(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス組成物であって、  
少なくとも約７０モル％のＳｉＯ2、
約７モル％から約１１モル％の範囲のＡｌ2Ｏ3、
約１３モル％から約１６モル％の範囲のＮａ2Ｏ、
ゼロではない量の約３モル％までのＰ2Ｏ5、並びに
ゼロではない量の、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯから選択される１種類以上のアルカリ土類金属酸化物、
を含み、
前記アルカリ土類金属酸化物の合計が約６モル％までであり、
１３００℃での粘度が１５ｋＰ未満であるガラス組成物を含み、
少なくとも８ｋｇｆ（約７８Ｎ）のビッカース押込み亀裂発生荷重を有する、ガラス物品。
【請求項２】
前記ガラス組成物が、約１０ｋＰ未満の１３００℃での粘度および１１００℃以下の液相線温度のいずれか１つ以上を有する、請求項１記載のガラス物品。
【請求項３】
前記ガラス組成物が、約５モル％未満のＢ2Ｏ3、および
Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3およびＺｒＯ2の１つ以上、
のいずれか１つ以上をさらに含む、請求項１または２記載のガラス物品。
【請求項４】
前記ガラス物品の表面から層の深さまで延在する圧縮応力層をさらに有し、該圧縮応力層が約５００ＭＰａ以上の圧縮応力を有し、前記層の深さが前記ガラス物品の表面から該ガラス物品中に約３０μｍ以上延在する、請求項１から３いずれか1項記載のガラス物品。
【請求項５】
フロート法およびフュージョン法のいずれか一方を使用して形成された、請求項１から４いずれか1項記載のガラス物品。
【請求項６】
表面層を備え、前記表面層が、請求項１から５いずれか１項に記載されるガラス組成物を含んでなる、ガラス物品。
【請求項７】
前記表面層が、前記ガラス物品の第１の表面から該ガラス物品中に延在し、少なくとも１００ｎｍの厚さを有する、請求項６記載のガラス物品。
【請求項８】
ガラス物品を形成する方法において、
組成物であって、
少なくとも約７０モル％のＳｉＯ2、
約７モル％から約１１モル％の範囲のＡｌ2Ｏ3、
約１３モル％から約１６モル％の範囲のＮａ2Ｏ、
ゼロではない量の約３モル％までのＰ2Ｏ5、および
ゼロではない量の、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯから選択される１種類以上のアルカリ土類金属酸化物、
を含む組成物であり、前記アルカリ土類金属酸化物の合計が約６モル％までであり、１５ｋＰ未満の１３００℃での粘度を有する組成物を有するガラス物品のバッチを溶融する工程、
フュージョン法またはフロート法の一方を使用して前記ガラス物品を形成する工程、および
前記ガラス物品をイオン交換する工程、
を有してなり、
イオン交換したガラス物品が少なくとも８ｋｇｆ（約７８Ｎ）のビッカース押込み亀裂発生荷重を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全体が引用される、２０１３年１１月１９日に出願された米国仮特許出願第６１／９０６０９８号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、高い損傷抵抗性を示す、イオン交換可能なガラス組成物およびそれから形成された強化ガラス物品に関し、より詳しくは、フュージョン法およびフロート法によりガラス物品に形成できるイオン交換可能なガラス組成物に関する。
【背景技術】
【０００３】
電子機器（例えば、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ビデオプレーヤー、情報端末機器、ラップトップコンピュータなど）、電化製品（例えば、レンジ台上面、冷蔵庫および食洗機のドアなど）、情報表示装置（例えば、ホワイトボード）、および自動車の構成部品（例えば、ダッシュボード、フロントガラス、窓構成部品など）等の機器に、様々なガラス物品が組み込まれている。ガラス物品は、そのような物品における表示装置の一部であることがある。表示装置に使用される場合、そのガラス物品は、カバーガラス物品と称されることがあり、ある場合には、タッチモジュールの一部を形成することがある。
【０００４】
ガラス物品のそのような用途には、大抵、ガラス物品が必要量の損傷抵抗性を示す必要がある。例えば、イオン交換過程により強化されるガラス物品は、一般に、要求される損傷抵抗性を示す。そのようなガラス物品は、フロート法またはフュージョン法により形成することができる；しかしながら、公知のガラス組成物は、特定の腐植成分の存在およびそれらの製造法の一方に不適合な性質のために、両方の製造法を使用することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、強化することができ、損傷抵抗性を示すガラス物品を形成するためにフュージョン法およびフロート法に使用できるガラス組成物が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の第１の態様は、少なくとも約６５モル％または少なくとも約７０モル％のＳｉＯ2、約７モル％から約１１モル％の範囲のＡｌ2Ｏ3、約８モル％から約１６モル％の範囲のＮａ2Ｏ、並びにゼロではない量の、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯから選択される１種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含むガラス組成物に関する。１つ以上の実施の形態において、アルカリ土類金属酸化物の合計は、約６モル％までであるか、あるいは約２モル％から約６モル％の範囲にある。
【０００７】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、ゼロではない量の約３モル％までのＰ2Ｏ5、および／または約５モル％未満のＢ2Ｏ3を含むことがある。このガラス組成物は、必要に応じて、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｆｅ2Ｏ3およびＺｒＯ2の１つ以上を含むことがある。いくつかの実施の形態によるガラス組成物は、ＳｎＯ2も含むことがある。
【０００８】
前記組成物の１３００℃での粘度は、約１５ｋＰ未満または約１０ｋＰ未満であることがある。いくつかの実施の形態において、ガラス組成物の液相線温度は１１００℃以下であることがある。
【０００９】
本開示の第２の態様は、ここに開示されたガラス組成物を含むまたはそれから製造されたガラス物品に関する。そのガラス物品は、電子機器に含まれることがあり、そのような電子機器のディスプレイのカバーガラスまたは他の構成要素を形成することがある。
【００１０】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス物品は、イオン交換法などの化学強化法によって強化されることがある。イオン交換により達成される化学強化の程度は、中央張力（ＣＴ）、圧縮応力（ＣＳ）、および層の深さ（ＤＯＬ）のパラメータに基づいて定量化することができる。圧縮応力（ＣＳ）は、強化ガラス物品内の様々な深さでまたは表面近くで測定してよい。このイオン交換法により、層の深さ（ＤＯＬ）として定義される厚さを有する圧縮応力層が生じる。最大圧縮応力値は、強化ガラス物品の測定された圧縮応力（ＣＳ）を含むことがある。１つ以上の実施の形態において、ガラス物品は、このガラス物品の表面から層の深さまで延在する圧縮応力層を含むことがある。この圧縮応力層は、約５００ＭＰａ以上または７００ＭＰａ以上の圧縮応力を示すことがある。ガラス物品の表面からガラス物品中に延在する圧縮応力層の深さすなわち層の深さ（ＤＯＬ）は、約３０μｍ以上であることがある。
【００１１】
１つ以上の実施の形態において、７００ＭＰａ以上の圧縮応力および約３０μｍ以上の層の深さを有する圧縮応力層は、約４時間以下に亘りガラス物品をイオン交換することによって形成されることがある。他の実施の形態において、６５０ＭＰａ以上の圧縮応力および約４０μｍ以上の層の深さを有する圧縮応力層は、約８時間以下に亘りガラス物品をイオン交換することによって形成されることがある。さらに他の実施の形態において、６５０ＭＰａ以上の圧縮応力および約５０μｍ以上の層の深さを有する圧縮応力層は、約１６時間未満に亘りガラス物品をイオン交換することによって形成されることがある。
【００１２】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス物品のビッカース押込み亀裂発生荷重は、少なくとも約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）または少なくとも約１４ｋｇｆ（約１３７Ｎ）である。
【００１３】
いくつかの実施の形態のガラス物品は、フロート法により形成されたガラス物品であることがある、すなわちフロート法を使用して形成されることがある。他の実施の形態において、ガラス物品は、フュージョン法により形成されたガラス物品であることがある、すなわちフュージョン法から形成されることがある。
【００１４】
