(57)【要約】【課題】多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法は、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板１００を、加熱された化学強化処理液１２２に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、化学強化工程では、ガラス基板１００の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、
前記化学強化工程では、前記ガラス基板の主表面に対して平行な方向に前記化学強化処理液を流動させることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの製造方法。
【請求項２】
アルカリ金属としてカリウムのみを溶融塩として含む化学強化処理液を用いて、前記化学強化工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
【請求項３】
前記ガラス基板は、Ｌｉ２Ｏを含有していないガラス組成で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
【請求項４】
前記ガラス基板は、主表面に開口が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
【請求項５】
前記化学強化工程では、前記ガラス基板を下方から支持した状態で、前記ガラス基板の上方から下方に向かって前記化学強化処理液を流動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
【請求項６】
熱対流に加え、熱対流以外の方法で前記化学強化処理液を強制的に流動させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
【請求項７】
矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化する携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置であって、
前記ガラス基板の主表面に対して平行な方向に前記化学強化処理液を流動させる流動手段を備えることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯端末の表示画面の保護に用いられる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などの携帯端末装置では、主に表示画面を保護するために、矩形状のガラス基板がいわゆるカバーガラスとして用いられる場合がある。
【０００３】
カバーガラスとして用いられる矩形のガラス基板は、その表面に衝撃や外力が加わることがあり、非常に高い強度が要求される。特許文献１には、化学強化（Chemical Strength）により形成された圧縮応力層を表面に有するガラス基板およびその製造方法が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載のガラス基板の製造方法では、ガラス基板を化学強化する際に、加熱した化学強化用の化学強化処理液にガラス基板を浸漬させることで、ガラス基板のイオンを溶融塩のイオンでイオン交換する旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６８２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、世界的な携帯機器の需要増加とともに、携帯機器用のカバーガラスの需要も爆発的に増加している。このような背景のなか、カバーガラスに求められる強度についてもより高い強度が要求されている。そして、この要求を満たすべく、本願発明者等は、より強度の高くなる化学強化条件で化学強化処理を行ったところ、生産された多数のカバーガラスの強度の平均値は高くなった。しかしながら、強度のばらつきが大きくなり、要求規格を満たさない場合があるという問題が発生した。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記問題を解決すべく、鋭意検討した結果、強度のばらつきは、従来問題のなかった、化学強化工程で起こっていることを発見した。そして、さらに検討を行った結果、化学強化処理槽の上部側に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板と、化学強化処理槽の下部側に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板との間で、強度のばらつきが大きいことを見出した。そして、この問題の原因を調査した結果、強度のばらつきが化学強化処理溶液の流動に関係していることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法の代表的な構成は、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、化学強化工程では、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、携帯機器用カバーガラスに用いられる複数枚の矩形状のガラス基板を、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる。このため、複数枚の矩形状のガラス基板が、所定間隔を隔てて互いに平行に配列されていても、化学強化処理液の流動が妨げられない。つまり、複数枚の矩形状のガラス基板に対して、温度や濃度がほぼ均一に化学強化処理液が接触するので、ガラス基板のイオンが溶融塩のイオンでイオン交換される。したがって、複数枚の矩形状のガラス基板に対して化学強化がほぼ均一に行われ、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
