(57)【要約】【課題】大型であっても、機械的強度が高く、破損し難い強化ガラス基板を創案すること。【解決手段】本発明の強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、Ｚｒを含む失透ブツが１個／ｃｍ３以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、Ｚｒを含む失透ブツが１個／ｃｍ３以下であることを特徴とする強化ガラス基板。
【請求項２】
オーバーフローダウンドロー法により成形されてなることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス基板。
【請求項３】
（板厚中央部のＺｒの含有量）／（表面付近のＺｒの含有量）の値が３以下であることを特徴とする強化ガラス基板。
【請求項４】
化学的に強化されてなることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項５】
表面の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上、応力深さが１０μｍ以上、且つ内部の引っ張り応力値が２００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項６】
未研磨の表面を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項７】
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ３〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜３．５％、Ｎａ２Ｏ  ７〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％を含有することを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項８】
ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ７．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜８％を含有することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項９】
ディスプレイのカバーガラスに用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項１０】
太陽電池のカバーガラスに用いることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の強化ガラス基板。
【請求項１１】
ガラス原料を調合する工程（１）と、
Ｚｒを含む失透ブツが１個／ｃｍ３以下になるように、得られた調合原料を溶融し、溶融ガラスを得た後、該溶融ガラスを板状に成形する工程（２）と、
イオン交換処理を行い、ガラス表面に圧縮応力層を形成して、強化ガラス基板を得る工程（３）と、を有することを特徴とする強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１２】
工程（１）が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ３〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜３．５％、Ｎａ２Ｏ  ７〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％を含有するように、ガラス原料を調合する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１３】
工程（２）が、オーバーフローダウンドロー法により板状に成形する工程を有することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１４】
工程（２）が、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させる工程を有することを特徴とする請求項１１〜１３の何れか一項に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１５】
工程（２）が、成形時に、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させる工程を有することを特徴とする請求項１１〜１４の何れか一項に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１６】
工程（２）が、成形時に、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、粘度が１０４ｄＰａ・s以上１０５ｄＰａ・s以下の溶融ガラスを接触させる工程を有することを特徴とする請求項１１〜１５の何れか一項に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項１７】
ガラス原料を調合する工程（１）と、
得られた調合原料を溶融し、溶融ガラスを得た後、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させて、該溶融ガラスを板状に成形する工程（２）’と、
イオン交換処理を行い、ガラス表面に圧縮応力層を形成して、強化ガラス基板を得る工程（３）と、を有することを特徴とする強化ガラス基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ガラス基板及びその製造方法に関し、特に携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯端末）、太陽電池のカバーガラス、或いはタッチパネルディスプレイの基板に好適な強化ガラス基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、太陽電池、タッチパネルディスプレイ等のデバイスは、広く使用されており、益々普及する傾向にあり、これらの用途では、カバーガラス又は基板として、化学的に強化されてなる強化ガラス基板が用いられている。
【０００３】
現在、ＴＶ、モニター等のディスプレイの保護部材として、強化ガラス基板を用いることが検討されている。
【０００４】
強化ガラス基板には、例えば、（１）高い機械的強度を有すること、（２）低密度で軽量であること、（３）安価で多量に供給できること、（４）泡品位に優れること、（５）可視域において高い光透過率を有すること、（６）ペンや指等で表面を押した際に撓み難いように、高いヤング率を有すること等の特性が要求される。特に、保護部材として化学強化ガラス基板を使用する場合、（１）の特性が重要になる（特許文献１、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−８３０４５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】泉谷徹朗等、「新しいガラスとその物性」、初版、株式会社経営システム研究所、１９８４年８月２０日、ｐ．４５１−４９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
強化ガラスの機械的強度を高めるためには、ガラス組成中のＡｌ２Ｏ３の含有量を増加させて、イオン交換性能を高める必要がある。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多くなると、ガラスの粘度が上昇し、溶融温度が高くなる。このようなガラスを溶融、成形する場合、従来までは、ジルコニア系耐火物又はジルコン系耐火物が使用されていた。
【０００８】
しかし、特定のガラス組成を有する強化ガラス基板を作製する場合、ジルコニア系耐火物又はジルコン系耐火物を使用すると、耐火物−溶融ガラスの界面において、高濃度のＺｒ層が形成されると共に、高濃度のＺｒを含む溶融ガラス生地が、溶融工程〜成形工程中の低温部分で停滞して、後にＺｒを含む失透ブツとして析出する虞がある。
【０００９】
また、大型の強化ガラス基板の機械的強度を高めるために、圧縮応力値を大きく、且つ応力深さを深くすると、内部の引っ張り応力値が大きくなる傾向がある。この場合、内部の引っ張り応力層中に失透ブツが存在すると、強化ガラス基板が破損し易くなる。特に、強化ガラス基板が大型になる程、その確率が上昇する。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みて成されたものであり、その技術的課題は、大型であっても、機械的強度が高く、破損し難い強化ガラス基板を創案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、種々の検討を行った結果、強化ガラス基板中のＺｒを含む失透ブツの数を所定範囲に規制することにより、上記技術的課題を解決し得ることを見出し、本発明として提案するものである。すなわち、本発明の強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラスであって、Ｚｒを含む失透ブツが１個／ｃｍ３以下であることを特徴とする。ここで、「Ｚｒを含む失透ブツ」は、実体顕微鏡により観察を行い、観察視野内に１μｍ以上の失透ブツが観察された場合、失透ブツとしてカウントし、測定に使用したガラス基板（強化ガラス基板）のサイズから１ｃｍ３当たりの失透ブツの発生率を算出したものである。
