(57)【要約】【課題】十分なイオン強化が可能なガラス板を提供する。【解決手段】ガラス板１は、表層１ａ，１ｂにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層１ｃにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差が、１．０質量％以下である。【選択図】図１
2013086989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差が、１．０質量％以下である、ガラス板。
【請求項２】
前記ガラス板の厚みが０．５ｍｍ〜１．４ｍｍである、請求項１に記載のガラス板。
【請求項３】
表面が未研磨である、請求項１または２に記載のガラス板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス板の表層がイオン強化されてなる、強化ガラス板。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス板の製造方法であって、
表層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差が、１．０質量％以下となるように溶融及び成形を行う、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、ガラス板、その製造方法及び強化ガラス板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などのタッチパネルなどとして、厚みの薄い強化ガラス板が用いられている。強化ガラス板は、ガラス板の表層に圧縮応力層が形成されたものである。この圧縮応力層によりガラス板の強度が高められている。
【０００３】
ガラス板の表層に圧縮応力層を形成する方法としては、例えば、イオン強化法が挙げられる。イオン強化法では、ガラス板の表層でイオン交換が行われることにより、圧縮応力層が形成される。イオン強化法の具体例としては、ガラス板を硝酸カリウム溶融塩に浸漬することにより、ガラス板の表層に存在するＮａイオンを硝酸カリウム溶融塩中のＫイオンと交換し、圧縮応力層を形成する方法が挙げられる。
【０００４】
厚みの薄い一般的なガラス板としては、フロート法、オーバーフローダウンドロー法などにより製造されるガラス板が挙げられる。
【０００５】
フロート法では、ガラス板は、溶融した金属浴の上に浮かべられる。よって、ガラス板の金属浴側に位置する表面は、金属浴と接する。このとき、ガラス板の金属浴側に位置する表層から金属浴中にＮａイオンが移動し、ガラス板の金属浴側に位置する表層におけるＮａイオンの含有率が減少する。また、金属浴上のガラス板は、高温雰囲気下に晒される。このとき、ガラス板の金属浴とは反対側の表層からＮａ成分が揮発するため、ガラス板の金属浴とは反対側の表層におけるＮａ成分の含有率も減少する。
【０００６】
また、オーバーフローダウンドロー法によりガラス板を製造する際にも、高温となったガラス板の表層からＮａ成分が揮発するため、ガラス板の表層におけるＮａ成分の含有率は減少する。
【０００７】
従って、これらの製造方法で製造されたガラス板では、中央層に比べて両表層のＮａイオンの含有率が低くなっている。このため、ガラス板の表層には、Ｋイオンと交換できるＮａイオンが少なく、イオン強化法によってガラス板を十分に強化することができないという問題がある。
【０００８】
例えば、特許文献１には、ガラス板を硝酸ナトリウム溶融塩に浸漬し、ガラス板の表層におけるＮａ成分の含有率を上昇させた後、硝酸カリウム溶融塩に浸漬して、Ｎａ成分とＫ成分とを交換する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特公平８−１８８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ガラス板を硝酸カリウム溶融塩に浸漬する工程の前に、硝酸ナトリウム溶融塩に浸漬する工程を設ける必要があるため、通常のイオン強化法に比べて、製造工程が多くなる。よって、この方法では、強化ガラス板の製造工程が煩雑になると共に、強化ガラス板の製造コストが上昇するため好ましくない。
【００１１】
本発明は、十分なイオン強化が可能なガラス板を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のガラス板は、表層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差が、１．０質量％以下である。
【００１３】
なお、本発明において、中央層とは、ガラス板の板厚方向における中央部分に位置し、Ｎａイオンの含有率が一様である層をいう。また、本発明において、表層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率とは、ガラス板の表面を蛍光Ｘ線分析して得られた値である。
【００１４】
