JPWO2014104303A1 - 化学強化時の反りを低減できるガラス板の製造方法及びガラス板 - Google Patents

化学強化時の反りを低減できるガラス板の製造方法及びガラス板 Download PDF

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Abstract

本発明は、化学強化後の反りを効果的に抑制することができるとともに、化学強化前の研磨処理等を省略または簡略化することができるガラス板の製造方法を提供する。本発明は、ガラス原料を溶解する工程と、前記工程により溶融するガラスを溶融金属上に浮揚させながらガラスリボンに成形する工程と、前記ガラスリボンを徐冷する工程とを含むフロートガラス板の製造方法であって、前記フロートガラス板はSiO2を63〜73%、Al2O3を0.1〜5.2%、Na2Oを10〜16%、K2Oを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有し、前記成形する工程において、前記ガラスリボンにおける溶融金属と接するボトム面に対向するトップ面に対して、フロートバス内で1〜30秒間脱アルカリ処理を施し、前記脱アルカリ処理時の前記ガラスリボンの表面温度を600℃以上とする、ガラス板の製造方法に関する。

Description

本発明は、化学強化時の反りを低減できるガラス板の製造方法及びガラス板に関し、さらには、前記ガラス板を化学強化処理した化学強化ガラス板に関する。
近年、携帯電話または携帯情報端末(PDA)、パーソナルコンピュータ、テレビ、車載ナビゲーション表示装置等のフラットパネルディスプレイ装置において、ディスプレイの保護および美観を高めるために、画像表示部分よりも広い領域となるように薄い板状のカバーガラスをディスプレイの前面に配置することが行われている。
このようなフラットパネルディスプレイ装置に対しては、軽量および薄型化が要求されており、そのため、ディスプレイ保護用に使用されるカバーガラスも薄くすることが要求されている。
しかし、カバーガラスの厚さを薄くしていくと、強度が低下し、使用中または携帯中の落下などによりカバーガラス自身が割れてしまうことがあり、ディスプレイ装置を保護するという本来の役割を果たすことができなくなるという問題がある。
このため従来のカバーガラスは、耐傷性を向上させるため、フロート法により製造されたガラス(以下、フロートガラスということがある。)を、化学強化することで表面に圧縮応力層を形成しカバーガラスの耐傷性を高めている。
フロートガラスは化学強化後に反りが生じて平坦性が損なわれることが報告されている(特許文献1〜3)。該反りは、フロート成形時に溶融錫等の溶融金属と接触していないガラス面(以下、トップ面ともいう。)と、溶融金属と接触しているガラス面(以下、ボトム面ともいう。)とが異質になり、両面の化学強化の入り方が異なることにより生じるとされている。
特許文献1には、ガラス表面にSiO膜を形成した後に化学強化することにより、化学強化時にガラスに入るイオンの量を調整するガラスの強化方法が開示されている。また、特許文献2および3には、トップ面側の表面圧縮応力を特定範囲とすることにより、化学強化後の反りを低減する方法が開示されている。
また、従来、前記反りの問題を低減するために、化学強化による強化応力を小さくしたり、ガラスの少なくとも一方の面を研削処理または研磨処理等することにより表面異質層を除去した後に化学強化する対処方法がなされている。
さらに、特許文献4にはソーダ石灰系フロートガラスの化学強化において、ソーダイオン低減処理を施すことで、表面圧縮層を形成する化学強化方法が開示されている。
米国特許出願公開第2011/0293928号明細書 国際公開第2007/004634号 日本国特開昭62−191449号公報 日本国特開昭61−205641号公報
しかしながら、特許文献1に記載のガラス表面にSiO膜を形成した後に化学強化する方法では、化学強化の際の予熱条件が限定され、さらには条件によってはSiO膜の膜質が変化して反りに影響を与える可能性がある。また、特許文献2および3に記載のように、トップ面側の表面圧縮応力を特定範囲とする方法では、ガラスの強度の観点から問題がある。さらに特許文献4に記載の化学強化方法はソーダイオン低減処理がオフラインの状態、かつ550℃で3分程度行われることから、当該処理中にガラスが変形したり、温度ムラによる歪みが生じ、ガラスの平坦性が保てなくなるおそれがある。
また、化学強化前にガラスの少なくとも一方の面を研削処理または研磨処理等する方法は、生産性を向上させる観点から問題があり、これらの研削処理または研磨処理等を省略することが好ましい。
化学強化後にある程度以上の反りが生じる場合、カバーガラスの黒枠を印刷する時にガラスとステージの間に隙間が大きくなりすぎガラスがステージに吸着しなくなることがある。また、タッチパネル一体型のカバーガラスに使用される場合には、後工程にて大板の状態でITO(Indium Tin Oxide)等の成膜を行う場合があり、その際に薬液処理槽や洗浄槽のエアーナイフに接触する等の搬送異常が生じたり、ITO製膜中に反りが増大し、基板周辺部のITOの製膜状態が適切にならず、剥がれてしまう等の不具合を生じることがある。さらに、LCD(Liquid Crystal Display)とタッチパネルが貼りつけられたカバーガラスの間に空間が存在するタイプの場合、カバーガラスの一定以上の反りがある場合、輝度ムラやニュートンリングが生じることがある。
したがって、本発明は、化学強化後の反りを効果的に抑制することができるとともに、化学強化前の研磨処理等を省略または簡略化することができるガラス板の製造方法並びに該製造方法により得られたガラス板及び化学強化ガラス板を提供することを目的とする。
本発明は以下1.〜15.に示す通りである。
1.ガラス原料を溶解する工程と、前記工程により溶融するガラスを溶融金属上に浮揚させながらガラスリボンに成形する工程と、前記ガラスリボンを徐冷する工程とを含むフロートガラス板の製造方法であって、
前記フロートガラス板はSiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有し、
前記成形する工程において、前記ガラスリボンにおける溶融金属と接するボトム面に対向するトップ面に対して、フロートバス内で1〜30秒間脱アルカリ処理を施し、前記脱アルカリ処理時の前記ガラスリボンの表面温度を600℃以上とする、ガラス板の製造方法。
