JP2018024554A

JP2018024554A - 強化ガラス板の製造方法

Info

Publication number: JP2018024554A
Application number: JP2016157688A
Authority: JP
Inventors: 聡司大神; Soji Ogami
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2016-08-10
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2018-02-15

Abstract

【課題】精度良く屈曲量を制御した強化ガラス板を製造可能な強化ガラス板の製造方法を提供する。
【解決手段】少なくとも一方の主面に設けられた機能層を備えたガラス板を用意する工程と、前記ガラス板を化学強化する工程とを備え、［（ＣＳ₁×ＤＯＬ₁）−（ＣＳ₂×ＤＯＬ₂）］／Ｅｄ²で求めたＺの値が５≦Ｚ≦２０を満たすように化学強化処理を行うことを特徴とする強化ガラス板の製造方法。ここで、Ｅはヤング率［μｍ］、ｄは板厚［μｍ］で、ＣＳ₁、ＣＳ₂は第一および第二の主面の最表面の圧縮応力［ＭＰａ］、ＤＯＬ₁、ＤＯＬ₂は第一および第二の主面の圧縮応力がゼロになるガラス表面からの深さ［μｍ］。
【選択図】図１

Description

本発明は、強化ガラス板、特に、化学強化されたガラス板の製造方法に関する。

携帯電話やスマートフォン等の電子機器において、表示部や、筐体本体にガラスが用いられることが多く、そのガラスは強度を上げるために、ガラス表面にイオン交換による表面層を形成することにより強度を上げた、所謂化学強化ガラスが使用されている。

近年、湾曲形状の表示デバイス等も開発されるようになっており、屈曲形状の強化ガラス等も求められるようになってきている。しかし、強化した後に屈曲形状を形成すると強化プロファイルが変化することもあり、強化をする過程で屈曲形状を形成することが求められている。

化学強化ガラス等の強化ガラスの表面層は、少なくともガラス表面側に存在しイオン交換による圧縮応力が発生している圧縮応力層を含み、ガラス内部側に該圧縮応力層に隣接して存在し引張応力が発生している引張応力層を含んでもよい。強化ガラスの強度は、形成された表面層の応力値や表面圧縮応力層の深さに関わっている。そのため、強化ガラスの開発や、生産での品質管理では、表面層の応力値や圧縮応力層の深さ、或いは、応力の分布を測定することが重要である。

強化ガラスの表面層の応力を測定する技術としては、例えば、強化ガラスの表面層の屈折率が内部の屈折率より高い場合に、光導波効果と光弾性効果とを利用して、表面層の圧縮応力を非破壊で測定する技術（以下、非破壊測定技術とする）を挙げることができる。この非破壊測定技術では、単色光を強化ガラスの表面層に入射して光導波効果により複数のモードを発生させ、各モードで光線軌跡が決まった光を取出し、凸レンズで各モードに対応する輝線に結像させる。なお、結像させた輝線は、モードの数だけ存在する。

又、この非破壊測定技術では、表面層から取出した光は、出射面に対して、光の振動方向が水平と、垂直の二種の光成分についての輝線を観察できるように構成されている。そして、次数の一番低いモード１の光は表面層の一番表面に近い側を通る性質を利用し、二種の光成分のモード１に対応する輝線の位置から、それぞれの光成分についての屈折率を算出し、その二種の屈折率の差とガラスの光弾性定数から強化ガラスの表面付近の応力を求めている（例えば、特許文献１参照）。

一方、上記の非破壊測定技術の原理を元に、モード１とモード２に対応する輝線の位置から、外挿でガラスの最表面での応力（以下、表面応力値とする）を求め、かつ、表面層の屈折率分布は直線的に変化すると仮定し、輝線の総本数から、圧縮応力層の深さを求める方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

更に、上記の非破壊測定技術に基づく表面応力測定装置に改良を加え、光源に赤外線を用い、可視域において光透過率の低いガラスで表面応力の測定ができるようにすることも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、測定時に単色光を入射および射出するときに用いる光入出力部材（プリズム）と強化ガラスの界面には、プリズムと強化ガラスの屈折率の間となる屈折液が使われることが知られており、特にプリズムの屈折率ｎｐと近い屈折液を用いることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。つまり、強化ガラスの圧縮応力が入った領域の最表面の屈折率をｎｇｓ、測定時にガラス表面に接触させる液体の屈折率をｎｆとすると、ｎｆ≒（ｎｐ＋ｎｇｓ）／２や、ｎｇ＜ｎｆ≒ｎｐが提案されていた。

