JP6245275B2 - 化学強化用ガラス及び化学強化処理されたガラス - Google Patents
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Description
そこで、カバーガラスの強度を高めるため、カバーガラスに対して化学強化処理を実施することが考えられる。
酸化物基準の質量百分率表示で、
60%〜75%のSiO2と、
3%〜9%のAl2O3と、
2%〜10%のMgOと、
3%〜10%のCaOと、
10%〜18%のNa2Oと、
最大4%のK2Oと、
0%〜3%のZrO2と、
0%〜0.3%のTiO2と、
0.02%〜0.4%のSO3と、
を有し、
ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2が1530℃以下であり、
化学強化処理された主表面において、圧縮応力層深さが8μm以上であり、表面圧縮応力が500MPa以上であることを特徴とする化学強化処理されたガラスが提供される。
60%〜75%のSiO2と、
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を有し、
ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2が1530℃以下であることを特徴とするガラスが提供される。
60%〜75%のSiO2と、
3%〜9%のAl2O3と、
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0%〜0.3%のTiO2と、
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を有し、
ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2が1530℃以下であることを特徴とする化学強化用ガラスが提供される。
本発明の一実施形態では、化学強化処理されたガラスであって、
酸化物基準の質量百分率表示で、
60%〜75%のSiO2と、
3%〜9%のAl2O3と、
2%〜10%のMgOと、
3%〜10%のCaOと、
10%〜18%のNa2Oと、
最大4%のK2Oと、
0%〜3%のZrO2と、
0%〜0.3%のTiO2と、
0.02%〜0.4%のSO3と、
を有し、
ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2が1530℃以下であり、
化学強化処理された主表面において、圧縮応力層深さが8μm以上であり、表面圧縮応力が500MPa以上であることを特徴とする化学強化処理されたガラス(以下、「本発明による第1のガラス」という)が提供される。
次に、前述のような特徴を有する本発明による第1のガラスの組成について詳しく説明する。なお、ここでは、化学強化処理を適用する前のガラスの組成について説明する。
次に、本発明による第1のガラスの特性について詳しく説明する。
本発明による第1のガラスは、前述のような組成を有するため、ガラス融液の粘性が比較的低い。すなわち、本発明による第1のガラスにおいて、ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2は、1530℃以下である。
また、同様に、前述のような組成を有するため、ガラス融液の粘性が比較的低く、本発明による第1のガラスにおいて、ガラス融液の粘性が104dPa・secとなる温度T4は、1100℃以下であることが好ましい。
本発明による第1のガラスは、ガラス転移点が、530℃以上であることが好ましく、540℃以上であることがより好ましく、550℃以上であることがさらに好ましい。また、600℃以下であることが特に好ましい。ガラス転移点が530℃以上であることにより、化学強化処理時の応力緩和の抑制、熱反りの抑制等の点で有利となる。またガラス転移点の調整は、SiO2およびAl2O3の総量と、Na2OおよびK2Oの量を調整すること等により可能である。
本発明による第1のガラスは、50〜350℃の平均線熱膨張係数(熱膨張係数)が、80〜100×10−7℃−1であることが好ましく、80〜95×10−7℃−1であることがより好ましい。熱膨張係数が80×10−7℃−1以上であることにより、金属や他の物質との熱膨張係数のマッチングの点で有利となる。また熱膨張係数が100×10−7℃−1以下であることにより、耐熱衝撃性、反り特性等の点で有利となる。また熱膨張係数の調整は、Na2OおよびK2Oの量を調整すること等により可能である。
本発明による第1のガラスは、化学強化後の表面圧縮応力を高めるために、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、ガラスの徐冷点付近から400℃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。一方、ガラスの密度が高すぎると物体との接触によりクラックが発生しやすくなる。本発明者らは、化学強化後においても化学強化前のガラスの密度が低いこと、すなわちガラスの構造温度が高いことがクラックを発生しにくくするために重要であることを見出した。したがって、物体との接触で割れないような優れた強度を実現するには、適切な冷却速度で製造された、適切なガラスの構造温度を有するガラスであることが重要である。
本発明による第1のガラスは、化学強化処理されたガラスである。化学強化処理層は、本発明による第1のガラスの少なくとも一つの主表面に形成される。
本発明による第1のガラスの寸法は、特に限られない。本発明による第1のガラスは、例えば、0.1mm〜5mmの範囲の厚さを有しても良い。また、本発明による第1のガラスは、例えば、スマートフォンのような小型表示装置に適合可能な寸法を有しても良い。その場合軽量化の観点から薄いものが望まれるので、厚さは2mm以下、好ましくは1.5mm以下、さらに好ましくは1mm以下である。
