(57)【要約】抗菌性ガラス物品を製造する方法は、第１の表面から物品内の拡散深さまで延在する圧縮応力層を形成するために、ガラス物品中のイオン交換可能な金属イオンの一部を強化溶液槽中のイオン交換用金属イオンの一部と交換するよう、物品を強化溶液槽に浸漬する工程と、新たな第１の表面および残りの圧縮応力層を画成するために、物品の第１の表面から物品内の拡散深さより上方の第１の深さまで、圧縮応力層の一部分を除去する工程と、物品に抗菌性を付与するために、圧縮応力層中のイオン交換可能な金属イオンおよびイオン交換用金属イオンの一部を抗菌性溶液槽中の銀金属イオンの一部と交換するよう、物品を抗菌性溶液槽に浸漬する工程とを含む。
2017511785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抗菌性ガラス物品を製造する方法であって、
第１の表面と複数のイオン交換可能な金属イオンとを有するガラス物品を設ける工程と、
前記イオン交換可能な金属イオンよりサイズが大きい複数のイオン交換用金属イオンを含む強化溶液槽を設ける工程と、
複数の銀イオン、複数の前記イオン交換可能な金属イオン、および複数の前記イオン交換用イオンを含む抗菌性溶液槽であって、約５重量％〜１００重量％の硝酸銀濃度を有する抗菌性溶液槽を設ける工程と、
前記第１の表面から前記ガラス物品内の拡散深さまで延在する圧縮応力層を形成するために、前記ガラス物品中の前記複数のイオン交換可能な金属イオンの一部を前記強化溶液槽中の前記複数のイオン交換用金属イオンの一部と交換するよう、前記ガラス物品を前記強化溶液槽に浸漬する工程と、
新たな第１の表面および残りの圧縮応力層を画成するために、前記ガラス物品の前記第１の表面から前記ガラス物品内の拡散深さより上方の第１の深さまで、前記圧縮応力層の一部分を除去する工程と、
前記ガラス物品に抗菌性を付与するために、前記圧縮応力層中の前記イオン交換可能な金属イオンおよび前記イオン交換用金属イオンの一部を前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部と交換するよう、前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する工程と
を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程が、前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程より前に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程より前に行われる、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程が、エッチング手順または研磨手順を用いて行われ、前記第１の深さが、前記第１の表面から約０．１μｍ〜約２μｍである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記強化溶液槽が硝酸カリウムを含み、前記抗菌性溶液槽が、硝酸銀、硝酸カリウム、および硝酸ナトリウムの混合液を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
強度を下げる欠陥を実質的に含まない第１の表面を有するガラス物品と、
前記ガラス物品の前記第１の表面から前記ガラス物品内の第１の選択された深さまで延在する圧縮応力層と、
前記第１の表面から前記ガラス物品内の約３μｍ以下の抗菌性深さまで延在する、複数の銀イオンを含む抗菌性領域と
を含む抗菌性ガラス物品であって、
前記ガラス物品の前記第１の表面が、約５重量％〜約７０重量％の範囲の銀イオン濃度を有することを特徴とする抗菌性ガラス物品。
【請求項７】
前記第１の表面が、研磨処理またはエッチング処理によって形成され、前記第１の表面が、研磨処理またはエッチング処理による約０．１μｍ〜２μｍの材料除去と一致する形態によって特徴づけられる、請求項６記載の抗菌性ガラス物品。
【請求項８】
前記第１の表面が、約２０重量％〜約４０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する、請求項６または７記載の抗菌性ガラス物品。
【請求項９】
前記第１の表面が、二次イオン質量分析法によって測定された際、水素を実質的に含まない、請求項６〜８のいずれか一項に記載の抗菌性ガラス物品。
【請求項１０】
１以上の銀イオンを含み、前記抗菌性深さから残りの抗菌性深さまで延在する残りの抗菌性領域を更に含む、請求項６〜８のいずれか一項に記載の抗菌性ガラス物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１４年２月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／９３９，３２２号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般的に、例えば、携帯電話、ラップトップコンピュータ、ブックリーダー、携帯ビデオゲームシステム、および現金自動預入支払機等の様々な電子デバイスのタッチスクリーンを含むがそれらに限定されない様々な用途のための、強化された抗菌性ガラス物品と、それを製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、ガラスは本質的に強い材料であるが、ガラス材料でできている物品の実際の強度値は、物品の内部および表面における傷のサイズおよび分布によってしばしば制限される。イオン交換槽を含む様々な処理を用いて、ガラス物品を「化学的に」強化することができる。イオン交換槽での処理は、例えば、物品の表面領域内に圧縮応力層を生じることによって、ガラス物品の強度を高めるために用いられ得る。例えば、イオン交換プロセスによって、製造されたままのガラス物品の表面領域内の金属イオンを、より大きい金属イオンで置き換えることができる。これらのより大きい金属イオンは局所的な応力場を生じ、それにより、有益な圧縮応力層が生じる。
【０００４】
同様に、イオン交換プロセスを用いて、物品の表面に特定の金属イオン（例えばＡｇ＋）を注入することにより、ガラス物品内に抗菌性を付与することができる。Ａｇ＋イオンはガラス物品の表面における微生物と相互作用して、微生物を殺すかまたは別様で微生物の成長を阻害する。しかし、これらのＡｇ＋イオンの存在、および／またはそれらをガラス物品中で置き換えるために用いられる処理は、ガラス物品の他の特性（例えば、化学的に強化されたガラス基体における圧縮応力分布）を変える場合がある。同時に、許容可能な抗菌性能を得るには、ガラス物品の表面における比較的高レベルのＡｇ＋イオンが必要である。更に、Ａｇ＋イオン前駆体は、取得および処理する上で比較的高価な材料である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、抗菌機能を有する強化されたガラス物品を効率的に製造するための、物品の他の性能属性を大きく変えない新たな処理の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、抗菌性ガラス物品を製造する方法が提供される。本方法は、第１の表面と複数のイオン交換可能な金属イオンとを有するガラス物品を設ける工程と、イオン交換可能な金属イオンよりサイズが大きい複数のイオン交換用金属イオンを含む強化溶液槽を設ける工程と、複数の銀イオン、複数のイオン交換可能な金属イオン、および複数のイオン交換用イオンを含む抗菌性溶液槽であって、約５重量％〜１００重量％の硝酸銀濃度を有する抗菌性溶液槽を設ける工程とを含む。本方法は、更に、第１の表面からガラス物品内の拡散深さまで延在する圧縮応力層を形成するために、ガラス物品中の複数のイオン交換可能な金属イオンの一部を強化溶液槽中の複数のイオン交換用金属イオンの一部と交換するよう、ガラス物品を強化溶液槽に浸漬する工程と、新たな第１の表面および残りの圧縮応力層を画成するために、ガラス物品の第１の表面からガラス物品内の拡散深さより上方の第１の深さまで、圧縮応力層の一部分を除去する工程と、ガラス物品に抗菌性を付与するために、圧縮応力層中のイオン交換可能な金属イオンおよびイオン交換用金属イオンの一部を抗菌性溶液槽中の複数の銀イオンの一部と交換するよう、ガラス物品を抗菌性溶液槽に浸漬する工程とを含む。
【０００７】
別の実施形態によれば、抗菌性ガラス物品を製造する方法が提供される。本方法は、第１の表面と複数のナトリウム金属イオンとを有するガラス物品を設ける工程と、複数のカリウム金属イオンを含む強化溶液槽を設ける工程と、複数の銀イオン、複数のナトリウム金属イオン、および複数のカリウム金属イオンを含む抗菌性溶液槽であって、約５重量％〜１００重量％の硝酸銀濃度を有する抗菌性溶液槽を設ける工程とを含む。本方法は、更に、第１の表面からガラス物品内の拡散深さまで延在する圧縮応力層を形成するために、ガラス物品中の複数のナトリウム金属イオンの一部を強化溶液槽中の複数のカリウム金属イオンの一部と交換するよう、ガラス物品を強化溶液槽に浸漬する工程と、新たな第１の表面および残りの圧縮応力層を画成するために、ガラス物品の第１の表面からガラス物品内の拡散深さより上方の第１の深さまで、圧縮応力層の一部分を除去する工程と、ガラス物品に抗菌性を付与するために、圧縮応力層中のナトリウム金属イオンおよびカリウム金属イオンの一方または両方の一部を抗菌性溶液槽中の複数の銀イオンの一部と交換するよう、ガラス物品を抗菌性溶液槽に浸漬する工程と含む。
【０００８】
一部の実施形態では、圧縮応力層の一部分を除去する工程が、ガラス物品を抗菌性溶液槽に浸漬する工程より前に行われる。他の実施形態では、ガラス物品を抗菌性溶液槽に浸漬する工程が、圧縮応力層の一部分を除去する工程より前に行われる。更に、抗菌性溶液槽は、特定の実施形態では約１５０℃〜約４５０℃の温度に保たれ、他の実施形態では約２００℃〜約３７５℃の温度に保たれ得る。他の実施形態は、ガラス物品を抗菌性溶液槽に浸漬する工程は、少なくとも１５分且つ約１０時間以下にわたって行われる必要があり、一部の実施形態では、この工程は、少なくとも約１５且つ約６０分以下にわたって行われる。
【０００９】
更なる実施形態によれば、抗菌性ガラス物品が提供される。本ガラス物品は、強度を下げる欠陥を実質的に含まない第１の表面を有するガラス物品と、ガラス物品の第１の表面からガラス物品内の第１の選択された深さまで延在する圧縮応力層と、第１の表面からガラス物品内の約３μｍ以下の深さまで延在する、複数の銀イオンを含む抗菌性領域とを含む。ガラス物品の第１の表面は、約５重量％〜約７０重量％または約２０重量％〜約４０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する。
【００１０】
一部の実施形態では、抗菌性ガラス物品の第１の表面は、研磨処理またはエッチング処理によって形成される。
【００１１】
更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載される実施形態を実施することによって認識される。
