(57)【要約】  本発明は、作業点が１２００℃以下（１０４ｄＰａｓ）、転移温度Ｔｇが６１０℃以下であり、かつ重量％で表わされる下記構成成分から成るアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供する。  ＳｉＯ２        ５１〜６３  Ａｌ２Ｏ３      ５〜１８  Ｎａ２Ｏ        ８〜１６  Ｋ２Ｏ          ０〜６  ＭｇＯ        ３．５〜１０  Ｂ２Ｏ３        ０〜５  Ｌｉ２Ｏ        ０〜４．５  ＺｎＯ        ０〜５  ＣａＯ        ０〜８  ＺｒＯ２        ０．１〜２．５  ＣｅＯ２        ０．０１〜＜０．２  Ｆ２                  ０〜０．５  ＳｎＯ２        ０．０１〜０．５  ＢａＯ        ０〜３  ＳｒＯ        ０〜３  Ｙｂ２Ｏ３      ０〜０．５但し、  ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６３〜８１  ＣａＯ＋ＭｇＯ      ３．５〜１８  Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）：０．４〜１．５  本発明ガラスは環境適合性であり、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を含まない。本発明ガラスは低コストで容易に製造可能であり、イオン交換を介する化学的強化処理に適する。本発明ガラスは化学的に安定であり、高い衝撃強度をもち、高硬度であり、かつ３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に適する。本発明ガラスはカバーガラスあるいはタッチパネル用基板ガラスとして利用可能である。本発明ガラスは電子装置用基板としても利用可能である。
2013528561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全成分総重量に対する重量％として示された下記成分及び含量から構成される、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス：
成分 重量％
ＳｉＯ２                ５１〜６３
Ａｌ２Ｏ３              ５〜１８
Ｎａ２Ｏ                ８〜１６
Ｋ２Ｏ                      ０〜６
ＭｇＯ                      ３．５〜１０
Ｂ２Ｏ３                ０〜５
Ｌｉ２Ｏ              ０〜４．５
ＺｎＯ                ０〜５
ＣａＯ                ０〜８
ＺｒＯ２                ０．１〜２．５
ＣｅＯ２                ０．０１ 〜＜０．２
Ｆ２                    ０〜０．５
ＳｎＯ２                ０．０１〜０．５
ＢａＯ                ０〜３
ＳｒＯ                ０〜３
Ｙｂ２Ｏ３              ０〜０．５
ΣＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６３〜８１
ΣＣａＯ＋ＭｇＯ            ３．５〜１８
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）：０．４〜１．５
【請求項２】
全成分総重量に対する重量％としてそれぞれ示される下記成分及び含量から構成される請求項１項記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス：
成分                  重量％
ＳｉＯ２                ５３〜６２
Ａｌ２Ｏ３              ５〜１７
Ｎａ２Ｏ                ９〜１５
Ｋ２Ｏ                      ２〜５
ＭｇＯ                      ＞６〜≦９
Ｂ２Ｏ３                ０〜３
Ｌｉ２Ｏ              ０〜４
ＺｎＯ                ０〜５
ＣａＯ                ＞４〜≦７
ＺｒＯ２                ０．５〜１．８
ＣｅＯ２                ０．０１ 〜＜０．２
Ｆ２                    ０．１〜０．５
ＳｎＯ２                ０．０１〜０．５
ＢａＯ                ０〜２
ＳｒＯ                ０〜２
Ｙｂ２Ｏ３              ０〜０．５
ΣＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６６〜７９
ΣＣａＯ＋ＭｇＯ            ＞１０〜≦１８
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）：０．５〜１
【請求項３】
全成分総重量に対する重量％としてそれぞれ示される下記成分及び含量から構成される請求項１項または２項記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス：
成分                  重量％
ＳｉＯ２                ５３〜６２
Ａｌ２Ｏ３              １３〜１７
Ｎａ２Ｏ                ９〜１３
Ｋ２Ｏ                      ２〜５
ＭｇＯ                      ＞６〜≦９
Ｂ２Ｏ３                ０〜３
Ｌｉ２Ｏ              ０〜３．５
ＺｎＯ                ０〜５
ＣａＯ                ＞４〜≦７
ＺｒＯ２                ０．５〜１．８
ＣｅＯ２                ０．０１ 〜＜０．２
Ｆ２                    ０．１〜０．５
ＳｎＯ２                ０．０１〜０．５
ＢａＯ                ０〜２
ＳｒＯ                ０〜２
Ｙｂ２Ｏ３              ０〜０．３
ΣＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６６〜７９
ΣＣａＯ＋ＭｇＯ            ＞１０〜≦１８
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）     ：０．５５〜０．９
【請求項４】
ガラスの作業点が１２００℃未満（１０４ｄＰａｓ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項５】
ガラスの作業点が１１５０℃未満（１０４ｄＰａｓ）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項６】
