JP2024054788A - ガラス及びガラスの製造方法、並びに化学強化ガラス及びそれを備える画像表示装置 - Google Patents
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- Glass Compositions (AREA)
Abstract
【課題】本発明は、従来と同様の化学強化処理を一回施すことで従来のソーダライムガラスより強度を向上させることが可能であり、かつ化学強化工程で発生する反りを低減できるガラスの提供を目的とする。【解決手段】本発明は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２を６５．０～７２．０％、Ａｌ２Ｏ３を３．６～８．６％、ＭｇＯを３．３～６．０％、ＣａＯを６．５～９．０％、Ｎａ２Ｏを１３．０～１６．０％及びＫ２Ｏを０～０．９％含有し、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２～５．０であり、さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含むガラス。【選択図】なし
Description
本発明は、タブレット型端末、ノート型パーソナルコンピューター、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、カメラ、ゲーム機、携帯音楽プレーヤー等電子機器のカバーガラス、液晶テレビ及びパーソナルコンピューターのモニター等のカバーガラス、自動車インパネ等のカバーガラス、太陽電池用カバーガラス、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られる化学強化ガラスの素板ガラスとして好適なガラス及びガラスの製造方法、並びに化学強化ガラスに関する。
近年、情報機器は、タブレット型端末、スマートフォン及び電子書籍リーダー等に見られるようにタッチパネルディスプレイを備えるものが主流となっている。タッチパネルディスプレイは、ディスプレイ用ガラス基板の上にタッチセンサーガラスとカバーガラスを重ねた構造を有している。また、ＯＧＳ（Ｏｎｅ・ｇｌａｓｓ・ｓｏｌｕｔｉｏｎ）と呼ばれるタッチセンサーガラスとカバーガラスを一体化した構成のものもある。
タッチセンサーガラス、カバーガラス及びＯＧＳのガラスのいずれのガラスも薄く高強度であることが求められており、イオン交換で化学強化処理を施した化学強化ガラスが用いられている。
これらの化学強化ガラスの強化特性は、一般に、表面圧縮応力（ＣＳ；Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｓｓ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ；Ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｌａｙｅｒ）で表現されている。通常のソーダライムガラスを素板ガラスとして化学強化処理を施した場合、一般的にはＣＳが５００～６００ＭＰａ、ＤＯＬが６～１０μｍとなる化学強化ガラスが得られる。
また、強度向上のためイオン交換しやすい組成のアルミノシリケートガラスが提案されており、アルミノシリケートガラスを素板ガラスとして同じ化学強化処理を施した場合、ＣＳが６００～８５０ＭＰａ、ＤＯＬが２０～１００μｍとなる化学強化ガラスが得られる。
これらのガラスは、フロート法もしくはフュージョン法（別名：オーバーフローダウンドロー法）により製造されている。フロート法は建築用窓ガラス等の製造方法として知られており、溶融錫の上に溶融ガラスを流し出して平板形状に成形する方法である。一方のフュージョン法はディスプレイ用無アルカリガラス等の製造方法として知られており、上部の樋からガラスを両側にオーバーフローさせ、下部のソードの先で融合させ平板形状に成形する方法である。ガラスは、一般的に、ソーダライムガラスがフロート法で、アルミノシリケートガラスがフロート法とフュージョン法の両方の製法で製造されている。
フロート法によるガラス板は、フロート法製造装置（板状のガラスリボンに成形するフロート成形炉（フロートバス）と前記ガラスリボンを徐冷（冷却）する徐冷炉から成る）により製造される。徐冷されたガラスリボンは、その後に所定の寸法に切断される。
フロート法によるガラス板は、フロート法製造装置（板状のガラスリボンに成形するフロート成形炉（フロートバス）と前記ガラスリボンを徐冷（冷却）する徐冷炉から成る）により製造される。徐冷されたガラスリボンは、その後に所定の寸法に切断される。
フロート法で生産されるソーダライムガラスは、アルミノシリケートガラスに比べて安価である。しかしながら、従来のソーダライムガラスの化学強化ガラスでは、近年求められているようなガラス強度レベルにＣＳを向上させることが困難であった。そのため、ソーダライムガラスを使用した化学強化ガラスでガラス強度を向上させることが可能な化学強化処理方法が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
特許文献１に開示の方法によると、厳密に制御された２段階の化学強化処理を必要としており、１段目と２段目の処理で成分の異なる硝酸塩を使用し処理温度も異なる。このため、２つの強化処理槽を使用して処理することになり、従来よりも製造コストがかかる方法であるため、安価であるというソーダライムガラスを使用することの優位性がなくなるものである。また、２回化学強化処理するため、強化後のガラスの反りが増大する。これを回避するため、錫浸入などの影響で強化特性の変わる表面層をあらかじめ除去しておく工程を加える必要があった。
一方、フロート法は溶融錫の上で成形されており、錫に接触しているボトム面と接触しないトップ面では化学強化特性が異なる。このため、フロート法で生産されるガラスは化学強化工程の後、ガラスに反りが発生しやすい問題があった。
本発明は、従来と同様の化学強化処理を一回施すことで従来のソーダライムガラスより強度を向上させることが可能であり、かつ化学強化処理で発生する反りを低減できるガラス及びガラスの製造方法、並びに化学強化ガラス及びそれを備える画像表示装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、特定の組成を有するガラスを用いるとともに、フロート法によるガラス板の製造条件を適宜調整することにより、従来と同様の化学強化処理を一回施すことで従来のソーダライムガラスより強度を向上させることが可能であり、かつ化学強化工程で発生する反りを低減できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は以下の１～１５に関する。
１．酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２を６５．０～７２．０％、Ａｌ２Ｏ３を３．６～８．６％、ＭｇＯを３．３～６．０％、ＣａＯを６．５～９．０％、Ｎａ２Ｏを１３．０～１６．０％及びＫ２Ｏを０～０．９％含有し、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２～５．０であり、
さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含むガラス。
２．前記ガラスは、板厚が０．１０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である、前記１に記載のガラス。
３．前記ガラスは、Ｆｅ２Ｏ３を、酸化物基準の質量百分率表示で０．０１％以上０．２０％以下含有する、前記１または２に記載のガラス。
４．前記ガラスは、Ｎｉを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、前記１～３のいずれか１に記載のガラス。
５．前記ガラスは、Ｃｒを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、前記１～４のいずれか１に記載のガラス。
６．前記ガラスは、Ｍｎを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、前記１～５のいずれか１に記載のガラス。
７．前記ガラスは、ＴｉＯ２を酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、０．５％以下含有する、前記１～６のいずれか１に記載のガラス。
