JP3172578U - ガラスセラミックスプレート、そのプレートを得る方法、そのプレートを含む表示装置およびそのプレートを含む調理機 - Google Patents
ガラスセラミックスプレート、そのプレートを得る方法、そのプレートを含む表示装置およびそのプレートを含む調理機 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】熱い領域が適切に認識することができるガラスセラミックスプレート、そのプレートを得る方法、そのプレートを含む表示装置およびそのプレートを含む調理機を提供する。
【解決手段】ガラスセラミックスプレート１は、プレート１に収容され、電磁放射を散乱できる導波路３を含む。実質的に長さ全体にわたって、前記導波路３は、前記ガラスセラミックスプレートの少なくとも一方の面と同じ高さであり、前記導波路３は、光源によって放射された光を集めることを意図した部分１１を所望により有することを特徴としてプレート１を形成する。また、前記導波路の屈折率が前記ガラスセラミックスの屈折率よりも、０．０１〜０．０６高いことが望ましい。
【選択図】図１
【解決手段】ガラスセラミックスプレート１は、プレート１に収容され、電磁放射を散乱できる導波路３を含む。実質的に長さ全体にわたって、前記導波路３は、前記ガラスセラミックスプレートの少なくとも一方の面と同じ高さであり、前記導波路３は、光源によって放射された光を集めることを意図した部分１１を所望により有することを特徴としてプレート１を形成する。また、前記導波路の屈折率が前記ガラスセラミックスの屈折率よりも、０．０１〜０．０６高いことが望ましい。
【選択図】図１
Description
本発明は、少なくとも１つの導波路を含み、ホブ（hob）として役に立つことを意図されたガラスセラミックスプレートに関する。このホブは、とくに、下にある加熱要素を覆うために設計される。その加熱要素は、ハロゲンもしくは放射加熱要素または誘導加熱要素であってもよい。また、本発明は、上記プレートの製造する方法および上記プレートを含む表示装置に関する。
ガラスセラミックスは、「ガラス母材」と呼ばれるガラスから作製される。その特定の化学組成が、「セラミックス化」熱処理と呼ばれる好適な熱処理によって、制御された結晶化を引き起こすことが可能になる。この特定の部分的に結晶化された構造がガラスセラミックスにユニークな特性を与える。セラミックス化処理の間、以下の段階：その上に結晶を形成することになる核が合体する核生成段階および結晶が形成し、その後、成長する結晶成長段階が一般的に観察される。
それぞれのセラミックス化のサイクルは、β−石英結晶相を結果として形成させる結晶成長保持ステップを含む。最終的なガラスセラミックス中の上記結晶および残りのガラス相の存在によって、ゼロかまたは全般的に非常に小さい熱膨張係数（熱膨張係数の絶対値は、一般に１５×１０-7／℃以下または５×１０-7／℃以下である）を得ることができる。β−石英結晶のサイズは、一般に非常に小さく、概して３０ナノメートルと７０ナノメートルとの間である。β−石英の結晶相は、可視光をあまり散乱させない。
さらに、ガラスセラミックスの散乱性の外観は、大部分は、主としてβ−スポジューメン結晶からなる別の結晶相の存在による。β−スポジューメン結晶の割合はセラミックス化のサイクルの数が多くなると、一般に増加する。
さらに、ホブと下にある加熱要素とを含む調理機は、以下のものを含む多くの規定を満たさなければならない。
− 安全の理由のために、プレート上の加熱領域がどこに配置されているかを認識できるようにしなければならない。
− 使用しやすくするために、使用者によって使用される加熱要素を覆っている領域が設けられている、ガラスセラミックスプレート上の正確な位置が容易にかつ直接見えることが好ましい。
− 安全の理由のために、プレート上の加熱領域がどこに配置されているかを認識できるようにしなければならない。
− 使用しやすくするために、使用者によって使用される加熱要素を覆っている領域が設けられている、ガラスセラミックスプレート上の正確な位置が容易にかつ直接見えることが好ましい。
最近開発されたガラスセラミックのホブの多くは、酸化バナジウムを使用して一般に着色された不透明のガラスセラミックスプレートである。酸化バナジウムは、溶融作業の前にガラス母材の原料バッチに添加される。そして、酸化バナジウムは、セラミックス化の後、バナジウムの還元による、とても深いブラウン〜オレンジの色を付与する。
上記ホブは、放射またはハロゲンの加熱要素が作動していないとき、使用者からそれらを見えないようにし、それらが発熱しているときには、使用者がまぶしくならないようにして、これらの要素を見えるようにし、熱いプレートに接触してやけどする危険性を減少させる。しかし、加熱要素のスイッチを入れたときと調理領域が見えるときとの間に遅れが生じることが多い。その結果、使用者は、食品を調理するための調理器具を置くべき領域がすぐに見えない。
さらに、可視光を放射しない誘導加熱要素を使用する場合は、上記のように熱い領域を見つかるようにすることはできない。この文脈の中では、ガラスセラミックスは、誘導要素が動作している間、直接加熱しないが、ガラスセラミックスプレートの表面における高温に加熱された調理用器具との接触によって、熱い領域が生じる。よって、器具がもはやプレート上に置かれていない場合も熱い領域を見えるようにすることは重要である。したがって、調理機がどこで動作中であるか、またはどこで動作中であったかを使用者に正確にかつ直接認識できるようにする表示を有することは絶対必要である。