次に、図1を参照して、本発明による第1のガラスの製造方法の一例について、簡単に説明する。なお、以下に示す製造方法は、単なる一例であって、本発明による第1のガラスは、別の製造方法で製造されても良い。
(a)所定の成分を含むガラス原料を溶解した後、凝固させ、ガラス板を得るステップ(ステップS110)と、
(b)前記ガラス板を所定の寸法で切断し、ガラス片を得るステップ(ステップS120)と、
(c)前記ガラス片に対して、化学強化処理を実施するステップ(ステップS130)と、
を有する。
まず、ガラス原料が準備される。次に、ガラス原料が溶解され、溶融ガラスが形成される。溶解温度は、特に限られない。その後、溶融ガラスは、平板形状に成形されながら凝固され、ガラス板が製造される。
次に、得られたガラス板が所定の寸法に切断される。例えば、本発明による第1のガラスを小型表示装置のカバーガラスとして利用する場合、本工程において、ガラス板は、そのようなカバーガラスの寸法や多面取りを含むカバーガラスの製造工程に適した寸法に切断される。切断の方法としては、従来の一般的な方法が適用されても良い。
次に、得られたガラス片に対して、化学強化処理が適用される。
表1の例1および例9の欄に示す組成のガラスを、板厚が0.7mmとなるようにフロート法で製造した。また、得られたガラスを10cm×10cmに切断して、10cm×10cm×厚さ0.7mmの板状ガラスサンプルを製造し、その特性について評価した。例1および例9は、ともにフロート法で作製したガラスであり、ガラス表面の片面にSn成分が存在する。
以下の手順でガラスサンプルを製造し、その特性について評価した。
次に、製造された各ガラスサンプルの特性について評価した。
比重;アルキメデス法
熱膨張係数;TMA法により、50〜350℃の平均線熱膨張係数を求める
ガラス転移点Tg;TMA法
歪点;ファイバーエロンゲーション法
温度T2および温度T4;各ガラスサンプルを溶解させ、回転式粘度計を用いて、溶融ガラスの粘度を測定する。粘度が100dPa・secとなる温度をT2(℃)とし、粘度が104dPa・secとなる温度をT4(℃)とした。
以下の手順でガラスサンプルを製造し、その特性について評価した。
例1および例9に係るガラスサンプルに対して、化学強化処理を実施した。
なお、例1のガラスは、前述の方法にて測定したガラス転移点付近の平均冷却速度が63℃/min、再徐冷処理前後における屈折率の差(R2−R1)が、0.00094であった。
例1および例9に係る化学強化処理サンプルを用いて、クラックイニシエーション試験を実施した。この試験はガラスの傷付き性を比較できる評価法で、この結果により落下時のカバーガラスの破壊耐性が推測できる。
表4に示す3種類の組成のガラスサンプル(それぞれ「例16〜例18に係るガラスサンプル」という)を作製した。作製方法については、例10のガラスサンプルなどを作製した方法と同様である。ここで、表4における各組成は、蛍光X線法により分析した結果である。
次に、フロート成形で得られるガラスを模擬したガラス、及びそれと同等な組成であり実験室で得られるガラスを用いて、冷却条件とクラックイニシエーションとの関係を調べた。
なお、本出願は、2013年12月13日付けで出願された日本特許出願(特願2013−258116)及び2014年2月7日付けで出願された日本特許出願(特願2014−022850)に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (11)
- 化学強化処理されたガラスであって、
酸化物基準の質量百分率表示で、
60%〜75%のSiO2と、
3%〜9%のAl2O3と、
2%〜6%のMgOと、
3%〜10%のCaOと、
10%〜18%のNa2Oと、
最大4%のK2Oと、
0%〜3%のZrO2と、
0%〜0.3%のTiO2と、
0.02%〜0.4%のSO3と、
を有し、
CaO/MgO>1.1であり、
ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2が1530℃以下であり、
化学強化処理された主表面において、圧縮応力層深さが8μm以上であり、表面圧縮応力が500MPa以上であり、
フロート法で作製されたことを特徴とする化学強化処理されたガラス。 - (Na2O+K2O)/Al2O3が5.0以下である、請求項1に記載の化学強化処理されたガラス。
- 厚さが0.1mm〜5mmの範囲である、請求項1または2に記載の化学強化処理されたガラス。
- 全端面が化学強化処理されている、請求項1乃至3のいずれか一つに記載の化学強化処理されたガラス。
- 圧縮応力層深さは、25μm以下である、請求項1乃至4のいずれか一つに記載の化学強化処理されたガラス。
- 少なくともガラス表面の片面にSn成分が存在する、請求項1乃至5のいずれか一つに記載の化学強化処理されたガラス。
- ガラス転移点が530℃以上である、請求項1乃至6のいずれか一つに記載の化学強化処理されたガラス。
- 酸化物基準の質量百分率表示で、
60%〜75%のSiO2と、
3%〜9%のAl2O3と、
2%〜6%のMgOと、
3%〜10%のCaOと、
10%〜18%のNa2Oと、
最大4%のK2Oと、
0%〜3%のZrO2と、
0%〜0.3%のTiO2と、
0.02%〜0.4%のSO3と、
を有し、
CaO/MgO>1.1であり、
ガラス融液の粘性が100dPa・secとなる温度T2が1530℃以下であり、
フロート法で作製されたことを特徴とする化学強化用ガラス。 - (Na2O+K2O)/Al2O3が5.0以下である、請求項8に記載の化学強化用ガラス。
- 前記化学強化用ガラスの室温での屈折率をR1とし、前記化学強化用ガラスをガラス転移点より100℃程度高い温度にて10分間保持後、1℃/分の速度で室温まで徐冷した後の室温での屈折率をR2としたときに、R2−R1が0.0003以上、0.0012以下である請求項8または9に記載の化学強化用ガラス。
- ガラス転移点が530℃以上である請求項8乃至10のいずれかに記載の化学強化用ガラス。
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