JP6136599B2 - 強化ガラス及び強化ガラス板並びに強化用ガラス - Google Patents

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Description

本発明は、強化ガラス及び強化ガラス板並びに強化用ガラスに係り、特に、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯端末）、太陽電池のカバーガラス、或いはディスプレイ、特にタッチパネルディスプレイのガラス基板に好適な強化ガラス及び強化ガラス板並びに強化用ガラスに関する。
携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、タッチパネルディスプレイ、大型テレビ、非接触給電等のデバイスは、益々普及する傾向にある。
これらの用途には、イオン交換処理等で強化処理した強化ガラスが用いられている（特許文献１、非特許文献１参照）。
また、近年では、強化ガラスをデジタルサイネージ、マウス、スマートフォン等の外装部品に使用することが増えてきた。
強化ガラスの要求特性として、（１）高い機械的強度、（２）低コスト、（３）高い寸法精度が挙げられる。デジタルサイネージの用途では、複数のパネルを繋ぎ合せる構造が増えており、これに伴い、寸法精度の要求レベルが向上している。具体的には、従来の寸法公差±４０００ｐｐｍ程度に対して、±１０００ｐｐｍ程度の寸法公差が要求されるようになってきた。
特開２００６−８３０４５号公報
泉谷徹郎等、「新しいガラスとその物性」、初版、株式会社経営システム研究所、１９８４年８月２０日、ｐ．４５１−４９８
しかし、強化ガラス（強化用ガラス）は、強化処理の前後で寸法が変化し易い。よって、強化ガラスの寸法精度を高めることは容易ではない。
また、強化処理は、通常、高温（例えば３００〜５００℃）のＫＮＯ３溶融塩中に強化用ガラスを浸漬することにより行われる。このため、大型の強化用ガラス板を強化処理すると、強化用ガラスを浸漬する際、又は強化ガラス板を取り出す際に、熱衝撃により破損し易くなるという問題がある。この問題を解決するために、強化用ガラス板を浸漬する前に予熱するか、或いは強化ガラス板を取り出した後に除冷するという方法が想定されるが、これらの方法は、長時間を要するため、強化ガラス板の製造コストが高騰する虞がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑み成されたものであり、その技術的課題はイオン交換性能が高いと共に、強化処理の前後で寸法変化が生じ難く、しかも耐熱衝撃性が高い強化ガラス及び強化ガラス板並びに強化用ガラスを創案することである。
本発明者等は、種々の検討を行った結果、ガラス組成を厳密に規制することにより、上記技術的課題を解決できることを見出し、本発明として、提案するものである。すなわち、本発明の強化ガラスは、表面に圧縮応力層を有する強化ガラスであって、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しないことを特徴とする。ここで、「実質的にＡｓ２Ｏ３を含有しない」とは、ガラス成分として積極的にＡｓ２Ｏ３を添加しないものの、不純物レベルで混入する場合を許容する趣旨であり、具体的には、Ａｓ２Ｏ３の含有量が０．１質量％未満であることを指す。「実質的にＳｂ２Ｏ３を含有しない」とは、ガラス成分として積極的にＳｂ２Ｏ３を添加しないものの、不純物レベルで混入する場合を許容する趣旨であり、具体的には、Ｓｂ２Ｏ３の含有量が０．１質量％未満であることを指す。「実質的にＰｂＯを含有しない」とは、ガラス成分として積極的にＰｂＯを添加しないものの、不純物レベルで混入する場合を許容する趣旨であり、具体的には、ＰｂＯの含有量が０．１質量％未満であることを指す。「実質的にＦを含有しない」とは、ガラス成分として積極的にＦを添加しないものの、不純物レベルで混入する場合を許容する趣旨であり、具体的には、Ｆの含有量が０．１質量％未満であることを指す。
ガラス組成中にＡｌ２Ｏ３とアルカリ金属酸化物を所定量導入することにより、イオン交換性能、耐熱衝撃性、及び耐失透性を高めることができる。更に、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、及びアルカリ土類金属酸化物の含有量及び含有比率を規制すれば、耐失透性を高めることができる。
第二に、本発明の強化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％を含有することが好ましい。
第三に、本発明の強化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜４．５％を含有することが好ましい。
第四に、本発明の強化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％を含有することが好ましい。
第五に、本発明の強化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．６０であることが好ましい。ここで、「ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、及びＢａＯの合量である。また、「Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３」は、Ａｌ２Ｏ３とＢ２Ｏ３の合量である。
第六に、本発明の強化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜２％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．５５であることが好ましい。
第七に、本発明の強化ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７３％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １０〜３０％、ＣａＯ ０〜４％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜２％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．５５であることが好ましい。ここで、「Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ」は、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、及びＫ２Ｏの合量である。
第八に、本発明の強化ガラスは、圧縮応力層の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上で且つ１２００ＭＰａ以下、圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上で且つ６０μｍ以下であることが好ましい。ここで、「圧縮応力層の圧縮応力値」および「圧縮応力層の厚み」は、表面応力計（例えば、株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて、試料を観察した際に、観察される干渉縞の本数とその間隔から算出される値を指す。
第九に、本発明の強化ガラスは、液相温度が１２００℃以下であることが好ましい。ここで、「液相温度」とは、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れて、温度勾配炉中に２４時間保持した後、結晶が析出する温度を指す。
第十に、本発明の強化ガラスは、液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」とは、液相温度における粘度を白金球引き上げ法で測定した値を指す。
第十一に、本発明の強化ガラスは、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１３００℃以下であることが好ましい。ここで、「１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度」は、白金球引き上げ法で測定した値を指す。
第十二に、本発明の強化ガラスは、２５〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が１００×１０−７／℃以下であることが好ましい。ここで、「２５〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数」は、ディラトメーターを用いて、平均熱膨張係数を測定した値を指す。