ガラスの作業点が１１００℃未満（１０４ｄＰａｓ）であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項７】
ガラスのＴｇが６１０℃未満であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項８】
ガラスのＴｇが５９０℃未満であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項９】
ガラスのＴｇが５７０℃未満であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１０】
ガラスのＴｇが５５０℃未満であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１１】
ガラスのＴｇが５３０℃未満であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１２】
ガラスのＣＴＥが７〜１２×１０−６／Ｋの範囲内であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１３】
Ｙｂ２Ｏ３量が０．０１〜０．３重量％であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１４】
ガラスにＡｓ２Ｏ３あるいはＳｂ２Ｏ３が含まれないことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１５】
ガラスの表面圧縮応力深度ＤｏＬが１０〜４０μmであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１６】
ガラスの表面圧縮応力が６００〜１０００ＭＰａであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１７】
ガラスの強化処理時間が１０時間未満、好ましくは８時間未満、より好ましくは６時間未満、最も好ましくは４時間未満であることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１８】
ガラスの硬度が６００Ｋｇｆ／ｍｍ２を越えることを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項１９】
ガラスの硬度が６７０Ｋｇｆ／ｍｍ２を越えることを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項２０】
ガラスの硬度が７００Ｋｇｆ／ｍｍ２を越えることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項２１】
ガラスの６００ｎｍを越える波長における赤外吸収が１〜２０％であることを特徴とする請求項２０項記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラス。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラスから成るガラス製品。
【請求項２３】
前記ガラスがレーザーによって切断可能であり、及び表面圧縮応力層深度ＤｏＬが４０μm未満、好ましくは３０μm未満、さらに好ましくは２０μm未満であることを特徴とする請求項２２項記載のガラス製品。
【請求項２４】
熱曲げ加工が赤外線加熱手段を通して実施されることを特徴とする請求項２２項または２３項記載のガラス製品。
【請求項２５】
前記ガラスが携帯電子装置用カバーガラスあるいはハンドホールド型装置またはラップトップ用バックプレートとして利用されることを特徴とする請求項２２〜２４のいずれかに記載のガラス製品。
【請求項２６】
請求項１〜２１のいずれかに記載の３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラスから成るガラスプリフォーム。
【請求項２７】
３Ｄ精密成形あるいは熱曲げ加工を経て請求項２６項記載のプリフォームから作製される光学部品。
【請求項２８】
請求項１〜２１のいずれかに記載の３Ｄ精密成形あるいは熱曲げ加工用アルカリアルミノケイ酸ガラスから成るガラスを用いる光学部品。
【請求項２９】
請求項２７項または２８項記載の光学部品を含んで構成される光学製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概略的にはガラス組成物、より詳細には作業(working)点が比較的低く、溶融特性が良好であり、転移温度が低く、イオン交換容量が大きく、及び高強度であるアルカリアルミノケイ酸ガラスに関する。本発明に係るガラス組成物は３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に利用可能であり、さらにレーザー切断が可能である。本発明は同時に、精密成形用の上記ガラス組成物から成るプリフォーム、及び該プリフォームの作製方法、さらに対応する光学素子及び該光学素子の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器、パーソナル情報端末・携帯電話・腕時計・ラップトップ・ノートPC等の携帯電子機器、デジタルカメラ、ＰＤＡでは、一般的にカバーガラスが、あるいはタッチパネルについては基板ガラスが使用される。いくつかの用途においては、カバーガラスはユーザーによるタッチに敏感で、損傷を受けたり、壊れたり、変形されたりし易い。このようにタッチは頻繁に行われることから、カバーガラスは高強度であり、かつ擦過に対して耐久性でなければならない。かかる観点において、従来のソーダ石灰ガラスでは高強度、擦過耐久性等の要件を満たすことができない。高強度、高硬度、耐薬品性、低熱膨張係数、高擦り耐久性及び耐衝撃性であるアルカリアルミノケイ酸ガラスは、パーソナル情報端末・携帯電話・腕時計・ラップトップあるいはノート型ＰＣ・デジタルカメラ・ＰＤＡ等の電子製品のカバーガラスとして、あるいはタッチパネル用の基板ガラスとしての使用に適するガラスである。
【０００３】
３Ｄ形状のカバーガラスに対する需要は近年非常に増大している。３Ｄ形状カバーガラス及びタッチパネルガラスは、板状、円弧状、曲板状、縁折り畳み状などに種々形状化がなされ、また３Ｄ形状カバーガラス及びタッチパネルガラスはガラスに対してパターニング、ドリリングなどの再加工を行うこともありうる。
【０００４】
３Ｄ形状カバーガラスは装置の前面及び背面へ使用可能である。背面へ使用する場合、有機顔料あるいは無機顔料を用いてスクリーン印刷によって付加的装飾を施すことが可能である。なお、かかる装飾をカバーガラスの内面あるいは外面へ施すことも可能である。
【０００５】
３Ｄ形状カバーガラスの経済的製造方法として、３Ｄ精密成形あるいは熱曲げ加工等の加工方法が挙げられる。
【０００６】
３Ｄ成形においては型が極めて重要な役割を果たす。型の耐用期間は、仕上げ済み成形製品及び又は材料の利益性に多大な影響を及ぼす。型の長期耐用期間に関する限り、型について最重要な要因は操作温度を可能な限り低温にすることであるが、温度は圧縮される材料の粘度がプレス工程を行うのに猶十分である温度までしか下げることができない。つまり、加工温度とプレス工程における利益性には、従ってガラス転移温度Ｔｇとプレス工程における利益性には直接の因果関係が成り立つ。
