(57)【要約】【課題】融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま（未結晶化ガラスの状態）でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供する。【解決手段】酸化物換算のモル％で、ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及びＺｒＯ２：０％以上１０％以下であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有する、ことを特徴とする、ガラスである。【選択図】図１
2020158363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物換算のモル％で、
ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、
Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、
Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、
Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、
Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、
Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、
ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及び
ＺｒＯ２：０％以上１０％以下
であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有する、ことを特徴とする、ガラス。
【請求項２】
１２００℃における粘度が１００ｄＰａ・ｓ以下である、請求項１に記載のガラス。
【請求項３】
表面に圧縮応力層を備える、請求項１又は２に記載のガラス。
【請求項４】
ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定される３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上である、請求項３に記載のガラス。
【請求項５】
酸化物換算のモル％で、
ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、
Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、
Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、
Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、
Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、
Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、
ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及び
ＺｒＯ２：０％以上１０％以下
であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有し、且つ、
Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を含む、ことを特徴とする、結晶化ガラス。
【請求項６】
ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定される３点曲げ強さが２００ＭＰａ以上である、請求項５に記載の結晶化ガラス。
【請求項７】
表面に圧縮応力層を備える、請求項５又は６に記載の結晶化ガラス。
【請求項８】
ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定される３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上である、請求項７に記載の結晶化ガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス及び結晶化ガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、スマートフォン及びタブレット端末などのモバイル機器においては、非接触充電への対応の観点及び／又は意匠性の観点から、ガラスを、前面ディスプレーだけでなく、裏面カバーや筐体そのものに使用することが一般的になってきている。また、そのような用途のガラス材料に対しては特に、高強度で、形状自由度が高い（複雑な形状への成形が可能である）ことの要望が高まっている。
【０００３】
ここで、ガラス材料を用い、モバイル機器の筐体などの複雑な形状を有する部材を作製する方法として、ダイレクトプレス法（以下、「ＤＰ」と称することがある。）が挙げられる。このＤＰは、低粘度のガラス融液を金型に直接受け、プレスを行う方法であり、比較的低コストでガラス部材を作製できるという利点がある。
【０００４】
一方、高強度のガラスについては、これまで種々の報告がされている。
例えば、特許文献１は、成分組成の適正化が図られた、表面圧縮応力が３００ＭＰａ以上の強化ガラスを開示している。
また、特許文献２は、二ケイ酸リチウムの結晶相及びβ−スポジュメンの結晶相を所定比で含むガラスセラミックが、高い機械的強度を有することができることを開示している。
