JP2019043835A - ３ｄカバーガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学強化処理によるガラスの反りをガラスの品質を損なうことなく修正できる３３Ｄカバーガラスの製造方法の提供。【解決手段】平板状のガラス材料を転移温度Ｔｇ［℃］以上に加熱して、凸型および凹型からなる一対の金型を用いて前記ガラス材料の周辺部の少なくとも一部に厚さ方向の曲げを与える加熱工程、および前記加熱工程後に前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］より低い温度に冷却する冷却工程を含む、ガラス成形工程と、前記ガラス成形工程後に、前記ガラス材料に化学強化処理を施す化学強化処理工程と、を有し、前記冷却工程は、前記曲げによって形成される凸面側に相当する前記ガラス材料の第１主面、に対向する前記凹型の制御温度を制御温度Ｔ１［℃］とし、前記曲げによって形成される凹面側に相当する前記ガラス材料の第２主面、に対向する前記凸型の制御温度を制御温度Ｔ２［℃］とするとき、前記制御温度Ｔ２［℃］および前記制御温度Ｔ１［℃］の少なくとも一方を前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］以下とし、前記制御温度Ｔ２と前記制御温度Ｔ１［℃］との温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を１０℃以上に保持する手順を含む３Ｄカバーガラスの製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末といったモバイル機器やＣＩＤ（Center Information Display）、クラスターといった車載ディスプレイに使用される画像表示装置のための三次元形状をしたカバーガラス（３Ｄカバーガラス）の製造方法に関する。

携帯電話、スマートフォン、タブレット型端末といったモバイル機器の意匠性を向上させるため、モバイル機器に使用される画像表示装置に、図１に示すような３Ｄカバーガラスの適用が検討されている。図１は３Ｄカバーガラス１００の一構成例を示した図であり、中心部１１０が平面で周辺部１２０が三次元曲面になっている。

画像表示装置のカバーガラスは薄型化に加え一定の強度が要求されるため化学強化処理が施されるが、周辺部に三次元曲面を有する３Ｄカバーガラスは化学強化処理による反りの発生が問題となる。図２（ａ），（ｂ）は、３Ｄカバーガラスの化学強化処理による反りの発生を示した断面模式図であり、図２（ａ）は化学強化処理前、図２（ｂ）は化学強化処理後における３Ｄカバーガラスの化学強化処理による反りの発生状態を示した断面模式図である。この場合、図２（ａ）に示すように、例えば、化学強化処理前は中心部が平坦であるのに対し、図２（ｂ）に示すように、化学強化処理後は該中心部に凸状に反りが発生する。
特許文献１は、このように発生する化学強化処理による３Ｄカバーガラスの反りを補正する方法を提案している。

特表２０１６−５２４５８２号公報

特許文献１では、化学強化処理によって生じる反りを、コンピュータを用いてシミュレーションし、その結果を反転させた金型を用いることを提案している。しかし、この場合、同形状の複数の金型を作製すると、どうしても型毎の形状にバラつきが生じてしまうので、型毎に成形された３Ｄカバーガラスの形状にもバラつきが生じるおそれがあった。
また、化学強化の反りを金型の形状に反映させた場合、３Ｄカバーガラスの平坦部に対応する部位を三次元曲面に加工する必要が生じるため、型加工が困難となり、特にバックラッシュと呼ばれる段差が発生し加工精度が劣るおそれがある。そして、この段差が３Ｄカバーガラスの表面へ転写して外観欠点となり、３Ｄカバーガラスの品質を損なうおそれがあった。

本願発明は、上記の問題点を解決するため、化学強化処理によるガラスの反りを、ガラスの品質を損なうことなく修正できる３Ｄカバーガラスの製造方法の提供を目的とする。

上記した目的を達成するため、平板状のガラス材料を転移温度Ｔｇ［℃］以上に加熱して、凸型および凹型からなる一対の金型を用いて前記ガラス材料の周辺部の少なくとも一部に厚さ方向の曲げを与える加熱工程、および前記加熱工程後に前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］より低い温度に冷却する冷却工程を含む、ガラス成形工程と、
前記ガラス成形工程後に、前記ガラス材料に化学強化処理を施す化学強化処理工程と、を有し、
前記冷却工程は、前記曲げによって形成される凸面側に相当する前記ガラス材料の第１主面、に対向する前記凹型の制御温度を制御温度Ｔ１［℃］とし、前記曲げによって形成される凹面側に相当する前記ガラス材料の第２主面、に対向する前記凸型の制御温度を制御温度Ｔ２［℃］とするとき、前記制御温度Ｔ２［℃］および前記制御温度Ｔ１［℃］の少なくとも一方を前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］以下とし、前記温度Ｔ２［℃］が前記温度Ｔ１［℃］よりも大きく、前記制御温度Ｔ２［℃］と前記制御温度Ｔ１［℃］との温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を１０［℃］以上に保持する手順を含む３Ｄカバーガラスの製造方法を提供する。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス成形工程は、前記一対の金型を用いてプレス成形する手順を含み、前記温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の制御により、前記ガラス材料の第１主面の温度をＴ３［℃］とし、前記ガラス材料の第２主面の温度Ｔ４［℃］とするとき、前記温度Ｔ３［℃］および前記温度Ｔ４［℃］が前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］から、前記ガラス材料の歪点Ｔｓ［℃］までの温度範囲において、前記温度Ｔ４［℃］が前記温度Ｔ３［℃］よりも大きく、前記温度Ｔ４［℃］と前記温度Ｔ３［℃］との温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］を０．３［℃］以上に保持する手順を含むことが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記一対の金型は、熱伝導率が５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の材料からなることが好ましい。

