(57)【要約】  反りの方向を制御することができる、強化ガラス基板の製造方法を提供する。  対向し合う第１，第２の主面１１ａ，１１ｂを有するガラス基板１１の、第１の主面１１ａの上に第１のイオン交換抑制膜２ａを形成し、第２の主面１１ｂの上に第２のイオン交換抑制膜２ｂを形成する成膜工程と、ガラス基板１１をイオン交換法により化学強化することにより強化ガラス基板１とする、強化工程とを備える。成膜工程において、強化ガラス基板１の第１の圧縮応力層１ａの表面圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）との積と、第２の圧縮応力層１ｂの表面圧縮応力値と圧縮応力深さとの積の差Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）及び強化ガラス基板１の厚みＴにより定義される量Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上であり、９×１０９Ｐａ／ｍ以下となるように、第１のイオン交換抑制膜２ａと第２のイオン交換抑制膜２ｂとの膜厚の差を設定し、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂを形成することを特徴とする。
2017026190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向し合う第１，第２の主面を有するガラス基板の、前記第１の主面の上に第１のイオン交換抑制膜を形成し、前記第２の主面の上に第２のイオン交換抑制膜を形成する成膜工程と、
前記ガラス基板をイオン交換法により化学強化することにより、前記第１の主面に対応する第１の圧縮応力層と、前記第２の主面に対応する第２の圧縮応力層を形成する強化工程とを備え、
前記成膜工程において、前記第１の圧縮応力層の表面圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）との積と、前記第２の圧縮応力層の表面圧縮応力値と圧縮応力深さとの積との差Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）及び前記強化ガラス基板の厚みＴにより定義される量Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上であり、９×１０９Ｐａ／ｍ以下となるように、前記第１のイオン交換抑制膜の膜厚と前記第２のイオン交換抑制膜の膜厚とのそれぞれの目標値を設定し、前記第１，第２のイオン交換抑制膜を形成する、強化ガラス基板の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス基板が、前記第１の主面と前記第２の主面とに接続される端面を有し、
前記強化工程において、前記端面にイオン交換抑制膜を形成せずに前記ガラス基板を化学強化する、請求項１に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項３】
前記成膜工程において、前記第１のイオン交換抑制膜と前記第２のイオン交換抑制膜との膜厚の差が、前記第１，第２のイオン交換抑制膜の内の膜厚が厚い方のイオン交換抑制膜の膜厚の２％より大きく、１０％以下となるように、前記第１，第２のイオン交換抑制膜を形成する、請求項１または２に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項４】
前記強化工程後に、前記第１，第２のイオン交換抑制膜のうち少なくとも一方を研磨する研磨工程を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項５】
前記研磨工程において、更に、前記第１の圧縮応力層、前記第２の圧縮応力層のうち少なくとも一方を研磨する、請求項４に記載の強化ガラス基板の製造方法。
【請求項６】
対向し合う第１，第２の圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、
前記第１の圧縮応力層の表面圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）との積と、前記第２の圧縮応力層の表面圧縮応力値と圧縮応力深さとの積との差Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）及び前記強化ガラス基板の厚みＴにより定義される量Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上であり、９×１０９Ｐａ／ｍ以下である、強化ガラス基板。
【請求項７】
前記第１の圧縮応力層と前記第２の圧縮応力層とに接続される端面圧縮応力層を有し、
前記端面圧縮応力層の表面圧縮応力値及び圧縮応力深さの内の少なくとも一方の値が、前記第１の圧縮応力層及び前記第２の圧縮応力層の値よりも大きい、請求項６に記載の強化ガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ガラス基板の製造方法及び強化ガラス基板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、化学強化された強化ガラス基板は、スマートフォンやタブレットＰＣなどの電子機器に搭載されるタッチパネルディスプレイのカバーガラスとして用いられている。このような強化ガラス基板は、一般的に、アルカリ金属を組成として含むガラス基板をイオン交換液で化学的に処理し、ガラス基板表面のアルカリ金属イオン（Ｎａ+）とイオン交換液中のアルカリ金属イオン（Ｋ+）とを交換し、表面に圧縮応力層を形成することによって製造される。このような強化ガラス基板は、主表面に圧縮応力層を有することによって、主表面への衝撃耐性が向上する。一方、このような強化ガラス基板においては、圧縮応力層よりも内部に、主表面の圧縮応力層に対応した引張応力層が形成される。圧縮応力層の厚みよりも深いダメージを受けた場合、強化ガラス基板が自発的に破壊される、いわゆる自己破壊が生じることが問題となっていた。【０００３】
