(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で表わされた下記組成：
ＳｉＯ２                              ５５〜６５
Ｎａ２Ｏ                              １２＜〜１７
Ａｌ２Ｏ３                            １５＜〜２０
Ｋ２Ｏ                                ２〜６
ＭｇＯ                                ３．９〜１０
ＺｒＯ２                              ０．１〜３
ＺｎＯ                                ０〜４
ＣａＯ                                ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                   ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                              ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                            ≦  １
から成るアルミノケイ酸ガラスプレートにおいて、銀イオン濃度がガラスの深さ２μｍ部位において少なくとも０．１質量％であることを特徴とする抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２】
ＳｉＯ２の含量が５８〜６３質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３】
Ｎａ２Ｏの含量が１２＜〜１５質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項４】
Ｋ２Ｏの含量が３〜５質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項５】
Ａｌ２Ｏ３の含量が１５＜〜１８質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項６】
Ａｌ２Ｏ３の含量が１５＜〜１７質量％であることを特徴とする請求項５記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項７】
ＭｇＯの含量が３．９〜８．０質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項８】
ＭｇＯの含量が３．９〜６．０質量％であることを特徴とする請求項７記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項９】
ＺｎＯ及びＣａＯの含量がそれぞれ２質量％より低いことを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項１０】
ＺｒＯ２の含量が０．１〜２質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項１１】
成分、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯの含量の総計が２０．２〜２５質量％であることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項１２】
質量％で表わされた下記組成：
ＳｉＯ２                              ５５〜６５
Ｎａ２Ｏ                              １２＜〜１７
Ａｌ２Ｏ３                            １５＜〜２０
Ｋ２Ｏ                                ２〜６
ＭｇＯ                                ３．９〜１０
ＺｒＯ２                              ０．１〜３
ＺｎＯ                                ０〜４
ＣａＯ                                ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                   ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                              ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                            ≦  １
から成るアルミノケイ酸ガラスプレートを、ＫＮＯ３塩浴中において３７０〜４３０℃での予備加熱及び０．５〜１６時間の処理時間の条件下でイオン交換強化処理を行うに際し、硝酸銀が、ＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１５質量％の割合となるように添加されたことを特徴とする抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレートの製造方法。
【請求項１３】
前記温度範囲が３７０〜４２０℃であり、及び前記処理時間が０．５〜８時間の範囲内であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記温度範囲が３８０〜４２０℃であり、及び前記処理時間が０．５〜４時間の範囲内であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記温度範囲が３９０〜４１０℃であり、及び前記処理時間が１〜３時間の範囲内であることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスの圧縮応力が６００〜１０００ＭＰａであることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項１７】
イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのイオン交換層の深さ（ＤｏＬ）が１０〜８０μｍであることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項１８】
イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのイオン交換層の深さ（ＤｏＬ）が１０〜４０μｍであることを特徴とする請求項１７記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項１９】
イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのイオン交換層の深さ（ＤｏＬ）が１０〜３０μｍであることを特徴とする請求項１８記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２０】
イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのイオン交換層の深さ（ＤｏＬ）が１０〜２０μｍであることを特徴とする請求項１９記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２１】
イオン交換後における、厚さ０．３ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験における破砕高さが２００〜４００ｍｍであり、かつリングオンリング破砕力が４００〜１，０００Ｎであることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２２】
イオン交換後における、厚さ０．５ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験における破砕高さが３００〜５００ｍｍであり、かつリングオンリング破砕力が５００〜１，２００Ｎであることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２３】
イオン交換後における、厚さ０．７ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験における破砕高さが４００〜１，０００ｍｍであり、かつリングオンリング破砕力が１，０００〜４，０００Ｎであることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２４】
イオン交換後における中心張力が６０ＭＰａより低いことを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２５】
イオン交換後における中心張力が３０ＭＰａより低いことを特徴とする請求項２４記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２６】
フロート法によって作製されることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２７】
