JP2018052803A - 強化ガラス板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主表面の周縁部に形成される圧縮応力層の一部に破壊が生じた場合に、その破壊が周縁部の全周に亘って伝播することを防止する。
【解決手段】強化ガラス板Ｇは、端面Ｅ及び主表面Ｓを有するとともに、主表面Ｓの周縁部Ｓ２に圧縮応力層Ｃ１，Ｃ２を有する。圧縮応力層Ｃ１，Ｃ２は、第一圧縮応力層Ｃ１と、層の深さＤＯＬ２が第一圧縮応力層Ｃ１より小さな第二圧縮応力層Ｃ２とを有する。第一圧縮応力層Ｃ１と第二圧縮応力層Ｃ２とは、周縁部Ｓ２の周方向に沿って交互に形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、強化ガラス板およびその製造方法に関し、より具体的には、イオン交換法によって化学強化された強化ガラス板およびその製造方法に関する。

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。

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、表面に圧縮応力層を有するために衝撃耐性等が向上している。しかしながら、このような強化ガラス板であっても、主表面における衝撃耐性に比べ、エッジ部や周縁部における衝撃耐性が低く、強化ガラス板の破損の原因となっていた。このような破損を防止するべく強化ガラス板表面の圧縮応力層を全体的に深くした場合、ガラス板内部に形成される引張応力が過大となり、当該引張応力に起因した破損（所謂、自己破壊）が生じやすくなる問題がある。

上記のような問題を解決すべく、強化ガラス板の表面の一部分においてのみ選択的に深く圧縮応力層を形成する技術が開発されている。例えば、特許文献１に開示される方法では、主表面の中央部分のみをマスク材料でシールディングすることによって、シールドされていない周縁部のみをイオン交換して強化処理（第一の強化処理）できる。その後シールディングを除去し、再度、強化処理（第二の強化処理）を行うことで、予め強化処理されたエッジ部において主表面より深く圧縮応力層を形成できる。

米国特許出願公開第２０１２／０２３６４７７号明細書

上記特許文献１に開示される技術により強化処理されてなる強化ガラス板の一例を図１６に示す。強化ガラス板Ｇは、平面視において長方形状に構成されている。この強化ガラス板Ｇは、主表面Ｓの周縁部Ｓ２に層の深さが大きな第一圧縮応力層Ｃ１を有し、主表面Ｓの中央部Ｓ１に層の深さが小さな第二圧縮応力層Ｃ２を有する。第一圧縮応力層Ｃ１は、平面視において、主表面Ｓにおける周縁部Ｓ２の全周に亘って環状に構成されている。

上記の構成により、従来の強化ガラス板Ｇは、主表面Ｓの周縁部Ｓ２が中央部Ｓ１よりも強化され、耐衝撃性に非常に優れたものとなる。しかしながら、本発明者らは、さらなる研究を重ねた結果、この強化ガラス板の耐衝撃性に関し、以下のような問題点を見出した。

すなわち、第一圧縮応力層Ｃ１は、強化ガラス板Ｇの周縁部Ｓ２の全周に亘って途切れることなく連続的に形成されていることから、その一部に破壊が生じると、この破壊がその一部に留まることなく、他の部分にまで伝播し、第一圧縮応力層Ｃ１が全体的に破壊してしまい、周縁部Ｓ２の全周に亘って破壊が生じてしまうということが判明した。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、主表面の周縁部に形成される圧縮応力層の一部に破壊が生じた場合に、その破壊が周縁部の全周に亘って伝播することを防止できる強化ガラス板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、端面及び主表面を有するとともに、前記主表面の周縁部に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、前記圧縮応力層は、第一圧縮応力層と、層の深さが前記第一圧縮応力層より小さな第二圧縮応力層とを有しており、前記第一圧縮応力層と前記第二圧縮応力層とは、前記周縁部の周方向に沿って交互に形成されてなることを特徴とする。

周縁部の周方向に第一圧縮応力層と第二圧縮応力層とを交互に形成すれば、第一圧縮応力層は、周縁部に対して不連続状に形成されることになる。したがって、一部の第一圧縮応力層に破壊が生じたとしても、この破壊が他の第一圧縮応力層に伝播することを防止できる。これにより、第一圧縮応力層に破壊が生じた場合に、その破壊が周縁部の全周に亘って伝播することを防止し、その破壊を最小限度に抑制することが可能になる。

