JP5328012B2

JP5328012B2 - 改質ガラスの製造方法

Info

Publication number: JP5328012B2
Application number: JP2008161204A
Authority: JP
Inventors: 千明寺嶋; 哲野崎; 修平田中; 潤一鈴木
Original assignee: 鳴海製陶株式会社; 修平田中; 潤一鈴木
Priority date: 2008-06-20
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-06-20
Also published as: JP2010001183A

Description

本発明は、イオンビームを照射してガラスの少なくとも表層の物理的及び／又は化学的性質を改質して改質ガラスを製造する方法に関する。

従来より、防犯や安全のために建築物や自動車の窓ガラスには、衝撃等に対する強度に優れた強化ガラスが使用されている。
このような強化ガラス（改質ガラス）は、ガラス材料の表面に存在する微小な傷が外部からの衝撃により進展しないように、ガラス材料の表面に圧縮応力をかけてガラスを改質させることにより製造されていた。
具体的には、例えば物理強化法によって製造されていた。即ち、例えばガラス材料を約７００℃〜８００℃という高温で加熱した後急冷し、冷却に伴うガラス表面と内部とにおける熱収縮率差を利用してガラス表面に圧縮応力を発生させる方法である（非特許文献１参照）。
また、化学強化法によって製造する方法がある。即ち、ガラス材料を構成する一部の元素をよりイオン半径の大きな元素で４００℃前後の高温条件下で数十時間かけて置換することにより圧縮応力を発生させる方法である（非特許文献１参照）。

しかし、物理強化法では、熱膨張係数の小さな結晶化ガラスに熱処理による圧縮応力を発生させることができないという問題があった。また、物理強化法では、上述のごとく高温での加熱処理が必要となり、製造コストが増大するという問題があった。また、高温での加熱は、省エネルギー化という近年の産業界の動向に反するという観点からも好ましくなかった。また、圧縮応力を発生させるためにガラス材料（ガラス板）には数ｍｍ以上の厚みが必要で厚みの小さなガラス材料の強化はできなかった。
また、化学強化法においても、一部の結晶化ガラスを強化できるが、一般には結晶化ガラスの強化は困難であるという問題があった。また、高温で数十時間という長時間の加熱が必要となるため、製造コストが増大してしまうという問題や、省エネルギー化の観点から好ましくないという問題があった。また、圧縮応力を発生させるためにガラス材料（ガラス板）にはおよそ０．５ｍｍ以上の厚みが必要で薄板ガラスの強化はできなかった。

一方、結晶化ガラスにＡｒイオン等のイオンビームを５００℃の高温下で照射してガラスの表面を硬化したり、耐摩耗性を向上させたりする技術が開発されている（特許文献１参照）。
また、ソーダライトガラスに窒素イオン（Ｎ⁺）ビームを照射してガラスを改質する技術が提案されている（非特許文献２参照）。

特開平５−２５４８９０号公報長嶋廉仁著、「３熱加工」、「ガラス工学ハンドブック」、朝倉書店、１９９９年７月５日、ｐ．４１０−４１７ピー・ジェイ・バーネット（Ｐ．Ｊ．ＢＵＲＮＥＴＴ）、ティー・エフ・ペイジ（Ｔ．Ｆ．ＰＡＧＥ）著、"アン・インベスティゲイション・オブ・イオン・インプランテイション−インデュースド・ニア−サーフェス・ストレスィズ・アンド・ゼア・エフェクツ・イン・サファイア・アンド・グラス（Ａｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｉｏｎｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄｎｅａｒ−ｓｕｒｆａｃｅｓｔｒｅｓｓｅｓａｎｄｔｈｅｉｒｅｆｆｅｃｔｓｉｎｓａｐｐｈｉｒｅａｎｄＧｌａｓｓ）"、「ジャーナル・オブ・マテリアルズ・サイエンス」、２０巻、１９８５年、ｐ．４６２４−４６４６