【０００７】
必要な場合、型及びプリフォームにはコーティング処理が施される。
【０００８】
精密成形を経ての低コスト大規模生産を目的として、精密成形用の型は反復使用されることが想定されている。そのため、精密成形工程における温度は、適当な軟化特性をもつ、すなわち適するガラス転移温度（Ｔｇ）を有するガラスによる、型表面における酸化を最小限に抑えられるように、可能な限り低温にしなければならない。
【０００９】
精密成形は、平板ガラスから成るプリフォームを加熱して軟化させ、次いで精密面を備える型中においてプレス処理することから成る。本方法による重要な特徴は、成形後の研磨あるいは仕上げ工程を省略することによってカバーガラスを低コストかつ大規模に製造できることである。
【００１０】
精密成形の他、熱曲げ加工によってもガラス成形を行うことが可能であり、この熱曲げ加工による場合は圧力や真空を用いて一部の加工を容易化し、あるいは赤外線加熱によって加工することも可能である。加熱に際し、ガラスは自重によって急速に変形する。ガラスの変形はガラス面のそれぞれの部分がガラス下にある支持体面に接するまで止まらないか、またはガラスは支持体縁部に沿ってガラス面が地面に対して垂直になるまで曲がる。2Dまたは3D形状をもつガラスカバープレートは、支持体としての種々形態の型の作製を経て、熱曲げ加工によって製造可能である。
【００１１】
成形技術のすべてにおいて最も重要なことは、ガラス表面が熱処理中に表面欠陥を起こさないことである。
【００１２】
カバーガラスに対しては一般的に化学強化処理を行うことが必要である。化学的強化処理によってガラスの強度を高めて耐擦過性及び耐衝撃性を向上させ破砕を防止することが可能である。化学的強化処理は、イオン交換を経てガラスに表面圧縮応力を生成させる方法である。イオン交換処理の原理は、温度３５０〜４９０℃において、ガラス表面中に存在する半径のより小さなイオンを塩溶液中の半径のより大きなイオンと交換することであり、例えばガラス中のナトリウムイオンを溶液中のカリウムイオンと交換することによってアルカリイオンの容積差により表面圧縮応力が生成される。この処理はガラスの厚さが０．５〜４ｍｍである場合に特に適している。  ガラスの化学的強化処理の利点として、ガラスの歪み(warpage)がないこと、当初のガラス板と同じ表面平坦性が得られること、強度の向上、温度変化に対する耐久性、及び切断処理に関する適性が挙げられる。ＤｏＬ（表面応力層深度）及び表面圧縮応力を適度に調節することにより、相対的に強度が高められたガラスを得ることが可能とされる。ＤｏＬ値及び表面圧縮応力は、ガラス成分、とりわけガラス中のアルカリ金属量と関連性があり、また強化処理の時間及び温度を含むガラス強化処理とも関連性がある。化学的強化処理によって、ガラス表面に圧縮応力層が生じ、該圧縮応力層深度はイオン分散の原理に従った化学的強化処理時間の平方根に直接比例する。化学的強化処理時間が長くなるほど、強化処理層はより深くなり、表面圧縮応力が小さくなるほど中心引っ張り応力が大きくなる。化学的強化処理時間が長すぎる場合には、中心引っ張り応力が増大し、及びガラス構造が緩むことによって表面圧縮応力が減少することからガラス強度が減少する。従って、中心圧縮応力、強化処理層深度及び中心圧縮応力がバランスよく達成される最適化学的強化処理時間があり、かかる処理によって最適強度をもつガラスを得ることが可能となる。この最適化学的強化処理時間はガラス成分、塩浴成分、及び強化処理温度によって変動する。
【００１３】
米国特許出願ＵＳ２００８／２８６５４８には高い機械的特性を有するアルミノケイ酸ガラスが開示されている。しかしながら、このガラスは軟化点が高いため、精密成形あるいは熱曲げ加工には適しない。このガラスはＳｉＯ２を６４重量％を越えて含むため、融点が上昇し、かつ粘度及びガラス中の気泡数も増加している。さらに、このガラスのＭｇＯ含量は６重量％未満であり、またＣａＯ含量は４重量％未満であるため、ガラスの作業点を効率的に下げることが困難であり、ゆえにガラスの加工が難しくなっている。従ってこのガラスは精密成形あるいは熱曲げ加工には適しない。
【００１４】
中国特許出願２００９１００８６８０６、２００８１０１４７４４２及び２００９１０３０１２４０には、ＭｇＯ含量が６重量％未満、及びＣａＯ含量が４重量％未満のアルカリアルミノケイ酸ガラスが開示されている。しかしながら、かかる濃度レベルではガラスの作業点を効果的に下げることはできない。従ってガラスの加工は困難である。これらガラスはＴｇが高いため精密成形あるいは熱曲げ加工に適しない。
【００１５】
現在カバープレートの製造に使われているアルカリアルミノケイ酸ガラスには、融点が高く、高温での粘度が大きく、ガラスの溶融加工が複雑化し制御不能となる問題点がある。さらに、内部気泡の除去が困難である。さらに大きな問題として、高融点であるために溶融炉の耐火性材料の耐用期間が短縮され、結果的にコストが高くなる欠点がある。
【００１６】
さらに、カバープレートの製造に現在使われているアルカリアルミノケイ酸ガラスの作業点は概して１２５０℃（１０４ｄＰａｓ）以上であり、溶融及び成形がさらに難しくなっている。作業点を低下させると、同時にガラスの融点も低下する。
【００１７】
上記問題点を解決することを目的として、本発明においてガラス成分を適合化させることにより、ガラスの機械的特性を失うことなく作業点温度の低いアルカリアルミノケイ酸ガラスを開発することに成功し、これによりガラス成形温度の低下、及び製造コストの低減化を達成した。作業点を下げることは、低コストかつより簡単な工程でガラスを製造する目的のために極めて重要とされている。なお、「作業点」(working point)とは、吹き込みあるいはプレス等のガラス成形工程において成形されるのに十分な程度までガラスが軟化されている粘度１０４ｄＰａｓにおける温度を言う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、高温で粘度が比較的低く、作業点が低く、転移温度が低く、溶融特性が良く、イオン交換容量が大きく、化学的強化処理に適し、さらに高強度、高耐薬品性、かつ高硬度なアルカリアルミノケイ酸ガラスを提供することを目的とする。かかるガラスは溶融、プレス、及び熱曲げ中に成分の蒸発が少なく、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工のための加工性が良好であり、またレーザーによる切断も可能である。本発明に係るガラスはＭｇＯ及びＣａＯ含量が高いため、作業点をより低く調整し、及びガラスの溶融特性を改善することが可能である。本発明に係るガラスの最適Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）比は０．４〜１．５の範囲内である。前記最適Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）比を有するガラスはガラス転移温度が低く、かつＤｏＬ（表面圧縮応力層深度）と強化処理後における表面圧縮応力の整合性が良好なため、ガラス強度がさらに増強される。３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工中は、ガラス成分の蒸発を最小限に抑えることが極めて重要である。アルカリ金属は通常蒸発し易い。ガラス成分の蒸発によってガラス成分が変化し、さらに蒸発成分が精密成形あるいは熱曲げ加工の型と反応する可能性もある。アルカリ金属の量を調整及び最適化することによる混合アルカリ作用を通して蒸発を少なくし、及びガラスと型との反応を少なくすることにより、高精密圧縮あるいは熱曲げ加工後においてガラス成分を正確に保持することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係るアルカリアルミノケイ酸ガラスは、熱曲げ加工前後に化学的強化処理を行う目的でイオン交換処理を実施することが可能である。