【００１２】
第二に、本発明の強化ガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法により成形されてなることが好ましい。ここで、「オーバーフローダウンドロー法」は、溶融状態のガラスを耐熱性の樋状構造物の両側から溢れさせて、溢れた溶融ガラスを樋状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス基板を製造する方法である。
【００１３】
従来まで、オーバーフローダウンドロー法では、樋状構造物として、ジルコニア系耐火物又はジルコン系耐火物が使用されていた。しかし、樋状構造物として、ジルコニア系耐火物又はジルコン系耐火物を使用すると、Ｚｒを含む失透ブツを１個／ｃｍ３以下に規制し難くなることに加えて、合わせ面（合流面）のＺｒ（ＺｒＯ２）の含有量が多くなり易い。そこで、樋状構造物として、高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物を使用すると、Ｚｒを含む失透ブツを可及的に低減することが可能になる。しかも合わせ面のＺｒ（ＺｒＯ２）の含有量を低減し易くなる。また、高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物は、長時間使用しても変形し難く、Ｚｒを含む失透ブツ以外の失透ブツも発生させ難い。
【００１４】
樋状構造物中のＡｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１０質量％以上、３０質量％以上、５０質量％以上、７０質量％以上、９０質量％以上、特に９５質量％以上である。このようにすれば、成形時に、樋状構造物から溶融ガラス中にＺｒが溶出し難くなる。
【００１５】
溶融炉の溶融煉瓦として、高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物を使用することも好ましい。このようにすれば、Ｚｒを含む失透ブツを１個／ｃｍ３以下に規制し易くなる。溶融炉の溶融煉瓦中のＡｌ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１０質量％以上、３０質量％以上、５０質量％以上、７０質量％以上、９０質量％以上、特に９５質量％以上である。このようにすれば、溶融時に、溶融炉の溶融煉瓦から溶融ガラス中にＺｒが溶出し難くなる。
【００１６】
第三に、本発明の強化ガラス基板は、（板厚中央部のＺｒの含有量）／（表面付近のＺｒの含有量）の値が３以下であることを特徴とする。ここで、「（板厚中央部のＺｒの含有量）／（表面付近のＺｒの含有量）」は、例えば、ＳＩＭＳで測定した値を指し、板厚中央部のＺｒの含有量をＡ、表面付近のＺｒの含有量をＢとした上で、Ｓｉで規格化した際に得られる値の平均値Ａａｖｅ、Ｂａｖｅをそれぞれ算出し、Ａａｖｅ／Ｂａｖｅとして計算した値である。
【００１７】
強化ガラス基板において、板厚中央部は、引っ張り応力層になるが、この部分に失透ブツが存在すると、強化ガラス基板が破損し易くなる。そこで、（板厚中央部のＺｒの含有量）／（表面付近のＺｒの含有量）の値を３以下に規制すれば、内部の引っ張り応力値が高くても、強化ガラス基板が破損し難くなる。
【００１８】
第四に、本発明の強化ガラス基板は、化学的に強化されてなることが好ましい。
【００１９】
第五に、本発明の強化ガラス基板は、表面の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上、応力深さが１０μｍ以上、且つ内部の引っ張り応力値が２００ＭＰａ以下であることが好ましい。ここで、「圧縮応力層の圧縮応力値」及び「応力深さ」は、表面応力計（例えば、株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて、試料を観察した際に、観察される干渉縞の本数とその間隔から算出される値を指す。「内部の引っ張り応力値」は、下記数式で計算された値を指す。
【００２０】
内部の引っ張り応力値＝（圧縮応力値×応力深さ）／（板厚−応力深さ×２）
【００２１】
第六に、本発明の強化ガラス基板は、未研磨の表面を有することが好ましい。
【００２２】
第七に、本発明の強化ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ３〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜３．５％、Ｎａ２Ｏ  ７〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％を含有することが好ましい。このガラス組成を有する強化ガラス基板は、特にジルコニア系耐火物、ジルコン系耐火物に接触した場合にＺｒを含む失透ブツが析出し易く、逆にＡｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物を使用した場合には、Ｚｒを含む失透ブツ、発泡等の不具合が発生し難く、長期間の使用が可能になる。なお、上記傾向は、ガラス組成中のＡｌ２Ｏ３の含有量が多い程、顕著になる。
【００２３】
第八に、本発明の強化ガラス基板は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ７．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜８％を含有することが好ましい。
【００２４】
第九に、本発明の強化ガラス基板は、ディスプレイのカバーガラスに用いることが好ましい。
【００２５】
第十に、本発明の強化ガラス基板は、太陽電池のカバーガラスに用いることが好ましい。
【００２６】
第十一に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、ガラス原料を調合する工程（１）と、Ｚｒを含む失透ブツが１個／ｃｍ３以下になるように、得られた調合原料を溶融し、溶融ガラスを得た後、該溶融ガラスを板状に成形する工程（２）と、イオン交換処理を行い、ガラス表面に圧縮応力層を形成して、強化ガラス基板を得る工程（３）と、を有することを特徴とする。
【００２７】
第十二に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、工程（１）が、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ３〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜３．５％、Ｎａ２Ｏ  ７〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％を含有するように、ガラス原料を調合する工程を有することが好ましい。
【００２８】
第十三に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、工程（２）が、オーバーフローダウンドロー法により板状に成形する工程を有することが好ましい。
【００２９】
第十四に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、工程（２）が、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させる工程を有することが好ましい。
【００３０】
第十五に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、工程（２）が、成形時に、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させる工程を有することが好ましい。
【００３１】
第十六に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、工程（２）が、成形時に、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、粘度が１０４ｄＰａ・s以上１０５ｄＰａ・s以下の溶融ガラスを接触させる工程を有することが好ましい。
【００３２】
第十七に、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、ガラス原料を調合する工程（１）と、得られた調合原料を溶融し、溶融ガラスを得た後、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させて、該溶融ガラスを板状に成形する工程（２）’と、イオン交換処理を行い、ガラス表面に圧縮応力層を形成して、強化ガラス基板を得る工程（３）と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】［実施例１］における試料Ｎｏ．１の耐火物界面の電子顕微鏡写真である。
【図２】［実施例１］における試料Ｎｏ．２の耐火物界面の電子顕微鏡写真である。
【図３】［実施例１］における試料Ｎｏ．３の耐火物界面の電子顕微鏡写真である。
【図４】［実施例１］における試料Ｎｏ．４の耐火物界面の電子顕微鏡写真である。
【図５】［実施例２］におけるＳＩＭＳの測定エリアを示す概念図である。