しかしながら、従来のイオンビームを用いた方法においては、比較的多量のイオンを注入する必要があった。そのため、改質処理に時間がかかり、生産性が悪くなるという問題があった。それ故、イオンビームによるガラス材料の改質は、産業的に実用化が困難になっていた。また、処理時間が長くなると、ガラスが着色したり、イオンが注入された注入部においてガラス本来の特性が損なわれてしまうおそれがあった。

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、ガラスの種類にほとんど依存することなく様々なガラスに対して改質を行うことができると共に、少量のイオン注入量で充分にガラスを強化できる改質ガラスの製造方法を提供しようとするものである。

本発明は、ガラス材料の表面に、イオンビームを照射して改質ガラスを製造する方法において、
上記ガラス材料の表面に、窒素分子イオン（Ｎ ₂ ⁺ ）と窒素イオン（Ｎ ⁺ ）とを含有する上記イオンビームを、イオンの注入深さを変えて複数回照射し、上記ガラス材料に少なくとも上記窒素分子イオンを注入し、上記ガラス材料の表面積１ｃｍ ² あたりの上記窒素分子イオンの注入量を、窒素原子の個数で、１×１０ ¹³ 〜５×１０ ¹⁵ 個／ｃｍ ² にすることを特徴とする改質ガラスの製造方法にある（請求項１）。

本発明の製造方法においては、上記ガラス材料にイオンビームを照射することにより上記改質ガラスを製造している。そのため、本発明の製造方法は、様々な組成のガラス材料に対して適用することができ、結晶化ガラスからなる上記ガラス材料に対しても上記イオンビームを照射して上記改質ガラスを製造することが可能になる。また、上記ガラス材料の種類（組成）だけでなく、その表面形状にもほとんど依存することなく改質を行うことができる。したがって、例えば表面が波打った形状等のガラス材料を用いても改質を行うことが可能であり、様々な形状のガラス材料を用いて上記改質ガラスを製造することができる。

また、本発明の製造方法においては、少なくとも窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）を含有する上記イオンビームを用い、上記ガラス材料に少なくとも上記窒素分子イオンを注入している。そのため、上記窒素分子イオンは上記ガラス材料の表面で吸収され、上記ガラス材料の少なくとも表面を改質させることができる。その結果、曲げ強度及び耐衝撃性等の強度を向上させることが可能になる。特に、本発明においては、注入するイオンとして上記窒素分子イオンを採用しているため、例えばＡｒイオンやＮ⁺イオンを注入した場合に比べて、非常に少ないイオン注入量でも曲げ強度等の強度を向上させることができる。そのため、短時間で上記改質ガラスを製造することができる。

また、本発明の製造方法においては、室温の雰囲気温度でも上記改質ガラスを製造することができる。即ち、特に加熱を行わなくても、上記ガラス材料を改質させて上記改質ガラスを製造することができる。

このように、本発明によれば、ガラスの種類にほとんど依存することなく様々なガラスに対して改質を行うことができると共に、少量のイオン注入量で充分にガラスを強化できる改質ガラスの製造方法を提供することができる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明の改質ガラスの製造方法においては、上記のごとく、ガラス材料の表面に上記イオンビームを照射する。
上記改質ガラスの製造に用いるガラス材料としては、結晶化ガラスの他に、通常のガラスを用いることができる。

好ましくは、上記ガラス材料としては、結晶化ガラスを採用することがよい（請求項４）。
この場合には、上述の従来の物理強化法及び化学強化法によって改質が困難であった結晶化ガラスについても改質させることができるという本発明の作用効果を顕著に発揮することができる。

結晶化ガラスとしては、具体的には例えばＮ−０タイプのネオセラム（日本電気硝子株式会社製）を用いることができる。Ｎ−０タイプのネオセラムは、上述の物理強化法及び化学強化法のいずれによっても改質させて曲げ強度や耐衝撃性を向上させることが困難であるが、本発明の製造方法によれば、改質が可能になる。そのため、この場合には、本発明の効果を顕著に発揮させることができる。
Ｎ−０タイプのネオセラムの組成を表１に示す。

