(57)【要約】  強化ガラス物品を形成する方法が提供される。この方法は、強化ガラス物品を提供する工程を有してなる。この強化ガラス物品は、外面および内部容積を取り囲む内面を有する側壁を備えた容器の形態にある。その側壁は、外面を含む外側強化表面層、内面を含む内側強化表面層、およびその外側強化表面層と内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する。このガラス物品を分離せずに、側壁にレーザを照射することによって、外側強化表面層と内側強化表面層との間の所定の深さで中央層にレーザ誘起された分離目標線が形成される。
2021536423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化ガラス物品を形成する方法において、
外面および内部容積を取り囲む内面を有する側壁を備えた容器の形態にある強化ガラス物品であって、該側壁が、該外面を含む外側強化表面層、該内面を含む内側強化表面層、および該外側強化表面層と該内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、強化ガラス物品を提供する工程；および
前記ガラス物品を分離せずに、前記側壁にレーザを照射することによって、前記外側強化表面層と前記内側強化表面層との間の所定の深さで前記中央層にレーザ誘起された分離目標線を形成する工程、
を有してなる方法。
【請求項２】
前記分離目標線が前記側壁の周囲を完全に囲んで延在する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記分離目標線がスパイラル形状を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記分離目標線が、一巻きを含み、重複する第１と第２の端部分を有して端部が開いたスパイラル形状を形成する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の端部分と前記第２の端部分との間に間隙が設けられ、該間隙が、１ｍｍ以下の軸方向距離を有する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記分離目標線が、多数の巻きを含むスパイラル形状を形成する、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記分離目標線が閉じた円を形成する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記ガラス物品を分離せずに、前記側壁にレーザを照射することによって、前記外側強化表面層と前記内側強化表面層との間の所定の深さで前記中央層に多数のレーザ誘起された分離目標線を形成する工程、
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記レーザが、３Ｗ未満の出力で作動するナノ秒パルスレーザである、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記中央層が、少なくとも約１３ＭＰａの引張応力を有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記分離目標線での前記側壁の厚さが、０．６ｍｍと１ｍｍの間にある、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
容器の形態にある強化ガラス物品において、
上部と底部および該上部と該底部との間に延在する側壁を有するガラス本体であって、該側壁は、外面および内部容積を取り囲む内面を有し、該側壁は、該外面を含む外側強化表面層、該内面を含む内側強化表面層、および該外側強化表面層と該内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、ガラス本体、および
前記外側強化表面層と前記内側強化表面層との間の所定の深さで前記中央層内にあるレーザ誘起された分離目標線、
を備えた強化ガラス物品。
【請求項１３】
前記分離目標線が前記側壁の周囲を完全に囲んで延在する、請求項１２記載のガラス物品。
【請求項１４】
前記分離目標線がスパイラル形状を形成する、請求項１２記載のガラス物品。
【請求項１５】
前記分離目標線が、一巻きを含み、重複する第１と第２の端部分を有して端部が開いたスパイラル形状を形成する、請求項１４記載のガラス物品。
【請求項１６】
前記第１の端部分と前記第２の端部分との間の間隙をさらに備え、該間隙が、１ｍｍ以下の軸方向距離を有する、請求項１５記載のガラス物品。
【請求項１７】
前記分離目標線が、多数の巻きを含むスパイラル形状を形成する、請求項１４記載のガラス物品。
【請求項１８】
隣接する巻きの間のピッチが約０．５ｍｍ以下である、請求項１７記載のガラス物品。
【請求項１９】
前記分離目標線が閉じた円を形成する、請求項１２記載のガラス物品。
【請求項２０】
前記中央層が、少なくとも約１３ＭＰａの引張応力を有する、請求項１２記載のガラス物品。
【請求項２１】