このような問題を解決すべく、強化ガラス基板の主表面と端面との圧縮応力のバランスを適切に設定するため、化学強化の進度を調整する処理を表面に施す技術が開発されている。例えば、特許文献１には、主表面に予め膜を形成しておくことによって、化学強化の進度を端面より抑制することによって、主表面の圧縮応力の大きさを制御する技術が開示されている。【０００４】
下記の特許文献２及び３には、ガラス板の片面もしくは両面にイオン交換を抑制する膜を形成した後にイオン交換することにより、強化ガラス基板の反りを小さくし得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２０８５７０号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／０２９３９２８号明細書
【特許文献３】国際公開第２０１３／０９４４７９号
【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、化学強化の進度を調整する処理をガラス基板の表面に施す場合、表裏のわずかな処理の差によって、強化ガラス基板が反ることがあった。例えば、主表面に予め膜を形成して強化する場合、生産時に不可避に生じる表裏のわずかな膜厚差によって、強化後に強化ガラス基板が反ることがあった。一般に、表裏の膜厚差を±２％未満に収めることは容易だが、±１％のばらつきは残る。一般に、複数枚のガラス基板を、主表面同士が向かい合うように、狭い間隔をあけて並べ、イオン交換処理しているが、反りの方向がガラス基板により異なる場合、隣同士の強化ガラス基板が接触するおそれがある。あるいは、強化ガラス基板の反りが大きいと、強化ガラス基板を吸着搬送により搬送する際において、強化ガラス基板を吸着することができないなどの不具合が生じるおそれもある。【０００７】
特許文献１においては、上述したような強化ガラス基板の反りの方向については考慮されていない。特許文献２及び３においては、成膜時において不可避な膜厚のばらつきについては考慮されていない。【０００８】
本発明の目的は、反りの方向を制御することができる、強化ガラス基板の製造方法及び強化ガラス基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の強化ガラス基板の製造方法は、対向し合う第１，第２の主面を有するガラス基板の、第１の主面の上に第１のイオン交換抑制膜を形成し、第２の主面の上に第２のイオン交換抑制膜を形成する成膜工程と、ガラス基板をイオン交換法により化学強化することにより第１の主面に対応する第１の圧縮応力層と、第２の主面に対応する第２の圧縮応力層を形成する強化工程とを備える。成膜工程において、第１の圧縮応力層の表面圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）との積と、第２の圧縮応力層の表面圧縮応力値と圧縮応力深さとの積との差Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）及び強化ガラス基板の厚みＴにより定義される量Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上であり、９×１０９Ｐａ／ｍ以下となるように、第１のイオン交換抑制膜の膜厚と第２のイオン交換抑制膜の膜厚とのそれぞれの目標値を設定し、第１，第２のイオン交換抑制膜を形成する。【００１０】
ガラス基板が、第１の主面と第２の主面とに接続される端面を有する場合、強化工程において、端面にイオン交換抑制膜を形成せずにガラス基板を化学強化することが好ましい。【００１１】
成膜工程において、第１のイオン交換抑制膜と第２のイオン交換抑制膜との膜厚の差が、第１，第２のイオン交換抑制膜の内の膜厚が厚い方のイオン交換抑制膜の膜厚の２％より大きく、１０％以下となるように、第１，第２のイオン交換抑制膜を形成することが好ましい。【００１２】
強化工程後に、第１，第２のイオン交換抑制膜のうち少なくとも一方を研磨する研磨工程を備えてもよい。【００１３】
研磨工程において、更に、第１の圧縮応力層、第２の圧縮応力層のうち少なくとも一方を研磨してもよい。【００１４】
本発明の強化ガラス基板は、対向し合う第１，第２の圧縮応力層を有する。第１の圧縮応力層の表面圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）との積と、第２の圧縮応力層の表面圧縮応力値と圧縮応力深さとの積との差Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）及び強化ガラス基板の厚みＴにより定義される量Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上であり、９×１０９Ｐａ／ｍ以下である。【００１５】
第１の圧縮応力層と第２の圧縮応力層とに接続される端面圧縮応力層を有する場合、端面圧縮応力層の表面圧縮応力値及び圧縮応力深さの内の少なくとも一方の値は、第１の圧縮応力層及び第２の圧縮応力層の値よりも大きいことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
反りの方向を制御することができる、強化ガラス基板の製造方法及び強化ガラス基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る強化ガラス基板の製造方法を説明するための正面図である。
【図２】図２は、本発明における反り量の定義を説明するための断面図である。
