(57)【要約】【課題】反りが極力抑制された化学強化ガラスを提供する。【解決手段】  化学強化ガラスは、厚さが１０００μｍ未満であり、以下の式（１）および式（２）を満たすことを特徴とする。    ΔＳ／ｔ２≦４×１０−３（ＭＰａ／μｍ）  …  （１）    ０．０５≦ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１≦０．４  …  （２）  ここで、    ΔＳ＝Ｓ×０．０１５  …  （３）    Ｓ＝（ＣＳ０＋ＨＭ＿ＣＳ０）×ＤＯＬＨＭ×０．５  …  （４）      ＣＳ０：一方の主面における最表層の圧縮応力（ＭＰａ）      ＨＭ＿ＣＳ０：ＣＳ０の半分の圧縮応力（ＭＰａ）      ＤＯＬ１：前記一方の主面側の圧縮応力層の深さ（μｍ）      ＤＯＬＨＭ：ＨＭ＿ＣＳ０に対応する圧縮応力層の深さ（μｍ）      ｔ：化学強化ガラスの厚さ（μｍ）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの主面を有する化学強化ガラスであって、
前記化学強化ガラスの厚さが１０００μｍ未満であり、以下の式（１）および式（２）を満たすことを特徴とする化学強化ガラス。
ΔＳ／ｔ２≦４×１０−３（ＭＰａ／μｍ）  …  （１）
０．０５≦ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１≦０．４  …  （２）
ここで、
ΔＳ＝Ｓ×０．０１５  …  （３）
Ｓ＝（ＣＳ０＋ＨＭ＿ＣＳ０）×ＤＯＬＨＭ×０．５  …  （４）
ＣＳ０：一方の主面における最表層の圧縮応力（ＭＰａ）
ＨＭ＿ＣＳ０：ＣＳ０の半分の圧縮応力（ＭＰａ）
ＤＯＬ１：前記一方の主面側の圧縮応力層の深さ（μｍ）
ＤＯＬＨＭ：ＨＭ＿ＣＳ０に対応する圧縮応力層の深さ（μｍ）
ｔ：化学強化ガラスの厚さ（μｍ）
【請求項２】
ＤＯＬ１が１５μｍ以上である請求項１に記載の化学強化ガラス。
【請求項３】
比誘電率が７．５以上である請求項１または２に記載の化学強化ガラス。
【請求項４】
以下の式（５）を満たす請求項１から３のいずれか１項に記載の化学強化ガラス。
（ε２−ε０）／ε２≦０．０５  …  （５）
ε２：化学強化ガラスの未強化領域の比誘電率
ε０：化学強化ガラス全体の比誘電率
【請求項５】
厚さが４００μｍ未満である請求項１から４のいずれか１項に記載の化学強化ガラス。
【請求項６】
２つの主面を有する化学強化ガラスであって、
厚さが３００μｍ以下であり、
厚さ方向断面視で、前記２つの主面の面方向の位置と厚さ方向の変位との関係を二次関数で近似した際、前記二次関数の二次項係数の絶対値ａが１．０×１０−７μｍ−１以下となることを特徴とする化学強化ガラス。
【請求項７】
センサと、
請求項１から６のいずれか１項に記載の化学強化ガラスとを備えているセンサユニット。
【請求項８】
請求項７に記載のセンサユニットを備えている携帯機器。
【請求項９】
以下の工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を順次含み、得られる化学強化ガラスの一方の主面側の圧縮応力層の深さＤＯＬ１が１５μｍ以上であり、一方の主面最表層の圧縮応力ＣＳ０が５００ＭＰａ以上であり、かつ厚さが１０００μｍ未満であることを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
（Ｉ）ガラスをイオン交換処理することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成する第１の化学強化工程
（ＩＩ）ガラスをガラス転移点より５０℃以上低い温度で加熱処理する加熱工程
（ＩＩＩ）ガラスをイオン交換処理することにより、ガラス表面に圧縮応力層をさらに形成する第２の化学強化工程
【請求項１０】
工程（Ｉ）および（ＩＩＩ）におけるイオン交換処理が、ガラス転移点より５０℃以上低い温度における処理である請求項９に記載の化学強化ガラスの製造方法。
【請求項１１】
得られる化学強化ガラスの圧縮応力層の深さＤＯＬ１および主面最表層の圧縮応力ＣＳ０の半分である位置に対応する圧縮応力層の深さＤＯＬＨＭが下記式（２）を満たす請求項９または１０に記載の化学強化ガラスの製造方法。
０．０５≦ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１≦０．４  …  （２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学強化ガラス、センサユニット、携帯機器および化学強化ガラスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や携帯情報端末（Personal Digital Assistant, ＰＤＡ）等のパネルディスプレイ装置において、ディスプレイの保護や美観を高めるために、カバーガラスがディスプレイの前面に配置されている。このようなパネルディスプレイ装置に対しては、軽量化および薄型化が要求されており、カバーガラスも薄くすることが要求されている。
【０００３】
しかしながら、カバーガラスを薄くすると、強度が低下し、使用中や携帯中の落下等による衝撃でカバーガラス自身が割れてしまうことがあり、ディスプレイを保護するという本来の役割を果たせなくなるという問題があった。
