JPWO2018056329A1 - Method of manufacturing tempered glass plate, tempered glass plate, and tempered glass plate - Google Patents

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利之 梶岡
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睦 深田
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清貴 木下
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Abstract

本発明の強化ガラス板の製造方法は、ガラス板をイオン交換法を用いて強化する強化ガラス板の製造方法であって、ガラス板の表面の一部に、イオン交換を防止するイオン透過防止膜を成膜する成膜工程と、成膜されたガラス板を溶融塩浴に接触させて成膜領域以外の領域を選択的にイオン交換処理する選択イオン交換工程とを備え、イオン透過防止膜は、ZrO2を50〜100質量%含有する無機膜であることを特徴とする。The method for producing a tempered glass plate according to the present invention is a method for producing a tempered glass plate, wherein the glass plate is tempered using an ion exchange method, and an ion permeation preventive film for preventing ion exchange on a part of the surface of the glass plate. And a selective ion exchange step of selectively ion-exchanging the area other than the film formation area by bringing the formed glass plate into contact with the molten salt bath, and the ion permeation preventive film And an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2.

Description

本発明は、強化ガラス板の製造方法、強化用ガラス板、および強化ガラス板に関し、より具体的には、イオン交換法によってガラス板の化学強化を行う強化ガラス板の製造方法等に関する。   The present invention relates to a method for producing a strengthened glass sheet, a glass sheet for strengthening, and a tempered glass sheet, and more specifically, to a method for producing a tempered glass sheet for chemically strengthening a glass sheet by an ion exchange method.

従来、スマートフォンやタブレットPCなどの電子機器に搭載されるタッチパネルディスプレイには、カバーガラス板として化学強化された強化ガラス板が用いられている。   Conventionally, a chemically strengthened tempered glass plate is used as a cover glass plate for a touch panel display mounted on an electronic device such as a smartphone or a tablet PC.

このような強化ガラス板は、一般的に、アルカリ金属を組成として含むガラス板を強化液で化学的に処理し、表面に圧縮応力層を形成することによって製造される。このような強化ガラス板は、表面に圧縮応力層を有するために衝撃耐性等が向上している。しかしながら、このような強化ガラス板であっても、主表面における衝撃耐性に比べ、エッジ部や周縁部における衝撃耐性が低く、強化ガラス板の破損の原因となっていた。このような破損を防止するべく強化ガラス板表面の圧縮応力層を全体的に深くした場合、ガラス板内部に形成される引張応力が過大となり、当該引張応力に起因した破損(所謂、自己破壊)が生じやすくなる問題がある。   Such a tempered glass sheet is generally manufactured by chemically treating a glass sheet containing an alkali metal as a composition with a reinforcing liquid to form a compressive stress layer on the surface. Such a tempered glass sheet has improved impact resistance and the like because it has a compressive stress layer on the surface. However, even with such a tempered glass plate, the impact resistance at the edge portion and the peripheral portion is lower than the impact resistance at the main surface, which causes the breakage of the tempered glass plate. When the compressive stress layer on the surface of the tempered glass plate is made deep as a whole to prevent such breakage, the tensile stress formed inside the glass plate becomes excessive, and the breakage caused by the tensile stress (so-called self-destruction) Problem is likely to occur.

上記のような問題を解決すべく、強化ガラス板表面の一部分においてのみ選択的に深く圧縮応力層を形成する技術が開発されている。例えば、特許文献1に開示される方法では、主表面の中央部分のみをマスク材料でシールディングすることによって、シールドされていない周縁部のみをイオン交換して強化処理できる。その後シールディングを除去し、再度、強化処理を行うことで、予め強化処理されたエッジ部では深い圧縮応力層を形成し、シールドされていた主表面では浅い圧縮応力層を形成できる。   In order to solve the above problems, a technology has been developed to selectively form a deep compressive stress layer only on a portion of the surface of a strengthened glass sheet. For example, in the method disclosed in Patent Document 1, by shielding only the central portion of the main surface with the mask material, it is possible to ion-exchange and strengthen only the unshielded peripheral portion. Thereafter, the shielding is removed, and by performing the strengthening treatment again, a deep compressive stress layer can be formed at the edge portion which has been subjected to the reinforcing treatment in advance, and a shallow compressive stress layer can be formed on the main surface which has been shielded.

米国特許出願公開第2012/0236477号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2012/0236477

特許文献1では上記シールドを構成するマスク材料(イオン交換防止膜)として金属箔やポリイミド等の材料が例示されている。しかしながら、これらの材料から成るイオン交換防止膜ではイオン交換処理中に溶融塩との化学的反応によって損耗、分解、あるいは剥離し易く、イオン交換を十分に抑止できず、所望の強化特性を有する強化ガラスを安定して得られない場合があった。また、このようなイオン交換防止膜の損耗等は、イオン交換処理の処理温度が高温であるほど顕著となる場合があった。   In patent document 1, materials, such as metal foil and a polyimide, are illustrated as a mask material (ion exchange prevention film | membrane) which comprises the said shield. However, ion exchange prevention membranes made of these materials are susceptible to wear, decomposition, or exfoliation due to chemical reaction with molten salt during ion exchange treatment, and ion exchange can not be sufficiently suppressed, and reinforcement with desired reinforcing properties is achieved. There was a case where glass could not be obtained stably. In addition, the wear and the like of the ion exchange preventive film may be more remarkable as the treatment temperature of the ion exchange treatment is higher.

したがって、従来の材料のイオン交換防止膜では、損耗に耐え得る程度に膜厚を厚くしたり、処理温度を低く且つ処理時間を長くする必要があり、生産性が低下するおそれがあった。   Therefore, in the case of the conventional ion exchange membrane of material, it is necessary to increase the film thickness to the extent that it can withstand wear, to lower the treatment temperature and to prolong the treatment time, and there is a possibility that the productivity may be lowered.

本発明は、このような事情を考慮して成されたものであり、高い強度を有する強化ガラス板を安定して高い生産性で製造可能とする強化ガラス板の製造方法、および強化用ガラス板、ならびに強化ガラス板を提供することを課題とする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and a method for producing a tempered glass sheet capable of stably producing a tempered glass sheet having high strength with high productivity, and a tempered glass sheet , And providing a tempered glass sheet.