【００２０】
本発明の上記目的は以下に記載する技術的解決手段によって達成される。
【００２１】
本発明の一観点によれば、全成分総重量に対する重量％として表わされた下記成分組成から成る、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に用いるアルカリアルミノケイ酸ガラスが提供される。
成分                      重量％
ＳｉＯ２              ５１〜６３
Ａｌ２Ｏ３            ５〜１８
Ｎａ２Ｏ              ８〜１６
Ｋ２Ｏ                ０〜６
ＭｇＯ              ３．５〜１０
Ｂ２Ｏ３              ０〜５
Ｌｉ２Ｏ              ０〜４．５
ＺｎＯ              ０〜５
ＣａＯ              ０〜８
ＺｒＯ２              ０．１〜２．５
ＣｅＯ２              ０．０１〜＜０．２
Ｆ２                        ０〜０．５
ＳｎＯ２              ０．０１〜０．５
ＢａＯ              ０〜３
ＳｒＯ              ０〜３
Ｙｂ２Ｏ３            ０〜０．５
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６３〜８１
ＣａＯ＋ＭｇＯ      ３．５〜１８
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）                 ０．４〜１．５
【００２２】
本発明の別の観点によれば、全成分総重量に対する重量％として表わされた下記成分組成から成る、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に用いるアルカリアルミノケイ酸ガラスが提供される。
ＳｉＯ２              ５３〜６２
Ａｌ２Ｏ３            ５〜１７
Ｎａ２Ｏ              ９〜１５
Ｋ２Ｏ                ２〜５
ＭｇＯ              ＞６〜≦９
Ｂ２Ｏ３              ０〜３
Ｌｉ２Ｏ              ０〜４
ＺｎＯ              ０〜５
ＣａＯ              ＞４〜≦７
ＺｒＯ２              ０．５〜１．８
ＣｅＯ２              ０．０１〜＜０．２
Ｆ２                        ０．１〜０．５
ＳｎＯ２              ０．０１〜０．５
ＢａＯ              ０〜２
ＳｒＯ              ０〜２
Ｙｂ２Ｏ３            ０〜０．５
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６６〜７９
ＣａＯ＋ＭｇＯ      ＞１０〜≦１８
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）               ０．５〜１
【００２３】
本発明のさらに別の観点によれば、全成分総重量に対する重量％として表わされた下記成分組成から成る、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に用いるアルカリアルミノケイ酸ガラスが提供される。
ＳｉＯ２              ５３〜６２
Ａｌ２Ｏ３            １３〜１７
Ｎａ２Ｏ              ９〜１３
Ｋ２Ｏ                ２〜５
ＭｇＯ              ＞６〜≦９
Ｂ２Ｏ３              ０〜３
Ｌｉ２Ｏ              ０〜３．５
ＺｎＯ              ０〜５
ＣａＯ              ＞４〜≦７
ＺｒＯ２              ０．５〜１．８
ＣｅＯ２              ０．０１〜＜０．２
Ｆ２                        ０．１〜０．５
ＳｎＯ２              ０．０１〜０．５
ＢａＯ              ０〜２
ＳｒＯ              ０〜２
Ｙｂ２Ｏ３            ０〜０．３
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３    ６６〜７９
ＣａＯ＋ＭｇＯ      ＞１０〜≦１８
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）               ０．５５〜０．９
【００２４】
本発明の別の観点によれば、本発明に係る３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工用のアルカリアルミノケイ酸ガラスから成るガラス製品が提供される。
【００２５】
本発明に係るガラス製品は、それら製品が携帯電子装置のカバーガラス及びハンドホールド型装置あるいはラップトップのバックプレートとして利用されることを特徴とする。
【００２６】
本発明のさらなる観点によれば、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に用いられる本発明に係るアルカリアルミノケイ酸ガラスから成るガラスプリフォームが提供される。
【００２７】
本発明のさらに別の観点によれば、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工を経て本発明に係る前記プリフォームから作製される光学部品が提供される。
【００２８】
本発明の猶さらなる観点によれば、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に用いられる本発明に係るアルカリアルミノケイ酸ガラスから成る光学部品が提供される。
【００２９】
本発明のさらなる観点によれば、本発明に係る光学部品から構成される光学製品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】Ｙｂ２Ｏ３でドープ処理されたガラスの吸収スペクトルを示した図である。
【発明を実施するための手段】