このため従来のカバーガラスでは、ガラス板を化学強化し表面に圧縮応力層を形成し耐衝撃性を高めていた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０４３４８２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の化学強化の方法では、耐衝撃性は高くなるものの薄いガラスほどガラスが反ることが課題となっている。
【０００６】
本発明は、反りが極力抑制された化学強化ガラス、センサユニット、携帯機器および化学強化ガラスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の化学強化ガラスは、２つの主面を有する化学強化ガラスであって、前記化学強化ガラスの厚さが１０００μｍ未満であり、以下の式（１）および式（２）を満たすことを特徴とする。
ΔＳ／ｔ２≦４×１０−３（ＭＰａ／μｍ）  …  （１）
０．０５≦ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１≦０．４  …  （２）
ここで、
ΔＳ＝Ｓ×０．０１５  …  （３）
Ｓ＝（ＣＳ０＋ＨＭ＿ＣＳ０）×ＤＯＬＨＭ×０．５  …  （４）
ＣＳ０：一方の主面における最表層の圧縮応力（ＭＰａ）
ＨＭ＿ＣＳ０：ＣＳ０の半分の圧縮応力（ＭＰａ）
ＤＯＬ１：前記一方の主面側の圧縮応力層の深さ（μｍ）
ＤＯＬＨＭ：ＨＭ＿ＣＳ０に対応する圧縮応力層の深さ（μｍ）
ｔ：化学強化ガラスの厚さ（μｍ）
本発明によれば、反りが極力抑制された化学強化ガラスを提供できる。
【０００８】
本発明の化学強化ガラスでは、前記ＤＯＬ１が１５μｍ以上であることが好ましい。
本発明のこの態様によれば、ガラス表面の耐衝撃性を高められる。
【０００９】
本発明の化学強化ガラスでは、比誘電率が７．５以上であることが好ましい。
本発明のこの態様によれば、反りが極力抑制され、かつ、センサ上に設けられた場合でも十分なセンシング感度が得られる化学強化ガラスを提供できる。
【００１０】
本発明の化学強化ガラスでは、以下の式（５）を満たすことが好ましい。
（ε２−ε０）／ε２≦０．０５  …  （５）
ε２：化学強化ガラスの未強化領域の比誘電率
ε０：化学強化ガラス全体の比誘電率
本発明のこの態様によれば、化学強化による比誘電率の低下が抑制された化学強化ガラスを提供できる。
【００１１】
本発明の化学強化ガラスでは、厚さが４００μｍ未満であることが好ましい。
本発明のこの態様によれば、化学強化ガラスが用いられるユニットや機器の軽量化を図れる。
【００１２】
本発明の化学強化ガラスは、２つの主面を有する化学強化ガラスであって、厚さが３００μｍ以下であり、厚さ方向断面視で前記２つの主面の面方向の位置と厚さ方向の変位との関係を二次関数で近似した際、前記二次関数の二次項係数の絶対値ａが１．０×１０−７μｍ−１以下となることを特徴とする。
【００１３】
本発明のセンサユニットは、センサと、上述の化学強化ガラスとを備えている。
【００１４】
本発明の携帯機器は、上述のセンサユニットを備えている。
【００１５】
本発明の化学強化ガラスの製造方法は、以下の工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）を順次含み、得られる化学強化ガラスの一方の主面側の圧縮応力層の深さＤＯＬ１が１５μｍ以上であり、一方の主面最表層の圧縮応力ＣＳ０が５００ＭＰａ以上であり、かつ厚さが１０００μｍ未満であることを特徴とする。
（Ｉ）ガラスをイオン交換処理することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成する第１の化学強化工程
（ＩＩ）ガラスをガラス転移点より５０℃以上低い温度で加熱処理する加熱工程
（ＩＩＩ）ガラスをイオン交換処理することにより、ガラス表面に圧縮応力層をさらに形成する第２の化学強化工程
本発明によれば、反りが極力抑制された化学強化ガラスを提供できる。
【００１６】
本発明の化学強化ガラスの製造方法は、工程（Ｉ）および（ＩＩＩ）におけるイオン交換処理が、ガラス転移点より５０℃以上低い温度における処理であることが好ましい。
【００１７】
本発明の化学強化ガラスの製造方法は、得られる化学強化ガラスの圧縮応力層の深さＤＯＬ１および主面最表層の圧縮応力ＣＳ０の半分である位置に対応する圧縮応力層の深さＤＯＬＨＭが下記式（２）を満たすことが好ましい。
０．０５≦ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１≦０．４  …  （２）
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】化学強化ガラスの圧縮応力深さと圧縮応力の関係を示す図である。
【図２】本実施形態に係る化学強化ガラス（カバー部材）を用いたセンサユニットを有する携帯機器を示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図である。
【図３】化学強化後のガラスを示す図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図の一例、（Ｃ）は（Ａ）のＢ−Ｂ断面図の他の例である。
【図４】ΔＳ／ｔ２と、化学強化ガラスの断面形状を２次関数で近似した場合の２次項係数の絶対値ａとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
〔化学強化ガラスの構成〕
まず、化学強化ガラスの構成について説明する。
本実施形態の化学強化ガラスは、２つの主面を有する板状の化学強化ガラスであって、化学強化ガラスの厚さが１０００μｍ未満であり、以下の式（１）および式（２）を満たす。
ΔＳ／ｔ２≦４×１０−３（ＭＰａ／μｍ）  …  （１）