【図３】図３は、強化ガラス基板の厚み方向の位置と、応力値との関係を示す図である。
【図４】図４は、反り率｜δ｜／Ｌ２とΔ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２との関係を示す図である。
【図５】図５は、イオン交換抑制膜の膜厚と、表面圧縮応力値ＣＳ及び圧縮応力深さＤＯＬとの関係を示す図である。
【図６】図６は、研磨工程を説明するための正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る強化ガラス基板の製造方法を説明するための正面図である。図１（ａ）に示すように、第１の実施形態の製造方法では、ガラス基板１１を用意する。ガラス基板１１は、対向し合う第１，第２の主面１１ａ，１１ｂ及び第１，第２の主面１１ａ，１１ｂに接続される側面１１ｃを有する。ガラス基板１１の材質は、イオン交換法により強化し得る材質であれば、特に限定されない。例えば、ガラス基板１１は、ソーダライムやアルミノシリケートなどからなっていてもよい。
【００２０】
ガラス基板１１の厚みは、０．１ｍｍ〜２ｍｍであることが好ましい。詳細は後述するが、ガラス基板１１の厚みが薄いほどガラス基板が反りやすいため、本発明を好適に用いることができる。ガラス基板の厚みが０．１ｍｍよりも薄い場合、ガラス基板に割れが生じやすく、後述する圧縮応力層を形成し難い。ガラス基板１１の厚みは、０．２ｍｍ〜１．３ｍｍであることがより好ましく、０．２ｍｍ〜０．９ｍｍであることがさらに好ましく、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍであることがさらに好ましく、０．２ｍｍ〜０．５５ｍｍであることが最も好ましい。この場合には、本発明をより一層好適に適用することができる。
【００２１】
ガラス基板１１は、特に限定されないが、例えば、オーバーフローダウンドロー法やフロート法などにより用意することができる。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、ガラス基板１１の第１の主面１１ａの上に、第１のイオン交換抑制膜２ａを形成する。第２の主面１１ｂの上にも、第２のイオン交換抑制膜２ｂを形成する（成膜工程）。本実施形態では、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂは、酸化珪素からなる。なお、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの材質は、特に限定されず、例えば、金属、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属炭化物膜、金属酸窒化物膜、金属酸炭化物膜、金属炭窒化物膜などから形成される。より具体的には、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂは、例えば、酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化スズ、酸窒化珪素、酸化亜鉛または酸化インジウムなどから形成される。
【００２３】
第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂは、スパッタリング法や真空蒸着法などのＰＶＤ法（物理気相成長法）、熱ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などのＣＶＤ法（化学気相成長法）、あるいは、ディップコート法、スプレーコート法、スピンコート法やスリットコート法などのウェットコート法を用いることで形成することができる。特に、スパッタリング法を用いることが好ましい。スパッタリング法を用いた場合、イオン交換抑制膜の膜厚の均一性が特に高い。
【００２４】
ＰＶＤ法やＣＶＤ法においては、成膜レートや成膜時間を制御することにより、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚を制御することができる。ディップコート法においては、ガラス基板１１を引き上げる際のガラス基板１１の角度を調整することにより、上記膜厚を制御することができる。スリットコート法においては、塗布量の調整などにより、上記膜厚を制御することができる。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂを形成する際に、ガラス基板１１の側面１１ｃにもイオン交換抑制膜を形成してもよい。
【００２６】
本実施形態では、第１のイオン交換抑制膜２ａの膜厚の方が、第２のイオン交換抑制膜の膜厚２ｂよりも厚くなるように成膜する。第１のイオン交換抑制膜２ａの膜厚は、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。イオン交換抑制膜の膜厚が３００ｎｍよりも厚い場合、後述する強化工程において、イオン交換が進行しないおそれがある。イオン交換抑制膜の膜厚が薄い場合は、イオン交換を抑制することができないおそれがある。
【００２７】
第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚の差は、第１のイオン交換抑制膜２ａの膜厚の２％より大きく、１０％以下であることが好ましい。第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚の差が１０％よりも大きい場合、後述する強化ガラス基板の反りが大きくなるおそれがある。上記膜厚の差を２％以下とする場合、製造する際に、イオン交換抑制膜の膜厚のばらつきを制御することが困難となるおそれがある。
【００２８】
