WO2013176150A1 - 化学強化ガラス板、カバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスおよびディスプレイ装置 - Google Patents

化学強化ガラス板、カバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスおよびディスプレイ装置 Download PDF

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WO2013176150A1
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chemically strengthened
glass plate
mpa
compressive stress
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PCT/JP2013/064130
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Inventor
政行 石丸
博之 大川
周作 秋葉
茂輝 澤村
和孝 小野
中島 哲也
出 鹿島
裕介 小林
優 村山
文 山本
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旭硝子株式会社
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    • C03C3/085Glass compositions containing silica with 40% to 90% silica, by weight containing aluminium oxide or an iron compound containing an oxide of a divalent metal

Definitions

  • the present invention is chemically strengthened suitable for a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a mobile device such as a tablet PC, a touch panel, a large thin TV such as a large liquid crystal television, and a cover glass of a display device such as an in-vehicle meter display device. It relates to glass plates.
  • a cover glass for protecting the display and enhancing aesthetics is often used.
  • a cover glass of a thin television such as a liquid crystal television may be subjected to surface processing such as antireflection, impact damage prevention, electromagnetic wave shielding, near infrared shielding, and formation of a film having functions such as color tone correction.
  • Such a display device is required to be lightweight and thin in order to differentiate by a thin design and to reduce a burden for movement. Therefore, the cover glass used for display protection is also required to be thin.
  • the cover glass As the thickness of the cover glass is reduced, the strength decreases, and in the case of a stationary type, the cover glass itself is affected by the impact of flying or dropping of an object, or in the case of a mobile device due to a drop during use. There is a problem that it may break, and the original function of protecting the display device cannot be performed.
  • a method of forming a compressive stress layer on the glass surface is generally known.
  • an air cooling strengthening method physical strengthening method in which the glass plate surface heated to near the softening point is rapidly cooled by air cooling or the like, and ions at a temperature below the glass transition point.
  • a chemical strengthening method in which an alkali metal ion (typically Li ion or Na ion) having a small ionic radius on the glass plate surface is exchanged for an alkali ion (typically K ion) having a larger ionic radius by exchange. is there.
  • the cover glass is required to be thin.
  • the air-cooling strengthening method is applied to a thin glass plate that is required as a cover glass and has a thickness of less than 2 mm, it is difficult to form a compressive stress layer because the temperature difference between the surface and the inside is difficult to occur. Therefore, the desired high strength characteristic cannot be obtained. Therefore, a cover glass reinforced by a chemical strengthening method is usually used.
  • a soda-lime glass that has been chemically strengthened is widely used (for example, see Patent Document 1).
  • Soda lime glass is inexpensive and has a feature that the surface compressive stress S of the compressive stress layer formed on the glass surface by chemical strengthening can be increased to 550 MPa or more, but the thickness DOL of the compressive stress layer (hereinafter referred to as compressive stress layer depth).
  • compressive stress layer depth the thickness DOL of the compressive stress layer
  • the glass of Example 28 mentioned later is soda-lime glass.
  • SiO 2 —Al 2 O 3 —Na 2 O glass different from soda lime glass has been proposed as such a cover glass (see, for example, Patent Documents 2 and 3).
  • the SiO 2 —Al 2 O 3 —Na 2 O glass has a feature that not only the S can be increased to 550 MPa or more, but also the DOL can be increased to 20 ⁇ m or more.
  • display devices having a touch panel function for example, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a tablet PC, etc.
  • a touch panel function for example, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), a tablet PC, etc.
  • Such a display device is configured by placing a glass substrate on which a touch sensor is mounted on a liquid crystal display (LCD) and further mounting a chemically tempered glass as a cover glass on the glass substrate (FIG. 33A). )).
  • LCD liquid crystal display
  • the glass substrate is omitted by directly mounting the touch sensor on the chemically strengthened glass, and the chemically strengthened glass on which the touch sensor is mounted is liquid crystal display (A so-called 2-in-1 type display device arranged on the LCD) has been developed (FIG. 33B).
  • the first is a chemically tempered glass having a surface compressive stress S of 500 MPa and a compressive stress layer depth DOL of 9 ⁇ m.
  • the second is a compressive stress layer having a surface compressive stress S of 722 MPa and a compressive stress layer depth.
  • the third is chemically tempered glass having a surface compressive stress S of 623 MPa and a compressive stress layer depth DOL of 19 ⁇ m.
  • the cover glass is often scratched (indented), and the dropped mobile device is stepped on or sits on it with the mobile device in the pocket.
  • a large load is applied to the cover glass.
  • the cover glass has a surface compressive stress S of 650 to 750 MPa.
  • the damage methods can be classified into the following four methods.
  • A) Cover-side edge of cover glass This phenomenon is likely to occur when the periphery of the mobile device collides with a small object when the mobile device falls to the ground or the like.
  • B) Back glass side peripheral edge of cover glass This phenomenon is likely to occur when the peripheral edge of the mobile device collides with a large object when the mobile apparatus falls to the ground or the like.
  • the present inventors found the following about the damage concerning (D). That is, damage from the surface side main surface of the cover glass is likely to occur when the main surface collides with a sharp object, resulting in the crack reaching the internal tensile stress layer through the surface compressive stress layer. . For this reason, even if the value of the surface compressive stress S proposed as described above is increased, it is difficult to reduce the damage (D). Further, even if the thickness DOL of the surface compressive stress layer is increased, the DOL value is at most about 100 ⁇ m, and it is impossible to prevent the surface compressive stress layer from penetrating cracks caused by collision with sharp objects.
  • An object of the present invention is to provide a chemically strengthened glass plate, a cover glass, and a chemically strengthened glass with a touch sensor that are not easily damaged by such diversification.
  • the example of the cover glass was given as an example in order to explain various breakage situations, the present invention is not limited thereto.
  • the inventors of the present invention investigate and study the damage to the cover glass used in the display device and the chemically strengthened glass with touch sensor, and the damage to the cover glass is classified into the above four. As a result, they have reached the present invention.
  • the chemically tempered glass with a touch sensor means a chemically tempered glass equipped with a touch sensor, and when simply called a chemically tempered glass, it means a chemically tempered glass itself not equipped with a touch sensor. .
  • a Cover glass surface side edge damage is also referred to as Hertzian cracking (Hertz crack cracking).
  • Hertz crack cracking When an impact is applied to the end face of the cover glass or the like, Destruction occurs starting from a conical fracture surface called a generated Hertz cone.
  • the tolerance can be measured by the Hertz crack test and 4-point bending test which are mentioned later.
  • the tablet PC typically has a size of 150 to 350 mm ⁇ 100 to 250 mm and a weight of 150 to 1000 g, which is carried by the user even though the size is large and the weight is heavy.
  • a tablet PC is set up in the kitchen and cooking while watching the recipe, or a tablet PC is set up in the meeting room and meeting while watching the materials is used. .
  • the tablet PC is provided with a substantially rectangular frame so as to surround the image display unit, and a cover glass is supported on the frame.
  • a cover glass is supported on the frame.
  • FIG. 16 when the tablet PC 1 falls on the ground (asphalt / concrete etc.) and the cover glass 2 faces downward, it touches the sand 5 etc. on the pebbles 4 in the asphalt / concrete 3 and breaks.
  • a compressive stress acts on the starting point O
  • a tensile stress acts on the image display part side of the cover glass (FIG. 17A).
  • a tensile stress acts on the fracture starting point O, the crack C is elongated, and the cover glass 2 is broken (FIG. 17B).
  • the break origin may occur at the center of the cover glass, but the frame is restrained from bending and the stress generated at the break start point increases, so it occurs in a part of the area supported by the frame. Often to do.
  • Such a crack of the cover glass 2 is not limited to falling on the ground, but also occurs on the floor surface of a conference room / living room, kitchen, or the like.
  • FIG. 18A is a view showing a photograph of a tablet PC in which slow cracking has occurred
  • FIG. 18B is a view showing an enlarged photograph of the fracture starting point as viewed from above
  • FIG. 18C is a view of the fracture starting point from the side.
  • FIG. 18A As is apparent from the fracture surface of FIG. 18 (c), the cover glass cracks at this time are caused by scratches deeper than the compressive stress layer depth.
  • FIGS. 18A and 18B one crack extends from the fracture starting point and the cover glass is broken into two.
  • a mirror surface having a smooth mirror radius (mirror radius) is seen around the fracture starting point deeper than the compressive stress layer depth.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing a fracture surface of FIG.
  • the fracture surface reflects factors such as the process of destruction, that is, the origin of the destruction, the direction of the destruction, whether the destruction progressed slowly or rapidly.
  • a mirror surface with a long mirror radius means that the fracture progressed due to a small stress, and such a smooth fracture surface has a crack that is much slower than the speed of sound. It means growing at a speed. Therefore, according to the fractured surface of FIG. 18C, it can be seen that after the starting point deeper than the compressive stress layer depth was formed in the cover glass, the crack grew slowly and the fracture proceeded with a small stress.
  • a cover glass that has been cracked by such slow cracking has several to several tens of pieces. Typically, there are 2 pieces to 20 pieces, and an example in which one crack extends from the fracture starting point shown in FIGS. 18A and 18B and the cover glass breaks into two is a symbol of slow crack cracking. Example.
  • Whether or not it is a slow crack crack is determined more microscopically as follows. First, it cannot be said that it is a slow crack unless it can understand the starting point of fracture. Further, when the vicinity of the fracture starting point is observed and a crack that penetrates the compressive stress layer, that is, a crack deeper than the depth of the compressive stress layer, is confirmed as a slow crack crack. Further, when the mirror surface radius is long, the fracture surface section is mirror surface, and no mist or hackles are observed, it is a slow crack crack.
  • FIG. 20 is a view showing a photograph of a cover glass breakage starting point due to non-slow crack cracking as seen from the side
  • FIG. 21 is a view schematically showing a broken surface of FIG.
  • the cover glass becomes a plurality (20 or more) of glass pieces by a plurality of cracks extending in the shape of a spider web (hereinafter referred to as spiders). Also called a crack.)
  • spiders also called a crack.
  • Slow crack cracks occur in the region where the fracture origin exceeds the compressive stress layer, that is, in the internal tensile stress layer (scratch depth is typically several tens to several hundreds of micrometers, and compressive stress due to chemical strengthening In a display device in which a layer has several to several tens of micrometers) and is susceptible to slow crack cracking, it is necessary to select chemically strengthened glass having mechanical properties that are strong against slow crack cracking. About this slow crack crack (breakage of the surface side main surface of a cover glass), the tolerance can be measured by the pyramid type diamond indenter test and sandpaper falling ball test which are mentioned later.
  • the non-slow crack cracking is a failure mode that is forcibly generated for comparison with the slow crack cracking, and is not a damage method classified into the above four.
  • the chemically tempered glass plate, the cover glass, the chemically tempered glass with a touch sensor, and the display device of the present invention can suppress cracks caused by all the four methods of damage described above.
  • the present invention provides the following aspects.
  • a chemically strengthened glass plate having a main surface on the front and back sides and an end surface between the main surfaces of the front and back surfaces and having a generally rectangular shape subjected to a chemical strengthening treatment
  • a chemically strengthened glass sheet having a surface compressive stress of 800 MPa or more and an internal tensile stress of 42 MPa or less.
  • the surface compressive stress is 850 MPa or more
  • the internal tensile stress is 42 MPa or less
  • the end face is provided with a chamfered portion, and when the etching is performed in a portion where the distance in the plate thickness direction from the main surface adjacent to the chamfered portion is within 1/5 of the plate thickness, the depth of the etched surface exceeds 20 ⁇ m.
  • the chemically strengthened glass plate according to (1) which has no pits.
  • a chemically strengthened glass plate having a main surface on the front and back sides and an end surface between the main surfaces on the front and back surfaces and having a generally rectangular shape subjected to a chemical strengthening treatment, The ratio of the depth of latent scratches existing in a portion where the distance in the plate thickness direction from the main surface adjacent to the chamfered portion provided on the end surface to the thickness DOL of the surface compressive stress layer is within 1/5 of the plate thickness is A chemically strengthened glass plate that is 0.9 or less.
  • SiO 2 is 56 to 75%
  • Al 2 O 3 is 5 to 20%
  • Na 2 O is 8 to 22%
  • K 2 O is 0 to 10%
  • MgO is expressed in mole percentages based on the following oxides.
  • the chemically strengthened glass sheet according to (8), wherein the difference obtained by subtracting the MgO content from the SiO 2 content is 64% or less.
  • a chemically tempered glass with a touch sensor comprising: a touch sensor; and the chemically tempered glass plate according to claim 1 on which the touch sensor is mounted,
  • the chemically strengthened glass plate is a chemically strengthened glass with a touch sensor having a surface compressive stress of 800 MPa or more and an internal tensile stress of 8 MPa to 40 MPa.
  • Tempered glass is 1 mg / cm 2 or less.
  • Tempered glass (18) The chemically tempered glass with a touch sensor according to any one of (15) to (17), wherein the depth of the compressive stress layer is 15 ⁇ m or more.
  • a display device comprising the chemically tempered glass with a touch sensor according to any one of (15) to (19).
  • a chemically strengthened glass plate, a cover glass, a chemically strengthened glass with a touch sensor, and a display device that can withstand various damage situations are obtained.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line AA in FIG. 12. It is a figure explaining the manufacturing method of the chemically strengthened glass with a touch sensor of the 6th Embodiment of this invention. It is a figure explaining the method of four breakage which generate
  • FIG. 20 It is a figure which shows the torn surface of FIG. 20 typically. It is a figure which shows the photograph of the cover glass in which the spider crack generate
  • the present inventors have found that the method of breakage of the cover glass can be classified into the following four, (A) the front side edge of the cover glass, (B) the back side edge of the cover glass, (C A high-strength chemically strengthened glass was found in any of the four ways of breakage of the back side main surface of the cover glass and (D) the front side main surface of the cover glass.
  • the degree of breakage can be reduced by setting the internal tensile stress T to 42 MPa or less.
  • the internal tensile stress T is preferably 40 MPa or less, more preferably 37 MPa or less, more preferably 35 MPa, more preferably 34 MPa or less, and particularly preferably 30 MPa.
  • the lower limit of the internal tensile stress T is 3 MPa or more, preferably 8 MPa or more, more preferably 9 MPa or more, and further preferably 10 MPa or more.
  • FIG. 27 shows a graph showing the relationship between the internal tensile stress T and F 50 by the above-described quadrangular pyramid indentation test.
  • the present inventors have found a sandpaper falling ball test described below as a method for reproducing the damage on the surface side main surface of the cover glass (D) separately from the pyramid type diamond indenter test.
  • the sandpaper falling ball test is a sand containing a tempered glass 320 having a compressive stress layer formed on the surface thereof on a base 331 and containing an abrasive having a size larger than the depth of the compressive stress layer.
  • the chemically strengthened glass 320 is brought into contact with the rubbing surface 332a of the paper 332, and a sphere 333 such as an iron ball is dropped from above.
  • the sandpaper 332 is preferably disposed above the chemically strengthened glass 320, the upper surface 330 a of the chemically strengthened glass 320 is in contact with the rubbing surface 332 a of the sandpaper 332, and the sphere 333 is the rubbing surface of the sandpaper 332. It falls to the surface 332b opposite to 332a.
  • the base 331 is preferably formed from a hard stone such as granite.
  • the stress escape field can be eliminated in the same manner as the cover glass region supported by the frame that is likely to generate scratches that are the starting points of fracture.
  • the material of the base 331 can be changed in accordance with the purpose of elasticity and deflection, and can be appropriately selected from a straight material, glass, a frame in which the center is hollowed out, and the like.
  • Sandpaper is not limited to abrasive paper (sandpaper, JIS R6252: 2006), and includes a substrate coated with an abrasive with an adhesive, or equivalent, such as abrasive cloth (JIS R6251: 2006), water resistant Including abrasive paper (JIS R6253: 2006).
  • the sandpaper 332 has P12 to P2500 according to the particle size of the abrasive contained (JIS R6252, 2006).
  • the abrasive is typically alumina or silicon carbide. Assuming that the particle size of the sand contained in the asphalt concrete is 0.06 mm to 1 mm, P30 to P600 generally correspond to this as the particle size of the abrasive contained in the sandpaper 332.
  • the compressive stress layer depth is 30 ⁇ m
  • P320 (d 3 : 66) are used as sandpaper containing an abrasive larger than the compressive stress layer depth. .8 ⁇ m) and P600 (d 3 : 43.0 ⁇ m) are selected.
  • the material and weight of the sphere 333 can be changed according to the purpose, but typically a stainless steel ball of 4 to 150 g made of stainless steel is used.
  • the chemically strengthened glass 320 is deeper than the compressive stress layer on the upper surface 330a side by the abrasive contained in the sandpaper 332.
  • a fracture starting point O is generated.
  • FIG. 25A shows a state in which chemically strengthened glass 320 is placed on a base made of granite, and the top surface of chemically strengthened glass 320 is in contact with the rubbing surface of P30 sandpaper 332, ⁇ 0.75 inch, 4 g
  • FIG. 25B is a view showing a photograph of a cover glass in which a slow-crack crack is generated by dropping a sphere 333 made of stainless steel from a height of 17 cm
  • FIG. 25B is a side view of the fracture starting point of FIG. FIG.
  • FIG. 25 (b) shows the same fracture surface as FIG. 18 (c), which is the same mechanism as the slow crack crack. It can be seen that cracking has occurred.
  • Fig. 26 (a) is an enlarged photo of P30 sandpaper
  • Fig. 26 (b) is an enlarged photo of asphalt concrete (collected in Yokohama)
  • Fig. 26 (c) is the tip of P30 sandpaper. It is a graph which shows angle distribution of this, and angle distribution of the front-end
  • FIG. 26 (c) shows 144 sandpapers and 149 sands, respectively, and shows the tip angle of sandpaper or sand on the horizontal axis and the frequency on the vertical axis.
  • P30 sandpaper was selected because of the closeness of the shape of alumina as an abrasive contained in P30 sandpaper and the shape of pebbles contained in asphalt concrete.
  • the glasses A4 to E4 have the performance shown in Table 1.
  • Table 1 and FIG. 32 (d) show the test results of the sandpaper falling ball test of each glass.
  • T indicates internal tensile stress and S indicates surface compressive stress.
  • Glasses A1 to A4 are made of glass material A
  • glasses B1 to B4 are made of glass material B
  • glasses C1 to C4 are made of glass material C
  • glasses D1 to D4 are made of glass material D, cut and polished to 50 mm ⁇ 50 mm, C-chamfered with # 600 wheel. Then, each glass is chemically strengthened.
  • the glass material A has the following composition. SiO 2 : 72.5 mol% Al 2 O 3 : 6.2 mol% Na 2 O: 12.8 mol% MgO: 8.5 mol%
  • the glass material B has the following composition. SiO 2 : 61.5 mol% Al 2 O 3 : 13 mol% Na 2 O: 17 mol% MgO: 8 mol% K 2 O: 0.5 mol%
  • the glass material C has the following composition. SiO 2 : 68 mol% Al 2 O 3 : 10 mol% Na 2 O: 14 mol% MgO: 8 mol% K 2 O: 4 mol%
  • the glass material D has the following composition. SiO 2 : 64 mol% Al 2 O 3 : 8 mol% Na 2 O: 12.5 mol% K 2 O: 4 mol% MgO: 11 mol% ZrO 2 : 0.5 mol%
  • the glass material E has the following composition. SiO 2 : 66.7 mol% Al 2 O 3 : 10.8 mol% NaO: 13.2 mol% KO: 2.4 mol% MgO: 6.2 mol% CaO: 0.6 mol%
  • FIG. 32D also shows that (D) the surface side main surface of the cover glass is broken by the fact that the falling ball height at the time of breakage is inversely proportional to the internal tensile stress T, and the falling ball at the time of breakage becomes smaller as the internal tensile stress T becomes smaller. It was confirmed that the height tends to increase, that is, it tends to be difficult to break.