本発明の３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記冷却工程は、単位時間当たりの前記温度Ｔ３［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第１主面の冷却速度、および単位時間当たりの前記温度Ｔ４［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第２主面の冷却速度が０．１［℃／Ｓｅｃ］以上、１０．０［℃／Ｓｅｃ］以下を満たすことが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記冷却工程は、前記温度Ｔ４［℃］が前記温度Ｔ３［℃］よりも高く、単位時間当たりの前記温度Ｔ３［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第１主面の冷却速度が、単位時間当たりの前記温度Ｔ４［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第１主面の冷却速度よりも速いことが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス材料は前記加熱工程での最低粘度が１０¹¹［Ｐａ・ｓ］以下であることが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス材料は前記加熱工程での最低粘度が１０^7.5［Ｐａ・ｓ］以上であることが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス材料はアルミノシリケートガラスであることが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス材料はリチウムアルミノシリケートガラスであってもよい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記加熱工程は、前記ガラス材料の周辺部の全周にわたって厚さ方向の曲げを与えることが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記一対の金型は、リング型によって嵌め込まれている構造を持つことが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記冷却工程は、前記温度Ｔ３［℃］および前記温度Ｔ４［℃］のいずれもがガラス材料の歪点Ｔｓ［℃］以下の温度から、前記一対の金型の温度が同一になるまでの冷却時間が１０［分］以内であることが好ましい。

また、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス成形工程は、プレス圧の最大値が０．０５［ＭＰａ］以上であることが好ましい。

さらに、３Ｄカバーガラスの製造方法において、前記ガラス成形工程は、プレス圧の最大値が１．０［ＭＰａ］以下であることが好ましい。

本発明の３Ｄカバーガラスの製造方法では、化学強化処理によるガラスの反りを、品質を損なうことなく修正できる。

図１は、３Ｄカバーガラスの一構成例を示した図である。 図２（ａ），（ｂ）は、３Ｄカバーガラスの化学強化処理による反りの発生状態を示した断面模式図であり、図２（ａ）は化学強化処理前、図２（ｂ）は化学強化処理後を示している。 図３は、ガラス成形工程に用いる一対の金型の一構成例を示した図である。 図４（ａ）〜（ｄ）は、本製造方法の加熱工程および冷却工程におけるガラス材料の状態を説明するための図である。 図５は、実施例における成形装置の概略図である。 図６（ａ）は実施例１における制御温度Ｔ１［℃］，Ｔ２［℃］の変化、および温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の変化を示している。図６（ｂ）は実施例１における温度Ｔ３［℃］，Ｔ４［℃］の変化、および温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の変化を示している。図６（ｃ）は実施例１における温度Ｔ３［℃］の冷却速度の変化、温度Ｔ４［℃］の冷却速度の変化、および温度Ｔ４［℃］の冷却速度と温度Ｔ３［℃］の冷却速度との差の変化を示している。 図７（ａ）は実施例２における制御温度Ｔ１［℃］，Ｔ２［℃］の変化、および温度差（Ｔ２−Ｔ１［℃］）の変化を示している。図７（ｂ）は実施例２における温度Ｔ３［℃］，Ｔ４［℃］の変化、および温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の変化を示している。図７（ｃ）は実施例２における温度Ｔ３［℃］の冷却速度の変化、温度Ｔ４［℃］の冷却速度の変化、および温度Ｔ４［℃］の冷却速度と温度Ｔ３［℃］の冷却速度との差の変化を示している。 図８（ａ）は比較例１における制御温度Ｔ１［℃］，Ｔ２［℃］の変化、および温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の変化を示している。図８（ｂ）は比較例１における温度Ｔ３［℃］，Ｔ４［℃］の変化、および温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の変化を示している。図８（ｃ）は比較例１における温度Ｔ３［℃］の冷却速度の変化、温度Ｔ４［℃］の冷却速度の変化、および温度Ｔ４［℃］の冷却速度と温度Ｔ３［℃］の冷却速度との差の変化を示している。 図９は実施例における冷却工程での温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］と、反り量との関係を示したグラフである。 図１０は、実施例１で得た３Ｄカバーガラスの化学強化処理の前後での断面形状を比較した図である。 図１１は、比較例１で得た３Ｄカバーガラスの化学強化処理の前後での断面形状を比較した図である。

以下、図面を参照して本発明を説明する。
本発明の一実施形態に係る３Ｄカバーガラスの製造方法（以下「本３Ｄカバーガラスの製造方法」または「本製造方法」という）は、平板状のガラス材料を転移温度Ｔｇ［℃］以上に加熱して、凸型および凹型からなる一対の金型を用いてガラス材料の周辺部の少なくとも一部に厚さ方向の曲げを与える加熱工程を含む。そして、加熱工程後にガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］より低い温度に冷却する冷却工程を含むガラス成形工程と、ガラス成形工程後に、ガラス材料に化学強化処理を施す化学強化処理工程と、を有する。

