JP2013006749A

JP2013006749A - 化学強化用フロートガラス

Info

Publication number: JP2013006749A
Application number: JP2011141831A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Takiguchi; 哲史瀧口
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-10

Abstract

【課題】化学強化前の研磨処理等を省略又は簡略化可能であり、且つ、化学強化後の反りを抑制可能であって、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスを提供する。
【解決手段】フロート法により成形され、成形時に溶融金属と接するボトム面と、ボトム面に対向するトップ面とを有し、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスであって、ボトム面側が凸となるように反っている。
【選択図】図４

Description

本発明は、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスに関する。

近年、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等のフラットパネルディスプレイ装置などにおいて、ディスプレイの保護ならびに美観を高めるために、画像表示部分よりも広い領域となるように薄い板状のカバーガラスをディスプレイの前面に配置することが行なわれている。このようなフラットパネルディスプレイ装置に対しては、軽量・薄型化が要求されており、そのため、ディスプレイ保護用に使用されるカバーガラスも薄くすることが要求されている。しかし、カバーガラスの厚さを薄くしていくと、強度が低下し、使用中または携帯中の落下などによりカバーガラス自身が割れてしまうことがあり、ディスプレイ装置を保護するという本来の役割を果たすことができなくなるという問題があった。

このため従来のカバーガラスは、耐傷性を向上させるため、フロート法により製造されたソーダライムガラスを、化学強化することで表面に圧縮応力層を形成しカバーガラスの耐傷性を高めていた。従来のソーダライムガラスを化学強化した化学強化フロートガラスの圧縮応力層の深さは、たかだか１０μｍ程度であった。

一方で、フロート成形したソーダライムガラスを化学強化した化学強化フロートガラスにおいて反りが発生することが報告されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１によれば、反りの原因は、フロート成形時において溶融金属と接するボトム面に溶融金属が侵入するためと記載されており、これに対する対処法として、溶融金属との接触面を研削、研磨した上で化学強化を行うことが記載されている。

近年、カバーガラス等では、要求される耐傷性がより高くなっており、化学強化フロートガラスの圧縮応力層の深さが１５μｍ以上である化学強化用フロートガラスが開発されている。

特開昭６２−１９１４４９号公報

しかしながら、この圧縮応力層の深さが１５μｍ以上である化学強化フロートガラスでは、従来の圧縮応力層の深さが１０μｍ程度の化学強化フロートガラスと比べて、反りが顕在化するという問題があった。この反りを抑えるためには、化学強化前に研削処理又は研磨処理等を行うことが考えられるが、生産性を向上させるためには、研磨処理等に要する時間は短ければ短いほど好ましく、できれば省略できることが好ましい。

そこで、本発明は、化学強化前の研磨処理等を省略又は簡略化可能であり、且つ、化学強化後の反りを抑制可能であって、化学強化後の圧縮応力層の深さを深くできる化学強化用フロートガラスを提供することを目的とする。

本発明者らは、化学強化による反りの発生に対し、フロート成形時に溶融金属と接するボトム面と、ボトム面に対向し溶融炉内の雰囲気化に晒されるトップ面とでは、トップ面の方が化学強化すると小さなアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）がイオン半径のより大きなアルカリイオン（典型的にはＫイオンに交換する）に置換されやすく、そのためトップ面の方が圧縮応力が大きくなりトップ面の凸が強調されるものと考察し、本発明に至った。この考察は、圧縮応力層の深さが１０μｍから１５μｍに深くなると、それに応じて反りが大きくなり、反りの発生が顕在化することにも対応している。

本発明は、この化学強化によるフロートガラスの反りを低減するため以下の態様を提供するものである。なお、本発明においては、フロート法により形成された化学強化前のフロートガラスを化学強化用フロートガラスと呼び、この化学強化用フロートガラスを化学強化したものを化学強化フロートガラスと呼ぶことがある。また、本発明の反りは、重力の影響を無視したガラス自体の反りを意味している。
（１）.フロート法により成形され、成形時に溶融金属と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とを有し、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスであって、
ボトム面側が凸となるように反っていることを特徴とする化学強化用フロートガラス。
（２）.フロート法により成形され、成形時に溶融金属と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とを有し、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスの製造方法であって、
徐冷炉内において、ガラスリボンのボトム面側が凸となるように形成することを特徴とする化学強化用フロートガラスの製造方法。
（３）．ボトム面側が凸となるように反っている化学強化用フロートガラスを化学強化して表面に圧縮応力層を形成することを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
（４）．圧縮応力層の深さが１５μｍ以上である（３）に記載の化学強化ガラスの製造方法。