  • the surface compressive stress S of the glass plate of the present invention is set to 800 MPa or more. Yes. From the viewpoint of breakage of (A), (B), and (C), the surface compressive stress S is preferably higher.
  • the surface compressive stress S is preferably 850 MPa or more, more preferably 900 MPa or more, further preferably 950 MPa or more, and extremely preferably 1000 MPa or more.
  • FIG. 28 is a graph showing the relationship between the surface compressive stress S and the bending strength obtained by the 4-point bending test described above.
  • the bending strength increases as the surface compressive stress S increases. From this measurement result, it was confirmed that the surface compressive stress S is preferably higher in order to suppress the breakage of (A) and (B).
  • Hertz cracks are generated by causing Hertz stress to occur on the surface of the glass end surface by colliding a thin cylindrical rod of cemented carbide with the end surface of the glass.
  • Glasses A1 to E1 of the above five kinds of glass materials A to E were cut and polished to a size of 50 mm ⁇ 50 mm, and C-chamfered with a # 600 wheel. Thereafter, each glass was chemically strengthened. Place the above-mentioned glass on the base, hit ⁇ 3mm carbide pin on its end face in a pendulum manner, arrange the end face of the glass for Hertz cracking 20 times, and impact the cylindrical rod at the time of breakage The simple average of energy was calculated and used as the average fracture energy.
  • the glasses A1 to E1 have the performance shown in Table 2.
  • Table 2 and FIG. 32 (a) show the results of Hertz cracking test of each glass.
  • (B) The crack strength of the back surface side periphery of a cover glass can ask
  • a cylindrical rod made of a hard carbide material with a large diameter is made to collide with the glass end surface, and an impact tensile stress is generated on the back side of the glass end surface to cause end surface / back surface cracking.
  • the glasses A2, C2 to E2 have the performance shown in Table 3. Each test result is shown in Table 3 and FIG.
  • FIG. 29 is a graph showing the relationship between the surface compressive stress S and the fracture energy obtained by the above-mentioned falling ball test. As the surface compressive stress S increases, the fracture energy increases. From this measurement result, it was confirmed that the surface compressive stress S is preferably higher in order to suppress the damage of (C).
  • the falling ball test was performed under the following conditions.
  • the glass A3 and C3 to E3 of the above four kinds of glass materials A and C to E3 were cut into a size of 50 mm ⁇ 50 mm and polished. Thereafter, each glass was chemically strengthened. Place the above glass on the base 40mm ⁇ 40mm hollowed, drop a ⁇ 30mm, 130g iron ball on the surface, break the back and back of the glass shockingly 20 times, break The simple average of the impact energy of the iron ball at the time was calculated as the average fracture energy.
  • the glasses A3 and C3 to E3 have the performance shown in Table 4.
  • Table 4 and FIG. 32 (c) show the test results of the end face / back face crack test of each glass.
  • the inventors of the present invention pay particular attention to the breakage of (A) and (B).
  • the breakage of (A) and (B) that is, the breakage at the periphery of the glass plate is a scratch remaining on the periphery, particularly the end face. We found that it becomes more remarkable. Therefore, the glass plate of one embodiment of the present invention is provided with a chamfered portion on the end surface of the glass plate, and is etched in a portion whose distance in the plate thickness direction from the main surface adjacent to the chamfered portion is within 1/5 of the plate thickness. At that time, it was found that the strength was further improved by the absence of pits having a depth of 10 ⁇ m or more on the etched surface.
  • the inventors have found that the strength can be improved by setting the ratio of the depth of latent scratches at the chamfered portion, which is the starting point of damage to the glass plate, to 0.9 or less with respect to the thickness DOL of the surface compressive stress layer.
  • the surface compressive stress S of the glass substrate of one embodiment of the present invention is 850 to 1200 MPa
  • the thickness DOL of the surface compressive stress layer is 20 to 35 ⁇ m
  • the internal tensile stress T is 3 to 42 MPa
  • the internal tensile stress T may be 10 to 42 MPa as another form depending on the strengthening conditions, 20 to 42 MPa, or 25 to 42 MPa.
  • the thickness is more preferably 1.5 mm or less from the viewpoint of weight. More preferably, the surface compressive stress is 900 to 1100 MPa, the thickness of the surface compressive stress layer is 25 to 30 ⁇ m, the internal tensile stress is 30 to 40 MPa, and the plate thickness is 0.7 to 1.1 mm.
  • FIG. 30 is a graph showing the relationship between the thickness DOL of the surface compressive stress layer and the bending strength by a four-point bending test (JIS R1601) measured at room temperature. A sample having a size of 50 mm ⁇ 50 mm ⁇ 1.0 mm and having its end surface CNC polished was used.
  • the distance between the two support points was 40 mm, and the distance between the two load points was 10 mm.
  • As the bending strength an average value of 10 test pieces was taken.
  • the four-point bending test was performed using an autograph AGS-X manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the DOL of the glass plate of one embodiment of the present invention is set to 35 ⁇ m or less. . Further, when the thickness is 20 ⁇ m or less, the value of T becomes smaller, but since the bending strength is lowered as compared with FIG. 30, the thickness is set to 20 ⁇ m or more in order to reduce the breakage of (A) and (B).
  • non-slow cracks shown in FIGS. 20 to 22 are forcibly generated damages for comparison with the slow crack cracks, and are not the four types of damages described above.
  • the surface compressive stress S is increased as in the case of the above-mentioned damage (A), (B), (C). It is effective to do.
  • FIGS. 1 to 3 are explanatory views of a glass plate manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
  • the glass plate 10 has front and back main surfaces 11 and 12 and end surfaces 13 adjacent to the two main surfaces 11 and 12.
  • the two main surfaces 11 and 12 are flat surfaces parallel to each other.
  • the end surface 13 includes a flat portion 14 perpendicular to the two main surfaces 11 and 12 and chamfered portions 15 and 16 formed between the main surfaces 11 and 12 and the flat portion 14.
  • the flat part 14 may be a cut surface obtained by cutting a plate glass having a larger area than the glass plate 10 or may be a processed surface obtained by processing the cut surface.
  • chamfered portions 15 and 16 may be provided corresponding to four sides of the rectangular main surfaces 11 and 12, or only one, and the number of chamfered portions 15 and 16 is not particularly limited. In order to suitably reduce the breakage of (A) and (B), it is preferably provided on all sides.
  • the chamfered portions 15 and 16 are formed by removing the cut surfaces or the corner portions of the processed surface and the main surface.
  • the chamfered portions 15 and 16 are, for example, flat surfaces that are inclined with respect to the main surfaces 11 and 12. In FIG. 1, the chamfered portions 15 and 16 have the same dimensional shape, but may have different dimensional shapes.
  • the chamfered portions 15 and 16 of the present embodiment are flat surfaces that are inclined with respect to the main surfaces 11 and 12, but the outer surfaces of the chamfered portions 15 and 16 extend from the main surfaces 11 and 12 to the flat portion 14 in the thickness direction view (X direction view). Any surface may be used as long as the surface gradually protrudes in the direction, or a curved surface.
  • the chamfered portions 15 and 16 may be connected to each other without the flat portion 14, and the chamfered portions 15 and 16 may have substantially the same radius of curvature.
  • the glass plate 10 has chemical strengthening layers (compressive stress layers) 21 and 22 formed at a predetermined depth from the main surfaces 11 and 12 on both main surfaces 11 and 12. Further, the chemical strengthening layers (compressive stress layers) 21 and 22 are continuously formed on the end surface 13 including the flat portion 14 and the chamfered portions 15 and 16.
  • the compressive stress layer is formed by immersing glass in a treatment liquid for ion exchange. A small ionic radius ion (eg, Li ion, Na ion) contained in the glass surface is replaced with a large ionic radius ion (eg, K ion), and a compressive stress layer is formed on the glass surface at a predetermined depth from the surface. Is done. An internal tensile stress layer 23 is formed inside the glass for stress balance.
  • the two compressive stress layers 21 and 22 of the present embodiment have the same surface compressive stress and the same thickness, but may have different surface compressive stresses and different thicknesses.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a state after etching of a glass plate according to an embodiment of the present invention.
  • the state after the etching of the glass plate 10 is indicated by a solid line
  • the state before the etching of the glass plate 10 is indicated by a two-dot chain line.
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG. 2 and shows the relationship between the etching surface 17, the pits 18 formed on the etching surface 17, and the ideal surface 19 of the etching surface 17.
  • the etching surface 17 does not have a pit 18 having a depth of 10 ⁇ m or more (preferably a depth of 8 ⁇ m or more, more preferably a depth of 6 ⁇ m or more).
  • the predetermined portions 13a and 13b have a distance H in the thickness direction from the main planes 11 and 12 adjacent to the chamfered portions 15 and 16 of the end face 13 within 1/5 of the thickness E (H ⁇ 1/5 ⁇ E). ) Part.
  • “Etching” is performed at room temperature (25 ° C.) by immersing the entire glass plate 10 in an etching solution.
  • an etchant an aqueous solution containing 5% by mass hydrofluoric acid (HF) and 95% by mass pure water is used.
  • HF hydrofluoric acid
  • the etching solution penetrates into the latent scratch formed on the surface or inside of the glass plate 10 and spreads the latent scratch to clarify it.
  • “Etching amount” is controlled by immersion time. Specifically, after performing etching for a predetermined time using glass having the same composition in advance to calculate an etching rate, etching is performed by adjusting the immersion time so that a desired etching amount is obtained. Depending on the type of glass, the hydrofluoric acid concentration may be changed to adjust the etching rate.
  • “Pit depth” is determined based on the method for measuring the protruding valley depth Rvk defined in JIS B0671-2: 2002.
  • the object of checking the presence or absence of the pits 18 having a depth of 10 ⁇ m or more is limited to the portions 13a and 13b of the end face 13 when the minute scratches are present in the portions 13a and 13b. This is because the glass plate 10 may be damaged.
  • the pits 18 on the surface of the etching surface 17 when the portions 13a and 13b are etched by, for example, a depth of 10 ⁇ m are measured. Etching is performed to clarify latent scratches, and the depth is not limited to 10 ⁇ m. In addition, the latent scratches in the portions 13a and 13b were measured regardless of the presence or absence of etching, and the depth of the latent scratches was measured.
  • the “latent depth” was measured by the following process. First, after the glass plate 10 is etched, a predetermined amount of the main surface of the glass substrate is polished and washed and dried, and the work-affected layer that has become circular pits or elliptic pits by etching is observed with an optical microscope.
  • the “work-affected layer” refers to a layer in which scratches, cracks and the like generated in a glass substrate are present in processing steps such as shape imparting, chamfering, and grinding.
  • the objective lens of an optical microscope used 20 times, and it observed with the observation visual field of 635 micrometers x 480 micrometers. This process was repeated a plurality of times, and the etching amount of the glass plate 10 when the circular pits or the elliptical pits were no longer observed was defined as “latent scratch depth”.
  • the effect of the compressive stress layer can be obtained even if there are latent scratches in the chamfered portion by chemically strengthening the DOL so that the latent scratch depth is 0.9 or less. It is preferable because it can be obtained.
  • the latent scar depth is 0.7 or less, more preferably 0.5 or less with respect to DOL.
  • it is preferable to measure DOL in a chamfering part here you may measure DOL inside 10 mm from the boundary area
  • the DOL inside 10 mm from the boundary region between the chamfered portion and the main surface and the latent scratch depth of the chamfered portion are 0.9 or less, respectively. It doesn't matter.
  • the lower limit of the internal tensile stress T is 20 MPa, preferably 25 MPa.
  • the present embodiment relates to a method for manufacturing a glass plate having a chamfered portion.
  • FIG. 4 shows a laminated body 130 including a glass plate 110 that is a base plate (original), and a brush 140 that polishes an outer edge portion of the laminated body 130.
  • FIG. 5 shows an enlarged view of the outer edge of the laminate 130 being polished with the brush 140.
  • FIG. 6 shows the glass plate 110A after brush polishing by a solid line, and shows the glass plate 110 before brush polishing by a two-dot chain line.
  • the manufacturing method of a glass plate has a lamination process which produces the laminated body 130 by interposing the spacer 120 between glass plates 110, and a grinding
  • FIG. The glass plate manufacturing method further includes a separation step of separating the glass plate 110 ⁇ / b> A obtained by polishing the glass plate 110 with the brush 140 and the spacer 120.
  • the laminated body 130 has the some glass plate 110 and the plate-shaped spacer 120 interposed between glass plates 110, as shown in FIG.
  • the glass plates 110 and the spacers 120 are alternately stacked and then fixed by being sandwiched by a jig such as a clamp.
  • a protective sheet for preventing damage to the glass plate 110 may be disposed between the glass plate 110 and the spacer 120.
  • the protective sheet is made of resin or the like.
  • the fixing method is not specifically limited.
  • the fixing method may be a method of bonding the glass plate 110 and the spacer 120.
  • the adhesive one that can be removed in the separation step after the polishing step is used, and for example, a heat-softening resin is used.
  • the spacer 120 itself may be used as the adhesive layer.
  • Each glass plate 110 may be cut into a plurality of pieces, for example, after chemically strengthening a plate glass having a larger area than the glass plate 110.
  • Each glass plate 110 has two main planes 111 and 112 and side surfaces 113 adjacent to the two main planes 111 and 112, as shown in FIG.
  • the two main planes 111 and 112 are flat surfaces parallel to each other.
  • the side surface 113 is a cut surface and is a flat surface perpendicular to the main planes 111 and 112.
  • each glass plate 110 has a compressive stress layer formed at a predetermined depth from each main plane 111, 112 and side surface 113 on both main planes 111, 112 and side surface 113.
  • An internal tensile stress layer is formed between the compressive stress layers to balance the stress.
  • each glass plate 110 has substantially the same size and shape and is laminated so that the outer edges overlap each other when viewed in the lamination direction (in the direction of arrow X in the figure). Therefore, the outer edge portion of each glass plate 110 is evenly polished.
  • Each spacer 120 is made of a material softer than a glass plate, and is made of, for example, polypropylene resin or urethane foam resin.
  • Each spacer 120 has substantially the same size and shape. Each spacer 120 is disposed on the inner side of the outer edge of the glass plate 110 when viewed in the stacking direction (viewed in the direction of arrow X in the figure), and forms a groove-like gap 160 between the glass plates 110.
  • the brush 140 is a roll brush as shown in FIG. 4, and includes a rotating shaft 141 parallel to the stacking direction of the stacked body 130, brush hairs 142 held substantially perpendicular to the rotating shaft 141, and the like.
  • the brush 140 is relatively moved along the outer edge of the laminated body 130 while being rotated around the rotation shaft 141, and discharges slurry containing an abrasive toward the outer edge of the laminated body 130. Brush the outer edge.
  • the particle size (D50) of the abrasive is, for example, 5 ⁇ m or less, preferably 2 ⁇ m or less.
  • the brush 140 is a channel brush, and is formed by winding a long member (channel) in which a plurality of brush bristles 142 are implanted in a spiral shape around a rotation shaft 141.
  • the brush bristles 142 are mainly composed of a resin such as polyamide, and may include an abrasive such as alumina (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), or diamond.
  • the brush hair 142 may be formed in a linear shape and have a tapered tip portion.
  • the width W1 of the gap 160 is 1.25 times or more the maximum diameter A of the bristle 142 (W1 ⁇ 1.25 ⁇ A). Therefore, as shown in FIG. 5, the brush hairs 142 are smoothly inserted into the gap 160, and the corners between the main planes 111 and 112 and the side surfaces 113 of the glass plate 110 are chamfered to a curved surface by the brush hairs 142.
  • the width W1 of the gap 160 is preferably 1.33 ⁇ A or more, more preferably 1.5 ⁇ A or more.
  • the width W1 of the gap 160 may be smaller than the plate thickness E of the glass plate 110 in order to improve brush polishing efficiency.
  • the glass plate 110A polished by the brush 140 has two main planes 111A and 112A and side surfaces 113A adjacent to the two main planes 111A and 112A, as shown by solid lines in FIG.
  • the two main planes 111A and 112A are flat surfaces parallel to each other.
  • the side surface 113A includes a flat portion 114A perpendicular to the main planes 111A and 112A, and chamfered portions 115A and 116A formed between the main planes 111A and 112A and the flat portion 114A.
  • the chamfered portions 115A and 116A are curved surfaces that gradually protrude outward from the main planes 111A and 112A to the flat portion 114A in the thickness direction view (X direction view).
  • the flat portion 114A is formed by polishing the side surface of the glass plate 110 indicated by a two-dot chain line in FIG.
  • the chamfered portions 115 ⁇ / b> A and 116 ⁇ / b> A are formed by polishing the corner portion between the main plane and the side surface of the glass plate 110 indicated by a two-dot chain line in FIG.
  • the side surface 113A of the glass plate 110A is polished with a slurry containing an abrasive having a particle size of 5 ⁇ m or less by inserting brush bristles 142 into the gap adjusted by the spacer 120.
  • etching is performed with a thickness of 10 ⁇ m, there is no pit having a depth of 1 ⁇ m or more on the etched surface.
  • the predetermined portion is a portion of the side surface 113A whose distance in the plate thickness direction from the main planes 111A and 112A adjacent to the chamfered portions 115A and 116A is within 1/5 of the plate thickness. Therefore, the glass plate 110A excellent in bending strength similar to the first embodiment is obtained.
  • the present embodiment relates to a method for manufacturing a glass plate having a chamfered portion. This embodiment further includes a step of grinding the outer edge of the glass plate before producing the laminate.
  • FIG. 7 shows a glass plate 110 which is a base plate (original) and a rotating grindstone 240 for grinding an outer edge portion of the glass plate 110.
  • FIG. 8 shows an enlarged view of the state in which the outer edge portion of the laminated body 130B including the glass plate 110B ground by the rotating grindstone 240 is polished by the brush 140 (see FIG. 4).
  • FIG. 9 shows the glass plate 110C after brush polishing by a solid line, and the glass plate 110B before brush polishing by a two-dot chain line.
  • the manufacturing method of a glass plate interposes the spacer 120 between the grinding process which grinds the outer edge part of the glass plate 110 with the disk shaped rotary grindstone 240, and the glass plates 110B obtained by grinding the glass plate 110, It has the lamination process which produces laminated body 130B, and the grinding
  • FIG. The glass plate manufacturing method further includes a separation step of separating the glass plate 110 ⁇ / b> C obtained by polishing the glass plate 110 ⁇ / b> B with the brush 140 and the spacer 120.
  • An annular grinding groove 242 extending in the circumferential direction is formed on the outer peripheral surface 241 of the rotating grindstone 240.
  • the wall surface of the grinding groove 242 includes abrasive grains such as alumina, silicon carbide, and diamond.
  • the grain size (JIS R6001) of the abrasive grains is, for example, # 300 to # 2000.
  • the particle size is measured based on JIS R6002. The smaller the particle size, the larger the particle size and the better the grinding efficiency.
  • the rotating grindstone 240 is relatively moved along the outer edge of the glass plate 110 while being rotated around the center line of the rotating grindstone 240, and the outer edge portion of the glass plate 110 is ground by the wall surface of the grinding groove 242.
  • a coolant such as water may be used during grinding.
  • the glass plate 110B ground by the rotating grindstone 240 has two main planes 111B and 112B and side surfaces 113B adjacent to the two main planes 111B and 112B.