８．前記ガラスは、ＳＯ３を酸化物基準の質量百分率表示で０．０２％以上、０．４％以下含有する、前記１～７のいずれか１に記載のガラス。
９．前記ガラスは、Ｌｉ２Ｏを酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、１．０％未満含有する、前記１～８のいずれか１に記載のガラス。
１０．前記ガラスは、ＺｒＯ２を酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、２．０％以下含有する、前記１～９のいずれか１に記載のガラス。
１１．（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ２Ｏ３が８．９以下である、前記１～１０のいずれか１に記載のガラス。
１２．ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．２７以上である、前記１～１１のいずれか１に記載のガラス。
１３．前記１～１２のいずれか１に記載のガラスの製造方法であって、ガラス原料を溶解し、ガラス板にフロート成形した後、徐冷することを含むガラスの製造方法。
１４．前記１～１２のいずれか１に記載のガラスを化学強化した化学強化ガラス。
１５．前記１～１２のいずれか１に記載の化学強化ガラスを備える画像表示装置。
１．酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２を６５．０～７２．０％、Ａｌ２Ｏ３を３．６～８．６％、ＭｇＯを３．３～６．０％、ＣａＯを６．５～９．０％、Ｎａ２Ｏを１３．０～１６．０％及びＫ２Ｏを０～０．９％含有し、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２～５．０であり、
さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含むガラス。
２．前記ガラスは、板厚が０．１０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である、前記１に記載のガラス。
３．前記ガラスは、Ｆｅ２Ｏ３を、酸化物基準の質量百分率表示で０．０１％以上０．２０％以下含有する、前記１または２に記載のガラス。
４．前記ガラスは、Ｎｉを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、前記１～３のいずれか１に記載のガラス。
５．前記ガラスは、Ｃｒを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、前記１～４のいずれか１に記載のガラス。
６．前記ガラスは、Ｍｎを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、前記１～５のいずれか１に記載のガラス。
７．前記ガラスは、ＴｉＯ２を酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、０．５％以下含有する、前記１～６のいずれか１に記載のガラス。
８．前記ガラスは、ＳＯ３を酸化物基準の質量百分率表示で０．０２％以上、０．４％以下含有する、前記１～７のいずれか１に記載のガラス。
９．前記ガラスは、Ｌｉ２Ｏを酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、１．０％未満含有する、前記１～８のいずれか１に記載のガラス。
１０．前記ガラスは、ＺｒＯ２を酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、２．０％以下含有する、前記１～９のいずれか１に記載のガラス。
１１．（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ２Ｏ３が８．９以下である、前記１～１０のいずれか１に記載のガラス。
１２．ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．２７以上である、前記１～１１のいずれか１に記載のガラス。
１３．前記１～１２のいずれか１に記載のガラスの製造方法であって、ガラス原料を溶解し、ガラス板にフロート成形した後、徐冷することを含むガラスの製造方法。
１４．前記１～１２のいずれか１に記載のガラスを化学強化した化学強化ガラス。
１５．前記１～１２のいずれか１に記載の化学強化ガラスを備える画像表示装置。
本発明のガラスは、特定の組成を有する。これにより本発明のガラスは、一回の化学強化処理によりＣＳの値を効果的に向上すると同時に化学強化により発生する反りを低減でき、かつ失透温度と高温粘性の上昇を抑えてソーダライムガラス用のフロート窯で容易に製造可能なものである。
以下において、本発明のガラス及び該ガラスに化学強化処理を施した化学強化ガラスを、本発明のガラスと総称する。また、本明細書においては、フロート法で製造（成形）されたガラス（フロート成形されたガラス）をフロートガラスともいう。
＜ガラス＞
以下に本発明の一実施形態について説明する。本実施形態のガラスは、酸化物基準の質量百分率表示でＳｉＯ２を６５．０～７２．０％、Ａｌ２Ｏ３を３．６～８．６％、ＭｇＯを３．３～６．０％、ＣａＯを６．５～９．０％、Ｎａ２Ｏを１３．０～１６．０％、Ｋ２Ｏを０～０．９％含有し、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２～５．０であることを特徴とする。また、本実施形態のガラスはさらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含む。
以下に本発明の一実施形態について説明する。本実施形態のガラスは、酸化物基準の質量百分率表示でＳｉＯ２を６５．０～７２．０％、Ａｌ２Ｏ３を３．６～８．６％、ＭｇＯを３．３～６．０％、ＣａＯを６．５～９．０％、Ｎａ２Ｏを１３．０～１６．０％、Ｋ２Ｏを０～０．９％含有し、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２～５．０であることを特徴とする。また、本実施形態のガラスはさらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含む。
本実施形態のガラスにおいて、ガラス組成を前記範囲に限定した理由を以下に説明する。本明細書において、ガラス組成は特に断りが無い限り質量基準割合（質量百分率、質量ｐｐｍ等）で表す。また、ガラス組成中の成分同士の和や比は、各成分の質量基準割合同士の和や比を意味する。特に断りが無い限り、含有成分名を酸化物として表す場合（例えばＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等）にはその含有割合は当該酸化物基準の含有割合を意味する。含有成分名を元素単体として表す場合（例えばＮｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｐｔ等）にはその含有割合は当該元素としての含有割合を意味する。
Ａｌ２Ｏ３の含有量は、３．６％以上であり、好ましくは３．９％以上、より好ましくは４．２％以上、さらに好ましくは４．５％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量は、８．６％以下であり、より好ましくは８．０％以下、さらに好ましくは７．５％以下、特に好ましくは７％以下である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が３．６％以上であると、イオン交換により所望のＣＳ値が得られ、フロートバス内でのガラスリボンのトップ面の水分量変化に対する主にＣＳの安定性の効果、脱アルカリ促進効果が得られる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が８．６％以下であると、ガラスの粘性が高くなりすぎず、失透温度が粘性に対して大きくは上昇しないため、ソーダライムガラス生産ラインでの溶解、成形の点で優位である。
ＳｉＯ２は、ガラス微細構造の中で網目構造を形成する成分として知られており、ガラスを構成する主要成分である。ＳｉＯ２の含有量は、６５．０％以上であり、好ましくは６６．０％以上、より好ましくは６６．５％以上、さらに好ましくは６７．０％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量は、７２．０％以下であり、好ましくは７１．５％以下、より好ましくは７１．０％以下である。ＳｉＯ２の含有量が６５．０％以上であるとガラスとしての安定性や耐候性の点で優位である。一方、ＳｉＯ２の含有量が７２．０％以下であると溶解性及び成形性の点で優位である。