また、Ｎ−０タイプのネオセラムは、例えば防火用ガラス、建築用ガラス、ＩＨクッキングヒータのトッププレート、ガス調理器のトッププレート等に用いられる。
Ｎ−０タイプのネオセラムを本発明の製造方法によって改質させると、上述のごとくより曲げ強度や耐衝撃性等を向上させることができるため、例えば防火扉用超耐熱ガラス等の防火用ガラスの用途においては、ガラスの板厚を小さくすることが可能になる。厚みを小さくしても充分な強度を発揮できるからである。また、軽量化に伴う運搬コストの削減、施工負担の軽減、材料コストの削減を図ることができる。

また、ＩＨクッキングヒータのトッププレートの用途においては、上述の防火用ガラスと同様の効果が得られることに加えて、トッププレートの表面に載置される鍋等の調理器具と、裏面側に配置されるサーミスタとの温度差を小さくすることができる。板厚を小さくできることにより、トッププレートの表面側と裏面側との間での熱伝導の遅れを小さくできるからである。
また、ガス調理器のトッププレートにおいても、上述の防火用ガラスと同様の効果が得られることに加えて、ガス調理器のトッププレートには必要となる加熱部の穴加工に伴うトッププレートの強度劣化を抑制することができる。

また、上記イオンビームは少なくとも窒素分子イオンを含有する。
上記ガラスの表面積１ｃｍ²当たりの上記窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）の注入量は、イオン注入装置（例えば日新イオン機器株式会社製の「ｉＧ４」又は「Ｇ４」等）の注入条件及び注入時間を適宜制御することにより調整することができる。

好ましくは、上記ガラス材料の表面積１ｃｍ²当たりの上記窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）の注入量を、窒素原子の個数で、５×１０¹⁵個／ｃｍ²以下にすることが好ましい。注入量が５×１０¹⁵個／ｃｍ²を越える場合には、上記ガラス材料の注入時間が増大し、上記改質ガラスの生産性が悪くなるおそれがある。より好ましくは、１×１０¹⁵個／ｃｍ²以下がよく、さらにより好ましくは８×１０¹⁴個／ｃｍ²以下がよい。また、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）の注入量が窒素原子の個数で１×１０¹³個／ｃｍ²未満の場合には、改質が不十分になり、曲げ強度や耐衝撃性を充分に向上させることができなくなるおそれがある。そのため、好ましくは、注入量は１×１０¹³個／ｃｍ²以上がよい。より好ましくは７×１０¹³個／ｃｍ²以上がよい。

また、好ましくは、上記イオンビームとして、上記窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）とを含有するイオンビームを採用することがよい。
この場合には、窒素分子イオンと窒素イオンとを分ける必要がなくなるため、上記改質ガラスの製造がより容易になり、製造コストを低減させることができる。即ち、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）の作製時には、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）の他に窒素イオン（Ｎ⁺）が生成するため、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）を単独で用いる場合には、Ｎ₂ ⁺とＮ⁺とを分離する必要が生じる。具体的には、これらのイオンを分離する手段を備えた装置が必要となる。上記のごとく、Ｎ₂ ⁺とＮ⁺との混合イオンをそのまま用いると、上述の分離手段が必要なくなるため、より安価な装置を用いることが可能になる。

