JP6538662B2 - イオン交換ガラスを製造する方法および結果として得られた装置 - Google Patents

Description

関連出願

本出願は、２０１３年６月２５日に出願された米国特許出願第１３／９２６４６１号および２０１２年９月２６日に出願された米国特許出願第１３／６２６９５８号に優先権の恩恵を主張するものであり、その内容が、ここに全て引用される。

ここに開示された実施の形態は、イオン交換ガラス、特に、中程度の圧縮応力、圧縮層の深い深さ、および／または望ましい中央張力の特徴を備えたそのようなガラスを製造する方法に関する。

ガラス積層板は、建築用途、並びに自動車、鉄道車両、機関車および飛行機を含む、車両または輸送用途における窓および板ガラスとして使用できる。ガラス積層板は、手すりや階段におけるガラスパネルとして、および壁、柱、エレベータのかご、台所用の器具および他の用途のための装飾パネルまたはカバーとしても、使用できる。ここに用いたように、板ガラスまたは合わせガラス(laminated glass)構造は、窓、パネル、壁、筐体、看板または他の構造の透明、半透明(semi-transparent)、半透明(translucent)または不透明の部材である。建築および／または車両の用途に使用されるよくある板ガラスとしては、透き通った薄い色のついた合わせガラス構造が挙げられる。

従来の自動車用板ガラス構造物は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）中間膜と共に、２ｍｍ厚のソーダ石灰ガラスの２層からなるであろう。これらの積層構造物には、低コスト、および自動車用途と他の用途のための十分な耐衝撃性を含む、特定の利点がある。しかしながら、耐衝撃性が限られ、質量が重いために、これらの積層体は、通常、道路沿いの石、破壊者および他の衝撃物が衝突したときのより高い破壊確率およびそれぞれの車両のより低い燃料効率を含む、不十分な性能特徴を示す。

強度が重要な用途（上述した自動車用途など）において、従来のガラスの強度は、コーティング、熱的焼き戻し、および化学強化（イオン交換）を含むいくつかの方法によって向上することがある。熱的焼き戻しは、通常、厚い一枚ガラス板に使用され、典型的にガラス全厚の２０から２５％である、ガラス表面までの厚い圧縮層を形成するという利点を有する。しかしながら、不都合なことに、圧縮応力の大きさは、比較的小さく、典型的に１００ＭＰａ未満である。さらに、熱的焼き戻しは、約２ｍｍ未満などの比較的薄いガラスにとって次第に効果がなくなってくる。

対照的に、イオン交換（ＩＸ）技法は、表面で約１０００ＭＰａほども高い高レベルの圧縮応力を処理ガラスに生じることができ、極薄ガラスに適している。しかしながら、不都合なことに、イオン交換は、典型的におよそ数十マイクロメートル程度の比較的浅い圧縮層に限られる。高い圧縮応力により、非常に高い鈍的衝撃抵抗が生じることがあり、これでは、怪我を防ぐために特定の衝撃荷重でガラスが破損することが要求される、ＥＣＥ（国際連合欧州経済委員会）Ｒ４３頭部衝撃試験(Head Form Impact Test)などの自動車用途の特定の安全基準に合格しないであろう。従来の研究開発の労力は、耐衝撃性を犠牲にして、車両の積層板の制御されたまたは優先的な破壊に焦点を当ててきた。

従来の単一工程のイオン交換プロセスでは、深い圧縮層の深さ（ＤＯＬ）を達成するために長いイオン交換工程が使用されるかもしれないが、そのような長い期間では、ガラスの選択された砕けやすさの限界を超えて中央張力（ＣＴ）が上昇し、ガラスが望ましくなく砕けてしまう。一例として、実験によって、Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）Ｇｌａｓｓの４インチ×４インチ（約１０ｃｍ×約１０ｃｍ）×０．７ｍｍの板は、純粋なＫＮＯ₃中で長い単一工程イオン交換プロセス（４７５℃で８時間）が行われた場合、砕ける際に、望ましくない破砕（数多くの小片へのエネルギー破壊）を示すことが新たに発見された。実際に、約１０１μｍのＤＯＬが達成されたが、６５ＭＰａの比較的高いＣＴが生じ、これは、対象のガラス板の所望の砕けやすさの限界（４８ＭＰａ）より高かった。

さらに、取り付けられた自動車の板ガラス（イオン交換ガラスを使用した）に、ケイ砂、浮遊破片などの環境研磨材への曝露により約７５μｍほど深い外部擦り傷が生じることがあることが新たに発見された。この深さは、圧縮層の典型的な深さ（例えば、数十マイクロメートル）を超え、これはガラスの予期せぬ破砕をもたらすことがある。

上記に鑑みて、中程度の圧縮応力、深い圧縮層の深さ、および／または望ましい中央張力が重要な検討事項である、特定のガラス用途に対処するために、新たな方法および装置が必要とされている。

ここに記載された１つ以上の実施の形態によれば、方法および装置は、耐引掻き性および耐衝撃性を可能にする、イオン交換技法からの表面圧縮層を有する薄いガラス物品を提供する。このガラス物品は、比較的深い圧縮層の深さ（ＤＯＬ）を示し、環境損傷に対して耐性になる。特に、ガラス表面での圧縮応力（ＣＳ）は従来のイオン交換ガラスにおけるよりも低く、これにより、ガラスが自動車の衝撃安全基準（ＥＣＥ Ｒ４３頭部衝撃試験など）を合格でき、したがって、自動車の板ガラス用途に適している。

一例として、１つ以上の実施の形態は、中程度のＣＳおよび大きいＤＯＬを有する薄いガラスを得るためのイオン交換プロセスであって、（ｉ）イオン交換工程、および（ｉｉ）アニール工程を含むプロセスを含むことがある。

１つ以上の実施の形態によれば、方法および装置は、その表面に近接したガラス板内のイオンが溶融塩浴からのより大きいイオンと交換されるように、ガラス板を溶融塩浴中に第１の期間に亘り１つ以上の第１の温度で浸漬し、それによって、（ｉ）ガラス板の表面での初期圧縮応力（ｉＣＳ）、（ｉｉ）ガラス板内への圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）、および（ｉｉｉ）ガラス板内の初期中央張力（ｉＣＴ）を生じることによって、イオン交換プロセスを実施する工程を含む、１つ以上の処理を行うことによって、製品を提供するおよび／または製品をもたらす。前記処理はさらに、イオン交換プロセスが完了した後、初期圧縮応力（ｉＣＳ）、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）、および初期中央張力（ｉＣＴ）の少なくとも１つが変更されるように、第２の期間に亘り１つ以上の第２の温度にガラス板を昇温させることによって、ガラス板をアニールする工程をさらに含むことがある。