０．０５≦ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１≦０．４  …  （２）
ここで、
ΔＳ＝Ｓ×０．０１５  …  （３）
Ｓ＝（ＣＳ０＋ＨＭ＿ＣＳ０）×ＤＯＬＨＭ×０．５  …  （４）
ＣＳ０：一方の主面における最表層の圧縮応力（ＭＰａ）
ＨＭ＿ＣＳ０：ＣＳ０の半分の圧縮応力（ＭＰａ）
ＤＯＬ１：前記一方の主面側の圧縮応力層の深さ（μｍ）
ＤＯＬＨＭ：ＨＭ＿ＣＳ０に対応する圧縮応力層の深さ（μｍ）
ｔ：化学強化ガラスの厚さ（μｍ）
【００２０】
上記条件を満たす化学強化ガラスは、厚さが３００μｍ以下の場合、厚さ方向断面視で２つの主面の面方向の位置と、厚さ方向の変位との関係を二次関数で近似した際、二次関数の二次項係数の絶対値ａが１．０×１０−７μｍ−１以下となる。
【００２１】
以下、式（１）および式（２）の技術的意義について、図１を参照して説明する。
化学強化ガラスの表面には圧縮応力層が形成されているため、圧縮応力深さＤＯＬ（Depth Of Layer）を横軸に、ＤＯＬに対応する圧縮応力値ＣＳ（Compressive Stress）を縦軸にとると、ＤＯＬとＣＳの関係は図１に示す曲線Ａのようになる。
図１において、縦軸、横軸および曲線Ａで囲まれた領域の面積、即ち曲線Ａの積分値は化学強化ガラスの一方の主面に蓄えられた圧縮応力値の総和と相関があると考えられる。
【００２２】
化学強化ガラスが反る原因の一つは、２つの主面間の圧縮応力値が異なることである。そこで、一方の主面最表層の圧縮応力（圧縮応力の最大値）をＣＳ０とした場合に、ＣＳ０の半分の圧縮応力をＨＭ＿ＣＳ０とし、一方の主面最表層からＨＭ＿ＣＳ０に対応する深さＤＯＬＨＭまでの積分値（図１の面積Ｓ）を、一方の主面の表面近傍の圧縮応力値として用いた。ただし、この際、図１の曲線Ａを直線で近似した。
以上より図１の面積Ｓは、座標（０，０）、（ＤＯＬＨＭ，０）、（ＤＯＬＨＭ，ＨＭ＿ＣＳ０）、（０，ＣＳ０）を頂点とする台形の面積となり、上記式（４）で求められる。
【００２３】
次に、化学強化ガラスの２つの主面の圧縮応力値は、製造プロセス起因で生じる僅かな組成変動や冷却速度差等に起因して、通常１．５％程度の差を生じる。そのため、２つの主面間のＳの差ΔＳは、上記式（３）のように表される。
【００２４】
また、化学強化ガラスの反り易さはガラス全体の厚さｔにも影響を受けることを考慮に入れ、ΔＳをｔ２で除した値ΔＳ／ｔ２を規定した。
このΔＳ／ｔ２が４×１０−３（ＭＰａ／μｍ）以下である場合に、化学強化ガラスの反りが抑制される。以上が式（１）の根拠である。
なお、式（１）のΔＳ／ｔ２は、２つの主面のどちらを用いて式（４）のＳを計算するかによって異なるが、２つの主面のうち一方が式（１）を満たしていなくても、他方が式（１）を満たしていれば本発明に含まれる。化学強化ガラスの反りをさらに抑制するにはΔＳ／ｔ２が３．５×１０−３（ＭＰａ／μｍ）以下が好ましく、３×１０−３（ＭＰａ／μｍ）以下がより好ましい。
【００２５】
また、式（１）を満たすためにはＳを小さくすることが好ましい。
しかし、特許文献１のように、１段階の化学強化のみを行う場合、ＣＳ、ＤＯＬをなるべく大きくしようとすると、曲線ａ１のような特性となり、Ｓが大きくなってしまう。
また、Ｓを小さく、かつＤＯＬを大きくしようとすると、曲線ａ２のような特性となり、ＣＳが小さくなってしまう。
また、Ｓを小さく、かつＣＳを大きくしようとすると、曲線ａ３のような特性となり、ＤＯＬが小さくなってしまう。
そこで、検討を行った結果、（２）の式を満たすように２段階以上の化学強化を行い、原点側に屈曲した曲線Ａのような特性とすることで、１段階の化学強化の場合よりＣＳ、ＤＯＬを維持しつつ、Ｓを小さくできることを知見した。これにより化学強化ガラスの反りが抑制される。
以上が式（２）の根拠である。
なお、ＣＳ、ＤＯＬを維持しつつＳをなるべく小さくするという観点からは、式（２）におけるＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１は好ましくは０．３５以下、より好ましくは０．３以下である。主面最表層の圧縮応力（圧縮応力の最大値）ＣＳ０の下限値は、５００ＭＰａであり、５５０ＭＰａが好ましく、６００ＭＰａがより好ましい。これはガラスの面強度向上のためである。ＣＳ０の上限値は、１３００ＭＰａであり、１２００ＭＰａが好ましく、１１００ＭＰａがより好ましい。これはいわゆるガラスの「自爆割れ」を防ぐためである。
本実施形態の化学強化ガラスでは、主面圧縮応力層の深さＤＯＬ１は、１５μｍ以上であることが好ましい。これはガラス表面の耐衝撃性を高める観点からＤＯＬ１の値が大きい方が好ましいためである。ＤＯＬ１は、２０μｍがより好ましく、２５μｍがさらに好ましく、３０μｍが特に好ましい。ＤＯＬ１の上限値は、化学強化ガラスの厚さによるが１００μｍであり、９０μｍが好ましく、８５μｍがより好ましく、８０μｍがさらに好ましい。これは強化時間が長くなることに起因する応力緩和を防ぐためである。
【００２６】
本実施形態の化学強化ガラスでは、比誘電率が７．５以上であることが好ましい。
このような構成により、反りが極力抑制され、かつ、センサ上に設けられた場合でも十分なセンシング感度が得られる化学強化ガラスを提供できる。
【００２７】
また、化学強化ガラスは、化学強化により比誘電率が低下してしまう。上記のように十分なセンシング感度を得るためには、比誘電率の低下を抑制することが好ましい。
そこで、本実施形態の化学強化ガラスでは、以下の式（５）を満たすことが好ましい。