本発明の強化ガラス板の製造方法は、ガラス板をイオン交換法を用いて強化する強化ガラス板の製造方法であって、ガラス板の表面の一部に、イオン交換を防止するイオン透過防止膜を成膜する成膜工程と、成膜されたガラス板を溶融塩に接触させて成膜領域以外の領域を選択的にイオン交換処理する選択イオン交換工程とを備え、イオン透過防止膜は、ZrO2を含有する無機膜であることを特徴とする。The method for producing a tempered glass plate according to the present invention is a method for producing a tempered glass plate, wherein the glass plate is tempered using an ion exchange method, and an ion permeation preventive film for preventing ion exchange on a part of the surface of the glass plate. And a selective ion exchange step of selectively ion-exchanging the area other than the film formation area by bringing the formed glass plate into contact with the molten salt, and the ion permeation preventive film comprising It is characterized by being an inorganic film containing ZrO 2 .

本発明の強化ガラス板の製造方法によれば、イオン透過防止膜がZrO2を含むため、例えば高温の硝酸カリウム等の溶融塩と接触しても当該膜が損耗し難く、また、比較的薄い膜厚であってもイオンの透過を十分に遮断できる。したがって高い強度を有する強化ガラス板を安定して高い生産性で製造可能である。According to the method for producing a tempered glass sheet of the present invention, since the ion permeation preventive film contains ZrO 2 , for example, the film is less likely to be worn even when in contact with molten salt such as high temperature potassium nitrate, and a relatively thin film Even the thickness can sufficiently block the permeation of ions. Therefore, it is possible to stably produce a tempered glass sheet having high strength with high productivity.

本発明の強化ガラス板の製造方法において、イオン透過防止膜は、ZrO2を50〜100質量%含有する無機膜であることが好ましい。In the method for producing a tempered glass plate of the present invention, the ion permeation preventive film is preferably an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2 .

本発明の強化ガラス板の製造方法では、選択イオン交換工程において、ガラス板を400℃超500℃未満の温度の溶融塩浴に浸漬することが好ましい。   In the method for producing a tempered glass sheet of the present invention, it is preferable to immerse the glass sheet in a molten salt bath at a temperature of more than 400 ° C. and less than 500 ° C. in the selective ion exchange step.

本発明の強化ガラス板の製造方法では、成膜工程において、イオン透過防止膜として質量%でZrO2を70〜99%、Y23、CaO、Al23、CeO、HfO2の少なくとも何れかを合量で1〜30%含有する無機膜を形成することが好ましい。In the method for producing a strengthened glass sheet of the present invention, in the film forming step, at least 70 to 99% of ZrO 2 by mass% as Y 2 O 3 , CaO, Al 2 O 3 , CeO, HfO 2 is used as an ion permeation preventive film. It is preferable to form an inorganic film containing 1 to 30% of either in total.

本発明の強化ガラス板の製造方法では、成膜工程において、厚さが400nm以下となるようイオン透過防止膜を形成することが好ましい。   In the method for producing a strengthened glass plate of the present invention, in the film forming step, it is preferable to form an ion permeation preventive film so as to have a thickness of 400 nm or less.

本発明の強化ガラス板の製造方法では、選択イオン交換工程の後にイオン透過防止膜をガラス板から除去する除去工程と、除去工程後に、ガラス板の表面全体をイオン交換処理する全体イオン交換工程をさらに備えることが好ましい。   In the method for producing a tempered glass sheet according to the present invention, there are a removal step of removing the ion permeation preventive film from the glass plate after the selective ion exchange step, and a total ion exchange step of ion exchange treating the entire surface of the glass plate after the removal step. It is preferable to further include.

本発明の強化ガラス板の製造方法では、成膜領域におけるガラス板の表面の表面粗さRaが、0.4nm以下であることが好ましい。   In the method for producing a strengthened glass sheet of the present invention, the surface roughness Ra of the surface of the glass sheet in the film formation region is preferably 0.4 nm or less.

本発明の強化用ガラス板は、イオン交換法を用いた強化処理に供される強化用ガラス板であって、表面において、ZrO2を50〜100質量%を含有する無機膜に被覆された成膜部と、端面の少なくとも一部に無機膜に被覆されていない露出部と、を有することを特徴とする。The reinforcing glass plate of the present invention is a reinforcing glass plate to be subjected to a strengthening treatment using an ion exchange method, and is formed by coating an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2 on the surface. It has a film part and an exposed part which is not covered with an inorganic membrane in at least one copy of an end face.

本発明の強化ガラス板は、イオン交換法を用いて部分的に強化された強化ガラス板であって、表面において、ZrO2を50〜100質量%を含有する無機膜に被覆された成膜部と、端面の少なくとも一部に無機膜に被覆されていない露出部と、を有し、成膜部におけるガラス表面の圧縮応力層の深さが、露出部における圧縮応力深さより小さいことを特徴とする。The tempered glass plate of the present invention is a tempered glass plate partially tempered using an ion exchange method, and a film-forming portion coated on the surface with an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2 And an exposed portion not covered with the inorganic film on at least a part of the end face, and the depth of the compressive stress layer on the glass surface in the film forming portion is smaller than the compressive stress depth in the exposed portion. Do.

本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the tempered glass board which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the tempered glass board which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the tempered glass board which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the tempered glass board which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の第一の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法を示す図である。It is a figure which shows the manufacturing method of the tempered glass board which concerns on 1st embodiment of this invention. 本発明の強化ガラス板の製造方法における成膜領域の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the film-forming area | region in the manufacturing method of the tempered glass board of this invention.

以下、本発明の実施形態の強化ガラス板の製造方法について説明する。図1A〜図1Eは、本発明の強化ガラス板の製造方法の一例を示す図である。   Hereinafter, the manufacturing method of the tempered glass board of embodiment of this invention is demonstrated. 1A to 1E are views showing an example of the method for producing a tempered glass sheet of the present invention.