また、ガラスセラミックホブの別のタイプは、高い伸びを経験している。すなわち、ガラスセラミックホブは、エナメルおよび／または塗料の少なくとも１層の層で、または薄い反射金属層で、一方の面が覆われている。通例は、上記コーティング（エナメルおよび／または塗料層および／または薄い金属層）は、たとえば、加熱要素を作動させるために必要な接続システムなどの目障りな下にある部分を隠すために、半透明および／または透明なプレート上に備えられる。上記エナメルおよび／または塗料層および／または薄い金属層は、プレートにおける、加熱要素に面することを意図された、「熱い面」と呼ばれる面に一般に適用される。これらの層は、動作中である加熱要素を気づかせるために、見えるようにしておかなければならない特定の領域を除いて、プレートの全部または一部を被覆してもよい。しかし、プレートが、加熱要素を含む、見栄えがよくない下にある部分をすべて完全に覆い隠せるようにするために、一方の面、好ましくは熱い面の表面全体を被覆できることが好ましい。とくに、ガラスセラミックスプレートが、エナメルまたは塗料層および／または薄い金属層をベースとする厚いコーティングを含む場合、および／またはこのコーティングが可視光を反射する場合、そのような覆い隠すことは、ついている放射および／またはハロゲン加熱要素が表示されるのを妨げる。この状態では、どこで、調理機が作動中であるか、または作動中であったかを使用者が正確かつ直接認識できるようにする付随の表示が絶対に必要である。
先行技術の上記の不利な点のすべてまたはいくつかを克服するために、本発明の対象の1つは、上記プレートに収容され、電磁放射を散乱できる少なくとも１つの導波路を含むガラスセラミックスプレートである。
好都合なことに、本発明によるガラスセラミックスプレートは、ガラスセラミックスホブとして使用するために調理機の上部に配置してもよい。
また、上記ガラスセラミックスプレートは、たとえば、家庭用オーブンのドアなどの他の用途に使用してもよい。
ガラスセラミックスプレートを構成する材料を、導波路を構成する材料で置き換えることによって、導波路は、ガラスセラミックスプレートの一部を占める。
本発明の文脈の中では、導波路は、導波路媒体が、それを含むガラスセラミックスの屈折率と異なる屈折率を有するシステムであり、導波路は、全反射させることによって電磁波を案内することを意図されている。好ましくは、導波路の屈折率は、ガラスセラミックスの屈折率よりも高い。本発明の文脈の中では、電磁放射波は、可視の（すなわち人間の目に見える）電磁波を好ましくは含む。
本発明は、ガラスセラミックスプレートの中の導波路は、可視光光源によって放射された光線の全反射による案内効果を得られるのみならず、導波路の全長さにわたって光が抽出され得ることを予期せず示した。光源は好適に選択されなければならない。光源の例は、本明細書の中に後で示される。放射の特性および導波路に関連する光源の位置は本発明の範囲内である。
発明者は、以下の両方のことが可能であることをとくに説明する。
− とくにβ−スポジューメン結晶の存在によるガラスセラミックスの光散乱特性を維持するように結晶格子の構造を過度に乱すことなくガラスセラミック中に導波路を作り出すこと。光は、導波路の全長さにわたって多かれ少なかれ均一に抽出される。導波路に注入された光は、従来の導波路の場合のように、導波路の中で反射した光が現れるところの領域を経て単に放出されるのではない。そして、
− 一般にゼロまたは非常に小さい熱膨張係数を維持しながら、すなわち、ホブと使用された場合にガラスセラミックスの耐熱衝撃特性が悪くならないようにしながら、ガラスセラミックス中に導波路を作り出すこと。
− とくにβ−スポジューメン結晶の存在によるガラスセラミックスの光散乱特性を維持するように結晶格子の構造を過度に乱すことなくガラスセラミック中に導波路を作り出すこと。光は、導波路の全長さにわたって多かれ少なかれ均一に抽出される。導波路に注入された光は、従来の導波路の場合のように、導波路の中で反射した光が現れるところの領域を経て単に放出されるのではない。そして、
− 一般にゼロまたは非常に小さい熱膨張係数を維持しながら、すなわち、ホブと使用された場合にガラスセラミックスの耐熱衝撃特性が悪くならないようにしながら、ガラスセラミックス中に導波路を作り出すこと。
上記の導波路システムのおかげで、光源から注入された可視光を散乱させることが可能になり、それにより、導波路の中にの局所的発光表示を得ることが可能になる。導波路全体の中の上記表示により、たとえばガラスセラミックスプレート上の熱くなりそうな領域の周りに局所的発光を作り出すために、大きなサイズを容易に照明することができる。
好ましくは、実質的に長さ全体にわたって、上記導波路は、ガラスセラミックスプレートの少なくとも一方の面と同じ高さである。そして、上記導波路は、光源によって放射された光を集めることを意図した部分を所望により有する。
導波路がその長さ全体にわたって、光を集める機能を実行できる場合、その長さ全体にわたって一方の面と同じ高さである導波路を含むプレートについて、導波路を照らすように設計された光源に対向して、光を集めることを実に専門とする部分がないことがわかり得る。また、導波路が現れる面は、層、たとえば薄い金属層などの反射層で被覆されるようにしてもよい。この場合、導波路は、導波路の中に光を注入できるようにするためにプレートの縁部に現れるように選択されてもよい。
もちろん、とくに、電磁波が導波路の中を全反射によって少なくとも部分的に伝播できるようにするようにする、導波路に対する光源の位置および向きは、本明細書の残りの部分で詳細に説明される。