（ε２−ε０）／ε２≦０．０５  …  （５）
ε２：化学強化ガラスの未強化領域の比誘電率
ε０：化学強化ガラス全体の比誘電率
【００２８】
このような構成により、化学強化による比誘電率の低下が抑制された化学強化ガラスを提供できる。
なお、比誘電率εは、１ＭＨｚの周波数における値であり、化学強化ガラスの両面に電極を設けて構成したコンデンサの静電容量を測定することによって得られる。ここで、未強化領域の比誘電率として化学強化前のガラスの比誘電率を用いてもよい。
【００２９】
本実施形態の化学強化ガラスでは、厚さが４００μｍ未満であることが好ましい。
このような構成により化学強化ガラスが用いられるユニットや機器の軽量化を図れる。
【００３０】
〔化学強化ガラスの製造方法〕
次に、本実施形態の化学強化ガラスの製造方法について説明する。
概略的には、まずガラスを準備し、図１に示すような曲線ａ２に示す関係が得られる条件でまず化学強化を行い（（Ｉ）第１の化学強化工程）、次に（ＩＩ）加熱工程の後、曲線ａ３に示す関係が得られる条件で化学強化を行う（（ＩＩＩ）第２の化学強化工程）ことが挙げられる。このような製法により、曲線ａ２と曲線ａ３とを重畳した曲線に相当する曲線Ａのような関係の化学強化ガラスが得られる。
【００３１】
まず、使用する化学強化前のガラスの作製法を示す。化学強化前のガラスを構成する各成分の原料を所望の組成となるように調合し、ガラス溶融窯で加熱溶融する。
次に、バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、従来公知の成形法により所定の厚さのガラス板（化学強化前）に成形し、徐冷する。
その後、成形したガラスを必要に応じて研削および研磨処理し、少なくとも２回の化学強化処理を行い、各化学強化処理後に洗浄して乾燥する。
【００３２】
（Ｉ）ガラスをイオン交換処理することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成する第１の化学強化工程では、処理に供するガラスをそのガラス中に含まれるアルカリ金属イオン（例えば、ナトリウムイオン、または、リチウムイオン）よりイオン半径の大きなアルカリ金属イオンを含む溶融塩（例えば、カリウム塩、または、ナトリウム塩）とガラスの転移温度を超えない温度域で接触させる。そしてガラス中のアルカリ金属イオンとアルカリ金属塩のイオン半径の大きなアルカリ金属塩とをイオン交換させ、アルカリ金属イオンの占有面積の差によりガラス表面に圧縮応力を発生させ圧縮応力層を形成する。ガラスを溶融塩と接触させる温度域はガラスの転移温度を超えない温度域であればよいが、ガラス転移点より５０℃以下であることが好ましい。これによりガラスの応力緩和を防げる。
【００３３】
化学強化処理において、ガラスとアルカリ金属イオンを含む溶融塩とを接触させる処理温度および処理時間は、ガラスおよび溶融塩の組成に応じて適宜調整できる。
溶融塩の加熱温度は、通常３５０℃以上が好ましく、３７０℃以上がより好ましい。また、通常５００℃以下が好ましく、４５０℃以下がより好ましい。
溶融塩の加熱温度を３５０℃以上とすることにより、イオン交換速度の低下により化学強化が入りにくくなるのを防ぐ。また、５００℃以下とすることにより溶融塩の分解・劣化を抑制できる。
ガラスを溶融塩に接触させる処理時間は１回あたり、十分な圧縮応力を付与するためには、通常１０分以上が好ましく、１５分以上がより好ましい。また、長時間のイオン交換では、生産性が落ちるとともに、緩和により圧縮応力値が低下するため、２０時間以下であり、１６時間以下が好ましい。
【００３４】
（ＩＩ）ガラスをガラス転移点より５０℃以上低い温度で加熱処理する加熱工程では、工程（Ｉ）で得られたガラス表面に圧縮応力層を形成したガラスを加熱処理することにより、表面の圧縮応力層に存在するより大きなアルカリ金属イオン、例えば、カリウムイオンをガラスの表面からガラス内部に移動させる工程である。
ガラスを加熱処理する温度はガラス転移点より５０℃以上、好ましくは７０℃以上、より好ましくは１００℃以上低い温度とする。これによりガラスの応力緩和を防げ、化学強化の抜けを抑制できる。
ガラスの加熱処理時間は、加熱処理温度による適宜調整するが、通常３０分〜２０００分であることが好ましく、３０〜３００分であることがより好ましい。
【００３５】
（ＩＩＩ）ガラスをイオン交換処理することにより、ガラス表面に圧縮応力層をさらに形成する第２の化学強化工程は、工程（ＩＩ）で得られたガラスをイオン交換することにより、ガラス表面に圧縮応力層をさらに形成する工程である。工程（ＩＩＩ）において再度イオン交換し、ガラス表面およびその内部に圧縮応力層を形成できる。
工程（ＩＩＩ）のイオン交換処理は工程（Ｉ）におけるイオン交換処理と同様の方法により実施してもよく、別の方法であってもよい。また別の溶融塩を使用してよい。
本発明における工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）は、連続的な工程、例えばガラス板製造工程において連続的に移動するガラスリボンで順次実施してもよく、また非連続的にオンラインで実施してもよい。
以上の方法により、上述の特性を有する化学強化ガラスを製造する。
【００３６】
〔化学強化ガラスの作用効果〕
化学強化ガラスを上記式（１）および式（２）を満たすように構成しているため、反りが極力抑制された化学強化ガラスを提供できる。
【００３７】
〔化学強化ガラスを使用した携帯機器〕
本発明の化学強化ガラスを、図２に示すように、センサとしての静電容量方式の指紋認証用センサを備える携帯機器としてのスマートフォンに用いてもよい。