更に、特許文献３は、成分組成の適正化が図られた、主結晶としてメタケイ酸リチウム（Ｌｉ２ＳｉＯ３）を含むガラスセラミック材料を開示している。このガラスセラミック材料は、そのままでは機械加工し易いが、熱処理により、機械的特性に優れるガラスセラミック製品へと変換され得る材料であることが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−１０４２８５号公報
【特許文献２】特表２０１６−５２９２０１号公報
【特許文献３】特開２００５−０５３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の強化ガラス及び特許文献２に記載のガラスセラミックは、融液の粘度が高い傾向にある。そのため、これらの材料についてＤＰにより部材を作製するためには、極めて高温に加熱する必要が生じるので、生産コスト及び成形装置の耐久性の点で不利である。特許文献３に記載の材料も、融液にしたときの粘度が十分に低いとはいえず、融液の粘度をより一層低減するという点で、改良の余地がある。
また、特許文献３に記載の材料は、イオン交換（化学強化）による圧縮応力層の形成を考慮していないため、イオン交換性が低く、強度の点で不十分である。
【０００７】
また、モバイル機器の裏面カバーや筐体などの部材は、内部の構造が見えないよう、均質に不透明であることが求められる。この点、特許文献１に記載の強化ガラスは、透明体であるため、上述した部材に用いるためには、表面コーティングなどの不透明化処理を別途施さなければならず、製造工程及び製造コストの増加をもたらす。その一方で、モバイル機器の前面ディスプレーなどの部材は、透明であることが求められるが、特許文献２及び特許文献３に記載のガラスセラミックは、結晶を析出させており透明ではないため、上述した部材に使用することはできない。
【０００８】
このような現状の下、結晶化させたガラスへと容易に変換できるとともに、そのまま（未結晶化状態）でも結晶化させてもそれぞれ所望の特性を具備させることが可能な、順応性の高いガラス材料の開発が望まれる。
【０００９】
そこで、本発明は、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま（未結晶化ガラスの状態）でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供することを目的とする。また、本発明は、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有する均質な結晶化ガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、前記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、ケイ酸リチウム系ガラスにＢ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５及びＮａ２Ｏを所定量含有させ、また、Ａｌ２Ｏ３を微量含有させ、更にＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計量を所定範囲内とすることにより、上記目的に適うガラスが得られることを見出した。このようなガラスは、結晶化処理を施すことにより、高強度を発揮するＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を均質に析出させることができる。
【００１１】
即ち、本発明のガラスは、
酸化物換算のモル％で、
ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、
Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、
Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、
Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、
Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、
Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、
ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及び
ＺｒＯ２：０％以上１０％以下
であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有する、ことを特徴とする。かかるガラスは、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま（未結晶化ガラスの状態）でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮する。
【００１２】
本発明のガラスは、１２００℃における粘度が１００ｄＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００１３】
本発明のガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。
【００１４】
本発明のガラスは、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定される３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の結晶化ガラスは、
酸化物換算のモル％で、
ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、
Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、
Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、
Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、
Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、
Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、
ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及び
ＺｒＯ２：０％以上１０％以下
であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有し、且つ、
Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を含む、ことを特徴とする。かかる結晶化ガラスは、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有し、且つ均質である。
【００１６】
本発明の結晶化ガラスは、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定される３点曲げ強さが２００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明の結晶化ガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。
【００１８】
本発明の結晶化ガラスは、表面に圧縮応力層を備えるとともに、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８に準拠して測定される３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま（未結晶化ガラスの状態）でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供することができる。また、本発明によれば、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有する均質な結晶化ガラスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスの、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像図（５０００倍）である。
【図２】本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスの外観を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスの顕微鏡による画像図（５０倍）である。
【図４】一比較例に係る結晶化ガラスの顕微鏡による画像図（５０倍）である。
【図５】本発明の一実施形態に係る結晶化ガラスのＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（ガラス）
以下、本発明の一実施形態のガラス（「本実施形態のガラス」と称することがある。）を具体的に説明する。本実施形態のガラスは、酸化物換算のモル％で、
酸化物換算のモル％で、
ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、
Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、
Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、
Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、
Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、
Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、
ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及び
ＺｒＯ２：０％以上１０％以下
であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有する、ことを特徴とする。なお、本明細書において単に「ガラス」と称するものは、別で説明がない限り、後述する「結晶化ガラス」との対比としての「結晶化されていないガラス」又は「未結晶化ガラス」を指すものとする。
【００２２】
本実施形態のガラスは、上述した所定組成を有するため、融液にしたときの粘度が十分に低い。そのため、本実施形態のガラスを用いれば、ＤＰにより複雑な形状を有する部材を作製することができ、また、低コスト化及び大量生産が可能となる。また、本実施形態のガラスは、上述した所定組成を有するため、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスに変換することができる。更に、本実施形態のガラスは、上述した所定組成に起因して、イオン交換性が高い。そのため、そのまま（未結晶化ガラスの状態）でも結晶化ガラスの状態にしても、イオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮することができる。即ち、本実施形態のガラスは、ガラス材料としての順応性が高い。
【００２３】
なお、本実施形態のガラスは、上述した成分以外のその他の成分（後述）を含んでもよい。但し、本実施形態のガラスは、所望の特性をより確実に発現させる観点から、上述した成分のみからなる組成（ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ及びＮａ２Ｏを必須成分とし、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２及びＺｒＯ２のみを任意成分とする組成）を有することが好ましい。
ここで、「上述した成分のみからなる」とは、当該成分以外の不純物成分が不可避的に混入する、具体的には、不純物成分の割合が０．２モル％以下である場合を包含するものとする。