2.前記脱アルカリ処理を混合流体により行う、前記1.に記載のガラス板の製造方法。
3.前記混合流体が塩酸とフッ酸の混合流体である、前記2.に記載のガラス板の製造方法。
4.SiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有するフロートガラス板であって、
前記ガラス板のトップ面の表面NaO量(α)と前記ガラス板のボトム面の表面NaO量(β)の差(α−β)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるNaO量(γ)との比[(α−β)/γ]が0.02未満であるガラス板。
5.前記トップ面の表面NaO量(α)と前記ボトム面の表面NaO量(β)の差(α−β)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるNaO量(γ)との比[(α−β)/γ]が0.01未満である、前記4.に記載のガラス板。
6.前記トップ面の表面NaO量(α)と前記ボトム面の表面NaO量(β)の差(α−β)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるNaO量(γ)との比[(α−β)/γ]が−0.07以上である、前記4.または5.に記載のガラス板。
7.厚みが1.5mm以下である、前記4.〜6.のいずれか1に記載のガラス板。
8.厚みが0.8mm以下である、前記4.〜7.のいずれか1に記載のガラス板。
9.前記4.〜8.のいずれか1に記載のガラス板を化学強化して得られる化学強化ガラス板。
10.SiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有する化学強化ガラス板であって、
前記ガラス板のトップ面の表面KO量(x)と前記ガラス板のボトム面の表面KO量(y)の差(x−y)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるKO量(z)との比[(x−y)/z]が0.66未満である化学強化ガラス板。
11.前記トップ面の表面KO量(x)と前記ボトム面の表面KO量(y)の差と、前記トップ面から50μmの深さにおけるKO量(z)との比[(x−y)/z]が0.65以下である、前記10.に記載の化学強化ガラス板。
12.前記トップ面の表面KO量(x)と前記ボトム面の表面KO量(y)の差と、前記トップ面から50μmの深さにおけるKO量(z)との比[(x−y)/z]が−4.79以上である、前記10.または11.に記載の化学強化ガラス板。
13.厚みが1.5mm以下である、前記9.〜12.のいずれか1に記載の化学強化ガラス板。
14.厚みが0.8mm以下である、前記9.〜13.のいずれか1に記載の化学強化ガラス板。
15.カバーガラスを備えたフラットパネルディスプレイ装置であって、前記カバーガラスが前記9.〜14.のいずれか1に記載の化学強化ガラス板であるフラットパネルディスプレイ装置。
本発明に係る製造方法によって得られるガラス板は一方の面において脱アルカリ処理されていることにより、ガラスの一方の面ともう一方の面において化学強化の入り方に差が生じるのを抑制し、化学強化による応力を小さくすることなく、また化学強化前の研磨処理等を簡略化または省略しても、化学強化後におけるガラスの反りを低減し、優れた平坦度を得ることができる。
また、フロートバス内での脱アルカリ処理、すなわちオンラインでの脱アルカリ処理を短時間で行うことが可能なため、ガラスの生産性が向上するだけでなく、処理中の変形や歪みを生ずることなく、反りの改善されたガラスを得ることができる。
図1は、本発明で用いることのできる両流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。 図2は、本発明で用いることのできる片流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。 図3は、本発明の化学強化用フロートガラスを化学強化した後、フラットパネルディスプレイ用のカバーガラスとして用いたフラットパネルディスプレイの断面図である。 図4(a)にフロート法によるガラス板の製造において、その構造中に脱アルカリ処理に供される分子を含有する気体をビームにより供給してガラスリボンの表面を処理する方法の概略説明図を示す。図4(b)は、図4(a)のA−A断面図である。 図5(a)〜(d)は、気体の量をガラスリボンの幅方向で3分割して調整可能なビームの断面図を示す。
1.ガラス板の製造方法
本発明は、ガラス原料を溶解する工程と、前記工程により溶融するガラスを溶融金属上に浮揚させながらガラスリボンに成形する工程と、前記ガラスリボンを徐冷する工程とを含むフロートガラス板の製造方法であって、前記フロートガラス板はソーダライムシリケートガラスであり、前記成形する工程において、前記ガラスリボンにおける溶融金属と接するボトム面に対向するトップ面に対して、フロートバス内で1〜30秒間脱アルカリ処理を施し、前記脱アルカリ処理時の前記ガラスリボンの表面温度を600℃以上とすることを特徴とする。
本発明において溶融ガラスであるガラスリボンをフロート法により板状のガラス板に成形する。また該ガラスは化学強化処理による強化が可能な組成を有するものである限り、種々のソーダライムシリケートガラス組成のものを使用することができる。具体的には、種々の原料を適量調合し、加熱溶融した後、脱泡または攪拌などにより均質化し、周知のフロート法によって板状に成形し、徐冷後所望のサイズに切断、研磨加工を施して製造される。なお、本発明においてフロート法により製造することにより得られたガラスは、ダウンドロー法やプレス法等の他の方法によって得られたガラスと比べて化学強化後の反り改善が発揮され易いため、好ましい。
本発明に係る製造方法によって得られるガラス板は、ソーダライムシリケートガラスからなるガラス板が用いられる。ソーダライムシリケートガラスとはモル%表示でSiOを50〜80%、Alを0.1〜25%、LiO+NaO+KOを3〜30%、MgOを0〜25%、CaOを0〜25%およびZrOを0〜5%を含み、中でもSiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%含有するガラスがより好ましい。なお、例えば、「KOを0〜1.5%含む」とは、KOは必須ではないが1.5%まで含んでもよい、の意である。