用語「面」はプレートの大きな面の一方、すなわち、上面もしくは外面と呼ばれる、使用の状況で使用者に面するように意図された面と、熱い面、下面もしくは内面と呼ばれる、使用の状況で加熱要素に面するように意図された面とのどちらかの面を意味すると理解される。
プレートにおける、用語「縁部」は、小さい面の１つを示す。
好ましくは、光源によって放射された光を集めることを意図した上記導波路の部分を除いて、本質的に導波路のすべては、ガラスセラミックスプレートの本体の中に位置する。
この方法では、実質的に導波路全体はガラスセラミックスプレートの中であるにもかかわらず、外部環境、すなわち、プレートの外側、たとえば開放空気との界面を有する集光領域を経て光が直接入ることを可能にする。
導波路は、ガラスセラミックスプレートの容積の中に書き込まれるので、ガラスセラミックプレートの表面は、完全に平らである。これは、耐ひっかき性の点で、およびホブの掃除を容易にするためにとくに有利である。
好ましくは、光源によって放射された光を集めることを意図された導波路の部分は、ガラスセラミックプレートの縁部の１つに現れる。
したがって、プレートの縁部（厚さ）の１つにおける集光領域に対向して、光源を容易に配置することができ、この領域を通して光を注入することができる。
ガラスセラミックスプレートが、そのプレートの下にある加熱要素を備えた調理機の中に組み入れられたホブである場合、加熱要素に面するように配置されることを意図したガラスセラミックプレートの面に、光源によって放射された光を集めることを意図した導波路の部分が現れるのが好ましいかもしれない。
加熱要素は、好ましくは、放射もしくはハロゲン加熱要素および／または誘導加熱要素である。
参考として、導波路のヘイズは、５０％未満、好ましくは３０％未満、より好ましくは１０％未満である。導波路のヘイズは、好都合なことに、５％未満であり、０．１〜３％、より好ましくは０．２〜２％の範囲内であり、さらにより好ましくは０．４〜１％の範囲内である。
本発明の文脈では、用語「ヘイズ」は、光の散乱のレベルを意味し、入射光線の量に対する２．５°よりも大きく曲がった光の量のパーセントで表された割合として、ＡＳＴＭ Ｄ−１００３標準に準拠して規定される。光源は、ＣＩＥ標準光源Ｃである。
好ましくは、導波路の屈折率は、ガラスセラミックプレートの屈折率よりも０．０１〜０．０６高く、好ましくは０．０２〜０．０５高く、より好ましくは０．０２５〜０．０４０高く、さらにより好ましくは０．０３０〜０．０３７高い。
好ましくは、導波路の熱膨張係数は、ガラスセラミックスの熱膨張係数よりも０〜２０×１０-7／℃高く、好ましくは０〜１７×１０-7／℃、より好ましくは０〜１３×１０-7／℃、さらにより好ましくは０〜５×１０-7／℃高い。
また、導波路を規定するための上記パラメーター値のすべての組み合わせは、本発明の一部を形成する。
好ましくは、本発明によるガラスセラミックプレートは、重量％で表された、以下に規定された制限を伴う以下の成分を含む。
ＳｉＯ2 ６０〜８０％
Ａｌ2Ｏ3 １７〜２５％
Ｌｉ2Ｏ ２〜９％
ＺｎＯ ０〜３．５％
ＭｇＯ ０〜３％
ＢａＯ ０〜１．５％
ＴｉＯ2 １〜５．５％
ＺｒＯ2 ０〜３％
Ａｓ2Ｏ3 ０〜３％
ＳｉＯ2 ６０〜８０％
Ａｌ2Ｏ3 １７〜２５％
Ｌｉ2Ｏ ２〜９％
ＺｎＯ ０〜３．５％
ＭｇＯ ０〜３％
ＢａＯ ０〜１．５％
ＴｉＯ2 １〜５．５％
ＺｒＯ2 ０〜３％
Ａｓ2Ｏ3 ０〜３％
好都合なことに、成分は、以下に規定された制限内である。
ＳｉＯ2 ６５〜７５％
Ａｌ2Ｏ3 １９〜２２％
Ｌｉ2Ｏ ３〜７％
ＺｎＯ １〜２％
ＭｇＯ １〜２％
ＢａＯ ０〜１％
ＴｉＯ2 ２〜３．５％
ＺｒＯ2 １〜２％
Ａｓ2Ｏ3 ０．５〜１．５％
ＳｉＯ2 ６５〜７５％
Ａｌ2Ｏ3 １９〜２２％
Ｌｉ2Ｏ ３〜７％
ＺｎＯ １〜２％
ＭｇＯ １〜２％
ＢａＯ ０〜１％
ＴｉＯ2 ２〜３．５％
ＺｒＯ2 １〜２％
Ａｓ2Ｏ3 ０．５〜１．５％
本発明によるガラスセラミックスプレートの導波路は、イオン交換によって得られ得る。そして、好ましくは、導波路は、好都合なことに、本発明の文脈の中で上記に規定された組成を有するガラスセラミックスプレートで開始して、酸化銀Ａｇ2Ｏで酸化リチウムＬｉ2Ｏを選択的に交換することによって得られる。
イオン交換は、部分的に結晶化していてもよいガラスマトリックス中の金属酸化物の一部を形成する金属（とくにアルカリ金属）カチオンを交換することからなる。この目的のためにもっとも一般的に使用されている方法は、アルカリ金属カチオンＬｉ+、Ｎａ+、Ｋ+などのガラス基材のカチオンを、より高い分極率を有する他のイオン、とくにＡｇ+、Ｔｌ+イオンに、イオン交換することによって行われる。イオン交換は、光学ガラスを作製するために、長年使用されてきた技術である。それは、お互いに交換することができる、異なる分極率の特定のイオンの能力に基づく技術である。
通例は、一般に１５０℃と５５０℃との間の高温および所望のレベルの交換が得られるのに十分に長い時間で、所望により印加された電界下で、交換するためのイオンの溶融塩槽を使用してガラス基材を処理することによってイオン交換は実施される。
外部の銀イオン源は、所望のパターンまたは所望のパターンの規則で、基材の一方の面の上に堆積された金属銀（Ａｇ0）または銀イオン（Ａｇ+）をベースとする固体層からなるようにしてもよい。固体層は、知られている方法によって、たとえば、金属銀もしくは酸化銀をベースとするペースト、または銀塩、とくに塩化銀、硝酸銀もしくは硫酸銀とポリマーとを含むペーストをスクリーン印刷することによって、金属銀をスパッタリングすることによって、銀塩、とくに塩化銀、硝酸銀もしくは硫酸銀とポリマーとを含む溶液を堆積して、次に液層を蒸発させることを意図した処理を行うことによって堆積してもよい。これらの技術を使用したプロセスは、本出願人の仏国特許第２ ９２０ ４２６Ａ１号明細書に記載されている。