ガラス板の厚みは、０．５ｍｍ〜１．４ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
ガラス板の表面は、未研磨であることが好ましい。
【００１６】
本発明の強化ガラス板は、本発明のガラス板の表層がイオン強化されてなるものである。
【００１７】
本発明のガラス板の製造方法は、表層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層におけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差が、１．０質量％以下となるように溶融及び成形を行う。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、十分なイオン強化が可能なガラス板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るガラス板の略図的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る強化ガラス板の略図的断面図である。
【図３】実施例及び比較例におけるガラス板の中央層と表層のアルカリ含有量（質量％）の差と、強化ガラス板の圧縮応力値（ＭＰａ）及び圧縮応力深さ（μｍ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００２１】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００２２】
ガラス板１の表層１ａ，１ｂにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層１ｃにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差は、１．０質量％以下である。表層１ａ，１ｂにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層１ｃにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差は、０．８質量％以下であることが好ましく、０．６質量％以下であることがより好ましい。
【００２３】
ガラス板１の中央層１ｃにおけるＮａイオンの含有率は、Ｎａ２Ｏ換算で、通常４．０質量％〜２０．０質量％程度であり、８．０質量％〜１８．０質量％程度であることが好ましく、１０．０質量％〜１６．０質量％程度であることが好ましい。
【００２４】
ガラス板１の中央層１ｃにおけるＮａイオンの含有率をｘ質量％とし、ガラス板１の表層１ａ，１ｂにおけるＮａイオンの含有率をｙ質量％とした場合に、式：（ｙ／ｘ）×１００により求められる値は、通常５０．０％〜１００．０％程度であり、８７．５％〜１００.０％程度であることが好ましく、９０．０％〜１００.０％程度であることがより好ましい。
【００２５】
ガラス板１の厚みは、例えば０．５ｍｍ〜１．４ｍｍ程度とすることができる。
【００２６】
ガラス板１の少なくとも一方側の主面における表面は、未研磨であってもよく、両表面が未研磨であってもよい。
【００２７】
ガラス板１は、フロート法、オーバーフローダウンドロー法などにより製造されるガラス板である。詳細には、フロート法、オーバーフローダウンドロー法などにより、ガラス板１の表層１ａ，１ｂにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層１ｃにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差が、１．０質量％以下となるようにガラス原料の溶融及びガラス板１の成形を行う。
【００２８】
例えば、フロート法によって、ガラス板１を製造する場合、以下のような条件で製造すればよい。
【００２９】
まず、ガラス原料を溶融窯で溶融して、溶融ガラスを得る。次に、溶融ガラスを金属浴上に浮かべ、フロートバスの自由内部体積１ｍ３につき水素が０．２Ｎｍ３／ｈｒ〜１．０Ｎｍ３／ｈｒ程度、窒素濃度が８．０Ｎｍ３／ｈｒ〜１０．０Ｎｍ３／ｈｒ程度の雰囲気下、金属浴上に８〜１２分間程度滞在させて板状のガラスとする。次に、金属浴上から取り出した板状のガラスに６００℃〜７００℃の雰囲気下、５．０Ｌ／ｍiｎ〜１０．０Ｌ／ｍiｎのＳＯ２をガラス表面に噴霧し、徐冷することでガラス板１を得る。
【００３０】
強化ガラス板２は、ガラス板１の表層部分がイオン強化され、圧縮応力層２ａ，２ｂが形成されたガラス板である。ここで、圧縮応力層２ａ，２ｂとなるガラス板１の表層部分には、ガラス板１の表層１ａ，１ｂに加えて、中央層１ｃにおける表層１ａ，１ｂ側の一部が含まれることがある。
【００３１】
イオン強化の方法は、特に限定されず、例えば、ガラス板１を硝酸カリウム溶融塩に浸漬し、ガラス板の表層部分に存在するＮａイオンをＫイオンと交換することにより行うことができる。
【００３２】