フロート法によって作製されるアルミノケイ酸ガラスプレートの厚さが０．５〜２０ｍｍであることを特徴とする、請求項２６記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２８】
ダウンドロー法によって製造されることを特徴とする、請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項２９】
三酸化砒素、三酸化アンチモン、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物、または塩化物から選択される清澄剤が使用されることを特徴とする請求項２８記載のダウンドロー法によって製造される抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３０】
ダウンドロー法によって製造されたアルミノケイ酸ガラスプレートの厚さが０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とする、請求項２８記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３１】
タッチパネルに用いられることを特徴とする、請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３２】
タッチパネルは携帯電子装置への使用されることを特徴とする、請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３３】
請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレートを含むことを特徴とする携帯電子装置。
【請求項３４】
硝酸銀が、ＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１０質量％の割合となるように添加されることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３５】
硝酸銀が、ＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜５質量％の割合となるように添加されることを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３６】
ガラスが下記特性、すなわち、
−  ＤｏＬが１０〜８０μｍであること、
−  中心張力が６０ＭＰａより低いこと、
−  圧縮応力が６００〜１，０００ＭＰａであること、
−  厚さ０．３ｍｍのガラスのボール落下強度試験での破砕高さが２００〜４００ｍｍであり、リングオンリング破砕力が４００〜１，０００Ｎであること、
−  厚さ０．５ｍｍのガラスのボール落下強度試験での破砕高さが３００〜５００ｍｍであり、リングオンリング破砕力が５００〜１，２００Ｎであること、
−  厚さ０．７ｍｍのガラスのボール落下強度試験での破砕高さが４００〜１，０００ｍｍであり、リングオンリング破砕力が１，０００〜４，０００Ｎであること、及び
−  抗菌性機能を有すること、
の少なくとも一つを有することを特徴とする請求項１記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレート。
【請求項３７】
硝酸銀が、ＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１０質量％の割合となるように添加されることを特徴とする請求項１２記載の抗菌性強化アルミノケイ酸ガラスプレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミノケイ酸ガラス、具体的には高強度、高抗破砕性、かつ高スクラッチ耐久性を備えるアルミノケイ酸ガラス、さらに具体的には電子機器のスクリーン保護材料として利用される高強度、高抗破砕性、かつ高スクラッチ耐久性を備えるアルミノケイ酸ガラス、さらに具体的にはタッチパネル用の高強度、高抗破砕性、かつ高スクラッチ耐久性を備えるアルミノケイ酸ガラスに関する。本発明はさらに、アルミノケイ酸ガラスの化学的強化処理方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリーン保護は、プラズマＴＶ、液晶ＴＶ、液晶ディスプレイ、ＡＴＭ機、携帯電話、ＰＤＡ、ゲーム機、情報サーチ装置、メディア広告機器等の電子ディスプレイ製品の発展と共に次第に製造者及びユーザーの関心事となっている。
【０００３】
従来、通常一層の保護カバープレートが、主として有機プレート及びソーダ石灰ガラスから成る表面上へ取り付けられてきた。しかしながら、これら材料は硬度、機械的強度、表面スクラッチ耐久性、及び耐衝撃性などの機械的特性が不十分であった。特にＰＤＡ及び携帯電話タッチパネル等のタッチパネルに関しては、タッチパネル上への指、電子ペン及びキーによる書き込み、スクラッチ及び衝撃等の損傷が生じ易い頻繁な操作が行われるためスクリーンの破損あるいは表面の粗面化が起こり易く、これによって装置全体の寿命やデスィスプレイ効果にも影響が及ぶ。
【０００４】
タッチパネルは、キーボード、マウス、あるいはタッチパッドなしに、ディスプレイ部分においてタッチを検知して、そのタッチに符合したディスプレイとの直接相互作用を引き起こすディスプレイである。抵抗タッチパネル、容量タッチパネル、あるいは投影容量タッチパネル等のタッチパネルには、信号を伝達する役割を果たす透明導電性酸化物を沈積させるためのガラス基板が必要とされる。特に、ディスプレイを保護するための補助ガラスカバーが通常必要とされる。
【０００５】
抵抗タッチパネルは、タッチ信号を、通常プラスチックあるいはガラスプレートに透明導電性酸化物（ＴＣＯ）フィルムがコーティングされて成る可撓性表面カバープレートを通して伝達する。タッチングは可撓性カバープレートを変形させて内側の伝導性基板に接触し、それによって抵抗及び回路電流を変化させるように働く。このような機構は、通常操作のためのタッチ動作として認識される。特に戸外用途の場合、可撓性表面層には高度なスクラッチ耐久性及び透過率が要求される。このような要求はプラスチックでは満たせないため、約０．１〜０．３ｍｍの厚さをもつガラスシートが必要とされる。
【０００６】
特に投影容量タッチパネルは、高透過率、高解像度、長寿命であること、さらにマルチタッチ技術をサポートすることから、タッチパネル市場において急速に発展する傾向にある。この種の容量タッチパネルには、フィルムのコーティングあるいはカバープレートの基板としてガラスを使用することが可能である。容量タッチパネルは回路の容量の変化を介して指のタッチに反応し、通常両面にＴＣＯコーティングが施されたガラス基板だけを必要とする。
【０００７】
基板として用いるガラスにはＴＣＯフィルムがコーティングされる。基板ガラスとしては、一般的にはＴＣＯ（透明伝導コーティング）でコーティングされたソーダ石灰ガラスが用いられる。ＴＣＯフィルム層でコーティングされたガラス２枚によって薄く間隔が空けられたスペースを介したコンデンサが形成される。重要なことは最上層のガラスによってディスプレイが損傷から保護され、高い表面スクラッチ耐久性及び強度が得られることである。
【０００８】
また、表面音波タッチパネル、光学タッチパネル等の他のタッチパネルのいずれにも、高透過率及び高強度なガラスカバーパネルあるいは基板が必要とされる。
【０００９】
タッチパネル用途分野に用いられる基板及びカバープレートでは、ガラスの強度及び靱性をさらに増すために、ガラスには強化処理及び又は強靭化処理が為されなければならない。通常、物理的焼き戻し(tempering)を行うにはガラスの厚さが３ｍｍ以上なければならないため、ガラスの厚さが０．３ｍｍから１．５ｍｍの範囲内である場合には、用途上強化処理が必要とされる。従って、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さをもつガラスを強化処理するためには化学的処理を行うことが必要とされる。
【００１０】
前記ガラス表面強化技術としては、一般的な空気焼き戻し（エアジエット強化）方法の他に、化学的焼き戻し方法もある。化学的焼き戻し技術ではガラス表面の構造に変化が加えられてガラス表面の強度が増加される。化学的焼き戻しは化学的強化とも称される。
【００１１】
化学的強化は一般的に、１）ガラス表面のアルキル化処理、２）ガラス表面上への低膨張係数ガラス質材料層の処理、３）アルカリ金属イオン交換の３つのステップに分けられる。ここで述べる化学的強化をイオン交換強化と呼ぶこととする。一般的に言って、イオン交換強化ではさらに２つの工程、すなわち高温イオン交換及び低温イオン交換が実施される。また、イオン交換強化はイオン交換強靭化とも称される。
【００１２】
