JP2018002552A - Manufacturing method of reinforced glass and reinforced glass manufacturing method - Google Patents

Manufacturing method of reinforced glass and reinforced glass manufacturing method Download PDF

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睦 深田
Mutsumi Fukada
睦 深田
清貴 木下
Kiyotaka Kinoshita
清貴 木下
利之 梶岡
Toshiyuki Kajioka
利之 梶岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a reinforced glass and a reinforced glass manufacturing device capable of stably manufacturing a reinforced glass sheet having high strength.SOLUTION: There is provided a manufacturing method of a reinforced glass for exchanging ions of a reinforced glass surface layer, having a process for making an ion exchange inhibition membrane inhibiting ion exchange on at least a part of a surface of a glass and a process for exchanging ions by contacting molten salt with a surface of the glass on which the ion exchange inhibition membrane is made, the molten salt contains a first ion which is introduced to a glass surface layer in ion exchange and a second ion which is an ion of same group element as the first ion and has smaller ion radius than that of the first ion and content of the second ion in the molten salt is 4500 mass.ppm or more.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、強化ガラスの製造方法および強化ガラス製造装置に関し、より具体的には、イオン交換法によってガラス板の化学強化を行う強化ガラスの製造方法および強化ガラス製造装置に関する。   The present invention relates to a method for producing tempered glass and an apparatus for producing tempered glass, and more specifically to a method for producing tempered glass and an apparatus for producing tempered glass for chemically strengthening a glass plate by an ion exchange method.

従来、スマートフォンやタブレットPCなどの電子機器に搭載されるタッチパネルディスプレイには、カバーガラスとして化学強化された強化ガラス板が用いられている。   Conventionally, a tempered glass plate that has been chemically strengthened as a cover glass has been used for touch panel displays mounted on electronic devices such as smartphones and tablet PCs.

このような強化ガラス板は、一般的に、アルカリ金属を組成として含むガラス板を強化液で化学的に処理し、表面に圧縮応力層を形成することによって製造される。このような強化ガラス板は、主表面に圧縮応力層を有するために主表面への衝撃耐性が向上している。一方、このような強化ガラス板の内部には、主表面の圧縮応力層に対応して引張応力層が形成されるが、この引張応力が大きくなりすぎると、これに起因して端面のクラックが進展することによる破損(所謂、自己破壊)が生じやすくなる。また、このような引張応力を小さくするためにガラス板表面の圧縮応力層を全体的に浅く形成した場合、端面において十分な耐衝撃性を得られないという問題があった。   Such a tempered glass plate is generally produced by chemically treating a glass plate containing an alkali metal as a composition with a tempering solution to form a compressive stress layer on the surface. Since such a tempered glass plate has a compressive stress layer on the main surface, the impact resistance to the main surface is improved. On the other hand, a tensile stress layer corresponding to the compressive stress layer on the main surface is formed inside such a tempered glass plate. If this tensile stress becomes excessively large, cracks on the end face are caused due to this. Damage due to progress (so-called self-destruction) is likely to occur. Further, when the compressive stress layer on the surface of the glass plate is formed to be shallow as a whole in order to reduce such tensile stress, there is a problem that sufficient impact resistance cannot be obtained at the end face.

上記のような問題を解決すべく、強化ガラス板の主表面と端面の圧縮応力のバランスを適切に設定して内部引張応力を適切な範囲で低減する技術が開発されている。例えば、特許文献1には、主表面に予めイオン交換を抑制する膜を形成して、化学強化の進度を端面に比べて抑制することによって、相対的に主表面より端面の圧縮応力層を深く形成し、端面における強度を向上する技術が開示されている。   In order to solve the above problems, a technique has been developed to appropriately set the balance of the compressive stress between the main surface and the end face of the tempered glass sheet and reduce the internal tensile stress within an appropriate range. For example, in Patent Document 1, by forming a film that suppresses ion exchange in advance on the main surface and suppressing the progress of chemical strengthening compared to the end surface, the compressive stress layer on the end surface is relatively deeper than the main surface. A technique for forming and improving the strength at the end face is disclosed.

特開2014−208570号公報JP 2014-208570 A

強化ガラスのイオン交換に使用される溶融塩は、繰り返し使用される事によって液質が徐々に変化する。そのため、引用文献1の技術のように、イオン交換を抑制する膜を形成した場合、イオン交換に用いられる強化液の液質によっては、イオン交換を抑制する膜を形成した箇所において化学強化が過度に抑制され、十分な圧縮応力層が得られない場合があった。すなわち、高い強度を有する強化ガラスを安定して生産する方法については未だ改良の余地があった。   The molten salt used for ion exchange of tempered glass gradually changes in liquid quality by repeated use. Therefore, when a membrane that suppresses ion exchange is formed as in the technique of Cited Document 1, depending on the quality of the reinforcing liquid used for ion exchange, chemical strengthening is excessive at the location where the membrane that suppresses ion exchange is formed. In some cases, a sufficient compressive stress layer could not be obtained. That is, there is still room for improvement in the method for stably producing tempered glass having high strength.