また、本発明に係る強化ガラス板は、隅部を有する長方形状に構成されており、前記第一圧縮応力層は、前記隅部に対応する前記周縁部の一部に形成されてなることが望ましい。これにより、他の部位と比較して破壊を生じ易い隅部を保護することが可能になる。また、各隅部に対応する周縁部の一部に形成される第一圧縮応力層は、互いに繋がることなく不連続状に形成されているため、一部の第一圧縮応力層に破壊が生じた場合に、この破壊が他の第一圧縮応力層に伝播することを防止でき、強化ガラス板の破壊の範囲を最小限度に抑制できる。

また、本発明に係る強化ガラス板は、短辺部及び長辺部を有する長方形状に構成されており、前記第一圧縮応力層は、前記短辺部に対応する前記周縁部の一部に形成されてなることが望ましい。このように、短辺部に対応する周縁部の一部に第一圧縮応力層を形成することにより、この短辺部を強化できる。また、周縁部の一部の第一圧縮応力層に破壊が生じたとしても、その破壊が他の第一圧縮応力層に伝播することを防止できる。同様に、第一圧縮応力層は、強化ガラス板の長辺部に対応する周縁部の一部に形成されてもよい。

前記第一圧縮応力層の幅は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されてなることが望ましい。かかる構成により、強化ガラス板に求められる耐衝撃性を十分に確保しつつ、第一圧縮応力層に破壊が生じた場合であっても、その破壊が周縁部の全周に及ぶことを防止できる。

本発明は、上記の課題を解決するためのものであり、端面及び主表面を有するとともに、前記主表面の周縁部に圧縮応力層を有する強化ガラス板を製造する方法において、前記圧縮応力層は、第一圧縮応力層と、層の深さが前記第一圧縮応力層より小さな第二圧縮応力層とを有しており、前記第一圧縮応力層と前記第二圧縮応力層とを、前記周縁部の周方向に沿って交互に形成することを特徴とする。

この方法によれば、周縁部の周方向に第一圧縮応力層と第二圧縮応力層とを交互に形成することで、第一圧縮応力層を、周縁部に対して不連続状に形成することができる。したがって、一部の第一圧縮応力層に破壊が生じたとしても、この破壊が他の第一圧縮応力層に伝播することを防止できる。これにより、第一圧縮応力層に破壊が生じた場合に、その破壊が周縁部の全周に亘って伝播することを防止し、その破壊を最小限度に抑制することが可能になる。

本発明によれば、主表面の周縁部に形成される圧縮応力層の一部に破壊が生じた場合に、その破壊が周縁部の全周に亘って伝播することを防止できる。

第一実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ矢視線断面図である。 強化板ガラスの製造方法を示す図である。 表面に膜が形成されてなる元ガラス板の平面図である。 選択強化工程後の膜付強化ガラス板を示す、図４のＶ−Ｖ線断面図である。 膜除去工程後の強化ガラス板を示す断面図である。 第二実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 第三実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 第四実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 第五実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 第六実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 第七実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 第八実施形態に係る強化ガラス板の平面図である。 強化ガラス板の応力分布を示す画像である。 一部を破壊した強化ガラス板の画像である。 従来の強化ガラス板を示す平面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。

図１乃至図６は、本発明に係る強化ガラス板及びその製造方法の第一実施形態を示す。図１に示すように、強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されており、直線状の長辺部Ｌ１及び短辺部Ｌ２、並びに円弧状の隅部Ｌ３を有する。また、強化ガラス板Ｇは、表裏二面の主表面Ｓと、端面Ｅとを有する。主表面Ｓの周縁部Ｓ２には、化学強化処理による圧縮応力層Ｃ１，Ｃ２が形成されている。ここで、主表面Ｓの周縁部Ｓ２は、この主表面Ｓと端面Ｅとの境界部Ｂ１（図２参照）と、この境界部Ｂ１の近傍の主表面Ｓの一部を含む部分である。主表面Ｓは、強化ガラス板Ｇの形状に対応して長方形状に構成されており、これに応じて周縁部Ｓ２も長方形状に構成される。

強化ガラス板Ｇの板厚は、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、０．６ｍｍ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。

圧縮応力層Ｃ１，Ｃ２は、第一圧縮応力層Ｃ１と、層の深さが第一圧縮応力層Ｃ１より小さな第二圧縮応力層Ｃ２とを含む。第一圧縮応力層Ｃ１と第二圧縮応力層Ｃ２とは、強化ガラス板Ｇの主表面Ｓの周縁部Ｓ２における周方向に沿って交互に形成されている。これにより、第一圧縮応力層Ｃ１は、周縁部Ｓ２の周方向に沿って不連続に形成される。

