(57)【要約】  ガラス物品を形成する方法が提供される。この方法は、第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、その界面シームの大半の周りで第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方に真空継手を連結する工程、第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および第１と第２のガラスブロックを加熱して、第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程を有してなる。
2020504073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス物品を形成する方法において、
第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、
前記界面シームの大半の周りで前記第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方に真空継手を連結する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および
前記第１と第２のガラスブロックを加熱して、該第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程、
を有してなる方法。
【請求項２】
前記真空継手を連結する工程が、前記第１と第２のガラスブロックの一方と実質的に同じ材料からなる真空継手を使用する工程を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１と第２の接合面の少なくとも一方を、約１０より高いｐＨを有する塩基性溶液でクリーニングする工程をさらに含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記空洞を真空に引く工程が、該空洞を約５トール（約６６５Ｐａ）以下の圧力まで真空に引く工程をさらに含む、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記第１と第２のガラスブロックの各々が、前記界面シームに近接して突出するリップを画成する、請求項１から４いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ガラス物品を形成する方法において、
第１のガラスブロックを第２のガラスブロックに近接して配置して、界面シームを画成する工程、
前記界面シームの大半の周りで前記第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、
前記界面シームに真空継手を連結する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および
前記第１と第２のガラスブロックを加熱して、該第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程、
を有してなる方法。
【請求項７】
前記空洞を真空に引く工程が、該空洞を約１０−５トール（約０．００１３Ｐａ）以下の圧力まで真空に引く工程をさらに含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該第１と第２のガラスブロックを約１４００℃と約１８００℃の間の範囲の温度に加熱する工程をさらに含む、請求項６または７記載の方法。
【請求項９】
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該第１と第２のガラスブロックが約１０１０ポアズ以下の粘度を有するように該第１と第２のガラスブロックを加熱する工程をさらに含む、請求項６から８いずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
ガラス物品を形成する方法において、
第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方を通って延在する通路を形成する工程、
前記界面シームの周りで前記第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、空洞を画成する工程、
前記通路に真空継手を連結する工程、
前記空洞内を真空に引く工程、および
前記第１と第２のガラスブロックを加熱して、該第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程、
を有してなる方法。
【請求項１１】
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該第１と第２のガラスブロックが約１０９ポアズ以下の粘度を有するように該第１と第２のガラスブロックを加熱する工程をさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該前記第１と第２のガラスブロックを毎時約１００℃より速い速度で加熱する工程をさらに含む、請求項１０または１１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１７年１月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／４４８０００号の米国法典第３５編第１１９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】
本開示は、広く、ガラス物品を融合させる方法に関し、より詳しくは、溶接および真空を使用して、ガラス物品を融合させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
大型の光学素子に使用される鏡は、大抵、ガラス材料の一回の熱処理で製造できるよりも大きいサイズを有する。したがって、大型の光学素子は、大抵、サイズと形状の要件を満たすために、２片以上のガラスを互いに封着する必要がある。多数片の封着は、しばしば、封着面に、含有物および気泡の形成などの境界のない領域をもたらす。それに加え、封着過程は、典型的に、結合されているガラスが１７００℃より高い温度に暴露される温度を必要とする。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の１つの実施の形態によれば、ガラス物品を形成する方法が提供される。この方法は、第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、その界面シームの大半の周りで第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方に真空継手を連結する工程、第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および第１と第２のガラスブロックを加熱して、第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程を有してなる。