【図６】［実施例２］における試料Ｎｏ．２のＳＩＭＳの測定結果である。
【図７】［実施例２］における試料Ｎｏ．４のＳＩＭＳの測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の強化ガラス基板において、Ｚｒを含む失透ブツは１個／ｃｍ３以下であり、好ましくは１個／ｃｍ３以下、０．５個／ｃｍ３以下、０．３個／ｃｍ３以下、０．１個／ｃｍ３以下、０．０５個／ｃｍ３以下、特に０．０１個／ｃｍ３以下である。Ｚｒを含む失透ブツが多過ぎると、強化ガラス基板の外観不良率が低下すると共に、強化ガラス基板が破損し易くなる。
【００３５】
Ｚｒを含む失透ブツを低減する方法として、ガラス基板の製造工程中で、溶融ガラスと接触する部材（溶融煉瓦、樋状耐火物等）のＡｌ２Ｏ３の含有量を高める方法、溶融ガラスと接触する部材として、白金、モリブデン等を用いる方法、ガラス組成中のＺｒＯ２の含有量を低下させる方法等が挙げられる。
【００３６】
本発明の強化ガラス基板は、その表面に圧縮応力層を有する。表面に圧縮応力層を形成する方法には、物理強化法と化学強化法があり、本発明では、化学強化法で圧縮応力層を形成することが好ましい。化学強化法は、ガラスの歪点以下の温度でイオン交換処理を行うことにより、ガラスの表面にイオン半径が大きいアルカリイオンを導入する方法である。化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、ガラス基板の板厚が小さくても、所望の機械的強度を得ることができる。更に、圧縮応力層を形成した後に、強化ガラスを切断しても、風冷強化法等の物理強化法とは異なり、容易に破壊することがない。
【００３７】
イオン交換処理の条件は、特に限定されず、ガラスの粘度特性等を考慮して決定すればよい。特に、ＫＮＯ３溶融塩中のＫイオンをガラス基板中のＮａ成分とイオン交換すると、ガラス基板の表面に圧縮応力層を効率良く形成することができる。
【００３８】
本発明の強化ガラス基板において、圧縮応力層の圧縮応力値は、好ましくは６００ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以上、特に１３００ＭＰａ以上である。圧縮応力が大きくなるにつれて、強化ガラス基板の機械的強度が高くなる。一方、表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、表面にマイクロクラックが発生し、かえって強化ガラス基板の機械的強度が低下する虞がある。また、強化ガラス基板に内在する引っ張り応力が極端に高くなる虞があるため、圧縮応力値を２５００ＭＰａ以下とするのが好ましい。なお圧縮応力値を大きくするには、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ２の含有量を増加させたり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減すればよい。また、イオン交換に要する時間を短くしたり、イオン交換溶液の温度を下げればよい。
【００３９】
応力深さは、好ましくは１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上、特に３０μｍ以上である。応力深さが深い程、強化ガラスに深い傷が付いても、強化ガラス基板が割れ難くなる。一方、強化ガラス基板を切断し難くなったり、内部の引っ張り応力が極端に高くなって破損する虞れがある。よって、応力深さは、好ましくは１００μｍ以下、８０μｍ以下、特に６０μｍ以下である。なお、応力深さを深くするには、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を増加させたり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減すればよい。また、イオン交換に要する時間を長くしたり、イオン交換溶液の温度を高めればよい。
【００４０】
内部の引っ張り応力値は、好ましくは２００ＭＰａ以下、１５０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以下、６０ＭＰａ以下、特に５０ＭＰａ以下である。この値が小さくなる程、内部の欠陥によって強化ガラス基板が破損し難くなる。また、強化ガラス基板を安定して切断し易くなる。更に、切断時の寸法変化を少なくすることが可能になる。しかし、内部の引っ張り応力値が極端に小さくなると、表面の圧縮応力値や応力深さが低下する。よって、内部の引っ張り応力値は、好ましくは１ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、特に１５ＭＰａ以上である。
【００４１】
本発明の強化ガラス基板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。オーバーフローダウンドロー法で成形すれば、未研磨で表面品位が良好なガラス基板を製造することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラス基板の表面となるべき面は樋状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されることにより、無研磨で表面品位が良好なガラス基板を成形できるからである。なお、液相温度が１２００℃以下、液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形することができる。
【００４２】
なお、高い表面品位が要求されない場合には、オーバーフローダウンドロー法以外の方法を採用することができる。例えば、ダウンドロー法（スロットダウン法、リドロー法等）、フロート法、ロールアウト法、プレス法等の成形方法を採用することができる。
【００４３】
本発明の強化ガラス基板において、（板厚中央部のＺｒの含有量）／（表面付近のＺｒの含有量）の値は、好ましくは３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１．３以下、１．２以下、特に１以下である。この値が大き過ぎると、内部の引っ張り応力により強化ガラス基板が破損し易くなる。同様にして、（板厚中央部のＺｒＯ２の含有量）／（表面付近のＺｒＯ２の含有量）の値も、好ましくは３以下、２．５以下、２以下、１．５以下、１．３以下、１．２以下、特に１以下である。
【００４４】
本発明の強化ガラス基板は、未研磨の表面を有することが好ましく、未研磨の表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は、好ましくは１０Å以下、５Å以下、４Å以下、３Å以下、特に２Å以下である。なお、平均表面粗さ（Ｒａ）は、ＳＥＭＩ  Ｄ７−９７「ＦＰＤガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠した方法により測定すればよい。ガラスの理論強度は本来非常に高いが、理論強度よりも遥かに低い応力でも破壊に至ることが多い。これはガラス表面にグリフィスフローと呼ばれる小さな欠陥が成形後の工程、例えば研磨工程等で生じるからである。それ故、ガラス表面を未研磨とすれば、本来のガラスの機械的強度が損なわれず、ガラス基板が破壊し難くなる。また、ガラス表面を未研磨とすれば、研磨工程を省略できるため、ガラス基板の製造コストを下げることができる。本発明の強化ガラス基板において、有効面全体を未研磨とすれば、強化ガラス基板が更に破壊し難くなる。また、強化ガラス基板の切断面から破壊に至る事態を防止するため、切断面に面取り加工やエッチング処理等を行ってもよい。なお、未研磨の表面を得るためには、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形すればよい。
【００４５】
本発明の強化ガラス基板において、各成分の含有量を限定した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有量の説明において、％表示は、質量％を意味している。
【００４６】
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は、好ましくは４０〜７１％、４０〜６３％、４５〜６３％、５０〜５９％、特に５５〜５８．５％である。ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、ガラスの溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなる。また、熱膨張係数が高くなり、ガラスの耐熱衝撃性が低下し易くなる。
【００４７】
Ａｌ２Ｏ３は、イオン交換性能を高める成分である。また歪点やヤング率を高める効果もあり、その含有量は３〜３０％が好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラスに失透結晶が析出し易くなってオーバーフローダウンドロー法等による成形が困難になる。特に、高Ａｌ２Ｏ３含有の樋状構造物を用いて、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形する場合、高Ａｌ２Ｏ３含有の樋状構造物との界面にスピネルの失透結晶が析出し易くなる。また熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなったり、高温粘性が高くなり溶融し難くなる。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、十分なイオン交換性能を発揮できない虞が生じる。上記観点から、Ａｌ２Ｏ３の好適な範囲は上限が２５％以下、２２％以下、特に２１％以下であり、また下限が７．５％以上、８．５％以上、９％以上、１０％以上、１２％以上、１３％以上、１４％以上、１６％以上、１８％以上、１９％以上、特に２０％以上である。