図１及び図２に示すように、第一圧縮応力層Ｃ１は、長方形状の強化ガラス板Ｇにおける各隅部Ｌ３に対応する四箇所に形成されている。第一圧縮応力層Ｃ１は、強化板ガラスの長辺部Ｌ１の端部に対応する第一直線部Ｃ１ａ、短辺部Ｌ２の端部に対応する第二直線部Ｃ１ｂ、そして隅部Ｌ３に対応する湾曲部Ｃ１ｃを有する。第一直線部Ｃ１ａと第二直線部Ｃ１ｂとは、同じ長さを有しており、湾曲部Ｃ１ｃを介して約９０°の角度で交差する。湾曲部Ｃ１ｃは、第一直線部Ｃ１ａと第二直線部Ｃ１ｂとの間でこれらを接続する。

第二圧縮応力層Ｃ２は、強化ガラス板Ｇの短辺部Ｌ２の中途部、及び長辺部Ｌ１の中途部に対応するように、主表面Ｓの周縁部Ｓ２に形成されている。また、第二圧縮応力層Ｃ２は、主表面Ｓの周縁部Ｓ２だけでなく、その中央部Ｓ１にも一体的に形成されている。

第一圧縮応力層Ｃ１の深さＤＯＬ１は、強化ガラス板Ｇの板厚の１／４以下とされることが望ましい。強化ガラス板Ｇの板厚が０．５ｍｍ以下である場合、第一圧縮応力層Ｃ１の深さＤＯＬ１は、好ましくは５０μｍ以下、４５μｍ以下、３５μｍ以下、３０μｍ以下、２５μｍ以下、２０μｍ以下、１５μｍ以下、特に１０μｍ以下である。一方、板厚が０．５ｍｍより大きい場合、主表面の応力深さの上限範囲は、好ましくは１００μｍ以下、８０μｍ、６０μｍ、５０μｍ以下、４５μｍ以下、特に３５μｍ以下であり、下限範囲は、好ましくは５μｍ以上、１０μｍ以上、１５μｍ、以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、特に３０μｍ以上である。

第二圧縮応力層Ｃ２の深さＤＯＬ２は、第一圧縮応力層Ｃ１の深さＤＯＬ１よりも小さく設定される（ＤＯＬ２＜ＤＯＬ１）。また、第一圧縮応力層Ｃ１の深さＤＯＬ１と、第二圧縮応力層Ｃ２の深さＤＯＬ２との差は、３０μｍ以上２００μｍ以下（３０≦ＤＯＬ１−ＤＯＬ２≦２００）に設定されることが望ましいが、この範囲に限定されるものではない。第二圧縮応力層Ｃ２の深さＤＯＬ２は、強化ガラス板Ｇの板厚の１／８以下とされることが望ましい。

第一圧縮応力層Ｃ１の圧縮応力値（ＣＳ１）は好ましくは５０ＭＰａ以上、１００ＭＰａ以上、２００ＭＰａ以上、３００ＭＰａ以上、４００ＭＰａ以上、特に５００ＭＰａ以上である。第一圧縮応力層Ｃ１の圧縮応力値が大きい程、強化ガラス板による基板の機械的強度が高くなる。なお、第一圧縮応力層Ｃ１の圧縮応力値の上限は、好ましくは１０００ＭＰａ未満、特に９００ＭＰａ以下である。このようにすれば、内部引張応力が不当に上昇する事態を回避し易くなる。

第二圧縮応力層Ｃ２の圧縮応力値（ＣＳ２）は、２００ＭＰａ以上１５００ＭＰａに設定され得る。

強化ガラス板Ｇにおいて、第一圧縮応力層Ｃ１よりも内側の部分における引張応力値（ＣＴ１）は、７０ＭＰａ以上３００ＭＰａ以下に設定され得る。強化ガラス板Ｇにおいて、第二圧縮応力層Ｃ２よりも内側の部分における引張応力値（ＣＴ２）は７０ＭＰａ未満に設定され得る。なお、本発明において引張応力値ＣＴは、圧縮応力値をＣＳ、圧縮応力層の深さをＤＯＬ、ガラス板の厚みをｔとした場合、下式（１）により求められる値である。
ＣＴ＝（ＣＳ×ＤＯＬ）／（ｔ-２ＤＯＬ） …（１）

第一圧縮応力層Ｃ１は、一定の幅Ｗ１〜Ｗ３を有する帯状に形成される。ここで、「第一圧縮応力層の幅」は、強化ガラス板Ｇの表面方向において、端面Ｅから、第一圧縮応力層Ｃ１と中央部Ｓ１における第二圧縮応力層Ｃ２との境界部Ｂ２までの距離をいう。第一圧縮応力層Ｃ１は、第一直線部Ｃ１ａの幅Ｗ１と、第二直線部Ｃ１ｂの幅Ｗ２と、湾曲部Ｃ１ｃの幅Ｗ３とが等しくなるように構成される。第一圧縮応力層Ｃ１の幅Ｗ１〜Ｗ３は、例えば２ｍｍ以上２０ｍｍ以下とされるが、これに限定されず、強化ガラス板Ｇの寸法、板厚等の条件に応じて適宜設定され得る。また、各幅Ｗ１〜Ｗ３を異なる値に設定してもよい。