【０００５】
本実施の形態の別の特徴によれば、ガラス物品を形成する方法であって、第１のガラスブロックを第２のガラスブロックに近接して配置して、界面シームを画成する工程、その界面シームの大半の周りで第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、その界面シームに真空継手を連結する工程、第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および第１と第２のガラスブロックを加熱して、第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程を有してなる方法が提供される。
【０００６】
本実施の形態のさらに別の特徴によれば、ガラス物品を形成する方法であって、第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方を通って延在する通路を形成する工程、その界面シームの周りで第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、空洞を画成する工程、その通路に真空継手を連結する工程、その空洞内を真空に引く工程、および第１と第２のガラスブロックを加熱して、第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程を有してなる方法が提供される。
【０００７】
以下は、添付図面の各図の説明である。それらの図は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図の特定の特徴および特定の視野は、明瞭さと簡潔さのために、縮尺または図式で誇張されて示されることがある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】１つの実施の形態による、方法にしたがって形成されたガラス物品の斜視図
【図１Ｂ】別の実施の形態による、一部が切り取られた、溶接ガラス物品の斜視図
【図１Ｃ】１つの実施の形態による、真空継手を有する溶接ガラス物品の斜視図
【図２】別の実施の形態による、ガラス物品の側面図
【図３Ａ】１つの実施の形態による、リップを有するガラス物品の側面図
【図３Ｂ】別の実施の形態による、リップを有するガラス物品の側面図
【図３Ｃ】さらに別の実施の形態による、リップを有するガラス物品の側面図
【図４】１つの実施の形態による、形成過程中にガラス物品に連結される真空システムの概略図
【図５】１つの実施の形態による、ガラス物品を形成する方法の流れ図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
必要に応じて、本発明の詳細な実施の形態をここに開示する。しかしながら、開示された実施の形態は、様々な形態と代わりの形態で具体化できる本発明の例示に過ぎないことを理解すべきである。図は、必ずしも、詳細な設計に描かれておらず、いくつかの図式は、機能概要を示すために誇張されるまたは最小限に抑えられることがある。したがって、ここに開示された特定の構造と機能の詳細は、限定としてではなく、本発明を様々に用いるために、当業者に教示するための代表的な原理として解釈されるべきである。
【００１０】
ここに用いられているように、「および／または」という用語は、２つ以上の項目のリストに使用される場合、列挙された項目のいずれか１つをそれ自体で用いても、または列挙された項目の２つ以上の任意の組合せを用いても差し支えないことを意味する。例えば、組成物が、成分Ａ、Ｂ、および／またはＣを含有すると記載されている場合、その組成物は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、組合せでＡとＢ、組合せでＡとＣ、組合せでＢとＣ、または組合せでＡ、ＢおよびＣを含有し得る。
【００１１】
ここで、図１Ａ〜４を参照すると、第１のガラスブロック１４および第２のガラスブロック１８を含むガラス物品１０が示されている。第１のガラスブロック１４は第１の接合面１４Ａを画成し、第２のガラスブロック１８は第２の接合面１８Ａを画成する。第１の接合面１４Ａは第２の接合面１８Ａと近接して配置され、界面シーム２２を画成する。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、界面シーム２２で互いに溶接されて、それらの間に内部空洞２６を画成する。空洞２６を真空に引けるように、第１と第２のガラスブロック１４、１８の少なくとも一方に真空継手３０が連結されることがある。その後、ガラス物品１０（例えば、第１と第２のガラスブロック１４、１８）を加熱して、第１と第２のガラスブロック１４、１８を互いに融合させることができる。第１と第２のガラスブロック１４、１８を融合させる工程は、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａを融合させて、封着面を形成することによって行うことができる。
【００１２】
ここで図１を参照すると、ガラス物品１０は、２つのガラスブロック（例えば、第１と第２のガラスブロック１４、１８）、２つの接合面（例えば、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａ）、１つのシーム（例えば、界面シーム２２）、および１つの空洞（例えば、内部空洞２６）を含むと示されているが、ガラス物品１０は、３つ以上（例えば、１０まで、またはそれより多い）ブロック、それらのブロック間の複数の接合面、複数のシーム、および多数の空洞を含んでもよいことが理解されよう。それゆえ、第１と第２のガラスブロック１４、１８、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａ、界面シーム２２および／または空洞２６に関するどの記載も、３つ以上のガラスブロックを含む物品１０の例の関連特徴に等しく適用できることが理解されよう。
【００１３】
