(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状のガラスを強化するガラス強化方法であって、
表面乾式処理によってガラスの表面を親水化処理する工程と、
一般式：ＲmＭ（ＯＲ’）4-m
（式中、ＲとＲ’はアルキル基、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ又はＡｌの金属、ｍは０、１、２）で示される金属アルコキシ化合物を含みかつ無機微粒子を含まないガラス強化用溶液をガラスに含浸または接触させる工程とを有し、金属水酸化物がガラスの表面に存在するマイクロクラック内に入り込むことを特徴とするガラス強化方法。
【請求項２】
前記ガラス強化用溶液は、前記金属アルコキシ化合物を有機溶媒に溶解したものであって、かつ、金属水酸化物が生成されるものであることを特徴とする請求項１記載のガラス強化方法。
【請求項３】
板状のガラスを強化するガラス強化方法であって、
表面乾式処理によってガラスの表面を親水化処理する工程と、
一般式：ＲmＭ（ＯＲ’）4-m-n（ＯＨ）n
（式中、ＲとＲ’はアルキル基、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ又はＡｌの金属、ｍとｎは整数、ｎ≧２）で示される金属水酸化物を含みかつ無機微粒子を含まないガラス強化用溶液をガラスに含浸または接触させる工程とを有し、金属水酸化物が前記ガラスの表面に存在するマイクロクラック内に入り込むことを特徴とするガラス強化方法。
【請求項４】
前記金属水酸化物は単分子の状態を保つことを特徴とする請求項２または３に記載のガラス強化方法。
【請求項５】
前記金属ＭはＳｉであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガラス強化方法。
【請求項６】
前記表面乾式処理はエキシマランプによる紫外光照射であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガラス強化方法。
【請求項７】
前記表面乾式処理は大気圧プラズマによるプラズマ処理であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガラス強化方法。
【請求項８】
Ｋイオンと、前記ガラス表面のＮａイオンとを交換する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のガラス強化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状のガラスを強化するガラス強化方法と、その方法によって強化されたガラスに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガラスが割れやすい原因としては、ガラス表面に存在するマイクロクラックが考えられている。ガラスに応力が加わると、このマイクロクラックが大きく発達して割れることとなる。
【０００３】
この問題を解決する方法として、特許文献１では、１μｍ以上の厚さをもつ特定のコーティング膜をガラス表面に形成させる方法が提案されている。これは、コーティング膜に十分な厚みをもたせることによって、たとえ加傷しても、その傷がコーティング膜内にとどまるようにし、これによってガラス表面に存在するマイクロクラックに応力を加えないようにした方法である。
【０００４】
ところで、ガラスは、携帯電話やＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）などの携帯端末装置やデジタルスチルカメラのディスプレイカバーやボディカバーとして用いられているが、近年では、これら装置の薄型化や軽量化のために薄くて強度の高いガラスが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−３０２３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような薄いガラスが求められている状況下では、特許文献１に記載のようなコーティング膜を厚くしてガラスを強化する方法は適していない。
【０００７】
したがって、本発明は、薄いコーティング膜でもガラスを強化することのできるガラス強化方法と、その方法によって強化されたガラスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決手段を例示すると、次のとおりである。
【０００９】
（１）板状のガラスを強化するガラス強化方法であって、
表面乾式処理によってガラスの表面を親水化処理する工程と、
一般式：ＲmＭ（ＯＲ’）4-m
（式中、ＲとＲ’はアルキル基、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ又はＡｌの金属、ｍは０、１、２）で示される金属アルコキシ化合物を含みかつ無機微粒子を含まないガラス強化用溶液をガラスに含浸または接触させる工程とを有し、金属水酸化物がガラスの表面に存在するマイクロクラック内に入り込むことを特徴とするガラス強化方法。
【００１０】
（２）前記ガラス強化用溶液は、前記金属アルコキシ化合物を有機溶媒に溶解したものであって、かつ、金属水酸化物が生成されるものであることを特徴とする前述のガラス強化方法。
【００１１】
（３）板状のガラスを強化するガラス強化方法であって、
表面乾式処理によってガラス表面を親水化処理する工程と、
一般式：ＲmＭ（ＯＲ’）4-m-n（ＯＨ）n