  • the side surface 113B is a ground surface ground by the rotating grindstone 240, and is a flat portion 114B perpendicular to the main planes 111B and 112B, and a chamfer formed between the main planes 111B and 112B and the flat portion 114B.
  • the chamfered portions 115B and 116B are flat surfaces that are inclined with respect to the main planes 111B and 112B, for example.
  • the chamfered portions 115B and 116B of the present embodiment are flat surfaces that are inclined with respect to the main planes 111B and 112B. However, the chamfered portions 115B and 116B are outside from the main planes 111B and 112B to the flat portions 114B when viewed in the plate thickness direction (viewed in the X direction). Any surface may be used as long as the surface gradually protrudes in the direction, or a curved surface. In this case, the chamfered portions 115B and 116B may be connected to each other without the flat portion 114B, and the chamfered portions 115B and 116B may have substantially the same radius of curvature.
  • the laminated body 130B includes a plurality of glass plates 110B ground by the rotating grindstone 240 and a plate-like spacer 120 interposed between the glass plates 110B.
  • the glass plates 110 ⁇ / b> B and the spacers 120 are alternately stacked and then fixed by being sandwiched by a jig such as a clamp.
  • a protective sheet for preventing damage to the glass plate 110 ⁇ / b> B may be disposed between the glass plate 110 ⁇ / b> B and the spacer 120.
  • the protective sheet is made of resin or the like.
  • As a method for fixing the glass plate 110B and the spacer 120 another fixing method may be used as in the second embodiment.
  • Each glass plate 110B ground by the rotating grindstone 240 has substantially the same size and shape, and is laminated so that the outer edges overlap each other when viewed in the lamination direction (in the direction of arrow X in the figure). Therefore, the outer edge portion of each glass plate 110B is evenly polished.
  • a cooling liquid such as water may be used during polishing.
  • Each spacer 120 has substantially the same size and shape, and is arranged on the inner side of the grinding surface (flat portion 114B and chamfered portions 115B and 116B) of each glass plate 110B in the stacking direction view (in the direction of arrow X in the drawing).
  • the gap 160B is formed between the glass plates 110B.
  • the width W2 of the gap 160B is not less than 1.25 times the maximum diameter A of the bristles 142 (W2 ⁇ 1.25 ⁇ A). Therefore, as shown in FIG. 8, the bristle 142 is smoothly inserted into the gap 160B, and the boundary between the main planes 111B and 112B and the chamfered portions 115B and 116B of the glass plate 110B is chamfered into a curved surface by the bristle 142. The At this time, the boundary portion between the chamfered portions 115 ⁇ / b> B and 116 ⁇ / b> B and the flat portion 114 ⁇ / b> B is also chamfered to a curved surface by the brush hair 142.
  • the width W2 of the gap 160B is preferably 1.33 ⁇ A or more, more preferably 1.5 ⁇ A or more.
  • the width W2 of the gap 160B may be smaller than the plate thickness E of the glass plate 110B in order to improve the efficiency of brush polishing.
  • the glass plate 110C polished by the brush 140 has two main planes 111C and 112C and side surfaces 113C adjacent to the two main planes 111C and 112C, as indicated by solid lines in FIG.
  • the two main planes 111C and 112C are flat surfaces parallel to each other.
  • the side surface 113C includes a flat portion 114C perpendicular to the main planes 111C and 112C, and chamfered portions 115C and 116C formed between the main planes 111C and 112C and the flat portion 114C.
  • the chamfered portions 115C and 116C are surfaces that gradually protrude outward from the main planes 111C and 112C to the flat portion 114C in the thickness direction view (X direction view).
  • the side surface 113C of the glass plate 110C is polished with a slurry containing an abrasive having a particle size of 5 ⁇ m or less by inserting brush hairs into the gap adjusted by the spacer 120, a predetermined portion of the side surface 113C is etched. There is no pit with a depth of 10 ⁇ m or more on the etched surface.
  • the predetermined portion is a portion of the side surface 113C whose distance in the plate thickness direction from the main planes 111C and 112C adjacent to the chamfered portions 115C and 116C is within 1/5 of the plate thickness. Therefore, the glass plate 110C excellent in bending strength similar to the first embodiment is obtained.
  • the present embodiment relates to a method for manufacturing a glass plate having a chamfered portion.
  • This embodiment has the process of grind
  • FIGS. 10 to 11 are explanatory views of a glass plate manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a glass plate 110 that is a base plate (original) and a sheet 340 that polishes the glass plate 110.
  • FIG. 11 shows the glass plate 110D after sheet polishing by a solid line, and shows the glass plate 110 before sheet polishing by a two-dot chain line.
  • the manufacturing method of a glass plate has a grinding
  • the sheet 340 is formed by uniformly bonding abrasive grains on a sheet base material made of resin, paper, or the like, or the abrasive grains are embedded in a resin sheet base material so that a part of the abrasive grains is exposed. The one configured in the above is used.
  • the sheet 340 is fixed to the fixed surface 351 of the base 350 and has a shape along the fixed surface 351.
  • the fixed surface 351 may be a flat surface as shown in FIG. 10 or a curved surface.
  • the sheet 340 includes abrasive grains on the surface opposite to the fixed surface 351.
  • the glass plate 110 is grind
  • a lubricating liquid such as water may be used during polishing.
  • the sheet 340 of the present embodiment is fixed on the base 350 and is slid by pressing the glass plate 110 against the surface including the abrasive grains of the sheet 340, but includes the abrasive grains of the sheet 340 in a tensioned state.
  • the surface may be pressed against the glass plate 110 and slid.
  • abrasive grains of the sheet 340 for example, alumina, silicon carbide or diamond powder is used, and abrasive grains having a grain size of 6000 or more (JIS R6001) are used. The larger the particle size, the smaller the particle size.
  • the grain size of the abrasive grains is measured based on JIS R6002.
  • the grain size of the abrasive is preferably # 8000 or more, more preferably # 10000 or more.
  • the polished glass plate 110D has two main planes 111D and 112D and side surfaces 113D adjacent to the two main planes 111D and 112D, as indicated by solid lines in FIG.
  • the two main planes 111D and 112D are flat surfaces parallel to each other.
  • the side surface 113D includes a flat portion 114D perpendicular to the main planes 111D and 112D and chamfered portions 115D and 116D formed between the main planes 111D and 112D and the flat portion 114D.
  • the chamfered portions 115D and 116D are surfaces that gradually protrude outward from the main planes 111D and 112D to the flat portion 114D in the plate thickness direction view (X direction view), and are flat surfaces that are oblique to the main planes 111D and 112D. It is.
  • the flat portion 114D Since the flat portion 114D remains a cut surface, no latent scratch is formed. Note that the flat portion 114D may be polished by the sheet 340.
  • the chamfered portions 115D and 116D are polished with a sheet 340 containing abrasive grains having a larger grain size (smaller grain size) than conventional ones.
  • the side surface 113D of the glass plate 110D is polished by a sheet 340 containing abrasive grains having a larger particle size (smaller particle size) than the conventional one, when a predetermined portion of the side surface 113D is etched, a depth of 10 ⁇ m or more is formed on the etching surface. There is no pit.
  • the predetermined portion is a portion of the side surface 113D whose distance in the plate thickness direction from the main planes 111D and 112D adjacent to the chamfered portions 115D and 116D is within 1/5 of the plate thickness. Therefore, the glass plate 110D excellent in bending strength similar to the first embodiment is obtained.
  • FIG. 12 is a plan view showing the main part of the chemically strengthened glass with a touch sensor according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the chemically tempered glass with touch sensor 210 includes a touch sensor 211 and a chemically tempered glass 220 on which the touch sensor 211 is mounted, and is a chemically tempered glass with touch sensor used in a 2-in-1 type display device. is there. That is, the chemically strengthened glass 220 of the chemically strengthened glass with touch sensor 210 serves both as a cover glass and as a sensor substrate.
  • the touch sensor 211 is electrically connected to the surface of one side of the chemically tempered glass 220 by extending column electrodes extending in the axial directions of the intersecting X axis and Y axis through an electrical insulating layer between the intersecting portions. It is constituted by being formed in a non-contact state.
  • the column electrode extending in the X-axis direction is referred to as a first electrode 212a
  • the column electrode extending in the Y-axis direction is referred to as a second electrode 212b
  • the first electrode 212a extending in each axial direction is detected in order to detect the touch position.
  • the second electrode 212b must be independent of each other.
  • the column electrode pattern of each of the first electrode 212a and the second electrode 212b constituting the matrix shape is formed on one surface of the chemically strengthened glass 220.
  • the chemically strengthened glass 220 are arranged as a single layer of transparent electrode pattern 212, and in the region where the two columns intersect, one of the columns is divided so as not to contact the other column. Connected with.
  • an insulating layer 213 made of an insulating material is provided between the transparent electrode pattern 212 and the bridge wiring 214.
  • Reference numeral 215 denotes a light-shielding black layer formed on the peripheral edge of the chemically strengthened glass 220 so as to surround the transparent electrode pattern 212
  • reference numeral 216 denotes a lead-out wiring to the electrode assembly forming each column. Yes.
  • the lead wiring 216 only needs to be connected to any one of the electrode patterns in each column.
  • a protective glass 217 is formed on the lowermost layer of the touch sensor 211.
  • An organic resin material can be used as the transparent electrically insulating substance constituting the insulating layer 213.
  • the insulating layer is formed using the organic resin material, the insulating layer 213 is easily patterned by a photolithography technique. A resin insulating layer can be obtained.
  • a metal material that can easily obtain high adhesion to the chemically strengthened glass 220 is desirably used.
  • the transparent substrate is a glass substrate
  • Mo, Mo alloy, Al, Al alloy which has high adhesion to the glass substrate, higher conductivity than ITO, and excellent durability and wear resistance
  • Metal materials such as Au and Au alloy can be preferably used.
  • the chemically strengthened glass 220 on which the touch sensor 211 is mounted has a plate thickness of 1.5 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, and even more preferably 0.8 mm or less.
  • the chemical strengthening to obtain the chemically strengthened glass 220 is performed, for example, by immersing the glass in a potassium nitrate (KNO 3 ) molten salt at 380 ° C. to 450 ° C. for 0.1 to 20 hours, but the potassium nitrate (KNO 3 ) molten salt is used. By changing the temperature, immersion time, molten salt, and the like, it is possible to adjust the way of chemical strengthening.
  • a compressive stress layer is formed on the glass surface, and an internal tensile stress layer is formed inside.
  • the chemically tempered glass 220 of the present invention needs to have resistance to all of the above-mentioned four methods of breakage, and for that purpose, the surface compressive stress S of the compressive stress layer is 800 MPa or more, and the internal tensile stress. Chemical strengthening is performed so that T is 8 MPa or more and 40 MPa or less. The reason is as follows.
  • the depth of the compressive stress layer is preferably 15 ⁇ m or more, more preferably 20 ⁇ m or more, and further preferably 25 ⁇ m or more. This is because a desired end face strength can be generated by making the compressive stress layer deeper than a latent flaw generated by end face processing such as cutting and chamfering.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method for producing chemically strengthened glass with a touch sensor.
  • a large chemically tempered glass 200 that can be divided into a plurality of chemically tempered glasses for a display device is prepared (FIG. 14A), and the periphery of each chemically tempered glass is formed on one surface of the chemically tempered glass 200.
  • a black layer 215 is formed at a position corresponding to the portion (FIG. 14B).
  • this chemically strengthened glass 200 is chemically strengthened so that the surface compressive stress S is 800 MPa or more and the internal tensile stress is 8 MPa or more and 40 MPa or less.
  • a transparent electrode pattern 212 is formed on one surface of the chemically strengthened glass 200 (FIG. 14C).
  • an ITO film is formed on one surface of the chemically strengthened glass 200 using a sputtering method or the like, and the formed ITO film is processed into a pattern shape as shown in FIG.
  • An electrode pattern 212 is formed.
  • a photolithography process method hereinafter referred to as a photolithography technique
  • an ITO film is coated, exposed using a mask having a predetermined pattern, and then etched is employed. Can do.
  • a specific portion of the transparent electrode pattern 212 (the first electrode 212a in the X-axis direction).
  • An insulating layer 213 that covers a region where the column electrode pattern and the column electrode pattern of the second electrode 212b in the Y-axis direction intersect (that is, an intersecting region as the column electrode pattern) is formed using, for example, a photolithography technique. (FIG. 14 (d)).
  • each bridge wiring 214 that connects between specific parts of the transparent electrode pattern 212 is formed so as to straddle over the insulating layer 213 provided in each intersection region (FIG. 14 ( e)).
  • a metal conductive film is formed on the same surface (surface on which the insulating layer 213 is formed) of the chemically strengthened glass 200 on which the insulating layer 213 is formed by using a sputtering method or the like.
  • the metal film is patterned by a photolithography technique to form a bridge wiring 214 having a pattern of a predetermined shape.
  • a metal film is formed so as to cover the routed wiring portion, and this metal film is patterned simultaneously with the patterning process by the photolithography method for forming the bridge wiring to form the routed wiring 216. Thereby, the state shown in FIG. 12 is completed.
  • SiO 2 is sputtered to form a protective glass 217 (FIG. 14 (f)), divided into each chemically tempered glass 210 with a touch sensor (FIG. 14 (g)), and each chemically tempered glass 210 with a touch sensor. Chamfer the corners (FIG. 14H).
  • the chemically tempered glass 210 with a touch sensor is manufactured by crimping and connecting the flexible wiring substrate 218 to each chemically tempered glass 210 with a touch sensor.
  • the chemically tempered glass 210 with a touch sensor can be manufactured by using a photolithography technique when the touch sensor 211 is formed. Therefore, it is preferable that the chemically strengthened glass 220 has acid resistance, and the weight loss when the chemically strengthened glass is immersed in 0.1 mol% hydrochloric acid for 20 hours at a temperature of 90 ° C. is 1 mg / cm 2 or less. Is preferred. In this way, by using chemically strengthened glass having high acid resistance, a touch sensor can be mounted on the chemically strengthened glass by using photolithography technology.
  • chemically strengthened glasses prepared by cutting and polishing the glass A5 to E5 of the above five kinds of glass materials A to E to a size of 50 mm ⁇ 50 mm are prepared, and each chemically strengthened glass is heated to 90 ° C. and 0.1 mol%.
  • Glasses A5 to E5 have the performance shown in Table 5.
  • Table 5 shows the weight loss (mg / cm 2 ) of each glass.
  • the glasses A, C, and D are excellent in acid resistance with a weight loss per glass unit area of less than 1 mg / cm 2 .
  • the grinding groove is formed on the outer peripheral surface of the rotating grindstone of the third embodiment, it may not be formed.
  • the side surface of the glass plate ground on the outer peripheral surface of the rotating grindstone is a surface perpendicular to the main plane. Therefore, when there is no grinding groove, a glass plate having substantially the same shape as the glass plate 110, which is a base plate (originally) shown by a two-dot chain line in FIG. 6, is obtained by grinding, and the subsequent brush polishing shows a solid line in FIG. A glass plate having substantially the same shape as the glass plate 110A shown is obtained.
  • corners of the glass plate may be polished with a sheet.
  • a glass plate having substantially the same shape as the glass plate 110B indicated by a two-dot chain line in FIG. 9 is obtained by sheet polishing, and a glass plate having substantially the same shape as the glass plate 110C indicated by a solid line in FIG. 9 is obtained by subsequent brush polishing.
  • the grain size of the abrasive grains contained in the sheet in this case may be # 1000 or more.
  • the corners of the ground glass plate may be polished with a sheet.
  • a glass plate having substantially the same shape as the glass plate 110B indicated by a two-dot chain line in FIG. 9 is obtained by sheet polishing, and a glass plate having substantially the same shape as the glass plate 110C indicated by a solid line in FIG. 9 is obtained by subsequent brush polishing.
  • the grain size of the abrasive grains contained in the sheet in this case may be # 1000 or more.
  • the method of chemical strengthening treatment for obtaining the tempered glass sheet of the present invention is not particularly limited as long as it can ion-exchange Na in the glass surface layer and K in the molten salt, but for example, heated potassium nitrate molten salt
  • the method of immersing glass is mentioned.
  • potassium nitrate molten salt, or potassium nitrate salts in the present invention other KNO 3, including those containing KNO 3 and 10 wt% or less of NaNO 3.
  • the chemical strengthening treatment conditions for forming a chemically strengthened layer (compressive stress layer) having a desired surface compressive stress on the glass vary depending on the thickness of the glass plate, but it may be 2 to 350 to 550 ° C. potassium nitrate molten salt.
  • the glass substrate is immersed for ⁇ 20 hours. From an economical point of view, it is preferable to immerse under conditions of 350 to 500 ° C. and 2 to 16 hours, and a more preferable immersion time is 2 to 10 hours.
  • the corner may have a curved shape when viewed from the front, or the side portion may have a protrusion or a depression outward or inward in the surface direction.
  • the glass plate production method of the present invention is not particularly limited.
  • various raw materials are prepared in an appropriate amount, heated to about 1400 to 1800 ° C. and melted, and then homogenized by defoaming, stirring, etc. It is manufactured by forming into a plate shape by a downdraw method, a press method, etc., and then cooling to a desired size after slow cooling.
  • the glass transition point Tg of the glass of the glass plate of this invention is 400 degreeC or more. If it is less than 400 ° C., the surface compressive stress is relaxed during ion exchange, and there is a possibility that sufficient stress cannot be obtained. More preferably, it is 550 degreeC or more.
  • the temperature T2 at which the viscosity of the glass of the glass plate of the present invention is 10 2 dPa ⁇ s is preferably 1800 ° C. or lower, more preferably 1750 ° C. or lower.
  • the temperature T4 at which the viscosity of the glass of the present invention is 10 4 dPa ⁇ s is preferably 1350 ° C. or lower.
  • the specific gravity ⁇ of the glass of the glass plate of the present invention is preferably 2.37 to 2.55. It is preferable that the Young's modulus E of the glass of the glass plate of this invention is 65 GPa or more. If it is less than 68 GPa, the rigidity and breaking strength of the glass cover glass may be insufficient.
  • the Poisson's ratio ⁇ of the glass of the glass plate of the present invention is preferably 0.25 or less. If it exceeds 0.25, the crack resistance of the glass may be insufficient.
  • SiO 2 is a component that constitutes the skeleton of glass and is essential, and reduces the occurrence of cracks when scratches (indentations) are made on the glass surface, or the fracture rate when indentations are made after chemical strengthening. It is a component to make small. If the SiO 2 content is less than 56%, the stability, weather resistance or chipping resistance of the glass is lowered. SiO 2 is preferably 58% or more, more preferably 60% or more. If SiO 2 exceeds 75%, the viscosity of the glass increases and the meltability decreases.
  • Al 2 O 3 is an effective component for improving ion exchange performance and chipping resistance, and is a component that increases the surface compressive stress, or a component that decreases the crack generation rate when indented with a 110 ° indenter. And essential. If Al 2 O 3 is less than 5%, a desired surface compressive stress value or compressive stress layer thickness cannot be obtained by ion exchange. Preferably it is 9% or more. If Al 2 O 3 exceeds 20%, the viscosity of the glass becomes high and uniform melting becomes difficult. Al 2 O 3 is preferably 15% or less, typically 14% or less.
  • the total SiO 2 + Al 2 O 3 content of SiO 2 and Al 2 O 3 is preferably 80% or less. If it exceeds 80%, the viscosity of the glass at high temperature may increase and melting may be difficult, and it is preferably 79% or less, more preferably 78% or less. Further, it is preferable that SiO 2 + Al 2 O 3 is 70% or more. If it is less than 70%, the crack resistance when an indentation is made decreases, more preferably 72% or more.
