JP6607356B2 - ガラス、および、それを用いた化学強化ガラス - Google Patents
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Description
本発明は、化学強化処理に適したガラスに関する。
また、本発明は、上記のガラスを用いた化学強化ガラスに関する。
また、本発明は、上記のガラスを用いた化学強化ガラスに関する。
液晶部材またはＬＥＤ部材などの表示手段を備える表示装置は、例えば、電子手帳、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、およびスマートフォン等のような小型および／または携帯用の表示装置として、幅広く使用されている。このような表示装置には、該表示装置を保護するため、表面にカバーガラスが設置されている。
表示装置、特に携帯用の表示装置は、ユーザが使用中や携帯中に不注意で落としてしまう可能性が比較的高い。そのため、表示装置を落とした場合であっても、カバーガラスの破損を回避することが可能な、高い強度を有するカバーガラスが要望されている。
また、近年の表示装置の高精細化にともない、カバ−ガラスには、そのような高精細化機能を損なわないよう、表示画像に対して高い視認性を有することが求められている。
ここで、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。
また、近年の表示装置の高精細化にともない、カバ−ガラスには、そのような高精細化機能を損なわないよう、表示画像に対して高い視認性を有することが求められている。
ここで、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。
これまで、一般的に知られているソーダライムシリケートガラスでは、イオン交換速度が遅いため、化学強化処理によって形成される、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が十分ではなかった。また、ガラスの脆性が高いため、取り扱いの際にクラックが生じやすいという問題があった。
本願出願人は、上記の問題点を解決するため、特許文献１に記載の化学強化用ガラスを提供している。この化学強化用ガラスは、イオン交換速度が速いため、化学強化処理によって形成される、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が十分である。また、脆性が低いため、取り扱いの際にクラックが生じにくい。
しかしながら、特許文献１に記載の化学強化用ガラスは、溶解粘性が高いため、生産性に劣る。また、ガラス転移点（Ｔｇ）が低いため、化学強化処理中に応力が緩和し、高い表面圧縮応力（ＣＳ）を得られないという問題があった。
上記した従来技術の問題点を解決するため、本発明は、低脆性、低溶解粘性、および、高い化学強化特性を満たす、化学強化処理用ガラス、および、それを用いた化学強化ガラスを提供することを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するため、酸化物基準の質量％表示で、
ＳｉＯ2 ６３〜７６、
Ｂ2Ｏ3 ０〜２、
Ａｌ2Ｏ3 ２〜７、
ＭｇＯ ２〜１２、
ＣａＯ ０．１〜３、
Ｎａ2Ｏ １４．５〜１９、
Ｋ2Ｏ ０〜３、
Ｆｅ2Ｏ3 ０〜０．５を含有し、
アルカリ土類金属酸化物の合計含有量（ＲＯ）が８〜１５であり、
１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧３を満たし、
ガラス粘度が１０2ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ2が１５７０℃以下である、化学強化処理用ガラスを提供する。
ＳｉＯ2 ６３〜７６、
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Ａｌ2Ｏ3 ２〜７、
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アルカリ土類金属酸化物の合計含有量（ＲＯ）が８〜１５であり、
１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧３を満たし、
ガラス粘度が１０2ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ2が１５７０℃以下である、化学強化処理用ガラスを提供する。
本発明の化学強化処理用ガラスにおいて、ＭｇＯ／ＲＯが０．５以上であることが好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスにおいて、酸化物基準の質量％表示で、
ＳｉＯ2 ６３〜７３
Ａｌ2Ｏ3 ２〜７
ＭｇＯ ６〜１０
ＣａＯ ０．３〜３
であることが好ましい。
ＳｉＯ2 ６３〜７３
Ａｌ2Ｏ3 ２〜７
ＭｇＯ ６〜１０
ＣａＯ ０．３〜３
であることが好ましい。