第十三に、本発明の強化ガラス板は、上記の強化ガラスからなることを特徴とする。
第十四に、本発明の強化ガラス板は、長さ寸法が５００ｍｍ以上、幅寸法が３００ｍｍ以上、厚みが０．５〜２．０ｍｍの強化ガラス板であって、圧縮応力層の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上で且つ１２００ＭＰａ以下、圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上で且つ６０μｍ以下、強化処理前後の寸法変化率Ｓが−１０００ｐｐｍ〜＋１０００ｐｐｍになるような強化処理が行われてなることを特徴とする。ここで、「強化処理前後の寸法変化率Ｓ」は、強化処理前の長さ寸法Ｌｂと強化処理後の長さ寸法Ｌａを測定した後、Ｓ＝１００００００×（Ｌａ−Ｌｂ）／Ｌｂの式に当て嵌めることにより算出した値を指す。
第十五に、本発明の強化ガラス板は、ヤング率が６５ＧＰａ以上であることが好ましい。ここで、「ヤング率」は、例えば、周知の共振法等で測定可能である。
第十六に、本発明の強化ガラス板は、仮想温度Ｔｆが５００℃以上であることが好ましい。ここで、「仮想温度Ｔｆ」とは、ガラス融液が冷え固まる際の熱履歴を反映したガラスの分子構造を表す指標であり、急冷されるほど値は高くなり、除冷されるほど値は低くなる。以下に仮想温度Ｔｆの測定方法を記載する。サンプルを歪点以上の温度で十分な時間（例えば２４時間）保持した後、速やかに金属板に接触させるなどして急冷させ、寸法変化を測定する。仮想温度Ｔｆより高い温度Ｔ１で保持した場合、寸法変化は正の値△Ｌ１を示し、仮想温度Ｔｆより低い温度Ｔ２で保持した場合、寸法変化は負の値△Ｌ２を示す。Ｔ１−Ｔ２が０〜２０℃となるような場合において、次の式からＴｆを求めることができる。
Ｔｆ＝（Ｔ２×△Ｌ１−Ｔ１×△Ｌ２）／（△Ｌ１−△Ｌ２）
第十七に、本発明の強化ガラス板は、オーバーフローダウンドロー法で成形されてなることが好ましい。ここで、「オーバーフローダウンドロー法」は、耐熱性の成形体の両側から溶融ガラスを溢れさせて、溢れた溶融ガラスを成形体の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス板を製造する方法である。オーバーフローダウンドロー法では、ガラス板の表面となるべき面は成形体の表面に接触せず、自由表面の状態で成形される。このため、未研磨で表面品位が良好なガラス板を安価に製造することができる。
第十八に、本発明の強化ガラス板は、オーバーフローダウンドロー法で用いられる成形体の下端から下方に１０００ｍｍ以上離間した位置で切断されてなることが好ましい。
第十九に、本発明の強化ガラス板は、タッチパネルディスプレイに用いることが好ましい。
第二十に、本発明の強化ガラス板は、携帯電話のカバーガラスに用いることが好ましい。
第二十一に、本発明の強化ガラス板は、太陽電池のカバーガラスに用いることが好ましい。
第二十二に、本発明の強化ガラス板は、ディスプレイの保護部材に用いることが好ましい。
第二十三に、本発明の強化ガラス板は、長さ寸法が５００ｍｍ以上、幅寸法が３００ｍｍ以上、厚みが０．３〜２．０ｍｍの強化ガラス板であって、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５０％未満、ＺｒＯ２ ０〜４％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．６０であり、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有せず、圧縮応力層の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上で且つ１２００ＭＰａ以下、圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上で且つ６０μｍ以下、液相温度が１２００℃以下、２５〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が１００×１０−７以下、ヤング率が６５ＧＰａ以上、仮想温度Ｔｆが５００℃以上、強化処理前後の寸法変化率Ｓが−１０００ｐｐｍ〜＋１０００ｐｐｍになるような強化処理が行われてなることを特徴とする。
第二十四に、本発明の強化用ガラスは、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しないことを特徴とする。
第二十五に、本発明の強化用ガラスは、強化処理（４４０℃のＫＮＯ３溶融塩に６時間浸漬）前後の寸法変化率Ｓが−１０００ｐｐｍ〜＋１０００ｐｐｍであることを特徴とする。なお、ＫＮＯ３溶融塩として、使用履歴がないものを用いる。
第二十六に、本発明の強化用ガラスは、仮想温度Ｔｆが５００℃以上であることが好ましい。
本発明の強化ガラスは、イオン交換性能が高いため、短時間のイオン交換処理であっても、圧縮応力層の圧縮応力値が高まり、且つ圧縮応力層が深くまで形成される。結果として、機械的強度が高くなり、また機械的強度のばらつきが小さくなる。
また、本発明の強化ガラスは、耐失透性に優れるため、オーバーフローダウンドロー法で効率良く成形することが可能である。なお、オーバーフローダウンドロー法であれば、大型、且つ薄いガラス板を大量に成形することができる。
更に、本発明の強化ガラスは、熱膨張係数が低いため、強化処理前の予熱時間及び／又は強化処理後の除冷時間を短縮させることが可能である。そして、本発明の強化ガラスは、ヤング率、仮想温度Ｔｆが高いため、強化処理前後の寸法変化を低減させることが可能である。
本発明の強化ガラスは、その表面に圧縮応力層を有する。表面に圧縮応力層を形成する方法として、物理強化法と化学強化法がある。本発明の強化ガラスは、化学強化法で作製されてなることが好ましい。
化学強化法は、ガラスの歪点以下の温度でイオン交換処理によりガラスの表面にイオン半径が大きいアルカリイオンを導入する方法である。化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、ガラスの厚みが薄い場合でも、圧縮応力層を適正に形成し得ると共に、圧縮応力層を形成した後に、強化ガラスを切断しても、風冷強化法等の物理強化法のように、強化ガラスが容易に破壊しない。
本発明の強化ガラスにおいて、上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を下記に示す。なお、各成分の含有範囲の説明において、％表示は、特に断りがない限り、質量％を指す。
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークを形成する成分である。ＳｉＯ２の含有量は５０〜８０％であり、好ましくは５５〜７６％、好ましくは５５〜７５％、好ましくは５５〜７３％、好ましくは５５〜７２％、５６〜６９％、特に好ましくは５７〜６７％である。ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなり、また熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下し易くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が多過ぎると、溶融性や成形性が低下し易くなり、また熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。