しかし、強化ガラスは様々な分野への応用が期待されており、それに伴って表面に、例えば、防眩効果や抗菌効果等の特殊な機能を有する層が設けられるケースが考えられる。そのような場合、強化ガラスの表面の光学的な均一性が失われ、表面層の屈折率を精度よく測定できない、又は全く測定できない場合がある。

機能層が設けられたガラス板の場合、機能層が設けられた主面とそうでない主面、または機能層の種類によっても強化の入り方が異なるため、屈曲量を制御するためには機能層が設けられた主面の強化プロファイルも測定する必要がある。しかし、表面に機能層が設けられたガラス板の場合、これまで精度良く測定することが出来なかったため、屈曲量を調整するための強化条件を決定することが困難であった。

特開昭５３−１３６８８６号公報特開２０１４−２８７３０号公報米国特許第０９１０９８８１号明細書

Yogyo-Kyokai-Shi（窯業協会誌）８７｛３｝１９７９

本発明の実施形態は、精度良く屈曲量を制御した強化ガラス板を製造可能な強化ガラス板の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る強化ガラス板の製造方法は、少なくとも一方の主面に設けられた機能層を備えたガラス板を用意する工程と、前記ガラス板を化学強化する工程とを備え、

で求めたＺの値が５≦Ｚ≦２０を満たすように化学強化処理を行うことを特徴とする強化ガラス板の製造方法。ここで、Ｅはヤング率［μｍ］、ｄは板厚［μｍ］で、ＣＳ₁、ＣＳ₂は第一および第二の主面の最表面の圧縮応力［ＭＰａ］、ＤＯＬ₁、ＤＯＬ₂は第一および第二の主面の圧縮応力がゼロになるガラス表面からの深さ［μｍ］。

精度良く屈曲量を制御した強化ガラス板を製造可能な強化ガラス板の製造方法を提供できる。

本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法によって製造する強化ガラス板の化学強化前の状態を模式的に示した断面図である。本発明の第二の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法によって製造する強化ガラス板の化学強化前の状態を模式的に示した断面図である。本発明の実施の形態に係る表面屈折率測定装置を例示する図である。本実施の形態に係る測定方法の一例を示したフローチャートである。本実施の形態に係る測定方法を例示するフローチャートである。表面屈折率測定装置１の演算部７０の機能ブロックを例示する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
（第一の実施形態）

図１は本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法によって製造する強化ガラス板の化学強化前の状態を模式的に示した断面図である。図１に示すように、本発明の実施形態に係る強化ガラス板の強化前の基板であるガラス板２は、第１の主面に機能層３を備える。本実施形態における機能層は、ガラス板の表面自体が物理的あるいは化学的に改質された層、例えば、Ｒａが０．１μｍ以上の粗面化層であったり、ガラス板２の母組成とは異なる元素がドープされた層であったりする層であることをいう。

また、本実施形態における機能層は、光学的な外乱を付与する層、或いはガラス板の表面を覆うように設けられたガラスの母組成とは異なる層であるが、少なくともどちらか一方の機能層は、光学的な外乱を付与する層である。どちらか一方の機能層は、ガラス板の表面が暴露していない状態で、ガラス表面から応力値を測定できない状態であれば、必ずしも光学的な外乱を付与する層でなくても良い。例えば、ソーダライムガラス表面にスズ（元素記号Ｓｎ）が拡散した強化ガラスを測定すると、強化工程前のガラスの屈折率がｎｇｂ＝１．５１８で、化学強化工程により、最表面の屈折率がｎｇｓ＝１．５２５であった場合、ガラス表面に接触させる液体の屈折率が従来の装置（例えば、有限会社折原製作所製ＦＳＭ−６０００）のように１．６４近傍では輝線のコントラストが悪く精度良く測定することができない。従って、これまでは前記したような化学強化した層に光学的な外乱を付与する層が主面に存在した強化ガラス板の応力を精度良く測定することが困難であった。