本実施形態では、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚に差を設け、後述する強化工程においてイオン交換を行う。上記膜厚の差があるため、第１の主面１１ａのイオン交換の進度と第２の主面１１ｂのイオン交換の進度とに差が生じる。それによって、後述する強化ガラス基板の第１の圧縮応力層の表面圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）との積と、第２の圧縮応力層の表面圧縮応力値と圧縮応力深さとの積とに差を設けることができる。上記積の差Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）及び強化ガラス基板の厚みＴにより定義される量Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上であり、９×１０９Ｐａ／ｍ以下となるように、上記膜厚の差を設定して、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂを形成する。
【００２９】
次に、本実施形態では、図１（ｃ）に示すように、ガラス基板１１を厚み方向に切断する。この加工工程において切断された部分が、第１の主面１１ａと第２の主面１１ｂとに接続されている端面１１ｄとなる。端面１１ｄにはイオン交換抑制膜は形成されていない。このように、ガラス基板１１において、イオン交換抑制膜が形成されていない露出部を設けることができる。言い換えれば、成膜工程及び加工工程により、端面１１ｄにイオン交換抑制膜を形成せずに、第１，第２の主面１１ａ，１１ｂにイオン交換抑制膜２ａ，２ｂを形成したガラス基板１１を得ることができる。なお、加工工程は、切断加工を行う以外にも、孔あけ加工や端面加工を行ってもよい。
【００３０】
ガラス基板１１は、必ずしも上記のように加工する必要もなく、図１（ｂ）に示した、イオン交換抑制膜が側面１１ｃに形成された状態において、後述する強化工程を行ってもよい。もっとも、本実施形態のように、加工工程により、イオン交換抑制膜が形成されていない端面１１ｄを露出させることが好ましい。それによって、強化工程において、端面１１ｄを効果的に強化することができる。
【００３１】
あるいは、成膜工程において、側面１１ｃにイオン交換抑制膜を形成せずに、第１，第２の主面１１ａ，１１ｂに第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂを形成してもよい。
【００３２】
次にイオン交換法によりガラス基板１１の化学強化を行う（強化工程）。この強化工程において、本実施形態では、成膜工程を経たガラス基板１１を、４３０℃の硝酸カリウム溶融塩に５時間浸漬する。なお、強化工程の条件は、上記に限定されない。上記成膜工程における条件などに応じて、強化工程の条件を決定すればよい。それによって、第１，第２の主面１１ａ，１１ｂでイオン交換が進行する。そして、ガラス基板１１は、図１（ｄ）に示す、対向し合う第１，第２の圧縮応力層１ａ，１ｂを有する強化ガラス基板１となる。また、端面１１ｄでもイオン交換が行われ、端面圧縮応力層が形成される。なお、端面１１ｄには、イオン交換抑制膜が形成されていないため、第１，第２の主面１１ａ，１１ｂよりもイオン交換が行われる。そのため、端面圧縮応力層は、第１，第２の圧縮応力層１ａ，１ｂよりも表面圧縮応力値及び圧縮応力深さの内の少なくとも一方の値が大きい。そのため、強化ガラス基板１の端面１１ｄの損傷を効率的に抑制できる。
【００３３】
強化ガラス基板１の厚みは、ガラス基板１１の厚みと同様に、０．１ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。より好ましくは、強化ガラス基板１の厚みは、０．２ｍｍ〜１．３ｍｍであることがより好ましく、０．２ｍｍ〜０．９ｍｍであることがさらに好ましく、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍであることがさらに好ましく、０．２ｍｍ〜０．５５ｍｍであることが最も好ましい。
【００３４】
上述したように、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚の差を設けてガラス基板１１を化学強化することにより、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値を、１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上、９×１０９Ｐａ／ｍ以下とすることができる。それによって、強化ガラス基板１の反りの方向を効果的に制御することができ、かつ反りを充分に小さくすることができる。この詳細を以下において説明する。
【００３５】
図２は、本発明における反り量の定義を説明するための断面図である。
【００３６】
強化ガラス基板１の長さＬと、強化ガラス基板１の曲率半径ρ及び角度θとの関係は、下記の式１により表すことができる。なお、長さＬとは、矩形の強化ガラス基板１の長辺の寸法を指す。また、強化ガラス基板１が矩形でない場合、長さＬとは、強化ガラス基板１の第１の圧縮応力層１ａに沿った最長の寸法を指す。図２は、長さＬに沿った方向に切断した断面図である。なお、角度θは、半径がρであり、強化ガラス基板１に接している仮想上の円の中心と強化ガラス基板１の一方端部とを結ぶ仮想線ｌ１及び上記中心と強化ガラス基板１の中央部とを結ぶ仮想線ｌ２がなす角度である。
【００３７】
２ρθ＝Ｌ…式１
【００３８】
さらに、強化ガラス基板１の反り量δと、曲率半径ρ及び角度θとの関係はδ＝ρ−ρｃｏｓθの式により表すことができる。δ＝ρ−ρｃｏｓθ＝ρ（１−ｃｏｓθ）において、角度θが０に近くなると、１−ｃｏｓθがθ２／２に近似されるという近似式を用いると、下記の式２により表すことができる。
【００３９】