ＭｇＯは、ガラスを安定化させる成分であり、必須である。ＭｇＯの含有量は、３．３％以上、好ましくは３．６％以上、より好ましくは３．９％以上である。また、ＭｇＯの含有量は、６．０％以下であり、好ましくは５．７％以下、より好ましくは５．４％以下である。ＭｇＯの含有量が３．３％以上であると、高温での溶解性が良好になり、失透が起こり難くなる。一方、ＭｇＯの含有量が６．０％以下であると、失透の起こりにくさが維持され、充分なイオン交換速度が得られる。
ＣａＯは、ガラスを安定化させる成分であり、必須である。ＣａＯの含有量は、６．５％以上であり、好ましくは６．７％以上、より好ましくは６．８％以上、さらに好ましくは６．９％以上である。また、ＣａＯの含有量は、９．０％以下であり、好ましくは８．５％以下、より好ましくは８．２％以下、さらに好ましくは８．０％以下、よりさらに好ましくは７．７％以下である。ＣａＯの含有量が６．５％以上であると、高温での溶解性が良好になり、失透が起こり難くなる。一方、ＣａＯの含有量が９．０％以下であると、充分なイオン交換速度が得られ、所望のＤＯＬが得られる。
アルカリ土類金属、すなわちＭｇＯとＣａＯは、アルカリ金属のイオン交換を阻害する成分であるが、ＭｇＯは、ＣａＯに比べてイオン交換阻害の影響が著しく小さい。ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の比率は０．２７以上が好ましく、より好ましくは０．２９以上、更に好ましくは０．３１以上である。一方、ＣａＯに対するＭｇＯの割合が多くなりすぎるとガラス粘性曲線の温度に対する傾きが緩やかになるため、高温粘性（後述のＴ２やＴ４）は上昇し、低温粘性（後述の歪点やＴｇ）は低下する。この結果、溶解、成形が困難になるとともに、化学強化温度での応力緩和が起こり易くなる。ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）の比率は０．４８以下が好ましく、より好ましくは０．４６以下、更に好ましくは０．４４以下である。
Ｎａ２Ｏはイオン交換により表面圧縮応力層を形成させる必須成分であり、ＤＯＬを深くする作用がある。またガラスの高温粘性と失透温度を下げ、ガラスの溶解性、成形性を向上させる成分である。Ｎａ２Ｏは非架橋酸素（ＮＢＯ；Ｎｏｎ・ｂｒｉｄｇｅ・ｏｘｙｇｅｎ）を生み出す成分であり、ガラス中の水分量が変化したときの化学強化特性の変動が少なくなる。
Ｎａ２Ｏの含有量は、１３．０％以上であり、好ましくは１３．４％以上、より好ましくは１３．８％以上である。また、Ｎａ２Ｏの含有量は、１６．０％以下であり、好ましくは１５．６％以下、より好ましくは１５．２％以下である。Ｎａ２Ｏの含有量が１３．０％以上であると、イオン交換により所望の表面圧縮応力層を形成することができ、水分量変化に対する変動も抑えられる。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が１６．０％以下であると、充分な耐候性が得られ、熱膨張係数が大きくなり過ぎないので化学強化処理後にガラスを反り難くすることができる。
Ｋ２Ｏはイオン交換速度を増大しＤＯＬを深くする効果があり、非架橋酸素を増大させる成分であるため、０．９％以下の範囲で含有してもよい。０．９％以下であるとＤＯＬが深くなり過ぎず、また充分なＣＳが得られる。Ｋ２Ｏを含有する場合は０．９％以下が好ましく、より好ましくは０．７％以下、さらに好ましくは０．５％以下である。また、少量のＫ２Ｏは、フロート成形時にボトム面からの錫の浸入を抑える効果があるため、フロート成形する際には含有することが好ましい。この場合、Ｋ２Ｏの含有量は０．０５％以上が好ましく、より好ましくは０．１％以上、さらに好ましくは０．１５％以上、よりさらに好ましくは０．２％以上である。
Ａｌ２Ｏ３はＣＳを向上させる作用があるのに対し、Ｎａ２ＯはＤＯＬを深くすると同時にＣＳを低下させる作用がある。また、Ｋ２Ｏはイオン交換速度を増大しＤＯＬを深くする作用がある。したがって、Ａｌ２Ｏ３、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを特定の比率で含有することにより、化学強化処理によるＣＳの値を向上することが可能となる。（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の比率は５．０以下であり、好ましくは４．５以下であり、より好ましくは４．０以下である。
Ａｌ２Ｏ３は失透温度と高温粘性を上げる成分であり、Ｎａ２ＯとＫ２Ｏは両者を下げる成分である。（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２未満であると、失透温度が高くなり、高温粘性も高くなる。また、ＤＯＬが必要以上に浅くなる可能性がある。ガラス溶解温度を必要以上に上げず、失透を出さずに安定的に生産し、かつ化学強化強度の向上に必要なＤＯＬを維持するために好ましい（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の比率は、２．２以上であり、好ましくは２．４以上であり、より好ましくは２．６以上である。また（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３の比率は、５．０以下が好ましい。
また、本発明者らは、多くの種類の組成のガラスをフロート成形して評価したところ、本発明においては、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ２Ｏ３が好ましくは８．９以下であると、好ましいことを見出した。（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ２Ｏ３は、より好ましくは８．０以下、さらに好ましくは７．５以下、よりさらに好ましくは７．０以下である。また高温粘性を必要以上に上昇させないためには、好ましくは３．８以上、より好ましくは４．４以上であり、さらに好ましくは５．０以上である。
さらに、本発明においては、（Ｎａ２Ｏ＋ＣａＯ）／Ａｌ２Ｏ３が好ましくは６．９以下、より好ましくは６．０以下、さらに好ましくは５．５以下、よりさらに好ましくは５．０以下であると、好ましい。また高温粘性を必要以上に上昇させないためには好ましくは３．３以上、より好ましくは３．８以上であり、さらに好ましくは４．２以上である。
Ｆｅ２Ｏ３は自然界及び生産ラインのあらゆるところに存在するため、その含有量をゼロにすることが極めて困難な成分である。酸化状態にあるＦｅ２Ｏ３が黄色の着色原因となり、還元状態にあるＦｅＯが青色の着色原因となることが知られており、両者のバランスでガラスは緑色に着色する。本実施形態のガラスをディスプレイ、窓ガラス、ソーラー用に用いる場合、濃い着色は好ましくない。全鉄量（トータルＦｅ）をＦｅ２Ｏ３として換算し、その含有量が０．２０％以下であることが好ましく、より好ましくは０．１５％以下、さらに好ましくは０．１３％以下、より更に好ましくは０．１０％以下、特に好ましくは０．０８％以下、最も好ましくは０．０５％以下である。また、その含有量は好ましくは０．０１％以上であり、より好ましくは０．０１５％以上である。
本実施形態のガラスを特にディスプレイ用に用いる場合は、透過色を自然な色調に保つためＦｅＯによる青い着色は好ましくない。また、ソーラー用に用いる場合は、ＦｅＯによる赤外線吸収は好ましくない。このため、ＦｅＯが少ないガラスが好ましい。ガラス中のＦｅＯとＦｅ２Ｏ３の比率は、一般にＲｅｄｏｘ（Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）×１００（％））として表現される。ガラスのＲｅｄｏｘは主にガラスの溶解温度で決まり、高い温度で溶解すると上がり、低い温度で溶解すると下がる。色調及び赤外線吸収を抑えるために、ガラスのＲｅｄｏｘは４０．０％以下であることが好ましく、３５．０％以下であることが好ましく、より好ましくは３２．０％以下、さらに好ましくは３０．０％以下である。溶解温度を下げ過ぎるとガラス中の泡や未溶融物の欠点が増加するため、ガラスのＲｅｄｏｘは１８．０％以上であることが好ましく、より好ましくは２１．０％以上、さらに好ましくは２３．０％以上である。
本発明においては、ガラスのＲｅｄｏｘが上記範囲となるように、ガラス原料を溶解窯で溶融ガラスに溶解することが好ましい。
