(57)【要約】      （修正有）【解決手段】応力調整脆弱構造は、複雑な構造的形状を形成するように構造間結合部によって相互接続された複数の別個のガラス部材を含む。各ガラス部材は、ガラス部材を通して伝播破壊力を伝達するように構成された強化された（すなわち、応力調整を介した）ガラス材料部分を含む。各構造間結合部は、一方のガラス部材から他方のガラス部材へと伝播破壊力を確実に伝達するように機能する相互接続されたガラス部材の一方又は双方に配置された弱化（例えば、未処理、未強化、エッチング又は薄化）ガラス部材領域に接続された結合部材（例えば、ガラスフリット又は接着剤）を含む。任意のトリガ機構は、第１の（最上流）ガラス部材において初期破壊力を生成し、得られた伝播破壊力は、全ての下流のガラス部材に対して構造間結合部を介して伝達される。【効果】１方向亀裂伝播は、各構造間結合部の下流側にのみ弱化部材領域を提供することによって達成される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複雑な応力調整脆弱構造において、
第１のガラス部材及び第２のガラス部材を含む複数の相互接続された別個のガラス部材であって、前記ガラス部材のそれぞれが応力調整ガラス材料から本質的に構成される少なくとも１つの強化ガラス部分を含むガラス部材と、
前記第１のガラス部材と前記第２のガラス部材との間に接続された構造間結合部であって、結合部材が前記第１及び第２のガラス部材の少なくとも一方に配置された少なくとも１つの弱化部材領域に直接接続されるように、前記第１及び第２のガラス部材の第１の表面領域間に接続された前記結合部材を含み、前記少なくとも１つの弱化部材領域が、前記１つ以上の強化部分の前記応力調整ガラス材料よりも構造的に弱化なガラス材料を含む構造間結合部とを備え、
前記結合部材及び前記少なくとも１つの弱化部材領域が第１の伝播破壊力に応答して伝達破壊力を生成するように構成されており、前記伝達破壊力が、前記第１のガラス部材から前記第２のガラス部材へと導かれ且つ前記第２のガラス部材の前記少なくとも１つの強化ガラス部分において二次伝播破壊力が生成されるように十分なエネルギを有する、複雑な応力調整脆弱構造。
【請求項２】
前記少なくとも１つの弱化部材領域が、前記第２のガラス部材の第２の表面領域内に配置された弱化ガラス部分及び弱化表面特徴のいずれかを含み、
前記結合部材によって接触される前記第２のガラス部材の前記第１の表面領域が前記少なくとも１つの弱化部材領域を囲む前記第２の表面領域を完全に囲むように、前記結合部材が、それぞれ、前記第１及び第２のガラス部材の前記第１の表面領域間に挟まれている、請求項１に記載の複雑な応力調整脆弱構造。
【請求項３】
前記少なくとも１つの弱化部材領域が、前記第１のガラス部材に配置された第１の弱化ガラス部分と、前記第２のガラス部材に配置された第２の弱化ガラス部分とを含み、
前記構造間結合部が、それぞれ、前記第１及び第２のガラス部材の前記第１の表面領域間に挟まれた前記結合部材を含み、前記第１の表面領域が前記第１及び第２の弱化ガラス部分と隣接して囲んでいる、請求項１に記載の複雑な応力調整脆弱構造。
【請求項４】
さらに、前記第１のガラス部材に動作可能と取り付けられたトリガ機構を備え、前記トリガ機構が前記第１のガラス部材の前記少なくとも１つの強化部分において前記第１の伝播破壊力を生じさせるのに十分な前記初期破壊力を発生させるように構成されている、請求項１に記載の複雑な応力調整脆弱構造。
【請求項５】
複雑な構造的形状を有する応力調整脆弱構造を製造する方法において、
動作可能に組み立てられたとき、前記複雑な構造的形状をまとめて形成するように構成された複数の別個のガラス部材を調達／製造することと、
前記別個のガラス部材のそれぞれが隣接する前記別個のガラス部材に対して関連する構造間結合部を介して直接接続されるように前記複数の別個のガラス部材を相互接続することとを含み、
前記相互接続の後において、前記ガラス部材のそれぞれが、応力調整ガラス材料から本質的に構成された少なくとも１つの強化部分を含み、
前記１つ以上の構造間結合部のそれぞれが、二次伝播破壊力が前記伝達された第１の伝播力に応答して隣接する前記第２のガラス部材において生成されるように、前記第１のガラス部材の前記少なくとも１つの強化部分から隣接する前記第２のガラス部材の前記少なくとも１つの強化部分へと第１の伝播破壊力を伝達するように構成されている、方法。
【請求項６】
さらに、前記第１のガラス部材上にトリガ機構を取り付けることを含み、前記トリガ機構が、前記第１のガラス部材において前記初期破壊力を生成するように構成されており、それにより、前記トリガ機構によって前記第１のガラス部材において生成された前記初期伝播破壊力が、前記複数の相互接続されたガラス部材の全てに対して前記１つ以上の構造間結合部を介して伝達される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
相互接続することが、
前記第２のガラス部材において弱化部材領域を生成することと、
結合部材が前記弱化部材領域上に配置されるように前記第１及び第２のガラス部材を接続することとを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記弱化部材領域を生成することが、
第１及び第２の別個の未処理ガラス部材を提供することと、
前記第２の別個の未処理ガラス部材の指定された表面領域上にマスクを形成することと、
前記第１及び第２の別個の未処理ガラス部材の全ての露出表面にイオン交換処理を施すことにより、前記第１及び第２の未処理ガラス部材が、前記マスクの下方に配置された弱化ガラス部分を有する前記第２のガラス部材によって前記第１及び前記第２のガラス部材に変換されることと、
前記マスクを除去することと、
前記結合部材が前記弱化ガラス部分に対向して配置されるように前記第１及び第２のガラス部材を接続することとを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
伝播破壊力が第１及び第２のガラス部材間において１方向にのみ伝達可能である複雑な脆弱構造を製造する方法において、
前記第１及び第２のガラス部材における強化ガラス部分と、前記第２のガラス部材における弱化部材領域とを生成することと、
結合部材が前記第２のガラス部材の前記弱化部材領域と前記第１の部材の前記強化ガラス部分との間に直接接続されるように、前記第１及び第２のガラス部材を相互接続することと、
前記第１の脆弱部材上にトリガ機構を取り付けることとを含み、前記トリガ機構が、前記第１の脆弱部材において初期伝播破壊力を生成するように構成されており、それにより、前記トリガ機構によって前記第１の脆弱部材において生成された前記初期伝播破壊力が前記結合部材及び前記弱化部材領域を介して前記第２の脆弱部材に伝達される、方法。
【請求項１０】
前記弱化部材領域を生成することが、前記第２のガラス部材における前記弱化ガラス部分及び弱化表面特徴のいずれかを生成することを含み、
前記第１及び第２のガラス部材を相互接続することが、前記弱化ガラス部分及び前記弱化表面特徴の前記いずれかの上に前記結合部材を配置することを備える、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脆弱構造に関し、より具体的には、応力調整脆弱材料を使用して形成された脆弱構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
脆弱材料は、同等の変形力にさらされたときに弾性的に変形して結合を保持する非脆弱材料と比較して、変形力又は衝撃にさらされたときに破片に壊れやすいガラスなどの材料である。用語「ガラス材料」は、結晶化することなく剛性まで冷却することによって溶融物から形成された様々な非晶質の脆弱材料のいずれかを指す。最も一般的に知られているガラス材料は、通常、典型的にはケイ酸塩の混合物からなる透明又は半透明材料であるが、特に指定のない限り、用語「ガラス材料」は、ケイ酸塩系ガラスに限定されるものではない。
【０００３】
