(57)【要約】【課題】数十枚〜数百枚を一度に、破壊することなく、安定した品質の化学強化ガラスを製造できる方法はなかった。【解決手段】予熱開始と予熱終了温度との差が１００〜２７０℃の予熱工程と、冷却開始と冷却終了温度との差が１８０〜３８０℃の冷却工程を有する化学強化ガラスの製造方法である。また、予熱開始温度は化学強化処理液温度よりも１５０〜２５０℃低く、予熱終了温度は（化学強化処理液温度−５０℃）〜（化学強化処理液温度＋２０℃）、冷却開始温度は化学強化処理液温度〜（化学強化処理液温度−１００℃）、冷却終了温度は大気温度＋（１００℃〜２００℃）、ソーダライムガラスでの化学強化処理液温度は４５０〜５１０℃とする化学強化ガラスの製造方法である。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学強化ガラスを製造する場合において、予熱開始温度と予熱終了温度との差が１００℃以上２７０℃以下である予熱工程と、冷却開始温度と冷却終了温度との差が１８０℃以上３８０℃以下である冷却工程を有することを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
【請求項２】
予熱開始温度を化学強化処理液温度よりも１５０〜２５０℃低くし、予熱終了温度を（化学強化処理液温度−５０℃）〜（化学強化処理液温度＋２０℃）とすることを特徴とする請求項１に記載の化学強化ガラスの製造方法。
【請求項３】
冷却開始温度を化学強化処理液温度〜（化学強化処理液温度−１００℃）、冷却終了温度を（大気温度＋１００℃）〜（大気温度＋２００℃）とすることを特徴とする請求項１に記載の化学強化ガラスの製造方法。
【請求項４】
ソーダライムガラスの場合、化学強化処理液温度を実質的に４５０〜５１０℃とすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の化学強化ガラスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数十枚〜数百枚の化学強化ガラスを一度に生産できる製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
省資源・省エネルギーの観点あるいは社会的なニーズの変化から、強化ガラスの薄板化や強化度アップが進んでいる。一般的に用いられている風冷強化法では、３ｍｍ以下、特に２ｍｍ以下の板厚をもったガラスの生産が難しいことから、２ｍｍ以下のガラスでは、化学強化法が多く用いられている。また、化学強化ガラスは一般的に風冷法による強化ガラスよりも高い強度を得ることができるという特徴も、市場に受け入れられている大きな理由である。
【０００３】
化学強化ガラスの製造方法としては、種々の方法が考えられている。例えば、小さなイオン半径の原子を大きなイオン半径の原子に置き換える方法、ガラスの粘性流動を利用して大きなイオン半径の原子を小さなイオン半径の原子に置き換える方法、熱膨張率の差を利用する方法、結晶を晶出させる方法、上述の方法を組み合わせる方法など、多くの方法がある。一般に、ソーダ・ライム系ガラスでは小さなイオン半径の原子を大きなイオン半径の原子に置き換える方法が数多く用いられ、その中でも、多くの化学強化ガラスは化学強化処理槽中に浸漬する、いわゆる浸漬法で製造されている。すなわち、ガラスを高温の化学強化処理液、例えば硝酸カリウム溶液中に浸積し、ガラス中のナトリウムイオンを硝酸カリウム中のカリウムイオンと置換することにより、表層に圧縮応力層を形成する。また、ガラス中にリチウムを含む場合の化学強化処理液としては、硝酸ナトリウム、または硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合塩が多用される。
【０００４】
浸漬法で化学強化ガラスを製造する場合、例えば、風冷法による強化ガラスを製造する場合と比較すると、その処理に多くの時間を要し、コスト高となる問題がある。このため、少しでも生産性を上げるよう、種々の工夫がなされている。ガラスを化学強化処理槽の中で移動させるタイプでは、その移動速度を上げるための工夫が、ガラスを化学強化処理槽の中で移動させないバッチタイプでは一回当たりの生産量を増やすことが検討されている。