強化ガラス板２の表層に形成された圧縮応力層２ａ，２ｂの圧縮応力値は、通常７５０ＭＰa〜９００ＭＰa程度であり、８００ＭＰa〜８５０ＭＰa程度であることが好ましい。
【００３３】
また、強化ガラス板２の表層に形成された圧縮応力層２ａ，２ｂの深さは、通常４０μｍ〜６０μｍ程度であり、４５μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましい。
【００３４】
なお、本発明において、強化ガラス板２の表層部分に形成された圧縮応力層２ａ，２ｂの圧縮応力値とその深さは、それぞれ、表面応力計を用い、干渉縞の本数及びその間隔から測定した値である。
【００３５】
上述の通り、従来のフロート法、オーバーフローダウンドロー法などによって得られたガラス板は、表層におけるＮａ成分の含有率が中央層におけるＮａ成分の含有率よりも非常に小さい。よって、これらの方法によって得られたガラス板１を十分にイオン強化して、強度の高い強化ガラス板を得ることは困難である。
【００３６】
フロート法、オーバーフローダウンドロー法などにより得られたガラス板の表面を研磨し、Ｎａイオンの含有率が低下した表層を取り除くことにより、十分にイオン強化可能なガラス板とすることも考えられる。しかしながら、ガラス板の表面を研磨すると、マイクロクラックが形成される場合がある。この場合、薄いガラス板にイオン強化を行うと、マイクロクラックを起点として強化ガラス板が自己破壊する虞がある。
【００３７】
これに対して、本発明者は、ガラス板１の表層１ａ，１ｂにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率と、中央層１ｃにおけるＮａ２Ｏ換算でのＮａイオンの含有率との差を、１．０質量％以下とすれば、表層１ａ，１ｂと中央層１ｃとの間にＮａイオン含有率の差がある場合であっても、フロート法、オーバーフローダウンドロー法などにより得られたガラス板１を十分にイオン強化できることを見いだした。
【００３８】
ガラス板１は、未研磨であってもイオン強化が可能であるため、例えばガラス板１の厚みが０．５ｍｍ〜１．４ｍｍ程度と薄くても、強度の高い強化ガラス板２とすることができる。よって、ガラス板１は、特に薄型の強化ガラス板２の製造に好適に使用できる。
【００３９】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００４０】
（実施例１）
組成が、質量％表示で、ＳｉＯ２：６０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１２．０％、ＭｇＯ：２．０％、ＣａＯ：１．０％、ＺｒＯ２：５．０％、Ｎａ２Ｏ：１５．０％、Ｋ２Ｏ：５．０％、であり、厚みが１．０ｍｍ、５０ｍｍ角であるガラス板１をフロート法により作製した。フロート法の各条件は、以下の通りである。
【００４１】
フロートバスの自由内部体積１ｍ３における水素量を０．２Ｎｍ３／ｈｒ〜１．０Ｎｍ３／ｈｒ、窒素量を８．０Ｎｍ３／ｈｒ〜１０．０Ｎｍ３／ｈｒに調整し、金属浴上に８〜１２分間程度滞在させて板状のガラスとした。次に、金属浴上から取り出した板状のガラスの表面に６００℃〜７００℃の雰囲気下、５．０Ｌ／ｍiｎ〜１０．０Ｌ／ｍiｎのＳＯ２を噴霧した。
【００４２】
得られたガラス板１の表層１ａ，１ｂと中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）は、それぞれ蛍光Ｘ線分析により測定した。中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）は、ガラス板１の表層１ａ，１ｂを１０μｍ研磨して測定した値である。これらの値から、ガラス板１の表層１ａ，１ｂと中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量の差（質量％）を算出した。表層１ａ，１ｂと中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）の差は、０．４質量％であった。
【００４３】
次に、硝酸カリウム溶融塩を４５０℃に加熱し、ここにガラス板１を６時間浸漬して、ガラス板１をイオン強化し、強化ガラス板２を得た。
【００４４】
表面応力計（ＦＭＳ−６００００）を用い、干渉縞の本数とその間隔から、得られた強化ガラス板の圧縮応力値と圧縮応力層の深さを測定した。なお、これらの測定に際し、強化ガラス板２の屈折率は１．５２、光弾性定数は２８（ｎｍ/ｃｍ）/ＭＰaとした。ガラス板１の中央層１ｃと表層１ａ，１ｂのアルカリ含有量（質量％）の差と、強化ガラス板２の圧縮応力値（ＭＰａ）及び圧縮応力深さ（μｍ）との関係を示すグラフを図３に示す。
【００４５】
（実施例２）
組成が、質量％表示で、ＳｉＯ２：６０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１２．０％、ＭｇＯ：２．０％、ＣａＯ：１．０％、ＺｒＯ２：５．０％、Ｎａ２Ｏ：１５．０％、Ｋ２Ｏ：５．０％であり、厚みが１．０ｍｍ、５０ｍｍ角であるガラス板１をフロート法により作製した。フロート法の各条件は、以下の通りである。