脆弱構造（すなわち、１つ以上の脆弱材料を使用して形成された構造）は、小さくて単純なものから大きくて複雑なものまで幅広い実用的な用途に利用されている。ほとんどの脆弱構造は、外部から加えられた衝撃力によって打撃されたときに構造的破壊（破損）を受けるように設計されている。例えば、照明ポール又は空港の照明構造は、車両／飛行機の損傷を小さくして乗客の負傷を最小限にするために、車両又は飛行機に当たったときに飛び散るように設計されている。いくつかの脆弱構造は、外部から生成されたコマンド信号に応答して構造的破壊を受けるように設計されている。例えば、過渡電子デバイスは、トリガ機構とともに応力調整ガラス基板上に搭載された１つ以上の電子デバイス（例えば、集積回路（ＩＣ）チップ及び／又は印刷電子デバイス）を含む脆弱構造である。ガラス基板を形成するガラス材料は、応力調整ガラス基板がトリガ機構によって発生される比較的小さな初期破壊力を受けると、蓄積されたポテンシャルエネルギがガラス基板全体に速やかに伝達される伝播破壊力の形態で放出されるように、残留応力勾配の形態でポテンシャルエネルギを蓄積するように応力調整される（例えば、熱的に調整された、イオン交換処理された又はラミネーション技術を使用して意図的に製造される）。
【０００４】
現在、単一の初期力に応答して（すなわち、単一の初期力が全体の構造領域よりもはるかに小さい、好ましくは１μｍ２よりも小さいトリガ領域を有する場合）、コマンド上の構造的破壊を受ける複雑な脆弱構造を製造するための既知の方法論は存在しない。すなわち、単一の（一体成形又は機械加工された）脆弱材料片から飛行機の翼部などの大きな複雑な構造を製造する実用的な方法は存在しない。逆に、複数の別個の応力調整ガラス構造は、複雑な形状を形成するためにともに接着され、伝播破壊力は、１つの脆弱ガラス構造から隣接する脆弱ガラス構造へと伝達することができず、それにより、複雑な脆弱構造全体の完全な構造的破壊を達成するために、複数のトリガ力（すなわち、各脆弱ガラス構造について１つのトリガ機構）を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
必要とされるものは、構造領域よりもはるかに小さいトリガ領域を有する単一のトリガ力に応答してコマンド上の構造的破壊を確実に受ける複雑な応力調整脆弱構造を生成するための方法論である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、隣接する別個のガラス部材を構造的に接続する機能と、接続された別個のガラス部材間に伝播破壊力を確実に伝達する機能との双方を有する新規な構造間結合部を形成する方法を対象としており、それにより、通常動作中に高い構造強度を示し且つ緊急時又は他の動作条件中に単一の（初期の）破壊力に応答して完全な構造的破壊を受ける複雑な応力調整脆弱構造の製造を容易とする。本方法は、任意の大きさ及び形状（例えば、湾曲形状、ロッド、シート、タブ又は球体）を有することができる別個に形成された（離散した）ガラス部材を使用することから、本方法は、（すなわち、組み立てられた複雑な構造の構成構造要素としてガラス部材を形成することによって）広範囲の複雑な応力調整脆弱構造の製造を容易とする。通常動作中の高い構造強度とコマンド上の制御された構造的破壊の双方を容易とするために、別個のガラス部材のそれぞれは、強化された構造強度を示し、且つ、ガラス部材が構造的破壊（すなわち、２つ以上の別個の破片への破壊及び／又は断片化）を受けるように十分に大きな初期破壊力に応答してガラス部材にわたって伝播破壊力を伝達する量だけポテンシャルエネルギを蓄積するように、応力調整によって強化された部分を含む。代替実施形態において、各ガラス部材の強化ガラス部分は、熱焼戻し、ラミネート又はイオン交換処理などの応力調整技術を使用して、ガラス部材の形成中に又は既に形成された（未処理の）ガラス部材を処理することによって生成される。隣接する別個のガラス部材間の剛性構造的接続と、接続された別個のガラス部材間の伝播破壊力の確実な伝達との双方を容易とするために、新規な構造間結合部のそれぞれは、２つの接続されたガラス部材のうちの１つ以上の１つ以上のより弱い部材領域に直接取り付けられた結合部材（例えば、一方のガラス部材の強化ガラス部分と他方のガラス部材の弱化部材領域との間又は双方のガラス部材上に配置された弱化ガラス部分間のいずれかに接続された結合部材）を含む。１つ以上の弱化部材領域のより弱い／弱化されたガラス材料は、破損の影響をより受けやすい（すなわち、より低い入射破壊エネルギに応じて破損する）ことから、また、１つ以上の弱化部材領域が下流のガラス部材へと延在することから、本発明にしたがって生成された新規な構造間結合部は、下流のガラス部材に形成された弱化部材領域へと延在する上流のガラス部材における伝播破壊力に応答して伝達破壊力を発生させることによって上流の（第１の）ガラス部材から隣接する下流の（第２の）ガラス部材への伝播破壊力の確実な伝達を容易とし、それにより、下流のガラス部材において伝播破壊力を発生させるのに十分な破壊エネルギを発生させる。この基本的な構成により、本発明は、連続した複雑な応力調整脆弱構造において所望量の構造的破壊が生じるまで、接続されたガラス部材から接続されたガラス部材へと順次伝達される伝播破壊力を確実に発生させるのを容易とする。（例えば、任意のＲＦ信号制御トリガ機構を使用して）初期破壊力を制御することにより、本発明は、それゆえに、（例えば、照明ポール又は空港構造の場合）衝突物体に対する安全性にかかわらず、塊を崩壊、失う又はコマンド上の構造的破壊を受ける、又は、機能を制御するために（例えば、航空機に使用される翼又はプロペラのトリムを最適化するために）、新規な種類の機能的に複雑な脆弱構造を提供する。
【０００７】
本発明の実施形態によれば、コマンド上の構造的破壊が可能な複雑な応力調整脆弱構造は、介在構造間結合部によって直接接続された２つの（第１及び第２の）別個のガラス部材と、第１のガラス部材に直接接続された任意のトリガ機構とを含む「コア」構造要素を組み立てることによって少なくとも部分的に製造される。上述したように、ガラス部材は、強化（応力調整）ガラス部分から実質的に構成された別個に形成された（一体の）ガラス片である。介在構造間結合部は、第１及び第２のガラス部材の対向する表面領域の間に挟まれた結合部材を含み、任意のトリガ機構は、第１のガラス部材の関連表面領域に動作可能に取り付けられる。トリガ機構は、トリガ信号に応答して、第１のガラス部材における局所領域（点）において初期破壊力を生成し、それにより、第１のガラス部材の全ての部分に強化ガラス材料部分によって伝播（移動）して最終的に介在結合部材が取り付けられる第１のガラス部材の表面領域に到達する第１のガラス部材において初期（第１の）伝播破壊力を生成するように構成されている。初期伝播破壊力が結合部材に伝達されると、１つ以上の弱化部材領域及び結合部材が結合し、第１の（上流）ガラス部材の強化ガラス部分から第２の（下流）ガラス部材の強化ガラス部分まで通過する伝達破壊力を生成し、伝達破壊力は、第２のガラス部材において二次伝播破壊力を開始させるのに十分な強度を有する。関連する構造間結合部を介して第１のガラス部材に対して直接的又は間接的に（すなわち、１つ以上の介在ガラス部材を介して）接続された多数の追加の別個のガラス部材を有する複雑な応力調整脆弱構造を生成するようにこの方法論を拡張することにより、トリガ機構によって生成された単一の初期破壊力は、連続した複雑な脆弱構造を形成する全てのガラス部材を破壊するために確実に利用される。したがって、本発明は、上述した「コア」要素（すなわち、第１及び第２のガラス部材、少なくとも１つの構造間結合部、及び、トリガ機構）を組み込むことによってコマンド上の構造的破壊を受ける広範囲にわたる複雑な応力調整脆弱構造の製造を容易とする。
【０００８】