Ａｌ２Ｏ３は、イオン交換性能を高める成分であり、また歪点やヤング率を高める成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量は１０〜３０％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、イオン交換性能を十分に発揮できない虞が生じる。よって、Ａｌ２Ｏ３の下限範囲は、好ましくは１２％以上、好ましくは１３％以上、好ましくは１４％以上、好ましくは１５％以上、好ましくは１５．５％以上、好ましくは１６．０％超、好ましくは１６．１％以上、好ましくは１６．３％以上、好ましくは１６．５％以上、好ましくは１７．１％以上、好ましくは１７．５％以上、好ましくは１８％以上、特に好ましくは１８．５％以上である。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラスに失透結晶が析出し易くなって、オーバーフローダウンドロー法等でガラス板を成形し難くなる。特に、アルミナの成形体を用いて、オーバーフローダウンドロー法でガラス板を成形する場合、アルミナの成形体との界面にスピネルの失透結晶が析出し易くなる。また熱膨張係数が低くなり過ぎて、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。また耐酸性も低下し、酸処理工程に適用し難くなる。更には高温粘性が高くなり、溶融性が低下し易くなる。よって、Ａｌ２Ｏ３の上限範囲は、好ましくは２８％以下、好ましくは２６％以下、好ましくは２４％以下、好ましくは２３．５％以下、好ましくは２２％以下、好ましくは２１％以下、好ましくは２０％以下、特に好ましくは１９％以下である。なお、機械的強度を重要視する場合、例えばカバーガラス形状に切断、研磨した後、強化処理を行う場合、耐酸性をある程度犠牲にして、Ａｌ２Ｏ３の含有量を可及的に増加させることが好ましく、その場合、Ａｌ２Ｏ３の下限範囲は、好ましくは１６％以上、好ましくは１７％以上、好ましくは１８％以上、好ましくは１８．５％以上、好ましくは１９％以上、好ましくは２０％以上、好ましくは２１％以上、好ましくは２２％以上、特に好ましくは２３％以上である。Ａｌ２Ｏ３の上限範囲は、好ましくは３０％以下、好ましくは２９％以下、好ましくは２７％以下、好ましくは２６％以下、好ましくは２５．５％以下、特に好ましくは２５％以下である。
Ｂ２Ｏ３は、高温粘度や密度を低下させると共に、ガラスを安定化させて結晶を析出させ難くし、また液相温度を低下させる成分である。Ｂ２Ｏ３の下限範囲は、好ましくは０％以上、好ましくは０．０１％以上、好ましくは０．０５％以上、好ましくは０．１％以上、特に好ましくは０．４％以上である。しかし、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、イオン交換によって、ヤケと呼ばれるガラス表面の着色が発生したり、耐水性が低下したり、圧縮応力層の厚みが小さくなり易い。よって、Ｂ２Ｏ３の上限範囲は、好ましくは６％以下、好ましくは５％以下、好ましくは４％以下、好ましくは３．９５％以下、好ましくは３％以下、好ましくは２％以下、特に好ましくは２．０％未満である。
Ｌｉ２Ｏは、イオン交換成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分であると共に、ヤング率を高める成分である。更にＬｉ２Ｏは、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力値を高める効果が大きいが、Ｎａ２Ｏを７％以上含むガラス系において、Ｌｉ２Ｏの含有量が極端に多くなると、かえって圧縮応力値が低下する傾向がある。また、Ｌｉ２Ｏの含有量が多過ぎると、液相粘度が低下して、ガラスが失透し易くなることに加えて、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。更に、低温粘性が低下し過ぎて、応力緩和が起こり易くなり、かえって圧縮応力値が低下する場合がある。よって、Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜２％であり、好ましくは０〜１．７％、好ましくは０〜１．５％、好ましくは０〜１％、好ましくは０〜１．０％未満、好ましくは０〜０．５％、好ましくは０〜０．３％、好ましくは０〜０．１％、特に好ましくは０〜０．０５％である。
Ｎａ２Ｏは、イオン交換成分であり、また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。また、Ｎａ２Ｏは、耐失透性を改善する成分でもある。Ｎａ２Ｏの含有量が少な過ぎると、溶融性が低下したり、熱膨張係数が低下したり、イオン交換性能が低下し易くなる。よって、Ｎａ２Ｏの含有量は５％以上であり、その下限範囲は、好ましくは７％以上、好ましくは７．０％超、好ましくは８％以上、好ましくは９％以上、好ましくは１０％以上、好ましくは１１％以上、好ましくは１２％以上、好ましくは１３％以上、好ましくは１３．８％以上、特に好ましくは１４％以上である。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。また歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する場合がある。よって、Ｎａ２Ｏの含有量は２５％以下であり、その上限範囲は、好ましくは２３％以下、好ましくは２１％以下、好ましくは１９％以下、好ましくは１７％以下、好ましくは１６．３％以下、好ましくは１６％以下、特に好ましくは１５％以下である。
上記成分以外にも、例えば以下の成分を添加してもよい。
Ｋ２Ｏは、イオン交換を促進する成分であり、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力層の厚みを大きくし易い成分である。また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。更には、耐失透性を改善する成分でもある。しかし、Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。また歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。よって、Ｋ２Ｏの上限範囲は、好ましくは１０％以下、好ましくは９％以下、好ましくは８％以下、好ましくは７％以下、特に好ましくは６％以下である。なお、Ｋ２Ｏを添加する場合、その添加量は、好ましくは０．１％以上、好ましくは０．５％以上、好ましくは１％以上、好ましくは１．５％以上、特に好ましくは２％以上である。また、Ｋ２Ｏの添加をできるだけ避ける場合は、好ましくは０〜１％、好ましくは０〜１．０％未満、特に好ましくは０〜０．０５％である。
Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が少な過ぎると、イオン交換性能や溶融性が低下し易くなる。よって、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの下限範囲は、好ましくは１０％以上、好ましくは１１％以上、好ましくは１２％以上、好ましくは１３％以上、好ましくは１４％以上、好ましくは１４．５％以上、好ましくは１５％以上、好ましくは１５．５％以上、特に好ましくは１６％以上である。一方、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が高くなり過ぎて、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料の熱膨張係数に整合させ難くなる。また歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成の成分バランスを欠き、かえって耐失透性が低下する傾向がある。よって、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏの上限範囲は、好ましくは３０％以下、好ましくは２７％以下、特に好ましくは２５％以下である。
ＭｇＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を高める効果が大きい成分である。よって、ＭｇＯの含有量は０〜１０％が好ましい。その場合、ＭｇＯの下限範囲は、好ましくは０％以上、好ましくは０．５％以上、好ましくは１％以上、好ましくは１．２％以上、好ましくは１．３％以上、特に好ましくは１．４％以上である。しかし、ＭｇＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなり易く、またガラスが失透し易くなる傾向がある。特に、アルミナの成形体を用いて、オーバーフローダウンドロー法でガラス板を成形する場合、アルミナの成形体との界面にスピネルの失透結晶が析出し易くなる。よって、ＭｇＯの上限範囲は、好ましくは９％以下、好ましくは８％以下、好ましくは７％以下、好ましくは６％以下、好ましくは５％以下、好ましくは４％以下、好ましくは３．５％以下、好ましくは３％以下、好ましくは２．５％以下、好ましくは２．４％以下、好ましくは２．３％以下、特に好ましくは２．２％以下である。
質量比Ｂ２Ｏ３／ＭｇＯは、好ましくは０．０１〜５、０．０１〜３．５、０．０１〜２．２、特に０．０１〜１．５である。このようにすれば、高温粘度と耐失透性を適正化し易くなる。