上記（１）及び（２）に記載の化学強化用フロートガラス及び化学強化用フロートガラスの製造方法によれば、化学強化前の研磨処理等を簡略化又は省略しても、化学強化後の化学強化フロートガラスの反りを抑制することができる。

本発明の化学強化用カバーガラスを用いたフラットパネルディスプレイの断面図である。ガラス製造装置を模式的に部分的に示す模式図である。（ａ）は一実施形態の搬送ローラーの斜視図であり、（ｂ）は他の実施形態の搬送ローラーの斜視図である。化学強化前の反りと、化学強化による反りとの関係を示すグラフである。

以下、本発明の化学強化用フロートガラスについて説明するが、先ず、本発明の化学強化用フロートガラスを化学強化した後、フラットパネルディスプレイ用のカバーガラスとして用いた例について説明する。
図１は、カバーガラスが配置されたディスプレイ装置の断面図である。なお、以下の説明において、前後左右は図中の矢印の向きを基準とする。

ディスプレイ装置１０は、図１に示すように、概して筐体１５内に設けられた表示パネル２０と、表示パネル２０の全面を覆い筐体１５の前方を囲うように設けられるカバーガラス３０とを備える。

カバーガラス３０は、主として、ディスプレイ装置１０の美観や強度の向上、衝撃破損防止などを目的として設置されるものであり、全体形状が略平面形状の一枚の板状ガラスから形成される。カバーガラス３０は、図１に示すように、表示パネル２０の表示側（前側）から離間するように（空気層を有するように）設置されていてもよく、透光性を有する接着膜（図示せず）を介して表示パネル２０の表示側に貼り付けられてもよい。

カバーガラス３０の表示パネル２０からの光を出射する前面には機能膜４１が設けられ、表示パネル２０からの光が入射する背面には、表示パネル２０と対応する位置に機能膜４２が設けられている。なお、機能膜４１、４２は、図１では両面に設けたが、これに限らず前面又は背面に設けてもよく、省略してもよい。

機能膜４１、４２は、例えば、周囲光の反射防止、衝撃破損防止、電磁波遮蔽、近赤外線遮蔽、色調補正、及び／又は耐傷性向上などの機能を有し、厚さおよび形状などは用途に応じて適宜選択される。機能膜４１、４２は、例えば樹脂製の膜をカバーガラス３０に貼り付けることにより形成され、あるいは、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの薄膜形成法により形成されてもよい。

符号４４は、黒色層であり、例えば、顔料粒子を含むインクをカバーガラス３０に塗布し、これを紫外線照射、または加熱焼成した後、冷却することによって形成された被膜である。黒色層４４によって筐体１５の外側からは表示パネル２０等が見えなくなり、外観の審美性を向上させる。

カバーガラス３０は、典型的には、表示パネル２０からの光を出射する前面がフロート法により形成される化学強化フロートガラスのトップ面となっており、表示パネル２０からの光が入射する背面が化学強化フロートガラスのボトム面となっているが、必ずしもこれに限定されず、表示パネル２０からの光を出射する前面を化学強化フロートガラスのボトム面とし、表示パネル２０からの光が入射する背面を化学強化フロートガラスのトップ面としてもよい。なお、ボトム面とはフロート成形時に溶融金属（典型的には溶融錫）に接する面であり、トップ面とはボトム面と対向する面である。

図２は、このカバーガラス３０を製造するガラス製造装置の模式図である。
ガラス製造装置５０は、ガラスの原料を溶解する溶解炉５１と、溶解された溶融ガラスを溶融錫上に浮かせて平坦なガラスリボンを成形するフロートバス５２と、リフトアウトローラー５３によってガラスリボンをフロートバス５２から引き出した後に、ガラスリボンの温度を徐々に下げることで徐冷する徐冷炉５４と、を備えて構成される。

徐冷炉５４は、例えば、燃焼ガス又は電気ヒータ等の加熱手段５６により、その出力が制御された熱量を炉内の必要位置に供給して搬送ローラー５５で搬送されるガラスリボンを常温に近い温度域までゆっくり冷却することで、ガラスリボンに内在する残留応力を低減させて、ガラスに反りや割れが発生するのを抑制する作用を有する。