得られたガラス板の厚みは、特に制限されるものではなく、たとえば2mm、0.8mm、0.73mm、0.7mm、0.56mm、0.4mmが挙げられるが、後述する化学強化処理を効果的に行うために、通常5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましく、1.5mm以下であることがさらに好ましく、0.8mm以下であることが特に好ましい。
本発明のガラス板の製造方法では、フロート法においてガラスリボンのトップ面を脱アルカリ処理してアルカリ成分を除去する。
脱アルカリ処理を行う際のガラスリボンの表面温度は、フロートバス内で行うために600℃以上であり、ガラス転移温度Tgに対して(Tg+50)℃〜(Tg+460)℃であることが好ましく、(Tg+50)℃〜(Tg+300)℃であることがより好ましく、(Tg+50)℃〜(Tg+200)℃であることが脱アルカリの点からさらに好ましい。
なお、ガラスリボンの表面温度は脱アルカリ処理位置を変更したり、バス内でのヒーター出力を変更することによって制御することができる。
脱アルカリ処理を行う時間は1〜30秒間であり、生産性の点から好ましくは1〜5秒である。
ガラスの脱アルカリ処理としては、ガラスリボン中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体で処理する方法(特表平7−507762号公報)が挙げられる。なお、以下ではガラスリボンを単にガラスと称することがある。
ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体としては、例えば、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体または液体、硫黄若しくはその化合物または塩化物、酸、窒化物の気体または液体が挙げられる。
その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体または液体としては、例えば、フッ化水素(HF)、フロン(例えば、クロロフルオロカーボン、フルオロカーボン、ハイドロクロロフルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボンおよびハロン等)、フッ化水素酸、フッ素単体、トリフルオロ酢酸、四フッ化炭素、四フッ化ケイ素、五フッ化リン、三フッ化リン、三フッ化ホウ素、三フッ化窒素および三フッ化塩素などが挙げられる。
硫黄若しくはその化合物または塩化物の気体または液体としては、例えば、亜硫酸、硫酸、ペルオキソ一硫酸、チオ硫酸、亜ジチオン酸、二硫酸、ペルオキソ二硫酸、ポリチオン酸、硫化水素および二酸化硫黄、三酸化硫黄などが挙げられる。
酸としては、塩酸、炭酸、ホウ酸および乳酸などが挙げられる。
窒化物としては、硝酸、一酸化窒素、二酸化窒素および亜酸化窒素などが挙げられる。
これらは気体または液体に限定されるものではない。
これらの中でも、塩酸、フッ化水素、フロンまたはフッ化水素酸がガラス板表面との反応性が高い点で好ましい。またこれらのガスのうち、2種以上を混合して使用してもよく、2種以上の酸の混合物(混合流体)が、脱アルカリ量が多くなることからより好ましい。
混合流体としてはHClとHFの混合物、SOとHFの混合物、COとHFの混合物等が挙げられる。中でも塩酸とフッ化水素の混合流体がさらに好ましい。塩酸とフッ酸の混合比はHCl:HF=1:0.02〜1:4(モル比)が好ましく、1:0.02〜1:2(モル比)がより好ましい。
また、フロートバス内では酸化力が強すぎるので、フッ素単体を使用しないことが好ましい。
また脱アルカリ処理に液体を使用する場合は、液体のまま、例えば、スプレー塗布でガラス板表面に供給しても、液体を気化してからガラス板表面に供給してもよい。また必要に応じて他の液体または気体で希釈してもよい。
ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体としては、それらの液体や気体以外の液体または気体を含んでいてもよく、該液体または気体はガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体と常温で反応しない液体または気体であることが安定した脱アルカリ処理の点から好ましい。
前記液体または気体としては、例えば、HO、N、空気、H、O、Ne、Xe、CO、Ar、HeおよびKrなどが挙げられるが、これらのものに限定されるものではない。またこれらのガスのうち、2種以上を混合して使用することもできる。
ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる気体のキャリアガスとしては、N、アルゴンなどの不活性ガスを用いることが好ましい。また、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体には、更にSOを含んでもよい。SOはフロート法などで連続的にガラス板を生産する際に使用されており、徐冷域において搬送ローラーがガラス板と接触して、ガラスに疵を発生させることを防ぐ働きがある。また、高温で分解するガスを含んでいてもよい。
更に、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体には、水蒸気または水を含んでもよい。水蒸気は加熱した水に窒素、ヘリウム、アルゴンまたは二酸化炭素などの不活性ガスをバブリングさせて取り出すことができる。大量の水蒸気が必要な場合は、気化器に水を送り込んで直接気化させる方法をとることも可能である。
本発明において溶融ガラスを板状のガラス板に成形する方法であるフロート法では、ガラスの原料を溶解する溶融炉と、溶融ガラスを溶融金属(錫等)上に浮かせてガラスリボンを成形するフロートバスと、該ガラスリボンを徐冷する徐冷炉とを有するガラス製造装置を用いてガラス板が製造される。
溶融金属(錫)浴上でガラスが成形される際に、溶融金属浴上を搬送されるガラス板に対して、金属面に触れていない側(トップ面)からガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体を供給して当該ガラス板表面を処理してもよい。溶融金属(錫)浴に続く徐冷領域では、ガラス板はローラー搬送により搬送される。