第１と第２のガラスブロック１４、１８は、溶融シリカ、超低膨張タイプのガラス、約０質量％から約１２質量％のチタニアを含むシリカを有するガラス、あるレベルのチタニア結晶を有するシリカチタニアガラス、ガラスセラミックおよび／またはその組合せから形成されることがある。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、同じ材料から形成されても、異なる材料から形成されてもよい。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、同じ、同様の、または異なる熱膨張係数を有することがある。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、約５０ｍｍ以上、７５ｍｍ以上、１００ｍｍ以上、２００ｍｍ以上、または約５００ｍｍ超の厚さを有することがある。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、円形、楕円形および／または多角形（例えば、正方形、長方形、六角形）の形状を有することがある。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、約０．２５ｍ以上、０．５ｍ以上、０．７５ｍ以上、１ｍ以上、２ｍ以上、３ｍ以上、４ｍ以上、５ｍ以上、６ｍ以上、７ｍ以上または約８ｍ以上の直径、軸長および／または最長長さ（例えば、長さおよび／または幅）を有することがある。第１および／または第２のガラスブロック１４、１８は、約１ｋｇ以上、５０ｋｇ以上、１００ｋｇ以上、５００ｋｇ以上、９００ｋｇ以上、または約１３００ｋｇ以上の質量を有することがある。第１と第２のガラスブロック１４、１８の少なくとも一方が、曲率を有してもよい。曲率を有する第１および／または第２のガラスブロック１４、１８の例において、その曲率は、凸または凹曲率であってよい。
【００１４】
第１と第２のガラスブロック１４、１８は、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａを画成するように機械加工されても、他の様式で形成されてもよい。第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、サイズと形状が実質的に同じであっても、異なってもよい。第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａが異なる例において、第１のガラスブロック１４は、第２のガラスブロック１８に近接してまたはその上に配置されて、約０ｍｍと約３０ｍｍの間の幅を有する張り出し部を画成することがある。例えば、その張り出し部は、約３０ｍｍ、２０ｍｍ、１０ｍｍ、５ｍｍ、２ｍｍ、１．５ｍｍ、１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、０．１ｍｍ、または０ｍｍであってよい。様々な例によれば、その張り出し部は、最小にされることがある。第１および／または第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、第１の接合面１４Ａを第２の接合面１８Ａ上に配置する前に、研削または研磨され、クリーニングされることがある。第１および／または第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、約１００、２００、３２０、４００、５００、６００、７００、または８００以上のグリットを使用して研削されることがある。研磨は、約１マイクロメートルまでの研磨材を使用して行われることがある。第１および／または第２の接合面１４Ａ、１８Ａの研削または研磨により、第１と第２のガラスブロック１４、１８の間の空洞２６の厚さが最小になるであろう。さらに、第１および／または第２の接合面１４Ａ、１８Ａの研削および研磨により、封着面（すなわち、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａが融合する面）に近接する汚染物質の存在が低下するであろう。
【００１５】
先に説明したように、内部空洞２６は、第１のガラスブロック１４を第２のガラスブロック１８に近接して、またはその上に配置することによって形成することができる。第１の接合面１４Ａが第２の接合面１８Ａ上に配置される例において、内部空洞２６は、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ｂ内の無作為のまたは規定の差異のためにまだ存在する。ここに与えられた教示から逸脱せずに、空洞２６の画成に役立つように、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａの間に複数のスペーサを配置してもよいことが理解されよう。空洞２６は、約０．１μｍと約８０μｍの間、または約１μｍと約３６μｍの間の第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａの間の距離、または厚さを有することがある。空洞２６の厚さは、均一であっても、空洞２６に亘り均一でなくてもよい。具体例において、空洞２６の厚さは、物品１０の中央でよりも、界面シーム２２に近接して大きいことがある。空洞２６の容積を最小にすると、２つのブロック１４、１８の間に捕捉される気体（例えば、大気）の量が最小により、これにより転じて、気泡または境界のない領域を形成する可能性が減少する。空洞２６内に存在する気体の量が、第１および／または第２のブロック１４、１８中の気体の溶解限度を超えると、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａの間に気泡が形成されるであろう。様々な例によれば、内部空洞２６を、大気気体よりも第１および／または第２のブロック１４、１８内の溶解度が高い気体（例えば、水素、ヘリウム、希ガスなど）でフラッシングしてもよい。
【００１６】
研削および研磨が完了した後、空洞２６内の破片を最小にするために、第１および／または第２の接合面１４Ａ、１８Ａをクリーニング（例えば、洗浄、濯ぎおよび／またはスクラビング）してもよい。その破片は、除去されないと、ガラス物品１０の内部空洞２６内に被包されてしまうであろう。物品１０内に破片がそのように被包されると、封着面で、物品１０を変色させる、弱める、失透させる、または他の様式で劣化させるであろう。さらに特定の破片（例えば、有機物質）は、ＣＯおよびＣＯ２などの高度にガラス不溶性の気体を生成する物質を含有し得る。クリーニングおよび／または洗浄は、超音波撹拌機または機械式撹拌機の使用にかかわらずに行ってよい。洗浄は、高ｐＨを有する塩基性洗浄溶液（例えば、約１０、１１、１２、１３または１４以上のｐＨを有する溶液）を使用して行い、その後、脱イオン水による濯ぎを行ってよい。さらに、洗浄は、低ｐＨを有する酸性洗浄溶液（例えば、約４、３、２または１以下のｐＨを有する溶液）を使用して行い、その後、脱イオン水による濯ぎを行ってよい。酸性洗浄溶液は、塩化水素酸を含むことがある。洗浄は、トルエン、イソプロピルアルコールおよび／またはその組合せなどの１種類以上の有機溶剤を使用してさらに増強し、その後、脱イオン水の濯ぎによって、有機物を除去してもよい。洗浄および／またはクリーニングは、塩基性溶液、酸性溶液、脱イオン水および有機溶剤を、組合せで、または別々に使用して行ってよいことが理解されよう。第１および／または第２の接合面１４Ａ、１８Ａの洗浄およびクリーニング後、第１と第２のガラスブロック１４、１８を乾燥させ、層流フードまたは陽圧クリーンルーム条件（例えば、クラス１０，０００またはそれより良好）下で輸送してよい。次に、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、上述したクリーンルーム条件下で組み立ててよい。そのようなクリーニングおよびクリーンルーム条件は、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａへの破片の接着を防ぐのに役立ち、これにより、封着面での境界のない領域の存在が減少するであろう。