上記イオンビームとしては、上述の窒素分子イオン、窒素イオンの他に、上記ガラス材料のガラス成分を構成する元素のイオン、及びガラス成分と反応する元素のイオンを含有するビームを採用することができる。
例えばソーダライムガラスは、一般に、ＳｉＯ₂、Ｎａ₂Ｏ、ＣａＯ等を主成分とし、結晶化ガラスは、一般にＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｌｉ₂Ｏ等を主成分とするため、これらと反応する元素のイオンを含有するビームを採用することができる。具体的には、アルゴンイオン、炭素イオン、ホウ素イオン、リンイオン、珪素イオン、酸素イオン、及びヒ素イオン等から選ばれる１種以上のイオンを含有するイオンビームを採用することができる。なお、上述の窒素分子イオンや、窒素イオンがこれらの成分と反応すると、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＡｌＮ、あるいはこれらにより組成のずれた化合物が形成されうる。

また、上記イオンビームの照射は、例えば電流密度０．１μＡ／ｃｍ²〜５０μＡ／ｃｍ²で行うことができる。

また、上記ガラス材料に対する上記イオンビームの照射は、１回又は複数回に分けて行うことができる。上記イオンビームの照射は、イオンの注入深さを変えて複数回行うことが好ましい。
この場合には、上記改質ガラスの強度をより向上させることができる。

また、上記窒素分子イオン及び／又は上記窒素イオンは、上記ガラスの表面から５００ｎｍ以内の深さに注入することができる。このときの注入深さは、例えば上記イオンビーム照射時のイオンの加速電圧を制御することにより調整できる。注入する深さが５００ｎｍを越える場合には、およそ２７０ｋｅＶ以上という高圧の加速電圧が必要となり、改質に使用する装置が大型化してしまうおそれがある。また、改質に必要な深さはおよそ５００ｎｍ以下であり、必要以上の深さにイオンを注入させると素材（ガラス材料）の損傷によりかえって強度が低下するおそれがある。

上記イオンビームの照射は、室温で行うことが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記改質ガラスの製造の省エネルギー化を図ることができる。また、この場合には、ガラス材料自体の温度が高くなる前にイオン注入を完了できるため、多量のイオンを短時間で注入させることができる。なお、ここでいう室温は雰囲気条件の温度のことである。上記ガラス材料の温度は上記イオンビームの照射により上昇しうる。

上記イオンビームの照射は室温以外にも室温を越える高温条件下で行うこともできる。
上記イオンビームの照射は、上記ガラス材料の軟化点以下の温度で行うことが好ましい（請求項３）。
上記ガラス材料の軟化点を越える場合には、上記ガラス材料が熱により変形し、所望の形状の改質ガラスを得ることが困難になるおそれがある。より好ましくは、軟化点よりも５０℃以下、さらには１００℃以下低い温度で行うことがよい。具体的には、上記イオンビームの照射は温度５００℃以下で行うことがよい。

上記改質ガラスは、防火用ガラス、建築用ガラス、車載用窓ガラス、航空機用窓ガラス、電磁調理器のトッププレート、ガス調理器のトッププレート等に用いることができる。
上記改質ガラスは、改質前のガラス材料に比べて強度を向上できるため、厚みを小さくしても充分な強度を発揮できる。その結果、軽量化に伴う運搬コストの削減、施工負担の軽減、材料コストの削減を図ることができる。

好ましくは、上記改質ガラスは、電磁調理器のトッププレートに用いられることがよい（請求項５）。
上述のごとく、板厚を小さくしても十分な強度を発揮できるため、この場合には、トッププレートの表面側と裏面側との間での熱伝導の遅れを小さくすることができる。

（実施例１）
次に、本発明の製造方法の実施例につき、説明する。
本例は、ガラス材料の表面に、イオンビームを照射して改質ガラスを製造する方法である。
即ち、図１及び図２に示すごとく、ガラス材料（ガラス基板）２の表面に、少なくとも窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）４５を含有するイオンビーム４を照射し、ガラス材料２に少なくとも窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）４５を注入して改質ガラス１を作製する。

具体的には、まず、ガラス材料として縦５０ｍｍ×横１０ｍｍ×厚み３ｍｍの板状のガラス基板２を用いた。ガラス基板２は、ネオセラムＮ−０（日本電気硝子株式会社）からなる。