図３は、ガラス成形工程に用いる一対の金型の一構成例を示した図である。図３に示す金型２０は凸型２１および凹型２２の一対の金型であり、凸型２１および凹型２２は、中心部２１１，２２１が平面で、周辺部２１２，２２２の少なくとも一部に三次元曲面を有する。なお、ガラス成形工程に用いる一対の金型の形状はこれに限定されず、製造する３Ｄカバーガラスの形状に応じて適宜選択できる。例えば、平面視で略長方形の外縁をなす３Ｄカバーガラスにおいて、該外縁の周辺部のうち、長辺部分のみが三次元曲面となった３Ｄカバーガラスを製造する場合、凸型および凹型の周辺部のうち、一部（長辺部分）のみが三次元曲面をなしてもよい。また、図１に示す３Ｄカバーガラス１００のように、周辺部１２０が全周にわたって三次元曲面となった３Ｄカバーガラスを製造する場合、凸型および凹型は、図３において手前側および奥側の周辺部を含んで三次元曲面をなす。

また、ガラス成形工程に用いる金型は、さらに、リング型を有し、該リング型が凸型および凹型に嵌めこまれる構造を含んでもよい。この場合、例えば、凸型および凹型を嵌合した後、リング型を嵌めこむことにより、凸型および凹型の嵌合部を覆うことで、嵌合部からの異物の侵入を抑制できるため、製造される３Ｄカバーガラスの品質を向上できる。

図４（ａ）〜（ｄ）は、本製造方法の加熱工程および冷却工程を説明する図である。
図４（ａ）は本製造方法の加熱工程を示しており、凸型２１と凹型２２との間隙に平板状のガラス材料１０を配置し、転移温度Ｔｇ［℃］以上に加熱することにより、ガラス材料の周辺部に厚さ方向の曲げを与える。
本製造方法の加熱工程では、凸型２１および凹型２２からなる一対の金型２０を用いて、ガラス材料１０をプレス成形することが好ましい。ガラス材料をプレス成形する場合、ガラス材料を所望の形状に成形するためプレス圧の最大値は０．０５［ＭＰａ］以上が好ましく、０．１［ＭＰａ］以上がより好ましい。また、ガラス材料の割れを発生させることなく成形するため、プレス圧の最大値は１．０［ＭＰａ］以下が好ましく、０．６［ＭＰａ］以下がより好ましい。

また、本製造方法の加熱工程は、凸型および凹型からなる一対の金型を用いて、ガラス材料の周辺部の少なくとも一部に厚さ方向の曲げを与えることができれば、プレス成形以外の成形方法を用いてもよく、例えば、バキューム成形やブロー成形を用いてもよい。

本製造方法の加熱工程および冷却工程では、ガラス材料１０に対向する凸型２１および凹型２２の温度を制御する。
本製造方法において、曲げによって形成される凸面側に相当するガラス材料１０の主面を第１主面１０ａとし、第１主面１０ａに対する裏面側、即ち、曲げによって形成される凹面に相当するガラス材料１０の主面を第２主面１０ｂとする。そして、ガラス材料１０の第１主面１０ａに対向する側の凹型２２の制御温度を制御温度Ｔ１［℃］とし、ガラス材料１０の第２主面１０ｂに対向する凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］とする。図４（ａ）に示す本製造方法の加熱工程では、凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］、および凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］が、ガラス材料１０の転移温度Ｔｇ［℃］よりも高い温度であればよく、Ｔｇ＋５０［℃］以上が好ましく、Ｔｇ＋６５［℃］以上がより好ましい。これは、ガラス材料を精度良く成形するための条件である。また、凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］、および凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］は、それぞれＴｇ＋１３０［℃］以下が好ましく、Ｔｇ＋１００［℃］以下がより好ましい。これは、凸型２１および凹型２２からガラス材料１０への異物やツールマークの転写を低減するための条件である。なお、図４に示すガラス材料１０の転移温度Ｔｇ［℃］はガラスの粘性係数が１０¹²［Ｐａ・ｓ］となる温度である。
図４（ａ）では、凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］および凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］が転移温度Ｔｇ［℃］よりも高いため、ガラス材料１０の温度も転移温度Ｔｇ［℃］よりも高くなり、ガラス材料１０の応力緩和時間が短く、ガラス材料１０はほぼ粘性体であり応力フリーとみなせる。

図４（ｂ）は本製造方法の冷却工程を示している。本製造方法の冷却工程では、凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］、および凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］のうち、少なくとも一方をガラス材料１０のガラス転移温度Ｔｇ［℃］以下として、制御温度Ｔ２［℃］が制御温度Ｔ１［℃］よりも大きく、これらの温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を１０［℃］以上に保持することが好ましい。図４（ｂ）に示す本製造方法の冷却工程では、例えば、凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］をＴｇ［℃］と同温度とし、凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］を転移温度Ｔｇ［℃］より低い温度としてもよく、この場合、Ｔ１は、Ｔｇ−１０［℃］以下が好ましく、Ｔｇ−２０［℃］以下がより好ましい。また、Ｔ１は、Ｔｇ−２００［℃］以上が好ましく、Ｔｇ−１００［℃］以上がより好ましい。
なお、図４（ｂ）の冷却工程では、凸型２１と凹型２２の制御温度が転移温度Ｔｇ［℃］以上であった図４（ａ）の状態から、凸型２１および凹型２２の少なくとも一方の制御温度（Ｔ１［℃］および／またはＴ２［℃］）が転移温度Ｔｇ［℃］を下回る状態へと推移するため、ある瞬間にはガラス材料１０の少なくとも一部、即ち、後述する温度Ｔ４［℃］が転移温度Ｔｇ［℃］以上で、後述する温度Ｔ３が転移温度Ｔｇ［℃］以下となる。その瞬間では、図４（ａ）と同様に応力緩和時間は短く、ガラス材料１０はほぼ応力フリーとみなせる。
また、温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］は２０［℃］以上がより好ましい。この場合、後述する温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の下限値を容易に満足できる。また、温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］は２００［℃］以下が好ましく、１００［℃］以下がより好ましい。これは、プレス後にガラスを挟んで接触している凹型と凸型の温度を独自に制御するのに好ましいからである。

