JPH0151458B2 - - Google Patents

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JPH0151458B2
JPH0151458B2 JP20981081A JP20981081A JPH0151458B2 JP H0151458 B2 JPH0151458 B2 JP H0151458B2 JP 20981081 A JP20981081 A JP 20981081A JP 20981081 A JP20981081 A JP 20981081A JP H0151458 B2 JPH0151458 B2 JP H0151458B2
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JP
Japan
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glass
flatness
ion exchange
glass substrate
plate
Prior art date
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JP20981081A
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English (en)
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JPS58115043A (ja
Inventor
Kunio Masumoto
Masaharu Hayakawa
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Nippon Sheet Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Sheet Glass Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nippon Sheet Glass Co Ltd filed Critical Nippon Sheet Glass Co Ltd
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はガラス基板の化学強化方法に関し、詳
しくは、板ガラスを精密徐冷して、板ガラスの残
留歪を僅少とした後、これを用いてイオン交換処
理を行い、平坦度変化の極めて少ないガラス基板
を高効率で作製する方法に関するものである。 従来、ガラス基板は使用条件に合わせて、板ガ
ラスを表面研磨して平坦度を満たし、これにイオ
ン交換処理することによつて、表面硬度及び機械
的強度をあげて、傷が付き難く及び破損し難くし
て、ガラス基板として使用に供していた。 ガラス基板を使用するフオトマスク用ガラス基
板、エンコーダ用ガラス基板等の技術分野では、
ガラス基板の平坦度が高精度で、高品質であるこ
とが建築用板ガラス等に較べて、より一層要求さ
れており、厳しい規定を定めている。 この規定を満たすガラス基板を、例えばフロー
ト板ガラス製造方法等従来方法によつて作製され
た板ガラスから得られたガラス基板によつて得よ
うとすれば、10%〜30%という歩留りの悪化とな
り、生産性、経済性の観点から適切でなかつた。 ガラス基板として歩留りの悪化は、使用素材で
ある板ガラスの歪にある。板ガラスの製造工程で
溶融状態から板ガラスに成形した後、徐冷・冷却
してゆく冷却工程で生じる、ガラス表面と内部と
の冷却速度差によつて発生する応力による歪が最
大の原因であることが知られている。 この歪については、応力分布の不均一さを緩和
する方法として、一般に、加熱炉中で所要時間処
理し、応力分布を均等・均質ならしめて後、室温
へ冷却して歪を低下させている。 しかしながら、従来の冷却法で得られた通常の
板ガラスでは、通常10〜50mμ/cm程度の歪が残
留しており本発明で必要とされる残留歪値としよ
うとすると、徐冷時間が極めて長くなり、生産効
率上問題が生ずる。 ガラス基板として用いる板ガラスでは、上記通
常の方法で得られた品質のガラスを表面研磨して
厳しい規格の平坦度を満たすガラス基板とした
後、表面硬度及び機械的強度を付与させるために
化学強化処理を行うと、この化学強化処理工程中
で、板ガラスの内部に残留した歪の応力で反りが
生じ表面研磨して得た平坦度が悪化して、本来要
求すべき平坦度が得られなくなつてしまうという
欠点を有していた。 本発明者等は鋭意研究した結果、残留歪を僅少
とする冷却方法を採用することによつて、高品質
なガラス基板を生産性良く得られることを確認し
た。 本発明の目的は、高精度、高品質なガラス基板
を高効率で生産することが可能な板ガラスのイオ
