(57)【要約】      （修正有）【課題】より高強度な強化ガラス板について、その製造方法を提供する。【解決手段】ガラス板を化学強化する化学強化工程と、該化学強化工程後に、ガラス板の表面を研磨する強化後研磨工程と、を備える強化ガラス板の製造方法であって、強化後研磨工程では、両面研磨装置のガラス板用キャリア１０に強化ガラス板３０を保持させ、上定盤と下定盤に取り付けた研磨パッド１６，１８の間に挟み、砥粒を含有する研磨液を供給しながら研磨する方法であり、研磨パッドは、不織布パッドが用いられ、不織布パッドの変形量が０．０４ｍｍ以上となる状態で研磨する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板を化学強化する化学強化工程と、
該化学強化工程後に、前記ガラス板の表面を研磨する強化後研磨工程と、を備える強化ガラス板の製造方法であって、
前記強化後研磨工程では、不織布パッドが用いられ、
前記不織布パッドの変形量が０．０４ｍｍ以上となる状態で研磨することを特徴とする強化ガラス板の製造方法。
【請求項２】
両面研磨装置のサンギヤとリングギヤとの間で遊星歯車運動を行うガラス板用キャリアに強化ガラス板を保持させ、前記ガラス板用キャリアに保持された強化ガラス板を上定盤と下定盤に取り付けた研磨パッドの間に挟み、砥粒を含有する研磨液を供給しながら研磨することで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、
前記研磨パッドは、不織布パッドであり、
前記不織布パッドのそれぞれの変形量が０．０４ｍｍ以上となる状態で研磨することを特徴とする強化ガラス板の製造方法。
【請求項３】
６０〜１２０ｇ／ｃｍ２の研磨圧力で研磨することを特徴とする請求項１又は２に記載の強化ガラス板の製造方法。
【請求項４】
前記不織布パッドは、ショアＡ硬度が４５〜９５の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の強化ガラス板の製造方法。
【請求項５】
前記強化ガラス板は、カバーガラスであ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、強化ガラス板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォンなどの携帯電話やＰＤＡなどの携帯機器において、ディスプレイを保護するため、カバーガラスが用いられる。近年、携帯機器の薄型化・軽量化への技術が要求され、カバーガラスの軽量化及び薄板化が進行している。一般的に、ガラス板が薄くなると強度が低下するため、従来よりも強度の高いカバーガラスが求められる。また、カバーガラス以外でも、より高強度のガラス板が求められている。ガラス板の強度不足を補う方法として、ガラス板をイオン交換法などにより化学強化する技術が開発されている。化学強化により、ガラス板の表面に圧縮応力層を形成することで、撓みを抑え、また破損しにくいガラス板を提供出来る。
【０００３】
特許文献１には、化学強化後に平均粒径が８０ｎｍ以下のコロイダルシリカを含むスラリーを用いて研磨する強化後研磨工程を行うことで、より高強度でかつ軽量である強化ガラス板を提供する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２１８９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、カバーガラス等に用いられる強化ガラス板においては、その主表面に外部より大きい応力をうけるため、より高強度であることが要求される。
【０００６】
そこで、本発明では、より高強度な強化ガラス板について、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の態様を提供するものである。
（１）  ガラス板を化学強化する化学強化工程と、
該化学強化工程後に、前記ガラス板の表面を研磨する強化後研磨工程と、を備える強化ガラス板の製造方法であって、
前記強化後研磨工程では、不織布パッドが用いられ、
前記不織布パッドの変形量が０．０４ｍｍ以上となる状態で研磨することを特徴とする強化ガラス板の製造方法。
（２）  両面研磨装置のサンギヤとリングギヤとの間で遊星歯車運動を行うガラス板用キャリアに強化ガラス板を保持させ、前記ガラス板用キャリアに保持された強化ガラス板を上定盤と下定盤に取り付けた研磨パッドの間に挟み、砥粒を含有する研磨液を供給しながら研磨することで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、