ここで、徐冷領域とは、徐冷炉内だけではなく、フロートバス内で上記溶融金属(錫)浴から搬出されてから徐冷炉内に搬送されるまでの部分も含むものである。徐冷領域においては溶融金属(錫)に触れていない側(トップ面)から当該ガスを供給してもよい。
図4(a)にフロート法によるガラス板の製造において、ガラス表面のトップ面を脱アルカリ処理をする方法の概略説明図を示す。
溶融ガラスを溶融金属(錫等)上に浮かせてガラスリボン101を成形するフロートバスにおいて、フロートバス内に挿入したビーム102により、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体を、該ガラスリボン101に吹き付ける。図4(a)に示すように、該気体は、ガラスリボン101が溶融金属面に触れていない側(トップ面)からガラスリボン101に吹き付けることが好ましい。矢印Yaは、フロートバスにおいてガラスリボン101が流れる方向を示す。
ビーム102によりガラスリボン101に前記気体を吹き付ける位置は、ガラス転移点が550℃以上の場合には、ガラスリボン101が好ましくは(Tg+50)℃〜(Tg+460)℃、より好ましくは(Tg+50)℃〜(Tg+300)℃、さらに好ましくは(Tg+50)℃〜(Tg+200)℃、典型的には600℃の位置であることが好ましい。好ましいガラスリボンの温度は、吹きつける気体の種類によっても異なる。
また、ビーム102の位置は、ラジエーションゲート103の上流であってもよいし、下流であってもよい。ガラスリボン101に吹きつける前記気体の量は、HClの場合は3×10−4〜6×10−3mol/ガラスリボン1cmであることが好ましい。HCl:HFが1:1(モル比)の混合流体を用いる場合は6×10−4〜1.9×10−3mol/ガラスリボン1cmであることが好ましい。
図4(b)に図4(a)のA−A断面図を示す。ビーム102によりY1の方向からガラスリボン101に吹き付けられた前記気体は、「IN」から流入して、「OUT」の方向から流出する。すなわち、矢印Y4およびY5の方向に移動して、ガラスリボン101に曝露する。また、矢印Y4の方向に移動した該気体は矢印Y2の方向から流出し、矢印Y5の方向に移動した該気体は矢印Y3の方向から流出する。
ガラスリボン101の幅方向の位置によって化学強化後におけるガラス板の反り量が変化する場合もあり、そのような場合は、前記気体の量を調整することが好ましい。すなわち、反り量が大きい位置には該気体を吹きつける量を多くし、反り量が少ない位置には該気体を吹きつける量を少なくすることが好ましい。
ガラスリボン101の位置によって化学強化後におけるガラス板の反り量が変化する場合には、ビーム102の構造を、ガラスリボン101の幅方向で前記気体量を調整可能な構造とすることにより、ガラスリボン101の幅方向で反り量を調整してもよい。
具体例として、前記気体の量をガラスリボン101の幅方向110をI〜IIIで3分割して調整するビーム102の断面図を図5(a)に示す。ガス系統111〜113は、隔壁114、115によって分割されており、それぞれガス吹き穴116から該気体を流出させて、ガラスに吹き付ける。
図5(a)における矢印は気体の流れを示す。図5(b)における矢印は、ガス系統111における気体の流れを示す。図5(c)における矢印は、ガス系統112における気体の流れを示す。図5(d)における矢印は、ガス系統113における気体の流れを示す。
ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体をガラス表面に供給する方法としては、例えば、インジェクタを用いる方法、導入チューブを用いる方法等が挙げられる。
図1および図2に本発明で用いることのできるインジェクタの模式図を示す。図1は、両流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。また、図2は、片流しタイプのインジェクタを模式的に示す図である。
その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体または液体は、中央スリット1及び外スリット2からガラス板20に向かって吐出され、ガラス板20上を流路4を通じて流れ、排気スリット5から排気される。なお、図1及び図2中の符号21は、ガラス板20が流れる方向であり、流路4と平行である。
インジェクタより供給される「ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体」が気体である場合、インジェクタの気体吐出口とガラス板との距離は50mm以下であることが好ましい。
前記距離を50mm以下とすることにより、気体がフロートバス雰囲気中に拡散するのを抑制し、所望するガス量に対して、ガラス板に十分量のガスを到達させることができる。逆にガラス板との距離が短すぎると、例えばフロート法で生産されるガラス板にオンラインで処理をする際に、ガラスリボンの変動により、ガラス板とインジェクタが接触する恐れがある。
またインジェクタより供給される「ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体」が液体である場合、インジェクタの液体吐出口とガラス板との距離には特段の制限がなく、ガラス板が均一に処理できるような配置であればよい。
インジェクタは、両流しまたは片流しなど、いずれの態様で用いてもよく、ガラス板の流れ方向に直列に2個以上並べて、ガラス板表面を処理してもよい。両流しインジェクタとは、図1に示す通り、吐出から排気へのガスの流れがガラス板の移動方向に対して、順方向と逆方向に均等に分かれるインジェクタである。
片流しインジェクタとは、図2に示す通り、吐出から排気へのガスの流れがガラス板の移動方向に対して順方向もしくは逆方向のいずれかに固定されるインジェクタである。片流しインジェクタを使用するときは、気流安定性の点でガラス板上のガスの流れとガラス板の移動方向が同じであることが好ましい。