【０００５】
しかし、生産性を上げることは容易ではない。ガラスを化学強化処理槽の中で移動させるタイプではその移動速度の増大に、バッチタイプではその処理量に限界がある。特に、バッチタイプでは、一回当たりの処理量を増やすと、ガラスの浸漬時および化学強化処理槽からの引き上げ時に多くのガラスが破壊するという問題が発生する。
【０００６】
公知技術をみれば、例えば、ハードディスクドライブの化学強化に関し、その工程が詳細に述べられている（例えば、特許文献１参照）。それをまとめると、
１）予備加熱槽での予備加熱（０．５〜２時間程度かけて３８０〜５００℃に昇温）
２）硝酸カリウム又は硝酸ナトリウムの溶融塩溶液での化学強化処理（０．５〜６時間程度）
３）送風冷却槽での冷却（５〜２５ｍ３／分の冷却風で面内温度差が５℃以内で溶融塩溶液の融点以下たる室温まで強制冷却）
のようになる。
【０００７】
さらに、公知技術をみれば、例えば、弗酸溶液とオゾン雰囲気下での紫外線照射による小突起を除去する磁気ディスク用ガラス基板の製造方法および磁気ディスク基板（例えば、特許文献２参照）の中では、リチウムの入ったガラスを２５０℃で予熱することが述べられている。
【０００８】
また、ガラス基板の歪点以下１５０〜２００℃の温度範囲で再加熱するガラス基板強化処理方法（例えば、特許文献３参照）の中でも、化学強化方法に関する記述がある。ここでは、溶融塩溶液温度（ガラス基板の歪点よりも５０〜１００℃低い温度）近くまで、１０〜６０分かけて徐々に温度上昇されて、加熱炉から１〜２分後に浸漬槽に入れる方法が紹介されている。また、浸漬槽から取り出された後、５分かけてほぼ２００℃まで大気中に放冷された後に再び加熱炉に入れられて再加熱する手法が述べられている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３４４５５０号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開２００１−１９５７３２号公報
【００１１】
【特許文献３】
特開２０００−３４４５４９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
数十枚〜数百枚の化学強化ガラスを一度に生産しようとしても、簡単にはできない。特に、例えば２００ｍｍｘ２００ｍｍ以上の大きなガラスを多量に処理することは難しい。その最も大きな問題はガラスの浸漬時および引き上げ時のガラス破壊である。特に、引き上げ時には、ガラス破壊が多発する傾向にある。このガラス破壊が発生すると、化学強化処理槽内にガラス断片が入り込み、化学強化ガラス製品の表面キズや化学強化ガラス製品の破壊を招く原因ともなりうる。
【００１３】
また、不適切な予熱条件下で一回当たりの生産量を増やそうとすると、化学強化処理液温度の一時的な低下を引き起こし、その温度変化により、化学強化処理が不安定になるという問題も発生する。この化学強化処理液温度の影響は、ガラス表面の圧縮応力値、圧縮応力層の厚さなど、化学強化ガラスの物性に大きく影響する。
【００１４】
特開２０００−３４４５５０号公報で示された化学強化方法は、直径６０〜１００ｍｍのハードディスクドライブを化学強化する場合である。また、特開２００１−１９５７３２号公報や特開２０００−３４４５４９号公報で開示されている技術は、３．５インチ程度の磁気ディスク基板が対象である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の化学強化ガラス製造方法によれば、例えば２００ｍｍｘ２００ｍｍ以上の大きなガラスに対しても、数十枚〜数百枚の化学強化ガラスを一度に、破壊することなく、生産できる。また、化学強化ガラスの品質も安定した供給が可能となる。
【００１６】
本発明は、化学強化ガラスを製造する場合において、予熱開始温度と予熱終了温度との差が１００℃以上２７０℃以下である予熱工程と、冷却開始温度と冷却終了温度との差が１８０℃以上３８０℃以下である冷却工程を有する化学強化ガラスの製造方法である。
【００１７】