【００３１】
本発明に係るガラスにはＳｉＯ２が５１重量％ないし６３重量％未満含まれる。本発明に係るガラスにはガラス形成剤としてＳｉＯ２が少なくとも５１重量％含まれ、またＳｉＯ２の含量は最大でも６３重量％である。ＳｉＯ２含量が６３重量％を越えるとガラス転移温度が６１０℃より高くなり、さらに作業点が１２５０℃より高くなる。
【００３２】
Ａｌ２Ｏ３の含量は５〜１８重量％の範囲内である。Ａｌ２Ｏ３は耐熱性、イオン交換特性、及びガラスのヤング率の増大に有効に作用する。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３含量が増加すると、失透した結晶が通常ガラス中において沈殿し、熱膨張係数がさらに減少され、ガラス粘度を周辺材料の粘度と一致させたまま保持することができなくなる。また、粘度は高温で高くなる。Ａｌ２Ｏ３含量が５重量％未満まで減少するとガラスのヤング率及び強度が低下する。さらに、Ａｌ２Ｏ３は高硬度かつ高強度なガラスの製造のための主要成分である。Ａｌ３＋はガラス中において通常の［ＳｉＯ４］四面体の容積よりも大きい容積をもつ［ＡｌＯ４］四面体を形成する傾向があり、そのためイオン交換のためのチャネルとしてより大きな空間を保有することから、Ａｌ２Ｏ３は、分散速度を速めてＮａ＋−Ｋ＋のイオン交換速度を向上させる目的を達成することが可能となるようにガラス中に高含量で存在しなければならない。しかしながら、Ａｌ２Ｏ３含量は１８重量％を超えてはならない。これを超えた場合、ガラスの結晶化傾向及び粘度が増大してガラスが失透する可能性が高まり、さらに作業点及び融点の上昇が生ずる。それゆえ、Ａｌ２Ｏ３含量は５〜１８重量％、好ましくは５〜１７重量％、さらに好ましくは１３〜１７重量％の範囲内になければならない。
【００３３】
ＭｇＯはガラスの作業点を下げるため、従ってガラスの溶融性及び成形性を改善するため、及び歪点及びヤング率を増大させるために重要な成分である。さらに、ＭｇＯはアルカリ土金属酸化物から成る成分中におけるイオン交換特性の向上に重要な役割を果たす。上記役割に対応するＭｇＯ含量は３．５〜１０重量％、好ましくは６重量％以上かつ１０重量％以下である。
【００３４】
ＣａＯもガラスの作業点を下げるために、従ってガラスの溶融性及び成形性を向上させ、さらに歪点及びヤング率を増大させるために重要な成分である。さらに、ＣａＯはアルカリ土金属酸化物から成る成分中におけるイオン交換特性の向上にも著しい役割を果たす。しかしながら、ＣａＯ含量を増加すると、密度、熱膨張係数及びひび割れ発生のすべてが増加する傾向が高まる。その結果として、ガラスは失透し易くなり、及びイオン交換特性が低下する傾向が生ずる。そのため、ＣａＯ含量は０〜８重量％、好ましくは４重量％を越え、かつ７重量％以下とすることが望ましい。
【００３５】
本発明のガラス組成物には、ガラスのＴｇを下げるための成分としてＬｉ２Ｏ及びＺｎＯが添加される。
【００３６】
Ｌｉ２ＯにはガラスのＴｇを下げる働きがある。ガラスのＴｇを下げる従来の方法として、Ｌｉ２Ｏはガラスに高含量、通常は５重量％を越えて添加されてきた。しかしながら、Ｌｉ２Ｏを高含量添加するとガラスの結晶化傾向が増大し、及び失透を生ずる可能性が高まる。通常、リチウム含量の高いガラスは加熱処理中に表面欠陥を極めて生じ易い。また、リチウム含量が過剰に高ければ、ガラスの製造コストも上昇する。Ｌｉ２ＯはガラスのＴｇを下げるための融剤として本発明に従って適正量で使用され、必要な場合には４．５重量％未満、好ましくは４重量％未満、さらに好ましくは３．５重量％未満で使用される。
【００３７】
Ｋ２Ｏは高温においてガラス粘度を下げることができるため、ガラスの溶融性及び成形性が高められ、及びひび割れ発生が低減される。また、Ｋ２Ｏは失透の改善成分としても働く。Ｋ２Ｏのガラス中含量は０〜６重量％とすることができ、該含量が６重量％を超えると失透現象が増強される。
【００３８】
Ｎａ２Ｏも高温においてガラス粘度を下げることができ、ガラスの溶融性及び成形性が高められ、及びひび割れ発生が低減される。Ｎａ２Ｏを含有するガラスはＫ＋で交換することにより高表面応力を得て、さらに極めて効率的にイオン交換を達成することが可能である。原則として、Ｎａ２Ｏの含量は可能な限り高いことが望ましいが、該含量が過剰な場合にはガラスの結晶化傾向が増し、かつ失透が悪化する。本発明において、Ｎａ２Ｏ含量は８〜１６重量％、より好ましくは９〜１５重量％、さらに好ましくは９〜１３重量％である。
【００３９】
Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）比は０．４〜１．５、好ましくは０．５〜１、さらに好ましくは０．５５〜０．９の範囲内である。上記範囲内においては、ガラス転移温度は６１０℃以下、好ましくは５９０℃以下、さらに好ましくは５７０℃以下、さらに好ましくは５５０℃以下、なお好ましくは５３０℃以下であり、また３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工中におけるアルカリ金属の蒸発も減じられ、さらに最適な表面圧縮応力層深度（ＤｏＬ）及び表面圧縮応力が得られる。表面圧縮応力層深度ＤｏＬは＜４０μm、好ましくは＜３０μm、さらに好ましくは＜２０μmとし、表面圧縮応力は６００〜１０００Ｍｐａ、好ましくは７００〜１０００Ｍｐａ、さらに好ましくは８００〜１０００Ｍｐａとすることができる。
【００４０】
ＺｎＯにはガラスのＴｇを低くする作用及び耐水性を向上させる作用がある。ＺｎＯ含量は０〜５重量％とされる。ＺｎＯ含量が５重量％を越える場合、ガラス中に失透が容易に起こる可能性がある。
【００４１】
ＳｒＯ及びＢａＯは、本発明では種々の目的でガラス成分へ加えることが可能である。しかしながら、これら成分の含量が多すぎる場合はある場合において密度及び熱膨張係数が高くなり製品多様性が低下し、ひび割れ発生が増加する。また、その結果として、イオン交換後の圧縮応力層深度も浅くなる。
【００４２】
Ｂ２Ｏ３の含量は０〜５重量％の範囲内とされる。Ｂ２Ｏ３には融点、高温における粘度及び密度を下げる作用がある。しかしながら、Ｂ２Ｏ３含量が増加すると、イオン交換によって表面に欠陥が生ずることが懸念される。
【００４３】
本発明に係るガラスには、Ａｓ２Ｏ３あるいはＳｂ２Ｏ３は含まれない。
【００４４】
本発明に係るガラスにはＴｉＯ２は含まれない。ＴｉＯ２を添加することによりガラスの結晶化傾向が高まり、３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工中にガラスが失透を生ずるリスクがある。
【００４５】
ディスプレー用カバーとして用いる場合、ガラスの透過率は極めて重要である。化学的強化処理後に不純物によってガラス透過率が影響される可能性がある。透過率の減少は主としてＦｅ２＋、Ｆｅ３＋等の多価イオンによって引き起こされる。それゆえ、不純物の含量は５００ｐｐｍ未満、好ましくは１００ｐｐｍ未満、さらに好ましくは８０ｐｐｍ未満、最も好ましくは６０ｐｐｍ未満でなければならない。
【００４６】