また、本発明は、以下の工程を含む、本発明の文脈の中では上述のガラスセラミックスプレートを得る方法に関する。
ａ）ガラス基材を外部の銀イオン源に接触させる工程。そして、
ｂ）アルカリ金属イオンの少なくとも一部が銀イオンに置換されるのに十分に長い時間、電界の存在している中、１５０℃〜６００℃、好ましくは２００〜３５０℃の範囲の温度で、上記ガラス基材全体を処理する工程。
ａ）ガラス基材を外部の銀イオン源に接触させる工程。そして、
ｂ）アルカリ金属イオンの少なくとも一部が銀イオンに置換されるのに十分に長い時間、電界の存在している中、１５０℃〜６００℃、好ましくは２００〜３５０℃の範囲の温度で、上記ガラス基材全体を処理する工程。
もし、導波路が一方の面に現れず、その代わり一方の縁部のみに現れることが望ましい場合、工程ｂ）の後に、追加の処理を適用してもよい。これを行うためには、導波路の表面のＡｇ+イオンをＬｉ+、Ｎａ+、Ｋ+イオンなどのより低い分極率のイオンで置換することによって、導波路の屈折率よりの低い屈折率を有する層を表面上に作り出す。たとえば、導波路を有する基材を、２５０℃と５００℃との間の温度の溶融リチウム、ナトリウムまたはカリウムの硝酸塩槽に浸してもよい。電界によってこの交換を加速させるようにしてもよい。その後、導波路は、もはや表面に接触しない。
本発明の文脈の中では、ガラス基材は、好ましくはガラスセラミックスプレートであり、アルカリ金属イオンは、好ましくはリチウムイオンである。
電界は、使用されるガラス基材の伝導率およびその厚さによって大きく変わり得る。たとえば、ガラスの厚さ方向に対して、０．１〜１０００Ｖ／ｍｍ、好ましくは１〜２００Ｖ／ｍｍである。
好ましくは、上述の電界値と組み合わせて、ガラスセラミックスまたはガラス母材中に、数百ミクロン、好ましくは１００〜５００μｍの深さおよび数ミリメートル、好ましくは１〜５ｍｍの幅を有する導波路を得るために、電界は、３０分〜７２時間の十分な時間、理想的には印加されなくてはならない。セラミックス化前のガラス母材に電界を印加する場合、十分な時間は、好ましくは、３０分〜６時間であり、一方、電界を使用してガラスセラミックスプレート中に導波路を作り出すためには、十分な時間は、好ましくは６〜７２時間、より好ましくは２４〜４８時間である。
イオン交換による導波路の作製は、セラミックス化の前、すなわち、直接ガラス母材で実行されてもよく、その後、セラミックス化が実行される。ガラス母材におけるリチウムカチオンと銀カチオンとの間のイオン交換は速い。一方、特定の場合、ガラスセラミックスにおけるこのイオン交換はより遅い。これは、移動性が非常に小さいガラスセラミック結晶中のリチウムイオンのイオン封鎖による。
この文脈の中では、本発明の対象を形成する方法で使用される出発ガラス基材は、好ましくはガラス母材であり、本方法は、ガラス母材とガラス母材に収容された導波路とをセラミックス化させることからなる追加の工程ｃ）をさらに含む。
本発明の文脈の中では、好ましくは、工程ａ）が、銀Ａｇ0粒子と、ガラスフリットバインダと、グリコール、ヒドロキシプロピルセルロール誘導体などの有機化合物から主に形成される媒体とを含む銀ペーストを堆積することによって実行される。
上述の条件下での銀を使用した交換は、結晶構造を過度に乱すことなく、ガラスセラミックスの結晶化の程度を減少させることができる。このことは、２０×１０-7／℃以下、好ましくは１７×１０-7／℃以下、より好ましくは１５×１０-7／℃以下にとどまっている熱膨張係数を損なうことなく、なぜ、屈折率が、とくに０．０２５よりも大きいだけ、または０．０３よりも大きいだけ増加させることができたかについて説明する。
別の態様によれば、本発明によるガラスセラミックスプレートの導波路は、レーザーを集束することによって、好ましくは、高強度レーザーを使用することによって得られ得る。
用語「高強度レーザー」は、（少なくとも１μＪから数ｍＪの）低いエネルギーであるが短いパルス幅（ピコ秒（１０-12秒）またはフェムト秒（１０-15秒））のパルスを発生させるパルス化レーザーを意味すると理解されるべきである。このレーザーによって発生したパルスは、高い出力ピーク（パルスエネルギー／パルス幅）および高いパルス繰返周波数（＞１ｋＨｚ）を有する。レーザーの波長で透明な材料に集束されたこれらのパルスは、マルチフォトン吸収によって材料の電子を励起させる。これらの電子は、脱励起の際、照射された領域を局所的に加熱し、そして、冷却した後、そこの光学的特性を変化させる。とくに、ここでは、所望の対象は、屈折率を変化させることである。
フェムト秒レーザーの場合、書き込み時間が非常に短く、ガラスセラミックスプレートに、１０ｍｍ／ｓの速度で導波路を形成することが可能である。
パルス幅が、３００〜７００ｆｓ（フェムト秒）、好ましくは４００〜６００ｆｓ、より好ましくは４５０〜５５０ｆｓであるフェムト秒レーザーを使用することが好ましい。そのような短いパルスのレーザーにより、高いレーザー出力レベルおよび速い速度で作業することが可能になる。
０．５〜２μｍの波長で０．０５〜４Ｗの平均出力を有するパルスを放射するレーザーを使用することが好ましい。パルス繰返周波数は、５〜３００ｋＨｚであり得る。プレートに書き込まれた導波路のパターンは、自動化されたマウントを使用して、試料を並進移動させることによって得られる。