また、本発明は、本発明の化学強化処理用ガラスの少なくとも一方の主表面に化学強化処理を施した化学強化ガラスを提供する。
本発明の化学強化ガラスは、前記化学強化処理が施された主表面において、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が８μｍ以上であり、表面圧縮応力（ＣＳ）が３００ＭＰａ以上であることが好ましい。
また、本発明の化学強化ガラスは、前記化学強化処理が施された主表面における、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が２０μｍ以上であり、表面圧縮応力（ＣＳ）が５５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２が１６００℃以下と低いため、ガラスの溶解性が良好であり、生産性が高い。
また、本発明の化学強化処理用ガラスは、低脆性であるため、取り扱いの際にクラックが生じにくい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、イオン交換速度が速いため、化学強化処理によって形成される、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が十分であり、８μｍ以上となる。また、化学強化処理によって、３００ＭＰａ以上という高い表面圧縮応力（ＣＳ）が得られる。
また、本発明の化学強化処理用ガラスは、低脆性であるため、取り扱いの際にクラックが生じにくい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、イオン交換速度が速いため、化学強化処理によって形成される、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が十分であり、８μｍ以上となる。また、化学強化処理によって、３００ＭＰａ以上という高い表面圧縮応力（ＣＳ）が得られる。
以下、本発明の化学強化処理用ガラス、および、化学強化ガラスについて説明する。
本発明の化学強化処理用ガラスの各成分の組成範囲について説明する。
なお、本発明の化学強化処理用ガラスの各成分の含有量を表す「％」は、特に断りのない限り、酸化物基準の「質量％」を意味する。また、本明細書において、「質量％」と「重量％」は同義である。
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。
なお、本発明の化学強化処理用ガラスの各成分の含有量を表す「％」は、特に断りのない限り、酸化物基準の「質量％」を意味する。また、本明細書において、「質量％」と「重量％」は同義である。
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６３〜７６％であり、その下限は６４％以上が好ましく、より好ましくは６５％以上、さらに好ましくは６６％以上、さらに好ましくは６７％以上、特に好ましくは６８％以上である。また、ＳｉＯ２の含有量の上限は、７５％以下が好ましく、より好ましくは７４％以下、さらに好ましくは７３％以下である。ＳｉＯ２の含有量が６３％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７６％以下であると、溶解性および成形性の点で優位である。
Ｂ２Ｏ３は、高温での溶解性が良好になり、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できるため、２％以下の範囲で含有してもよい。上記の効果を得るためには、Ｂ２Ｏ３含有量は０．５％以上が好ましく、より好ましくは１％以上である。溶解中のアルカリホウ酸化合物の揮散による組成変動を起こしにくくする場合には、Ｂ２Ｏ３含有量は１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましく、実質的に含有しないことがさらに好ましい。なお、「実質的に含有しない」とは、原料等から混入する不可避的不純物以外には含有しないこと、すなわち、意図的に含有させないことを意味する。以下同じである。
Ａｌ２Ｏ３は、化学強化処理におけるイオン交換性を向上させる作用があり、特に表面圧縮応力（ＣＳ）を向上する作用が大きい。ガラスの耐候性を向上する成分としても知られている。
Ａｌ２Ｏ３の含有量は、２〜１０％であり、その下限は２．５％以上が好ましく、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは３．５％以上、さらに好ましくは４％以上、さらに好ましくは４．５％以上、さらに好ましくは５％以上、特に好ましくは５．５％以上である。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量の上限は、９．５％以下が好ましく、より好ましくは９％以下、さらに好ましくは８．５％以下、さらに好ましくは８％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２％以上であると、イオン交換により、所望の表面圧縮応力（ＣＳ）値が得られ、また、フロート成形時にボトム面からのスズの浸入を抑制する効果を発揮し、スズに接していたボトム面側を化学強化処理した際に、表面圧縮応力（ＣＳ）の低下を防止することができる。一方、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１０％以下であると、高温での溶解性が良好になり、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できる。