【００４８】
Ｌｉ２Ｏは、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させる成分である。また、Ｌｉ２Ｏは、ヤング率を向上させる成分である。更に、Ｌｉ２Ｏは、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力値を高める効果が大きい。しかし、Ｌｉ２Ｏの含有量が多過ぎると、液相粘度が低下して、ガラスが失透し易くなる。また、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。更に、低温粘性が低下し過ぎて、応力緩和が起こり易くなると、かえって圧縮応力値が低くなる場合がある。従って、Ｌｉ２Ｏの含有量は、好ましくは０〜３．５％、０〜２％、０〜１％、０〜０．５％、０〜０．１％であり、実質的に含有しないこと、つまり０．０１％未満に抑えることが最も好ましい。なお、Ｌｉ２Ｏを添加する場合、Ｌｉ２Ｏの含有量は０．００１％以上、特に０．０１％以上が好ましい。
【００４９】
Ｎａ２Ｏは、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を向上させる成分である。また、Ｎａ２Ｏは、耐失透性を改善する成分でもある。Ｎａ２Ｏの好適な範囲は上限が２０％以下、１９％以下、１７％以下、１５％以下、１４％以下、特に１３．５％以下であり、下限が７％以上、８％以上、１０％以上、特に１２％以上である。Ｎａ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また、歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成のバランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が少な過ぎると、溶融性が低下したり、熱膨張係数が低くなり過ぎたり、イオン交換性能が低下し易くなる。
【００５０】
Ｋ２Ｏは、イオン交換を促進する効果があり、アルカリ金属酸化物の中では応力深さを深くする効果が高い。また、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｋ２Ｏは、耐失透性を改善する成分でもある。Ｋ２Ｏの含有量は０〜１５％が好ましい。Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。更に、歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成のバランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。よって、Ｋ２Ｏの好適な上限範囲は１２％以下、１０%以下、８％以下、６％以下、５％以下、４％以下、３％以下、２％以下、特に２％未満である。
【００５１】
アルカリ金属酸化物Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋから選ばれる１種以上）の合量が多くなり過ぎると、ガラスが失透し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。また、アルカリ金属酸化物Ｒ２Ｏの合量が多過ぎると、歪点が低下し過ぎて、高い圧縮応力値が得られない場合がある。更に、液相温度付近の粘性が低下し、高い液相粘度を確保することが困難となる場合がある。よって、Ｒ２Ｏの合量は、好ましくは２２％以下、２０％以下、特に１９％以下である。一方、Ｒ２Ｏの合量が少な過ぎると、イオン交換性能や溶融性が低下する場合がある。よって、Ｒ２Ｏの合量は、好ましくは８％以上、１０％以上、１３％以上、特に１５％以上である。
【００５２】
また、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値を、０．７〜２、０．８〜１．６、０．９〜１．６、１〜１．６、特に１．２〜１．６に規制することが好ましい。この値が大きくなると、低温粘性が低下し過ぎて、イオン交換性能が低下したり、ヤング率が低下したり、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。また、この値が大きくなると、ガラス組成の成分バランスが損なわれて、ガラスが失透し易くなる。一方、この値が小さくなると、溶融性や耐失透性が低下し易くなる。
【００５３】
モル比（Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ）／Ｎａ２Ｏは、好ましくは１．１以下、１．０８以下、１．０７以下、１．０６以下、１．０４以下、特に１．０２以下である。このようにすれば、高Ａｌ２Ｏ３含有の樋状構造物界面での失透ブツの発生を抑制し易くなる。具体的には、１０４．５ｄＰａ・ｓの粘度（成形時の粘度）でガラスを４８時間保持した時に、高Ａｌ２Ｏ３含有の樋状構造物界面での失透ブツの発生を抑制し易くなる。
【００５４】
また、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏの質量比の範囲は、０〜２が好ましい。Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏの質量比を変化させると、圧縮応力値と応力深さを変化させることが可能になる。圧縮応力値を高く設定したい場合には、上記質量比が、０〜０．３、０〜０．２、特に０〜０．１となるように調整することが好ましい。一方、応力深さをより深くしたり、短時間で深い圧縮応力層を形成したい場合には、上記質量比が、０．３〜２、０．５〜２、１〜２、１．２〜２、特に１．５〜２となるように調整することが好ましい。ここで、上記質量比の上限を２に設定した理由は、２より大きくなると、ガラス組成のバランスを欠いて、ガラスが失透し易くなるからである。
【００５５】
例えば、アルカリ土類金属酸化物Ｒ’Ｏ（Ｒ’はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上）は、種々の目的で添加可能な成分である。しかし、Ｒ’Ｏの合量が多くなると、密度や熱膨張係数が高くなったり、耐失透性が低下したりすることに加えて、イオン交換性能が低下する傾向がある。よって、Ｒ’Ｏの合量は、好ましくは０〜９．９％、０〜８％、０〜６、特に０〜５％である。
【００５６】
ＭｇＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を向上させる効果が大きい。ＭｇＯの含有量は０〜６％が好ましい。しかし、ＭｇＯの含有量が多くなると、密度、熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。特に、高Ａｌ２Ｏ３含有の樋状構造物を用いて、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形する場合、高Ａｌ２Ｏ３含有の樋状構造物との界面にスピネルの失透結晶が析出し易くなる。したがって、その含有量は、４％以下、３％以下、２．５％以下、２％以下、特に１．５％以下が好ましい。なお、ＭｇＯを添加する場合、ＭｇＯの含有量は０．０１％以上、０．１％、０．５％以上、特に１％以上が好ましい。
【００５７】
ＣａＯは、高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を向上させる効果が大きい。ＣａＯの含有量は０〜６％が好ましい。しかし、ＣａＯの含有量が多くなると、密度、熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなったり、更にはイオン交換性能が低下する場合がある。したがって、その含有量は、４％以下、特に３％以下が好ましい。
【００５８】
ＳｒＯ及びＢａＯは、高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させたり、歪点やヤング率を高める成分であり、その含有量は各々０〜３％が好ましい。ＳｒＯやＢａＯの含有量が多くなると、イオン交換性能が低下する傾向がある。また、密度、熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。ＳｒＯの含有量は、好ましくは２％以下、１．５％以下、１％以下、０．５％以下、０．２％以下、特に０．１％以下である。また、ＢａＯの含有量は、好ましくは２．５％以下、２％以下、１％以下、０．８％以下、０．５％以下、０．２％以下、特に０．１％以下である。
【００５９】
ＺｎＯは、イオン交換性能を高める成分であり、特に、圧縮応力値を高くする効果が大きい。また、低温粘性を低下させずに高温粘性を低下させる効果を有する成分であり、その含有量は０〜８％が好ましい。しかし、ＺｎＯの含有量が多くなると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなるため、その含有量は、好ましくは６％以下、４％以下、特に３％以下である。