  • Na 2 O is a component that forms a surface compressive stress layer by ion exchange and improves the meltability of the glass, and is essential. If Na 2 O is less than 8%, it becomes difficult to form a desired surface compressive stress layer by ion exchange, and it is preferably 10% or more, more preferably 11% or more. If Na 2 O exceeds 22%, the weather resistance is lowered, or cracks are likely to occur from the indentation. Preferably it is 21% or less.
  • K 2 O is not essential, but may be contained in a range of 10% or less in order to increase the ion exchange rate. If it exceeds 10%, cracks are likely to occur from the indentation, or the change in surface compressive stress due to the concentration of NaNO 3 in the molten potassium nitrate salt may increase.
  • K 2 O is 5% or less, more preferably 0.8% or less, still more preferably 0.5% or less, and typically 0.3% or less. When it is desired to reduce the change in the surface compressive stress due to the NaNO 3 concentration in the potassium nitrate molten salt, it is preferable not to contain K 2 O.
  • MgO is a component that increases the surface compressive stress and is a component that improves the meltability and is essential. When it is desired to suppress stress relaxation, it is preferable to contain MgO. When MgO is not contained, the degree of stress relaxation tends to change depending on the location of the chemical strengthening treatment tank due to variations in the molten salt temperature when performing chemical strengthening treatment, and as a result, a stable compressive stress value can be obtained. May be difficult. On the other hand, if MgO exceeds 14%, the glass tends to be devitrified, or the change in surface compressive stress due to the concentration of NaNO 3 in the potassium nitrate molten salt may increase, and it is preferably 13% or less.
  • the SiO 2 —MgO is preferably 64% or less, more preferably 62% or less, and typically 61% or less.
  • the Al 2 O 3 —MgO content is preferably 9% or less, more preferably 8% or less.
  • the total content of SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O and MgO is preferably 98% or more. If the total is less than 98%, it may be difficult to obtain a desired compressive stress layer while maintaining crack resistance. Typically, it is 98.3% or more.
  • ZrO 2 is not essential, but may be contained in a range of up to 5% in order to reduce the viscosity at high temperature or increase the surface compressive stress. If ZrO 2 exceeds 5%, there is a risk that the possibility of cracking from the indentation increases. Therefore, it is preferably 2% or less, more preferably 1% or less, and typically does not contain ZrO 2 .
  • B 2 O 3 is not essential, but may be contained in a range of 6% or less in order to improve the melting property at high temperature or the glass strength. If B 2 O 3 exceeds 6%, it is difficult to obtain a homogeneous glass, which may make it difficult to mold the glass, or may reduce crack resistance. Typically no B 2 O 3 is contained.
  • the total content of SiO 2 , Al 2 O 3 , Na 2 O and MgO is preferably 98% or more.
  • the preferred glass component of the glass plate of the present invention consists essentially of the components described above, but may contain other components as long as the object of the present invention is not impaired. When such components are contained, the total content of these components is preferably less than 2%, more preferably 1% or less.
  • the other components will be described as an example.
  • ZnO may be contained up to 2%, for example, in order to improve the melting property of the glass at a high temperature, but is preferably 1% or less, and 0.5% or less in the case of manufacturing by a float process. It is preferable to make it. If ZnO exceeds 0.5%, it may be reduced during float molding, resulting in a product defect. Typically no ZnO is contained. Since TiO 2 coexists with Fe ions present in the glass, the visible light transmittance is lowered and the glass may be colored brown, so even if it is contained, it is preferably 1% or less. Does not contain.
  • Li 2 O is a component that lowers the strain point to facilitate stress relaxation, and as a result makes it impossible to obtain a stable surface compressive stress layer, so it is preferably not contained, and even if it is contained, its content Is preferably less than 1%, more preferably 0.05% or less, and particularly preferably less than 0.01%.
  • Li 2 O may be eluted in a molten salt such as KNO 3 during chemical strengthening treatment, but when the chemical strengthening treatment is performed using a molten salt containing Li, the surface compressive stress is remarkably reduced. Li 2 O is preferably not contained from this viewpoint.
  • CaO may be contained in a range of 5% or less in order to improve the meltability at high temperature or to prevent devitrification. If the CaO content exceeds 5%, the ion exchange rate or the resistance to cracking decreases. Typically no CaO is contained. SrO may be contained as necessary, but since the effect of lowering the ion exchange rate is greater than that of MgO and CaO, the content is preferably less than 1% even when contained. Typically no SrO is contained. Since BaO has the greatest effect of reducing the ion exchange rate among alkaline earth metal oxides, BaO should not be contained, or even if contained, its content should be less than 1%. preferable.
  • the total content thereof is preferably 1% or less, more preferably less than 0.3%.
  • the total content of these four components is preferably less than 1.5%. If the total is 1.5% or more, the ion exchange rate may be lowered, and is typically 1% or less.
  • SO 3 As a fining agent for melting the glass, SO 3 , chloride, fluoride and the like may be appropriately contained. However, in order to increase the visibility of a display device such as a touch panel, it is preferable to reduce as much as possible the components that are mixed as impurities in the raw material, such as Fe 2 O 3 , NiO, and Cr 2 O 3 that absorb in the visible region, The percentage is preferably 0.15% or less, and more preferably 0.05% or less.
  • Examples 1 to 45 in Tables 1 to 7 are generally used such as oxides, hydroxides, carbonates or nitrates so as to have a composition expressed in mole percentage (mass percentage) in the column from SiO 2 to K 2 O.
  • the glass raw material used was appropriately selected and weighed so as to obtain 400 g as glass. This weighed product was mixed with a sodium sulfate having a mass corresponding to 0.2% of the mass. Next, the mixed raw materials were put into a platinum crucible, put into a resistance heating electric furnace at 1650 ° C., melted for 6 hours, defoamed and homogenized. The obtained molten glass was poured into a mold material, held at a temperature of Tg + 50 ° C. for 1 hour, and then cooled to room temperature at a rate of 0.5 ° C./min to obtain a glass block.
  • Examples 1 to 40 and 42 to 44 are Examples, and Examples 41 and 45 are Comparative Examples.
  • These glass Young's modulus E (unit: GPa), a glass transition point Tg (unit: ° C.), a temperature T2 at which the viscosity becomes 10 2 dPa ⁇ s (Unit: ° C.), the temperature T4 at which the viscosity becomes 10 4 dPa ⁇ s
  • the average linear expansion coefficient ⁇ (unit: ⁇ 7 / ° C.) at 50 to 350 ° C. (unit: ° C.) is shown in the table.
  • the glass block was cut and ground, and finally both surfaces were processed into mirror surfaces to obtain a plate-like glass having a size of 30 mm ⁇ 30 mm and a thickness of 1.0 mm.
  • plate glass was ground by 300 to 1000 ⁇ m using a # 1000 grindstone to obtain plate glass, and then polished using cerium oxide to make the surface a mirror surface.
  • Examples 1, 2, 11 to 14, 16, 18, 20, and 42 were immersed in molten salt at 425 ° C. containing 95% by mass of KNO 3 and 5% by mass of NaNO 3 for 6 hours, respectively, and subjected to chemical strengthening treatment. It is a thing.
  • Examples 3 , 4, 6 , 15, 31, and 44 are obtained by immersing each in a molten salt at 425 ° C. containing 95% by mass of KNO 3 and 5% by mass of NaNO 3 for 10 hours and performing chemical strengthening treatment.
  • Examples 5, 7, 8, 10, 33, and 43 were obtained by immersing in a molten salt at 450 ° C.
  • Examples 9 and 45 chemical strengthening treatment was performed by immersing each in a molten salt at 450 ° C. containing 95% by mass of KNO 3 and 5% by mass of NaNO 3 for 10 hours.
  • Examples 17, 19, 21, 24, 27, 30, 32, 34 to 38, and 40 were respectively immersed in 100% KNO 3 molten salt at 425 ° C. for 6 hours and subjected to chemical strengthening treatment.
  • Examples 22, 25, 28, and 41 chemical strengthening treatment was performed by immersing each in a molten salt of 100% KNO 3 at 450 ° C. for 6 hours.
  • Examples 23, 26, 29, and 39 each was immersed in 100% KNO 3 molten salt at 425 ° C. for 10 hours and subjected to chemical strengthening treatment.
  • FIG. 31 is a Weibull plot showing the four-point bending strength of a chemically strengthened glass plate according to one embodiment of the present invention.
  • the sample of the chemically strengthened glass plate was reinforced with the same composition as in Examples 19 and 20, and the surface compressive stress S was 905 MPa, the DOL was 22.7 ⁇ m, and the plate thickness was 1.1 mm.
  • chamfering was performed using grindstones with different particle sizes.
  • the # 400 grindstone has an average grain size of 44 to 37 ⁇ m (maximum grain size 75 ⁇ m)
  • the # 600 grindstone has an average grain diameter of 26 to 31 ⁇ m (maximum grain size 53 ⁇ m). .
  • the value of the surface compressive stress S is as high as possible, while the value of the internal tensile stress T is as low as possible.
  • the chemically strengthened glass of this aspect further increases the bending strength by polishing the end face of the glass plate while adjusting the values of the surface compressive stress S and the internal tensile stress T to appropriate values.
  • the chemically strengthened glass plate polished with a # 400 grindstone was up to 25 ⁇ m
  • the chemically strengthened glass plate polished with a # 600 grindstone was up to 20 ⁇ m. It was. Accordingly, by making the latent scratch (pit) depth 20 ⁇ m or less in a portion where the distance in the plate thickness direction from the chamfered portion, particularly the main surface adjacent to the chamfered portion is within 1/5 of the plate thickness, further various damages are caused.
  • a chemically strengthened glass plate that can withstand the situation can be provided. FIG.