ところが、未強化の領域の屈折率をｎｇｂ、強化後の圧縮応力が入った領域の屈折率をｎｇｓ、測定時にガラス表面に接触させる液体の屈折率をｎｆとしたとき、ｎｇｂ＜ｎｆ≦ｎｇｓ＋０．００５で、かつプリズムと強化ガラス表面の距離を５ミクロン以下にして測定すると輝線のコントラストが劇的に改善し、精度良く応力測定することが出来、さらにｎｇｂ＋０．００５≦ｎｆ≦ｎｇｓ＋０．００５であれば、より好ましい。また、液体の屈折率ｎｆと強化後の圧縮応力が入った領域の屈折率ｎｇｓとの差の絶対値が０．００５以下であると特に好ましい。

本実施形態で製造した強化ガラス板は主面にイオン交換による圧縮応力が発生している圧縮応力層を含み、ガラス内部側にその圧縮応力層に隣接して存在し引張応力が発生している引張応力層を含んでいる。強化ガラス板の強度は、形成された圧縮応力層および引張応力層の応力値や表面圧縮応力層の深さに関わっている。なお、両主面を接続する強化ガラス板の端面には圧縮応力層が形成されていなくても構わないが、端面まで圧縮応力層が形成されていることで、より強度に優れた強化ガラス板とすることが出来る。

前記した圧縮応力を以下ＣＳ（compressive stress）［ＭＰａ］、引張応力を以下ＣＴ（central tension）［ＭＰａ］、圧縮応力層の深さ（ＣＳがゼロになるまでのガラス表層からの深さ）を以下ＤＯＬ（depth of layer）［μｍ］と呼称する。これら３つはガラス板の厚さをｔ［μｍ］とすると、以下の数２の関係を満たす。一般的に、化学強化が一回されると、ＣＳの値は表層からほぼ線形に減少し、ＤＯＬのときゼロになることから、数３の関係を満たすことが知られている。

一般的に、ＣＳおよびＤＯＬの値が大きいほど、そのガラス板は強度に優れる場合が多いが、ＣＳおよびＤＯＬの値が大きくなればなるほどＣＴの値も大きくなる。ＣＴの値が大きくなればなるほど衝撃に弱くなったり、ガラスが割れたときにも細かく飛散したりする問題が生じる場合がある。

いずれの主面にも機能層が設けられていないガラス板を強化すると、両主面の表面状態が同じ場合は両主面の力が釣り合うため真っ直ぐなガラス板となる。しかし、ガラス板の表面と裏面の状態が製造工程における条件バラつき等によって異なる場合があると、ガラス板によって屈曲する方向が変化することが本発明者の検討によって分かっている。

ガラス板を化学強化する際には効率性の観点から、溶融塩炉に複数のガラス板を投入してバッチ処理で実施する。そうすると、ガラス板毎に屈曲する方向が異なると、強化中にガラス板どうしが接触し、溶融塩中で破損してしまう恐れがある。

本実施形態に係る強化ガラス板の製造方法によって製造した強化ガラス板において、機能層３が設けられている側の主面のＣＳをＣＳ₁、ＤＯＬをＤＯＬ₁、機能層が設けられていない側の主面のＣＳをＣＳ₂、ＤＯＬをＤＯＬ₂とすると、強化ガラス板のヤング率をＥ［μｍ］、板厚をｄ［μｍ］とすると、

の式で求められるＺにおいて、５≦Ｚ≦２０を満たすように強化処理を行うことで、屈曲方向および屈曲量を適切に制御することができる。

本発明者は、実験により前記した式で求められるＺの値が５未満の場合には屈曲する方向を制御することが困難になり、強化中にガラス板どうしが接触し、溶融塩中で破損してしまう恐れがあることを見出した。また、前記した式で求められるＺの値が２０を超える場合には屈曲量が大きくなり、強化ガラス板が破損する可能性が大きくなることを見出した。

なお、前記した数１において、圧縮応力値ＣＳを縦軸に、圧縮応力層の深さＤＯＬを横軸にプロットした際の圧縮応力値の関数ＣＳ（ｘ）の積分値をＣＳ×ＤＯＬの代わりに用いても構わない。その場合には、Ｚは以下の式で求めることが出来る。

本実施の形態に係る強化ガラス板は、平板でも曲げ加工を施したガラス板でも良く、フロート法、フュージョン法、スロットダウンドロー法等、既知のガラス成形方法によって成形され、１３０ｄＰａ・ｓ以上の液相粘度を有することが好ましい。