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、２〜１２％であり、その下限は２．５％以上が好ましく、より好ましくは３％以上、さらに好ましくは３．５％以上、さらに好ましくは４％以上、さらに好ましくは４．５％以上、特に好ましくは５％以上である。また、ＭｇＯの含有量の上限は、１１．５％以下が好ましく、より好ましくは１１％以下、さらに好ましくは１０．５％以下、さらに好ましくは１０％以下、さらに好ましくは９．５％以下、特に好ましくは９％以下である。ＭｇＯの含有量が２％以上であると、高温での溶解性が良好になり、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できる。一方、ＭｇＯの含有量が１２％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、０．１〜８％であり、その下限は０．３％以上が好ましく、より好ましくは０．５％以上、さらに好ましくは１％以上である。また、ＣａＯの含有量の上限は、６％以下が好ましく、より好ましくは５％以下、さらに好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２％以下、特に好ましくは１．５％以下である。ＣａＯの含有量が０．１％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８％以下であると、充分なイオン交換速度が得られ、所望の厚さの化学強化処理層が得られる。特に線熱膨張係数（ＣＴＥ）を低下させて化学強化処理で起こる反りを防ぎたい場合は、ＣａＯの含有量の上限は、５％以下が好ましく、より好ましくは３％以下、さらに好ましくは１％以下であり、特に好ましくは１％未満である。
Ｎａ２Ｏは、イオン交換により化学強化処理層を形成させる必須成分である。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の含有量は、１４．５〜１９％であり、その下限は１５％以上が好ましく、より好ましくは１５．５％以上、さらに好ましくは１６％以上である。また、Ｎａ２Ｏの含有量の上限は、１８．５％以下が好ましく、より好ましくは１８％以下、さらに好ましくは１７．５％以下、特に好ましくは１７％以下である。Ｎａ２Ｏの含有量が１４．５％以上であると、イオン交換により所望の化学強化処理層を形成することができ、表面圧縮応力（ＣＳ）が向上する。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が１９％以下であると、充分な耐候性が得られ、ＣＴＥが上がりすぎずに化学強化処理後のガラスを反り難くすることができる。
Ｋ２Ｏは、イオン交換速度を高め、化学強化処理層を厚くする効果があるため、３％以下の範囲で含有してもよい。３％以下であると、充分な表面圧縮応力が得られる。Ｋ２ＯはＣＴＥを増加させる成分であるため、Ｋ２Ｏを含有する場合は、好ましくは２．５％以下、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．５％以下であり、実質的に含有しないことが特に好ましい。
Ｌｉ２Ｏは、ガラス転移点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２％未満であることが好ましく、より好ましくは１％以下、特に好ましくは０．１％未満である。
Ｆｅ２Ｏ３は、必須成分ではないが、自然界およ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、緑色に着色することが知られている。
Ｆｅ２Ｏ３含有量が０．５％以下であると、化学強化処理後に、カバーガラスとして使用した際、カバーガラスの下に配置される部材の色味がカバーガラスを通して見たときにも変化しない。Ｆｅ２Ｏ３含有量は、好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２％以下である。
Ｆｅ２Ｏ３含有量が０．５％以下であると、化学強化処理後に、カバーガラスとして使用した際、カバーガラスの下に配置される部材の色味がカバーガラスを通して見たときにも変化しない。Ｆｅ２Ｏ３含有量は、好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２％以下である。