【００６０】
ＳｒＯ＋ＢａＯの合量を０〜５％に規制すると、イオン交換性能をより効果的に向上させることができる。つまりＳｒＯとＢａＯは、上述の通り、イオン交換反応を阻害する作用があるため、これらの成分を多く含むことは、強化ガラスの機械的強度を高める上で不利である。ＳｒＯ＋ＢａＯの好ましい範囲は０〜３％、０〜２．５％、０〜２％、０〜１％、０〜０．２％、特に０〜０．１％である。
【００６１】
Ｒ’Ｏの合量をＲ２Ｏの合量で除した値が大きくなると、耐失透性が低下する傾向が現れる。よって、質量分率でＲ’Ｏ／Ｒ２Ｏの値を０．５以下、０．４以下、特に０．３以下に規制することが好ましい。
【００６２】
ＳｎＯ２は、イオン交換性能、特に圧縮応力値を向上させる効果があるため、０．０１〜３％、０．０１〜１．５％、特に０．１〜１％含有することが好ましい。ＳｎＯ２の含有量が多くなると、ＳｎＯ２に起因する失透が発生したり、ガラスが着色し易くなる傾向がある。
【００６３】
ＺｒＯ２は、イオン交換性能を顕著に向上させると共に、ヤング率や歪点を高くし、高温粘性を低下させる効果がある。また、液相粘度付近の粘性を高める効果があるため、所定量含有させることで、イオン交換性能と液相粘度を同時に高めることができる。但し、ＺｒＯ２の含有量が多くなり過ぎると、耐失透性が極端に低下する場合がある。よって、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０〜１０％、０．００１〜１０％、０．１〜９％、０．５〜７％、１〜５％、特に２．５〜５％である。なお、Ｚｒを含む失透ブツを可及的に低減したい場合、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは１％以下、０．５％以下、０．１％以下、特に０．１％未満である。
【００６４】
Ｂ２Ｏ３は、液相温度、高温粘度及び密度を低下させる効果を有すると共に、イオン交換性能、特に圧縮応力値を向上させる効果があるため、上記成分と共に含有できるが、その含有量が多過ぎると、イオン交換によって表面にヤケが発生したり、耐水性が低下したり、液相粘度が低下する虞がある。また、応力深さが低下する傾向にある。よって、Ｂ２Ｏ３の含有量は、好ましくは０〜６％、０〜４％、特に０〜３％である。
【００６５】
ＴｉＯ２は、イオン交換性能を向上させる効果がある成分である。また、高温粘度を低下させる効果がある。しかし、その含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなる。特にディスプレイのカバーガラスとして使用する場合、ＴｉＯ２の含有量が多くなると、溶融雰囲気や原料を変更した時、透過率が変化し易くなる。そのため紫外線硬化樹脂等の光を利用してガラス基板をデバイスに接着する工程において、紫外線照射条件が変動し易くなり、安定生産が困難となる。よって、ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、６％以下、５％以下、４％以下、２％以下、０．７％以下、０．５％以下、０．１％以下、特に０．０１％以下である。
【００６６】
本発明において、イオン交換性能向上の観点から、ＺｒＯ２とＴｉＯ２を上記範囲に規制することが好ましいが、ＴｉＯ２源、ＺｒＯ２源として試薬を用いてもよく、原料等に含まれる不純物から導入してもよい。
【００６７】
耐失透性とイオン交換性能を両立する観点から、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の含有量を以下のように定めることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の含有量が好ましくは１２％超、１３％以上、１５％以上、１７％以上、１８％以上、１９％以上であれば、イオン交換性能をより効果的に向上させることが可能になる。しかし、Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２の含有量が多過ぎると、耐失透性が極端に低下するため、その含有量を２８％以下、２５％以下、２３％以下、２２％以下、特に２１％以下とすることが好ましい。
【００６８】
Ｐ２Ｏ５は、イオン交換性能を高める成分であり、特に、応力深さを深くする効果が大きいため、その含有量を０〜８％とすることが好ましい。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が多くなると、ガラスが分相したり、耐水性や耐失透性が低下し易くするため、その含有量は５％以下、４％以下、３％以下、特に２％以下が好ましい。
【００６９】
清澄剤として、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｆ、ＳＯ３、Ｃｌの群から選択された一種又は二種以上を０．００１〜３％添加してもよい。但し、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３は環境に対する配慮から、使用は極力控えることが好ましく、各々の含有量は０．１％未満、特に０．０１％未満、つまり実質的に含有しないことが好ましい。ＣｅＯ２は、透過率を低下させる成分であり、その含有量は、好ましくは０．１％未満、特に０．０１％未満、つまり実質的に含有しないことが好ましい。Ｆは、低温粘性を低下させ、圧縮応力値の低下を招く虞がある。よって、Ｆの含有量は、０．１％未満、特に０．０１％未満、つまり実質的に含有しないことが好ましい。従って、好ましい清澄剤は、ＳＯ３とＣｌであり、ＳＯ３とＣｌの１者又は両者を、０．００１〜３％、０．００１〜１％、０．０１〜０．５％、更には０．０５〜０．４％添加することが好ましい。
【００７０】
Ｎｄ２Ｏ３やＬａ２Ｏ３等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に含有させると耐失透性が低下する。よって、それらの含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％以下である。
【００７１】
ガラスを強く着色するようなＣｏ、Ｎｉ等の遷移金属元素は、透過率を低下させる傾向がある。特に、ディスプレイに用いる場合、遷移金属元素の含有量が多いと、ディスプレイの視認性が低下し易くなる。よって、遷移金属酸化物の含有量は、好ましくは０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％であり、そのために原料又はカレットの使用量を調整することが望ましい。
【００７２】
Ｐｂ、Ｂｉ等の物質は、環境に対する配慮から、その酸化物の含有量をそれぞれ０．１％未満に制限することが好ましい。
【００７３】
本発明の強化ガラス基板において、各成分の好適な含有範囲を適宜選択し、好ましいガラス組成範囲とすることができる。その具体例を以下に示す。
（１）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ７．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜８％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％を含有するガラス組成。
（２）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ７．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜８％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％、ＺｒＯ２  ０．００１〜１０％を含有するガラス組成。
（３）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ８．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜８％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％を含有するガラス組成。
（４）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ８．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜８％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％、ＺｒＯ２  ０．００１〜１０％を含有するガラス組成。
（５）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜２５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１９％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜６％、ＳｎＯ２  ０．１〜１％、ＺｒＯ２  ０．００１〜１０％であり、実質的にＡｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を含有しないガラス組成。