先ず、図1Aに示す準備工程の処理を実施する。準備工程は、元ガラス板G1を準備する工程である。元ガラス板G1は、イオン交換法を用いて強化可能な板状のガラス板である。   First, the process of the preparation process shown in FIG. 1A is performed. The preparation step is a step of preparing the original glass plate G1. The original glass plate G1 is a plate-like glass plate that can be strengthened using an ion exchange method.

元ガラス板G1は、ガラス板組成として質量%で、SiO2 45〜75%、Al23 1〜30%、Na2O 0〜20%、K2O 0〜20%を含有することが好ましい。上記のようにガラス板組成範囲を規制すれば、イオン交換性能と耐失透性を高いレベルで両立し易くなる。The original glass plate G1 may contain 45 to 75% of SiO 2 , 1 to 30% of Al 2 O 3 , 0 to 20% of Na 2 O, and 0 to 20% of K 2 O by mass% as a glass plate composition. preferable. By regulating the glass sheet composition range as described above, it is easy to achieve both ion exchange performance and devitrification resistance at high levels.

元ガラス板G1の板厚は、例えば、1.5mm以下であり、好ましくは1.3mm以下、1.1mm以下、1.0mm以下、0.8mm以下、0.7mm以下、0.6 mm以下、0.5mm以下、0.4mm以下、0.3mm以下、0.2mm以下、特に0 .1mm以下である。強化ガラス板基板の板厚が小さい程、強化ガラス板基板を軽量化することでき、結果として、デバイスの薄型化、軽量化を図ることができる。なお、生産性等を考慮すれば元ガラス板G1の板厚は0.01mm以上であることが好ましい。   The thickness of the original glass plate G1 is, for example, 1.5 mm or less, preferably 1.3 mm or less, 1.1 mm or less, 1.0 mm or less, 0.8 mm or less, 0.7 mm or less, 0.6 mm or less 0.5 mm or less, 0.4 mm or less, 0.3 mm or less, 0.2 mm or less, particularly 0.1. It is 1 mm or less. The smaller the thickness of the tempered glass plate substrate, the lighter the tempered glass plate substrate can be, and as a result, the thinner and lighter the device can be achieved. The thickness of the original glass plate G1 is preferably 0.01 mm or more in consideration of productivity and the like.

元ガラス板G1の主表面の寸法は任意に設定可能であるが、例えば、480×320mm〜3350×3950mmである。   Although the dimension of the main surface of the original glass plate G1 can be set arbitrarily, it is 480x320 mm-3350x3950 mm, for example.

元ガラス板G1は、例えば、オーバーフローダウンドロー法を用いて成形されたものである。なお、元ガラス板G1の成形方法や加工状態は任意に選択しても良い。例えば、元ガラス板G1はフロート法を用いて成形され、主表面Sおよび端面Eは研磨加工されたものであっても良い。   The original glass plate G1 is formed, for example, using an overflow downdraw method. In addition, you may select arbitrarily the shaping | molding method and process state of the original glass plate G1. For example, the original glass plate G1 may be formed using a float method, and the main surface S and the end face E may be polished.

次いで、上記準備工程の後、図1B、図1Cの選択イオン交換工程の処理を実施する。選択イオン交換工程は、元ガラス板G1の表面を部分的に化学強化する工程である。具体的には、選択イオン交換工程は、元ガラス板G1の表面の一部に設定した選択領域(周縁部S2および端面E)において、当該選択領域以外の非選択領域(中央部S1)よりも深い圧縮応力層を形成する処理を行う工程である。選択イオン交換工程は、成膜工程、選択イオン交換工程、および除去工程を含む。   Next, after the above-described preparation process, the process of the selective ion exchange process of FIGS. 1B and 1C is performed. The selective ion exchange step is a step of partially chemically strengthening the surface of the original glass plate G1. Specifically, in the selective ion exchange step, in the selected region (peripheral portion S2 and end surface E) set on a part of the surface of the original glass plate G1, the nonselected region (central portion S1) other than the selected region is selected. This is a process of forming a deep compressive stress layer. The selective ion exchange step includes a film forming step, a selective ion exchange step, and a removal step.

選択イオン交換工程では、先ず、図1Bに示す成膜工程の処理を実施する。成膜工程は、元ガラス板G1の表面の少なくとも一部に設定された非選択領域にイオン透過防止膜Mを形成して膜付ガラス板G2を得る工程である。本実施形態では、図2に示すように元ガラス板G1の表裏主表面Sの中央部S1を非選択領域とした場合を一例として説明する。なお、図1Bは図2におけるAA矢視断面図に相当する。元ガラス板G1の表面のうち中央部S1以外の領域、すなわち周縁部S2および端面Eは選択領域であり、露出した状態とされている。なお、周縁部S2は主表面Sのうち中央部S1を取り囲む領域である。イオン透過防止膜Mは、後述の選択イオン交換工程において、元ガラス板G1表層のイオン交換を行う際にイオンの透過を抑制または遮断する膜層である。   In the selective ion exchange process, first, the process of the film forming process shown in FIG. 1B is performed. The film forming step is a step of forming the ion permeation preventive film M on the non-selected region set on at least a part of the surface of the original glass plate G1 to obtain the film-coated glass plate G2. In this embodiment, as shown in FIG. 2, the case where center part S1 of front and back main surface S of original glass board G1 is made into a non-selection field is explained as an example. FIG. 1B corresponds to a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. Of the surface of the original glass plate G1, a region other than the central portion S1, that is, the peripheral portion S2 and the end face E are selected regions and are in an exposed state. The peripheral portion S2 is a region surrounding the central portion S1 of the main surface S. The ion permeation prevention film M is a film layer which suppresses or blocks the permeation of ions when performing ion exchange of the surface layer of the original glass plate G1 in the selective ion exchange step described later.

イオン透過防止膜Mは、ZrO2を含有する無機膜である。好ましくは、イオン透過防止膜Mは、ZrO2を50〜100質量%含有する。イオン透過防止膜Mとしてこのような材質を用いることにより、後述の選択イオン交換工程における損耗等を抑制できる。具体的には、450℃より高温の溶融塩(強化液)に浸漬した場合であっても、膜付ガラス板G2からのイオン透過防止膜Mの剥離等を極めて生じ難い。The ion permeation prevention film M is an inorganic film containing ZrO 2 . Preferably, the ion permeation prevention film M contains 50 to 100% by mass of ZrO 2 . By using such a material as the ion permeation prevention film M, it is possible to suppress wear and the like in the selective ion exchange step described later. Specifically, even in the case of immersion in a molten salt (reinforcing solution) having a temperature higher than 450 ° C., it is extremely difficult to cause peeling or the like of the ion permeation preventive film M from the film-coated glass plate G2.