【００１２】
上記の概要説明および以下の詳細説明は共に単に例示的なものであり、特許請求の範囲の性質および特徴の理解のための概観または枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は１以上の実施形態を示しており、明細書と共に、様々な実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】一実施形態による、抗菌性ガラス物品を製造する方法の模式図
【図１Ｂ】別の実施形態による、抗菌性ガラス物品を製造する方法の模式図
【図２】更なる実施形態による、抗菌性ガラス物品の模式図
【図３】一実施形態による、様々なイオン交換プロセスおよび表面処理プロセスに従って処理されたガラス物品における水素の浸透のプロット
【図４】別の実施形態による、５０％のＡｇＮＯ３および５０％のＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３の溶融塩槽を用いて更に処理された、強化されたガラス物品における深さの関数としてのＡｇ＋イオン濃度のプロット
【図５】更なる実施形態による、ＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３を平衡させた５０％、７０％、および１００％のＡｇＮＯ３溶融塩槽をそれぞれ用いて処理されたガラス物品における深さの関数としてのＡｇ＋イオン濃度のプロット
【図６】更なる実施形態による、ＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３を平衡させた５０％のＡｇＮＯ３溶融塩槽中にそれぞれ８．５分および３０分浸漬させたガラス物品における深さの関数としてのＡｇ＋イオン濃度のプロット
【図７】別の実施形態による、様々なイオン交換プロセスに従って処理された、酸エッチング工程を受けたおよび受けていないガラス物品のリング・オン・リング（「ＲＯＲ」）試験の結果を示す箱ひげ図
【図８】更なる実施形態による、強化イオン交換槽および抗菌性イオン交換槽を用いて処理された、タッチポリッシュ表面処理工程を受けたおよび受けていないガラス物品のＲＯＲ試験の結果を示す箱ひげ図
【図９Ａ】更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、クエン酸／重フッ化アンモニウムエッチング液でのエッチングを受けたおよび受けていないガラス物品のＲＯＲ試験の結果を示すワイブルプロット
【図９Ｂ】更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、タッチポリッシュ表面処理工程を用いたエッチングを受けたおよび受けていないガラス物品のＲＯＲ試験の結果を示すワイブルプロット
【図１０】更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、クエン酸／重フッ化アンモニウムエッチング液でのエッチングを受けたおよび受けていないガラス物品の抗菌性試験の結果を示すプロット
【図１１】更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、エッチングまたはタッチポリッシュ表面処理工程を受けたおよび受けていないガラス物品の抗菌性試験の結果を示すプロット
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照し、それらの例が、添付の図面に示されている。可能な場合には常に、複数の図面を通して、同一または類似の部分を参照するために同一参照番号が用いられる。
【００１５】
本明細書では、強化された抗菌性ガラス物品を製造するための新たな方法を述べる。この方法は、一般的に、二重イオン交換プロセス（「ＤＩＯＸ」）を用いることを含む。一方のイオン交換工程は、ガラス物品を第１の溶融塩槽に晒すことによって、ガラス物品を強化するよう構成される。他方の工程は、ガラス物品を第２の溶融塩槽に晒すことによって、ガラス物品内に抗菌性を付与するよう構成される。
【００１６】
イオン交換プロセスによって強度が増強され抗菌性が付与されたガラス物品の全体的な強度に、個々におよび／または相互作用して影響を与える少なくとも３つのメカニズムがあると考えられる。第１に、製造されたままのガラス物品に存在する、およびイオン交換プロセス中に生じた、表面の傷および体積内の傷が、強度に影響し得る。第２に、イオン交換プロセスに伴うガラス物品の表面内への水素の拡散が、全体的な強度レベルに影響し得る。第３に、イオン交換プロセスによって生じる圧縮応力層も、全体的な強度レベルに影響し得る。更に、抗菌性ガラス物品内の深さの関数としての応力レベルを測定する技術の概要が、米国仮特許出願第６１／８３５８２３号明細書および第６１／８６０５６０号明細書に述べられており、それらを参照して本明細書に組み込む。
【００１７】
上記のメカニズムを考慮して、抗菌性を有し強度が高められたガラス物品を製造する方法を開発した。一部の実施形態では、抗菌性を大きく損なうことなく、プロセスにおいて用いられるＡｇ＋イオン前駆体の量を最小限にすることを目的とする、上記のようなガラス物品を製造する方法が提供される。他の実施形態では、Ａｇ＋イオン前駆体を含有する溶液槽の寿命を増加させる、抗菌性を有し強度が高められたガラス物品を製造する方法が提供される。
【００１８】
図１Ａを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法１００が提供される。方法１００では、第１の表面１２および複数のイオン交換可能な金属イオンを有するガラス物品１０が用いられる。図１Ａに示されるように、ガラス物品１０は、第１の表面１２に加えて、他の外面も有する。例示的な実施形態では、ガラス物品１０は、イオン交換可能な金属イオンを有するシリケート組成を有し得る。金属イオンが交換可能とは、ガラス物品１０および第１の表面１２を、他の金属イオンを含有する溶液槽に晒すと、ガラス物品１０中の金属イオンの一部を溶液槽からの金属イオンと交換できるという意味である。１以上の実施形態では、ガラス物品１０の或る領域が複数の第２の金属イオンを含むように、ガラス物品１０中（特に第１の表面１２）の複数の第１の金属イオンが（複数の第１の金属イオンより大きいイオン半径を有する）複数の第２の金属イオンと交換される、このイオン交換プロセスによって、圧縮応力が生じる。この領域内におけるより大きい第２の金属イオンの存在が、この領域内に圧縮応力を生じる。第１の金属イオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびルビジウム等のアルカリ金属イオンであり得る。第２の金属イオンは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウム等のアルカリ金属イオンであり得るが、但し、第２のアルカリ金属イオンは、第１のアルカリ金属イオンのイオン半径より大きいイオン半径を有する。
【００１９】
ガラス物品１０は様々なガラス組成を有し得る。様々なガラス組成を用いて、強度の増強と共に抗菌性が得られるので、ガラス物品１０に用いられるガラスの選択肢は特定の組成に限定されない。例えば、選択される組成は、広範囲のシリケート、ボロシリケート、アルミノシリケート、またはボロアルミノシリケートガラス組成のうちの任意のものであってよく、必要に応じて、１以上のアルカリおよび／またはアルカリ土類改質剤を含んでもよい。
【００２０】
説明の目的で、ガラス物品１０に用いられ得る組成の１つのファミリーは、酸化アルミニウムまたは酸化ホウ素のうち少なくとも一方と、アルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物のうち少なくとも一方とを有し、−１５モル％≦（Ｒ２Ｏ＋Ｒ’Ｏ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｒＯ２）−Ｂ２Ｏ３≦４モル％であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、および／またはＣｓであり得、Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、および／またはＢａであり得るものを含む。このファミリーの組成の１つのサブセットは、約６２モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、０モル％〜約１８モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％〜約１０モル％のＢ２Ｏ３、０モル％〜約１５モル％のＬｉ２Ｏ、０モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏ、０モル％〜約１８モル％のＫ２Ｏ、０モル％〜約１７モル％のＭｇＯ、０モル％〜約１８モル％のＣａＯ、および０モル％〜約５モル％のＺｒＯ２を含む。このようなガラスは、米国特許出願第１２／２７７，５７３号明細書により完全に記載されており、その全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む。
【００２１】
ガラス物品１０に用いられ得る別の例示的な組成のファミリーは、少なくとも５０モル％のＳｉＯ２と、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択された少なくとも１つの改質剤とを有し、［（Ａｌ２Ｏ３（モル％）＋Ｂ２Ｏ３（モル％））／（Σアルカリ金属改質剤（モル％））］＞１であるものを含む。このファミリーの１つのサブセットは、５０モル％〜約７２モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約１７モル％のＡｌ２Ｏ３、約２モル％〜約１２モル％のＢ２Ｏ３、約８モル％〜約１６モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％〜約４モル％のＫ２Ｏを含む。このようなガラスは、米国特許出願第１２／８５８，４９０号明細書により完全に記載されており、その全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む。
【００２２】
ガラス物品１０に用いられ得る更に別の例示的な組成のファミリーは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、および少なくとも１つのアルカリ金属酸化物（Ｒ２Ｏ）を有し、０．７５≦［（Ｐ２Ｏ５（モル％）＋Ｒ２Ｏ（モル％））／Ｍ２Ｏ３（モル％）］≦１．２であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であるものを含む。このファミリーの組成の１つのサブセットは、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ２、０モル％〜約２８モル％のＢ２Ｏ３、０モル％〜約２８モル％のＡｌ２Ｏ３、約１モル％〜約１４モル％のＰ２Ｏ５、および約１２モル％〜約１６モル％のＲ２Ｏを含む。このファミリーの組成の別のサブセットは、約４０〜約６４モル％のＳｉＯ２、０モル％〜約８モル％のＢ２Ｏ３、約１６モル％〜約２８モル％のＡｌ２Ｏ３、約２モル％〜約１２モル％のＰ２Ｏ５、および約１２モル％〜約１６モル％のＲ２Ｏを含む。このようなガラスは、米国特許出願第１３／３０５，２７１号明細書により完全に記載されており、その全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む。