本発明は、このような事情を考慮して成されたものであり、高い強度を有する強化ガラス板を安定して製造可能とする強化ガラスの製造方法および強化ガラス製造装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a tempered glass manufacturing method and a tempered glass manufacturing apparatus capable of stably manufacturing a tempered glass plate having high strength. And

本発明の強化ガラスの製造方法は、強化用ガラス表層のイオンを交換する強化ガラスの製造方法であって、ガラスの表面の少なくとも一部にイオンの交換を抑制するイオン交換抑制膜を成膜する工程と、イオン交換抑制膜が成膜されたガラスの表面に溶融塩を接触させてイオンを交換する工程とを備え、溶融塩は、イオンの交換においてガラス表層に導入される第一イオンと、第一イオンと同族元素のイオンであって第一イオンよりイオン半径が小さい第二イオンとを含み、溶融塩における第二イオンの含有量が4500質量ppm以上であることを特徴とする。   The method for producing tempered glass of the present invention is a method for producing tempered glass for exchanging ions on the surface layer of a tempered glass, and an ion exchange suppressing film for suppressing ion exchange is formed on at least a part of the surface of the glass. A step of bringing the molten salt into contact with the surface of the glass on which the ion exchange suppressing film has been formed and exchanging ions, wherein the molten salt includes first ions introduced into the glass surface layer in the exchange of ions; The second ion is a first ion and a second element ion having a smaller ion radius than the first ion, and the content of the second ion in the molten salt is 4500 mass ppm or more.

本発明の強化ガラスの製造方法において、第一イオンは、カリウムイオンであり、第二イオンは、ナトリウムイオンであり、溶融塩におけるナトリウムイオンの含有量が5000〜7900質量ppm以上であることが好ましい。   In the method for producing tempered glass of the present invention, the first ion is potassium ion, the second ion is sodium ion, and the content of sodium ion in the molten salt is preferably 5000 to 7900 mass ppm or more. .

本発明の強化ガラスの製造方法において、イオン交換抑制膜は、SiOを90%以上含有する組成を有し、厚みが5〜2000nmであることが好ましい。 The method of manufacturing a tempered glass of the present invention, the ion-exchange suppression layer has a composition containing SiO 2 90% or more preferably has a thickness of 5~2000Nm.

本発明の強化ガラスの製造方法において、強化用ガラスは、ガラス組成として質量%で、SiO 45〜75%、Al 1〜30%、NaO 0〜20%、KO 0〜20%を含有するガラス板であり、強化用ガラスの主表面にのみイオン交換抑制膜を成膜し、膜付ガラスを350〜500℃の溶融塩に0.1〜150時間浸漬してイオン交換を行う、ことが好ましい。 The method of manufacturing a tempered glass of the present invention, the reinforcing glass, in weight percent as a glass composition, SiO 2 45~75%, Al 2 O 3 1~30%, Na 2 O 0~20%, K 2 O 0 A glass plate containing ˜20%, an ion exchange suppressing film is formed only on the main surface of the reinforcing glass, and the glass with film is immersed in a molten salt at 350 to 500 ° C. for 0.1 to 150 hours for ions. It is preferable to perform the exchange.

本発明の強化ガラス製造装置は、ガラス表層のイオンを交換するための溶融塩を収容した塩浴槽を備えた強化ガラス製造装置であって、溶融塩は、イオンの交換においてガラス表層に導入される第一イオンと、第一イオンと同族元素のイオンであって第一イオンよりイオン半径が小さい第二イオンとを含み、溶融塩における第二イオンの含有量が4500質量ppm以上であることを特徴とする。   The tempered glass manufacturing apparatus of the present invention is a tempered glass manufacturing apparatus provided with a salt bath containing molten salt for exchanging ions on the glass surface layer, and the molten salt is introduced into the glass surface layer in the exchange of ions. The first ion and a second ion that is an ion of the same family element as the first ion and has an ion radius smaller than that of the first ion, and the content of the second ion in the molten salt is 4500 mass ppm or more. And

強化ガラス製造装置は、ガラスの表面の少なくとも一部にイオンの透過を抑制するイオン交換抑制膜を成膜する成膜装置と、成膜されたガラスを支持する支持装置とを備え、支持装置はガラスを支持した状態で塩浴槽に浸漬可能に構成されることが好ましい。   The tempered glass manufacturing apparatus includes a film forming apparatus that forms an ion exchange suppressing film that suppresses permeation of ions on at least a part of the surface of the glass, and a support apparatus that supports the formed glass. It is preferable that the glass is supported so as to be immersed in the salt bath.

本発明によれば、ガラスの化学強化に用いられる溶融塩を適切に調整することによって、イオン交換抑制膜の形成箇所においてイオン交換が過度に抑制されることがなく、高い強度を有する強化ガラス板を安定して製造することが可能である。   According to the present invention, by appropriately adjusting the molten salt used for the chemical strengthening of the glass, the ion exchange is not excessively suppressed at the location where the ion exchange suppressing film is formed, and has a high strength. Can be manufactured stably.

本発明の強化ガラスの製造方法の一例を示す図The figure which shows an example of the manufacturing method of the tempered glass of this invention

以下、本発明の実施形態の強化ガラスの製造方法について説明する。図1は、本発明の強化ガラスの製造方法の一例を示す図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the tempered glass of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a diagram showing an example of a method for producing tempered glass of the present invention.

先ず、図1(a)に示す準備工程の処理を実施する。準備工程は、強化用ガラスG1を準備する工程である。強化用ガラスG1は、イオン交換法を用いて強化可能なガラスである。   First, the preparatory process shown in FIG. The preparation step is a step of preparing the reinforcing glass G1. The tempering glass G1 is a glass that can be tempered using an ion exchange method.

強化用ガラスG1は、ガラス組成として質量%で、SiO 45〜75%、Al 1〜30%、NaO 0〜20%、KO 0〜20%を含有することが好ましい。上記のようにガラス組成範囲を規制すれば、イオン交換性能と耐失透性を高いレベルで両立し易くなる。 Reinforced glass G1 is the mass% as a glass composition, SiO 2 45~75%, Al 2 O 3 1~30%, Na 2 O 0~20%, preferably contains K 2 O 0 to 20% . If the glass composition range is regulated as described above, it becomes easy to achieve both ion exchange performance and devitrification resistance at a high level.

