較して、イオン交換プロセスのコストを低減することができる。
【００９６】
別途に明白に言明されない限り、本明細書に述べられるいずれの方法も、その方法の工程が特定の順序で実施されることが必要であると解されるつもりは全く無い。したがって、工程がしたがうべき順序を方法特許請求項が実際に挙げていない場合または、そうではなくとも、工程が特定の順序に限定されるべきであることが特許請求項または説明に特に言明されていない場合には、いかなる特定の順序も推定されるつもりは全く無い。
【００９７】
本開示の精神または範囲を逸脱することなく様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。当業者には、本開示の精神及び実質を組み入れている、開示された実施形態の改変組合せ、副組合せ及び変形が思い浮かび得るから、本開示は添付される特許請求項及びそれらの等価形態の範囲内に全てを含むと解されるべきである。
【符号の説明】
【００９８】
１０，２０    ガラス積層品
１１，２１    コアガラス層
１２，２２    クラッドガラス層
１８    クラッドガラス外表面近傍領域
２４    埋込／内部領域
２６    引張応力領域
【図１】
2014521582.tif 000006
【図２】
2014521582.tif 000007
【図３】
2014521582.tif 000008
【図４】
2014521582.tif 000009
【図５】
2014521582.tif 000010
【国際調査報告】
2014521582.tif 000011
2014521582.tif 000012
2014521582.tif 000013