JP6029547B2 - 強化ガラスの製造方法及び該方法によって製造された強化ガラス - Google Patents

Description

本発明は、強化ガラスの製造方法及び該方法によって製造された強化ガラスに係り、より詳しくは、大面積強化ガラスの生産性を向上でき、且つ、強化ガラスの強度特性のバラツキを改善できる強化ガラスの製造方法及び該方法によって製造された強化ガラスに関する。

近年、ガラスパネルは、モバイル向けの主に小型の製品からモニター、ＴＶなどの大型のフラットディスプレイ装置への採用につれて、その大面積化が急速に進んできている。

そして、このようなガラスパネルの大面積化に伴い、ガラスパネルの厚さや重さを軽減させるための薄型化や軽量化も進んでおり、さらに、かかる薄型化や軽量化による構造的脆弱性を補完できるガラス強化方法もまた研究されている。

ガラスパネルの強化方法としては、大別して物理強化方法と化学強化方法とに分けられる。このうち、化学強化方法は、イオン交換処理を通じて圧縮応力層をガラスパネルの表面に形成する原理を用いる方法である。

従来の化学強化方法であるイオン交換処理方法では、溶融された塩を含む塩浴（ｓａｌｔ ｂａｔｈ）にガラスを浸漬して、ガラスにイオンを供給する。ここで、ガラス表面と溶融された塩とのイオン交換工程は、上昇した温度雰囲気下、塩浴に浸漬されたガラスへの濃度差によるイオンの拡散により浸透することで行われる。

しかし、この種の従来の強化方法では、構造上、ガラスを起立させてカセットに差し込んだ状態で浸漬する必要があり、これは、熱処理炉の大型化につながり、また、大面積のガラスの強化処理を行いたい場合、熱処理炉の容量の限界のため、その処理に制約が生じることがある。

また、従来の強化方法では、塩浴内における微細な溶液の流れなどによる熱及びイオン濃度のバラツキなどにより大面積化学強化にバラツキが生じやすく、且つ、ガラス表面のストレスの変化により応力などが生じて、ガラスの化学強化工程の途中で割れなどの問題が発生することがある。

本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、大面積強化ガラスの生産性を向上でき、且つ、強化ガラスの強度特性のバラツキを改善できる強化ガラスの製造方法及び該方法によって製造された強化ガラスを提供することである。

このために、本発明は、マザーガラスの上面及び下面のそれぞれにゲル状塩混合物を注入する注入空間を形成させる治具を取り付ける第１の段階；前記注入空間に前記ゲル状塩混合物を注入する第２の段階；及び前記治具が取り付けられたマザーガラスを熱処理する第３の段階を含むことを特徴とする強化ガラスの製造方法を提供する。

ここで、前記ゲル状塩混合物は、アルカリ金属イオンの塩及び無機酸化物からなるものであってよい。

また、前記アルカリ金属イオンの塩は、窒化物、塩化物、及び硫化物からなる群より選択される少なくとも一つを含んでいてよい。

このとき、前記アルカリ金属イオンの塩は、窒酸カリウム（ＫＮＯ_３）であってよい。

さらに、前記第３の段階では、２００〜７４０℃で熱処理していてよい。

また、前記第３の段階の後、前記マザーガラスを冷却する冷却段階をさらに含んでいてよい。

このとき、前記冷却段階の後、前記治具を前記マザーガラスから取り外してから前記マザーガラスを洗浄する洗浄段階をさらに含んでいてよい。

そして、前記第３の段階では、前記治具が取り付けられたマザーガラスをヒーティングチャンバで熱処理し、複数の前記治具が取り付けられたマザーガラスを倒した状態で前記ヒーティングチャンバの内部に積層配置していてよい。