本発明においては、ガラスのＲｅｄｏｘが上記範囲となるように、ガラス原料を溶解窯で溶融ガラスに溶解することが好ましい。
この他、ガラス溶融の清澄剤として、硫酸塩、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。硫酸塩を含有する場合のガラス中のＳＯ３含有量は、０．０２％以上が好ましく、より好ましくは０．０５％以上であり、さらに好ましくは０．１％以上である。また、ＳＯ３の含有量は、０．４％以下が好ましく、より好ましくは０．３５％以下であり、さらに好ましくは０．３％以下である。ＳＯ３の含有量が０．０２％以上であると、充分に清澄し泡欠点を抑制できる。一方、ＳＯ３の含有量が０．４％以下であると、ガラス中に発生する硫酸ナトリウムの欠点を抑制できる。
本発明のガラスは本質的に以上で説明した成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は３．０％以下であることが好ましく、より好ましくは２．０％以下、さらに好ましくは１．０％以下、よりさらに好ましくは０．５％以下である。また、本発明のガラスは、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含んでもよい。以下、上記その他成分について例示的に説明する。
Ｂ２Ｏ３は高温での溶融性またはガラス強度の向上のために、２．０％以下の範囲で含有してもよい。Ｂ２Ｏ３が含有する場合は、０．００１％以上であることが好ましい。一般的には、Ｎａ２ＯまたはＫ２Ｏのアルカリ成分とＢ２Ｏ３を同時に含有すると揮散が激しくなり、煉瓦を著しく浸食するので、Ｂ２Ｏ３は実質的に含有しないことが好ましい。なお、「実質的に含有しない」とは、不可避的不純物として含有される場合を除き含有しないことを意味するものであり、以下においても同様である。
ＳｒＯ及びＢａＯは必須ではないが、ガラスの高温粘性を下げ、失透温度を下げる目的で少量を含有してもよい。ＳｒＯまたはＢａＯにはイオン交換速度を低下させる作用があるため、含有する場合は、ＳｒＯまたはＢａＯとして１．０％以下であることが好ましく、より好ましくは０．５％以下である。ＳｒＯとＢａＯの合量は好ましくは１．０％以下、より好ましくは０．５％以下である。また含有する場合は、ＳｒＯまたはＢａＯとして０．０００１％以上であることが好ましい。
ＴｉＯ２は、天然原料中に多く存在し、黄色の着色源となる。ＴｉＯ２を含有する場合の量は、０．５％以下であることが好ましく、より好ましくは０．２％以下、さらに好ましくは０．１５％以下、よりさらに好ましくは０．１％以下、特に好ましくは０．０５％以下、より特に好ましくは０．０１％以下、最も好ましくは０．００５％以下である。ＴｉＯ２の含有量が０．５％以下であることでガラスが黄色味を帯びる現象を回避できる。ＴｉＯ２を含有する場合の量は、０．００１％以上であることが好ましい。
ＺｎＯはガラスの高温での溶融性を向上するために、たとえば２．０％まで含有してもよい。しかし、フロート法で製造する場合には、フロートバスで還元され製品欠点となるので、０．５％以下が好ましく、実質的に含有しないことがより好ましい。ＺｎＯを含有する場合の量は、０．００１％以上であることが好ましい。
ＺｒＯ２は化学強化後のＣＳを向上させる成分である。ＺｒＯ２を含有する場合の含有量は２．０％以下が好ましく、１．０％以下がより好ましく、０．５％以下がさらに好ましく、０．１％以下がよりさらに好ましく、０．０６％以下が特に好ましい。ＺｒＯ２が２．０％以下であることで失透温度の上昇を回避できる。高温粘性の上昇を抑えたい場合には、炉材から混入するＺｒＯ２を除き、実質的に含有しないことが好ましい。またＺｒＯ２を含有する場合の含有量は０．００１％以上が好ましい。
Ｌｉ２ＯはＴｇを低くして応力緩和を起こりやすくし、その結果安定した表面圧縮応力層を得られなくする成分であるので実質的に含有しないことが好ましく、含有する場合であってもその含有量は１．０％未満であることが好ましく、より好ましくは０．１％以下、さらに好ましくは０．０６％以下である。またＬｉ２Ｏを含有する場合の含有量は０．００１％以上が好ましい。
本発明のガラスはＮｉを含有していてもよく、好ましくは５０．０ｐｐｍ以下、より好ましくは２０．０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０．０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５．０ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは１．０ｐｐｍ以下、特に好ましくは０．５ｐｐｍ以下、より特に好ましくは０．２ｐｐｍ以下、最も好ましくは０．１ｐｐｍ以下である。またＮｉを含有する場合は、０．０００１ｐｐｍ以上が好ましい。
なお本明細書においてｐｐｍは、ガラス組成に対する質量ｐｐｍ、μｇ／ｇを指す。
なお本明細書においてｐｐｍは、ガラス組成に対する質量ｐｐｍ、μｇ／ｇを指す。
本発明のガラスはＣｒを含有していてもよく、好ましくは５０．０ｐｐｍ以下、より好ましくは２０．０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０．０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５．０ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは１．０ｐｐｍ以下、特に好ましくは０．５ｐｐｍ以下、より特に好ましくは０．２ｐｐｍ以下、最も好ましくは０．１ｐｐｍ以下である。またＣｒを含有する場合は、０．０００１ｐｐｍ以上が好ましい。
本発明のガラスはＭｎを含有していてもよく、好ましくは５０．０ｐｐｍ以下、より好ましくは２０．０ｐｐｍ以下、特に好ましくは１０．０ｐｐｍ以下、さらに好ましくは５．０ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは１．０ｐｐｍ以下、特に好ましくは０．５ｐｐｍ以下、より特に好ましくは０．２ｐｐｍ以下、最も好ましくは０．１ｐｐｍ以下である。またＭｎを含有する場合は、０．０００１ｐｐｍ以上が好ましい。
本発明のガラスはＭｏを含有していてもよく、好ましくは３．０ｐｐｍ以下、より好ましくは１．０ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは０．５ｐｐｍ以下、特に好ましくは０．２ｐｐｍ以下、より特に好ましくは０．１ｐｐｍ以下、最も好ましくは０．０５ｐｐｍ以下である。またＭｏを含有する場合は、０．０００１ｐｐｍ以上が好ましい。
本発明のガラスはＰｔを含有していてもよく、好ましくは０．５ｐｐｍ以下、より好ましくは０．２ｐｐｍ以下、よりさらに好ましくは０．１ｐｐｍ以下、特に好ましくは０．０５ｐｐｍ以下、より特に好ましくは０．０３ｐｐｍ以下、最も好ましくは０．０１ｐｐｍ以下である。またＰｔを含有する場合は、０．０００１ｐｐｍ以上が好ましい。
本実施形態のガラスは、製造特性、商品特性の両面で、通常のソーダライムガラスから容易に変更可能であることに特徴がある。通常のソーダライムガラスで、ガラス溶解時の高温粘性の基準となるｌｏｇη＝２の温度（Ｔ２）は、一般に１４００～１５００℃である。ここで粘性ηの単位は、ｄＰａ・ｓである。
溶解時高温粘性の上昇がプラス５０℃くらいまでの範囲であれば、通常のソーダライムガラスを溶解していた溶解窯で容易に製造可能である。本発明のガラスの溶解における高温粘性は、Ｔ２が１５２０℃以下であることが好ましく、より好ましくは１５００℃以下である。
通常のソーダライムガラスで、フロート法によるガラス成形時の高温粘性の基準となるｌｏｇη＝４の温度（Ｔ４）は、一般に１０００～１１００℃である。この粘性となる温度での高温粘性の上昇がプラス３０℃くらいまでの範囲であれば、通常のソーダライムガラスを成形していたフロート法製造装置で容易に製造可能である。
失透温度（ＴＬ）は、フロート法でガラスを製造する際には、前述のＴ４と比較して失透発生の危険性が判断される。一般にガラスの失透温度がＴ４より１５℃高い温度以下であればフロート法で失透の発生なしに製造可能であり、好ましくは、Ｔ４以下である。すなわち、Ｔ４－ＴＬは、－１５℃以上であり、好ましくは０℃以上である。
通常のソーダライムガラスは、室温での比重が２．４９０～２．５０５である。本実施形態のガラスと通常のソーダライムガラスを同一の製造設備（溶解窯及びフロート法製造装置）で交互に生産することを考えると、比重の変動が、好ましくは０．０３以下、より好ましくは０．０１以下であると組成変更が容易である。本実施形態のガラスの比重は、２．４８０以上、２．５１５以下であることが好ましい。