本発明に係るガラスは従来技術を用いて清澄可能である。本発明ガラスには少量の従来清澄剤を含ませることが可能である。添加される清澄剤の総量は好ましくは最大で２．０重量％、より好ましくは最大で１．０重量％である。添加される清澄剤の量と残りのその他成分量の総量が１００％である。本発明に係るガラスには下記清澄剤としての成分の少なくとも１つを下記重量％の比率で含ませることができる。
ＣｅＯ２        ０．０１〜＜０．２％
Ｆ２                  ０〜０．５％
ＳｎＯ２        ０．０１〜０．５％
【００４７】
本発明に係るガラスにはさらにＹｂ２Ｏ３が下記含量含められる。
成分      重量％
Ｙｂ２Ｏ３   ０〜０．５％
好ましくは
成分      重量％
ＹＢ２Ｏ３   ０〜０．３％
特に好ましくは
成分      重量％
Ｙｂ２Ｏ３   ０．０１〜０．３％
【００４８】
ガラスに対して赤外線ヒーターを用いて熱曲げ加工処理を行う際、ガラスに対してＹｂ２Ｏ３を０〜０．５重量％、好ましくは０〜０．３重量％、特に好ましくは０．０１〜０．３重量％の比率でドープ処理することによってガラスによる赤外線吸収を増加させることが可能である。
【００４９】
薄ガラスにとっても赤外線の吸収は重要であり、赤外線吸収は本発明に係るガラスに対してＹｂ２Ｏ３を０〜０．５重量％、好ましくは０〜０．３重量％、特に好ましくは０．０１〜０．３重量％の比率でドープ処理することによって達成可能である。Ｙｂ３＋の添加によって、赤外波帯域中の、特に赤外光の吸収を強化し、及び切断効率を増強させる９７０ｎｍに吸収帯域をもつレーザー吸収を増加させることができる。ドープ処理されるＹｂ２Ｏ３量を調整することにより６００ｎｍ以上の波長においてガラスの吸光量を増加させることが可能である。また、ドープ量を調整することにより１〜２０％の範囲で吸光量を調整することが可能である。
【００５０】
本発明に係るガラスの作業点は、１２００℃未満（１０４ｄＰａｓ）、好ましくは１１５０℃未満（１０４ｄＰａｓ）、より好ましくは１１００℃未満（１０４ｄＰａｓ）、最も好ましくは１０１０℃未満（１０４ｄＰａｓ）であり、及びＴｇは６１０℃未満、好ましくは５９０℃未満、より好ましくは５７０℃未満、特に好ましくは５５０℃未満、最も好ましくは５３０℃未満である。
【００５１】
本発明において、本発明に係るガラスのＣＴＥは７〜１２×１０−６１／Ｋの範囲内である。
【００５２】
本発明において、本発明に係るガラスの表面圧縮応力層深度ＤｏＬは１０〜４０μmである。
【００５３】
本発明において、本発明に係るガラスの表面圧縮応力は６００〜１０００ＭＰａの範囲内である。
【００５４】
本発明において、本発明に係るガラスはフロート法、フロースルー法、アップドロー法、ダウンドロー法などの既存の製造技術を用いて製造可能である。
【００５５】
本発明に係るガラスはレーザー切断可能であり、表面圧縮応力層深度ＤｏＬは４０μm未満、好ましくは３０μm未満、さらに好ましくは２０μm未満である。
【００５６】
本発明に係るガラスは低製造コストで、及び容易な方法で製造可能である。本発明に係るガラスは３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工に適用可能である。本発明に係るガラスはＴｇが低いため型及び耐火性材料の耐用期間がより延長される。本発明に係るガラスは最適量のアルカリ金属を含むことから３Ｄ成形あるいは熱曲げ加工中におけるアルカリ金属の蒸発が抑制され、それによって型のリサイクル耐用期間がより延長される。また、最適量のアルカリ金属がガラスの最適強化特性に寄与することから、ガラスのＤｏＬ及び表面圧縮応力が最適であり、強化処理においてより高い強度が得られる。
【００５７】
気泡のない均質な（すなわち、気泡、筋、石などを許容できる程度まで減らした）ガラス浴を作る方法、及び高温でバッチ混合物を加熱することによって成形要求を満たす方法はガラスの溶融と称され、ガラス製造における重要な工程である。このガラスの融点は典型例として１３００〜１６００℃の範囲内である。このガラスは耐火性材料で作られた炉中において溶融される。ガラスの溶融中に、耐火性材料とガラス溶融物が高温において相互作用すると耐火性材料が浸蝕による損傷を受ける。耐火性材料上のこのガラス浴の浸蝕速度は主としてガラス浴温度に依存する。この浸蝕速度は温度により指数関数的に増加する。ガラスの融点が高くなることは耐火性材料に対するガラス溶融物による浸蝕が増大することを意味しており、耐火性材料の耐用期間が大きく減じられる。タンク炉中の溶融温度が５０〜６０℃高くなると、耐火性材料の耐用期間は約５０％に短縮される。従って、ガラス溶融温度を低下させることによりタンク炉の耐用期間を延長させ、生産性を向上させることが可能である。
【００５８】
ガラスの成形は溶融ガラスを一定の幾何学的形状へ変換させる作業である。ガラスは一定の温度範囲内においてのみ形状化可能である。ガラスの成形はガラス溶融物の粘度及び温度と関連している。用語「作業点」はガラスの成形温度範囲を示す用語として定義されている。所謂「作業点」は粘度１０４ｄＰａｓに対応する温度を指す用語である。この作業点では、ガラスは吹き込み成形あるいはプレス成形等のガラス成形加工によって成形されるために十分な程度まで軟化状態にある。粘度１０４ｄＰａｓにおける温度が低ければ低いほど成形作業は容易となり、従ってガラス成形に要するコストも低くなる。ガラスの粘度はガラス組成に関連しており、成分を変更することにより、ガラスの粘度のみならず粘度の温度勾配を、成形に適する粘度へ変えることが可能である。
【００５９】
本発明に係るガラスに用いられる３Ｄ精密成形方法にはあらゆる従来の熱成形方法、すなわち、直接熱プレス及び二次成形、及びこれら２つの方法の組み合わせが含まれる。３Ｄ精密成形あるいは熱曲げ加工に用いられるガラス製品は溶融ガラスから直接得られる。すなわち、溶融後、溶融ガラスは３Ｄ精密成形型あるいは熱曲げ型中へ直接注入されてから３Ｄ精密成形あるいは熱曲げ加工される。別法として、ガラスの溶融後、フロート法、アップドロー法、ダウンドロー法及びフロースルー法によってガラス溶融物から対応するサイズのガラスを得ることができ、次いでこのガラスをブロック、ストリップ、プレート、あるいはシートに作製した後、得られた一定形状のガラスを例えば従来の切断及び研磨などのいずれかのガラス加工技術を用いてさらに加工し、３Ｄ精密成形あるいは熱曲げ加工に適したサイズ及び形状をもつガラスを得ること、及び得られたガラスをさらに３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工することが可能である。
【００６０】
典型例として、精密成形に用いられる成形温度は６５０〜７００℃である。従って、ガラス転移温度が６１０℃未満であるガラスは精密成形を行うために有利である。成形方法は、底型中へ未加工ガラスシートを配置する工程、型内室中を真空にしてから窒素ガスあるいは他の不活性ガスで満たす工程、底型及び未加工ガラスシートを加熱する工程、プレス型を用いて圧力を加える工程、及びプレスされたガラスを取り出す工程から構成される。本発明に係るガラスのガラス転移温度は６１０℃未満、好ましくは６００℃未満、さらに好ましくは５９０℃未満、猶さらに好ましくは５７０℃未満、猶さらに好ましくは５５０℃未満、とりわけ好ましくは５３０℃未満である。ガラス転移温度が低いほど型の耐用期間が延長され、生産収益性が向上される。従って、Ｔｇの低いアルカリアルミノケイ酸ガラスは３Ｄ成形による製造にとって重要である。