前記分離目標線での前記側壁の厚さが、０．６ｍｍと１ｍｍの間にある、請求項２０記載のガラス物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１８年９月４日に出願された米国仮特許出願第６２／７２６５７８号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、広く、ガラス物品に関し、特に、分離特徴を有する強化ガラス物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
歴史的に、気密性、光学的透明度、および他の材料と比べて優れた化学的耐久性のために、医薬品を包装するための好ましい材料として、ガラスが使用されてきた。特に、医薬包装に使用されるガラスは、その中に収容されている医薬調剤品の安定性に影響を及ぼさないように、適切な化学的耐久性を持たなければならない。適切な化学的耐久性を有するガラスとしては、化学的耐久性の実績のある経歴を有する、ＡＳＴＭ標準「タイプＩＡ」および「タイプＩＢ」のガラス組成内に入るガラス組成物が挙げられる。バイアル、カートリッジ、注射器、アンプル、瓶、ジャー、および他のガラス容器またはガラス物品などの様々なガラス容器が、医薬産業において使用されている。
【０００４】
ガラス管は、例えば、「加工装置(converting machine)」において、医薬用途のためのガラス容器などのガラス物品に転換されることがある。加工装置は、７５年に亘り使用されており、現在、様々な商業用および内装設備供給業者により製造されている。これらの加工装置は、典型的に、火炎作業、回転および静止工具成形、熱分離、および／または罫書きおよび衝撃切断工程を含む工程を使用して、長い長さのガラス管を複数のガラス物品にリフォームする。
【０００５】
医薬包装および他の用途のためにガラス容器を使用することの主な欠点の内の１つは、ガラスの機械的脆性である。そのようなガラス容器が壊れると、薬物の損失のために、高くつくだけでなく、容器内のガラス粒子の存在、容器内に収容された組成物の破棄、または他の安全性の懸念などの安全性の懸念が生じ得る。ガラスの機械的性能を向上させるための選択肢の１つに、熱または化学強化過程によりガラスを強化することがある。そのような強化ガラス容器は、破壊に対して極めて耐性であることがあり、これにより、強化ガラス容器が一般的な構造的完全性を維持するであろうから、特に通常の使用中に、亀裂と傷の検出が難しくなり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、ガラス内の亀裂をよりはっきりと分かるようにするために使用できる分離特徴を有する強化ガラス物品、並びにそのような分離特徴を有する強化ガラス物品を提供するためのシステムおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の１つ以上の態様では、強化ガラス物品を形成する方法において、外面および内部容積を取り囲む内面を有する側壁を備えた容器の形態にある強化ガラス物品であって、その側壁が、外面を含む外側強化表面層、内面を含む内側強化表面層、およびその外側強化表面層と内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、強化ガラス物品を提供する工程；およびこのガラス物品を分離せずに、側壁にレーザを照射することによって、外側強化表面層と内側強化表面層との間の所定の深さで中央層にレーザ誘起された分離目標線を形成する工程を有してなる方法。
【０００８】
別の態様では、容器の形態にある強化ガラス物品において、上部と底部およびその上部と底部との間に延在する側壁を有するガラス本体であって、その側壁は、外面および内部容積を取り囲む内面を有し、その側壁は、外面を含む外側強化表面層、内面を含む内側強化表面層、およびその外側強化表面層と内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、ガラス本体；および外側強化表面層と内側強化表面層との間の所定の深さで中央層内にあるレーザ誘起された分離目標線を備えた強化ガラス物品。
【０００９】
別の態様では、強化ガラス物品を形成する方法において、外面および内部容積を取り囲む内面を有する側壁を備えた容器の形態にある強化ガラス物品であって、その側壁が、外面を含む外側強化表面層、内面を含む内側強化表面層、およびその外側強化表面層と内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、強化ガラス物品を提供する工程；および外側強化表面層と内側強化表面層との間の所定の深さで中央層内にあるレーザ誘起された分離目標線を使用して、側壁に軸方向に沿って伝搬し、その分離目標線と出合う亀裂を発生させ、次いで、その亀裂は分離目標線に沿って伝搬し、それによって、強化ガラス物品を分離する、強化ガラス物品を分離する工程を有してなる方法。
【００１０】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、様々な実施の形態を記載しており、請求項の主題の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることを理解すべきである。添付図面は、様々な実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、ここに記載された様々な実施の形態を図示しており、説明と共に、請求項の主題の原理および作動を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を含む強化ガラス物品の概略側面図