また、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体の供給口と、未反応のガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体ならびにガラス板と反応して生成する気体、またはガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体のうち2種以上のガスが反応して生成する気体の排気口とが、ガラス板の同じ側の面に存在することが好ましい。
本発明においては、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体(その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体または液体や、塩化物等の気体または液体)を搬送中のガラス板の表面に供給して該表面を処理する際のガラス板の表面温度は、該ガラス板のガラス転移温度をTgとした場合に、(Tg+50)℃〜(Tg+460)℃であることが好ましく、(Tg+50)℃〜(Tg+300)℃であることがより好ましく、(Tg+50)℃〜(Tg+200)℃であることがさらに好ましい。
なお、以上にかかわらずガラス板の表面温度は、600℃超であることが好ましい。
また、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体をガラス板表面に供給する際のガラス板表面の圧力は、(大気圧−100)Pa〜(大気圧+100)Paの圧力範囲の雰囲気であることが好ましく、(大気圧−50)Pa〜(大気圧+50)Paの圧力範囲の雰囲気であることがより好ましい。
ガス流量について、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体としてHF:HCl=1:1(モル比)の混合流体を用いた場合について代表して述べる。HFとHClの混合流体でガラス板を処理するにあたっては、混合流体の流量が多いほど化学強化処理時の反り改善効果が大きいため好ましく、全ガス流量が同じ場合は、混合ガス中のHF濃度が高いほど、化学強化処理時の反り改善効果が大きくなる。
全ガス流量と混合ガス中のHFガス流量とが一定の場合は、ガラス板を処理する時間が長いほど、化学強化処理時の反り改善効果が大きくなる。例えばガラス板を加熱した後に、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体を用いてガラス板表面を処理する場合、ガラス板の搬送速度が低いほど化学強化後の反りが改善する。
全ガス流量または混合ガス中のHF流量をうまくコントロールできない設備でも、ガラス板の搬送速度を適宜コントロールすることによって、化学強化後の反りを改善することができる。
ただし、本発明に係るフロート法を用いた製造方法においては、ガラス板(ガラスリボン)を脱アルカリ処理する時間は生産性の点から30秒間を上限とする。
本発明のガラス板の製造方法では、フロート法においてガラスリボンのトップ面を脱アルカリ処理してアルカリ成分を除去し、トップ面における表面NaO量とトップ面から50μmの深さにおけるNaO量の比と、ボトム面の表面NaO量とトップ面から50μmの深さにおけるNaO量の比との差を0.02よりも低くする。当該差は、好ましくは0.01未満であり、また、下限は−0.07以上が好ましい。
すなわち、トップ面における表面NaO量を「α」、ボトム面における表面NaO量を「β」、トップ面から50μmの深さにおけるNaO量を「γ」とした場合に、[(α−β)/γ]<0.02であることが好ましく、−0.07≦[(α−β)/γ]<0.01であることがより好ましい。また、混合流体を用いて脱アルカリ処理を実施することにより、単独気体を用いて脱アルカリ処理を実施するよりも(α−β)/γが0.01未満となりやすいため好ましい。
なお、トップ面やボトム面の表面NaO量とは、それぞれの表面から深さ3μmにおいて、後述するXRFで測定した平均のNaO量である。
(α−β)/γの値を上記範囲にするためには、脱アルカリ処理に用いる気体又は液体中のF原子濃度や脱アルカリ処理を行う温度及び/又は時間を適宜調整することにより達成することができる。
2.ガラス板
ガラス板の化学強化後の反りは、ガラス板の一方の面ともう一方の面において化学強化の入り方が異なることにより生じる。具体的には、フロートガラスの場合、フロート成形時に溶融錫等の溶融金属と接触していないガラス面(トップ面)と溶融金属と接触しているガラス面(ボトム面)において化学強化の入り方が異なることにより化学強化後の反りが生じる。
本発明によれば、フロート成形時にフロートバス内でトップ面に対して一定条件の下で脱アルカリ処理を行うことにより、得られたガラス板を化学強化した際の反りが大きく改善したガラスを得ることができる。また、前記脱アルカリ処理に際し、トップ面の脱アルカリの程度とボトム面の脱アルカリの差、すなわち表面NaO量の差を特定範囲以上とすることにより、ガラス板のトップ面とボトム面におけるイオンの拡散量を制御して、トップ面とボトム面における化学強化の入り方を均衡化することにより、前記反りがより改善したガラスを得ることができる。そのため、本発明の製造方法により得られたガラス板は、強化応力を制御したり、化学強化処理の前に研削および研磨等の処理をすることなく、化学強化後のガラス板の反りを低減することができる。
また、フロート成形時にフロートバス内で脱アルカリ処理を行うため、ガラス板の生産性が向上する。さらに、1〜30秒間という短時間で脱アルカリ処理が行われるために、得られたガラスに変形が生じたり、温度ムラによる歪みが生じるといった事態を防ぐことができる。
ガラス表面の脱アルカリ現象は、アルカリ分がNaの場合、以下の3つの段階(a)、(b)及び(c)が順次繰り返し起っているものである。
(a)ガラス内部からガラス表面へのアルカリ分の輸送(ガラス内部でのNaとHの交換反応)。
(b)ガラス表面でのNaとHの交換反応。
(c)Hと交換したNaのガラス表面からの除去。
ガラス表面の脱アルカリの程度はNaO量を測定することにより評価することができ、本発明においては、ガラスにおけるNaO量をNa−Kα線を用いるXRF(X−ray Fluorescence Spectrometer、蛍光X線分析)により評価する。
XRF(蛍光X線分析)法の分析条件は以下とする。定量はNaO標準試料を用いて検量線法にて行う。測定装置としては、株式会社リガク製ZSXPrimusIIが挙げられる。
出力:Rh 50kV−60mA
フィルタ:OUTアッテネータ:1/1
スリット:S4.