【００１７】
ここで図１Ｂを参照すると、界面シーム２２が、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａが接するガラス物品１０の周囲の周りに画成される。界面シーム２２は、ガラス物品１０の周囲の一部、大半、または全ての周りに溶接または融合されることがある。本開示の目的について、溶接は、熱膨張および熱膨張度（例えば、温度の関数としての膨張）が実質的に同じであるように、使用される接合材料（例えば、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａ）が同じまたは同様の組成物である密封領域（例えば、加熱および結合による）を作る過程を意味することがある。溶接は、界面シーム２２の約１０％以上、２０％以上、３０％以上、４０％以上、５０％以上、６０％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９９％以上、または１００％が溶接されることを意味することがある。界面シーム２２の溶接部分は、第１と第２のガラスブロック１４、１８を互いに十分に融合させて、内部空洞２６とガラス物品１０の外部の環境との間に気密境界を形成することができる。ある場合には、シーム２２は、シーム２２が溶接されていない（すなわち、未溶接の）所に開口部３４を画成することができる。その開口部３４は、約１ｍｍと約１０ｃｍの間の長さ、または約５ｍｍと約５ｃｍの間の長さであることがある。具体例において、開口部３４は、約１ｃｍ長であることがある。様々な例によれば、界面シーム２２は、複数の（例えば、２つ以上の）開口部３４を含むことがある。複数の開口部３４を使用する例において、開口部３４は、物品１０のある側またはある領域に集中していても、またはシーム２２の全体に亘り分散していてもよい。他の例において、シーム２２は、シーム２２の全体が溶接されるように、どのような開口部３４も画成しないことがある。シーム２２が完全に溶接されている例において、内部空洞２６は気密であるまたは密封されているであろう。
【００１８】
界面シーム２２は、第１と第２のガラスブロック１４、１８の第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａのエッジに局所エネルギーを印加することによって溶接されることがある。様々な例によれば、界面シーム２２で第１と第２のガラスブロック１４、１８を互いに融合させるために、レーザを使用することができる。レーザの例において、１０６４０ｎｍの波長、４０ｋＨｚの繰り返し率および２５０ワットの出力で作動する無線周波数励起ＣＯ２レーザを使用することができる。界面シーム２２上のレーザビームのスポットサイズは、直径が約１ｍｍと約８ｍｍの間であることがある。具体例において、スポットサイズは、直径約４ｍｍであることがある。レーザビームは、約０．１ｍｍ／ｓの速度で界面シーム２２に沿って動かすことができる。レーザビームは、約９ｍｍの横揺動を有することがある。レーザの作動特徴は、ここに与えられた教示から逸脱せずに、先に記載したものから変えてもよいことが理解されよう。界面シーム２２を融合するためにレーザが使用される例は、炭素質材料の潜在的な堆積を防ぐ上で都合よいであろう。炭素質材料の堆積は、ひいては、空洞２６内にＣＯおよびＣＯ２などの低ガラス可溶性の炭素含有気体種の形成をもたらし得る。それに加え、またはそれに代えて、界面シーム２２で第１と第２のガラスブロック１４、１８を互いに融合させるために、酸素／燃料源（例えば、ブロー・トーチ）を使用することができる。例えば、酸素／燃料源は、界面シーム２２を溶接するための燃料源として、アセチレン、Ｈ２および／またはメタンを使用することがある。酸素／燃料源に過剰な酸素を提供すると、炭素含有種を堆積させる機会を最小にすることができ、このことは、上述した理由のために都合よいであろう。ここに与えられた教示から逸脱せずに、溶接する点まで界面シーム２２を加熱する他の方法を使用してもよいことが理解されよう。
【００１９】
ここで図１Ｃを参照すると、開口３０Ａを画成する真空継手３０が開口部３４に連結されている。真空継手３０を開口部３４にそのように連結すると、第１と第２のガラスブロック１４、１８の少なくとも一方に真空継手３０が連結される（すなわち、気密嵌めを確実にするように）。先に説明したように、界面シーム２２が複数の開口部３４を画成する例において、真空継手３０を開口部３４の各々に配置することができる。真空継手３０は、界面シーム２２の溶接に関して先に記載した様式のいずれで、界面シーム２２の開口部３４に連結してもよい。例えば、真空継手３０は、開口部３４に近接して、第１および／または第２のブロック１４、１８にレーザ融合することができる。界面シーム２２に開口部３４が画成されていない場合、ひいては、継手３０の開口３０Ａは、開口部３４および開口３０Ａがワンパスで形成されるように継手３０とシーム２２を連結した後に機械加工することができる。真空継手３０は、ガラス、ガラスセラミック、またはセラミック材料から形成することができる。真空継手３０のガラスの例において、継手３０は、第１および／または第２のガラスブロック１４、１８と同じまたは実質的に同じガラスから形成されることがある。真空継手３０が第１および／または第２のガラスブロック１４、１８と同じガラスから形成されている例は、ガラス物品１０を加熱するときに、熱膨張係数の差に関連する応力を減少させる上で都合よいであろう。真空継手３０は、下記により詳しく説明するように、空洞２６内を真空に引くために、開口部３４および空洞２６を真空ポンプと流体連結する開口３０Ａをその中に通して画成することができる。焼き仕上げが、後で真空ポンプと継手３０との間を封着するのに役立つであろう。さらに、１つ以上のＯリングを使用してもよい。図示された例において、真空継手３０は管として示されているが、真空継手３０は、様々な形状（例えば、ニップルなど）をとってもよいことが理解されよう。
【００２０】