（式中、ＲとＲ’はアルキル基、ＭはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ又はＡｌの金属、ｍとｎは整数、ｎ≧２）で示される金属水酸化物を含みかつ無機微粒子を含まないガラス強化用溶液をガラスに含浸または接触させる工程とを有し、金属水酸化物がガラスの表面に存在するマイクロクラック内に入り込むことを特徴とするガラス強化方法。
【００１２】
（４）前記金属水酸化物は単分子の状態を保つことを特徴とする請求項２または３に記載のガラス強化方法。
【００１３】
（５）前記金属ＭはＳｉであることを特徴とする前述のガラス強化方法。
【００１４】
（６）前記表面乾式処理はエキシマランプによる紫外光照射であることを特徴とする前述のガラス強化方法。
【００１５】
（７）前記表面乾式処理は大気圧プラズマによるプラズマ処理であることを特徴とする前述のガラス強化方法。
【００１６】
（８）Ｋイオンと、前記ガラス表面のＮａイオンとを交換する工程をさらに有することを特徴とする前述のガラス強化方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、薄いコーティング膜でも板状のガラスを強化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）は、鋼球落下試験の状況を上から見た図、（ｂ）は横から見た図である。
【図２】本発明方法の概略を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、板状のガラスを強化するガラス強化方法を改良したものであり、本発明の１つの実施形態は、表面乾式処理によってガラスの表面を親水化処理する工程と、一般式：ＲｍＭ（ＯＲ’）４−ｍ（式中、ＲとＲ’はアルキル基、Ｍは金属、ｍは０、１、２）で示される金属アルコキシ化合物を含むガラス強化用溶液をガラスに含浸または接触させる工程とを有する手法であり、本発明の他の実施形態は、表面乾式処理によってガラスの表面を親水化処理する工程と、一般式：ＲｍＭ（ＯＲ’）４−ｍ−ｎ（ＯＨ）ｎ（式中、ＲとＲ’はアルキル基、Ｍは金属、ｍとｎは整数、ｎ≧２）で示される金属水酸化物を含むガラス強化用溶液をガラスに含浸または接触させる工程とを有する手法である。
【００２３】
本発明の方法によれば、表面乾式処理によってガラスの表面が親水化されるので、ガラスの表面に存在するマイクロクラック内にガラス強化膜成分としてガラス強化用溶液が入り込みやすくなり、大幅にマイクロクラックの数を減らすことができる。よって、コーティング膜が薄くてもガラスを効果的に強化することができる。
【００２４】
以下、（１）ガラス板の表面乾式処理、（２）ガラス強化用溶液調整、（３）ガラスへの金属水酸化物の含浸または接触、（４）乾燥、と順を追って本発明における実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
（１）ガラス板の表面乾式処理
ガラス板を用意し、そのガラス板の両面を表面乾式処理によって親水化させる。
【００２６】
表面乾式処理としては、エキシマランプ、低圧水銀ランプ、重水素ランプなどを用いた紫外光照射や、大気圧プラズマを用いたプラズマ処理などがあげられる。
【００２７】
例えば、波長１７２ｎｍのエキシマランプを用いる際は、ガラス板の表面と裏面とをそれぞれ２０秒〜１分程度照射すると良い。１７２ｎｍよりも長い波長を用いる際は、より長時間照射を行うと良い。
【００２８】
上記のような紫外光照射やプラズマ処理を行うと、ガラス板の存在する雰囲気中にある酸素が活性酸素（オゾンや原子状の酸素など）となり、この活性酸素がガラス表面上に存在する汚染物を酸化分解して除去したり、ガラス表面に水酸基を付与したりする。もともとガラス表面には水酸基が存在するが、この作業によってより多くの水酸基をガラス表面に出現させ、親水性を高めることができる。よって、ガラス表面に存在するマイクロクラック内へガラス強化用溶液が入り込みやすくなる。
【００２９】
（２）ガラス強化用溶液調製
ガラス強化用溶液の調製は、まず、ＲｍＭ（ＯＲ’）４−ｍ（式中のＲとＲ’はアルキル基、Ｍは金属、ｍは０、１、２）で示される金属アルコキシ化合物を有機溶媒に溶解し、その後、水と反応させる。この水との反応は、水酸基が２以上（ｎ≧２）となるように水を加えて進行させても良いし、有機溶媒中に含まれる水と反応させることによって進行させても良い。この反応によって金属アルコキシ化合物は加水分解し、ＲｍＭ（ＯＲ’）４−ｍ−ｎ（ＯＨ）ｎで示される金属水酸化物となる。水酸基ＯＨが多いほど硬い膜が形成され、水酸基ＯＨが少ないほどフレキシブルな膜が形成されるが、随時状況にあわせて水酸基の数を決定すると良い。ただし、膜としてある程度の強度を得るために、水酸基は２つ以上存在させた方が良い。そして、この金属水酸化物は、脱水反応がおきないようにして、単分子の状態を保つと、ガラス表面に存在するマイクロクラック内に入り込みやすくなり、好ましい。
【００３０】
金属Ｍとしては、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ａｌ等があげられるが、特にＳｉが好適に用いられる。これは、ガラスの屈折率に近い膜を形成させるためである。ガラスの屈折率と異なる膜を形成させるためにはＳｉ以外の金属を用いると良い。
【００３１】
アルキル基ＲやＲ’としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、へキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基など、さまざまなものを採用することができる。
【００３２】