図２（Ａ）に示すように、スマートフォン３０は、一面が開口した筐体３２と、筐体３２の開口部を塞ぐように設けられたカバー部材３３とを備えている。筐体３２内のカバー部材３３に対向する位置には、指紋認証用センサ３４と、図示しない表示素子とが配置されている。
【００３８】
カバー部材３３は、本発明の化学強化ガラスにより構成されており、指Ｆが接近、または、接触することにより、その部位の静電容量が局所的に変化する。
指紋認証用センサ３４は、図２（Ｂ）に示すように、基板３５と、この基板３５の上に所定の間隔を隔てて設けられた複数の電極３６とを備え、カバー部材３３の静電容量の変化から指紋を検出する。そして、この指紋認証用センサ３４の電極３６上にカバー部材３３が設けられることで、センサユニットとしての指紋認証用センサユニット３１が構成されている。なお、図２（Ｂ）には示されていないが、紙面に垂直な方向においても、基板３５の上に複数の電極３６が所定の間隔を隔てて設けられている。
【００３９】
このような指紋認証用センサユニット３１では、カバー部材３３の上に指Ｆが接触すると、指Ｆの指紋の凹凸に応じて、指Ｆと電極３６の間に電荷がたまる。ここで、指Ｆと電極３６の間の距離が大きくなるほど、静電容量が小さくなり、たまる電荷量が少なくなる。したがって、指Ｆの谷（凹部）Ｆ１においては、その谷（凹部）Ｆ１と電極３６の間の距離が大きいため、たまる電荷量は少なくなる。一方、指Ｆの山（凸部）Ｆ２においては、その山（凸部）Ｆ２と電極３６の間の距離が小さいため、たまる電荷量は多くなる。このようにして発生する各点における電荷量を測定し、画像に変換することで、指紋の形状が画像として検出される。なお、検出にあたっては、カバー部材３３の静電容量が変化すれば良く、指Ｆがカバー部材３３に接触しても、非接触であっても構わない。
【００４０】
本発明のセンサとして、指紋認証用センサを例示したが、静電容量式のタッチセンサや超音波方式のセンサなどであってもよい。
本発明のセンサユニットを備えた機器としてスマートフォン等の携帯機器を例示したが、銀行の現金自動預け払い機、自動車のドアロック、建物内への入場管理等の個人認証装置といった装置であってもよい。ただし、指紋認証用センサは、特にスマートフォンや携帯電話、タブレット型パーソナルコンピュータ等の携帯機器類に好適に使用できる。
本発明の化学強化ガラスをセンサのカバー部材として用いた場合を例示したが、センサを有さない機器のカバー部材や建材、加飾部材、耐擦傷用カバー部材などとして適用してもよい。さらに化学強化ガラスの少なくとも一方の主面に防眩層（ＡＧ層）、反射防止層（ＡＲ層）、耐指紋層（ＡＦＰ層）などの表面処理などがなされていてもよいが、センサ用カバー部材として使用する場合には、カバー部材の表面粗さが重要となるため、例えば算術平均粗さＲａが１０００ｎｍ以下であることが好ましい。Ｒａの下限値は特に制限はない。また化学強化ガラスの一方の主面に加飾や隠蔽のための印刷層や樹脂層が形成されていてもよい。
【００４１】
本発明の化学強化ガラスがセンサのカバー部材として用いられる場合、図２（Ｂ）に示す化学強化ガラスの厚さｔは１．０ｍｍ（１０００μｍ）未満である。本発明によれば、強度を有しつつ軽量化できた化学強化ガラスとなる。厚さｔは０．４ｍｍ（４００μｍ）未満が好ましく、０．３ｍｍ（３００μｍ）以下がより好ましい。これは強度と軽量化とを兼ねたセンシング感度の良好なカバーガラスとして使用できる化学強化ガラスとなる。
【００４２】
［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更等が可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造等は本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【００４３】
例えば、化学強化処理に供するガラスとしては、イオン半径の小さなアルカリイオン（例えば、イオン半径がカリウムより小さいアルカリ金属イオン、またはナトリウムより小さいアルカリ金属イオン）を含有するガラスを使用できる。このようなガラスは、表面圧縮応力を十分付与するとともに、圧縮応力層を短時間で深くできるようにするという観点から、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２ＯおよびＭｇＯ、または、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２ＯおよびＭｇＯを含むことが好ましい。
【００４４】
ＳｉＯ２は、ガラス骨格を形成する必須成分である。
Ｎａ２Ｏは、イオン交換処理において主としてカリウムイオンと置換されることによってガラスを化学強化するとともに、熱膨張係数を制御し、ガラスの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。
Ｌｉ２Ｏは、イオン交換処理において主としてナトリウムイオンと置換されることによってガラスを化学強化するとともに、熱膨張係数を制御し、ガラスの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。
Ａｌ２Ｏ３は、ガラス転移点Ｔｇ、耐候性、ヤング率を高くする効果を有し、さらにガラス表面のイオン交換性能を向上させる成分である。
ＭｇＯは、ガラスを傷つきにくくするとともに、ガラスの溶解性を向上させる成分である。
ＺｒＯ２は、ヤング率を向上させ、ガラスの化学的耐久性や硬さを向上させる成分であり、含有した方が好ましい場合がある。