前記処理は、イオン交換プロセス中に、（ｉ）前記溶融塩浴がＫＯＮ₃を含むこと、（ｉｉ）前記１つ以上の第１の温度が約３７０〜５００℃の範囲内にあること、および（ｉｉｉ）第１の期間が、約８時間などの約４〜２４時間の範囲内にあること、の少なくとも１つをさらに提供することがある。

前記処理は、アニール工程中に、（ｉ）アニール工程が空気環境中で行われること、（ｉｉ）前記１つ以上の第２の温度が約４００〜５５０℃の範囲内にあること、および（ｉｉｉ）第２の期間が、約８時間などの約０．５〜２４時間の範囲内にあること、の少なくとも１つをさらに提供することがある。

前記処理は、イオン交換プロセス後に、前記初期圧縮応力（ｉＣＳ）が所定の値を超え、アニール工程後に、前記初期圧縮応力（ｉＣＳ）が、前記所定の値以下である最終圧縮応力（ｆＣＳ）に低下することをさらに提供することがある。

前記処理は、イオン交換プロセス後に、前記圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が所定の値未満であり、アニール工程後に、前記圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が、前記所定の値以上である圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）に上昇することをさらに提供することがある。

前記処理は、イオン交換プロセス後に、前記初期中央張力（ｉＣＴ）が所定の値を超え、アニール工程後に、前記初期中央張力（ｉＣＴ）が、前記所定の値以下である最終中央張力（ｆＣＴ）に低下することをさらに提供することがある。

前記処理は、前記初期圧縮応力（ｉＣＳ）が約５００ＭＰａ以上であり、前記最終圧縮応力（ｆＣＳ）が、約３５０ＭＰａ未満、または約３００ＭＰａ未満などの約４００ＭＰａ以下であることをさらに提供することがある。

前記処理は、前記圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が約７５μｍ以下であり、約４０μｍが典型的であり、前記圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）が約９０μｍ以上、または約８０μｍ以上であることをさらに提供することがある。

前記処理は、前記初期中央張力（ｉＣＴ）が前記ガラス板の選択された所望の砕けやすさの限界以上であり、前記最終圧縮応力（ｆＣＳ）が前記ガラス板の前記選択された砕けやすさの限界未満であることをさらに提供することがある。

一例として、ここに記載された１つ以上の実施の形態を使用して製造された装置は、（ｉ）約４００ＭＰａ以下、または約３５０ＭＰａ未満、または約３００ＭＰａ未満である、イオン交換が施された、前記ガラス板の表面での圧縮応力（ＣＳ）、（ｉｉ）約８０μｍ以上、または約９０μｍ以上である、前記ガラス板中の圧縮層の深さ（ＤＯＬ）、および（ｉｉｉ）前記ガラス板の選択された砕けやすさの限界未満である、該ガラス板内の中央張力（ＣＴ）を有するガラス板を含むことがある。

例示の実施の形態は、ＥＣＥ Ｒ４３頭部形態試験で評価した場合、確実に破砕するように、２つの層の表面圧縮応力レベルが適切となるように設計でき、製造できる、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスなどの、化学強化ガラスの少なくとも１つの層を有する軽量ガラス積層板を提供する。追加の実施の形態は、約２５０ＭＰａから約３５０ＭＰａ、好ましくは約３００ＭＰａの表面残留ＣＳを有し、少なくとも６０マイクロメートルのＤＯＬを有する、０．７ｍｍ厚の化学強化ガラスの２つの層を含み得る。次いで、これらの２つのガラス層は、以下に限られないが、０．８ｍｍ厚のポリビニルブチラールまたは他の高分子中間膜材料などの中間膜材料によって接合できる。

別の実施の形態は、第１のガラス層、第２のガラス層、および第１と第２のガラス層の中間にある少なくとも１つの高分子中間膜を有する積層構造を提供する。第１のガラス層は、約２５０ＭＰａと約３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および約６０μｍ超の圧縮応力の層の深さ（ＤＯＬ）を有する薄い化学強化ガラスから構成することができる。

さらに別の実施の形態は、第１のガラス層、第２のガラス層、および第１と第２のガラス層の中間にある少なくとも１つの高分子中間膜を有する積層構造を提供する。第１のガラス層は、約２５０ＭＰａと約３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および約６０μｍ超の圧縮応力の層の深さ（ＤＯＬ）を有する薄い化学強化ガラスから構成することができ、第２のガラス層は、約２５０ＭＰａと約３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および約６０μｍ超の圧縮応力のＤＯＬを有する薄い化学強化ガラスから構成することができる。

ここに開示され、論じられた実施の形態の他の態様、特徴、および利点は、添付図面と共に解釈されるここでの記載から、当業者に明白となるであろう。

説明目的のために、現在好ましい形態が図面に示されているが、ここに開示され、論じられた実施の形態は、図示された正確な配置および手段に制限されないことが理解されよう。
ここに開示された１つ以上の実施の形態にしたがって実施されることがある１つ以上の工程段階を示す流れ図 図１の工程段階の１つ以上が施されたガラス板の１つ以上の特徴における変化を示すグラフ 図１の工程段階の１つ以上が施されたガラス板の表面の圧縮応力における変化を示すグラフ 処理されていないガラス板と比べた、図１の工程段階の１つ以上が施されたいくつかのガラス板に関する破砕荷重における変化を示すグラフ 本開示のいくつかの実施の形態の断面図 本開示の追加の実施の形態の斜視図 本開示のいくつかの実施の形態の残留強度データを示すグラフ

以下の説明において、図面に示されたいくつかの図に亘り、同様の参照文字が同様のまたは対応する部品を指す。また、別記しない限り、「頂部」、「底部」、「外方」、「内方」などの用語は、便宜上の単語であり、制限用語と解釈すべきではないことも理解されよう。その上、群が、複数の要素およびその組合せの群の内の少なくとも１つを含むと記載されているときはいつでも、その群が、個別または互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつを含んでもよい、から実質的になってもよい、またはからなってもよいことも理解されよう。

同様に、群が、複数の要素およびその組合せの群の内の少なくとも１つからなると記載されているときはいつでも、その群が、個別または互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつからなってもよいことも理解されよう。別記しない限り、値の範囲は、列挙された場合、その範囲の上限と下限の両方を含む。ここに用いたように、単数の名詞は、別記しない限り、「少なくとも１つ」すなわち「１つ以上」を意味する。

本開示の以下の説明は、その実現のための教示およびその最良の現在公知の実施の形態として提供される。当業者には、本開示の有益な結果をまだ得ながら、ここに記載の実施の形態に多くの変更を行えることが認識されよう。本開示の所望の利益のいくつかは、本発明の開示の特徴のいくつかを選択することによって、他の特徴を使用せずに、得られることも明白であろう。したがって、当業者には、本開示の多くの改変および適用が、可能であり、特定の環境において望ましいことさえあり、本開示の一部であることが認識されよう。よって、以下の説明は、本開示の原理の説明として提供され、その制限ではない。