【００２３】
ガラス物品１０に用いられ得る更に別の例示的な組成のファミリーは、少なくとも約４モル％のＰ２Ｏ５を有し、（Ｍ２Ｏ３（モル％）／ＲｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ２Ｏ３＝Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３であり、ＲｘＯはガラス中に存在する一価および二価の陽イオン酸化物の合計であるものを含む。一価および二価の陽イオン酸化物は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｒｂ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯからなる群から選択され得る。このファミリーの組成の１つのサブセットは、０モル％のＢ２Ｏ３を有するガラスを含む。このようなガラスは、米国仮特許出願第６１／５６０，４３４号明細書により完全に記載されており、その内容の全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む。
【００２４】
ガラス物品１０に用いられ得る更に別の例示的な組成のファミリーは、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、アルカリ金属酸化物を有し、三配位のホウ素陽イオンを含むものを含む。これらのガラスがイオン交換された際には、少なくとも約３０キログラム重（ｋｇｆ）のビッカースクラック開始閾値を有し得る。このファミリーの組成の１つのサブセットは、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ２と、Ｒ２ＯがＮａ２Ｏを含む少なくとも約１０モル％Ｒ２Ｏと、−０．５モル％≦Ａｌ２Ｏ３（モル％）−Ｒ２Ｏ（モル％）≦２モル％であるＡｌ２Ｏ３と、Ｂ２Ｏ３（モル％）−（Ｒ２Ｏ（モル％）−Ａｌ２Ｏ３（モル％））≧４．５モル％であるＢ２Ｏ３とを含む。このファミリーの組成の別のサブセットは、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約２２モル％のＡｌ２Ｏ３、約４．５モル％〜約１０モル％のＢ２Ｏ３、約１０モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏ、０モル％〜約５モル％のＫ２Ｏ、０≦ＭｇＯ＋ＺｎＯ≦６モル％である少なくとも約０．１モル％のＭｇＯおよび／またはＺｎＯ、並びに、必要に応じて、０モル％≦ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ≦２モル％であるＣａＯ、ＢａＯ、およびＳｒＯのうち少なくとも１つを含む。このようなガラスは、米国仮特許出願第６１／６５３，４８５号明細書により完全に記載されており、その内容の全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む。
【００２５】
ガラス物品１０は、ガラス基体を含む様々な物理的形態を取り得る。即ち、断面を見ると、ガラス物品１０は、基体として構成された場合には、平坦または平面状であってもよく、または、湾曲および／もしくは鋭く屈曲していてもよい。同様に、ガラス物品１０は、単一の一体の物体、多層構造、または積層体であってもよい。
【００２６】
また、ガラス物品１０は、その表面に配設された機能層等の層と組み合わされてもよい。例えば、層は、反射防止コーティング、防眩コーティング、指紋防止コーティング、汚れ防止コーティング、呈色組成物、環境的バリアコーティング、または導電性コーティングを含み得る。
【００２７】
再び図１Ａを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法１００は、容器１４内に収容された強化溶液槽２０を用いる。強化溶液槽２０は複数のイオン交換用金属イオンを含有する。例えば、一部の実施形態では、溶液槽２０は、ガラス物品１０中に含まれるナトリウム等のイオン交換可能なイオンよりサイズが大きい複数のカリウムイオンを含有し得る。溶液槽２０に含有されるこれらのイオン交換用イオンは、物品１０が溶液槽２０に浸漬された際に、ガラス物品１０中のイオン交換可能なイオンと優先的に交換される。他の実施形態では、強化溶液槽２０は、ガラス物品１０の処理中にＫＮＯ３が溶解した状態に保たれることを確実にする温度まで十分に加熱された、当業者には理解される添加剤を含んだ１００％に近い濃度の、または１００％の濃度の溶解したＫＮＯ３溶液槽を含む。強化溶液槽は、ＫＮＯ３とＮａＮＯ３およびＬｉＮＯ３の一方または両方との組合せも含み得る。
【００２８】
引き続き図１Ａを参照すると、図１Ａに示されている抗菌性ガラス物品を製造する方法１００は、ガラス物品１０を強化溶液槽２０に浸漬する工程１２０を含む。溶液槽２０に浸漬されると、ガラス物品１０中の複数のイオン交換可能なイオン（例えば、Ｎａ＋イオン）の一部が、強化溶液槽２０に含有される複数のイオン交換用イオン（例えば、Ｋ＋イオン）の一部と交換される。一部の実施形態によれば、浸漬工程１２０は、溶液槽２０の組成、溶液槽２０の温度、ガラス物品１０の組成、および／またはガラス物品１０中の所望のイオン交換用イオン濃度に基づく所定の時間にわたって行われる。
【００２９】
浸漬工程１２０の完了後、第１の表面１２を含むガラス物品１０の表面に残っている溶液槽２０からの材料を除去するために、洗浄工程１３０が行われる。洗浄工程１３０では、ガラス物品１０の表面にある溶液槽２０からの材料を除去するために、例えば、脱イオン水が用いられ得る。ガラス物品１０の表面を洗浄するために、他の溶剤が用いられてもよいが、但し、溶剤は、溶液槽２０からの材料および／またはガラス物品１０のガラス組成とのいかなる反応も回避するよう選択される。
【００３０】
溶液槽２０からのイオン交換用イオンが、元々ガラス物品１０中にあったイオン交換可能なイオンと引き換えにガラス物品１０中に分布すると、ガラス物品１０内に圧縮応力層２４が生じる。圧縮応力層２４は、第１の表面１２からガラス物品１０内の拡散深さ２２まで延在する。浸漬工程１２０後およびクリーニング工程１３０後、強化溶液槽２０からのイオン交換用イオン（例えば、Ｋ＋イオン）の感知できる濃度は、圧縮応力層２４中に存在するのが一般的である。これらのイオン交換用イオンは、イオン交換可能なイオン（例えば、Ｎａ＋イオン）より大きいのが一般的であり、それによって、ガラス物品１０内の層２４内の圧縮応力レベルを高める。更に、圧縮応力層２４および拡散深さ２２と関連づけられた圧縮応力（ＣＳ）の量は、ガラス物品１０の意図される用途に基づいて（例えば浸漬工程１２０の条件によって）それぞれ変化させることができる。一部の実施形態では、圧縮応力層２４内のＣＳレベルおよび拡散深さ２２は、圧縮応力層２４によってガラス物品１０内に生じる引張応力が、ガラス物品１０を壊れやすくするほど過剰にならないよう制御される。一部の実施形態では、層２４内のＣＳレベルは約２００ＭＰａ以上であり得る。例えば、層２４内のＣＳレベルは高々約７００ＭＰａ、約８００ＭＰａ、約９００ＭＰａ、または約１０００ＭＰａであり得る。イオン交換用イオンの拡散深さ、およびそれに従って層２４は、しばしば層の深さ（ＤＯＬ）と称され、約１５μｍ以上であり得る。一部の例では、ＤＯＬは、約１５μｍ〜約５０μｍ、約２０μｍ〜約４５μｍ、または約３０μｍ〜約４０μｍの範囲内であり得る。
【００３１】
再び図１Ａを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法１００は、新たな第１の表面１２ａを画成するために、ガラス物品１０の第１の表面１２から拡散深さ２２より上方の第１の深さ３２まで、圧縮応力層２４の一部分２４ａを除去する工程１４０を更に含む。即ち、除去工程１４０は、ガラス物品１０に新たな表面１２ａが形成されるよう、第１の深さ３２まで、圧縮応力層２４から材料を除去する。更に、圧縮応力層２４から一部分２４ａを除去する除去工程１４０は、ガラス物品１０内に、新たな表面１２ａおよび拡散深さ２２によって画成される残りの圧縮応力層２４ｂを実際上生じる。
【００３２】
方法１００の一部の実施形態では、除去工程１４０は、第１の表面１２から約０．５μｍ〜約２μｍの第１の深さ３２まで、ガラス物品１０から材料が除去されるよう制御される。方法１００の他の実施形態では、除去工程１４０は、第１の表面１２から約０．１μｍ〜約２μｍの第１の深さ３２まで、ガラス物品１０から材料が除去されるよう制御される。除去工程１４０は、約０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、または２μｍの第１の深さ３２まで、ガラス物品１０から材料が除去されるよう制御されてもよい。
【００３３】
除去工程１４０においては、タッチポリッシュ、酸エッチング、および他のタイプの材料除去処理を含むがそれらに限定されない様々な処理を用いることができる。当業者には理解されるように、光学的透明度を損なわずにガラスの表面の傷および体積内の傷を除去するよう構成された、他の材料除去処理が用いられてもよい。
【００３４】
一部の実施形態では、除去工程１４０は、ガラス物品１０の製造によって圧縮応力層２４内に以前から存在する表面の傷および体積内の傷、並びに／または、浸漬工程１２０中にガラス物品１０に生じた表面の傷および体積内の傷を除去する。他の実施形態では、除去工程１４０は、浸漬工程１２０中に圧縮応力層２４内に拡散した水素を除去および／または軽減できる。従って、除去工程１４０は、浸漬工程１２０によって得られる強度の増強よりも更に、ガラス物品１０の全体的な強度を高める役割をする。
【００３５】
再び図１Ａを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法１００は、更に、容器３４に収容された、抗菌効果を与えることができる複数の金属イオンを有する抗菌性溶液槽４０を用いる。一部の実施形態では、抗菌性溶液槽４０は、それぞれが抗菌効果を与えることができる複数の銀イオンと、製造されたままのガラス物品１０中に存在するものと一致する複数のイオン交換可能な金属イオンと、強化溶液槽２０中に存在するものと一致する複数のイオン交換用イオンとを含む。例示的な実施形態によれば、溶液槽４０は、約５重量％〜１００重量％の溶液槽濃度を有する溶解したＡｇＮＯ３に由来する複数の銀イオンを有し得る。別の例示的な実施形態によれば、溶液槽４０は、約５重量％〜約５０重量％の溶液槽濃度の溶解したＡｇＮＯ３に由来する複数の銀イオンを有する。更なる実施形態では、抗菌性溶液槽４０は、溶解したＫＮＯ３およびＮａＮＯ３を平衡させた約５重量％〜約５０重量％の溶解したＡｇＮＯ３を含む。更なる実施形態では、溶液槽４０は、溶解したＫＮＯ３およびＮａＮＯ３を平衡させた約５重量％〜１００重量％までの溶解したＡｇＮＯ３を有する。抗菌性溶液槽４０は、５０重量％のＡｇＮＯ３および５０重量％のＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３の溶解した混合物を含んでもよい。