【図２】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、図１の強化ガラス物品の一部の概略上面断面図
【図３】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、スパイラルの形態にある分離目標線の線図
【図４】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、ガラス物品に分離目標線を形成するためのシステムおよび装置
【図５】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた強化ガラス物品の側面図
【図６】軸方向に伝搬した亀裂および分離目標線に沿った分離線を有する、図５の強化ガラス物品の側面図
【図７】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図８】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図９】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１０】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１１】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１２】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１３】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１４】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１５】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略側面図
【図１６】ここに示され、記載された１つ以上の実施の形態による、分離目標線を備えた別の強化ガラス物品の概略斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、分離特徴を有する強化ガラス物品並びに分離特徴を有する強化ガラス物品を製造するためのシステムおよび方法の実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部分を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。
【００１３】
ここに用いられているような方向を示す用語−例えば、上、下、右、左、前、後ろ、上部、底部−は、描かれた図面およびそれに設けられた座標軸に関してのみ用いられ、絶対的な向きを暗示する意図はない。
【００１４】
特に明記のない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程が特定の順序で行われることを必要とする、またはどの装置についても、特定の向きが要求されると解釈されることは決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程が従うべき順序を実際に列挙していない場合、または装置の請求項が、個々の構成要素に関する順序または向きを実際に列挙していない場合、もしくは請求項または記載に、工程が特定の順序に限定されること、または装置の構成要素に対する特定の順序または向きが列挙されていない場合、どの点に関しても、順序または向きが暗示されることは決して意図されていない。このことは、工程の配列、操作の流れ、構成要素の順序、または構成要素の向き；文法構成または句読法に由来する明白な意味；および明細書に記載された実施の形態の数またはタイプに関する論理事項を含む、解釈に関するどの可能性のある非表現基準にも適用される。
【００１５】
ここに用いられているように、名詞は、内容が明白に他に示していない限り、複数の対象を含む。それゆえ、例えば、成分に対する言及は、内容が明白に他に示していない限り、そのような成分を２つ以上有する態様を含む。
【００１６】
ここに用いられているように、「分離特徴」という用語は、分離目標線などの、構造的弱さのガラス物品の区域を称する。そのような線は、途切れていなく（すなわち、連続してい）ても、一緒に線を形成する一連の整列したドットまたはダッシュもしくはその組合せとして形成されてもよい。分離目標線のドットまたはダッシュは、隣接するドットまたはダッシュの間に規則的なまたは不規則な間隔を有することがある。線は、その範囲で、真っ直ぐであっても、曲がっていても、またはその組合せであってもよい。
【００１７】
ここに用いられているように、「パターン」という用語は、スパイラルなど、繰り返しの配列にしたがう１つ以上の線を称する。
【００１８】
ここに用いられているように、「軸方向に」とは、図面に与えられたガラス容器の高さ方向を称する。
【００１９】