化学強化処理を施す温度は、ガラスの歪点を基準に有効な処理温度を決定することができる。一般に化学強化処理は、歪点より５０～１００℃低い温度で実施されている。通常のソーダライムガラスの歪点は、４９０～５２０℃である。
本実施形態のガラスは、これまでと同じ化学強化処理を適用するため、歪点が４８０～５４０℃であることが好ましく、より好ましくは、４９０～５３０℃である。歪点の測定は熟練した技術を必要とするため、熱膨張係数を測定してガラス転移点Ｔｇを求め、これで代用することがある。一般にＴｇは歪点よりも約４０℃高い温度となる。本実施形態のガラスのＴｇは、５２０～５８０℃であることが好ましく、より好ましくは、５３０～５７０℃である。
通常のソーダライムガラスの熱膨張係数は、５０～３５０℃の温度範囲において、一般的に８５～９３×１０－７℃－１の値となっている。ディスプレイ用のガラスは、成膜や貼り合わせなど様々な工程を経て情報機器などの製品となる。その際、熱膨張係数は、従来の値から大きく変動しないことが求められる。本実施形態のガラスの熱膨張係数は、好ましくは８３×１０－７～９５×１０－７℃－１であり、より好ましくは８５×１０－７～９３×１０－７℃－１である。
＜ガラスの製造＞
本実施形態のガラスは、フロート法により成形されたガラス板である。また、平板に成形した後、曲げ加工を施したガラス板でもよい。本実施形態のガラス（ガラス板）は、板厚（ｔ）が０．１ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。
本実施形態のガラスは、フロート法により成形されたガラス板である。また、平板に成形した後、曲げ加工を施したガラス板でもよい。本実施形態のガラス（ガラス板）は、板厚（ｔ）が０．１ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。
本実施形態のガラスは、フロート法で成形され、まず、フロート成形幅の連続したリボン状のガラスが得られる。その後、運搬や化学強化処理に適した大きさに切断され、最終的には使用目的に適した大きさに切断される。すなわち、タブレット型端末またはスマートフォン等のディスプレイの大きさであったり、ビルまたは住宅の窓ガラスの大きさとなる。ディスプレイでは例えば短辺が４５ｍｍ以上、窓ガラスでは短辺が２００ｍｍ以上の大きさとなる。また、化学強化処理槽に浸漬するために長辺が２０００ｍｍ以下であることが好ましい。本実施形態のガラスは、一般的には矩形に切断されているが、円形または多角形など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。
本実施形態のガラスは、化学強化時の反りを低減できる効果を発揮する。このことにより、本実施形態のガラスは、薄板にしても化学強化処理後の反りが小さく、また、化学強化処理を施すことにより、反りが小さく高強度となる。
ソーダライムガラスの溶解は、通常、溶融窯の最高温度が約１５００℃の温度で行われる。一般にガラス中のＡｌ２Ｏ３の含有量が増加すると、前述のＴ２が上がるので、ガラスの溶解温度を高くする必要がある。しかし、本実施形態のガラスは、Ａｌ２Ｏ３と（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）の含有量をバランスよく増加しているので、Ｔ２が上がらず、通常のソーダライムガラスと同じ温度で溶解可能である。
ガラスの溶解温度が高くなると、前述のようにＲｅｄｏｘが高くなる。本実施形態のガラスの製造方法では、青い着色や赤外線吸収を抑制するため、溶解の最高温度は１７００℃以下であることが好ましく、１６５０℃以下であることが好ましい。また、泡や未溶融物といったガラス中に発生する欠点を防止するためには、１４４０℃以上が好ましく、１４６０℃以上がより好ましい。
本実施形態のガラス板は、前述の好ましい溶解温度を実現することにより、ガラスのＲｅｄｏｘは例えば４０．０％以下であり、３５．０％以下であり、より好ましくは３２．０％以下、さらに好ましくは３０．０％以下である。ガラスのＲｅｄｏｘは１８．０％以上であり、より好ましくは２１．０％以上、さらに好ましくは２３．０％以上である。
ガラスのＲｅｄｏｘは、例えば、ビピリジル吸光光度法によりＦｅ２＋を定量し、蛍光Ｘ線から求めたトータルＦｅ２Ｏ３の値から、Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）を算出することにより求めることができる。この他にも、分光光度計の測定で、赤外線の吸収係数（Ｆｅ２＋）と紫外線の吸収係数（Ｆｅ３＋）を求めて算出することも可能である。
本実施形態のガラスは、化学強化処理によるＣＳの値をより向上させるために、ガラスの構造温度が低くなっていることが好ましい。ガラス中の原子は液相状態の配列構造をしており、この構造が凍結された温度を構造温度と言う。ガラスの構造温度は、ガラスの徐冷点から２００℃付近までの冷却速度で決まり、ゆっくり徐冷することで構造温度が下がり、同じ組成のガラスでも密度が高くなる。ガラスの密度が高くなるとイオン交換で発生する圧縮応力がより大きくなるためＣＳの値が大きくなる。
本実施形態のガラスはフロート法で製造することが好ましい。本実施形態のガラスはフュージョン法で製造することもできる。
ガラスの構造温度の変化は、簡便な方法として、ガラスの屈折率変化によって見積もることができる。まず、成形したガラス板の室温（例えば２５℃）における屈折率（Ｒ１）を測定する。また、そのガラス板を徐冷点以上に加熱してから１℃／分の速度で室温（例えば２５℃）まで徐冷した後（以下、再徐冷処理ともいう）、再び室温でのガラス板の屈折率（Ｒ２）を測定する。そして、再徐冷処理前後で測定される屈折率の差（Ｒ２－Ｒ１）によって、成形されたガラスの構造温度が、１℃／分で冷却した時の構造温度に対してどれくらい高い状態であったかを知ることができる。
ガラスの屈折率測定は、最小偏角法、臨界角法、Ｖブロック法などが知られており、本発明の効果の検証には、いずれの測定法も用いることができる。本実施形態のガラスは、再徐冷処理前後における屈折率の差（Ｒ２－Ｒ１）が、０．００１２以下であることが好ましく、より好ましくは０．００１１以下、さらに好ましくは０．００１０以下である。屈折率の差が、０．００１２以下であるとガラス板の構造温度が低下しており、ＣＳの向上が顕著になる。
本発明では上述のように、徐冷炉内でのガラスリボンの徐冷点から２００℃付近までの冷却速度が遅いこと（徐冷炉内でのガラスリボンの搬送速度が実質的に遅いことに相当）が好ましい。ここでガラスリボンは、フロートバスから徐冷炉へ連続して搬送されることから、前記冷却速度が遅いことはフロートバス内のガラスリボンの搬送速度が遅いことに相当する。
この他に、化学強化後のガラスの反りを低減する表面処理手法と組み合わせて製造してもよい。具体的にはトップ面表層に脱アルカリ処理を行い、トップ面のイオン交換能力を低下させ、化学強化で発生するトップ面の応力をボトム面の応力と釣り合わせることで反りを低減できる。
フロート法により成形されるガラス板のトップ面脱アルカリの手法として、フロートバス内、もしくはレヤーにおいて、トップ面表層を酸性ガスで処理することが有効である。酸性ガスとしては、ＳＯ２ガス、ＨＣｌガスまたはＨＦガスから選ばれる少なくとも１種の酸性ガス、もしくはこれらから選ばれる少なくとも１種の酸性ガスを含む混合ガスが挙げられる。
本発明のガラスは、所定のガラス組成になるように、原料を溶解窯で溶融ガラスに溶解し、フロート成形炉（フロートバス）で板状のガラスリボンに成形した後、徐冷炉にて徐冷（冷却）を行うことで得られる。その後に所定の寸法に切断される。
本発明のガラスにおけるガラス板の板厚ｔは、０．１ｍｍ以上であり、好ましくは０．２ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上である。また、ガラス板の板厚ｔは８．０ｍｍ以下である。板厚ｔは７．０ｍｍ以下が好ましい。製品又は用途等によっては、５．０ｍｍ以下が好ましく、２．０ｍｍ以下がより好ましい。
ガラス板の板厚ｔが０．１ｍｍ以上であると後述する化学強化処理により充分な強度向上の効果がある。ガラス板の板厚ｔが８．０ｍｍ以下では、化学強化により顕著な強度向上が可能になる。