モル比（３ＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｎａ２Ｏの下限値は、好ましくは０．０以上、好ましくは０．５以上、好ましくは０．６以上、好ましくは０．７以上、好ましくは０．８以上、好ましくは０．９以上、特に好ましくは１．０以上であり、上限値は、好ましくは２．５以下、好ましくは２．０以下、好ましくは１．９以下、好ましくは１．８以下、好ましくは１．７以下、好ましくは１．６以下、好ましくは１．５以下、特に好ましくは１．４以下である。このようにすれば、アルミナの成形体を用いて、オーバーフローダウンドロー法でガラス板を成形する場合に、アルミナの成形体との界面にスピネルの失透結晶が析出し難くなる。
ＣａＯは、他の成分と比較して、耐失透性の低下を伴うことなく、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める効果が大きい。しかし、ＣａＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなり、またガラス組成の成分バランスを欠いて、かえってガラスが失透し易くなったり、イオン交換性能が低下したり、イオン交換溶液を劣化させ易くなる傾向がある。よって、ＣａＯの含有量は、好ましくは０〜６％、好ましくは０〜５％、好ましくは０〜４％、好ましくは０〜３．５％、好ましくは０〜３％、好ましくは０〜２％、好ましくは０〜１％、好ましくは０〜０．５％、特に好ましくは０〜０．１％である。
ＳｒＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、イオン交換反応が阻害され易くなることに加えて、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは０〜２％、好ましくは０〜１．５％、好ましくは０〜１％、好ましくは０〜０．５％、好ましくは０〜０．１％、特に好ましくは０〜０．１％未満である。
ＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分である。しかし、ＢａＯの含有量が多過ぎると、イオン交換反応が阻害され易くなること加えて、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜６％、好ましくは０〜３％、好ましくは０〜１．５％、好ましくは０〜１％、好ましくは０〜０．５％、好ましくは０〜０．１％、特に好ましくは０〜０．１％未満である。
ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透したり、イオン交換性能が低下する傾向がある。よって、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜９．９％、好ましくは０〜８％、好ましくは０〜６％、特に好ましくは０〜５％である。
モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が大きくなると、耐失透性が低下したり、イオン交換性能が低下したり、密度や熱膨張係数が高くなり過ぎる。よって、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）の上限範囲は、好ましくは１以下、好ましくは０．９以下、好ましくは０．８以下、好ましくは０．７５以下、好ましくは０．７０以下、好ましくは０．６５以下、好ましくは０．６０以下、特に好ましくは０．５５以下である。しかし、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が小さくなり過ぎると、高温粘度が高くなり過ぎたり、かえってイオン交換性能が低下したりする。よって、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）の下限範囲は、好ましくは０以上、好ましくは０．０５以上、好ましくは０．１０以上、特に好ましくは０．１２以上である。
ＴｉＯ２は、イオン交換性能を高める成分であり、また高温粘度を低下させる成分であるが、その含有量が多過ぎると、ガラスが着色したり、失透し易くなる。よって、ＴｉＯ２の含有量は、好ましくは０〜４．５％、より好ましくは０〜０．５％、特に好ましくは０〜０．３％である。
ＺｒＯ２は、イオン交換性能を顕著に高める成分であると共に、液相粘度付近の粘性や歪点を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、耐失透性が著しく低下する虞があり、また密度が高くなり過ぎる虞もある。よって、ＺｒＯ２の含有量は、好ましくは０〜５％、好ましくは０〜４％、好ましくは０〜３％、特に好ましくは０．００１〜２％である。
ＺｎＯは、イオン交換性能を高める成分であり、特に圧縮応力値を高める効果が大きい成分である。また低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ＺｎＯの含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐失透性が低下したり、密度が高くなったり、圧縮応力層の厚みが小さくなる傾向がある。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは０〜６％、好ましくは０〜５％、好ましくは０〜３％、特に好ましくは０〜１％である。
Ｐ２Ｏ５は、イオン交換性能を高める成分であり、特に圧縮応力層の厚みを大きくする成分である。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が多過ぎると、ガラスが分相したり、耐水性が低下し易くなる。よって、Ｐ２Ｏ５の含有量は、好ましくは０〜１０％、好ましくは０〜３％、好ましくは０〜１％、特に好ましくは０〜０．５％である。
清澄剤として、Ｃｌ、ＳＯ３、ＣｅＯ２の群（好ましくはＣｌ、ＳＯ３の群）から選択された一種又は二種以上を０〜３％添加してもよい。
ＳｎＯ２は、イオン交換性能を高める効果を有する。よって、ＳｎＯ２の含有量は、好ましくは０〜３％、好ましくは０．０１〜３％、好ましくは０．０５〜３％、好ましくは０．１〜３％、特に好ましくは０．２〜３％である。
清澄効果とイオン交換性能を高める効果を同時に享受する観点から、ＳｎＯ２＋ＳＯ３＋Ｃｌの含有量は、好ましくは０．０１〜３％、好ましくは０．０５〜３％、好ましくは０．１〜３％、特に好ましくは０．２〜３％である。なお、「ＳｎＯ２＋ＳＯ３＋Ｃｌ」は、ＳｎＯ２、Ｃｌ、及びＳＯ３の合量である。
Ｆｅ２Ｏ３の含有量は、好ましくは１０００ｐｐｍ未満（０．１％未満）、好ましくは８００ｐｐｍ未満、好ましくは６００ｐｐｍ未満、好ましくは４００ｐｐｍ未満、特に好ましくは３００ｐｐｍ未満である。更に、Ｆｅ２Ｏ３の含有量を上記範囲に規制した上で、モル比Ｆｅ２Ｏ３／（Ｆｅ２Ｏ３＋ＳｎＯ２）を０．８以上に規制することが好ましく、０．９以上に規制することがより好ましく、特に０．９５以上に規制することが好ましい。このようにすれば、板厚１ｍｍにおける透過率（４００〜７７０ｎｍ）が向上し易くなる（例えば９０％以上）。
Ｎｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に添加すると、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の含有量は、好ましくは３％以下、好ましくは２％以下、好ましくは１％以下、好ましくは０．５％以下、特に好ましくは０．１％以下である。
本発明の強化ガラスは、環境的配慮から、ガラス組成として、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。また、環境的配慮から、実質的にＢｉ２Ｏ３を含有しないことも好ましい。「実質的にＢｉ２Ｏ３を含有しない」とは、ガラス成分として積極的にＢｉ２Ｏ３を添加しないものの、不純物として混入する場合を許容する趣旨であり、具体的には、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が０．０５％未満であることを指す。