医薬品容器は、気密性、光学的透明度、および他の材料と比べて優れた化学的耐久性のために、ガラスから製造されることがある。アルミノケイ酸塩ガラス組成物を含むものなど、いくつかのガラス物品およびガラスシートは、イオン交換によって化学強化されることがある。イオン交換強化過程において、ガラスの表面層内のイオンは、同じ価数または酸化状態を有するより大きいイオンによって、置き換えられる−すなわち交換される。イオン交換される能力を持つあるガラス組成物において、ガラス組成物の表面層内のイオンおよびより大きいイオンは、Ｌｉ＋、Ｎａ＋、Ｋ＋、Ｒｂ＋、およびＣｓ＋などの一価のアルカリ金属陽イオンであることがある。アルミノケイ酸塩ガラス組成物のガラス基質中のアルカリ金属イオンの存在のために、アルミノケイ酸塩ガラスは、イオン交換過程によって、容易に化学強化することができる。
【００２０】
ガラス管およびそれから製造され、改善された機械的耐久性を有するガラス物品は、積層ガラス管を形成し、その積層ガラス管をガラス物品に転換させることによっても製造することができる。積層ガラス管は、例えば、その全てがここに引用される、米国特許第９０３４４４２号明細書に記載されているような、複数のガラス層を備えることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、積層ガラス管は、コア層および少なくとも１つのクラッド層を備えることがある。そのクラッド層は、コア層の内側部分に近接した少なくとも内側クラッド層およびコア層の外側部分に近接した外側クラッド層を備えることがある。そのような実施の形態において、内側クラッド層および外側クラッド層のガラス組成物の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、コア層に使用されるガラス組成物のＣＴＥと異なる場合、ひいては、ガラス層の各々における熱膨張の差により、内側のクラッド層と外側のクラッド層に圧縮応力が生じ、コア層に引張応力が生じることがある。クラッド層中に圧縮応力を生じさせると、ガラスの外面の表面損傷に対する抵抗を増加させることによって、ガラスの機械的耐久性が増加することがある。
【００２１】
図１を参照すると、医薬品組成物の貯蔵に適しているであろう、ガラス容器１０の形態にあるガラス物品が断面で示されている。ガラス容器１０は、概して、上部１４、底部１６および上部１４と底部１６との間に延在する中央部１８を有するガラス本体１２を備えている。ガラス本体１２は包囲され、それにより、内部容積２０を画成することがある。開口２２が上部１４に設けられることがあり、これは、内部容積２０へのアクセスを提供することができる。いくつかの実施の形態において、ガラス本体１２は、内部容積２０の底部１６を閉じるベース２４も備える。ベース２４は、図示されたように、実質的に平らであっても、または丸みを帯びるなど、いくつかの他の適切な形状であってもよい。
【００２２】
ガラス本体１２は、内部容積２０の大半を画成する拡大部分２６および肩３０により拡大部分２６に接続されたくびれ部分２８を形成する側壁２５を備える。くびれ部分２８は、肩３０から、くびれ部分２８から半径方向外側に延在し、それによって、肩３０の上に突き出るフランジ３２まで延在する。フランジ３２は、キャップと係合するために使用することができ、そのキャップは、開口２２を閉じ、内部容積２０への意図せぬアクセスを妨げるために使用することができる。
【００２３】
ガラス容器１０は、特定の形状形態（バイアル）を有するとして図１に示されているが、ガラス容器は、以下に限られないが、Ｖａｃｕｔａｉｎｅｒｓ（登録商標）、カートリッジ、注射器、アンプル、瓶、フラスコ、小瓶(phials)、管、ビーカなどを含む、他の形状形態を有してもよいことを理解すべきである。ここに記載されたガラス容器は、制限なく、医薬包装、飲料容器などを含む様々な用途に使用されることがあることを理解すべきである。
【００２４】
図２を参照すると、ガラス容器１０の断面が、詳しく示されており、外面３４および外面３４と平行（例えば、同心）である内面３６を備えて、それらの間に厚さｔを画成している。側壁２５は、外面３４と内面３６で圧縮強化されており、外面３４および内面３６から、それぞれ、深さｄ１およびｄ２まで延在する強化表面層３８および４０を提供している。強化表面層３８および４０は圧縮応力下にあり、一方で、強化表面層３８および４０の間の中央層４２は、引張応力下または張力下にある。中央層４２における引張応力が、強化表面層３８および４０における圧縮応力と釣り合い、よって、側壁２５内に平衡を維持している。強化表面層３８および４０が延在する深さｄ１およびｄ２は、一般に、「層の深さ」と個別に称される。側壁２５の厚さｔは、一般に、約０．２ｍｍから約２ｍｍまで、いくつかの実施の形態において、約３ｍｍまでの範囲にある。１つの実施の形態において、厚さｔは、約０．５ｍｍから約１．３ｍｍまでの範囲にある。
【００２５】
ここに記載された実施の形態において、強化表面層３８および４０の層の深さは、約３μｍ以上であることがある。いくつかの実施の形態において、層の深さは、約２５μｍ以上、またさらには約３０μｍ以上であることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、層の深さは、約２５μｍ以上かつ約１５０μｍまでであることがある。いくつかの他の実施の形態において、層の深さは、約３０μｍ以上かつ約１５０μｍ以下あることがある。さらに他の実施の形態において、層の深さは、約３０μｍ以上かつ約８０μｍ以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、層の深さは、約３５μｍ以上かつ約５０μｍ以下であることがある。
