(57)【要約】  本発明は、端面の耐衝撃性が高く且つ容易に製造可能な強化ガラス板およびその製造方法を提供することを目的とする。本発明の強化ガラス板は、対向する主面の少なくとも一方に圧縮応力層を有する強化ガラス板であって、該強化ガラス板の端面は、圧縮応力層が形成された圧縮応力層部と、圧縮応力層が形成されていない非圧縮応力層部とを有し、厚さ方向に断面視した場合に突出部をさらに備え、突出部の頂部が圧縮応力層部に形成されている。
2015102108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する主面の少なくとも一方に圧縮応力層を有する強化ガラス板であって、
前記強化ガラス板の端面は、
前記圧縮応力層が形成された圧縮応力層部と
前記圧縮応力層が形成されていない非圧縮応力層部とを有し、
厚さ方向に断面視した場合に突出部をさらに備え、
前記突出部の頂部が前記圧縮応力層部に形成されている、強化ガラス板。
【請求項２】
前記突出部の頂部は前記主面より板厚方向中央側に位置する、請求項１に記載の強化ガラス板。
【請求項３】
板厚に対する前記圧縮応力層の主面からの深さが１／１００〜１／１０である、請求項１または２に記載の強化ガラス板。
【請求項４】
前記突出部の頂部は断面視凸曲面状を成す、請求項１から３の何れか一項に記載の強化ガラス板。
【請求項５】
前記圧縮応力層より板厚方向中央側に引張応力層を有し、
前記圧縮応力層の圧縮応力が３００ＭＰａ以上であり、
前記圧縮応力層の深さが５〜１００μｍであり、
前記引張応力層の引張応力が１０ＭＰａ以上である、請求項１から４の何れか一項に記載の強化ガラス板。
【請求項６】
化学強化され圧縮応力層を有する母ガラス板を溶断して強化ガラス板を製造する強化ガラス板の製造方法であって、
前記溶断時に、溶断面のうち前記圧縮応力層が形成された箇所に突出部を形成する、強化ガラス板の製造方法。
【請求項７】
前記母ガラス板は表裏両主面を化学強化されており、
前記母ガラス板の切断予定箇所を一方主面側から他方主面側の圧縮応力層までエッチングした後、前記切断予定箇所を他方主面側からエッチングすることにより前記突出部を形成する、請求項６に記載の強化ガラス板の製造方法。
【請求項８】
前記母ガラス板は前記圧縮応力層より板厚方向中央側に引張応力層を有し、
前記圧縮応力層の圧縮応力が３００ＭＰａ以上であり、
前記圧縮応力層の深さが５〜１００μｍであり、
前記引張応力層の引張応力が１０ＭＰａ以上である、請求項６または７に記載の強化ガラス板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強化ガラス板およびその製造方法に関し、より具体的には、イオン交換法によって化学強化された強化ガラス板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、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には、化学強化された強化ガラス板が用いられている。【０００３】
このような強化ガラス板は、一般的に、アルカリ金属酸化物を組成として含むガラス基板を強化液で処理し、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板は高い強度を有するが故に機械的な切断を安定して行うことが困難である。【０００４】
このような問題を解決すべく、カバーガラスに用いられるガラス基板をエッチングにより切断（溶断）する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示されるガラス基材の製造方法は、切断対象となる強化ガラスの両面にレジスト膜を部分的に形成し、レジスト膜で保護されていない部位をエッチングすることによって強化ガラスを切断できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１３−０１０６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示すように、一般的に化学強化された強化ガラス板３１は、圧縮応力層３２Ａ、３２Ｂと、圧縮応力層３２Ａ、３２Ｂが形成されていない非圧縮応力層３３とを有する。このような強化ガラス板３１を特許文献１のようにエッチングにより溶断すると溶断面３４に突出部３５が形成される。突出部３５が強化ガラス板３１の非圧縮応力層３３に形成されている場合、衝撃を受けた際に該突出部３５が欠け易くなる。そして、突出部３５が欠けると、欠けた箇所からクラックが発生および進展し、強化ガラス板３１が破損するおそれがある。そのため、従来の技術においては、突出部３５をさらにエッチングする等して除去する工程が必須であった。【０００７】