ここで図２を参照すると、図示された例において、ガラス物品１０は、その上に第１と第２のガラスブロック１４、１８が配置されている第３のガラスブロック３８を備えている。第３のガラスブロック３８を第２のガラスブロック１８に連結すると、第２の空洞４２および追加の界面シーム２２が形成される。界面シーム２２に配置されることに加え、またはそれに代えて、真空継手３０は、界面シーム２２から離れた物品１０の面に配置されてもよい。真空継手３０をそのように配置することは、第１と第２のガラスブロック１４、１８のみを備えた物品１０の例に等しく適用できることが理解されよう。真空継手３０が界面シーム２２から離れて配置される例において、通路４６がガラスブロック１４、１８を通って画成されている。通路４６は、空洞２６および第２の空洞４２と流体連結されている。通路４６により、１つの真空継手３０から真空に引くことができ、空洞２６および第２の空洞４２から気体を排気することができる。第１のガラスブロック１４の上面に示されているが、通路４６を使用する物品１０の例は、物品１０のどの表面に真空継手３０が配置されてもよいことが理解されよう。例えば、通路４６は、ある角度でガラスブロック１４、１８の一方または両方の面に製造されてもよい。通路４６は、第１と第２のガラスブロック１４、１８を通って延在し、第２の空洞４２で終端する。４つ以上のブロックを有する物品１０の例において、通路４６は、それらのブロックのいくつを通って延在してもよいことが理解されよう。通路４６は、円形、正方形、星形、または他の多角形の断面形状を有してもよい。通路４６は、約０．１ｍｍと約１０ｍｍの間の直径または最長断面長さを有することがある。通路４６の断面サイズおよび／または形状は、第１と第２のガラスブロック１４、１８の各々の中の通路４６の長さに亘り変動しても、または第１と第２のガラスブロック１４、１８の間で異なってもよい。図示された例において、通路４６は、第１と第２のガラスブロック１４、１８に亘り画成された実質的に直線形状であるが、代わりの例において、通路４６の各セクションは、異なる位置に画成されてもよい。言い換えると、通路４６の各部分は、垂直に積み重ねられていないこともある。複数の通路４６がガラス物品１０によって形成されることがある。通路４６は、第１と第２のガラスブロック１４、１８から、ドリルで穴開けされる、エッチングされる、および／またはレーザアブレーションされることがある。通路４６は、物品１０の組立て前、または組立て後、第１と第２のガラスブロック１４、１８の各々に形成してよい。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、破片を除去するために、通路４６の成形後にクリーニングされることがある。
【００２１】
ここで図３Ａ〜Ｃを参照すると、第１と第２のガラスブロック１４、１８の各々が、界面シーム２２に近接してリップ５４を画成することがある。リップ５４の各々は、第１と第２のガラスブロック１４、１８の各々よりも薄い断面を有する小さい突出であることがある。リップ５４は、面取りされていても、テーパーであっても、リップ５４の全体の熱容量を減少させるであろう他の形状を画成してもよい。界面シーム２２の溶接中に、リップ５４は、互いに溶融されて空洞２６を封着することがある。リップ５４を使用することは、リップ５４の小さい特性により、界面シーム２２を溶融し溶接するのに必要なエネルギーの量が減少するであろうという点で都合よいであろう。言い換えると、リップ５４は、界面シーム２２に近接した第１と第２のガラスブロック１４、１８のエッジよりも速く溶けるであろうから（すなわち、熱が中に消散するであろう体積が小さいために）、リップ５４を使用すると、使用されるエネルギーの量が減少し、界面シーム２２を封着するのに要する時間が減少するであろう。
【００２２】
ここで図４を参照すると、界面シーム２２が溶接され、真空継手３０が物品１０に連結された後、物品１０が真空システム６０に連結される。図示された例において、真空システム６０は、圧力センサ６４、真空ポンプ６８および随意的なガス源７２を備えている。真空ポンプ６８は、物品１０内（例えば、空洞２６および／または第２の空洞４２内）から気体（例えば、大気気体および／またはプロセスガス）を除去するように構成されている。先に説明したように、物品１０内に存在する、ガラスブロック１４、１８内の溶解度が低い気体は、物品１０内に気泡および他の欠陥をもたらすことがある。真空ポンプ６８は、空洞２６および／または第２の空洞４２内の絶対圧が約２０トール（約２６６０Ｐａ）以下、１０トール（約１３３０Ｐａ）以下、５トール（約６６５Ｐａ）以下、４トール（約５３３Ｐａ）以下、３トール（約４００Ｐａ）以下、２トール（約２６６Ｐａ）以下、１トール（約１３３Ｐａ）以下、０．１トール（約１３．３Ｐａ）以下、０．０１トール（約１．３３Ｐａ）以下、０．０００１トール（約０．０１３Ｐａ）以下、または約１×１０−５トール（約０．００１３Ｐａ）以下となるように、空洞２６および／または第２の空洞４２内を真空に引くことができる。真空は、室温でまたは高温で引かれてもよい。例えば、真空は、約５０℃以上、７５℃以上、１００℃以上、１２５℃以上、１５０℃以上、１６０℃以上、１７０℃以上、１８０℃以上、１９０℃以上、２００℃以上、２２５℃以上、２５０℃以上、３００℃以上、または約４００℃以上の温度で引かれることがある。
【００２３】
圧力センサ６４は物品１０内の圧力（すなわち、真空）を検出することができる。様々な例によれば、圧力センサ６４は、一旦所定の圧力に到達したら、真空ポンプ６８を始動および／または停止させるように構成されることがある。
【００２４】
ガス源７２は、物品１０に流体連結されており、空洞２６および／または第２の空洞４２に気体を供給するように構成されている。ガス源７２からのガスは、水素、ヘリウム、物品１０の材料内の溶解度が高い気体、および／またはその組合せであることがある。ガス源７２からのガスは、真空ポンプ６８が空洞２６および／または第２の空洞４２内を真空に引く前、最中、および／または引いた後に、物品１０中に注入、または「埋め戻し」することができる。そのガスは、約５０トール（約６６５０Ｐａ）以上、１００トール（約１３．３ｋＰａ）以上、２００トール（約２６．６ｋＰａ）以上、３００トール（約４０ｋＰａ）以上、４００トール（約５３．５ｋＰａ）以上、５００トール（約６６．５ｋＰａ）以上、または約１０００トール（約１３３ｋＰａ）以上の圧力まで埋め戻されることがある。例えば、真空ポンプ６８は、物品１０内を真空に引き、物品１０にガスを埋め戻し、次いで、再び真空に引くことができる。別の例では、物品１０内の大気気体がそのガスによって完全に置き換えられるように真空に引かれている間に、ガスを供給することがある。物品１０中へのガスのフラッシング、埋め戻し、および／または注入は、物品１０から、そのガスよりも物品１０中への溶解度が低いであろう、大気気体を流し出すように働くことができる。ガス源７２からのガスは、物品１０の材料中の高い溶解度を有することができるので、そのガスは、物品１０の材料中に拡散し、これにより、空洞２６および／または第２の空洞４２が高真空を維持することができる。ガス源７２を使用することは、物品１０内に存在する非可溶性気体の量を減少させる上で都合よく、このことは、転じて、物品１０内の気泡および他の欠陥の形成を減少させるであろう。