δ＝ρθ２／２…式２
【００４０】
なお、反り量δは、図２のように、強化ガラス基板１が第１の圧縮応力層１ａ側から第２の圧縮応力層１ｂ側に凸状となるように反っている場合は、強化ガラス基板１の両端部を結ぶ仮想線ｌ３と、第１の圧縮応力層１ａとの距離の内最大の距離である。強化ガラス基板１が第２の圧縮応力層１ｂ側から第１の圧縮応力層１ａ側に凸状となるように反っている場合は、反り量δは、仮想線ｌ３と第２の圧縮応力層１ｂとの距離の内最大の距離である。反りの方向は、強化ガラス基板１の第１の圧縮応力層１ａから第２の圧縮応力層１ｂに向かう方向を正とする。
【００４１】
式１及び式２から、反り量δと長さＬとの関係は、下記の式３により表すことができる。
【００４２】
δ＝Ｌ２／８ρ…式３
【００４３】
このように、強化ガラス基板１の反り量δは、長さＬの２乗に依存する。ここで、式３より、長さＬに依存しない、反り率｜δ｜／Ｌ２を定義することができる。
【００４４】
反り率｜δ｜／Ｌ２は、４０×１０−９μｍ−１以下であることが好ましい。反り率｜δ｜／Ｌ２が４０×１０−９μｍ−１よりも大きい場合、例えば、強化ガラス基板１をカバーガラスとして他の部材などに貼り合わせる際に、貼り合わせが困難となることがある。より好ましくは、反り率｜δ｜／Ｌ２は、３０×１０−９μｍ−１以下であることが望ましい。それによって、強化ガラス基板１を他の部材などに貼り合わせやすい。さらに好ましくは、反り率｜δ｜／Ｌ２は、２５×１０−９μｍ−１以下であることが望ましい。それによって、強化ガラス基板１を他の部材などにより一層貼り合わせやすい。最も好ましくは、反り率｜δ｜／Ｌ２は、２０×１０−９μｍ−１以下であることが望ましい。それによって、強化ガラス基板１を他の部材などにさらにより一層貼り合わせやすい。
【００４５】
次に、反り率｜δ｜／Ｌ２とΔ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２との関係を説明する。
【００４６】
第１，第２の圧縮応力層１ａ，１ｂの表面圧縮応力値ＣＳ、圧縮応力深さＤＯＬ及び強化ガラス基板１の厚みＴから、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２及び反り率｜δ｜／Ｌ２を求めることができる。
【００４７】
第１の圧縮応力層１ａの表面圧縮応力値をσ１、第２の圧縮応力層１ｂの表面圧縮応力値をσ２、第１の圧縮応力層１ａの圧縮応力深さをＤ１、第２の圧縮応力層１ｂの圧縮応力深さをＤ２としたとき、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２は下記の式４により求めることができる。
【００４８】
（σ１・Ｄ１−σ２・Ｄ２）／Ｔ２…式４
【００４９】
反り率｜δ｜／Ｌ２は、以下のように求めることができる。
【００５０】
図３は、強化ガラス基板１の厚み方向の位置と、応力値との関係を示す図である。
【００５１】
強化ガラス基板１の第１の圧縮応力層１ａの外表面は、強化ガラス基板１の厚み方向（ｘ方向）の位置０に相当する。第２の圧縮応力層１ｂの外表面は、厚み方向の位置Ｔに相当する。第１の圧縮応力層１ａの外表面から、厚み方向の位置Ｄ１までの距離Ｄ１が、第１の圧縮応力層１ａの圧縮応力深さに相当する。第２の圧縮応力層１ｂの外表面から、厚み方向の位置Ｔ−Ｄ２までの距離Ｄ２が、第２の圧縮応力層１ｂの圧縮応力深さに相当する。
【００５２】
第１の圧縮応力層１ａの外表面における圧縮応力値はσ１であり、厚み方向の位置Ｄ１までは、厚み方向に比例して小さくなる。厚み方向の位置Ｄ１からＴ−Ｄ２までは、圧縮応力値は一定の値である−ＣＴとなる。厚み方向の位置Ｔ−Ｄ２から第２の圧縮応力層１ｂの外表面までは、厚み方向に比例して圧縮応力値が大きくなる。第２の圧縮応力層１ｂの外表面における圧縮応力値はσ２である。これを、厚み方向の位置をｘ、応力値をσＳ（ｘ）として、下記の式５〜式７により表すことができる。なお、σＳ（ｘ）は、正の値の場合は圧縮応力となる。σｓ（ｘ）は、負の値の場合は引っ張り応力となる。
【００５３】
σＳ（ｘ）＝−σ１ｘ／Ｄ１＋σ１  （０＜ｘ＜Ｄ１）…式５
σＳ（ｘ）＝−ＣＴ  （Ｄ１≦ｘ≦Ｔ−Ｄ２）…式６
σＳ（ｘ）＝σ２ｘ／Ｄ２−σ２（Ｔ／Ｄ２−１）  （Ｔ−Ｄ２＜ｘ＜Ｔ）…式７
【００５４】
ここで、強化ガラス基板１の厚み方向全体としては、応力が釣り合っている。この力の釣り合いを考慮すると、圧縮応力値σＳ（ｘ）の厚み方向全体の積分値は、∫０ＴｄｘσＳ（ｘ）＝０となる。この式を、式５〜式７を用いて展開すると、下記の式８を得ることができる。
【００５５】
−ＣＴ＝−（（Ｄ１σ１／２）＋（Ｄ２σ２／２））／（Ｔ−Ｄ１−Ｄ２）…式８
【００５６】
他方、それぞれの厚み方向の位置ｘにおける、圧縮応力による力のモーメントは、ｘσＳ（ｘ）の式で表すことができる。圧縮応力による力のモーメントは、厚み方向全体において釣り合っていない。そのため、強化ガラス基板１が反る。それによって、曲げ応力σＢ（ｘ）が発生する。これにより、強化ガラス基板１の厚み方向全体における力のモーメントが釣り合う。すなわち、圧縮応力及び曲げ応力による力のモーメントの厚み方向全体の積分値は０となる。これを、下記の式９により表すことができる。
【００５７】
∫０Ｔｄｘ・ｘ［σＳ（ｘ）＋σＢ（ｘ）］＝０…式９
【００５８】
さらに、圧縮応力及び曲げ応力においても、厚み方向全体において力が釣り合っている。よって、圧縮応力値σＳ（ｘ）及び曲げ応力σＢ（ｘ）の厚み方向全体の積分値は、∫０Ｔｄｘ・［σＳ（ｘ）＋σＢ（ｘ）］＝０となる。上述したように、∫０ＴｄｘσＳ（ｘ）＝０なので、∫０ＴｄｘσＢ（ｘ）＝０となり、曲げ応力σＢ（ｘ）の中立軸は厚み方向における中心となる。強化ガラス基板１のヤング率をＥ’とし、曲率半径をρとすると、曲げ応力は、下記の式１０により表すことができる。