１つ以上の代わりの実施の形態において、前記ガラス物品は、ここに開示されたガラス組成を有する表面層を含むことがある。例えば、ガラス物品は、少なくとも約６５モル％または少なくとも約７０モル％のＳｉＯ2、約７モル％から約１１モル％の範囲のＡｌ2Ｏ3、約８モル％から約１６モル％の範囲のＮａ2Ｏ、並びにゼロではない量の、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯから選択される１種類以上のアルカリ土類金属酸化物のガラス組成を有する表面層を含むことがある。このガラス物品の残り（表面層を除く）は、異なるガラス組成を有してもよい。いくつかの実施の形態において、その表面層は、ガラス物品の表面からガラス物品中に延在し、少なくとも１００ｎｍの厚さを有することがある。そのようなガラス物品は、ガラス物品の第１の表面から層の深さまで延在する圧縮応力層を含むことがある。その圧縮応力層の圧縮応力は、約５００ＭＰａ以上であることがあり、ガラス物品の表面からガラス物品中に延在する層の深さは、約３０μｍ以上であることがある。
【００１５】
本開示の第３の態様は、ここに開示されたガラス物品を形成する方法に関する。１つ以上の実施の形態において、その方法は、ここに記載されたようなガラス組成物のバッチを溶融する工程、およびフュージョン法またはフロート法によってガラス物品を形成する工程を有してなる。この方法は、ガラス物品にイオン交換処理を行って、ガラス物品内に圧縮応力層を形成する工程を有することがある。例えば、そのイオン交換処理は、１６時間未満に亘り続くことがある。結果として得られた圧縮応力層は、少なくとも約７００ＭＰａの圧縮応力を有することがあり、この圧縮応力層は、ガラス物品の表面からガラス物品中に少なくとも約５０μｍの層の深さまで延在することがある。
【００１６】
追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白となるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載されたような実施の形態を実施することによって、認識されるであろう。
【００１７】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、単なる例示であり、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】１つ以上の実施の形態によるガラス物品の側面図
【図２】１つ以上の実施の形態によるガラス物品の側面図
【図３】１つ以上の実施の形態によるガラス物品の側面図
【図４】１つ以上の実施の形態によるガラス組成物の１３００℃での粘度をプロットしたグラフ
【図５】１つ以上の実施の形態による化学強化ガラス物品の圧縮応力および圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）をプロットしたグラフ
【図６】１つ以上の実施の形態による化学強化ガラス物品において５０μｍのＤＯＬを達成するのに必要なイオン交換過程の期間を示すグラフ
【図７】１つ以上の実施の形態による化学強化ガラス物品の５０μｍのＤＯＬでのＣＳを示すグラフ
【図８】１つ以上の実施の形態による化学強化ガラス物品の押込み破砕閾値の下限を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１９】
ここで、その例が添付図面に示されている、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部品を指すために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。
【００２０】
その上、群が、複数の要素およびその組合せの群の少なくとも１つを含むと記載されているときはいつでも、その群は、個別に、または互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつを含む、から実質的になる、またはからなってもよいことが理解されよう。同様に、群が、複数の要素またはその組合せの群の少なくとも１つからなると記載されているときはいつでも、その群は、個別に、または互いとの組合せのいずれかで、列挙されたそれらの要素のいくつからなってもよいことが理解されよう。特に明記のない限り、値の範囲は、列挙されている場合、その範囲の上限と下限の両方、並びにそれらの間の任意の部分的な範囲を含む。特に明記のない限り、ここに記載された組成物の成分を含む全ての組成物および関係は、モルパーセント（モル％）で表される。
【００２１】
本開示の第１の態様は、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、１種類以上のアルカリ土類金属酸化物および随意的にＰ2Ｏ5を含むガラス組成物に関する。１つ以上の実施の形態によるガラス組成物は、イオン交換可能であり、いくつかの実施の形態において、１３００℃で高温粘度を示し、そのガラス組成物を、フュージョン法および／またはフロート法を使用して加工することが可能になる。言い換えれば、１つ以上の実施の形態によるガラス組成物は、ここにより詳しく記載されるように、フュージョン法またはフロート法を使用して様々な種類のガラス物品に形成することができる。ここに記載されるように、記載されたガラス組成物から形成されたガラス物品のイオン交換速度は、公知のフュージョン法により形成できるガラス組成物を含むガラス物品に匹敵するか、またはそれを上回って改善さえされている。例えば、本開示の１つ以上の実施の形態によるガラス組成物は、約１０時間以下の期間に亘り約４１０℃の温度でイオン交換過程を経た後、約５０μｍ以上の層の深さ（または厚さ）を示す圧縮応力層を得ることができる。ここに開示されたガラス組成物を含むガラス物品は、公知のフュージョン法により形成できるガラス組成物を含む物品と同じまたはそれより大きい押込み破砕閾値を示すことがある。
【００２２】
前記ガラス組成物の１つ以上の実施の形態は、少なくとも約６５モル％のＳｉＯ2、約７モル％から約１１モル％の範囲のＡｌ2Ｏ3、約８モル％から約１６モル％の範囲のＮａ2Ｏ、並びにゼロではない量の、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯから選択される１種類以上のアルカリ土類金属酸化物を含む。
【００２３】
１つ以上の実施の形態において、ＳｉＯ2の量は、６６モル％以上、６７モル％以上、６８モル％以上、６９モル％以上、７０モル％以上、７１モル％以上、７２モル％以上、７３モル％以上、７４モル％以上、７５モル％以上、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲を含んでよい。１つ以上の実施の形態において、ＳｉＯ2は、約６５モル％から約７６モル％、６６モル％から約７６モル％、６７モル％から約７６モル％、６８モル％から約７６モル％、６９モル％から約７６モル％、６５モル％からから約７５モル％、６５モル％から約７４モル％、６５モル％から約７３モル％、６５モル％から約７２モル％、６５モル％から約７１モル％、６５モル％から約７０モル％、６５モル％から約６９モル％の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲で存在してよい。１つ以上の特定の実施の形態において、ガラス組成物は、約６９モル％から約７２モル％、約６９．５モル％から約７１．５モル％、約７０モル％から約７１モル％、約７０モル％超かつ約７２モル％未満の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量でＳｉＯ2を含んでよい。ＳｉＯ2の下限は、６７モル％、６７．５モル％、６８モル％、６８．５モル％、６９モル％、６９．５モル％、７０モル％、７０．５モル％、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲を含んでよい。１つ以上の実施の形態におけるＳｉＯ2の上限は、７５．５モル％、７５．６モル％、７５．７モル％、７５．８モル％、７５．９モル％、７６モル％、７６．１モル％、７６．２モル％、７６．３モル％、７６．４モル％、７６．５モル％、７６．６モル％、７６．７モル％、７６．８モル％、７６．９モル％、７７モル％、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲を含み得る。
【００２４】
ここに記載されたガラス組成物の実施の形態において、ＳｉＯ2は、主要なガラス形成酸化物として働く。ガラス組成物中に存在するＳｉＯ2の量は、その使用または用途（例えば、タッチ用途）に適した必要な化学的耐久性を示す、そのガラス組成物から形成されたガラス物品を提供するのに十分であるべきである。ＳｉＯ2の上限は、ここに記載されたガラス組成物の溶融温度を制御するように選択されることがある。例えば、過剰のＳｉＯ2は、２００ポアズでの溶融温度を、加工中および結果として得られたガラス物品中に清澄気泡(fining bubbles)などの欠陥が現れるかまたは生じることのある高温に上昇させ得る。さらに、ほとんどの酸化物と比べて、ＳｉＯ2は、イオン交換により生じる圧縮応力を減少させる。言い換えれば、過剰なＳｉＯ2を有するガラス組成物から形成されたガラス物品は、過剰なＳｉＯ2を含まないガラス組成物から形成されたガラス物品と同じ程度までイオン交換可能ではないであろう。過剰なＳｉＯ2を有するガラス組成物は、ＳｉＯ2がより少ないガラス組成物よりも、ガラス形成過程中に溶融するのがより難しい。１つ以上の特定の実施の形態において、ガラス組成物中に存在するＳｉＯ2は、ガラス物品の構造を広げるであろう。加えて、または代わりに、１つ以上の実施の形態によるガラス組成物中に存在するＳｉＯ2は、結果として得られたガラス物品の塑性変形前破損特性(plastic deformation prior break properties)を増加させ得る。ここに記載されたガラス組成物から形成されたガラス物品中のＳｉＯ2含有量は、ガラス物品の押込み破砕閾値も増加させるであろう。