強化用ガラスG1の板厚は、例えば、1.5mm以下であり、好ましくは1.3mm以下、1.1mm以下、1.0mm以下、0.8mm以下、0.7mm以下、0.6 mm以下、0.5mm以下、0.4mm以下、0.3mm以下、0.2mm以下、特に0 .1mm以下である。強化ガラス基板の板厚が小さい程、強化ガラス基板を軽量化することでき、結果として、デバイスの薄型化、軽量化を図ることができる。なお、生産性等を考慮すれば強化用ガラスG1の板厚は0.01mm以上であることが好ましい。   The thickness of the reinforcing glass G1 is, for example, 1.5 mm or less, preferably 1.3 mm or less, 1.1 mm or less, 1.0 mm or less, 0.8 mm or less, 0.7 mm or less, 0.6 mm or less. 0.5 mm or less, 0.4 mm or less, 0.3 mm or less, 0.2 mm or less, especially 0. 1 mm or less. As the plate thickness of the tempered glass substrate is smaller, the tempered glass substrate can be made lighter, and as a result, the device can be made thinner and lighter. In consideration of productivity and the like, the glass thickness of the tempering glass G1 is preferably 0.01 mm or more.

強化用ガラスG1の主表面の寸法は、例えば、480×320mm〜3350×3950mmである。   The dimensions of the main surface of the tempering glass G1 are, for example, 480 × 320 mm to 3350 × 3950 mm.

強化用ガラスG1は、オーバーフローダウンドロー法を用いて板状成形され、その主表面Sが研磨されていないものであることが好ましい。このように成形された強化用ガラスG1であれば低コストで高い表面品位を有する強化ガラス板を得られる。なお、強化用ガラスG1の成形方法や加工状態は任意に選択しても良い。例えば、強化用ガラスG1はフロート法を用いて成形され、主表面Sおよび端面Eは研磨加工されたものであっても良い。   It is preferable that the glass G1 for reinforcement | strengthening is plate-shaped using the overflow downdraw method, and the main surface S is not grind | polished. The strengthened glass G1 formed in this way can provide a strengthened glass plate having high surface quality at low cost. In addition, you may select arbitrarily the shaping | molding method and processing state of the glass G1 for reinforcement | strengthening. For example, the reinforcing glass G1 may be formed using a float process, and the main surface S and the end surface E may be polished.

次いで、上記準備工程の後、図1(b)に示す成膜工程の処理を実施する。成膜工程は、強化用ガラスG1の表面の少なくとも一部にイオン交換抑制膜Mを形成して膜付ガラスG2を得る工程である。イオン交換抑制膜Mは、後述の強化工程において、強化用ガラスG1表層のイオン交換を行う際にイオンの透過を抑制する膜層である。すなわち、イオン交換抑制膜Mは、イオン交換されるイオンを適度に透過させるものであって当該イオンの透過を完全に遮断するものではない。本実施形態では、膜付ガラスG2は、表裏の主表面Sにのみイオン交換抑制膜Mが形成され、端面Eは露出した状態とされている。   Next, after the preparatory step, the film forming step shown in FIG. The film forming step is a step of obtaining the film-coated glass G2 by forming the ion exchange suppressing film M on at least a part of the surface of the reinforcing glass G1. The ion exchange suppression membrane M is a membrane layer that suppresses permeation of ions when ion exchange is performed on the surface of the reinforcing glass G1 in the strengthening step described later. In other words, the ion exchange suppression membrane M allows the ions to be exchanged to permeate appropriately, and does not completely block the permeation of the ions. In the present embodiment, in the glass with film G2, the ion exchange suppression film M is formed only on the front and back main surfaces S, and the end face E is exposed.

イオン交換抑制膜Mの材質としては、イオン交換されるイオンの透過を抑制可能であれば任意の材質を用いて良い。交換されるイオンがアルカリ金属イオンである場合、イオン交換抑制膜Mは、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属酸窒化物、金属酸炭化物、金属炭窒化物からなる膜などであることが好ましい。より詳細には、イオン交換抑制膜Mの材質としては、例えば、SiO、Al、SiN、SiC、Al、AlN、ZrO、TiO、Ta、Nb、HfO、SnOの中から1種類以上を含む膜を用いることができる。 As a material of the ion exchange suppressing film M, any material may be used as long as the permeation of ions to be ion exchanged can be suppressed. When the ion to be exchanged is an alkali metal ion, the ion exchange suppressing film M is, for example, a film made of a metal oxide, metal nitride, metal carbide, metal oxynitride, metal oxycarbide, metal carbonitride, or the like. Preferably there is. More specifically, examples of the material of the ion exchange suppressing film M include SiO 2 , Al 2 O 3 , SiN, SiC, Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , and Nb 2 O. 5 , a film containing one or more of HfO 2 and SnO 2 can be used.

特にSiOをイオン交換抑制膜Mの主成分とすれば、安価且つ容易にイオン交換抑制膜Mを形成可能であり、反射防止膜としても機能し得るため、好ましい。イオン交換抑制膜Mは、SiOのみから成る膜として良い。具体的には、イオン交換抑制膜Mは質量%でSiOを90%以上、好ましくは99%以上含有する組成を有するものとして良い。 In particular, it is preferable to use SiO 2 as a main component of the ion exchange suppressing film M because the ion exchange suppressing film M can be easily formed at low cost and can function as an antireflection film. The ion exchange suppression film M may be a film made of only SiO 2 . Specifically, the ion exchange suppressing membrane M may have a composition containing 90% or more, preferably 99% or more of SiO 2 by mass%.