【００２５】
真空継手３０は、真空ポンプ６８が真空に引いている間、またはガス源７２がガスを供給している間に、焼き離される(torch-off)ことがある。真空継手３０の焼き離しは、封着と切断が同時に行われるように真空継手３０の一部を加熱することを含むことがある。このようにして真空継手３０を切断し封着することによって、継手３０は、物品１０内に真空および／またはガスをまだ維持しながら、封着される。物品１０の封着により、空洞２６および／または第２の空洞４２の真空または清浄度を損なわずに、物品１０を輸送することができる。ここに与えられた教示から逸脱せずに、真空継手３０を様々な様式で封着してよいことが理解されよう。
【００２６】
物品１０は、真空に引かれ、物品１０が封着された後に加熱される。物品１０は、真空炉内および／または開放型空気炉内で加熱することができる。物品１０は、約１４００℃と約１８００℃の間の範囲内の温度に加熱されることがある。具体例において、その温度は約１５００℃または１５５０℃であることがある。物品１０は、毎時約１００℃超の速度で加熱してよい。様々な例によれば、物品１０は、毎分約１０℃ほど速い速度で加熱されることがある。物品１０は、約５分、１０分、２０分、３０分、４０分、５０分、１時間の期間に亘り、または第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａが十分に互いに融合されるまで、炉内に維持されることがある。熱スケジュールは、第１および／または第２のガラスブロック１４、１８が失透する機会を最小にすべきである。物品１０は、第１と第２のガラスブロック１４、１８の粘度が減少するように加熱される。言い換えると、物品１０は、第１と第２のガラスブロック１４、１８を流動させ互いに溶融させるのに十分な温度に加熱される。物品１０は、約１０１２ポアズ以下、１０１１ポアズ以下、１０１０ポアズ以下、１０９ポアズ以下、または約１０８ポアズ以下の粘度を生じる温度に加熱されるべきである。物品１０の粘度は、約１０４ポアズ以上、１０５ポアズ以上、１０６ポアズ以上または１０７ポアズ以上であることがある。第１と第２のガラスブロック１４、１８の粘度が減少するにつれて、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、封着面で互いに接触し、結合し始める。このように、空洞２６は、第１と第２のガラスブロック１４、１８が互いに融合するときに、無くなるであろう。言い換えると、第１と第２のガラスブロック１４、１８は互いに融合される。融合後、ガラスブロック１４、１８は、アニール処理が行われる温度に急冷されることがある。
【００２７】
ここで図５を参照すると、ガラス物品１０を形成する例示の方法９０が示されている。方法９０は、第１と第２のガラスブロック１４、１８の第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａを研削および研磨する工程９４から始まる。先に説明したように、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、約２００以上のグリットを使用して、研削および研磨される。第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａの研削および研磨は、第１と第２のガラスブロック１４、１８が最適に融合される可能性を増加させる滑らかな表面を作ることと、破片を除去することの両方で都合よいであろう。さらに、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａの研削および研磨は、物品１０から引き出す必要にある気体の体積が減少し、プロセスの運転時間も減少するように、空洞２６の最終的なサイズを減少させるであろう。
【００２８】
次に、第１と第２のガラスブロック１４、１８をクリーニングする工程９８が行われる。先に説明したように、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、塩基性と酸性の洗浄溶液の組合せを使用してクリーニングすることができる。塩基性溶液は約１０以上のｐＨを有することがあり、酸性溶液は約４以下のｐＨを有することがある。脱イオン水中の濯ぎは、塩基性溶液と酸性溶液の使用前、使用中、および使用後に行ってよい。さらに、脱イオン水並びに塩基性および酸性溶液と共に、機械的撹拌機および超音波撹拌機を使用してもよい。先に説明したように、第１と第２のガラスブロック１４、１８の少なくとも一方を通って延在する通路４６の形成は、第１と第２のガラスブロック１４、１８のクリーニングの前または後に行ってよい。
【００２９】
次に、第２のガラスブロック１８の第２の接合面１８Ａ上に第１のガラスブロック１４の第１の接合面１４Ａを配置して、界面シーム２２を画成する工程１０２が行われる。第１と第２のガラスブロック１４、１８は、お互いの上に配置しても、または適所にスライドさせてもよい。先に説明したように、第２のガラスブロック１８上に第１のガラスブロック１４を配置すると、約０ｍｍと約３０ｍｍの間の界面シーム２２に近接した張り出し部が生じることがある。
【００３０】
次に、界面シーム２２の大半の周りに第１と第２のガラスブロック１４、１８を互いに溶接して、内部空洞２６を画成する工程１０６が行われる。先に述べたように、界面シーム２２の溶接により、内部空洞２６が画成される。溶接された界面シーム２２は、大気気体が空洞２６に入るのを防ぐと同時に、輸送中に第１と第２のガラスブロック１４、１８を一緒に保持する。界面シーム２２を溶接する工程１０６は、ワンパスで行っても、断続パターン行ってもよい。さらに、先に説明したように、界面シーム２２は、真空継手３０を連結できる１つ以上の開口部３４を画成することがある。
【００３１】
次に、真空継手３０を第１と第２のガラスブロック１４、１８の少なくとも一方に連結する工程１１０が行われる。真空継手３０を界面シーム２２の開口部３４に連結する際に、気密嵌めを確実にするために、真空継手３０を第１と第２のガラスブロック１４、１８の一方または両方に連結することができる。さらに、継手３０を通路４６に連結する際に、継手３０を第１と第２のガラスブロック１４、１８の少なくとも一方に連結する。
【００３２】