本実施の形態に係る強化ガラス板の板厚ｔは、１００μｍ〜２０００μｍであることが好ましく、軽量化に寄与するため１００μｍ〜１０００μｍであることがより好ましい。特に、厚さが５００μｍ以下の薄いガラス板の場合は、５００μｍ超のガラス板と比較して屈曲量の制御が困難となるためより好ましい。また、板厚ｔの最大誤差、すなわち板厚の最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さの差は、板厚ｔの１０％以下であることが好ましい。板厚の最大誤差が大きいと、外力が加わった際に面内で局所的に引張応力が大きくなり、割れやすくなる虞がある。板厚ｔの最大誤差はより好ましくは５％以下である。

本実施の形態に係る強化ガラス板は、タブレットＰＣ、ノートＰＣ、スマートフォン及び電子書籍リーダー等の情報機器に備えられたタッチパネルディスプレイのカバーガラス及びタッチセンサーガラス、液晶テレビ及びＰＣモニタ等のカバーガラス、自動車インパネ等のカバーガラス、自動車の窓（フロント・リア・ドア・ルーフ等）、太陽電池用カバーガラス、建材の内装材、並びにビルや住宅の窓に用いられる複層ガラス等に用いることができる。

本実施の形態に係る強化ガラス板は、一般的には矩形に切断されているが、円形又は多角形等の他の形状でも問題なく、穴あけ加工を施したガラスも含まれる。

本実施の形態に係る強化ガラス板の表面圧縮応力（ＣＳ）は４００ＭＰａ以上であることが好ましく、５００ＭＰａ以上であることがより好ましく、７００ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、９００ＭＰａ以上であることが特に好ましい。ＣＳが大きければ大きいほど測定時のＣＴ値の誤差が大きくなるためである。

本実施の形態に係る強化ガラス板の圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましく、３０μｍ以上であることが特に好ましく、４０μｍ以上であることが最も好ましい。ＤＯＬが大きければ大きいほどＣＳ測定誤差が拡大し、ＣＴ値およびｒＥ値の誤差が大きくなるためである。
（第二の実施形態）

図２は本発明の第二の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法によって製造する強化ガラス板の化学強化前の状態を模式的に示した断面図である。図２に示すように、本発明の第二の実施形態に係る強化ガラス板の強化前の基板であるガラス板４は、第１の主面に第１の機能層５を備え、第２の主面に第１の機能層５とは異なる第２の機能層６を備える。第１の機能層５と第２の機能層６は物理的、あるいは化学的に異なった層である。本実施形態における機能層は、ガラス板の表面自体が物理的あるいは化学的に改質された層、例えば、Ｒａが０．１μｍ以上の粗面化層であったり、ガラス板４の母組成とは異なる元素がドープされた層であったりする層であることをいう。

また、本実施形態における第１及び第２の機能層は、光学的な外乱を付与する層、或いはガラス板の表面を覆うように設けられたガラスの母組成とは異なる層であるが、少なくともどちらか一方の機能層は、光学的な外乱を付与する層である。どちらか一方の機能層は、ガラス板の表面が暴露していない状態で、ガラス表面から応力値を測定できない状態であれば、必ずしも光学的な外乱を付与する層でなくても良い。

本実施形態のガラス板４は第１の主面に第１の機能層５を備え、第２の主面に第１の機能層５とは異なる第２の機能層６を備えるため、強化した際にどちらか一方の主面の応力値が大きくなるため化学強化しながら屈曲面を形成することが出来る。本実施形態は、両主面に機能層を設けている点で前記した第一の実施形態と異なる。

本実施の形態に係る強化ガラス板の板厚ｔは、１００μｍ〜３５００μｍであることが好ましく、軽量化に寄与するため１００μｍ〜１５００μｍであることがより好ましい。また、板厚ｔの最大誤差、すなわち板厚の最も厚い部分の厚さと最も薄い部分の厚さの差は、板厚ｔの１０％以下であることが好ましい。板厚の最大誤差が大きいと、外力が加わった際に面内で局所的に引張応力が大きくなり、割れやすくなる虞がある。板厚ｔの最大誤差はより好ましくは５％以下である。

本実施の形態に係る強化ガラス板の圧縮応力層の深さ（ＤＯＬ）５μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ以上であることがさらに好ましく、３０μｍ以上であることが特に好ましく、４０μｍ以上であることが最も好ましい。ＤＯＬが大きければ大きいほどＣＳ測定誤差が拡大し、ＣＴ値およびｒＥ値の誤差が大きくなるためである。