【００１１】
アルカリ金属としてカリウムのみを溶融塩として含む化学強化処理液を用いて、化学強化工程を行うとよい。このような化学強化処理液を用いて化学強化工程を行うと、混合塩（例えば、カリウムとナトリウムの混合塩）を用いる場合に比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなり、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、強度のばらつきを抑制でき、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
【００１２】
ガラス基板は、Ｌｉ２Ｏを含有していないガラス組成で構成されているとよい。リチウムを含有していないガラス組成で構成されているガラス基板に化学強化工程を行うと、リチウムを含有しているガラス組成のものと比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなる。このため、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、強度のばらつきを抑制でき、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
【００１３】
ガラス基板は、主表面に開口が形成されているとよい。ガラス基板の主表面に形成された開口は、キズ、クラック、チッピングが形成される可能性が高く、化学強化処理液の流れが不均一となると、強度が低下しカバーガラスの強度がばらつく要因となり得る。このような場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、強度のばらつきを抑制でき、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
【００１４】
化学強化工程では、ガラス基板を下方から支持した状態で、ガラス基板の上方から下方に向かって化学強化処理液を流動させるとよい。これにより、下方から支持されたガラス基板は、化学強化処理液の流動により上方から下方に力（せん断応力）を受ける。このため、化学強化工程でのガラス基板が安定し、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液が流動し続けることになる。よって、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
【００１５】
熱対流に加え、熱対流以外の方法で化学強化処理液を強制的に流動させるとよい。これにより、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液がより効率的に流動し、強度のばらつきを低減できる。
【００１６】
本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置の代表的な構成は、矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化する携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置であって、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる流動手段を備えることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、流動手段により化学強化処理液を流動させる。このため、例えば槽内に複数枚の矩形状のガラス基板が、所定間隔を隔てて互いに平行に配列されていても、化学強化処理液の流動が妨げられず、複数枚の矩形状のガラス基板に対して、温度や濃度がほぼ均一に化学強化処理液が接触する。したがって、複数枚の矩形状のガラス基板に対して化学強化がほぼ均一に行われ、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態における携帯機器用カバーガラスの製造方法で用いられるガラス基板を説明する図である。
【図２】図１のガラス基板をラック内に配列した状態を示す図である。
【図３】本実施形態における携帯機器用カバーガラスの製造装置を模式的に示す図である。
【図４】ガラス基板の強度を測定する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態における携帯機器用カバーガラスの製造方法で用いられるガラス基板を説明する図である。ガラス基板１００は、例えば携帯端末の表示画面を保護するカバーガラスとして用いられる。なお、ガラス基板１００は、後述する製造工程を経た後、必要に応じて印刷などの加飾を施すことでカバーガラスとなる。ガラス基板１００は、図示のように板状であり、矩形状の外形部分１０２を有している。また、ガラス基板１００は、上部付近に形成されたスピーカー用孔部１０４と、下部付近に形成された複数の小径孔部１０６とが形成されていて、例えば磁気ディスク用ガラス基板と異なり、中心に大きな内孔を有していない。