分光結晶:RX25
検出器:PC
ピーク角度(2θ/deg.):46.800
ピーク測定時間(秒):30
PHA:100−500
本発明のガラス板は、先述したように、トップ面における表面NaO量を「α」、ボトム面における表面NaO量を「β」、トップ面から50μmでのNaO量を「γ」とした場合に、[(α−β)/γ]<0.02であることが好ましく、−0.07≦[(α−β)/γ]<0.01であることがより好ましい。(α−β)/γの値が当該範囲である本発明のガラス板は、化学強化時の反りが低減される。
(α−β)/γの値が、が0.02以上であると、反り低減の効果が少ない。
3.化学強化
化学強化は、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン(典型的には、LiイオンまたはNaイオン)をイオン半径のより大きなアルカリイオン(典型的には、Kイオン)に交換することで、ガラス表面に圧縮応力層を形成する処理である。化学強化処理は従来公知の方法によって行うことができる。
本発明の化学強化ガラス板は、前記製造方法により得られたソーダライムシリケートガラスを化学強化して得られる化学強化ガラスであり、反りが改善されたガラス板である。
化学強化処理後のトップ面の表面KO量とボトム面のKO量との差(ΔKO)をトップ面から50μmの深さにおけるKO量で除した値は0.66未満であることが好ましく、0.65以下であることがより好ましい。この値が小さいほど、化学強化処理による反りが小さいことを表す。また、下限は−4.79以上であることが好ましい。
すなわち、トップ面における表面KO量を「x」、ボトム面における表面KO量を「y」、トップ面から50μmの深さにおけるKO量を「z」とした場合に、[(x−y)/z]<0.66であることが好ましく、[(x−y)/z]≦0.65であることがより好ましく、−4.79≦[(x−y)/z]≦0.65であることがさらに好ましい。
化学強化前のガラス板に対する化学強化後のガラス板の反りの変化量(反り変化量)は、株式会社ニデック(フラットネステスター FT−17)で測定することができる。なお、トップ面又はボトム面の表面KO量とは、それぞれの表面から深さ10μmにおいて、後述するXRFで測定した平均のKO量である。
本発明において、化学強化後の反りの改善は、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体により脱アルカリ処理する以外は全て同じ条件の実験において、以下に示す式により求める反り改善率により評価する。
反り改善率(%)=[1−(ΔY/ΔX)]×100ΔX:脱アルカリ未処理ガラス板の化学強化による反り変化量ΔY:脱アルカリ処理ガラス板の化学強化による反り変化量
ここで反り変化量は、ΔX>0とする。ΔYはΔXと同方向に反る場合にΔY>0、ΔXと逆方向に反る場合はΔY<0となる。
ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体により脱アルカリ処理してないガラス板はΔX=ΔYとなり、反り改善率0%となる。またΔYが負の値をとる場合は、反り改善率>100%となる。
得られた化学強化ガラス板の厚みは、特に制限されるものではなく、たとえば2mm、0.8mm、0.73mm、0.7mm、0.56mm、0.4mmが挙げられるが、軽量化のために、通常5mm以下であることが好ましく、3mm以下であることがより好ましく、1.5mm以下であることがさらに好ましく、0.8mm以下であることが特に好ましい。
4.フラットパネルディスプレイ装置
以下、本発明のガラス板を化学強化した後、当該化学強化ガラス板をフラットパネルディスプレイ装置のカバーガラスとして用いた例について説明する。図3は、カバーガラスが配置されたディスプレイ装置の断面図である。なお、以下の説明において、前後左右は図中の矢印の向きを基準とする。
ディスプレイ装置40は、図3に示すように、筐体15内に設けられた表示パネル45と、表示パネル45の全面を覆い筐体15の前方を囲うように設けられるカバーガラス30とを備える。
カバーガラス30は、主として、ディスプレイ装置40の美観や強度の向上、衝撃破損防止などを目的として設置されるものであり、全体形状が略平面形状の一枚の板状ガラスから形成される。カバーガラス30は、図3に示すように、表示パネル45の表示側(前側)から離間するように(空気層を有するように)設置されていてもよく、透光性を有する接着膜(図示せず)を介して表示パネル45の表示側に貼り付けられてもよい。
カバーガラス30の表示パネル45からの光を出射する前面には機能膜41が設けられ、表示パネル45からの光が入射する背面には、表示パネル45と対応する位置に機能膜42が設けられている。なお、機能膜41、42は、図3では両面に設けたが、これに限らず前面または背面に設けてもよく、省略してもよい。
機能膜41、42は、例えば、周囲光の反射防止、衝撃破損防止、電磁波遮蔽、近赤外線遮蔽、色調補正、および/または耐傷性向上などの機能を有し、厚さおよび形状などは用途に応じて適宜選択される。機能膜41、42は、例えば、樹脂製の膜をカバーガラス30に貼り付けることにより形成される。あるいは、蒸着法、スパッタ法またはCVD法などの薄膜形成法により形成されてもよい。
符号44は、黒色層であり、例えば、顔料粒子を含むインクをカバーガラス30に塗布し、これを紫外線照射、または加熱焼成した後、冷却することによって形成された被膜であり、筐体15の外側からは表示パネル等が見えなくなり、外観の審美性を向上させる。
以下に本発明の実施例について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
(ガラス板の組成)
本実施例では、以下の組成の硝材Aのガラス板を用いた。