ZrO2を主とするイオン透過防止膜Mを成膜する場合、元ガラス板G1の表面の少なくとも非選択領域(成膜領域)における表面粗さRaは、0.4nm以下であることが好ましい。これは、Raが大きい場合(例えば、一般的な研磨面の場合)に、ZrO2を主とするイオン透過防止膜Mの膜質に悪影響を与え、イオン透過防止膜としての機能が著しく低下する場合があるためである。従って、元ガラス板G1の表面は、オーバーフローダウンドロー法で成形されたオーバーフロー面(未研磨の火造り面)であることが好ましいが、非常に平坦である場合は研磨面であっても良い。なお、元ガラス板G1の表面粗さRaは、製造コスト等の観点から、0.05nm以上であることが好ましい。When forming an ion permeable barrier layer M of the ZrO 2 as the main, the surface roughness Ra at least in the non-selected region (deposition region) of the surface of the original glass plate G1 is preferably less 0.4 nm. This has an adverse effect on the film quality of the ion permeation preventive film M mainly composed of ZrO 2 when Ra is large (for example, in the case of a general polishing surface), and the function as the ion permeation preventive film is significantly reduced. There is Therefore, the surface of the original glass plate G1 is preferably an overflow surface (unpolished fire-formed surface) formed by the overflow downdraw method, but may be a polished surface if it is very flat. In addition, it is preferable that surface roughness Ra of the original glass plate G1 is 0.05 nm or more from a viewpoint of manufacturing cost etc.

また、ZrO2を主とするイオン透過防止膜Mは高温の溶融塩に曝されることによって、膜の結晶性が変化していく。具体的には、アモルファスから結晶へと変化する。結晶化してもイオン透過防止膜としての機能は変わらないが、結晶化に伴い膜の体積が低下する。その結果、イオン透過防止膜Mの表面に割れ目が発生し、その割れ目からイオン交換が行われてしまうおそれがある。このような結晶化はイオン交換温度が500℃の場合に確認されたため、イオン交換温度は500℃未満、490℃以下が好ましい。In addition, the crystallinity of the film of the ion permeation prevention film M mainly composed of ZrO 2 is changed by being exposed to the molten salt at a high temperature. Specifically, it changes from amorphous to crystalline. Although crystallization does not change the function as an ion permeation preventive film, the volume of the film decreases with crystallization. As a result, a crack may occur on the surface of the ion permeation prevention film M, and ion exchange may be performed from the crack. Since such crystallization is confirmed when the ion exchange temperature is 500 ° C., the ion exchange temperature is preferably less than 500 ° C. and 490 ° C. or less.

イオン透過防止膜Mは、組成として質量%でZrO2を70〜99%、Y23、CaO、Al23、CeO、HfO2の少なくとも何れかを合量で1〜30%含有することがより好ましい。特にY230.5質量%以上含む場合、高温化におけるイオン透過防止膜Mの相転移を抑制できるため好ましい。The ion permeation preventing film M contains 70 to 99% of ZrO 2 by mass% as a composition, and 1 to 30% by total amount of at least one of Y 2 O 3 , CaO, Al 2 O 3 , CeO and HfO 2. Is more preferred. In particular, when containing 0.5 mass% or more of Y 2 O 3 , it is preferable because the phase transition of the ion permeation preventive film M can be suppressed at the time of temperature increase.

イオン透過防止膜Mの厚さは、イオン透過の遮断および抑制が可能であれば任意の厚さであって良い。ただし、イオン透過防止膜Mの厚さが過大であると、成膜時間や材料コスト等が増大するため、イオン透過の遮断および抑制が可能な範囲で薄く形成することが好ましい。イオン透過防止膜Mの膜厚は、5000nm以下、400nm以下、350nm以下、100nm以下、50nm以下、25nm以下が好ましい。また、イオン透過防止膜Mの膜厚は、1nm以上、5nm以上、10nm以上が好ましい。具体的には、イオン透過防止膜Mの膜厚は、例えば1〜5000nmが好ましく、より好ましくは5〜350nm、更に好ましくは10〜100nmである。   The thickness of the ion permeation preventive film M may be any thickness as long as blocking and suppression of ion permeation are possible. However, if the thickness of the ion permeation prevention film M is excessive, the film formation time, material cost, and the like increase, so it is preferable to form the ion permeation prevention film M as thin as possible in a range that can block and suppress ion permeation. The film thickness of the ion permeation prevention film M is preferably 5000 nm or less, 400 nm or less, 350 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, or 25 nm or less. The film thickness of the ion permeation prevention film M is preferably 1 nm or more, 5 nm or more, or 10 nm or more. Specifically, the film thickness of the ion permeation prevention film M is, for example, preferably 1 to 5000 nm, more preferably 5 to 350 nm, and still more preferably 10 to 100 nm.

イオン透過防止膜Mの成膜方法は、スパッタ法や真空蒸着法などのPVD法(物理気相成長法)、熱CVD法やプラズマCVD法などのCVD法(化学気相成長法)、ディップコート法やスリットコート法などのウェットコート法を用いることができる。特にスパッタ法、ディップコート法が好ましい。スパッタ法を用いた場合、イオン透過防止膜Mを容易に均一に形成できる。イオン透過防止膜Mを成膜する領域は任意の手法で設定して良い。例えば、選択領域(周縁部S2、端面E)をマスクした状態で成膜を行うことができる。また、予めシート状に成形したイオン透過防止膜Mを元ガラス板G1の主表面に接合して成膜しても良い。   The film formation method of the ion permeation preventing film M is PVD (physical vapor deposition) such as sputtering or vacuum evaporation, CVD (chemical vapor deposition) such as thermal CVD or plasma CVD, dip coating A wet coat method such as a method or a slit coat method can be used. Sputtering and dip coating are particularly preferred. When the sputtering method is used, the ion permeation prevention film M can be easily formed uniformly. The region in which the ion permeation preventive film M is formed may be set by any method. For example, film formation can be performed in a state where the selected region (peripheral portion S2, end surface E) is masked. Alternatively, the ion permeation preventing film M, which is formed in advance in a sheet shape, may be bonded to the main surface of the original glass plate G1 to form a film.