本発明は、このような事情を考慮して成されたものであり、端面の耐衝撃性が高く且つ容易に製造可能な強化ガラス板およびその製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の強化ガラス板は、対向する主面の少なくとも一方に圧縮応力層を有する強化ガラス板であって、強化ガラス板の端面は、圧縮応力層が形成された圧縮応力層部と圧縮応力層が形成されていない非圧縮応力層部とを有し、厚さ方向に断面視した場合に突出部をさらに備え、突出部の頂部が圧縮応力層部に形成されていることを特徴とする。【０００９】
本発明の強化ガラス板によれば、従来品に比べ高い端面の耐衝撃性を得られる。具体的には、突出部が圧縮応力層部に形成されているため、該突出部が欠け難く、突出部の欠けに起因するクラックが発生し難い。したがって、このようなクラックによる強化ガラス板の破損を抑制することができる。【００１０】
本発明の強化ガラス板は、突出部の頂部は主面より板厚方向中央側に位置することが好ましい。【００１１】
このような構成によれば、突出部が、より欠け難くなり、より高い耐衝撃性を得られる。【００１２】
本発明の強化ガラス板は、強化ガラス板の板厚に対する圧縮応力層の主面からの深さが１／１００〜１／１０であることが好ましい。【００１３】
このような構成によれば、突出部を圧縮応力層部に形成し易い。【００１４】
本発明の強化ガラス板は、突出部の頂部は断面視凸曲面状を成すことが好ましい。【００１５】
このような構成によれば、突出部が、より欠け難くなり、より高い耐衝撃性を得られる。【００１６】
圧縮応力層より板厚方向中央側に引張応力層を有し、圧縮応力層の圧縮応力が３００ＭＰａ以上であり、圧縮応力層の主面からの深さが５〜１００μｍであり、引張応力層の引張応力が１０ＭＰａ以上であることが好ましい。【００１７】
このような構成によれば、タッチパネルディスプレイ等の用途のガラス基板として好適な強度を得ることができる。【００１８】
本発明の強化ガラス板の製造方法は、化学強化された母ガラス板を溶断して強化ガラス板を製造する強化ガラス板の製造方法であって、溶断時に、溶断面のうち圧縮応力層が形成された箇所に突出部を形成することを特徴とする。【００１９】
本発明の強化ガラス板の製造方法によれば、従来品に比べ高い端面の耐衝撃性を有する強化ガラス板を、突出部を除去する工程を必要とすることなく容易に製造することができる。【００２０】
本発明の強化ガラス板の製造方法では、化学強化された母ガラス板の切断予定箇所を一方主面側から他方主面側の圧縮応力層までエッチングした後、切断予定箇所を他方主面側からエッチングすることにより突出部を形成することが好ましい。【００２１】
このような構成によれば、突出部を圧縮応力層部に容易に形成できる。また、溶断時における母ガラス板の自己破壊を抑制できる。【００２２】
本発明の強化ガラス板の製造方法において、母ガラス板は圧縮応力層より板厚方向中央側に引張応力層を有し、圧縮応力層の圧縮応力が３００ＭＰａ以上であり、圧縮応力層の主面からの深さが５〜１００μｍであり、引張応力層の引張応力が１０ＭＰａ以上であることが好ましい。【００２３】
このような構成によれば、タッチパネルディスプレイ等の用途のガラス基板として好適な強度を得ることができる。また、引張応力が大きく自己破壊し易い母ガラス板であっても、破損することなく溶断できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、上述のように、端面の耐衝撃性が高く且つ容易に製造可能な強化ガラス板およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態に係る強化ガラス板の端面形状の一例を示す断面図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｄは、本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造工程の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る強化ガラス板の端面形状の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の強化ガラス板の耐衝撃性を評価する試験方法の一例を示す図である。