【００２５】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、約５モル％から約１５モル％、約５モル％から約１４モル％、約５モル％から約１３モル％、約５モル％から約１２モル％、約５モル％から約１１モル％、約５モル％から約１０モル％、約６モル％から約１５モル％、約７モル％から約１５モル％、約８モル％から約１５モル％、約９モル％から約１５モル％、約１０モル％から約１５モル％の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量のＡｌ2Ｏ3を含むことがある。そのガラス組成物の１つ以上の実施の形態におけるＡｌ2Ｏ3の下限は、８モル％、８．２モル％、８．４モル％、８．６モル％、８．８モル％、９モル％、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲を含んでよい。１つ以上の実施の形態において、Ａｌ2Ｏ3の上限は、１０モル％、１０．２モル％、１０．４モル％、１０．８モル％、１１モル％、１１．２モル％、１１．４モル％、１１．６モル％、１１．８モル％、１２モル％、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲であってよい。１つ以上の特定の実施の形態において、Ａｌ2Ｏ3は、約９モル％、９．２モル％、９．４モル％、９．６モル％、９．８モル％、１０モル％、１０．２モル％、１０．４モル％、１０．６モル％、１０．８モル％、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在してよい。
【００２６】
Ａｌ2Ｏ3の量は、ガラス形成酸化物として働くように、および／または溶融ガラス組成物の粘度を制御するように、調節されてもよい。１つ以上の実施の形態において、他のアルカリおよび／またはアルカリ土類に対して、ガラス組成物中のＡｌ2Ｏ3の量を増加させると、そのようなガラス組成物から形成されるガラス物品の耐久性を改善するまたは増加させることができる。理論により束縛するものではないが、ガラス組成物中のアルカリ酸化物（Ｒ2Ｏ）の濃度がＡｌ2Ｏ3の濃度と等しいかまたはそれより大きい場合、アルミニウムイオンが四面体配位に見られ、アルカリイオンが電荷平衡体として働くと考えられる。この四面体配位は、そのようなガラス組成物から形成されたガラス物品のイオン交換を大幅に向上させる。このことが、この中の表１に列挙された実施例のいくつかに明示されている。表１に列挙された他の実施例において、アルカリ酸化物の濃度はアルミニウムイオンの濃度よりも低い；この場合、二価陽イオン酸化物（ＲＯ）も、様々な程度で四面体アルミニウムを電荷平衡することができる。カルシウム、亜鉛、ストロンチウム、およびバリウムなどの元素が２つのアルカリイオンと同等に挙動する一方で、マグネシウムイオンの高い電界強度のために、マグネシウムイオンが四面体配位におけるアルミニウムを完全には電荷平衡できず、五および六配位アルミニウムが形成される。一般に、Ａｌ2Ｏ3は、アルカリイオンの比較的速い拡散性を可能にしながら、強力な網目構造主鎖（すなわち、高い歪み点）を可能にするので、イオン交換可能なガラス組成物および強化ガラス物品において重要な役割を果たし得る。しかしながら、Ａｌ2Ｏ3の濃度が高すぎると、そのガラス組成物は、より低い液相粘度を示すことがあり、それゆえ、Ａｌ2Ｏ3濃度は、適性範囲内に制御されるであろう。過剰なＡｌ2Ｏ3を有するガラス組成物は、Ａｌ2Ｏ3がより少ないガラス組成物よりも、ガラス形成過程中に溶融するのがより難しいことも考えられる。
【００２７】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、アルカリ土類酸化物および／またはＺｎＯなどの、１種類以上の二価陽イオン酸化物を含むことがある。そのような二価陽イオン酸化物は、ガラス組成物の溶融挙動を改善するために含んでもよい。イオン交換性能に関して、二価陽イオンの存在は、アルカリ移動度を減少させるように機能できる。より大きい二価陽イオン酸化物を使用する場合、イオン交換性能に悪影響があるかもしれない。さらに、より小さい二価陽イオン酸化物は、一般に、イオン交換されたガラス物品に生じる圧縮応力を、より大きい二価陽イオン酸化物よりも大きくするのに役立つ。それゆえ、ＭｇＯおよびＺｎＯなどの二価陽イオン酸化物は、アルカリ拡散性に対する悪影響を最小にしつつ、改善された応力緩和に関する利点を提示できる。１つ以上の実施の形態において、ガラス組成物は、唯一の二価陽イオン酸化物としてＭｇＯおよび／またはＺｎＯを含んでもよく、必要に応じて、他の二価陽イオン酸化物をどれも実質的に含まないことがある。
【００２８】
ここに用いたように、ガラス組成物および／またはガラス物品の成分に関する「実質的に含まない」という句は、その成分が、最初のバッチ配合またはその後のイオン交換中にガラス組成物に能動的にまたは意図的に加えられないが、不純物として存在するかもしれないことを意味する。例えば、ガラス組成物またはガラス物品は、成分が約０．１０モル％未満の量でしか存在しない場合、その成分を実質的に含まないと記載してよい。
【００２９】
いくつかの実施の形態によるガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯなどのアルカリ土類金属酸化物を１種類以上含むことがある。いくつかの実施の形態において、その１種類以上のアルカリ土類金属酸化物の総量は、ゼロではない量から約６モル％までであることがある。１つ以上の特定の実施の形態において、アルカリ土類金属酸化物のいずれの量も、アルカリ土類金属酸化物の合計が約６モル％を超えないという条件で、約６モル％まで、約５．５モル％まで、約５モル％まで、約４．５モル％まで、約４モル％まで、約３．５モル％まで、約３モル％まで、約２．５モル％まで、約２モル％まで、約１．５モル％まで、約１モル％まで、約０．５モル％まで、約１モル％まで、約０．５モル％まで、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲であることがある。いくつかの実施の形態において、アルカリ土類金属酸化物の総量は、約２モル％から約６モル％、約２モル％から約５．５モル％、約２モル％から約５モル％、約２モル％から約４．５モル％、約２モル％から約４モル％、約２モル％から約３．５モル％、約２．５モル％から約６モル％、約３モル％から約６モル％、約３．５モル％から約６モル％、約４モル％から約６モル％、約４．５モル％から約６モル％の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲であることがある。
【００３０】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、ＭｇＯを含むことがあり、ＣａＯおよびＺｎＯを実質的に含まないことがある。ある例において、ガラス組成物は、ＣａＯを含むことがあり、ＭｇＯおよびＺｎＯを実質的に含まないことがある。別の例において、ガラス組成物は、ＺｎＯを含むことがあり、ＣａＯおよびＭｇＯを実質的に含まないことがある。１つ以上の特定の実施の形態において、ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯのアルカリ土類金属酸化物の内の２つしか含まないことがあり、それらアルカリ土類金属酸化物の第３のものを実質的に含まないことがある。さらに別の例において、ガラス組成物は、ＭｇＯ、ＣａＯおよびＺｎＯの３つの全てを含むことがある。
【００３１】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、約８モル％から約１８モル％、約９モル％から約１８モル％、約１０モル％から約１８モル％、約１２モル％から約１８モル％、約１３モル％から約１６モル％または約１５モル％から約１６モル％の範囲の量のＮａ2Ｏを含む。１つ以上の特定の実施の形態において、Ｎａ2Ｏは、約８モル％から約１７．５モル％、約８モル％から約１７モル％、約８モル％から約１６．５モル％、約８モル％から約１６モル％、約８モル％から約１５．５モル％、約８モル％から約１５モル％、約８．５モル％から約１５モル％、約９モル％から約１５モル％、約９．５モル％から約１５モル％、約１０モル％から約１５モル％、約１０．５モル％から約１８モル％、約１１モル％から約１８モル％、約１１．５モル％から約１８モル％、約１２モル％から約１８モル％、約１２．５モル％から約１８モル％、約１３モル％から約１８モル％、約１３．５モル％から約１８モル％、約１４モル％から約１８モル％、約１５モル％から約１８モル％の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在する。特定の実施の形態において、Ｎａ2Ｏは、約１５．１モル％、１５．２モル％、１５．３モル％、１５．４モル％、１５．５モル％、１５．６モル％、１５．７モル％、１５．８モル％、１５．９モル％、または１６モル％の量で存在することがある。