アルカリ土類金属酸化物（ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ）の合計含有量（以下、「ＲＯ」と記載する。）は、５〜１５％であり、その下限は５．５％以上が好ましく、より好ましくは６％以上、さらに好ましくは６．５％以上、さらに好ましくは７％以上、さらに好ましくは７．５％以上、さらに好ましくは８％以上、さらに好ましくは８．５％以上、特に好ましくは９％以上である。また、ＲＯの上限は、１４．５％以下が好ましく、より好ましくは１４％以下、さらに好ましくは１３．５％以下、さらに好ましくは１３％以下、さらに好ましくは１２．５％以下、特に好ましくは１２％以下である。
ＲＯが５％以上であると、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できる。一方、ＲＯが１５％以下であると、失透温度の上昇を防止することができる。
ＲＯが５％以上であると、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できる。一方、ＲＯが１５％以下であると、失透温度の上昇を防止することができる。
本発明の化学強化処理用ガラスは、ガラス成分中のＭｇＯおよびＲＯからなる下記式（１）が３以上であると、ガラスが低脆性であり、取り扱いの際にクラックが生じにくい。
１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ （１）
なお、上記式（１）が３以上である場合に、ガラスが低脆性となることは後述する実施例でも示されている。
本発明の化学強化処理用ガラスは、式（１）が３．５以上であることが好ましく、より好ましくは４以上、さらに好ましくは４．５以上、特に好ましくは５以上である。
一方、本発明の化学強化処理用ガラスは、式（１）が１０以下であることが、高温での溶解性が良好になり、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できる点で好ましく、式（１）はより好ましくは９以下、さらに好ましくは８以下、さらに好ましくは７以下、さらに好ましくは６．５以下、特に好ましくは６以下である。
１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ （１）
なお、上記式（１）が３以上である場合に、ガラスが低脆性となることは後述する実施例でも示されている。
本発明の化学強化処理用ガラスは、式（１）が３．５以上であることが好ましく、より好ましくは４以上、さらに好ましくは４．５以上、特に好ましくは５以上である。
一方、本発明の化学強化処理用ガラスは、式（１）が１０以下であることが、高温での溶解性が良好になり、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２の上昇を防止できる点で好ましく、式（１）はより好ましくは９以下、さらに好ましくは８以下、さらに好ましくは７以下、さらに好ましくは６．５以下、特に好ましくは６以下である。
本発明の化学強化処理用ガラスにおいて、アルカリ土類金属酸化物におけるＭｇＯの割合（以下、「ＭｇＯ／ＲＯ」と記載する。）は０．５以上であり、０．５５以上が好ましく、より好ましくは０．６以上、さらに好ましくは０．６５以上、さらに好ましくは０．７以上、さらに好ましくは０．７５以上、さらに好ましくは０．８以上、さらに好ましくは０．８５以上、特に好ましくは０．９以上である。
ＭｇＯ／ＲＯが０．５以上であるとイオン交換速度を高め、化学強化処理層を厚くすることができる。
ＭｇＯ／ＲＯが０．５以上であるとイオン交換速度を高め、化学強化処理層を厚くすることができる。
本発明の化学強化処理用ガラスは本質的に上記成分からなるが、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。その他の成分としてはたとえば以下がある。
ＺｒＯ２は、一般に化学強化処理の際の表面圧縮応力（ＣＳ）を大きくする作用があることが知られている。ただし、ＺｒＯ２を含有しても、コスト増加の割には、その効果は大きくない。従って、コストが許す範囲で、任意の割合のＺｒＯ２を含有することができる。ＺｒＯ２を含有する場合は、３％以下であることが好ましく、より好ましくは２．５％以下、さらに好ましくは２％以下、さらに好ましくは１．５％以下、さらに好ましくは１％以下、特に好ましくは０．５％以下である。
この他、本発明の化学強化処理用ガラスは、発明の効果を失わない範囲で、例えば、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ等の着色成分や、Ｚｎ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｃｌ、Ｆ、ＳＯ３等を、合計で３％以下含んでもよい。
次に、本発明の化学強化処理用ガラスの特性について説明する。
本発明の化学強化処理用ガラスは、高温での溶解性が良好であるという観点から、ガラス粘度が１０２ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ２が１６００℃以下である。本発明の化学強化処理用ガラスは、温度Ｔ２が１５７０℃以下であることが好ましく、１５５０℃以下であることがより好ましい。
