WO2017131045A1 - ガラス部材およびその製造方法 - Google Patents

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glass
ink
glass member
image
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直樹 岡畑
澁谷 崇
浩司 中川
佑紀 赤間
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旭硝子株式会社
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    • B41PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41JTYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J2/00Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed
    • B41J2/005Typewriters or selective printing mechanisms characterised by the printing or marking process for which they are designed characterised by bringing liquid or particles selectively into contact with a printing material
    • B41J2/01Ink jet
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C15/00Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by etching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface

Definitions

  • the present invention relates to a glass member having an image arranged on the surface and a method for manufacturing the same.
  • the present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a glass member having a sharp image on its surface. Moreover, it aims at providing the manufacturing method of such a glass member in this invention.
  • a glass member having a glass substrate has a first surface, and at least a portion of the ink is placed on the first surface;
  • the first surface is provided with a glass member having a maximum height roughness Rz of 50 nm or more and an arithmetic average roughness Ra of 1 nm or more.
  • a glass member having a sharp image on the surface can be provided. Moreover, in this invention, the manufacturing method of such a glass member can be provided.
  • FIG. 1 Glass member according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 1 the typical perspective view of the glass member by one Embodiment of this invention is shown.
  • a glass member (hereinafter referred to as “first glass member”) 100 has a glass substrate 110 having a first surface 112 and a second surface 114. .
  • An image 160 formed by printing ink is disposed on the first surface 112 of the glass substrate 110.
  • the glass substrate 110 has a substantially rectangular shape.
  • the image 160 arranged on the first surface 112 of the glass substrate 110 is one black character “A”.
  • the image 160 is not limited to a single character, and may be a plurality of characters.
  • the image 160 may be a character, a symbol, a design pattern, an illustration, a figure, and the like, and a combination thereof.
  • the image 160 may be a single color or may be composed of a plurality of colors.
  • the first surface 112 of the glass substrate 110 has a number of irregularities on the order of nanometers.
  • the first surface 112 of the glass substrate 110 is prepared such that the maximum height roughness Rz is 50 nm or more and the arithmetic average roughness Ra is 1 nm or more.
  • the maximum height roughness Rz and the arithmetic average roughness Ra of the surface mean values measured based on 2001 JIS B0601.
  • the image 160 can be placed on the first surface 112 of the glass substrate 110 with a sharp outline and a clear state.
  • the first glass member 100 has a clear image arranged on the first surface 112 of the glass substrate 110 with a sharp outline.
  • the first surface 112 of the glass substrate 110 may have a “singular convex portion”.
  • FIG. 2 schematically shows an example of a cross section of the glass substrate 110 applied to the first glass member 100.
  • the glass substrate 110 has a first surface 112 having a large number of convex portions 150 on the order of nanometers.
  • These convex portions 150 may include “singular convex portions”.
  • the “unique convex portion” means a shape in which at least a part of the root portion of the convex portion 150 is constricted inward compared to the tip portion.
  • two unique convex portions 151 and 152 are recognized.
  • the unique convex portion 151 is narrowed inward on one side (right side) of the root portion.
  • the unique convex portion 152 is narrowed inward on both sides of the root portion, and has a so-called neck portion 153.
  • the neck portion 153 means a so-called constricted portion in the convex portion 150 formed on the first surface 112, the lower portion having a smaller cross section than the upper portion.
  • the first surface 112 having such unique convex portions 151 and 152 can be formed, for example, by etching the glass substrate 10 with high-temperature hydrogen fluoride (HF) gas.
  • HF hydrogen fluoride
  • a clear image with a sharp contour can be placed on the first surface 112 of the glass substrate 110.
  • the first glass member 100 can be used by freely arranging characters and symbols, design patterns, illustrations, and drawings on the surface.
  • the image 160 according to the image can be disposed on the first surface 112 of the glass substrate 110.
  • each element which comprises the 1st glass member 100 as shown in FIG. 1 is demonstrated in detail.
  • the shape of the glass substrate 110 is not particularly limited.
  • the glass substrate 110 may have a rectangular shape, a disk shape, a block shape, a rod shape, or the like.
  • the dimensions and composition of the glass substrate 110 are not particularly limited.
  • the glass substrate 110 may have a thickness of 0.05 mm to 10 mm, for example.
  • the glass substrate 110 may be made of, for example, soda lime glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, non-alkali glass, or the like.
  • the first surface 112 of the glass substrate 110 has a large number of fine irregularities. More specifically, in the first surface 112 of the glass substrate 110, the maximum height roughness Rz is 50 nm or more.
  • the maximum height roughness Rz is in the range of 50 nm to 5000 nm, and may be in the range of 60 nm to 2000 nm, for example.
  • the arithmetic average roughness Ra is preferably 5 nm or more.
  • the arithmetic average roughness Ra is in the range of 5 nm to 200 nm, and may be in the range of 5 nm to 150 nm.