前記研磨パッドは、不織布パッドであり、
前記不織布パッドのそれぞれの変形量が０．０４ｍｍ以上となる状態で研磨することを特徴とする強化ガラス板の製造方法。
（３）  ６０〜１２０ｇ／ｃｍ２の研磨圧力で研磨することを特徴とする（１）又は（２）に記載の強化ガラス板の製造方法。
（４）  前記不織布パッドは、ショアＡ硬度が４５〜９５の範囲内であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の強化ガラス板の製造方法。
（５）  前記強化ガラス板は、カバーガラスであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の強化ガラス板の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の強化ガラス板の製造方法によれば、高強度の強化ガラス板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】両面研磨装置の概略構成図である。
【図２】両面研磨装置において研磨パッド間に挟持された強化ガラス板の模式図である。
【図３】カバーガラスの製造方法のフローを説明するフロー図である。
【図４】強度試験の方法を説明するための概略図である。
【図５】例１〜４における不織布パッドのショアＡ硬度と研磨後の強化ガラスのＢＯＲ強度との関係を示すグラフである。
【図６】例１〜４における不織布パッドの変形量と研磨後の強化ガラスのＢＯＲ強度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】
【００１０】
以下、本発明の強化ガラス板の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
本発明の強化ガラス板の製造方法は、ガラス板を化学強化する化学強化工程と、該化学強化工程後に、前記ガラス板の表面を研磨する強化後研磨工程と、を備える。
【００１１】
［化学強化工程］
化学強化工程では、ガラスの表面をイオン交換し、圧縮応力が残留する表面層を形成させる。具体的には、ガラスの表面をイオン交換することにより、ガラスに含まれる小さなイオン半径のイオン（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン）が、大きなイオン半径のイオン（例えば、Ｋイオン）に置換される。これにより、ガラスの表面に圧縮応力が残留し、ガラスの強度が向上する。
【００１２】
化学強化用のガラス板の組成は、化学強化をすることができれば、特に限定されない。好ましいガラス板の組成としては、例えば、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２：５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：２〜２５％、Ｌｉ２Ｏ：０〜１０％、Ｎａ２Ｏ：０〜１８％、Ｋ２Ｏ：０〜１０％、ＭｇＯ：０〜１５％、ＣａＯ：０〜５％及びＺｒＯ２：０〜５％を含むガラスである。
【００１３】
他にも、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２：５０〜７４％、Ａｌ２Ｏ３：１〜１０％、Ｎａ２Ｏ：６〜１４％、Ｋ２Ｏ：３〜１１％、ＭｇＯ：２〜１５％、ＣａＯ：０〜６％及びＺｒＯ２：０〜５％を含み、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯ及びＣａＯの含有量の合計が７〜１５％であるガラス、ＳｉＯ２：６８〜８０％、Ａｌ２Ｏ３：４〜１０％、Ｎａ２Ｏ：５〜１５％、Ｋ２Ｏ：０〜１％、ＭｇＯ：４〜１５％及びＺｒＯ２：０〜１％を含むガラス、ＳｉＯ２：６７〜７５％、Ａｌ２Ｏ３：０〜４％、Ｎａ２Ｏ：７〜１５％、Ｋ２Ｏ：１〜９％、ＭｇＯ：６〜１４％及びＺｒＯ２：０〜１．５％を含み、ＳｉＯ２及びＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ２Ｏ及びＫ２Ｏの含有量の合計が１２〜２０％であり、ＣａＯを含有する場合、その含有量が１％未満であるガラスを使用することが好ましい。
【００１４】
ガラス板は、フロート法、フュージョンダウンドロー法、スリットダウンドロー法、リドロー法などの方法により作製される。
【００１５】