図４（ｃ）はガラス材料を常温まで冷却した時点での状態を模式的に示している。ガラス材料１０の温度が転移温度Ｔｇ［℃］以下では、凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］と凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］との温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を１０［℃］以上に保持した状態でガラス材料１０を転移温度Ｔｇ［℃］以下に冷却すると、図４（ｃ）に示すように、板厚方向の収縮量差が生じ、矢印方向のモーメント力が発生する。実際には、金型２０により拘束（固定）されているため、ガラス材料に応力が発生する。その結果、金型から取り出したガラス材料１０はモーメント力により、図４（ｄ）に模式的に示すような反り形状となり、図２（ｂ）に示した化学強化処理による反りを補正できる。

本製造方法の冷却工程では、温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の制御により、ガラス材料１０の第１主面１０ａの温度［℃］と、第２主面１０ｂの温度［℃］との温度差［℃］が以下に述べる条件を満たすことが好ましい。
ここで、ガラス材料１０の第１主面１０ａの温度をＴ３［℃］とし、ガラス材料１０の第２主面１０ｂの温度Ｔ４［℃］とするとき、温度Ｔ３［℃］および温度Ｔ４［℃］が、ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］から、ガラス材料の歪点Ｔｓ（ガラスの粘性係数が１０^13.5［Ｐａ・ｓ］となる温度）［℃］までの温度範囲において、温度Ｔ４［℃］と温度Ｔ３［℃］との温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］を０．３［℃］以上に保持することが、化学強化処理による変形を補正した形状とするうえで好ましい。

なお、温度Ｔ３［℃］よりも温度Ｔ４［℃］の方が通常は高い。そのため、上記温度範囲における温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］を０．３［℃］以上に保持することにより好適なガラスの反りを発生できる。これは、板厚方向に温度差がついた状態で粘性領域から弾性領域に遷移させるためであって、そうすることで、それ以降の冷却でガラス板厚方向の温度差が解消される過程において熱収縮差によりガラスの反りをコントロールできる。また、温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］は、上記温度範囲において、０．５［℃］以上に保持することがより好ましく、１．０［℃］以上に保持することがさらに好ましい。また、温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］は、上記温度範囲において１００［℃］以下に保持することが好ましく、５０［℃］以下に保持することがより好ましい。これは、上記温度範囲において温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］を１００［℃］以下にすることによりガラスの割れが発生することを抑制できるからである。

本製造方法の冷却工程では、一対の金型２０における温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］により、ガラス材料１０に板厚方向の温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］を制御するため、一対の金型２０は熱伝導率が高い材料からなることが好ましい。具体的に金型２０は、熱伝導率が５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の材料からなることが好ましく、上記を満たす材料の具体例としては、カーボン、超硬合金、銅が挙げられる。

本製造方法の冷却工程において、温度Ｔ３［℃］および温度Ｔ４［℃］が、ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］から、ガラス材料の歪点Ｔｓ［℃］までの温度範囲において、単位時間当たりの温度Ｔ３［℃］の変化で示されるガラス材料の第１主面の冷却速度、および単位時間当たりの温度Ｔ４［℃］の変化で示されるガラス材料の第２主面の冷却速度が０．１〜１０．０［℃／Ｓｅｃ］を満たすと生産性向上のため好ましい。また、Ｔ４［℃］＞Ｔ３［℃］の条件において、単位時間当たりの温度Ｔ３［℃］の変化で示されるガラス材料の第１主面の冷却速度が、単位時間当たりの温度Ｔ４［℃］の変化で示されるガラス材料の第２主面の冷却速度よりも速いとより好ましい。

本製造方法の冷却工程において、温度Ｔ３［℃］および温度Ｔ４［℃］のいずれもがガラス材料の歪点Ｔｓ［℃］以下の温度に達してから、一対の金型の温度が同一になるまでの冷却時間が１０［分］以内であると生産性が向上するため好ましい。但し、上記の冷却時間が短すぎるとガラス材料に割れが生じるおそれがある。そのため、上記の冷却時間は３０［秒］以上が好ましい。

本製造方法において、３Ｄカバーガラスに用いるガラス材料は、加熱工程での最低粘度が１０¹¹［Ｐａ・ｓ］以下であれば、成形性の観点から好ましい。加熱工程での最低粘度が１０¹¹［Ｐａ・ｓ］超だと、加熱工程でガラス材料に割れが発生するおそれがある。３Ｄカバーガラスに用いるガラス材料は、加熱工程での最低粘度が、１０^10.5［Ｐａ・ｓ］以下であればより好ましく、１０¹⁰［Ｐａ・ｓ］以下がさらに好ましい。これは、周辺部の三次元曲面となる部位を金型に密着させて３Ｄカバーガラスの形状精度を改善しやすいからである。また、３Ｄカバーガラスに用いるガラス材料は、加熱工程での粘度が１０^7.5［Ｐａ・ｓ］以上であると該３Ｄカバーガラスの外観品質の観点から好ましく、１０^8.0［Ｐａ・ｓ］以上がより好ましく、１０^8.5［Ｐａ・ｓ］以上がさらに好ましい。このような粘度を有するガラス材料は、加熱工程でガラス材料の表面に発生する外観欠点を抑制できる。