【図５】エッチングにより溶断された従来の強化ガラス板の端面形状の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態の強化ガラス板１およびその製造方法について説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明の強化ガラス板１は、互いに対向する主面２Ａ、主面２Ｂを備えた化学強化ガラスである。主面２Ａ近傍には圧縮応力層３Ａが、主面２Ｂ近傍には圧縮応力層３Ｂが形成されている。なお、強化ガラス板１において圧縮応力層が形成されていない領域を非圧縮応力層４と称する。強化ガラス板１の端面５は、圧縮応力層が形成された圧縮応力層部６Ａ、６Ｂ、および圧縮応力層が形成されていない非圧縮応力層部７から成る。なお、圧縮応力層部６Ａは圧縮応力層３Ａの端部に相当し、圧縮応力層部６Ｂは圧縮応力層３Ｂの端部に相当する。強化ガラス板１の端面５には、部分的に突出した突出部８が形成されている。そして、突出部８の頂部９は、圧縮応力層部６Ｂに位置する。
【００２８】
強化ガラス板１の組成は任意のもので良いが、例えば、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２  ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３  ５〜２５％、Ｂ２Ｏ３  ０〜１５％、Ｎａ２Ｏ  １〜２０％、Ｋ２Ｏ  ０〜１０％を含有することが好ましい。上記のようにガラス組成範囲を規制すれば、イオン交換性能と耐失透性を高いレベルで両立し易くなる。
【００２９】
また、強化ガラス板１の板厚に対する圧縮応力層３Ａ、３Ｂ各々の主面からの深さが１／１００〜１／１０であることが好ましい。強化ガラス板１の板厚は、例えば０．３〜１．３ｍｍであり、好ましくは０．４〜０．７ｍｍである。圧縮応力層３Ａ、３Ｂ各々の主面からの深さは例えば５〜１００μｍであり、好ましくは１０〜８０μｍ、より好ましくは１５〜５０μｍである。圧縮応力層３Ａ、３Ｂ各々の圧縮応力は、３００ＭＰａ以上、好ましくは、５００〜１２００ＭＰａ、より好ましくは６００〜１０００ＭＰａ、さらに好ましくは７００〜１０００ＭＰａである。なお、圧縮応力層３Ａ、３Ｂ各々の板厚方向中央側には引張応力層（図示せず）が形成されている。引張応力層の引張応力は、１０ＭＰａ以上、好ましくは１０〜２００ＭＰａ、より好ましくは１５ＭＰａ〜１５０ＭＰａ、さらに好ましくは２５〜９０ＭＰａである。
【００３０】
上記本発明の強化ガラス板１によれば、頂部９が強度の高い圧縮応力層部６Ｂに形成されているため突出部８が欠け難い。すなわち、強化ガラス板１は端面において高い耐衝撃性を有する。
【００３１】
なお、突出部８の頂部９は、主面２Ｂより強化ガラス板１の板厚方向中央側に位置することが好ましい。このような構成によれば、頂部９が主面２Ｂの面上に位置する場合より突出部８を欠けにくくすることができる。
【００３２】
本発明の強化ガラス板１は、例えば、図２Ａ〜Ｄに示すように母ガラス板（以下、単に「母ガラス」とも称する）Ｇをエッチングにより溶断して製造することができる。母ガラスＧは、強化ガラス板１と同様の組成を有し、予め化学強化されたガラス板である。母ガラスＧは、互いに対向する主面２Ａ、主面２Ｂを備え、主面２Ａ近傍には圧縮応力層３Ａが、主面２Ｂ近傍には圧縮応力層３Ｂが形成されている。母ガラスＧの圧縮応力層３Ａと圧縮応力層３Ｂとの間には引張応力層が形成されている。母ガラスＧの引張応力層の引張応力は、２００ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは１０〜２００ＭＰａ、さらに好ましくは１５ＭＰａ〜１５０ＭＰａ、もっとも好ましくは２５〜９０ＭＰａである。母ガラスＧの引張応力層の引張応力が大きすぎると、後述する強化ガラス板１の製造過程（母ガラスＧの分断工程）において、当該引張応力に起因して母ガラスＧが破損し易くなる。一方、母ガラスＧの引張応力層の引張応力を小さくし過ぎると、母ガラスＧの圧縮応力層３Ａ、３Ｂの圧縮応力の大きさを小さくする必要があり、得られる強化ガラス板１の強度が低下してしまう。
【００３３】
先ず、図２Ａに示すように、母ガラスＧの主面２Ａに設定された切断予定領域１１Ａおよび主面２Ｂに設定された切断予定領域１１Ｂを除く主面２Ａ、２Ｂの領域にレジスト膜１０Ａ、１０Ｂを形成する。切断予定領域１１Ａ、１１Ｂは、例えば、母ガラスＧに設定される切断予定線に沿った帯状の領域である。レジスト膜１０Ａ、１０Ｂの材料は後述のエッチング液１２に侵されない材料であれば任意の周知の材料を用いて良い。例えば、レジスト膜１０Ａ、１０Ｂの材料としては周知の有機、無機、金属を含むレジスト材を用いることができる。レジスト膜１０Ａ、１０Ｂの成膜方法は、例えば、フォトレジスト法、スクリーン法、メカマスク法等の周知の方法を用いて良い。