例示的な実用的なアプローチによれば、複雑な応力調整脆弱構造は、上流及び下流ガラス部材の少なくとも一方に弱化部材領域を生成した後に、結合部材（例えば、セラミック接着剤、低温ガラスフリット、陽極接合構造又は化学結合）が上流及び下流のガラス部材の間に挟まれるように且つ結合部材が弱化部材領域を押圧して被覆するように、上流及び下流ガラス部材の対をそれぞれ接続することによって製造される。代替実施形態において、弱化部材領域は、弱化ガラス部分（すなわち、イオン交換又は他の応力調整処理から保護された局所ガラス部分）によって、弱化表面特徴（すなわち、エッチング、レーザアブレーション、又は、指定された表面領域を介して第２のガラス部材からガラス材料を除去することによって弱化されたガラス表面の部分）によって、又は、応力調整ガラス材料のより薄い（それゆえに弱化した）部分上に配置されることによって実装される。そして、上流及び下流ガラス部材は、各結合部材が上流ガラス部材の関連する表面領域と対応する下流ガラス部材の関連する弱化部材領域との間に接続されるように（すなわち、結合部材によって接触された表面領域が弱化部材領域を全体的に囲む／被覆するように）、上述した構造間結合部を介して接続している。弱化ガラス部分を含む特定の実施形態において、第２のガラス部材は、未処理（すなわち、非応力調整）ガラス部材を調達又は製造し、未処理ガラス部材の指定された表面領域をマスキングし、第２のガラス部材をマスクの下方に配置された弱化ガラス部分を含む応力調整ガラス部材に変換するように未処理ガラス部材の全ての露出表面をイオン交換処理し、そして、マスクを除去することによって提供される。弱化表面特徴を含む特定の実施形態において、第２のガラス部材は、応力調整を受けた後、弱化表面特徴を形成するように強化ガラス材料に特徴がエッチング又は形成される。代替の例示的な実施形態において、弱化表面特徴は、単一の（例えば、正方形の）キャビティ、ワッフル型パターンで形成されたキャビティのアレイ又は平行スロットとして画定される。それぞれの場合において、除去された未処理材料は、上流側ガラス部材から下流側ガラス部材への伝播破壊力の伝達を非常に容易とする下流側ガラス部材に局所弱化領域を生成する。
【０００９】
他の実用的なアプローチによれば、複雑な応力調整脆弱構造は、未処理（すなわち、非応力調整）状態でガラス部材を調達、製造又は提供し、結合部材がガラス部材の対向する表面領域間に接続されるように高温ガラス接合技術（例えば、高温ガラスフリット又はガラス溶接）を使用してガラス部材を接続した後、構造間結合部によって接続された応力調整ガラス部材を形成するようにイオン交換処理を未処理ガラス部材の露出部分に施すことによって製造される。この場合、構造間結合部は、結合部材と、イオン交換処理中に遮蔽される２つのガラス部材の部分によって結合部材の両側にそれぞれ形成された２つの弱化ガラス部分（部材領域）とを含む。高温結合によって引き起こされる構造的問題を回避するために、別個の未処理ガラス部材は、それぞれ、同じ又は同様のＣＴＥ値を有するガラス材料から形成される。１つの実施形態において、イオン交換処理の前に未処理ガラス部材の露出表面部分にチャネルが形成される。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、伝播破壊力が１方向にのみ（すなわち、上流ガラス部材から下流ガラス部材にのみであり、逆方向ではない）伝達可能である複雑な脆弱構造を製造する方法が提供される。この特徴は、例えば、構造の一部が無傷である必要があるが、さらに複雑な構造全体に対して構造的に結合される必要がある場合に有用である。いかなる他の部分の偶発的破損も、最後まで無傷を保持する必要がある構造には影響しない。本方法は、破壊の特定のユーザシーケンスがマルチトリガ可能なシステムにおいて発生するのを確実にする。本方法は、ガラス部材が、第１の（最上流）ガラス部材として指定された１つのガラス部材と、最後の（最下流）ガラス部材として指定された１つ以上のガラス部材と、第１のガラス部材の下流であり且つ最後のガラス部材の上流にある中間ガラス部材として指定された他の全てのガラス部材とにより、複雑な脆弱構造をまとめて形成するように寸法決めされて成形されるように、上述したように全てのガラス部材を生成することを含む。結合領域は、介在中間ガラス部材及び構造間結合部を介して第１のガラス部材から最後のガラス部材まで破壊経路が画定されるように、隣接する関連する上流／下流対のガラス部材間に指定される。１方向亀裂伝播を容易とするために、弱化部材領域（すなわち、弱化表面特徴及び／又は弱化ガラス部分）は、各結合領域の下流側にのみ（すなわち、関連する上流／下流ガラス部材対のそれぞれの下流ガラス部材においてのみ）形成される。そして、ガラス部材は、各結合部材が上流ガラス部材の強化ガラス部分と下流ガラス部材の弱化部材領域との間に配置されるように、上述したように構造間結合部を形成することによって相互接続される。トリガ機構はまた、結合プロセスの前、間又は後のいずれかにおいて第１のガラス部材に接続される。それゆえに、結果として生じる複雑な脆弱構造は、トリガ機構によって第１のガラス部材において開始し且つ破壊力が最後のガラス部材に到達するまで１方向にのみ（すなわち、接続された各上流／下流ガラス部材対の上流から下流ガラス部材にのみ）その後に伝達される１方向伝播破壊力を示す。
【００１１】
本発明のこれら及び他の特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明、添付した特許請求の範囲及び添付図面に関してより良好に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の簡略化された実施形態にかかる複雑な応力調整脆弱構造を示す上面斜視図である。
【図２】図２は、図１の複雑な応力調整脆弱構造を製造する一般化された方法を示すフロー図である。
【図３】図３は、第１の実用的な実施形態にかかる複雑な応力調整脆弱構造を製造するための後イオン交換処理アプローチを示すフロー図である。
【図４Ａ】図４（Ａ）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｂ】図４（Ｂ１）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。図４（Ｂ２）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｃ】図４（Ｃ１）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。図４（Ｃ２）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｄ】図４（Ｄ１）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。図４（Ｄ２）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｅ】図４（Ｅ）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｆ】図４（Ｆ）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｇ】図４（Ｇ）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｈ】図４（Ｈ）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図４Ｉ】図４（Ｉ）は、図３の後イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図５Ａ】図５（Ａ）は、代替の例示的な特定の実施形態にかかる図３の後イオン交換処理アプローチ中に生成された弱化部材領域を示す部分斜視図である。
【図５Ｂ】図５（Ｂ）は、代替の例示的な特定の実施形態にかかる図３の後イオン交換処理アプローチ中に生成された弱化部材領域を示す部分斜視図である。
【図５Ｃ】図５（Ｃ）は、代替の例示的な特定の実施形態にかかる図３の後イオン交換処理アプローチ中に生成された弱化部材領域を示す部分斜視図である。
【図５Ｄ】図５（Ｄ）は、代替の例示的な特定の実施形態にかかる図３の後イオン交換処理アプローチ中に生成された弱化部材領域を示す部分斜視図である。
【図６】図６は、第２の実用的な実施形態にかかる複雑な応力調整脆弱構造を製造するための前イオン交換処理アプローチを示すフロー図である。