【００２２】
磁気ディスク用ガラス基板は、中心に大きな内孔を有していて、かつ外形も内孔も円形である。このため化学強化処理液の流れの中に磁気ディスク用ガラス基板があっても、流れに乱れを与える影響が少ない。一方、携帯機器用カバーガラスは大きな内孔を有さない。携帯機器用カバーガラスにもスピーカー穴やボタン穴が設けられているが、これらの穴は小さいために流れを通すほどの効果は見込めない。また、矩形状であるため、矩形の角部が化学強化処理液の流れに対して乱れを生じさせやすい。複数枚配列されたガラス基板の間で化学強化処理液の流れに不均一が生じると、化学強化にムラが生じて強度に影響を与えるおそれがある。また、携帯機器用カバーガラスのスピーカー穴やボタン穴は、キズ、クラック、チッピングが形成されるポテンシャルが大きく、化学強化処理液の流れが不均一になると、強度低下の要因となる。
【００２３】
そこで本実施形態では、化学強化工程において、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板１００の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる。これにより、化学強化処理液の流れを乱すことが極めて少なくなり、化学強化をほぼ均一に行うことが可能となる。
【００２４】
一方、携帯機器用カバーガラスに用いられるガラス基板から見ると、化学強化処理液の流れから基板全体が力（せん断応力）を受け、重心（図心）からの距離が遠い矩形の角部に発生する力によるモーメントが大きい。１つの角部に大きなモーメントが発生するとガラス基板全体が回転しやすくなり、舞い散るようにラックから脱落してしまうという問題がある。この傾向は矩形の縦横比が大きくなるほど顕著になり、近年のタッチパネル機のように携帯端末の全面を覆うようなカバーガラスでは面積も縦横比も大きくなるため、問題が顕在化する。
【００２５】
ここで、磁気ディスク用ガラス基板であれば、円形の外周の下端と左右端の３点支持によってラックに収容するのが通常であって、安定的に保持することが可能である。一方、矩形状である携帯機器用カバーガラスに用いられるガラス基板は、ラックに対する収容と取出しの作業を考慮すれば、ガラス基板を斜めにして、下方の２辺を３点支持することが好ましい。またカバーガラス用ガラス基板は強度が保てる範囲においてできるだけ薄くすることが好ましく、具体的には０．５ｍｍ以下であることが好ましい。このような場合、ガラス基板の重量が軽くなるため、さらに外力によってラックから脱落しやすくなってしまう。
【００２６】
そこで本実施形態では、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板１００を下方から支持した状態において、ガラス基板１００の上方から下方に向かって化学強化処理液を流動させる。すなわち、化学強化用の槽の中にラックを入れた状態において、ラックの外側に上昇流を生じさせ、ラックの内側に下降流を生じさせるように化学強化処理液を流動させる。これにより、ガラス基板１００がラックから脱落することを防止し、安定して化学強化を行うことが可能となる。
【００２７】
ここで、槽に溜められた化学強化処理液にそのような方向の流動を生じさせるためには、例えば、槽の側面にヒーターを配置して、槽の側面部と中央部の温度差により化学強化処理液を流動させてもよい。この他に、回転羽根、もしくは筒中に設置された螺旋状のスクリュー（スクリューフィーダともいう）を用いて、機械的に化学強化処理液を流動させてもよい。さらに、必要に応じて、化学強化処理液の流動を導くための（流れを形成するための）ガイド板やダンパーを用いてもよい。なお、ここでの流動とは、化学強化処理液の対流方向に物体（ガラス基板１００やラック）が存在しても、その物体により対流が妨げられず、化学強化処理液がガラス基板１００に均一に接触するような流れが強制的に生じている状態をいう。
【００２８】
次に、本実施形態にかかるガラス基板１００の製造方法について説明する。本実施形態にかかるガラス基板１００は、板状ガラスの主表面にレジストパターンを形成し、エッチャントでエッチングすることにより所望の形状に切り抜いたものである。エッチングにより外形を形成しているので、端面は非常に高い平滑性を有する。なお、板状ガラスの切り抜きはエッチングに限らず、切削・研削・研磨による機械加工でもよい。ただし、機械加工の場合、特にガラス基板の端面において微小なクラック、チッピングが発生しやすい。従って機械加工によって、携帯機器用カバーガラス形状のガラス基板を形成し化学強化する場合には、エッチング加工で形成する場合と比較して、強度のばらつきが生じやすい。
【００２９】
板状ガラスは、溶融ガラスから直接シート状に成型したもの、あるいは、ある厚さに成型されたガラス体を所定の厚さに成型し、主表面を研磨して所定の厚さに仕上げたものを使用することができる。特に、溶融ガラスから直接シート状に成型した場合には、板状ガラスの主表面がマイクロクラックのない表面状態を有するため好ましい。溶融ガラスから直接シート状に成型する方法としては、ダウンドロー法、フロート法などが挙げられる。
【００３０】