【００３２】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、Ｋ2Ｏを含むことがある。そのような実施の形態において、Ｋ2Ｏは、約１モル％未満、約０．９モル％未満、約０．８モル％未満、約０．７モル％未満、約０．６モル％未満、約０．５モル％未満、約０．４モル％未満、約０．３モル％未満、約０．２モル％未満、約０．１モル％未満、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在することがある。１つ以上の代わりの実施の形態において、ガラス組成物は、ここに定義されたように、Ｋ2Ｏを実質的に含まないことがある。
【００３３】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、Ｌｉ2Ｏを含むことがある。そのような実施の形態において、Ｌｉ2Ｏは、約１モル％未満、約０．９モル％未満、約０．８モル％未満、約０．７モル％未満、約０．６モル％未満、約０．５モル％未満、約０．４モル％未満、約０．３モル％未満、約０．２モル％未満、約０．１モル％未満、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在することがある。１つ以上の代わりの実施の形態において、ガラス組成物は、ここに定義されたように、Ｌｉ2Ｏを実質的に含まないことがある。
【００３４】
Ｒｂ2ＯおよびＣｓ2Ｏなどの他のアルカリ酸化物が、１つ以上の実施の形態のガラス組成物中に存在することがある。そのようなアルカリ酸化物は、Ｌｉ2ＯおよびＫ2Ｏに関してここに開示したのと同じまたは異なる量で存在してよい。必要に応じて、ガラス組成物は、ここに定義されたように、Ｒｂ2Ｏおよび／またはＣｓ2Ｏを実質的に含まないことがある。
【００３５】
アルカリ酸化物（Ｒ2Ｏ）（例えば、Ｌｉ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏおよび／またはＣｓ2Ｏ）は、ここに記載されたガラス組成物中に、そのような組成物の溶融温度および／または液相線温度を変えるために存在する。１つ以上の実施の形態において、ガラス組成物中に存在するアルカリ酸化物の量は、低い溶融温度および／または低い液相線温度を示すガラス組成物を提供するために調節されることがある。理論により束縛するものではないが、アルカリ酸化物を添加すると、そのようなガラス組成物を含むガラス物品の熱膨張係数（ＣＴＥ）が上昇する、および／または化学的耐久性が低下することがある。ある場合には、これらの属性は、アルカリ酸化物の添加によって、劇的に変わることがある。いくつかの実施の形態において、イオン交換を行うために、より大きいアルカリイオン（例えば、Ｋ+）とのイオン交換を促進するのに、例えば、ガラス物品からのより小さいアルカリイオンを、より大きいアルカリイオンを含有する溶融塩浴からのそのようなアルカリイオンと交換するのに、少量のアルカリ酸化物（Ｌｉ2ＯおよびＮａ2Ｏなど）が存在する必要がある。ここにより詳しく論じるように、一般に、３つのタイプのイオン交換を行うことができる。そのようなイオン交換の１つに、Ｌｉ+をＮａ+と交換することがあり、これにより、層の深さが深くなるが、圧縮応力が小さくなる。そのようなイオン交換の別のものに、Ｌｉ+をＫ+と交換することがあり、これにより、層の深さは浅いが、圧縮応力は比較的大きくなる。そのようなイオン交換の第３のものは、Ｎａ+をＫ+と交換することがあり、これにより、層の深さと圧縮応力が中くらいになる。ガラス組成物中の小さいアルカリ酸化物の十分に高い濃度が、そのようなガラス組成物を含むガラス物品中に大きい圧縮応力を生じるのに必要であろう。何故ならば、圧縮応力は、ガラス物品から交換によりなくなるアルカリイオンの数と比例するからである。表１に示された実施例のいくつかにおいて、拡散性を改善し、液相線温度を低下させるために、少量のＫ2Ｏがガラス組成物中に導入されている。しかしながら、結果として得られるガラス物品における、熱膨張係数（ＣＴＥ）の望ましくない上昇および／または圧縮応力（ＣＳ）の減少を回避するために、Ｋ2Ｏの含有量が調節されることがある（例えば、低レベルまで、非常に低レベルまで、全くなくなるまで、または他にここに記載したように）。
【００３６】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、Ｆｅ2Ｏ3を含むことがある。そのような実施の形態において、Ｆｅ2Ｏ3は、約１モル％未満、約０．９モル％未満、約０．８モル％未満、約０．７モル％未満、約０．６モル％未満、約０．５モル％未満、約０．４モル％未満、約０．３モル％未満、約０．２モル％未満、約０．１モル％未満、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在することがある。１つ以上の実施の形態において、Ｆｅ2Ｏ3の量は、使用する原料に応じて、混入物レベルに制御されることがある。あるいはまたはそれに加え、色および／またはＵＶ遮断特性を加えるために、前記量のＦｅ2Ｏ3を意図的に加えてもよい。１つ以上の代わりの実施の形態において、ガラス組成物は、ここに定義されたように、Ｆｅ2Ｏ3を実質的に含まないことがある。
【００３７】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、ＺｒＯ2を含むことがある。そのような実施の形態において、ＺｒＯ2は、約１モル％未満、約０．９モル％未満、約０．８モル％未満、約０．７モル％未満、約０．６モル％未満、約０．５モル％未満、約０．４モル％未満、約０．３モル％未満、約０．２モル％未満、約０．１モル％未満、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在することがある。１つ以上の代わりの実施の形態において、ガラス組成物は、ここに定義されたように、ＺｒＯ2を実質的に含まないことがある。
【００３８】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、ゼロではない量のＰ2Ｏ5を含むことがある。１つ以上の実施の形態において、Ｐ2Ｏ5の上限は、約７モル％、６モル％、５モル％、４モル％、または３モル％であることがある。１つ以上の特定の実施の形態において、Ｐ2Ｏ5は、約０．０１モル％から約７モル％、約０．１モル％から約７モル％、約０．２モル％から約７モル％、約０．３モル％から約７モル％、約０．４モル％から約７モル％、約０．５モル％から約７モル％、約０．６モル％から約７モル％、約０．７モル％から約７モル％、約０．８モル％から約７、約０．９モル％から約７モル％、約１モル％から約７モル％、約０．０１モル％から約６．８モル％、約０．０１モル％から約６．６モル％、約０．０１モル％から約６．４モル％、約０．０１モル％から約６．２モル％、約０．０１モル％から約６モル％、約０．０１モル％から約５．８モル％、約０．０１モル％から約５．６モル％、約０．０１モル％から約５．４モル％、約０．０１モル％から約５．２モル％、約０．０１モル％から約５モル％、約０．０１モル％から約４．９モル％、約０．０１モル％から約４．８モル％、約０．０１モル％から約４．７モル％、約０．０１モル％から約４．６モル％、約０．０１モル％から約４．５モル％、約０．０１モル％から約４．４モル％、約０．０１モル％から約４．２モル％、約０．０１モル％から約４．１モル％、約０．０１モル％から約４モル％の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在することがある。さらに他の特定の実施の形態において、Ｐ2Ｏ5は、約０．１モル％、０．２モル％、０．３モル％、０．４モル％、０．５モル％、０．６モル％、０．７モル％、０．８モル％、０．９モル％、１モル％、１．１モル％、１．２モル％、１．３モル％、１．４モル％、１．５モル％、１．６モル％、１．７モル％、１．８モル％、１．９モル％、２モル％、２．１モル％、２．２モル％、２．３モル％、２．４モル％、２．５モル％、２．６モル％、２．７モル％、２．８モル％、２．９モル％、３モル％、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の量で存在することがある。
【００３９】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物中のＰ2Ｏ5の量は、そのようなガラス組成物を含むガラス物品の所望の損傷抵抗に基づいて調節されることがある。理論により束縛するものではないが、Ｐ2Ｏ5は、ＳｉＯ2と比べて溶融粘度を減少させることができる。ある場合には、Ｐ2Ｏ5は、ジルコン分解粘度（すなわち、ジルコンが分解してＺｒＯ2を形成する粘度）を抑えるのに役立つと考えられ、この点に関して、ＳｉＯ2よりも効果的であろう。Ｐ2Ｏ5は、網目構造形成剤として特徴付けられることがある他の成分（例えば、ＳｉＯ2および／またはＢ2Ｏ3）と比べた場合、拡散性を改善し、イオン交換時間を減少させることができる。
【００４０】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、Ｂ2Ｏ3を実質的に含まない。理論により束縛するものではないが、ガラス組成物中にＢ2Ｏ3が含まれると、そのようなガラス組成物を組み込んだガラス物品に損傷抵抗が与えられると考えられる。Ｂ2Ｏ3は、損傷抵抗を改善する一因または主因であるとも考えられる；しかしながら、溶融過程におけるＢ2Ｏ3の揮発は、フュージョン法およびフロート法における現行の耐火材料にとって腐食性であることも考えられる。したがって、１つ以上の実施の形態において、ここに開示されたガラス組成物は、Ｂ2Ｏ3を実質的に含まないが、それでも、必要な損傷抵抗性を示す。その上、Ｂ2Ｏ3を実質的に含まないガラス組成物は、フロート法およびフュージョン法に適合している。何故ならば、そのようなガラス組成物は、Ｂ2Ｏ3を含む組成物と同じ腐食性を示さないからである。