また、予熱開始温度を化学強化処理液温度よりも１５０〜２５０℃低くし、予熱終了温度を（化学強化処理液温度−５０℃）〜（化学強化処理液温度＋２０℃）とする、また冷却開始温度を化学強化処理液温度〜（化学強化処理液温度−１００℃）、冷却終了温度を（大気温度＋１００℃）〜（大気温度＋２００℃）とする、および／またはソーダライムガラスの場合に化学強化処理液温度を実質的に４５０〜５１０℃とする化学強化ガラスの製造方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば２００ｍｍｘ２００ｍｍ以上の大きなガラスに対しても、数十枚〜数百枚の化学強化ガラス生産を一度に、生産時に破壊することなく、品質も安定した供給を行うために、開発された方法である。大きな流れとしては、
予熱工程→化学強化処理工程→冷却工程
の３工程をとる。予熱工程と冷却工程は、その予熱処理槽と冷却処理槽で行われる。その予熱処理槽および冷却処理槽は、一つの処理槽で対応しても良い。
【００１９】
その詳細としては、予熱開始温度と予熱終了温度との差が１００℃以上２７０℃以下である予熱工程と、冷却開始温度と冷却終了温度との差が１８０℃以上３８０℃以下である冷却工程を有することが必要である。
【００２０】
予熱開始温度と予熱終了温度との差が１００℃未満だと、予熱の効果が小さく、浸漬時のガラス破壊や化学強化処理温度の低下を招くという問題が発生する。予熱開始温度と予熱終了温度との差が２７０℃を超えると、予熱開始時のガラス破壊が増加する他、大掛かりな設備を必要とする、あるいは多くの予熱時間を必要とするといった問題が発生する。
【００２１】
予熱開始温度は、化学強化処理液温度よりも１５０℃低い温度と２５０℃低い温度との間とする必要がある。予熱開始温度と化学強化処理液温度の差が２５０℃よりも大きいと、予熱に時間がかかり、生産性が下がる。予熱開始温度と化学強化処理液温度の差が１５０℃よりも小さいと、予熱開始時のガラス破壊が多くなる。
【００２２】
予熱終了温度は、化学強化処理液温度よりも５０℃低い温度と化学強化処理液温度よりも２０℃高い温度との間とする必要がある。予熱終了温度と化学強化処理液温度の差が５０℃よりも大きいと、浸漬時にガラス破壊が発生する上、化学強化処理液温度が下がり、安定した製品とならない。予熱終了温度と化学強化処理液温度の差が２０℃よりも大きいと、化学強化処理液温度が上がり、安定した製品とならない。
【００２３】
冷却開始温度は、化学強化処理液温度と化学強化処理液温度よりも１００℃低い温度との間とする必要がある。化学強化処理液温度よりも高い温度では、ガラス破壊の問題は小さくなるが、ガラス変形の問題が発生し、生産性も低くなる。冷却開始温度と化学強化処理液温度の差を１００℃よりも大きくすると、冷却開始時のガラス破壊が多くなる。
【００２４】
冷却終了温度は、大気温度よりも１００℃高い温度と大気温度よりも２００℃高い温度との間とする必要がある。冷却終了温度と大気温度の差を１００℃よりも小さくしてもガラス破壊に対する効果は小さく、生産性を下げるだけである。しかし、冷却終了温度と大気温度の差を２００℃よりも大きくすると、冷却処理槽からの取り出し時にガラス破壊が発生する。
【００２５】
ソーダライムガラスの場合、化学強化処理液温度を実質的に４５０〜５１０℃とすることも重要である。化学強化処理液温度を４５０℃よりも低くすると、所定の圧縮応力層厚を得るための化学強化処理時間が多く必要となり、生産性が低くなる。化学強化処理液温度を５１０℃よりも高くすると、所定の圧縮応力すなわちガラス強度を得ることが難しくなる。望ましくは、４７０℃以上５００℃以下である。
【００２６】
【実施例】
大きな流れとしては、
予熱工程→化学強化処理工程→冷却工程
の３工程をとる。予熱工程と冷却工程は、その予熱処理槽と冷却処理槽で行われる。その予熱処理槽および冷却処理槽は、一つの処理槽で対応しても良い。以下、実施例に基づき、述べる。
【００２７】
（実施例１）
図１は予熱前のガラスセッティングを、図２は予熱開始直後および冷却終了前を、図３は予熱終了直前および冷却開始直後を、図４は化学強化処理（浸漬処理）を示す概略図である。
【００２８】
図１に示すように、ガラス処理用ラック３の中に装着されたガラス板２を、予熱処理槽１の下でセッティングした。準備したガラス板は、板厚が０．７ｍｍで３２０ｍｍｘ４５０ｍｍのソーダライムガラス、４８０枚であった。この予熱処理槽１には、予熱処理槽上部の温度測定用熱電対５と予熱処理槽下部の温度測定用熱電対６があり、予熱処理槽内の温度を測定している。