【００３４】
次に、図２Ｂに示すように、主面２Ａ側からエッチング液１２を母ガラスＧに流下させ、切断予定領域１１Ａにおいて母ガラスＧをエッチングする。この際、溶断面が主面２Ａから圧縮応力層３Ｂに到達するまでエッチングを行う。この時点では、溶断面が主面２Ｂまで到達しない程度に、すなわち、母ガラスＧを貫通しない程度にエッチングする。なお、エッチング液１２は、母ガラスＧをエッチング可能な液体であれば任意の周知の液体を用いて良い。例えば、エッチング液１２には、フッ酸およびフッ酸を含む溶液等を用いることができる。
【００３５】
次に、図２Ｃに示すように、主面２Ｂ側からエッチング液１２を母ガラスＧに流下させ、切断予定領域１１Ｂにおいて母ガラスＧをエッチングする。この処理によって、母ガラスＧが分断される。エッチング液１２の供給口が母ガラスＧの上方にのみ配置されている場合、母ガラスＧの表裏姿勢を図２Ｂの状態から反転させた後にエッチングを行うと良い。なお、切断予定領域１１Ｂの幅は切断予定領域１１Ａの幅より小さいことが好ましい。このように切断予定領域１１Ｂの幅を設定すれば、母ガラスＧが主面２Ｂ側から過剰にエッチングされ難くなり、突出部８の頂部９を、より確実に圧縮応力層部６Ｂに形成し易くなる。
【００３６】
次に、図２Ｄに示すようにレジスト膜１０Ａ、１０Ｂを除去することによって、強化ガラス１を得る。
【００３７】
上記のような強化ガラス板１の製造方法によれば、突出部８を圧縮応力層部６Ｂに容易に形成できる。また、突出部８の頂部９が主面２Ｂよりも板厚方向中央側に位置するよう、突出部８を形成できる。
【００３８】
また、上記方法によれば、溶断時における母ガラスＧの破損を抑制できる。例えば、母ガラスＧ内部の引張応力層の引張応力が比較的大きい場合、従来の方法のように両主面の圧縮応力層３Ａ、３Ｂを同時にエッチングすると、母ガラスＧにおける圧縮応力と引張応力とのバランスが急激に崩れてしまい、自己破壊を引き起こすおそれがあった。その点、上記方法によれば、応力のバランスが緩やかに変化するため上記のような自己破壊を抑制できる。
【００３９】
なお、より早く溶断を行いたい場合には、図２Ｃの工程を省略し、図２Ｂにおいて主面２Ｂまでエッチングを進めて母ガラスＧを溶断しても構わない。
【００４０】
また、図１においては突出部８の頂部９が尖鋭な形状である場合を一例として説明したが、突出部８の頂部は圧縮応力層部６Ｂに形成されていれば、図３に示すように丸みを帯びた形状であっても良い。すなわち、突出部８の頂部を機械的な研磨加工やエッチング等の処理により、曲面形状の頂部１５としても良い。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。表１、２は本発明の実施例および比較例を示している。なお、表２において、試験Ｎｏ．１、２は本発明の実施例、Ｎｏ．３は比較例を示している。【００４２】
【表１】
2015102108.tif 000003
【００４３】
【表２】
2015102108.tif 000004
【００４４】
以下のようにして、各試験を行った。まず、試験の試料となる母ガラスα、β、γを複数用意した。母ガラスα、β、γは、ガラス組成として質量％で、ＳｉＯ２  ６２．０％、Ａｌ２Ｏ３  １９．７％、Ｂ２Ｏ３  ３．６％、Ｎａ２Ｏ  １３．２％、ＭｇＯ  １．５％を含有するガラス板を夫々異なる温度および時間条件でイオン交換法により化学強化したものである。母ガラスα、β、γは、表１に示すように夫々圧縮応力等の特性が異なる。これら母ガラスα、β、γを各々、上述の図２Ａ〜Ｄに示した片面からエッチングする切断方法、および図２Ｂ〜Ｃに示す工程に代えて母ガラスをエッチング液に浸漬させて両主面から同時にエッチングする方法で切断した。表１では、各母ガラスα、β、γを切断した結果、切断中に破損したものにはＢを、破損することなく切断できたものにはＡを付して示す。表１に示す通り、引張応力が比較的大きい母ガラスγは、両面を同時にエッチングする切断方法では切断中に自己破壊によって破損した。一方、図２に示した本発明の切断方法によれば、母ガラスγを破損することなく切断できた。【００４５】