【００３６】
一部の実施形態によれば、抗菌性溶液槽４０は、約１５０℃〜約４５０℃の範囲の温度に設定され得る。抗菌性溶液槽４０が約５重量％〜約５０重量％の溶液槽濃度の溶解したＡｇＮＯ３を含む場合には、溶液槽４０は、約２００℃〜約３７５℃の範囲の温度に設定されるのが好ましい。抗菌性ガラス物品を製造する方法１００の一部の実施形態では、抗菌性溶液槽４０は、約１５０℃〜約２７５℃の範囲の温度に設定され、（等しい濃度であり得る）溶解したＫＮＯ３およびＮａＮＯ３を平衡させた５重量％〜１００重量％までの溶解したＡｇＮＯ３を含む。方法１００の他の実施形態では、抗菌性溶液槽４０は、約３００℃〜約３７５℃の範囲の温度に設定され、（等しい濃度であり得る）溶解したＫＮＯ３およびＮａＮＯ３を平衡させた５〜約５０重量％の溶解したＡｇＮＯ３を含む。
【００３７】
更に図１Ａを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法１００は、ガラス物品１０内に抗菌性を付与するために、残りの圧縮応力層２４ｂ中のイオン交換可能なイオン（例えば、Ｎａ＋イオン）およびイオン交換用金属イオン（例えば、Ｋ＋イオン）の一部を、抗菌性溶液槽４０中の複数の銀金属イオンの一部と交換するよう、ガラス物品１０を抗菌性溶液槽４０に浸漬する工程１６０を更に含む。溶液槽４０中のＫＮＯ３および／またはＮａＮＯ３要素の存在は、浸漬工程１６０中に、ガラス物品１０内の残りの圧縮応力層２４ｂから、強度を高めるＫ＋イオンのかなりの量が除去されるのを防止するのを補助する。
【００３８】
方法１００の一部の実施形態では、ガラス物品１０を抗菌性溶液槽４０に浸漬する工程１６０は、所望の抗菌性を得るために、抗菌性を付与するイオン（例えば、Ａｇ＋イオン）をガラス物品１０に付与するのに十分な、少なくとも約１５分の持続時間になるよう制御される。一部の実施形態によれば、工程１６０において、ガラス物品１０の新たな第１の表面１２ａ内に、Ａｇ＋イオンが約５重量％〜約７０重量％（Ａｇ２Ｏの重量％）の濃度で付与され、他の実施形態では約５重量％〜約４０重量％の濃度で付与される。更なる実施形態では、ガラス物品１０の新たな第１の表面１２ａ内に、Ａｇ＋イオンが約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、または４０％の濃度で付与される。工程１６０の持続時間は、溶液槽４０の組成および温度、ガラス物品１０の組成、並びに残りの圧縮層２４ｂと関連づけられた所望の抗菌性に基づいて制御される。一部の実施形態では、工程１６０の持続時間は、約１５分（例えば、約２０分以上、約２５分以上、約３０分以上、または約３５分以上）〜約１０時間の範囲で制御される。他の実施形態では、工程１６０の持続時間は約１５分〜約６０分である。方法１００の幾つかの更なる実施形態では、工程１６０は、約２５分〜約３５分の持続時間になるよう制御される。
【００３９】
浸漬工程１６０の完了後、第１の表面１２を含むガラス物品１０の表面に残っている溶液槽４０からの材料を除去するために、洗浄工程１７０が行われる。洗浄工程１７０においては、ガラス物品１０の表面にある溶液槽４０からの材料を除去するために、例えば脱イオン水が用いられ得る。ガラス物品１０の表面を洗浄するために、他の溶剤が用いられてもよいが、但し、溶剤は、溶液槽４０からの材料および／またはガラス物品１０のガラス組成とのいかなる反応も回避するよう選択される。
【００４０】
図１Ａに示されている抗菌性ガラス物品を製造する方法１００は、後続の工程におけるＡｇ＋イオンが導入される前に材料除去工程（例えば、除去工程１４０）が用いられるという意味で有利であり得る。従って、浸漬工程１６０においてガラス物品１０に組み込まれるＡｇ＋イオンは、除去工程１４０の影響を受けないので、物品に組み込まれたＡｇ材料が保存される。方法１００の一部の実施形態では、浸漬工程１６０は、Ａｇ＋イオンが、第１の表面１２ａにおいて高濃度のＡｇ＋イオン（例えば、Ａｇ２Ｏの重量％で２０〜４０％）を示す濃度プロファイルで、ガラス物品１０に１μｍ（または一部のケースでは２μｍ）の深さまで付与されることを確実にするよう構成される。
【００４１】
図１Ｂを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する別の方法２００が提供される。方法２００は多くの点で上述の方法１００と類似しており、一部のケースでは、同一番号の要素が用いられている。以下、特に明記しない限り、図１Ｂおよび以下の議論における類似の番号の要素は、図１Ａに示されている方法１００に関して先に述べたものと同じ構造および／または機能を有する。方法２００では、第１の表面１２と複数のイオン交換可能な金属イオンとを有するガラス物品１０が設けられる。図１Ｂに示されるように、ガラス物品１０は、第１の表面１２に加えて、他の外面も有する。
【００４２】
引き続き図１Ｂを参照すると、方法２００は、ガラス物品１０を強化溶液槽２０に浸漬する工程２２０を含む。溶液槽２０に浸漬されると、ガラス物品１０中の複数のイオン交換可能なイオン（例えば、Ｎａ＋イオン）の一部が、強化溶液槽２０に含有される複数のイオン交換用イオン（例えば、Ｋ＋イオン）の一部と交換される。方法２００において、ガラス物品１０を浸漬する工程２２０は、方法１００において用いられる工程１２０と略同じである。
【００４３】
浸漬工程２２０の完了後、第１の表面１２を含むガラス物品１０の表面に残っている溶液槽２０からの材料を除去するために、洗浄工程２３０が行われる。方法２００において、ガラス物品１０を洗浄する工程２３０は、方法１００において用いられる工程１３０と略同じである。
【００４４】
再び図１Ｂを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法２００は、ガラス物品１０に抗菌性を付与するために、圧縮応力層２４中のイオン交換可能なイオン（例えば、Ｎａ＋イオン）およびイオン交換用金属イオン（例えば、Ｋ＋イオン）の一部を抗菌性溶液槽４０中の複数の銀金属イオンの一部と交換するよう、ガラス物品１０を抗菌性溶液槽４０に浸漬する工程２４０を更に含む。溶液槽４０中のＫＮＯ３およびＮａＮＯ３要素の存在は、浸漬工程２４０中に、ガラス物品１０内の残りの圧縮応力層２４ｂから、強度を高めるＫ＋イオンのかなりの量が除去されるのを防止するのを補助する。
【００４５】
方法２００の一部の実施形態では、ガラス物品１０を抗菌性溶液槽４０に浸漬する工程２４０は、所望の抗菌性を得るために、抗菌性を付与するイオン（例えば、Ａｇ＋イオン）をガラス物品１０に付与するのに十分な、少なくとも約１５分の持続時間になるよう制御される。工程２４０の持続時間は、溶液槽４０の組成および温度、ガラス物品１０の組成、並びに（工程２６０ｂで生成される）残りの圧縮層２４ｂと関連づけられた所望の抗菌性に基づいて制御される。
【００４６】
方法１００とは対照的に、図１Ｂに示されている方法２００は、浸漬工程２２０と浸漬工程２４０との間にある材料除去工程には典型的には依存しない。方法２００においては、工程２４０の前および最中には材料除去処理が行われないので、ガラス物品１０に抗菌性を付与する金属イオン（例えば、Ａｇ＋）の十分な拡散深さを確実にするために、工程２４０の持続時間を（方法１００の工程１６０で用いられる持続時間と比較して）より長い持続時間になるよう調節することができる。後続の材料除去処理（例えば、除去工程２６０ｂ）中にこれらの金属イオンの一部が除去され得ることを考えると、より長い持続時間が必要となり得る。一部の実施形態では、ガラス物品１０中で交換される溶液槽４０中の金属イオンの拡散深さが、物品に抗菌性を付与する目的のために十分になったことを確実にするために、工程２４０において、抗菌性溶液槽４０は、（方法１００の浸漬工程１６０で用いられる溶液槽４０と比較して）より高い温度（例えば、２００℃〜４００℃）に設定される。具体的には、これらの拡散深さは、浸漬工程２２０および２４０の後に行われる後続の材料除去処理（例えば、材料を除去する工程２６０ｂ）に対応するために、十分に深くなければならない。従って、幾つかの他の実施形態では、工程２４０において、抗菌性溶液槽４０は、３００℃〜４００℃の温度に設定される。更に、工程２４０の持続時間は、約１５分（例えば、約２０分以上、約２５分以上、約３０分以上、または約３５分以上）〜約１０時間の範囲で制御され得る。他の実施形態では、工程２４０の持続時間は約１５分〜約９０分である。方法２００の幾つかの更なる実施形態では、工程２４０は、約１５分〜約２５分の持続時間になるよう制御される。
【００４７】
一部の実施形態によれば、工程２４０において、ガラス物品１０の第１の表面１２内に、Ａｇ＋イオンが約５重量％〜約７０重量％（Ａｇ２Ｏの重量％）の濃度で付与され、他の実施形態では約５重量％〜約４０重量％の濃度で付与される。更なる実施形態では、ガラス物品１０の第１の表面１２内に、Ａｇ＋イオンが約５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、または４０％の濃度で付与される。後続の材料除去処理（以下の２６０ｂの記載を参照）を考えると、（ガラス物品１の第１の表面１２から測定された）３μｍに到達し得る（一部のケースでは３μｍを超え得る）深さにおいて、比較的高いＡｇ＋濃度が有利であり得、第１の表面１２におけるＡｇ＋イオンの濃度はＡｇ２Ｏの重量で約２０重量％〜約４０重量％の範囲である。方法２００の上記の実施形態で用いられるＡｇ＋イオンの量は、方法１００の一部の実施形態での量と比較すると、より高くなり得る（従って、製造コストがより高くなり得る）が、より大きな深さにおいてＡｇ＋イオンを用いることの１つの長所は、得られるガラス物品が下流の基体処理工程（例えば、熱処理、機能層の配設等）の影響を受けにくくできることである。例えば、ガラス物品１０のより大きな深さにおいてＡｇ＋イオンを有することにより、周囲温度を超える温度（例えば、１８０℃以上）での物品１０の後続の下流の処理によって生じ得るＡｇ＋イオンの拡散の影響を小さくすることができる。
【００４８】
方法２００（図１Ｂを参照）における浸漬工程２４０の完了後、第１の表面１２を含むガラス物品１０の表面に残っている溶液槽４０からの材料を除去するために、洗浄工程２６０ａが行われる。洗浄工程２６０ａにおいては、ガラス物品１０の表面にある溶液槽４０からの材料を除去するために、例えば脱イオン水が用いられ得る。ガラス物品１０の表面を洗浄するために、他の溶剤が用いられてもよいが、但し、溶剤は、溶液槽４０からの材料および／またはガラス物品１０のガラス組成とのいかなる反応も回避するよう選択される。