次に、ガラス基板２に窒素分子イオン４５を含有するイオンビーム４を照射した。照射にあたっては、イオン注入装置５（日新イオン機器株式会社製の「Ｇ４」）を用いて行った（図３参照）。図３に示すごとく、イオン注入装置５は、イオン発生手段５１と、このイオン発生手段５１から発生するイオンを加速させるための加速管５３と、注入室５６と、外壁５７とを備える。イオン注入装置５は、外壁５７によりイオン発生手段５１、加速管５３、及び注入室５６を収容する。注入室５６と外壁５７の内部は真空状態にできる構成になっている。また、注入室５６内には電極５２が配置されており、この電極５２により加速管５３で加速されたイオンを注入室５６内に導入することができる。また、外壁５７の外側には、イオン発生手段５１、加速管５３、電極５２等に電圧を供給する電源５４を備えている。

このイオン注入装置５の注入室５６内に、イオン発生手段５１及び加速管５３に対向するようにガラス基板２及び電極５２を配置した。イオン発生手段５１においては、プラズマにより窒素をイオン化させ、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）とを発生させた。本例においては、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）との比は、両者の原子数の比で、およそＮ₂ ⁺：Ｎ⁺＝９０：１０となっている。そして、イオン発生手段５１において発生した窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）は、ビーム状（イオンンビーム４）となって加速管５３内の電界で加速され、電極５２により注入室５６に導入され、ガラス基板２の表面に照射させる。

その結果、ガラス基板２に照射されたイオンビーム４から窒素分子イオン４５及び窒素イオン（図示略）がガラス基板２の表面から注入される（図２参照）。本例においては、特にガラス基板を加熱することなく、室温で注入を行った。また、注入時の電流密度を７．５μＡ／ｃｍ²、加速電圧を５０ｋｅＶに設定し、ガラス基板の表面からの深さ９４ｎｍにイオンを注入した。

このようにして、改質ガラス１を得た（図１参照）。なお、本例においては、窒素分子イオンを注入量１．５×１０¹⁴個／ｃｍ²、７×１０¹⁴個／ｃｍ²、又は１．５×１０¹⁵個／ｃｍ²で注入した３種類の改質ガラスを作製した。また、本例においては、イオンビームを照射して窒素分子イオン及び窒素イオンをガラス基板２の一方の表面に注入した。その結果、注入面側には、イオンを注入した側に改質層３が形成される（図１参照）。

次に、本例において作製した３種類の改質ガラス１の曲げ強度を測定した。
本例において、曲げ強度は、ＪＩＳＲ１６０１に規定する曲げ試験（３点曲げ法）に準拠して行った。

即ち、図４に示すごとく、３０ｍｍのスパンで配置した一対の支持体６１、６２の上に、イオンを注入した面（改質層３側）を支持体に向けて改質ガラス１を配置した。次いで、イオンを注入した面と対向する面から改質ガラス１に圧力Ｐを加え、改質ガラス１が破損したときの圧力を測定した。これを曲げ強度とする。その結果を表２に示す。なお、表２には、イオン注入量０個／ｃｍ²、即ち、イオン注入による改質を行っていないガラス基板の曲げ強度の結果を併記してある。

表２より知られるごとく、本例においては、１０¹⁴オーダーという非常に低いイオン注入量でガラス基板を十分に改質させることができることがわかる。
一般に、アルゴンイオンを用いて改質を行う場合には、１０¹⁶〜１０¹⁷オーダーのイオンの注入が必要であったことを考えると、Ｎ₂ ⁺を用いることにより、Ａｒに比べて非常に少量のイオン注入量でガラス基板の改質を行うことができる。