【００２４】
まず、本実施形態において、ガラスの組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
なお、成分に関する「％」表示は、特に断らない限り、酸化物換算のモル％を意味するものとする。
【００２５】
＜ＳｉＯ２＞
本実施形態のガラスにおいて、ＳｉＯ２は、ガラス形成を可能にする必須成分であり、また、結晶化させた際に主に析出するＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を構成する重要な成分である。しかしながら、その含有量が７０％を超えると、ガラス融液の粘度が著しく高くなる虞がある。一方、その含有量が５０％未満であると、ガラス形成能が低下するか、或いは、結晶化させた際にＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶が析出しない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、ＳｉＯ２の含有量を５０％以上７０％以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＳｉＯ２の含有量は、５２％以上であることが好ましく、５４％以上であることがより好ましく、５６％以上であることが更に好ましく、また、６８％以下であることが好ましく、６６％以下であることがより好ましく、６４％以下であることが更に好ましい。
【００２６】
＜Ｂ２Ｏ３＞
本実施形態のガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３は、ガラス形成成分であるとともに、ガラス融液の粘度を低下させ、更にはＮａＮＯ３熔融塩等を使用した化学強化処理（イオン交換処理）においてイオン交換性を高め、加えて均質な結晶化を促進する重要な必須成分である。また、本実施形態のガラスにおいて、Ｂ２Ｏ３は、ガラスを結晶化させた際の収縮（比重の増加）を抑制する成分でもある。しかしながら、その含有量が１５％を超えると、均質な結晶化が進まない虞がある。一方、含有していないと、ガラス融液の粘度の低下が図れないか、或いは、均質な結晶化ガラスを得ることができない。よって、本実施形態のガラスにおいては、Ｂ２Ｏ３の含有量を０％超１５％以下の範囲とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＢ２Ｏ３の含有量は、１％以上であることが好ましく、３％以上であることがより好ましく、また、１２％以下であることが好ましい。
【００２７】
＜Ｐ２Ｏ５＞
本実施形態のガラスにおいて、Ｐ２Ｏ５は、均質な結晶化を促進する重要な必須成分である。しかしながら、その含有量が２％を超えると、ガラス形成能が低下する虞がある。一方、含有していないと、結晶化処理を施したときに均質に結晶を析出させることができない。よって、本実施形態のガラスにおいては、Ｐ２Ｏ５の含有量を０超〜２％とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＰ２Ｏ５の含有量は、０．５％以上であることが好ましく、また、１．５％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましい。
【００２８】
＜Ａｌ２Ｏ３＞
本実施形態のガラスにおいて、Ａｌ２Ｏ３は、ガラス形成能を高め、更にはＮａＮＯ３熔融塩等を使用した化学強化処理においてイオン交換性を高める重要な必須成分である。しかしながら、その含有量が０．５％を超えると、ガラス融液の粘度が著しく高くなる虞、及び、均質な結晶化ガラスを得ることができない虞がある。一方、含有していないと、化学強化処理による強度向上を十分に図ることができない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、Ａｌ２Ｏ３の含有量を０％超０．５％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＡｌ２Ｏ３の含有量は、０．４％以下であることが好ましく、０．３％以下であることがより好ましく、０．２％以下であることが更に好ましい。
【００２９】
＜Ｌｉ２Ｏ＞
本実施形態のガラスにおいて、Ｌｉ２Ｏは、ガラス融液の粘度を大幅に低下させる必須成分であり、また、結晶化させた際に主に析出するＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を構成するとともに、ＮａＮＯ３熔融塩等を用いた化学強化処理においてＮａ＋イオンと交換されるＬｉ＋イオン源となる重要な成分である。しかしながら、その含有量が３５％を超えると、ガラス形成能が低下する虞、及び結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。一方、その含有量が２５％未満であると、ガラス融液の粘度を低下させる効果が不十分であり、均質な結晶化が進まない虞があり、更には、化学強化処理による強度向上を十分に図ることができない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、Ｌｉ２Ｏの含有量を２５％以上３５％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＬｉ２Ｏの含有量は、２６％以上であることが好ましく、２７％以上であることがより好ましく、２８％以上であることが更に好ましく、また、３４％以下であることが好ましく、３３％以下であることがより好ましく、３２％以下であることが更に好ましい。
【００３０】
＜ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計＞