【００２６】
強化表面層３８および４０は、一般に、１５０ＭＰａ以上の表面圧縮応力（すなわち、外面と内面３４および３６で測定されるような圧縮応力）を有する。いくつかの実施の形態において、表面圧縮応力は、２００ＭＰａ以上、またさらには２５０ＭＰａ以上であることがある。いくつかの実施の形態において、表面圧縮応力は、３００ＭＰａ以上、またさらには３５０ＭＰａ以上であることがある。例えば、いくつかの実施の形態において、表面圧縮応力は、約３００ＭＰａ以上かつ約７５０Ｍｐａ以下であることがある。いくつかの他の実施の形態において、表面圧縮応力は、約４００ＭＰａ以上かつ約７００Ｍｐａ以下であることがある。さらに他の実施の形態において、表面圧縮応力は、約５００ＭＰａ以上かつ約６５０Ｍｐａ以下であることがある。強化ガラス物品における応力は、ＦＳＭ（Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｍｅｔｅｒ）機器で測定することができる。この機器は、光を複屈折ガラス表面へとそこから結合する。次に、測定された複屈折を、材料定数である応力光学係数または光弾性係数（ＳＯＣまたはＰＥＣ）により応力に関連付ける。２つのパラメータ：最大表面圧縮応力（ＣＳ）および層の交換深さ（ＤＯＬ）が得られる。あるいは、応力および層の深さは、屈折近接場応力測定技術を使用して測定してもよい。
【００２７】
側壁２５が張力下にある、中央層４２内であって、強化表面層３８と４０の間に１つ以上の分離目標線５０を導入すると、亀裂が軸方向にガラス本体１２に沿って伝搬し、分離目標線５０に出合うならば、ガラス本体１２が分離目標線５０に沿って分離することが促進され得ることが分かった。ガラスの厚さｔに関して、外力を印加せずに、分離目標線５０に沿ったガラス本体１２の完全な分離を促進するために、強化過程の結果として所定の閾値より高い中央層４２内の中央張力（ＣＴ）（例えば、０．６ｍｍ〜１ｍｍの厚さについて、２５ＭＰａより大きい）を与えることが望ましいであろう。いくつかの実施の形態において、中央層４２におけるＣＴの所定の閾値は、少なくとも約１３ＭＰａ、例えば、少なくとも約１５ＭＰａ、少なくとも約１８ＭＰａ、少なくとも約２０ＭＰａ、少なくとも約２３ＭＰａ、少なくとも約３０ＭＰａ、少なくとも約３５ＭＰａであることがある。分離目標線の形成の詳細が、下記に記載されている。
【００２８】
図１は、強化表面層３８および４０（図２）の間に形成された分離目標線５０により形成された第１の例示のパターン５２を示す。この例において、分離目標線５０により形成されたパターン５２は、肩３０とベース２４との間の、ガラス本体１２の拡大部分２６内に設けられている。パターン５２は、ガラス本体１２の周囲５６（例えば、外周）に形成された個々の巻き５４を有する三次元スパイラルＳの形態にあることがある。
【００２９】
図３を参照すると、説明目的のためのガラス本体１２の側壁２５に形成された螺旋の形態にあるスパイラルＳの線図である。「螺旋(helix)」は、軸Ａと一定の角度を作る任意の地点で接線を有する。図示された実施の形態において、ガラス本体１２の内径Ｄ１および外径Ｄ２は螺旋の領域において一定であるので、その渦巻は、一定の直径Ｄ３を有する円螺旋と称されることがある。直径Ｄ３は、一定であっても、または少なくとも一部は、ガラス本体１２の形状に応じて、変化してもよい。さらに、ここに記載されるように、他のスパイラルおよび非スパイラル形状が可能である。
【００３０】
先に述べたように、ガラス本体１２は、内面３６まで軸Ａを通る内径Ｄ１を有する。このガラス本体は、外面３４まで軸Ａを通る外径Ｄ２も有する。スパイラルＳは多数の巻きを含む。「巻き(turn)」は、軸Ａの周りの分離目標線５０の完全な３６０°の範囲を称する。巻き数、または巻きの端数は、末端Ｅ１から末端Ｅ２までのガラス本体１２の周りにスパイラルが３６０°完了する回数を計数することによって、得られるであろう。図３の例において、二巻きＴ１およびＴ２がある。ここに用いられているように、「少なくとも一巻き」は、一巻き（３６０度の）、一巻き＋巻きの端数、多数の巻きおよび多数の巻き＋巻きの端数を称することがある。巻きは、ゼロ度と３６０°の間の度数または端数に分割されることがある。例えば、半巻きは１８０°である。ピッチＰは、軸Ａに平行な線に沿って測定された巻きの間の距離である。分離目標線は線として示されているが、分離目標線５０は幅と厚さを有することを留意すべきである。例えば、分離目標線５０の幅は約５μｍと約５０μｍの間にあることがあり、その厚さは約１μｍと１０μｍの間にあることがある。分離目標線５０の寸法は、少なくとも一部は、中央層４２内のＣＴに依存することがある。例えば、ＣＴが低いほど、幅と厚さの寸法は大きくなる。ピッチＰは、例えば、約０．５ｍｍ以下、約０．１ｍｍ以下など、約２ｍｍ以下であることがある。
【００３１】