（６）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜２３％、Ｂ２Ｏ３  ０〜４％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １１〜１７％、Ｋ２Ｏ  ０〜６％、ＭｇＯ  ０〜６％、ＣａＯ  ０〜６％、ＳｒＯ  ０〜３％、ＢａＯ  ０〜３％、ＺｎＯ  ０〜６％、ＳｎＯ２  ０．１〜１％、ＺｒＯ２  ０．００１〜１０％であり、実質的にＡｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を含有しないガラス組成。
（７）質量％でＳｉＯ２  ４０〜６３％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜２２％、Ｂ２Ｏ３  ０〜３％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜０．１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜１７％、Ｋ２Ｏ  ０〜７％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＣａＯ  ０〜４％、ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０〜３％、ＳｎＯ２  ０．０１〜２％であり、実質的にＡｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を含有せず、質量分率で（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値が０．９〜１．６、Ｋ２Ｏ／Ｎａ２Ｏ  ０〜０．４であるガラス組成。
（８）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ３〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜９％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．５％、ＳｎＯ２  ０．００１〜３％を含有するガラス組成。
（９）質量％でＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ８〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜２％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜９％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．５％、ＳｎＯ２  ０．００１〜３％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を含有しないガラス組成。
（１０）質量％でＳｉＯ２  ４０〜６５％、Ａｌ２Ｏ３  ８．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜９％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．５％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％を含有し、質量分率で（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値が０．７〜２であって、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びＦを含有しないガラス組成。
（１１）質量％でＳｉＯ２  ４０〜６５％、Ａｌ２Ｏ３  ８．５〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜９％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．５％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０〜８％を含有し、質量分率で（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値が０．９〜１．７であって、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びＦを含有しないガラス組成。
（１２）質量％でＳｉＯ２  ４０〜６３％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜２５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜３％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜９％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．１％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％、ＺｒＯ２  ０．００１〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０〜８％を含有し、質量分率で（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値が１．２〜１．６であって、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びＦを含有しないガラス組成。
（１３）質量％でＳｉＯ２  ４０〜６３％、Ａｌ２Ｏ３  ９〜２２％、Ｂ２Ｏ３  ０〜３％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜９％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．１％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％、ＺｒＯ２  ０．１〜８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０〜８％を含有し、質量分率で（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値が１．２〜１．６であって、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びＦを含有しないガラス組成。
（１４）質量％でＳｉＯ２  ４０〜５９％、Ａｌ２Ｏ３  １０〜２１％、Ｂ２Ｏ３  ０〜３％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜０．１％、Ｎａ２Ｏ  １０〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜７％、ＭｇＯ  ０〜５％、ＴｉＯ２  ０〜０．１％、ＳｎＯ２  ０．０１〜３％、ＺｒＯ２  １〜８％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ  ０〜８％を含有し、質量分率で（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の値が１．２〜１．６であって、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３及びＦを含有しないガラス組成。
【００７４】
本発明の強化ガラス基板は、板厚が３．０ｍｍ、１．５ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．４ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下であることが好ましい。板厚が薄い程、強化ガラス基板を軽量化することできる。また、本発明の強化ガラス基板は、板厚を薄くしても、破壊し難い利点を有している。なお、溶融ガラスの成形をオーバーフローダウンドロー法で行うと、研磨、エッチングを行わなくても、ガラス基板の薄肉化や平滑化を達成することができる。
【００７５】
本発明の強化ガラス基板において、密度は、好ましくは２．８ｇ／ｃｍ３以下、２．７ｇ／ｃｍ３以下、特に２．６ｇ／ｃｍ３以下である。密度が低い程、強化ガラス基板の軽量化を図ることができる。ここで、「密度」は、例えば、周知のアルキメデス法で測定可能である。なお、密度を低下させるには、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加させたり、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２の含有量を低減すればよい。
【００７６】
本発明の強化ガラス基板において、歪点は、好ましくは５４０℃以上、５５０℃以上、特に５６０℃以上である。ここで、「歪点」は、ＡＳＴＭ  Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値を指す。歪点が高い程、耐熱性が向上し、強化ガラス基板に対して熱処理を施したとしても、強化ガラス基板の熱収縮が小さくなると共に、圧縮応力層が消失し難くなる。また、歪点が高いと、イオン交換処理時に応力緩和が生じ難くなり、高い圧縮応力値を得ることが可能になる。なお、歪点を高くするためには、アルカリ金属酸化物の含有量を低減させたり、アルカリ土類金属酸化物、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｐ２Ｏ５の含有量を増加させればよい。