また、ガラス板の厚みは、用途によって異なるが、携帯電話などのカバーガラス用途の場合、通常、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍ程度であり、好ましくは、０．３５ｍｍ〜１．２ｍｍである。
【００１６】
イオン交換による化学強化を施した強化ガラス板は、その表面に欠陥が発生する。また、最大で１μｍ程度の微細な凹凸が残留することがある。ガラスに力が作用する場合、前述の欠陥や微細な凹凸が存在する箇所に応力が集中し、理論強度よりも小さな力でも割れることがある。そのため、本発明では、化学強化後のガラスの少なくとも一方の表面に存在する、欠陥及び微細な凹凸を有する層（欠陥層と呼ぶ）を除去する。なお、欠陥が存在する欠陥層の厚さは、化学強化の条件にもよるが、通常、０．０１〜０．５μｍである。
【００１７】
［強化後研磨工程］
欠陥及び微細な凹凸を含む欠陥層を除去する方法としては、図１及び図２に示す両面研磨装置１２により研磨を行う方法が挙げられる。
【００１８】
両面研磨装置１２には、図１に示すように、ガラス板３０（図２参照）を設置可能なガラス板用キャリア１０がサンギヤ１３、リングギヤ１４間にセットされる。サンギヤ１３、リングギヤ１４及びガラス板用キャリア１０の外周面に形成されたギヤ部１０ａは、遊星歯車機構を構成し、サンギヤ１３、リングギヤ１４を所定の回転比率で回転駆動することにより、ガラス板用キャリア１０が自転しながらサンギヤ１３の周りを公転する遊星歯車運動を行う。
【００１９】
このとき、ガラス板用キャリア１０は、ギヤ部１０ａの内側のガラス板保持部１０ｂに形成されたガラス板保持孔１１にガラス板３０を保持した状態で、図２に示すように、ガラス板３０と対向する面に研磨パッド１６、１８が装着された上定盤１５と下定盤（図示せず）との間に狭持され、ガラス板３０が所定の研磨荷重で押圧されている。そして、研磨パッド１６、１８とガラス板用キャリア１０、ガラス板３０との間には砥粒を含有する研磨液（研磨スラリー）が供給され、上定盤１５と下定盤とが相対回転することでガラス板用キャリア１０に保持されたガラス板の両主平面が同時に研磨される。
【００２０】
研磨パッド１６、１８は、不織布パッドである。不織布パッドは、繊維を織らずに絡み合わせたフェルト、又はこのフェルトにゴム又は樹脂を含浸させたものをＰＥＴ等の基材に貼り付けた軟質研磨パッドである。硬度は、４．５ｍｍ厚に積層した硬度がショアＡ硬度で４５〜９５であることが好ましい。不織布パッドを構成する繊維は、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリオレフィン繊維等適宜選択され得るが、その中でポリエステル繊維が最も好ましい。樹脂は、ポリウレタン、エポキシ等適宜選択され得るが、その中でポリウレタンが最も好ましい。
【００２１】
また、各研磨パッド１６、１８は、研磨時の研磨圧力による変形量（以下、沈み込み量とも呼ぶ。）が０．０４ｍｍ以上となるように設定される。各研磨パッド１６、１８の変形量は、ガラス板３０と接する最も収縮した研磨パッド１６、１８の面と、ガラス板３０間に位置する最もガラス板用キャリア１０側に位置する部分との距離であり、図２のＤｐで表される。研磨圧力は、研磨時間と研磨量等との関係で適宜設定され得るが、好ましくは５０〜１２０ｇ／ｃｍ２（ＳＩ）であり、さらに好ましくは６０〜１００ｇ／ｃｍ２である。
【００２２】
即ち、研磨圧力を一定とすると、研磨時の研磨圧力による変形量（沈み込み量）を０．０４ｍｍ以上確保するためには、研磨パッドの硬度の低い、即ち柔らかい研磨パッドを用いるか、硬度が高い、即ち硬い研磨パッドを用いる場合、研磨パッドの厚さを厚くすることで研磨パッドの変形量を確保することができる。なお、本実施形態において、変形量は研磨パッドを濡らした状態で圧力を掛けて測定した。濡らした状態で測定することにより、研磨中と同じ条件で測定することが出来る。
【００２３】
不織布パッドは、典型的には１．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度の厚さを有する。また、パッド表面に形成される溝深さについては、典型的には研磨パッドの厚みに対して５０％程度の厚さを有する。
【００２４】
ガラス板用キャリア１０はプリプレグを複数枚積層することで製作される。プリプレグの材質については特に限定されるものではなく、目的とするガラス板用キャリア１０の変形量等によって選択することができる。例えば、基材としてはガラス繊維布、ガラス繊維不織布、アラミド繊維不織布、ポリエステル繊維布等を用い、これにエポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂を含浸させた物を用いることができる。