なお、この温度Ｔ２は、回転式粘度計等を用いて測定することができる。
なお、この温度Ｔ２は、回転式粘度計等を用いて測定することができる。
本発明の化学強化処理用ガラスは、高温での溶解性が良好であるため、各種の製造方法が適用できる。たとえば、常法にしたがって目標組成になるように各原料を調合し、これを１４５０〜１６５０℃に加熱しガラス化する。次いでこの熔融ガラスを清澄した後、所定の形状に成形する。化学強化処理後のガラスをカバーガラス等の用途に使用する場合は、板ガラスに成形する。
本発明の化学強化処理用ガラスは、ガラス粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ４が１３００℃以下であることが、フロート成形に適しているため好ましい。本発明の化学強化処理用ガラスは、温度Ｔ４が１２００℃以下であることがより好ましく、１１５０℃以下であることがさらに好ましい。
なお、この温度Ｔ４は、回転式粘度計等を用いて測定することができる。
なお、この温度Ｔ４は、回転式粘度計等を用いて測定することができる。
本発明の化学強化処理用ガラスは、ガラス転移点（Ｔｇ）が、５２０℃以上であることが好ましい。Ｔｇが５２０℃以上であると、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。例えば、化学強化処理時の応力緩和が抑制されるため、高い表面圧縮応力（ＣＳ）を得ることができる。Ｔｇが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く、５６０℃以上であることが最も好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、線熱膨張係数（ＣＴＥ）が、１００×１０−７／℃以下であることが好ましい。ＣＴＥが１００×１０−７／℃以下であると、化学強化処理でのガラスの反りが起こりにくくなる。ＣＴＥが９７×１０−７／℃以下であることが好ましく、９５×１０−７／℃以下であることがより好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、低脆性であり、取り扱いの際にクラックが生じにくい。具体的には、後述する実施例に記載の手順にしたがって、脆性評価を実施した際に、クラック発生率が５０％以上となる荷重が０．１ｋｇｆ以上である。
本発明の化学強化処理用ガラスは、室温で測定される比重が２．５５以下であることが、化学強化処理後のガラスをカバーガラス等の用途に使用する上で好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、比重が２．５２以下であることがより好ましく、２．５０以下であることがさらに好ましい。フロート法やオーバフローダウンドロー法などのように連続的に板ガラスを製造する設備で、一般的に知られているソーダライムシリケートガラスから組成を変更する場合、一般的に知られているソーダライムシリケートの比重である２．４９から離れすぎると組成変更がしにくくなるため、２．４０以上が好ましく、２．４２以上がより好ましく、２．４４以上がさらに好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、比重が２．５２以下であることがより好ましく、２．５０以下であることがさらに好ましい。フロート法やオーバフローダウンドロー法などのように連続的に板ガラスを製造する設備で、一般的に知られているソーダライムシリケートガラスから組成を変更する場合、一般的に知られているソーダライムシリケートの比重である２．４９から離れすぎると組成変更がしにくくなるため、２．４０以上が好ましく、２．４２以上がより好ましく、２．４４以上がさらに好ましい。
本発明の化学強化処理用ガラスは、以下に示すように化学強化特性が良好である。
本発明の化学強化処理用ガラスの主表面に化学強化処理を施した場合に、化学強化処理後のガラス（以下、「化学強化ガラス」という。）の化学強化処理が施された主表面における表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が８μｍ以上であることが、加工時に生じる傷の影響を受けにくくするために好ましい。本発明の化学強化ガラスは、ＤＯＬが９μｍ以上であることがより好ましい。
一方、本発明の化学強化ガラスは、ＤＯＬが２５μｍ以下であることが、化学強化後の切断性が良好であるため好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１８μｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、ＤＯＬは、市販の表面応力計により評価することができる。
本発明の化学強化処理用ガラスの主表面に化学強化処理を施した場合に、化学強化処理後のガラス（以下、「化学強化ガラス」という。）の化学強化処理が施された主表面における表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が８μｍ以上であることが、加工時に生じる傷の影響を受けにくくするために好ましい。本発明の化学強化ガラスは、ＤＯＬが９μｍ以上であることがより好ましい。
