JP7320929B2 - カバーガラス及びカバーガラス用ガラス板の製造方法 - Google Patents
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Description
前記表示部側を向く第1面と、当該第1面とは反対側の第2面とを有し、第1面及び第2面の少なくとも一方の表面に深さが20~500nmの凹凸が形成されたガラス体を備え、
透過率ゲインが1%以上である、カバーガラス。
前記ガラス体は、前記各情報領域に対応する複数の透過領域を有している、項1から5のいずれかに記載のカバーガラス。
前記第2透過領域の凹凸の深さが、前記第1透過領域の凹凸の深さより大きい、項9から12のいずれかに記載のカバーガラス。
前記第1透過領域及び前記第2透過領域の周縁付近の凹凸の深さと、中央付近の凹凸の深さが相違する、項9から12のいずれかに記載のカバーガラス。
前記中間領域の曲率半径が、前記第1及び第2領域の曲率半径よりも小さい、項9から15のいずれかに記載のカバーガラス。
mol%で示して、
SiO2 66~72%
Al2O3 2~4%
MgO 8~15%
CaO 1~8%
Na2O 12~16%
K2O 0~1%
を含み、
MgO+CaOが12~17%の範囲にあり、
モル比CaO/(MgO+CaO)が0.1~0.4の範囲にある、項1から17に記載のカバーガラス。
第1ガラス板と、
第2ガラス板と、
前記第1及び第2ガラス板との間に配置される中間膜と
を備えている、項1から18のいずれかに記載のカバーガラス。
溶融したガラス原料を、溶融金属上でガラスリボンへと成形する第1ステップと、
前記溶融金属上の前記ガラスリボンの表面に、フッ素元素(F)を含む酸を含み、かつ酸に対する水蒸気の体積比(水蒸気の体積/酸の体積)が0以上30以下である酸ガスを接触させることによって、前記ガラスリボンの前記表面に対し、脱アルカリ処理を施すとともに、前記体積比に応じて表面形態を制御することで、前記表面に深さが20~500nmの凹凸が形成されたガラス板を形成する第2ステップと、
前記ガラス板に化学強化を施す第3ステップと、
を備えている、カバーガラス用ガラス板の製造方法。
前記第3ステップの処理温度は、360~460℃である、項21に記載のカバーガラス用ガラス板の製造方法。
図1は、本実施形態に係るカバーガラスの平面図、図2は図1のA-A線断面図である。図1に示すように、このカバーガラスは、自動車のダッシュボードに取り付けられるものであり、水平方向に延びる長方形状のガラス板(ガラス体)1と、このガラス板1の車内側の面に積層され、光を透過しない遮蔽層2と、このガラス板の車内側の面に積層される低摩擦層7と、を備えている。低摩擦層7は、遮蔽層2を覆うように積層されている。本実施形態のカバーガラスが取り付けられる自動車のダッシュボードには、スピードメータ等の計器類が配置される第1情報領域と、この第1情報領域の左側に配置され、カーナビゲーションシステム、自動車の設定などの各種の情報表示が配置される第2情報領域とを有する表示部が設けられている。すなわち、第1情報領域は、運転者の正面に配置される領域であり、第2情報領域は、センターコンソール側に配置される領域である。そして、カバーガラスは、この表示部を覆うとともに、第1情報領域及び第2情報領域の表示をそれぞれ透過する第1透過領域31及び第2透過領域32を有しており、遮蔽層2により、これらの領域が区画されている。
<2-1.ガラス板の形状>
以下では、説明の便宜のため、ガラス板1において、表示部側を向く面を第1面101、それとは反対に車内側を向く面を第2面102と称することとする。図1及び図2に示すように、ガラス板1は、水平方向に延びる長方形状に形成され、図2の右側から左側へ並ぶ第1領域11、中間領域12、及び第2領域13を有している。それら3つの領域11~13は、いずれかも上下方向に延びる軸周りに湾曲している。第1領域11は、第1透過領域31を含む領域であり、車内側(運転者側)に凸となるように湾曲している。第2領域13は、第2透過領域32を含む領域であり、表示部側に凸となるように湾曲している。そして、中間領域12は、遮蔽層2の仕切り部22を含む領域であり、第1領域11と第2領域13とを連結するように、滑らかに湾曲している。