図４を参照すると、分離目標線は、ガラス透過スペクトルの透過性の窓で作動するレーザ１００でガラス本体１２を照射することによって、形成されることがある。図４の実施の形態において、ガラス物品１０がチャック１０２内に加工対象物として保持されることがあり、このチャックは、次に、チャック１０２を使用してガラス物品１０が回転されている間に、ガラス物品１０をＸ−Ｙ平面で動かせるＸ−Ｙ電動位置決め装置１０４に搭載されている。ガラス本体１２のバルク内の損傷は、レーザビーム１０６の強度またはフルエンスが閾値を超えたときに、非線形吸収によって生じることがある。ガラスを加熱することによって損傷線を作るよりむしろ、非線形吸収は、中央層４２内の分子結合を壊すことによって損傷線を作る；強化ガラス本体１２のバルクは、過剰な加熱を経験しない。その波長は、減衰なく側壁の中央に集束できるようにガラス材料の透過領域で捕らえられるであろう。１つの実施の形態において、レーザ１００は、１０〜１５０ｋＨｚの繰り返し率で、１０６４ｎｍの基本波長（近赤外）、またはその高調波（例えば、５３２ｎｍ（緑）、３５５ｎｍ（紫外線））で作動するナノ秒パルスＮｄレーザである。そのナノ秒パルスＮｄレーザの出力は、約１Ｗから約４Ｗまでの範囲にあることがある。
【００３２】
レーザ照射による強化ガラス本体１２内の損傷線の形成が、図２に概略示されている。レーザにより形成される分離目標線５０は、ガラス本体１２にレーザビーム１０６を照射することによって形成され、このレーザビームは、レーザ１００およびレーザビーム１０６を集束させるために必要なレーザ光学素子により生成される。レーザビーム１０６は、内面３６上に集束されて、分離目標線５０を形成する。分離目標線５０は、内面３６から深さｄ３で形成され、ここで、ｄ３は、内側強化表面層４０の深さｄ２よりも大きい。それゆえ、分離目標線５０は中央層４２内に位置し、この中央層は、引張応力下にあり、内側強化表面層４０と外側強化表面層３８（圧縮応力下にある）の外にある。物品１０およびレーザビーム１０６の少なくとも一方が、回転され、平行移動されて、分離目標線５０を形成する。１つの実施の形態において、ガラス物品１０は、チャック１０２を使用して回転され、かつ電動位置決め装置１０４を使用してレーザビーム１０６に対して平行移動される。そのような運動は、平行移動可能なステージ、テーブル、ビームスキャナなどを使用して行われることがある。
【実施例】
【００３３】
図５に示されるようなレーザ刻み込みパターン７２を形成した。紫外線（３５５ｎｍの波長）のナノ秒パルスレーザの出力を、カートリッジの形態にあるイオン交換済みガラス物品７０の中央層（ＣＴ＝３７ＭＰａ）内に集束させた。カートリッジ７０は、壁厚が約０．７ｍｍであり、約１２ｍｍの直径を有した。ガラス物品７０を約４００ｒｐｍでチャック内で回転させ、０．５ｍｍのピッチが可能な速度で軸方向に同時に平行移動させた。２．５Ｗ〜３Ｗの範囲内のレーザ出力で、図示されたようにガラス物品の側壁内に、三巻きが形成されるように、レーザ照射期間を制御した。
【００３４】
図６を参照すると、軸方向に伝搬した亀裂７４を、ガラス物品の底部に機械的に発生させた。その亀裂は、伝搬し、次いで、遭遇した最初の巻きで停止したのが観察された。次いで、亀裂７４は、ガラス本体の周りに最初の巻きに沿って伝搬し、分離線７６を形成し、そのガラス物品は、約２分で分離目標線に沿って別々になった。図６は、テープ７８によって接続されたガラス本体の分離部分を示す。
【００３５】
多数の巻きを有する螺旋が先に記載されているが、分離目標線に他の形状を使用してもよい。図７を参照すると、上部１１４、底部１１６および拡大部分１２６を有するガラス本体１１２などの、上述した特徴の多くを備えたガラス物品１１０が示されている。この実施の形態において、ガラス本体１１２は、一巻き１５４＋巻きの端数を含み、よって、分離目標線１５０の端部分１５６および１５８が重複するようなスパイラルＳの形態にある分離目標線１５０により形成されたパターン１５２を備えている。端部分１５６および１５８の間には、間隙１６０が存在する。間隙１６０は、軸方向寸法において、約０．７５ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約０．２５ｍｍ以下、約０．１ｍｍ以下など、約１ｍｍ以下であることがある。間隙１６０（およびピッチ）の軸方向寸法を制御することにより、ガラス本体１１２を分離部分へと完全に分離するために、亀裂が一方の端部分１５８から他方の端部分１５６に伝搬させることができる。
【００３６】
図８を参照すると、ガラス物品２１０の別の実施の形態は、上部２１４、底部２１６および拡大部分２２６を有するガラス本体２１２を備える。この実施の形態において、ガラス本体２１２は、各々が、一巻き２５４ａ、２５４ｂおよび２５４ｃ＋巻きの端数を含み、よって、端部分２５６ａと２５８ａ、２５６ｂと２５８ｂ、２５６ｃと２５８ｃが重複する、スパイラルＳ１、Ｓ２およびＳ３の形態にある、多数の間隔が置かれた分離目標線２５０ａ、２５０ｂおよび２５０ｃにより形成されたパターン２５２を備えている。端部分２５６ａと２５８ａ、２５６ｂと２５８ｂ、２５６ｃと２５８ｃの間に、間隙２６０ａ、２６０ｂおよび２６０ｃが設けられている。この実施例において、間隙２６０ａ、２６０ｂおよび２６０ｃの距離は全て異なる；しかしながら、間隙２６０ａ、２６０ｂおよび２６０ｃの２つ以上の距離が同じであってもよい。さらに、隣接するスパイラルＳ１、Ｓ２およびＳ３の間のピッチＰは、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約０．２５ｍｍ以下など、どの適切な距離であってもよい。
【００３７】
図９は、上部３１４、底部３１６および拡大部分３２６を有するガラス本体３１２を備えた別のガラス物品３１０を示している。この実施の形態において、ガラス本体３１２は、上述したような、開放端のスパイラルとは対照的に、閉じた円Ｃの形態にある分離目標線３５０により形成されたパターン３５２を備えている。