また、加速電圧２０ｋｅＶ、注入量７．０×１０¹⁴個／ｃｍ²で窒素分子イオンを注入した改質ガラスについて、下記の衝撃試験を行って、イオン注入前のガラス基板の結果と比較した。衝撃試験は、ＪＩＳＫ７２１１に規定する落球試験に準拠して行った。

「衝撃試験」
図５に示すごとく、改質ガラス１（又はガラス基板）の４つの頂点をベークライト（登録商標）製の支持台７１、７２上に配置して改質ガラスを保持する。このとき、改質ガラス１は、イオンを注入した面（改質層３側）を支持体７１、７２側に向けて配置する。次いで、直径５０．８ｍｍ、質量５００ｇの剛球７を準備し、この剛球７を支持台７１，７２に配置した改質ガラス１に向けて所定の高さｈから落下させる。高さｈは２０ｃｍから開始し、改質ガラスが破損するまで５ｃｍ刻みで高さｈを大きくした。そして、改質ガラスが破損したときの高さを求めた。また、改質ガラスと同様の衝撃試験をイオンを注入していないガラス基板についても行い、その結果を比較した。

その結果、イオンを注入していないガラス基板は高さ５０ｃｍで破損が発生したのに対し、改質ガラスは８５ｃｍまで破損が発生しなかった。
さらに、改質ガラスを温度４００℃で１２時間保持させた後、上述の衝撃試験を行ったところ、衝撃強度はほとんど変化していなかった。

以上のように、本例によれば、Ｎ₂ ⁺イオンを含有するイオンビームをガラス材料に照射することにより、非常に少量の注入量でガラス材料を改質させることができ、曲げ強度及び衝撃強度が向上した改質ガラスを製造できることがわかる。

（実施例２）
次に、本例においては、実施例１とは異なる条件で改質ガラスを作製し、その特性を評価する例である。
本例においては、イオン注入装置として、日新イオン機器株式会社製の「ｉＧ４」を用いて改質ガラスの作製を行った。このイオン注入装置「ｉＧ４」は、実施例１で用いたイオン注入装置「Ｇ４」とほぼ同様の構成を有しているが、加速管５３に質量分離手段（図示略）を備えている（図３参照）。即ち、イオン発生手段５１において発生したＮ₂ ⁺とＮ⁺との混合イオンから両者をその質量の違いにより分離し、Ｎ₂ ⁺又はＮ⁺のいずれか一方を含むイオンビーム４をガラス基板２に照射させることができる。

このイオン照射装置を用いて、本例においては、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）とをそれぞれ単独でガラス基板に注入し、改質ガラスを作製した。注入条件は、加速電圧：８０ｋｅＶ、電流密度：７．５μＡ／ｃｍ²とした。

窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）については、注入量３．５×１０¹⁴個／ｃｍ²、７．０×１０¹⁴個／ｃｍ²、１．０×１０¹⁵個／ｃｍ²、１．５×１０¹⁵個／ｃｍ²、２．５×１０¹⁵個／ｃｍ²、７．０×１０¹⁵個／ｃｍ²、又は２．０×１０¹⁶個／ｃｍ²で注入を行い、７種類の改質ガラスを作製した。このようにして作製した７種類の改質ガラスについて、実施例１と同様に曲げ強度を測定した。その結果を表３に示す。

また、窒素イオン（Ｎ⁺）については、注入量１．５×１０¹⁴個／ｃｍ²、７．０×１０¹⁴個／ｃｍ²、２．５×１０¹⁵個／ｃｍ²、又は２．０×１０¹⁶個／ｃｍ²で注入を行った。このようにして作製した４種類の改質ガラスについて、実施例１と同様に曲げ強度を測定した。その結果を表３に示す。