本製造方法では、ガラス成形工程後のガラス材料に対し、化学強化処理を施す。そのため、３Ｄカバーガラスの製造に用いるガラス材料は化学強化処理が可能な材料が求められる。化学強化処理では、転移温度Ｔｇ［℃］以下の温度でイオン交換によりガラスの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。このようなイオン交換により、ガラスの表面に圧縮応力層が形成されて強度が向上する。

化学強化処理が可能なガラスとしては、無色透明の非晶質ガラスの他、結晶化ガラスや色ガラス等からなるガラス板が挙げられる。更に詳細には、ガラス材料として、例えば、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスを使用できる。厚さが薄くても強化処理によって大きな応力が入りやすく薄くても高強度なガラスが得られるアルミノシリケートガラスやリチウムアルミノシリケートガラスが好ましい。なお、化学強化処理は、溶融塩中にガラスを浸漬させる方法や、溶融塩をペースト状もしくは粉状にしてガラスに塗布する方法を使用できるが、通常、アルカリ金属を含む溶融塩中にガラスを浸漬させることにより行われる。

より具体的なガラスの組成は、モル％で表示した組成で、ＳｉＯ₂を５０〜８０％、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜２５％、Ｌｉ₂Ｏ＋Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏを３〜３０％、ＭｇＯを０〜２５％、ＣａＯを０〜２５％およびＺｒＯ₂を０〜５％含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。より具体的には、以下のガラスの組成が挙げられる。なお、例えば、「ＭｇＯを０〜２５％含む」とは、ＭｇＯは必須ではないが２５％まで含んでもよい、の意である。（ｉ）のガラスはソーダライムシリケートガラスに含まれ、（ｉｉ）および（ｉｉｉ）のガラスはアルミノシリケートガラスに含まれ、（ｖ）のガラスはリチウムアルミノシリケートガラスに含まれる。
（ｉ）モル％で表示した組成で、モル％で表示した組成で、ＳｉＯ₂を６３〜７３％、Ａｌ₂Ｏ₃を０．１〜５．２％、Ｎａ₂Ｏを１０〜１６％、Ｋ₂Ｏを０〜１．５％、Ｌｉ₂Ｏを０〜５．０％、ＭｇＯを５〜１３％及びＣａＯを４〜１０％を含むガラス。
（ｉｉ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ₂を５０〜７４％、Ａｌ₂Ｏ₃を１〜１０％、Ｎａ₂Ｏを６〜１４％、Ｋ₂Ｏを３〜１１％、Ｌｉ₂Ｏを０〜５．０％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜６％およびＺｒＯ₂を０〜５％含有し、ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ₂ＯおよびＫ₂Ｏ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、ＳｉＯ₂を６８〜８０％、Ａｌ₂Ｏ₃を４〜１０％、Ｎａ₂Ｏを５〜１５％、Ｋ₂Ｏを０〜１％、Ｌｉ₂Ｏを０〜５．０％、ＭｇＯを４〜１５％およびＺｒＯ₂を０〜１％含有するガラス。
（ｉｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ₂を６７〜７５％、Ａｌ₂Ｏ₃を０〜４％、Ｎａ₂Ｏを７〜１５％、Ｋ₂Ｏを１〜９％、Ｌｉ₂Ｏを０〜５．０％、ＭｇＯを６〜１４％およびＺｒＯ₂を０〜１．５％含有し、ＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ₂Ｏおよび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。
（ｖ）モル％で表示した組成が、ＳｉＯ₂を５６〜７３％、Ａｌ₂Ｏ₃を１０〜２４％、Ｂ₂Ｏ₃を０〜６％、Ｐ₂Ｏ₅を０〜６％、Ｌｉ₂Ｏを２〜７％、Ｎａ₂Ｏを３〜１１％、Ｋ₂Ｏを０〜５％、ＭｇＯを０〜８％、ＣａＯを０〜２％、ＳｒＯを０〜５％、ＢａＯを０〜５％、ＺｎＯを０〜５％、ＴｉＯ₂を０〜２％、ＺｒＯ₂を０〜４％含有するガラス。

本製造方法により製造される３Ｄカバーガラスは、さらに以下の条件を満たす対象に適用できる。

３Ｄカバーガラスの板厚は、０．３ｍｍ以上、２．０ｍｍ以下が好ましい。板厚が０．３ｍｍ未満だと、冷却工程でガラス材料の板厚方向に温度差がつきにくく、化学強化処理による変形を補正した形状が得られにくい。板厚が２．０ｍｍ超だと、化学強化処理による変形が小さいため、化学強化処理による変形を補正する必要性が高くない。