次に、第１と第２のガラスブロック１４、１８の間の空洞２６を真空に引く工程１１４が行われる。先に説明したように、空洞２６内のガス圧が約５トール（約６６５Ｐａ）未満、または約１０−５トール（約０．００１３Ｐａ）未満であるように内部空洞２６および／または第２の空洞４２内が真空に引かれることがある。真空に引く工程中、または別の工程において、空洞２６に、ガス源７２からの、第１と第２のガラスブロック１４、１８内の溶解度を有するガスを埋め戻すことができる。真空に引き、空洞２６を埋め戻す作業を複数回繰り返してもよい。
【００３３】
次に、第１と第２のガラスブロック１４、１８を加熱して、その第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程１１８が行われる。第１と第２のガラスブロック１４、１８が加熱されると、ブロック１４、１８の粘度が減少し、空洞２６の真空と共に第１のガラスブロック１４の質量が、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａを引き寄せ、またはそれらを接触させ、互いに融合させることができる。別の例では、物品１０に圧力を印加して（例えば、錘またはアイソスタシーガス圧の形態で）、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａを一緒に押圧する。第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａは、研削され、研磨され、クリーニングされているので、空洞２６の真空下での第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａの融合により、含有物、気泡、境界のない領域および／またはその組合せを実質的にまたは完全に含まない封着面を有するガラス物品１０を製造することができる。
【００３４】
本開示によるガラス物品を形成する方法の使用は、様々な利点を提示するであろう。第一に、第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａが接する面の品質は、代用過程または従来の封着過程よりも欠陥が少ないであろう。詳しくは、ガス状含有物の量が大幅に減少するであろう。それに加え、単位面積当たりの固体含有物の量が、（１）制御されたクリーンな環境内にある間に空洞の厚さを最小にできること、（２）クリーンな環境内で第１と第２のガラスブロック１４、１８を互いに封着する能力、および（３）第１と第２の接合面１４Ａ、１８Ａが暴露される時間を最小にすること：の結果として減少するであろう。第二に、第１と第２のガラスブロック１４、１８が融合される温度を低下させる能力により、物品１０を形成する時間と費用が減少するであろう。例えば、典型的な超低膨張ガラスは、約１７００℃を超える温度を必要とするであろうが、本開示は、第１と第２のガラスブロック１４、１８をそれより低い温度（例えば、約１６００℃未満または約１５００℃未満）で互いに融合させることができる。より低い温度により、それほど専門でもないより安価なプロセス用機器を使用して、最小の歪みで第１と第２のガラスブロック１４、１８を封着することができる。第三に、本開示による方法を使用すると、ニアネットシェイプの物品１０を製造することができる。第四に、熱膨張係数が同程度の異なるタイプの材料をニアネットシェイプ形状の構造に組み立てることができる。一例として、不十分に研磨された低膨張材料に、うまく磨かれるが、理想的な膨張挙動を有さないであろう材料を被せることができる。第五に、本開示は、ガラスおよびガラスセラミック材料に関して記載されているが、金属部材の接合および融合にも等しく適用できる。
【００３５】
本開示の目的に関して、「連結された」という用語（その形態の全て：連結する、連結など）は、概して、互いに直接的または間接的な２つの部品の接合（電気的または機械的）を意味する。そのような連結は、事実上静止していても、事実上可動性であってもよい。そのような接合は、２つの部品（電気的または機械的）および任意の追加の中間部材が、互いにまたは２つの部品と１つの単一体として一体形成されることにより、達成されてもよい。特に明記のない限り、そのような接合は、事実上永久的であっても、事実上可動性または解放可能であってもよい。
【００３６】
例示の実施の形態に示されているように、本開示の要素の構造および配置は、説明のためだけであることに留意することも重要である。本発明の新たな考えのいくつかの実施の形態しか本開示に詳しく記載されていないが、本開示を検討した当業者には、新規の教示および列挙された主題の利点から実質的に逸脱せずに、多くの改変（例えば、サイズ、寸法、構造、形状、および様々な要素の比率、パラメータの値、取付配置、材料の使用、色、向きなどの変更）が可能であることが容易に認識されるであろう。例えば、一体成形されているように示された要素が多数の部品から構成されていてもよく、または多数の部品として示された要素が一体成形されていてもよく、界面の操作が逆にされてもまたは他に変更されてもよく、システムの構造および／または部材またはコネクタまたは他の要素の長さまたは幅が変えられてもよく、複数の要素の間に設けられた調節位置の性質または数が変えられてもよい。システムの要素および／またはアセンブリは、幅広い色、テクスチャ、および組合せのいずれかで、十分な強度または耐久性を提供する幅広い材料のいずれから構築してもよいことも留意すべきである。したがって、そのような改変の全てが、本発明の新たな考えの範囲内に含まれることが意図されている。本発明の新たな考えの精神から逸脱せずに、所望のおよび他の例示の実施の形態の設計、作動条件、および配置に、他の置換、改変、変更、および省略を行ってもよい。
【００３７】
本発明の教示を記載し、定義する目的のために、「実質的に」および「約」という用語は、任意の量的比較、値、測定、または他の表示の原因となり得る不確実さの固有の程度を表すためにここに使用されることに留意のこと。「実質的に」および「約」という用語は、量的表記が、問題の主題の基本機能の変化をもたらさずに、述べられた基準から変動するであろう程度を表すためにもここに使用される。
【００３８】
本発明の概念から逸脱せずに、上述した構造に変更および改変を行えることを理解すべきであり、さらにそのような概念は、以下の特許請求の範囲がその言語によって明白にそうではないと述べていない限り、これらの特許請求の範囲によって含まれることが意図されることを理解すべきである。
【００３９】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００４０】
実施形態１
ガラス物品を形成する方法において、
第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、
前記界面シームの大半の周りで前記第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方に真空継手を連結する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および