次いで、上記成膜工程の後、図1Cに示す選択イオン交換工程の処理を実施する。選択イオン交換工程は、膜付ガラス板G2をイオン交換法により化学強化して膜付強化ガラス板G3を得る工程である。具体的には、アルカリ金属イオンを含む溶融塩T1に膜付ガラス板G2を浸漬してイオン交換する。本実施形態における溶融塩T1は、例えば、硝酸カリウム溶融塩である。   Next, after the film formation step, the process of the selective ion exchange step shown in FIG. 1C is performed. The selective ion exchange step is a step of chemically strengthening the membrane-coated glass plate G2 by an ion exchange method to obtain a membrane-reinforced glass sheet G3. Specifically, the film-coated glass plate G2 is immersed in the molten salt T1 containing an alkali metal ion for ion exchange. The molten salt T1 in the present embodiment is, for example, a potassium nitrate molten salt.

選択イオン交換工程における溶融塩T1の温度は任意に定めて良い。溶融塩T1の温度は、350℃以上、370℃以上、400℃超、420℃以上であることが好ましい。また、溶融塩T1の温度は、500℃以下、500℃未満、480℃以下であることが好ましい。具体的には、例えば、350〜500℃、400℃超500℃未満、370〜480℃であることが好ましい。また、膜付ガラス板G2を溶融塩T1中に浸漬する時間は任意に定めて良いが、例えば、0.1〜150時間、好ましくは0.3〜100時間、より好ましくは0.5〜50時間である。   The temperature of the molten salt T1 in the selective ion exchange step may be arbitrarily determined. It is preferable that the temperature of molten salt T1 is 350 degreeC or more, 370 degreeC or more, more than 400 degreeC, and 420 degreeC or more. Further, the temperature of the molten salt T1 is preferably 500 ° C. or less, less than 500 ° C., or 480 ° C. or less. Specifically, for example, 350 to 500 ° C., more than 400 ° C. and less than 500 ° C., and 370 to 480 ° C. are preferable. The time for immersing the film-coated glass plate G2 in the molten salt T1 may be arbitrarily determined, but for example, 0.1 to 150 hours, preferably 0.3 to 100 hours, more preferably 0.5 to 50 It's time.

次いで、上記選択イオン交換工程の後、図1Dに示す除去工程の処理を実施する。   Then, after the selective ion exchange step, the process of the removal step shown in FIG. 1D is performed.

除去工程は、膜付強化ガラス板G3からイオン透過防止膜Mを除去する工程である。イオン透過防止膜Mの除去方法としては、例えば、研磨やエッチング等の方法を用いることができる。   The removal step is a step of removing the ion permeation prevention film M from the film-reinforced glass sheet G3. As a method of removing the ion permeation prevention film M, for example, a method such as polishing or etching can be used.

研磨に用いる研磨装置としては、周知の両面研磨機や片面研磨機を用いることができる。なお、研磨によりイオン透過防止膜Mを除去する場合、イオン透過防止膜Mのみを研磨しても良いし、イオン透過防止膜Mとともにガラス板部分を研磨しても良い。   As a polishing apparatus used for polishing, a known double-sided polishing machine or a single-sided polishing machine can be used. When the ion permeation preventive film M is removed by polishing, only the ion permeation preventive film M may be polished, or the glass plate portion may be polished together with the ion permeation preventive film M.

エッチング方法としては、ドライエッチングやウェットエッチングなどの方法を用いることができる。   As an etching method, a method such as dry etching or wet etching can be used.

ドライエッチングを用いる場合、特に、Ar、O2、CH4、BC13、C12、SF6などのプラズマを用いることが好ましい。When dry etching is used, it is particularly preferable to use a plasma such as Ar, O 2 , CH 4 , BC 13 , C 12 , SF 6 or the like.

ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、例えば、フッ素、TMAH、EDP、KOH、NaOH等を含む溶液をエッチング液として用いることができ、特にフッ酸溶液をエッチング液として用いることが好ましい。なお、フッ酸溶液を用い、ガラスの寸法を変更することなくイオン透過防止膜Mのみを除去する場合には、当該フッ酸溶液におけるHFの濃度を10%以下とすることが好ましい。   As an etching solution used for wet etching, for example, a solution containing fluorine, TMAH, EDP, KOH, NaOH or the like can be used as the etching solution, and in particular, it is preferable to use a hydrofluoric acid solution as the etching solution. When only the ion permeation prevention film M is removed using a hydrofluoric acid solution without changing the size of the glass, the concentration of HF in the hydrofluoric acid solution is preferably 10% or less.

上記のようにして得られた強化ガラス板G4は、周縁部S2および端面Eにおいて深い圧縮応力層Cを有する。すなわち、強化ガラス板G4は、端縁部において高い耐衝撃性を有しつつ、内部の引張応力を低減でき、当該引張応力に起因する破壊が発生し難いガラスとなっている。   The tempered glass sheet G4 obtained as described above has a deep compressive stress layer C at the peripheral edge portion S2 and the end face E. That is, the tempered glass sheet G4 is a glass which can reduce internal tensile stress while having high impact resistance at the edge portion, and is unlikely to be broken due to the tensile stress.

上記の選択イオン交換工程においてイオン透過防止膜Mによりイオンの透過が遮断されているため、強化ガラス板G4の中央部S1には圧縮応力層Cが形成されていない。したがって、中央部S1の強度を向上するためには、以下の全体イオン交換工程を上記除去工程の処理に次いで行い、中央部S1においても圧縮応力層Cを形成することが好ましい。   Since the permeation of ions is blocked by the ion permeation prevention film M in the selective ion exchange step described above, the compressive stress layer C is not formed in the central portion S1 of the strengthened glass plate G4. Therefore, in order to improve the strength of the central portion S1, it is preferable to form the compressive stress layer C also in the central portion S1 by performing the following overall ion exchange step following the treatment of the removal step.