フェムト秒レーザーを使用して、２０×１０-7／℃以下、好ましくは１７×１０-7／℃以下、より好ましくは１５×１０-7／℃以下にとどまっている熱膨張係数を損なうことなく、屈折率を増加させる、とくに０．０２５よりも大きいだけまたは０．０３よりも大きいだけ屈折率を増加させる。
また、本発明は、本発明の文脈の中では、上述の少なくとも１つの導波路を組み入れたガラスセラミックスプレートを含む表示装置に関する。それは、可視の波長の範囲の光を放射する光源をさらに含む。上記導波路に対する上記光源の位置は、光を集めることを意図した上記導波路の上記部分に放射された光を注入できるように設計される。
光源は、光が導波路に入って、全反射によって導波路を通って伝播できるように、好適に配置される。光源は、光放射を集めることを意図した導波路の部分に、好ましくは０〜５ｍｍ離して面するように、理想的には配置される。導波路と、ガラスセラミックスプレートの残りの部分との間の屈折率の差異は、導波路／ガラスセラミックス界面において、光が全反射するのを可能にする。
好ましくは、本発明の表示装置の光源は、少なくとも１つのＬＥＤまたは少なくとも１つのレーザーダイオードから構成される。
ＬＥＤは発光ダイオードである。これらは、ほとんど単色の光を発生させるダイオードのみならず、可視の波長の範囲内における多色の放射スペクトルを有しているダイオードであってもよい。本発明の文脈の中では、高出力ＬＥＤ、すなわち、導波路全体を照らせるように１Ｗを超える出力を有するものを使用することが好ましい。
好都合なことに、光源は、実質的にミリメートル範囲の直径を好ましくは有する光ファイバーを搭載したＬＥＤから、たとえば、「LEDP HB01-R MM1000-037 1m cleaved」の参照名の下、「Doric Lenses Inc」社から販売されている１ｍｍの直径の光ファイバーに照準を合わせた高出力ＬＥＤを選択される。
好ましくは、光源は赤色の光を放射する。たとえば、ＣＤおよびＣＤ−ＲＯＭの再生装置ならびにＤＶＤ技術で広く使用されているものなどの赤色レーザーダイオードを使用してもよい。
白色の光は、導波路の中で徐々に緑色になる。この現象は、ガラスセラミックスの中の可視の特定の波長の強い吸収が原因である。赤色光を使用すると、この不利な点を避けることができ、導波路の長さ全体にわたって照度が均一に維持される。
好ましいことに、本発明による表示装置は、集光させることを意図した導波路の部分に、上記光源によって放射された光を集束させることができる屈折部品をさらに含む。
たとえば加熱要素などの、光源にダメージを与えるかもしれない要素から光源を離すために、本発明による装置に、上記屈折部品、たとえば薄いレンズまたはプリズムを使用してもよい。屈折部品は、導波路の注入面に光を集束させて、光源によって出力される光線の大部分を、光を集めることを意図した部分に導くために使用される。また、屈折部品は、導波路の中を全反射によって最適に電磁波を案内するために、光源から出力された光線を好適に導くために使用され得る。これは、光がホブの下面を経てもたらされる場合にとくに重要である。
また、本発明は、好ましくは食品を調理するための、調理機、たとえば、本発明による少なくとも１つの導波路を組み入れたガラスセラミックスプレートを含む調理機に関する。
本考案により、ガラスセラミックスプレート上の熱い領域が適切に認識することができる。
本発明は、添付された表および以下の図と一緒に以下の実施形態および例を照らし合わせて、より良好に理解されるであろう。この表および図は、単に説明するために示され、本発明を限定するものとして決して理解されてはならない。
図１は、プレートの一方の面に現れている導波路を有する本発明によるガラスセラミックスプレートの斜視透視図である。
図２は、プレート本体の中に導波路を有する本発明によるガラスセラミックスプレートの斜視透視図である。
図３は図１に表されたプレートを含む、本発明による表示装置を上から見た（ガラスセラミックスプレートの上面を見た）図である。
図４は、本発明によるホブを含む表示装置の上からの見た図である。
図１は、導波路３を収容する本発明によるガラスセラミックスプレート１を示す。上記導波路は、プレート１の面７に、第１の導波路／外部媒体界面５を経て現れている。また、導波路３は、プレート１の縁部９に、第２の導波路／外部媒体界面１１を経て現れている。第２の導波路／外部媒体界面１１は、図３に示す光源１３によって出力された光を集め、これにより光源によって放射された光を集めることを意図した部分を構成する。
図２は、本発明によるガラスセラミックスプレート２１を示す。そこでは、導波路２３は、ガラスセラミックスプレートの本体の中に収容されており、導波路／外部媒体界面３１を経てプレート２１の１つの縁部２９のみに現れる。この界面３１は、光源３３（不図示）によって出力された光を集め、これにより光源によって放射された光を集めることを意図した部分を構成する。
図３は、光源１３によって出力された光を透過し、散乱させる導波路３を示す。導波路内の全反射によって、光は、導波路３全体に沿って通過するように、電磁波の光路に沿って導波路３の中に十分に局在化されたままになる。導波路は、散乱導波路であり、導波路３全体を明るくするように電磁波の一部を局所的に再放射し、これにより、この導波路３の形状を有する発光パターンを付与する。