【００５９】
σＢ（ｘ）＝Ｅ’（ｘ−Ｔ／２）／ρ…式１０
【００６０】
なお、Ｅ’は、ヤング率Ｅをポアソン比νにより補正したヤング率である。より具体的には、Ｅ’＝Ｅ／（１−ν）の式で表すことができる。
【００６１】
次に、式９に式８及び式１０を代入することにより得た式に、Ｅ、ν、σ１、σ２、Ｄ１、Ｄ２及びＴの値を代入することにより、ρを求めることができる。
【００６２】
求めた曲率半径ρ及び式３から、反り率｜δ｜／Ｌ２を求めることができる。
【００６３】
ここで、下記の表１に示すそれぞれのパラメータを異ならせて、上述のように各Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２及び各｜δ｜／Ｌ２を求めた。なお、ヤング率Ｅを７０ＧＰａとし、ポアソン比νを０．２とした。
【００６４】
【表１】
2017026190.tif 000003
【００６５】
表１に示すＡ、Ｂ及びＣでは、それぞれ強化ガラス基板１の第２の圧縮応力層１ｂの圧縮応力深さを異ならせた。なお、第１の圧縮応力層１ａの表面圧縮応力値、第１の圧縮応力層１ａの圧縮応力深さ、第２の圧縮応力層１ｂの表面圧縮応力値及び強化ガラス基板１の厚みは、表１に示す値に固定した。
【００６６】
表１に示されているＤ及びＥでは、それぞれ強化ガラス基板１の第２の圧縮応力層１ｂの表面圧縮応力値を異ならせた。第１の圧縮応力層１ａの表面圧縮応力値、第１の圧縮応力層１ａの圧縮応力深さ、第２の圧縮応力層１ｂの圧縮応力深さ及び強化ガラス基板１の厚みは、表１に示す値に固定した。
【００６７】
図４は、反り率｜δ｜／Ｌ２とΔ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２との関係を示す図である。なお、実線、周期が短い破線及び一点鎖線は、表１におけるＡ、Ｂ及びＣの結果を示す。周期が長い破線及び二点鎖線は、表１におけるＤ及びＥの結果を示す。
【００６８】
図４に示されているように、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２が大きくなるほど、反り率｜δ｜／Ｌ２が大きくなっている。上述したように、反り率｜δ｜／Ｌ２は、４０×１０−９μｍ−１以下であることが好ましい。Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２を９×１０９Ｐａ／ｍ以下とすることにより、反り率｜δ｜／Ｌ２を４０×１０−９μｍ−１以下とすることができる。なお、反り量δが負の値の場合においても、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値を９×１０９Ｐａ／ｍ以下とすることにより、反り率｜δ｜／Ｌ２を４０×１０−９μｍ−１以下とすることができる。
【００６９】
他方、本実施形態では、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上となるように、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚の目標値を設定し、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂを形成する。それによって、強化ガラス基板１が反る方向を効果的に制御することができる。すなわち、第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚が±１％の範囲内でばらついても、強化ガラス基板１が同じ方向に反るように制御することができる。
【００７０】
＜第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚と強化ガラス基板１の表面圧縮応力値ＣＳ及び圧縮応力深さＤＯＬとの関係＞
第１，第２のイオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚の目標値を設定するためには、イオン交換抑制膜２ａ，２ｂの膜厚と、その膜厚でイオン交換して得られる強化ガラス基板１の表面圧縮応力値ＣＳ及び圧縮応力深さＤＯＬとの関係を知ることが必要となる。
【００７１】
これらの関係を以下のように求めた。
【００７２】
ガラス基板（厚み０．５５ｍｍ、長辺の長さ１３０ｍｍ、短辺の長さ６５ｍｍ）の両主面の上に、それぞれイオン交換抑制膜を、１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、及び１００ｎｍと膜厚を変えて形成した。ここで、ガラス基板としては、主面が矩形形状を有するものを用いた。ガラス基板の長辺に沿った方向を長さ方向とする。イオン交換抑制膜を形成したガラス基板を、第１の実施形態と同様に、４３０℃の硝酸カリウム溶融塩に５時間浸漬することにより、イオン交換法で強化して複数の強化ガラス基板を作製した。また、イオン交換抑制膜を形成していないガラス基板、すなわち膜厚が０ｎｍであるガラス基板についても、上記と同様にイオン交換法で強化し、強化ガラス基板を作製した。
【００７３】
なお、イオン交換抑制膜には、酸化珪素を用いた。
【００７４】
次に、各強化ガラス基板の表面圧縮応力値ＣＳ及び圧縮応力深さＤＯＬを、表面応力計（折原製作所社製ＦＳＭ−６０００）により測定した。表面圧縮応力値ＣＳ及び圧縮応力深さＤＯＬの測定方法としては、他にも、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｐｒｏｂｅ  ｍｉｃｒｏ  ａｎａｌｙｚｅｒ）やＧＤＯＥＳ（Ｇｌｏｗ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などにより、カリウムイオンなどのアルカリイオンの深さ方向の濃度分析を行うことにより測定できる。
【００７５】