ここで、本実施形態のガラスは、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％を超えると、たとえＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏそれぞれの含有量が上述した範囲内にあったとしても、結晶化させた際の体積（密度）変化量の増大の虞、均質な結晶化が進まない虞、及び化学強化処理におけるイオン交換性の低下の虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計を９５％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計は、９２％以下であることが好ましく、９０％以下であることがより好ましい。また、本実施形態のガラスにおけるＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計は、結晶化させた際に十分な量のＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を析出させる観点から、８０％以上であることが好ましい。
【００３１】
＜Ｎａ２Ｏ＞
本実施形態のガラスにおいて、Ｎａ２Ｏは、ガラス融液の粘度を低下させ、Ｌｉ２Ｏとの併用によりガラス形成能を高める必須成分であり、また、ＮａＮＯ３熔融塩等を使用した化学強化処理においてＮａ＋イオンとＬｉ＋イオンとのイオン交換性を高め、更にＫＮＯ３熔融塩等を用いた化学強化処理においてＫ＋イオンと交換されるＮａ＋イオン源となる重要な成分である。また、本実施形態のガラスにおいて、Ｎａ２Ｏは、ガラスを結晶化させた際の収縮（比重の増加）を抑制する成分でもある。しかしながら、その含有量が１０％を超えると、ガラス形成能が低下する虞、及び結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。一方、含有していないと、均質な結晶化が進まない虞、及び、化学強化処理による強度向上を図ることができない虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、Ｎａ２Ｏの含有量を０％超１０％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＮａ２Ｏの含有量は、１％以上であることが好ましく、また、８％以下であることが好ましく、６％以下であることがより好ましい。
【００３２】
＜Ｋ２Ｏ＞
本実施形態のガラスにおいて、Ｋ２Ｏは、ガラス融液の粘度を低下させ、また、ＫＮＯ３熔融塩を用いた化学強化処理においてＫ＋イオンとＮａ＋イオンとの交換性を高める成分である。しかしながら、その含有量が５％を超えると、ガラス形成能が低下する虞、及び結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、Ｋ２Ｏの含有量を０％以上５％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＫ２Ｏの含有量は、４％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましく、２％以下であることが更に好ましい。
【００３３】
＜ＴｉＯ２＞
本実施形態のガラスにおいて、ＴｉＯ２は、結晶化ガラスの不透明性を高める成分である。しかしながら、その含有量が１０％を超えると、化学強化処理におけるイオン交換性が低下する虞、及び、結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、ＴｉＯ２の含有量を０％以上１０％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＴｉＯ２の含有量は、８％以下であることが好ましく、６％以下であることがより好ましく、４％以下であることが更に好ましい。
【００３４】
＜ＺｒＯ２＞
本実施形態のガラスにおいて、ＺｒＯ２は、結晶化ガラスの不透明性を高める成分である。しかしながら、その含有量が１０％を超えると、ガラス融液の粘度が高くなる虞、化学強化処理におけるイオン交換性が低下する虞、及び、結晶化させた際の変形の度合いが大きくなる虞がある。よって、本実施形態のガラスにおいては、ＺｒＯ２の含有量を０％以上１０％以下とした。同様の観点から、本実施形態のガラスにおけるＺｒＯ２の含有量は、８％以下であることが好ましく、６％以下であることがより好ましく、４％以下であることが更に好ましい。
【００３５】
＜その他の成分＞
本実施形態のガラスには、目的を外れない限り、上述した成分以外のその他の成分、例えばＶ２Ｏ５、Ｃｒ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＭｎＯ２、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｏ３Ｏ４、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｏＯ３、ＣｅＯ２、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｓｍ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３及びＴｍ２Ｏ３から選択される１種以上の着色成分を少量（例えば、外割りで１０モル％以下となるような量）含有させることができる。
なお、本実施形態のガラスにおける各成分（ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏなど）の組成の計算には、上記その他の成分を考慮しないものとする。
【００３６】
次に、本実施形態のガラスの諸特性について説明する。
【００３７】
本実施形態のガラスは、通常は透明である。そのため、本実施形態のガラスは、例えばモバイル機器の前面ディスプレーなどといった、透明性が求められる部材の作製に適している。