【００３８】
図１０を参照すると、ガラス物品４１０の別の実施の形態は、上部４１４、底部４１６および拡大部分４２６を有するガラス本体４１２を備えている。この実施の形態において、ガラス本体４１２は、各々が円Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の形態にある、多数の間隔が置かれた分離目標線４５０ａ、４５０ｂおよび４５０ｃにより形成されたパターン４５２を備えている。さらに、隣接する円Ｃ１、Ｃ２およびＣ３の間のピッチＰは、約２ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約０．２５ｍｍ以下など、どの適切な距離であってもよい。
【００３９】
図１１を参照すると、先に記載された分離目標線のパターンは、上述したガラス物品の拡大部分の上半分に位置しているが、パターンは、下半分（すなわち、肩よりも底部に近い）またさらには拡大部分の全軸長に沿って位置していることがある。図１１は、一例として、ガラス本体５１２の底部５１６近くに螺旋の形態にあるスパイラルＳのパターン５５２を備えたガラス物品５１０を示している。そのような配列は、一例として、そのキャップ上に典型的に載っているガラス物品にとって望ましいであろう。
【００４０】
図１２を参照すると、ガラス物品６１０の別の実施の形態は、上部６１４、底部６１６および拡大部分６２６を有するガラス本体６１２を備えている。この実施の形態において、ガラス本体６１２は、拡大部分６２６の軸長の大半に亘り延在するスパイラルＳの形態にあるパターン６５２を備えている。例えば、スパイラルＳは、拡大部分６２６の少なくとも５０パーセント、少なくとも６０パーセント、少なくとも７０パーセント、少なくとも８０パーセント、またさらには全長に亘り延在することがある。
【００４１】
図１３を参照すると、ガラス物品７１０の別の実施の形態は、上部７１４、底部７１６および拡大部分７２６を有するガラス本体７１２を備えている。この実施の形態において、ガラス本体７１２は、交差し、二重螺旋を形成するスパイラルＳ１およびＳ２を形成する多数の間隔が置かれた分離目標線７５０ａおよび７５０ｂにより形成されたパターン７５２を備えている。
【００４２】
他の幾何学的特徴が、ガラス物品の分離を促進するために使用することができる分離目標線により形成されることがある。図１４を参照すると、一例として、端部分８５６と８５８との間の間隙８５９を減少させる曲げ端部分８５６および８５８を含むスパイラルＳが形成される（例えば、螺旋として）ことがある。図１５を参照すると、別の実施の形態において、スパイラルＳ１およびＳ２の中央部分８６０ａおよび８６０ｂは、スパイラルＳ１およびＳ２の間の間隙８６４を減少させる曲げ部分８６２ａおよび８６２ｂを含む。
【００４３】
ここに記載された方法を使用して、ガラス本体に沿ったどこかで開始される亀裂の軸方向伝搬に応答して、１つ以上の所定の分離目標線に沿って、強化ガラス物品を分離することができる。そのガラス物品は、分離目標線に沿ったガラス本体の分離により、エッジに沿った欠けがほとんどまたはわずかしか生じずに、分離目標線に沿って分離することができる。ガラス本体の拡大部分における分離目標線が先に記載されているが、分離目標線は、肩および／またはくびれ領域に位置していてもよい。一回のレーザ通過を使用しても、または多数の通過を使用してもよい。一例として、半径方向に間隔が置かれた、多数の分離目標線が、重ねられて、設けられてもよい。さらに、例えば、印加された力に応答して、ガラス物品を多数の小片に意図的に分離するために、分離目標線を使用してもよい。分離目標線は、ガラス物品、またはガラス物品を形成するために使用されるガラス管ストックを強化して初めて、形成することができる。丸いまたは円形の分離目標線がここに記載されているが、分離目標線の形状は、主に、ガラス本体の形状により定義することができる。例えば、図１６は、対応する長方形のガラス本体９１２に使用するための長方形螺旋の形状にある分離目標線９５０を示している。分離目標線を使用して形成された比較的規則的な形状が示されているが、不規則な曲線またはねじれなどの不規則な形状等、他の形状も可能である。
【００４４】
請求項の主題の精神および範囲から逸脱せずに、ここに記載された実施の形態に様々な改変および変更を行えることが当業者に明白であろう。それゆえ、ここに記載された様々な実施の形態の改変および変更が、付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲に入るという条件で、本明細書がそのような改変および変更を対象とすることが意図されている。
【００４５】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４６】
実施形態１
強化ガラス物品を形成する方法において、
外面および内部容積を取り囲む内面を有する側壁を備えた容器の形態にある強化ガラス物品であって、該側壁が、該外面を含む外側強化表面層、該内面を含む内側強化表面層、および該外側強化表面層と該内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、強化ガラス物品を提供する工程；および