  • Ra exceeds 100 nm, the haze ratio of the glass substrate 110 tends to increase. For this reason, when it is desired to improve the visibility of the area where the ink of the glass substrate 110 is not installed to obtain a transmission image (for example, to use it for a cover glass or to visually recognize an object behind the glass substrate 110).
  • Etc. Ra is preferably 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less.
  • the first surface 112 of the glass substrate 110 may have the unique convex portions 151 and 152.
  • the glass substrate 110 having such a first surface 112 can be manufactured, for example, by etching the first surface 112 of the high-temperature glass substrate 110 with hydrogen fluoride (HF) gas.
  • HF hydrogen fluoride
  • the HF gas used for the etching process may be diluted with nitrogen gas or argon gas. Further, water vapor (H 2 O) may be added for the purpose of controlling the reactivity.
  • crystals may be generated on the first surface 112.
  • the glass substrate 110 may be a glass having a compressive stress layer on the surface, for example, a chemically strengthened glass.
  • the chemical strengthening treatment is preferably performed after forming the first surface 112 having the above-described characteristics on the glass substrate 110.
  • “chemical strengthening treatment (method)” means that a glass substrate is immersed in a molten salt containing an alkali metal, and an alkali metal (ion) having a small atomic diameter present on the outermost surface of the glass substrate is dissolved in the molten salt. Is a generic term for technologies that replace alkali metals (ions) with large atomic diameters.
  • an alkali metal (ion) having a larger atomic diameter than the original atoms before the treatment is disposed on the surface of the treated glass substrate. For this reason, a compressive stress layer can be formed on the surface of the glass substrate, thereby improving the strength of the glass substrate.
  • the glass substrate contains sodium (Na)
  • this sodium is replaced with, for example, potassium (K) in the molten salt (for example, nitrate) during the chemical strengthening treatment.
  • the lithium is replaced with, for example, sodium (Na) and / or potassium (K) in a molten salt (for example, nitrate). Also good.
  • the area where the ink is not installed on the surface of the glass substrate 110 may have a haze of 1% or less, for example, a haze of 0.9% or less.
  • region where the ink of the 1st glass member 100 is not installed improves, and the external appearance (texture) of the glass member 100 becomes favorable.
  • the image 160 disposed on the first surface 112 of the glass substrate 110 is composed of ink.
  • the image 160 may be installed, for example, by drawing an image freehand using an ink pen.
  • the image 160 may be installed by printing ink, for example.
  • the ink printing method is not particularly limited.
  • the ink may be printed using, for example, an ink jet printing method, a screen printing method, or the like.
  • the ink jet method is preferable in that a fine image can be easily formed.
  • the type of ink is not particularly limited.
  • the ink for example, dye-based ink, pigment-based ink, UV curable ink, and the like can be appropriately used.
  • the coloring material contained in the ink may be a dye or a pigment, and may be a surface-treated material for the purpose of improving dispersibility.
  • the dispersion medium contained in the ink water, organic solvent, oil, resin, and the like can be selected as appropriate.
  • a surfactant, a pH adjuster, a polymerization initiator, a conductive compound and the like may be included as necessary. In the case of water-based ink, the blur can be reduced and a sharp contour can be formed, which is more preferable.
  • the ink thickness is not particularly limited.
  • the thickness of the ink may be in the range of 0.5 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example.
  • the thickness is based on the concave portion of the substrate surface.
  • the form of the image 160 is not particularly limited.
  • the image 160 may be, for example, one or more characters and symbols, design patterns, illustrations, drawings, and combinations thereof.
  • the image 160 may be black, other colors, or may be composed of a plurality of colors.
  • FIG. 3 schematically shows a flow of a glass member manufacturing method (hereinafter referred to as “first manufacturing method”) according to an embodiment of the present invention.
  • the first manufacturing method is: (1) preparing a glass substrate having a first surface (step S110); (2) processing the first surface of the glass substrate so as to obtain a maximum height roughness Rz of 50 nm or more and an arithmetic average roughness Ra of 1 nm or more (step S120); (3) a step of chemically strengthening the glass substrate (step S130); (4) installing ink on the first surface of the glass substrate (S140); Have
  • step S130 is not an essential process and may be omitted.
  • Step S110 First, the glass substrate 110 which becomes the origin of the 1st glass member 100 is prepared.
  • the composition of the glass substrate 110 is not particularly limited.
  • the dimension and shape of the glass substrate 110 are not particularly limited.
  • the glass substrate 110 may have a rectangular shape, and the thickness of the glass substrate 110 may be in the range of 0.05 mm to 10 mm.
  • Step S120 Next, the first surface 112 of the glass substrate 110 prepared in step S ⁇ b> 110 is processed, and nano-order fine irregularities are formed on the surface 112. More specifically, the first surface 112 is treated so as to obtain a maximum height roughness Rz of 50 nm or more and an arithmetic average roughness Ra of 1 nm or more.
  • the first surface 112 may be processed to have the unique convex portions 151 and 152.
  • the method for treating the first surface 112 is not particularly limited.