また、３Ｄカバーガラスは、平面視において、対角サイズが５０ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下が好ましい。対角サイズが５０ｍｍ未満だと、化学強化処理による変形が小さいため、化学強化処理による変形を用いて補正する手法としてその適性が十分ではない。また、対角サイズが１０００ｍｍ超だと、面内を均一に冷やすのが困難であるとともに、化学強化処理による変形モードと、本製造方法による変形モードとが異なるおそれがあり制御が困難となる場合がある。また、３Ｄカバーガラスは、平面視において、角部に丸みを帯びているものも含む、略長方形のものが好ましく用いられ、この場合でも、対角サイズは、５０ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下が好ましい。

さらに、３Ｄカバーガラスは、周辺部における三次元曲面の最小曲率半径Ｒが、０．１ｍｍ以上、２０ｍｍ以下が好ましい。最小曲率半径Ｒが０．１ｍｍ未満にガラスを曲げる場合、その制御性が困難であり、最小曲率半径Ｒが２０ｍｍ超の場合、化学強化処理による変形を用いて補正する手法としてその適性が十分ではないからである。

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１，２、比較例１）
本実施例（１，２）では、加熱工程における凸型の制御温度Ｔ２［℃］と、凹型の制御温度Ｔ１［℃］を同じ温度で制御し、冷却工程における凸型の制御温度Ｔ２［℃］と、凹型の制御温度Ｔ１［℃］との温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を変えてガラス成形工程を実施した。その後、以下の手順で、金型から取り出した際の反り量を評価した。具体的には、図３に示すような、中心部２１１，２２１が平面で、周辺部２１２，２２２が全周にわたって三次元曲面形状である凸型２１および凹型２２を用いて、図１に示すように、中心部１１０が平面で周辺部１２０が三次元曲面をなす３Ｄカバーガラス１００を製造し、評価した。なお、比較例として、冷却工程における温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を与えない条件（＝０［℃］）における反り量も併せて評価した。

まず、ＤＴＫ社製の成形装置（型番：ＤＴＫ−ＤＧＰ−３Ｄ１２Ｓ）を用いて、旭硝子株式会社製のガラス材料ＤＴ−ＳＴＡＲ（板厚０．５［ｍｍ］、転移温度Ｔｇ＝５４７［℃］、歪点Ｔｓ＝５０１［℃］）を成形した。成形装置の概略図を図５に示す。成形装置は予熱１〜４の４ゾーン、Ｐｒｅｓｓ１〜３の３ゾーン、冷却１〜４の４ゾーンの合計１１ゾーンに分かれており、各ゾーンに金型が搬送されて上下からヒータープレートを接触させてプレスすることで金型の温度とプレス圧とを制御しガラスを成形した。ここで、予熱１〜４とＰｒｅｓｓ１の５ゾーンが加熱工程に相当し、Ｐｒｅｓｓ２以降が冷却工程に相当する。具体的には、成形装置の図５のＰｒｅｓｓ１ポジションにおいて制御温度Ｔ１［℃］と制御温度Ｔ２［℃］が、ガラスの粘性係数が１０^9.5［Ｐａ．ｓ］となる温度で、プレス圧の最大値が０．５５［ＭＰａ］となるように成形した。その後に、成形装置の図５のＰｒｅｓｓ２ポジションとＰｒｅｓｓ３ポジションにおいて、プレス圧の最大値が０．５［ＭＰａ］でガラス材料をプレスした状態で温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を与えて冷却した。ここで、１ゾーン当たりの滞在時間は９０［秒］であった。

使用した金型の寸法は（縦）約１８０［ｍｍ］×（横）約１２０［ｍｍ］×（高さ）約３０［ｍｍ］であり、凸型２１と凹型２２との体積を同一（体積比１：１）とし、下側の型として凹型２２を、上側の型として凸型２１を用いた。金型の材料は、熱伝導率が１０４．４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］であるカーボンを用いた。なお、成形後の３Ｄカバーガラスの平面視におけるサイズは１５０［ｍｍ］×８０［ｍｍ］程度で四隅が曲線状の略長方形であり、周辺部１２０における三次元曲面の最小曲率半径Ｒは５［ｍｍ］程度であった。

ここで各実施例および比較例の加熱工程（成形中）における、凸型および凹型の温度をいずれもガラスの粘性係数が１０^9.5［Ｐａ．ｓ］となる温度（６３０［℃］）に制御した。そして、各実施例の冷却工程における凹型２２の制御温度Ｔ１［℃］と凸型２１の制御温度Ｔ２［℃］を変えて、それぞれ以下の条件で３Ｄカバーガラスを成形した。なお、冷却時間は、制御温度Ｔ１［℃］と制御温度Ｔ２［℃］のいずれもが、Ｔｓ［℃］以下となる温度から凸型２１の温度と凹型２２の温度が同一となる１００［℃］になるまでの時間を示した。なお、比較例は、冷却工程における温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を与えなかった。