ン交換方法を提供することである。 かかる目的は、ガラスを該ガラスの徐冷点から
歪点までの間を好ましくは少なくとも2時間かけ
て精密徐冷をし、前記ガラスの厚さ中央の残留歪
を5mμ/cm以下にした後、該ガラスをイオン交
換処理することを特徴とする板ガラスのイオン交
換方法によつて達成される。 通常の板ガラスを得るフロート法、コルバーン
法、縦引法においては、成形後あるいは熱加工し
た後、室温への冷却が速やかであるため、板ガラ
スの断面方向の物理強化法に基づく残留歪は10m
μ/cm〜50mμ/cmと大きな値を示すものである
が、本発明の精密徐冷法では、徐冷点から歪点
(ASTMC336−71、JISR3103において徐冷処理
を行う温度の目安として、徐冷点、歪点が規定さ
れている。)までの間を少なくとも2時間かけて、
好ましくは20時間〜64時間程度の時間をかけて、
徐々に温度勾配をつけながら精密に徐冷・冷却し
てゆくもので、残留歪を5mμ/cm以下、好まし
くは2.5mμ/cm以下、より好ましくは1mμ/
cm以下とするものである。前記精密徐冷により、
板ガラス断面厚さの中央部の残留応力は測定限界
値に近づく程僅少なものとなる。 本発明に用いるガラスは、ソーダ・石灰・シリ
カを主とした通常板ガラスをはじめAl2O3
TiO2、Pb、Cr、BaTiO3、MgO、K2O等の組成
要素を含有するガラス及びV2O5、P2O5、C0O、
Se、Na2O−B2O3−TiO2、PbS等の組成要素を
含有する半導体ガラス等を包含する。 本発明における残留歪測定方法は、試料の両断
面を研磨して、試料に偏光をあてて、その透過光
をアナライザーで観察する光学的測定法に基づ
く、ポラリメータで厚味方向に歪を測定する。精
密徐冷を行い、断面方向の歪を僅少としたガラス
板を用いると次工程のイオン交換処理を行つて
も、その平坦度の悪化がみられず、良好な高品質
のガラス基板が得られる。なお、平坦度とは、サ
クラ・フラツトネステスターを使用し、2インチ
×2インチ、2インチ×3インチ、4インチ×4
インチ又は5インチ×5インチのガラス基板の両
面4方向の平坦度の最高値を測定する。 本発明においては、精密徐冷の後であつてイオ
ン交換処理の前に、ガラスを研磨して平坦とする
ことが望ましい。かかる研磨は、従来用いられる
平板研磨機もしくは回転研磨機を用いて行えばよ
く、例えば砂掛けは、10μ〜12μ程度の粒度の小
さな砥粒を用い、次に砂掛け、精研削され微細な
表面となつた板ガラスの表面、裏面にガラス研磨
剤の水分散液を供給しながら数時間平均に研磨さ
れるよう機械研磨を行えばよい。なお、ガラス研
磨剤としては、カーボランダム、長石粉、硼砂、
CeO2、ZrC2等の微小砥粒が用いられる。かかる
ガラス研磨は、CeO2含浸ポリウレタンパツト等
のポリツシヤを用いて研磨され、研磨工程中で平
坦度を測定しながら、研磨を継続して行き、鏡面
状を得るものである。そして、平坦度が所望の値
の範囲に入つた後は、ガラス研磨剤を選択し直
し、再度研磨を続けて、精度のある平坦度を得る
様にすることが望ましい。 本発明におけるイオン交換処理とは、ガラス表
面の組成を変えることによりガラスの機械的強度
及び硬度を増大させたり、表面性質を向上させた
りするもので、アルカリ塩(例えば硫酸塩、硝酸
塩)の加熱浴中にガラス物体を浸漬し、又はアル
カリ塩をガラス物体に塗布して1時間以上、40数
時間加熱保持することにより行なわれる。 前記イオン交換処理は、ガラス表面のイオン交
換法処理であつて、高温型イオン交換と低温型イ
オン交換とに大別される。 高温型イオン交換は転移温度以上の高温でイオ
ン交換を行い、これによりガラス表面の組成構造
を変化させてガラス表面に熱膨張係数の小さい層
を形成するものである。高温型イオン交換の代表
的な方法は、Na2OまたはK2Oを含有するガラス
を転移温度以上、軟化点以下の温度域でLi溶融塩
と接触させ、Na+あるいはK+(ガラス)Li(溶
融塩)置換をおこさせる。この際、発生する応力
(引張応力)はガラスが転移温度以上にあるため
緩和され、歪のない状態になるが、これを室温ま
で冷却したとき、表面層のLiガラスと内部のNa
(あるいはK)ガラスとの膨張係数の差により、
表面に圧縮、内部に引張りの応力が残留すること
で強化することができる。 また、ガラス中にAl2O3、TiO2が同時に含有さ
れておれば、イオン交換中に熱膨張係数の非常に
小さいβ−spodumene(Li2O・Al2O3・4SiO2)結
晶を生成し、冷却後のガラス表面に非常に強い圧
縮応力を発生させることで強化処理するものであ
る。 また、低温型イオン交換の基本的な方法は、転
移温度をこえない温度域でガラスをそのガラス中
に含まれるアルカリより大きいイオン半径を有す
るアルカリの溶融塩と接触させることにより、た
とえば、Li+(ガラス)Na+(溶融塩)、Na+(ガ