また、本例においては、比較用として、Ａｒイオンをガラス基板に注入して改質ガラスを作製し、その曲げ強度を測定した。Ａｒイオンの注入は、上述の窒素分子イオンと同様の方法で行った。また、Ａｒイオンの注入は、注入量１．０×１０¹⁵個／ｃｍ²、２．５×１０¹⁵個／ｃｍ²、７．０×１０¹⁵個／ｃｍ²、１．０×１０¹⁶個／ｃｍ²、又は２．０×１０¹⁶個／ｃｍ²で行い、５種類の改質ガラスを作製した。そして、Ａｒイオンで改質した改質ガラスについても曲げ強度を測定した。その結果を表３に示す。
また、参考用に、表３には、イオンを注入していない（注入量０個／ｃｍ²）ガラス基板の曲げ強度を併記してある。

表３より知られるごとく、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）を用いて改質を行った場合には、比較的低いイオン注入量で充分に改質されており、高い曲げ強度を示していた。本例の条件においては、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）を用いた場合には、７．０×１０¹⁴個／ｃｍ²という非常に少ない注入量ですでに、充分に改質されて最も高い曲げ強度（３９７ＭＰａ）を示した。一方、Ａｒイオンを注入した場合には、７．０×１０¹⁵個／ｃｍ²という多量のイオンを注入しても、このときの曲げ強度（３５０ＭＰａ）は、窒素分子イオンを７．０×１０¹⁴個／ｃｍ²注入した場合の曲げ強度（３９７ＭＰａ）にも到達していない。また、窒素イオン（Ｎ⁺）を単独で注入した場合においては、２．５×１０¹⁵個／ｃｍ²注入した場合の曲げ強度が２７０ＭＰａであり、同条件の窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）に比べて曲げ強度が充分に向上していなかった。

本例によれば、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）を用いて改質を行うことにより、ＡｒイオンやＮ⁺イオンを用いた場合に比べて、少ない注入量で充分にガラス材料を改質でき、優れた強度の改質ガラスを製造できることがわかる。
また、実施例１の表２及び本例の表３の結果から知られるごとく、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）の両方を含有するイオンビームよりも、窒素分子イオン（Ｎ₂ ⁺）と窒素イオン（Ｎ⁺）との混合イオンから窒素イオン（Ｎ⁺）を取り除いたイオンビームを用いた方がより少ない注入量でガラス材料を十分に改質できることがわかる。

実施例１にかかる、改質ガラスの断面を示す説明図。実施例１にかかる、ガラス基板に窒素分子イオンを注入する様子を示す説明図。実施例１にかかる、イオン注入装置の構成の概略を示す説明図。実施例１にかかる、曲げ強度の測定方法（３点曲げ法）を示す説明図。実施例１にかかる、衝撃強度の測定方法（落球試験）を示す説明図。

符号の説明

１改質ガラス
２ガラス材料（ガラス基板）
３改質層
４イオンビーム
４５窒素分子イオン

Claims

ガラス材料の表面に、イオンビームを照射して改質ガラスを製造する方法において、
上記ガラス材料の表面に、窒素分子イオン（Ｎ ₂ ⁺ ）と窒素イオン（Ｎ ⁺ ）とを含有する上記イオンビームを、イオンの注入深さを変えて複数回照射し、上記ガラス材料に少なくとも上記窒素分子イオンを注入し、上記ガラス材料の表面積１ｃｍ ² あたりの上記窒素分子イオンの注入量を、窒素原子の個数で、１×１０ ¹³ 〜５×１０ ¹⁵ 個／ｃｍ ² にすることを特徴とする改質ガラスの製造方法。
請求項１において、上記イオンビームの照射は、室温で行うことを特徴とする改質ガラスの製造方法。
請求項１又は２において、上記イオンビームの照射は、上記ガラス材料の軟化点以下の温度で行うことを特徴とする改質ガラスの製造方法。
請求項１〜３のいずれか一項において、上記ガラス材料としては、結晶化ガラスを採用することを特徴とする改質ガラスの製造方法。
請求項１〜４のいずれか一項において、上記改質ガラスは、電磁調理器のトッププレートに用いられることを特徴とする改質ガラスの製造方法。