前記第１と第２のガラスブロックを加熱して、該第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程、
を有してなる方法。
【００４１】
実施形態２
前記真空継手を連結する工程が、前記第１と第２のガラスブロックの一方と実質的に同じ材料からなる真空継手を使用する工程を含む、実施形態１に記載の方法。
【００４２】
実施形態３
前記第１と第２の接合面の少なくとも一方を、約１０より高いｐＨを有する塩基性溶液でクリーニングする工程をさらに含む、実施形態１または２に記載の方法。
【００４３】
実施形態４
前記第１と第２の接合面の少なくとも一方を、約３より低いｐＨを有する酸性溶液でクリーニングする工程をさらに含む、実施形態３に記載の方法。
【００４４】
実施形態５
前記第１と第２のガラスブロックを配置する工程が、該第１のガラスブロックを第２のガラスブロック上に配置して、約０ｍｍと約３０ｍｍの間の幅を有する張り出し部を画成する工程をさらに含む、実施形態１から４いずれか１つに記載の方法。
【００４５】
実施形態６
前記空洞にガスを埋め戻す工程をさらに含む、実施形態１から５いずれか１つに記載の方法。
【００４６】
実施形態７
前記空洞を真空に引く工程が、該空洞を約５トール（約６６５Ｐａ）以下の圧力まで真空に引く工程をさらに含む、実施形態１から６いずれか１つに記載の方法。
【００４７】
実施形態８
前記第１と第２のガラスブロックの各々が、前記界面シームに近接して突出するリップを画成する、実施形態１から７いずれか１つに記載の方法。
【００４８】
実施形態９
ガラス物品を形成する方法において、
第１のガラスブロックを第２のガラスブロックに近接して配置して、界面シームを画成する工程、
前記界面シームの大半の周りで前記第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、内部空洞を画成する工程、
前記界面シームに真空継手を連結する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの間の空洞を真空に引く工程、および
前記第１と第２のガラスブロックを加熱して、該第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程、
を有してなる方法。
【００４９】
実施形態１０
前記空洞を真空に引く工程が、該空洞を約１０−５トール（約０．００１３Ｐａ）以下の圧力まで真空に引く工程をさらに含む、実施形態９に記載の方法。
【００５０】
実施形態１１
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該第１と第２のガラスブロックを約１４００℃と約１８００℃の間の範囲の温度に加熱する工程をさらに含む、実施形態９または１０に記載の方法。
【００５１】
実施形態１２
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該第１と第２のガラスブロックが約１０１０ポアズ以下の粘度を有するように該第１と第２のガラスブロックを加熱する工程をさらに含む、実施形態９から１１いずれか１つに記載の方法。
【００５２】
実施形態１３
前記界面シームに真空継手を連結する工程が、該界面シームの未溶接部分で行われる、実施形態９から１２いずれか１つに記載の方法。
【００５３】
実施形態１４
前記第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方が曲率を有する、実施形態９から１３いずれか１つに記載の方法。
【００５４】
実施形態１５
ガラス物品を形成する方法において、
第１のガラスブロックの第１の接合面を第２のガラスブロックの第２の接合面に近接して配置して、界面シームを画成する工程、
前記第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方を通って延在する通路を形成する工程、
前記界面シームの周りで前記第１と第２のガラスブロックを互いに溶接して、空洞を画成する工程、
前記通路に真空継手を連結する工程、
前記空洞内を真空に引く工程、および
前記第１と第２のガラスブロックを加熱して、該第１と第２のガラスブロックを互いに融合させる工程、
を有してなる方法。
【００５５】
実施形態１６
前記第１と第２のガラスブロックを第３のガラスブロックに連結する工程をさらに含む、実施形態１５に記載の方法。
【００５６】
実施形態１７
前記第１と第２のガラスブロックの少なくとも一方を研磨する工程をさらに含む、実施形態１５または１６に記載の方法。
【００５７】
実施形態１８
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該第１と第２のガラスブロックが約１０９ポアズ以下の粘度を有するように該第１と第２のガラスブロックを加熱する工程をさらに含む、実施形態１５から１７いずれか１つに記載の方法。
【００５８】
実施形態１９
前記第１と第２のガラスブロックを加熱する工程が、該前記第１と第２のガラスブロックを毎時約１００℃より速い速度で加熱する工程をさらに含む、実施形態１５から１８いずれか１つに記載の方法。
【００５９】
実施形態２０
前記第１と第２のガラスブロックを溶接する工程が、前記界面シームの全てを溶接する工程をさらに含む、実施形態１５から１９いずれか１つに記載の方法。
【符号の説明】
【００６０】
１０    ガラス物品
１４    第１のガラスブロック
１４Ａ    第１の接合面
１８    第２のガラスブロック
１８Ａ    第２の接合面
２２    界面シーム
２６    内部空洞
３０    真空継手
３０Ａ    開口
３４    開口部
３８    第３のガラスブロック
４２    第２の空洞
５４    リップ
６０    真空システム
６４    圧力センサ
６８    真空ポンプ
７２    ガス源
【図１Ａ】
2020504073.tif 000003
【図１Ｂ】
2020504073.tif 000004
【図１Ｃ】
2020504073.tif 000005
【図２】
2020504073.tif 000006
【図３Ａ】
2020504073.tif 000007
【図３Ｂ】
2020504073.tif 000008
【図３Ｃ】
2020504073.tif 000009
【図４】
2020504073.tif 000010
【図５】
2020504073.tif 000011
【国際調査報告】
2020504073.tif 000012
2020504073.tif 000013
2020504073.tif 000014
2020504073.tif 000015