【００４９】
再び図１Ｂを参照すると、抗菌性ガラス物品を製造する方法２００は、圧縮応力層２４の一部分２４ａを除去する除去工程２６０ｂを更に含む。即ち、工程２６０ｂにおいて、ガラス物品１０の第１の表面１２から拡散深さ２２より上方の第１の深さ３２まで材料が除去され、これにより、新たな第１の表面１２ａが画成される。従って、除去工程２６０ｂ（図１Ａに関して説明した方法１００の除去工程１４０に相当）は、ガラス物品１０に新たな表面１２ａが形成されるように、圧縮応力層２４から第１の深さ３２まで材料を除去する。更に、圧縮応力層２４から一部分２４ａを除去する除去工程２６０ｂは、ガラス物品１０内に、新たな表面１２ａおよび拡散深さ２２によって画成される残りの圧縮応力層２４ｂを実際上生じる。
【００５０】
方法２００の一部の実施形態では、除去工程２６０ｂは、第１の表面１２から約０．５μｍ〜約２μｍの第１の深さ３２まで、ガラス物品１０から材料が除去されるよう制御される。方法２００の他の実施形態では、除去工程２６０ｂは、第１の表面１２から約０．１μｍ〜約２μｍの第１の深さ３２までガラス物品１０から材料が除去されるよう制御される。除去工程２６０ｂは、約０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、１．５μｍ、１．６μｍ、１．７μｍ、１．８μｍ、１．９μｍ、または２μｍの第１の深さ３２まで、ガラス物品１０から材料が除去されるよう制御されてもよい。
【００５１】
除去工程２６０においては、タッチポリッシュ、酸エッチング、および他のタイプの材料除去処理を含むがそれらに限定されない様々な処理を用いることができる。当業者には理解されるように、光学的透明度を損なわずにガラスの表面の傷および体積内の傷を除去するよう構成された、他の材料除去処理が用いられてもよい。
【００５２】
一部の実施形態では、除去工程２６０ｂは、ガラス物品１０の製造によって圧縮応力層２４に以前から存在する表面の傷および体積内の傷、並びに／または、浸漬工程２４０中にガラス物品１０に生じた表面の傷および体積内の傷を除去する。他の実施形態では、除去工程２６０ｂは、浸漬工程２４０中に圧縮応力層２４内に拡散した水素を除去および／または軽減できる。一般的に、除去工程２６０ｂは、ガラス物品１０の強度を高めるために、圧縮応力層２４内の傷および拡散された水素を除去するのに十分な第１の深さ３２になるよう制御される。同時に、除去工程２６０ｂは、抗菌性を生じさせるために浸漬工程２４０において付与された、交換されたイオン（例えば、Ａｇ＋イオン）の除去を最小限にするよう行われる。従って、浸漬工程２４０において、後で除去工程２６０ｂにおいて除去される深さより下方の拡散深さまで、抗菌性を得るのに十分なレベルの交換されたイオンがガラス物品１０に付与されることを確実にすることが重要である。このように、除去工程２６０ｂは、浸漬工程２２０によって得られる強度の増強よりも更に、ガラス物品１０の全体的な強度を高める役割をする。
【００５３】
方法２００の一部の実施形態では、浸漬工程２４０の前に除去工程２６０ｂの一部を行い、浸漬工程２４０の完了後に除去工程２６０ｂの残りの部分を終えることも可能である。従って、この場合、方法２００は、浸漬工程２４０の前および後に行われる除去工程２６０ｂの一部を含む。除去工程２６０ｂを二段階に分けることの１つの長所は、最終的な抗菌性ガラス物品における抗菌性の有効性および機械的特性の両方を最大限にするために、特に下流の処理条件を考慮して、処理の更なる柔軟性を可能にすることである。例えば、材料除去工程２６０ｂの一部が浸漬工程２４０より前に行われる場合には、浸漬工程２４０において付与される抗菌剤の拡散深さがより深いことが必要であり得る。
【００５４】
方法１００、２００によれば、工程１６０、２４０によってガラス物品１０内に得られる抗菌性の活性および有効性をかなり高くすることができる。抗菌性の活性および有効性は、「抗菌加工製品−抗菌性試験方法・抗菌効果」という名称の日本工業規格ＪＩＳ Ｚ２８０１（２０００）に従って測定でき、その内容の全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む。この試験の「湿った」条件下（即ち、約３７℃で、９０％を超える湿度で、約２４時間）では、本明細書に記載される方法で製造された抗菌性ガラス物品は、少なくとも黄色ブドウ球菌、エンテロバクター・アエロゲネス、および緑膿菌の濃度の少なくとも１０−５の低減（即ち、対数低減値＞約５）（即ち、９９．９９９％の殺菌率）を示すことができると考えられる。他の実施形態によれば、本明細書に記載される方法１００、２００に従って製造されたガラス物品１０は、米国仮特許出願第６１／９０８，４０１号明細書（その全体を参照して、以下においてその全体が述べられているかのように本明細書に組み込む）に記載されている手順に従って試験した場合、少なくとも黄色ブドウ球菌、エンテロバクター・アエロゲネス、および緑膿菌の濃度の少なくとも１０−２の低減（即ち、対数低減値＞約２）（即ち、９９％の殺菌率）を示すことができる。
【００５５】
ＪＩＳ Ｚ２８０１の試験条件が、本明細書に記載される抗菌性ガラス物品１０の実際の使用条件を反映しない状況では（例えば、ガラス物品が電子デバイス等において用いられる場合には）、抗菌性の活性および有効性は、「より乾いた」条件を用いて測定できる。例えば、ガラス物品は、約２３〜約３７℃で、約３８〜４２％の湿度で、約２４時間にわたって試験され得る。具体的には、各試料に特定の体積の特定の接種組成物が接種され、接種された試料に、既知の表面積における均一な広がりを確実にするために無菌のカバースリップが施された、５個の対照試料および５個の試験試料が用いられ得る。カバーされた試料は上述の条件下でインキュベートされ、約６〜約２４時間にわたって乾燥され、緩衝液ですすがれ、寒天平板上での培養によって数を数えられ得る（最後の２つの工程はＪＩＳ Ｚ２８０１試験で用いられる手順と同様である）。この試験を用いた場合、本明細書に記載される方法１００、２００に従って製造された抗菌性ガラス物品１０は、少なくとも黄色ブドウ球菌の濃度の少なくとも１０−１の低減（即ち、対数低減値＞約１）（即ち、９０％の殺菌率）、並びに、少なくともエンテロバクター・アエロゲネスおよび緑膿菌の濃度の少なくとも１０−２の低減（即ち、対数低減値＞約２）（即ち、９９．９９の殺菌率）を示すことができると考えられる。他の実装例では、本明細書に記載される抗菌性ガラス物品１０は、上記の試験条件下に晒された任意の細菌の濃度の少なくとも１０−３の低減（即ち、対数低減値＞約３）を示すことができると考えられる。
【００５６】
より一般的には、本明細書に記載される方法１００、２００に従って製造されたガラス物品１０は、コーニング社の「Ｇｏｒｉｌｌａ」（登録商標）ガラスが示す強度と一致する、またはより高い増強された強度レベルと共に、非常に優れた抗菌性を有する。また、これらのガラス物品１０は、抗菌性溶液槽４０の比較的低い温度を所与として工程１６０、２４０において物品１０に付与されるＡｇ＋イオンの浅いレベルに起因して、方法１００、２００に従って比較的低コストで製造される。特に、Ａｇ＋前駆体として、溶解したＡｇＮＯ３塩が用いられる場合、溶液槽４０の比較的低い温度のもう一つの利点は、ＡｇＮＯ３の分解の程度が低減されることによって、溶液槽４０の寿命の増加が期待されることである。方法１００、２００に従って製造されるガラス物品１０の更なる長所は、物品の表面に含まれるＡｇ＋イオンの量が低いため、従来の抗菌性ガラスと比較して光学特性が改善されることである。
【００５７】
図２に示されるように、更なる実施形態による抗菌性ガラス物品３１０が提供される。ガラス物品３１０は、強度を下げる欠陥を実質的に含まない第１の表面３１２を有する。一部の実施形態では、第１の表面３１２は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によって測定された際、水素を実質的に含まない。他の実施形態では、ガラス物品３１０の第１の表面３１２と約０．５μｍの深さとの間の表面領域は、水素の浸透を実質的に含まない。本明細書で用いる「水素の浸透を実質的に含まない」という表現は、ＳＩＭＳ技術によって測定された際の約１０００カウント／秒以下の水素の浸透を含む。より具体的な実施形態では、第１の表面３１２から約０．１μｍ〜約０．５μｍの深さの表面領域は、水素の浸透を実質的に含まない。更に、ガラス物品３１０は、ガラス物品３１０の第１の表面３１２から第１の選択された深さ３１４まで延在する圧縮応力層３２４を含む。
【００５８】
また、ガラス物品３１０は、第１の表面３１２から抗菌性深さ３１６まで延在する、複数の銀イオンを含む抗菌性領域３３４を含む。ガラス物品３１０の第１の表面３１２は、約５重量％〜約７０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する。他の実施形態では、第１の表面３１２は、約５重量％〜約４０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する。幾つかの例示的な実施形態では、ガラス物品３１０内の抗菌性深さ３１６は、約３μｍ以下、約２μｍ以下、または約１μｍ以下に設定される。更なる実施形態では、抗菌性深さ３１６は、約０．１μｍ〜約３μｍに設定される。なお、一部の実施形態では、ガラス物品３１０中に、１以上のＡｇ＋イオンが、抗菌性深さ３１６より下方の深さ（抗菌性領域３３４の外側）まで、容易に測定できない抗菌性レベルで、および／または物品３１０の抗菌性の有効性に対して実質的に寄与するものとして存在し得ることを理解されたい。一部の実施形態では、ガラス物品３１０内において抗菌性深さ３１６より深い深さまで存在し、残りの抗菌性深さまで延在するそのような任意のＡｇ＋イオンは、物品３１０の抗菌性の有効性に寄与し得る残りの抗菌性領域を画成する。残りの抗菌性深さは、物品３１０の厚さ全体にわたって延在する場合もあり得る。
【００５９】
抗菌性ガラス物品３１０は、上記で概要を述べた方法１００、２００に従って製造され得る。また、抗菌性ガラス物品３１０は、上記で概要を述べた方法１００、２００に沿った、部分的に変更された手順に従って製造されてもよい。抗菌性ガラス物品３１０の一部の実施形態では、第１の表面３１２は、例えば、タッチポリッシュまたは酸エッチング処理等の材料除去処理によって形成される。別の実施形態では、第１の表面３１２は、タッチポリッシュまたは酸エッチング表面処理プロセスによる約０．１μｍ〜約２μｍの除去と一致する表面形態によって特徴づけられる。別の実施形態によれば、圧縮層３２４は、より小さいイオン交換可能なイオン（例えば、Ｎａ＋イオン）を含有するガラス物品３１０内において交換および／または付与された複数の金属イオン（例えば、Ｋ＋イオン）を含有する。更に、抗菌性ガラス物品３１０を、第１の表面３１２が約２０重量％〜約４０重量％の範囲の濃度のＡｇ＋イオンを含有するように構成することも可能である。第１の表面３１２は、約３０重量％〜約４０重量％の範囲の濃度のＡｇ＋イオンを含有するのが好ましい。