【００７７】
本発明の強化ガラス基板において、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、好ましくは１６５０℃以下、１５００℃以下、１４５０℃以下、１４３０℃以下、１４２０℃以下、特に１４００℃以下である。ここで、「１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定した値を指す。高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、ガラスの溶融温度に相当しており、この温度が低い程、低温でガラスを溶融することができる。従って、この温度が低い程、溶融窯等のガラス製造設備への負担が小さくなる共に、泡品位を向上させることができる。結果として、ガラス基板を安価に製造することができる。なお、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度を低下させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２の含有量を増加させたり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量を低減すればよい。
【００７８】
本発明の強化ガラス基板において、液相温度は、好ましくは１２００℃以下、１０５０℃以下、１０３０℃以下、１０１０℃以下、１０００℃以下、９５０℃以下、９００℃以下、特に８７０℃以下である。液相温度を低下させるには、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加したり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を低減すればよい。なお、「液相温度」とは、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、温度勾配炉中に２４時間保持した後、結晶が析出する温度を指す。
【００７９】
液相粘度は、好ましくは１０４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０４．３ｄＰａ・ｓ以上、１０４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０５．０ｄＰａ・ｓ以上、１０５．４ｄＰａ・ｓ以上、１０５．８ｄＰａ．ｓ以上、１０６．０ｄＰａ・ｓ以上、特に１０６．２ｄＰａ・ｓ以上が好ましい。液相粘度を上昇させるには、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量を増加したり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を低減すればよい。なお、「液相粘度」とは、液相温度における粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。
【００８０】
なお、液相粘度が高く、液相温度が低い程、耐失透性に優れると共に、成形性に優れている。そして、液相温度が１２００℃以下、液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形することができる。
【００８１】
本発明の強化ガラス基板において、３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、好ましくは７０×１０−７〜１１０×１０−７／℃、７５×１０−７〜１１０×１０−７／℃、８０×１０−７〜１１０×１０−７／℃、特に８５×１０−７〜１１０×１０−７／℃である。熱膨張係数を上記範囲とすれば、金属、有機系接着剤等の部材と熱膨張係数が整合し易くなり、金属、有機系接着剤等の部材の剥離を防止することができる。ここで、「熱膨張係数」とは、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した値を指す。なお、熱膨張係数を上昇させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を増加さればよく、逆に低下させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を低減すればよい。
【００８２】
本発明の強化ガラス基板において、ヤング率は、好ましくは７０ＧＰａ以上、７３ＧＰａ以上、特に７５ＧＰａ以上である。ヤング率が高い程、ディスプレイのカバーガラスとして使用する場合、カバーガラスの表面をペンや指で押した際の変形量が小さくなるため、内部のディスプレイに与えるダメージを低減することができる。
【００８３】
本発明の強化ガラス基板の製造方法は、ガラス原料を調合する工程（１）と、Ｚｒを含む失透ブツが１個／ｃｍ３以下になるように、得られた調合原料を溶融し、溶融ガラスを得た後、該溶融ガラスを板状に成形する工程（２）と、イオン交換処理を行い、ガラス表面に圧縮応力層を形成して、強化ガラス基板を得る工程（３）とを有することを特徴とする。また、本発明の強化ガラス基板の製造方法は、ガラス原料を調合する工程（１）と、得られた調合原料を溶融し、溶融ガラスを得た後、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させて、該溶融ガラスを板状に成形する工程（２）’と、イオン交換処理を行い、ガラス表面に圧縮応力層を形成して、強化ガラス基板を得る工程（３）と、を有することを特徴とする。本発明の強化ガラス基板の製造方法の技術的特徴（特に、工程（１）、（３）における技術的特徴）は、本発明の強化ガラス基板の技術的特徴と重複する。ここでは、本発明の強化ガラス基板の製造方法の技術的特徴について、重複部分の詳細な説明を省略する。
【００８４】
工程（１）において、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ４０〜７１％、Ａｌ２Ｏ３  ３〜３０％、Ｌｉ２Ｏ  ０〜３．５％、Ｎａ２Ｏ  ７〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１５％を含有するように、ガラス原料を調合する工程を有することが好ましい。このようにすれば、耐失透性とイオン交換性能を兼備した強化ガラスを作製し易くなる。
【００８５】
工程（２）、（２）’において、調合原料を連続溶融炉に投入し、１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することが好ましい。このようにすれば、高品質のガラス基板を効率良く作製することができる。
【００８６】
本発明の強化ガラス基板の製造方法において、工程（２）、（２）’は、オーバーフローダウンドロー法により板状に成形する工程を有することが好ましい。
【００８７】
工程（２）は、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させる工程を有することが好ましい。また、工程（２）は、成形時に、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、溶融ガラスを接触させる工程を有することが好ましい。このようにすれば、Ｚｒを含む失透ブツを低減し得ると共に、その他の失透ブツも低減することができる。
【００８８】
工程（２）、（２）’が、成形時に、Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物に、粘度が１０４．０ｄＰａ・s以上（好ましくは１０４.２ｄＰａ・s以上、１０４.３ｄＰａ・s以上、１０４.４ｄＰａ・s以上、特に１０４.５ｄＰａ・s以上）、且つ１０５.５ｄＰａ・s以下（好ましくは１０５.４ｄＰａ・s以下、１０５.３ｄＰａ・s以下、１０５.２ｄＰａ・s以下、１０５.１ｄＰａ・s以下、特に１０５.０ｄＰａ・s以下）の溶融ガラスを接触させる工程を有することが好ましい。成形時に溶融ガラスの粘度が高過ぎると、ガラスにかかる引っ張り応力が高くなり過ぎて、成形中にガラスが破損する虞がある。一方、成形時に溶融ガラスの粘度が低過ぎると、ガラスが変形し易くなって、撓みや反り等の品位が低下し易くなる。
【００８９】
Ａｌ２Ｏ３を１０質量％以上含む耐火物として、種々の耐火物が使用可能である。このような高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物は、例えば、所定の高純度粉末を焼結することにより作製することができる。必要に応じて、焼結前に焼結助剤を添加してもよい。
【００９０】