次に、ガラス板1の組成について説明する。以下では、ガラス板1の成分を示す%表示は特に断らない限り、すべてmol%を意味する。また、本明細書において、「実質的に構成される」とは、列挙された成分の含有率の合計が99.5質量%以上、好ましくは99.9質量%以上、より好ましくは99.95質量%以上を占めることを意味する。「実質的に含有しない」とは、当該成分の含有質が0.1質量%以下、好ましくは0.05質量%以下であることを意味する。
SiO2: 65~80%
Al2O3: 0~5%
MgO: 0~20%
CaO: 0~20%
Na2O: 10~20%
K2O: 0~5%
SiO2: 55~80%
Al2O3: 0~25%
MgO: 0~20%
CaO: 0~20%
Na2O: 5~20%
K2O: 0~5%
Li2O: 0~10%
(SiO2)
SiO2は、ガラス板1を構成する主要成分であり、その含有率が低すぎるとガラスの耐水性などの化学的耐久性および耐熱性が低下する。他方、SiO2の含有率が高すぎると、高温でのガラス板1の粘性が高くなり、溶解および成形が困難になる。したがって、SiO2の含有率は、55~80mol%が好ましく、66~72mol%の範囲がさらに好ましく、67~70mol%が特に好ましい。
Al2O3はガラス板1の耐水性などの化学的耐久性を向上させ、さらにガラス中のアルカリ金属イオンの移動を容易にすることにより化学強化後の表面圧縮応力を高め、かつ、応力層深さを深くするための成分である。他方、Al2O3の含有率が高すぎると、ガラス融液の粘度を増加させ、T2、T4を増加させると共にガラス融液の清澄性が悪化し高品質なガラス板を製造することが難しくなる。
MgOはガラスの溶解性を向上させる必須の成分である。この効果を十分に得る観点から、このガラス板1ではMgOの含有率が8mol%以上である。また、MgOの含有率が8mol%を下回ると、化学強化後の表面圧縮応力が低下し、応力層深さが浅くなる傾向にある。一方、適量を越えて含有率を増やすと、化学強化により得られる強化性能が低下し、特に表面圧縮応力層の深さが急激に浅くなる。この悪影響は、アルカリ土類金属酸化物の中でMgOが最も少ないが、このガラス板1においては、MgOの含有率は15mol%以下である。また、MgOの含有率が高いと、T2、T4を増加させると共にガラス融液の清澄性が悪化し高品質なガラス板を製造することが難しくなる。
CaOは、高温での粘性を低下させる効果を有するが、適度な範囲を超えて含有率が高すぎると、ガラス板1が失透しやすくなるとともに、ガラス板1におけるナトリウムイオンの移動が阻害されてしまう。CaOを含有しない場合に化学強化後の表面圧縮応力が低下する傾向にある。一方、8mol%を超えてCaOを含有すると、化学強化後の表面圧縮応力が顕著に低下し、圧縮応力層深さが顕著に浅くなるとともに、ガラス板1が失透しやすくなる。
SrO、BaOは、ガラス板1の粘性を大きく低下させ、少量の含有では液相温度TLを低下させる効果がCaOより顕著である。しかし、SrO、BaOは、ごく少量の添加であっても、ガラス板1におけるナトリウムイオンの移動を顕著に妨げ、表面圧縮応力を大きく低下させ、かつ、圧縮応力層の深さがかなり浅くなる。
本実施形態においてROは、MgOおよびCaOの和を示す。ROの含有率が低すぎると、ガラス板1の粘性を下げる成分が不足して溶解が困難となる。他方、ROの含有率が高すぎると、表面圧縮応力を大きく低下させ、かつ、圧縮応力層の深さがかなり浅くなるとともに、液相温度TLが急上昇する傾向にある。
Na2Oは、ナトリウムイオンがカリウムイオンと置換されることにより、表面圧縮応力を大きくし、表面圧縮応力層の深さを深くするための成分である。しかし、適量を超えて含有率を増やすと、化学強化処理でのイオン交換による表面圧縮応力の発生を、化学強化処理中の応力緩和が上回るようになり、結果として表面圧縮応力が低下する傾向にある。