当業者には、ここに記載された例示の実施の形態への多くの変更が、本開示の精神および範囲から逸脱せずに可能であることが理解されるであろう。よって、その説明は、与えられた実施例に制限されることが意図されておらず、そのように解釈されるべきではなく、付随の特許請求の範囲およびその同等物により付与される保護の全範囲が許諾されるべきである。その上、本開示の特徴のいくつかを、他の特徴を対応して使用せずに、使用することも可能である。したがって、例示のまたは説明の実施の形態の先の記載は、その制限ではなく、本開示の原理を説明する目的のために提供され、その改変およびその置換を含んでもよい。

同様の番号が同様の要素を示している図面を参照して、ここに開示された１つ以上の実施の形態にしたがって実施できる１つ以上の工程段階を示す流れ図が、図１に示されている。

ここでの実施の形態は、比較的中程度の圧縮応力（ＣＳ）、比較的深い圧縮層の深さ（ＤＯＬ）、および／または中程度の中央張力（ＣＴ）などの特定の特徴を有する比較的薄いガラス板（約２ｍｍ以下程度）を製造するための１つ以上の新規のプロセスの応用を含む。このプロセスは、イオン交換できるガラス板の調製から始まる（工程１００）。イオン交換に関するガラス板の性質についての詳細が、後にここに論じられる。次に、ガラス板にイオン交換プロセスが施され（工程１０２）、その後、ガラス板にアニールプロセスが施される（工程１０４）。

イオン交換プロセス１０２は、以下の少なくとも１つを含んでよい：（ｉ）ＫＮＯ₃、好ましくは比較的純粋なＫＮＯ₃を含む溶融塩浴にガラス板を曝すこと、（ｉｉ）約４００〜５００℃の範囲内の１つ以上の第１の温度、および（ｉｉｉ）約８時間などの約４〜２４時間の範囲内の第１の期間。他の塩浴組成物が可能であり、そのような代替例を検討することは、当業者の技術レベルに含まれるであろうことに留意のこと。このイオン交換プロセスは、（ｉ）ガラス板の表面の初期圧縮応力（ｉＣＳ）、（ｉｉ）ガラス板中の圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）、および（ｉｉｉ）ガラス板内の初期中央張力（ｉＣＴ）を生じる。

一般に、イオン交換プロセス後、初期圧縮応力（ｉＣＳ）は、約５００ＭＰａ以上などの、所定の（または所望の）値を超えそうであり、典型的に、６００ＭＰａ以上に達し、あるガラスにおいて、ある処理プロファイル下で、１０００ＭＰａ以上に達することさえある。あるいは、および／または加えて、イオン交換プロセス後、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）は、約７５μｍ以下、またはあるガラスにおいて、ある処理プロファイル下で、さらに低い値などの、所定の（または所望の）値より小さくなりそうである。あるいは、および／または加えて、イオン交換プロセス後、初期中央張力（ｉＣＴ）は、約４０ＭＰａ以上、またはあるガラスにおいて、特に約４８ＭＰａ以上であることがある、ガラス板の選択された砕けやすさの限界を超えるなどの、所定の（または所望の）値を超えそうである。

初期圧縮応力（ｉＣＳ）が所望の値を超えることがある、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が所望の値より低いことがある、および／または初期中央張力（ｉＣＴ）が所望の値を超えることがあるという事実のために、このガラス板を使用して製造された最終製品においてある望ましくない特徴がもたらされることがある。例えば、初期圧縮応力（ｉＣＳ）が所望の値を超える（例えば、１０００ＭＰａに到達する）と、特定の状況下でのガラスの破砕が生じないかもしれない。そのようなことは直感に反しているかもしれないが、怪我を防ぐために特定の衝撃荷重でガラスが破損しなければならない自動車用ガラスの用途などの、ある状況では、ガラス板が壊れることが望まれることがある。

さらに、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が所望の値より小さい場合、ある状況下では、ガラス板は、望ましくない状況下で、予期せずに壊れることがある。実際に、典型的なイオン交換プロセスにより、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が約７０〜７５μｍ以下となり、これは、使用中にガラス板に発生することがあるかき傷、小さな窪み、へこみなどの深さよりも小さいであろう。例えば、我々の実験により、取り付けられた自動車用板ガラス（イオン交換ガラスを使用）は、ガラス板が使用されることのある環境内で、ケイ砂、浮遊破片などの研磨材への曝露のために、約７５μｍ以上ほどの深さに到達する外部かき傷を生じることがあることが発見された。この深さは、圧縮層の典型的な深さをかなり超えるであろうし、このため、使用中にガラスが予期せず多数片に砕かれることがある。

最後に、初期中央張力（ｉＣＴ）が、ガラスの選択された砕けやすさの限界に達するか超えるなどの、所望の値を超えた場合、ガラス板は、望ましくない状況下で、予期せずに壊れることがある。例えば、我々は実験により、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの４インチ×４インチ（約１０ｃｍ×約１０ｃｍ）×０．７ｍｍの板が、純粋なＫＮＯ₃中で長い単一工程イオン交換プロセス（４７５℃で８時間）が行われた場合、望ましくない破砕（破砕の際に、数多くの小片へのエネルギー破壊）が生じる性能特徴を示すことを発見した。約１０１μｍのＤＯＬが達成されたけれども、６５ＭＰａの比較的高いＣＴが生じ、これは、主題のガラス板の選択された砕けやすさの限界（４８ＭＰａ）よりも高かった。

しかしながら、１つ以上の実施の形態によれば、ガラス板にイオン交換を施した後、そのガラス板には、ガラス板を第２の期間に亘り１つ以上の第２の温度まで昇温させることによって、アニールプロセス１０４が施される。例えば、そのアニールプロセス１０４は、以下の少なくとも１つを含んでよい：（ｉ）そのプロセスが空気環境中で行われること；（ｉｉ）前記１つ以上の第２の温度が約４００〜５００℃の範囲内にあること；および（ｉｉｉ）前記第２の期間が、約８時間などの約４〜２４時間の範囲内にあること。このアニールプロセス１０４により、初期圧縮応力（ｉＣＳ）、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）、および初期中央張力（ｉＣＴ）の少なくとも１つが変わる。

例えば、アニールプロセス１０４後、初期圧縮応力（ｉＣＳ）は、前記所定の値以下である最終圧縮応力（ｆＣＳ）まで低下している。一例として、初期圧縮応力（ｉＣＳ）は、約５００ＭＰａ以上であることがあるが、最終圧縮応力（ｆＣＳ）は、約４００ＭＰａ以下、約３５０ＭＰａ以下、または約３００ＭＰａ以下であることがある。最終圧縮応力（ｆＣＳ）の目標は、より厚いガラスにおいては、より小さいｆＣＳが望ましく、より薄いガラスにおいては、より大きいｆＣＳが許容されることがあるので、ガラスの厚さの関数となることを留意すべきである。