イオン交換抑制膜Mの厚さは、好ましくは5〜2000nm、より好ましくは50〜1000nm、さらに好ましくは100〜600nm、最も好ましくは150〜500nmである。イオン交換抑制膜Mの厚さを上記範囲とすることにより、イオンを透過してしまったり、イオンを遮断し過ぎたりすることなく、好適にイオン交換を行うことができる。   The thickness of the ion exchange suppression membrane M is preferably 5 to 2000 nm, more preferably 50 to 1000 nm, still more preferably 100 to 600 nm, and most preferably 150 to 500 nm. By setting the thickness of the ion exchange suppression membrane M within the above range, ion exchange can be suitably performed without permeating ions or blocking ions too much.

イオン交換抑制膜Mの成膜方法は、スパッタ法や真空蒸着法などのPVD法(物理気相成長法)、熱CVD法やプラズマCVD法などのCVD法(化学気相成長法)、ディップコート法やスリットコート法などのウェットコート法を用いることができる。特にスパッタ法、ディップコート法が好ましい。スパッタ法を用いた場合、イオン交換抑制膜Mを容易に均一に形成できる。イオン交換抑制膜Mの成膜箇所は任意の手法で設定して良い。例えば、非成膜箇所(本実施形態では端面E)に予めマスクを施した状態で成膜を行う等して良い。   The film formation method of the ion exchange suppression film M is a PVD method (physical vapor deposition method) such as a sputtering method or a vacuum evaporation method, a CVD method (chemical vapor deposition method) such as a thermal CVD method or a plasma CVD method, or dip coating. A wet coating method such as a method or a slit coating method can be used. In particular, a sputtering method and a dip coating method are preferable. When the sputtering method is used, the ion exchange suppressing film M can be easily and uniformly formed. The position where the ion exchange suppression film M is formed may be set by an arbitrary method. For example, the film formation may be performed in a state where a mask is previously applied to a non-film formation portion (end surface E in the present embodiment).

次いで、上記成膜工程の後、図1(c)に示す強化工程の処理を実施する。強化工程は、膜付ガラスG2をイオン交換法により化学強化して、膜付きの膜付強化ガラスG3を得る工程である。具体的には、アルカリ金属イオンを含む溶融塩Tに膜付ガラスG2を浸漬してイオン交換する。   Next, after the film forming step, the strengthening step shown in FIG. The tempering step is a step of chemically strengthening the film-coated glass G2 by an ion exchange method to obtain a film-coated tempered glass G3. Specifically, ion exchange is performed by immersing the film-coated glass G2 in a molten salt T containing alkali metal ions.

本実施形態において溶融塩Tは、イオンの交換においてガラス表層に導入されるカリウムイオン(第一イオン)と、カリウムイオンと同族元素のイオンであってカリウムイオンよりイオン半径が小さいナトリウムイオン(第二イオン)とを含む。溶融塩におけるナトリウムイオン(第二イオン)の含有量は4500質量ppm以上であり、好ましくは5000〜25000ppm、さらに好ましくは5500〜10000、最も好ましくは6000〜7900ppmである。   In the present embodiment, the molten salt T includes potassium ions (first ions) introduced into the glass surface layer in the exchange of ions, and sodium ions (second ions) that are ions of the same family elements as the potassium ions and have a smaller ion radius than the potassium ions. Ion). The content of sodium ions (second ions) in the molten salt is 4500 mass ppm or more, preferably 5000 to 25000 ppm, more preferably 5500 to 10000, and most preferably 6000 to 7900 ppm.

溶融塩Tに含まれるナトリウムイオンの含有量を上記範囲とすることで、イオン交換対象となるイオン、すなわち強化用ガラスG1に導入されるカリウムイオンおよび強化用ガラスG1から導出されるナトリウムイオンをイオン交換抑制膜Mに適度に透過させることができる。したがって、成膜箇所において適度にイオン交換を行うことができる。本実施形態における溶融塩Tは、例えば、硝酸カリウム溶融塩および硝酸ナトリウム溶融塩の混合塩である。   By setting the content of sodium ions contained in the molten salt T within the above range, ions to be ion exchanged, that is, potassium ions introduced into the strengthening glass G1 and sodium ions derived from the strengthening glass G1 are ionized. The exchange suppression membrane M can be permeated appropriately. Therefore, it is possible to appropriately perform ion exchange at the film formation location. The molten salt T in this embodiment is, for example, a mixed salt of potassium nitrate molten salt and sodium nitrate molten salt.

本発明では、溶融塩Tにおけるナトリウムイオン(第二イオン)の含有量を上記範囲に調整する調整工程を強化工程の前または後において実施することが好ましい。調整工程では、例えば、溶融塩Tに硝酸カリウム溶融塩や硝酸ナトリウム溶融塩等を加えることによって調整できる。   In this invention, it is preferable to implement the adjustment process which adjusts content of the sodium ion (2nd ion) in molten salt T in the said range before or after a reinforcement | strengthening process. In the adjustment step, for example, the molten salt T can be adjusted by adding a potassium nitrate molten salt, a sodium nitrate molten salt, or the like.