本発明のガラスにおけるガラス板は、直径３．００ｍｍ以上の泡がゼロ個であることが好ましい。より好ましくは直径２．００ｍｍ以上の泡がゼロ個であることが好ましい。さらに好ましくは、直径１．５０ｍｍ以上の泡がゼロ個であることが好ましい。よりさらに好ましくは、直径１．００ｍｍ以上の泡がゼロ個であることが好ましい。特に好ましくは、直径０．５０ｍｍ以上の泡がゼロ個であることが好ましい。最も好ましくは、目視検査における泡が無いことが好ましい。泡は、１ｍ角のガラス板端面の表面が6,000-9,000Luxとなる条件下で目視検査し、泡のサイズは対物レンズ６０倍以上の顕微鏡で計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、長さ３．００ｍｍ以上の石がゼロ個であることが好ましい。長さ２．０ｍｍ以上の石がゼロ個であることがより好ましい。長さ１．５ｍｍ以上の石がゼロ個であることがさらに好ましい。長さ１．０ｍｍ以上の石がゼロ個であることがよりさらに好ましい。長さ０．５ｍｍ以上の石がゼロ個であることが特に好ましい。目視検査によって計測される石は無いのが最も好ましい。石は、１ｍ角のガラス板端面の表面が6,000-9,000Luxとなる条件下で目視検査し、石のサイズは対物レンズ６０倍以上の顕微鏡で計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、長さ３．０ｍｍ以上のスズがゼロ個であることが好ましい。長さ２．０ｍｍ以上のスズがゼロ個であることがより好ましい。長さ１．５ｍｍ以上のスズがゼロ個であることがさらに好ましい。長さ１．０ｍｍ以上のスズがゼロ個であることがよりさらに好ましい。長さ０．５ｍｍ以上のスズがゼロ個であることが特に好ましい。目視検査によって計測されるスズは無いのが最も好ましい。スズは、４０ｃｍ角のガラス板端面の表面が7000-9000Luxとなる条件下で目視検査し、スズのサイズはゲージにて計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、長さ３．０ｍｍ以上の凹みがゼロ個であることが好ましい。長さ２．０ｍｍ以上の凹みがゼロ個であることがより好ましい。長さ１．５ｍｍ以上の凹みがゼロ個であることがさらに好ましい。長さ１．０ｍｍ以上の凹みがゼロ個であることがよりさらに好ましい。長さ０．５ｍｍ以上の凹みがゼロ個であることが特に好ましい。目視検査によって計測される凹みは無いのが最も好ましい。凹みは、４０ｃｍ角のガラス板端面の表面が7000-9000Luxとなる条件下で目視検査し、凹みのサイズはゲージにて計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、長さ３．０ｍｍ以上の溶け残り異物がゼロ個であることが好ましい。長さ２．０ｍｍ以上の溶け残り異物がゼロ個であることがより好ましい。長さ１．５ｍｍ以上の溶け残り異物がゼロ個であることがさらに好ましい。長さ１．０ｍｍ以上の溶け残り異物がゼロ個であることがよりさらに好ましい。長さ０．５ｍｍ以上の溶け残り異物がゼロ個であることが特に好ましい。目視検査によって計測される溶け残り異物は無いのが最も好ましい。溶け残り異物は、１ｍ角のガラス板端面の表面が6,000-9,000Luxとなる条件下で目視検査し、溶け残り異物のサイズは対物レンズ６０倍以上の顕微鏡で計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、長さ２００ｍｍ以上の線状キズがゼロ個であることが好ましい。長さ１００ｍｍ以上の線状キズがゼロ個であることがより好ましい。長さ８０ｍｍ以上の線状キズがゼロ個であることがさらに好ましい。長さ５０ｍｍ以上の線状キズがゼロ個であることがよりさらに好ましい。線状キズは無いことが特に好ましい。目視検査によって計測される線状キズは無いのが最も好ましい。線状キズは、４０ｃｍ角のガラス板端面の表面が7000-9000Luxとなる条件下で目視検査し、線状キズのサイズはゲージにて計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、長さ３．０ｍｍ以上の通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物がゼロ個であることが好ましい。長さ２．０ｍｍ以上の通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物がゼロ個であることがより好ましい。長さ１．０ｍｍ以上の通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物がゼロ個であることがさらに好ましい。長さ０．８ｍｍ以上の通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物がゼロ個であることがよりさらに好ましい。長さ０．５ｍｍ以上の通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物がゼロ個であることが特に好ましい。長さ０．１ｍｍ以上の通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物がゼロ個であることがより特に好ましい。目視検査で確認される通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物は無いことが最も好ましい。目視検査によって計測されるコンタミと付着物は無いのが最も好ましい。通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物は、４０ｃｍ角のガラス板端面の表面が7000-9000Luxとなる条件下で目視検査し、通常の水洗浄で洗い流せないコンタミと付着物のサイズはゲージにて計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、エッジ部における幅もしくは長さが板厚ｔの２倍以上のハマカケがゼロ個であることが好ましく、より好ましくはｔ以上のものがゼロ個、さらに好ましくはｔの１／２以上のものがゼロ個、よりさらに好ましくはｔの１／３以上のものがゼロ個、特に好ましくはｔの１／５以上のものがゼロ個、最も好ましくは無いことが良い。
本発明のガラスにおけるガラス板は、エッジ部における深さが板厚ｔ以上のハマカケがゼロ個であることが好ましく、より好ましくはｔの１／２以上のものがゼロ個、さらに好ましくはｔの１／３以上のものがゼロ個、特に好ましくはｔの１／５以上のものがゼロ個、最も好ましくはハマカケもしくはサイドチッピングが無いことが良い。
本発明のガラスにおけるガラス板は、エッジ部における幅もしくは長さが板厚ｔの２倍以上のサイドチッピングがゼロ個であることが好ましく、より好ましくはｔ以上がゼロ個、さらに好ましくはｔの１／２以上がゼロ個、よりさらに好ましくはｔの１／３以上がゼロ個、特に好ましくはｔの１／５以上がゼロ個、最も好ましくは無いことが良い。
本発明のガラスにおけるガラス板は、エッジ部における深さが板厚ｔの２倍以上のサイドチッピングがゼロ個であることが好ましく、より好ましくはｔ以上のものがゼロ個、さらに好ましくはｔの１／２以上のものがゼロ個、よりさらに好ましくはｔの１／３以上のものがゼロ個、特に好ましくはｔの１／５以上のものがゼロ個、最も好ましくは無いことが良い。
本発明のガラスにおけるガラス板は、エッジ部における高さ２．０ｍｍ以上の突起がゼロ個であることが好ましく、高さ１．５ｍｍ以上のエッジ部における突起がゼロ個であることがより好ましく、高さ１．０ｍｍ以上のエッジ部における突起がゼロ個であることがさらに好ましく、高さ０．５ｍｍ以上のエッジ部における突起がゼロ個であることがよりさらに好ましく、高さ０．２ｍｍ以上のエッジ部における突起がゼロ個であることが特に好ましく、エッジ部における突起は無いことが最も好ましい。
本発明のガラスにおけるガラス板は、ガラス板の長さＬに対する反りが１．０％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましく、０．３％以下がさらに好ましく、０．１５％以下がよりさらに好ましく、０．１％以下が特に好ましく、０．０５％以下が最も好ましい。ガラス板の反りや長さＬは、定規とすき間ゲージを用いて計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板の板厚偏差は、±０．２５ｍｍ以下が好ましく、±０．２０ｍｍ以下がより好ましく、±０．１５ｍｍ以下がさらに好ましく、±０．１０ｍｍ以下がよりさらに好ましく、±０．０５ｍｍ以下が特に好ましく、±０．０１ｍｍ以下が最も好ましい。ガラス板の板厚偏差は、マイクロメータもしくは同等以上の測定精度を有する機器を用いて計測する。