図５は、イオン交換抑制膜の膜厚と、表面圧縮応力値ＣＳ及び圧縮応力深さＤＯＬとの関係を示す図である。
【００７６】
図５の結果にフィッティングすることにより、イオン交換抑制膜の膜厚と表面圧縮応力値ＣＳとの関係式である下記の式１１を求めた。同様に、イオン交換抑制膜の膜厚と圧縮応力深さＤＯＬとの関係式である下記の式１２を求めた。式１１において、イオン交換抑制膜の膜厚をｘとし、ｙを表面圧縮応力値ＣＳとする。式１２において、イオン交換抑制膜の膜厚をｘとし、ｙを圧縮応力深さＤＯＬとする。
【００７７】
ｙ＝０．００８６ｘ２−０．２２５５ｘ＋７９１．８４…式１１
ｙ＝−０．００１８ｘ２−０．０１３７ｘ＋５２．９４７…式１２
【００７８】
式１１及び式１２を用いて、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上、９×１０９Ｐａ／ｍ以下となるように、第１，第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を設定することができる。
【００７９】
なお、一方に反らせた強化ガラス基板の製造方法において、必要に応じて研磨工程を含むことができる。図６に示すように、第２のイオン交換抑制膜２ｂを研磨装置Ｐにより研磨する。第２のイオン交換抑制膜２ｂを研磨することにより、イオン交換抑制膜２ｂの厚みが小さくなる。イオン交換抑制膜２ｂを研磨することにより、イオン交換抑制膜２ｂを研磨しなかった場合と比較して、強化ガラス基板１の耐傷性が高く、かつ外観が良い。当然ながら、イオン交換膜２ｂを全て研磨除去し、かつ、第２の圧縮応力層１ｂも研磨し、その厚みを小さくしても、同様に耐傷性が高く、かつ外観が良い。なお、必要に応じてイオン交換抑制膜２ａや第２の圧縮応力層１ａも研磨し、イオン交換抑制膜２ａや圧縮応力層１ａの厚みを調整してもよい。
【００８０】
＜実施例１〜２及び比較例１〜２＞
Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が１．５×１０９Ｐａ／ｍ以上、９×１０９Ｐａ／ｍ以下である実施例１及び２と、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が１．５×１０９Ｐａ／ｍより小さい比較例１及びΔ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の絶対値が９×１０９Ｐａ／ｍより大きい比較例２の強化ガラス基板を、以下のようにして作製した。ガラス基板としては、厚み０．５５ｍｍ、長辺の長さ１３０ｍｍ、短辺の長さ６５ｍｍの基板を用いた。
【００８１】
（実施例１）
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の値を、１．９×１０９Ｐａ／ｍとして、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を算出したところ、９７．８ｎｍとなった。
【００８２】
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を９７．８ｎｍに設定して、第１，第２のイオン交換抑制膜をガラス基板の上に形成し、上記と同様にして、４３０℃の硝酸カリウム溶融塩に５時間浸漬することにより、イオン交換法で強化して複数の強化ガラス基板を作製した。
【００８３】
基板の長さ方向に沿って、レーザ式変位センサを走査させることにより、反り量δを測定した。基板の長さ方向は、本実施例のように、基板の平面形状が長方形である場合には長辺方向とした。なお、基板の平面形状が長方形ではない場合には、第１の圧縮応力層の最長の寸法に沿った方向を指す。そして、その場合、最長の寸法直線上にレーザ式変位センサを走査させることにより、反り量δを測定する。レーザ式変位センサを走査させた線上における基板の一方端部と他方端部とを結んだ線と、各測定点との距離の内で最大の距離を反り量δとした。
【００８４】
得られた強化ガラス基板のうち、反り量δが最大であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：１０１ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：９６．８ｎｍ）と、反り量δが最小であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：９９ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：９８．８ｎｍ）の反り量δの測定結果を表２に示す。また、表２には、第１，第２の主面の表面圧縮応力値及び圧縮応力深さ、並びに反り率｜δ｜／Ｌ２、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の設定値を併せて示す。
【００８５】
（実施例２）
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の値を、６．７×１０９Ｐａ／ｍとして、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を算出したところ、９２ｎｍとなった。
【００８６】
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を９２ｎｍに設定して、第１，第２のイオン交換抑制膜をガラス基板の上に形成し、上記と同様にして、イオン交換法で強化して複数の強化ガラス基板を作製した。
【００８７】