（表面屈折率測定装置）
図３は、本発明の実施の形態に係る表面屈折率測定装置を例示する図である。図３を用いて本発明の図３に示すように、表面屈折率測定装置１は、光源１０と、光入出力部材２０と、液体３０と、光変換部材４０と、偏光部材５０と、撮像素子６０と、演算部７０とを有する。

２００は、被測定体となる強化ガラス板である。強化ガラス板２００は、例えば、化学強化法や風冷強化法等により強化処理が施されたガラスであり、表面２１０側に屈折率分布を有する機能層を備えている。機能層は、少なくともガラス表面側に存在しイオン交換による圧縮応力が発生している圧縮応力層を含み、ガラス内部側に該圧縮応力層に隣接して存在し引張応力が発生している引張応力層を含んでいる。

光源１０は、光入出力部材２０から液体３０を介して強化ガラス板２００の機能層に光線Ｌを入射するように配置されている。干渉を利用するため、光源１０の波長は、単純な明暗表示になる単波長であることが好ましい。

光源１０としては、例えば、容易に単波長の光が得られるＮａランプを用いることができ、この場合の波長は５８９．３ｎｍである。又、光源１０として、Ｎａランプより短波長である水銀ランプを用いてもよく、この場合の波長は、例えば水銀Ｉ線である３６５ｎｍである。但し、水銀ランプは多くの輝線があるので、３６５ｎｍラインだけを透過させるバンドパスフィルタを通して使用することが好ましい。

又、光源１０としてＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いてもよい。近年、多くの波長のＬＥＤが開発されているが、ＬＥＤのスペクトル幅は半値幅で１０ｎｍ以上あり、単波長性が悪く、温度により波長が変化する。そのため、バンドパスフィルタを通して使用することが好ましい。

光源１０をＬＥＤにバンドパスフィルタを通した構成にした場合、Ｎａランプや水銀ランプほど単波長性はないが、紫外域から赤外域まで任意の波長を使うことができる点で好適である。なお、光源１０の波長は、表面屈折率測定装置１の測定の基本原理には影響しないため、上に例示した波長以外の光源を用いても構わない。

光入出力部材２０は、被測定体である強化ガラス板２００の表面２１０上に載置されている。光入出力部材２０は、傾斜面２１側から強化ガラス板２００の機能層内に光を入射させる機能と、強化ガラス板２００の機能層内を伝播した光を傾斜面２２側から強化ガラス２００の外へ出射させる機能を併せ持つ。

光入出力部材２０と強化ガラス板２００との間には、光入出力部材２０の底面２３（第１面）と強化ガラス板２００の表面２１０とを光学的に結合するための光学的結合液体である液体３０が充填されている。つまり、光入出力部材２０の底面２３が液体３０を介して強化ガラス板２００の表面２１０に当接している。

液体３０としては、例えば、１−ブロモナフタレン（ｎ＝１．６６０）と流動パラフィン（ｎ＝１．４８）を適当な比率で混合することにより１．４８〜１．６６までの屈折率の液体を得ることができる。混合した液体の屈折率は、ほぼ混合比に対して直線的に変化をするが、例えば、株式会社アタゴ社製、アッベの屈折率計ＤＲ−Ａ１（測定精度０．０００１）等で液体の屈折率を測定し、混合比を調整することで、屈折率精度の高い液体を得ることができる。

光入出力部材２０としては、例えば、光学ガラス製のプリズムを用いることができる。この場合、強化ガラス板２００の表面２１０において、光線がプリズムを介して光学的に入射及び出射するために、プリズムの屈折率は液体３０及び強化ガラス板２００の屈折率よりも大きくする必要がある。又、プリズムの傾斜面２１及び２２において、入射光及び出射光が略垂直に通過するような屈折率を選ぶ必要がある。

例えば、プリズムの傾斜角が６０°で、強化ガラス板２００の機能層の屈折率が１．５２の場合は、プリズムの屈折率は１．７２とすることができる。又、プリズムの材料となる光学ガラスは、屈折率の均一性が高く、屈折率の面内偏差は例えば１×１０^-5以下に抑えられている。

なお、光入出力部材２０として、プリズムに代えて、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。光入出力部材２０として何れを用いた場合にも、後述の撮像工程において得られた画像の領域における光入出力部材２０の底面２３の屈折率の面内偏差は、１×１０^-5以下に抑えられていることが望ましい。又、光入出力部材２０の底面２３の平坦度は、光源１０からの光の波長をλとしたときに、λ／４以下に形成されていることが望ましく、λ／８以下に形成されていれば、より望ましい。