【図７Ａ】図７（Ａ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｂ】図７（Ｂ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｃ】図７（Ｃ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｄ】図７（Ｄ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｅ】図７（Ｅ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｆ】図７（Ｆ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｇ】図７（Ｇ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図７Ｈ】図７（Ｈ）は、図６の前イオン交換処理アプローチを示す簡略側断面図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態にかかる１方向亀裂伝播を示す複雑な応力調整脆弱構造を製造する方法を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、脆弱構造の改良に関する。以下の説明は、当業者が特定の用途及びその要件の文脈において提供される本発明を製造及び使用するのを可能とするために提示される。本願明細書において使用される場合、「上（ｕｐｐｅｒ）」、「上向き（ｕｐｗａｒｄ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「下向き（ｄｏｗｎｗａｒｄ）」、「下方（ｕｎｄｅｒ）」及び「上（ｏｖｅｒ）」などの方向用語は、説明のために相対位置を提供するように意図され、参照の絶対フレームを指定するようには意図されていない。本願明細書において使用される用語「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」及び「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」は、以下のように定義される。用語「接続される（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）」は、例えば接着剤又は他の結合部材を介した２つの構造要素間の直接接続を記載するために使用される。対照的に、用語「結合される（ｃｏｕｐｌｅｄ）」は、２つの構造要素間の直接接続又は間接接続を記載するために使用される。例えば、２つの結合された要素は、結合によって直接接続されてもよく、又は、介在構造要素によって間接的に接続されてもよい。用語「一体的（ｉｎｔｅｇｒａｌ）」は、単一の材料片を成形又は機械加工することによって完全に別個に製造された（ガラス部材又は部品などの）構造要素を指すために使用される。好ましい実施形態に対する様々な変更は、当業者にとって明らかであり、本願明細書において定義された一般的な原理は、他の実施形態に適用されてもよい。したがって、本発明は、示されて記載された特定の実施形態に限定されるように意図されるものではなく、本願明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。
【００１４】
図１は、連続状態（すなわち、図１の中央部分に示される脆弱構造１００（ｔ０））の複雑な応力調整脆弱構造１００と、例示的な破壊状態（すなわち、図１の下部に示される脆弱構造１００（ｔ２））とを示す簡略斜視図を含む。連続状態（例えば、製造直後、通常動作中及び破壊前に起こる過渡現象の部分中）において、脆弱構造１００（ｔ０）は、一般に、２つの別個のガラス部材１１０−１及び１１０−２と、構造間結合部１２０と、任意のトリガ機構１３０とを含む。
【００１５】
本願明細書において使用される場合、語句「別個のガラス部材（ｄｉｓｃｒｅｔｅ  ｇｌａｓｓ  ｍｅｍｂｅｒ）」は、既知の技術（すなわち、ガラス材料を溶融状態まで加熱し、溶融ガラスを所望の最終形状に成形した後、溶融ガラスを室温まで冷却する）を使用して形成された別個（一体）のガラス片を指す。別個のガラス部材１１０−１及び１１０−２を使用して複雑な応力調整脆弱構造１００を形成する利点は、別個のガラス部材を組み合わせて結合することが、単一の一体化されたガラス片から同じ複雑な構造的形状を形成するよりもはるかに効率的且つより少ない費用で複雑な構造的形状の生成を容易とするということである。
【００１６】
通常の動作中に十分な構造強度を提供し且つコマンド上の断片化（構造的破壊）を受けるように脆弱構造１００を製造するために、以下に記載される特性を有する応力調整ガラス部材を製造又は調達する必要がある。図１の中央を参照すると、ガラス部材１１０−１及び１１０−２は、それぞれ、対向する上下面１１２−１及び１１２−２並びに１１３−１及び１１３−２を有するウェハ状構造として示されているが、実際には、ガラス部材１１０−１及び１１０−２は、任意の実用的な形状（例えば、湾曲形状、ロッド、シート、タブ又は球体）を有することができる。ガラス部材１１０−１及び１１０−２は、それぞれ、強化ガラス部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓを主として含む別個に形成された（一体化された）ガラス片であり、強化ガラス部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓは、強化ガラス部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓが、双方とも、同じ種類の非応力調整ガラス材料よりも実質的に高い構造的強度を示し、且つ、以下に説明する伝播破壊力を発生させるのに十分な量のポテンシャルエネルギを蓄積するように、熱焼戻し、ラミネート又はイオン交換処理などの既知の応力調整技術を使用して製造又は処理されたガラス材料を備える。現在好ましい実施形態において、ガラス部材１１０−１及び１１０−２の強化ガラス部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓは、既知の技術を使用して形成されたイオン交換処理されたガラス材料を含む。他の例示的な実施形態において、図１の左上のバブルに示されるように、ガラス部材１１０−１及び１１０−２は、（例えば、異なる（第１の）熱強化ガラス材料１１１−Ｓ１に配置された複数の熱強化ガラス材料部分１１１−Ｓ２１、１１１−Ｓ２２及び１１１−Ｓ２３を有する）２つの散在した熱強化ガラス材料を含む。イオン交換処理又は上述した他の特定の応力調整プロセスのいずれかを使用して実装される場合、ガラス部材１１０−１及び１１０−２は、図１の下部における粉砕構造１００（ｔ２）によって示されるように、ガラス部材１１０−１及び１１０−２がプリンス・ラパートの滴によって捕捉されるものと同様の機構を使用してより小さな断片に部分的又は完全に分裂するように、初期破壊力に応答して自己伝播二次破壊力を生成するために十分な保存されたエネルギを含むように構成されている。さらに、１つの実施形態において、放出されるポテンシャルエネルギはまた、任意のトリガ機構１３０の一部及びガラス部材１１０−１及び１１０−２上に配置されることがある任意の他の構造を破壊する。
【００１７】
図１に示されるように、構造間結合部１２０は、第１のガラス部材１１０−１の上向き表面領域１１３−１１と第２のガラス部材１１０−２の対向する下向き表面領域１１２−２１との間において（挟まれた）結合部材１２５によって上側（第２の）ガラス部材１１０−２に下側（第１の）ガラス部材１１０−１を固定的に接続（結合）するように機能する。代替の例示的な実施形態において、結合部材１２５は、セラミック接着剤、ガラスフリット構造、陽極接合構造又は化学結合を使用して実装される。
【００１８】
１つの実施形態において、トリガ機構１３０は、第１のガラス部材１１０−１の第２の表面領域１１３−１２に取り付けられ、第１のガラス部材１１０−１の強化部分１１１−１１Ｓにおいて第１の伝播破壊力ＦＰ１を開始するのに十分な破壊エネルギを有するガラス部材１１０−１において初期破壊力ＦＦ０を生成するように構成されている。特定の実施形態において、トリガ機構は、無線送信波信号（例えば、光波信号、無線周波数又は音響／音声信号、図示しない）に応答してトリガ信号ＴＳを順次生成するセンサ１６０によって生成される電子トリガ信号ＴＳによって制御され、それにより、脆弱構造１００は、コマンド上の構造的破壊を受けるように遠隔操作されることができる。１つの実施形態において、トリガ機構１３０は、「脆弱ガラスの破壊を開始するための自己制限式電気トリガ」と題された２０１６年４月６日に出願された共同所有され且つ同時係属中の米国出願第１５／０９２３４１号［代理人整理番号２０１５１３７２ＵＳ０１（ＸＣＰ−２１４）］に記載された方法で、バッテリ（又は他の直流電源）とグラウンドとの間において直列に接続された自己制限式抵抗素子及びスイッチ素子を使用して初期破壊力ＦＦ０を生成する。
【００１９】