【００６１】
熱曲げ加工温度は、典型的には８００℃未満、好ましくは７５０℃未満、さらに好ましくは７００℃未満、猶さらに好ましくは６５０℃未満、とりわけ好ましくは６００℃未満とされる。
【００６２】
ガラスを熱曲げ加工する場合、ガラス温度がその転移温度（この時のガラス粘度は約１０１２Ｐａ・ｓである）よりも高いとき、特に粘度が１０９Ｐａ・ｓより低い場合、ガラスは自重作用によって急速に変形する。ガラスの底部に支持体がない場合、ガラスは該ガラス表面の各部分が支持体の表面と接触するまで変形するか、あるいは支持体の縁部に沿ってガラス表面が地面に対して垂直になるまで曲がる。熱曲げ加工は支持体として種々形状の型を作ることにより、２Ｄまたは３Ｄ形状のガラスカバープレートの製造に利用可能である。熱曲げ加工はガラス成形に利用され、加圧あるいは真空にすることにより成形はある程度容易化され、また赤外線技術を用いて熱曲げ加工における加熱を行うことが可能である。
【００６３】
本発明において３Ｄ精密成形と熱曲げ加工を組み合わせて用いることも可能である。
【００６４】
３Ｄ精密成形と熱曲げ加工はいずれも通常６５０〜９５０℃の温度において実施される。このことは、ガラスは温度６５０〜９５０℃における再加熱処理において失透を生ずることなく安定でなければならないことを意味している。
【００６５】
無機非金属ガラスは、溶融液が過冷 (super cooling)によって処理した後に結晶を形成しない固体として定義され、従ってこのガラスは液体構造をもった個体であると考えることができる。通常の液体は一般的に硬化温度以下まで冷却された後不安定となることがあり、容易に結晶化することもある。しかしながら、容易にガラスを生成することができる液体は過冷却下では温度低下中に粘度が上昇するため結晶化が起こらず、最終的な冷却及び凝固によって無結晶ガラスとなる。全米研究評議会によって、ガラスは、X線下で非晶質相を示し、該構成原子あるいは分子はランダムに分散されており、かつ長い規則配列構造はもたないが、短い規則性をもつ可能性がある固体と定義されている。熱力学的観点から見た場合、結晶は加熱されるとその内部エネルギーが増大し、その対称性が向上する。融点に達すると、結晶は溶融して液体となり、その粘度は温度が降下すると急速に上昇する。しかしながら、粘度が高すぎる場合は、ガラスの構成原子に結晶構造を再構成するための十分な力学的エネルギーを生じないため、ガラスには長範囲に及ぶ規則配列構造が形成されない。ガラスを再加熱してその一部が再結晶化する現象は「失透」と称される。３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工中にガラスに失透が生じないことが最も重要である。３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工中にガラスに失透が生じたならば、その製品の品質は劣化する。ガラスは通常型中に置かれることが必要とされ、３Ｄ精密加工及び熱曲げ加工に用いられる加工温度範囲内において数秒間ないし数分間で成形されるため、ガラスは安定していなければならず、この数秒間ないし数分間の間に３Ｄ精密成形及び熱曲げ加工のための成形温度範囲において失透が生じてはならない。
【００６６】
熱曲げ加工に用いる加熱技術は従来の加熱方法でよいが、赤外線加熱技術を用いることも可能である。赤外線加熱技術を用いる利点として、加熱及び冷却の速度が速いのでより高いエネルギー効率が得られること、及び加工制御が向上することが挙げられる。
【００６７】
特に、薄ガラスには赤外線の吸収が極めて重要である。ガラスによる赤外線の吸収を高めるため、ガラスに対してＹｂ２Ｏ３を約０〜０．５重量％、好ましくは０〜０．３重量％の比率でドープ処理することが可能である。ガラスによる６００ｎｍ以上の波長の光に対する吸収量は、Ｙｂ２Ｏ３のドープ処理量を調整することによって増加可能である。前記吸収は、ドープ量を種々調整することにより１〜２０％の範囲内で制御することが可能である。
【００６８】
さらに、本発明に係るガラスはレーザー切断に適用可能である。レーザー切断技術はカバーガラス及びタッチスクリーンガラスの加工において低コストを達成することを可能とする。ＣＯ２、ＵＶ、エキシマレーザー、赤色あるいは緑色レーザー等の各種レーザー切断技術を用いることができ、ＣＯ２赤外レーザーはガラス切断に広く利用されている。一つの方法としてＣＯ２赤外レーザーをガラス表面へ交差させる方法があり、これによればエネルギーの殆どがガラス表面に吸収され、その熱作用深度は５０〜１００μmとなる。レーザー加熱実施直後にガラス表面を強制的に急速冷却させると、急速な熱膨張と収縮によってガラスに引っ張り応力が生ずる。ガラスは、レーザーが通過した進路に沿って、引っ張り応力によってまず事前に形成された割れ目から始まって割れる。事前に形成された割れ目がガラスを貫通したらガラスはその割れ目に沿って完全に割れる。別法として、事前に形成された割れ目が比較的浅い場合において、深さ３０〜１００μmの引っかき傷をガラス表面に作ってからガラスを手で割る方法がある。この「マイクロスクラッチ」レーザー切断は極めて高速な切断方法である。レーザー切断はガラスエッジ部分の品質が良いこと、微細な割れやエッジの破損がないこと、切断形状に制限がないこと、切断スクラップが生じないこと、ガラス表面との機械的接触がないこと、従ってガラス表面が損傷から保護される等の点において従来の機械的方法よりも有利である。ＣＯ２レーザーの他、ＵＶレーザーを用いて種々のくり抜き形状を作製することも可能である。ＵＶレーザーは高い単一光子エネルギーを有し、ガラスを直接蒸発させることができるため、レーザーが通過する進路に沿ってスルーホールが生成される。しかしながら、ＵＶの切断速度は極めて緩慢である。ガラスを、Ｙｂ２Ｏ３を用いて、０〜０．５重量％、好ましくは０〜０．３重量％、特に好ましくは０．０１〜０．３重量％の重量比でドープ処理することによりガラスによる赤外光の吸収を高めることが可能である。従って、ガラスの切断には６３２．８ｎｍ以上の波長をもつレーザーを用いるのがより適している。
【００６９】
イオン交換後、ガラス表面上に圧縮応力が生成されるためガラス強度が増大される。ガラス表面上の圧縮応力のバランスを取るため、ガラスの中心に引っ張り応力を生成させる。この引っ張り応力が高すぎると、ガラスが破損されるリスクが増大する。ベントガラス成分は外力の影響下での中心引っ張り応力に対してさらに敏感である。従って、中心引っ張り応力は５０ＭＰａ未満、好ましくは３０ＭＰａ未満、さらに好ましくは２０ＭＰａ未満、最も好ましくは１５ＭＰａ未満にされるべきである。また、表面圧縮応力は６００ＭＰａ以上、好ましくは７００ＭＰａ以上、最も好ましくは８００ＭＰａ以上でなければならない。ＤｏＬ（表面圧縮応力層深度）は１０〜４０μmである。ＤｏＬが４０μm越えると表面圧縮応力が高くなり過ぎるため、レーザー切断に適さなくなる。カバープレートガラスの表面圧縮応力は化学的強化処理後において６００〜１０００ＭＰａの範囲内でなければならず、表面圧縮応力が６００ＭＰａ未満であると望まれる強度が得られない。