図１に示すように、隅部Ｌ３に対応するように形成される各第一圧縮応力層Ｃ１は、長辺部Ｌ１の側において、距離Ｄ１にて離間されている。また、各第一圧縮応力層Ｃ１は、短辺部Ｌ２の側において、距離Ｄ２にて離間されている。各距離Ｄ１，Ｄ２は、２ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上に形成されることが望ましいが、これに限定されず、強化ガラス板Ｇの寸法等に応じて適宜設定され得る。

以下、上記構成の強化ガラス板Ｇを製造する方法について図３乃至図６を参照しながら説明する。この製造方法は、元ガラスの準備工程と、元ガラス板の一部を選択的に強化する選択強化工程と、この選択強化工程後に、そのガラス板を全体的に強化する全体強化工程とを備える。

図３の（ａ）に示す準備工程は、元ガラス板Ｇ１を準備する工程である。元ガラス板Ｇ１は、イオン交換法を用いて強化可能な板状のガラス板である。元ガラス板Ｇ１は、ガラス板組成として質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜３０％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％を含有することが好ましい。上記のようにガラス板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。

この元ガラス板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。元ガラス板Ｇ１の板厚が小さい程、強化ガラス板Ｇ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元ガラス板Ｇ１の板厚は０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。元ガラス板Ｇ１の主表面Ｓの寸法は任意に設定可能であるが、例えば、４８０×３２０ｍｍ〜３３５０×３９５０ｍｍである。元ガラス板Ｇ１の板厚及び主表面Ｓの寸法は、後の工程を考慮して、完成品である強化ガラス板Ｇの板厚及び主表面Ｓの寸法よりも大きく設定されることが望ましい。

元ガラス板Ｇ１は、例えば、オーバーフローダウンドロー法を用いて成形されたものである。なお、元ガラス板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、元ガラス板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。

次いで、上記準備工程の後、図３の（ｂ）、（ｃ）の選択強化工程の処理を実施する。選択強化工程は、元ガラス板Ｇ１の一部に設定した選択領域において、第一圧縮応力層Ｃ１を形成する処理を行う工程である。選択強化工程は、成膜工程、選択イオン交換工程、および膜除去工程を含む。

選択強化工程では、先ず、図３の（ｂ）に示す成膜工程の処理を実施する。成膜工程は、元ガラス板Ｇ１の表面の少なくとも一部に設定された非選択領域にイオン透過防止膜Ｍを形成して膜付ガラス板Ｇ２を得る工程である。本実施形態では、元ガラス板Ｇ１の表裏主表面Ｓの中央部Ｓ１及び周縁部Ｓ２の一部Ｓ２１を非選択領域とした場合を一例として説明する。また、この選択強化工程では、図４に示すように、元ガラス板Ｇ１の主表面Ｓのうち、周縁部Ｓ２の一部Ｓ２２および端面Ｅを選択領域としており、これらをイオン透過防止膜Ｍによって被覆することなく、露出した状態とする。なお、図３の（ｂ）では強調のために、イオン透過防止膜Ｍにクロスハッチングを付している（図３の（ｃ）において同じ）。

イオン透過防止膜Ｍは、後述の選択イオン交換工程において、元ガラス板Ｇ１表層のイオン交換を行う際にイオンの透過を抑制または遮断する膜層である。イオン透過防止膜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または遮断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、イオン透過防止膜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、金属炭窒化物膜などであることが好ましい。また耐熱性や化学的耐久性に優れた炭素材料や金属、合金もイオン透過防止膜Ｍとして使用可能である。より詳細には、イオン透過防止膜Ｍの材質としては、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、ＳｎＯ_２、カーボンナノチューブ、グラフィン、ダイヤモンドライクカーボン、ステンレスの中から１種類以上を含む膜とすることができる。

特にＳｉＯ_２をイオン透過防止膜Ｍの主成分とすれば、安価且つ容易にイオン透過防止膜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。イオン透過防止膜Ｍは、ＳｉＯ_２のみから成る膜として良い。具体的には、イオン透過防止膜Ｍは質量％でＳｉＯ_２を９９％以上含有する組成を有するものとして良い。

また、イオンの透過を確実に遮断する場合には、ＳｉＯ_２を主成分とし、Ａｌ_２Ｏ_３を含む膜をイオン透過防止膜Ｍとして用いることが好適である。この場合、イオン透過防止膜Ｍは、質量％でＳｉＯ_２ ２０〜９９％、Ａｌ_２Ｏ_３ １〜８０％を含有する組成を有することが好ましい。