強化工程における溶融塩の温度は任意に定めて良いが、例えば、350〜500℃、好ましくは370〜480℃である。また、膜付ガラスG2を溶融塩T中に浸漬する時間は任意に定めて良いが、例えば、0.1〜150時間、好ましくは0.5〜50時間である。   Although the temperature of the molten salt in a reinforcement | strengthening process may be determined arbitrarily, it is 350-500 degreeC, for example, Preferably it is 370-480 degreeC. The time for immersing the film-coated glass G2 in the molten salt T may be arbitrarily determined, and is, for example, 0.1 to 150 hours, preferably 0.5 to 50 hours.

上記強化工程では、膜付ガラスG2の表面のナトリウムイオンと溶融塩T中のカリウムイオンとが交換され、表面に圧縮応力層Cを有する膜付強化ガラスG3を得られる。ここで、膜付ガラスG2の表面のうち、イオン交換抑制膜Mが設けられた部位(主表面S)は、強化用ガラスG1の表面が露出した露出部Eに比べてイオン交換が抑制されるため、圧縮応力層の深さが小さくなる。換言すれば、露出部Eは、イオン交換抑制膜Mが設けられた部位に比べてイオン交換が進み易く、圧縮応力層の深さが大きくなる。このように、膜付強化ガラスG3は、主表面に比べ端面の圧縮応力層の深さが大きくなるため、全面的に強化された強化ガラスに比べて内部の引張応力が小さく且つ端部においては高い耐衝撃性を有する。したがって、端部からのクラックの進展に起因する破損を好適に抑制できる。   In the tempering step, sodium ions on the surface of the film-coated glass G2 and potassium ions in the molten salt T are exchanged to obtain a film-reinforced glass G3 having a compressive stress layer C on the surface. Here, in the surface of the film-coated glass G2, the ion exchange suppression is suppressed in the portion (main surface S) where the ion exchange suppression film M is provided compared to the exposed portion E where the surface of the reinforcing glass G1 is exposed. Therefore, the depth of the compressive stress layer is reduced. In other words, in the exposed portion E, the ion exchange can proceed more easily than the portion where the ion exchange suppressing film M is provided, and the depth of the compressive stress layer is increased. In this way, the tempered glass with film G3 has a deeper compressive stress layer at the end surface than the main surface, and therefore has a lower internal tensile stress than the tempered glass strengthened entirely, and at the end portion. High impact resistance. Therefore, the damage resulting from the progress of the crack from the end can be suitably suppressed.

また、イオン交換抑制膜Mとして上述の無機組成材料を採用した場合には、該膜を設けたまま溶融塩Tに浸漬した場合であっても、従来の有機系の保護膜等に比べて溶融塩Tを劣化させ難い。   In addition, when the above-described inorganic composition material is adopted as the ion exchange suppressing film M, it is melted compared to a conventional organic protective film or the like even when immersed in the molten salt T with the film provided. It is difficult to deteriorate the salt T.

上記強化工程における処理温度や浸漬時間等の処理条件は、膜付強化ガラスG3に要求される特性に応じて適宜定めて良い。上記処理条件は、膜付強化ガラスG3の主表面Sの圧縮応力層の深さが、露出部Eの圧縮応力層の深さより小さくなるよう調整することが好ましい。   Treatment conditions such as treatment temperature and immersion time in the tempering step may be appropriately determined according to the characteristics required for the tempered glass with film G3. The processing conditions are preferably adjusted so that the depth of the compressive stress layer on the main surface S of the tempered glass G3 with film is smaller than the depth of the compressive stress layer on the exposed portion E.

イオン交換抑制膜Mは電子デバイスの保護コートや反射防止膜としても機能するため、膜付強化ガラスG3は、そのまま製品として使用することも可能であるが、用途に応じてイオン交換抑制膜Mを剥離しても良い。図1(d)に示す剥離工程では、膜付強化ガラスG3からイオン交換抑制膜Mを剥離して強化ガラス板G4を得る。   Since the ion exchange suppression film M also functions as a protective coating or an antireflection film for electronic devices, the tempered glass with film G3 can be used as a product as it is, but depending on the application, the ion exchange suppression film M can be used. It may be peeled off. In the peeling step shown in FIG. 1 (d), the ion exchange inhibiting film M is peeled from the tempered glass G3 with film to obtain a tempered glass plate G4.

具体的には、膜付強化ガラスG3にエッチング液を付着させてイオン交換抑制膜Mを除去する。イオン交換抑制膜MがSiOを含有する膜である場合、例えば、フッ素、TMAH、EDP、KOH等を含む溶液をエッチング液として用いることができ、特にフッ酸溶液をエッチング液として用いることが好ましい。なお、イオン交換抑制膜Mの剥離方法は上記に限らず、ガラス板に設けられた膜を除去する方法として周知の方法を用いて良く、例えば、研磨等の機械加工によってイオン交換抑制膜Mを除去しても良い。 Specifically, the ion exchange suppressing film M is removed by attaching an etching solution to the film-reinforced glass G3. When the ion exchange suppressing film M is a film containing SiO 2 , for example, a solution containing fluorine, TMAH, EDP, KOH or the like can be used as an etching solution, and a hydrofluoric acid solution is particularly preferably used as an etching solution. . In addition, the peeling method of the ion exchange suppression film | membrane M is not restricted above, You may use a well-known method as a method of removing the film | membrane provided in the glass plate, for example, the ion exchange suppression film | membrane M by mechanical processing, such as grinding | polishing. It may be removed.