高いイオン交換性能と低いクラック発生率を両立させたい場合、モル比Ｂ２Ｏ３／Ａｌ２Ｏ３を０．０〜０．２、特に０．０〜０．１に規制することが好ましく、またモル比Ｎａ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３を０．８〜１．２、特に０．９〜１．１に規制することが好ましい。ここで、「クラック発生率」は、次のようにして測定した値を指す。まず湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、所定荷重に設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。このようにして圧子を２０回打ち込み、総クラック発生数を求めた後、総クラック発生数／８０×１００の式により求める。また、イオン交換性能と耐失透性を高いレベルで両立させたい場合、Ａｌ２Ｏ３ １８．５〜２３．５％、Ｎａ２Ｏの含有量を１３．８〜１６．３に規制することが好ましく、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜２５％、Ｂ２Ｏ３の含有量を０．０１〜３．９５％に規制することが好ましい。なお、各成分の好適な含有範囲を適宜選択し、好適なガラス組成範囲とすることが可能である。その中でも、特に好適なガラス組成範囲は以下の通りである。
（１）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（２）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（３）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜９．９％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（４）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（５）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜９．９％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（６）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜９．９％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル％での計算値（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．６０であり、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（７）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、ＳｒＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜９．９％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．６０であり、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
（８）ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７３％、Ａｌ２Ｏ３ １６．０超〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜９．９％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜２％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．５５であり、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しない。
本発明の強化ガラスは、例えば、下記の特性を有することが好ましい。
本発明の強化ガラスは、表面に圧縮応力層を有している。圧縮応力層の圧縮応力値は、好ましくは３００ＭＰａ以上、好ましくは４００ＭＰａ以上、好ましくは５００ＭＰａ以上、好ましくは６００ＭＰａ以上、特に好ましくは９００ＭＰａ以上である。圧縮応力値が大きい程、強化ガラスの機械的強度が高くなる。一方、表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、強化ガラスに内在する引っ張り応力が極端に高くなり、強化時の寸法変化が大きくなる虞がある。このため、圧縮応力層の圧縮応力値は１２００ＭＰａ以下が好ましい。なお、ガラス組成中のＡｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＭｇＯ、ＺｎＯの含有量を増加させたり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減すれば、圧縮応力値が大きくなる傾向がある。また、イオン交換時間を短くしたり、イオン交換溶液の温度を下げれば、圧縮応力値が大きくなる傾向がある。
圧縮応力層の厚みは、好ましくは１０μｍ以上、好ましくは１５μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、特に好ましくは３０μｍ以上である。圧縮応力層の厚みが大きい程、強化ガラスに深い傷が付いても、強化ガラスが割れ難くなると共に、機械的強度のばらつきが小さくなる。一方、圧縮応力層の厚みが大きい程、強化ガラスを切断し難くなる。また、強化ガラスに内在する引っ張り応力が極端に高くなり、強化時の寸法変化が大きくなる虞がある。このため、圧縮応力層の厚みは６０μｍ以下が好ましい。なお、ガラス組成中のＫ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５の含有量を増加させたり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減すれば、圧縮応力層の厚みが大きくなる傾向がある。また、イオン交換時間を長くしたり、イオン交換溶液の温度を上げれば、圧縮応力層の厚みが大きくなる傾向がある。
本発明の強化ガラスにおいて、密度は２．６ｇ／ｃｍ３以下、２．５５ｇ／ｃｍ３以下、２．５０ｇ／ｃｍ３以下、２．４８ｇ／ｃｍ３以下、２．４６ｇ／ｃｍ３以下、特に２．４５ｇ／ｃｍ３以下が好ましい。密度が小さい程、強化ガラスを軽量化することができる。なお、ガラス組成中のＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５の含有量を増加させたり、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２の含有量を低減すれば、密度が低下し易くなる。
本発明の強化ガラスにおいて、２５〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、１００×１０−７／℃以下であって、好ましくは９５×１０−７／℃以下、好ましくは９０×１０−７／℃以下、特に好ましくは８５×１０−７／℃以下である。熱膨張係数を上記範囲に規制すれば、金属、有機系接着剤等の部材の熱膨張係数に整合し易くなり、金属、有機系接着剤等の部材の剥離を防止し易くなる。なお、ガラス組成中のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を増加すれば、熱膨張係数が高くなり易く、逆にアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を低減すれば、熱膨張係数が低下し易くなる。
本発明の強化ガラスにおいて、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度は１３００℃以下であって、好ましくは１２８０℃以下、好ましくは１２５０℃以下、好ましくは１２２０℃以下、特に好ましくは１２００℃以下である。１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、成形設備への負担が軽減されて、成形設備が長寿命化し、結果として、強化ガラスの製造コストを低廉化し易くなる。アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２の含有量を増加させたり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量を低減すれば、１０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が低下し易くなる。