  • the first surface 112 having the above-described characteristics may be formed by etching the glass substrate 110 with high-temperature HF gas.
  • etching temperature temperature of glass substrate 110 during etching
  • etching time for example, 1 second to several minutes
  • Step S130 the glass substrate 110 is chemically strengthened. Thereby, the strength of the glass substrate 110 is improved.
  • this step is not an essential step and may be omitted. Further, this step may be performed before step S120.
  • the conditions for the chemical strengthening treatment are not particularly limited, and general chemical strengthening treatment conditions may be applied.
  • molten salt used in the chemical strengthening treatment include, for example, alkali metal nitrates, alkali metal sulfates, and alkali metal chlorides such as sodium nitrate, potassium nitrate, sodium sulfate, potassium sulfate, sodium chloride, and potassium chloride. Examples include salt. These molten salts may be used alone or in combination of two or more.
  • the chemical strengthening treatment temperature (molten salt temperature) varies depending on the type of molten salt used, but may be in the range of 350 ° C. to 550 ° C., for example.
  • the chemical strengthening treatment may be performed, for example, by immersing the glass substrate 110 in a molten potassium nitrate salt at 350 ° C. to 550 ° C. for about 2 minutes to 20 hours. From an economical and practical viewpoint, it is preferably carried out at 350 to 500 ° C. for 1 to 10 hours.
  • Step S140 Next, ink for the image 160 is placed on the first surface 112 of the glass substrate 110.
  • the ink installation method is not particularly limited.
  • the ink may be installed by human handwriting using an ink pen.
  • the ink may be installed by printing the ink using a printing machine such as an inkjet printer.
  • the type of ink is not particularly limited.
  • the first glass member 100 as shown in FIG. 1 can be manufactured.
  • the ink is blurred or blurred as in the conventional case, and a sharp image 160 having a sharp outline is placed on the first surface 112 of the glass substrate 110. can do.
  • Example 4 is a comparative example.
  • Example 1 A glass member in which ink was installed on the surface of the glass substrate was produced by the following method.
  • an alkali-free glass substrate having a length of 50 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 0.7 mm was used.
  • the one main surface (first surface) of this glass substrate was subjected to etching treatment with high-temperature HF gas.
  • the temperature of the etching process was 580 ° C., and a mixed gas of nitrogen + 1.9 vol% HF was used as an etching gas.
  • the etching time was 10 seconds.
  • the surface roughness (arithmetic average roughness Ra and maximum height roughness Rz) of the first surface was measured.
  • the surface roughness Ra and Rz were measured using a scanning probe microscope (SPI3800N: manufactured by SII Nanotechnology) based on JIS B0601 (2001).
  • SPI3800N manufactured by SII Nanotechnology
  • the arithmetic average roughness Ra was 9 nm
  • the maximum height roughness Rz was 77 nm.
  • the haze (turbidity) of the concavo-convex substrate A was measured using a haze meter (HZ-2: manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd.). The haze measurement was performed based on JIS K7361-1. A C light source was used as the light source. As a result of the measurement, haze in the uneven substrate A was 0.2%.
  • ink was printed on the first surface of the uneven substrate A.
  • An ink jet printer PX-7V: manufactured by Epson Corporation
  • a pigment-based black ink IBK66
  • the image to be printed was the letter “C” of the alphabet.
  • sample A a glass member having characters printed on the surface was obtained.
  • FIG. 4 shows a photograph of the form of sample A.
  • Sample A has a sharp and clear printed image (character C) on the surface.
  • Example 2 A glass member (hereinafter referred to as “sample B”) having characters printed on the surface thereof was produced in the same manner as in Example 1.
  • the arithmetic average roughness Ra on the first surface of the concavo-convex substrate B was 24 nm, and the maximum height roughness Rz was 105 nm.
  • FIG. 5 shows a photograph of the form of Sample B.
  • sample B has a sharp and clear printed image (character C) on the surface.
  • Example 3 A glass member (hereinafter referred to as “sample C”) having characters printed on the surface thereof was produced in the same manner as in Example 1.
  • etching gas nitrogen + 7.0 vol% HF was used as the etching gas, and the etching time was 20 seconds.
  • the arithmetic average roughness Ra on the first surface of the uneven substrate C was 103 nm, and the maximum height roughness Rz was 1008 nm.
  • FIG. 6 shows a photograph of the form of sample C.
  • Sample C has a sharp and clear printed image (character C) on the surface.
  • Example 4 A glass member (hereinafter referred to as “sample D”) having characters printed on the surface thereof was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 4 the glass substrate was not etched and the ink was printed as it was on the glass substrate.
  • the arithmetic average roughness Ra on the first surface (the surface on which the ink was printed) of the glass substrate was 0.2 nm, and the maximum height roughness Rz was 3 nm.
  • FIG. 7 shows a photograph of the form of sample D.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the arithmetic average roughness Ra on the first surface of the glass substrate (the surface on which ink is printed) and the haze of the glass substrate.
  • the haze was measured by changing the etching treatment conditions.