【００４５】
化学強化処理に供するガラスとしては、例えば、以下の組成のガラスを使用できる。
（ｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３を２〜２５％、Ｌｉ２Ｏを０〜１０％、Ｎａ２Ｏを０〜１８％、Ｋ２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１５％、ＣａＯを０〜５％およびＺｒＯ２を０〜５％を含むガラス
（ｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ２を５０〜７４％、Ａｌ２Ｏ３を１〜１０％、Ｎａ２Ｏを６〜１４％、Ｋ２Ｏを３〜１１％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜６％およびＺｒＯ２を０〜５％含有し、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７〜１５％であるガラス
（ｉｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ２を６８〜８０％、Ａｌ２Ｏ３を４〜１０％、Ｎａ２Ｏを５〜１５％、Ｋ２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを４〜１５％およびＺｒＯ２を０〜１％含有するガラス
（ｉｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ２を６７〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を０〜４％、Ｎａ２Ｏを７〜１５％、Ｋ２Ｏを１〜９％、ＭｇＯを６〜１４％およびＺｒＯ２を０〜１．５％含有し、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が１２〜２０％であり、ＣａＯを含有する場合その含有量が１％未満であるガラス
（ｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ２を６０〜７５％、Ａｌ２Ｏ３を５〜１５％、ＭｇＯを０〜１２％、ＣａＯを０〜３％、ＺｒＯ２を０〜３％、Ｌｉ２Ｏを１０〜２０％、Ｎａ２Ｏを０〜８％、Ｋ２Ｏを０〜５％含有し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計Ｒ２Ｏが２５％以下、Ｌｉ２Ｏの含有量とＲ２Ｏの比Ｌｉ２Ｏ／Ｒ２Ｏが０．５〜１．０であるガラス
（ｖｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ２を６１〜７２％、Ａｌ２Ｏ３を８〜１７％、Ｌｉ２Ｏを６〜１８％、Ｎａ２Ｏを２〜１５％、Ｋ２Ｏを０〜８％、ＭｇＯを０〜６％、ＣａＯを０〜６％、ＴｉＯ２を０〜４％、ＺｒＯ２を０〜２．５％含有し、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計Ｒ２Ｏが１５〜２５％、Ｌｉ２Ｏの含有量とＲ２Ｏの比Ｌｉ２Ｏ／Ｒ２Ｏが０．３５〜０．８、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が０〜９％であるガラス
【００４６】
上述のようなガラスの成形法としては、例えば、フロート法、プレス法、フュージョン法、ダウンドロー法およびロールアウト法が挙げられる。特に、大量生産に適したフロート法が好適である。また、フロート法以外の連続成形法、すなわち、フュージョン法およびダウンドロー法も好適である。また、着色ガラスを成形する場合は、ロールアウト法が最適な場合がある。
【００４７】
化学強化工程において、イオン交換処理は２回以上であれば特に制限はないが、タクトタイムの短縮化の観点から３回以下が好ましく、２回がより好ましい。
イオン交換処理を行うための溶融塩は、少なくともカリウムイオン、または、ナトリウムイオンを含む処理塩を用いることが好ましい。このような処理塩としては、例えば、硝酸カリウム、または、硝酸ナトリウムが好適に挙げられる。これらの処理塩に水蒸気添加、二酸化炭素添加などを行ってもよい。
また、混合溶融塩には、その他の成分を含有してもよい。その他の成分としては、例えば、炭酸カリウム等のアルカリ炭酸塩、硫酸ナトリウムおよび硫酸カリウム等のアルカリ硫酸塩、並びに塩化ナトリウムおよび塩化カリウム等のアルカリ塩化塩等が挙げられる。特に硝酸カリウムに炭酸カリウムを１〜１０質量％混合した溶融塩を使用できる。この場合は、第１の化学強化工程で使用してもよく、第２の化学強化工程以降に使用してもよい。また、本発明の化学強化ガラスを作製するガラスに、硝酸ナトリウムと硝酸カリウムを混合した溶融塩用いて処理した後に洗浄したガラスを使用してもよい。
【００４８】
また化学強化前もしくは化学強化後のガラスを酸またはアルカリによるエッチングを行ってもよい。酸エッチングでは、ハロゲンを含む水溶液、硝酸、硫酸、これらの混合水溶液などを使用でき、例えばハロゲンを含む水溶液を使用できフッ化水素水溶液が好ましい。エッチングにより片面、ガラス表面から１〜２０μｍ程度除去するのが好ましい。このエッチング量を考慮し、化学強化前のガラスの厚さを決定すればよい。
【００４９】
本発明の化学強化ガラスでは、ビッカース硬度が３５００Ｎ／ｍｍ２以上、１００００Ｎ／ｍｍ２以下であることが好ましい。
ビッカース硬度を３５００Ｎ／ｍｍ２以上とすると、化学強化ガラスが傷付き難くなる。また、ビッカース硬度を１００００Ｎ／ｍｍ２以下とすると、化学強化ガラスの高硬度化と加工の容易性を両立でき、大面積化する際に面精度を担保できる。また、ビッカース硬度として、３７５０Ｎ／ｍｍ２以上９０００Ｎ／ｍｍ２以下がより好ましく、４０００Ｎ／ｍｍ２以上８５００Ｎ／ｍｍ２以下が特に好ましい。