本発明による一実施形態は、ガラスセラミックスホブ３７を含む表示装置３５からなり、上記装置の上面３９を図４に示す。加熱領域を描く４つの円形の導波路４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａがホブ３７に収容されている。加熱領域は、プレート３７の熱い面４９に面するように配置されたそれぞれの加熱要素４１ｂ，４３ｂ，４５ｂ，４７ｂ（不図示）を覆っている。操作で、使用者が下にある加熱要素４１ｂ，４３ｂ，４５ｂ，４７ｂの１つについてスイッチをオンすると、対応する光源４１ｃ，４３ｃ，４５ｃ，４７ｃ（これらは不図示）の１つが同時に点灯する。その光源は、つけられた加熱要素の上に配置された４つの円形の導波路４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａのうちの１つを明るくする。導波路は円形であるので、光は「曲がる」。すなわち、光は、導波路によって形成された円形パターンに従う。ガラスセラミックス基材の中に書き込まれた導波路の散乱特性により、光はパターン全体に沿って抽出される。これにより、局所的なイルミネーションが作り出される。
加熱要素が作動をやめたときに、プレートが少なくとも局所的に熱いままである間、光源１３，３３，４１ｃ，４３ｃ，４５ｃ，４７ｃの少なくとも１つが作動したままになるように、本発明の装置に接続された制御システムが備えられてもよい。この分野の当業者は、本発明の装置に上記システムをどのように接続すればよいか知っている。
導波路を作製するための実験手順
例１：イオン交換による導波路の作製
「Keralite」の名称の下で販売され、４ｍｍの厚さおよび２０×２０ｃｍ2の面積の寸法を有し、１．５４の屈折率を有し、表１に示す化学組成を有するガラスセラミックス基材上に、ロボット注入器（Fisnar（登録商標） I&J 7900 ROBOT）を使用して、銀ペーストの帯が堆積された。
例１：イオン交換による導波路の作製
「Keralite」の名称の下で販売され、４ｍｍの厚さおよび２０×２０ｃｍ2の面積の寸法を有し、１．５４の屈折率を有し、表１に示す化学組成を有するガラスセラミックス基材上に、ロボット注入器（Fisnar（登録商標） I&J 7900 ROBOT）を使用して、銀ペーストの帯が堆積された。
使用された銀ペーストは、７５％の銀粒子、１０％のガラスフリットおよび１５％のテレピネオール混合物を含む混合物であった。ペーストの帯は６００μｍの厚さと１ｍｍの幅とを有するように堆積パラメーターは選択された。ペーストは８０℃で１時間乾燥され、その後、３００℃で３時間焼成された。その後、電界で支援されたイオン交換工程が実施された。この工程の結果、ペースト中に最初に含有していた銀イオンはガラス中に侵入した。銀イオンは、ガラス中のリチウムイオンを置き換えた。これを行うために、基材における銀パターンを有する面の反対側の面は、グラファイト対向電極でコーティングされた。その後、５０Ｖ／ｍｍの電界が、銀パターンと対向電極との間に印加された（所望により、それぞれの面はステンレスのホイルを経て接触された）。装置全体が３００℃のオーブンの中に４８０時間配置された。この工程の後、ガラスは銀イオンがリッチである領域を有した。この領域の形状は、銀ペーストの最初のパターンの形状と同一であった。ガラスの容積の中に延びるこの完全に透明な領域は、５００μｍの深さおよび２ｍｍの幅を有する半楕円円筒の形態であった。出発のガラスセラミックス基材と銀イオンがリッチである領域との間の屈折率の増加量は、可視の波長で、０．０３〜０．０３５であった。これによりこの領域は、光導波路を構成した。
その後、薄い反射金属層が、導波路が現れているところの面上に堆積された。導波路は、依然として他の面からも見えるままであり、引き続き光を案内した。
例２:イオン交換による広い導波路の作製
例１と同じガラスセラミックス基材の一方の面の上に、２００μｍの厚さ、３０ｍｍの幅および１００ｍｍの長さを有する同じ銀ペーストの層が、堆積された。そして、５００μｍの厚さを有するグラファイトペーストの層が他方の面の上に堆積された。７５Ｖ／ｍｍの電界が、２５０℃で３日間印加された。
例１と同じガラスセラミックス基材の一方の面の上に、２００μｍの厚さ、３０ｍｍの幅および１００ｍｍの長さを有する同じ銀ペーストの層が、堆積された。そして、５００μｍの厚さを有するグラファイトペーストの層が他方の面の上に堆積された。７５Ｖ／ｍｍの電界が、２５０℃で３日間印加された。
このステップの後、ガラスは、３００μの深さおよび３０ｍｍよりも数ミリメートルだけ大きな（３ｍｍまで）幅を有する銀イオンリッチ領域を有した。この銀イオンリッチ領域の大きな幅は、屈折率および熱膨張係数およびその散乱を測定することを可能にした。
導波路の屈折率は、「J.A. Woolma Co」社製のWVASE32処理ソフトウェアを有するエリプソメトリーVASE（登録商標）を使用して、エリプソメトリーによって測定された。屈折率の測定は、４００ｎｍと８００ｎｍとの間の範囲の波長にわたって実行された。出発の「Keralite」プレートと比較して０．０３と０．０４との間の増加が、全範囲にわたって測定された。
熱膨張係数（ＴＥＣ）は、窓が取り付けられたオーブンの中に導波路を配置することによって測定された。０℃から３００℃まで温度が上がると、導波路と厚さ方向の残りの部分との間のＴＥＣの差異により、ガラスは曲がった。その後、「Babinet」偏光歪計を使用して、その曲げ歪を測定した。温度に伴うこの曲げ歪の変化を使用してＴＥＣの差異を得た。この場合、１７×１０-7／℃の差異が得られた。出発の「Keralite」基材のＴＥＣは、１×１０-7／℃であったので、導波路の測定されたＴＥＣは、１８×１０-7／℃であった。