  • FIG. 8 shows that when Ra is 50 nm or less, the haze value can be suppressed, which is preferable.
  • the composition of glass 1 is expressed in terms of mole percentage on an oxide basis, with SiO 2 being about 64%, Al 2 O 3 being about 8%, MgO being about 10.5%, CaO being about 0.1%, and SrO being about 0.1%, BaO is about 0.1%, Na 2 O is about 12.5%, K 2 O is about 4%, and ZrO 2 is about 0.5%.
  • SiO 2 is about 64% Al 2 O 3 of about 10.5% MgO about 8.3% Na 2 O of about 16% K 2 O of about 0.6%
  • ZrO 2 is about 0.15%
  • TiO 2 is about 0.04%.

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Abstract

ガラス基板を有するガラス部材であって、前記ガラス基板は、第1の表面を有し、該第1の表面には、少なくとも一部にインクが設置されており、前記第1の表面は、最大高さ粗さRzが50nm以上であり、算術平均粗さRaが1nm以上である、ガラス部材。

Description

ガラス部材およびその製造方法
 本発明は、表面に像が配置されたガラス部材およびその製造方法に関する。
 装飾および案内掲示等の目的のため、しばしば、ガラス基板の表面に、インクで構成された文字および記号、イラスト、ならびに図等の像を配置することが要望される場合がある。
 しかしながら、通常のガラス基板の表面にそのような像を配置した場合、インクが滲んだり、ぼやけたりして、シャープで鮮明な像が得られないことがしばしば認められる。そのため、表面に像が配置されたガラス部材の実際の適用例は、鮮明な像が要求されない、一部の分野に制限されている。ガラス部材の表面に、シャープで鮮明な像を容易に配置することができれば、そのようなガラス部材の適用範囲は、飛躍的に広がることが予想される。
 本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、表面にシャープな像が設置されたガラス部材を提供することを目的とする。また、本発明では、そのようなガラス部材の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明では、ガラス基板を有するガラス部材であって、
 前記ガラス基板は、第1の表面を有し、該第1の表面には、少なくとも一部にインクが設置されており、
 前記第1の表面は、最大高さ粗さRzが50nm以上であり、算術平均粗さRaが1nm以上である、ガラス部材が提供される。
 また、本発明では、
 (1)第1の表面を有するガラス基板を準備する工程と、
 (2)50nm以上の最大高さ粗さRz、および1nm以上の算術平均粗さRaが得られるように、前記ガラス基板の前記第1の表面にガスを接触させて、前記ガラス基板を処理する工程と、
 (3)前記処理されたガラス基板の前記第1の表面にインクを設置する工程と、
 を有する、ガラス部材の製造方法が提供される。
 本発明では、表面にシャープな像が設置されたガラス部材を提供することができる。また、本発明では、そのようなガラス部材の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態によるガラス部材の模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態によるガラス部材に適用されるガラス基板の断面の一例を模式的に示した拡大図である。 第1のガラス部材の製造方法の一例を模式的に示したフロー図である。 例1に係るガラス部材サンプルの写真である。 例2に係るガラス部材サンプルの写真である。 例3に係るガラス部材サンプルの写真である。 例4に係るガラス部材サンプルの写真である。 ガラス基板の第1の表面における算術平均粗さRaとガラス基板のヘイズとの関係を示したグラフである。
 以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
 (本発明の一実施形態によるガラス部材)
 図1には、本発明の一実施形態によるガラス部材の模式的な斜視図を示す。
 図1に示すように、本発明の一実施形態によるガラス部材(以下、「第1のガラス部材」と称する)100は、第1の表面112および第2の表面114を有するガラス基板110を有する。ガラス基板110の第1の表面112には、インクを印刷することにより形成された像160が配置されている。
 なお、図1に示した例では、ガラス基板110は、略矩形状である。しかしながら、これは単なる一例であって、ガラス基板110の形態は、特に限られない。