本発明によれば、大面積強化ガラスの生産性を向上でき、且つ、強化ガラスの強度特性のバラツキを改善できる。

また、本発明によれば、従来のイオン交換処理の際に発生していた撓みによる割れなどを防止できる。

本発明の実施例に係る強化ガラスの製造方法を工程順に示す図である。 本発明の実施例に係る強化ガラスの製造方法のうち、マザーガラスの上面及び下面に治具が取り付けられた状態を示す図である。 本発明の実施例に係る強化ガラスの製造方法のうち、複数枚のマザーガラスを一つのヒーティングチャンバ内で熱処理する状態を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例に係る強化ガラスの製造方法及び該方法によって製造された強化ガラスについて詳しく説明する。

なお、本発明を説明するにあたって、関連公知機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨を不要に曖昧にし得ると判断された場合、その詳細な説明は省略することにする。

図１に示す、本発明の実施例に係る強化ガラスの製造方法は、大面積ガラスの大きさに制約がなく、且つ、化学強化のバラツキを最小化できる方法であって、治具取付け段階、注入段階、及び熱処理段階を含む。

先ず、図１の（ａ）に示すように、強化処理が施されるマザーガラス１００を準備する。このとき、マザーガラス１００は、ソーダ石灰珪酸塩（ｓｏｄａ ｌｉｍｅ ｓｉｌｉｃａｔｅ）ガラスであってよい。そして、このようなマザーガラス１００は、太陽電池カバー、薄膜液晶表示装置（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ−ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＴＦＴ−ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）、有機ＥＬ（ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）などのようなフラットパネルディスプレイ、各種のモバイル電子機器のカバーなどに適用できる。

次いで、図１の（ｂ）、（ｃ）に示すように、治具取付け段階では、マザーガラス１００の上面に上治具１０を取り付け、マザーガラス１００の下面に下治具２０を取り付ける。このとき、上治具１０及び下治具２０は、後続工程で行なわれるゲル状塩混合物２００を注入できる注入空間を形成させるために取り付けられ、また、後続工程としての熱処理工程の際の空間確保のために倒した状態で積層される複数枚のマザーガラス１００のそれぞれを独立して位置させてイオン交換反応が円滑に行なわれるようし、且つマザーガラス１００のヒーティングチャンバ５０内への搬入及び熱処理後の搬出の便宜のために取り付けられる。すなわち、このような上治具１０及び下治具２０は、熱処理工程後はマザーガラス１００から取り外される。

次いで、図１の（ｄ）に示すように、注入段階では、上治具１０及び下治具２０の取り付けによりマザーガラス１００の上面及び下面に形成された注入空間にゲル状塩混合物２００を注入する。ここで、本発明の実施例のように、ゲル状の塩混合物２００を用いると、従来の塩溶液の流れによる熱及びイオン濃度のバラツキを防止して、大面積マザーガラス１００の化学強化の際の強度のバラツキを改善でき、このような強度特性のバラツキを改善することで、強化工程の途中でマザーガラス１００が撓んで割れたりする現象を防止できる。

一方、注入段階における注入空間に注入されるゲル状塩混合物２００は、アルカリ金属イオンの塩及び無機酸化物からなるものであってよい。このとき、アルカリ金属イオンは、ナトリウムイオン（Ｎａ^＋）、カリウムイオン（Ｋ^＋）、ルビジウムイオン（Ｒｂ^＋）、及びセシウムイオン（Ｃｓ^＋）からなる群より選択される少なくとも一つを含んでいてよい。また、アルカリ金属イオンの塩は、前記アルカリ金属イオンの窒化物、塩化物、または硫化物などを含んでいてよく、例えば、アルカリ金属イオンの塩としては、セシウム窒化物（ＣｓＮＯ_３）、カリウム窒化物（ＫＮＯ_３）、ナトリウム窒化物（ＮａＮＯ_３）などが用いられていてよい。

そして、無機酸化物は、混合物中においてアルカリ金属イオンを担持してマザーガラス１００表面に均一な膜を成膜することにより、イオン交換がガラス表面にわたって均一に行われるようにする役割を果たす。したがって、無機酸化物は、マザーガラス１００の表面と塩混合物２００との間でイオン交換過程が起こる温度条件で化学的に分解されたり、マザーガラス１００の表面と反応したりしてはならないため、マザーガラス１００よりも高い軟化点を有する物質を用いることが好ましく、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を無機酸化物として用いてよく、この無機酸化物の粘性を調節して塩混合物２００をゲル化する。