【００７０】
ガラスの表面圧縮応力層深度は化学的強化処理の時間の平方根に正比例する。圧縮応力層の厚さが適正であればガラス強度の増加に寄与する。中心引っ張り応力は圧縮応力層の増大に伴って増加する。同時に、長時間高温下におかれるとガラス網目構造中における応力に緩みが生じて圧縮応力の低下をきたす。それゆえ、化学的強化処理の時間が長過ぎると、ガラス強度は増すのではなく、かえって低下する。他方、化学的強化処理時間が過剰であると製造コストも上がる。本発明における好ましい化学的強化処理時間は１０時間未満、より好ましくは８時間未満、さらに好ましくは６時間未満、最も好ましくは４時間未満である。
【００７１】
強化処理を経て強度を増すことが必要とされるガラスにとってＤｏＬ値及び表面圧縮応力値は極めて重要である。ＤｏＬ値及び表面圧縮応力値は、ガラス成分、特にガラス中のＬｉＯ２、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏ含量と関連性が高い。ＤｏＬと表面圧縮応力との最適な適合は混合アルカリ効果の利用と、成分・ＤｏＬ及び表面圧縮応力間の関連性の包括的適合によって達成可能である。すなわち、ＤｏＬは厚過ぎても薄過ぎても不可であり、表面圧縮応力は大き過ぎても小さ過ぎても不可である。ガラスが化学的強化処理を受ける際、Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）比が高過ぎると、所望の強度に必要な望ましい深度ＤｏＬが得られず、表面圧縮応力は小さ過ぎてしまう。Ｎａ２Ｏ／（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）比が小さ過ぎれば深度ＤｏＬも深過ぎることになり、強化処理後のガラス強度は低下する。しかしながら、表面応力層の厚さを可能な限り増すことは、中心引っ張り応力も増すことになるため妥当でない。
【００７２】
表面応力層の厚さは強化処理済みガラスのスクラッチ耐久性、すなわちガラスの表面硬度に影響する。表面応力層が厚ければ厚いほど、ガラスの引き延ばし耐久性は高くなり、ガラス表面に引っ掻き傷がつきにくくなる。この特性はガラス硬度によって異なる。ガラスのスクラッチ耐久性特性を向上させるためには、ガラス硬度（ヌープ硬度）は６００Ｋｇｆ／ｍｍ２を越え、好ましくは６７０Ｋｇｆ／ｍｍ２を越え、さらに好ましくは７００Ｋｇｆ／ｍｍ２越えなければならない。
【００７３】
ガラスには通常精密成形に関する特性だけでなく、成形後にガラスの品質が著しく低下しない特性をもつことも期待されている。ガラスの粘度及び熱衝撃耐久性は迅速成形加工に必要とされる要件、特に厚さ３ｍｍ未満、好ましくは２ｍｍ未満、好ましくはさらに１ｍｍ未満のガラスシートをプレスする際の要件を満たさなければならない。
【００７４】
本発明に係るガラスは環境適合性があり、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を含まないガラスである。
【００７５】
本発明ガラスには、Ｙｂ２Ｏ３が０〜０．５重量％、好ましくは０〜０．３重量％、特に好ましくは０．０１〜０．３重量％含まれる。Ｙｂ３＋を添加することにより、赤外光の吸収を高めることができ、それによりガラスによる赤外線の吸収によって精密成形の加工効率及び、熱曲げ加工に赤外線ヒーターを用いる場合における熱曲げ加工の効率が向上される。赤外線帯域内におけるレーザーの吸収を高めることによりレーザー切断の効率を高めることが可能である。
【００７６】
本発明に係るガラスは携帯端末、携帯電話、腕時計、ラップトップ及びノートＰＣ、デジタルカメラ、ＰＤＡ等のカバープレートとして、あるいはタッチパネルの基板ガラスとして適用可能である。本発明に係るガラスはハードディスク等の電子基板へ適用することも可能である。本発明に係るガラスは高い衝撃特性及び高い硬度を有する。本発明に係るガラスは化学的強化処理を介したイオン交換処理に適する。
【実施例】
【００７７】
実施例１
表１に好ましい成分範囲に基づいた実施態様例を示す。また、実施例に記載した本発明に係るガラスの製造方法について以下に記載する。
【００７８】
使用される原料は、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等である（すべて在杭州のSinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.から購入、化学用）。秤量混合後、混合物を白金製るつぼ中へ入れ、電子オープン中において温度１５５０〜１６００℃下で溶融し、１６３０〜１６５０℃で清澄し、次いで適当な温度に予備加熱した金型中において鋳造し、ガラス及び金型を焼鈍しのため焼鈍しオーブンに入れて冷却してガラスプリフォームを得た。
【００７９】
本発明においては、転移温度Ｔｇ及び熱膨張係数ＣＴＥはＮＥＴＺＳＣＨ熱膨張計（ＮＥＴＺＳＣＨ ＤＩＬ４０２ＰＣ）によって測定した。ガラスサンプルから約５０ｍｍの試験サンプルストリップを作成し、温度は室温から５℃／分の速度で試験終了まで上昇させた。
【００８０】
ＡＳＴＭ Ｃ−９６５標準に従って作業点（１０４ｄＰａｓ）の温度を高温回転型粘度計によって測定した。
【００８１】
ガラス密度はアルキルデスの原理に基づいて測定した。ガラスサンプルを水の入った容器中へ入れて容積変化を正確に測定してサンプルの容積を求めた。正確に測定したガラスサンプル重量を得られた容積で割り算して密度データを求めた。
【００８２】
ガラス失透試験をマッフル炉中において実施した。ガラスを５×５×５ｃｍの立方体に作成し、さらに表面を研磨処理した。マッフル炉中において２０分間加熱した後、サンプルを取り出して光学顕微鏡下で失透が生じているか否かを観察した。Ｘは失透が観察されなかったことを示し、他方Ｏはガラスに失透が生じていることを示す。本試験は８００℃と９００℃において実施した。
【００８３】
ガラスサンプルに対して化学的強化処理を行った。ラボスケールの小型塩浴炉（直径２５０×２５０ｍｍ、深さ４００ｍｍ）を用いて化学的強化処理を行った。ガラスサンプルを耐腐蝕性ステンレススチール製サンプルホルダー上へ置き、ＫＮＯ３塩浴中において温度３７０〜４８０℃で４〜８時間イオン交換処理を行った。
【００８４】
ガラスの応力層の応力及び深さをＦＳＭ６０００及び偏光顕微鏡上において測定した。
【００８５】
表１に実施例１〜８のガラスについて各成分の重量％、密度、ＣＴＥ、Ｔｇ及び作業点（１０４ｄＰａｓ）を示す。
【００８６】
【表１】
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【００８７】
【表２】
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【００８８】
実施例２
図１はＹｂ２Ｏ３でドープされたガラスの吸収スペクトルである。本発明ガラスの６００ｎｍを越える波長域における吸収率は８％を越える。
【図１】
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【国際調査報告】
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