光入出力部材２０の傾斜面２２側から出射された光の方向には撮像素子６０が配置されており、光入出力部材２０と撮像素子６０との間に、光変換部材４０と偏光部材５０が挿入されている。

光変換部材４０は、光入出力部材２０の傾斜面２２側から出射された光線を輝線列に変換して撮像素子６０上に集光する機能を備えている。光変換部材４０としては、例えば、凸レンズを用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。

偏光部材５０は、強化ガラス板２００と液体３０との境界面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分のうち一方を選択的に透過する機能を備えている光分離手段である。偏光部材５０としては、例えば、回転可能な状態で配置された偏光板等を用いることができるが、同様の機能を備えた他の部材を用いてもよい。ここで、強化ガラス板２００と液体３０との境界面に対して平行に振動する光成分はＳ偏光であり、垂直に振動する光成分はＰ偏光である。

なお、強化ガラス板２００と液体３０との境界面は、光入出力部材２０を介して強化ガラス２００の外に出射した光の出射面と垂直である。そこで、光入出力部材２０を介して強化ガラス板２００の外に出射した光の出射面に対して垂直に振動する光成分はＳ偏光であり、平行に振動する光成分はＰ偏光であると言い換えてもよい。

撮像素子６０は、光入出力部材２０から出射され、光変換部材４０及び偏光部材５０を経由して受光した光を電気信号に変換する機能を備えている。より詳しくは、撮像素子６０は、例えば、受光した光を電気信号に変換し、画像を構成する複数の画素毎の輝度値を画像データとして、演算部７０に出力することができる。撮像素子６０としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）等の素子を用いることができるが、同様の機能を備えた他の素子を用いてもよい。

演算部７０は、撮像素子６０から画像データを取り込み、画像処理や数値計算をする機能を備えている。演算部７０は、これ以外の機能（例えば、光源１０の光量や露光時間を制御する機能等）を有する構成としてもよい。演算部７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、メインメモリ等を含むように構成することができる。

この場合、演算部７０の各種機能は、ＲＯＭ等に記録されたプログラムがメインメモリに読み出されてＣＰＵにより実行されることによって実現できる。演算部７０のＣＰＵは、必要に応じてＲＡＭからデータを読み出したり、格納したりできる。但し、演算部７０の一部又は全部は、ハードウェアのみにより実現されてもよい。又、演算部７０は、物理的に複数の装置等により構成されてもよい。演算部７０としては、例えば、パーソナルコンピュータを用いることができる。

表面屈折率測定装置１では、光源１０から光入出力部材２０の傾斜面２１側に入射した光Ｌは、液体３０を介して強化ガラス板２００の機能層に入射し、機能層内を伝播する導波光となる。そして、導波光が機能層内を伝播すると、光導波効果によりモードが発生し、幾つかの決まった経路を進んで、光入出力部材２０の傾斜面２２側から、強化ガラス２００の外へ出射する。

そして、光変換部材４０及び偏光部材５０により、撮像素子６０上に、モード毎にＰ偏光及びＳ偏光の輝線となって結像される。撮像素子６０上に発生したモードの数のＰ偏光及びＳ偏光の輝線の画像データは、演算部７０へと送られる。演算部７０では、撮像素子６０から送られた画像データから、撮像素子６０上のＰ偏光及びＳ偏光の輝線の位置を算出する。

このような構成により、表面屈折率測定装置１では、Ｐ偏光及びＳ偏光の輝線の位置に基づいて、強化ガラス板２００の機能層における表面から深さ方向にわたる、Ｐ偏光及びＳ偏光の夫々の屈折率分布を算出することができる。

これにより、算出したＰ偏光及びＳ偏光の夫々の屈折率分布の差と、強化ガラス板２００の光弾性定数とに基づいて、強化ガラス板２００の機能層における表面から深さ方向にわたる応力分布を算出することができる。

又、表面屈折率測定装置１では、光入出力部材２０と強化ガラス板２００との間に光学的結合液体である液体３０が充填されており、液体３０の屈折率は強化ガラス板２００の機能層の屈折率と同等に調整されている。又、互いに対向する光入出力部材２０の底面２３と強化ガラス板２００の表面２１０との距離ｄ（液体３０の厚さ）が５μｍ以下である。又、光入出力部材２０の底面２３の屈折率の面内偏差は１×１０^-5以下に抑えられ、かつ底面２３の平坦度は光源１０からの光の波長λの１／４以下程度とされ、光学的に非常に均一であるために、理想的な反射が得られる。