  • a chemically tempered glass plate that is less likely to be damaged in various damage situations is provided by polishing the end face while adjusting the values of the surface compressive stress S and the internal tensile stress T to predetermined values. be able to.
  • cover glass for display devices, chemically tempered glass with touch sensors, etc.
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Abstract

 表裏の主面と、該表裏の主面間の端面とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、表面圧縮応力が800MPa以上であり、且つ、内部引張応力層の引張応力が42MPa以下である。

Description

化学強化ガラス板、カバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスおよびディスプレイ装置
 本発明は、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、タブレットPCなどのモバイル機器、タッチパネル、大型液晶テレビなどの大型薄型テレビ、車載メータ表示装置等のディスプレイ装置のカバーガラスなどに好適な、化学強化ガラス板に関する。
 近年、携帯電話、PDA、タブレットPC等のモバイル機器やタッチパネル、液晶テレビなどのディスプレイ装置に対しては、ディスプレイの保護ならびに美観を高めるためのカバーガラス(保護ガラス)が用いられることが多くなっている。また、液晶テレビなど薄型テレビのカバーガラスなどには、例えば反射防止、衝撃破損防止、電磁波遮蔽、近赤外線遮蔽、色調補正などの機能を有する膜の形成、など表面加工が行われることがある。
 このようなディスプレイ装置に対しては、薄型デザインによる差異化や移動のための負担の減少のため、軽量・薄型化が要求されている。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、据え置き型の場合には物体の飛来や落下による衝撃、または携帯機器の場合には使用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った。
 上記問題を解決するためには、カバーガラスの強度を高めることが考えられ、その方法としてガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法が一般的に知られている。
 ガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法としては、軟化点付近まで加熱したガラス板表面を風冷などにより急速に冷却する風冷強化法(物理強化法)と、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス板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、Naイオン)をイオン半径のより大きいアルカリイオン(典型的にはKイオン)に交換する化学強化法が代表的である。
 前述したようにカバーガラスの厚さは薄いことが要求されている。しかしながら、カバーガラスとして要求される、厚みが2mmを下回るような薄いガラス板に対して風冷強化法を適用すると、表面と内部の温度差がつきにくいために圧縮応力層を形成することが困難であり、目的の高強度という特性を得ることができない。そのため、化学強化法によって強化されたカバーガラスが通常用いられている。
 このようなカバーガラスとしてはソーダライムガラスを化学強化したものが広く用いられている(例えば特許文献1参照)。
 ソーダライムガラスは安価であり、また化学強化によってガラス表面に形成した圧縮応力層の表面圧縮応力Sを550MPa以上にできるという特徴があるが、圧縮応力層の厚みDOL(以下、圧縮応力層深さということもある。)を20μm以上にすることが容易ではないという問題があった。なお、後述する例28のガラスはソーダライムガラスである。
 そこで、ソーダライムガラスとは異なるSiO-Al-NaO系ガラスを化学強化したものがこのようなカバーガラスとして提案されている(例えば特許文献2、3参照)。
 前記SiO-Al-NaO系ガラスには前記Sを550MPa以上にできるだけでなく、前記DOLを20μm以上にすることも可能であるという特徴がある。
 また、従来よりタッチパネル機能を有するディスプレイ装置(例えば、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、タブレットPC等)が知られている。このようなディスプレイ装置は、タッチセンサを搭載したガラス基板を液晶ディプレイ(LCD)上に配置し、さらにその上に化学強化ガラスをカバーガラスとして搭載することで構成されていた(図33(a))。
 近年では、特許文献4のように、より軽量化、薄型化するため、タッチセンサを化学強化ガラスに直接搭載させることでガラス基板を省略し、タッチセンサを搭載した化学強化ガラスを液晶ディプレイ(LCD)上に配置する、いわゆる2-in-1方式のディスプレイ装置が開発されている(図33(b))。
 このような2-in-1方式のディスプレイ装置に使用されるタッチセンサ付化学強化ガラスとして、3種類の化学強化ガラスが流通している。1つ目は、圧縮応力層の表面圧縮応力Sが500MPa、圧縮応力層深さDOLが9μmの化学強化ガラス、2つ目は、圧縮応力層の表面圧縮応力Sが722MPa、圧縮応力層深さDOLが32μmの化学強化ガラス、3つ目は、圧縮応力層の表面圧縮応力Sが623MPa、圧縮応力層深さDOLが19μmの化学強化ガラスである。
日本国特開2007-11210号公報 米国特許出願公開第2009/0298669号明細書 米国特許出願公開第2008/0286548号明細書 日本国特開2011-197708号公報
 モバイル機器は、手やポケットやカバンから落としてしまいそのカバーガラスに傷(圧痕)がつく機会が多く、また、落としたモバイル機器を踏んだりモバイル機器をポケットに入れたままその上に座ってしまうこともあるのでカバーガラスに大きな負荷がかかる機会も多い。
 従来用いられているカバーガラスの表面圧縮応力Sは650~750MPaであるが、上記のように大きな負荷がかかる可能性をふまえて、近年は表面圧縮応力Sがそれよりも大きいカバーガラスが求められている。
 このようにカバーガラスにかかる負荷は、様々な状況で発生する。その結果カバーガラスが破損することがあるが、破損の仕方はそれぞれの状況で異なる。これらの破損の仕方を分析した結果、本発明者らは破損の仕方が次の4つに分類できることを見出した。
 (A)カバーガラスの表面側周縁
 この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の周縁が小さな物に衝突することで発生しやすい。
 (B)カバーガラスの裏面側周縁
 この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の周縁が大きな物に衝突することで発生しやすい。
 (C)カバーガラスの裏面側主面
 この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の主面が曲率半径の大きな概略球面状の物体に衝突することで発生しやすい。
 (D)カバーガラスの表面側主面
 この現象は、モバイル機器の地面等への落下の際に、モバイル機器の主面が地面等にある鋭利な砂や石等に衝突することで発生しやすい。
 そのうち、(D)にかかる破損について本発明者らは、次のことを見出した。すなわち、カバーガラスの表面側主面からの破損は、当該主面が鋭利な物に衝突する際に発生しやすいことから、表面圧縮応力層を突き抜けて内部引張応力層まで割れが到達した結果生ずる。そのため、上述のように提案されている表面圧縮応力Sの値を大きくしても(D)の破損を低減しづらい。また、表面圧縮応力層の厚さDOLを大きくしても、DOLの値はせいぜい100μm程度であり、鋭利な物との衝突によって生ずる割れの表面圧縮応力層の突き抜けを防止しきれない。
 このような大小のディスプレイ装置がより広く利用されるようになってくると、利用数が少なかったときに比べてカバーガラスが破損する状況が多様化する。
 本発明は、このような多様化に対し破損しにくい化学強化ガラス板、カバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスの提供を目的とする。なお、多様な破損状況を説明するために一例としてカバーガラスの例を挙げたが本発明はそれに限定されるものではない。
 本発明者らは、ディスプレイ装置に使用されるカバーガラス及びタッチセンサ付化学強化ガラスの破損の仕方について調査、研究を進める上で、カバーガラス等の破損の仕方が上記した4つに分類されることを見出し、本発明に至った。以下、4つの破損の仕方について、図15を参照しながらより詳細に説明する。なお、本明細書において、タッチセンサ付化学強化ガラスとは、タッチセンサを搭載した化学強化ガラスを意味し、単に化学強化ガラスと呼ぶときには、タッチセンサを搭載していない化学強化ガラス自体を意味する。
(A)カバーガラスの表面側周縁
 カバーガラスの表面側周縁の破損は、ヘルツ破壊(ヘルツクラック割れ)とも呼ばれ、カバーガラス等の端面に衝撃が加えられた際に、衝撃面(端面)に発生するヘルツコーンと呼ばれる円錐状の破面を起点として破壊が生じるものである。このカバーガラスの表面側周縁の破損については、後述するヘルツ割れ試験及び4点曲げ試験によりその耐性を測定することができる。
(B)カバーガラスの裏面側周縁
 カバーガラスの裏面側周縁の破損は、カバーガラスの端面に衝撃が加えられた際に、衝撃面とは反対側の非衝撃面(端面)に発生する内部引張応力により発生する傷を起点として破壊が生じるものである。このカバーガラスの裏面側周縁の破損については、後述する裏面割れ試験及び4点曲げ試験によりその耐性を測定することができる。
(C)カバーガラスの裏面側主面
 カバーガラスの裏面側主面の破損は、カバーガラスの主面に衝撃が加えられた際に、衝撃面とは反対側の非衝撃面(主面)に発生する内部引張応力により発生する傷を起点として破壊が生じるものである。このカバーガラスの裏面側主面の破損については、後述する落球試験によりその耐性を測定することができる。
(D)カバーガラス等の表面側主面
 カバーガラスの表面側主面の破損は、カバーガラスの主面に衝撃が加えられた際に、圧縮応力層を突き抜ける傷を起点にガラスが比較的遅い速度で割れるスロークラックによる割れ(以下、このようなガラスの割れ方をスロークラック割れとも呼ぶ。)である。このスロークラック割れは、一般的に割れ破片が少なく、最も典型的には破壊起点から一本のクラックが延びてタッチセンサ付化学強化ガラスが2つに割れる現象であり、携帯電話、携帯情報端末(PDA)、タブレットPC等のタッチパネル機能を有するディスプレイ装置のカバーガラス等で典型的に見られる割れである。
 携帯電話や携帯情報端末などはユーザーが持ち歩くものであるため、落下等により衝撃が与えられるおそれが高く、圧縮応力層を突き抜ける傷を生じさせるような物質と接触するおそれが高い。また、タブレットPCにおいては、サイズが典型的には、150~350mm×100~250mm、且つ、重量が150~1000gであり、サイズが大きく重量が重いにもかかわらず、ユーザーが持ち歩くものである。使用方法の例としては、例えばキッチンでタブレットPCを立てかけて、レシピを見ながら料理をしたり、会議室でタブレットPCを立てかけて、資料を見ながら打合せをするなどの使われ方がされている。
 従って、携帯電話や携帯情報端末などを落下させた場合、若しくは、タブレットPCを誤って落下させてしまった場合又は倒してしまった場合等に、表面圧縮応力層を突き抜けるキズが生じやすく、よりスロークラック割れが発生しやすい。
 ここで、タブレットPCのカバーガラスで発生したスロークラック割れを例にスロークラック割れについて図16~図22を参照しながら説明する。
 タブレットPCは、画像表示部を囲うように略矩形状のフレームが設けられ、カバーガラスがフレーム上に支持されている。図16に示すように、タブレットPC1が地面(アスファルト・コンクリートなど)に落下して、カバーガラス2が下を向いた状態でアスファルト・コンクリート3中の小石4上の砂5等に接触すると、破壊起点Oに圧縮応力が作用しカバーガラスの画像表示部側に引張応力が作用する(図17(a))。続いて、破壊起点Oには引張応力が作用しクラックCが伸びて、カバーガラス2が割れる(図17(b))。なお、破壊起点は、カバーガラスの中央部に発生することもあるが、フレームによりカバーガラスの撓みが拘束され、破壊起点に生じる応力が大きくなるため、フレームに支持された領域の一部に発生することが多い。このようなカバーガラス2の割れは、地面に落下する場合に限らず、会議室・リビング、キッチン等の床面でも発生する。
 図18(a)はスロークラック割れが発生したタブレットPCの写真を示す図であり、(b)は破壊起点を上方から見た拡大写真を示す図、(c)は破壊起点を側方から見た写真を示す図である。
 このときのカバーガラスの割れは、図18(c)の破断面から明らかなように、圧縮応力層深さより深い傷が破壊起点となっている。図18(a)及び(b)では、破壊起点から一本のクラックが延びてカバーガラスが2つに割れている。この図18(c)に示す破断面をさらに観察すると、圧縮応力層深さより深い破壊起点の回りには、鏡のように滑らかな鏡面半径(mirror radius)の長い鏡面(mirror)が見られる。
 図19は、図18(c)の破断面を模式的に示す図である。破断面には、破壊の過程、すなわち、破壊起点、破壊の進行方向、破壊が緩やかに進んだか、急速に進んだかなどの要因が反映される。このスロークラック割れの破断面解析によれば、鏡面半径の長い鏡面は小さな応力により破壊が進行したことを意味しており、このような滑らかな破断面は、クラックがゆっくり音速に比べてずっと遅い速度で成長したことを意味している。従って、図18(c)の破断面によれば、カバーガラスには、圧縮応力層深さより深い起点が形成された後、クラックがゆっくり成長し、小さな応力で破壊が進行したことが分かる。このようなスロークラック割れにより割れたカバーガラスは、割れ破片が数ピース~(場合によっては)数十ピースになる。典型的には、2ピースから20ピースであり、図18(a)及び(b)に示す破壊起点から一本のクラックが延びてカバーガラスが2つに割れた例は、スロークラック割れの象徴的な例である。
 スロークラック割れであるか否かは、よりミクロには次のようにして判別される。まず、破壊起点がわかるようなものでなければスロークラック割れとはいえない。また、その破壊起点付近を観察して圧縮応力層を突き抜けるような傷すなわち圧縮応力層深さよりも深い傷が破壊起点であることが確認された場合はスロークラック割れである。また、鏡面半径が長く、破面断面が鏡面でありミストやハックルが認められない場合はスロークラック割れである。
 次に、スロークラック割れとの対比のため、スロークラック割れではないカバーガラスの割れ方(以下、非スロークラック割れとも呼ぶ。)について説明する。非スロークラック割れとして、ヌープ圧子をガラス表面に押し込んで生じたカバーガラスの割れについて説明する。図20は、非スロークラック割れによるカバーガラスの破壊起点を側方から見た写真を示す図であり、図21は図20の破断面を模式的に示す図である。
 この非スロークラック割れの破断面を観察すると、圧縮応力層内に破壊起点が形成され、回りに鏡のように滑らかな鏡面半径の短い鏡面が見られ、さらに鏡面の回りには、ミスト面(mist)が存在する。この非スロークラック割れの破断面解析によれば、鏡面半径の短い鏡面は大きな応力により破壊が進行したことを意味し、ミスト面は、クラックが急速に成長したことを意味している。従って、図20の破断面によれば、カバーガラスには、圧縮応力層深さより浅い破壊起点が形成された後、大きな応力で破壊が進行しクラックが急速に成長したことが分かる。非スロークラック割れが生じると、カバーガラスは図22に示すように、蜘蛛の巣状に延びた複数のクラックにより複数(20枚以上)のガラス片となる(以下、このような割れ方をスパイダー割れとも呼ぶ。)。このように、スロークラック割れと非スロークラック割れとは、全く異なるモードで破壊が生じていることが分かる。
 スロークラック割れについては、破壊起点が圧縮応力層を超えた領域、即ち内部引張応力層に発生するため(傷の深さは典型的には数十~数百マイクロメートルで、化学強化による圧縮応力層が数~数十マイクロメートル)、スロークラック割れの発生しやすいディスプレイ装置においては、スロークラック割れにも強い機械特性を有する化学強化ガラスを選択する必要がある。このスロークラック割れ(カバーガラスの表面側主面の破損)については、後述するピラミッド型ダイヤモンド圧子試験及びサンドペーパー落球試験によりその耐性を測定することができる。なお、非スロークラック割れについては、スロークラック割れとの対比のために強制的に発生させた破壊モードであり、上記4つに分類される破損の仕方ではない。
 本発明の化学強化ガラス板、カバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスおよびディスプレイ装置は、上記した4つの破損の仕方全てに起因する割れを抑制することができる。本発明は、以下の態様を提供するものである。
(1) 表裏の主面と、該表裏の主面間の端面とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、
 表面圧縮応力が800MPa以上であり、且つ、内部引張応力が42MPa以下である化学強化ガラス板。
(2) 表面圧縮応力が850MPa以上、内部引張応力が42MPa以下かつ、
 前記端面には面取り部が設けられており、前記面取り部に隣接する主面からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分において、エッチングした際にエッチング面に深さ20μm超のピットがない(1)に記載の化学強化ガラス板。
(3) さらに表面圧縮応力層の厚さが20~35μm、板厚が0.5mm以上である(2)に記載の化学強化ガラス板。
(4) 表面圧縮応力が850~1200MPa、表面圧縮応力層の厚さが20~35μm、内部引張応力が25~42MPa、板厚が0.5~1.5mmである(3)に記載の化学強化ガラス板。
(5) 表面圧縮応力が900~1100MPa、表面圧縮応力層の厚さが25~30μm、内部引張応力が30~40MPa、板厚が0.7~1.1mmである(4)に記載の化学強化ガラス板。
(6) 表裏の主面と、該表裏の主面間の端面とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、
 表面圧縮応力層の厚さDOLに対する前記端面に設けられた面取り部に隣接する主面からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分に存在する潜傷の深さの比が0.9以下である化学強化ガラス板。
(7) 表面圧縮応力が850MPa以上、内部引張応力が42MPa以下である(6)に記載の化学強化ガラス板。
(8) 下記酸化物基準のモル百分率表示で、SiOを56~75%、Alを5~20%、NaOを8~22%、KOを0~10%、MgOを0~14%、ZrOを0~5%、CaOを0~5%含有する(1)~(7)のいずれかに記載の化学強化ガラス板。
(9) SiO含有量からMgO含有量を減じた差が64%以下である(8)に記載の化学強化ガラス板。
(10) Al含有量からMgO含有量を減じた差が9%以下である(8)または(9)に記載の化学強化ガラス板。
(11) NaO含有量からAl含有量を減じた差が5%未満である(8)~(10)のいずれかに記載の化学強化ガラス板。
(12) SiO、Al、NaO、MgOおよびBの含有量の合計が98%以上である(8)~(11)のいずれかに記載の化学強化ガラス板。
(13) SiO、Al、NaOおよびMgOの含有量の合計が98%以上である(8)~(12)のいずれかに記載の化学強化ガラス板。
(14) (1)~(13)のいずれかに記載の化学強化ガラス板をカバーガラスとして有するディスプレイ装置。
(15) タッチセンサと、該タッチセンサを搭載する請求項1に記載の化学強化ガラス板と、を備えるタッチセンサ付化学強化ガラスであって、
 前記化学強化ガラス板は、表面圧縮応力が800MPa以上であり、且つ、内部引張応力が8MPa以上40MPa以下であるタッチセンサ付化学強化ガラス。
(16) 表面圧縮応力が900MPa以上、内部引張応力が9MPa以上である(15)に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
(17) 前記化学強化ガラス板を温度90℃、0.1mol%塩酸中に20時間浸漬したときの重量減少が1mg/cm以下である(15)又は(16)に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
(18) 圧縮応力層の深さが15μm以上である(15)~(17)のいずれかに記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
(19) 前記化学強化ガラス板の板厚が1.5mm以下である(15)~(18)のいずれかに記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
(20) (15)~(19)のいずれかに記載のタッチセンサ付化学強化ガラスを備えるディスプレイ装置。
 本発明によれば、多様な破損状況に耐え得る化学強化ガラス板、カバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスおよびディスプレイ装置が得られる。