【００２５】
また、用いるプリプレグは一種類に限定されず異なる材料のプリプレグを積層してもよい。積層したプリプレグを、プレス機で加圧、加熱することにより、ガラス板用キャリア１０が作製される。
【００２６】
研磨液（研磨スラリー）は、例えば、コロイダルシリカ、酸化セリウムなどの希土類酸化物、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素、炭化ケイ素、酸化マンガン、酸化鉄、ダイヤモンド、窒化ホウ素及びジルコンなどの、公知の砥粒を含むスラリーが用いられる。砥粒は、１種類を単独で使用しても良く、２種類以上を併用して使用してもよい。
【００２７】
［その他の工程］
本発明の強化ガラス板の製造方法は、化学強化する工程の前に、ガラス板の表面に存在する傷（クラック）やガラス板の撓みや凹みを除去する、その他の工程を含んでも良い。化学強化処理の前に、ガラス板の表面のクラックを除去する方法としては、前述の欠陥層を除去する工程と同様に、ガラス板の表面を研磨する方法が挙げられる。
【００２８】
次に、本発明の強化ガラス板の製造方法の一例としてカバーガラスの製造方法について図３を参照しながら説明する。
カバーガラスの製造方法は、先ず、フロート法等により製造されたガラス板を切断し所定のガラス素板を採板する（Ｓ１）。続いて、所望のカバーガラスのサイズにあうように切断処理され、端面の面取り処理が行われる（Ｓ２）。続いて、両面研磨装置１２を用いてガラス板の表面を研磨（強化前研磨）してクラックを除去する（Ｓ３）。
【００２９】
続いて、化学強化が行われる（Ｓ４）。例えば、４００℃〜４５０℃のＫＮＯ３溶融塩に１時間〜１０時間浸漬することにより化学強化が施される。また、化学強化後に、ガラス板に付着する溶融塩などの付着物などを除去する目的で、水で洗浄することが好ましい。
【００３０】
続いて、両面研磨装置１２を用いてガラス板の表面を研磨（強化後研磨）して化学強化によりガラス板の表面に形成された欠陥層を除去する（Ｓ５）。最後に、ガラス板の周縁部に遮光性を有する黒色層等が印刷され（Ｓ６）、カバーガラスが製造される。
【００３１】
本発明の特徴である、不織布パッドを用いた研磨は、強化後研磨（Ｓ５）に適用する限り、強化前研磨（Ｓ３）に適用してもよい。
【実施例】
【００３２】
以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【００３３】
全ての実施例及び比較例において、フロート法により成形した後に切断して得た縦３００ｍｍ×横２２５ｍｍ×厚さ０．５６ｍｍの平板ガラスを用いた。使用した平板ガラスの組成は、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ２：６４％、Ａｌ２Ｏ３：８％、ＭｇＯ：１１％、Ｎａ２Ｏ：１２．５％、ＺｒＯ２：０．５％であった。
【００３４】
以下の実施例では、例１〜４の不織布パッドを用いて、化学強化処理後、（強化後）研磨処理を行った。表１に、例１〜４の不織布パッドの厚み、密度、圧縮率、変形量、圧縮弾性率、硬度を示した。
【００３５】
（化学強化）
平板ガラスを、ＫＮＯ３溶融塩に浸漬し、イオン交換処理した後、室温付近まで冷却することにより化学強化した。このとき、ＫＮＯ３溶融塩の温度は４３５℃とし、浸漬時間は４時間とした。得られた化学強化ガラス（以下、強化ガラスと呼ぶ。）は水洗いし、次の酸化セリウム研磨工程に供した。強化後の強化ガラスは、表面圧縮応力（ＣＳ）が７００±５０ＭＰａ、圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が１８±２μｍであった。
【００３６】
（強化後研磨）
研磨スラリーとして、平均粒子直径（ｄ５０）が１μｍの酸化セリウムを水に分散させてスラリーを作製し、得られたスラリーを用いて、強化ガラスを所定時間研磨した。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
［評価方法］
以下、評価方法を説明する。各例に関し、研磨処理後に下記のＢａｌｌ ｏｎ Ｒｉｎｇ試験を行った。
【００３９】
《Ｂａｌｌ ｏｎ Ｒｉｎｇ試験》