イオン透過防止膜Ｍの厚さは、イオン透過の遮断および抑制が可能であれば任意の厚さであって良い。ただし、イオン透過防止膜Ｍの厚さが過大であると、成膜時間や材料コスト等が増大するため、イオン透過の遮断および抑制が可能な範囲で薄く形成することが好ましい。具体的には、イオン透過防止膜Ｍの膜厚は、例えば１〜５０００ｎｍが好ましく、より好ましくは５０〜４０００ｎｍである。

イオン透過防止膜Ｍは、元ガラス板Ｇ１の主表面Ｓのうち、隅部Ｌ３に対応する周縁部Ｓ２の一部Ｓ２２を露出させるように形成される。すなわち、図４に示すように、イオン透過防止膜Ｍは、元ガラス板Ｇ１の中央部Ｓ１を被覆する第一マスク部Ｍ１と、元ガラス板Ｇ１の長辺部Ｌ１に対応する周縁部Ｓ２の一部Ｓ２１を被覆する第二マスク部Ｍ２と、元ガラス板Ｇ１の短辺部Ｌ２に対応する周縁部Ｓ２の一部Ｓ２１を被覆する第三マスク部Ｍ３とを有する。元ガラス板Ｇ１の主表面Ｓにおける露出部分Ｓ２２には、後述する選択イオン工程において第一圧縮応力層Ｃ１が形成される。

イオン透過防止膜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、イオン透過防止膜Ｍを容易に均一に形成できる。イオン透過防止膜Ｍの成膜箇所は任意の手法で設定して良い。例えば、選択領域（周縁部Ｓ２の一部Ｓ２２及び端面Ｅ）をマスクした状態で成膜を行うことができる。また、予めシート状に成形したイオン透過防止膜Ｍを元ガラス板Ｇ１の主表面Ｓに接合して成膜しても良い。

なお、本実施形態では、ＳｉＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３を含有し、膜厚が１００ｎｍ以上であり、アルカリ金属イオンの透過を遮断可能なイオン透過防止膜Ｍを形成した場合を一例として説明する。

次いで、上記成膜工程の後、図３の（ｃ）に示す選択イオン交換工程の処理を実施する。選択イオン交換工程は、膜付ガラス板Ｇ２をイオン交換法により化学強化して膜付強化ガラス板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Ｔ１に膜付ガラス板Ｇ２を浸漬してイオン交換する。本実施形態における溶融塩Ｔ１は、例えば、硝酸カリウム溶融塩である。

選択イオン交換工程における溶融塩Ｔ１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℃、より好ましくは３８０〜４５０℃、さらに好ましくは３８０〜４００℃である。また、膜付ガラス板Ｇ２を溶融塩Ｔ１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０．３〜１００時間、より好ましくは０．５〜５０時間である。

上記選択イオン交換工程では、膜付ガラス板Ｇ２の表面のうち、イオン透過防止膜Ｍが設けられていない非成膜領域、すなわち選択領域（周縁部Ｓ２の一部Ｓ２２および端面Ｅ）においてガラス板中のナトリウムイオンと溶融塩Ｔ１中のカリウムイオンとが交換され、初期の第一圧縮応力層Ｃ１が形成される。一方、膜付ガラス板Ｇ２の表面のうち、イオン透過防止膜Ｍが設けられた周縁部Ｓ２の一部Ｓ２１及び中央部Ｓ１では、イオンが遮断されるため、イオン交換が行われず、イオン透過防止膜Ｍに被覆されている部分には圧縮応力層が形成されない（図５参照）。以上により、イオン透過防止膜Ｍを有するとともに選択領域に第一圧縮応力層Ｃ１が形成されてなる膜付強化ガラス板Ｇ３を得る。

次いで、上記選択イオン交換工程の後、図３の（ｄ）に示す膜除去工程の処理を実施する。膜除去工程は、膜付強化ガラス板Ｇ３からイオン透過防止膜Ｍを除去する工程である。具体的には、イオン透過防止膜Ｍを研磨によって除去する。研磨装置としては、周知の研磨装置を用いることができ、両面研磨装置を用いることが好ましい。

なお、研磨に限らず他の手法を用いてイオン透過防止膜Ｍを除去しても良い。例えば、エッチング液を付着させてイオン透過防止膜Ｍを除去しても良い。イオン透過防止膜ＭがＳｉＯ_２を含有する膜である場合、例えば、フッ素、ＴＭＡＨ、ＥＤＰ、ＫＯＨ、ＮＡＯＨ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、フッ酸溶液を用い、ガラスの寸法を変更することなくイオン透過防止膜Ｍのみを除去する場合には、当該フッ酸溶液におけるＨＦの濃度を１０％以下とすることが好ましい。