本発明の第1の実施形態による化学強化ガラス板の部分側断面図である。 本発明の第1の実施形態による化学強化ガラス板の部分側断面図である。 本発明の第1の実施形態による化学強化ガラス板の部分側断面図である。 本発明の第2の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第2の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第2の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第3の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第3の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第3の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第4の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第4の実施形態による化学強化ガラス板の製造方法を示す側断面図である。 本発明の第5の実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスの主要部を構成する平面図である。 図12のA-A線断面図である。 本発明の第6の実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスの製造方法を説明する図である。 カバーガラス等で発生する4つの破損の仕方について説明する図である。 タブレットPCが落下した際にカバーガラスにスロークラック割れが発生する状況を示す模式図である。 スロークラック割れが発生するメカニズムを模式的に示す図であり、(a)は破壊起点を示す図であり、(b)はクラックを示す図である。 (a)はスロークラック割れが発生したタッチセンサ機能付タブレットPCの写真を示す図であり、(b)は破壊起点を上方から見た拡大写真を示す図、(c)は破壊起点を側方から見た写真を示す図である。 図18(c)の破断面を模式的に示す図である。 非スロークラック割れが発生したカバーガラスの破壊起点を側方から見た写真を示す図である。 図20の破断面を模式的に示す図である。 スパイダー割れが発生したカバーガラスの写真を示す図である。 サンドペーパー落球試験の模式図である。 図23のサンドペーパー落球試験における化学強化ガラスの割れが発生するメカニズムを模式的に示す図であり、(a)は破壊起点を示す図であり、(b)はクラックを示す図である。 (a)は、化学強化ガラスを花崗岩からなる基台上に配置し、P30のサンドペーパーの擦り面に化学強化ガラスの上面を接触させた状態で、Φ0.75インチ、4gのステンレス鋼性の球体を高さ17cmから落下させてスロークラック割れが発生したカバーガラスの写真を示す図であり、(b)は破壊起点を側方から見た写真を示す図である。 (a)はP30のサンドペーパーの拡大写真を示す図であり、(b)はアスファルト・コンクリートの拡大写真を示す図であり、(c)はP30のサンドペーパー先端の角度分布と砂の先端の角度分布を示すグラフである。 四角錐圧子圧入試験による内部引張応力Tと荷重F50との関係性を表したグラフである。 4点曲げ試験による表面圧縮応力Sと曲げ強度との関係性を表したグラフである。 落球試験による表面圧縮応力Sと破壊エネルギーとの関係性を表したグラフである。 4点曲げ試験による表面圧縮応力層の厚さDOLと曲げ強度との関係性を表したグラフである。 本発明の一態様に係る化学強化ガラス板の4点曲げ強度を表したワイブルプロットである。 (a)はヘルツ割れ試験の結果を示すグラフであり、(b)は裏面割れ試験の結果を示すグラフであり、(c)は落球試験の結果を示すグラフであり、(d)はサンドペーパー落球試験の結果を示すグラフである。 (a)は従来のタッチパネル機能を有するディスプレイ装置の模式図であり、(b)は2-in-1方式のディスプレイ装置の模式図である。
 上述のように、本発明者らは、カバーガラスの破損の仕方が次の4つに分類できることを見出し、(A)カバーガラスの表面側周縁、(B)カバーガラスの裏面側周縁、(C)カバーガラスの裏面側主面、(D)カバーガラスの表面側主面の4つの破損の仕方のいずれにも高強度な化学強化ガラスを見出した。
 (D)の破損の観点からすると、内部引張応力Tを42MPa以下にすることによって、破損の程度を小さくできる。内部引張応力Tは40MPa以下が好ましく、37MPa以下がより好ましく、35MPaがより好ましく、34MPa以下がより好ましく、30MPaが特に好ましい。内部引張応力Tが小さすぎる場合、表面圧縮応力Sや圧縮応力層深さを大きくできないため、総合的に強度を高くできない。従って、内部引張応力Tの下限は、3MPa以上であり、8MPa以上が好ましく、9MPa以上がより好ましく、10MPa以上がさらに好ましい。
 (D)の破損の観点からするとガラスの耐性に関しては、どのような物質がガラスと接触するかが、ガラス表面に傷が残るかという観点で重要である。特に(主にSiO2などから形成される)砂などの硬い物質と接触するとガラス表面が押し込まれ圧痕およびそれから発生するクラック、または削られた傷が残る。その時に接触する物質の角度が、その傷からクラックが発生するかどうかという点で重要である。
 これまでは、カバーガラス等のクラック発生の耐性に関してはビッカース圧子を用いて試験されていたが、我々はより鋭角な圧子を用いた場合にクラック発生の優劣をつけるべきであるということを考え、内部引張応力Tが異なるように化学強化処理を行った複数のサンプルを用いて、ビッカース硬度計に対稜角110°のピラミッド型ダイヤモンド圧子を用いて荷重をかけた時の破壊が生じる確率が50%となる荷重F50(単位:kgf)を測定した。なお、この測定はFuture-tech製ビッカース硬度計FLC-50Vを用いて実施した。
 前記した四角錐圧子圧入試験による内部引張応力TとF50との関係性を表したグラフを図27に示す。内部引張応力Tが大きくなればなるほど小さい荷重で破壊が生じている。この測定結果より、(D)の破損を抑制するためには内部引張応力Tはより低いことが好ましいことが確認された。
 また、本発明者らは、(D)カバーガラスの表面側主面の破損を再現するための方法として、ピラミッド型ダイヤモンド圧子試験とは別に、以下に説明するサンドペーパー落球試験を見出した。
 サンドペーパー落球試験は、図23に示すように、表面に圧縮応力層が形成された化学強化ガラス320を基台331上に配置し、圧縮応力層深さ以上の大きさの研磨材を含むサンドペーパー332の擦り面332aに化学強化ガラス320を接触させ、鉄球等の球体333を上方から落下させるものである。このとき、サンドペーパー332は、好ましくは化学強化ガラス320の上方に配置され、化学強化ガラス320の上面330aがサンドペーパー332の擦り面332aと接触しており、球体333がサンドペーパー332の擦り面332aとは反対側の面332bに落下する。
 基台331としては、花崗岩のような硬い石から形成されることが好ましい。これにより、破壊起点となる傷が発生しやすいフレームに支持されたカバーガラスの領域と同じように、応力の逃げ場を排除することができる。ただし、基台331の材質は弾性率やたわみを目的にあわせて変更することができ、ストレート材、ガラス、中央がくりぬかれたフレーム等、適宜選択することができる。
 サンドペーパーは研磨紙(紙やすり、JIS R6252:2006)に限られず基材に研磨材が接着剤によって塗装されたもの、あるいはそれに相当するものを含み、たとえば研磨布(JIS R6251:2006)、耐水研磨紙(JIS R6253:2006)などを含む。
 サンドペーパー332には、含まれる研磨材の粒度に応じてP12~P2500番が存在する(JIS R6252、2006)。研磨材は、典型的には、アルミナ、炭化ケイ素である。アスファルト・コンクリートに含まれる砂の粒径を0.06mm~1mmと想定すると、サンドペーパー332に含まれる研磨材の粒度としてP30~P600が概ねこれと対応する。
 例えば圧縮応力層深さを30μmと想定すると、圧縮応力層深さよりも大きい研磨材を含むサンドペーパーとしては、P30(D:710μm)、P100(D:180μm)、P320(d:66.8μm)、P600(d:43.0μm)などのサンドペーパーが選択される。
 球体333の材質や重量は目的にあわせて変更可能であるが、典型的には、ステンレス鋼製の4~150gのステンレス球が用いられる。
 このように基台331上に配置された化学強化ガラス320に、球体333を落下させることで、化学強化ガラス320にはサンドペーパー332に含まれる研磨材により、上面330a側の圧縮応力層より深いところに破壊起点Oが発生する。
 このとき、破壊起点Oに圧縮応力が作用しその周りに引張応力が作用する(図24(a))。続いて、破壊起点Oには引張応力が作用しクラックCが伸びて、カバーガラスが割れる(図24(b))。即ち、破壊起点の面が上面と下面の違いはあるが、図17(a)及び(b)で説明したスロークラック割れと同じメカニズムで割れが発生する。
 図25(a)は、化学強化ガラス320を花崗岩からなる基台上に配置し、P30のサンドペーパー332の擦り面に化学強化ガラス320の上面を接触させた状態で、Φ0.75インチ、4gのステンレス鋼からなる球体333を高さ17cmから落下させてスロークラック割れが発生したカバーガラスの写真を示す図であり、図25(b)は図25(a)の破壊起点を側方から見た写真を示す図である。
 化学強化ガラスは、一本のクラックが延びてカバーガラスが2つに割れており、また図25(b)は図18(c)と同様の破断面を示しており、スロークラック割れと同じメカニズムで割れが発生していることが分かる。
 図26(a)はP30のサンドペーパーの拡大写真であり、図26(b)は、アスファルト・コンクリート(横浜にて採取)の拡大写真であり、図26(c)は、P30のサンドペーパー先端の角度分布と砂の先端の角度分布を示すグラフである。図26(c)は、それぞれサンドペーパーを144箇所、砂を149箇所観測し、サンドペーパー又は砂の先端角度を横軸に、頻度を縦軸に示したものである。本発明では、P30のサンドペーパーに含まれる研磨材としてのアルミナと、アスファルト・コンクリートに含まれる小石等の形状の近似性から、P30のサンドペーパーが選択された。
 本発明では、化学強化ガラスを花崗岩からなる基台上に配置し、P30(JIS R6252、2006)のサンドペーパーの擦り面にカバーガラスの上面を接触させた状態で、Φ0.75インチ、29gのステンレス鋼からなる球体を上方から落下させるサンドペーパー落球試験を行った。
 測定は、以下の条件で行った。下記するA~Eの5種の硝材のガラスA4~E4をサイズ:50mm×50mmに切断・研磨した化学強化ガラスを20枚用意し、20枚のガラスを順次花崗岩からなる基台上に配置し、P30(JIS R6252、2006)のサンドペーパーの擦り面にガラスの上面を接触させた状態で、Φ0.75インチ、29gのステンレス鋼からなる球体を上方から落下させ、破壊時の落球高さの単純平均を算出して平均破壊高さとした。
 また、ガラスA4~E4は、表1に示す性能を有している。表1及び図32(d)に、それぞれのガラスのサンドペーパー落球試験の試験結果を示す。なお、表1中、Tは内部引張応力、Sは表面圧縮応力を示している。なお、ガラスA1~A4は硝材A、ガラスB1~B4は硝材B、ガラスC1~C4は硝材C、ガラスD1~D4は硝材Dから形成されたものであり、50mm×50mmに切断、研磨し、#600のホイールでC面取りをおこなった。その後、それぞれのガラスを化学強化したものである。
 硝材Aは、以下の組成を有するものである。
 SiO:      72.5mol%
 Al:     6.2mol%
 NaO:      12.8mol%
 MgO:       8.5mol%
 硝材Bは、以下の組成を有するものである。
 SiO:      61.5mol%
 Al:     13mol%
 NaO:      17mol%
 MgO:       8mol%
 KO:       0.5mol%
 硝材Cは、以下の組成を有するものである。
 SiO:      68mol%
 Al:     10mol%
 NaO:      14mol%
 MgO:       8mol%
 KO:       4mol%
 硝材Dは、以下の組成を有するものである。
 SiO:      64mol%
 Al:     8mol%
 NaO:      12.5mol%
 KO:       4mol%
 MgO:       11mol%
 ZrO:      0.5mol%
 硝材Eは、以下の組成を有するものである。
 SiO:      66.7mol%
 Al:     10.8mol%
 NaO:       13.2mol%
 KO:        2.4mol%
 MgO:       6.2mol%
 CaO:       0.6mol%
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 図32(d)からも、(D)カバーガラスの表面側主面の破損は、破損時の落球高さが内部引張応力Tに反比例し、内部引張応力Tが小さくなればなるほど破損時の落球高さが高くなる、即ち割れづらくなる傾向があることが確認された。
 また、(A)、(B)、(C)の破損は、できるだけ表面圧縮応力Sの値を大きくすることで低減できると考えられるため、本発明のガラス板の表面圧縮応力Sは800MPa以上としている。(A)、(B)、(C)の破損の観点からすると表面圧縮応力Sはより高い方が好ましい。表面圧縮応力Sは、850MPa以上が好ましく、900MPa以上がより好ましく、950MPa以上がさらに好ましく、1000MPa以上が極めて好ましい。
 (A)、(B)の破損の観点からのガラスの耐性と表面圧縮応力Sとの関連性を調べるために、表面圧縮応力Sが異なるように化学強化処理を行った複数のサンプルを用いて2つの支持点の間隔を40mm、2つの荷重点の間隔を10mmとして4点曲げ試験(JIS R1601)を行い曲げ強度を測定した。なお、この測定は島津製作所製オートグラフAGS-Xを用いて実施した。
 前記した4点曲げ試験による表面圧縮応力Sと曲げ強度との関係性を表したグラフを図28に示す。表面圧縮応力Sが高くなればなるほど曲げ強度も増加している。この測定結果より、(A)、(B)の破損を抑制するためには表面圧縮応力Sはより高いことが好ましいことが確認された。
 また、(A)カバーガラスの表面側周縁の破損は、ヘルツ割れ試験によっても割れ強さを求めることができる。
 ヘルツ割れ試験は、ガラス端面に超硬材の細径の円柱棒を衝突させることにより、ガラス端面の表面にヘルツ応力を発生させることで、ヘルツクラック割れを生じさせるものであり、円柱棒の衝撃エネルギー(衝突エネルギーJ=高さm×重さkg×9.8m/s)により(A)の破損による耐性を測定することができる。
 測定は、以下の条件で行った。上記したA~Eの5種の硝材のガラスA1~E1をサイズ:50mm×50mmに切断、研磨し、#600のホイールでC面取りをおこなった。その後、それぞれのガラスを化学強化した。前述のガラスを基台上に配置し、その端面にφ3mmの超硬ピンを振り子式にぶつけて、ガラスの端面表側を、ヘルツ割れに手配することを20回繰り返し、破壊時の円柱棒の衝撃エネルギーの単純平均を算出して平均破壊エネルギーとした。
 また、ガラスA1~E1は、表2に示す性能を有している。表2及び図32(a)に、それぞれのガラスのヘルツ割れ試験の試験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 また、(B)カバーガラスの裏面側周縁の割れは、裏面割れ試験によっても割れ強さを求めることができる。
 裏面割れ試験は、ガラス端面に太径の超硬材の円柱棒を衝突させることにより、ガラス端面の裏側に衝撃引っ張り応力を発生させ、端面・裏面割れを生じさせるものであり、円柱棒の衝撃エネルギー(衝突エネルギーJ=高さm×重さkg×9.8m/s)により(B)の破損による耐性を測定することができる。
 測定は、以下の条件で行った。上記したA、C~Eの4種の硝材のガラスA2、C2~E2をサイズ:50mm×50mmに切断、研磨し、#600のホイールでC面取りをおこなった。その後、それぞれのガラスを化学強化した。前述のガラスを基台上に配置し、その端面にφ40mmの超硬ピンを振り子式にぶつけて、ガラスの端面裏側を、衝撃的に破壊することを20回繰り返し、破壊時の円柱棒の衝撃エネルギーの単純平均を算出して平均破壊エネルギーとした。
 また、ガラスA2、C2~E2は、表3に示す性能を有している。表3及び図32(b)に、それぞれの試験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 次に(C)の破損の観点からのガラスの耐性と表面圧縮応力Sとの関連性を調べるために、表面圧縮応力Sが異なるように化学強化処理を行った複数のサンプルを用いて落球試験による破壊エネルギー測定を行った。落球試験は、サイズ50mm×50mm×0.7mmのサンプルを固定し、130gのステンレス鋼をサンプル上に落下させることにより実施した。鉄球の衝撃エネルギー(衝突エネルギーJ=高さm×重さkg×9.8m/s)により(C)の破損による耐性を測定することができる。
 前記した落球試験による表面圧縮応力Sと破壊エネルギーとの関係性を表したグラフを図29に示す。表面圧縮応力Sが高くなればなるほど破壊エネルギーも増加している。この測定結果より、(C)の破損を抑制するためには表面圧縮応力Sはより高いことが好ましいことが確認された。
 また、落球試験は、以下の条件でも行った。上記したA、C~Eの4種の硝材のガラスA3、C3~E3をサイズ:50mm×50mmに切断、研磨した。その後、それぞれのガラスを化学強化した。前述のガラスを中央部40mm×40mmをくりぬいた基台上に配置し、その表面にφ30mm、130gの鉄球を落下させて、ガラスの面裏側を衝撃的に破壊することを20回繰り返し、破壊時の鉄球の衝撃エネルギーの単純平均を算出して平均破壊エネルギーとした。
 また、ガラスA3、C3~E3は、表4に示す性能を有している。表4及び図32(c)に、それぞれのガラスの端面・裏面割れ試験の試験結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 図32(a)~図32(c)からこれらの3つの破損の仕方は、割れ発生時の平均破壊エネルギーが表面圧縮応力に比例し、表面圧縮応力が大きくなればなるほど割れ発生に要する平均破壊エネルギーが大きくなる、即ち割れづらくなる傾向があることが分かる。
 さらに本発明者らは、特に(A)、(B)の破損に注目すると、(A)、(B)の破損、すなわちガラス板の周縁での破損が、当該周縁、特に端面に残存する傷により顕著になることを見出した。そこで本発明の一態様のガラス板は、ガラス板の端面に面取り部を設け、この面取り部に隣接する主面からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分において、エッチングした際にエッチング面に深さ10μm以上のピットがないことによりさらに強度が向上することを見出した。
 また、表面圧縮応力層の厚さDOLに対し、ガラス板の破損の起点となる面取り部の潜傷の深さの比を0.9以下にすることによっても強度が向上することを見出した。
 ところで、原理的に化学強化ガラス板は、内部引張応力T、表面圧縮応力S、表面圧縮応力層の厚さDOL、板厚tとの関係が、T=S*DOL/(t-2DOL)であると知られている。そこで、できるだけ表面圧縮応力Sの値を大きくして(A)、(B)、(C)の破損を低減しようとすると、内部引張応力Tの値が増大し(D)の破損を低減しにくくなる。
 そこで、本発明の一態様のガラス基板の表面圧縮応力Sは850~1200MPaであり、表面圧縮応力層の厚さDOLは20~35μmであり、内部引張応力Tは3~42MPaであり、板厚は0.6mm以上である。内部引張応力Tは強化条件に応じて他の形態として10~42MPaとしても良く、また20~42MPaとしても、25~42MPaとしても構わない。カバーガラス等の用途の場合には板厚が1.5mm以下とすると重量の観点からより好ましい。
 また、より好ましくは表面圧縮応力が900~1100MPa、表面圧縮応力層の厚さが25~30μm、内部引張応力が30~40MPa、板厚が0.7~1.1mm、である。
 また、従来ガラス板の破損低減のためには、一般的にDOLの値を大きくすることがよいと考えられていた。ところが、特に(A)、(B)の破損を低減しようとしてDOLの値を大きくしたところ、図30に示すように、特定の値以上ではDOLの値を大きくしてもその破損の程度を著しく向上することはなかった。なお、図30は、室温で測定した4点曲げ試験(JIS R1601)による表面圧縮応力層の厚さDOLと曲げ強度との関係性を表したグラフである。サンプルにはサイズ50mm×50mm×1.0mmであり、端面をCNC研磨したものを用いた。2つの支持点の間隔は40mm、2つの荷重点の間隔は10mmとした。曲げ強度としては、10個の試験片の平均値をとった。4点曲げ試験には島津製作所製オートグラフAGS-Xを用いて実施した。
 そこで、(A)、(B)の破損を低減し、なおかつ(D)の破損低減のためにTの値を小さくするために、本発明の一態様のガラス板のDOLは、35μm以下としている。また、20μm以下にするとよりTの値が小さくなるが、図30より曲げ強度が低下してしまうため、(A)、(B)の破損も低減するために20μm以上としている。
 なお、図20~22で示した非スロークラック割れについては、スロークラック割れとの対比のために強制的に発生させた破損であり、上記4つに分類される破損の仕方ではないが、非スロークラック割れについては、破壊起点が表面圧縮応力層内に発生するため、これを防ぐためには、上記した(A)、(B)、(C)の破損と同様に、表面圧縮応力Sを大きくすることが効果的である。
 このようなガラス板について、図面を用いてさらに詳細に説明する。
 [第1の実施形態]
 図1~図3は、本発明の第1の実施形態によるガラス板の製造方法の説明図である。
 ガラス板10は、表裏の主面11、12と、2つの主面11、12に隣接する端面13とを有する。2つの主面11、12は互いに平行な平坦面である。
 端面13は、2つの主面11、12に対して垂直な平坦部14と、各主面11、12と平坦部14との間に形成される面取り部15、16とで構成される。平坦部14は、ガラス板10よりも大面積の板ガラスを切断して得られる切断面のままでもよいし、切断面を加工して得られる加工面でもよい。
 面取り部15、16は、例えば矩形状の主面11、12の4辺に対応して4つ設けられてもよいし、1つのみ設けられてもよく、その設置数は特に限定されない。(A)、(B)の破損を好適に低減するためには、すべての辺において設けられることが好ましい。
 面取り部15、16は、切断面或いは加工面と主面の角部を除去してなる。面取り部15、16は、例えば主面11、12に対して斜めの平坦面である。図1において面取り部15、16は、同じ寸法形状を有するが、異なる寸法形状を有してもよい。
 なお、本実施形態の面取り部15、16は、主面11、12に対して斜めの平坦面であるが、板厚方向視(X方向視)において主面11、12から平坦部14にかけて外方に徐々に突出する面であればよく、湾曲面であってもよい。この場合、平坦部14がなく、面取り部15、16同士がつながっていてもよく、面取り部15、16は略同じ曲率半径を有してもよい。
 ガラス板10は、両主面11、12に各主面11、12から所定の深さで形成される化学強化層(圧縮応力層)21、22を有する。また、化学強化層(圧縮応力層)21、22は、平坦部14と面取り部15、16を含めた端面13にも連続して形成されている。圧縮応力層は、ガラスをイオン交換用の処理液に浸漬して形成される。ガラス表面に含まれる小さなイオン半径のイオン(例えば、Liイオン、Naイオン)が大きなイオン半径のイオン(例えば、Kイオン)に置換され、ガラス表面に表面から所定の深さで圧縮応力層が形成される。応力の釣り合いのため、内部引張応力層23がガラスの内部に形成される。
 なお、本実施形態の2つの圧縮応力層21、22は、同じ表面圧縮応力、および同じ厚さを有するが、異なる表面圧縮応力、異なる厚さを有してもよい。
 図2は、本発明の一実施形態によるガラス板のエッチング後の状態を示す概略図である。図2において、ガラス板10のエッチング後の状態を実線で示し、ガラス板10のエッチング前の状態を2点鎖線で示す。図3は、図2の一部拡大図であって、エッチング面17と、エッチング面17に形成されるピット18と、エッチング面17の理想面19との関係を示す。
 本実施形態では、端面13の所定部分13a、13bをエッチングしたとき、エッチング面17に深さ10μm以上(好ましくは深さ8μm以上、より好ましくは深さ6μm以上)のピット18がない。所定部分13a、13bは、端面13のうち、面取り部15、16に隣接する主平面11、12からの板厚方向における距離Hが板厚Eの1/5以内(H≦1/5×E)の部分のことである。
 「エッチング」は、ガラス板10の全体をエッチング液に浸漬して室温(25℃)で行われる。エッチング液としては、5質量%のフッ酸(HF)と、95質量%の純水を含む水溶液が用いられる。エッチング液はガラス板10の表面や内部に形成される潜傷に浸入し、潜傷を拡げて明瞭化する。
 「エッチング量」は、浸漬時間で制御される。具体的には、あらかじめ同一組成のガラスを用いて所定時間エッチングを行ってエッチングレートを算出した後、所望のエッチング量となるように浸漬時間を調整してエッチングを行う。なお、ガラスの種類によっては、前記エッチングレートを調整するためにフッ酸濃度を変更することがある。
 「ピットの深さ」とは、JIS B0671-2:2002に定められる突出谷部深さRvkの測定法に基づいて求める。
 ここで、深さ10μm以上のピット18の有無を調べる対象を、端面13の上記部分13a、13bに限定したのは、上記部分13a、13bに微小傷が存在した場合、該微小傷を基点としてガラス板10が破損することがあるからである。