一方、本発明の化学強化ガラスは、ＤＯＬが２５μｍ以下であることが、化学強化後の切断性が良好であるため好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましく、１８μｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、ＤＯＬは、市販の表面応力計により評価することができる。
また、本発明の化学強化ガラスは、化学強化処理された主表面における表面圧縮応力（ＣＳ）が、３００ＭＰａ以上であることが、落下したとき、もしくは曲げたときのガラスの破壊確率が低下するため好ましい。本発明の化学強化ガラスは、ＣＳが、５００ＭＰａ以上であることがより好ましく、６００ＭＰａ以上であることがさらに好ましく、７００ＭＰａ以上であることが特に好ましい。
なお、ＣＳは、市販の表面応力計により評価することができる。
なお、ＣＳは、市販の表面応力計により評価することができる。
また、本発明の化学強化ガラスの用途が、モバイル機器用のカバーガラスの場合、ＤＯＬが２０μｍ以上であり、ＣＳが５５０ＭＰａ以上であることが好ましい。
本発明における化学強化処理は、上述した化学強化処理用ガラスを、４００℃〜４６５℃の硝酸溶融塩中に所定時間浸漬することにより実施できる。硝酸溶融塩には、例えば、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）が使用される。化学強化処理の時間は、特に限られないが、通常の場合、１時間〜１２時間程度実施される。より高いＣＳを得るためには、硝酸ナトリウムなどの不純物濃度が低い硝酸カリウムを用いることが好ましい。
具体的には、硝酸カリウム中の硝酸ナトリウム濃度は３質量％以下であることが好ましく、１質量％以下であることがより好ましい。ただし、硝酸ナトリウム濃度が低すぎると、化学強化のバッチ間でＣＳに差が生じやすいため、硝酸カリウム中の硝酸ナトリウム濃度は０．０５質量％以上であることが好ましく、０．１質量％以上であることがより好ましい。
また、化学強化処理の時間が長くなると、応力緩和によりＣＳが低下するため、化学強化処理の時間は８時間以下が好ましく、６時間以下が好ましい。化学強化処理の時間が１時間未満だと、ＤＯＬが浅く所望の強度が得られにくい恐れがある。好ましくは１．５時間以上、より好ましくは２時間以上である。なお、化学強化を促進する目的、品質を改善する目的で、硝酸カリウム中に添加物を適宜加えてもよい。
化学強化処理は、必ずしも化学強化処理用ガラスの全面に適用する必要はない。例えば、化学強化処理用ガラスのいくつかの面（例えば５つの面）に対してマスク処理をして、化学強化処理を実施することにより、化学強化処理用ガラスの対象面（例えば一つの主表面）にのみ、化学強化処理を施してもよい。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。なお、例１、４、５は実施例であり、例２、３、６〜９は参考例であり、例１０〜例２６は比較例である。例１２は一般的なソーダライムシリケートガラスである。
例１〜２６について、ＳｉＯ2からＫ2Ｏまでの欄に質量百分率表示で示す組成になるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩または硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして９００ｇとなるように秤量した。ついで、混合した原料を白金製るつぼに入れ、１６００℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、４時間溶融し、脱泡、均質化した。
例１〜２６について、ＳｉＯ2からＫ2Ｏまでの欄に質量百分率表示で示す組成になるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩または硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして９００ｇとなるように秤量した。ついで、混合した原料を白金製るつぼに入れ、１６００℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、４時間溶融し、脱泡、均質化した。
得られた溶融ガラスを型材に流し込み、Ｔｇ＋３０℃の温度で１時間保持した後、１℃／分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。このガラスブロックを切断、研削し、最後に両面を鏡面に加工して、サイズが２０ｍｍ×２０ｍｍ、厚みが１ｍｍである板状ガラス（脆性評価用ガラス、及び、化学強化用ガラス）を得た。比重、Ｔｇ、Ｔ２、Ｔ４を以下の方法で測定した。その結果を表１〜３に示す。なお、表中、「ｗｔ％」とは「重量％」であり、「質量％」と同義である。
比重：アルキメデス法