また、ガラス材料の第１の主面の温度Ｔ３［℃］およびガラス材料の第２の主面の温度Ｔ４［℃］は、それぞれ、制御温度Ｔ１［℃］および制御温度Ｔ２［℃］に基づき、ダッソー・システムズ株式会社の汎用解析ソフトＡＢＡＱＵＳの熱伝導解析により計算した。具体的には、実験的に凸型用／凹型用ヒータープレートと凸型／凹型との接触熱伝達係数を１０００［Ｗ／（ｍ²・Ｋ）］、凸型／凹型とガラスとの接触熱伝達係数を３００［Ｗ／（ｍ²・Ｋ）］と求め、それらをシミュレーションの熱境界条件として用いた。また、ガラスの熱物性は熱伝導率１．２［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、比熱１３４０［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］、密度２５００［ｋｇ／ｍ³］を用い、カーボン型の熱物性は熱伝導率１０４．４［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］、比熱７１０［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］、密度１８００［ｋｇ／ｍ³］を用いた。なお、温度Ｔ３［℃］および温度Ｔ４［℃］の冷却速度は、いずれも、Ｔｇ（＝５４７℃）からＴｓ（＝５０１℃）に冷却されるまでの時間で割った算出結果である。また、温度Ｔ４［℃］と温度Ｔ３［℃］との温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］は、いずれも、Ｔｇ（＝５４７℃）からＴｓ（＝５０１℃）に冷却されるまでの温度差の最小値である。

図６は、いずれも実施例１における温度変化プロファイルを示した。具体的に、図６（ａ）は、制御温度Ｔ１［℃］，制御温度Ｔ２［℃］の変化、および温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の変化を示し、図６（ｂ）は、温度Ｔ３［℃］，温度Ｔ４［℃］の変化、および温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の変化を示し、図６（ｃ）は、温度Ｔ３［℃］の冷却速度の変化、温度Ｔ４［℃］の冷却速度の変化、および温度Ｔ４［℃］の冷却速度と温度Ｔ３［℃］の冷却速度との差の変化を示した。

図７は、いずれも実施例２における温度変化プロファイルを示した。具体的に、図７（ａ）は、制御温度Ｔ１［℃］，制御温度Ｔ２［℃］の変化、および温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の変化を示し、図７（ｂ）は、温度Ｔ３［℃］，温度Ｔ４［℃］の変化、および温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の変化を示し、図７（ｃ）は、温度Ｔ３［℃］の冷却速度の変化、温度Ｔ４［℃］の冷却速度の変化、および温度Ｔ４［℃］の冷却速度と温度Ｔ３［℃］の冷却速度との差の変化を示した。

図８は、いずれも比較例１における温度変化プロファイルを示した。具体的に、図８（ａ）は、制御温度Ｔ１［℃］，制御温度Ｔ２［℃］の変化、および温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の変化を示し、図８（ｂ）は、温度Ｔ３［℃］，温度Ｔ４［℃］の変化、および温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］の変化を示し、図８（ｃ）は、温度Ｔ３［℃］の冷却速度の変化、温度Ｔ４［℃］の冷却速度の変化、および温度Ｔ４［℃］の冷却速度と温度Ｔ３［℃］の冷却速度との差の変化を示した。

成形した実施例１，２および比較例１の３Ｄカバーガラスに対して、ＧＯＭ社製の３次元計測機ＡＴＯＳ（型番：ＡＴＯＳ Ｔｒｉｐｌｅ ｓｃａｎ ＩＩＩ）を用いて、３Ｄカバーガラス１００の平坦部１１０の形状を測定した。そして、その計測結果と平面とをベストフィット処理したときの平面と、測定結果との偏差を計算し、その偏差の最大値と最小値との差を反り量へ変換した。その結果を図９に示す。

図９に示すように、温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］が０［℃］の比較例１の場合、金型から取り出した際の反り量が０［μｍ］であったのに対し、温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］が正である実施例１，２の場合、金型から取り出した際の反り量が（凸面に凸状部分を有する）正の値を示した。なお、金型から取り出した際にガラス材料の中心部が凸面から見て凹面の方向に反りを生じた場合、予想反り量が正の値とした。

（実施例３）
本実施例では、実施例１と比較例１で得た３Ｄカバーガラスに化学強化処理を施し、化学強化処理実施前後の形状変化を以下の手順で評価した。
まず、実施例１、および比較例１で得た３Ｄカバーガラスを４５０［℃］に加熱して溶融させた硝酸カリウム塩に２時間浸漬しイオン交換処理した。その後、３Ｄカバーガラスを溶融塩より引き上げ、１時間で室温まで徐冷することで化学強化処理を施した。さらに、この３Ｄカバーガラスをアルカリ溶液（商品名：サンウォッシュＴＬ−７５、ライオン社製）に４時間浸漬してアルカリ処理を施し、化学強化処理後の３Ｄカバーガラスを得た。

化学強化処理実施前後の形状変化に関しても、上述の３次元計測機を用いて計測した。
図１０は実施例１で得た３Ｄカバーガラスの長軸方向から見たＺ軸方向の形状変化を示した図である。図９では下向きに反りが生じた３Ｄカバーガラスの中心部を上向きに示しているが、図１０に示すように、化学強化処理による変形が予め補正されていることが確認できた。このとき、３Ｄカバーガラスの中心部（１３４［ｍｍ］×６４［ｍｍ］）における、実施例１の化学強化処理前の表面形状は、ＰＶ値が０．４６４［ｍｍ］、平坦度が０．１５９［ｍｍ］であったのに対し、化学強化処理後の表面形状はＰＶ値が０．２６７［ｍｍ］、平坦度が０．０４８［ｍｍ］であった。化学強化処理前後の変形量は全面で０．２３７［ｍｍ］、平坦な中心部で０．２３７［ｍｍ］であった。