次いで、母ガラスβを切断して得た試料Ｓの端面の耐衝撃性を評価した。図４は試料Ｓの端面の耐衝撃性の評価方法を示した図である。なお、各試験の試料Ｓは、表２に記載の通り、突出部の頂部の位置が各々異なる。具体的には、試験Ｎｏ．１、２の試料Ｓは上述の図２Ａ〜Ｄに示した片面からのエッチングにより突出部が圧縮応力層部に位置するよう溶断した。また、試験Ｎｏ．３の試料は、母ガラスβを両主面から同時にエッチングして、突出部が非圧縮応力層部に位置するよう溶断した。試料Ｓの寸法は、何れも長さ１３０ｍｍ、幅６５ｍｍ、厚さ０．７ｍｍである。その後、試験Ｎｏ．２の試料Ｓについては、突出部の頂部を研磨テープにより研磨加工して突出部の頂部の形状を曲面状とした。なお、試験Ｎｏ．１、３の試料Ｓについては、突出部の頂部は溶断後のまま加工せず、尖鋭な形状とした。【００４６】
上記のようにして得た各試料について端面の耐衝撃性を評価した。以下、評価方法の詳細について説明する。先ず、治具２０に試料Ｓを、溶断面が露出するよう保持させた。次いで、治具２０を傾斜角３２°の斜面を有する傾斜台２１の斜面下方に固定した。そして、傾斜台２１の斜面上方から衝突部材２２を滑走降下させて試料Ｓの溶断面に衝突させた。衝突部材２２は、例えば、１９０ｇのステンレス製ブロックである。上記の衝突試験を、衝突部材２２の滑走距離Ｌを変更して繰り返し行った。具体的には、試料Ｓが破損するまで滑走距離Ｌを５ｍｍから５ｍｍずつ徐々に長くし、試料Ｓが破損した滑走距離Ｌを測定した。【００４７】
滑走距離Ｌが長いほど試料Ｓに与えられる衝撃が大きくなるため、破損するまでの滑走距離Ｌが長いほど試料Ｓの耐衝撃性に優れると言える。試料Ｓが破損する滑走距離Ｌは、３０ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは５０ｍｍ以上である。試料Ｓが破損する滑走距離Ｌが５０ｍｍ以上であればスマートフォンやタブレット型端末等のカバーガラスとして十分な耐衝撃性を有すると言える。【００４８】
表２に示すように、試験Ｎｏ．３の試料Ｓは突出部の頂部が非圧縮応力層部に形成されていたため、破損時の滑走距離が３０ｍｍ未満と短く、他の試験の試料に比べ端面の耐衝撃性に劣っていた。【００４９】
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
なお、本出願は、２０１４年１月６日付で出願された日本国特許出願（特願２０１４−０００１９７）に基づいており、その全体が引用により援用される。また、ここに引用されるすべての参照は全体として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の強化ガラス板およびその製造方法は、タッチパネルディスプレイ等に用いられるガラス基板およびその製造方法等として有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１、１２、３１              強化ガラス板
２Ａ、２Ｂ                  主面
３Ａ、３Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ  圧縮応力層
４、３３                    非圧縮応力層
５                          端面
６Ａ、６Ｂ                  圧縮応力層部
７                          非圧縮応力層部
８                          突出部
９、１５                    頂部
１０Ａ、１０Ｂ              レジスト膜
１１Ａ、１１Ｂ              切断予定領域
１２                        エッチング液
２０                        治具
２１                        傾斜台
２２                        衝突部材
３４、３５                  溶断面
Ｇ                          母ガラス
Ｌ                          滑走距離
Ｓ                          試料
【図１】
2015102108.tif 000005
【図２】
2015102108.tif 000006
【図３】
2015102108.tif 000007
【図４】
2015102108.tif 000008
【図５】
2015102108.tif 000009
【国際調査報告】
2015102108.tif 000010
2015102108.tif 000011
2015102108.tif 000012
2015102108.tif 000013