上記膜除去工程の処理によりイオン透過防止膜Ｍを除去すると、平坦な主表面Ｓを有し、且つ、周縁部Ｓ２の一部Ｓ２２および端面Ｅにおいて第一圧縮応力層Ｃ１を有する強化ガラス板Ｇ４を得る（図６参照）。上述の選択イオン交換工程においてイオン透過防止膜Ｍによりイオンの透過が完全に遮断されていた場合には、強化ガラス板Ｇ４の主表面Ｓにおける中央部Ｓ１及び周縁部Ｓ２の一部（図４において第二マスク部Ｍ２及び第三マスク部Ｍ３により被覆されていた部分Ｓ２１）には化学強化処理が施されていない状態である。この場合、以下の全体強化工程を上記膜除去工程に次いで行うことによって、これらの部分に第二圧縮応力層Ｃ２を形成し、かつ第一圧縮応力層Ｃ１の深さをさらに大きくする。

全体強化工程は、図３の（ｅ）に示すように、強化ガラス板Ｇ４の表面全体に溶融塩を接触させて表層のイオンを交換する工程である。具体的には、アルカリ金属イオンを含む溶融塩Ｔ２に強化ガラス板Ｇ４を浸漬してイオン交換し、その中央部Ｓ１及び周縁部Ｓ２においてイオン透過防止膜Ｍに被覆されていた部分Ｓ２１において、第二圧縮応力層Ｃ２が形成される。さらに、第一圧縮応力層Ｃ１においてもイオン交換が行われ、その深さが大きくなる。なお、溶融塩Ｔ２は、例えば、硝酸カリウム溶融塩である。

全体強化工程における溶融塩Ｔ２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℃、より好ましくは３８０〜４５０℃である。また、強化ガラス板Ｇ４を溶融塩Ｔ２中に浸漬する時間は任意に定めて良いが、例えば、０．１〜７２時間、好ましくは０．３〜５０時間、より好ましくは０．５〜２４時間である。

溶融塩Ｔ２は、上述の溶融塩Ｔ１と同様のものであっても良い。すなわち、選択強化工程において用いた塩浴に強化ガラス板Ｇ４を再度浸漬して良い。この場合、単一の塩浴で複数工程の処理を行うことができるため、製造設備のコストを抑制できる。

また、溶融塩Ｔ２は、溶融塩Ｔ１とは異なるものであって良いし、全体強化工程における処理温度および処理時間は、選択イオン交換工程の処理温度および処理時間と異なっていて良い。例えば、全体強化工程におけるイオン交換の処理時間は、選択イオン交換工程における処理時間より短いことが好ましい。このような処理によれば、中央部Ｓ１及び周縁部Ｓ２の一部Ｓ２１における第二圧縮応力層Ｃ２の深さが過剰になることがなく、引張応力の増加を抑制できる。

以上の全体強化工程により、主表面Ｓに、第一圧縮応力層Ｃ１と、層深さ（ＤＯＬ２）が第一圧縮応力層Ｃ１より小さな第二圧縮応力層Ｃ２とを有する強化ガラス板Ｇを得る（図１参照）。

なお、全体強化工程の後、さらに仕上げ加工工程の処理を実施しても良い（図示せず）。仕上げ加工工程では、強化ガラス板Ｇの表面、例えば主表面Ｓおよび端面Ｅの少なくとも何れかを研磨加工する。全体強化工程の処理によって強化ガラス板Ｇの寸法や表面状態が製品規格等の所望の状態でない場合、このような仕上げ加工工程の処理を実施することによって所望の状態にすることができる。以上により、高い平坦性を有し且つ端面Ｅからの破損の少ない強化ガラス板Ｇを安定して効率良く製造できる。

以上説明した本実施形態に係る強化ガラス板Ｇ及びその製造方法によれば、第一圧縮応力層Ｃ１と第二圧縮応力層Ｃ２とを周縁部Ｓ２の周方向に交互に形成することにより、第一圧縮応力層Ｃ１を周縁部Ｓ２の周方向に不連続状に形成することが可能になる。これにより、一部の第一圧縮応力層Ｃ１に破壊が生じたとしても、この破壊が他の第一圧縮応力層Ｃ１に伝播することがなく、周縁部Ｓ２全体に破壊が及ぶことを確実に防止できる。