本発明の強化ガラスにおいて、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は１６５０℃以下であって、好ましくは１６００℃以下、好ましくは１５８０℃以下、特に好ましくは１５５０℃以下である。１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、低温溶融が可能になり、溶融窯等のガラス製造設備への負担が軽減されると共に、泡品位を高め易くなる。すなわち、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低い程、強化ガラスの製造コストを低廉化し易くなる。ここで、「１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度」は、例えば、白金球引き上げ法で測定可能である。なお、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、溶融温度に相当する。また、ガラス組成中のアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２の含有量を増加させたり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量を低減すれば、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が低下し易くなる。
本発明の強化ガラスにおいて、液相温度は１２００℃以下であって、好ましくは１１５０℃以下、好ましくは１１００℃以下、好ましくは１０８０℃以下、好ましくは１０５０℃以下、好ましくは１０２０℃以下、特に好ましくは１０００℃以下である。なお、液相温度が低い程、耐失透性や成形性が向上する。また、ガラス組成中のＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加させたり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を低減すれば、液相温度が低下し易くなる。
本発明の強化ガラスにおいて、液相粘度は１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であって、好ましくは１０４．４ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０４．８ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０５．０ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０５．３ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０５．５ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０５．７ｄＰａ・ｓ以上、好ましくは１０５．８ｄＰａ・ｓ以上、特に好ましくは１０６．０ｄＰａ・ｓ以上である。なお、液相粘度が高い程、耐失透性や成形性が向上する。また、ガラス組成中のＮａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量を増加させたり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２の含有量を低減すれば、液相粘度が高くなり易い。
本発明の強化ガラスにおいて、ヤング率は６５ＧＰａ以上であって、好ましくは６９ＧＰａ以上、好ましくは７１ＧＰａ以上、好ましくは７５ＧＰａ以上、特に好ましくは７７ＧＰａ以上である。ヤング率が高い程、強化ガラスが撓み難くなり、タッチパネルディスプレイ等に用いる際、ペン等で強化ガラスの表面を強く押しても、強化ガラスの変形量が小さくなり、結果として、強化ガラスが、背面に位置する液晶素子に接触して、表示不良が生じる事態を防止し易くなる。また、強化処理時に発生する応力に対する変形量が小さくなるため、強化処理前後の寸法変化が低減される。
本発明の強化ガラス板は、上記の強化ガラスからなることを特徴とする。よって、本発明の強化ガラス板の技術的特徴（好適な特性、好適な成分範囲等）は、本発明の強化ガラスの技術的特徴と同様になる。よって、ここでは、本発明の強化ガラス板の技術的特徴について、詳細な記載を省略する。
本発明の強化ガラス板において、仮想温度Ｔｆは５００℃以上であって、好ましくは５２０℃〜７００℃、特に好ましくは５５０℃〜７５０℃である。仮想温度Ｔｆが高い程、強化ガラスの構造が緩和し易くなるため、強化処理前後の寸法変化が小さくなり、結果として、強化ガラス板の寸法精度を高めることができる。なお、オーバーフローダウンドロー法の成形条件を調整すれば、仮想温度Ｔｆを制御することができる。
本発明の強化ガラス板において、表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は、好ましくは１０Å以下、好ましくは８Å以下、好ましくは６Å以下、好ましくは４Å以下、好ましくは３Å以下、特に好ましくは２Å以下である。平均表面粗さ（Ｒａ）が大きい程、強化ガラス板の機械的強度が低下する傾向がある。ここで、平均表面粗さ（Ｒａ）は、ＳＥＭＩ Ｄ７−９７「ＦＰＤガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠した方法により測定した値を指す。
本発明の強化ガラス板において、長さ寸法は５００ｍｍ以上であって、好ましくは７００ｍｍ以上、特に好ましくは１０００ｍｍ以上であり、幅寸法は５００ｍｍ以上であって、好ましくは７００ｍｍ以上、特に好ましくは１０００ｍｍ以上である。強化ガラス板を大型化すれば、大型ＴＶ等のディスプレイの表示部のカバーガラスとして好適に使用可能になる。
本発明の強化ガラス板において、板厚は２．０ｍｍ以下であって、好ましくは１．５ｍｍ以下、好ましくは１．３ｍｍ以下、好ましくは１．１ｍｍ以下、好ましくは１．０ｍｍ以下、好ましくは０．８ｍｍ以下、特に好ましくは０．７ｍｍ以下である。一方、板厚が薄過ぎると、所望の機械的強度を得難くなる。よって、板厚は０．１ｍｍ以上であって、好ましくは０．２ｍｍ以上、好ましくは０．３ｍｍ以上、好ましくは０．４ｍｍ以上、特に好ましくは０．５ｍｍ以上である。
本発明の強化用ガラスは、強化処理に供されるガラスであって、ガラス組成として、質量％で、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ １０〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しないことを特徴とする。よって、本発明の強化用ガラスの技術的特徴（好適な特性、好適な成分範囲等）は、本発明の強化ガラスや本発明の強化ガラス板の技術的特徴と同様になる。よって、ここでは、本発明の強化用ガラスの技術的特徴について、詳細な記載を省略する
本発明の強化用ガラスにおいて、強化処理（４４０℃のＫＮＯ３溶融塩に６時間浸漬）前後の寸法変化率Ｓは−１０００ｐｐｍ〜＋１０００ｐｐｍであって、好ましくは−５００ｐｐｍ〜＋８００ｐｐｍ、好ましくは−２００ｐｐｍ〜＋６００ｐｐｍ、特に好ましくは−１００ｐｐｍ〜＋５００ｐｐｍである。ヤング率を高めたり、仮想温度Ｔｆを高めたり、圧縮応力層の圧縮応力値を小さくしたり、圧縮応力層の厚みを薄くすると、強化処理前後の寸法変化率Ｓを可及的に０に近づけることができる。
本発明の強化用ガラスは、４３０℃のＫＮＯ３溶融塩中でイオン交換処理した場合、表面の圧縮応力層の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上になることが好ましく、表面の圧縮応力が６００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが３０μｍ以上になることが更に好ましく、表面の圧縮応力が７００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが３０μｍ以上になることが特に好ましい。
イオン交換処理の際、ＫＮＯ３溶融塩の温度は４００〜５５０℃が好ましく、イオン交換時間は１〜１０時間が好ましく、特に２〜８時間が好ましい。このようにすれば、圧縮応力層を適正に形成し易くなる。なお、本発明の強化用ガラスは、上記のガラス組成を有するため、ＫＮＯ３溶融塩とＮａＮＯ３溶融塩の混合物等を使用しなくても、圧縮応力層の圧縮応力値や厚みを大きくすることができる。
本発明の強化用ガラスにおいて、仮想温度Ｔｆは５００℃以上であって、５２０℃〜７００℃が更に好ましく、５５０℃〜７５０℃が特に好ましい。仮想温度Ｔｆが高い程、強化用ガラスの構造が緩和し易くなるため、強化処理前後の寸法変化が小さくなり、結果として、強化ガラスの寸法精度を高めることができる。なお、オーバーフローダウンドロー法の成形条件を調整すれば、仮想温度Ｔｆを制御することができる。