前記ガラス物品を分離せずに、前記側壁にレーザを照射することによって、前記外側強化表面層と前記内側強化表面層との間の所定の深さで前記中央層にレーザ誘起された分離目標線を形成する工程、
を有してなる方法。
【００４７】
実施形態２
前記分離目標線が前記側壁の周囲を完全に囲んで延在する、実施形態１に記載の方法。
【００４８】
実施形態３
前記分離目標線がスパイラル形状を形成する、実施形態１に記載の方法。
【００４９】
実施形態４
前記分離目標線が、一巻きを含み、重複する第１と第２の端部分を有して端部が開いたスパイラル形状を形成する、実施形態３に記載の方法。
【００５０】
実施形態５
前記第１の端部分と前記第２の端部分との間に間隙が設けられ、該間隙が、１ｍｍ以下の軸方向距離を有する、実施形態４に記載の方法。
【００５１】
実施形態６
前記分離目標線が、多数の巻きを含むスパイラル形状を形成する、実施形態３に記載の方法。
【００５２】
実施形態７
前記分離目標線が閉じた円を形成する、実施形態１に記載の方法。
【００５３】
実施形態８
前記ガラス物品を分離せずに、前記側壁にレーザを照射することによって、前記外側強化表面層と前記内側強化表面層との間の所定の深さで前記中央層に多数のレーザ誘起された分離目標線を形成する工程、
を含む、実施形態１に記載の方法。
【００５４】
実施形態９
前記レーザが、３Ｗ未満の出力で作動するナノ秒パルスレーザである、実施形態１に記載の方法。
【００５５】
実施形態１０
前記中央層が、少なくとも約１３ＭＰａの引張応力を有する、実施形態１に記載の方法。
【００５６】
実施形態１１
前記分離目標線での前記側壁の厚さが、０．６ｍｍと１ｍｍの間にある、実施形態１０に記載の方法。
【００５７】
実施形態１２
容器の形態にある強化ガラス物品において、
上部と底部および該上部と該底部との間に延在する側壁を有するガラス本体であって、該側壁は、外面および内部容積を取り囲む内面を有し、該側壁は、該外面を含む外側強化表面層、該内面を含む内側強化表面層、および該外側強化表面層と該内側強化表面層との間にある、引張応力下にある中央層を有する、ガラス本体、および
前記外側強化表面層と前記内側強化表面層との間の所定の深さで前記中央層内にあるレーザ誘起された分離目標線、
を備えた強化ガラス物品。
【００５８】
実施形態１３
前記分離目標線が前記側壁の周囲を完全に囲んで延在する、実施形態１２に記載のガラス物品。
【００５９】
実施形態１４
前記分離目標線がスパイラル形状を形成する、実施形態１２に記載のガラス物品。
【００６０】
実施形態１５
前記分離目標線が、一巻きを含み、重複する第１と第２の端部分を有して端部が開いたスパイラル形状を形成する、実施形態１４に記載のガラス物品。
【００６１】
実施形態１６
前記第１の端部分と前記第２の端部分との間の間隙をさらに備え、該間隙が、１ｍｍ以下の軸方向距離を有する、実施形態１５に記載のガラス物品。
【００６２】
実施形態１７
前記分離目標線が、多数の巻きを含むスパイラル形状を形成する、実施形態１４に記載のガラス物品。
【００６３】
実施形態１８
隣接する巻きの間のピッチが約０．５ｍｍ以下である、実施形態１７に記載のガラス物品。
【００６４】
実施形態１９
前記分離目標線が閉じた円を形成する、実施形態１２に記載のガラス物品。
【００６５】
実施形態２０
前記中央層が、少なくとも約１３ＭＰａの引張応力を有する、実施形態１２に記載のガラス物品。
【００６６】
実施形態２１
前記分離目標線での前記側壁の厚さが、０．６ｍｍと１ｍｍの間にある、実施形態２０に記載のガラス物品。
【符号の説明】
【００６７】
１０    ガラス容器
１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、９１２    ガラス本体
１４、１１４、２１４、３１４、４１４、６１４、７１４    上部
１６、１１６、２１６、３１６、４１６、５１６、６１６、７１６    底部
１８    中央部
２０    内部容積
２２    開口
２４    ベース
２５    側壁
２６、１２６、２２６、３２６、４２６、６２６、７２６    拡大部分
２８    くびれ部分
３０    肩
３２    フランジ
３４    外面
３６    内面
３８、４０    強化表面層
４２    中央層
５０、１５０、２５０ａ、２５０ｂ、２５０ｃ、３５０、４５０ａ、４５０ｂ、４５０ｃ、７５０ａ、７５０ｂ、９５０    分離目標線
７０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０    ガラス物品、カートリッジ
７２、２５２、３５２、４５２、５５２、６５２、７５２    パターン
７４    亀裂
７６    分離線
７８    テープ
１００    レーザ
１０２    チャック
１０４    Ｘ−Ｙ電動位置決め装置
１０６    レーザビーム
１５６、１５８、２５６ａ、２５６ｂ、２５６ｃ、２５８ａ、２５８ｂ、２５８ｃ、８５６、８５８    端部分
１６０、２６０ａ、２６０ｂ、２６０ｃ、８５９    間隙
【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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【国際調査報告】
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