【００６０】
図３を参照すると、本開示の一実施形態による、様々なイオン交換プロセスおよび表面処理プロセスに従って処理されたガラス物品における水素の浸透が示されている。図３に示されている結果を生じるために用いられたガラス物品は、コーニング・インコーポレイテッド社によって供給されたものであり、約０．７ｍｍの厚さを有した。これらのガラス物品は、７モル％〜２６モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％〜９モル％のＢ２Ｏ３、１１モル％〜２５モル％のＮａ２Ｏ、０モル％〜２．５モル％のＫ２Ｏ、０モル％〜８．５モル％のＭｇＯ、および０モル％〜１．５モル％のＣａＯを含むアルミノシリケートガラス組成を有した。ＳＩＭＳによって、深さ（単位はμｍ）に対するカウント／秒として得られた水素の浸透のデータが、図３にプロットされている。データセット「Ａ」は、ＫＮＯ３を有する強化溶液槽のみに浸漬された（例えば、図１Ａに示されている工程１２０）ガラス物品に対応する。データセット「Ｂ」は、「Ａ」セットに相当する方法で処理された後、工程１４０（図１Ａ参照）に相当する材料除去工程を受けたガラス物品に対応する。データセット「Ｃ」は、「Ｂ」セットに従って処理され、更に、工程１６０（図１Ａ参照）に相当する抗菌性溶液槽に浸漬されたガラス物品に対応する。最後に、データセット「Ｄ」は、強化溶液槽に浸漬された後、抗菌性溶液槽に浸漬され、材料除去工程は受けていないガラス物品に対応する。
【００６１】
図３に示されているように、水素の浸透および拡散レベルは、約７μｍの深さまでは、「Ａ」および「Ｄ」のセットにおいて最も高く、強化溶液槽および抗菌性溶液槽での浸漬工程１２０および１６０において導入された水素に関連付けられると推定される。一方、「Ｂ」および「Ｃ」の試料の処理においては、強化溶液槽での浸漬後、および抗菌性溶液槽での浸漬後に、材料除去工程が実行された。具体的には、「Ｂ」および「Ｃ」のセットのガラス物品では、表面における水素拡散レベルは低減された。事実上、材料除去工程１４０は、比較的高い濃度レベルの水素を含有する基体の表面（例えば、表面から数マイクロメートル）を除去する際に、「Ａ」および「Ｄ」のセットと関連づけられた曲線の一部を「切り取る」ことができる。
【００６２】
図４を参照すると、別の実施形態による、５０％のＡｇＮＯ３および５０％のＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３の溶融塩槽を用いて２５０℃で３０分にわたって更に処理された（即ち、「Ａ」のデータセット）、強化されたガラス物品におけるＡｇ＋イオン濃度（Ａｇ２Ｏの重量％）が、深さ（単位はｎｍ）の関数としてプロットされている。図４に示されているデータを生じるために用いられたガラス物品の組成および厚さは、図３と関連づけられた試験で用いられた物品の組成および厚さと同じである。図４に示されているＡｇ＋イオン濃度レベルデータは、ＳＩＭＳ試験から得られたものである。図４に示されているように、比較的低い温度の抗菌性溶液槽での浸漬工程（例えば、図１Ａおよび図１Ｂに示されている工程１６０および２４０を参照）を用いて、ガラス物品（例えば、ガラス物品１０）の表面付近においては３５％に近いＡｇ＋イオン濃度を生じ、感知できるＡｇ＋レベルを１０００ｎｍに近い（約１μｍ）深さまで生じることができる。
【００６３】
図５には、別の実験の結果が示されており、更なる実施形態による、ＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３を平衡させた５０％、７０％、および１００％のＡｇＮＯ３溶融塩槽を用いて２５０℃の温度で３０分にわたって処理された（即ち、「Ａ」、「Ｂ」および「Ｃ」のデータセット）ガラス物品（例えば、ガラス物品１０）における、深さ（単位はμｍ）の関数としてのＡｇ＋イオン濃度を示している。図５に示されているデータを生じるために用いられたガラス物品の組成および厚さは、図４と関連づけられた試験で用いられた物品の組成および厚さと同じである。更に、図５に示されている結果は、Ａｇ＋イオン濃度がガラス物品の表面付近においては３５％に近く、感知できるＡｇ＋レベルが１０００ｎｍに近いおよび超える（約１μｍ）深さまで得られる限りにおいて、図４に示されている結果に相当する。このデータは、１００％のＡｇＮＯ３溶融塩槽を用いた場合に、ガラス物品の表面において得られるＡｇ＋イオンの閾値濃度は４０％であることも示している。よって、抗菌性溶液槽中のＡｇ＋の濃度を大幅に増加させても、ガラス物品の表面において得られるＡｇ＋イオン濃度には、わずかな影響を与えるのみである。従って、ガラス物品の表面において有意なＡｇ＋イオン濃度を得るために必要なのは、僅か５０％以下のＡｇＮＯ３を含有する抗菌性溶液槽である。
【００６４】
更なる実施形態による、ＫＮＯ３＋ＮａＮＯ３を平衡させた５０％のＡｇＮＯ３溶融塩槽に浸漬されたガラス物品（例えば、ガラス物品１０）の深さ（単位はμｍ）の関数としてのＡｇ＋イオン濃度のプロットが、図６に示されている。この実験では、５０％のＡｇＮＯ３溶液槽は２５０℃の温度に設定され、データセット「Ａ」および「Ｂ」についてそれぞれ８．５分および３０分にわたって浸漬工程が行われた。図６に示されているデータを生じるために用いられたガラス物品の組成および厚さは、図５と関連づけられた試験で用いられた物品の組成および厚さと同じである。ここで、データは、Ａｇ＋イオンの拡散深さは浸漬の持続時間にはかなり影響されるが、表面濃度はそれほど影響されないことを示している。具体的には、両方のデータセットについて、これらのガラス物品の表面におけるＡｇ＋イオン濃度レベルは３０％を超えたが、「Ａ」および「Ｂ」のデータセットについての拡散深さはそれぞれ約０．５μｍおよび１．０μｍであった。
【００６５】
図７を参照すると、別の実施形態による、様々なイオン交換プロセスおよび表面処理プロセスに従って処理されたガラス物品のＲＯＲ強度試験の結果を示す箱ひげ図が示されている。図７に示されているデータを生じるために用いられたガラス物品の組成および厚さは、図６と関連づけられた試験で用いられた物品の属性と同じである。具体的には、ガラス物品はコーニング・インコーポレイテッド社によって供給され、７モル％〜２６モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％〜９モル％のＢ２Ｏ３、１１モル％〜２５モル％のＮａ２Ｏ、０モル％〜２．５モル％のＫ２Ｏ、０モル％〜８．５モル％のＭｇＯ、および０モル％〜１．５モル％のＣａＯを含むアルミノシリケートガラス組成を有した。ＲＯＲ試験は、概ねＡＳＴＭ Ｃ−１４９９−０３標準の「Monotonic Equibiaxial Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperatures」の試験方法に従って、米国特許出願公開第２０１３／００４５３７５号明細書の段落［００２７］（本明細書に参照して組み込む）に概要が述べられているように試験装置および試験条件を幾つか変更して、行われた。なお、図７に示されているデータを生じるために試験された試料は、ＲＯＲ試験の前に研磨されなかった。
【００６６】
図７において、「Ａ」のデータセットは、イオン交換強化処理（例えば、図１Ａに示されている工程１２０に相当する）のみの後に、更なる材料除去または抗菌性溶液槽での浸漬工程を行わずに、ＲＯＲ試験を受けたガラス物品に対応する。「Ｃ１」および「Ｃ２」のデータセットは、イオン交換強化溶液槽での浸漬工程およびＡｇ＋イオン抗菌性溶液槽での浸漬工程（例えば、図１Ａに示されている工程１２０および１６０に相当する）を受け、これらの溶液槽での浸漬工程の間に酸エッチングを用いた材料除去工程（例えば、図１Ａに示されている工程１４０に相当する）を行った後に、ＲＯＲ試験を受けたガラス物品の２つのバッチに対応する。酸エッチングは、１．４５ＭのＨＦ酸および０．９ＭのＨ２ＳＯ４酸を用いて、室温で約９７秒にわたって行われ、垂直静止浸漬エッチング構成で、約１．４μｍの深さの材料除去を得た。なお、図７の「Ｃ１」および「Ｃ２」のデータセットと関連づけられたガラス物品は、先に図３に示した「Ｃ」データセットを生成するために用いられたガラス物品と同様に処理した。
【００６７】
図７の結果が示すように、「Ｃ１」および「Ｃ２」のデータセットは、「Ａ」のデータセット、即ち、いかなるＡｇ＋イオン抗菌性溶液槽での浸漬も受けていない試料より僅かに高い平均破壊荷重値（３４８ｋｇｆおよび３４１ｋｇｆ）を有する。更に、「Ｃ１」および「Ｃ２」のＲＯＲ強度データと「Ａ」の対照データセットとの間には、何らかの統計学的差異があるようには見えない。従って、図７のデータは、浸漬工程の間に酸エッチングを含む材料除去処理は、同じ組成、圧縮応力、および層の深さを有するものの抗菌性処理工程および材料除去処理工程を受けていないイオン交換で強化されたガラス物品に対してＲＯＲで測定されたのと同じまたはより改善された平均曲げ強度を示す抗菌性ガラス物品を提供できることを示している。
【００６８】
図８には、更なる実施形態による、強化イオン交換プロセス工程および抗菌性イオン交換プロセス工程を用いて処理された、タッチポリッシュ表面処理工程を受けたおよび受けていないガラス物品のＲＯＲ強度試験の結果を示す箱ひげ図が示されている。これらのガラス物品は、コーニング・インコーポレイテッド社によって供給されたものであり、少なくとも約５０モル％のＳｉＯ２、約９モル％〜約２２モル％のＡｌ２Ｏ３、約３モル％〜約１０モル％のＢ２Ｏ３、約９モル％〜約２０モル％のＮａ２Ｏ、０モル％〜約５モル％のＫ２Ｏ、少なくとも約０．１モル％のＭｇＯおよび／またはＺｎＯの組成を有し、図７に示されているガラス物品と同じ条件に従って試験された。但し、図８のデータを生じるために用いられたガラス物品は、０．５５ｍｍの厚さを有した。従って、図８で報告されている破壊荷重値は、平均して、図７で報告されている、より厚い０．７ｍｍの厚さを有するガラス物品と関連づけられた値よりも幾分低い。
【００６９】
図８において、「Ａ」のデータセットは、イオン交換強化溶液槽での浸漬工程およびＡｇ＋イオン抗菌性溶液槽での浸漬工程（例えば、図１Ａに示されている工程１２０および１６０に相当する）の後に、更なる材料除去工程を行わずに、ＲＯＲ試験を受けたガラス物品に対応する。「Ｂ」のデータセットは、イオン交換強化溶液槽での浸漬工程およびＡｇ＋イオン抗菌性溶液槽での浸漬工程（例えば、図１Ａに示されている工程１２０および１６０に相当する）を受け、これらの溶液槽での浸漬工程の間にタッチポリッシュを用いた材料除去工程（例えば、図１Ａに示されている工程１４０に相当する）を行った後に、ＲＯＲ試験を受けたガラス物品に対応する。図８の結果が示すように、タッチポリッシュを行っていない「Ａ」のデータセットは、タッチポリッシュを行った「Ｂ」のセットの平均ＲＯＲ値（１６９ｋｇｆ）と比較して、より低い平均ＲＯＲ値（１２４ｋｇｆ）を有した。従って、図８のデータは、タッチポリッシュを含む材料除去処理が、イオン交換で強化された抗菌性ガラス物品の強度を維持および増強できることを示している。