板状ガラスは、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラス、結晶化ガラスなどで構成されていることが好ましい。中でも、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ及び／又はＮａ２Ｏを含有したアルミノシリケートガラスであることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３は、後述する化学強化においてイオン交換性能を向上させるため有用である。Ｌｉ２Ｏは、化学強化においてＮａ＋イオンとイオン交換させるための成分である。Ｎａ２Ｏは、化学強化においてＫ＋イオンとイオン交換させるための成分である。ＺｒＯ２は、機械的強度を高めるために有用である。
【００３１】
板状ガラスは、Ｌｉ２Ｏを含有していないアルミノシリケートガラスであることがより好ましい。Ｌｉ２Ｏを含有していないガラス組成で構成されているガラス基板に化学強化工程を行うと、Ｌｉ２Ｏを含有しているガラス組成のものと比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなるため、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程において、矩形状のガラス基板１００の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる構成を採用することにより、強度のばらつきを抑制できるので、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
【００３２】
板状ガラスから抜き出したガラス基板１００には、イオン交換処理により化学強化する化学強化工程を行う。化学強化は、ガラスの表層面のイオンをイオン半径の大きな他のイオンと交換することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成し、機械的強度をさらに高める処理である。化学強化は、例えば、硝酸カリウムや硝酸ナトリウムなどの化学強化塩を加熱溶融した化学強化処理液を用い、温度３００℃〜４５０℃、１時間〜３０時間の処理を行うことにより、ガラス中のＬｉ＋イオンを化学強化処理液中のＮａ＋イオンと、ガラス中のＮａ＋イオンを化学強化処理液中のＫ＋イオンと交換する。化学強化により形成する圧縮応力層は５μｍ以上あればよい。好ましくは、圧縮応力層の厚みは、５０μｍ以上、さらに好ましくは１００μｍが望ましい。なお、化学強化は、ガラス基板１００を切り抜いた後に行うことが好ましい。これにより、ガラス基板１００の端面も化学強化されるため、ガラス基板１００を携帯端末装置に装着する際、ガラス基板１００の欠けや割れが生じることを防止できる。
【００３３】
化学強化工程は、アルカリ金属としてカリウムのみを溶融塩として含む化学強化処理液を用いることが好ましい。一例として、硝酸カリウムの単塩（カリウム単塩）を加熱溶融した化学強化処理液を用いるのがより好ましい。カリウム単塩を用いて化学強化工程を行うと、混合塩（例えば、カリウムとナトリウムの混合塩）を用いて化学強化工程を行う場合に比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなるため、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程を本実施形態における構成とすることにより、強度のばらつきを抑制できるので、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
【００３４】
ここで、化学強化処理によるガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さは強度に影響する。一般に圧縮応力層の厚さが小さい場合、ガラス基板の平坦度（例えばガラス基板の最大断面高さ）が大きくなる傾向がある。この傾向は、圧縮応力層の厚さが小さい場合、厚さが大きい場合よりもキズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなるためと推定される。なお、平坦度が大きくなると、ガラス基板をカバーガラスとして用いた場合に反射像の歪みが発生し、カバーガラスを搭載した携帯機器の外観品質が損われることになる。このような場合であっても、化学強化工程を本実施形態における構成とすることにより、ガラス基板の平坦度を小さく良好とし、強度のばらつきを抑制できるので、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
【００３５】
以下、図２および図３を参照して、図１に示す矩形状のガラス基板１００を多数配列して、このガラス基板１００を化学強化する工程について説明する。図２は、図１のガラス基板１００をラック内に配列した状態を示す図である。図３は、本実施形態における携帯機器用カバーガラスの製造装置を模式的に示す図である。
【００３６】