これらにより、強化ガラス板２００の表面と液体３０との界面では全く反射や屈折を起こさせず、光入出力部材２０の底面２３と液体３０との界面を導波光の片方の反射面にすることが可能となり、強い導波光を得ることができる。すなわち、従来の装置では強化ガラス板の表面で行われていた導波光の反射の片方を、光学的に理想的な表面を持つ光入出力部材２０の底面２３での反射に変えることが可能となり、強い導波光を得ることができる。

その結果、表面の光学的平坦度が悪い、或いは、表面の屈折率均一性が悪い強化ガラス板でも、強化ガラス板の表面の状態に依存しない強い導波光を得ることが可能となり、鮮明な輝線が得られるため、強化ガラス板の機能層の屈折率分布を非破壊で精度よく測定することができる。

（表面屈折率測定方法）
以下に本実施形態の強化ガラス板の応力測定のフローについて説明する。図４は、本実施の形態に係る測定方法の一例を示したフローチャートである。図４に示すように、本実施の形態では、適切な屈折率をもつ適切な屈折液を利用し、ガラスとプリズムを適切な厚さで当接して、Ｐ偏光とＳ偏光の輝線を読みとり、読み取った輝線位置情報から機能層の応力又は応力分布の少なくとも一つを求めている。

図５は、本実施の形態に係る測定方法を例示するフローチャートである。図６は、表面屈折率測定装置１の演算部７０の機能ブロックを例示する図である。

まず、ステップＳ５０１では、強化ガラス板２００の機能層内に光源１０からの光を入射させる（光供給工程）。次に、ステップＳ５０２では、強化ガラス板２００の機能層内を伝播した光を強化ガラス板２００の外へ出射させる（光取出工程）。

次に、ステップＳ５０３では、光変換部材４０及び偏光部材５０は、出射された光の、出射面に対して平行及び垂直に振動する二種の光成分（Ｐ偏光とＳ偏光）について、夫々少なくとも２本以上の輝線を有する二種の輝線列として変換する（光変換工程）。

次に、ステップＳ５０４では、撮像素子６０は、光変換工程により変換された二種の輝線列を撮像する（撮像工程）。次に、ステップＳ５０５では、演算部７０の位置測定手段７１は、撮像工程で得られた画像から二種の輝線列の各輝線の位置を測定する（位置測定工程）。

次に、ステップＳ５０６では、演算部７０の屈折率分布算出手段７２は、二種の輝線列の夫々少なくとも２本以上の輝線の位置から、二種の光成分に対応した強化ガラス板２００の表面２１０から深さ方向にわたる屈折率分布を算出する（屈折率分布算出工程）。なお、それぞれ３本以上の輝線の場合、応力分布は直線ではなく屈曲したカーブで導出することができる。

次に、ステップＳ５０７では、演算部７０の応力分布算出手段７３は、二種の光成分の屈折率分布の差とガラスの光弾性定数とに基づいて、強化ガラス２００の表面２１０から深さ方向にわたる応力分布を算出する（応力分布算出工程）。なお、屈折率分布のみを算出することを目的とする場合には、ステップＳ５０７の工程は不要である。

なお、屈折率分布のプロファイルと応力分布のプロファイルとは類似しているので、ステップＳ５０７で、応力分布算出手段７３は、Ｐ偏光及びＳ偏光に対応した屈折率分布のうち、Ｐ偏光に対応した屈折率分布、Ｓ偏光に対応した屈折率分布、Ｐ偏光に対応した屈折率分布とＳ偏光に対応した屈折率分布との平均値の屈折率分布、の何れかを応力分布として算出してもよい。

以上のように、本実施の形態に係る表面屈折率測定装置及び表面屈折率測定方法によれば、二種の輝線列の夫々少なくとも２本以上の輝線の位置から、二種の光成分に対応した強化ガラスの表面から深さ方向にわたる屈折率分布を算出することができる。

さらに、二種の光成分の屈折率分布の差とガラスの光弾性定数とに基づいて、強化ガラス板の表面から深さ方向にわたる応力分布を算出することができる。すなわち、強化ガラス板の機能層の屈折率分布及び応力分布を非破壊で測定することができる。