ガラス転移点Ｔｇ：ＴＭＡ法
ＣＴＥ：ＪＩＳ Ｒ １６１８：２００２に基づき、ガラス転移点（Ｔｇ）の測定と同時に熱膨張計（ブルカー・エイエックスエス社製、ＴＤ５０００ＳＡ）を用いて５℃／分の昇温速度で測定し５０〜３５０℃の平均線熱膨張係数を求めた。
温度Ｔ２および温度Ｔ４：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１０２ｄＰａ・ｓとなる温度をＴ２（℃）とし、粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度をＴ４（℃）とした。
脆性評価：温度２２℃、水分露点−１℃の雰囲気下において、ガラスサンプルの表面に、所定の荷重（０．０５ｋｇｆ、０．１ｋｇｆ、０．２ｋｇｆ）でビッカース圧子を１５秒間押し込む。次に、ビッカース圧子を取り除くと、サンプルの表面には、菱形状の圧痕が形成される。押し込みが終了してから１５秒後に、この圧痕の４箇所のコーナー部を観察し、コーナー部に発生したクラックの本数を確認する。上記ビッカース圧子の押し込み、及び、クラック本数の確認を１０回繰り返して、１回のビッカース圧子の押し込みにより発生するクラックの平均本数を算出し、コーナーの個数である４で除する。１回の押し込みにより発生したクラックの平均本数が２本の場合、クラックの発生確率が５０％とする。クラック発生率が５０％以下となる最大の荷重が０．１ｋｇｆ以上の場合、脆性評価を○とし、クラック発生率が５０％以下となる最大の荷重が０．１ｋｇｆ未満の場合、脆性評価を×とする。
ガラス転移点Ｔｇ：ＴＭＡ法
ＣＴＥ：ＪＩＳ Ｒ １６１８：２００２に基づき、ガラス転移点（Ｔｇ）の測定と同時に熱膨張計（ブルカー・エイエックスエス社製、ＴＤ５０００ＳＡ）を用いて５℃／分の昇温速度で測定し５０〜３５０℃の平均線熱膨張係数を求めた。
温度Ｔ２および温度Ｔ４：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１０２ｄＰａ・ｓとなる温度をＴ２（℃）とし、粘度が１０４ｄＰａ・ｓとなる温度をＴ４（℃）とした。
脆性評価：温度２２℃、水分露点−１℃の雰囲気下において、ガラスサンプルの表面に、所定の荷重（０．０５ｋｇｆ、０．１ｋｇｆ、０．２ｋｇｆ）でビッカース圧子を１５秒間押し込む。次に、ビッカース圧子を取り除くと、サンプルの表面には、菱形状の圧痕が形成される。押し込みが終了してから１５秒後に、この圧痕の４箇所のコーナー部を観察し、コーナー部に発生したクラックの本数を確認する。上記ビッカース圧子の押し込み、及び、クラック本数の確認を１０回繰り返して、１回のビッカース圧子の押し込みにより発生するクラックの平均本数を算出し、コーナーの個数である４で除する。１回の押し込みにより発生したクラックの平均本数が２本の場合、クラックの発生確率が５０％とする。クラック発生率が５０％以下となる最大の荷重が０．１ｋｇｆ以上の場合、脆性評価を○とし、クラック発生率が５０％以下となる最大の荷重が０．１ｋｇｆ未満の場合、脆性評価を×とする。
図１は、実施例における、ＭｇＯ／ＲＯと、ＲＯと、の関係、および、脆性評価の結果と、の関係を示したグラフである。図１から、ＲＯ ≦ １５×ＭｇＯ／ＲＯ − ３を満たす場合（１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧ ３を満たす場合）、脆性評価が○となり、ＲＯ ≦ １５×ＭｇＯ／ＲＯ − ３を満たさない場合（１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧ ３を満たさない場合）、脆性評価が×となることが確認できる。
上記の手順で得られた板状ガラスサンプルに対して、下記手順で化学強化処理を実施した。
（化学強化処理１）
化学強化処理は、４２５℃の硝酸カリウム溶融塩中に、ガラスサンプル全体を１５０分間浸漬することにより実施した。硝酸カリウム溶融塩中の硝酸ナトリウム濃度は、２．２％である。
化学強化処理後のガラスサンプルのＤＯＬおよびＣＳを、表面応力計（折原製作所社製：ＦＳＭ−６０００）を用いて測定した。
（化学強化処理１）
化学強化処理は、４２５℃の硝酸カリウム溶融塩中に、ガラスサンプル全体を１５０分間浸漬することにより実施した。硝酸カリウム溶融塩中の硝酸ナトリウム濃度は、２．２％である。
化学強化処理後のガラスサンプルのＤＯＬおよびＣＳを、表面応力計（折原製作所社製：ＦＳＭ−６０００）を用いて測定した。
（化学強化処理２）
化学強化処理におけるイオン交換速度と応力緩和の関係評価：