なお、ビッカース硬度は、例えば日本工業規格ＪＩＳ  Ｚ  ２２４４に記載する、ビッカース硬さ試験により測定できる。
【００５０】
本発明の化学強化ガラスでは、ヤング率が４０ＧＰａ以上１５０ＧＰａ以下であることが好ましい。
ヤング率を４０ＧＰａ以上とすると、十分な強度を確保できる。ヤング率を１５０ＧＰａ以下にすると、強度とガラスの加工性（特に研磨加工の加工性）を両立できる。また、ヤング率として、４５ＧＰａ以上１４０ＧＰａ以下がより好ましく、５０ＧＰａ以上１３０ＧＰａ以下が特に好ましい。
【００５１】
本発明の化学強化ガラスが指紋認証用センサのカバー部材として用いられる場合、指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積が６０ｍｍ２以上４１０００ｍｍ２以下であることが好ましい。
指紋認証用センサのセンシング部位に対向する領域の面積（センシング部位対向面積）とは、例えば図２（Ａ）に示すようなカバー部材３３の面積であり、このセンシング部位対向面積が６０ｍｍ２未満であると、センサ面積が小さいため誤認識が多くなる場合がある。一方、センシング部位対向面積が４１０００ｍｍ２より大きいと、指が接触していない領域が寄生容量となりセンシング感度が落ちるだけでなく、面精度を揃えることが困難となるためセンシング時の誤認識が多くなる場合がある。また、センシング部位対向面積として、８０ｍｍ２以上４０５００ｍｍ２以下がより好ましく、１００ｍｍ２以上４００００ｍｍ２以下が特に好ましい。
【００５２】
本発明の化学強化ガラスが指紋認証用センサとして用いられる場合、センシング部位対向面積Ａｓをヤング率Ｅで除した値Ａｓ／Ｅが、１．５×１０−７ｍ２／ＧＰａ以上１．４×１０−２ｍ２／ＧＰａ以下であることが好ましい。
Ａｓ／Ｅが１．５×１０−７ｍ２／ＧＰａ未満であると、加工性が悪くなりエッジのチッピングが発生しやすくなる。一方、Ａｓ／Ｅが１．４×１０−２ｍ２／ＧＰａ以上であると、機械的特性が悪化し強度が担保できない場合がある。また、Ａｓ／Ｅとして、５．０×１０−７ｍ２／ＧＰａ以上１．０×１０−２ｍ２／ＧＰａ以下であることが好ましく、１．０×１０−６ｍ２／ＧＰａ以上５．０×１０−３ｍ２／ＧＰａ以下であることが特に好ましい。
【実施例】
【００５３】
次に、本発明の実施例について説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００５４】
［事前準備］
まず、厚さ２ｍｍ（２０００μｍ）で主面が四角形のアルミノシリケートガラス（化学強化後の商品名：ドラゴントレイルＸ（登録商標）、旭硝子社製）で化学強化をしていないものを準備した。
次に、このガラス板を厚さが１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍとなるように両面を鏡面加工した。
【００５５】
［化学強化ガラスの製造方法］
例１〜５は実施例であり、例６〜９は比較例である。
〔例１〕
準備したガラス板のうち、厚さが１００μｍのものに、第１の化学強化処理、第２の化学強化処理を行い、例１の化学強化ガラスを得た。
【００５６】
第１の化学強化処理では、硝酸カリウムおよび硝酸ナトリウムを使用した。硝酸カリウムが質量％で６０％となるようにＳＵＳ製のカップに調整し、マントルヒータで４５０℃まで加熱して、硝酸カリウムの溶融塩を調製した。そして、厚さ１００μｍの板ガラスを４００℃まで予熱した後、溶融塩に１５時間浸漬してイオン交換を実施し、室温付近まで冷却することにより第１の化学強化処理を行った。得られた化学強化ガラスは、水洗いし乾燥させた。
【００５７】
第２の化学強化処理では、ＳＵＳ製のカップに硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を加え、マントルヒータで４００℃まで加熱して、硝酸カリウムの溶融塩を調製した。第１の化学強化処理が行われた板ガラスを３５０℃まで予熱した後、溶融塩に１０分間浸漬してイオン交換を実施し、室温付近まで冷却することにより第２の化学強化処理を行った。得られた化学強化ガラスは、水洗いし乾燥させた。
【００５８】
〔例２〜５〕
例２〜５では、それぞれ厚さが１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍのガラス板に、例１と同様の手順および条件で処理を行い、化学強化ガラスを得た。
【００５９】
〔例６〜９〕
例６〜９では、それぞれ厚さが１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍのガラス板に、上記第１の化学強化処理において、４２５℃の溶融塩に２４時間浸漬し、その後連続して４５０℃に昇温してさらに４時間浸漬したことと、上記第２の化学強化処理を行わなかったこと以外は、例１と同様の手順で処理を行い化学強化ガラスを得た。
【００６０】
［評価方法］
各種評価は以下に示す分析方法により行った。
〔ガラスの評価：表面圧縮応力（ＣＳ）及び表面圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）〕
化学強化ガラスの表面圧縮応力（ＣＳ）及び表面圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）（以降、応力分布と記載）は、折原製作所社製のガラス表面応力計装置（ＦＳＭ−６０００ＬＥ）により測定した。