その上、および／または代わりに、アニールプロセス１０４後、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）は、前記所定の値以上の圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）に増加している。一例として、圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）は約７５μｍ以下であることがあり、圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）は、１００μｍ以上などの約８０μｍまたは９０μｍ以上であることがある。

その上、および／または代わりに、アニールプロセス１０４後、初期中央張力（ｉＣＴ）は、前記所定の値以下である最終中央張力（ｆＣＴ）に減少していることがある。一例として、初期中央張力（ｉＣＴ）は、ガラス板の選択された砕けやすさの限界（約４０〜４８ＭＰａの間などの）以上であることがあり、最終中央張力（ｆＣＴ）は、ガラス板のその選択された砕けやすさの限界未満である。

アニール前の条件とアニール後の条件との間としてガラス板の上述した特徴を説明するために、図２を参照する。この図は、ガラス板におけるカリウムプロファイルの変化を示すグラフである。ガラス板は、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの４インチ×４インチ（約１０ｃｍ×約１０ｃｍ）×０．７ｍｍの板であり、これに、６時間に亘り４６０℃でＫＮＯ₃の溶融塩浴におけるイオン交換を施し、その後、６時間に亘り４５５℃で空気中のアニールを行った。Ａが付されたプロットは、イオン交換後であるが、アニールプロセス前のガラス板におけるカリウムプロファイルのシミュレーションを示している。Ｂが付されたプロットは、アニールプロセス後のガラス板におけるカリウムプロファイルのシミュレーションを示している。これらのカリウムプロファイルは、濃度（正規化単位）対μｍで表された拡散深さとして示されている。特に、アニールプロセス後に、表面濃度が著しく減少しており（圧縮応力における対応する減少）、拡散深さが増加している。

アニール前の条件とアニール後の条件との間としてガラス板の前記特徴の変化をさらに説明するために、図３を参照する。この図は、異なるアニール条件に施されたいくつかのガラス板の表面の圧縮応力（ＣＳ）の変化を示すグラフである。ガラス板は各々、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓから４インチ×４インチ（約１０ｃｍ×約１０ｃｍ）×０．７ｍｍの寸法に形成された。各板に、６時間に亘り４６０℃でＫＮＯ₃の溶融塩浴におけるイオン交換を施し、その後、６時間に亘り様々な温度で空気中のアニールを行った。様々なアニール温度は、３５０℃、３７５℃、４００℃、および４２０℃であった。各ガラス板は、イオン交換プロセス直後の約７６０ＭＰａの初期圧縮応力（ｉＣＳ）で始まった。しかしながら、アニールプロセス中、各ガラス板は、時間と温度の関数として、圧縮応力の低下を示し、ｉＣＳより著しく低い最終圧縮応力（ｆＣＳ）を生じた。

アニール前の条件とアニール後の条件との間としてガラス板の前記特徴の変化をさらにまた説明するために、図４を参照する。この図は、イオン交換を施し、その後、アニールを行ったいくつかのガラス板に関する破壊荷重の変化を示すグラフである。ガラス板は各々、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓから４インチ×４インチ（約１０ｃｍ×約１０ｃｍ）×０．７ｍｍの寸法に形成された。各板に、８時間に亘り４６５℃でＫＮＯ₃の溶融塩浴におけるイオン交換を施し、その後、５．５時間に亘り４６０℃で空気中のアニールを行った。ガラスに、研磨済みのリング・オン・リング破壊荷重の試験を行った。ベースラインが、１０枚の板引きされたままのガラス板の破壊特徴を示す、Ａと付されたプロットにより示されている。プロットＡは、７．１４４ｋｇの平均破壊荷重、０．４３５５の標準偏差、０．３３５のＡＤ値、および０．４３０のＰ値を示している。イオン交換後であるが、アニールを行っていない、１２枚のガラスを試験し、Ｃと付されたプロットに示されるように、１１１．３ｋｇの平均破壊荷重、８．７１３の標準偏差、０．３２１のＡＤ値、および０．４８２のＰ値を示すことが分かった。イオン交換とアニール後、１２枚のガラス板を試験し、Ｂと付されたプロットに示されるように、４８．７２ｋｇの平均破壊荷重、２．６８１の標準偏差、１．０８５のＡＤ値、および０．００５のＰ値を示すことが分かった。

イオン交換プロセスおよびアニールプロセスのパラメータの確立に対する一般手法によれば、各工程段階の条件は、ガラス表面での所望の圧縮応力（ＣＳ）、圧縮層の所望の深さ（ＤＯＬ）、および所望の中央張力（ＣＴ）に基づいて調節される。イオン交換工程において、時間と温度は、特定のＤＯＬに到達するための公知の実験応答モデルに基づいて選択される。その後、アニール工程の時間と温度が、圧縮応力（ＣＳ）、圧縮層の深さ（ＤＯＬ）、および中央張力（ＣＴ）の所望の最終値を達成するために選択される。空気アニールプロセスは、一般に、より単純な資本設備および減少した消耗品費のために、イオン交換プロセスよりも費用がかからないので、イオン交換対アニールのそれぞれの時間パラメータと温度パラメータは、スループットおよび費用を最適化するために釣り合わせることができる。

実施例１
第１の実施例において、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ（コード２３１８）の４インチ×４インチ（約１０ｃｍ×約１０ｃｍ）×０．７ｍｍのガラス板に、６時間に亘り４６０℃で１００％のＫＮＯ₃の溶融塩浴におけるイオン交換を施し、その後、６時間に亘り４５５℃で空気中のアニールを行った。

イオン交換後であるがアニール前に、ガラス板は、約６２０ＭＰａの初期圧縮応力（ｉＣＳ）および約７１．５μｍの圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）を示した。このｉＤＯＬは最終物品において望ましいであろうよりも低かったが、ここに論じた実施の形態によれば、ＤＯＬは、アニールプロセス中に増加するであろうことが知られていた。イオン交換プロセスの温度は、製造スループットに関して妥当な時間でｉＤＯＬの目標に到達するように選択したが、その薬浴の分解を制限するために４８０℃未満にした。圧縮層の深さ（ＤＯＬ）は、ＦＳＭ−６０００または同等物などを使用して、ガラスの屈折率から測定してもよいことに留意すべきである。内部応力が圧縮から張力に変化する深さとして定義される、物理的性能に関するいわゆる「真のＤＯＬ」は、全てではなくともほとんどのガラスについては、それより浅いようである。

イオン交換後であるがアニール前に、ガラス板は、最終製品において望ましいよりも低く、より浅いｉＤＯＬまでイオン交換されたガラス板において達成されるであろうよりも低い初期圧縮応力（ｉＣＳ）を示した。しかしながら、このｉＣＳは、まだかなりの値、すなわち、この実施例において約６２０ＭＰａであった。上述したように、イオン交換プロセスの温度は、ｉＤＯＬの目標に到達するように選択したが、そのような選択はｉＣＳにも影響を与え、したがって、そのような選択は、プロセスパラメータを設定する上での検討事項となることがあることに留意すべきである。