高温イオン交換強化とは、ガラス表面にガラスの歪み温度よりも高い低膨張係数をもつガラス質材料から成る層を形成することを言う。典型的な高温イオン交換では、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏから成るガラスが歪み温度を越えて加熱され、該ガラスは軟化温度より低い温度においてＬｉ＋を含む溶融塩に浸漬され、次いで該ガラス及び前記溶融塩が歪み温度を越える温度まで加熱される。この時点で該ガラスはゆるんだ網目構造となり、表面に変化を加えることが容易になり、該ガラスと前記溶融塩間において起こるＮａ＋またはＫ＋とＬｉ＋間のイオン交換が促進される。ガラス表面上におけるＬｉ＋とＮａ＋またはＫ＋間のイオン交換の後、ガラスは焼鈍しのために取り出されて室温まで冷却されることにより、ガラス表面上へＬｉ＋リッチ層が形成される。Ｌｉ＋層の膨張係数はＮａ＋またはＫ＋から成るイオン層の膨張係数よりもずっと低いため（ナトリウム及びカリウムがリッチなガラスと、リチウムリッチなガラスでは膨張係数が異なる）、冷却期間中に生ずるガラスの外側と内部における収縮が異なる。そのため、ガラス表面に残留圧縮応力が生成され、かつガラス内部に引っ張り応力層が生ずる。ガラスがＡｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２から成る場合は、イオン交換が起きる時に、さらに小さい膨張係数をもつＴｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−４ＳｉＯ４結晶が形成され、冷却後に極めて大きな圧縮応力が生ずるであろう。しかしながら、高温イオン交換によって容易に光学的歪みが生じ、ガラスを容易に変形されてしまう。また、溶融塩は、製造中は高温であり、大量の揮発物が生成して環境を汚染する。また、溶融塩は容易に効力を失い易い。
【００１３】
低温イオン交換強化処理は広く利用されており、その機構は、ガラスの歪み温度よりも低い温度下でガラス中に含まれるアルカリ金属イオンの半径よりも半径の大きいイオンを与えるアルカリ金属化合物の溶融塩中にガラスを浸漬させることによって構成される。溶融塩中の大容積を占めるイオンはガラス網目構造中の当初小容積のイオンによって占められていたスペース中へ押し分けて進み、小容積のイオンは溶融塩で置き替えられる。ガラスが冷却される時、ガラス質網目構造は収縮する。大容積のイオンはより大きなスペースを必要とするため、ガラス表面上に圧縮応力が生成される。冷却される時、ガラス内部には表面圧縮応力が残存しているため、ガラス表面上に緻密な圧縮層が形成される。このような圧縮層が存在することにより、ガラス表面上に形成しているプレストレス層を用いてガラス表面上に生ずる微細なひびを減ずることが可能となり、ひいてはガラスの曲げ耐久性及び耐衝撃性が著しく向上される。
【００１４】
ガラス中のより小さなイオンは化学物質中のより大きなイオンによって置き換えられる。例えばガラス中のより小さなＮａ＋イオンは、一般的に知られるＫＮＯ３塩浴を用いることによって、より大きなＫ＋イオンに置き換えられる。
【００１５】
イオン交換処理を効率的に行うため、ガラス中には、ＫＮＯ３等の塩中においてより大きなイオンによって置き換えられることを可能とする少なくとも１個のより小さなアルカリイオン、特にＬｉ＋またはＮａ＋が必要不可欠である。他の特性が失われることのない条件下において、十分な置き換え部位を与えるためにアルカリイオン量は可能な限り高くすべきである。さらに、高強度ガラス材料を提供するためにはＡＬ２Ｏ３も不可欠な成分であり、重要なことはアルカリ金属イオンを収容するための拡散チャネルとしてより大きな網目構造が形成でき、次いで迅速かつ効果的なイオン交換が起こることである。
【００１６】
イオン交換処理によって、ガラス表面上に数百ＭＰｓの圧縮応力と、表面圧縮応力によって小さな欠陥が広がることが防止される結果としてガラス中心部に引っ張り応力が生じることにより、外部負荷が加えられる際の強化効果が得られる。
【００１７】
通常、イオン交換により、ガラス表面上に、外部応力に対してスクラッチ耐久性の高い数１０μmの深さのイオン交換層（ＤｏＬと呼ばれる）が得られる。
【００１８】
タッチパネルのカバープレート用途に課される要求を満たすため、実用的見地において、迅速かつ効果的な強化処理を行うことが極めて重要である。ＣＮ１０１３３７７７０Ａには、４３０〜４９０℃の温度範囲内において３〜８時間処理を行うことが記載されている。またＣＮ１０１５０８５２４には、４０μｍ以上のＤｏＬを得るためには、ガラスを４２０℃で８時間、あるいは５００℃で５時間処理する必要があることが記載されている。しかしながら、高温塩浴あるいは長時間処理はガラス表面の網目構造を急速にゆるめさせて生ずる表面圧縮応力を低下させる傾向がある。
【００１９】
さらに、有害物質が含まれない未加工ガラスを用いることが電子製品の新たな傾向となっている。ＵＳ２００８/０２８６５４８、ＵＳ５，８９５，７６８、ＣＮ１０１５７５１６７Ａ、ＣＮ１０１３３７７７０Ａ、及びＣＮ１０１５０８５２４Ａに開示されているガラスのいずれの配合処方にもガラス清澄剤としてＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ２またはＦ２が含まれており、このことが電子産業における広範囲な利用可能性に対する制限となっている。
【００２０】
さらに、タッチパネル、特に戸外の公共場所において使用されるタッチパネルガラスでは指から細菌が伝播される可能性があることから、新世代タッチパネルには抗細菌作用が要求されている。ＵＳ２００７／０１７２６６１では、通常の平板ガラスあるいはガラスセラミックスの表面上における抗細菌機能は主としてフィルムコーティング処理あるいはイオン交換処理によって得られると報告されている。その原理は、銀イオンをガラス表面上へ導入して細菌を吸着(absorb)し死滅させるものである。
【００２１】
従来技術におけるタッチパネル用ケイ酸ガラスには下記欠点があった。
１．ガラスのスクラッチ耐久性及び透過率が十分に高くない。
２．厚さ０．３〜１．５ｍｍのガラスの強度及び靱性が不十分である。
３．高温塩浴あるいは長時間処理によってガラス表面の網目構造が急速にゆるませ表面圧縮応力が低下する。
４．ガラス清澄剤としてＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ２あるいはＦ２を用いるため環境に有害な影響がもたらされる。
５．細菌を吸着するためのガラス表面上への銀イオンの導入には複雑な過程が必要とされる。
【００２２】
本発明の発明者は、長期に及ぶ研究の結果、新規な配合処方によるアルミノケイ酸ガラス組成を用いて適正な低温での化学的強靭化条件下で強化処理を行うことにより、高い強度、硬度、スクラッチ耐久性及びヤング率をもつ、投影容量タッチパネル用の、及びさらに他の電子製品タッチパネル用の、カバープレート及び基板ガラスとして利用できるガラスが得られることを見出した。
【００２３】
新規な配合処方から成るアルミノケイ酸ガラスを適正な低温化学的強化処理を行った後に本発明において用いて、厚さが０．３〜１．５ｍｍであって、特に高硬度、高ヤング率、及び高スクラッチ耐久性を備えるガラスを提供することが可能である。また、本願発明のガラスを化学的強化処理することにより、さらに耐衝撃性の高いガラスを得ることが可能である。本発明のアルミノケイ酸ガラスは高強度及び高スクラッチ耐久性であり、かつ好ましくは戸外での利用にも適用可能である。
【００２４】
本願発明のガラスはフロート法によって製造され、錫浴中において生ずる二酸化錫によって除泡作用を得ることが可能である。従って、清澄剤等の環境上好ましくない物質の使用は不要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、タッチパネル用の、高強度及び高スクラッチ耐久性ガラスとして、及びタッチパネルのカバープレートあるいは基板として利用可能なアルミノケイ酸ガラスを提供することを目的とする。
【００２６】
本発明はさらに、タッチパネルに用いるアルミノケイ酸ガラスの化学的強化方法を提供することも目的とする。本発明方法によれば、短時間の低温でタッチパネル用ガラスを効率的に強化することが可能である。
【００２７】
さらに、本発明は、タッチパネルのカバープレートとして用いる、表面抗菌性機能を有するガラスを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
より具体的には、本願は下記発明に関する。
【００２９】
本発明により、質量％で表わされる下記組成： 
ＳｉＯ２                                  ５５〜６５
Ｎａ２Ｏ                                  １２＜〜１７
Ａｌ２Ｏ３                                １５＜〜２０
Ｋ２Ｏ                             ２〜６
ＭｇＯ                             ３．９〜１０
ＺｒＯ２                                  ０．１〜３
ＺｎＯ                             ０〜４
ＣａＯ                             ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO               ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                                  ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                      ≦  １
から成ることを特徴とするアルミノケイ酸ガラスが提供される。
【発明を実施するための手段】
【００３０】
本発明において、各成分含量は全ガラス成分質量に対する質量％で表わされている。
【００３１】