高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物として、本発明に係る溶融ガラスとの適合性の観点から、例えば、特表２００７−５０４０８８号公報に記載の耐火物（組成として、質量％で、Ａｌ２Ｏ３  ４０〜９４％、ＺｒＯ２  ０〜４１％、ＳｉＯ２  ２〜２２％、Ｙ２Ｏ３＋Ｖ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｓｂ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ３＋Ｎａ２Ｏ  １％超含有する耐火物）、特開２０１２−０２０９２６号公報に記載の耐火物（スズ濃度が酸化物基準で１質量％以下のアルミナ耐火物）、米国特許出願公開第２０１２／０００６５０９号公報（スズ濃度が酸化物基準で１質量％以下、且つＴｉ成分＋Ｚｒ成分＋Ｈｆ成分の合量が１．５質量％以下のアルミナ耐火物）が好ましい。また、国際公開第２０１２／１２５５０７号に記載の耐火物（少なくともＡｌ２Ｏ３を９０質量％含み、更にＴａ成分、Ｎｂ成分、Ｈｆ成分の一種又は二種以上を含む耐火物）、国際公開第２０１２／１３５７６２号に記載の耐火物（組成として、少なくともＡｌ２Ｏ３を１０質量％以上含み、ＳｉＯ２の含有量が６質量％以下であり、更にＴｉ成分、Ｍｇ成分、Ｎｂ成分、Ｔａ成分の一種又は二種以上を含む耐火物）、国際公開第２０１２／１４２３４８号に記載の耐火物（組成として、少なくともβ−Ａｌ２Ｏ３を５０質量％以上含む耐火物）も好ましい。
【００９１】
樋状構造物を高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物とする場合、高Ａｌ２Ｏ３含有耐火物は、低温静水圧プレスにより作製されてなることが好ましい。この場合、５ｋｐｓｉ（約３４ＭＰａ）未満から４０ｋｐｓｉ（約２７６ＭＰａ）超の圧力とすることが好ましい。また、樋状構造物の平均クリープ速度は、１１８０℃、１０００ｐｓｉにおいて、２．５×１０−７／時未満が好ましく、１２５０℃、１０００ｐｓｉにおいて、２．５×１０−６／時未満が好ましい。このようにすれば、樋状構造物を長寿命化することができる。
【００９２】
工程（３）において、イオン交換処理は、例えば、４００〜５５０℃の硝酸カリウム溶液中にガラス基板を１〜８時間浸漬することにより行うことができる。イオン交換処理の条件は、ガラスの粘度特性や、用途、板厚、ガラス内部の引っ張り応力値等を考慮して最適な条件を選択すればよい。
【００９３】
所定サイズに切断するのは、イオン交換処理の前でもよいが、イオン交換処理の後に行う方が製造コストの観点から好ましい。
【実施例１】
【００９４】
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。なお、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
【００９５】
表１は、本発明の説明に用いる実験試料（試料Ｎｏ．１〜４）を示している。
【００９６】
【表１】
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【００９７】
次のようにして、各試料を作製した。まず表中のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１５８０℃で８時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形した。得られたガラス基板について、種々の特性を評価した。
【００９８】
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した値である。
【００９９】
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ  Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値である。
【０１００】
軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ  Ｃ３３８の方法に基づいて測定した値である。
【０１０１】
高温粘度１０４．０ｄＰａ・ｓ、１０３．０ｄＰａ・ｓ、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
【０１０２】
液相温度ＴＬは、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定したものである。
【０１０３】
液相粘度ｌｏｇηＴＬは、液相温度におけるガラスの粘度であり、白金球引き上げ法で測定した値である。
【０１０４】
熱膨張係数αは、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した値である。
【０１０５】
その結果、得られたガラス基板は、密度が２．５４ｇ／ｃｍ３以下、熱膨張係数が９２×１０−７〜１００×１０−７／℃、強化ガラス素材として好適であった。また液相粘度が１０５．８ｄＰａ・ｓ以上であるため、オーバーフローダウンドロー法による成形が可能であり、しかも１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１５７８℃以下であるため、生産性が高く、安価に大量のガラス基板を供給できるものと考えられる。
【０１０６】
続いて、各試料の両表面に光学研磨を施した後、４４０℃のＫＮＯ３溶融塩中に、各試料を６時間浸漬することによりイオン交換処理を行った。次に、各試料の表面を洗浄した後、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から表面の圧縮応力値と応力深さを算出した。算出に当たり、試料の屈折率を１．５２、光学弾性定数を２８［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］とした。その結果、各試料は、その表面に５００ＭＰａ以上の圧縮応力が発生しており、且つその厚みが３５μｍ以上であった。なお、未強化ガラスと強化ガラスは、表層において、微視的にガラス組成が異なっているが、全体として見た場合、両者のガラス組成は実質的に相違していない。従って、未強化ガラスと強化ガラスでは、密度、粘度等の特性が実質的に相違していない。
【０１０７】
更に、試料Ｎｏ．１〜４について、耐火物を用いた評価を行った。各試料２０ｃｃを用意し、これを５×１２×１４０ｍｍの角柱状耐火物を敷き詰めたＰｔボート内に投入した。ここで、試料Ｎｏ．１、２では、アルミナを主成分（９０質量％以上）とする耐火物を用い、試料Ｎｏ．３、４では、ジルコンを主成分（９５質量％以上）とする耐火物を用いた。次に、このＰｔボートを各試料の１０４．４ｄＰａ・ｓにおける温度で２４０時間保持した後、耐火物の界面に析出した結晶を観察すると共に、耐火物の界面に発生した泡を観察した。その結果、試料Ｎｏ．１では、図1に示す通り、失透が認められず、泡の発生も認められなかった。また、試料Ｎｏ．２では、図２に示す通り、失透が認められず、泡の発生も認められなかった。一方、試料Ｎｏ．３では、図３に示す通り、失透が認められると共に、泡の発生も認められた。また、試料Ｎｏ．４では、図４に示す通り、失透が認められると共に、泡の発生も認められた。
【実施例２】
【０１０８】
試料Ｎｏ．２、４に記載のガラスについて、オーバーフローダウンドロー法により厚み０．７ｍｍのガラス板を作製した。ここで、試料Ｎｏ．２では、成形体として、アルミナを主成分（９０質量％以上）とする耐火物を用い、試料Ｎｏ．４では、成形体として、ジルコンを主成分（９５質量％以上）とする耐火物を用いた。得られたガラス板の断面について、ＳＩＭＳ（ＡＴＯＭＩＫＡ製ＳＩＭＳ４０００）により、Ｚｒ（ＺｒＯ２）の含有量を測定した。測定エリアは、図５に示す３点とし、具体的には、測定エリア１は、測定エリアの中心がガラス基板表面から１２５μｍ内側の部分、測定エリア２は、測定エリアの中心が、ガラス基板表面から３５０μｍ内側の部分（合わせ面の部分）、測定エリア３は、測定エリアの中心がガラス基板裏面から１２５μｍ内側の部分である。ＳＩＭＳの分析条件は、分析元素：２８Ｓｉ，９０Ｚｒ、分析サイズ：２００μｍ、1次イオン種加速エネルギー：８．０ｋｅＶ、二次イオン極性：Ｐｏｓｉｔｉｖｅ、測定時間：１分である。なお、得られたＺｒのプロファイルをＳｉのプロファイルで規格化した。
【０１０９】
試料Ｎｏ．２のＳＩＭＳの測定結果を図６に示し、試料Ｎｏ．４のＳＩＭＳの測定結果を図７に示す。また、ＳＩＭＳの測定データを表２に示す。なお、表２中のＳは、測定エリア２／（（測定エリア１＋測定エリア３）／２）の値である。その結果、試料Ｎｏ．２では、合わせ面でのＺｒ（ＺｒＯ２）の含有量が少なかった。一方、試料Ｎｏ．４では、合わせ面でのＺｒ（ＺｒＯ２）の含有量が多かった。
【０１１０】
【表２】
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【０１１１】
試料Ｎｏ．２について、実体顕微鏡により観察を行い、Ｚｒを含む失透ブツ（サイズ：１μｍ以上）をカウントし、１ｃｍ３当たりの発生率に換算したところ、０．０１個／ｃｍ３以下であった。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
本発明の強化ガラスは、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、太陽電池等のカバーガラス、あるいはタッチパネルディスプレイの基板として好適である。また、本発明の強化ガラスは、これらの用途以外にも、高い機械的強度が要求される用途、例えば窓ガラス、磁気ディスク用基板、フラットパネルディスプレイ用基板、固体撮像素子用カバーガラス、食器等への応用が期待できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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