JPH0660040B2 - ガラスの化学強化法 - Google Patents

ガラスの化学強化法

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JPH0660040B2 JP61200024A JP20002486A JPH0660040B2 JP H0660040 B2 JPH0660040 B2 JP H0660040B2 JP 61200024 A JP61200024 A JP 61200024A JP 20002486 A JP20002486 A JP 20002486A JP H0660040 B2 JPH0660040 B2 JP H0660040B2
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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フロート方式で製造されたフロートガラス、
とくにソーダ石灰系フロートガラスを、電子材料の基
板、ことに光ディスク用ガラス基板等として適用すると
ころの化学強化法に関する。
本発明は、ディスプレイおよびディスク用基板に採用し
うることはもちろん、薄板で大面積の建築用および車輌
用窓ガラス、さらにはフロートガラスを用いた各種成型
品、調理用硝子製品および各種電子電気機器の基板等、
幅広く用いられる。
〔従来の技術〕
フロートガラスはいわゆる各種板ガラスに比べ表面平滑
性、平坦性、厚みの均一性等に優れているので建築、車
輌等の分野に加え電子材料分野、例えば液晶やプラズマ
等のディスプレイなどにも広く利用されつつある。
さらに最近の傾向として4mm厚以下の薄板ガラスが賞用
されており、厚みが薄くなるほど、強度の向上が望まれ
ている。
薄板ガラスを効果的に強化するためにアルカリイオン置
換による化学強化法を適用することは周知であるが、フ
ロートガラスにそのまま化学強化法を用いた場合、ガラ
スに反りが生じて(たとえば約1mm厚で 0.4〜 1.3mm/
300mm径)平坦性を損ない、ことに光デイスク基板等に
おいて要求される平坦度(例えば約1mm厚で 0.2mm/30
0mm径以下)を得ることができないものであった。前記
反りの原因はガラスのフロート成形時における溶融金
属、通例Snの接触ガラス面への浸入の影響によるものと
推察されるが、この反りに対する画期的な対処法は見出
されていない。例えばガラスのSn浸入面を研削、研摩し
たうえでアルカリイオン置換処理することが実施されて
いるが、該Snの接触ガラス面におけるSnの拡散層は10〜
20μmあり、最大この層の研削、研摩が必要となり、こ
の方法では工程が煩雑であるのみならず、そのためのガ
ラスの割れおよび欠陥を生じるという研削、研磨自体に
も問題があるものであって、コスト上も高価なものとな
る。
したがって、上述の方法では光ディスク基板等にはフロ
ートガラスが採用されないものであった。
なお、化学強化時に前段処理をしようとするものとして
は、例えば特公昭54-17765号公報があり、該公報の実施
例では、一定温度に保持されたNaNO3 とKNO3からなる混
合塩浴中で前段処理を行って通常の化学強化をするもの
が記載され、ガラス物品の強度を増大せしめようとする
ものが開示されており、また特公昭46-38514号公報に
は、ガラス質材料の物理的および(または)化学的性質
を改変するための処理方法が記載され、構成成分の少な
くとも一種がガラス質材料中に拡散するイオンを生ぜし
めるようにした、種々な構成成分の混合物からなる接触
媒体からこの材料中にイオンを拡散させることによっ
て、その材料の物理的および/または化学的性質を変性
する方法において、鉄イオン、コバルトイオン、ニッケ
ルイオン、アンモニウムイオンまたはシアンイオン、重
クロム酸イオン、ピロリン酸イオン、ピロ硫酸イオン、
メタ硼酸イオン、メタリン酸イオンを生じる化合物、ま
たはアルカリ土類金属およびメンデレブ周期律表のIIB
族のイオンを上記材料中に拡散させるときは、これらの
イオンに相当する元素の原子を生ずる化合物よりなる群
より選択した構成成分を混合物中に存在させ、一定時間
内における材料中への拡散するイオンの量を増大させる