一実施態様において、ＳｉＯ２の含量は５８〜６３質量％である。
【００３２】
一実施態様において、Ｎａ２Ｏの含量は１２＜〜１５質量％である。
【００３３】
一実施態様において、Ｋ２Ｏの含量は３〜５質量％である。
【００３４】
一実施態様において、Ａｌ２Ｏ３の含量は１５＜〜１８質量％である。
【００３５】
一実施態様において、Ａｌ２Ｏ３の含量は１５＜〜１７質量％である。
【００３６】
一実施態様において、ＭｇＯの含量は３．９〜８．０質量％である。
【００３７】
一実施態様において、ＭｇＯの含量は３．９〜６．０質量％である。
【００３８】
一実施態様において、ＺｎＯ及びＣａＯの含量はそれぞれ２質量％未満である。
【００３９】
一実施態様において、ＺｒＯ２の含量は０．１〜３質量％である。
【００４０】
一実施態様において、ＺｒＯ２の含量は０．１〜２質量％である。
【００４１】
一実施態様において、成分Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯの含量総計は２０．２〜２５質量％である。
【００４２】
本発明によりさらに、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスを提供することからなるガラス強化方法、及び予備加熱温度範囲が３７０〜４３０℃であり、処理時間が０．５〜１６時間で行われる１００％ＫＮＯ３塩浴中におけるイオン交換強化方法が提供される。
【００４３】
一実施態様において、前記温度範囲は３７０〜４２０℃であり、及び前記処理時間は０．５〜８時間の範囲内である。
【００４４】
一実施態様において、前記温度範囲は３８０〜４２０℃であり、及び前記処理時間は０．５〜４時間の範囲内である。
【００４５】
一実施態様において、前記温度範囲は３９０〜４１０℃であり、及び前記処理時間は１〜３時間の範囲内である。
【００４６】
一実施態様において、イオン交換後のアルミノケイ酸ガラスの圧縮応力は６００〜１，０００ＭＰａである。
【００４７】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのＤｏＬは１０〜８０μｍである。
【００４８】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのＤｏＬは１０〜４０μｍである。
【００４９】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのＤｏＬは１０〜３０μｍである。
【００５０】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのＤｏＬは１０〜２０μｍである。
【００５１】
一実施態様において、イオン交換後における厚さ０．３ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験での破損高さは２００〜４００ｍｍであり、及びリングオンリング破損力は４００〜１，０００Ｎである。
【００５２】
一実施態様において、イオン交換後における厚さ０．５ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験での破損高さは３００〜５００ｍｍであり、及びリングオンリング破損力は５００〜１，２００Ｎである。
【００５３】
一実施態様において、イオン交換後における厚さ０．７ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験での破損高さは４００〜１，０００ｍｍであり、及びリングオンリング破損力は１，０００〜４，０００Ｎである。
【００５４】
一実施態様において、イオン交換後における中心張力は６０ＭＰａより低くされる。
【００５５】
一実施態様において、イオン交換後における中心張力は３０ＭＰａより低くされる。
【００５６】
本発明によってさらに、質量％で表わされる下記組成：
ＳｉＯ２                                ５５〜６５
Ｎａ２Ｏ                                １２＜〜１７
Ａｌ２Ｏ３                              １５＜〜２０
Ｋ２Ｏ                                  ２〜６
ＭｇＯ                                  ３．９〜１０
ＺｒＯ２                                ０．１〜３
ＺｎＯ                                  ０〜４
ＣａＯ                                  ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                     ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                                ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                      ≦  １
から成ることを特徴とするアルミノケイ酸ガラスが提供される。
【００５７】
一実施態様において、ＳｉＯ２の含量は５８〜６３質量％である。
【００５８】
一実施態様において、Ｎａ２Ｏの含量は１２＜〜１５質量％である。
【００５９】
一実施態様において、Ｋ２Ｏの含量は３〜５質量％である。
【００６０】
一実施態様において、Ａｌ２Ｏ３の含量は１５＜〜１８質量％である。
【００６１】
一実施態様において、Ａｌ２Ｏ３の含量は１５＜〜１７質量％である。
【００６２】
一実施態様において、ＭｇＯの含量は３．９〜８．０質量％である。
【００６３】
一実施態様において、ＭｇＯの含量は３．９〜６．０質量％である。
【００６４】
一実施態様において、ＺｎＯ及びＣａＯの含量はそれぞれ２質量％未満である。
【００６５】
一実施態様において、ＺｒＯ２の含量は０．１〜３質量％である。
【００６６】
一実施態様において、ＺｒＯ２の含量は０．１〜２質量％である。
【００６７】
一実施態様において、成分Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯの含量総計は２０．２〜２５質量％である。
【００６８】
本発明によりさらに、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスプレートを与えるガラス強化方法、及び予備加熱温度３７０〜４３０℃、及び処理時間０．５〜１６時間で行われる１００％ＫＮＯ３塩浴中におけるイオン交換強化方法が提供される。
【００６９】
一実施態様において、前記温度範囲は３７０〜４２０℃であり、及び前記処理時間は０．５〜８時間の範囲内である。
【００７０】
一実施態様において、前記温度範囲は３８０〜４２０℃であり、及び前記処理時間は０．５〜４時間の範囲内である。
【００７１】
一実施態様において、前記温度範囲は３８０〜４１０℃であり、及び前記処理時間は１〜３時間の範囲内である。
【００７２】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスプレートの圧縮応力は６００〜１，０００ＭＰａである。
【００７３】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスプレートのＤｏＬは１０〜８０μｍである。
【００７４】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスプレートのＤｏＬは１０〜４０μｍである。
【００７５】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのＤｏＬは１０〜３０μｍである。
【００７６】
一実施態様において、イオン交換後におけるアルミノケイ酸ガラスのＤｏＬは１０〜２０μｍである。
【００７７】
一実施態様において、イオン交換後における厚さ０．３ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験における破損高は２００〜４００ｍｍであり、またリングオンリング破損力は５００〜１，０００Ｎである。
【００７８】
一実施態様において、イオン交換後における厚さ０．５ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験における破損高は３００〜５００ｍｍであり、またリングオンリング破損力は５００〜１，２００Ｎである。
【００７９】
一実施態様において、イオン交換後における厚さ０．７ｍｍのアルミノケイ酸ガラスのボール落下強度試験における破損高は４００〜１，０００ｍｍであり、またリングオンリング破損力は１，０００〜４，０００Ｎである。
【００８０】
一実施態様において、イオン交換後の中心張力は６０ＭＰａより低くされる。
【００８１】
一実施態様において、イオン交換後の中心張力は３０ＭＰａより低くされる。
【００８２】
本発明に係るアルミノケイ酸ガラスあるいはアルミノケイ酸ガラスプレートはフロート法によって製造される。
【００８３】
一実施態様において、フロート法によって製造されるアルミノケイ酸ガラスあるいはアルミノケイ酸ガラスプレートの厚さは０．５〜２０ｍｍである。
【００８４】
本発明に係るアルミノケイ酸ガラスあるいはアルミノケイ酸ガラスプレートはダウンドロー法によって製造される。