【００４１】
１つ以上の代わりの実施の形態において、前記ガラス組成物は、約５モル％未満、約４モル％未満、約３モル％未満、約２モル％未満、約１モル％未満、約０．１モル％未満、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲のゼロではない量のＢ2Ｏ3を含むことがある。
【００４２】
１つ以上の実施の形態によるガラス組成物は、約２モル％までのゼロではない量のＳｎＯ2をさらに含むことがある。例えば、ＳｎＯ2は、約０から約２、約０から約１、約０．１から約２、約０．１から約１、約１から約２の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲で存在することがある。１つ以上の実施の形態において、モル％で表されるＳｎＯ2の量は、約０．０１、０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、０．９、１、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲であることがある。ここに開示されたガラス組成物は、Ａｓ2Ｏ3および／またはＳｂ2Ｏ3を実質的に含まないことがある。
【００４３】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、約１５ｋＰ未満、約１４ｋＰ未満、約１３ｋＰ未満、約１２ｋＰ未満、約１１ｋＰ未満、約１０ｋＰ未満、約９ｋＰ未満、約８ｋＰ未満、約７ｋＰ未満またさらには約６ｋＰ未満の１３００℃での粘度を示す。理論により束縛するものではないが、約１０ｋＰ未満の１３００℃での粘度を示すガラス組成物は、フロート加工可能である、すなわち言い換えると、フロート法において利用されるスズ浴中で加工できると考えられる。いくつかの実施の形態において、このガラス組成物の１３００℃での粘度は、約５ｋＰから約１５ｋＰ、約５ｋＰから約１４ｋＰ、約５ｋＰから約１３ｋＰ、約５ｋＰから約１２ｋＰ、約５ｋＰから約１１ｋＰ、約５ｋＰから約１０ｋＰ、約５ｋＰから約９ｋＰ、約５ｋＰから約８ｋＰ、約５ｋＰから約７ｋＰ、約６ｋＰから約１５ｋＰ、約７ｋＰから約１５ｋＰ、約８ｋＰから約１５ｋＰ、約９ｋＰから約１５ｋＰ、約１０ｋＰから約１５ｋＰの範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲にあることがある。１つ以上の実施の形態において、このガラス組成物は、約５ｋＰ、５．５ｋＰ、６ｋＰ、６．５ｋＰ、７ｋＰ、７．５ｋＰ、８ｋＰ、８．５ｋＰ、９ｋＰ、９．５ｋＰ、１０ｋＰ、１０．５ｋＰ、１１ｋＰ、１１．５ｋＰ、１２ｋＰ、１２．５ｋＰ、１３ｋＰ、１３．５ｋＰ、１４ｋＰ、１４．５ｋＰまたは１５ｋＰ、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲の１３００℃での粘度を示すことがある。
【００４４】
１つ以上の実施の形態によるガラス組成物は、約１１００℃以下の液相線温度を示す。１つの実施の形態において、その液相線温度は約１１００から約７５０℃の範囲にある。いくつかの実施の形態において、液相線温度の下限は、約７６０℃、７７０℃、７８０℃、７９０℃、８００℃、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲であることがある。
【００４５】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス組成物は、少なくとも約１４００℃の、または約１４００℃から１８００℃の範囲の溶融温度または２００ポアズ温度を示す。１つ以上の実施の形態において、溶融温度または２００ポアズ温度は、約１４２５℃から約１８００℃、約１４５０℃から約１８００℃、約１４７５℃から約１８００℃、約１５００℃から約１８００℃、約１５２５℃から約１８００℃、約１５５０℃から約１８００℃、約１５７５℃から約１８００℃、約１４００℃から約１７７５℃、約１４００℃から約１７５０℃、約１４００℃から約１７２５℃、約１４００℃から約１７００℃、約１４００℃から約１６７５℃、約１４００℃から約１６５０℃の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲にある。
【００４６】
本開示の第２の態様は、ここに記載されたガラス組成物を含むガラス物品に関する。１つ以上の実施の形態において、そのガラス物品は、フュージョンドロー法およびスロットドロー法などのダウンドロー法並びにフロート法を含む様々なプロセスを使用して製造できる。
【００４７】
フロート法は、一般に、還元雰囲気中で液体金属（例えば、スズ）上に注がれた溶融ガラス組成物を成形することよって、ガラス物品を形成する。フロートガラス法の設備は、通常、ガラス組成物が中で溶融され精製される溶融タンクと、ガラス組成物が液体金属上で成形される、溶融タンク内の酸化雰囲気からこの設備の下流部分内の還元雰囲気への移行に関与する接触面(interface)とを備えている。その溶融ガラス組成物は、液体スズ浴の表面上に注がれ、浮遊するガラスリボンを形成する。この液体金属浴の滑らかな流れが、溶融ガラス組成物を、それゆえガラス物品を成形する。ガラスリボンがスズ浴に沿って流れるにつれて、その温度は、ガラスリボンが固体ガラス物品に固化するまで、徐々に減少する。ある場合には、溶融ガラス組成物の表面に力を印加するために、ローラが使用されることがある。この固体ガラス物品は、一般に、さらに冷却されるように移送される。大抵、結果として得られるガラス物品の形状は平らである。フロートガラス法により形成されるガラス物品は、滑らかな表面および均一な厚さにより特徴付けられるであろう。
【００４８】
ダウンドロー法は、比較的無垢な表面を有するであろう均一な厚さを持つガラス物品を製造する。ガラス物品の平均曲げ強度は、表面傷の量とサイズにより制御されるので、接触が最小の無垢な表面は、より高い初期強度を有する。次いで、この高強度ガラス物品をさらに強化（例えば、化学的に）する場合、得られる強度は、ラップ仕上げし、研磨された表面を持つガラス物品の強度よりも高くなることがある。ダウンドロー法により形成されたガラス物品は、約２ｍｍ未満の厚さに延伸されることがある。その上、ダウンドロー法により形成されたガラス物品は、費用のかかる研削および研磨を行わずに最終用途に使用できる、非常な平らで滑らかな表面を有するであろう。
【００４９】
フュージョンドロー法は、例えば、溶融したガラス原料を受け入れるための通路を有する延伸用タンクを使用する。その通路は、通路の両側に通路の長手方向に沿って上部で開いた堰を有する。その通路が溶融材料で満たされると、溶融ガラスは堰を溢れて越える。重力のために、溶融ガラスは、２つの流れるガラスフイルムとして、延伸用タンクの外面を下方に流れる。延伸用タンクのこれらの外面は、延伸用タンクの下の縁で接合するように、下方かつ内側に延在する。２つの流れるガラスフイルムがこの縁で結合し、融合して、１つの流れるガラス物品を形成する。このフュージョンドロー法は、通路を越えて流れる２つのガラスフイルムが互いに融合するので、結果として得られるガラス物品の外面のいずれも、この装置のどの部分とも接触しないという利点を提供する。それゆえ、フュージョンドロー法により形成されたガラス物品の表面特性は、そのような接触による影響を受けない。
【００５０】
スロットドロー法は、フュージョンドロー法とは異なる。スロットドロー法において、溶融原料ガラスが延伸用タンクに供給される。この延伸用タンクの底部には開放スロットがあり、このスロットは、長手方向に延在するノズルを備えている。溶融ガラスは、スロット／ノズルを通って流れ、連続物品として下方に、徐冷領域へと延伸される。
【００５１】
ガラス物品（フロート法またはダウンドロー法により形成されたか否かにかかわらず）は、一旦形成されたら、強化ガラス物品を形成するために強化されることがある。ここに用いたように、「強化ガラス物品」という用語は、例えば、ガラス物品の表面にあるより小さいイオンをより大きいイオンにイオン交換することにより、化学強化されたガラス物品を称することがある。いくつかの実施の形態において、熱強化(thermal tempering)、または圧縮応力領域と中央張力領域を形成するためのガラス物品の部分間の熱膨張係数の不一致の使用などの、当該技術分野に公知の他の強化方法を利用して、強化ガラス物品を形成してもよい。
【００５２】
ガラス物品の１つ以上の実施の形態を化学強化するために使用されるイオン交換法において、ガラス物品の表面層中のイオンが、同じ価数または酸化状態を持つより大きいイオンと置換−すなわち交換−される。それらの実施の形態において、ガラス物品の表面層中のイオンおよびより大きいイオンは、Ｌｉ+（ガラス中に存在する場合）、Ｎａ+、Ｋ+、Ｒｂ+、およびＣｓ+などの一価のアルカリ金属陽イオンである。あるいは、ガラス物品の表面中の一価の陽イオンは、Ａｇ+などの、アルカリ金属陽イオン以外の一価の陽イオンと置換されてもよい。
【００５３】