なお、本明細書において、ガラスに関して「透明」とは、厚み２．０ｍｍの当該ガラスにおいて、可視光（波長３８０〜７８０ｎｍ）における任意の波長の透過率が８０％以上であることを指すものとする。
【００３８】
本実施形態のガラスは、上述した通り、融液にしたときの粘度が十分に低い。より具体的に、本実施形態のガラスは、１２００℃における粘度が１００ｄＰａ・ｓ以下とすることができる。また、本実施形態のガラスの１２００℃における粘度は、９０ｄＰａ・ｓ以下であることがより好ましく、８０ｄＰａ・ｓ以下であることが更に好ましい。また、本実施形態のガラスの１２００℃における粘度は、特に制限されないが、ＤＰ等におけるプレスをより確実に行う観点から、５ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。
なお、ガラスの１２００℃における粘度は、例えばガラス組成を適宜調節することにより、調整することができる。
【００３９】
本実施形態のガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。上述の通り、本実施形態のガラスは、イオン交換性が高いため、イオン交換（化学強化）等によりガラス表面に圧縮応力層を形成することで、効果的により高い強度をガラスに発現させることができる。
なお、ガラス表面への圧縮応力層の形成は、例えば、ガラスに対し、化学強化処理（イオン交換処理）を施す、急冷させて表面に歪みを加える等により、達成することができる。
【００４０】
そして、本実施形態のガラスが表面に圧縮応力層を備える場合、当該ガラスは、３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上とすることができる。また、本実施形態のガラスの３点曲げ強さは、４２０ＭＰａ以上であることがより好ましく、４４０ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
なお、本明細書において、ガラスの３点曲げ強さは、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠して測定される。
【００４１】
＜ガラスの製造方法＞
次に、本実施形態のガラスの製造方法について説明する。
ここで、本実施形態のガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足していればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、まず、本実施形態のガラスに含まれ得る各成分の原料として、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩などを所定の割合で秤量し、十分混合したものをガラス調合原料とする。次いで、このガラス調合原料を、ガラス原料等と反応性のない熔融容器（例えば貴金属坩堝）に投入して、電気炉にて１２００〜１５００℃に加熱して熔融し、適時撹拌する。次いで、電気炉で清澄、均質化してから、適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、本実施形態のガラスを得ることができる。なお、ガラスの着色改善や脱泡のため、Ｓｂ２Ｏ３を少量（例えば、外割りで０．５モル％以下となるような量）加えることができる。
なお、本実施形態のガラスにおける各成分（ＳｉＯ２、Ｌｉ２Ｏなど）の組成の計算には、上記Ｓｂ２Ｏ３を考慮しないものとする。
【００４２】
或いは、本実施形態のガラスは、ダイレクトプレス法（ＤＰ）により所定形状を有する部材に成形することで製造することもできる。より具体的に、上述したようなガラス調合原料を、電気炉にて１２００〜１５００℃に加熱して熔融する。次いで、得られたガラス融液を１２００℃以下とした後、所定形状を有する金型に対し、流出パイプ等により流下させる。そして、シャー刃により、或いは金型を真下に急降下させることにより、表面張力でくびれ部を形成させてガラス融液流を分離し、所望質量のガラス融液塊とする。その後、金型内で冷却されつつ、このガラス融液塊をプレスして、所定形状を有するガラス部材（本実施形態のガラス）を得ることができる。
このようなＤＰによる成形は、特に、モバイル機器の筐体などといった、比較的大きく複雑な形状を有する部材を作製するのに好適である。
【００４３】
また、得られたガラスは、例えば化学強化処理を施すことにより、表面に圧縮応力層を形成することができる。より具体的に、加熱されたＮａＮＯ３又はＫＮＯ３の熔融塩に上記ガラスを浸漬させることにより、当該ガラスの表面付近のＬｉ＋イオンやＮａ＋イオンがよりイオン半径の大きなイオンと入れ替わり、こうしてガラス表面に圧縮応力層を形成することができる。
【００４４】
なお、より高強度の圧縮応力層を形成する観点から、化学強化処理における熔融塩の温度は、３６０〜４４０℃であることが好ましい。また、より高強度の圧縮応力層を形成する観点から、化学強化処理における浸漬時間は、１６時間以下であることが好ましい。
【００４５】
（結晶化ガラス）
以下、本発明の一実施形態の結晶化ガラス（「本実施形態の結晶化ガラス」と称することがある。）を具体的に説明する。本実施形態の結晶化ガラスは、酸化物換算のモル％で、
ＳｉＯ２：５０％以上７０％以下、
Ｂ２Ｏ３：０％超１５％以下、
Ｐ２Ｏ５：０％超２％以下、
Ａｌ２Ｏ３：０％超０．５％以下、
Ｌｉ２Ｏ：２５％以上３５％以下、
Ｎａ２Ｏ：０％超１０％以下、
Ｋ２Ｏ：０％以上５％以下、
ＴｉＯ２：０％以上１０％以下、及び
ＺｒＯ２：０％以上１０％以下
であり、ＳｉＯ２及びＬｉ２Ｏの合計が９５％以下である組成を有し、且つ、
Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を含む、ことを特徴とする。
なお、本明細書において「結晶化ガラス」とは、部分的に結晶を含むガラスを指すものとし、「ガラスセラミック」と概ね同義である。