イオン交換後であるがアニール前に、ガラス板は、比較的高い中央張力（ｉＣＴ）を示し、これは、最終物品において望ましいよりも高かった。しかしながら、ＣＴは、アニールプロセス中に減少するであろうことが分かっていた。ｉＣＴはこの実施例において約５６ＭＰａであった。そのような高いＣＴ（ガラスの選択された砕けやすさの限界を超える）では、傷がＤＯＬを貫通した場合、ＣＴからの蓄積エネルギーのために、ガラスが砕けるであろう。特定の最小ＣＴより高いと、破損したガラスの小片数はＣＴ⁴に比例し、よって、高いＣＴは望ましくないであろうことが示された。多数片への破砕に関する臨界ＣＴは、ガラスの厚さにより変動する。コード２３１８ガラスの０．７ｍｍ厚のガラス板において、４８ＭＰａ未満のＣＴでは、１つの鋭い傷からは多数の小片には破砕しないことが実験により分かった。上述したように、イオン交換プロセスの温度は、ｉＤＯＬの目標に到達するように選択したが、そのような選択はｉＣＴにも影響を与え、したがって、そのような選択は、プロセスパラメータを設定する上での検討事項となることがあることに留意すべきである。

特に、中央張力（ＣＴ）は、破損挙動を決定する上での支配的な要因である。ＣＴは、しばしば、ＣＴ＝（ＣＳ^＊ＤＯＬ）／（Ｌ−２^＊ＤＯＬ）と近似され、式中、Ｌはガラスの厚さである。この近似は、アニールプロセス中に、ＤＯＬが増加し、濃度プロファイルが漸進的に変化するにつれて、次第に不正確になる。中央張力（ＣＴ）のより正確な測定は、その部品内の全応力がゼロになるのに必要な内部応力である。

上述したように、ポストイオン交換アニールプロセスは、ｉＣＳおよびｉＣＴを低下させつつ、ｉＤＯＬを増加させる働きをする。４５５℃での６時間のアニール後、最終圧縮応力（ｆＣＳ）は約２２７ＭＰａであり、圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）は約１００μｍであり、最終中央張力（ｆＣＴ）は４２ＭＰａであった。アニールプロセスの時間は、製造スループット条件を釣り合わせるために、イオン交換期間と等しくした。温度は、約１００μｍの圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）、および約４８ＭＰａ未満の最終中央張力（ｆＣＴ）を達成するように選択した。特定の温度は、シミュレーションまたは試行錯誤により推測してもよい。最終圧縮応力（ｆＣＳ）は、未処理のまたは熱的に焼き戻されたガラスのものより高いままであり、結果として生じたｆＤＯＬは、自動車用板ガラスなどのある用途に典型的に見られる傷の深さよりも大きかった。それゆえ、数がｆＤＯＬを貫通した場合、低いｆＣＴは、ガラスの望ましくない破砕（これは、視覚を遮るか、またはガラス片を飛散させることがある）を防ぐはずである。ｆＣＳの低下により、ガラスが所望のレベルまで破損する荷重が低下する。

実施例２
第２の実施例において、「Ｃｏｒｎｉｎｇ」「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓ（コード２３１８）の１１００×５００ｍｍ×０．７ｍｍのいくつかのガラス板に、９．５時間に亘り４２０℃で１００％のＫＮＯ₃の溶融塩浴におけるイオン交換を施した。これにより、各ガラス板に、約６３０ＭＰａの初期圧縮応力（ｉＣＳ）および約５７μｍの圧縮層の初期深さ（ｉＤＯＬ）が生じた。ガラス板の内の２枚はアニールせず、ＰＶＢを使用して互いに貼り合わせた。ガラス板の内の１０枚を、１０時間に亘り４２０℃で空気中においてアニールし、この１０枚の板の対を、ＰＶＢを使用して互いに貼り合わせた。このアニールにより、各ガラス板において、約２９０ＭＰａの最終圧縮応力（ｆＣＳ）および約９２μｍの圧縮層の最終深さ（ｆＤＯＬ）が生じた。

それぞれの積層構造に、自動車の衝撃安全基準試験、すなわち、ＥＣＥ（国際連合欧州経済委員会）Ｒ４３頭部衝撃試験を行った。この試験は、１０Ｋｇの木製頭部を１．５メートルの高さから各積層構造に落下させる工程を含む。この試験に合格するには、積層構造は撓んで砕け、ほぼ衝撃地点を中心とする多数の円形クラックを示さなければならない。アニールプロセスが行われなかった積層構造は高強度（高いｉＣＳ）であるために、この構造は、試験中に限度内で壊れ損なった。しかしながら、アニールプロセスを行った５つの積層構造の各々は、指定限界内で破砕し、規制試験に合格した。

ここに記載されたプロセスにより、表面圧縮層を備えた薄いガラス物品を形成することができ、非強化ガラスを上回る高い残留強度と耐衝撃性が可能になる。ガラス表面での最終圧縮応力（ｆＣＳ）は、従来のイオン交換におけるよりも低く、そのため、このガラスは、このことが望ましい用途において、最大強度および砕けやすさの限界に合格することができる。しかしながら、このガラスは、圧縮層の深い最終深さ（ｆＤＯＬ）も維持し、そのガラスは、環境損傷に耐性となる。

ここに記載されたプロセスは、幅広い用途に適しているであろう。特に興味深い用途の１つは、自動車用板ガラス用途であり、このプロセスにより、自動車の衝撃安全基準に合格できるガラスを製造することができる。他の用途は、当業者により特定されるであろう。

図５は、本開示のいくつかの実施の形態の断面図である。図６は、本開示の追加の実施の形態の斜視図である。図５および６を参照すると、例示の実施の形態は、上述したように、熱処理され、イオン交換され、アニールされた、化学強化ガラス、例えば、「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓの２層を含むことができる。例示の実施の形態は、約３００ＭＰａの表面圧縮または圧縮応力および約６０マイクロメートル超のＤＯＬを有することができる。好ましい実施の形態において、積層板１０は、１．０ｍｍ以下の厚さを有し、６０マイクロメートル超のＤＯＬで約２５０ＭＰａから約３５０ＭＰａの残留表面ＣＳレベルを有するガラスの外層１２から構成することができる。別の実施の形態において、外層１２のＣＳレベルが約３００ＭＰａであることが好ましい。この積層板１０は、高分子中間膜１４、およびこれもまた１．０ｍｍ以下の厚さを有し、６０マイクロメートル超のＤＯＬで約２５０ＭＰａから約３５０ＭＰａの残留表面ＣＳレベルを有するガラスの内層１６も備えている。別の実施の形態において、内層１６のＣＳレベルが約３００ＭＰａであることが好ましい。１つの実施の形態において、中間膜１４は約０．８ｍｍの厚さを有して差し支えない。例示の中間膜１４は、以下に限られないが、ポリビニルブチラールまたは他の適切な高分子材料を含み得る。追加の実施の形態において、外層１２および／または内層１６の表面のいずれも、外部衝撃事象に対する耐久性を改善するために、酸エッチングすることができる。例えば、１つの実施の形態において、外層１２の第１の表面１３は酸エッチングされている、および／または内層の別の表面１７は酸エッチングされている。別の実施の形態において、外層の第２の表面１５は酸エッチングされている、および／または内層の別の表面１９は酸エッチングされている。このように、そのような実施の形態は、従来の積層構造よりも実質的に軽く、規制衝撃要件に適合する積層構造を提供できる。