本発明の態様によれば、構造間結合部１２０の結合部材１２５は、ガラス部材１１０−１及び１１０−２のうちの少なくとも一方の少なくとも１つの弱化部材領域に直接取り付けられている。図１の右下のバブルを参照すると、ガラス部材１１０−１のガラス部分１１１−１２Ｍは、結合部材１２５の直下に配置された破線箱によって示され、ガラス部材１１０−２のガラス部分１１１−２２Ｍは、結合部材１２５の直上に配置された破線箱によって示されている。ガラス部分１１１−１２Ｍは、第１のガラス部材１１０−１の上面領域１１３−１１と連続しており、ガラス部分１１１−２２Ｍは、第１のガラス部材１１０−１の下面領域１１２−２１と連続していることに留意されたい。この態様によれば、２つのガラス部分１１１−１２Ｍ及び１１１−２２Ｍのうちの少なくとも１つは、弱化部材領域（すなわち、例えば、ガラス材料が強化部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓを形成する応力調整ガラス材料よりも構造的に弱いように機械的改変を受けるか又は応力調整から遮蔽されるガラス材料）を含む。例えば、１つの例示的な代替実施形態において、強化部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓ並びにガラス部分１１１−１２Ｍの３つ全ては、イオン交換処理されたガラス材料（すなわち、応力調整された比較的厚いガラス材料）を含み、ガラス部分１１１−２２Ｍは、弱化部材領域（例えば、部分的又は完全にイオン交換処理から遮蔽されたガラス材料、例えばエッチングによって機械的に弱化されたガラス材料又は比較的薄い応力調整ガラス材料）を含む。あるいは、強化部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓ並びにガラス部分１１１−２２Ｍの３つ全ては、強化（例えば、イオン交換処理された）ガラス材料を含み、ガラス部分１１１−１２Ｍは、弱化部材領域を含む。第３の例において、強化部分１１１−１１Ｓ及び１１１−２１Ｓは、応力調整ガラス材料を含み、ガラス部分１１１−１２Ｍ及び１１１−２２Ｍの双方は、弱化部材領域を含む。弱化部材領域を形成するために使用される詳細な例が以下に提供される。
【００２０】
本発明の他の態様によれば、結合部材１２５及び弱化部材領域（すなわち、ガラス部分１１１−１２Ｍ及び１１１−２２Ｍのいずれか又は双方）は、二次伝播破壊力ＦＰ２が第２のガラス部材１１０−２の強化ガラス部分１１１−２１Ｓにおいて生成されるように、伝達破壊力ＦＦ１によって第１のガラス部材１１０−１から第２のガラス部材１１０−２へと伝播破壊力ＦＰ１を伝達するように構成されている（すなわち、動作可能に形成されて配置される）。すなわち、図１の右下のバブルに示されるように、弱化部材領域及び結合部材１２５は、ガラス部材１１０−２の強化部分１１１−２１Ｓの局所領域１１１−２１ＳＬに加えられる伝達破壊力ＦＦ１を生成し、それにより、ガラス部材１１０−２の強化部分１１１−２１Ｓにおいて二次伝播破壊力ＦＰ２を生成する。図１には示されていないが、二次伝播破壊力ＦＰ２は、ガラス部材１１０−２が断片化されるように第２のガラス部材１１０−２を通って移動する。このように、トリガ機構１３０によって第１のガラス部材１１０−１において生成された初期破壊力ＦＦ０は、二次伝播破壊力ＦＰ２によって第２のガラス部材１１０−２の構造的破壊をもたらす。本発明者らは、弱化部材領域の弱化ガラス材料が比較的弱い伝達破壊力に応答してより確実に破壊することから、結合部材１２５に隣接する１つ以上の弱化部材領域を有する構造間結合部１２０を形成することが２つの別個のガラス部材間の伝播破壊力の伝達を非常に容易とすることを見出した。さらに、弱い／弱化されたガラス材料を結合部材１２５に直接隣接する領域に制限することにより、本発明は、隣接する複雑な応力調整脆弱構造１００を著しく弱化させることなく隣接部材間の破壊力の伝達を容易とする。
【００２１】
図２は、複雑な応力調整脆弱構造を製造する一般化された方法を示すフロー図である。当業者は、記載された方法論が任意の所望の形状、大きさ及び数のガラス要素を有する複雑な応力調整脆弱構造を形成するように拡張可能であることを理解するであろうものの、簡潔にするために、一般化された方法は、図１に示される簡略化された２つの部材の脆弱構造の製造を参照して説明される。以下に記載されるブロック番号は、図２に示されるブロックを指し、以下に記載される要素番号は、図１における対応する構造を指す。
【００２２】
図２の上部を参照すると、ブロック２０５は、動作可能に組み立てられて相互接続されたときに、提供されたガラス部材が所望の複雑な応力調整脆弱構造の複雑な構造的形状をまとめて形成する構成構造要素を実現するように、関連する大きさ及び形状を要求している別個のガラス部材を提供（すなわち、製造又は調達）することを含む。図１の簡略化された実施形態を使用すると、ガラス部材を提供することは、通常のガラス形成技術又は応力調整ガラス製造技術のいずれかを使用してガラス部材１１０−１及び１１０−２を別個に製造することを含む。本発明の実施形態によれば、別個のガラス部材を提供することは、通常のガラス形成技術（すなわち、各ガラス部材のガラス材料の全てが未処理状態である、すなわち、まだ応力調整されていないように）を使用してガラス部材を生成することを含む。
【００２３】
図２のブロック２１０は、所望の複雑な脆弱構造を形成するように本願明細書に記載された新規の構造間結合部を使用して要素ガラス部材を処理して組み立てる（相互接続する）ことを含む。簡略化された例として図１の脆弱構造１００を使用すると、ガラス部材１１０−１及び１１０−２は、結合部材１２５が上述したように少なくとも１つの弱化部材領域に接触するように、処理されて構造間結合部１２０を使用してガラス部材１１０−２に直接接続される。動作可能に処理されて接続されると、ガラス部材１１０−１及び１１０−２並びに構造間結合部１２０は、二次伝播破壊力ＦＰ２が伝達破壊力ＦＦ１に応答してガラス部材１１０−２において生成されるように、ガラス部材１１０−１の強化部分１１１−１１Ｓからガラス部材１１０−２の１１１−２１Ｓへと第１の伝播破壊力ＦＰ１を伝達するように構成されることに留意されたい。
【００２４】
図２の下部を参照すると、ブロック２２０は、既知の技術を使用してガラス部材の一方にトリガ機構を取り付けることを含む任意のプロセスを含む。図１の簡略化された例を使用すると、このプロセスは、初期破壊力ＦＦ０が動作可能にガラス部材１１０−１に伝達されるように、適切な接着剤又は他の機構を使用して第１のガラス部材１１０−１の上面領域１１３−１２にトリガ機構１３０を取り付けることを含む。代替実施形態において、トリガ機構１３０は、ガラス部材１１０−１が構造間結合部１２０によってガラス部材１１０−２に接続される前又は後のいずれかにおいてガラス部材１１０−１上に取り付けられる（すなわち、特に指定しない限り、ブロック２２０は、ブロック２１０の前又は間に実行されることができる）。
【００２５】
代替の特定の実施形態において、図２の一般化された製造方法は、２つの代替的アプローチを参照してさらに詳細に以下に提示される。図３、図４（Ａ）から図４（Ｉ）及び図５（Ａ）から図５（Ｄ）を参照して「後イオン交換結合」アプローチが以下に記載され、これは、一般に、ガラス部材がパターン化された応力調整処理に対して処理されたイオン交換型応力調整処理を受けた後に別個のガラス部材を結合することを含む。そして、図６及び図７（Ａ）から図７（Ｇ）を参照して「前イオン交換結合」アプローチが記載され、これは、一般に、イオン交換型応力調整処理をガラス部材に施す前に別個のガラス部材を結合することを含む。これら２つの例示的な方法は、図２の一般化された製造方法を実施するための現在好ましい実用的な方法を表しているが、特許請求の範囲において指定しない限り、限定することを意図するものではない。
【００２６】
図３を参照すると、後イオン交換結合アプローチにかかる一般化された製造方法の調達／製造及び組み立て（ブロック２０５及び２１０、図２）の部分は、各下流（第２の）ガラス部材１１０Ａ−２に弱化部材領域を形成した後、結合部材が上流及び下流ガラス部材の間に挟まれて弱化部材領域を押圧して被覆するように、下流ガラス部材に上流（第１の）ガラス部材１１０Ａ−１を接続することを含む。後イオン交換結合アプローチは、２つの代替の例示的な実用的な実施形態を参照して記載される：弱化ガラス領域の形態での弱化部材領域の生成を含むブロック２０５Ａ、３１２、３１３、３１４Ａ及び３１５を含む第１の実用的な実施形態、及び、弱化表面特徴の形態での弱化部材領域の生成を含むブロック２０５Ａ、３１２、３１３、３１４Ａ及び３１５を含む第２の実用的な実施形態。これらの代替的な実用的な実施形態の全体的なプロセスフローは、実質的に同じであり、弱化ガラス領域の実施形態のプロセス（すなわち、図３のブロック２０５Ａ、３１２、３１３、３１４Ａ及び３１５）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ１）、図４（Ｃ１）、図４（Ｄ１）及び図４（Ｅ）を参照して記載され、弱化表面特徴の実施形態のプロセス（すなわち、図３のブロック２０５Ａ、３１３、３１４Ｂ及び３１５）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ２）、図４（Ｃ２）、図４（Ｄ２）及び図４（Ｅ）を参照して記載される。図４（Ａ）から図４（Ｆ）は、簡略された側面図で上流及び下流ガラス部材並びに関連する特徴を示していることに留意されたい。