まず、ガラス基板１００を、ラック１１０内に配列する。ラック１１０は、図２に示すように、２つの側板１１２、１１４と、２つの側板１１２、１１４の間に配置された支持部材１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１８とを備えている。支持部材１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１８は、長手方向に所定間隔で溝が形成されている。ガラス基板１００の長辺１０８ａは、支持部材１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃの溝により３点で支持される。また、ガラス基板１００の短辺１０８ｂは、支持部材１１８の溝により１点で支持される。このようにして、ガラス基板１００は、支持部材１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１８によりラック１１０内に所定間隔を隔てて斜めに載置される。なお、ラック１１０では、支持部材１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１８が２組配置されているので、ガラス基板１００を２列に配列できる。
【００３７】
次いで、図示しないケージにラック１１０を複数段（ここでは、上下段）収容した後に、図３に示すように、化学強化用の槽１２０を容易する。なお、図中では、ガラス基板１００に対して化学強化を行う状態を模式的に示している。
【００３８】
槽１２０は、例えば矩形であり、内部に化学強化用の化学強化処理液１２２が溜められている。また、槽１２０の側面には、化学強化処理液１２２を加熱するヒーター１３０、１３２が配置されている。さらに、筒中に設置された螺旋状のスクリューフィーダ１３４、１３６が槽１２０内の側面部に配置されている。
【００３９】
本実施形態では、ヒーター１３０、１３２によって加熱された化学強化処理液１２２は、槽１２０内で対流している。ここで、化学強化処理液１２２の対流方向は、図中、矢印１２４で示している。すなわち、化学強化処理液１２２は、例えば、槽１２０の側面に沿って下方から上方に向けて対流し、さらに、化学強化処理液１２２の上層表面付近で側方から中心側に向かって対流し、続いて、中心付近から下方に向けて対流する。このようにして、化学強化処理液１２２が、これらの対流方向に沿って対流することで、槽１２０内での温度や濃度がほぼ均一となる。さらに、このような熱対流を促すヒーター１３０、１３２に加えて、本実施形態では、熱対流以外の機械的な方法として、スクリューの回転に伴い下方の化学強化処理液１２２を上方に強制的に流動させるスクリューフィーダ１３４、１３６を用いている。
【００４０】
続いて、上述したラック１１０を上下２段収容したケージを槽１２０内に配置する。ここで、化学強化処理液１２２は、図示しないケージ、ラック１１０およびガラス基板１００の存在によっても対流方向が妨げられておらず、槽内１２０内を流動していると言える。つまり、ヒーター１３０、１３２およびスクリューフィーダ１３４、１３６は、化学強化処理液１２２を流動させる流動手段となる。なお、槽１２０内に流動を生じさせる流動手段としては、スクリューフィーダ１３４、１３６に代えて、回転羽根を用いて機械的に流動する方法、または必要に応じて流動を形成するガイド板やダンパーを採用してもよい。
【００４１】
ケージを槽１２０内に配置するとき、ラック１１０内に所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板１００の主表面に対して平行な方向に、化学強化処理液１２２を流動させる。このとき、上述した化学強化処理液１２２の流動方向とガラス基板１００の主表面とがほぼ平行になるように配置すればよい。例えば、ケージ内の全てのガラス基板１００の主表面は、化学強化処理液１２２の上下方向の流動方向にほぼ平行であり、中央に大きな内孔を有さない矩形状のガラス基板１００であっても、化学強化処理液１２２の流動を妨げない。
【００４２】
具体的には、多数配列されたガラス基板１００は、ラック１１０により下方から支持されていて、この状態において、ガラス基板１００の上方から下方に向かって化学強化処理液１２２を流動させている。すなわち、化学強化用の槽１２０の中にラック１１０を入れた状態において、ラック１１０の外側に上昇流を生じさせ、ラック１１０の内側に下降流を生じさせるように化学強化処理液１２２を流動させている。
【００４３】
一例として、化学強化処理液１２２の流動を妨げないようにするには、ガラス基板１００の主表面をほぼ鉛直面に沿わせ、かつ、化学強化用の槽１２０の側面に対して直交する方向に向けることが好ましい。化学強化処理液１２２は、上述したように、槽１２０の側面に配置されたヒーター１３０、１３２の側面近傍で上昇し、槽１２０のほぼ中央で下降するように流動が生じる。
【００４４】
図３に示す槽１２０内の化学強化処理液１２２は、ラック１１０内に多数配列されたガラス基板１００に妨げられることなく、図中矢印１２４で示す流動方向に沿って流動する。このため、ラック１１０内に多数配列されたガラス基板１００に対して、温度や濃度がほぼ均一に化学強化処理液１２２が接触し続けながら、ガラス基板１００のイオンが溶融塩のイオンでイオン交換される。その結果、ケージに上下段で収容されたラック１１０内に多数配列されたガラス基板１００に対して化学強化がほぼ均一に行われる。
【００４５】
[実施例]
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。ガラス基板のガラス材料組成としては、Ｌｉ２Ｏを含むもの（以下、Ｌｉ２Ｏ有）と、Ｌｉ２Ｏを含まないもの（以下、Ｌｉ２Ｏ無）との２種類を使用した。Ｌｉ２Ｏ有のガラス材料組成は、６３．５重量％のＳｉＯ２と、１４．１重量％のＡｌ２Ｏ３と、６．０重量％のＬｉ２Ｏと、１０．４重量％のＮａ２Ｏと、６．０重量％のＺｒＯ２とを含むものとした。Ｌｉ２Ｏ無のガラス材料組成は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２ＯおよびＺｒＯ２の重量％を調整し、Ｌｉ２Ｏを含まないものとした。