本開示の別の実施の形態において、例示の積層構造を構築するために、薄いが高強度のガラスを少なくとも１つの層、使用することができる。そのような実施の形態において、例示の積層板１０のガラスの外層１２および／または内層１６に、化学強化ガラス、例えば、「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓを使用することができる。別の実施の形態において、ガラスの内層１６は、従来のソーダ石灰ガラス、アニールガラスなどであって差し支えない。外層１２および／または内層１６の例示の厚さは、０．５５ｍｍから１．５ｍｍから２．０ｍｍ以上の厚さに及んで差し支えない。その上、外層１２と内層１６の厚さは、積層板１０において異なっても差し支えない。例示のガラス層は、その全てがここに引用される、米国特許第７６６６５１１号、同第４４８３７００号、および同第５６７４７９０号の各明細書に記載されているように、フュージョンドロー法、次いで、そのような板引きガラスを化学強化することにより製造できる。このように例示のガラス層１２、１６は、ＣＳの深いＤＯＬを有することができ、高い曲げ強度、耐引掻性および耐衝撃性を示すことができる。例示の実施の形態は、耐衝撃性を増加させるために、酸エッチングまたは火炎処理された表面を含んで差し支えなく、そのような表面の強度は、これらの表面上の傷のサイズと程度を減少させることによって増加する。積層の直前にエッチングされた場合、エッチングまたは火炎処理の強化利益は、中間膜に結合された表面上で維持することができる。

本開示の１つの実施の形態は、第１のガラス層、第２のガラス層、および第１と第２のガラス層の中間にある少なくとも１つの高分子中間膜を有する積層構造に関する。この第１のガラス層は、約２５０ＭＰａと約３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および約６０μｍ超のＣＳの層の深さ（ＤＯＬ）を有する薄い化学強化ガラスから構成することができる。別の実施の形態において、前記第２のガラス層は、約２５０ＭＰａと約３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および約６０μｍ超のＣＳの層の深さ（ＤＯＬ）を有する薄い化学強化ガラスから構成することができる。第１および／または第２のガラス層の好ましい表面圧縮応力は約３００ＭＰａであり得る。いくつかの実施の形態において、第１および／または第２のガラス層の厚さは、１．５ｍｍ以下の厚さ、１．０ｍｍ以下の厚さ、０．７ｍｍ以下の厚さ、０．５ｍｍ以下の厚さ、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの範囲内の厚さ、約０．５ｍｍから約０．７ｍｍの厚さであり得る。もちろん、第１と第２のガラス層の厚さおよび／または組成は、互いに異なっても差し支えない。その上、前記中間膜の反対の第１のガラス層の表面は酸エッチングされても差し支えなく、その中間膜の隣接する第２のガラス層の表面は酸エッチングされても差し支えない。例示の高分子中間膜は、以下に限られないが、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリカーボネート、遮音ＰＶＢ、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、イオノマー、熱可塑性材料、およびそれらの組合せなどの材料を含む。

本開示の別の実施の形態は、第１のガラス層、第２のガラス層、および第１と第２のガラス層の中間にある少なくとも１つの高分子中間膜を有する積層構造に関する。この第１と第２のガラス層は、約２５０ＭＰａと約３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および約６０μｍ超の圧縮層の深さ（ＤＯＬ）を有する薄い化学強化ガラスから構成することができる。第１および／または第２のガラス層の好ましい表面圧縮応力は約３００ＭＰａであり得る。いくつかの実施の形態において、第１および／または第２のガラス層の厚さは、１．５ｍｍ以下の厚さ、１．０ｍｍ以下の厚さ、０．７ｍｍ以下の厚さ、０．５ｍｍ以下の厚さ、約０．５ｍｍから約１．０ｍｍの範囲内の厚さ、約０．５ｍｍから約０．７ｍｍの厚さであり得る。もちろん、第１と第２のガラス層の厚さは、互いに異なっても差し支えない。その上、前記中間膜の反対の第１のガラス層の表面は酸エッチングされても差し支えなく、その中間膜の隣接する第２のガラス層の表面は酸エッチングされても差し支えない。別の実施の形態において、前記中間膜と接触している第１のガラス層の表面は酸エッチングされても差し支えなく、その中間膜の反対の第２のガラス層の表面は酸エッチングされても差し支えない。例示の高分子中間膜は、以下に限られないが、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリカーボネート、遮音ＰＶＢ、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、イオノマー、熱可塑性材料、およびそれらの組合せなどの材料を含む。

自動車乗員への衝突損傷の損傷レベルに関する懸念のために、自動車用板ガラス製品に、比較的破損しやすいことが要求されている。例えば、ＥＣＥ Ｒ４３改正２において、積層板に内部物体（衝突中の乗員の頭部による）から衝撃が与えられたときに、その積層板は、その事象中にエネルギーを消散させ、乗員への怪我の恐れを最小にするように破砕すべきであるという要件がある。この要件のために、一般に、積層構造の両方の層として高強度ガラスを直接使用することが回避されている。大規模な頭部試験によって、約２５０ＭＰａから約３５０ＭＰａの、好ましくは約３００ＭＰａの残留表面圧縮応力を有し、各層について約０．７ｍｍのガラス厚を有する化学強化ガラスの層を１つ以上有する本開示の実施の形態による例示の積層構造が、常に、これのら試験の要件に適合することが見出された。

図６を引き続き参照すると、１．０ｍｍ以下の厚さを有し、約６０マイクロメートル超のＤＯＬで、約２５０ＭＰａから約３５０ＭＰａの残留表面ＣＳレベルを有するガラスの外層１２、高分子中間膜１４、およびこれも１．０ｍｍ以下の厚さを有し、約６０マイクロメートル超のＤＯＬで、約２５０ＭＰａから約３５０ＭＰａの残留表面ＣＳレベルを有するガラスの内層１６を有する別の例示の積層構造１０の実施の形態が示されている。図示されるように、積層構造１０は、平らであっても、もしくは成形されたガラスをフロントガラスまたは車両に使用される他のガラス構造に曲げることによって、三次元形状に形成しても差し支えない。