図１１は比較例１で得た３Ｄカバーガラスの長軸方向から見たＺ軸方向の形状変化を示した図である。図９では下向きに反りが生じた３Ｄカバーガラスの中心部を上向きに示しており、図１１に示すように、化学強化処理により変形が大きくなっていることが確認できた。このとき、３Ｄカバーガラスの中心部（１３４［ｍｍ］×６４［ｍｍ］）における、比較例１の化学強化処理前の表面形状は、ＰＶ値が０．１５０［ｍｍ］、平坦度が０．１１０［ｍｍ］であったのに対し、化学強化処理後の表面形状はＰＶ値が０．３１３［ｍｍ］、平坦度が０．２８０［ｍｍ］であった。化学強化処理前後の変形量は全面で０．２５７［ｍｍ］、平坦な中心部で０．２３１［ｍｍ］であった。以上より、比較例１の化学強化後の平坦度０．２８０［ｍｍ］に対して、実施例１の化学強化後の平坦度は０．０４８［ｍｍ］となり、本発明によると平坦度の優れた３Ｄカバーガラスが得られた。

１０：ガラス材料
１０ａ：第１主面
１０ｂ：第２主面
２０：金型
２１：凸型
２１１：中心部
２１２：周辺部
２２：凹型
２２１：中心部
２２２：周辺部
１００：３Ｄカバーガラス
１１０：中心部
１２０：周辺部

Claims (14)

1. 平板状のガラス材料を転移温度Ｔｇ［℃］以上に加熱して、凸型および凹型からなる一対の金型を用いて前記ガラス材料の周辺部の少なくとも一部に厚さ方向の曲げを与える加熱工程、および前記加熱工程後に前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］より低い温度に冷却する冷却工程を含む、ガラス成形工程と、
   前記ガラス成形工程後に、前記ガラス材料に化学強化処理を施す化学強化処理工程と、を有し、
   前記冷却工程は、前記曲げによって形成される凸面側に相当する前記ガラス材料の第１主面、に対向する前記凹型の制御温度を制御温度Ｔ１［℃］とし、前記曲げによって形成される凹面側に相当する前記ガラス材料の第２主面、に対向する前記凸型の制御温度を制御温度Ｔ２［℃］とするとき、前記制御温度Ｔ２［℃］および前記制御温度Ｔ１［℃］の少なくとも一方を前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］以下とし、前記制御温度Ｔ２［℃］が前記制御温度Ｔ１［℃］よりも大きく、前記制御温度Ｔ２と前記制御温度Ｔ１［℃］との温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］を１０［℃］以上に保持する手順を含む３Ｄカバーガラスの製造方法。
2. 前記ガラス成形工程は、前記一対の金型を用いてプレス成形する手順を含み、前記温度差（Ｔ２−Ｔ１）［℃］の制御により、前記ガラス材料の第１主面の温度をＴ３［℃］とし、前記ガラス材料の第２主面の温度Ｔ４［℃］とするとき、前記温度Ｔ３［℃］および前記温度Ｔ４［℃］が前記ガラス材料の転移温度Ｔｇ［℃］から、前記ガラス材料の歪点Ｔｓ［℃］までの温度範囲において、前記温度Ｔ４［℃］が前記温度Ｔ３よりも大きく、前記温度Ｔ４［℃］と前記温度Ｔ３［℃］との温度差（Ｔ４−Ｔ３）［℃］を０．３［℃］以上に保持する手順を含む、請求項１に記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
3. 前記一対の金型は、熱伝導率が５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の材料からなる、請求項１または２に記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
4. 前記冷却工程は、単位時間当たりの前記温度Ｔ３［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第１主面の冷却速度、および単位時間当たりの前記温度Ｔ４［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第２主面の冷却速度が０．１［℃／Ｓｅｃ］以上、１０．０［℃／Ｓｅｃ］以下を満たす、請求項１〜３のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
5. 前記冷却工程は、前記温度Ｔ４が前記温度Ｔ３よりも高く、単位時間当たりの前記温度Ｔ３［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第１主面の冷却速度が、単位時間当たりの前記温度Ｔ４［℃］の変化で示される前記ガラス材料の第２主面の冷却速度よりも速い、請求項４に記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
6. 前記ガラス材料は前記加熱工程での最低粘度が１０¹¹［Ｐａ・ｓ］以下である、請求項１〜５のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
7. 前記ガラス材料は前記加熱工程での最低粘度が１０^7.5［Ｐａ・ｓ］以上である、請求項１〜６のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
8. 前記ガラス材料はアルミノシリケートガラスである、請求項１〜７のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
9. 前記ガラス材料はリチウムアルミノシリケートガラスである、請求項１〜７のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
10. 前記加熱工程は、前記ガラス材料の周辺部の全周にわたって厚さ方向の曲げを与える、請求項１〜９のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
11. 前記一対の金型は、リング型によって嵌め込まれている構造を持つ、請求項１〜１０のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
12. 前記冷却工程において、前記温度Ｔ３［℃］および前記温度Ｔ４［℃］のいずれもが、ガラス材料の歪点Ｔｓ［℃］以下の温度から前記一対の金型の温度が同一になるまでの冷却時間が１０［分］以内である、請求項２〜１１のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
13. 前記ガラス成形工程において、プレス圧の最大値が０．０５［ＭＰａ］以上である、請求項２〜１２のいずれかに記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。
14. 前記ガラス成形工程において、プレス圧の最大値が１．０［ＭＰa］以下である、請求項１３に記載の３Ｄカバーガラスの製造方法。