 本実施形態では、上記部分13a、13bを例えば深さ10μmエッチングした際のエッチング面17の表面のピット18を測定している。エッチングは潜傷を明瞭化するために実施され、深さは10μmに限定されない。
 また、エッチングの有無にかかわらず上記部分13a、13bにおける潜傷を測定し、その潜傷深さの測定を行った。
 ここで、「潜傷深さ」は以下のような工程により測定を行った。まずガラス板10をエッチングした後、ガラス基板の主平面を所定量研磨して洗浄と乾燥を行い、エッチング処理により円形状ピットまたは楕円形状ピットとなった加工変質層を光学顕微鏡で観察する。ここで、「加工変質層」とは、形状付与や面取りおよび研削等の加工工程において、ガラス基板に生じたキズやクラック等が存在する層をいう。例えば、光学顕微鏡の対物レンズは20倍を使用し、観察視野635μm×480μmで観察を行った。この工程を複数回繰り返し、円形状ピットまたは楕円形状ピットが観察されなくなった時点におけるガラス板10のエッチング量を、「潜傷深さ」とした。
 本実施形態のガラス板10において、DOLに対し潜傷深さが0.9以下となるように化学強化を行うことで、面取り部に潜傷が存在していたとしても圧縮応力層の効果を得ることができるため好ましい。より好適な実施形態としてはDOLに対し潜傷深さが0.7以下であり、さらに好ましくは0.5以下である。ここでのDOLは面取り部におけるDOLを測定することが好ましいが、面取り部と主面との境界領域から10mm内側のDOLを測定しても構わない。その領域のDOLが面取り部の潜傷深さに対して0.9以下であれば同様の効果を得ることができる。より詳細な評価として、ガラス板の4辺の各辺の中央において面取り部と主面との境界領域から10mm内側のDOLと面取り部の潜傷深さがそれぞれ0.9以下となるようにしても構わない。
 これらの好ましい態様において、板厚0.6~1.5mmのガラス板で、内部引張応力Tが47MPa以下、好ましくは45MPa以下、さらに好ましくは40MPa以下、特に好ましくは35MPa以下であるとよい。この場合の内部引張応力Tの下限は20MPa、好ましくは25MPaであるとよい。
 [第2の実施形態]
 本実施形態は、面取り部を有するガラス板の製造方法に関する。
 図4~図6は、本発明の第2の実施形態によるガラス板の製造方法の説明図である。図4は、素板(もといた)であるガラス板110を含む積層体130と、積層体130の外縁部を研磨するブラシ140とを示す。図5は、積層体130の外縁部をブラシ140で研磨している状態を拡大して示す。図6はブラシ研磨後のガラス板110Aを実線で示し、ブラシ研磨前のガラス板110を2点鎖線で示す。
 ガラス板の製造方法は、ガラス板110同士の間にスペーサ120を介在させて、積層体130を作製する積層工程と、積層体130の外縁部をブラシ140で研磨する研磨工程とを有する。また、ガラス板の製造方法は、ガラス板110をブラシ140で研磨して得られるガラス板110Aとスペーサ120とを分離する分離工程をさらに有する。
 積層体130は、図4に示すように、複数のガラス板110と、ガラス板110同士の間に介在される板状のスペーサ120とを有する。ガラス板110と、スペーサ120とは交互に重ねられたうえで、クランプなどの治具で挟んで固定される。ガラス板110とスペーサ120との間に、ガラス板110の損傷を防止するための保護シートが配設されてもよい。保護シートは、樹脂などで構成される。
 なお、本実施形態のガラス板110とスペーサ120とは治具で固定されるとしたが、固定方法は特に限定されない。例えば、固定方法はガラス板110とスペーサ120とを接着する方法であってもよい。接着剤としては、研磨工程後の分離工程において除去可能なものが用いられ、例えば熱軟化性の樹脂が用いられる。ガラス板110とスペーサ120の間に接着剤層を形成する代わりに、スペーサ120自体を接着剤層として用いてもよい。
 各ガラス板110は、例えばガラス板110よりも大面積の板ガラスを化学強化した後、切断して複数枚取りされることがある。板ガラスの種類、化学強化方法、切断方法については、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
 各ガラス板110は、図5に示すように、2つの主平面111、112と、2つの主平面111、112に隣接する側面113とを有する。2つの主平面111、112は、互いに平行な平坦面である。側面113は切断面であって、主平面111、112と垂直な平坦面である。
 各ガラス板110は、図1に示すガラス板10と同様に、両主平面111、112及び側面113に各主平面111、112及び側面113から所定の深さで形成される圧縮応力層を有する。圧縮応力層の間には、応力の釣り合いのため、内部引張応力層が形成される。
 各ガラス板110は、図4に示すように、略同じ寸法形状を有し、積層方向視(図中、矢印X方向)において互いに外縁が重なるように積層されている。よって、各ガラス板110の外縁部が均等に研磨される。
 各スペーサ120は、ガラス板よりも軟質の材料が用いられ、例えば、ポリプロピレン樹脂や発泡ウレタン樹脂などで構成される。
 各スペーサ120は、略同じ寸法形状を有する。各スペーサ120は、積層方向視(図中、矢印X方向視)においてガラス板110の外縁よりも内側に配置され、ガラス板110同士の間に溝状の隙間160を形成する。
 ブラシ140は、図4に示すようにロールブラシであって、積層体130の積層方向と平行な回転軸141、回転軸141に対して略垂直に保持されるブラシ毛142などで構成される。ブラシ140は、回転軸141を中心に回転されながら、積層体130の外縁に沿って相対的に移動され、積層体130の外縁に向かって研磨材を含有するスラリーを吐出し、積層体130の外縁部をブラシ研磨する。研磨材としては、酸化セリウム、ジルコニアなどが用いられる。研磨材の粒径(D50)は、例えば5μm以下であり、好ましくは2μm以下である。
 ブラシ140は、チャンネルブラシであって、複数のブラシ毛142が植毛された長尺の部材(チャンネル)を回転軸141に螺旋状に巻き付けてなる。
 ブラシ毛142は、ポリアミドなどの樹脂で主に構成され、アルミナ(Al)や炭化ケイ素(SiC)、ダイヤモンドなどの研磨材を含んでもよい。ブラシ毛142は、線状に形成され、先細り状の先端部を有してもよい。
 本実施形態では、隙間160の幅W1が、ブラシ毛142の最大直径Aの1.25倍以上(W1≧1.25×A)である。そのため、図5に示すように、ブラシ毛142が隙間160内に滑らかに挿入され、ガラス板110の主平面111、112と側面113との角部がブラシ毛142で曲面に面取りされる。
 隙間160の幅W1は、好ましくは1.33×A以上、さらに好ましくは1.5×A以上である。隙間160の幅W1は、ブラシ研磨の効率を向上するため、ガラス板110の板厚Eよりも小さくてよい。
 ブラシ140で研磨されたガラス板110Aは、図6に実線で示すように、2つの主平面111A、112Aと、2つの主平面111A、112Aに隣接する側面113Aとを有する。2つの主平面111A、112Aは互いに平行な平坦面である。側面113Aは、主平面111A、112Aに対して垂直な平坦部114Aと、各主平面111A、112Aと平坦部114Aとの間に形成される面取り部115A、116Aとで構成される。面取り部115A、116Aは、板厚方向視(X方向視)において主平面111A、112Aから平坦部114Aにかけて外方に徐々に突出する曲面である。
 平坦部114Aは、図6に2点鎖線で示すガラス板110の側面を柔らかいブラシ毛142で研磨してなる。面取り部115A、116Aは、図6に2点鎖線で示すガラス板110の主平面と側面との角部をブラシ毛142の外周面で研磨してなる。
 ガラス板110Aの側面113Aは、スペーサ120によって調整された隙間にブラシ毛142を挿入し、粒径が5μm以下の研磨材を含むスラリーを用いて研磨されているので、側面113Aの所定部分を深さ10μmエッチングしたとき、エッチング面に深さ1μm以上のピットがない。所定部分は、側面113Aのうち、面取り部115A、116Aに隣接する主平面111A、112Aからの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分のことである。よって、第1の実施形態と同様の曲げ強度に優れたガラス板110Aが得られる。
 [第3の実施形態]
 本実施形態は、面取り部を有するガラス板の製造方法に関する。本実施形態は、積層体を作製する前に、ガラス板の外縁部を研削する工程をさらに有する。
 図7~図9は、本発明の第3の実施形態によるガラス板の製造方法の説明図である。図7は、素板(もといた)であるガラス板110およびガラス板110の外縁部を研削する回転砥石240を示す。図8は、回転砥石240で研削されたガラス板110Bを含む積層体130Bの外縁部をブラシ140(図4参照)で研磨している状態を拡大して示す。図9は、ブラシ研磨後のガラス板110Cを実線で示し、ブラシ研磨前のガラス板110Bを2点鎖線で示す。
 ガラス板の製造方法は、ガラス板110の外縁部を円盤状の回転砥石240で研削する研削工程と、ガラス板110を研削して得られるガラス板110B同士の間にスペーサ120を介在させて、積層体130Bを作製する積層工程と、積層体130Bの外縁部をブラシ140で研磨する研磨工程とを有する。また、ガラス板の製造方法は、ガラス板110Bをブラシ140で研磨して得られるガラス板110Cとスペーサ120とを分離する分離工程をさらに有する。
 回転砥石240の外周面241には、周方向に延びる環状の研削溝242が形成されている。研削溝242の壁面は、アルミナや炭化ケイ素、ダイヤモンドなどの砥粒を含む。砥粒の粒度(JIS R6001)は、例えば#300~#2000である。粒度はJIS R6002に基づいて測定される。粒度が小さくなるほど、粒径が大きくなるので、研削効率がよい。
 回転砥石240は、回転砥石240の中心線を中心に回転されながら、ガラス板110の外縁に沿って相対的に移動され、ガラス板110の外縁部を研削溝242の壁面で研削する。研削時に水などの冷却液が用いられてよい。
 回転砥石240で研削されたガラス板110Bは、図8に示すように、2つの主平面111B、112Bと、2つの主平面111B、112Bに隣接する側面113Bとを有する。側面113Bは、回転砥石240で研削された研削面であって、主平面111B、112Bに対して垂直な平坦部114Bと、各主平面111B、112Bと平坦部114Bとの間に形成される面取り部115B、116Bとで構成される。面取り部115B、116Bは、例えば主平面111B、112Bに対して斜めの平坦面である。
 なお、本実施形態の面取り部115B、116Bは、主平面111B、112Bに対して斜めの平坦面であるが、板厚方向視(X方向視)において主平面111B、112Bから平坦部114Bにかけて外方に徐々に突出する面であればよく、湾曲面であってもよい。この場合、平坦部114Bがなく、面取り部115B、116B同士がつながっていてもよく、面取り部115B、116Bは略同じ曲率半径を有してもよい。
 積層体130Bは、回転砥石240で研削された複数のガラス板110Bと、ガラス板110B同士の間に介在される板状のスペーサ120とを有する。ガラス板110Bと、スペーサ120とは、交互に重ねられたうえで、クランプなどの治具で挟んで固定される。ガラス板110Bとスペーサ120との間に、ガラス板110Bの損傷を防止するための保護シートが配設されてもよい。保護シートは、樹脂などで構成される。なお、ガラス板110Bとスペーサ120とを固定する方法として、第2の実施形態と同様に、別の固定方法が用いられてもよい。
 回転砥石240で研削された各ガラス板110Bは、略同じ寸法形状を有し、積層方向視(図中、矢印X方向)において互いに外縁が重なるように積層されている。よって、各ガラス板110Bの外縁部が均等に研磨される。研磨時に水などの冷却液が用いられてよい。
 各スペーサ120は、略同じ寸法形状を有し、積層方向視(図中、矢印X方向視)において、各ガラス板110Bの研削面(平坦部114Bおよび面取り部115B、116B)よりも内側に配置され、ガラス板110B同士の間に隙間160Bを形成する。
 本実施形態では、第2の実施形態と同様に、隙間160Bの幅W2がブラシ毛142の最大直径Aの1.25倍以上(W2≧1.25×A)である。そのため、図8に示すように、ブラシ毛142が隙間160B内に滑らかに挿入され、ガラス板110Bの主平面111B、112Bと面取り部115B、116Bとの境界部がブラシ毛142で曲面に面取りされる。このとき、面取り部115B、116Bと平坦部114Bとの境界部もブラシ毛142で曲面に面取りされる。
 隙間160Bの幅W2は、好ましくは1.33×A以上、さらに好ましくは1.5×A以上である。隙間160Bの幅W2は、ブラシ研磨の効率を向上するため、ガラス板110Bの板厚Eよりも小さくてよい。
 ブラシ140(図4参照)で研磨されたガラス板110Cは、図9に実線で示すように、2つの主平面111C、112Cと、2つの主平面111C、112Cに隣接する側面113Cとを有する。2つの主平面111C、112Cは互いに平行な平坦面である。側面113Cは、主平面111C、112Cに対して垂直な平坦部114Cと、各主平面111C、112Cと平坦部114Cとの間に形成される面取り部115C、116Cとで構成される。面取り部115C、116Cは、板厚方向視(X方向視)において主平面111C、112Cから平坦部114Cにかけて外方に徐々に突出する面である。
 ガラス板110Cの側面113Cは、スペーサ120によって調整された隙間にブラシ毛を挿入し、粒径5μm以下の研磨材を含むスラリーを用いて研磨されているので、側面113Cの所定部分をエッチングした際にエッチング面に深さ10μm以上のピットがない。所定部分は、側面113Cのうち、面取り部115C、116Cに隣接する主平面111C、112Cからの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分のことである。よって、第1の実施形態と同様の曲げ強度に優れたガラス板110Cが得られる。
 [第4の実施形態]
 本実施形態は、面取り部を有するガラス板の製造方法に関する。本実施形態は、ブラシでガラス板を研磨する工程の代わりに、砥粒付きのシートでガラス板を研磨する工程を有する。
 図10~図11は、本発明の第4の実施形態によるガラス板の製造方法の説明図である。図10は、素板(もといた)であるガラス板110と、ガラス板110を研磨するシート340とを示す。図11は、シート研磨後のガラス板110Dを実線で示し、シート研磨前のガラス板110を2点鎖線で示す。
 ガラス板の製造方法は、砥粒を含むシート340で、ガラス板110の外縁部を研磨する研磨工程を有する。シート340は、樹脂や紙などからなるシート基材上に、砥粒を均一に接着したものや、樹脂製のシート基材中に砥粒が埋設され、該砥粒の一部が露出するように構成したものが用いられる。
 シート340は、基台350の固定面351に固定され、固定面351に沿った形状となる。固定面351は、例えば図10に示すように平坦面であってもよいし、湾曲面であってもよい。
 シート340は、固定面351と反対側の面に砥粒を含む。この砥粒を含む面にガラス板110を押し付けて摺動させることで、ガラス板110が研磨される。研磨時に水などの潤滑液が用いられてよい。
 なお、本実施形態のシート340は基台350上に固定され、シート340の砥粒を含む面にガラス板110を押し付けて摺動させるが、テンションをかけた状態のシート340の砥粒を含む面をガラス板110に押し付けて摺動させてもよい。
 シート340の砥粒としては、例えばアルミナや炭化ケイ素、ダイヤモンドの粉末が用いられ、#6000以上の粒度(JIS R6001)の砥粒が用いられる。粒度が大きくなるほど、粒径が小さくなる。砥粒の粒度はJIS R6002に基づいて測定される。砥粒の粒度は好ましくは#8000以上、より好ましくは#10000以上である。
 研磨されたガラス板110Dは、図11に実線で示すように、2つの主平面111D、112Dと、2つの主平面111D、112Dに隣接する側面113Dとを有する。2つの主平面111D、112Dは互いに平行な平坦面である。側面113Dは、主平面111D、112Dに対して垂直な平坦部114Dと、各主平面111D、112Dと平坦部114Dとの間に形成される面取り部115D、116Dとで構成される。面取り部115D、116Dは、板厚方向視(X方向視)において主平面111D、112Dから平坦部114Dにかけて外方に徐々に突出する面であり、主平面111D、112Dに対して斜めの平坦面である。
 平坦部114Dは、切断面のままであるので、潜傷が形成されない。なお、平坦部114Dはシート340で研磨してなるものであってもよい。
 面取り部115D、116Dは、従来よりも粒度の大きい(粒径の小さい)砥粒を含むシート340で研磨してなる。
 ガラス板110Dの側面113Dは、従来よりも粒度の大きい(粒径の小さい)砥粒を含むシート340で研磨されているので、側面113Dの所定部分をエッチングした際にエッチング面に深さ10μm以上のピットがない。所定部分は、側面113Dのうち、面取り部115D、116Dに隣接する主平面111D、112Dからの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分のことである。よって、第1の実施形態と同様の曲げ強度に優れたガラス板110Dが得られる。
 [第5の実施形態]
 本実施形態は、タッチセンサ付化学強化ガラスに関する。図12は、本発明の一実施形態のタッチセンサ付化学強化ガラスの主要部を構成する平面図であり、図2は、図1のA-A線断面図である。
 タッチセンサ付化学強化ガラス210は、タッチセンサ211と、該タッチセンサ211を搭載する化学強化ガラス220と、を備え、2-in-1方式のディスプレイ装置に使用されるタッチセンサ付化学強化ガラスである。即ち、タッチセンサ付化学強化ガラス210の化学強化ガラス220は、カバーガラスとしての機能と、センサ基板としての機能とを兼ねるものである。
 タッチセンサ211は、化学強化ガラス220の片側の面に、交差するX軸、Y軸の2軸それぞれの軸方向に伸びる列電極が、その交差部分において間に電気的絶縁層を介することにより電気的に非接触状態で形成されることにより構成されている。ここにおいて、X軸方向に伸びる列電極を第1電極212a、Y軸方向に伸びる列電極を第2電極212bと呼ぶと、タッチ位置を検出するためには、各軸方向に伸びる第1電極212aと第2電極212bとが互いに独立していなければならない。このため、本実施形態では、化学強化ガラス220の片側の面に、マトリックス状を構成する各々の第1電極212aと第2電極212bの列電極パターン(各軸方向に伸びる複数列の電極パターン)を1層の透明電極パターン212として配列させた上で、2つの列が交差する領域においていずれか一方の列を他方の列と接触しないよう分断させた透明電極パターン212の分断箇所をブリッジ配線214で接続している。なお、ブリッジ配線214と透明電極パターン212とが重なり合う領域(交差領域)においては、透明電極パターン212とブリッジ配線214との間に絶縁性物質による絶縁層213が設けられている。
 符号215は、透明電極パターン212を囲むように化学強化ガラス220の周縁部に形成される遮光性を有する黒色層であり、符号216は、各列をなす電極集合への引き廻し配線を示している。引き廻し配線216は、各列の電極パターンのいずれか1つに接続されていればよい。タッチセンサ211の最下層には、保護ガラス217が形成されている。
 絶縁層213を構成する透明性の電気絶縁性物質として、有機樹脂材料を用いることが可能であり、有機樹脂材料を使用して絶縁層を形成する場合には、フォトリソ技術により容易にパターニングされた樹脂製の絶縁層を得ることができる。
 ブリッジ配線214を構成する導電物質としては、化学強化ガラス220に対して高い密着力を容易に得ることができる金属材料が望ましく使用される。特に、透明基板がガラス基板の場合には、ガラス基板に対して密着力が高く、ITOより導電性が高く、耐久性、耐摩耗性にも優れた、Mo、Mo合金、Al、Al合金、Au、Au合金などの金属材料を好ましく用いることができる。
 タッチセンサ211を搭載する化学強化ガラス220は、板厚が1.5mm以下、より好ましくは1.0mm以下、さらに好ましくは0.8mm以下である。
 化学強化ガラス220を得るための化学強化は、例えば、380℃~450℃の硝酸カリウム(KNO)溶融塩にガラスを0.1~20hr浸漬させることで行われるが、硝酸カリウム(KNO)溶融塩の温度や、浸漬時間、溶融塩等を変更することで、化学強化の入り方を調整することができる。化学強化することでガラス表面には圧縮応力層が形成され、内部には内部引張応力層が形成される。
 本発明の化学強化ガラス220は、上記した4つの破損の仕方の全てに耐性を有することが必要であり、そのためには圧縮応力層の表面圧縮応力Sが800MPa以上であり、且つ、内部引張応力Tが8MPa以上40MPa以下となるように化学強化される。その理由を以下に示す。
 このように化学強化された化学強化ガラス220において、圧縮応力層深さは15μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、25μm以上がさらに好ましい。これは、切断や面取り等の端面処理で発生する潜傷よりも圧縮応力層が深くすることで、所望の端面強度を発生させることができるためである。
 [第6の実施形態]
 本実施形態は、タッチセンサ付化学強化ガラスの製造方法に関する。
 図14はタッチセンサ付化学強化ガラスの製造方法を説明する図である。
 まず、複数個のディスプレイ装置用の化学強化ガラスに分割可能な大型の化学強化ガラス200を用意し(図14(a))、化学強化ガラス200の片側の面に、それぞれの化学強化ガラスの周縁部に対応する位置に黒色層215を形成する(図14(b))。なお、この化学強化ガラス200は、上記したように、表面圧縮応力Sが800MPa以上であり、且つ、内部引張応力が8MPa以上40MPa以下となるように化学強化されたものである。
 続いて、化学強化ガラス200の片側の面に、透明電極パターン212を形成する(図14(c))。例えば、化学強化ガラス200の片側の面に、スパッタリング法などを用いてITOを成膜させ、成膜させたITO膜を図12に示すようなパターン形状に加工することにより、所定パターンを有する透明電極パターン212を形成する。この透明電極パターン212を形成するにあたっては、ITO膜をコーティングし、所定パターンのマスクを用いて露光し、ついでエッチングするというフォトリソグラフィー・プロセス法(以下、フォトリソグラフィ技術と呼ぶ。)を採用することができる。
 このとき、透明電極パターン212が形成されている化学強化ガラス200の同面(透明電極パターン212が形成されている面)に、透明電極パターン212の特定部位(X軸方向の第1電極212aの列電極パターンとY軸方向の第2電極212bの列電極パターンとが交差する領域、すなわち、列電極パターンとしての交差領域。)を覆う絶縁層213を、例えばフォトリソグラフィ技術を利用して形成する(図14(d))。
 次に、各交差領域に設けた絶縁層213の上を跨ぐようにして透明電極パターン212の特定部位(第1電極212aの分断箇所)間を接続させる各ブリッジ配線214を形成する(図14(e))。例えば、絶縁層213が形成されている化学強化ガラス200の同面(絶縁層213が形成されている面)に対してスパッタリング法などを用いて金属製の導電物質を成膜して金属膜を形成し、この金属膜をフォトリソグラフィ技術によりパターニングして所定形状のパターンを有するブリッジ配線214を形成する。この際、引き廻し配線部分も覆って金属膜を形成し、この金属膜をブリッジ配線の形成のためのフォトリソグラフィ法によるパターニング工程と同時にパターニングを行って引き廻し配線216を形成する。これにより、図12に示す状態が完成する。