K2Oは、Na2Oと同様、ガラスの溶解性を向上させる成分である。また、K2Oの含有率が低い範囲では、化学強化におけるイオン交換速度が増加し、表面圧縮応力層の深さが深くなる一方で、ガラス板1の液相温度TLを低下させる。したがってK2Oは低い含有率で含有させることが好ましい。
Li2Oは、少量含有されるだけであっても圧縮応力層の深さを著しく低下させる。また、Li2Oを含むガラス物品を硝酸カリウム単独の溶融塩で化学強化処理する場合、Li2Oを含まないガラス物品の場合と比較して、その溶融塩が劣化する速度が著しく速い。具体的には、同じ溶融塩で繰り返し化学強化処理を行なう場合に、より少ない回数でガラス表面に形成される表面圧縮応力が低下する。したがって、本実施形態のガラス板1においては、10mol%以下、好ましくは1mol%以下のLi2Oを含有してもよいが、実質的にLi2Oを含有しない方が好ましい。
B2O3は、ガラス板1の粘性を下げ、溶解性を改善する成分である。しかし、B2O3の含有率が高すぎると、ガラス板1が分相しやすくなり、ガラス板1の耐水性が低下する。また、B2O3とアルカリ金属酸化物とが形成する化合物が揮発してガラス溶解室の耐火物を損傷するおそれが生じる。さらに、B2O3の含有は化学強化における圧縮応力層の深さを浅くしてしまう。したがって、B2O3の含有率は0.5mol%以下が適切である。本発明では、B2O3を実質的に含有しないガラス板1であることがより好ましい。
通常Feは、Fe2+又はFe3+の状態でガラス中に存在し、着色剤として作用する。Fe3+はガラスの紫外線吸収性能を高める成分であり、Fe2+は熱線吸収性能を高める成分である。ガラス板1をディスプレイのカバーガラスとして用いる場合、着色が目立たないことが求められるため、Feの含有率は少ない方が好ましい。しかし、Feは工業原料により不可避的に混入することが多い。したがって、Fe2O3に換算した酸化鉄の含有率は、ガラス板1全体を100質量%として示して0.15質量%以下とすることがよく、0.1質量%以下であることがより好ましく、更に好ましくは0.02質量%以下である。
TiO2は、ガラス板1の粘性を下げると同時に、化学強化による表面圧縮応力を高める成分であるが、ガラス板1に黄色の着色を与えることがある。したがって、TiO2の含有率は0~0.2質量%が適切である。また、通常用いられる工業原料により不可避的に混入し、ガラス板1において0.05質量%程度含有されることがある。この程度の含有率であれば、ガラスに着色を与えることはないので、本実施形態のガラス板1に含まれてもよい。
ZrO2は、とくにフロート法でガラス板を製造する際に、ガラスの溶融窯を構成する耐火レンガからガラス板1に混入することがあり、その含有率は0.01質量%程度であることが知られている。一方、ZrO2はガラスの耐水性を向上させ、また、化学強化による表面圧縮応力を高める成分である。しかし、ZrO2の高い含有率は、作業温度T4の上昇や液相温度TLの急激な上昇を引き起こすことがあり、またフロート法によるガラス板の製造においては、析出したZrを含む結晶が製造されたガラス中に異物として残留しやすい。したがって、ZrO2の含有率は0~0.1質量%が適切である。
フロート法においては、ボウ硝(Na2SO4)など硫酸塩が清澄剤として汎用される。硫酸塩は溶融ガラス中で分解してガス成分を生じ、これによりガラス融液の脱泡が促進されるが、ガス成分の一部はSO3としてガラス板1中に溶解し残留する。本発明のガラス板1においては、SO3は0~0.3質量%であることが好ましい。
CeO2は清澄剤として使用される。CeO2により溶融ガラス中でO2ガスが生じるので、CeO2は脱泡に寄与する。一方、CeO2が多すぎると、ガラスが黄色に着色してしまう。そのため、CeO2の含有量は、0~0.5質量%が好ましく、0~0.3質量%がより好ましく、0~0.1質量%がさらに好ましい。
フロート法により成形されたガラス板において、成型時にスズ浴に触れた面はスズ浴からスズが拡散し、そのスズがSnO2として存在することが知られている。また、ガラス原料に混合させたSnO2は、脱泡に寄与する。本発明のガラス板1においては、SnO2は0~0.3質量%であることが好ましい。