Ｂａｌｌ ｏｎ Ｒｉｎｇ（ＢＯＲ）試験では、強化ガラス板１を水平に載置した状態で、ＳＵＳ３０４製の加圧治具２を用いて強化ガラス板１を加圧し、強化ガラス板１の強度を測定した。図４に、本発明で用いた強度試験を説明するための概略図を示す。図４において、ＳＵＳ３０４製の受け治具３の上に、サンプルとなる強化ガラス板１が水平に設置されている。強化ガラス板１の上方には、強化ガラス板１を加圧するための、加圧治具２が設置されている。
【００４０】
本実施の形態においては、強化ガラス板１の上方から、強化ガラス板１の中央領域を加圧した。なお、試験条件は下記の通りである。
サンプルの厚み：０．５６（ｍｍ）；
加圧治具２の下降速度：１．０（ｍｍ／ｍｉｎ）：
この時、ガラスが破壊された際の、破壊荷重（単位Ｎ）をＢＯＲ強度とした。表１のＢＯＲ強度は、研磨圧力、定盤回転数を変えながら所定の回数（Ｎ数）のＢＯＲ強度の平均を求め、この求められたＢＯＲ強度の平均が含みうる範囲とした。
【００４１】
例えば、例１においては、下記表２に示すように、研磨圧力を６０〜１００ｇ／ｃｍ３、下定盤回転数を２０〜４０ｒｐｍの範囲内で変えながら各条件で６ロット（Ｎ数）ずつ研磨を行った。６ロットの平均をＢＯＲ強度として表２に示した。また、その際の取り代もあわせて測定し、表２に示した。例１においては、ＢＯＲ強度の平均の最低値が３２３Ｎ、最高値が３３９Ｎであって、四捨五入するとＢＯＲ強度の平均が含みうる範囲は３２０Ｎ〜３４０Ｎとなる。表１には、この範囲をＢＯＲ強度として示している。なお、下定盤、上定盤、キャリア自転、キャリア公転は所定の比率に予め設定されており、研磨時間は３００秒とした。
【００４２】
【表２】
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【００４３】
図５は、例１〜４における不織布パッドのショアＡ硬度と研磨後の強化ガラスのＢＯＲ強度との関係を示すグラフである。
例１〜３のほぼ同じ板厚（約１．３５ｍｍ）の不織布パッドを使用したものを比較すると、ショアＡ硬度が低くなる、即ち不織布パッドが柔らかくなるに従って、板ガラスのＢＯＲ強度が高くなることが分かる。また、一方で、板厚の大きい例４（３ｍｍ）の不織布パッドを使用した場合においては、ショアＡ硬度が高い、即ち不織布パッドが硬いにもかかわらず、板ガラスのＢＯＲ強度が高いことが分かる。
【００４４】
図６は、例１〜４における不織布パッドに１００ｇ／ｃｍ２の荷重をかけた場合の変形量（不織布パッドの変形量）と研磨後の強化ガラスのＢＯＲ強度との関係を示すグラフである。
図６から明らかなように、横軸に不織布パッドの変形量をとると、不織布パッドの変形量が大きくなるに従って、ＢＯＲ強度も大きくなっていることが分かる。これは、所定の変形量を確保することで、研磨時に砥粒が不織布パッドに逃げることができるため、砥粒とガラス表面の接触がマイルドとなり、微小な傷が発生しづらいものと考えられる。このように不織布パッドの変形量を確保することで、強化ガラス板のＢＯＲ強度が高くなるものと考えられる。
【００４５】
図５及び図６から、不織布パッドの変形量を確保するためには、研磨パッドの硬度の低い柔らかい研磨パッドを用いるか、硬度が高い（硬い）研磨パッドを用いる場合、研磨パッドの厚さを厚くするのが有効であることが分かる。
【００４６】
図６から、不織布パッドの変形量とＢＯＲ強度との間には線形性が認められる。この例１〜４に近似直線（回帰直線）を引くと、ｙ＝１３７４．８ｘ＋１５１．１１が得られ、ＢＯＲ強度を２００Ｎ以上とすると、不織布パッドの変形量は０．０４ｍｍ以上であり、ＢＯＲ強度を２５０Ｎ以上とすると、不織布パッドの変形量は０．０７２ｍｍ以上必要である。
【００４７】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施し得るものである。
例えば、上記実施形態では、ガラス板の製造方法の一例としてカバーガラスの製造方法を例示したが、これに限らず、色々な用途のガラスに適用可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０      ガラス板用キャリア
１０ａ    ギヤ部
１０ｂ    ガラス板保持部
１１      ガラス板保持孔
１２      両面研磨装置
１３      サンギヤ
１４      リングギヤ
１５      上定盤
１６      研磨パッド
１８      研磨パッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017014023.tif 000009
【図６】
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