例１〜１０、例１２〜１３のガラスサンプルについては、３７５℃から４５０℃の間の温度の１００％の硝酸カリウム溶融塩中に、ガラスサンプル全体を６時間浸漬することにより化学強化処理を実施し、化学強化処理後のガラスサンプルのＤＯＬおよびＣＳを測定した。図２は、これらのガラスサンプルについて、ＣＳと、ＤＯＬと、の関係を示したグラフである。図２は、化学強化処理時のイオン交換速度、および、化学強化特性の指標であり、図２中、右上になるほど、化学強化処理時のイオン交換速度が速く、また、応力緩和が少ないため、化学強化特性が良好である。実施例（例１〜例９）のガラスサンプルは、いずれも、比較例（例１０、例１２）に比べて、化学強化処理時のイオン交換速度が速く、また、応力緩和が少ないため、化学強化特性が良好である。化学強化処理温度を調整することにより、ＣＳが５５０ＭＰａ以上、ＤＯＬが２０μｍ以上となる化学強化処理温度が存在する場合○とし、存在しない場合×とする。Ｔｇが５２０℃以下と低く、応力緩和しやすい例１０と、Ａｌ２Ｏ３が２％以下でイオン交換速度が遅い例１２は×となることが確認できる。
化学強化処理におけるイオン交換速度と応力緩和の関係評価：
例１〜１０、例１２〜１３のガラスサンプルについては、３７５℃から４５０℃の間の温度の１００％の硝酸カリウム溶融塩中に、ガラスサンプル全体を６時間浸漬することにより化学強化処理を実施し、化学強化処理後のガラスサンプルのＤＯＬおよびＣＳを測定した。図２は、これらのガラスサンプルについて、ＣＳと、ＤＯＬと、の関係を示したグラフである。図２は、化学強化処理時のイオン交換速度、および、化学強化特性の指標であり、図２中、右上になるほど、化学強化処理時のイオン交換速度が速く、また、応力緩和が少ないため、化学強化特性が良好である。実施例（例１〜例９）のガラスサンプルは、いずれも、比較例（例１０、例１２）に比べて、化学強化処理時のイオン交換速度が速く、また、応力緩和が少ないため、化学強化特性が良好である。化学強化処理温度を調整することにより、ＣＳが５５０ＭＰａ以上、ＤＯＬが２０μｍ以上となる化学強化処理温度が存在する場合○とし、存在しない場合×とする。Ｔｇが５２０℃以下と低く、応力緩和しやすい例１０と、Ａｌ２Ｏ３が２％以下でイオン交換速度が遅い例１２は×となることが確認できる。
表から明らかなように、実施例（例１、４、５）のガラスサンプルは、いずれも、温度Ｔ2が１５７０℃以下である。また、クラック発生率が５０％以下となる最大の荷重が０．１ｋｇｆ以上であり、脆性評価が○である。また、ＤＯＬが８μｍ以上、ＣＳが３００ＭＰａ以上、イオン交換速度と応力緩和の関係評価（化学強化処理２）が○であり、化学強化特性が良好である。
ＭｇＯ含有量が２質量％未満、Ｎａ2Ｏ含有量が１４．５質量％未満の例１０のガラスサンプル、Ａｌ2Ｏ3含有量が１０質量％超の例１１のガラスサンプルは、温度Ｔ2が１５７０℃超であった。１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧３を満たさない例１２〜例２６のガラスサンプルは、いずれも脆性評価が×であった。
ＭｇＯ含有量が２質量％未満、Ｎａ2Ｏ含有量が１４．５質量％未満の例１０のガラスサンプル、Ａｌ2Ｏ3含有量が１０質量％超の例１１のガラスサンプルは、温度Ｔ2が１５７０℃超であった。１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧３を満たさない例１２〜例２６のガラスサンプルは、いずれも脆性評価が×であった。
本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更および変形が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお本出願は、２０１４年６月２７日付で出願された日本特許出願（特願２０１４−１３２５５１）に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (6)
- 酸化物基準の質量％表示で、
ＳｉＯ2 ６３〜７６、
Ｂ2Ｏ3 ０〜２、
Ａｌ2Ｏ3 ２〜７、
ＭｇＯ ２〜１２、
ＣａＯ ０．１〜３、
Ｎａ2Ｏ １４．５〜１９、
Ｋ2Ｏ ０〜３、
Ｆｅ2Ｏ3 ０〜０．５を含有し、
アルカリ土類金属酸化物の合計含有量（ＲＯ）が８〜１５であり、
１５×ＭｇＯ／ＲＯ − ＲＯ ≧３を満たし、
ガラス粘度が１０2ｄＰａ・ｓとなる温度Ｔ2が１５７０℃以下である、化学強化処理用ガラス。 - ＭｇＯ／ＲＯが０．５以上である請求項１に記載の化学強化処理用ガラス。
- 酸化物基準の質量％表示で、
ＳｉＯ2 ６３〜７３
Ａｌ2Ｏ3 ２〜７
ＭｇＯ ６〜１０
ＣａＯ ０．３〜３
である、請求項１または２に記載の化学強化処理用ガラス。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学強化処理用ガラスの少なくとも一方の主表面に化学強化処理を施した化学強化ガラス。
- 前記化学強化処理が施された主表面において、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が８μｍ以上であり、表面圧縮応力（ＣＳ）が３００ＭＰａ以上である、請求項４に記載の化学強化ガラス。
- 前記化学強化処理が施された主表面における、表面圧縮応力層深さ（ＤＯＬ）が２０μｍ以上であり、表面圧縮応力（ＣＳ）が５５０ＭＰａ以上である、請求項４または５に記載の化学強化ガラス。
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