従来、徐冷炉から搬出された化学強化用フロートガラスはできるだけ反らないように、オペレーションがなされていた。

ここで、本発明の化学強化用フロートガラス１は、溶融錫と接する面をボトム面２、ボトム面２に対向する面をトップ面３とすると、ボトム面２側が凸となるように形成される。このときの化学強化用フロートガラス１の反りは、化学強化した化学強化フロートガラスを切断したガラス基板の長辺の０．１％以内となるように逆算して求められる。例えば、板厚１．１ｍｍで１００ｍｍ角のガラス基板の化学強化による反りが１００μｍ以内であるとすると、化学強化用フロートガラス１の反りはボトム面側に５μｍ以上反らせておけばよいこととなる。

なお、この反りは、上記したように重力の影響を無視したガラス自体の反りに依存するものであり、自重によるたわみが排除されたものである。このように、化学強化前の化学強化用フロートガラス１を予めボトム面側が凸となるように形成することにより化学強化後の化学強化フロートガラスの反りを低減できる。

反りの測定は、例えば、矩形状に切断された化学強化用フロートガラス１の対向する両側の２辺を支持し、この化学強化用フロートガラス１の略中央に配置されたレーザ変位センサにより、変位センサから化学強化用フロートガラス１の裏面までの距離が測定される。続いて、この化学強化用フロートガラス１を裏返して変位センサから化学強化用フロートガラス１の表面までの距離が測定される。このとき、化学強化用フロートガラス１の反りに加えて自重によるたわみが発生しており、表面測定時と裏面測定時の自重によるたわみを相殺することで化学強化用フロートガラス１の反りが求められる。なお、反りの測定は、自重によるたわみを排除したものである限り上記方法に限定されるものではなく、また、重力下で化学強化用フロートガラス１の反り及びたわみを測定した後、予め想定されるたわみを差し引くことで化学強化用フロートガラス１の反りを算出してもよい。

ガラス製造装置５０で製造される化学強化用フロートガラス１のボトム面２側が凸となるように化学強化用フロートガラス１を成形するためには、以下の（１）〜（３）のいずれかに記載の方法、又はこれらの組み合わせが採用され得る。
（１）１つ目の方法としては、図３（ａ）に示すように、徐冷炉５４内の搬送ローラー５５の外周面を中央で最小径となり両端部が最大径となるように凹状に湾曲させる。これにより、搬送されるガラスリボンが搬送ローラー５５の外周面に沿ってボトム面側に凸となる。
（２）２つ目の方法としては、図３（ｂ）に示すように、徐冷炉５４内の一様径を有する搬送ローラー５５の剛性を低くすることにより、両端支持された搬送ローラー５５が重力方向下方に自重で凹状にたわむ。これにより、搬送されるガラスリボンが搬送ローラー５５の外周面に沿ってボトム面側が凸となる。搬送ローラー５５の剛性を低くするためには、軸を小径化すること等が考えられる。
（３）３つ目の方法としては、徐冷点から歪点までの温度域において、ボトム面に対しトップ面が高温となるように温度制御する。これにより、室温付近まで冷却したガラスリボンは、ボトム面側が凸となる。これは、徐冷炉５４内における徐冷点から歪点までの温度域でより膨張した面が、冷却後に収縮するというガラスの特性を利用したものである。

このようにオンライン上で成形され、徐冷炉５４から搬出された化学強化用フロートガラス１は、不図示の切断機で所定のサイズに切断された後、化学強化される。化学強化は、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）をイオン半径のより大きなアルカリイオン（典型的にはＫイオンに交換する）に交換することで、ガラス表面に圧縮応力層を形成する処理である。

本発明の化学強化用フロートガラス１は、４３５℃の硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）溶融塩に４ｈｒ浸漬させることで化学強化した際の圧縮応力層の深さが、１５μｍ以上となることが好ましく、３０μｍ以上となることがより好ましい。また、圧縮応力は、６００ＭＰａ以上が好ましく、７００ＭＰａ以上がより好ましい。

さらに、化学強化した化学強化フロートガラスを所定のサイズに切断した基板に対し、化学強化後の反りは、基板の長辺の０．１％以下となることが好ましい。

化学強化用フロートガラス１は、板厚が１．５ｍｍ以下、より好ましくは、０．７〜１．１ｍｍである。また、例えば以下の組成のガラスが使用される。
（ｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ_２を５０〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を２〜２５％、Ｌｉ_２Ｏを０〜１０％、Ｎａ_２Ｏを０〜１８％、Ｋ_２Ｏを０〜１０％、ＭｇＯを０〜１５％、ＣａＯを０〜５％およびＺｒＯ_２を０〜５％を含むガラス
（ｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を５０〜７４％、Ａｌ_２Ｏ_３を１〜１０％、Ｎａ_２Ｏを６〜１４％、Ｋ_２Ｏを３〜１１％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜６％およびＺｒＯ_２を０〜５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７〜１５％であるガラス
（ｉｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６８〜８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を４〜１０％、Ｎａ_２Ｏを５〜１５％、Ｋ_２Ｏを０〜１％、ＭｇＯを４〜１５％およびＺｒＯ_２を０〜１％含有するガラス
（ｉｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を６７〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を０〜４％、Ｎａ_２Ｏを７〜１５％、Ｋ_２Ｏを１〜９％、ＭｇＯを６〜１４％およびＺｒＯ_２を０〜１．５％含有し、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏ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