本実施形態によるガラス板1は、上記に列挙した各成分から実質的に構成されていることが好ましい。ただし、本実施形態によるガラス板1は、上記に列記した成分以外の成分を、好ましくは各成分の含有率が0.1質量%未満となる範囲で含有していてもよい。
上記組成より、本実施形態では、ガラス板1の密度を2.53g・cm-3以下、さらには2.51g・cm-3以下、場合によっては2.50g・cm-3以下にまで減少させることができる。
イオン交換を伴う化学強化を行うと、ガラス基板に反りが生じることがある。この反りを抑制するためには、ガラス板1の弾性率は高いことが好ましい。本発明によれば、ガラス板1の弾性率(ヤング率:E)を70GPa以上、さらには72GPa以上にまで増加させることができる。
(化学強化の条件と圧縮応力層)
ナトリウムを含むガラス板1を、ナトリウムイオンよりもイオン半径の大きい一価の陽イオン、好ましくはカリウムイオン、を含む溶融塩に接触させ、ガラス板1中のナトリウムイオンを上記の一価の陽イオンによって置換するイオン交換処理を行うことにより、本発明によるガラス板1の化学強化を実施することができる。これによって、表面に圧縮応力が付与された圧縮応力層が形成される。
このガラス板1は、JIS Z 8741で規定されている方法において、測定角度が60度でのグロス値が100以上であることが好ましい。ガラス板がこのようなグロス値を有すると、十分な防眩性を得ることができる。
本実施形態に係るガラス板においては、車内側を向く第2面に微小な凹凸が形成されている。具体的には、深さが20~500nm(好ましくは、100~300nm)の凹凸が形成されている。ここでいう凹凸の深さは、次のように測定する。まず、ガラス板1を切断し、SEMによって後述する図5のような写真(または断面の写真)を撮影した後、写真から目視によって、最大凸部(ガラス板1の厚さ方向に対して最も突出している凸部)と最大凹部(ガラス板1の厚さ方向に対して最も深く窪んだ凹部)とを特定する。そして、最大凸部と最大凹部との間の、ガラス板1の厚さ方向における距離を測定する。以下、凹凸の深さが記載されている場合は、前記内容を意味する。
・溶融したガラス原料を、溶融金属上でガラスリボンへと成形する第1ステップ
・溶融金属上のガラスリボンの表面に、フッ素元素(F)を含む酸を含み、かつ酸に対する水蒸気の体積比(水蒸気の体積/酸の体積)が0以上30以下である酸性ガスを接触させることによって、ガラスリボンの表面に対し、脱アルカリ処理を施すと共に、体積比に応じて表面形態を制御する第2ステップ
例えば、酸性ガス中に水蒸気が全く存在しない場合、すなわち酸に対する水蒸気の体積比が0の場合は、脱アルカリ層の表面に深さ20~100nmである凹凸を形成できる。これは、ガラス板の表面へ接触させる酸性ガスに全く水蒸気が含まれないものの、ガラス中に存在する水やフッ化水素によるガラス板の表面の侵食によって発生する水により、わずかながら脱水縮合が進行し、結果として、このような凹凸が形成されると考えられる。
酸性ガスに含まれる水蒸気の量を、酸性ガスにおいて酸に対する水蒸気の体積比が0を超え1.5以下を満たすような範囲とすることにより、脱アルカリ層の表面に深さ100~200nmの凹凸であって、また、凹凸が形成されている厚さ範囲における空隙率の平均値が30~50%である凹凸を形成できる。これは、酸性ガス中の水蒸気の量が比較的少ないため、脱水縮合の進行が抑制されて、結果として、このような凹凸が形成されると考えられる。ここで、空隙率とは、ガラス板の厚さ方向に沿った断面において、それぞれの厚さ位置において空間が占める割合をいう。具体的には、空隙率は次のようにして求めることができる。まず、ガラス板の厚さ方向の断面画像をスキャナーで読み取り、読み取った画像データを2値化する。そして、2値化した画像データに対して黒色、すなわち空隙のピクセル数をカウントすることによって、空隙率を算出できる。また、空隙率の平均値とは、ガラス板の表面の凹凸が形成されている厚さ範囲における空隙率の積分値を、凹凸厚さで割った値である。