【００２９】
その後、図２に示すように、ガラス処理用ラック３の中に装着されたガラス板２を、ガラス処理用ラックの上下移動用シリンダ４で予熱処理槽１に搬入した。予熱開始温度は２３０℃であった。
【００３０】
図３に示すように、予熱工程中に、ガラス２の入った予熱処理槽１を化学強化処理槽（浸漬槽）１０の上部に移動させた。なお、化学強化処理槽１０を予熱処理槽１の下に移動させてもほぼ同様となる。予熱終了直前の温度は４９０℃であった。したがって、予熱開始温度と予熱終了温度との差は２６０℃であった。なお、予熱処理に要した時間は２０分であった。
【００３１】
化学強化処理槽１０の上にあるガラス板２を、ガラス処理用ラックの上下移動用シリンダ４により化学強化処理槽１０の中に浸漬させた。なお、予熱終了直前の温度は４９０℃であった。したがって、予熱開始温度と予熱終了温度との差は２６０℃であった。さらに、予熱開始温度と化学強化処理液温度との差は２５０℃、予熱終了温度と化学強化処理液温度との差は＋１０℃であった。
【００３２】
図４に示すように、ガラス２は化学強化処理槽１０の中に浸漬処理されている。この状態で２時間の化学強化処理を行った。化学強化処理槽１０には、化学強化処理槽上部の温度測定用熱電対７と化学強化処理槽下部の温度測定用熱電対８が設置され、化学強化処理槽１０の温度を測定している。また、化学強化処理槽１０内の温度を均一化するため、化学強化処理槽の温度均一化装置９が設置されている。今回は、化学強化処理液温度を４８０℃とした。
【００３３】
化学強化処理を行った後、ガラス処理用ラック３の中に装着されたガラス板２をガラス処理用ラックの上下移動用シリンダ４により冷却処理槽１１の中に移動させた。ここで、冷却処理槽１１は予熱処理を行った槽とは同じ処理槽でも良い。冷却開始時温度は、化学強化処理液温度と同じ４８０℃とした。以後、図３→図２→図１に示した状態で処理される。但し、図１〜３の中で述べた予熱処理槽１という表現は、冷却処理槽１１と読み替える必要がある。
【００３４】
冷却を行う中で冷却処理槽１１が移動し、図２に示される状態となり、この状態で冷却工程が終了となる。この場合、化学強化処理槽１０が移動してもほぼ同様の状態となる。冷却終了温度は２３０℃とした。大気温度が３０℃であったので、冷却終了温度は大気温度＋２００℃となる。
【００３５】
その後、冷却処理槽１１の中のガラス板２を、ガラス処理用ラック３ごと下方に移動し、図１の状態とした。このガラスを洗浄し、その品質を確認した。その結果、化学強化ガラス製品としての品質には問題がなく、１枚のガラス破壊も認められなかった。
【００３６】
（実施例２）
実施例１と同様の方法とし、以下の条件で生産した。ガラスは、板厚が０．５５ｍｍで２００ｍｍｘ２００ｍｍのソーダライムガラス、４８０枚を準備した。予熱開始温度は２５０℃、予熱終了温度は５２０℃、化学処理液温度は５００℃、冷却開始温度は５００℃、冷却終了温度は１２０℃、大気温度は２０℃であった。
【００３７】
したがって、予熱開始温度と予熱終了温度との差は２７０℃、冷却開始温度と冷却終了温度との差は３８０℃、予熱開始温度は化学処理温度−０℃、予熱終了温度は化学処理液温度＋２０℃、冷却開始温度は化学強化処理液温度−０℃、冷却終了温度は大気温度＋１００℃であった。
【００３８】
このガラスを洗浄し、その品質を確認したところ、化学強化ガラス製品としての品質には問題がなく、１枚のガラス破壊も認められなかった。
【００３９】
（実施例３）
実施例１と同様の方法とし、以下の条件で生産した。ガラスは、板厚が１．１ｍｍで３００ｍｍｘ３００ｍｍのソーダライムガラス、３６０枚を準備した。予熱開始温度は３１０℃、予熱終了温度は４１０℃、化学処理液温度は４６０℃、冷却開始温度は４１０℃、冷却終了温度は１８０℃、大気温度は３０℃であった。
【００４０】
したがって、予熱開始温度と予熱終了温度との差は１００℃、冷却開始温度と冷却終了温度との差は２３０℃、予熱開始温度は化学強化処理液温度−１５０℃、予熱終了温度は化学強化処理液温度−５０℃、冷却開始温度は化学強化処理液温度−５０℃、冷却終了温度は大気温度＋１５０℃であった。