【００４６】
本実施形態の結晶化ガラスは、上述した所定組成を有し、且つＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を含むため、高い強度を有する上、均質である。なお、本実施形態の結晶化ガラスは、例えば、上述したガラスに結晶化処理を施すことにより得ることができる。また、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を含むか否かは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターンから判断することができる。また、本実施形態の結晶化ガラスは、上述した所定組成に起因して、イオン交換性が高い。そのため、イオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮することができる。
【００４７】
本実施形態の結晶化ガラスの組成（酸化物換算）の具体的な説明は、上述したガラスの組成の説明と同じであるため、省略する。
【００４８】
ガラスの結晶化処理としては、例えば、熱処理、レーザアニール等が挙げられる。
【００４９】
そして、本実施形態の結晶化ガラスは、３点曲げ強さが２００ＭＰａ以上とすることができる。また、本実施形態の結晶化ガラスの３点曲げ強さは、２２０ＭＰａ以上であることがより好ましく、２４０ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
なお、結晶化ガラスの３点曲げ強さは、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠して測定される。
【００５０】
本実施形態の結晶化ガラスは、表面に圧縮応力層を備えることが好ましい。上述の通り、本実施形態の結晶化ガラスは、イオン交換性が高いため、イオン交換（化学強化）等により結晶化ガラス表面に圧縮応力層を形成することで、効果的により高い強度を結晶化ガラスに発現させることができる。
なお、結晶化ガラス表面への圧縮応力層の形成は、例えば、結晶化ガラスに対し、化学強化処理（イオン交換処理）を施す、急冷させて表面に歪みを加える等により、達成することができる。
【００５１】
そして、本実施形態の結晶化ガラスが表面に圧縮応力層を備える場合、当該結晶化ガラスは、３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上とすることができる。また、本実施形態の結晶化ガラスが表面に圧縮応力層を備える場合、当該結晶化ガラスの３点曲げ強さは、４２０ＭＰａ以上であることがより好ましく、４４０ＭＰａ以上であることが更に好ましい。
【００５２】
＜結晶化ガラスの製造方法＞
本実施形態の結晶化ガラスは、各成分の組成が上述した範囲を満足し、且つＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶を含んでいればよく、その製造方法については特に限定されることなく、従来の製造方法に従って製造することができる。
例えば、上述したガラス（未結晶化ガラス）を、ガラス転移温度より高く且つガラスが熔融しない温度域で熱処理することで、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶が析出し、本実施形態の結晶化ガラスを得ることができる。なお、熱処理の温度は、より確実に所望の結晶化ガラスを得る観点から、５００〜８００℃であることが好ましい。また、熱処理の時間は、より確実に所望の結晶を析出させる観点から、１〜１０時間であることが好ましい。
【００５３】
なお、本実施形態の結晶化ガラスは、ガラス調合原料を用いてダイレクトプレス法（ＤＰ）により成形する際に得られることもある。例えば、ＤＰによる成形の際、５００〜８００℃の温度域における冷却速度が緩やかである場合には、ガラス中で結晶が析出し得る。
【００５４】
また、得られた結晶化ガラスは、例えば化学強化処理を施すことにより、表面に圧縮応力層を形成することができる。なお、結晶化ガラスの化学強化処理の具体的な説明は、ガラスの化学強化処理の説明と同様であるため、省略する。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明のガラスを具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５６】
表１，２に記載の各成分の原料としてそれぞれに相当する酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、リン酸塩などを、ガラス化した後に１００ｇとなるように秤量し、十分混合して、白金坩堝に投入し、電気炉にて１２００〜１５００℃で１〜２時間熔融した。その後、適時撹拌し、均質化を図り、清澄してから適当な温度に予熱した金型内に鋳込んだ後、電気炉内で徐冷して歪みを取り除くことで、実施例１〜１０及び比較例１〜１０のガラス（未結晶化ガラス）を得た。なお、少なくとも実施例１〜１０のガラスは、透明であることを確認した。
【００５７】
また、それぞれのガラス（未結晶化ガラス）について、電気炉にて８００℃以下、１〜１０時間の熱処理を行う（表１，２参照）ことで、結晶化ガラスを得た。
【００５８】
更に、それぞれのガラス（未結晶化ガラス）及び結晶化ガラスについて、化学強化処理を施す、より具体的には、３６０〜４４０℃に加熱されたＮａＮＯ３又はＫＮＯ３の熔融塩に１６時間以下浸漬させる（表１，２参照）ことで、表面に圧縮応力層を形成した。
【００５９】
各実施例及び比較例において、以下に示す手順に従い、ガラスの１２００℃における粘度の測定、結晶化ガラスの均質性の評価、及び、３点曲げ強さ（圧縮応力層が形成されたガラス、圧縮応力が形成されていない結晶化ガラス、及び、圧縮応力層が形成された結晶化ガラスに対して）の測定を行った。更に、各実施例及び比較例の結晶化ガラスにおいて、圧縮応力層の形成に伴う３点曲げ強さ増加率を算出した。結果を表１，２に示す。