図７は、強化ガラス板の第二実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、その短辺部Ｌ２の全長に亘って第一圧縮応力層Ｃ１が形成されてなる。具体的には、第一圧縮応力層Ｃ１は、長辺部Ｌ１の端部、隅部Ｌ３、及び短辺部Ｌ２の全長に対応するように、周縁部Ｓ２に形成される。また、長辺部Ｌ１の中途部に対応するように、周縁部Ｓ２の一部に第二圧縮応力層Ｃ２が形成されている。これにより、周縁部Ｓ２には、短辺部Ｌ２に対応する部分と、長辺部Ｌ１に対応する部分とに、第一圧縮応力層Ｃ１と第二圧縮応力層Ｃ２とが、その周方向に交互に形成される。

図８は、強化ガラス板の第三実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、その長辺部Ｌ１、短辺部Ｌ２、及び隅部Ｌ３に対応する各所に第一圧縮応力層Ｃ１が不連続状に形成されている。本実施形態では、隅部Ｌ３側に形成される第一圧縮応力層Ｃ１の形状と、長辺部Ｌ１側及び短辺部Ｌ２側に形成される第一圧縮応力層Ｃ１の形状とが異なる。具体的には、隅部Ｌ３側に形成される第一圧縮応力層Ｃ１は、第二圧縮応力層Ｃ２との境界部Ｂ２が円弧状に形成されてなる。一方、長辺部Ｌ１側及び短辺部Ｌ２側に形成される第一圧縮応力層Ｃ１は、各辺部Ｌ１，Ｌ２に沿う長方形状に構成されてなる。

図９は、強化ガラス板の第四実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、その長辺部Ｌ１の全長に対応するように、周縁部Ｓ２の一部に第一圧縮応力層Ｃ１が形成されてなる。具体的には、強化ガラス板Ｇは、長辺部Ｌ１の全長、短辺部Ｌ２の端部及び隅部Ｌ３に対応して形成される第一圧縮応力層Ｃ１と、短辺部Ｌ２の中途部に別個に形成される長方形状の第一圧縮応力層Ｃ１とを有する。周縁部Ｓ２における各第一圧縮応力層Ｃ１の間には、第二圧縮応力層Ｃ２が形成されている。

図１０は、強化ガラス板の第五実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、その長辺部Ｌ１、短辺部Ｌ２、及び隅部Ｌ３に対応する各所に第一圧縮応力層Ｃ１が不連続状に形成されている。本実施形態では、強化ガラス板Ｇ１の長辺部Ｌ１及び短辺部Ｌ２において、第二圧縮応力層Ｃ２との境界線が円弧状に構成される複数の第一圧縮応力層Ｃ１が第二圧縮応力層Ｓ２と交互に形成される。円弧状の境界を有する第一圧縮応力層Ｃ１は、隅部Ｌ３にも形成される。さらに、第一圧縮応力層Ｃ１は、主表面Ｓの周縁部Ｓ２だけでなく、中央部Ｓ１にも形成される。中央部Ｓ１に形成される第一圧縮層Ｃ１は、第二圧縮応力層Ｃ２との境界が円形に構成される。

図１１は、強化ガラス板の第六実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、長辺部Ｌ１の周縁部Ｓ２、短辺部Ｌ２の隅部Ｌ３、及び中央部Ｓ１に、第二圧縮応力層Ｃ２との境界が四角形状に構成される第一圧縮応力層Ｃ１が第二圧縮応力層Ｃ２と交互に形成される。

図１２は、強化ガラス板の第七実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、第一圧縮応力層Ｃ１との境界が直線状の第二圧縮層Ｃ２が中央部Ｓ１から周縁部Ｓ２に向かって放射状に形成される。これにより、強化ガラス板Ｇの周縁部Ｓ２では、第一圧縮応力層Ｃ１と第二圧縮応力層Ｃ２とが周方向に交互に形成されている。

図１３は、強化ガラス板の第八実施形態を示す。本実施形態に係る強化ガラス板Ｇは、平面視長方形状に構成されるとともに、第一圧縮応力層Ｃ１との境界が円弧状又は円形状の複数の第二圧縮応力層Ｃ２が第一圧縮応力層Ｃ１と交互に形成される。円弧状又は円形状の第二圧縮応力層Ｃ２は、同心状に形成される。

本発明者は、本発明の効果を確認するための試験を実施した。この試験において、本発明者は、第一実施形態において例示した強化ガラス板を作製し、第一圧縮応力層を破壊した場合において、その破壊が当該強化ガラス板の周縁部の全周にわたって伝播するか否かを確認した。図１４は、第一圧縮応力層に破壊を生じさせる前の強化ガラス板の応力分布を示す画像である。この画像は、強化ガラス板の一部を示し、長辺部Ｌ１の一部と、短辺部Ｌ２の一部と、隅部Ｌ３とを含む。図１４に示すように、短辺部Ｌ及び隅部Ｌ３には、第一圧縮応力層Ｃ１が形成される。長辺部Ｌ１には、第一圧縮応力層Ｃ１と、第二圧縮応力層Ｃ２とが交互に形成されている。