導波路の散乱特性（ヘイズの測定）は、「BYK Gardner」社から市販されている「Haze-Gard plus」装置を使用して測定された。この装置の技術的仕様を以下に示す。
装置に示されている、使用された測定手順は、発光部と受光部との間に試料を配置すること、および放射された光線の透過と散乱とを同時に測定することからなる（ＡＳＴＭ Ｄ−１００３標準に準拠）。イオン交換された領域における散乱の割合（ヘイズ）は、０．６〜０．７％の範囲であった。イオン交換されていない領域で測定を繰り返した場合、同じ値が測定された。したがって、イオン交換は、ガラスセラミックスプレートによる散乱を変えない。セラミックス化前のこの同じプレート（ガラス母材）において、比較のために測定された散乱は、０．１％未満であった。
例３：親ガラスにおけるイオン交換による導波路の作製
４ｍｍの厚さおよび２０×２０ｃｍ2の面積の寸法を有し、「Keralite」の名称で販売されたガラスセラミックス体の親ガラス（またはガラス母材）からなる基材上に、例１と同じ寸法を有する銀ペーストの帯が堆積された。例１と同じ寸法を有する導波路を得るために、３００℃で（例１を参照）３日間のみ、電界が印加された。縁部を通して導波路の中に光を注入したとき、光はその中で案内された。しかし、親ガラスの中には、散乱させる結晶がないので、光は、導波路から抽出されなかった。
４ｍｍの厚さおよび２０×２０ｃｍ2の面積の寸法を有し、「Keralite」の名称で販売されたガラスセラミックス体の親ガラス（またはガラス母材）からなる基材上に、例１と同じ寸法を有する銀ペーストの帯が堆積された。例１と同じ寸法を有する導波路を得るために、３００℃で（例１を参照）３日間のみ、電界が印加された。縁部を通して導波路の中に光を注入したとき、光はその中で案内された。しかし、親ガラスの中には、散乱させる結晶がないので、光は、導波路から抽出されなかった。
親ガラスをセラミックス化した後、形成された結晶により、光が導波路から散乱することが可能になり、マーキングを目的とする発光ラインが得られた。
例４：レーザーによる導波路の作製
レーザーを使用して、既定のパターンを有する導波路が、４ｍｍの厚さおよび２０×２０ｃｍ2の面積の寸法を有する「Keralite」ガラスセラミックス基材に書き込まれた。
レーザーを使用して、既定のパターンを有する導波路が、４ｍｍの厚さおよび２０×２０ｃｍ2の面積の寸法を有する「Keralite」ガラスセラミックス基材に書き込まれた。
プレートに書き込まれた導波路のパターンは、自動化されたマウントを使用して、試料を並進移動させることによって得られた。レーザーからの光は、プレートの表面または深さ方向の部分に収束された（焦点距離ｆ＝１００ｍｍ）。レーザーのパワーによってガラスセラミックスの屈折率は局所的に変わり、導波路が作り出された。高速の高出力レーザーを得るために、「Amplitude Systemes」社から市販されているレーザー「s-Pulse HP」が使用された。このレーザーは、１．０３μｍの波長で５００ｆｓのパルス幅を有し、５〜３００ｋＨｚのパルス繰返周波数を有するパルスを放射する。３Ｗの平均出力および３００ｋＨｚのパルス繰返周波数で導波路は作製された。走査速度は５０ｍｍ／ｓであった。それぞれのレーザー通過部間の間隔が５μｍである、いくつかのレーザー通過部を作製して、３ｍｍの幅を有する導波路を得た。
上で詳しく述べたように作製された導波路のすべてについて、「LEDP HB01-R MM1000-037 1m cleaved」の参照名の下、Doric Lenses Inc社から販売されている１ｍｍの直径の光ファイバーに照準を合わせた高出力レーザーによって放射された赤色光を基材の縁部に注入することによって光案内特性が示された。その高出力レーザーは、プレートの縁部上における、光を集める導波路の部分から０．１ｍｍ離して配置された。レーザーによって放射された光が、導波路から外して注入されたとき、光は、基材によって均一に散乱し、案内効果は観察されなかった。しかし、屈折率の変化が生じた領域、すなわち導波路に光を注入したとき、光はこの領域のパターンに沿って案内された。
１，２１，３７ ガラスセラミックスプレート
３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ 導波路
７，３９ ガラスセラミックスプレートの面
９，２９ ガラスセラミックスプレートの縁部
１１，３１ 導波路の部分
１３，３３ 光源
３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ 導波路
７，３９ ガラスセラミックスプレートの面
９，２９ ガラスセラミックスプレートの縁部
１１，３１ 導波路の部分
１３，３３ 光源
Claims (18)
- ガラスセラミックスプレート（１，２１，３７）であって、