次いで、図３に示すように、熱処理段階では、上面と下面にそれぞれ上治具１０及び下治具２０が取り付けられたマザーガラス１００（図２参照）を熱処理する。ここで、熱処理段階では、複数枚のマザーガラス１００をヒーティングチャンバ５０内に搬入した後、２００〜７４０℃で熱処理を施していてよい。このとき、本発明の実施例では、治具１０、２０が取り付けられた複数枚のマザーガラス１００を図示のように、倒した状態でヒーティングチャンバ５０の内部に積層配置することで、ヒーティングチャンバ５０の熱処理空間を効率良く活用できる。すなわち、従来、ガラスをカセットに起立して差し込んだ状態で熱処理を施す方式よりも遥かに多くのマザーガラス１００を同時に熱処理可能であるのみならず、脆性のあるガラス１００に対する強化工程の際は、起立しておいて作業するよりは倒しておいて作業したほうが工程の安定性の上でも好ましい。

そして、それぞれのマザーガラス１００は、上治具１０及び下治具２０によってガイドされるため、上側または下側のマザーガラス１００の干渉が防止され、その結果、熱処理による円滑なイオン交換反応を誘導することができ、また、作業者がマザーガラス１００をヒーティングチャンバ５０内に搬入したり、熱処理後に搬出したりする際により容易に作業を行なうことができるというメリットがある。

一方、熱処理段階の終了後、ヒーティングチャンバ５０内でマザーガラス１００を冷却させると、本発明の実施例に係る強化ガラスが製造される。冷却段階の後、さらに、それぞれの強化ガラスから上治具１０及び下治具２０を取り外してから、強化ガラスの表面に残留した混合物を除去する洗浄段階を行なうことが好ましく、必要によっては、熱処理工程をさらに行うこともできる。

以上のように、本発明は、限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、かかる記載から多様な修正および変形が可能である。

それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に限定されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。

１００ マザーガラス
２００ ゲル状塩混合物
１０ 上治具
２０ 下治具
５０ ヒーティングチャンバ

Claims (7)

1. マザーガラスの上面及び下面のそれぞれにゲル状塩混合物を注入する注入空間を形成させる治具を取り付ける第１の段階；
   前記注入空間に前記ゲル状塩混合物を注入する第２の段階；及び
   前記マザーガラスと前記ゲル状塩混合物との間でイオン交換過程が起こるように、前記治具が取り付けられたマザーガラスを熱処理する第３の段階；
   を含み、
   前記第３の段階では、前記治具が取り付けられたマザーガラスをヒーティングチャンバで熱処理し、
   複数の前記治具が取り付けられたマザーガラスを倒した状態で前記ヒーティングチャンバの内部に積層配置することを特徴とする化学強化ガラスの製造方法。
2. 前記ゲル状塩混合物は、アルカリ金属イオンの塩及び無機酸化物からなることを特徴とする請求項１に記載の化学強化ガラスの製造方法。
3. 前記アルカリ金属イオンの塩は、窒化物、塩化物、及び硫化物からなる群より選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載の化学強化ガラスの製造方法。
4. 前記アルカリ金属イオンの塩は、窒酸カリウム（ＫＮＯ_３）であることを特徴とする請求項２に記載の化学強化ガラスの製造方法。
5. 前記第３の段階では、２００〜７４０℃で熱処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の化学強化ガラスの製造方法。
6. 前記第３の段階の後、前記マザーガラスを冷却する冷却段階をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の化学強化ガラスの製造方法。
7. 前記冷却段階の後、前記治具を前記マザーガラスから取り外してから前記マザーガラスを洗浄する洗浄段階をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の化学強化ガラスの製造方法。