［比較例、実施例］
表１の例１〜６は、本発明の実施例および比較例である。例１〜４が比較例であり、例５および例６が実施例である。各例にはアルミノシリケートガラス（旭硝子社製：Dragontrail^TM）を用いた。例１、２、５は第１の主面に下記に示す塗布液を用いて形成した防眩膜を、第２の主面をフッ化水素（ＨＦ）によりエッチングして粗面化した面とした。また、例３、４、６は第１の主面をフッ化水素（ＨＦ）によりエッチングして粗面化した面とし、第２の主面をスズ（元素記号Ｓｎ）がドープされた面とした。

例１、２、５はそれぞれ同じ条件で２０枚ずつ化学強化したガラス板であり、表１にはそれらの平均値をとったものである。また、例３、４、６はそれぞれ例１、２、５とは異なる同じ条件で２０枚ずつ化学強化したガラス板である。防眩膜の成膜条件およびエッチング条件等を調整することにより、第１の主面の表面粗さＲａの値が例１＜例５＜例２、例３＜例４＜例６となるようにした。

塗布液は下記ベース液と下記シラン化合物溶液とを混合して調製した。
ベース液の調製：
変性エタノール（日本アルコール販売社製、ソルミックス（登録商標）ＡＰ−１１、エタノールを主剤とした混合溶媒）、シリケート４０（多摩化学工業社製、テトラエトキシシランおよびその加水分解縮合物の混合物）および鱗片状シリカ粒子分散液（特許第４０６３４６４号公報に記載の方法で作製したもの、２５℃における粘度：０．１００Ｐａ・ｓ）を加え、３０分間撹拌した。これに、イオン交換水および硝酸水溶液（硝酸濃度：６１質量％の混合液を加え、６０分間撹拌し、ベース液（Ａ）を調製した。

シラン化合物溶液の調製：
変性エタノールに、イオン交換水および硝酸水溶液（硝酸濃度：６１質量％）の混合液を加え、５分間撹拌した。１，６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン（信越化学工業社製、ＫＢＭ−３０６６）を加え、ウォーターバス中６０℃で１５分間撹拌し、シラン化合物溶液を調製した。
調整した塗布液をガラス基板上に塗布後、大気中４５０℃で３０分間焼成し、防眩膜を形成した。

表１に示すように、例２および例４のガラス板は、パラメータＺが５未満であり、化学強化中に接触して破損してしまうものがいくつか見られた。また、例１および例３のガラス板は、パラメータＺが２０超であり、屈曲部の曲率が大きくなりすぎて、一部のガラス板の端面に亀裂が入るものがあった。

一方で、パラメータＺが５≦Ｚ≦２０の範囲に入る例５および例６のガラス板は、破損無く屈曲部を有するガラス板を製造することが出来た。

１表面屈折率測定装置
２、４ガラス板
３機能層
５第１の機能層
６第２の機能層
１０光源
２０光入出力部材
２１、２２傾斜面
２３底面
３０液体
４０光変換部材
５０偏光部材
６０撮像素子
７０演算部
７１位置測定手段
７２屈折率分布算出手段
７３応力分布算出手段
９０押し当て部材
１００表面屈折率測定装置
２１０強化ガラス板の表面

Claims

少なくとも一方の主面に設けられた機能層を備えたガラス板を用意する工程と、
前記ガラス板を化学強化する工程とを備え、
で求めたＺの値が
５≦Ｚ≦２０
を満たすように化学強化処理を行うことを特徴とする強化ガラス板の製造方法。
ここで、Ｅはヤング率［μｍ］、ｄは板厚［μｍ］で、ＣＳ₁、ＣＳ₂は第一および第二の主面の最表面の圧縮応力［ＭＰａ］、ＤＯＬ₁、ＤＯＬ₂は第一および第二の主面の圧縮応力がゼロになるガラス表面からの深さ［μｍ］。
前記機能層は、光学的な外乱を付与する層であることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス板の製造方法。
前記機能層を備えた主面の反対側の主面に、前記機能層とは異なる第２の機能層を備えることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス板の製造方法。
前記光学的な外乱を付与する層は粗面化層であり、その表面粗さは０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の強化ガラス板の製造方法。
前記光学的な外乱を付与する層はＳｎ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｉｎからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素がドープされた層であることを特徴とする請求項２に記載の強化ガラス板の製造方法。
前記ガラス板の厚さは０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の強化ガラス板の製造方法。