そして、有機溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールのような一価アルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコールのような多価アルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテルのようなエーテル類、酢酸、プロピオン酸のような脂肪酸などを挙げることができるが、これらの中で一価アルコール、多価アルコール及びエーテル類が好適である。
【００３３】
このガラス強化用溶液調製の工程は、あらかじめＲｍＭ（ＯＲ’）４−ｍ−ｎ（ＯＨ）ｎの状態となっている物質（例えばＳｉ（ＯＨ）４など）を使用する場合は省略することができる。
【００３４】
（３）ガラスへの金属水酸化物の含浸または接触
ガラス強化用溶液に含まれる金属水酸化物をガラス（特にガラス表面に存在するマイクロクラック内）に含浸または接触させる方法としては、浸漬法、スプレー法、スピンナー法、はけ塗り法などが挙げられるが、浸漬法が特に好適に用いられる。
【００３５】
浸漬法を用いる場合は、ガラス強化用溶液にガラスを１〜１０分程度浸すことによってガラスへの金属水酸化物の含浸を行う。含浸作業を優位に進めるために、加圧しながら含浸を行ったり、超音波をかけて含浸を行ったりしても良い。
【００３６】
この作業によって、ガラス表面に存在する水酸基と金属水酸化物の水酸基とが脱水反応を起こしてガラス表面に膜を形成することとなる。
【００３７】
（４）乾燥
ガラス（特にマイクロクラック内）への金属水酸化物の含浸または接触が終わったら、適宜ガラスを乾燥させると良い。乾燥後、ガラス表面には数Åから数十ｎｍの薄い膜（コーティング膜）が形成されている。
【００３８】
以上（１）〜（４）の工程によって、ガラス表面のマイクロクラック内にもガラス強化用溶液成分を含浸させることができ、それによってマイクロクラックを減らすことができる。よって薄いコーティング膜でもガラスを効果的に強化することができる。
【００３９】
次に実施例によりさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００４０】
ガラス板を準備し、そのガラス板の裏面および表面をそれぞれエキシマランプによる波長１７２ｎｍの光で３０秒間ずつ照射して親水化処理を行う。そのあと、Ｓｉ（ＯＣＨ３）４をメタノール溶媒に溶解させて、濃度１重量％のガラス強化用溶液を調製する。そして、このガラス強化用溶液に、親水化処理されたガラス板を５分間浸漬させ、その後、引き上げて乾燥させる。
【００４１】
このように処理したガラスの強度を、鋼球落下試験により確認した。
【００４２】
鋼球落下試験について説明する。
【００４３】
図１の（ａ）は、鋼球落下試験の状況を上から見た図、（ｂ）は横から見た図である。
【００４４】
図１に示すように、鋼板１を準備し、その鋼板１の上に縦１００ｍｍ×横５０ｍｍ×高さ６０ｍｍの寸法を有する２個のブロック２を所定の間隔で配置して固定する。それらのブロック２の上に、厚さ２ｍｍのクロロプレンゴム３で横端面を挟んだ、縦５３．４５ｍｍ×横１１２ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのガラス４を置き、さらにそのガラス４の上に縦８０ｍｍ×横１１ｍｍ×厚さ５ｍｍの木材５を置き、ねじ６を用いてガラス４を固定する。
【００４５】
そのように固定されたガラス４の中心に、重量約４３．４ｇの鋼球７を様々な高度から落下させ、ガラス４が割れる高度を測ることでそのガラス４の強度を測定した。
【００４６】
鋼球落下試験の結果を表１に示す。○はガラスが割れなかったことを示し、×はガラスが割れたことを示す。
【００４７】
強化前のガラス試験片は、落下高度３０ｃｍでも割れてしまったが、強化後のガラス試験片は、落下強度６０ｃｍでも割れなかった。
【００４８】
よって、本発明のガラス強化方法を用いて強化したガラスは、強化前のガラスと比較して２倍以上の高さからの落下衝撃に耐えうる強度を持っていることが確認できた。
【表１】
0005698488.tif 000002
【実施例２】
【００４９】
実施例１では、ガラス強化用溶液を調整したが、実施例２においては、この調整の工程を省略し、Ｓｉ（ＯＨ）４のような既に金属水酸化物の状態となっているものをガラス強化用溶液として用いる。実施例２においても、ガラス強化用溶液調製以外の工程は実施例１と同様なので、ここでは説明を省略する。
【実施例３】
【００５０】
実施例３においては、ガラス板の表面乾式処理を行う工程の前に、既に知られているガラス強化方法を行う。ガラス強化方法としては、イオン交換処理が知られているが、公知の技術によって、Ｋイオンとガラス表面に存在するＮａイオンとを交換し、その後、本願発明のガラス強化方法を施すと、より一層強度の高いガラスを得ることができる。
【００５１】
図２に示すように、本発明においては、ガラス板の表面乾式処理を行ってから、ガラス強化用溶液をそのガラス板に含浸または接触させることによって、ガラスの表面に存在するマイクロクラック内にガラス強化膜成分（ガラス強化用溶液）が入り込みやすいようにしている。その結果、マクロクラックが減り、それによってガラス板が強化されるのである。
【符号の説明】
【００５２】
１    鋼板
２    ブロック
３    クロロプレンゴム
４    ガラス
５    木材
６    ねじ
７    鋼球
【図２】
0005698488.tif 000003
【図１】
0005698488.tif 000004