【００４１】
このガラスを洗浄し、その品質を確認したところ、化学強化ガラス製品としての品質には問題がなく、１枚のガラス破壊も認められなかった。
【００４２】
（比較例１）
実施例１と同様の方法とし、以下の条件で生産した。ガラスは、板厚が０．７ｍｍで３２０ｍｍｘ４５０ｍｍのソーダライムガラス、４８０枚であった。予熱開始温度は２５０℃、予熱終了温度は３４０℃、化学強化処理液温度は４８０℃、冷却開始温度は４２０℃、冷却終了温度は２５０℃、大気温度は３０℃であった。
【００４３】
したがって、予熱開始温度と予熱終了温度との差は９０℃、冷却開始温度と冷却終了温度との差は１７０℃、予熱開始温度は化学強化処理液温度−２３０℃、予熱終了温度は化学強化処理液温度−１４０℃、冷却開始温度は大気温度＋３９０℃、冷却終了温度は大気温度＋２２０℃であった。このガラスを取り出したところ、８枚のガラス破壊が確認された。
【００４４】
（比較例２）
実施例１と同様の方法とし、以下の条件で生産した。ガラスは、板厚が１．１ｍｍで３００ｍｍｘ３００ｍｍのソーダライムガラス、３６０枚を準備した。予熱開始温度は２３０℃、予熱終了温度は５２０℃、化学強化処理液温度は５００℃、冷却開始温度は５２０℃、冷却終了温度は１００℃、大気温度は２０℃であった。
【００４５】
したがって、予熱開始温度と予熱終了温度との差は２９０℃、冷却開始温度と冷却終了温度との差は４２０℃、予熱開始温度は化学強化処理液温度−２７０℃、予熱終了温度は化学強化処理液温度＋２０℃、冷却開始温度は化学強化処理液温度２０＋℃、冷却終了温度は大気温度＋８０℃であった。
【００４６】
このガラスを洗浄し、その品質を確認したところ、化学強化ガラス製品として圧縮応力値が小さく、ガラスの変形も問題となった。また、結果として生産に多くの時間を要した。
【００４７】
（比較例３）
実施例１と同様の方法とし、以下の条件で生産した。ガラスは、板厚が１．１ｍｍで３００ｍｍｘ３００ｍｍのソーダライムガラス、３６０枚を準備した。予熱開始温度は２３０℃、予熱終了温度は５３０℃、化学強化処理液温度は５３０℃、冷却開始温度は５３０℃、冷却終了温度は１００℃、大気温度は２０℃であった。
【００４８】
この場合、得られた化学強化ガラスの圧縮応力値は実施例１の半分以下であり、化学強化ガラスとしても問題があった。
【００４９】
以上の結果から示されるように、本発明の化学強化ガラス製造装置によれば、数十枚〜数百枚の化学強化ガラスを一度に、破壊することなく、生産できる。また、化学強化ガラスの品質も安定した供給が可能となる。
【００５０】
【発明の効果】
数十枚〜数百枚の化学強化ガラスを一度に、破壊することなく、生産できる上、品質が安定した化学強化ガラスの供給が可能となる。建築用、電子材料用および自動車用など、化学強化ガラスが用いられている多くの分野での生産性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の化学強化ガラス製造方法における、ガラスセッティングを示す概略図である。
【図２】本発明の化学強化ガラス製造方法における、予熱開始直後および冷却終了前を示す概略図である。
【図３】本発明の化学強化ガラス製造方法における、予熱終了直前および冷却開始直後を示す概略図である。
【図４】本発明の化学強化ガラス製造方法における、化学強化処理（浸漬処理）を示す概略図である。
【符号の説明】
１  予熱処理槽
２  ガラス板
３  ガラス処理用ラック
４  ガラス処理用ラックの上下移動用シリンダ
５  予熱処理槽上部の温度測定用熱電対
６  予熱処理槽下部の温度測定用熱電対
７  化学強化処理槽上部の温度測定用熱電対
８  化学強化処理槽下部の温度測定用熱電対
９  化学強化処理槽の温度均一化装置
１０  化学強化処理槽（浸漬槽）
１１  冷却処理槽
１２  冷却処理槽上部の温度測定用熱電対
１３  冷却処理槽下部の温度測定用熱電対
【図１】
2004161537.tif 000002
【図２】
2004161537.tif 000003
【図３】
2004161537.tif 000004
【図４】
2004161537.tif 000005