以上説明したように、本実施形態によれば、化学強化前の化学強化用フロートガラス１をボトム面側が凸となるように形成することで、化学強化後の化学強化フロートガラスの反りを低減できる。
また、このように化学強化前の化学強化用フロートガラス１をボトム面側が凸となるように形成しておくことで、化学強化による実際の反りも小さくできることが実験的に確認された。

以下、本発明の実施例について説明する。
フロート法で、厚さ：１．１ｍｍ、サイズ：１００ｍｍ×１００ｍｍの実施例１〜４及び比較例１〜４の８種の化学強化用フロートガラス（モル％で表示した組成は、ＳｉＯ_２：６４％、Ａｌ_２Ｏ_３：７％、Ｎａ_２Ｏ：１３％、Ｋ_２Ｏ：４％、ＭｇＯ：１１％、ＺｒＯ_２：１％。）を製造し、４３５℃の硝酸カリウム（ＫＮＯ^３）溶融塩に４ｈｒ浸漬させることで化学強化を行った。

このフロートガラスの化学強化前（化学強化用フロートガラス）の反りと、化学強化後（化学強化フロートガラス）の反りとを測定し、化学強化後（化学強化フロートガラス）の反りから化学強化前（化学強化用フロートガラス）の反りを差し引いて化学強化による反りを算出した。これらのサンプルの圧縮応力層の深さと圧縮応力は折原製作所製ガラス表面応力計（ＦＳＭ−６０００）で測定したところ、圧縮応力層の深さは平均で約４７μｍであり、圧縮応力は平均で約８４０ＭＰａであった。結果を表１に示す。なお、表１は、トップ面側に凸となる方向を正（プラス）としている。

図４は、表１の化学強化前（化学強化用フロートガラス）の反りと、化学強化による反りとの関係を示すグラフである。
表１及び図４から、実施例１〜４及び比較例１〜４で、いずれも化学強化することによりトップ面側に凸となるように変形することが見受けられるが、実施例１〜４で化学強化前の高低差をボトム面側に凸とすることにより、化学強化による反りとの相殺がなされ化学強化後の反りが小さくなった。比較例１〜４では、化学強化前の反りに加えて化学強化による反りで、化学強化後の反りが１００μｍとなり、サンプルの長辺（１００ｍｍ）の０．１％である１００μｍを超える結果となった。

また、表１及び図４から、実施例１〜４では、化学強化による反りとの相殺により化学強化後の反りが小さくなることに加えて、実施例１〜４で化学強化前の反りをボトム面側に凸とした方が、比較例１〜４で化学強化前の反りをトップ面側に凸とした方に比べて、化学強化による反りを低減できることが分かった。

以上説明したように本実施形態によれば、化学強化前の化学強化用フロートガラスをボトム面側が凸となるように形成することで、化学強化後の化学強化フロートガラスの反りを低減できる。これにより、化学強化前の研磨処理等を簡略化又は省略しても、化学強化後の化学強化フロートガラスの反りを低減することができる。

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。

１化学強化用フロートガラス
２ボトム面
３トップ面
１０ディスプレイ装置
１５筐体
２０表示パネル
３０カバーガラス
５０ガラス製造装置
５１溶解炉
５２フロートバス
５３リフトアウトローラー
５４徐冷炉
５５搬送ローラー
５６加熱手段

Claims

フロート法により成形され、成形時に溶融金属と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とを有し、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスであって、
ボトム面側が凸となるように反っていることを特徴とする化学強化用フロートガラス。
フロート法により成形され、成形時に溶融金属と接するボトム面と、該ボトム面に対向するトップ面とを有し、化学強化により圧縮応力層が形成される化学強化用フロートガラスの製造方法であって、
徐冷炉内において、ガラスリボンのボトム面側が凸となるように形成することを特徴とする化学強化用フロートガラスの製造方法。
ボトム面側が凸となるように反っている化学強化用フロートガラスを化学強化して表面に圧縮応力層を形成することを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
圧縮応力層の深さが１５μｍ以上である請求項３に記載の化学強化ガラスの製造方法。