 また、図1に示した例では、ガラス基板110の第1の表面112に配置された像160は、黒色の一つの文字「A」である。しかしながら、これは単なる一例であって、像160は、一文字に限られず、複数の文字であっても良い。さらに、像160は、文字の他、記号、デザイン柄、イラスト、および図等、ならびにこれらの組み合わせであっても良い。また、像160は、単色であっても、複数の色で構成されてもよい。
 通常、ガラス基板の表面にインクを設置すると、像が滲んだり、ぼやけたりするため、鮮明な像を配置することは難しい。
 これに対して、第1のガラス部材100では、ガラス基板110の第1の表面112は、ナノメートルオーダの多数の凹凸を有する。特に、ガラス基板110の第1の表面112は、最大高さ粗さRzが50nm以上となり、算術平均粗さRaが1nm以上となるように調製されている。
 ここで、本願において、表面の最大高さ粗さRzおよび算術平均粗さRaは、2001 JIS B0601に基づいて測定された値を意味する。
 このようなナノメートルオーダの凹凸形態のため、第1の表面112上にインクを設置した場合、ガラス基板110の第1の表面112の所定の位置に、インクを留めることが可能になる。従って、この場合、インクで構成された像160が第1の表面112上で、不本意に広がったり、ずれたりする現象を有意に抑制することができる。
 その結果、第1のガラス部材100では、ガラス基板110の第1の表面112上に、像160をシャープな輪郭かつ鮮明な状態で設置することができる。換言すれば、第1のガラス部材100は、ガラス基板110の第1の表面112上に、シャープな輪郭で配置された鮮明な像を有する。
 なお、ガラス基板110の第1の表面112は、「特異凸状部」を有しても良い。
 以下、図2を参照して、より詳しく説明する。
 図2には、第1のガラス部材100に適用されるガラス基板110の断面の一例を模式的に示す。
 図2に示すように、このガラス基板110は、ナノメートルオーダーの多数の凸状部150を有する第1の表面112を有する。そして、これらの凸状部150の中には、「特異凸状部」が含まれても良い。「特異凸状部」とは、凸状部150のうち、根元部分の少なくとも一部が、先端部分に比べて内方にくびれている形状を意味する。
 例えば、図2に示した例では、2つの特異凸状部151、152が認められる。このうち特異凸状部151は、根元部分の一方の側(右側)が内方にくびれている。一方、特異凸状部152は、根元部分の両方の側が内方にくびれており、いわゆるネック部153を有する。ネック部153とは、第1の表面112に形成された凸状部150において、上部に比べて断面が小さくなっている下側部分、いわゆる狭窄部を意味する。
 このような特異凸状部151、152を有する第1の表面112は、例えば、ガラス基板10を高温のフッ化水素(HF)ガスでエッチング処理することにより、形成することができる。
 このような特異凸状部151、152を有する第1の表面112上にインクを設置した場合、アンカー効果により、ガラス基板110の第1の表面112の所定の位置に、インクをより確実に保持することが可能になる。従って、この場合、第1の表面112に、よりいっそう鮮明な像160を得ることができる。
 以上説明したように、第1のガラス部材100では、ガラス基板110の第1の表面112上に、シャープな輪郭で鮮明な像を設置することができる。
 従って、第1のガラス部材100は、表面に、文字および記号、デザイン柄、イラスト、および図などを自由に配置して、利用することが可能になる。特に、第1のガラス部材100では、像160が高精細なものであっても、ガラス基板110の第1の表面112に、イメージ通りの像160を配置することができる。
 (ガラス部材の各構成要素)
 次に、図1に示したような第1のガラス部材100を構成する各要素について、詳しく説明する。
 (ガラス基板110)
 前述のように、ガラス基板110の形状は、特に限られない。ガラス基板110は、例えば、矩形状、ディスク状、ブロック状、およびロッド状等であっても良い。
 ガラス基板110の寸法および組成等は、特に限られない。ガラス基板110は、例えば、0.05mm~10mmの厚さを有しても良い。
 また、ガラス基板110は、例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、および無アルカリガラス等で構成されても良い。
 前述のように、ガラス基板110の第1の表面112は、多数の微細な凹凸を有する。より具体的には、ガラス基板110の第1の表面112において、最大高さ粗さRzは50nm以上である。例えば、最大高さ粗さRzは、50nm~5000nmの範囲であり、例えば、60nm~2000nmの範囲であっても良い。
 また、算術平均粗さRaは、5nm以上であることが好ましい。例えば、算術平均粗さRaは、5nm~200nmの範囲であり、5nm~150nmの範囲であっても良い。
ただし、Raが100nmを超えると、ガラス基板110のヘイズ率が高くなり易くなる。このため、ガラス基板110のインクが設置されていない領域の視認性を高めて透過像を得たい場合(例えば、カバーガラスに使用したり、その他ガラス基板110の背後にある物を視認出来たりしたい等)、Raは100nm以下であることが好ましく、50nm以下であることがより好ましい。
 また、前述のように、ガラス基板110の第1の表面112は、特異凸状部151、152を有しても良い。