【００２７】
ブロック２０５Ａ（図３）及び図４（Ａ）を参照すると、「後イオン交換結合」製造法アプローチは、未処理（すなわち、非応力調整）ガラス部材１１０Ａ−１Ａ及び１１０Ａ−２Ａを調達又は製造（提供）することによって（すなわち、ガラス部材１１０Ａ−１Ａが「弱化」（未処理）ガラス材料１１１Ａ−１を完全に含み且つガラス部材１１０Ａ−２Ａが「弱化」ガラス材料１１１Ａ−２を完全に含むように）開始する。本実施形態の態様によれば、未処理ガラス部材１１０Ａ−１Ａ及び１１０Ａ−２Ａは、伝播破壊力（亀裂）のみが各部材の表面に発生することから、様々な厚さを有することができる（例えば、ガラス部材１１０Ａ−１Ａの厚さＴ１１０Ａ−１Ａは、ガラス部材１１０Ａ−２Ａの厚さＴ１１０Ａ−２Ａとは異なることができる）。
【００２８】
ブロック３１２及び図４（Ｂ１）は、弱化ガラス部分の実施形態に関するものであり、未処理ガラス部材１１０Ａ−２Ａの指定された表面領域１１２Ａ−２１にわたって（すなわち、弱化のために指定されたガラス部材１１０Ａ−２Ａの領域にわたって）マスク４１０（例えば、フォトレジスト又は他の材料）を形成することを含む。図４（Ｂ１）に示されるように、マスク４１０が適用される指定された表面領域１１２Ａ−２１は、ガラス部材１１０Ａ−２Ａの未処理（それゆえに、「弱化した」）ガラス部分１１１Ａ−２１Ｗの下方に配置される。マスク４１０の形状／パターンは、ガラス部材１１０Ａ−２Ａに形成されることになる弱化表面特徴パターンによって決定される。ガラス部材１１０Ａ−１Ａの処理は、この時点で発生しないことに留意されたい。また、図４（Ｂ２）に示されるように、マスクは、この時点で弱化表面特徴の実施形態と関連して形成されないことに留意されたい。
【００２９】
ブロック３１３（図３）及び図４（Ｃ１）及び図４（Ｃ２）を参照すると、双方の未処理ガラス部材１１０Ａ−１Ａ及び１１０Ａ−２Ａの全ての露出表面は、その後、イオン交換処理が施されることにより、応力調整ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２へと未処理ガラス部材（すなわち、図１のガラス部材１１０−１及び１１０−２と一致した特徴を有する）を変換する。図４（Ｃ１）を参照すると、弱化ガラス部分のアプローチによれば、上面１１３Ａ−２の全体及び下面１１２Ａ−２の露出部分は、完全にイオン交換処理されるが、マスク４１０は、マスキングされた表面領域１１２Ａ−２１Ａを介して弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ａの全体からイオン交換処理を制限されるか又は完全に防止し、それにより、ガラス部材１１０Ａ−２は、大きな強化ガラス部分１１１Ａ−２２Ｓ及び比較的小さい弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ａを含むように処理されることに留意されたい。対照的に、ガラス部材１１０Ａ−１の上面１１３Ａ−１及び下面１１２Ａ−１の全領域は、イオン交換処理を受ける。また、ガラス部材１１０Ａ−２にのみ弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ａを生成することは、１方向亀裂伝播結合を生み出すことに留意されたい（すなわち、亀裂は、ガラス部材１１０Ａ−１からガラス部材１１０Ａ−２へと伝播する必要がある）。代替実施形態において、結合領域の両側は、マスキングされて弱化される。例えば、図４（Ｃ１）に示されるように、ガラス部材１１０Ａ−１の対応する領域１１１Ａ−１１は、マスキングを受けて同様に弱化されることができ、双方向亀裂伝播を生じるであろう。また、弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ａの表面積は、結合面積よりも常に小さいことに留意されたい。図４（Ｃ２）を参照すると、弱化表面特徴の実施形態において、双方の未処理ガラス部材は、完全に露出していることから、全ての表面１１２Ａ−１、１１３Ａ−１、１１２Ａ−２及び１１３Ａ−２は、イオン交換処理を受け、それにより、強化ガラス材料１１１Ａ−１２Ｓ及び１１１Ａ−２２Ｓから実質的に完全に構成された応力調整ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２を生成する（すなわち、指定された結合領域１１１Ａ−２１Ｓ及び１１１Ａ−１１Ｓは、双方とも、強化ガラスを含む）。
【００３０】
ブロック３１４Ａ（図３）及び図４（Ｄ１）を参照すると、弱化ガラス部分アプローチの最後のステップは、ガラス部材１１０Ａ−２からマスク４１０を除去することを含み、それにより、ガラス部材１１１Ａ−２の指定された結合表面領域１１２Ａ−２１Ａを露出させる。図５（Ａ）は、指定された表面領域１１２Ａ−２２内に配置された例示的な弱化ガラス領域１１１Ａ−２１Ｗを示すガラス部材１１０Ａ−２１の例示的な部分を示しており、結合部材が押圧される指定された結合表面領域１１２Ａ−２１が表面領域１１２Ａ−２２を完全に囲んでいることを示している。再度図４（Ｄ１）を参照すると、また、ガラス部材１１１Ａ−２は、比較的小さい弱化ガラス部分（部材領域）１１１Ａ−２１Ｗ及び比較的大きい強化ガラス部分１１１Ａ−２２Ｓをここでは含むことに留意されたい。また、ガラス部材１１１Ａ−１の対応する指定された結合領域１１１Ａ−１１が強化されている（すなわち、強化ガラス部分１１１Ａ−２１を形成するために使用されるものと同じプロセスを使用して応力調整されている）ことに留意されたい。
【００３１】
ブロック３１４Ｂ（図３）及び図４（Ｄ２）を参照すると、弱化表面特徴の実施形態の次のステップは、指定された表面領域１１２Ａ−２２を介して強化部分１１１Ａ−２１Ｓからガラス材料を除去することによってガラス部材１１０Ａ−２において弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆを形成することを含む。１つの特定の実施形態において、このガラス除去プロセスは、ガラス部材１１０Ａ−２において１つ以上のキャビティを画定するように指定された表面領域１１２Ａ−２２をエッチングすること（すなわち、既知の技術を使用した適切な化学エッチング剤４２０を塗布すること）によって達成される。図５（Ｂ）から図５（Ｄ）は、簡略化された例示的な弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆ１から１１１Ａ−２１Ｆ３を示している。図５（Ｂ）は、完全に指定された結合表面領域１１２Ａ−２１内のガラス部材１１０Ａ−２２の下面１１２Ａ−２の表面領域１１２Ａ−２１を介してエッチングされた単一の（例えば、正方形）キャビティ弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆ１を示している。図５（Ｃ）は、ガラス部材１１０Ａ−２２の下面１１２Ａ−２の表面領域１１２Ａ−２１を介してエッチングされた市松模様又はワッフル型パターンで配置された複数の隣接するキャビティを含み且つ完全に指定された結合表面領域１１２Ａ−２１内である第２の弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆ２を示している。図５（Ｄ）は、ガラス部材１１０Ａ−２３の下面１１２Ａ−２の表面領域１１２Ａ−２１を介してエッチングされ且つ完全に指定された結合表面領域１１２Ａ−２１内の第３の（スロット又はライン型）弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆ３を示している。弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆ１から１１１Ａ−２１Ｆ３の大きさは、ガラス材料及び他の条件によって決定され、本発明者らは、現在、１μｍ×１μｍよりも小さい表面領域を占める特徴が利用可能であると考えている。