本発明のガラスにおけるガラス板は、ガラス板の板厚１．１ｍｍｔ換算におけるＡ光源の可視光透過率ＴＶａが８０％以上が好ましく、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは８８％以上、特に好ましくは９０％以上である。
本発明のガラスにおけるガラス板は、ガラス板の板厚１．１ｍｍｔ換算におけるＣ光源の可視光透過率ＴＶｃが８０％以上が好ましく、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは８８％以上、特に好ましくは９０％以上である。
本発明のガラスにおけるガラス板は、ガラス板の板厚１．１ｍｍｔ換算におけるＤ６５光源の可視光透過率ＴＶｄは８０％以上が好ましく、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは８８％以上、特に好ましくは９０％以上である。
本発明のガラスにおけるガラス板は、ガラス板表面から３００ｎｍにおける紫外線透過率の面内分布がガラス板の厚み０．５ｍｍ換算で１％以下であることが好ましい。
＜化学強化処理＞
本実施形態の化学強化処理は、従来公知の化学強化処理方法によって行うことができる。また、化学強化処理の前に、用途に応じた形状加工、例えば、切断、端面加工及び孔あけ加工などの機械的加工や、曲げ加工を行ってもよい。
本実施形態の化学強化処理は、従来公知の化学強化処理方法によって行うことができる。また、化学強化処理の前に、用途に応じた形状加工、例えば、切断、端面加工及び孔あけ加工などの機械的加工や、曲げ加工を行ってもよい。
化学強化処理により、大きなイオン半径のアルカリ金属イオン（典型的には、Ｋイオン）を含むアルカリ金属塩（例えば、硝酸カリウム塩）の融液に浸漬などによって、ガラス基板を接触させることにより、ガラス基板中の小さなイオン半径の金属イオン（典型的には、Ｎａイオン）が大きなイオン半径の金属イオンと置換される。
化学強化処理は、例えば、３４０～５５０℃の硝酸カリウム溶融塩中にガラス板を５分～２４時間浸漬することによって行うことができる。イオン交換条件は、ガラスの粘度特性や、用途、板厚、ガラス内部の引っ張り応力等を考慮して最適な条件を選択すればよい。
イオン交換処理を行うための溶融塩としては、例えば、硝酸カリウム塩、硫酸カリウム塩、及び塩化カリウム塩等のアルカリ硝酸塩、アルカリ硫酸塩及びアルカリ塩化物塩などが挙げられる。これらの溶融塩は単独で用いてもよいし、複数種を組み合わせて用いてもよい。また、化学強化特性を調整するために、ナトリウムを含む塩を混ぜてもよい。
本発明において、化学強化処理の処理条件は、特に限定されず、ガラスの特性及び溶融塩等を考慮して最適な条件を選択すればよい。
＜化学強化ガラス＞
本発明のガラスを化学強化することにより、化学強化ガラス（化学強化ガラス製品）を得ることができる。化学強化ガラス製品としては、ディスプレイ装置などのカバーガラス並びにビルや住宅の窓に用いられる複層ガラス等が挙げられる。
本発明のガラスを化学強化することにより、化学強化ガラス（化学強化ガラス製品）を得ることができる。化学強化ガラス製品としては、ディスプレイ装置などのカバーガラス並びにビルや住宅の窓に用いられる複層ガラス等が挙げられる。
例えば、本実施形態で好ましい事例の一つである、０．７ｍｍまたは１．１ｍｍの板厚のガラス板で、８．０μｍ以上のＤＯＬが得られるように化学強化した時のＣＳの値は、純度９９．８％以上の高純度硝酸カリウム塩を使用した一回の化学強化では、７００ＭＰａ以上であり、好ましくは７３０ＭＰａ以上、より好ましくは７６０ＭＰａ以上である。量産規模の化学強化、例えば純度９８％の硝酸カリウム塩の化学強化では５６０ＭＰａ以上であり、好ましくは５９０ＭＰａ以上、より好ましくは６２０ＭＰａ以上である。化学強化処理後にガラスの切断を行う場合は、９００ＭＰａ以下が好ましく、より好ましくは８５０ＭＰａ以下である。
本発明において、ＣＳの向上を確認する時に使用する硝酸塩は、９９．５％以上の高純度硝酸カリウムが好ましい。繰り返し使用後の硝酸塩を使用した場合は、混入するナトリウム等の影響により、ＣＳの値が低くなるだけでなく、ＣＳ向上の効果が不明確になる心配がある。
化学強化応力を測定する際、ＤＯＬが浅いと表面応力の測定が不正確になる。ＣＳの向上を確認するための化学強化では、ＤＯＬを８．０μｍ以上とすることが好ましい。一定温度の化学強化処理では、強化時間が増加すると時間の平方根に比例してＤＯＬが増大し、ＣＳは低下する。ＣＳの向上を確認するための化学強化では、ＤＯＬが２０μｍ以下であることが好ましい。
本実施形態の化学強化ガラスのＤＯＬの値は、６．０μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは８．０μｍ以上、特にガラスの扱い傷の影響を受ける場合には１０μｍ以上であることが好ましい。化学強化処理後の切断を可能とするためには、化学強化ガラスのＤＯＬの値は３０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２５μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下である。
本実施形態のガラスの化学強化特性評価の具体的一例として、後述する参考例１及び２に示すサンプル作成及び評価方法で、ガラスを純度９９．８％の硝酸カリウム溶融塩で４３５℃・２００分間の一回の化学強化処理したときに発生する表面応力は、ＤＯＬが好ましくは８μｍ以上であり、より好ましくは８．５μｍ以上、さらに好ましくは９．０μｍ以上である。このときのＣＳは好ましくは７００ＭＰａ以上であり、より好ましくは７３０ＭＰａ以上、さらに好ましくは７５０ＭＰａ以上、よりさらに好ましくは７６０ＭＰａ以上である。
また、後述する実施例に示す評価方法で、トップ面が脱アルカリ処理されていないフロート法で製造されたガラスを純度９８％の硝酸カリウム溶融塩で４２５℃・９０分間の一回の化学強化処理したときに発生する表面応力は、ＤＯＬが好ましくは６．０μｍ以上、より好ましくは６．５μｍ以上、さらに好ましくは６．８μｍ以上である。このときのＣＳは好ましくは６３０ＭＰａ以上、より好ましくは６４０ＭＰａ以上、さらに好ましくは６５０ＭＰａ以上、よりさらに好ましくは６５５ＭＰａ以上である。
また、後述する実施例に示す評価方法で、トップ面が脱アルカリ処理されていないフロート法で製造されたガラスを純度９８％の硝酸カリウム溶融塩で４２５℃・９０分間の一回の化学強化処理したときに発生する表面応力は、ＤＯＬが好ましくは６．０μｍ以上、より好ましくは６．５μｍ以上、さらに好ましくは６．８μｍ以上である。このときのＣＳは好ましくは６３０ＭＰａ以上、より好ましくは６４０ＭＰａ以上、さらに好ましくは６５０ＭＰａ以上、よりさらに好ましくは６５５ＭＰａ以上である。
なお、本発明の化学強化ガラスの表面圧縮応力層の深さ及び表面圧縮応力値は、表面応力計（例えば、折原製作所製ＦＳＭ－６０００）等を用いて測定することができる。
本実施形態のガラスは、化学強化処理後に切断することが可能である。切断方法は、通常のホイールチップカッターによるスクライブとブレイクを適用することが可能であり、レーザーによる切断も可能である。ガラス強度を維持するため、切断後に切断エッジの面取り加工を施してもよい。面取りは、機械的な研削加工でもよいし、フッ酸等の薬液で処理する方法を用いることもできる。
本発明の化学強化ガラスは、カリウムイオン、銀イオン、セシウムイオン及びルビジウムイオンからなる群から選ばれる少なくとも１種を表面に有することが好ましい。このことにより、表面に圧縮応力が誘起されガラスが高強度化される。また、銀イオンを表面に有することで、抗菌性を付与することができる。
本発明の化学強化ガラスの用途は、特段限定されない。高い機械的強度を有することから、落下による衝撃や、他の物質との接触が予想される箇所への使用に好適である。
具体的には、例えば、携帯電話機（スマートフォン等の多機能情報端末を含む）、ＰＨＳ、ＰＤＡ、タブレット型端末、ノート型パーソナルコンピューター、ゲーム機、携帯音楽・動画プレーヤー、電子書籍リーダー、電子端末、時計、カメラまたはＧＰＳ等のディスプレイ部分用のカバーガラス、及びこれらの機器のタッチパネル操作用モニターのカバーガラス、電子レンジ、オーブントースター等の調理器のカバーガラス、電磁調理器等のトッププレート、メーター、ゲージ等の計器類のカバーガラス並びにコピー機またはスキャナ等の読み取り部分用のガラス板等の機械または機器類の保護用途がある。