イオン交換法は、一般に、ガラス物品を、そのガラス物品中のより小さいイオンと交換すべきより大きいイオンを含有する溶融塩浴中に浸漬することによって行われる。以下に限られないが、浴の組成および温度、浸漬時間、（１つまたは複数の）塩浴中にガラスを浸漬する回数、多数の塩浴の使用、徐冷や洗浄などの追加の工程を含む、イオン交換法のパラメータは、一般に、ガラス物品の組成並びにその強化操作から生じるガラス物品の所望の層の深さおよび圧縮応力により決まることが当業者に認識されるであろう。一例として、ここに記載されたガラス物品のイオン交換は、以下に限られないが、より大きいアルカリ金属イオンの硝酸塩、硫酸塩、および塩化物などの塩を含有する、少なくとも１つの溶融塩浴中の浸漬によって行われることがある。溶融塩浴の温度は、一般に、約３８０℃から約４５０℃までの範囲にあり、一方で、浸漬時間は約１５分から約４０時間に及ぶ。しかしながら、先に記載されたのとは異なる温度および浸漬時間を使用してもよい。
【００５４】
その上、複数回の浸漬の間に洗浄および／または徐冷工程が行われる、ガラス物品が多数のイオン交換浴中に浸漬されるイオン交換法の非限定的例が、ガラス物品が、異なる濃度の塩浴中の多数の連続したイオン交換処理における浸漬により強化される、２００８年７月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／０７９９９５号からの優先権を主張する、「Glass with Compressive Surface for Consumer Applications」と題する、Douglas C. Allan等により２００９年７月１０日に出願された米国特許出願第１２／５００６５０号；およびガラス物品が、流出イオンにより希釈された第１の浴中のイオン交換と、それに続く第１の浴よりも流出イオンの濃度が低い第２の浴中の浸漬により強化される、２００８年７月２９日に出願された、米国仮特許出願第６１／０８４３９８号からの優先権を主張する、「Dual Stage Ion Exchange for Chemical Strengthening of Glass」と題する、２０１２年１１月２０に発行された、Christopher M.Lee等の米国特許第８３１２７３９号に記載されている。米国特許出願第１２／５００６５０号明細書および米国特許第８３１２７３９号明細書の内容が、ここに全体として引用される。
【００５５】
ここに述べたように、ガラスの強化程度は、中央張力ＣＴ、圧縮応力ＣＳおよび層の深さＤＯＬのパラメータに基づいて定量化されることがある。ガラス物品内の圧縮応力層に隣接する内部領域について計算される中央張力ＣＴは、圧縮応力ＣＴ、厚さｔ、およびＤＯＬから計算することができる。圧縮応力および層の深さは、当該技術分野に公知の手段を使用して測定される。そのような手段としては、以下に限られないが、株式会社ルケオ（日本国、東京都所在）により製造されているＦＳＭ−６０００などの市販の装置を使用した表面応力（ＦＳＭ）の測定が挙げられ、圧縮応力および層の深さを測定する方法が、その内容がここに全体として引用される、「Standard Specification for Chemically Strengthened Flat Glass」と題する、ＡＳＴＭ  １４２２Ｃ−９９、および「Standard Test Method for Non-Destructive Photoelastic Measurement of Edge and Surface Stresses in Annealed, Heat-Strengthened, and Fully-Tempered Flat Glass」と題する、ＡＳＴＭ  １２７９．１９７７９に記載されている。表面応力測定は、ガラス物品の複屈折に関連する、応力光学係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依存する。次に、ＳＯＣは、両方とも、その内容がここに全体として引用される、「Standard Test Method for Measurement of Glass Stress-Optical Coefficient」と題する、ＡＳＴＭ基準Ｃ７７０−９８（２００８）に記載されている、ファイバおよび４点曲げ方法、およびバルクシリンダ法(bulk cylinder method)などの当該技術分野に公知の方法によって測定される。ＣＳと中央張力ＣＴとの間の関係が、式（１）：
ＣＴ＝（ＣＳ・ＤＯＬ）／（ｔ−２ＤＯＬ）      （１）
により与えられ、式中、ｔは、ガラス物品のマイクロメートル（μｍ）で表される厚さである。本開示の様々な部分において、中央張力ＣＴおよび圧縮応力ＣＴは、ここではメガパスカル（ＭＰａ）で表され、厚さｔはマイクロメートル（μｍ）またはミリメートル（ｍｍ）で表され、層の深さＤＯＬはマイクロメートル（μｍ）で表されている。
【００５６】
１つの実施の形態において、強化ガラス物品は、２５０ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、例えば、４００ＭＰａ以上、４５０ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、５５０ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、６５０ＭＰａ以上、７００ＭＰａ以上、７５０ＭＰａ以上または８００ＭＰａ以上の表面または平均圧縮応力を有し得る。強化ガラス物品は、１０μｍ以上、１５μｍ以上、２０μｍ以上（例えば、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍ以上）の圧縮層の深さおよび／または１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上、４０ＭＰａ以上（例えば、４２ＭＰａ、４５ＭＰａ、または５０ＭＰａ以上）であるが、１００ＭＰａ未満（例えば、９５、９０、８５、８０、７５、７０、６５、６０、５５ＭＰａ以下）の中央張力を有することがある。１つ以上の特定の実施の形態において、強化ガラス物品は、以下の内の１つ以上を有する：５００ＭＰａ超または７００ＭＰ以上の圧縮応力、１５μｍ超または３０μｍ以上の圧縮層の深さ（ガラス物品の表面からガラス物品中に延在する）、および１８ＭＰａ超の中央張力。
【００５７】
１つの例において、強化ガラス物品は、７００ＭＰａ以上（例えば、７７５ＭＰａ、８００ＭＰａ、８２５ＭＰａ、８５０ＭＰａ、９００ＭＰａなど）のＣＳ、および約３０μｍ以上（例えば、３２μｍ、３４μｍ、３６μｍ、３８μｍ、４０μｍ、４２μｍ、４４μｍ、４６μｍ、４８μｍ、５０μｍ以上）の、ガラス物品の表面からガラス物品中に延在するＤＯＬを有する。１つ以上の特定の実施の形態において、その圧縮応力層は、強化ガラス物品を約４時間以下、３時間以下、またさらには２時間以下に亘りイオン交換することによって形成される。
【００５８】
別の例において、強化ガラス物品は、６５０ＭＰａ以上（例えば、６７５ＭＰａ、７００ＭＰａ、７２５ＭＰａ、７５０ＭＰａ、７７５ＭＰａ、８００ＭＰａ）のＣＳ、および約４０μｍ以上（例えば、４２μｍ、４４μｍ、４６μｍ、４８μｍ、５０μｍ、５２μｍ、５４μｍ、５６μｍ、５８μｍ、６０μｍ以上）の、ガラス物品の表面からガラス物品中に延在するＤＯＬを有する。１つ以上の特定の実施の形態において、その圧縮応力層は、強化ガラス物品を約８時間以下、約７時間以下、約６時間以下、またさらには５時間以下に亘りイオン交換することによって形成される。
【００５９】
さらに別の例において、強化ガラス物品は、６５０ＭＰａ以上（例えば、６７５ＭＰａ、７００ＭＰａ、７２５ＭＰａ、７５０ＭＰａ、７７５ＭＰａ、８００ＭＰａ）のＣＳ、および約５０μｍ以上（例えば、５２μｍ、５４μｍ、５６μｍ、５８μｍ、６０μｍ、６２μｍ、６４μｍ、６６μｍ、６８μｍ、７０μｍ以上）の、ガラス物品の表面からガラス物品中に延在するＤＯＬを有する。１つ以上の特定の実施の形態において、その圧縮応力層は、強化ガラス物品を約１６時間未満、１５時間以下、１４時間以下、１３時間以下、またさらには１２時間以下に亘りイオン交換することによって形成される。
【００６０】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス物品は、少なくとも８ｋｇｆ（約７８Ｎ）のビッカース押込み亀裂発生荷重を示す。１つの例において、ガラス物品は、少なくとも９ｋｇｆ（約８８Ｎ）、１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）、１１ｋｇｆ（約１０８Ｎ）、１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）、１３ｋｇｆ（約１２７Ｎ）、１４ｋｇｆ（約１３７Ｎ）、１５ｋｇｆ（約１４７Ｎ）、１６ｋｇｆ（約１５７Ｎ）、１７ｋｇｆ（約１６７Ｎ）、１８ｋｇｆ（約１７６Ｎ）、１９ｋｇｆ（約１８６Ｎ）または２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲のビッカース押込み亀裂発生荷重を示す。いくつかの実施の形態において、ビッカース押込み亀裂発生荷重は、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約９ｋｇｆ（約８８Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約１０ｋｇｆ（約９８Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約１１ｋｇｆ（約１０８Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約１３ｋｇｆ（約１２７Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約１４ｋｇｆ（約１３７Ｎ）から約２０ｋｇｆ（約１９６Ｎ）、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約１９ｋｇｆ（約１８６Ｎ）、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約１８ｋｇｆ（約１７６Ｎ）、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約１７ｋｇｆ（約１６７Ｎ）、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約１６ｋｇｆ（約１５７Ｎ）、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約１５ｋｇｆ（約１４７Ｎ）、約８ｋｇｆ（約７８Ｎ）から約１４ｋｇｆ（約１３７Ｎ）の範囲、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲にあることがある。
【００６１】
１つ以上の実施の形態によるガラス物品は、約１００μｍから５ｍｍに及ぶ厚さを有し得る。例示のガラス物品の厚さは、１００μｍから５００μｍに及び、例えば、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍまたは５００μｍである。さらなる例示のガラス物品の厚さは、５００μｍから１０００μｍに及び、例えば、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍまたは１０００μｍである。必要に応じて、ガラス物品は、１ｍｍ超、例えば、約２、３、４、または５ｍｍの厚さを有することがある。１つ以上の特定の実施の形態において、ガラス物品は、２ｍｍ以下または１ｍｍ未満の厚さを有することがある。
【００６２】
１つ以上の実施の形態において、前記ガラス物品は、ここに記載されたガラス組成物を含む層を備えることがある。特定の実施の形態において、その層は、ガラス物品と一体である、および／またはガラス物品の表面層として特徴付けられることがある。そのガラス物品の残りは、前記表面層とは異なる組成を有してもよい。表面層は、ガラス物品の１つ以上の表面上に存在してもよい。例えば、ガラス物品１００がガラス板の形状である、図１に示されるように、表面層２００は、ガラス物品の一方または両方の主面（１１０、１２０）に存在することがある。あるいは、図２に示されるように、表面層２１０は、ガラス物品の一方または両方の副面（１３０、１４０）に存在してもよい。図３に示されるように、ガラス物品の全表面が、表面層２００、２１０を備えてもよい。１つ以上の実施の形態において、表面層は、ガラス物品の少なくとも１つの表面（１１０、１２０、１３０、１４０）からガラス物品中に延在する、少なくとも１００ｎｍの厚さを有することがある。いくつかの実施の形態において、表面層の厚さは、少なくとも約１１０ｎｍ、少なくとも約１２０ｎｍ、少なくとも約１３０ｎｍ、少なくとも約１４０ｎｍ、少なくとも約１５０ｎｍ、少なくとも約１６０ｎｍ、少なくとも約１７０ｎｍ、少なくとも約１８０ｎｍ、少なくとも約１９０ｎｍ、少なくとも約２００ｎｍ、少なくとも約２５０ｎｍ、少なくとも約３００ｎｍ、少なくとも約３５０ｎｍ、少なくとも約４００ｎｍ、少なくとも約５００ｎｍ、少なくとも約６００ｎｍ、少なくとも約７００ｎｍ、少なくとも約８００ｎｍ、少なくとも約９００ｎｍ、少なくとも約１μｍ、並びにそれらの間の全ての範囲および部分的な範囲であることがある。
【００６３】
表面層２００の厚さは、ガラス物品上にそれが堆積された全ての表面で同じであってよい（例えば、図１および２）、または表面層２１０の厚さは、ガラス物品の他の表面上の他の表面層２００の厚さと異なってもよい（図３に示すように）。１つ以上の実施の形態において、ガラス物品の表面層は、ここに記載されたように、化学強化されていることがある。１つ以上の特定の実施の形態において、ガラス物品の表面層および他の部分は、ここに記載されたように、化学強化されていることがある。
【００６４】
本開示の第３の態様は、ガラス物品を形成する方法に関する。１つ以上の実施の形態において、この方法は、その他の点でここに記載されたように、ガラス組成物を含むバッチを溶融する工程、およびダウンドロー法（例えば、フュージョン法またはスロットドロー法）もしくはフロート法により、溶融したバッチでガラス物品を形成する工程を有してなる。１つ以上の実施の形態において、その方法は、ガラス物品にイオン交換処理を施すことによりガラス物品を強化して、強化ガラス物品を形成する工程をさらに有する。１つ以上の実施の形態において、その方法は、１６時間未満に亘りガラス物品にイオン交換処理を施す工程を有する。特定の実施の形態において、結果として得られた強化ガラス物品は、圧縮応力層の厚さに沿って測定して、少なくとも約７００ＭＰａのＣＳを示す。別の特定の実施の形態において、その強化ガラス物品は、少なくとも約５０μｍの層の深さで、ガラス物品の表面からガラス物品中に延在する圧縮応力層を備えている。
【００６５】
ガラス組成物およびガラス物品（イオン交換されていることがある）の特徴付け
本開示の態様および／または実施の形態によるガラス組成物の粘度は、ＡＳＴＭ  Ｃ９６５−９６（およびその成果、ここに全て引用する）「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Above the Softening Point」、ＡＳＴＭ  Ｃ１３５１Ｍ−９６（およびその成果、ここに全て引用する）「Standard Test Method for Measurement of Viscosity of Glass Between 10E4 Pa・s and 10E8 Pa・s by Viscous Compression of a Solid Right Cylinder」、およびＡＳＴＭ  Ｃ１３５０Ｍ−９６（およびその成果、ここに全て引用する）「Standard Practice for Measuring Viscosity of Glass Between Softening Point and Annealing Range (Approximately 10E8 Pa・s to Approximately 10E13 Pa・s)」（米国、ペンシルベニア州、コンショホッケン所在のＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に記載されたものなどの、当業者に公知の方法によるものであり得る。
【００６６】
本開示の態様および／または実施の形態によるガラス組成物の徐冷点および歪み点は、ＡＳＴＭ  Ｃ５９８（およびその成果、ここに全て引用する）「Standard Test Method for Annealing Point and Strain Point of Glass by Beam Bending」（米国、ペンシルベニア州、コンショホッケン所在のＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に記載されたものなどの、当業者に公知の方法によるものであり得る。
【００６７】
本開示の態様および／または実施の形態によるガラス物品の表面を特徴付けるために測定された元素プロファイルは、電子マイクロプローブ（ＥＭＰ）；Ｘ線フォトルミネセンス分光法（ＸＰＳ）；二次イオン質量分析法などの、当業者に公知の解析技法によって決定した。
【００６８】
イオン交換済みガラス物品の表面層内の圧縮応力（σs）、平均表面圧縮（ＣＳavg）、および層の深さ（ＤＯＬ）は、両方とも日本国東京都所在の株式会社ルケオおよび／または有限会社折原製作所から入手できる市販の表面応力計のモデルＦＳＭ−３０、ＳＦＭ−６０、ＦＳＭ−６０００ＬＥ、ＦＳＭ−７０００Ｈ・・・（例えば、下記の全てをここに引用する、http://www.orihara-ss.co.jp/catalog/fsm/fsm-30-Ecat.pdfのＦＳＭ−３０表面応力計カタログＦＳ−００１３Ｅ；http://www.luceo.co.jp/english/pdf/FSM-60LE%20Ecat.pdfのＦＳＭ−６０表面応力計カタログＦＳ−００１３Ｅ；http://www.luceo.co.jp/english/pdf/FSM-6000LE%20Ecat.pdfのＦＳＭ−６０００ＬＥ表面応力計カタログ２００９年４月改訂版；http://www.luceo.co.jp/catalog/catalog-pdf/FSM-7000H_cat.pdfのＦＳＭ−７０００Ｈ表面応力計カタログＦＳ−００２４、２００９年８月版；http://www.orihara-ss.co.jp/data/literature01/A034.pdfのT. Kishii, “Surface Stress Meters Utilising the Optical Waveguide Effect of Chemically Tempered Glasses,” Optics & Lasers in Engineering 4 (1983) 25-38頁；およびhttp://www.orihara-ss.co.jp/data/literature01/A001.pdfのK. Kobayashi et al., “Chemical Strengthening of Glass and Industrial Application,”[昭和52年(1977年)], 109-112頁を参照のこと）などの従来の光学技術および装置を使用して都合よく測定することができる。