(硝材A)モル%表示で、SiOを72.0%、Alを1.1%、NaOを12.6%、KOを0.2%、MgOを5.5%及びCaOを8.6%含有するガラス(ガラス転移温度566℃)
(反り量の測定)
化学強化前に株式会社ニデック(フラットネステスター FT−17)で反り量を測定した後、各ガラスを化学強化し、化学強化後の反り量も同様に測定し、下式で表されるΔ反り量を算出した。
Δ反り量=化学強化後反り量−化学強化前反り量
(反り改善率)
化学強化後の反りの改善は、ガラス中のアルカリ成分との間でイオン交換反応が起こる液体または気体により脱アルカリ処理する以外は全て同じ条件の実験において、以下に示す式により求める反り改善率により評価した。
反り改善率(%)=[1−(ΔY/ΔX)]×100ΔX:未処理ガラス板の化学強化による反り変化量ΔY:処理ガラス板の化学強化による反り変化量
ここで反り変化量は、ΔX>0とした。ΔYはΔXと同方向に反る場合にΔY>0、ΔXと逆方向に反る場合はΔY<0とした。
(XRF法)
XRF(蛍光X線分析)法を用いたNaO量の測定分析条件は以下とした。定量はNaO標準試料を用いて検量線法にて行った。
測定装置:株式会社リガク製ZSXPrimusII
出力:Rh 50kV−60mA
フィルタ:OUT
アッテネータ:1/1
スリット:S4
分光結晶:RX25
検出器:PC
ピーク角度(2θ/deg.):46.800
ピーク測定時間(秒):30
PHA:100−500
また、XRFを用いたKO量の測定分析条件は以下とした。なおイオン交換量は、化学強化後のKO分析値から化学強化前(素板)のKO分析値を減じた値をイオン交換量とする。
測定装置:株式会社リガク製ZSXPrimusII
出力:Rh 50kV−60mA
フィルタ:OUT
アッテネータ:1/1
スリット:S4
分光結晶:LiF(200)
検出器:PC
ピーク角度(2θ/deg.):136.650
ピーク測定時間(秒):30
PHA:100−300
(表面圧縮応力:CS及び圧縮応力深さ:DOLの測定)
得られた化学強化後のガラス板におけるCS及びDOLは折原製作所社製表面応力計(FSM−6000LE)を用いて測定した。
[実施例1−1〜1−4及び比較例1−1]
硝材Aのガラスリボンが流れるフロートバスにおいて、表1に示す処理条件下、HClを含むガスを用いて脱アルカリ処理を実施した。
得られたHClで脱アルカリ処理したガラス板又は脱アルカリ処理していないガラス板のXRF分析により、トップ面(処理面)における表面NaO量及びボトム面(非処理面)の表面NaO量を測定し、処理表面(トップ面)を50μm研磨し、研磨面のNaO量を測定してガラス内部のNaO量とした。そして、処理面(トップ面)又は非処理面(ボトム面)の表面NaO量とガラス内部のNaO量との比をそれぞれ算出した。さらには処理面と非処理面の表面NaO量の差(ΔNaO量)と、ガラス内部のNaO量との比を算出した。
得られたHClで脱アルカリ処理したガラス板又は脱アルカリ処理していないガラス板を、硝酸カリウム溶融塩により420℃にて150分間化学強化し、トップ面のCS、トップ面のDOL、Δ反り量(反り変化量)、反り改善率をそれぞれ測定した。得られた化学強化ガラス板の厚さは0.7mmであった。
化学強化後のガラス板をXRF分析することにより、トップ面(処理面)における表面KO量及びボトム面(非処理面)の表面KO量を測定し、処理表面(トップ面)を50μm研磨し、研磨面のKO量を測定してガラス内部のKO量とした。そして、処理面(トップ面)又は非処理面(ボトム面)の表面KO量とガラス内部のKO量との比をそれぞれ算出した。さらには処理面と非処理面の表面KO量の差(ΔKO量)と、ガラス内部のKO量との比を算出した。なお、化学強化前のKO量は、処理表面および非処理面でほぼ同一であるため、上記ΔKOをイオン交換量差とした。
なお、得られたガラス板のトップ面及びボトム面の表面NaO量はそれぞれ、処理面から0〜3μm及び非処理面から0〜3μmの深さにおける平均NaO量をそれぞれ測定した。
また、化学強化後のトップ面及びボトム面の表面KO量については処理表面から0〜10μm及び非処理表面から0〜10μmの深さにおける平均KO量をそれぞれ測定した。
脱アルカリ処理の条件および得られた化学強化ガラスの各種物性を表1に示す。
Figure 2014104303
表1に示すように、フロートバス内でトップ面をHClにより3.5秒脱アルカリ処理した後に化学強化することにより、化学強化後のガラス板の反りが改善されることがわかった。
[実施例2−1〜2−11及び比較例2−1]
硝材Aのフロート法により製造したガラスをHFとHClの混合ガスで脱アルカリ処理する以外は実施例1−1と同様にし、得られたガラス及び化学強化後のガラスの各種物性を測定した。また、比較例2−1は脱アルカリ処理を行わなかったガラスである。得られた化学強化ガラス板の厚さはいずれも0.7mmであった。
脱アルカリ処理の条件並びに得られたガラス及び化学強化ガラスの各種物性を表2に示す。
Figure 2014104303
表2に示すように、脱アルカリ処理にHFとHClの混合ガスを用いることによって、化学強化後の反りが大きく改善されることが分かった。
[実施例3−1〜3−13及び比較例3−1]
硝材Aのフロート法により製造したガラスを表3及び4に記載の酸を混合した酸を用いて647℃で3.5秒脱アルカリ処理する以外は実施例1−1と同様にし、得られたガラス及び化学強化ガラスの各種物性を測定した。また、比較例3−1は脱アルカリ処理を行わなかったガラスである。得られた化学強化ガラス板の厚さはいずれも0.7mmであった。
脱アルカリ処理の条件並びに得られたガラス及び化学強化ガラスの各種物性を表3及び4に示す。
Figure 2014104303
Figure 2014104303