【００８５】
一実施態様において、アルミノケイ酸ガラスあるいはアルミノケイ酸ガラスプレートに用いる清澄剤は三酸化砒素、三酸化アンチモン、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物、または塩化物から選択される。
【００８６】
一実施態様において、ダウンドロー法によって製造されるアルミノケイ酸ガラスまたはアルミノケイ酸ガラスプレートの厚さは０．１〜１．５ｍｍである。
【００８７】
本発明に係るアルミノケイ酸ガラスあるいはアルミノケイ酸ガラスプレートはタッチパネルに用いられる。
【００８８】
本発明に係るアルミノケイ酸ガラスから成るタッチパネルはモバイル型電子装置に用いられる。
【００８９】
本発明では、質量％で表わされる下記組成： 
ＳｉＯ２                                ５５〜６５
Ｎａ２Ｏ                                １２＜〜１７
Ａｌ２Ｏ３                              １５＜〜２０
Ｋ２Ｏ                                  ２〜６
ＭｇＯ                                  ３．９〜１０
ＺｒＯ２                                ０．１〜３
ＺｎＯ                                  ０〜４
ＣａＯ                                  ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                     ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                                ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                      ≦  １
から成るアルミノケイ酸ガラスカバープレートを含んで成るモバイル型電子装置が提供される。
【００９０】
本発明によりさらに、本発明に係るアルミノケイ酸ガラスプレートを供する工程と、化学的強化処理中に溶融硝酸塩中へ硝酸銀を添加する工程から成る、抗菌性、かつ焼き戻しされたアルミノケイ酸ガラスプレートの製造方法が提供される。
【００９１】
一実施態様においては、硝酸銀がＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１５質量％の比率で添加される。
【００９２】
一実施態様においては、硝酸銀はＫＮＯ３塩浴中へ該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１０質量％の比率で添加される。
【００９３】
一実施態様においては、硝酸銀はＫＮＯ３塩浴中へ該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜５質量％の比率で添加される。
【００９４】
本発明ではさらに、質量％で表わされる下記組成： 
ＳｉＯ２                                ５５〜６５
Ｎａ２Ｏ                                １２＜〜１７
Ａｌ２Ｏ３                              １５＜〜２０
Ｋ２Ｏ                                  ２〜６
ＭｇＯ                                  ３．９〜１０
ＺｒＯ２                                ０．１〜３
ＺｎＯ                                  ０〜４
ＣａＯ                                  ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                     ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                                ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                      ≦  １
から成ることを特徴とする、タッチパネル用の抗菌性、かつ焼き戻し済みアルミノケイ酸ガラスが提供される。
【００９５】
前記ガラスはさらに、該ガラスの化学的強化処理中における溶融硝酸塩中への硝酸銀の添加によって、イオン交換後に該ガラスに下記特性、すなわち
−ＤｏＬ（イオン交換層深さ）が１０〜８０μｍである、
−中心張力が６０ＭＰａより小さい、
−圧縮応力が６００〜１，０００ＭＰａの範囲内である、
−厚さ０．３ｍｍのガラスのボール落下強度試験における破損高さが２００〜４００ｍｍであり、かつリングオンリング破損力が４００〜１，０００Ｎである、
−厚さ０．５ｍｍのガラスのボール落下強度試験における破損高さが３００〜５００ｍｍであり、かつリングオンリング破損力が５００〜１，２００Ｎである、
−厚さ０．７ｍｍのガラスのボール落下強度試験における破損高さが４００〜１，０００ｍｍであり、かつリングオンリング破損力が１，０００〜４，０００Ｎである、及び
−抗菌性がある、
の少なくとも１つが付与されることを特徴とする。
【００９６】
一実施態様において、前記イオン交換強化処理は、１００％ＫＮＯ３塩浴中において、予備加熱温度範囲３７０〜４３０℃、及び処理時間０．５〜１６時間の範囲内で実施される。
【００９７】
また、一実施態様において、前記イオン交換強化処理は、１００％ＫＮＯ３塩浴中において、予備加熱温度範囲３７０〜４２０℃、及び処理時間０．５〜８時間の範囲内で実施される。
【００９８】
また、一実施態様において、前記イオン交換強化処理は、１００％ＫＮＯ３塩浴中において、予備加熱温度範囲３８０〜４２０℃、及び処理時間０．５〜４時間の範囲内で実施される。
【００９９】
また、一実施態様において、前記イオン交換強化処理は、１００％ＫＮＯ３塩浴中において、予備加熱温度範囲３９０〜４１０℃、及び処理時間１〜３時間の範囲内で実施される。
【０１００】
一実施態様において、硝酸銀はＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１５質量％の比率となるように添加される。
【０１０１】
また、一実施態様において、硝酸銀はＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜１０質量％の比率となるように添加される。
【０１０２】
また、一実施態様において、硝酸銀はＫＮＯ３塩浴中へ、該塩浴中溶融塩の全質量に対して０．１〜５質量％の比率となるように添加される。
【０１０３】
本発明に係るアルミノケイ酸ガラスの好ましい例は、質量％で表わされる下記組成： 
ＳｉＯ２                                ５６〜６４
Ｎａ２Ｏ                                １２．１〜１６．５
Ａｌ２Ｏ３                              １５．１〜１９．０
Ｋ２Ｏ                                  ２．５〜５．５
ＭｇＯ                                  ３．９〜９．０
ＺｒＯ２                                ０．１〜３
ＺｎＯ                                  ０〜４
ＣａＯ                                  ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                   ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                                ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                      ≦  １
から成ることを特徴とする。
【０１０４】
本発明に係るアルミノケイ酸ガラスの好ましい例は、質量％で表わされる下記組成：
ＳｉＯ２                                ５７〜６３
Ｎａ２Ｏ                                １２．１〜１６．０
Ａｌ２Ｏ３                              １５．１〜１８．５
Ｋ２Ｏ                                  ２．８〜５．０
ＭｇＯ                                  ４．０〜９．０
ＺｒＯ２                                ０．１〜３
ＺｎＯ                                  ０〜４
ＣａＯ                                  ０〜４
Na2O+K2O+MgO+ZnO+CaO                     ２０．２〜２８