図７は、本開示のいくつかの実施の形態の残留強度データを示すグラフである。図７を参照すると、様々な荷重（３Ｎ、５Ｎ、７Ｎおよび１０Ｎ）でヌープ圧子により引っ掻いた後のガラスの単層のリング・オン・リングで測定した、残留強度データの箱ひげ図が示されている。このグラフは、例示のポストイオン交換およびアニールプロセスを使用して、上述したガラスの層における最終残留応力プロファイルを作成することによって、圧縮層の深さを延ばす利益の説明を提供する。図７は、様々な荷重レベル（３Ｎ、５Ｎ、７Ｎおよび１０Ｎ）で先端がダイヤモンドのヌープ圧子により引っ掻かれたガラスの残留強度（リング・オン・リングにより測定）のプロットを提供する。ほぼＣＳ＝７００の残留表面応力レベルおよびＤＯＬ＝４５μｍを有する典型的なイオン交換した「Ｇｏｒｉｌｌａ」Ｇｌａｓｓは、１０Ｎの引っ掻きに耐えられず、一方で、ＣＳ＝３００およびＤＯＬ＝７０μｍを有するポストイオン交換ガラスは、そのような損傷に耐えた。このように、本開示の実施の形態は、車両の内側から衝撃が与えられたときに、所望の制御された破砕挙動を維持しながら、質量の減少を達成するために、従来の製品におけるよりも薄いガラス層を使用することができるであろう。

イオン交換に関するさらなる詳細−ガラス組成
上述したように、イオン交換ガラス工程およびアニール工程の条件は、ガラス表面での所望の圧縮応力（ＣＳ）、圧縮層の所望の深さ（ＤＯＬ）、および所望の中央張力（ＣＴ）を達成するために調節される。そのような特徴の全てが重要であるが、イオン交換工程は、特に、圧縮層の深さ（ＤＯＬ）に向けられる。

このイオン交換工程は、ガラス板を所定の期間に亘り溶融塩浴中に浸漬することによって行われ、その浸漬において、ガラス板内のその表面または表面近くにあるイオンが、例えば、その塩浴からの、より大きいイオンと交換される。一例として、溶融塩浴はＫＮＯ₃を含むことがあり、溶融塩浴の温度は約４００〜５００℃の範囲内にあることがあり、所定の期間は約４〜２４時間の範囲、好ましくは約４〜１０時間の間にあることがある。ガラス中により大きいイオンが取り込まれると、表面近くの領域に圧縮応力が生じることによって板が強化される。この圧縮応力を釣り合わせるために、ガラス板の中央領域内に、対応する引張応力が生じる。

さらに別の例として、ガラス板内のナトリウムイオンは、溶融塩浴からのカリウムイオンにより置換されることがあるが、ルビジウムまたはセシウムなどの、原子半径のより大きい他のアルカリ金属イオンが、ガラス板内のより小さいアルカリ金属イオンを置換してもよい。特定の実施の形態によれば、ガラス板内のより小さいアルカリ金属イオンはＡｇ⁺イオンにより置換されることがある。同様に、以下に限られないが、硫酸塩、ハロゲン化物などの他のアルカリ金属塩をイオン交換プロセスに使用してもよい。

ガラス網目構造が緩和し得る温度より低い温度で、より小さいイオンをより大きいイオンで置換すると、ガラス板の表面に亘り、応力プロファイルをもたらすイオン分布が生じる。入り込むイオンの体積がより大きいために、ガラスの表面に圧縮応力（ＣＳ）が、ガラスの中央領域に張力（中央張力、またはＣＴ）が生じる。この圧縮応力は、以下の近似の関係式により中央張力に関連付けられる：

式中、ｔはガラス板の全厚であり、ＤＯＬは、圧縮層の深さとも称される、交換の深さである。

前記ガラス板を製造するのに、いくつの特定のガラス組成物を使用してもよい。例えば、ここに記載した実施の形態に使用するのに適したイオン交換可能なガラスとしては、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスまたはアルカリアルミノホウケイ酸塩ガラスが挙げられるが、他のガラス組成物も考えられる。ここに用いたように、「イオン交換可能な」は、ガラスが、そのガラスの表面またはその近くに位置する陽イオンを、サイズがそれより大きいか小さい同じ価数の陽イオンと交換できることを意味する。

例えば、適切なガラス組成物は、ＳｉＯ₂、Ｂ₂Ｏ₃およびＮａ₂Ｏを含み、ここで、（ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃）≧６６モル％およびＮａ₂Ｏ≧９モル％である。ある実施の形態において、ガラス板は少なくとも６質量％の酸化アルミニウムを含む。さらに別の実施の形態において、ガラス板は、アルカリ土類酸化物の含有量が少なくとも５質量％であるように、１種類以上のアルカリ土類酸化物を含む。適切なガラス組成物は、いくつかの実施の形態において、Ｋ₂Ｏ、ＭｇＯ、およびＣａＯの内の少なくとも１つをさらに含む。特別な実施の形態において、ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ₂、７〜１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、９〜２１モル％のＮａ₂Ｏ、０〜４モル％のＫ₂Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および０〜３モル％のＣａＯを含んで差し支えない。

ハイブリッドガラス積層板を形成するのに適したさらに別の例のガラス組成物は、６０〜７０モル％のＳｉＯ₂、６〜１４モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＬｉ₂Ｏ、０〜２０モル％のＮａ₂Ｏ、０〜１０モル％のＫ₂Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ₂、０〜１モル％のＳｎＯ₂、０〜１モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、ここで、１２モル％≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦２０モル％、および０モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１０モル％である。

さらにまた別の例のガラス組成物は、６３．５〜６６．５モル％のＳｉＯ₂、８〜１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜３モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜５モル％のＬｉ₂Ｏ、８〜１８モル％のＮａ₂Ｏ、０〜５モル％のＫ₂Ｏ、１〜７モル％のＭｇＯ、０〜２．５モル％のＣａＯ、０〜３モル％のＺｒＯ₂、０．０５〜０．２５モル％のＳｎＯ₂、０．０５〜０．５モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、ここで、１４モル％≦（Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦１８モル％、および２モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦７モル％である。

別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６１〜７５モル％のＳｉＯ₂、７〜１５モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、９〜２１モル％のＮａ₂Ｏ、０〜４モル％のＫ₂Ｏ、０〜７モル％のＭｇＯ、および０〜３モル％のＣａＯを含む、から実質的になる、またはからなる。