[実施例4−1〜4−7及び比較例4−1]
硝材Aのフロート法により製造したガラスを表5に記載の酸を用いて653℃で3.5秒脱アルカリ処理する以外は実施例1−1と同様にし、得られたガラス及び化学強化ガラスの各種物性を測定した。また、比較例4−1は脱アルカリ処理を行わなかったガラスである。得られた化学強化ガラス板の厚さはいずれも0.7mmであった。
脱アルカリ処理の条件並びに得られたガラス及び化学強化ガラスの各種物性を表5に示す。
Figure 2014104303
表3〜5に示すように、脱アルカリ処理を647℃又は653℃で行うことによって、トップ面におけるKO量とボトム面におけるKO量の差とガラス内部のKO量との比を小さくすることができ、反りを改善することができることが分かった。
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、2012年12月27日付で出願された日本特許出願(特願2012−285511)および2013年9月25日付で出願された日本特許出願(特願2013−198470)に基づいており、その全体が引用により援用される。
1 中央スリット
2 外スリット
4 流路
5 排気スリット
15 筐体
20 ガラス板
30 カバーガラス
40 ディスプレイ装置
41、42 機能膜
45 表示パネル
101 ガラスリボン
102 ビーム
103 ラジエーションゲート
110 ガラスリボンの幅方向
111、112、113 ガス系統
114、115 隔壁
116 ガス吹き穴

Claims (15)

  1. ガラス原料を溶解する工程と、前記工程により溶融するガラスを溶融金属上に浮揚させながらガラスリボンに成形する工程と、前記ガラスリボンを徐冷する工程とを含むフロートガラス板の製造方法であって、
    前記フロートガラス板はSiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有し、
    前記成形する工程において、前記ガラスリボンにおける溶融金属と接するボトム面に対向するトップ面に対して、フロートバス内で1〜30秒間脱アルカリ処理を施し、前記脱アルカリ処理時の前記ガラスリボンの表面温度を600℃以上とする、ガラス板の製造方法。
  2. 前記脱アルカリ処理を混合流体により行う、請求項1に記載のガラス板の製造方法。
  3. 前記混合流体が塩酸とフッ酸の混合流体である、請求項2に記載のガラス板の製造方法。
  4. SiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有するフロートガラス板であって、
    前記ガラス板のトップ面の表面NaO量(α)と前記ガラス板のボトム面の表面NaO量(β)の差(α−β)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるNaO量(γ)との比[(α−β)/γ]が0.02未満であるガラス板。
  5. 前記トップ面の表面NaO量(α)と前記ボトム面の表面NaO量(β)の差(α−β)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるNaO量(γ)との比[(α−β)/γ]が0.01未満である、請求項4に記載のガラス板。
  6. 前記トップ面の表面NaO量(α)と前記ボトム面の表面NaO量(β)の差(α−β)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるNaO量(γ)との比[(α−β)/γ]が−0.07以上である、請求項4または5に記載のガラス板。
  7. 厚みが1.5mm以下である、請求項4〜6のいずれか1項に記載のガラス板。
  8. 厚みが0.8mm以下である、請求項4〜7のいずれか1項に記載のガラス板。
  9. 請求項4〜8のいずれか1項に記載のガラス板を化学強化して得られる化学強化ガラス板。
  10. SiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KOを0〜1.5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%(モル%)含有する化学強化ガラス板であって、
    前記ガラス板のトップ面の表面KO量(x)と前記ガラス板のボトム面の表面KO量(y)の差(x−y)と、前記トップ面から50μmの深さにおけるKO量(z)との比[(x−y)/z]が0.66未満である化学強化ガラス板。
  11. 前記トップ面の表面KO量(x)と前記ボトム面の表面KO量(y)の差と、前記トップ面から50μmの深さにおけるKO量(z)との比[(x−y)/z]が0.65以下である、請求項10に記載の化学強化ガラス板。
  12. 前記トップ面の表面KO量(x)と前記ボトム面の表面KO量(y)の差と、前記トップ面から50μmの深さにおけるKO量(z)との比[(x−y)/z]が−4.79以上である、請求項10または11に記載の化学強化ガラス板。
  13. 厚みが1.5mm以下である、請求項9〜12のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
  14. 厚みが0.8mm以下である、請求項9〜13のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
  15. カバーガラスを備えたフラットパネルディスプレイ装置であって、前記カバーガラスが請求項9〜14のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板であるフラットパネルディスプレイ装置。
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