【００４６】
化学強化条件は、温度３７０℃、２時間処理とし、化学強化処理液の化学強化塩は硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合塩、および硝酸カリウムの単塩の２種類を使用した。
【００４７】
化学強化条件は、図３に模式的に示した携帯機器用カバーガラスの製造装置のように、加熱により化学強化処理液１２２を流動させるヒーター１３０、１３２に加え、スクリューの回転に伴い下方の化学強化処理液１２２を上方に強制的に流動させる上記スクリューフィーダ１３４、１３６を流動手段として用いた。
【００４８】
これにより、この製造装置では、ヒーター１３０、１３２の加熱に伴う流動に加え、スクリューフィーダ１３４、１３６の回転に伴う流動により、より効率的に槽１２０内の側面の化学強化処理液１２２を下方から上方に強制的に流動させる。この結果、ガラス基板を槽１２０内に配置したとき、槽１２０の中央部には、より効率的に化学強化処理液１２２の上方から下方への流動が発生する。
【００４９】
試験に使用した矩形状のガラス基板は、長辺が１０ｃｍ、短辺が５ｃｍ、主表面の面積が約５０ｃｍ２、板厚が０．５ｍｍである。実施例では、図３で示したように、上下２段でケージに収容された上記ガラス基板１００の主表面の向きを同じ垂直として、ガラス基板を化学強化処理した。ここで、垂直とは、ガラス基板の主表面の向きが、図３の矢印１２４に示す流動方向に沿っている状態をいう。なお、表１に示すガラス基板の向きについて、実施例では「垂直−垂直」と記載した。
【００５０】
[比較例]
比較例は、２種類のガラス材料組成及び試験に使用したガラス基板の形状は同じとした。また、化学強化処理液は、実施例と同様に２通りで化学強化処理を行った。比較例では、上下２段のラック１１０に収容されたガラス基板のうち、上段のガラス基板の向きは、実施例と同じ垂直方向としたが、下段のガラス基板の向きは水平方向とした。なお、表１に示すガラス基板の向きについて、比較例では「垂直−水平」と記載した。
【００５１】
図４は、ガラス基板の強度を測定する様子を示す図である。強度評価は、図４（ａ）に示すように、ガラス基板１００Ａを一定距離に配置された２支持体（支点）１４０、１４２上に置き、支持体１４０、１４２間の中央の１点に荷重体１４４を介して荷重Ｐを加えて、破壊したときの最大曲げ応力を測定することにより行った。この３点曲げ強さは、支点間距離、基板幅、基板厚さに依存するため、次式（１）により規格化した。
σ＝（３ＰＬ）／（２ｗｔ２）      （１）
【００５２】
ここで、σは３点曲げ強さ（ＭＰａ）を示し、Ｐはガラス基板１００Ａが破壊したときの最大荷重（Ｎ）を示し、Ｌは支持体１４０、１４２間の距離（ｃｍ）を示し、ｗは図４（ｂ）に示すガラス基板１００Ａの幅（ｃｍ）、ｔは図４（ｂ）に示すガラス基板１００Ａの厚さ（ｃｍ）を示す。なお、荷重体１４４を降下させる速度は５ｍｍ／分とした。
【００５３】
上記強度測定を、実施例と比較例のガラス基板各３０枚について行い、平均値ｘおよび標準偏差値σを求めた。その結果を表１に示す。
【００５４】
【表１】
2013006717.tif 000003
【００５５】
表１から、実施例１〜４は比較例１〜４と比較し平均値ｘが大きく、標準偏差値σが小さいので強度が良好であることが分かる。比較例では、上下２段のガラス基板の向きが異なり、特に下段のガラス基板の向きが水平である。このため、比較例では、化学強化処理液がガラス基板の主表面に平行に流動し難くなるので、上段と下段にそれぞれ載置されたガラス基板の間で、化学強化が不均一となり、強度にばらつきが生じてしまったと考える。
【００５６】
これに対して、実施例では、図３に示すように、槽１２０の上段に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板と、槽１２０の下段に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板との間で、化学強化処理液のガラス基板の主表面に平行な流動が乱されない。このため、実施例では、化学強化が均一に行われ、ガラス基板の強度のばらつきが低減できる。
【００５７】
表１の実施例３、４と比較例３、４とを比較すると、硝酸カリウムの単塩を加熱溶融した化学強化処理液を用いた場合、比較例は「標準偏差σ／平均値ｘ」が増加しているのに対し、実施例では「標準偏差σ／平均値ｘ」の増加がない。なお、「標準偏差σ／平均値ｘ」の値が小さいことは、例えば、強度が大きくかつ強度のばらつきが低減されて、強度が良好であることを示している。このため、実施例では、顕著な効果が得られたことが分かる。この理由は、カリウムとナトリウムの混合塩を用いて化学強化工程を行う場合より、カリウム単塩を用いる場合のほうが、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくなる。特に複数のガラス基板を化学強化する際に、化学強化の程度がガラス基板間で均一でない場合、化学強化圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きいときには、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなり、強度のばらつきが大きくなる。本実施例では、化学強化工程をカリウム単塩で行った場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、化学強化の程度がガラス基板間で均一となり、強度のばらつきを大幅に抑制することができる。