仮想温度Ｔｆを高めるために、冷却速度を速めることが好ましく、また板引き速度を高めることが好ましい。しかし、板引き速度を高めると、ガラスが十分に冷却されない内に、切断工程に到達する虞がある。このような事態を防止するため、成形方法として、オーバーフローダウンドロー法を採用すると共に、オーバーフローダウンドロー法で用いる成形体の下端から下方に１０００ｍｍ以上離間した位置、好ましくは２０００ｍｍ以上離間した位置、特に好ましくは３０００ｍｍ以上離間した位置でガラスが切断される。
強化処理前のクラック発生率は、荷重１０００ｇｆにおいて９９％以下が好ましく、９０％以下が好ましく、８０％以下が好ましく、７０％以下が好ましく、６０％以下が好ましく、６５％以下が好ましく、特に５０％以下が好ましい。クラック発生率が低い程、強化ガラスに表面傷が付き難くなるため、強化ガラスの機械的強度が低下し難くなり、また機械的強度がばらつき難くなる。また、クラック発生率が低いと、強化後切断、例えば強化後スクライブ切断時にラテラルクラックが発生し難くなり、強化後切断を適正に行い易くなる。結果として、デバイスの製造コストを低廉化し易くなる。
本発明の強化用ガラスは、粘度１０４．５ｄＰａ・ｓでオーバーフローダウンドロー法で用いる成形体材質（例えばデンスジルコン又はアルミナ、特にアルミナ）に４８時間接触させたとき、接触界面に失透を生じないことが好ましい。
以下のようにして、本発明の強化用ガラス、強化ガラス、及び強化ガラス板を作製することができる。
まず上記のガラス組成になるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入して、１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で板状等に成形し、徐冷することにより、ガラス板等を作製することができる。
ガラス板を成形する方法として、オーバーフローダウンドロー法を採用することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法は、大量に高品位なガラス板を作製できると共に、大型のガラス板も容易に作製できる方法であり、またガラス板の仮想温度Ｔｆを高め易い。更に、オーバーフローダウンドロー法では、成形体として、アルミナやデンスジルコンが使用される。本発明の強化用ガラスは、アルミナやデンスジルコン、特に、アルミナとの適合性が良好である（成形体と反応して泡やブツ等を発生させ難い）。
オーバーフローダウンドロー法以外にも、種々の成形方法を採用することができる。例えば、フロート法、ダウンドロー法（スロットダウン法、リドロー法等）、ロールアウト法、プレス法等の成形方法を採用することができる。
次に、得られた強化用ガラスを強化処理することにより、強化ガラスを作製することができる。強化ガラスを所定寸法に切断する時期は、強化処理の前でもよいが、強化処理の後でもよい。
強化処理として、イオン交換処理が好ましい。イオン交換処理の条件は、特に限定されず、ガラスの粘度特性、用途、厚み、内部の引っ張り応力、寸法変化等を考慮して最適な条件を選択すればよい。例えば、イオン交換処理は、４００〜５５０℃のＫＮＯ３溶融塩中に、ガラスを１〜８時間浸漬することで行うことができる。特に、ＫＮＯ３溶融塩中のＫイオンをガラス中のＮａ成分とイオン交換すると、ガラスの表面に圧縮応力層を効率良く形成することができる。
以下、実施例に基づいて、本発明を説明する。なお、以下の実施例は、単なる例示である。本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。
表１〜３４は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜２０４）を示している。
次のようにして表中の各試料を作製した。表１〜８に記載の各試料については、表中のガラス組成になるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃で８時間溶融した。その後、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、板状に成形した。また、表９〜３４に記載の各試料については、表中のガラス組成になるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃で２１時間溶融した。その後、得られた溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して、板状に成形した。得られたガラス板について、種々の特性を評価した。
密度ρは、周知のアルキメデス法によって測定した値である。
熱膨張係数αは、ディラトメーターを用いて、２５〜３８０℃の温度範囲における平均熱膨張係数を測定した値である。
ヤング率Ｅは、周知の共振法で測定した値である。
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法に基づいて測定した値である。
軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ Ｃ３３８の方法に基づいて測定した値である。
高温粘度１０４．０ｄＰａ・ｓ、１０３．０ｄＰａ・ｓ、１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度は、白金球引き上げ法で測定した値である。
液相温度ＴＬは、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れた後、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。
液相粘度は、液相温度におけるガラスの粘度を白金球引き上げ法で測定した値である。
次のようにして、クラック発生率を測定した。まず湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重１０００ｇｆに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。このようにして圧子を２０回打ち込み、総クラック発生数を求めた後、総クラック発生数／８０×１００の式により求めた。
次のようにしてアルミナとの適合性を評価した。粘度１０４．５ｄＰａ・ｓの各試料とアルミナを接触させ、４８時間経過させた。その後、各試料とアルミナの接触界面を観察し、失透結晶が析出していない場合を「○」、失透結晶が析出している場合を「×」として評価した。
表１〜３４から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜２０４は、密度が２．５４ｇ／ｃｍ３以下、熱膨張係数が８８〜１００×１０−７／℃であり、強化ガラスの素材、つまり強化用ガラスとして好適であった。また液相粘度が１０４．４ｄＰａ・ｓ以上であるため、オーバーフローダウンドロー法で板状に成形可能であり、しかも１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１７３８℃以下であるため、生産性が高く、大量のガラス板を安価に作製できるものと考えられる。なお、強化処理前後で、ガラスの表層におけるガラス組成が微視的に異なるものの、ガラス全体として見た場合は、ガラス組成が実質的に相違しない。
次に、表１〜８に記載の各試料の両表面に光学研磨を施した後、４４０℃のＫＮＯ３溶融塩（新品ＫＮＯ３溶融塩）中に６時間浸漬することにより、イオン交換処理を行った。また、表９〜３４に記載の各試料の両表面に光学研磨を施した後、４３０℃のＫＮＯ３溶融塩（新品ＫＮＯ３溶融塩）中に４時間浸漬することにより、イオン交換処理を行った。イオン交換処理後に各試料の表面を洗浄した。続いて、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から表面の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）と厚み（ＤＯＬ）を算出した。算出に当たり、各試料の屈折率を１．５１、光学弾性定数を３０［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］とした。
表１〜３４から明らかなように、各試料について、新品ＫＮＯ３溶融塩でイオン交換処理を行ったところ、その表面の圧縮応力層の圧縮応力値は８２３ＭＰａ以上、厚みは２７μｍ以上であった。