また、例えば、ビル、住宅、車両、船舶、航空機等の窓用ガラス、家庭用または産業用の照明機器、信号、誘導灯、電光掲示板のカバーガラス、ショーケース、テーブルトップ、棚板、及び防弾ガラス等の用途が挙げられる。太陽電池保護用のカバーガラス及び太陽電池の発電効率を高めるための集光用のガラス材の用途が挙げられる。
特に、画像を表示する装置（画像表示装置）に用いられるカバーガラスとして有効である。
特に、画像を表示する装置（画像表示装置）に用いられるカバーガラスとして有効である。
〔評価方法〕
（１）ガラス組成
蛍光Ｘ線法により分析した。
（２）Ｒｅｄｏｘ
ビピリジル吸光光度法によりＦｅ２＋を定量し、蛍光Ｘ線から求めたトータルＦｅ２Ｏ３の値から、Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）を算出した。
（３）屈折率
分光計を用い、最小偏角法により測定した。
（４）比重
比重はアルキメデス法で測定した。
（５）熱膨張係数
熱膨張係数は熱機械分析（ＴＭＡ）により、５０～３５０℃の平均線熱膨張係数として求めた。
（６）ガラス転移点（Ｔｇ）
ガラス転移点はＴＭＡにより測定した。
（７）歪点、徐冷点
ファイバーエロンゲーション法により測定した。
（８）高温粘性
粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ２）、粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ４）は回転式粘度計を用いて測定した。
（９）失透温度（ＴＬ）
失透温度は、ガラスを乳鉢で２ｍｍ程度のガラス粒に粉砕し、このガラス粒を白金ボートに並べて置き、温度傾斜炉中において５℃刻みで２４時間熱処理した。結晶が析出しているガラス粒の温度の最高値を失透温度とした。
（１）ガラス組成
蛍光Ｘ線法により分析した。
（２）Ｒｅｄｏｘ
ビピリジル吸光光度法によりＦｅ２＋を定量し、蛍光Ｘ線から求めたトータルＦｅ２Ｏ３の値から、Ｆｅ２＋／（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）を算出した。
（３）屈折率
分光計を用い、最小偏角法により測定した。
（４）比重
比重はアルキメデス法で測定した。
（５）熱膨張係数
熱膨張係数は熱機械分析（ＴＭＡ）により、５０～３５０℃の平均線熱膨張係数として求めた。
（６）ガラス転移点（Ｔｇ）
ガラス転移点はＴＭＡにより測定した。
（７）歪点、徐冷点
ファイバーエロンゲーション法により測定した。
（８）高温粘性
粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ２）、粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度（Ｔ４）は回転式粘度計を用いて測定した。
（９）失透温度（ＴＬ）
失透温度は、ガラスを乳鉢で２ｍｍ程度のガラス粒に粉砕し、このガラス粒を白金ボートに並べて置き、温度傾斜炉中において５℃刻みで２４時間熱処理した。結晶が析出しているガラス粒の温度の最高値を失透温度とした。
つづいて、本発明の実施例について説明する。
〔実施例〕
表１に酸化物基準の質量百分率表示で示した組成のガラス板をフロート法で製造した。表の組成は蛍光Ｘ線による分析値である。硅砂、ソーダ灰、ドロマイト、長石、芒硝をガラス原料として用い天然ガス燃焼で溶解し、フロートバスで板厚が０．５５～１．８ｍｍとなるようにガラスリボンに成形した。
表１に酸化物基準の質量百分率表示で示した組成のガラス板をフロート法で製造した。表の組成は蛍光Ｘ線による分析値である。硅砂、ソーダ灰、ドロマイト、長石、芒硝をガラス原料として用い天然ガス燃焼で溶解し、フロートバスで板厚が０．５５～１．８ｍｍとなるようにガラスリボンに成形した。
例１及び例３～６は本発明のガラスである。例２のガラスは比較のための通常のソーダライムガラスである。通常のガラスも板厚が０．５５～１．８ｍｍとなるようにガラスリボンに成形した。なお、例１～６とも、トップ面に脱アルカリ処理を行なっていない状態のサンプルである。
例１～例６の各ガラスのＲｅｄｏｘ、比重、熱膨張係数、ガラス転移点、歪点、徐冷点、高温粘性、失透温度、光弾性定数、屈折率の測定値を表１に示す。なお、表中の物性値に係る行の空欄は当該物性を未測定であることを意味し、組成に係る行の空欄は当該成分を含有しないことを意味する。
実施例である例１及び例３～６のガラスによれば、一回の化学強化処理によりＣＳの値を効果的に向上すると同時に化学強化により発生する反りを低減でき、かつ失透温度と高温粘性の上昇を抑えてソーダライムガラス用のフロート窯で容易に製造可能なガラスが得られる。
本発明のガラスを化学強化処理にすることにより得られる本発明の化学強化ガラスは、ディスプレイ装置、特にタッチパネルディスプレイのカバーガラスなどに利用できる。また、ビル住宅用の複層ガラスや太陽電池基板などにも利用することができる。
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。
Claims (15)
- 酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ２を６５．０～７２．０％、Ａｌ２Ｏ３を３．６～８．６％、ＭｇＯを３．３～６．０％、ＣａＯを６．５～９．０％、Ｎａ２Ｏを１３．０～１６．０％及びＫ２Ｏを０～０．９％含有し、（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ａｌ２Ｏ３が２．２～５．０であり、
さらに、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＴｉＯ２、ＳＯ３、Ｌｉ２ＯおよびＺｒＯ２から選ばれる少なくとも１種を質量百分率表示で２．０％以下含むガラス。 - 前記ガラスは、板厚が０．１０ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である、請求項１に記載のガラス。
- 前記ガラスは、Ｆｅ２Ｏ３を、酸化物基準の質量百分率表示で０．０１％以上０．２０％以下含有する、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、Ｎｉを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、Ｃｒを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、Ｍｎを質量ｐｐｍ表示で５０．０ｐｐｍ以下含有することを特徴とする、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、ＴｉＯ２を酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、０．５％以下含有する、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、ＳＯ３を酸化物基準の質量百分率表示で０．０２％以上、０．４％以下含有する、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、Ｌｉ２Ｏを酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、１．０％未満含有する、請求項１または２に記載のガラス。
- 前記ガラスは、ＺｒＯ２を酸化物基準の質量百分率表示で０．００１％以上、２．０％以下含有する、請求項１または２に記載のガラス。
- （Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋ＭｇＯ＋ＣａＯ）／Ａｌ２Ｏ３が８．９以下である、請求項１または２に記載のガラス。
- ＭｇＯ／（ＭｇＯ＋ＣａＯ）が０．２７以上である、請求項１または２に記載のガラス。
- 請求項１または２に記載のガラスの製造方法であって、ガラス原料を溶解し、ガラス板にフロート成形した後、徐冷することを含むガラスの製造方法。
- 請求項１または２に記載のガラスを化学強化した化学強化ガラス。
- 請求項１４に記載の化学強化ガラスを備える画像表示装置。
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2022
- 2022-10-05 JP JP2022161253A patent/JP2024054788A/ja active Pending
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