ラス)K+(溶融塩)置換をおこさしめる。この
際、アルカリイオンの占有容積の差によりガラス
表面層に圧縮応力が発生し、これが冷却後のガラ
ス表面層に残留することで強化することができ
る。 本発明の精密徐冷を行い、断面方向の歪を測定
限界値に近づける程度にまで僅少としたガラス板
を用いて、次工程の前記イオン交換処理を行う
と、処理の前後で、その平坦度の悪化がみられ
ず、厳しい規格の品質を有するガラス基板を極め
て高効率で、生産性良く、製造することができ
る。 なお、本発明のガラス基板は、例えばこれにス
パツタリング、真空蒸着法等によつて金属、染料
等の薄膜を形成し、更に感光性樹脂を塗設して像
様露光を与えて後、エツチング処理を行う等の工
程処理を供せられてフオトマスク又はエンコーダ
用ガラス基板として用いて好適であり、また導電
性表面処理を行い、導電性ガラス基板として、デ
イスプレイ・デイバイス部材等として用いて適切
である。 以下、実施例により説明するが、本発明に係る
板ガラスの化学処理方法は、該実施例の設定条件
に限定されるものではない。 実施例 1 厚さ3m/m、寸法17×17cmのSiO2、Na2O、
Al2O3、CaO、MgOからなるフロートガラスを第
1図に示す如く530℃から440℃まで64時間の経過
で、徐々に温度勾配をつけながら精密徐冷して、
断面方向の残留歪を第2図に示す如く、1mμ/
cmとしたのち、上・下面砂掛け研磨して、2.94±
0.63μの平坦度を出した5インチ×5インチ×2.3
mmtのガラス基板を作り、次にこのガラス基板を
460℃で16時間の条件で低温イオン交換法(硝酸
カリ溶融塩を用いた)による化学強化処理を行つ
た。その結果、ガラス基板の平坦度は下記第1表
に示す如く、2.84±0.57μとなり、平坦度差分|
Δx|=0.16±0.24μという平坦度変化の少ない良
好なガラス基板が得られた。このガラス基板は、
IC用フオトマスクのガラス基板として、好適な
ガラス基板である。 第2図に、従来のフロートガラスの素板ガラス
の残留歪と本発明によるガラス基板の残留歪との
分布の比較を示す。また第1表は、本発明による
実施例1におけるガラス基板の化学強化前後の平
坦度測定結果を従来例と共に示す。
【表】
【表】 実施例 2 厚さ5m/m、寸法20mm×20cmのSiO2
Na2O、Al2O3、CaO、MgO、Pbからなるフロー
トガラスを第1図に示す如く、530℃から370℃ま
で58時間の経過で徐々に温度勾配をつけながら精
密徐冷して、断面方向の残留歪を第3図に示す如
く5mμ/cmとしたのち、上・下面砂掛け研磨し
て、4.15±0.55μの平坦度を出した。5インチ×
5インチ×4.3mmtのガラス基板を作り、次にこ
のガラス基板を380℃で20時間の条件で、低温イ
オン交換法(硝酸カリ溶融塩を用いた)による化
学強化処理を行つた。その結果、ガラス基板の平
坦度は、下記第2表に示す如く、5.0±0.92μとな
り、平坦度差分|Δx|=1.10±0.61μという平坦
度変化の少ない良好なガラス基板が得られた。こ
のガラス基板はエンコーダ用目盛板のガラス基板
として好適なガラス基板である。 第3図に、従来のフロートガラスの素板ガラス
の残留歪と本発明によるガラス基板の残留歪との
分布の比較を示す。また第2表は、本発明による
実施例2におけるガラス基板の化学強化前後の平
坦度測定結果を示す。
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は、実施例1、実施例2及び従来例にお
ける徐冷の温度分布を示す。第2図、第3図は、
従来のフロートガラスの素板ガラスの残留歪と本
発明のガラス基板の残留歪の分布の比較を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ガラスを該ガラスの徐冷点から歪点までの間
    を精密徐冷をし、前記ガラスの厚さ中央の残留歪
    を5mμ/cm以下にした後、該ガラスをイオン交
    換処理することを特徴とする板ガラスのイオン交
    換方法。
JP56209810A 1981-12-28 1981-12-28 板ガラスのイオン交換方法 Granted JPS58115043A (ja)

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JP56209810A JPS58115043A (ja) 1981-12-28 1981-12-28 板ガラスのイオン交換方法

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JPS58115043A JPS58115043A (ja) 1983-07-08
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