 このような第1の表面112を有するガラス基板110は、例えば、高温のガラス基板110の第1の表面112を、フッ化水素(HF)ガスでエッチング処理することにより製造することができる。エッチング処理に用いるHFガスは、窒素ガスやアルゴンガスで希釈してもよい。また、反応性を制御する目的で水蒸気(HO)を加えてもよい。
 なお、ガラス基板110をHFガスでエッチング処理した際に、第1の表面112に結晶物が生成される場合がある。
 なお、ガラス基板110は、表面に圧縮応力層を有するガラス、例えば化学強化されたガラスでもよい。通常の場合、化学強化処理は、ガラス基板110に、前述のような特徴を有する第1の表面112を形成した後に実施されることが好ましい。
 ここで、「化学強化処理(法)」とは、アルカリ金属を含む溶融塩中にガラス基板を浸漬させ、ガラス基板の最表面に存在する原子径の小さなアルカリ金属(イオン)を、溶融塩中に存在する原子径の大きなアルカリ金属(イオン)と置換する技術の総称を言う。「化学強化処理(法)」では、処理されたガラス基板の表面には、処理前の元の原子よりも原子径の大きなアルカリ金属(イオン)が配置される。このため、ガラス基板の表面に圧縮応力層を形成することができ、これによりガラス基板の強度が向上する。
 例えば、ガラス基板がナトリウム(Na)を含む場合、化学強化処理の際、このナトリウムは、溶融塩(例えば硝酸塩)中で、例えばカリウム(K)と置換される。あるいは、例えば、ガラス基板がリチウム(Li)を含む場合、化学強化処理の際、このリチウムは、溶融塩(例えば硝酸塩)中で、例えばナトリウム(Na)および/またはカリウム(K)と置換されても良い。
 また、ガラス基板110の表面にインクが設置されていない領域は、1%以下のヘイズ、例えば、0.9%以下のヘイズを有しても良い。この場合、第1のガラス部材100のインクが設置されていない領域の透明性が向上し、ガラス部材100の外観(質感)が良好になる。
 (像160)
 ガラス基板110の第1の表面112に配置される像160は、インクで構成される。像160は、例えば、インクペンを用いてフリーハンドで像を描くことにより設置されても良い。あるいは、像160は、例えば、インクを印刷することにより設置されても良い。
 インクの印刷方法は、特に限られない。インクは、例えば、インクジェット印刷法およびスクリーン印刷法等を用いて印刷されても良い。微細な像を形成しやすい点では、インクジェット法が好ましい。
 インクの種類は、特に限られない。インクは、例えば、染料系インク、顔料系インク、UV硬化インクなどが適宜使用できる。インクに含まれる色材は染料でも顔料でもよく、分散性向上等の目的で表面処理されたものでもよい。インクに含まれる分散媒としては、水、有機溶媒、油、樹脂などが適宜選択できる。さらに必要に応じて界面活性剤、pH調整剤、重合開始剤、導電性化合物等を含んでも良い。水性のインクの場合、にじみが低減出来、シャープな輪郭を形成可能となるためより好ましい。
 インクの厚さは、特に限られない。インクの厚さは、例えば、0.5μm~100μmの範囲であっても良い。ここで、厚さは基板表面の凹部を基準とする。
 なお、前述のように、像160の形態は、特に限られない。像160は、例えば、1または2以上の文字および記号、デザイン柄、イラスト、および図等、ならびにこれらの組み合わせ等であっても良い。また、像160は、黒色であっても、その他の色であっても良く、複数の色で構成されても良い。
 (本発明の一実施形態によるガラス部材の製造方法)
 次に、本発明の一実施形態によるガラス部材の製造方法の一例について説明する。なお、ここでは、一例として、図1に示したような第1のガラス部材100を例に、その製造方法について説明する。従って、各素子および部分を参照する際には、図1および図2に示した参照符号を使用する。
 図3には、本発明の一実施形態によるガラス部材の製造方法(以下、「第1の製造方法」と称する)のフローを模式的に示す。
 図3に示すように、第1の製造方法は、
 (1)第1の表面を有するガラス基板を準備するステップ(ステップS110)と、
 (2)50nm以上の最大高さ粗さRz、および1nm以上の算術平均粗さRaが得られるように、前記ガラス基板の前記第1の表面を処理するステップ(ステップS120)と、
 (3)前記ガラス基板を化学強化処理するステップ(ステップS130)と、
 (4)前記ガラス基板の前記第1の表面に、インクを設置するステップ(S140)と、
 を有する。
 なお、ステップS130は、必須の工程ではなく、省略しても良い。
 以下、各工程について説明する。
 (ステップS110)
 まず、第1のガラス部材100の元となるガラス基板110が準備される。
 前述のように、ガラス基板110の組成は、特に限られない。また、ガラス基板110の寸法および形状は、特に限られない。例えば、ガラス基板110は、矩形状であり、ガラス基板110の厚さは、0.05mm~10mmの範囲であっても良い。
 (ステップS120)
 次に、ステップS110で準備したガラス基板110の第1の表面112が処理され、該表面112に、ナノオーダーの微細な凹凸が形成される。より具体的には、第1の表面112は、50nm以上の最大高さ粗さRz、および1nm以上の算術平均粗さRaが得られるように処理される。
 前述のように、第1の表面112は、特異凸状部151、152を有するように処理されてもよい。
 第1の表面112の処理方法は、特に限られない。例えば、ガラス基板110を高温のHFガスでエッチング処理することにより、前述のような特徴を有する第1の表面112を形成しても良い。