試験では、強化ガラス板の短辺部Ｌ２に衝撃を加え、第一圧縮応力層Ｃ１を破壊した。その後、強化ガラス板をカメラにより撮影した。図１５は、取得された強化ガラス板の画像を示す。図１５に示すように、短辺部Ｌ２における第一圧縮応力層Ｃ１の破壊が長辺部Ｌ１に伝播していないことを確認した。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、平面視長方形状の強化ガラス板Ｇを例示したが、これに限定されず、正方形、多角形、円形その他の各種形状の強化ガラス板に本発明を適用できる。

上記の実施形態では、強化ガラス板Ｇを製造する場合に、選択強化工程及び全体強化工程により、ガラス板（Ｇ２、Ｇ４）を溶融塩Ｔ１と溶融塩Ｔ２とに二度浸漬させる例を示したが、これに限定されない。イオン透過防止膜Ｍとして、イオン透過を抑制するものを使用し、ガラス板（Ｇ２）を溶融塩Ｔ１に一度浸漬することによっても、本発明に係る強化板ガラスＧを製造することが可能である。

上記の実施形態では、ナトリウムイオンとカリウムイオンとをイオン交換して化学強化する場合を例示したが、これに限らず、任意のイオンを交換することが可能である。例えば、リチウムイオンとナトリウムイオンのイオン交換、或いはリチウムイオンとカリウムイオンのイオン交換により強化ガラス板Ｇを製造してもよい。この場合、強化ガラス板Ｇは、組成として質量％でＬｉＯ_２を０．５〜７．５％含有することが望ましく、より好ましくは３．０％、或いは４．５％のＬｉＯ_２を含有する。

強化ガラス板の応力特性は、例えば折原製作所製ＦＳＭ−６０００を用いて測定することができる。アルミノシリケート系ガラスの圧縮応力層の深さが１００μｍを超える場合や、リチウムイオンとナトリウムイオンのイオン交換、或いはリチウムイオンとカリウムイオンのイオン交換を行った場合は、強化ガラス板の応力特性は、例えば折原製作所製ＳＬＰ−１０００を用いて測定することができる。強化ガラス板を切断する等して断面試料を作製できる場合は、例えばフォトニックラティス社製ＷＰＡ−ｍｉｃｒｏや東京インスツルメンツ社製Ａｂｒｉｏを用いて内部応力分布を観測し、応力深さを確認することが望ましい。

Ｃ１ 第一圧縮応力層
Ｃ２ 第二圧縮応力層
Ｅ 端面
Ｇ 強化ガラス板
Ｌ１ 長辺部
Ｌ２ 短辺部
Ｌ３ 隅部
Ｓ 主表面
Ｓ１ 中央部
Ｓ２ 周縁部
Ｍ イオン透過防止膜

Claims (6)

1. 端面及び主表面を有するとともに、前記主表面の周縁部に圧縮応力層を有する強化ガラス板において、
   前記圧縮応力層は、第一圧縮応力層と、層の深さが前記第一圧縮応力層より小さな第二圧縮応力層とを有しており、
   前記第一圧縮応力層と前記第二圧縮応力層とは、前記周縁部の周方向に沿って交互に形成されてなることを特徴とする、強化ガラス板。
2. 隅部を有する長方形状に構成されており、
   前記第一圧縮応力層は、前記隅部に対応する前記周縁部の一部に形成されてなる、請求項１に記載の強化ガラス板。
3. 短辺部及び長辺部を有する長方形状に構成されており、
   前記第一圧縮応力層は、前記短辺部に対応する前記周縁部の一部に形成されてなる、請求項１又は２に記載の強化ガラス板。
4. 短辺部及び長辺部を有する長方形状に構成されており、
   前記第一圧縮応力層は、前記長辺部に対応する前記周縁部の一部に形成されてなる、請求項１から３の何れか一項に記載の強化ガラス板。
5. 前記第一圧縮応力層の幅は、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されてなる、請求項１から４の何れか一項に記載の強化ガラス板。
6. 端面及び主表面を有するとともに、前記主表面の周縁部に圧縮応力層を有する強化ガラス板を製造する方法において、
   前記圧縮応力層は、第一圧縮応力層と、層の深さが前記第一圧縮応力層より小さな第二圧縮応力層とを有しており、
   前記第一圧縮応力層と前記第二圧縮応力層とを、前記周縁部の周方向に沿って交互に形成することを特徴とする、強化ガラス板の製造方法。