ＳｎＯ２                                ０〜１
ＴｉＯ２＋ＣｅＯ２                      ≦  １
から成ることを特徴とする。
【０１０５】
本発明により、抗菌性、かつ焼き戻しアルミノケイ酸ガラスカバープレートの製造方法、すなわち該ガラスの化学的強化処理中に硝酸銀が溶融硝酸塩中に添加されることを特徴とする前記方法が提供される。銀イオンは、イオン交換中にガラス表面中へ浸透して抗細菌効果を与えることが可能である。
【０１０６】
本発明に係るガラスは他の用途、例えばラップトップコンピュータ、携帯電話等の電子装置の内部電子部品の保護のためのカバープレート、光電（装置）プレートのカバープレートガラス、ハードディスク基板、及びフィルム状太陽電池の沈積基板または保護カバーフーレート等の用途にも利用可能である。これらカバープレート及び基板には長期間の使用に耐える高強度及び高スクラッチ耐久性が要求される。
【発明の詳細な説明】
【０１０７】
ＳｉＯ２はガラスの網目構造を形成する主要成分である。ＳｉＯ２含量が５５質量％より低い場合は、ガラスの成形性及び耐薬品性が低下して、ガラスが結晶化し易くなる傾向が高まる。
【０１０８】
ＳｉＯ２含量が６５質量％よりも高い場合は、ガラスの粘度及び融点が高くなってフロート法に適さなくなる。良好な成形性、適正な融点及び成形温度を維持するためには、ＳｉＯ２の含量は好ましくは５８〜６３質量％の範囲内に保たれる。
【０１０９】
ガラスへのＮａ２Ｏ及びＫ２Ｏのようなアルカリ酸化物の添加は溶融温度を低下させる。特に有効なイオン交換強化を満足させるには、高量のＮａ２ＯがＫ+←→Ｎａ+の交換に必要とされる。ガラスと塩（ＫＮＯ３）との間のイオン交換が多くなる程に、ガラスは高い強度を持つ。しかしながら、過度のアルカリは熱膨張率を増大させるため、ガラスの耐熱性及び成形性を低下させる。それ故、Ｎａ２Ｏの量は１２＜〜１７質量％、特に好ましくは１２＜〜１５質量％に制限されるべきである。  Ｋ２Ｏ量はイオン交換プロセスへの逆作用を避けるために、例えば６質量％以下の低さに制限すべきである。Ｋ２Ｏの量は好ましくは３〜５質量％である。
【０１１０】
Ａｌ２Ｏ３は、高強度かつ高硬度を備えたガラス材料を提供するために不可欠な成分である。さらに、該ガラスは処理中に高スクラッチ耐久性も備えられる。Ａｌ３＋によって通常の［ＳｉＯ４］網目構造よりもかなり大きい網目構造［ＡｌＯ４］が形成される傾向があり、次いで大形の孔がイオンの拡散チャネルとして残ることから、急速な拡散を得るためにガラス中のＡｌ２Ｏ３の含量を高めることで、Ｎａ＋←→Ｋ＋のイオン交換過程が容易化されると考えられる。これにより、イオン交換過程が３７０〜４３０℃等の低温において０．５〜８時間の短時間で完了するように促進される。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３の含量が２０質量％以上になると結晶化及びガラス粘度が増加する傾向があるため、この含量以上とすることは避けるべきである。本発明において、Ａｌ２Ｏ３の含量は通常１５＜〜２０質量％、好ましくは１５＜〜１８質量％、さらに好ましくは１５＜〜１７質量％とされる。
【０１１１】
ＭｇＯも不可欠な成分である。ＭｇＯの含量を１０質量％未満にすることにより、融点降下、均質性向上、抗加水分解及びイオン交換の加速が促進される。ＭｇＯの含量は３．９〜１０．０質量％、好ましくは３．９〜８．０質量％、最も好ましくは３．９〜６．０質量％とされる。
【０１１２】
ＺｎＯ及びＣａＯも同様な働きを示すが、過剰に添加すると結晶化が増加する傾向がある。本発明では、ＺｎＯ及びＣａＯの含量は、それぞれ４質量％未満に、好ましくは２質量％より低くなるように制限される。
【０１１３】
ＺｒＯ２は、ガラスのヤング率及び耐薬品性をさらに改善するため、及びイオン交換を高めるために成分として添加される。しかしながら、ＺｒＯ２は結晶化傾向を増加させ、及び融点を高くする傾向のある成分でもある。そのため、ＺｒＯ２の含量は５質量％未満、好ましくは０．１〜３質量％、最も好ましくは０．１〜２質量％とされる。
【０１１４】
成分Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯの総計含量はさらに制限され、好ましい成分範囲内に制限られる。成分Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯの総計含量は、ガラスの良好な溶融性及び成形性を保持するために２０．２〜２８質量％の範囲内になければならない。本発明において、成分Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯ＋ＣａＯの最も好ましい総計範囲は２０．２〜２５質量％である。
【０１１５】
特定の場合において、ＴｉＯ２及びＣｅＯ２の添加によりガラスの溶融性を改善させることが可能である。しかしながら、これら成分の含量総計は１質量％未満とされる。
【０１１６】
本発明に係るガラスはＢ２Ｏ３を含まない。Ｂ２Ｏ３の添加は、ガラス溶融性を改善し、及びガラス融点を低下させることが可能である。しかしながら、Ｂ２Ｏ３の添加によってイオン交換の化学的強化処理に負の影響、すなわちイオン交換速度が低下し、及び高い表面圧縮応力が生じなくなる大きな欠点がある。これは酸化ホウ素によって高密度な［ＢＯ４］網目構造が形成されるためにガラス中におけるイオンの移動が制限されるためである。
【０１１７】
さらに、本発明に係るガラスには成分として、ＢａＯ、ＰｂＯ等の環境に有害な重金属元素は全く含まれない。
【０１１８】
本発明に係るガラスの製造に用いられるフロート法において、錫浴上にＳｎＯ２が形成される。溶融中、ガラスの清澄処理に用いられるＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、硫酸塩、硝酸塩等の有害物質の添加は全く不要であり、これによって有害成分を含まない未加工ガラスが得られる。ガラス表面に１質量％以下のＳｎＯ２が含まれるのは本発明による製造方法自体の特性によるものであるが、ガラスの特性に悪影響を与えるものではない。
【０１１９】
当業者にとって、フロートガラスの組成の変更は、たとえ小さな変更であっても、装置に多大な投資を要するため一般的に実行しにくいことである。ガラスの成分によって耐火性材料の損傷が加速されることになれば、該装置の修復のために実生産におけるコストが非常に高くなってしまう。
ガラスのフロート製造は既知の方法である。炉から取り出した後、ガラス溶融物は液体錫が入った浴中を通過して液体錫上にガラスが浮き上がり、前方へ移動する間にガラス粘度が増大する。このようなプロセスによって汚れのない表面を有するガラスを形状化する目的が達成される。
【０１２０】
ダウンドロー法などの他の平板ガラス作製方法も本発明に係るガラスの製造に適する。この方法では、三酸化砒素、三酸化アンチモン、硫酸塩、硝酸塩、フッ化物、塩化物等の一般的な清澄剤の使用が可能である。
【０１２１】
ガラス製造のためのダウンドロー法はガラス加工にとっても既知の方法である。炉から取り出した後、ガラスは浴中を通過される。低粘度ガラスは浴の下部にある狭い溝（スロット）中を通って下方へ溢れ出てガラスが形状化され、ガラス表面が円滑化される。
【０１２２】
フロート法の利点は、比較的低コストで厚さが広範囲に亘る大型サイズのガラスを製造できることである。本発明に係るガラスの厚さは０．５〜２０ｍｍの範囲内である。ダウンドロー法によって製造されるガラスの厚さは通常０．１〜１．５ｍｍの範囲内である。
【０１２３】
イオン交換強化処理には１００％ＫＮＯ３塩浴が用いられる。ステンレススチールフレームはガラスを運ぶように設計され、ガラスは予備加熱工程後に塩浴中へ設置される。予備加熱は通常３７０〜４３０℃、好ましくは３７０〜４２０℃、より好ましくは３８０〜４２０℃、最も好ましくは３９０〜４１０℃の範囲内の温度で実施される。処理時間は０．５〜１６時間、好ましくは０．５〜８時間、より好ましくは０．５〜４時間、最も好ましくは１〜３時間である。
【０１２４】
化学的強化処理とは、より小さなイオン（通常はＮａ＋）をより大きなイオン（通常はＫ＋）に交換してガラス表面上に圧縮応力を生成させ、ガラスの破砕靱性及び強度信頼性を増強させることをいう。同様に、Ｌｉ＋イオンを含むガラスをＮａＮＯ３等のＮａ＋を含む塩中に通過させて強化することも可能である。それゆえ、ガラス中には高い拡散性を有するので、アルカリ金属イオンが含まれていなければならない。
【０１２５】
ＫＮＯ３は、塩浴によるガラス強化にとって最も好ましい化合物である。その代替として、ＫＮＯ３と共に種々触媒を用いてイオン交換速度を速め、あるいは強化されたガラスの特性を改善させることが可能である。このような触媒の例としては、Ｋ２ＳＯ４、Ｋ２ＳｉＯ４、ＫＯＨ、Ａｌ２Ｏ３、Ａｌ（ＯＨ）３などがある。
【０１２６】
温度及び時間は強化処理に影響を与える最も重要な要素である。ＫＮＯ３は約３３７℃で溶融し始め、約４００℃で分解される。ガラスの化学的強化処理には３６０〜５００℃の温度範囲が広く用いられている。しかしながら、低温では迅速なイオン交換速度が得られない問題が生ずるのに対して、高温ではガラス表面の網目構造が急速にゆるんで高圧縮応力が得られない問題が生ずる。また、処理時間が短いと、イオンの浸透が不十分となり、他方処理時間が過剰であるとガラスの網目構造がゆるめて望まれる効果が得られない。最適強度及び応力状態を獲得して理想的な特性を実現するためには、適正な温度及び処理時間で処理することが必要とされる。