表７に記載の試料Ｎｏ．３９のガラス組成になるように、各ガラス原料を調合、溶融、清澄後に、得られた溶融ガラスをオーバーフローダウンドロー法で板状に成形して、板厚０．７ｍｍのガラス板を得た。得られたガラス板について、仮想温度Ｔｆを測定した。以下に仮想温度Ｔｆの測定方法を記載する。サンプルを歪点以上の温度で２４時間保持した後、速やかに金属板に接触させて急冷させ、寸法変化を測定する。仮想温度Ｔｆより高い温度Ｔ１で保持した場合、寸法変化は正の値△Ｌ１を示し、仮想温度Ｔｆより低い温度Ｔ２で保持した場合、寸法変化は負の値△Ｌ２を示す。Ｔ１−Ｔ２が０〜２０℃となるような場合において、次の式からＴｆを求めることができる。Ｔｆ＝（Ｔ２×△Ｌ１−Ｔ１×△Ｌ２）／（△Ｌ１−△Ｌ２）。また、得られたガラス板を４４０℃のＫＮＯ３溶融塩（使用履歴のないＫＮＯ３溶融塩）中に６時間浸漬することにより、イオン交換処理を行った。その結果、表中に記載の通り、得られたガラス板は、仮想温度Ｔｆが６５１℃であり、また、強化処理前後の寸法変化率Ｓが５２５ｐｐｍであった。なお、表１〜３４の試料Ｎｏ．１〜３８、４０〜２０４について、同様の評価を行った場合、得られるガラス板は、仮想温度Ｔｆが５５０℃以上、強化処理前後の寸法変化率Ｓが１０００ｐｐｍ以下になると考えられる。
本発明の強化ガラス及び強化ガラス板は、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ等のカバーガラス、或いはタッチパネルディスプレイ等のガラス基板として好適である。また、本発明の強化ガラス及び強化ガラス板は、これらの用途以外にも、高い機械的強度が要求される用途、例えば窓ガラス、磁気ディスク用基板、フラットパネルディスプレイ用基板、太陽電池用カバーガラス、固体撮像素子用カバーガラス、食器への応用が期待できる。

Claims (19)

  1. 表面に圧縮応力層を有する強化ガラスであって、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２％、Ｎａ２Ｏ ５〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、ＭｇＯ ０．５〜４％を含有し、実質的にＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＰｂＯ、及びＦを含有しないことを特徴とする強化ガラス。
  2. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜８０％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、ＭｇＯ ０．５〜４％、ＳｒＯ ０〜２％を含有することを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
  3. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、ＭｇＯ ０．５〜４％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜４．５％を含有することを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
  4. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、ＭｇＯ ０．５〜４％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％を含有することを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
  5. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．７％、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、ＭｇＯ ０．５〜４％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜４％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．６０であることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
  6. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７６％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、ＭｇＯ ０．５〜４％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜２％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．５５であることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
  7. ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ２ ５０〜７３％、Ａｌ２Ｏ３ ２１〜３０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１．０％未満、Ｎａ２Ｏ ７．０超〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １０〜３０％、ＭｇＯ ０．５〜４％、ＣａＯ ０〜４％、ＳｒＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜０．５％、ＺｒＯ２ ０〜２％、ＳｎＯ２ ０．２〜３％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１％を含有し、モル比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）が０〜０．５５であることを特徴とする請求項１に記載の強化ガラス。
  8. 圧縮応力層の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上で且つ１２００ＭＰａ以下、圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上で且つ６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の強化ガラス。
  9. 液相温度が１２００℃以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の強化ガラス。
  10. 液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の強化ガラス。
  11. １０４．０ｄＰａ・ｓにおける温度が１３００℃以下であることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の強化ガラス。
  12. ２５〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数が１００×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の強化ガラス。
  13. 請求項１〜１２の何れか一項に記載の強化ガラスからなることを特徴とする強化ガラス板。
  14. 長さ寸法が５００ｍｍ以上、幅寸法が３００ｍｍ以上、厚みが０．５〜２．０ｍｍの強化ガラス板であって、圧縮応力層の圧縮応力値が３００ＭＰａ以上で且つ１２００ＭＰａ以下、圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上で且つ６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の強化ガラス板。
  15. ヤング率が６５ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の強化ガラス板。
  16. 内部に成形時の合流面を有することを特徴とする請求項１３〜１５の何れか一項に記載の強化ガラス板。
  17. 未研磨の表面を有することを特徴とする請求項１６に記載の強化ガラス板。
  18. タッチパネルディスプレイに用いることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか一項に記載の強化ガラス板。
  19. 携帯電話のカバーガラスに用いることを特徴とする請求項１３〜１７の何れか一項に記載の強化ガラス板。
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