 特に、HFガスによるエッチング処理の場合、例えば、HFガス濃度(例えば0.1vol%~10vol%)、エッチング時のガラス基板110の温度(以下、エッチング温度と称する)(例えば400℃~800℃)、およびエッチング時間(例えば1秒~数分)などのエッチング条件を変化させることにより、ナノメートルオーダーの凹凸の寸法および形態などを制御することが可能になる。
 (ステップS130)
 次に、ガラス基板110が化学強化処理される。これにより、ガラス基板110の強度が向上する。ただし、この工程は、必須の工程ではなく、省略しても良い。また、この工程は、ステップS120の前に実施しても良い。
 化学強化処理の条件は、特に限られず、一般的な化学強化処理条件を適用しても良い。
 化学強化処理に使用される溶融塩の種類としては、例えば、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、塩化ナトリウム、および塩化カリウム等の、アルカリ金属硝酸塩、アルカリ金属硫酸塩、およびアルカリ金属塩化物塩などが挙げられる。これらの溶融塩は、単独で用いても、複数種を組み合わせて用いても良い。
 化学強化処理温度(溶融塩の温度)は、使用される溶融塩の種類によっても異なるが、例えば、350℃~550℃の範囲であっても良い。
 化学強化処理は、例えば、350℃~550℃の溶融硝酸カリウム塩中に、ガラス基板110を2分~20時間程度浸漬することにより、実施しても良い。経済的かつ実用的な観点からは、350~500℃、1~10時間で実施されることが好ましい。
 (ステップS140)
 次に、ガラス基板110の第1の表面112に、像160用のインクが設置される。
 インクの設置方法は、特に限られない。インクは、インクペンを用いて人の手書きにより設置されても良い。あるいは、インクは、インクジェットプリンタのような印刷機を使用してインクを印刷することにより、設置されても良い。
 インクの種類は特に限られない。
 以上の工程により、図1に示したような第1のガラス部材100を製造することができる。
 このような第1の製造方法では、従来のような、インクが滲んだりぼやけたりすることが有意に抑制され、ガラス基板110の第1の表面112に、シャープな輪郭の鮮明な像160を設置することができる。
 以下、本発明の実施例について説明する。例4は比較例である。
 (例1)
 以下の方法により、ガラス基板の表面にインクが設置されたガラス部材を作製した。
 ガラス基板としては、縦50mm×横50mm×厚さ0.7mmの無アルカリガラス基板を使用した。
 このガラス基板の一方の主表面(第1の表面)に対して、高温のHFガスによるエッチング処理を行った。エッチング処理の温度は、580℃とし、エッチングガスとして、窒素+1.9vol%HFの混合ガスを使用した。エッチング時間は、10秒とした。
 これにより、第1の表面がエッチング処理されたガラス基板(以下、「凹凸基板A」という)が得られた。
 走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて凹凸基板Aの第1の表面を観察したところ、凹凸基板Aの第1の表面には、多数の微細な凹凸が形成されていた。
 得られた凹凸基板Aにおいて、第1の表面の表面粗さ(算術平均粗さRaおよび最大高さ粗さRz)を測定した。表面粗さRaおよびRzの測定には、走査型プローブ顕微鏡(SPI3800N:エスアイアイ・ナノテクノロジー社製)を使用し、JIS B0601(2001年)に基づいて実施した。測定の結果、算術平均粗さRaは9nmであり、最大高さ粗さRzは77nmであった。
 ヘイズメータ(HZ-2:スガ試験機社製)を用いて、凹凸基板Aのヘイズ(濁り度)を測定した。ヘイズの測定は、JIS K7361-1に基づいて実施した。光源には、C光源を使用した。測定の結果、凹凸基板Aにおけるヘイズは、0.2%であった。
 次に、凹凸基板Aの第1の表面に、インクを印刷した。インクの印刷には、インクジェットプリンタ(PX-7V:エプソン社製)を使用した。インクには、顔料系黒色インク(ICBK66)を使用した。印刷する像は、アルファベットの文字「C」とした。
 これにより、表面に文字が印刷されたガラス部材(以下、「サンプルA」と称する)が得られた。
 図4には、サンプルAの形態を撮影した写真を示す。
 図4に示すように、サンプルAでは、表面にシャープで鮮明な印刷像(文字C)が得られていることがわかる。
 (例2)
 例1の場合と同様の方法により、表面に文字が印刷されたガラス部材(以下、「サンプルB」と称する)を作製した。
 ただし、この例2では、エッチングガスとして、窒素+2.9vol%HFの混合ガスを使用した。
 これにより、第1の表面がエッチング処理されたガラス基板(以下、「凹凸基板B」という)が得られた。
 表面粗さの測定の結果、凹凸基板Bの第1の表面における算術平均粗さRaは、24nmであり、最大高さ粗さRzは、105nmであった。
 また、ヘイズメータによる測定の結果、サンプルBのヘイズは、0.2%であった。
 図5には、サンプルBの形態を撮影した写真を示す。
 図5に示すように、サンプルBでは、表面にシャープで鮮明な印刷像(文字C)が得られていることがわかる。
 (例3)
 例1の場合と同様の方法により、表面に文字が印刷されたガラス部材(以下、「サンプルC」と称する)を作製した。