【０１２７】
表面スクラッチ及びエッジ品質は、ガラスの強化あるいは未強化に拘わらず、ガラスの強度に大きく影響する。スクラッチの深さが大きくなるにつれて、ガラス強度が徐々に低下する。それゆえ、ガラスの処理及び加工中は表面スクラッチ傷の発生が防止されなければならない。また、ガラスは時としてイオン交換前に研磨される必要がある。本発明においては、ガラスの硬度が比較的高く、従ってスクラッチ耐久性が良好であるため、深い表面研磨を行わずとも、処理中に高率でロスが生ずることが防止される。
【０１２８】
表面圧縮応力（ＣＳ）、圧縮応力の深さ（ＤｏＬ）及び中心引っ張り応力（ＴＳ）は、強度及びスクラッチ耐久性等の強化ガラスの特性を判定するための特性である。高表面圧縮応力をもつガラスは高強度であり、またより大きな深さＤｏＬをもつガラスは高スクラッチ耐久性である。表面張力が一定の場合、さらに大きなＤｏＬをもつガラスの中心張力はさらに大きくなるが、その反面ガラスが容易に壊れやすくなる可能性がある。
【０１２９】
適正な強化特性を得るためには、温度、時間及びガラス厚による応力プロファイルを設計することが重要である。３７０〜４３０℃の温度範囲内で０．５〜１６時間処理される本発明に係るガラスの圧縮応力は６００ＭＰａ以上、通常は６００〜１，０００ＭＰａであり、またＤｏＬは１０μｍ以上である。通常、ＤｏＬの範囲は、１０〜８０μｍ、好ましくは１０〜４０μｍ、より好ましくは１０〜３０μｍ、最も好ましくは１０〜２０μｍである。処理時間は好ましくは３７０〜４３０℃の温度範囲において０．５〜８時間継続され、この処理によれば極めて僅かな表面の緩みしか生じない。より好ましくは、前記処理は３８０〜４２０℃の温度範囲内で０．５〜４時間、最も好ましくは３９０〜４１０℃の温度範囲内で１〜３時間実施される。特定のＤｏＬ及び特定の中心引っ張り応力を伴った最適表面応力条件下では、厚さ０．５ｍｍ、あるいは０．３ｍｍの薄ガラスでも靱性を獲得し、破損強度も著しく増強される。
【０１３０】
従来の強度測定法、すなわちボール落下衝撃試験及びリングオンリング強度試験を用いて、イオン交換後の強度及び信頼度について本発明に係るガラスの改善程度を試験することが可能である。
【０１３１】
ボール落下強度試験は下記ステップに従って実施される。すなわち、重量１３２ｇ、直径３１．７５ｍｍのスチール製ボールを所定の高さから落下させてサイズ５０×５０×０．７ｍｍのガラスサンプルに対して衝撃を加える。衝撃試験は高さ２００ｍｍから始められ、次いで前回の高さより５０ｍｍずつ高くして繰り返され、ガラスが破砕されるまで継続される。
【０１３２】
リングオンリング試験は下記ステップに従って実施される。すなわち、一般的なユニバーサル強度テスターを用いて加圧する。応力を加える部分は直径４ｍｍの環状末端部をもつ剛性のある圧力ヘッドである。ガラスが上へ静置される部材はさらに別の直径２０ｍｍの剛性のある環状支持リングである。ガラスサンプルを該リング上へ置き、ユニバーサル強度テスターを用いて徐々に応力を加える。一方、圧力ヘッドの上部をガラスサンプルの方へ転移させる。ガラスが破砕された時、該サンプルを破砕させるために要した応力を前記強度テスターによって記録する。
【０１３３】
ボール落下強度試験によって強化ガラスの衝撃強度を評価することが可能である。イオン交換が３７０〜４３０℃の温度範囲内で０．５〜８時間行われる標準的処理によって強化されたサイズ５０×５０×０．７ｍｍのガラスは直径３１．７５ｍｍ、重量１３２ｇのスチール製ボールによる高さ３００ｍｍからの衝撃試験に合格可能である。好ましい場合、イオン交換パラメータを適合させることにより、強化ガラスは重量１３２ｇのスチール製ボールによる高さ８００ｍｍからの衝撃試験であっても合格可能である。最も好ましいケースでは、ガラスは高さ１，０００ｍｍからのスチール製ボールの衝撃に対しても耐えることが可能である。厚さ１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、あるいは０．３ｍｍのガラスであっても同程度の強化後強度増加を得ることが可能である。驚くべきことに、厚さ０．５ｍｍのガラスは高さ５００ｍｍから落下させるスチール製ボールによる衝撃試験に対しても合格可能であり、また、ガラスが最適工程によって製造され、及び前記範囲内の温度及び時間条件で処理された場合には、厚さ０．３ｍｍのガラスであっても高さ４００ｍｍから落下されるスチール製ボールによる衝撃試験にも合格可能である。
【０１３４】
ユニバーサル強度テスターによって徐々に応力が加えられる時に、ガラスの破損強度が大きく増大されたことがリングオンリング試験にから証明される。強化処理前における厚さ０．７ｍｍのガラスのリングオンリング破損力は５００〜８００ニュートンであるが、強化処理後における破損力は１，０００〜４，０００Ｎに達する。強化処理後、破損力は最低の１，０００Ｎが得られるが、より好ましくは強度は２，０００Ｎ以上となり、最も好ましくは破損力は４，０００Ｎ以上にもなり得る。このことは、強化処理後に強度が５倍以上増加され得ることを意味している。厚さ１．０ｍｍ、０．５ｍｍ、さらには０．３ｍｍのガラスであっても強化処理後には同程度の強度増加を得ることが可能である。また、驚くべきことに、適正温度及び時間範囲内で最適処理を受けた強化処理後における厚さ０．５ｍｍのガラスの破損力は１，２００Ｎ以上に達し、及び厚さ０．３ｍｍのガラスの破損力は１，０００Ｎ以上にも達する。
【０１３５】
ガラスは欠陥を生じ易い材料であり、ガラス強度試験においてしばしば不均質性を示す。このような不均質性は、圧縮応力を保持する層を導入することによってガラスを強化することにより劇的に減ずることが可能であり、また外力によるスクラッチ生成にも耐えることが可能である。しかしながら、ＤｏＬが大きいとガラス内部に過剰に大きな引っ張り応力が生ずるリスクが高まってガラスが破損し易くなる。さらに詳細な試験によれば、本発明に係るガラスの用途に対しては、ガラスは３７０〜４３０℃の温度範囲内で０．５〜１６時間処理されること、そして最も好ましくは３９０〜４１０℃の温度範囲内で１〜３時間処理すればガラスにとって十分であることが示されている。このような温度及び時間の範囲では、本発明に係るガラスのイオン交換層の深さ（ＤｏＬ）は少なくとも５μｍであり、最大で８０μｍである。処理時間を長くすると交換層のＤｏＬは増加するが、表面応力が減少して低応力となってしまう。特に薄層ガラスの場合、内部引っ張り応力が増大してガラスが壊れやすくなるリスクが生ずる。
【０１３６】
抗菌性機能
本発明により、抗菌性機能を有するタッチパネル、及び抗菌性機能の達成方法が提供される。抗菌性機能は化学的強化処理によって達成可能である。その具体的態様では、化学的強化処理中に硝酸塩の溶融塩へ一定量の硝酸銀が添加され、その添加量は前記溶融塩に対して０．１〜１５質量％、好ましくは０．１〜１０質量％、最も好ましくは０．１〜５質量％である。本発明方法により製造されるガラスにおいては、イオン交換（Ａｇ＋とＮａ＋間）を介して前記溶融塩から銀イオンがガラスの一定の深さまで侵入し、その深さは０〜２０μｍ、好ましくは０〜１０μｍである。銀イオンを存在させることにより、タッチパネル表面における抗菌性機能を高めることが可能である。
【０１３７】
ＵＳ２００７／０１７２６６１に開示された情報によれば、銀イオンを含有する前駆体化合物を通して、あるいは一定温度下でのイオン交換によって抗菌性機能を有する銀フィルムを得、及び銀イオンをガラスの一定の深さまで入り込ませることが可能である。本発明の利点は、化学的強化処理及び抗菌性機能が、本発明に係るタッチパネル用のガラスパネルに成功裡に適用されるイオン交換を通して一工程で達成できることである。
【０１３８】
上記イオン交換処理は３７０〜４３０℃、好ましくは３７０〜４２０℃、より好ましくは３８０〜４２０℃、最も好ましくは３９０〜４１０℃の温度範囲内において実施される。イオン交換の処理時間は０．５〜１６時間、好ましくは０．５〜８時間、より好ましくは０．５〜４時間、最も好ましくは１〜３時間である。
【０１３９】
上記イオン交換条件において、銀イオンはガラスの少なくとも５μｍの深さまで入り込むことが可能である。有効な抗菌性機能を達成するため、銀イオン濃度はガラスの深さ２μｍ部位において少なくとも０．１質量％、好ましくは０．５質量％、さらに好ましくは少なくとも１．０質量％、最も好ましくは２．０質量％を越える。
【０１４０】
通常、銀イオンの浸透によってガラスの透過率に悪影響が及ぶ。透過率の変化はイオン交換の前後の比較で５％未満、好ましくは３％未満、より好ましくは２％未満、最も好ましくは１％未満であり、他方抗菌性機能はそのまま保持される。
【実施例】
【０１４１】
表１に本発明に係るガラスの化学的強化例を示す。
【０１４２】
実施例１
まず、表１の実施例１に与えられた組成に従った材料を配合し、これら材料を白金製るつぼ中において温度１６００〜１６３０℃で溶融し、同温度に５〜１５時間保持し、次いで温度１６４０〜１６６０℃で清澄し、さらに約１６００℃まで冷却した。白金製るつぼを高温炉から取り出し、ガラス溶融液を冷えたステンレススチール製型中へ注ぎ入れてサイズ６５×６５×４５ｍｍのガラス塊を作製した。次いでガラスとステンレススチール製型を一緒に焼鈍しオープン中に約６００℃で２〜８時間置いた。
【０１４３】