【００３２】
ブロック３１５（図３）及び図４（Ｅ）を参照すると、第１のガラス部材１１０Ａ−１は、その後、結合部材１２５Ａ及び関連する低温度（すなわち、４００℃未満）結合技術を使用して第２のガラス部材１１０Ａ−２に接続され、それにより、結合部材１２５Ａ及び弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍ（すなわち、例示の目的のために、図４（Ｅ）において置き換えられる弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ｗ又は弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆのいずれか）を含む構造間結合部１２０Ａを完成する。代替の特定の実施形態において、ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２を接続することは、結合部材１２５Ａを形成するために、セラミック接着剤、低温ガラスフリット、陽極接合構造及び化学結合のいずれかを利用することを含む。結合部材１２５Ａによって接触される接触表面領域１１２Ａ−２２の幅Ｗ２２は、弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍの幅を画定する指定された表面領域１１２Ａ−２１の幅Ｗ２１よりも大きいことに留意されたい。すなわち、図５（Ａ）から図５（Ｄ）においてさらに詳細に示されるように、各場合において、接触表面領域１１２Ａ−２２の面積は、弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ｗ及び弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆ１から１１１Ａ−２１Ｆ３を完全に囲む。結合温度に依存して、ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２は、熱膨張率（ＣＴＥ）値の異なる係数を有するガラス材料を使用して形成されることができる（すなわち、結合プロセス温度が低いほど、２つのガラス部材間のＣＴＥの差も大きくなる）。
【００３３】
再度図３の下部及び図４（Ｆ）を参照すると、後続の製造処理は、ガラス部材１１０Ａ−１における上面１１３Ａ−１の対応する表面領域１１３Ａ−１２上にトリガ機構を取り付ける（動作可能に取り付ける）ことを含み、それにより、「後イオン交換結合」アプローチにしたがって複雑な応力調整脆弱構造１００Ａの製造を完了する。脆弱構造１００Ａは、第２のガラス部材１１０Ａ−２に配置された弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍによって特徴付けられることに、また、結合部材１２５Ａは、ガラス部材１１０Ａ−１の表面領域１１３Ａ−２１とガラス部材１１０Ａ−２の対応する表面領域１１２Ａ−２１との間に挟まれることに留意されたい。ここで、結合表面領域１１２Ａ−２１は、図５（Ａ）から図５（Ｄ）を参照して上述したように、弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍを完全に囲んでいる。実際には、結合部材１２５Ａは、下流ガラス部材１１１Ａ−２の弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍと上流ガラス部材１１１Ａ−１の強化ガラス部分１１１Ａ−１１Ｓとの間に接続される。この状態において、複雑な応力調整脆弱構造１００Ａは、装備する準備ができている。
【００３４】
図４（Ｇ）から図４（Ｉ）は、１方向亀裂（破壊）伝播パターンによる複雑な応力調整脆弱構造１００Ａの簡略化された構造的破壊を示している。図４（Ｇ）を参照すると、時刻（ｔ０）は、脆弱構造１００Ａのコマンド上の構造的破壊が所望される瞬間を表しており、トリガ機構１３０Ａに対してトリガ信号ＴＳを適用することによって開始される。上述したように、トリガ機構１３０Ａは、トリガ信号ＴＳに応答して初期破壊力ＦＦ０を生成するように構成されており、初期破壊力ＦＦ０は、ガラス部材１１０Ａ−１の強化部分１１１Ａ−１２Ｓにおいて第１の伝播破壊力ＦＰ１を生成するのに十分なエネルギを有する。時刻ｔ０において、第１の伝播破壊力ＦＰ１は、構造間結合部１２０Ａにまだ到達しておらず、そのため、ガラス部材１１０Ａ−２は、完全に無傷且つ非破壊のままであることに留意されたい。図４（Ｈ）は、伝播破壊力ＦＰ１がガラス部材の１１０Ａ−１を通って移動して構造間結合部１２０Ａに到達したその後の時刻（ｔ１）における脆弱構造１００Ａを示している。上述したように、結合部材１２５Ａ及び（例えば、図４（Ｄ１）に示された弱化ガラス部分１１１Ａ−２１Ｗ又は図４（Ｄ２）に示された弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆのいずれかを含む）弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍは、二次伝播破壊力ＦＰ２がガラス部材１１０Ａ−２の強化ガラス部分１１１Ａ−２１Ｓにおいて生成されるように、ガラス部材１１０Ａ−２に隣接するガラス部材１１０Ａ−１からの二次破壊力ＦＦ１を介して第１の伝播破壊力ＦＰ１を伝達するように構成されている。図４（Ｉ）は、二次伝播破壊力ＦＰ２がガラス部材１１０Ｂ−２を介して伝播した場合のその後の時刻（ｔ２）における脆弱構造１００Ａを示しており、それにより、トリガ機構１３０Ａによってガラス部材１１０Ａ−１において生成された単一の初期破壊力ＦＦ０が第２のガラス部材１１０Ａ−２の構造的破壊をもたらす。
【００３５】
図６及び図７（Ａ）から図７（Ｈ）を参照して「前イオン交換結合」製造法アプローチ及びその後のコマンド上の構造的破壊がここで記載される。
【００３６】
ブロック２０５Ｂ（図６）及び図７（Ａ）を参照すると、「前イオン交換結合」製造法アプローチは、未処理（すなわち、非応力調整）ガラス部材１１０Ｂ−１Ａ及び１１０Ｂ−２Ａを調達又は製造（提供）することによって開始する（すなわち、ガラス部材１１０Ｂ−１Ａ及び１１０Ｂ−２Ａは、それぞれ、「弱化」（未処理）ガラス材料１１１Ｂ−１及び１１１Ｂ−２を完全に含む）。「前イオン交換結合」アプローチの態様によれば、未処理ガラス部材１１０Ｂ−１Ａ及び１１０Ｂ−２Ａは、好ましくは、高温結合及びその後の処理に関連したＣＴＥ関連の問題を回避するために、同様の厚さを有する（すなわち、ガラス部材１１０Ｂ−１Ａの厚さＴ１１０Ｂ−１Ａは、ガラス部材１１０Ｂ−２Ａの厚さＴ１１０Ｂ−２Ａと略等しい）。しかしながら、構成部材の厚さは、隣接する脆弱構造の破壊及び強度特性を変化させるようにいくつかの場合において変化させることができる。
【００３７】
ブロック６１２及び図７（Ｂ）を参照すると、介在ガラス結合部材１２５Ｂ（例えば、高温ガラスフリット構造又はガラス溶接構造）を介して、ガラス部材１１０Ｂ−１Ａの上面１１３Ｂ−１上の指定された表面領域１１３Ｂ−１１をガラス部材１１０Ｂ−２Ａの下面１１２Ｂ−２上の対向する指定された表面領域１１２Ｂ−２１に対して接続することによって構造間結合部１２０Ｂが形成される。この場合、構造間結合部１２０Ｂは、ガラス結合部材１２５Ｂと、指定された表面領域１１３Ｂ−１１に隣接する未処理ガラス部材１１０Ｂ−１Ａに配置された第１の弱化ガラス部分１１１Ｂ−１１Ｗと、指定された表面領域１１２Ｂ−２１に隣接する未処理ガラス部材１１０Ｂ−２Ａに配置された第２の弱化ガラス部分１１１Ｂ−２１Ｗとを含む。これらの領域が未処理ガラス部材１１１Ｂ−１Ａ及び１１１Ｂ−２Ａを形成する残りの未処理ガラス材料と隣接したままであることを示すために、これらの領域は、図７（Ｂ）において破線によって指定されている。弱化ガラス部分１１１Ｂ−１１Ｗ及び１１１Ｂ−２１Ｗは、完成される予定の構造間結合部の弱化部材領域となることに留意されたい。
【００３８】