【００７０】
図９Ａのワイブルプロットは、更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、クエン酸／重フッ化アンモニウム（ＡＢＦ）エッチング液を用いたエッチングを受けたおよび受けていないガラス物品のＲＯＲ試験の結果を示している。図９Ａに示されているデータを生じるために試験されたガラス物品は、図８で試験された試料と同じアルミノシリケートガラス組成を有し、１ｍｍの厚さを有した。より具体的には、ガラス物品の試料は、図１Ａに示されている浸漬工程１２０および１６０を有する方法１００に従って処理された。工程１２０において、ＫＮＯ３塩の溶液槽中で、４２０℃で約２．５時間にわたって化学的強化が行われた。工程１６０において、２０％のＡｇＮＯ３／８０％のＫＮＯ３の溶液槽を用いて、３５０℃で約３０分にわたって抗菌性溶液槽での浸漬が行われた。これらの試料は「Ｃ１」で示されており、本開示における実施形態に従ったいかなる材料除去処理も表面処理も受けなかった。しかし、「Ｃ３」の試料は、浸漬工程１２０と浸漬工程１６０との間において除去工程１４０を用いて更に処理された。除去工程は、１Ｎのクエン酸／（ＡＢＦによる）９５０ｐｐｍのフッ化物イオンを含むＡＢＦエッチング液を用いて行われ、「Ｃ３」のガラス物品の表面から約２μｍの材料を除去した。
【００７１】
図９Ａが示すように、（ＡＢＦを用いてエッチングされた）「Ｃ３」群の平均（ＲＯＲに基づく）曲げ強度値は、（いかなる材料除去工程も行っていない）「Ｃ１」群の平均曲げ強度値よりも、統計的有意性をもって高い。これらの結果が示すように、酸エッチング工程（例えば、除去工程１４０）は、方法１００に従って調製された抗菌性ガラス物品の強度を効果的に高める。本明細書で用いる「平均曲げ強度」という用語は、リング・オン・リング、ボール・オン・リング、またはボール落下試験等の方法によって試験されたガラス物品の曲げ強度を指すことが意図される。平均曲げ強度または他の任意の特性に関して用いられる「平均」という用語は、少なくとも５個の試料、少なくとも１０個の試料、少なくとも１５個の試料、または少なくとも２０個の試料のそのような特性の測定値の数学的な平均に基づくものである。平均曲げ強度は、ＲＯＲ試験における破壊荷重の２母数ワイブル統計の尺度母数を参照し得る。この尺度母数は、脆性材料の破壊確率が６３．２％になるワイブル特性強度とも称される。
【００７２】
図９Ｂを参照すると、ワイブルプロットは、更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、タッチポリッシュ表面処理工程を受けたおよび受けていないガラス物品のＲＯＲ試験の結果を示している。図９Ｂに示されているデータを生じるために試験されたガラス物品は、図９Ａに示されているデータを生じるために試験されたものと同じ組成および厚さを有する。更に、これらのガラス物品の試料は、図１Ａに示されている浸漬工程１２０および１６０を有する方法１００に従って処理された。工程１２０において、ＫＮＯ３塩の溶液槽中で、４２０℃で約２．５時間にわたって化学的強化が行われた。工程１６０において、２０％のＡｇＮＯ３／８０％のＫＮＯ３の溶液槽を用いて、３５０℃で約３０分にわたって抗菌性溶液槽での浸漬が行われた。これらの試料は「Ｃ２」で示されており、本開示における実施形態に従ったいかなる材料除去処理も表面処理も受けなかった。しかし、「Ｃ４」の試料は、浸漬工程１２０と浸漬工程１６０との間において除去工程１４０を用いて更に処理された。除去工程は、研磨ホイールを用いたタッチポリッシュ処理を用いて行われ、「Ｃ４」のガラス物品の表面から約２μｍの材料を除去した。
【００７３】
図９Ｂに示されるように、（研磨ホイールを用いてタッチポリッシュされた）「Ｃ４」群の平均（ＲＯＲに基づく）曲げ強度値は、いかなる材料除去工程も行っていない「Ｃ２」群について示されている平均曲げ強度値よりも統計的有意性をもって高い。これらの結果が示すように、タッチポリッシュ工程（例えば、除去工程１４０）は、方法１００に従って調製された抗菌性ガラス物品の強度を効果的に高める。
【００７４】
図１０を参照すると、棒グラフは、更なる実施形態による、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、クエン酸／重フッ化アンモニウム（ＡＢＦ）エッチング液を用いたエッチングを受けたおよび受けていないガラス物品の抗菌性試験の結果を示している。図１０を生成するために試験されたガラス物品は、図９Ａおよび図９Ｂに示されているデータを生じるために用いられたものに概ね相当する。具体的には、図１０に示されているデータを生じるために試験されたガラス物品は、図９Ａおよび図９Ｂにおいて試験された試料と同じアルミノシリケートガラス組成を有する。図１０に示されているデータを生じるために用いられたガラス物品は、約０．７ｍｍの厚さを有した。更に、図１０を生成するために用いられたガラス物品の試料は、図１Ａに示されている浸漬工程１２０および１６０を有する方法１００に従って処理された。工程１２０において、ＫＮＯ３塩の溶液槽中で、４２０℃で約２．５時間にわたって化学的強化が行われた。工程１６０において、２０％のＡｇＮＯ３／８０％のＫＮＯ３の溶液槽を用いて、３５０℃で、「Ｄ１」群および「Ｄ２」群については約１０分にわたって、「Ｄ３」群および「Ｄ４」群については３０分にわたって、抗菌性溶液槽での浸漬が行われた。更に、「Ｄ１」および「Ｄ３」の試料は、本開示における実施形態に従ったいかなる材料除去処理も表面処理も受けなかった。しかし、「Ｄ２」および「Ｄ４」の試料は、浸漬工程１２０と浸漬工程１６０との間において除去工程１４０を用いて更に処理された。除去工程は、１Ｎのクエン酸／（ＡＢＦによる）９５０ｐｐｍのフッ化物イオンを含むＡＢＦエッチング液を用いて行われ、「Ｄ２」および「Ｄ４」のガラス物品の表面から約２μｍの材料を除去した。
【００７５】
米国仮特許出願第６１／９０８，４０１号明細書（本明細書に参照して組み込む）において概要を述べられている方法に従って、図１０に示されているデータと関連づけられた抗菌性試験を行った。具体的には、リン酸緩衝生理食塩水中に分散させた細菌を用いて、約３０℃の周囲温度で、約４２％の相対湿度で、一次インキュベーション工程を行った。図１０に示されているように、「Ｄ１」〜「Ｄ４」のデータシリーズにおいて、ガラス物品の抗菌性の有効性には実質的な変化はない。４つのデータシリーズ「Ｄ１」〜「Ｄ４」の各々について報告された平均対数殺菌率の値は全て、約１以上であった。従って、図１０は、「Ｄ２」および「Ｄ４」シリーズで用いられた更なる材料除去工程が、材料除去工程を用いずに処理された対照ガラス物品と比較して、抗菌性能に悪影響を及ぼさないことを示している。
【００７６】
図１１を参照すると、棒グラフは、強化交換槽および抗菌性交換槽を用いて処理された、材料除去工程を受けたおよび受けていないガラス物品の抗菌性試験の結果を示している。図１１を生成するために試験されたガラス物品は、図１０に示されているデータを生じるために試験された物品と概ね同様のアルミノシリケートガラス組成を有する。更に、図１１に示されているデータを生じるために用いられたガラス物品は約１ｍｍの厚さを有した。
【００７７】
処理条件に関しては、図１１を生成するために用いられたガラス物品の試料は、図１Ｂに示されている浸漬工程２２０および２４０を有する方法２００に従って調製された。工程２２０において、ＫＮＯ３塩の溶液槽中で、４１０℃で、全ての試料について約３時間にわたって、化学的強化が行われた。工程２４０において、０．５％のＡｇＮＯ３／９９．５％のＫＮＯ３の溶液槽を用いて、３９０℃で、「Ａ１」、「Ｂ１」、「Ｃ１」、および「Ｄ１」群については約３０分にわたって、「Ａ２」、「Ｂ２」、「Ｃ２」、および「Ｄ２」群については６０分にわたって、抗菌性溶液槽での浸漬を行った。更に、「Ａ１」および「Ａ２」の試料は、本開示における実施形態に従ったいかなる材料除去処理も表面処理も受けなかったという意味において、対照群として示されている。一方、「Ｂ１」および「Ｂ２」の試料、並びに「Ｃ１」〜「Ｃ４」の試料は、方法２００に従って、浸漬工程２２０および２４０の完了後に行われた除去工程２６０を用いて更に処理された。除去工程２６０は、「Ｂ１」群および「Ｂ２」群についてはタッチポリッシュ手順を含み、物品の表面から約２μｍの材料を除去するよう行われた。同様に、１Ｎのクエン酸／（ＡＢＦによる）９５０ｐｐｍのフッ化物イオンを含むＡＢＦエッチング液を用いて、「Ｃ１」〜「Ｃ４」の試料についての除去工程２６０を行った。「Ｃ１」および「Ｃ２」のガラス物品については、エッチング処理を用いて、物品の表面から約０．５μｍの材料を除去した。「Ｃ３」および「Ｃ４」のガラス物品の表面からは約１．５μｍの材料を除去するよう、エッチング処理をより長い持続時間にわたって行った。
【００７８】
米国仮特許出願第６１／９０８，４０１号明細書（本明細書に参照して組み込む）において概要を述べられている方法に従って、図１１に示されているデータと関連づけられた抗菌性試験を行った。具体的には、リン酸緩衝生理食塩水中に分散させた細菌を用いて、約３０℃の周囲温度で、約４２％の相対湿度で、一次インキュベーション工程を行った。図１１で報告されている各データシリーズと関連づけられたデータを生じるために、３回の抗菌性試験を行った。図１１に示されているように、「Ａ１」および「Ａ２」、「Ｂ１」および「Ｂ２」、並びに「Ｃ１」〜「Ｃ４」のデータシリーズのガラス物品の有効性には実質的な変化はない。各データシリーズについて報告された平均対数殺菌率の値は全て、約１以上であった。従って、図１１は、「Ｂ１」、「Ｂ２」、および「Ｃ１」〜「Ｃ４」のデータシリーズで用いられた更なる材料除去工程が、材料除去工程を行わずに処理された対照ガラス物品と比較して、抗菌性能に悪影響を及ぼさないことを示している。更に、タッチポリッシュまたは酸エッチングの使用も、これらのガラス物品の抗菌性の有効性に影響していないように見える。
【００７９】
本明細書に開示された実施形態は説明の目的で述べられたものであるが、上記の記載は、本開示の範囲または添付の特許請求の範囲を限定するものであると見なされるべきではない。特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。
【００８０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００８１】
実施形態１
抗菌性ガラス物品を製造する方法であって、
第１の表面と複数のイオン交換可能な金属イオンとを有するガラス物品を設ける工程と、
前記イオン交換可能な金属イオンよりサイズが大きい複数のイオン交換用金属イオンを含む強化溶液槽を設ける工程と、
複数の銀イオン、複数の前記イオン交換可能な金属イオン、および複数の前記イオン交換用イオンを含む抗菌性溶液槽であって、約５重量％〜１００重量％の硝酸銀濃度を有する抗菌性溶液槽を設ける工程と、