【００５８】
表１の実施例２、４と比較例２、４とを比較すると、板状ガラスは、Ｌｉ２Ｏを含有していないアルミノシリケートガラスを用いた場合、比較例は「標準偏差σ／平均値ｘ」が増加しているのに対し実施例では「標準偏差σ／平均値ｘ」の増加がない。このため、実施例では、強度が良好となり、顕著な効果が得られたことが分かる。その理由はＬｉ２Ｏを含有していないガラス組成で構成されているガラス基板に化学強化工程を行うと、Ｌｉ２Ｏを含有しているガラス組成のものと比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。特に複数のガラス基板を化学強化する際に、化学強化の程度がガラス基板間で均一でない場合、化学強化圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きいときには、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなり、強度のばらつきが大きくなる。本実施例では、ガラス基板のガラス材料がＬｉ２Ｏを含有していない場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、化学強化の程度がガラス基板間で均一となり、強度のばらつきを大幅に抑制することができる。
【００５９】
上述した工程により、ガラス基板１００を化学強化した後、ガラス基板１００に付着している溶融塩やその他の付着物を取り除くために、ガラス基板１００を洗浄する。洗浄方法としては、水などの洗浄液で洗い流す方法や、洗浄液に浸漬する浸漬法、洗浄液を流しながら回転するロール体をガラス基板１００に接触させるスクラブ洗浄法などを利用することができる。浸漬法では、洗浄液に超音波を印加した状態で実施してもよい。その後、ガラス基板１００に、必要に応じて加飾を施すことでカバーガラスが製造される。
【００６０】
上記説明したように、本実施形態におけるガラス基板１００の製造方法では、化学強化を行う工程において、化学強化処理液１２２の流動方向と矩形のガラス基板１００の主表面とがほぼ平行になるように槽１２０内に配置する。さらに複数段のラック１１０により化学強化処理する場合、各段のラック内のガラス基板１００を槽１２０内で化学強化処理液が各段に均一に流動するよう配置する。このため、ガラス基板１００の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液１２２を流動させることになり、例えば磁気ディスク用ガラス基板と異なり、中心に大きな内孔を有さない矩形のガラス基板１００が多数配列されていても、化学強化処理液１２２の流動を妨げることがない。
【００６１】
その結果、化学強化用の槽１２０内に所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板１００に対して、温度や濃度がほぼ均一の化学強化処理液１２２が接触し続けることになり、化学強化をほぼ均一に行える。したがって、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
【００６２】
さらに、多数配列されたガラス基板１００をラック１１０により下方から支持した状態で、ラック１１０の外側に化学強化処理液１２２の上昇流を生じさせ、ラック１１０の内側に下降流を生じさせている。つまり、下方から支持されたガラス基板１００に対して、上方から下方に向かって化学強化処理液１２２を流動させている。このようにすれば、化学強化用の槽１２０の中にラック１１０を入れた状態で、ガラス基板１００がラック１１０から脱落することを防止し、安定して化学強化を行うことが可能となる。すなわち、化学強化工程でのガラス基板１００の位置が安定し、ガラス基板１００の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液１２２が流動し続けることになる。よって、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
【００６３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、携帯端末の表示画面の保護に用いられる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１００、１００Ａ…ガラス基板、１０２…外形部分、１０４…スピーカー用孔部、１０６…小径孔部、１０８ａ…長辺、１０８ｂ…短辺、１１０…ラック、１１２、１１４…側板、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１８…支持部材、１２０…槽、１２２…溶融塩、１３０、１３２…ヒーター、１３４、１３６…スクリューフィーダ、１４０、１４２…支持体、１４４…荷重体
【図１】
2013006717.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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