【００６９】
本開示の態様および／または実施の形態によるガラス組成物のヤング率、剛性率、およびポアソン比は、ＡＳＴＭ  Ｃ１２５９（およびその成果、ここに全て引用する）「Standard Test Method for Dynamic Young’s Modulus, Shear Modulus, and Poisson’s Ratio for Advanced Ceramics by Impulse Excitation of Vibration」（米国、ペンシルベニア州、コンショホッケン所在のＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に記載されたものなどの、当業者に公知の方法により特徴付けることができる。
【００７０】
本開示の態様および／または実施の形態によるガラス組成物およびガラス物品の熱膨張係数（ＣＴＥ）は、ＡＳＴＭ  Ｅ２２８（およびその成果、ここに全て引用する）「Standard Test Method for Linear Thermal Expansion of Solid Materials with a Push-Rod Dilatometer」（米国、ペンシルベニア州、コンショホッケン所在のＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）に記載されたものなどの、当業者に公知の方法によって特徴付けることができる。
【実施例】
【００７１】
様々な実施の形態を、以下の実施例によってさらに明白にする。それらの実施例は、本開示をそれらに限定することは決して意図されていない。
【００７２】
個々の成分の合計が１００であるか、または１００に非常に近いので、全ての実用目的にとって、報告された値は、モル％を表すと考えてよい。実際のガラス組成物のバッチ成分は、他のバッチ成分と一緒に溶融されたときに、適切な比率で所望の酸化物に転化される、酸化物もしくは他の化合物いずれかのどのような材料を含んでもよい。
【００７３】
実施例１〜２０
表Ｉに列挙された例示のガラス組成物１〜２０は、原料のバッチを使用して白金製坩堝内で製造した。配合された原料バッチを収容する各坩堝を、１５７５℃〜１６５０℃に予熱した炉に入れ、配合された原料バッチを溶融し、精製し、溶融ガラス組成物を製造した。
【００７４】
【表１−１】
0006725416.tif 000002
【００７５】
【表１−２】
0006725416.tif 000003
【００７６】
【表１−３】
0006725416.tif 000004
【００７７】
【表１−４】
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【００７８】
表Ｉに列挙されたガラス組成物を、Ｘ線蛍光発光（ＸＲＦ）により分析した。徐冷点、歪み点および軟化点をファイバ延伸により決定した。密度を浮力法により決定した。各熱膨張係数（ＣＴＥ）値は、室温と３００℃の間の平均値である。各ガラス組成物の弾性率を共鳴超音波スペクトロスコピーにより決定した。応力光学係数（ＳＯＣ）値は、直径圧縮法により決定した。液相線温度測定値は、７２時間の試験に基づいて報告した。
【００７９】
ガラス組成物１〜９を各々９つのガラス物品サンプルに成形し、それらガラス物品サンプルを、表２に示された期間に亘り、温度が約４１０℃の塩浴中に浸漬することによって、イオン交換過程を行った。ガラス物品サンプルのイオン交換特性は、ＦＳＭ測定を使用して決定した。ガラス組成物１３およびガラス組成物１６から２０は、フュージョン法をシミュレーションするために各々６つのガラス物品サンプルをより高い温度でフィクチベーションした(fictivated)。ガラス１３およびガラス１６から２０から形成したガラス物品サンプルに、表３に示されるように、２時間、４時間、８時間および１６時間に亘り４１０℃で塩浴中においてイオン交換過程を行った。ガラス物品の圧縮応力（ＣＳ）および層の深さ（ＤＯＬ）は、精製グレードのＫＮＯ3を含む塩浴中でのフュージョンドローした（ガラス組成物１〜９）またはフィクチベーションした（ガラス組成物１３およびガラス組成物１６から２０）サンプルの処理の結果として得た。各ガラス物品サンプルのＣＳおよびＤＯＬが、それぞれ、ＭＰａおよびμｍの単位で表２および３に列挙されている。ガラス組成物１〜９に基づくガラス物品サンプルについて、ＣＳおよびＤＯＬは、平均値として列挙されており、これらは、ＳＯＣおよびＲＩ（屈折率を１．５と仮定する）に対して補正された。ガラス組成物１３、１６から２０に基づくフィクチベーションしたガラス物品サンプルについて、ＳＯＣ＝３．１８およびＲＩ＝１．５と仮定して、ＣＳおよびＤＯＬが列挙されている。
【００８０】
【表２−１】
0006725416.tif 000006
【００８１】
【表２−２】
0006725416.tif 000007
【００８２】
【表３】
0006725416.tif 000008
【００８３】
１３００℃でのガラス組成物１〜９の粘度が、図４に示されている。図５は、ガラス組成物１〜９から成形されたガラス物品に、表示された期間に亘り同じイオン交換過程を施した後の、ＣＳおよびＤＯＬをプロットしている。
【００８４】
図６は、ガラス組成物１〜９に基づくガラス物品について５０μｍのＤＯＬを達成するために必要なイオン交換過程の期間を示している。図６に示されるように、ガラス組成物１〜９に基づくガラス物品の全ては、１０時間以下で少なくとも５０μｍのＤＯＬを達成している。図７は、５０μｍのＤＯＬでのガラス組成物１〜９に基づくガラス物品についてのＣＳを示している。図８は、ガラス組成物１〜９に基づくガラス物品についての押込み破砕閾値の下限を示している。ガラス物品についての押込み破砕閾値は、ガラス組成物１〜６に基づくガラス物品を８時間に亘り４１０℃でイオン交換した後およびガラス組成物７〜９に基づくガラス物品を１６時間に亘り４１０℃でイオン交換した後に測定した。
【００８５】
実施例２１〜３２
表ＩＶに列挙された例示のガラス組成物２１〜３２は、原料のバッチを使用して白金製坩堝内で製造した。配合された原料バッチを収容する各坩堝を、１５７５℃〜１６５０℃に予熱した炉に入れ、配合された原料バッチを溶融し、精製し、溶融ガラス組成物を製造した。
【００８６】
【表４−１】
0006725416.tif 000009
【００８７】
【表４−２】
0006725416.tif 000010
【００８８】
ガラス組成物２１〜３２を各々１２個のガラス物品サンプルに成形し、それらガラス物品サンプルを塩浴中に浸漬することによって、イオン交換過程を行った。ガラス組成物２１〜２６から成形したガラス物品サンプルに使用した塩浴は、ＫＮＯ3を含んだ。ガラス組成物２７〜３２から成形したガラス物品サンプルに使用した塩浴は、表４に示されるように、ＫＮＯ3塩浴またはＫＮＯ3およびＮａＮＯ3の９０：１０の混合物を含む塩浴のいずれかであった。
【００８９】
実施例３３〜７９
表Ｖに列挙された例示のガラス組成物３３〜７９は、原料のバッチ（「バッチ配合モル％」として示されている）を使用して白金製坩堝内で製造した。配合された原料バッチを収容する各坩堝を、１５７５℃〜１６５０℃に予熱した炉に入れ、配合された原料バッチを溶融し、精製し、溶融ガラス組成物を製造した。結果として得られたガラス組成物は、他の属性と共に、表Ｖに「分析モル％」として示されている。ガラス組成物３３〜７９を成形し、それらガラス物品サンプルを１時間に亘り、温度が約４１０℃のＫＮＯ3の塩浴中に浸漬することによって、イオン交換過程を行った。ＣＳおよびＤＯＬの測定値も、表Ｖに示されている。
【００９０】
【表５−１】
0006725416.tif 000011
【００９１】
【表５−２】
0006725416.tif 000012
【００９２】
【表５−３】
0006725416.tif 000013
【００９３】
【表５−４】
0006725416.tif 000014
【００９４】
【表５−５】
0006725416.tif 000015
【００９５】
【表５−６】
0006725416.tif 000016
【００９６】
【表５−７】
0006725416.tif 000017
【００９７】
【表５−８】
0006725416.tif 000018
【００９８】
【表５−９】
0006725416.tif 000019
【００９９】
【表５−１０】
0006725416.tif 000020
【０１００】
【表５−１１】
0006725416.tif 000021
【０１０１】
【表５−１２】
0006725416.tif 000022
【０１０２】
【表５−１３】
0006725416.tif 000023
【０１０３】
【表５−１４】
0006725416.tif 000024
【０１０４】
本発明の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。
【符号の説明】
【０１０５】
１００    ガラス物品
１１０、１２０    主面
２００、２１０    表面層
１３０、１４０    副面
【図１】
0006725416.tif 000025
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0006725416.tif 000029
【図６】
0006725416.tif 000030
【図７】
0006725416.tif 000031
【図８】
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