全体イオン交換工程は、図1Eに示すように、強化ガラス板G4の表面全体に溶融塩を接触させて表層のイオンを交換する工程である。具体的には、アルカリ金属イオンを含む溶融塩T2に強化ガラス板G4を浸漬してイオン交換し、中央部S1において周縁部S2および端面Eより浅い圧縮応力層Cを有する強化ガラス板G5を得る。溶融塩T2は、例えば、硝酸カリウム溶融塩である。非成膜領域(端面E及び周縁部S2)のDOLは、強化ガラス板G5の板厚の1/4以下であることが好ましい。成膜領域(中央部S1)のDOLは、強化ガラス板G5の板厚の1/8以下であることが好ましい。   The whole ion exchange step is a step of bringing the molten salt into contact with the entire surface of the strengthened glass plate G4 to exchange ions in the surface layer, as shown in FIG. 1E. Specifically, the tempered glass plate G4 is immersed in molten salt T2 containing alkali metal ions for ion exchange, and a tempered glass plate G5 having a compressive stress layer C shallower than the peripheral portion S2 and the end face E in the central portion S1 is obtained . The molten salt T2 is, for example, potassium nitrate molten salt. It is preferable that DOL of a non-film-forming area | region (end face E and peripheral part S2) is 1/4 or less of the plate thickness of tempered glass board G5. It is preferable that DOL of a film-forming area | region (central part S1) is 1/8 or less of the plate thickness of the tempered glass board G5.

全体イオン交換工程における溶融塩T2の温度は任意に定めて良いが、例えば、350〜500℃、好ましくは370〜480℃である。また、強化ガラス板G4を溶融塩T2中に浸漬する時間は任意に定めて良いが、例えば、0.1〜72時間、好ましくは0.3〜50時間、より好ましくは0.5〜24時間である。   Although the temperature of molten salt T2 in a whole ion exchange process may be decided arbitrarily, it is 350-500 ° C, preferably 370-480 ° C, for example. The time for which the tempered glass sheet G4 is immersed in the molten salt T2 may be arbitrarily determined, but for example, 0.1 to 72 hours, preferably 0.3 to 50 hours, more preferably 0.5 to 24 hours It is.

溶融塩T2は、上述の溶融塩T1と同様のものであっても良い。すなわち、選択イオン交換工程において用いた塩浴に強化ガラス板G4を再度浸漬して良い。この場合、単一の塩浴で複数工程の処理を行うことができるため、製造コストを抑制できる。   The molten salt T2 may be similar to the above-described molten salt T1. That is, the tempered glass plate G4 may be dipped again in the salt bath used in the selective ion exchange step. In this case, since a plurality of processes can be performed in a single salt bath, the manufacturing cost can be suppressed.

また、溶融塩T2は、溶融塩T1とは異なるものであって良いし、全体イオン交換工程における処理温度および処理時間は、選択イオン交換工程の処理温度および処理時間と異なっていて良い。例えば、全体イオン交換工程におけるイオン交換の処理時間は、選択イオン交換工程における処理時間より短いことが好ましい。このような処理によれば、中央部S2における圧縮応力層Cの深さが過剰になることがなく、引張応力の増加を抑制できる。   The molten salt T2 may be different from the molten salt T1, and the treatment temperature and treatment time in the overall ion exchange step may be different from the treatment temperature and treatment time in the selective ion exchange step. For example, the treatment time of ion exchange in the overall ion exchange step is preferably shorter than the treatment time in the selective ion exchange step. According to such a process, the depth of the compressive stress layer C in the central portion S2 does not become excessive, and an increase in tensile stress can be suppressed.

なお、全体イオン交換工程の後、さらに仕上げ加工工程の処理を実施しても良い(図示せず)。仕上げ加工工程では、強化ガラス板G5の表面、例えば主表面Sおよび端面Eの少なくとも何れかを研磨加工する。全体イオン交換工程の処理によって強化ガラス板G5の寸法や表面の状態が製品規格等の所望の状態でない場合、このような仕上げ加工工程の処理を実施することによって所望の状態にすることができる。   In addition, after the whole ion exchange process, you may implement the process of a finishing process further (not shown). In the finishing process, the surface of the tempered glass sheet G5, for example, at least one of the main surface S and the end face E is polished. If the size and surface condition of the strengthened glass sheet G5 are not in a desired state such as a product specification or the like by the treatment of the overall ion exchange step, the desired state can be achieved by carrying out the treatment of such a finishing process.

以上に説明した通り、本発明の実施形態に係る強化ガラス板の製造方法によれば、端面からの破損の少ない強化ガラス板G4、G5を安定して効率良く製造できる。   As explained above, according to the method for manufacturing a tempered glass plate according to the embodiment of the present invention, it is possible to stably and efficiently produce the tempered glass plates G4 and G5 with less breakage from the end face.

なお、上記に示した任意の工程の前後において、切断加工、端面加工、および孔あけ加工の何れかの加工を実施する加工工程を設けても良い。また、上記に示した任意の工程の前後において、ガラス板に洗浄および乾燥処理を適宜行なって良い。   Before or after any of the above-described steps, a processing step may be provided in which any one of cutting, end surface processing, and drilling processing is performed. In addition, before and after any of the above-described steps, the glass plate may be appropriately subjected to washing and drying treatments.

また、上記実施形態では溶融塩T1、T2が、硝酸カリウム溶融塩である場合を一例として説明したが、これに限らずガラス板のイオン交換に用いられる周知の溶融塩を代替して、或いは組み合わせて用いて良い。例えば、溶融塩T1、T2は、硝酸カリウム溶融塩と硝酸ナトリウム溶融塩の混合塩であっても良い。   In the above embodiment, although the case where molten salts T1 and T2 are potassium nitrate molten salts has been described as an example, the present invention is not limited to this and may substitute or combine well-known molten salts used for ion exchange of glass plates. You may use it. For example, the molten salts T1 and T2 may be a mixed salt of potassium nitrate molten salt and sodium nitrate molten salt.