【００４６】
フロートバスの自由内部体積１ｍ３における水素量を０．２Ｎｍ３／ｈｒ〜１．０Ｎｍ３／ｈｒ、窒素量を８．０Ｎｍ３／ｈｒ〜１０．０Ｎｍ３／ｈｒに調整し、金属浴上に８〜１２分間程度滞在させて板状のガラスとした。次に、金属浴上から取り出した板状のガラスの表面に６００℃〜７００℃の雰囲気下、５．０Ｌ／ｍiｎ〜１０．０Ｌ／ｍiｎのＳＯ２を噴霧した。
【００４７】
得られたガラス板１の表層１ａ，１ｂと中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量の差（質量％）を実施例１と同様にして算出した。表層１ａ，１ｂと中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）の差は、０．８質量％であった。
【００４８】
次に、実施例１と同様にして、ガラス板１をイオン強化し、強化ガラス板２を得た。
【００４９】
次に、実施例１と同様にして、強化ガラス板２の圧縮応力値（ＭＰａ）及び圧縮応力深さ（μｍ）を測定した。結果を図３に示す。
【００５０】
（比較例１）
組成が、質量％表示で、ＳｉＯ２：６０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１２．０％、ＭｇＯ：２．０％、ＣａＯ：１．０％、ＺｒＯ２：５．０％、Ｎａ２Ｏ：１５．０％、Ｋ２Ｏ：５．０％であり、厚みが１．０ｍｍ、５０ｍｍ角であるガラス板をフロート法により作製した。フロート法の各条件は、以下の通りである。
【００５１】
フロートバスの自由内部体積１ｍ３における水素量を１．０Ｎｍ３／ｈｒ〜１．５Ｎｍ３／ｈｒ、窒素量を６．０Ｎｍ３／ｈｒ〜８．０Ｎｍ３／ｈｒに調整し、金属浴上に１２〜１５分間程度滞在させて板状のガラスとした。次に、金属浴上から取り出した板状のガラスの表面に７００℃〜７２０℃の雰囲気下、１５．０Ｌ／ｍiｎ〜２０．０Ｌ／ｍiｎのＳＯ２を噴霧した。
【００５２】
得られたガラス板の表層と中央層に含まれるＮａ２Ｏの量の差（質量％）を実施例１と同様にして算出した。表層と中央層に含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）の差は、１．２質量％であった。
【００５３】
次に、実施例１と同様にして、ガラス板をイオン強化し、強化ガラス板を得た。
【００５４】
次に、実施例１と同様にして、強化ガラス板の圧縮応力値（ＭＰａ）及び圧縮応力深さ（μｍ）を測定した。結果を図３に示す。
【００５５】
（比較例２）
組成が、質量％表示で、ＳｉＯ２：６０．０％、Ａｌ２Ｏ３：１２．０％、ＭｇＯ：２．０％、ＣａＯ：１．０％、ＺｒＯ２：５．０％、Ｎａ２Ｏ：１５．０％、Ｋ２Ｏ：５．０％であり、厚みが１．０ｍｍ、５０ｍｍ角であるガラス板をフロート法により作製した。フロート法の各条件は、以下の通りである。
【００５６】
フロートバスの自由内部体積１ｍ３における水素量を１．０Ｎｍ３／ｈｒ〜１．５Ｎｍ３／ｈｒ、窒素量を６．０Ｎｍ３／ｈｒ〜８．０Ｎｍ３／ｈｒに調整し、金属浴上に１２〜１５分間程度滞在させて板状のガラスとした。次に、金属浴上から取り出した板状のガラスの表面に７００℃〜７２０℃の雰囲気下、１５．０Ｌ／ｍiｎ〜２０．０Ｌ／ｍiｎのＳＯ２を噴霧した。
【００５７】
得られたガラス板の表層と中央層に含まれるＮａ２Ｏの量の差（質量％）を実施例１と同様にして算出した。表層と中央層に含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）の差は、１．４質量％であった。
【００５８】
次に、実施例１と同様にして、ガラス板をイオン強化し、強化ガラス板を得た。
【００５９】
次に、実施例１と同様にして、強化ガラス板の圧縮応力値（ＭＰａ）及び圧縮応力深さ（μｍ）を測定した。結果を図３に示す。
【００６０】
図３に示されるように、表層１ａ，１ｂと中央層１ｃに含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）の差が、それぞれ０．４質量％、０．８質量％である実施例１及び実施例２においては、イオン強化により、それぞれ８００ＭＰａ以上の圧縮応力値を有する圧縮応力層が表層２ａ，２ｂに形成され、圧縮応力層の深さは共に４５μｍと深かった。
【００６１】
一方、表層と中央層に含まれるＮａ２Ｏの量（質量％）の差が１．２質量％、１．４質量％である比較例１及び比較例２においては、イオン強化により形成された圧縮応力値は、それぞれ７４０ＭＰａ、７００ＭＰａ、圧縮応力層の深さは、それぞれ３８μｍ、３０μｍに止まった。
【符号の説明】
【００６２】
１…ガラス板
１ａ，１ｂ…表層
１ｃ…中央層
２…強化ガラス板
２ａ，２ｂ…圧縮応力層
【図１】
2013086989.tif 000003
【図２】
2013086989.tif 000004
【図３】
2013086989.tif 000005