前記第１の表面から前記ガラス物品内の拡散深さまで延在する圧縮応力層を形成するために、前記ガラス物品中の前記複数のイオン交換可能な金属イオンの一部を前記強化溶液槽中の前記複数のイオン交換用金属イオンの一部と交換するよう、前記ガラス物品を前記強化溶液槽に浸漬する工程と、
新たな第１の表面および残りの圧縮応力層を画成するために、前記ガラス物品の前記第１の表面から前記ガラス物品内の拡散深さより上方の第１の深さまで、前記圧縮応力層の一部分を除去する工程と、
前記ガラス物品に抗菌性を付与するために、前記圧縮応力層中の前記イオン交換可能な金属イオンおよび前記イオン交換用金属イオンの一部を前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部と交換するよう、前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する工程と
を有してなる方法。
【００８２】
実施形態２
前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程が、前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程より前に行われる、実施形態１記載の方法。
【００８３】
実施形態３
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程より前に行われる、実施形態１記載の方法。
【００８４】
実施形態４
前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程が、エッチング手順または研磨手順を用いて行われる、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００８５】
実施形態５
前記第１の深さが、前記第１の表面から約０．１μｍ〜約２μｍである、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【００８６】
実施形態６
前記抗菌性溶液槽が、約２００℃〜約３７５℃の温度に保たれる、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【００８７】
実施形態７
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、少なくとも１５分且つ約１０時間以下にわたって行われる、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００８８】
実施形態８
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部が前記ガラス物品の前記新たな第１の表面において約５重量％〜約４０重量％の濃度で付与されるように行われる、実施形態２記載の方法。
【００８９】
実施形態９
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部が前記ガラス物品の前記第１の表面において約５重量％〜約４０重量％の濃度で付与されるように行われる、実施形態３記載の方法。
【００９０】
実施形態１０
抗菌性ガラス物品を製造する方法であって、
第１の表面と複数のナトリウム金属イオンとを有するガラス物品を設ける工程と、
複数のカリウム金属イオンを含む強化溶液槽を設ける工程と、
複数の銀イオン、複数のナトリウム金属イオン、および複数のカリウム金属イオンを含む抗菌性溶液槽であって、約５重量％〜１００重量％の硝酸銀濃度を有する抗菌性溶液槽を設ける工程と、
前記第１の表面から前記ガラス物品内の拡散深さまで延在する圧縮応力層を形成するために、前記ガラス物品中の前記複数のナトリウム金属イオンの一方または両方の一部を前記強化溶液槽中の前記複数のカリウム金属イオンの一部と交換するよう、前記ガラス物品を前記強化溶液槽に浸漬する工程と、
新たな第１の表面および残りの圧縮応力層を画成するために、前記ガラス物品の前記第１の表面から前記ガラス物品内の拡散深さより上方の第１の深さまで、前記圧縮応力層の一部分を除去する工程と、
前記ガラス物品に抗菌性を付与するために、前記圧縮応力層中の前記ナトリウム金属イオンおよび前記カリウム金属イオンの一方または両方の一部を前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部と交換するよう、前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する工程と
を有してなる方法。
【００９１】
実施形態１１
前記強化溶液槽が硝酸カリウムを含み、前記抗菌性溶液槽が、硝酸銀、硝酸カリウム、および硝酸ナトリウムの混合液を含む、実施形態１０記載の方法。
【００９２】
実施形態１２
前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程が、前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程より前に行われる、実施形態１０または１１記載の方法。
【００９３】
実施形態１３
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程より前に行われる、実施形態１０または１１記載の方法。
【００９４】
実施形態１４
前記圧縮応力層の一部分を除去する前記工程が、エッチング手順または研磨手順を用いて行われる、実施形態１０〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【００９５】
実施形態１５
前記第１の深さが、前記第１の表面から約０．１μｍ〜約２μｍである、実施形態１０〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【００９６】
実施形態１６
前記抗菌性溶液槽が、約２００℃〜約３７５℃の温度に保たれる、実施形態１０〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【００９７】
実施形態１７
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、少なくとも１５分且つ約１０時間以下にわたって行われる、実施形態１０〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【００９８】
実施形態１８
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部が前記ガラス物品の前記新たな第１の表面において約５重量％〜約４０重量％の濃度で付与されるように行われる、実施形態１２記載の方法。
【００９９】
実施形態１９
前記ガラス物品を前記抗菌性溶液槽に浸漬する前記工程が、前記抗菌性溶液槽中の前記複数の銀イオンの一部が前記ガラス物品の前記第１の表面において約５重量％〜約４０重量％の濃度で付与されるように行われる、実施形態１３記載の方法。
【０１００】
実施形態２０
強度を下げる欠陥を実質的に含まない第１の表面を有するガラス物品と、
前記ガラス物品の前記第１の表面から前記ガラス物品内の第１の選択された深さまで延在する圧縮応力層と、
前記第１の表面から前記ガラス物品内の約３μｍ以下の抗菌性深さまで延在する、複数の銀イオンを含む抗菌性領域と
を含む抗菌性ガラス物品であって、
前記ガラス物品の前記第１の表面が、約５重量％〜約７０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する、抗菌性ガラス物品。
【０１０１】
実施形態２１
前記第１の表面が、研磨処理またはエッチング処理によって形成される、実施形態２０記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０２】
実施形態２２
前記第１の表面が、研磨処理またはエッチング処理による約０．１μｍ〜２μｍの材料除去と一致する形態によって特徴づけられる、実施形態２０または２１記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０３】
実施形態２３
前記圧縮応力層が、複数の交換されたアルカリ金属イオンを含む、実施形態２０〜２２のいずれか１つに記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０４】
実施形態２４
前記第１の表面が、約２０重量％〜約４０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する、実施形態２０〜２３のいずれか１つに記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０５】
実施形態２５
前記第１の表面が、約３０重量％〜約４０重量％の範囲の銀イオン濃度を有する、実施形態２０〜２４のいずれか１つに記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０６】
実施形態２６
前記第１の表面が、二次イオン質量分析法によって測定された際、水素を実質的に含まない、実施形態２０〜２５のいずれか１つに記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０７】
実施形態２７
前記ガラス物品の表面領域が、二次イオン質量分析法によって測定された際、水素の浸透を実質的に含まない、実施形態２０〜２６のいずれか１つに記載の抗菌性ガラス物品。
【０１０８】
実施形態２８
１以上の銀イオンを含み、前記抗菌性深さから残りの抗菌性深さまで延在する残りの抗菌性領域を更に含む、実施形態２７記載の抗菌性ガラス物品。
【符号の説明】
【０１０９】
１０、３１０  ガラス物品
１２，３１２  第１の表面
１２ａ  新たな表面
２０  強化溶液槽
２２  拡散深さ
２４圧縮応力層
２４ａ  一部分
２４ｂ  圧縮層
３２  第１の深さ
４０  抗菌性溶液槽
３１４  第１の選択された深さ
３１６  抗菌性深さ
３３４  抗菌性領域
【図１Ａ】
2017511785.tif 000003
【図１Ｂ】
2017511785.tif 000004
【図２】
2017511785.tif 000005
【図３】
2017511785.tif 000006
【図４】
2017511785.tif 000007
【図５】
2017511785.tif 000008
【図６】
2017511785.tif 000009
【図７】
2017511785.tif 000010
【図８】
2017511785.tif 000011
【図９Ａ】
2017511785.tif 000012
【図９Ｂ】
2017511785.tif 000013
【図１０】
2017511785.tif 000014
【図１１】
2017511785.tif 000015
【国際調査報告】
2017511785.tif 000016
2017511785.tif 000017