また、上記実施形態ではNaイオンとKイオンとを交換して化学強化する場合を例示したが、任意のイオンの交換により化学強化しても良い。例えば、LiイオンとNaイオンとを交換したり、LiイオンとKイオンとを交換したりして化学強化しても良い。この場合、元ガラス板は、ガラス組成として、質量%でLi2Oを0.5〜7.5%含有することが好ましく、例えば3.0%或いは4.5%含有する。Moreover, although the case where it exchanges and ion-exchanges Na ion and K ion was illustrated in the said embodiment, you may carry out chemical strengthening by exchange of arbitrary ions. For example, chemical strengthening may be performed by exchanging Li ions and Na ions or exchanging Li ions and K ions. In this case, the base glass plate preferably contains 0.5 to 7.5% by mass of Li 2 O as a glass composition, and for example, contains 3.0% or 4.5%.

また、選択イオン交換工程の処理は上記手法に限らず、例えば、選択領域のみイオン交換用の溶融塩に浸漬したり、溶融塩を塗布する等して、部分的に深い圧縮応力層Cを形成しても良い。   Further, the treatment of the selective ion exchange step is not limited to the above method, and for example, the partial deep compressive stress layer C is formed by immersing only the selected region in the molten salt for ion exchange or applying the molten salt. You may.

ここで、強化ガラスの応力特性は、例えば折原製作所製FSM−6000を用いて測定することができる。アルミノシリケート系ガラスの圧縮応力層の深さが100μmを超える場合や、Liイオンのイオン交換を行った場合は、強化ガラスの応力特性は、例えば折原製作所製SLP−1000を用いて測定することができる。強化ガラスを切断する等して断面試料を作製できる場合は、例えばフォトニックラティス社製WPA−microや東京インスツルメンツ社製Abrioを用いて内部応力分布を観測し、応力深さを確認することが望ましい。   Here, the stress characteristics of the tempered glass can be measured, for example, using FSM-6000 manufactured by Orihara Mfg. When the depth of the compressive stress layer of the aluminosilicate glass exceeds 100 μm, or when the ion exchange of Li ions is performed, the stress characteristics of the tempered glass can be measured, for example, using SLP-1000 manufactured by Orihara Seisakusho it can. When a cross-sectional sample can be prepared by cutting tempered glass, etc., it is desirable to observe the internal stress distribution and confirm the stress depth using, for example, WPA-micro manufactured by Photonic Lattice, or Abrio manufactured by Tokyo Instruments. .

以下、実施例に基づいて、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples.

表1において、No.1〜3は本発明の実施例を示し、No.4〜7は比較例を示している。   In Table 1, Nos. 1 to 3 show examples of the present invention, and Nos. 4 to 7 show comparative examples.

表1の各試料は以下のようにして作製した。先ず、質量%で、SiO2 61.6%、Al23 19.6%、B23 0.8%、Na2O 16%、K2O 2%を含有するガラス組成となるようガラス原料を調合および溶融し、オーバーフローダウンドロー法を用いて板状に成形して厚さ0.7mmの強化用ガラスを得た。次いで、表1に記載の各組成および膜厚を有するイオン交換抑制膜を上記強化用ガラスの両主表面にスパッタ法を用いて成膜した後、切断し、端面が成膜されていない(ガラスが露出した)膜付ガラスを得た。次いで、得られた膜付ガラスを表1に記載の溶融塩温度の硝酸カリウム溶融塩に、表1記載の浸漬時間で浸漬し、純水洗浄および自然乾燥した後、イオン交換抑制膜を研磨により除去して表1記載のNo.1〜7の強化ガラス板試料を得た。Each sample of Table 1 was produced as follows. First, a glass composition containing 61.6% SiO 2 , 19.6% Al 2 O 3 , 0.8% B 2 O 3 , 16% Na 2 O, and 2% K 2 O in mass% The glass raw materials were compounded and melted, and formed into a plate shape using an overflow down draw method to obtain a reinforcing glass having a thickness of 0.7 mm. Next, after forming an ion exchange inhibition film having each composition and film thickness described in Table 1 on both main surfaces of the above-mentioned reinforcing glass using a sputtering method, it is cut and the end face is not formed (glass Film-coated glass was obtained. Next, the obtained film-coated glass is immersed in the molten salt temperature of molten salt shown in Table 1 for the immersion time shown in Table 1, washed with pure water and naturally dried, and then the ion exchange inhibiting membrane is removed by polishing No. 1 described in Table 1 1 to 7 tempered glass plate samples were obtained.

上記のようにして得た各ガラス試料について、成膜領域(主表面)および非成膜領域(端面)各々の応力深さDOLを応力計(折原製作所製のFSM−6000LEおよびFsmXP)で測定した。成膜領域(主表面)のDOLの値がゼロである場合、成膜領域下に圧縮応力層が形成されておらず、イオン交換抑制膜によってイオン交換が十分に遮断されたことが示される。   About each glass sample obtained as mentioned above, stress depth DOL of each of a film-forming area (main surface) and a non-film-forming area (end face) was measured with a stress meter (FSM-6000LE and FsmXP made by Orihara Seisakusho) . When the DOL value of the film formation region (main surface) is zero, it is shown that the compressive stress layer is not formed under the film formation region, and that the ion exchange inhibition film sufficiently blocks the ion exchange.

表1に示すように、実施例である試料No.1〜3は、イオン交換抑制膜にZrO2を適量含むため、損耗が生じず、イオン交換を好適に遮断可能であった。特に、比較的高い溶融塩温度および比較的薄い膜厚であっても過度の損耗が生じず、イオン交換を好適に遮断可能であった。As shown in Table 1, in the sample Nos. 1 to 3 which are examples, since the ion exchange inhibiting membrane contained an appropriate amount of ZrO 2 , no wear occurred and it was possible to preferably block the ion exchange. In particular, even at relatively high molten salt temperatures and relatively thin film thicknesses, excessive wear did not occur, and ion exchange could be suitably blocked.