焼鈍し後、ガラスを研磨処理し、次いで切断し、縁取りし、及び微細研磨して所望のサイズ、すなわち５０×５０×０．７ｍｍのサンプルを作製した。研磨後、表面粗さは１ナノメートル以下であった。サンプルは少なくとも４０シート作製した。
【０１４４】
少なくともサンプル２０シートを化学的強化処理に供試した。化学的強化処理はラボスケールの塩浴炉（直径２５０×２５０ｍｍ、深さ４００ｍｍ）中において実施した。これらサンプルは耐腐食性のステンレススチール製サンプル棚上に置いた。温度３９０℃でのイオン交換処理後、化学的強化処理を受けたガラス２０片及び無処理ガラス２０片に対してボール落下試験及びリングオンリング試験をそれぞれ実施した。
【０１４５】
強化処理されていないガラスシートの殆どは重量１３２ｇのスチール製ボールの高さ２００ｍｍからの最初の衝撃試験に合格せず、高さを２５０ｍｍとした時に数枚のみ破砕された。概して、強化処理されなかったサンプルは高さ２００ｍｍからのボールの落下による衝撃に耐えることができ、リングオンリング試験から得られた平均破砕力は５５０Ｎであった。
【０１４６】
同一強度試験条件下において、焼き戻しされたガラスサンプルにおいて予期していなかった試験結果が得られた。重量１３２ｇのボールを落下させる時の平均破損高さは７８８ｍｍ程度であり、強化処理されていないガラスに比較して約４倍強度が増加されていた。また、平均リングオンリング破砕力は１８２０Ｎであり、強化処理されていないガラスに比較して約３．３倍増加していた。これら２つの試験条件下において、すべてのサンプルについて強化処理されていないサンプルの４倍に当たる強化が達成されていた。
【０１４７】
同時に、これら強化処理が為されたサンプルに対して表面圧縮応力試験及びイオン交換深度試験を実施した。実施例１のガラスに対する温度３９０℃での２時間処理の場合、得られた平均表面圧縮応力は８２０ＭＰａ、ＤｏＬは２０μｍであった。
【０１４８】
ＦＳＭ６０００を用いて表面圧縮応力及びＤｏＬを測定した。
【０１４９】
得られたガラスサンプルの熱膨張係数（ＣＴＥ）を測定した。２０〜３００℃の温度範囲において、多成分ガラスの線膨張係数は８．７×１０−６／℃であった。
【０１５０】
得られたガラスのガラス転移温度（Ｔｇ）を測定した。多成分ガラスのガラス転移点は約５９０℃であった。
【０１５１】
熱膨張係数及び転移点を下記方法に従って、すなわち膨張計を用いて測定した。サンプルは直径５ｍｍのシリンダに加工した。線膨張係数を算出するため、温度２０℃から３００℃までにおける長さの変化を記録した。ガラス転移点付近においてガラスの線膨張係数が明らかに急激に変化することから、ガラスの転移点は外挿法によって得ることが可能である。
【０１５２】
ガラスの密度はアルキメデスの原理によって測定した。ガラスサンプルを水が入っている容器中へ入れて水の容積変化を注意深く測定してガラスサンプルの容積を得た。正確に測定できるサンプル重量を前記容積で割算することにより密度データが得られた。
【０１５３】
実施例２
表１の実施例２に与えられた組成に対応する材料を配合し、次いでこれら材料を白金製るつぼ中において温度１６００〜１６３０℃で溶融して該温度に５〜１５時間保持し、次いで１６４０〜１６６０℃で清澄してから温度約１６００℃まで冷却した。白金製るつぼを高温炉から取り出し、ガラス溶融物を冷えたステンレススチール製型中へ注ぎ入れてサイズ６５×６５×４５ｍｍのガラス塊に成形した。次いで該ガラスをステンレススチール製型と共に焼鈍しオーブン中に入れて温度約６００℃で２〜８時間加熱した。
【０１５４】
焼鈍し後、ガラスを研磨し、切断し、縁取りし、かつ微細研磨して所望のサイズ、すなわち５０×５０×０．７ｍｍのサンプルを作製した。研磨後における表面粗さは１ナノメートル未満であった。サンプルとして少なくとも４０シートを作製した。
【０１５５】
化学的強化処理は実施例１と同様のステップに従って温度４２０℃で３時間実施し、ボール落下試験、リングオンリング試験、表面圧縮応力、ＤｏＬ、熱膨張係数、ガラス転移点、及び密度はすべて実施例１と同様に測定した。
【０１５６】
強化処理されていないガラスシートの殆どは重量１３２ｇのスチール製ボールの高さ２００ｍｍからの最初の衝撃試験に合格せず、高さが２５０ｍｍの場合では数枚のガラスだけが破砕された。概して、強化処理されていないサンプルは高さ約２００ｍｍからのボールの落下による衝撃に対して耐えることができ、またリングオンリング試験から得られた平均破砕力は８３０Ｎであった。
【０１５７】
同一の強度試験条件下において、焼き戻しされたガラスサンプルについて予期しなかった試験結果が得られた。重量１３２ｇのボールの落下による平均破砕高さは６５０ｍｍ程度であり、強化処理されていないガラスサンプルに比較して３倍強度が増していた。また、平均リングオンリング破砕力は１７２４Ｎであり、強化処理されていないガラスサンプルに比較して２倍以上強度が増していた。これら２つの試験条件下において、すべてのサンプルについて、強化処理されていないガラスサンプルよりも３倍強い強度が達成された。
【０１５８】
同時に、強化処理されたサンプルについて、表面圧縮応力及びイオン交換深度に関する試験を実施した。実施例２のガラスに対して温度４３０℃で２時間処理する場合、平均表面圧縮応力として８００ＭＰａ、及びＤｏＬとして３５μｍが得られた。
【０１５９】
得られたガラスサンプルの熱膨張係数（ＣＴＥ）を測定した。２０〜３００℃の温度範囲において、多成分ガラスの線膨張係数は８．６×１０−６／℃であった。
【０１６０】
得られたガラスのガラス転移点（Ｔｇ）を測定した。多成分ガラスのガラステンス点は約６０５℃であった。
【０１６１】
実施例３
実施例３において、同一組成から成る厚さの異なる（０．７ｍｍ、０．５ｍｍ、０．３ｍｍ）ガラスに対して同一条件下で強化処理を行い、上記実施例１及び２において行われた試験のそれぞれを実施した。これら試験の結果から、薄いガラス、すなわち厚さ０．５ｍｍ及び０．３ｍｍのガラスについても、より短時間の化学的強化処理でも有効な強化効果を得るために十分であり、関連分野における用途に満足されることが示された。
【０１６２】
比較例
比較例について表２に示す。
【０１６３】
ガラス１は、主成分としてのシリカ、酸化ナトリウム及び酸化カルシウムから成る通常のソーダ石灰ガラスであり、ガラス２は主成分としてのシリカ、酸化硼素及び酸化ナトリウムから成る硼珪酸ガラスであり、ガラス３は主成分としてのシリカ、酸化ナトリウム及び酸化アルミニウムから成る別のアルミノケイ酸ガラスである。
【０１６４】
本発明による実施例との比較において、同一の化学的強化処理条件下（ＫＮＯ３、３９０℃、２時間）で、比較例において得られた表面圧縮応力はすべて、ガラス成分のいずれもが特許請求の範囲に記載された成分範囲内に含まれる本発明による実施例において得られた表面圧縮応力よりも小さいことが分かる。さらに、比較例には、イオン交換速度が本発明による実施例において得られたイオン交換速度よりも遅い欠点がある。すなわち、２０μｍのＤｏＬを得るためには、比較例におけるイオン交換の温度及び処理時間を増加させなければならない。
【０１６５】
抗菌性試験の実施例
抗菌性試験の実施例を表３に示す。
【０１６６】
実施例１〜３のガラスサンプルを用い、及び４質量％の硝酸銀を溶融塩へ添加することによって抗菌性ガラスを作製した。イオン交換は温度390℃で２時間実施した。このガラスバッチについて抗菌効果、表面層中の銀イオン含量、透過率の変化、及び強度を測定した。
【０１６７】
国際標準ＡＳＴＭ２１８０−０１に規定されている方法に従って抗菌性試験を実施した。検出対象とされる菌種は、Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Aspergillus niger, Monilia albican, Escherichia coli 及びSalmonellaとした。
【０１６８】
国家建設工業標準ＪＣＴ１０５４−２００７、コーティングされた抗菌性ガラスに関する標準に規定された方法に従って抗菌性試験を実施した。試験対象菌種はEscherichia coli, 及びStaphylococcus aureusとした。
【０１６９】
上記２つの方法に従って検出される細菌数が２桁オーダー以上減少した場合は、本発明に従った実施態様について抗菌性指標が達成されたと判定した。
【０１７０】
抗菌性実施例１〜３におけるガラスをＡＳＴＭ２１８０−０１に記載された試験に供した。この結果より、本発明方法によって得られるガラスは上記試験に合格し、極めて優れた抗細菌効果を示すことが示された。
【０１７１】
走査電子顕微鏡及びエネルギースペクトル分析を用いてガラス表面層の深さ2μｍ内に存在する銀イオンの質量％を測定した。該銀イオンの質量％は約１％であった。
【０１７２】
スペクトログラフＬＡＭＤＡ７５０を用いて波長５５０ｎｍにおけるイオン交換前後におけるガラスの透過率変化を測定した。ガラスサンプルの厚さは０．７ｍｍである。強化処理前の該透過率は５５０ｎｍにおいて９２％であり、イオン交換後は約１％だけ減少した。すなわち、５５０ｎｍにおける透過率は９１％であった。
【０１７３】
リングオンリング試験及びボール落下試験の結果から、銀イオンの添加により化学的強化には何ら影響が及ばないこと、従ってガラス強度は全く減少しないことが示された。
【０１７４】
【表１】
0005889203.tif 000002
【０１７５】
【表２】
0005889203.tif 000003
【０１７６】
【表３】
0005889203.tif 000004