剥離工程では、一方の主表面側のイオン交換抑制膜Mのみを除去しても良く、両方の主表面のイオン交換抑制膜Mを除去しても良い。また各主面においてイオン交換抑制膜Mを部分的に除去しても良く、イオン交換抑制膜Mを全て除去しても良い。   In the peeling step, only the ion exchange suppression film M on one main surface side may be removed, or the ion exchange suppression film M on both main surfaces may be removed. In addition, the ion exchange suppression membrane M may be partially removed from each main surface, or all of the ion exchange suppression membrane M may be removed.

イオン交換抑制膜Mを片面側や部分的に除去する場合、スプレーやロール、刷毛等を用いてエッチング液を部分的に付着させたり、膜付強化ガラスG3に部分的にマスキングを施してエッチング液に浸漬させたりして該膜の除去が可能である。   When removing the ion exchange suppressing film M on one side or partially, the etching liquid is partially adhered using a spray, roll, brush, etc., or the masked tempered glass G3 is partially masked to etch the liquid. It is possible to remove the film by immersing the film in the film.

イオン交換抑制膜Mを全て除去する場合は膜付強化ガラスG3全体をエッチング液に浸漬すると良い。このように膜付強化ガラスG3全体をエッチング液に浸漬すれば、破損の原因となるマイクロクラックを減少させてさらに強度を向上した強化ガラス板G4を得易い。   In the case of removing all of the ion exchange suppressing film M, it is preferable to immerse the entire film-reinforced glass G3 in an etching solution. Thus, if the whole tempered glass G3 with a film | membrane is immersed in etching liquid, the tempered glass board G4 which reduced the microcrack which causes damage and improved the intensity | strength will be easy.

以上に説明した通り、本発明の実施形態に係る強化ガラスの製造方法によれば、端面からの破損の少ない膜付強化ガラスG3、強化ガラスG4を効率良く製造できる。   As described above, according to the method for producing tempered glass according to the embodiment of the present invention, the tempered glass G3 and the tempered glass G4 with less damage from the end face can be efficiently produced.

なお、上述したイオン交換抑制膜Mの材質は一例であり、強化工程において交換されるイオンの透過を抑制可能な膜であれば任意の材質を用いて良い。   In addition, the material of the ion exchange suppression film | membrane M mentioned above is an example, and as long as it is a film | membrane which can suppress permeation | transmission of the ion exchanged in a reinforcement | strengthening process, you may use arbitrary materials.

また、上記に示した任意の工程の前後において、切断加工、端面加工、および孔あけ加工の何れかの加工を実施する加工工程を設けても良い。また、上記に示した任意の工程の前後において、ガラス板に洗浄および乾燥処理を適宜行なって良い。   In addition, before and after the arbitrary steps described above, a processing step for performing any one of cutting processing, end surface processing, and drilling processing may be provided. In addition, before and after the arbitrary steps described above, the glass plate may be appropriately washed and dried.

また、上記実施形態では、溶融塩Tが第二イオンとしてナトリウムイオンを含む場合を一例として説明したが、溶融塩Tは第二イオンとしてリチウムイオンを含んでいても良い。また、本発明はアルカリ金属イオンに限らず、ガラスのイオン交換に用いられる他の任意の族のイオンについても適用可能である。   Moreover, although the said embodiment demonstrated as an example the case where the molten salt T contains a sodium ion as a 2nd ion, the molten salt T may contain the lithium ion as a 2nd ion. Further, the present invention is not limited to alkali metal ions, but can be applied to ions of other arbitrary groups used for ion exchange of glass.

上述した強化ガラスの製造方法は、上記溶融塩Tを収容した塩浴槽Xを備えた強化ガラス製造装置を用いて実施することができる。塩浴槽Xは、例えば、上部を開口した金属製筐体からなる槽であり、溶融塩Tで満たされる内部空間を有する。当該強化ガラス製造装置は、塩浴槽X内に収容可能な形状および寸法で構成され、且つ膜付ガラスG2を支持可能な支持装置(図示せず)をさらに備える。支持装置は、例えば、ステンレス鋼等の金属フレームによって構成された治具である。支持装置に膜付ガラスG2を支持させた状態で、塩浴槽X内の溶融塩Tに浸漬させることによって、上記強化工程の処理を実施できる。なお、強化ガラス製造装置は上記成膜工程の処理を実施する成膜装置(図示せず)をさらに備えた構成であって良い。成膜装置としては周知のスパッタ成膜装置等を用いることができる。 The manufacturing method of the tempered glass mentioned above can be implemented using the tempered glass manufacturing apparatus provided with the salt bath X which accommodated the said molten salt T. FIG. The salt tub X is, for example, a tank made of a metal casing having an upper opening, and has an internal space filled with the molten salt T. The said tempered glass manufacturing apparatus is further provided with the support apparatus (not shown) which is comprised by the shape and dimension which can be accommodated in the salt tub X, and can support the glass G2 with a film | membrane. The support device is a jig constituted by a metal frame such as stainless steel, for example. By immersing in the molten salt T in the salt bath X in a state where the glass G2 with film is supported by the support device, the treatment of the strengthening step can be performed. Note that the tempered glass manufacturing apparatus may further include a film forming apparatus (not shown) that performs the film forming process. As the film forming apparatus, a known sputter film forming apparatus or the like can be used.

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, based on an Example, this invention is demonstrated in detail.

表1において、No.1〜4は本発明の実施例を示し、No.5〜8は比較例を示している。   In Table 1, Nos. 1 to 4 show examples of the present invention, and Nos. 5 to 8 show comparative examples.