一方、試料No.4、5、7は、SiO2やNb25から成るイオン交換抑制膜を用いているために、430℃以上の溶融塩温度において当該膜が損耗してしまい、イオン交換を遮断できなかった。また、試料No.6は、溶融塩の温度が比較的低温であったために、イオン交換を遮断できたが、イオン交換抑制膜の膜厚は実施例に比べて厚くする必要があった。すなわち、実施例に比べ、長い成膜時間を要し生産性が低いものであった。On the other hand, sample Nos. 4, 5 and 7 use an ion exchange inhibiting membrane consisting of SiO 2 and Nb 2 O 5 , so the membrane is worn away at a molten salt temperature of 430 ° C. or higher, and the ion exchange Could not shut off. Also, for sample no. In No. 6, although the temperature of the molten salt was relatively low, the ion exchange could be blocked, but it was necessary to make the film thickness of the ion exchange suppression membrane thicker than in the example. That is, compared with the example, the film formation time was long and the productivity was low.

本発明の強化ガラス板およびその製造方法は、タッチパネルディスプレイ等に用いられる強化ガラス板およびその製造方法等として有用である。   The tempered glass sheet of the present invention and the method for producing the same are useful as a tempered glass sheet used for a touch panel display or the like, a method for producing the same, and the like.

G1 元ガラス板
G2 膜付ガラス板
G3、膜付強化ガラス板
G4、G5 強化ガラス板
M イオン透過防止膜
T1 第一溶融塩
T2 第二溶融塩
G1 original glass plate G2 glass plate with film G3, tempered glass plate with film G4, G5 tempered glass plate M ion permeation preventive film T1 first molten salt T2 second molten salt

Claims (9)

ガラス板をイオン交換法を用いて強化する強化ガラス板の製造方法であって、
前記ガラス板の表面の一部に、前記イオン交換を防止するイオン透過防止膜を成膜する成膜工程と、
前記成膜された前記ガラス板を溶融塩に接触させて前記成膜領域以外の領域を選択的にイオン交換処理する選択イオン交換工程とを備え、
前記イオン透過防止膜は、ZrO2を含有する無機膜であることを特徴とする、強化ガラス板の製造方法。
A method for producing a strengthened glass sheet, wherein the glass sheet is strengthened using an ion exchange method,
Forming an ion permeation preventive film for preventing the ion exchange on a part of the surface of the glass plate;
And a selective ion exchange step of bringing the glass plate formed into a film into contact with a molten salt to selectively ion exchange the region other than the film formation region.
The method for producing a strengthened glass plate, wherein the ion permeation preventive film is an inorganic film containing ZrO 2 .
前記イオン透過防止膜は、ZrO2を50〜100質量%含有する無機膜であることを特徴とする、請求項1に記載の強化ガラス板の製造方法。The method for producing a strengthened glass sheet according to claim 1, wherein the ion permeation preventive film is an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2 . 前記選択イオン交換工程において、前記ガラス板を400℃超500℃未満の温度の溶融塩浴に浸漬することを特徴とする、請求項1または2に記載の強化ガラス板の製造方法。   The method for producing a strengthened glass sheet according to claim 1 or 2, wherein the glass sheet is immersed in a molten salt bath at a temperature of more than 400 ° C and less than 500 ° C in the selective ion exchange step. 前記成膜工程において、前記イオン透過防止膜として質量%でZrO2を70〜99%、Y23、CaO、Al23、CeO、HfO2の少なくとも何れかを合量で1〜30%含有する無機膜を形成することを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の強化ガラス板の製造方法。In the film forming step, as the ion permeation preventing film, 70 to 99% by mass of ZrO 2 and at least one of Y 2 O 3 , CaO, Al 2 O 3 , CeO and HfO 2 in a total amount of 1 to 30 The method for producing a tempered glass sheet according to any one of claims 1 to 3, wherein an inorganic film containing% is formed. 前記成膜工程において、厚さが400nm以下となるよう前記イオン透過防止膜を形成することを特徴とする、請求項1〜4の何れか1項に記載の強化ガラス板の製造方法。   The method for producing a strengthened glass plate according to any one of claims 1 to 4, wherein the ion permeation preventing film is formed so as to have a thickness of 400 nm or less in the film forming step. 前記選択イオン交換工程の後に前記イオン透過防止膜を前記ガラス板から除去する除去工程と、
前記除去工程後に、前記ガラス板の表面全体をイオン交換処理する全体イオン交換工程をさらに備えることを特徴とする、請求項1〜5の何れか1項に記載の強化ガラス板の製造方法。
Removing the ion permeation preventive film from the glass plate after the selective ion exchange step;
The manufacturing method of the tempered glass board in any one of Claims 1-5 further equipped with the whole ion exchange process which ion-exchange-treats the whole surface of the said glass board after the said removal process.
前記成膜領域における前記ガラス板の前記表面の表面粗さRaが、0.4nm以下であることを特徴とする、請求項1〜6の何れか1項に記載の強化ガラス板の製造方法。   Surface roughness Ra of the said surface of the said glass plate in the said film-forming area | region is 0.4 nm or less, The manufacturing method of the tempered glass board in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. イオン交換法を用いた強化処理に供される強化用ガラス板であって、
表面において、
ZrO2を50〜100質量%を含有する無機膜に被覆された成膜部と、
端面の少なくとも一部に前記無機膜に被覆されていない露出部と、を有することを特徴とする強化用ガラス板。
A reinforcing glass plate to be subjected to a strengthening treatment using an ion exchange method,
On the surface
A film forming portion coated with an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2 ;
And a exposed glass portion not covered with the inorganic film on at least a part of the end face.
イオン交換法を用いて部分的に強化された強化ガラス板であって、
表面において、
ZrO2を50〜100質量%を含有する無機膜に被覆された成膜部と、
端面の少なくとも一部に前記無機膜に被覆されていない露出部と、を有し、
前記成膜部におけるガラス表面の圧縮応力層の深さが、前記露出部における圧縮応力深さより小さいことを特徴とする強化ガラス板。
A tempered glass plate partially strengthened using an ion exchange method,
On the surface
A film forming portion coated with an inorganic film containing 50 to 100% by mass of ZrO 2 ;
An exposed portion not coated with the inorganic film on at least a part of the end face;
The depth of the compressive stress layer of the glass surface in the said film-forming part is smaller than the compressive stress depth in the said exposed part, The tempered glass board characterized by the above-mentioned.
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