方法が開示されている等が知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前述したように、フロート方式で製造されたフロートガ
ラスを化学強化する際、その溶融金属接触面を研削、研
摩し、Sn拡散層を除去しないかぎり、また前述の特公昭
54-17765号公報に記載の前段処理等では、フロートガラ
スの反りの発生を阻止することができないというもので
あり、さらに特公昭46-38514号公報に記載の処理方法等
でも、一価イオンについてはイオン交換を伴うものであ
って、反り対策に対して寄与しなければならないガラス
表面層へのイオン侵入量の選択性について何ら効果のな
いもので、反りの発生を阻止することに対しては全く有
効でなかった。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、従来のかかる欠点に鑑みてなしたものであっ
て、フロート方式で製造されたフロートガラスを化学強
化するに際して、該フロートガラスがそのままの状態に
ある溶融金属接触面(ボトム面)と溶融金属非接触面
(トップ面)とのNaイオンのバランスをとるような前処
理をするに際し、その前処理溶融塩中に特定量の特異な
化合物を含有せしめて活性を保持した溶融塩を用い、し
かる後に、化学強化処理を行うことで、反りが発生する
という問題等を解決することができるより改良した化学
強化法を提供するものである。
本発明は、フロート方式で製造されたフロートガラス
を、NaイオンもしくはLiイオンをも含んだ溶融塩に浸漬
または接触前処理をした後化学強化する際において、前
記NaイオンもしくはLiイオンをも含む溶融塩中に重量百
分率で0.001 〜4%のピロリン酸ナトリウムを含有せし
めた溶融塩に、550 〜580 ℃の温度で8〜3時間浸漬ま
たは接触する前処理をした後、低温型イオン交換法によ
る化学強化をすること特徴とするガラスの化学強化法を
提供するものである。
ここで前記NaイオンもしくはいLiイオンをも含む溶融塩
としては、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸ナ
トリウムあるいはこれらの混合塩または硝酸リチウム、
硫酸リチウム、リン酸リチウムを混合した塩等である。
また前記溶融塩中に含有せしめておく化合物を、ピロリ
ン酸ナトリウムとしたのは、例えば二価イオン、主にカ
ルシウムイオンが前処理溶融塩中に多く含有するとガラ
ス表面層へのNaイオン等の選択侵入が悪化して反り対策
に対する効果が小さくなる等を生じるが、これを防止す
る添加化合物として最も効果的なものであるためであ
る。
さらに、前記溶融塩中に含有せしめておくピロリン酸ナ
トリウムの量を重量百分率で 0.001〜4%としたのは、
0.001%未満ではその効果が極めて小さく、二価イオ
ン、特にCaイオンによるNaイオンのガラス表面への選択
侵入を妨げることに対し防ぐことはできず、反りの解決
を効率的に行えないことになるためであり、4%を超え
るとガラス表面に微小でうすい傷が生じること等が発生
し、商品仕様を満足しないものとなるためである。な
お、好ましくは0.01〜2%であり、よりNaイオンのガラ
ス表面への導入にバラツキがなくなって、ひいては板反
り量のバラツキもなくなり、より安定したものとなるも
のである。
なお、前記浸漬または接触前処理をするに当り、ガラス
を予熱し、浸漬または接触前処理後ステップ冷却等の徐
冷を行い、洗滌するとさらに効果的なものとなる。
さらに化学強化処理については通常用いられてていると
ころの低温型イオン交換による処理方法が適用できるも
のである。
〔作 用〕
前述したとおり、本発明のフロート方式で製造されたフ
ロートガラスの化学強化法によって、4mm程度の板厚か
ら薄くなるにしたがって風冷強化法では充分なる強化が
できないという問題を含め、特異の前段処理を施すよう
にしたことによりフロートガラスでの反りをほぼ生板
(表面加工なし)に近い数値まで減少して解決し、した
がって研削、研摩を必要としないで表面あらさ、面平行
性および平滑性等の特性を生かせて化学強化ができるも
のであるに加えて、二価イオン、主にCaイオンの存在に
よるNaイオンのガラス表面層への選択侵入の悪化を防止
し、これら二価イオンが溶融塩中に存在しても前記前処