第2表面形態の一例として、ガラス板の表面に凹凸が繰り返し形成されており、凸基準位置と凹基準位置との間のガラス板の厚さ方向に沿った距離が100~200nmであり、凸基準位置と凹基準位置との間において、空隙率の変化率が、凸基準位置から凹基準位置に向かって-3.0~2.0%/nmであるような形状が挙げられる。ただし、凸基準位置とは、空隙率が80%の厚さ位置のことであり、凹基準位置とは、空隙率が20%の厚さ位置のことである。なお、凹はガラス板の厚さ方向に陥没し、及び、凸はガラス板の厚さ方向に隆起している。凸基準位置は凹部が陥没する開始位置であり、凹基準位置は凸部が隆起する開始位置であるとみなすことができる。また、第2表面形態は、第1表面形態に比して、ガラス板の表面が緻密になる。これは、第2表面形態の形成にあたって供給される酸性ガスには水蒸気が含まれているため、脱水縮合が促進された結果と考えられる。
酸性ガスに含まれる水蒸気の量を、酸に対する水蒸気の体積比が1.5を超え8未満を満たすような範囲とすることにより、脱アルカリ層の表面に深さ20~100nmの凹凸を形成できる。これは、酸性ガス中の水蒸気が適度な量であるため、上述の脱水縮合が程よく進行し、結果として、このような凹凸が形成されると考えられる。また、第3表面形態は、第1表面形態及び第2表面形態に比して、ガラス板の表面が更に緻密になる。これは、酸性ガス中に含まれる水蒸気の量がより多いため、脱水縮合が促進された結果と考えられる。
水蒸気を多く含む酸性ガス、例えば酸に対する水蒸気の体積比が8以上30以下である酸性ガスを用いる場合は、平滑な脱アルカリ層を形成でき、また、脱アルカリ層が形成されている20~100nmの厚さ範囲における空隙率の平均値が0~10%である平滑な緻密構造とすることができる。このような構造は、酸性ガスの量に比べて水蒸気の量が十分であるため、上述の脱水縮合の進行が十分に促進された結果と考えられる。
次に、遮蔽層2について説明する。遮蔽層2は、黒などの濃色のセラミックにより形成され、ガラス板1の第1面101に積層されている。
*2,主成分:ホウケイ酸ビスマス、ホウケイ酸亜鉛
上記遮蔽層2が形成された後、低摩擦層7を形成することができる。カバーガラスは所定の凹凸が形成されているので指で触ったときの指紋や、汚れが付着しやすい。この低摩擦層7は、カバーガラスを指で触ったときの指紋や、汚れの付着を防止するものである。低摩擦層7は、種々の材料で形成することができるが、例えば、フッ素化合物で形成することができる。
製造方法の一例としては、フッ素を含むアルコキシ化合物をガラス板の表面にコーティングなどで塗布し、その後、これを加水分解、脱水縮合の順で処理することで、ガラス板1の表面に低摩擦層7が強固に積層されることができる。加水分解及び脱水縮合は、例えば、アルコキシ化合物を塗布後、ガラス板を高温高湿の環境(例えば、温度60~70℃、湿度80%以上で1時間)に配置することで、行うことができる。
以上のように、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)遮蔽層2により各透過領域31,32を区切っているため、各情報領域の表示を明確に視認することができる。したがって、一枚のガラス板により、複数の情報表示領域をカバーすることができる。また、遮蔽層2により、配線やダッシュボードに形成される段差や隙間を隠すことができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。また、以下の変形例は、適宜、組み合わせが可能である。
ガラス板1の形状は特には限定されず、種々の形状が可能である。上記実施形態のような水平方向に長い形状にする場合には、自動車に設置した時の水平方向の最大長さが、垂直方向の最大長さの3倍以上であることが好ましい。
101 第1面
102 第2面
2 遮蔽層
Claims (17)
- 自動車内の表示部を覆うように設置されるカバーガラスであって、
前記表示部側を向く第1面と、当該第1面とは反対側の第2面とを有し、第1面及び第2面の少なくとも一方の表面に深さが20~500nmの凹凸が形成されたガラス体を備え、