得られた強化ガラス基板のうち、反り量δが最大であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：１０１ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：９１ｎｍ）と、反り量δが最小であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：９９ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：９３ｎｍ）の反り量δの測定結果を表２に示す。また、表２には、第１，第２の主面の表面圧縮応力値及び圧縮応力深さ、並びに反り率｜δ｜／Ｌ２、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の設定値を併せて示す。
【００８８】
（比較例１）
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の値を、０Ｐａ／ｍとして、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を算出したところ、１００ｎｍとなった。
【００８９】
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定して、第１，第２のイオン交換抑制膜をガラス基板の上に形成し、上記と同様にして、イオン交換法で強化して複数の強化ガラス基板を作製した。
【００９０】
得られた強化ガラス基板のうち、反り量δが最大であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：１０１ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：９９ｎｍ）と、反り量δが最小であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：９９ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：１０１ｎｍ）の反り量δの測定結果を表２に示す。また、表２には、第１，第２の主面の表面圧縮応力値及び圧縮応力深さ、並びに反り率｜δ｜／Ｌ２、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の設定値を併せて示す。
【００９１】
（比較例２）
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の値を、１１．９×１０９Ｐａ／ｍとして、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を算出したところ、８５ｎｍとなった。
【００９２】
第１のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を１００ｎｍに設定し、第２のイオン交換抑制膜の膜厚の目標値を８５ｎｍに設定して、第１，第２のイオン交換抑制膜をガラス基板の上に形成し、上記と同様にして、イオン交換法で強化して複数の強化ガラス基板を作製した。
【００９３】
得られた強化ガラス基板のうち、反り量δが最大であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：１０１ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：８４ｎｍ）と、反り量δが最小であった強化ガラス基板（第１のイオン交換抑制膜の膜厚：９９ｎｍ、第２のイオン交換抑制膜の膜厚：８６ｎｍ）の反り量δの測定結果を表２に示す。また、表２には、第１，第２の主面の表面圧縮応力値及び圧縮応力深さ、並びに反り率｜δ｜／Ｌ２、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２の設定値を併せて示す。
【００９４】
【表２】
2017026190.tif 000004
【００９５】
比較例１では、反り量δが最大の場合と最小の場合とで、反り量δの符号が、異なっている。すなわち、反り量δが最大の場合と最小の場合とで、反りの方向が異なる。よって、比較例１のように、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２が１．５×１０９Ｐａ／ｍよりも小さい場合は、反りの方向を制御することが困難である。
【００９６】
比較例２では、反りの方向を制御することはできているが、反り率｜δ｜／Ｌ２は４０×１０−９よりも大きい。よって、Δ（ＣＳ×ＤＯＬ）／Ｔ２が９×１０９Ｐａ／ｍより大きい場合は、反り量が大きくなることがわかる。
【００９７】
これに対して、実施例１においては、反り量δが最大の場合と最小の場合とにおいて、反り量δの符号は同じであり、反りを同じ方向に制御することができている。さらに、反り量δが最大の場合でも、反り率｜δ｜／Ｌ２は１６．６×１０−９μｍ−１であり、充分に小さい。実施例２においても、反りを同じ方向に制御することができている。反り量δが最大の場合でも、反り率｜δ｜／Ｌ２は３８×１０−９μｍ−１であり、４０×１０−９μｍ−１よりも小さい値とすることができている。
【符号の説明】
【００９８】
１…強化ガラス基板
１ａ，１ｂ…第１，第２の圧縮応力層
２ａ，２ｂ…第１，第２のイオン交換抑制膜
１１…ガラス基板
１１ａ，１１ｂ…第１，第２の主面
１１ｃ…側面
１１ｄ…端面
【図１】
2017026190.tif 000005
【図２】
2017026190.tif 000006
【図３】
2017026190.tif 000007
【図４】
2017026190.tif 000008
【図５】
2017026190.tif 000009
【図６】
2017026190.tif 000010
【国際調査報告】
2017026190.tif 000011
2017026190.tif 000012
2017026190.tif 000013
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