ブロック６１３及び６１４並びに図７（Ｃ）及び図７（Ｄ）を参照すると、未処理ガラス部材１１０Ｂ−１Ａ及び１１０Ｂ−２Ａの露出部分は、その後、未処理ガラス部材１１０Ｂ−１Ａ及び１１０Ｂ−２Ａが構造間結合部１２０Ｂによって接続された応力調整ガラス部材１１０Ｂ−１及び１１０Ｂ−２にそれぞれ変換されるようにイオン交換処理にさらされる。ブロック６１３及び図７（Ｃ）を参照すると、１つの実施形態において、適切なチャネル形成プロセス７１０を使用して未処理ガラス部材１１０Ｂ−１Ａ及び１１０Ｂ−２Ａの露出表面部分にチャネルが形成される。弱化ガラス部分１１１Ｂ−１１Ｗ及び１１１Ｂ−２１Ｗのイオン交換処理を可能としないようにチャネルが形成されることに留意されたい。ブロック６１４及び図７（Ｄ）を参照すると、ガラス部材１１０Ｂ−１及び１１０Ｂ−２は、その後、イオン交換処理にさらされ、上述したチャネルは、化学槽における全ての所望の表面の処理を容易とし、槽から引き出された後にガラス部材１１０Ｂ−１及び１１０Ｂ−２から排出されてリンスされるための経路を提供する。
【００３９】
再度図６の下部及び図７（Ｅ）を参照すると、後続の製造処理は、ガラス部材１１０Ｂ−１の上面１１３Ｂ−１における対応する表面領域上にトリガ機構１３０Ｂを取り付ける（動作可能に取り付ける）ことを含み、それにより、「前イオン交換結合」アプローチにしたがって複雑な応力調整脆弱構造１００Ｂの製造を完了する。脆弱構造１００Ｂは、構造間結合部１２０Ｂが、それぞれ、ガラス部材１１０Ｂ−１及び１１０Ｂ−２に配置された弱化ガラス部分（部材領域）１１１Ｂ−１１Ｗ及び１１１Ｂ−２１Ｗを含み、結合部材１２５Ｂが、それぞれ、ガラス部材１１０Ｂ−１及び１１０Ｂ−２の対向する表面領域１１３Ｂ−１１及び１１２Ｂ−２１の間に挟まれる点で特徴付けられることに留意されたい。この時点で、複雑な応力調整脆弱構造１００Ｂは、装備する準備ができている。
【００４０】
図７（Ｆ）から図７（Ｈ）は、例示的な実施形態にかかる複雑な応力調整脆弱構造１００Ｂのシミュレートされたコマンド上の構造的破壊を示している。図７（Ｆ）を参照すると、時刻ｔ（０）において、初期破壊力ＦＦ０を生成するためにトリガ機構１３０Ｂを作動させることによって脆弱構造１００Ｂのコマンド上の構造的破壊が開始され、ガラス部材１１０Ｂ−１において第１の伝播破壊力ＦＰ１を順次生成する。図７（Ｇ）は、伝播破壊力ＦＰ１がガラス部材１１０Ｂ−１を通って移動して構造間結合部１２０Ｂに到達した場合のその後の時刻（ｔ１）における脆弱構造１００Ｂを示している。上述したように、結合部材１２５Ｂ並びに弱化ガラス部分（部材領域）１１１Ｂ−１１Ｗ及び１１１Ｂ−２１Ｗは、二次伝播破壊力ＦＰ２がガラス部材１１０Ａ−２の強化ガラス部分１１１Ｂ−２２Ｓにおいて生成されるように、ガラス部材１１０Ｂ−２に隣接するガラス部材１１０Ｂ−１からの二次破壊力ＦＦ１を介して第１の伝播破壊力ＦＰ１を伝達するように構成されている。図７（Ｈ）は、二次伝播破壊力ＦＰ２がガラス部材１１０Ｂ−２を介して伝播した場合の時刻（ｔ２）における脆弱構造１００Ｂを示しており、それにより、脆弱構造１００Ｂの構造的破壊が達成される。
【００４１】
図８は、伝播破壊力が１方向にのみ伝達可能である複雑な応力調整脆弱構造を製造する方法を示すフロー図である。本方法は、図４（Ａ）から図４（Ｉ）を参照して上述したものと同様のプロセスを利用し、したがって、本方法は、これらの図を参照しながら記載される。
【００４２】
図８におけるブロック８１１及び図４（Ａ）を参照すると、本方法は、ガラス部材が所望の複雑な脆弱構造１００Ａをまとめて形成するために寸法決めされて成形されるように、上述したようにガラス部材（例えば、ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２）を製造することによって開始する。複数のガラス部材の場合、１つのガラス部材（例えば、ガラス部材１１０Ａ−１）は、第１の（最上流）ガラス部材として指定され、１つ以上のガラス部材（例えば、ガラス部材１１０Ａ−２）は、最後の（最下流）ガラス部材１１０Ａ−２として指定され、全ての他のガラス部材（図４（Ａ）には示されていない）は、第１のガラス部材（及び亀裂伝播経路における任意の他の先行ガラス部材）の下流であり且つ最後のガラス部材（及び亀裂伝播経路における任意の他の後続ガラス部材）の上流にある中間ガラス部材として指定されている。結合領域（例えば、図４（Ｂ１）を参照、それぞれ、ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２の表面領域１１３Ａ−１１及び１１２Ａ−２１）は、破壊経路が介在中間ガラス部材及び構造間結合部を介して第１のガラス部材から最後のガラス部材まで（例えば、２つのガラス部材の簡略化された場合において、構造間結合部１２０Ａを介してガラス部材１１０Ａ−１からガラス部材１１０Ａ−２まで）定義されるように、ガラス部材の隣接する関連した上流／下流対の間に指定されている。１方向亀裂伝播を容易とするために、弱化部材領域（例えば、図４（Ｄ１）に示された弱化表面領域１１１Ａ−２１Ｗ又は図４（Ｄ２）に示された弱化表面特徴１１１Ａ−２１Ｆのいずれか）が各結合領域の下流側にのみ（すなわち、ガラス部材１１０Ａ−１及び１１０Ａ−２を含む関連する上流／下流のガラス部材対の下流ガラス部材１１０Ａ−２においてのみ）形成される。
【００４３】
ブロック８１２（図８）並びに図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）を参照すると、ガラス部材は、その後、各結合部材（例えば、図４（Ｅ）及び図４（Ｆ）における結合部材１２５Ａ）が上流ガラス部材の強化ガラス部分（例えば、図４（Ｅ）に示されるガラス部材１１０Ａ−１の部分１１１Ａ−１１Ｓ）と下流ガラス部材１１０Ａ−２の弱化部材領域１１１Ａ−２１Ｍとの間に配置されるように、上述したように構造間結合部を形成することによって相互接続される。
【００４４】
ブロック８１２（図８）及び図４（Ｆ）を参照すると、トリガ機構（例えば、機構１３０Ａ）はまた、第１のガラス部材（すなわち、ガラス部材１１０Ａ−１）に接続されており、これは、結合プロセス後に起こるように示されているが、代わりに結合プロセスの前又はその間のいずれかにおいて起こることができる。
【００４５】
簡略化形態が一般に図４（Ｆ）の一貫した構造１００Ａである得られた複雑な脆弱構造は、伝播破壊力が反対方向ではなく上流ガラス部材から下流ガラス部材へと伝達されることができる１方向亀裂伝播を示す。例えば、図４（Ｇ）から図４（Ｉ）を参照すると、トリガ機構１３０Ａによって第１のガラス部材１１０Ａ−１（上流側）において開始された伝播破壊力ＦＰ１は、構造間結合部１２０Ａを介して上流ガラス部材１１０Ａ−１から下流ガラス部材１１０Ａ−２（下流側）へと下流方向に伝達される。対照的に、伝播破壊力が（例えば、飛んでくる小石による予期せぬ衝撃に起因して）下流ガラス部材１１０Ａ−２において意図せず開始された場合、１方向亀裂伝播アプローチは、ガラス部材１１０Ａ−２から上流ガラス部材の１１０Ａ−１への伝播破壊力の伝達を防止するであろう。
【００４６】
本発明は、ある特定の実施形態に関して記載されてきたが、本発明の創作的特徴がその全てが本発明の範囲内に含まれることが意図される他の実施形態にも同様に適用可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、例示的な実施形態は、２つのガラス部材のみを備える複雑な応力調整脆弱構造を示しているが、上記記載された本発明の様々な特徴及び態様は、任意数の相互接続された別個のガラス部材を有する複雑な応力調整脆弱構造を製造するために使用されることができる。さらに、例示的な実施形態は、２つの別個のガラス部材を接続する単一の構造間結合部のみを示しているが、任意数の構造間結合部は、単一の破壊伝達点の使用が現在好ましいものの、２つの別個のガラス部材を接続するために利用されることができる。さらに、他の結合方法（例えば、接着剤）は、隣接する複雑な応力調整脆弱構造をさらに強化するために開示された構造間結合部と組み合わせて使用されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図４Ｇ】
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【図４Ｈ】
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【図４Ｉ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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