前記プレート（１，２１，３７）に収容され、電磁放射を散乱できる導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）を含むプレート。 - 実質的に長さ全体にわたって、前記導波路（３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）は、前記ガラスセラミックスプレートの少なくとも一方の面と同じ高さであり、前記導波路（３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）は、光源（１３）によって放射された光を集めることを意図した部分（１１）を所望により有することを特徴とする請求項１に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 光源（３３）によって放射された光を集めることを意図された前記導波路の部分（３１）を除いて、前記導波路（２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）の大部分は、前記ガラスセラミックスプレートの本体の中に配置されることを特徴とする請求項１に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記光源（１３，３３）によって放射された光を集めることを意図された前記導波路の前記部分（１１，３１）は、前記ガラスセラミックスプレートの縁部（９，２９）に現れることを特徴とする請求項２または３に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記導波路のヘイズが、５０％未満、好ましくは３０％未満、さらに好ましくは１０％未満であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）の屈折率が前記ガラスセラミックスの屈折率よりも０．０１〜０．０６高いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）の熱膨張係数が、前記ガラスセラミックスプレートの熱膨張係数よりも０〜２０×１０-7／℃、好ましくは０〜１７×１０-7／℃高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記ガラスセラミックスが、以下に規定された制限を伴う重量％で表された以下の成分：
ＳｉＯ2 ６０〜８０％
Ａｌ2Ｏ3 １７〜２５％
Ｌｉ2Ｏ ２〜９％
ＺｎＯ ０〜３．５％
ＭｇＯ ０〜３％
ＢａＯ ０〜１．５％
ＴｉＯ2 １〜５．５％
ＺｒＯ2 ０〜３％
Ａｓ2Ｏ3 ０〜３％
を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。 - 前記ガラスセラミックスが、以下に規定された、重量％で表された以下の成分：
ＳｉＯ2 ６５〜７５％
Ａｌ2Ｏ3 １９〜２２％
Ｌｉ2Ｏ ３〜７％
ＺｎＯ １〜２％
ＭｇＯ １〜２％
ＢａＯ ０〜１％
ＴｉＯ2 ２〜３．５％
ＺｒＯ2 １〜２％
Ａｓ2Ｏ3 ０．５〜１．５％
を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。 - 前記導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）は、イオン交換によって得られ得ることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）は、酸化リチウムを酸化銀で選択的に交換することによって得られ得ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 前記導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）は、レーザーを集束することによって、好ましくは高強度レーザーを使用することによって得られ得ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のプレート（１，２１，３７）。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラスセラミックスプレート（１，２１，３７）を得る方法であって、
ａ）ガラス基材を外部の銀イオン源に接触させる工程と、および
ｂ）アルカリ金属イオンの少なくとも一部が銀イオンによって置換されるのに十分に長い時間の間、電界が存在する中、２００〜４００℃、好ましくは２２５〜３５０℃の温度で前記ガラス基材の全体を処理する工程とを含む方法。 - 前記ガラス基材は、ガラス母材であり、
前記ガラス母材と前記導波路とをセラミックス化させることからなる追加のｃ）工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。 - 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラスセラミックスプレートを含む表示装置（３５）であって、
可視の波長の範囲の光を放射する光源（１３，３３，４１ｃ，４３ｃ，４５ｃ，４７ｃ）をさらに含み、
前記導波路（３，２３，４１ａ，４３ａ，４５ａ，４７ａ）に対する前記光源（１３，３３，４１ｃ，４３ｃ，４５ｃ，４７ｃ）の位置は、光を集めることを意図された前記導波路の部分（１１，３１）に、放射された光が注入できるように設計された表示装置。 - 前記光源（１３，３３，４１ｃ，４３ｃ，４５ｃ，４７ｃ）は、好ましくは赤色の光を放射する、少なくとも１つのＬＥＤまたは少なくとも１つのレーザーダイオードから構成されることを特徴とする請求項１５に記載の表示装置。
- 前記光源（１３，３３，４１ｃ，４３ｃ，４５ｃ，４７ｃ）によって放射された光を、該光を集めることを意図した前記導波路の部分（１１，３１）に収束させることができる屈折部品をさらに含むことを特徴とする請求項１５または１６に記載の表示装置。
- 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラスセラミックスプレートを含む調理機、好ましくは食品を調理するための調理機。
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