理を効率的にでき、微小なうすい傷等の発生もなく、板
反りの低減および強化度の向上を充分安定して達成でき
るものであり、大量生産製品に対しても対応し得、しか
もより薄く比較的大面積でしかも強度をもつフロートガ
ラスが多目的に採用されることとなり、薄くなるほど、
また大面積になるほど反り対策の必要性が増すなかで、
その解決法を見出したものであって、成型品等の形状の
精度を向上させることができ、ディスプレイ等はもちろ
ん反り量が 0.2mm/ 300mm径以下というようなディスク
の仕様をも満足し、歩留等も大きく向上するという特徴
を有するものである。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
実施例1〜6 ガラス基板として約 1.0mm板厚で約 300mm径のフロート
ガラスを、またNaイオンを含む溶融塩としては硝酸ナト
リウムを用いて、該溶融塩中にピロリン酸ナトリウムを
含有せしめて浸漬前処理を行うに当って表1に示すよう
な、含有割合、温度および時間を条件とするとともに、
硝酸カリウムを用いて低温型イオン交換法による通常の
化学強化処理を行い、試料とした。
これら試料について、反り量としてはDEKTAK II( SLOA
N社製(米)の形状測定器)を用い、化学強化度(表面
圧縮応力値)としては表面応力測定計を用いそれぞれ測
定した。
その反り量を表1に示す。
比較例1〜3 実施例1〜6と同一のフロートガラス、また混合溶融塩
として硝酸ナトリムウとピロリン酸ナトリウムを用い、
表1に示すような混合割合、温度ならびに時間を条件と
して浸漬前処理をするとともに、実施例と同様に、硝酸
カリウムを用いて低温型イオン交換法による化学強化処
理を行い、試料とした。
反り量および表面圧縮応力値を実施例1〜6と同一の機
器を用いて測定した。その反り量を表1に示す。
比較例4 実施例と同一のフロートガラスをNaイオンを含む溶融塩
として硝酸ナトリウムのみで前処理し、実施例と同様な
化学強化処理を行い、試料とした。その処理条件は表1
に示すとおりであり、その反り量を表1に示す。
比較例5 実施例と同一のフロートガラスをNaイオンを含む溶融塩
で処理せずにそのまま、他は同一条件で化学強化処理し
たものを試料とした。
反り量および表面圧縮応力値を実施例と同一の機器を用
いて測定した。
その反り量を表1に示す。
比較例6 実施例と同一のフロートガラスをそのまま(生板)試料
として、反り量を実施例と同一の機器で測定した。
その結果を表1に示す。
比較例7 実施例と同一のフロートガラスを、硝酸ナトリウムとリ
ン酸ナトリウムの混合溶融塩を用い、表1に示すような
条件で浸漬前処理をするとともに硝酸カリウムを用いて
実施例同様に化学強化処理し、試料とした。
反り量等を実施例と同一の機器を用いて測定し、その反
り量を表1に示す。
なお、表1中における反り量は試料5枚の測定値であ
り、マイナス表示は、ボトム面側が凸に反っていること
を示す。
〔発明の効果〕
前述した本発明の実施例と従来法を含む比較例を対比し
て示した表1からも明らかなように、より効果的に大量
生産に適するようになり、微小なうすい傷等もなく、品
質もより安定して、特に薄板フロートガラス基板等で反
り量が0.2 mm/300mm 径以下と少ない火造り面で、しか
も透明でかつ高強度のものとなるものである。
さらに、フロートガラスの強化品として、破壊強度が増
加できて、透明性を保持できるので、従来より広い分野
で採用でき得るようになるものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フロート方式で製造されたフロートガラス
    をNaイオンもしくはLiイオンをも含む溶融塩に浸漬また
    は接触する前処理をした後、化学強化する際において、
    前記NaイオンもしくはLiイオンをも含む溶融塩中に重量
    百分率で0.001 〜4%のピロリン酸ナトリウムを含有せ
    しめた溶融塩に、550 〜580 ℃の温度で8〜3時間浸漬
    または接触する前処理をした後、低温型イオン交換法に
    よる化学強化をすることを特徴とするガラスの化学強化
    法。
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