【００６０】
ガラスの１２００℃における粘度の測定は、回転円筒法にて行った。具体的に、１２００℃のガラス融液中に白金製の円筒を浸漬させ、円筒を回転させたときに当該円筒の受ける回転力（トルク）から粘度を求めた。
【００６１】
結晶化ガラスの均質性の評価は、結晶化ガラス（圧縮応力層無し）の断面の外観を目視及び顕微鏡（５０倍）で観察し、以下の基準に従って行った。
Ａ：顕微鏡下でも結晶の析出に偏りが認められない
Ｂ：目視では偏りが認められないが、顕微鏡下にて偏りが認められる
Ｃ：目視にて結晶の析出に偏りが認められる、又は結晶が析出していない
参考までに、実施例１の結晶化ガラス（圧縮応力層無し）に関して、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による画像（５０００倍）を図１に示し、外観を図２に示し、顕微鏡による画像（５０倍）を図３に示す。また、比較例８の結晶化ガラス（圧縮応力層無し）に関して、顕微鏡による画像（５０倍）を図４に示す。
図１の画像においては、比較的暗く見える領域がＬｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶であり、比較的明るく見える領域がガラス質である。
【００６２】
３点曲げ強さの測定は、ＪＩＳ  Ｒ１６０１：２００８「ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法」に準拠して行った。
【００６３】
なお、少なくとも実施例１〜１０の結晶化ガラスについては、ＸＲＤパターンから、Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ５結晶が析出していることを確認した。参考までに、実施例１の結晶化ガラスのＸＲＤパターンを図５に示す。
【００６４】
また、実施例１及び比較例７のガラス（未結晶化ガラス）及び結晶化ガラスについて、ＪＯＧＩＳ０５−１９７５「光学ガラスの比重の測定方法」に準拠し、比重の測定を行った。その結果、実施例１の未結晶化ガラス及び結晶化ガラスの比重は、それぞれ２．４０５及び２．４２４であり、比較例７の未結晶化ガラス及び結晶化ガラスの比重は、それぞれ２．３６０及び２．４７９であった。
【００６５】
【表１】
2020158363.tif 000003
【００６６】
【表２】
2020158363.tif 000004
【００６７】
表１より、実施例１〜１０に係るガラスは、いずれも融液の粘度が十分に低いため、ＤＰによる部材の作製に適していることが分かる。また、表１より、実施例１〜１０に係る圧縮応力層を表面に備えるガラスは、いずれも３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上であり、強度が高いことが分かる。
【００６８】
また、表１より、熱処理を行うことで得られた実施例１〜１０の結晶化ガラスは、いずれも、均質性が高い上、３点曲げ強さが２００ＭＰａ以上であり強度が高いことが分かる。特に、図３より、実施例１の結晶化ガラスは、５０倍の顕微鏡画像で結晶の構造（模様）が確認されなかったことから、結晶の析出に偏りがなく、均質であることが明らかである。かかる均質性は、実施例１の結晶化ガラスの外観を示す図２からも明らかである。
【００６９】
更に、実施例１〜１０に係る圧縮応力層を表面に備える結晶化ガラスは、いずれも３点曲げ強さが４００ＭＰａ以上であり、強度が高いことが分かる。特に、実施例１〜１０の結晶化ガラスにおいては、圧縮応力層の形成に伴う３点曲げ強さ増加率が大きく、イオン交換により強度が効果的に向上していることも分かる。
【００７０】
これに対し、表２より、比較例１〜１０においては、ガラス融液の粘度及び結晶化ガラスの均質性の一方又は両方の結果が良好でないことが分かる。なお、比較例９においては、ガラス化しなかった。これは、Ｌｉ２Ｏが多すぎることに起因するものと考えられる。また、図４より、比較例８の結晶化ガラスは、５０倍の顕微鏡画像で結晶の構造（模様）が確認されたことから、結晶の析出に偏りがあり、不均質であることが分かる。
【００７１】
また、比較例１〜１０においては、ガラス又は結晶化ガラスの３点曲げ強さが十分に高くないものが多いことも分かる。更に、比較例１〜１０の結晶化ガラスにおいては、圧縮応力層の形成に伴う３点曲げ強さ増加率が小さい、即ち、イオン交換による効果的な強度向上が図れていないものが多いことも分かる。
【００７２】
更に、実施例１においては、ガラスを結晶化させることにより、比重が２．４０５から２．４２４に変化し、即ち比重の変化率は０．７９％であった。これに対し、比較例７においては、ガラスを結晶化させることにより、比重が２．３６０から２．４７９に変化し、即ち比重の変化率は５．０４％であった。このことから、実施例１のガラスは、比較例７のガラスに比べ、結晶化を行っても寸法の変化が少なく、ＤＰ等による成形の際に結晶化前の形状を維持し易いことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明によれば、融液にしたときの粘度が十分に低く、結晶化処理によって高強度で且つ均質な結晶化ガラスを形成可能である上、そのまま（未結晶化ガラスの状態）でも結晶化ガラスの状態にしてもイオン交換（化学強化）により効果的に高い強度を発揮するガラスを提供することができる。また、本発明によれば、上述したガラスから形成可能であり、高い強度を有する均質な結晶化ガラスを提供することができる。
【図１】
2020158363.tif 000005
【図２】
2020158363.tif 000006
【図３】
2020158363.tif 000007
【図４】
2020158363.tif 000008
【図５】
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