特別な実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、アルミナ、少なくとも１種類のアルカリ金属およびいくつかの実施の形態において、５０モル％超のＳｉＯ₂、他の実施の形態において、少なくとも５８モル％のＳｉＯ₂、さらに他の実施の形態において、少なくとも６０モル％のＳｉＯ₂を含み、ここで、比（Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／Σ改質剤＞１であり、この比において、成分はモル％で表され、改質剤はアルカリ金属酸化物である。このガラスは、特別な実施の形態において、５８〜７２モル％のＳｉＯ₂、９〜１７モル％のＡｌ₂Ｏ₃、２〜１２モル％のＢ₂Ｏ₃、８〜１６モル％のＮａ₂Ｏ、および０〜４モル％のＫ₂Ｏを含み、から実質的になり、またはからなり、比（Ａｌ₂Ｏ₃＋Ｂ₂Ｏ₃）／Σ改質剤＞１である。

さらに別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラス基板は、６０〜７０モル％のＳｉＯ₂、６〜１４モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＢ₂Ｏ₃、０〜１５モル％のＬｉ₂Ｏ、０〜２０モル％のＮａ₂Ｏ、０〜１０モル％のＫ₂Ｏ、０〜８モル％のＭｇＯ、０〜１０モル％のＣａＯ、０〜５モル％のＺｒＯ₂、０〜１モル％のＳｎＯ₂、０〜１モル％のＣｅＯ₂、５０ｐｐｍ未満のＡｓ₂Ｏ₃、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ₂Ｏ₃を含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、１２モル％≦Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ≦２０モル％、および０モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０モル％である。

さらに別の実施の形態において、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、６４〜６８モル％のＳｉＯ₂、１２〜１６モル％のＮａ₂Ｏ、８〜１２モル％のＡｌ₂Ｏ₃、０〜３モル％のＢ₂Ｏ₃、２〜５モル％のＫ₂Ｏ、４〜６モル％のＭｇＯ、および０〜５モル％のＣａＯを含み、から実質的になり、またはからなり、ここで、６６モル％≦ＳｉＯ₂＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＣａＯ≦６９モル％、Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％、５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％、（Ｎａ₂Ｏ＋Ｂ₂Ｏ₃）≦Ａｌ₂Ｏ₃≦２モル％、２モル％≦Ｎａ₂Ｏ≦Ａｌ₂Ｏ₃≦６モル％、および４モル％≦（Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ）≦Ａｌ₂Ｏ₃≦１０モル％である。

利点
上述した実施の形態の１つ以上の利点として、以下の内の１つ以上が含まれることがある：非強化ガラスと比べて、改善された残留強度および耐衝撃性；ガラスの従来の熱的焼き戻しと比べて、比較的高い圧縮応力および薄ガラスとのより高い適合性；標準的な単一工程イオン交換技法と比べて、比較的深い圧縮層の深さ；および減少したサイクル時間および費用がそれほどかからない資本設備要件のために、従来の単一工程イオン交換プロセスと比べて、比較的深いＤＯＬを達成するための著しく安いコスト。例えば、混合アルカリ浴（例えば、５０％のＫＮＯ₃＋５０％のＮａＮＯ₃）における新規のイオン交換プロセスで、より安い加工費が達成される。特に、より低いＣＳを達成するために、ナトリウム含有浴を使用できるが、拡散速度が対応して減少するので、比較的深いＤＯＬに達する時間が著しく増加してしまう。

この記載は多くの詳細を含むことがあるが、これらは、その範囲の制限ではなく、むしろ、特定の実施の形態に特有なことがある特徴の説明と考えるべきである。個別の実施の形態の文脈でこれまで記載してきた特定の特徴は、１つの実施の形態において、組合せで実施してもよい。反対に、１つの実施の形態の文脈において記載された様々な特徴が、いくつかの実施の形態において別々に、または任意の適切な下位の組合せで、実施してもよい。さらに、特徴は、特定の実施の形態において機能するものと先に記載され、それ自体元から請求項に記載されてさえいるかもしれないが、請求項の組合せからの１つ以上の特徴は、ある場合には、その組合せから削除されてもよく、請求項の組合せは、下位の組合せまたは下位の組合せの変形に関してもよい。

同様に、操作が、特定の順序で図面に示されているが、これは、そのような操作が、図示された特定の順序または連続順序で行われること、または所望の結果を達成するために、図示された操作の全てが行われることを要求すると理解すべきではない。特定の環境において、並行作業および並列処理が都合よいこともある。

図に示された様々な構成および実施の形態により示されるように、イオン交換ガラスおよび結果として得られる装置を製造するための様々な方法が記載されてきた。

本開示の好ましい実施の形態が記載されてきたが、記載された実施の形態は、説明目的のためだけであること、および本発明の範囲は、同等物の完全な範囲が認められた場合、付随の特許請求の範囲のみにより定義されるべきであり、多くの改変および変更が、その精読によって当業者に必然的に想起されることが理解されよう。

１０ 積層板または積層構造
１２ 外層
１４ 中間膜
１６ 内層

Claims (9)

1. 積層構造において、
   第１のガラス層、
   第２のガラス層、および
   前記第１と第２のガラス層の中間にある少なくとも１つの高分子中間膜、
   を有し、
   前記第１のガラス層が、１．５ｍｍ以下の厚さ、８０μｍ以上の圧縮応力の層の深さ（ＤＯＬ）及び４８ＭＰａ未満の中央張力（ＣＴ）を有する化学強化ガラスから構成されており、
   前記第１のガラス層の前記表面圧縮応力が２５０ＭＰａと３５０ＭＰａの間である、積層構造。
2. 前記第２のガラス層が、２５０ＭＰａと３５０ＭＰａの間の表面圧縮応力および６０μｍ超の圧縮応力のＤＯＬを有する化学強化ガラスから構成されている、請求項１記載の積層構造。
3. 前記第１および第２のガラス層の厚さが、１．５ｍｍ以下の厚さ、１．０ｍｍ以下の厚さ、０．７ｍｍ以下の厚さ、０．５ｍｍ以下の厚さ、０．５ｍｍから１．０ｍｍの範囲内の厚さ、および０．５ｍｍから０．７ｍｍの厚さからなる群より選択される、請求項１記載の積層構造。
4. 前記第１および第２のガラス層の厚さが異なる、請求項１記載の積層構造。
5. 前記第１および第２のガラス層の組成が異なる、請求項１記載の積層構造。
6. 前記中間膜に隣接した前記第１のガラス層の表面が酸エッチングされている、請求項１記載の積層構造。
7. 前記中間膜の反対の前記第２のガラス層の表面が酸エッチングされている、請求項１記載の積層構造。
8. 前記高分子中間膜が、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリカーボネート、遮音ＰＶＢ、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、イオノマー、熱可塑性材料、およびそれらの組合せからなる群より選択される材料から構成されている、請求項１記載の積層構造。
9. 前記第２のガラス層が、４８ＭＰａ未満の中央張力（ＣＴ）を有する、請求項１記載の積層構造。