 続いて、SiOをスパッタリングして保護ガラス217を形成し(図14(f))、各タッチセンサ付化学強化ガラス210に分割し(図14(g))、各タッチセンサ付化学強化ガラス210の隅部を面取りする(図14(h))。最後に、各タッチセンサ付化学強化ガラス210にフレキシブル配線基板218を圧着して接続することで、タッチセンサ付化学強化ガラス210が製造される。
 このようにタッチセンサ付化学強化ガラス210は、タッチセンサ211を形成するに際し、フォトリソグラフィ技術を用いて製造することができる。そのため、化学強化ガラス220は耐酸性を有していることが好ましく、化学強化ガラスを温度90℃、0.1mol%塩酸中に20時間浸漬したときの重量減少が1mg/cm以下であることが好ましい。このように耐酸性を高い化学強化ガラスを用いることで、フォオリソグラフィ技術を用いて化学強化ガラスにタッチセンサを搭載させることができる。
 ここで、上記したA~Eの5種の硝材のガラスA5~E5をサイズ:50mm×50mmに切断・研磨した化学強化ガラスを用意し、それぞれの化学強化ガラスを温度90℃、0.1mol%塩酸中に20時間浸漬したときのガラス単位面積当たりの重量減少(mg/cm)を評価した。
 また、ガラスA5~E5は、表5に示す性能を有している。表5に、それぞれのガラスの重量減少(mg/cm)を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 この結果から、ガラスA、C及びDはガラス単位面積当たりの重量減少が1mg/cm未満で、耐酸性に優れているということができる。
 以上、本発明の第1~第6の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態に種々の変形や置換を加えることができる。
 例えば、第3の実施形態の回転砥石の外周面には、研削溝が形成されているが、形成されてなくてもよい。研削溝がない場合、回転砥石の外周面で研削されたガラス板の側面は主平面に垂直な面となる。そのため、研削溝がない場合、研削によって図6に2点鎖線で示す素板(もといた)であるガラス板110と略同じ形状のガラス板が得られ、その後のブラシ研磨で図6に実線で示すガラス板110Aと略同じ形状のガラス板が得られる。
 また、第3の実施形態において、研削溝のある回転砥石で研削する代わりに、ガラス板の角部をシートで研磨してもよい。シート研磨によって図9に2点鎖線で示すガラス板110Bと略同じ形状のガラス板が得られ、その後のブラシ研磨によって図9に実線で示すガラス板110Cと略同じ形状のガラス板が得られる。この場合のシートに含まれる砥粒の粒度は、第4の実施形態と異なり#1000以上であればよい。
 また、第3の実施形態において、研削溝のある回転砥石で研削する代わりに、研削溝のない回転砥石で研削した後に、研削されたガラス板の角部をシートで研磨してもよい。シート研磨によって図9に2点鎖線で示すガラス板110Bと略同じ形状のガラス板が得られ、その後のブラシ研磨によって図9に実線で示すガラス板110Cと略同じ形状のガラス板が得られる。この場合のシートに含まれる砥粒の粒度は、第4の実施形態と異なり#1000以上であればよい。
 本発明の強化ガラス板を得るための化学強化処理の方法としては、ガラス表層のNaと溶融塩中のKとをイオン交換できるものであれば特に限定されないが、例えば加熱された硝酸カリウム溶融塩にガラスを浸漬する方法が挙げられる。なお、本発明において硝酸カリウム溶融塩または硝酸カリウム塩はKNOの他、KNOと10質量%以下のNaNOを含有するものなどを含む。
 ガラスに所望の表面圧縮応力を有する化学強化層(圧縮応力層)を形成するための化学強化処理条件はガラス板であればその厚みなどによっても異なるが、350~550℃の硝酸カリウム溶融塩に2~20時間ガラス基板を浸漬させることが典型的である。経済的な観点からは350~500℃、2~16時間の条件で浸漬させることが好ましく、より好ましい浸漬時間は2~10時間である。
 本発明のガラス板は概略矩形を呈しているが、正面視においてコーナーが曲線状になっていても、辺部において面方向外側または内側に突出またはくぼみを有していてもよい。
 本発明におけるガラス板の製造方法に特に制限はないが、例えば種々の原料を適量調合し、約1400~1800℃に加熱し溶融した後、脱泡、攪拌などにより均質化し、周知のフロート法、ダウンドロー法、プレス法などによって板状に成形し、徐冷後所望のサイズに切断して製造される。
 本発明のガラス板のガラスのガラス転移点Tgは400℃以上であることが好ましい。400℃未満ではイオン交換時に表面圧縮応力が緩和してしまい、十分な応力を得られないおそれがある。より好ましくは550℃以上である。
  本発明のガラス板のガラスの粘度が10dPa・sとなる温度T2は好ましくは1800℃以下、より好ましくは1750℃以下である。
  本発明のガラスの粘度が10dPa・sとなる温度T4は1350℃以下であることが好ましい。
 本発明のガラス板のガラスの比重ρは2.37~2.55であることが好ましい。
  本発明のガラス板のガラスのヤング率Eは65GPa以上であることが好ましい。68GPa未満ではガラスのカバーガラスとしての剛性や破壊強度が不十分となるおそれがある。
 本発明のガラス板のガラスのポアソン比σは0.25以下であることが好ましい。0.25超ではガラスの耐クラック性が不十分となるおそれがある。
 次に、本発明のガラス板のガラス組成について、特に断らない限りモル百分率表示含有量を用いて説明する。
 SiOはガラスの骨格を構成する成分であり必須であり、また、ガラス表面に傷(圧痕)がついた時のクラックの発生を低減させる、または化学強化後に圧痕をつけた時の破壊率を小さくする成分である。SiOが56%未満ではガラスとしての安定性や耐候性またはチッピング耐性が低下する。SiOは好ましくは58%以上、より好ましくは60%以上である。SiOが75%超ではガラスの粘性が増大して溶融性が低下する。
 Alはイオン交換性能およびチッピング耐性を向上させるために有効な成分であり、表面圧縮応力を大きくする成分であり、または110°圧子で圧痕をつけた時のクラック発生率を小さくする成分であり、必須である。Alが5%未満ではイオン交換により、所望の表面圧縮応力値または圧縮応力層厚みが得られなくなる。好ましくは9%以上である。Alが20%超ではガラスの粘性が高くなり均質な溶融が困難になる。Alは好ましくは15%以下、典型的には14%以下である。
 SiOおよびAlの含有量の合計SiO+Alは80%以下であることが好ましい。80%超では高温でのガラスの粘性が増大し、溶融が困難となるおそれがあり、好ましくは79%以下、より好ましくは78%以下である。また、SiO+Alは70%以上であることが好ましい。70%未満では圧痕がついた時のクラック耐性が低下し、より好ましくは72%以上である。
 NaOはイオン交換により表面圧縮応力層を形成させ、またガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須である。NaOが8%未満ではイオン交換により所望の表面圧縮応力層を形成することが困難となり、好ましくは10%以上、より好ましくは11%以上である。NaOが22%超では耐候性が低下する、または圧痕からクラックが発生しやすくなる。好ましくは21%以下である。
 KOは必須ではないがイオン交換速度を増大させるため、10%以下の範囲で含有してもよい。10%超では圧痕からクラックが発生しやすくなる、または硝酸カリウム溶融塩中のNaNO濃度による表面圧縮応力の変化が大きくなるおそれがある。KOは5%以下、より好ましくは0.8%以下、さらに好ましくは0.5%以下、典型的には0.3%以下である。硝酸カリウム溶融塩中のNaNO濃度による表面圧縮応力の変化を小さくしたい場合にはKOは含有しないことが好ましい。
 MgOは表面圧縮応力を大きくする成分であり、また溶融性を向上させる成分であり、必須である。応力緩和を抑制したい場合などにはMgOを含有させることが好ましい。MgOを含有しない場合は化学強化処理を行う際に溶融塩温度のばらつきに起因して応力緩和の度合いが化学強化処理槽の場所により変化しやすくなり、その結果安定した圧縮応力値を得ることが困難になるおそれがある。また、MgOが14%超ではガラスが失透しやすくなり、または硝酸カリウム溶融塩中のNaNO濃度による表面圧縮応力の変化が大きくなるおそれがあり、好ましくは13%以下である。
 前記SiO-MgOは、好ましくは64%以下、より好ましくは62%以下、典型的には61%以下である。
  前記Al-MgOは、好ましくは9%以下、より好ましくは8%以下である。
 SiO、Al、NaOおよびMgOの含有量の合計は98%以上であることが好ましい。当該合計が98%未満ではクラック耐性を維持しつつ所望の圧縮応力層を得ることが困難になるおそれがある。典型的には98.3%以上である。
 ZrOは必須ではないが、高温での粘性を低下させるために、または表面圧縮応力を大きくするために5%までの範囲で含有してもよい。ZrOが5%超では圧痕からクラックが発生する可能性が高まるおそれがある。そのため、2%以下が好ましく、1%以下がさらに好ましく、典型的にはZrOは含有しない。
 Bは必須ではないが、高温での溶融性またはガラス強度の向上等のために6%以下の範囲で含有してもよい。Bが6%超では均質なガラスを得にくくなり、ガラスの成型が困難になるおそれがある、またはクラック耐性が低下するおそれがある。典型的にはBは含有しない。
 SiO、Al、NaOおよびMgOの含有量の合計は好ましくは98%以上である。
 本発明のガラス板の好ましいガラス成分は本質的に以上で説明した成分からなるが、本発明の目的を損なわない範囲でその他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は2%未満であることが好ましく、より好ましくは1%以下である。以下、上記その他成分について例示的に説明する。
 ZnOはガラスの高温での溶融性を向上するために例えば2%まで含有してもよい場合があるが、好ましくは1%以下であり、フロート法で製造する場合などには0.5%以下にすることが好ましい。ZnOが0.5%超ではフロート成型時に還元し製品欠点となるおそれがある。典型的にはZnOは含有しない。
  TiOはガラス中に存在するFeイオンと共存することにより、可視光透過率を低下させ、ガラスを褐色に着色するおそれがあるので、含有するとしても1%以下であることが好ましく、典型的には含有しない。
 LiOは歪点を低くして応力緩和を起こりやすくし、その結果安定した表面圧縮応力層を得られなくする成分であるので含有しないことが好ましく、含有する場合であってもその含有量は1%未満であることが好ましく、より好ましくは0.05%以下、特に好ましくは0.01%未満である。
 また、LiOは化学強化処理時にKNOなどの溶融塩中に溶出することがあるが、Liを含有する溶融塩を用いて化学強化処理を行うと表面圧縮応力が著しく低下する。LiOはこの観点からは含有しないことが好ましい。
 CaOは高温での溶融性を向上させる、または失透を起こりにくくするために5%以下の範囲で含有してもよい。CaOが5%超ではイオン交換速度またはクラック発生に対する耐性が低下する。典型的にはCaOは含有しない。
 SrOは必要に応じて含有してもよいが、MgO、CaOに比べてイオン交換速度を低下させる効果が大きいので含有する場合であってもその含有量は1%未満であることが好ましい。典型的にはSrOは含有しない。
  BaOはアルカリ土類金属酸化物の中でイオン交換速度を低下させる効果が最も大きいので、BaOは含有しないこととするか、含有する場合であってもその含有量は1%未満とすることが好ましい。
 SrOまたはBaOを含有する場合それらの含有量の合計は1%以下であることが好ましく、より好ましくは0.3%未満である。
 CaO、SrO、BaOおよびZrOのいずれか1以上を含有する場合それら4成分の含有量の合計は1.5%未満であることが好ましい。当該合計が1.5%以上ではイオン交換速度が低下するおそれがあり、典型的には1%以下である。
 ガラスの溶融の際の清澄剤として、SO、塩化物、フッ化物などを適宜含有してもよい。ただし、タッチパネルなどディスプレイ装置の視認性を上げるため、可視域に吸収をもつFe、NiO、Crなど原料中の不純物として混入するような成分はできるだけ減らすことが好ましく、各々質量百分率表示で0.15%以下であることが好ましく、より好ましくは0.05%以下である。
 表1~7の例1~45についてSiOからKOまでの欄にモル百分率表示(質量百分率表示)で示す組成になるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩または硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択し、ガラスとして400gとなるように秤量した。この秤量したものにその質量の0.2%に相当する質量の硫酸ナトリウムを添加したものについて混合した。ついで、混合した原料を白金製るつぼに入れ、1650℃の抵抗加熱式電気炉に投入し、6時間溶融し、脱泡、均質化した。得られた溶融ガラスを型材に流し込み、Tg+50℃の温度で1時間保持した後、0.5℃/分の速度で室温まで冷却し、ガラスブロックを得た。
 表6~12において、例1~40、42~44は実施例、例41、45は比較例である。
 これらガラスのヤング率E(単位:GPa)、ガラス転移点Tg(単位:℃)、粘度が10dPa・sとなる温度T2(単位:℃)、粘度が10dPa・sとなる温度T4(単位:℃)、50~350℃における平均線膨張係数α(単位:-7/℃)を表に示す。
 ガラスブロックを切断、研削し、最後に両面を鏡面に加工して、サイズが30mm×30mm、厚みが1.0mmである板状ガラスを得た。鏡面研磨に至る工程は、板状のガラスを#1000の砥石を用いて300~1000μm研削して板状ガラスを得、その後、酸化セリウムを用いて研磨してその表面を鏡面とした。
 次に、例1~45の板状ガラスについて次のような化学強化処理を行った。それぞれの化学強化条件は以下の通りである。例1、2、11~14、16、18、20、42は95質量%のKNOと5質量%のNaNOを含有する425℃の溶融塩にそれぞれ6時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。例3、4、6、15、31、44は95質量%のKNOと5質量%のNaNOを含有する425℃の溶融塩にそれぞれ10時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。例5、7、8、10、33、43は95質量%のKNOと5質量%のNaNOを含有する450℃の溶融塩にそれぞれ6時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。例9、45は95質量%のKNOと5質量%のNaNOを含有する450℃の溶融塩にそれぞれ10時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。例17、19、21、24、27、30、32、34~38、40は425℃の100%のKNO溶融塩にそれぞれ6時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。例22、25、28、41は450℃の100%のKNO溶融塩にそれぞれ6時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。例23、26、29、39は425℃の100%のKNO溶融塩にそれぞれ10時間浸漬し、化学強化処理を行ったものである。
 化学強化処理後の各ガラスについて、折原製作所社製表面応力計FSM-6000にて表面圧縮応力S(単位:MPa)および圧縮応力層深さDOL(単位:μm)を測定し、内部引張応力T(単位:MPa)計算した。結果を表の該当欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 図31は本発明の一態様に係る化学強化ガラス板の4点曲げ強度を表したワイブルプロットである。化学強化ガラス板のサンプルには、実施例19及び20と同じ組成のものを強化し、表面圧縮応力Sが905MPa、DOLが22.7μm、板厚が1.1mmのものを使用した。化学強化後、粒度の異なる砥石を用いてそれぞれ面取り処理を行った。ここで、♯400の砥石は砥粒の平均粒径44~37μm(最大粒径75μm)であり、♯600の砥石は砥粒の平均粒径26~31μm(最大粒径53μ)のものである。
 前述したように、4つの破損の仕方の全てを抑制しようとすると表面圧縮応力Sの値は高ければ高い方が好ましく、一方、内部引張応力Tの値は低ければ低い方が好ましい。本態様の化学強化ガラスは表面圧縮応力Sと内部引張応力Tの値を適切な値に調整しつつ、ガラス板端面を研磨することによりさらに曲げ強度を高めている。
 図31から分かるように♯400の砥石で研磨した化学強化ガラス板は曲げ強度が500MPa以下となったサンプルが複数見られるが、♯600の砥石で研磨した化学強化ガラス板は曲げ強度が500MPa以下となったサンプルは見られなかった。化学強化ガラス板は一般的に実用的な曲げ強度として500MPa以上が求められているため、♯600の砥石で研磨を行うことにより内部引張応力Tを所定の値より低くしながら500MPa以上の曲げ強度を確保することができる。また、外観上の観点からも♯600以上の粒度の砥石で研磨することが好ましい。
 各ガラス板の面取り部の潜傷(ピット)深さを測定したところ、♯400の砥石で研磨した化学強化ガラス板は最大25μm、♯600の砥石で研磨した化学強化ガラス板は最大20μmであった。従って、面取り部、特に面取り部に隣接する主面からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分において潜傷(ピット)深さを20μm以下とすることによって、さらに多様な破損状況に耐え得る化学強化ガラス板を提供することが出来る。図31より、♯400の砥石で研磨した化学強化ガラス板すなわち最大25μmの潜傷(ピット)深さを有する場合、500MPa以下の曲げ強度で破損してしまう確率がおよそ20%程度あることが分かった。一方で、潜傷(ピット)深さを最大20μmとすることで500MPa以下の曲げ強度で破損する確率を極端に低くすることが出来る。なお、潜傷深さは前述したようにエッチング処理を繰り返すことによって測定した。また、♯400の砥石で研磨した化学強化ガラス板の表面粗さRaは0.43μm、♯600の砥石で研磨した化学強化ガラス板の表面粗さRaは0.26μmであった。
 以上に示したように、表面圧縮応力S及び内部引張応力Tの値を所定の値に調整しつつ、端面を研磨することにより多様な破損状況に対して破損しにくい化学強化ガラス板を提供することができる。
 ディスプレイ装置のカバーガラス、タッチセンサ付化学強化ガラスなどに利用できる。また、太陽電池基板や航空機用窓ガラスなどにも利用することができる。
 本出願は、2012年5月25日出願の日本特許出願2012-119719、2012年5月30日出願の日本特許出願2012-123353、及び2012年10月23日出願の日本特許出願2012-233702に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
10 ガラス板
11、12 主面
13 端面
13a、13b 端面の所定部分
15、16 面取り部
17 エッチング面
18 ピット
21、22 化学強化層(圧縮応力層)
23 内部引張応力層
110 ガラス板
120 スペーサ
130 積層体
140 ブラシ
142 ブラシ毛
210 タッチセンサ付化学強化ガラス
211 タッチセンサ
220 化学強化ガラス
240 回転砥石
340 シート

Claims (20)

  1.  表裏の主面と、該表裏の主面間の端面とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、
     表面圧縮応力が800MPa以上であり、且つ、内部引張応力が42MPa以下である化学強化ガラス板。
  2.  表面圧縮応力が850MPa以上、内部引張応力が42MPa以下かつ、
     前記端面には面取り部が設けられており、前記面取り部に隣接する主面からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分において、エッチングした際にエッチング面に深さ20μm超のピットがない請求項1に記載の化学強化ガラス板。
  3.  さらに表面圧縮応力層の厚さが20~35μm、板厚が0.5mm以上である請求項2に記載の化学強化ガラス板。
  4.  表面圧縮応力が850~1200MPa、表面圧縮応力層の厚さが20~35μm、内部引張応力が25~42MPa、板厚が0.5~1.5mmである請求項3に記載の化学強化ガラス板。
  5.  表面圧縮応力が900~1100MPa、表面圧縮応力層の厚さが25~30μm、内部引張応力が30~40MPa、板厚が0.7~1.1mmである請求項4に記載の化学強化ガラス板。
  6.  表裏の主面と、該表裏の主面間の端面とを有し、化学強化処理された概略矩形を呈する化学強化ガラス板であって、
     表面圧縮応力層の厚さDOLに対する前記端面に設けられた面取り部に隣接する主面からの板厚方向における距離が板厚の1/5以内の部分に存在する潜傷の深さの比が0.9以下である化学強化ガラス板。
  7.  表面圧縮応力が850MPa以上、内部引張応力が42MPa以下である請求項6に記載の化学強化ガラス板。
  8.  下記酸化物基準のモル百分率表示で、SiOを56~75%、Alを5~20%、NaOを8~22%、KOを0~10%、MgOを0~14%、ZrOを0~5%、CaOを0~5%含有する請求項1~7のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
  9.  SiO含有量からMgO含有量を減じた差が64%以下である請求項8に記載の化学強化ガラス板。
  10.  Al含有量からMgO含有量を減じた差が9%以下である請求項8または9に記載の化学強化ガラス板。
  11.  NaO含有量からAl含有量を減じた差が5%未満である請求項8~10のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
  12.  SiO、Al、NaO、MgOおよびBの含有量の合計が98%以上である請求項8~11のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板。
  13.  SiO、Al、NaOおよびMgOの含有量の合計が98%以上である請求項8~12のいずれかに記載の化学強化ガラス板。
  14.  請求項1~13のいずれか1項に記載の化学強化ガラス板をカバーガラスとして有するディスプレイ装置。
  15.  タッチセンサと、該タッチセンサを搭載する請求項1に記載の化学強化ガラス板と、を備えるタッチセンサ付化学強化ガラスであって、
     前記化学強化ガラス板は、表面圧縮応力が800MPa以上であり、且つ、内部引張応力が8MPa以上40MPa以下であるタッチセンサ付化学強化ガラス。
  16.  表面圧縮応力が900MPa以上、内部引張応力が9MPa以上である請求項15に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
  17.  前記化学強化ガラス板を温度90℃、0.1mol%塩酸中に20時間浸漬したときの重量減少が1mg/cm以下である請求項15又は16に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
  18.  圧縮応力層の深さが15μm以上である請求項15~17のいずれか1項に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
  19.  前記化学強化ガラス板の板厚が1.5mm以下である請求項15~18のいずれか1項に記載のタッチセンサ付化学強化ガラス。
  20.  請求項15~19のいずれか1項に記載のタッチセンサ付化学強化ガラスを備えるディスプレイ装置。
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