表1および表2中の各試料は以下のようにして作製した。先ず、ガラス組成として質量%で、SiO 61.6%、Al 19.6%、B 0.8%、NaO 16%、KO 2%を含有するようガラス原料を調合および溶融し、オーバーフローダウンドロー法を用いて板状に成形して厚さ0.7mmの複数の強化用ガラスを得た。次いで、表1に記載の膜厚を有しSiO 100%の膜をイオン交換抑制膜として上記強化用ガラスの両主表面にスパッタ法を用いて成膜した後、スクライブ割断によって20×50mm寸法の矩形状に切り出すことにより端面に露出部を有する膜付ガラスを得た。なお、No.7、8の試料については上記成膜を行うことなく上記切断を行った。次いで、得られた膜付ガラスを表1記載量のナトリウムイオンを含有する430℃の硝酸カリウムおよび硝酸ナトリウムの混合溶融塩に5時間浸漬して化学強化し、純水洗浄および自然乾燥して表1記載のNo.1〜8の強化ガラス板試料を得た。 Each sample in Table 1 and Table 2 was produced as follows. First, the glass composition contains glass so as to contain 61.6% SiO 2 , 19.6% Al 2 O 3 , 0.8% B 2 O 3 , 16% Na 2 O, and 2% K 2 O by mass%. The raw materials were prepared and melted, and formed into a plate shape using an overflow downdraw method to obtain a plurality of tempered glasses having a thickness of 0.7 mm. Next, a film having a film thickness shown in Table 1 and having a film thickness of 100% SiO 2 as an ion exchange suppressing film was formed on both main surfaces of the glass for strengthening by sputtering, and then 20 × 50 mm in size by scribe cleaving. The glass with a film | membrane which has an exposed part in the end surface was obtained by cutting out into rectangular shape. In addition, about the sample of No. 7 and 8, the said cutting | disconnection was performed without performing the said film-forming. Next, the obtained film-coated glass was immersed in a mixed molten salt of potassium nitrate and sodium nitrate at 430 ° C. containing sodium ions in the amount shown in Table 1 for 5 hours, chemically reinforced, washed with pure water and naturally dried. No. of description. The tempered glass board sample of 1-8 was obtained.

上記のようにして得た各ガラス試料について、下記測定試験を行った。   The following measurement test was performed on each glass sample obtained as described above.

主表面圧縮応力値CS、主表面応力深さDOL、および内部引張応力CTは、応力計(折原製作所製のFSM−6000LEおよびFsmXP)で測定した。   The main surface compressive stress value CS, the main surface stress depth DOL, and the internal tensile stress CT were measured with a stress meter (FSM-6000LE and FsmXP manufactured by Orihara Seisakusho).

落球試験は、上記と同様の方法で作成した縦65mm×横130mmの寸法の強化ガラス板試料の縁部を、紙ベークライト製の中央部が開口した枠状治具上に載置し、130gの鋼球をガラス中心に落下させ、一度の衝突で破損する高さを記録した。詳細には、15cmの高さから、5cm刻みで落下位置を高くしながら繰り返し鋼球を落下させ、強化ガラスが破損した高さを記録し、破損した高さをワイブルプロットし、破損確率が63%になった高さを平均値として求めた。なお、各試料は予め端面を800番手の砥石で研磨した。また、各試料の強化ガラスは各辺ののりしろが5mmとなるよう治具に載置した。   The falling ball test was carried out by placing the edge of a tempered glass plate sample having a size of 65 mm in length and 130 mm in width created in the same manner as described above on a frame-shaped jig having an open center portion made of paper bakelite. A steel ball was dropped on the center of the glass, and the height at which it was damaged by a single collision was recorded. Specifically, from a height of 15 cm, the steel ball is repeatedly dropped while raising the drop position in 5 cm increments, the height at which the tempered glass is broken is recorded, the height of the broken glass is Weibull plotted, and the breakage probability is 63 % Height was obtained as an average value. In addition, each sample grind | polished the end surface beforehand with the 800th grindstone. Further, the tempered glass of each sample was placed on a jig so that the margin of each side was 5 mm.

表1に示すように、比較例である試料No.5,6は、溶融塩のナトリウムイオン含有量が少ないため、イオン交換抑制膜によりイオン交換が過度に抑制され、適切な表面圧縮応力値CSおよび表面圧縮応力深さDOLを得られなかった。一方、実施例の各試料は、ナトリウムイオンの含有量が適切に調整された結果、イオン交換抑制膜が形成された表面において適切な表面圧縮応力値および表面圧縮応力深さを有する圧縮応力層が形成された。   As shown in Table 1, since the sample Nos. 5 and 6 as comparative examples have a low sodium ion content in the molten salt, the ion exchange is excessively suppressed by the ion exchange suppression membrane, and an appropriate surface compressive stress value CS is obtained. And the surface compressive stress depth DOL could not be obtained. On the other hand, each sample of the example has a compressive stress layer having an appropriate surface compressive stress value and surface compressive stress depth on the surface on which the ion exchange suppressing film is formed as a result of appropriately adjusting the content of sodium ions. Been formed.

また、比較例No.7、8の試料はイオン交換抑制膜を形成せず化学強化された結果、表面および端面の圧縮応力のバランスが好適でなく、内部引張応力CTが高く、自己破壊し易いガラスであった。一方、実施例の各試料は、表面および端面の圧縮応力のバランスが好適に設定され内部引張応力CTが抑制されており、自己破壊し難いガラスであった。   Moreover, as a result of the chemical strengthening of the samples of Comparative Examples No. 7 and 8 without forming an ion exchange suppressing film, the balance between the compressive stress on the surface and the end face is not suitable, the internal tensile stress CT is high, and self-destructing is easy. It was glass. On the other hand, each sample of the example was a glass that was not easily self-breaking because the balance between the compressive stresses on the surface and the end face was suitably set and the internal tensile stress CT was suppressed.