【００６１】
この算出した応力分布において、最表面からのガラス深さが０μｍにおける応力値（単位はＭＰａ）を、化学強化ガラスの一方の主面における最表層の圧縮応力（ＣＳ０）とした。また、ガラス内部において応力値が０ＭＰａとなるガラス深さ（単位はμｍ）を、前記一方の主面側の圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ１）とした。さらに、ＣＳ０に対応する応力値の半分の値（ＨＭ＿ＣＳ０、単位はＭＰａ）を求め、このＨＭ＿ＣＳ０に相当するガラス深さを、ＤＯＬＨＭ（単位はμｍ）とした。
【００６２】
これらのデータと上記式（１）に基づいて、ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１、応力プロファイル積分値（図１の面積Ｓ）を算出した。
また、化学強化ガラスの表と裏の圧縮応力は製造プロセス起因で生じる僅かな組成変動、冷却速度差に起因して１．５％程差が付くため、ΔＳ＝Ｓ×０．０１５として表面と裏面の応力プロファイル積分値差ΔＳを求め、ガラス板の厚さｔからΔＳ／ｔ２を算出した。これらの結果を表１に示す。
【００６３】
（ガラスの評価：反り評価）
ガラスの反り評価は、ＫＥＹＥＮＣＥ製のレーザー変位計ＬＴ−９０３０Ｍを用いて以下の手順で行った。
まず、図３（Ａ）に示すような化学強化後のガラスにおいて、反りを評価する位置として、Ｂ−Ｂ断面を選択した。なお、Ｂ−Ｂ断面は特定の位置に限定されないが、ここではガラスの重心を通る断面とした。Ｂ−Ｂ断面を図示すると図３（Ｂ）に示すような上に凸の形状、あるいは図３（Ｃ）に示す下に凸の形状となる。
次に、ガラス基板のいずれかの面を下面として保持部に配置し、レーザー変位計を用いて断面の形状データを取得した。この得られた形状データにおいて、接線の傾きの符号が変化する点を原点Ｏとし、断面形状を反り方向ｙと板幅方向ｘとして二次関数ｙ＝ａｘ２で近似した。ここでのｙ、ｘの単位はそれぞれμｍであり、二次項係数ａの単位はμｍ−１である。
最後に、二次関数の二次項係数ａを求め、この二次項係数ａを基に反り評価を行った。
これらの結果を表１に示す。なお、反り評価の「○」は二次項係数ａが１×１０−７μｍ−１以下の場合を示し、反り評価の「×」は二次項係数ａが１×１０−７μｍ−１を超える場合を示す。
【００６４】
（ガラスの評価：比誘電率）
ガラスの比誘電率は、以下のように簡易的に見積もった。まず、参考例として１ＭＨｚの比誘電率が８．３の０．５５ｍｍの厚さのアルミノシリケートガラス（未強化のドラゴントレイルＸ（登録商標）、旭硝子社製）の表面、裏面それぞれにＣＳ＝１１００ＭＰａ、ＤＯＬ＝２５μｍの化学強化を施し、比誘電率を再測定したところ８．１であった。また、参考例のＳは１３７５０ＭＰａ・μｍであった。
【００６５】
化学強化された５０μｍの領域の平均合成容量Ｃ１は、未強化領域の合成容量をＣ２、化学強化されたガラス全体の合成容量をＣ０としたとき以下の関係がある。
Ｃ０＝Ｃ１×Ｃ２／（Ｃ１＋Ｃ２）  …（Ｘ）
また、比誘電率εは、合成容量Ｃと厚さｔに対して以下の関係がある。
εｋ＝Ｃｋ／ｔｋ  …（Ｙ）
ただし、ｋ＝０、１、２
ε０＝８．１、ε２＝８．３、ｔ０＝５５０、ｔ１＝５０、ｔ２＝５００として、式（Ｘ）および式（Ｙ）の関係から化学強化された５０μｍの領域の比誘電率ε１を見積もったところ、ε１＝６．５であった。
以降、化学強化されたガラスの強化領域の比誘電率をε１＝６．５、未強化領域の比誘電率をε２＝８．３とし、式（Ｘ）、式（Ｙ）、参考例のＳ、例１〜９のＣＳ、ＤＯＬ、ＣＳ０、ＤＯＬ１、Ｓに基づいて例１〜９の比誘電率ε０および（ε２−ε０）／ε２で示す比誘電率の低下率を計算した。
【００６６】
以上の結果を表１に示す。なお、表１において比誘電率の低下率評価の「○」は比誘電率の低下率が５％以下の場合（（ε２−ε０）／ε２≦０．０５）を、「×」は比誘電率の低下率が５％を超える場合を示す。
【００６７】
【表１】
2019069861.tif 000002
【００６８】
さらに、表１中のΔＳ／ｔ２を横軸に、二次項係数ａを縦軸にプロットして対数グラフを作成した結果を図４に示す。
表１および図４に示すように、例１〜５では、ΔＳ／ｔ２が４×１０−３ＭＰａ／μｍ以下、二次項係数ａが１．０×１０−７μｍ−１以下となり、化学強化後でも反りが抑制されることが分かった。一方、例６〜９では、ΔＳ／ｔ２が４×１０−３ＭＰａ／μｍを超え、二次項係数ａが１．０×１０−７μｍ−１を超え、反りが抑制されないことが分かった。また、例１〜５では、ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１が０．０５以上０．４以下となるが、例６〜９では、ＤＯＬＨＭ／ＤＯＬ１が上記条件を満たさなかった。
以上のことから、化学強化ガラスにおいて反りを極力抑制するためには、上記式（１）および式（２）を満たせばよいことが分かった。また、このような化学強化ガラスを製造するためには、２段階強化が有効であることが分かった。
さらに、例１〜５においては、比誘電率の低下を例６〜９よりも抑制できることも分かった。
【符号の説明】
【００６９】
３０…スマートフォン（携帯機器）、３１…指紋認証用センサユニット（センサユニット）、３３…カバー部材（化学強化ガラス）、３４…指紋認証用センサ（センサ）、３５…基板、３６…電極。
【図１】
2019069861.tif 000003
【図２】
2019069861.tif 000004
【図３】
2019069861.tif 000005
【図４】
2019069861.tif 000006