 ただし、この例3では、エッチングガスとして、窒素+7.0vol%HFの混合ガスを使用し、エッチング時間は20秒とした。
 これにより、第1の表面がエッチング処理されたガラス基板(以下、「凹凸基板C」という)が得られた。
 表面粗さの測定の結果、凹凸基板Cの第1の表面における算術平均粗さRaは、103nmであり、最大高さ粗さRzは、1008nmであった。
 また、ヘイズメータによる測定の結果、サンプルCのヘイズは、0.9%であった。
 図6には、サンプルCの形態を撮影した写真を示す。
 図6に示すように、サンプルCでは、表面にシャープで鮮明な印刷像(文字C)が得られていることがわかる。
 (例4)
 例1の場合と同様の方法により、表面に文字が印刷されたガラス部材(以下、「サンプルD」と称する)を作製した。
 ただし、この例4では、ガラス基板に対してエッチング処理を実施せず、ガラス基板の上に、そのままインクを印刷した。
 表面粗さの測定の結果、ガラス基板の第1の表面(インクが印刷される表面)における算術平均粗さRaは、0.2nmであり、最大高さ粗さRzは、3nmであった。
 また、ヘイズメータによる測定の結果、サンプルDのヘイズは、0.2%であった。
 図7には、サンプルDの形態を撮影した写真を示す。
 図7に示すように、サンプルDでは、文字Cの輪郭が滲んでおり、像が不鮮明となっていることがわかる。このように、サンプルDでは、表面にシャープで鮮明な印刷像(文字C)を得ることはできなかった。
 図8は、ガラス基板の第1の表面(インクが印刷される表面)における算術平均粗さRaとガラス基板のヘイズとの関係を示したグラフである。ガラス1、ガラス2の2種類のガラス基板において、エッチング処理条件を変化させてヘイズを測定した。図8より、Raが50nm以下である場合、ヘイズの値を抑えることが出来るため好ましいことが分かる。ガラス1の組成は、酸化物基準のモル百分率表示で、SiOが約64%、Alが約8%、MgOが約10.5%、CaOが約0.1%、SrOが約0.1%、BaOが約0.1%、NaOが約12.5%、KOが約4%、ZrOが約0.5%である。ガラス2の組成は、SiOが約64%、Alが約10.5%、MgOが約8.3%、NaOが約16%、KOが約0.6%、ZrOが約0.15%、TiOが約0.04%である。
 本願は、2016年1月29日に出願した日本国特許出願2016-016319号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。
 100   第1のガラス部材
 110   ガラス基板
 112   第1の表面
 114   第2の表面
 150   凸状部
 151   特異凸状部
 152   特異凸状部
 153   ネック部
 160   像

Claims (12)

  1.  ガラス基板を有するガラス部材であって、
     前記ガラス基板は、第1の表面を有し、該第1の表面には、少なくとも一部にインクが設置されており、
     前記第1の表面は、最大高さ粗さRzが50nm以上であり、算術平均粗さRaが1nm以上である、ガラス部材。
  2.  前記第1の表面は、算術平均粗さRaが100nm以下である、請求項1に記載のガラス部材。
  3.  前記第1の表面は、算術平均粗さRaが50nm以下である、請求項2に記載のガラス部材。
  4.  前記ガラス基板は、前記第1の表面におけるインクが設置されていない領域のヘイズ値が1%以下である、請求項1乃至3のいずれか一つに記載のガラス部材。
  5.  前記第1の表面は、根元部分の少なくとも一部が先端部分に比べて内方にくびれた凸状部を有する、請求項1乃至4のいずれか一つに記載のガラス部材。
  6.  前記インクは、印刷により設置されたものである、請求項1乃至5のいずれか一つに記載のガラス部材。
  7.  (1)第1の表面を有するガラス基板を準備する工程と、
     (2)50nm以上の最大高さ粗さRz、および1nm以上の算術平均粗さRaが得られるように、前記ガラス基板の前記第1の表面にガスを接触させて、前記ガラス基板を処理する工程と、
     (3)前記処理されたガラス基板の前記第1の表面にインクを設置する工程と、
     を有する、ガラス部材の製造方法。
  8.  前記ガラス基板の前記第1の表面にガスを接触させて、前記ガラス基板を処理する工程により、前記第1の表面に100nm以下の算術平均粗さRaが得られる、請求項7に記載のガラス部材の製造方法。
  9.  前記ガラス基板の前記第1の表面にガスを接触させて、前記ガラス基板を処理する工程により、前記第1の表面に50nm以下の算術平均粗さRaが得られる、請求項8に記載のガラス部材の製造方法。
  10.  前記表面を処理されたガラス基板のヘイズ値が1%以下である、請求項7乃至9のいずれか一つに記載のガラス部材の製造方法。
  11.  前記インクは、インクジェットプリンタにより、前記ガラス基板の前記第1の表面に設置される、請求項7乃至10のいずれか一つに記載のガラス部材の製造方法。
  12.  前記(2)の工程は、前記第1の表面に、根元部分の少なくとも一部が先端部分に比べて内方にくびれた凸状部が得られるように実施される、請求項7乃至11のいずれか一つに記載のガラス部材の製造方法。
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