本発明の強化ガラス板およびその製造方法は、タッチパネルディスプレイ等に用いられるガラス基板およびその製造方法等として有用である。   The tempered glass plate and the manufacturing method thereof of the present invention are useful as a glass substrate used for a touch panel display and the like, a manufacturing method thereof, and the like.

G1 強化用ガラス
G2 膜付ガラス
G3 膜付強化ガラス
G4 強化ガラス板
M イオン交換抑制膜
T 溶融塩
X 塩浴槽
G1 Glass for strengthening G2 Glass with film G3 Tempered glass with film G4 Tempered glass plate M Ion exchange inhibiting film T Molten salt X Salt bath

Claims (6)

強化用ガラス表層のイオンを交換する強化ガラスの製造方法であって、
前記強化用ガラスの表面の少なくとも一部に前記イオンの交換を抑制するイオン交換抑制膜を成膜して膜付強化ガラスを得る工程と、
前記膜付ガラスに溶融塩を接触させて前記イオンを交換する工程とを備え、
前記溶融塩は、
前記イオンの交換において前記強化用ガラス表層に導入される第一イオンと、
前記第一イオンと同族元素のイオンであって前記第一イオンよりイオン半径が小さい第二イオンとを含み、
前記溶融塩における前記第二イオンの含有量が4500質量ppm以上であることを特徴とする、強化ガラスの製造方法。
A method for producing tempered glass for exchanging ions on the surface of a tempered glass,
Forming a film-reinforced glass by forming an ion exchange suppressing film that suppresses the exchange of ions on at least a part of the surface of the reinforcing glass; and
A step of bringing the molten glass into contact with the molten salt and exchanging the ions,
The molten salt is
A first ion introduced into the tempered glass surface layer in the exchange of the ions;
A second ion that is an ion of the same element as the first ion and has an ion radius smaller than that of the first ion,
Content of said 2nd ion in the said molten salt is 4500 mass ppm or more, The manufacturing method of tempered glass characterized by the above-mentioned.
前記第一イオンは、カリウムイオンであり、
前記第二イオンは、ナトリウムイオンであり、
前記溶融塩における前記ナトリウムイオンの含有量が5000〜7900質量ppm以上であることを特徴とする、請求項1に記載の強化ガラスの製造方法。
The first ion is a potassium ion;
The second ion is a sodium ion;
2. The method for producing tempered glass according to claim 1, wherein a content of the sodium ion in the molten salt is 5000 to 7900 mass ppm or more.
前記イオン交換抑制膜は、SiOを90%以上含有する組成を有し、厚みが5〜2000nmであることを特徴とする、請求項1または2に記載の強化ガラスの製造方法。 The ion-exchange suppression film has a composition containing SiO 2 90% or more, wherein the thickness is 5~2000Nm, method for producing a tempered glass according to claim 1 or 2. 前記強化用ガラスは、ガラス組成として質量%で、SiO 45〜75%、Al 1〜30%、NaO 0〜20%、KO 0〜20%を含有するガラス板であり、
前記強化用ガラスの主表面にのみ前記イオン交換抑制膜を成膜し、
前記膜付ガラスを
350〜500℃の前記溶融塩に0.1〜150時間浸漬して前記イオン交換を行う、請求項1から3の何れか一項に記載の強化ガラスの製造方法。
The reinforcing glass, in weight percent as a glass composition, SiO 2 45~75%, Al 2 O 3 1~30%, Na 2 O 0~20%, a glass plate containing K 2 O 0 to 20% Yes,
Forming the ion exchange suppressing film only on the main surface of the strengthening glass,
The method for producing tempered glass according to any one of claims 1 to 3, wherein the ion exchange is performed by immersing the film-coated glass in the molten salt at 350 to 500 ° C for 0.1 to 150 hours.
強化用ガラス表層のイオンを交換するための溶融塩を収容した塩浴槽を備えた強化ガラス製造装置であって、
前記溶融塩は、
前記イオンの交換において前記強化用ガラス表層に導入される第一イオンと、
前記第一イオンと同族元素のイオンであって前記第一イオンよりイオン半径が小さい第二イオンとを含み、
前記溶融塩における前記第二イオンの含有量が4500質量ppm以上であることを特徴とする、強化ガラス製造装置。
A tempered glass manufacturing apparatus including a salt bath containing a molten salt for exchanging ions on a tempered glass surface,
The molten salt is
A first ion introduced into the tempered glass surface layer in the exchange of the ions;
A second ion that is an ion of the same element as the first ion and has an ion radius smaller than that of the first ion,
The tempered glass manufacturing apparatus, wherein the content of the second ion in the molten salt is 4500 mass ppm or more.
前記強化用ガラスの表面の少なくとも一部に前記イオンの透過を抑制するイオン交換抑制膜を成膜する成膜装置と、
前記成膜された前記強化用ガラスを支持する支持装置とを備え、
前記支持装置は前記強化用ガラスを支持した状態で前記塩浴槽に浸漬可能に構成される、請求項6に記載の強化ガラス製造装置。
A film forming apparatus for forming an ion exchange suppressing film for suppressing permeation of the ions on at least a part of the surface of the strengthening glass;
A support device for supporting the tempered glass thus formed;
The tempered glass manufacturing apparatus according to claim 6, wherein the support device is configured to be dipped in the salt bath in a state where the tempering glass is supported.
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