波長400~800nmの可視光の透過率ゲインの平均値が1%以上であり、
前記表示部は、複数の情報領域を有し、
前記ガラス体は、前記情報領域に対応する複数の透過領域を有し、
前記複数の透過領域は、水平方向に並び、運転席に近い第1透過領域と、運転席から離れた第2透過領域とを備え、
前記第1透過領域および前記第2透過領域の表面には、凹凸が形成されており、
前記第2透過領域の凹凸の深さが、前記第1の透過領域の凹凸の深さより大きい、カバーガラス。
但し、波長400~800nmの可視光の透過率ゲインとは、1nm波長ごとに、脱アルカリ処理後のガラス体の透過率の測定値から、脱アルカリ処理前のガラス体の透過率の測定値を差し引いた値であり、1nm波長ごとに算出した透過率ゲインの単純平均が透過率ゲインの平均値である。あるいは、波長400~800nmの可視光の透過率ゲインとは、1nm波長ごとに、凹凸を有するガラス体の透過率の測定値から、凹凸の深さが20nm以下になるまで研磨したガラス体の透過率の測定値を差し引いた値であり、1nm波長ごとに算出した透過率ゲインの単純平均が透過率ゲインの平均値である。
- 前記表面のグロス値が、100以上である、請求項1に記載のカバーガラス。
- 前記表面には、前記凹凸の面方向のピッチよりも大きいピッチの凹凸が形成されている、請求項2に記載のカバーガラス。
- 前記表面の圧縮応力が、300MPa以上である、請求項1から3のいずれかに記載のカバーガラス。
- 前記表面の圧縮応力層深さ(dol)が、5μm以上である、請求項4に記載のカバーガラス。
- 前記カバーガラスの水平方向の最大長さは、垂直方向の最大長さの3倍以上である、請求項1に記載のカバーガラス。
- 前記ガラス体は、前記水平方向の長さが、500mm以上である、請求項6に記載のカバーガラス。
- 前記ガラス体における前記第1透過領域と第2透過領域との間に積層され、光を透過しない遮蔽層をさらに備えている、請求項1から7のいずれかに記載のカバーガラス。
- 前記遮蔽層は、前記ガラス体において、前記第1及び第2透過領域以外の領域に積層されている、請求項8に記載のカバーガラス。
- 前記第1面に形成された凹凸の深さと前記第2面に形成された凹凸の深さが相違している、請求項9に記載のカバーガラス。
- 前記第1透過領域及び前記第2透過領域の表面には、凹凸が形成されており、
前記第1透過領域及び前記第2透過領域の周縁付近の凹凸の深さと、中央付近の凹凸の深さが相違する、請求項1から10のいずれかに記載のカバーガラス。 - 前記ガラス体において、前記第1透過領域が形成されている領域と前記第2透過領域が
形成されている領域とは、前記自動車における前後方向の位置が相違している、請求項1から11のいずれかに記載のカバーガラス。 - 前記ガラス体は、前記第1透過領域が形成されている第1領域と、前記第2透過領域が形成されている第2領域と、前記第1領域と第2領域との間の中間領域と、を備えており、
前記中間領域の曲率半径が、前記第1及び第2領域の曲率半径よりも小さい、請求項1から12のいずれかに記載のカバーガラス。 - 前記ガラス体は、平坦に形成されている、請求項1から12のいずれかに記載のカバーガラス。
- 前記ガラス体は、
mol%で示して、
SiO2 66~72%
Al2O3 2~4%
MgO 8~15%
CaO 1~8%
Na2O 12~16%
K2O 0~1%
を含み、
MgO+CaOが12~17%の範囲にあり、
モル比CaO/(MgO+CaO)が0.1~0.4の範囲にある、請求項1から14に記載のカバーガラス。 - 前記ガラス体は、
第1ガラス板と、
第2ガラス板と、
前記第1及び第2ガラス板との間に配置される中間膜と
を備えている、請求項1から15のいずれかに記載のカバーガラス。 - 前記第2面に積層され、フッ素化合物を含有する低摩擦層をさらに備えている、請求項1から16のいずれかに記載のカバーガラス。
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