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JP5365974B2 - 強化ガラス基板及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、強化ガラス基板に関するものであり、特に、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ（携帯端末）、太陽電池のカバーガラス、あるいはタッチパネルディスプレイに好適な化学強化された強化ガラス基板に関するものである。
携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ、あるいはタッチパネルディスプレイといったデバイスや太陽電池は、ますます普及する傾向にある。
従来、これらの用途ではディスプレイを保護するための保護部材としてアクリル等の樹脂が用いられていた。しかしアクリル樹脂ではヤング率が低いため、指などでディスプレイが押された場合にアクリル樹脂基板がたわみ、ディスプレイに接触して表示不良が発生する場合があった。また傷がつきやすく、視認性が悪化しやすくなるといった問題があった。これらの問題を解決するひとつの方法は保護部材としてガラス基板を用いる方法である。これらの保護部材に用いられるガラス基板には、（１）高い機械的強度を有すること、（２）高ヤング率であること、（３）低密度であること、（４）安価で多量に供給できること、（５）泡品位に優れることが求められる。（１）の要件を満たすため、従来イオン交換等で強化したガラス基板（所謂、強化ガラス基板）が用いられている（特許文献１、非特許文献１参照）。
特開２００６−８３０４５号公報 泉谷徹朗等、「新しいガラスとその物性」、初版、株式会社経営システム研究所、１９８４年８月２０日、ｐ．４５１−４９８
非特許文献１によると、ガラス組成中のＡｌ２Ｏ３含有量を増加させていくと、ガラスのイオン交換性能が向上し、ガラス基板の機械的強度を向上できることが記載されている。
しかし、ガラス組成中のＡｌ２Ｏ３含有量を増加させていくと、ガラスの耐失透性が悪化し、成形中にガラスが失透しやすくなり、ガラス基板の製造効率、品位等が悪化する。またガラスの耐失透性が悪いと、ロール成形等の方法でしか成形できず、表面精度の高いガラス板を得ることができない。それ故、ガラス板の成形後、別途研磨工程を付加しなければならない。ガラス基板を研磨すると、ガラス基板の表面に微小な欠陥が発生しやすくなり、ガラス基板の機械的強度を維持し難くなる。
このような事情から、ガラスのイオン交換性能と耐失透性を両立することが困難であり、ガラス基板の機械的強度を顕著に向上させることが困難となっていた。また、デバイスの軽量化を図るため、タッチパネルディスプレイ等のデバイスに用いられるガラス基板は、年々薄肉化されてきている。薄板のガラス基板は破損しやすいことから、ガラス基板の機械的強度を向上させる技術は益々重要となってきている。
そこで、本発明は、ガラスのイオン交換性能と耐失透性を両立させることによって、機械的強度の高いガラス基板を得ることを技術的課題とする。
本発明者は、種々の検討を行った結果、Ａｌ２Ｏ３含有量を高めるとともに、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含有させ、さらに質量比で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値を適正に定めることで、高いイオン交換性能と耐失透性を両立させることが可能であることを見出した。またアルカリ土類の中でもＳｒＯとＢａＯの含有量を制限することで、イオン交換が促進されやすくなることを見出し、本発明を提案するに至った。
即ち、本発明の強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であり、タッチパネルディスプレイに用いられることを特徴とする。なお、特に断りのない限り、以下の説明において「％」は質量％を意味する。
本発明の強化ガラス基板は、表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５．５％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有し、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であることが好ましい。
本発明の強化ガラス基板は、化学的に強化されてなることが好ましい。
本発明の強化ガラス基板は、表面の圧縮応力が１００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが１μｍ以上であることが好ましい。ここで、「表面の圧縮応力」および「圧縮応力層の厚み」は、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて試料を観察した際に、観察される干渉縞の本数とその間隔から算出される値を指す。
本発明の強化ガラス基板は、未研磨の表面を有することが好ましい。ここで「未研磨の表面」とはガラスの主表面（上面及び下面）が研磨されていないということである。言い換えれば上面及び下面が火造り面であるということを意味し、表面の平均表面粗さ（Ｒａ）はＳＥＭＩ Ｄ７−９７「ＦＰＤガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠した方法により測定した場合に平均表面粗さ（Ｒａ）は１０Å以下、好ましくは５Å以下、より好ましくは２Å以下である。なお端面部については、面取り等の研磨処理がなされていてもよい。
本発明の強化ガラス基板は、液相温度が１０５０℃以下であることが好ましい。ここで、「液相温度」とは、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持した後、結晶が析出する温度を指す。
本発明の強化ガラス基板は、液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。ここで、「液相粘度」とは、液相温度におけるガラスの粘度を指す。なお、液相粘度が高く、液相温度が低いほど、ガラスの耐失透性は優れるとともに、ガラス基板の成形性に優れている。
本発明の強化ガラス基板は、携帯電話のカバーガラスに用いることが好ましい。
本発明の強化ガラス基板は、太陽電池のカバーガラスに用いることが好ましい。
本発明の強化ガラス基板は、ディスプレイの保護部材として用いられることが好ましい。
本発明の強化用ガラスは、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であり、タッチパネルディスプレイに用いられることを特徴とする。
本発明の強化ガラスの製造方法は、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５の範囲のガラス組成となるように調合したガラス原料を溶融し、板状に成形した後、イオン交換処理を行ってガラス表面に圧縮応力層を形成し、タッチパネルディスプレイに用いることを特徴とする。
本発明の強化ガラスの製造方法は、ダウンドロー法にて板状に成形することが好ましい。
本発明の強化ガラス基板の製造方法は、オーバーフローダウンドロー法にて板状に成形することが好ましい。
本発明の強化ガラス基板は、Ａｌ２Ｏ３含有量が高くイオン交換性能の高いガラスにて作製される。また耐失透性に優れるガラスにて作製されるため、オーバーフローダウンドロー法等を採用することが可能である。それゆえ成形後の研磨が不要であり、研磨により生じる微小欠陥がない。それゆえ機械的強度が高いという効果がある。
さらに研磨工程を行うことなく作製可能であるため、製造コストが低減でき、安価に供給することが可能である。
それゆえ、本発明の強化ガラス基板は、タッチパネルディスプレイ、携帯電話のカバーガラス、太陽電池のカバーガラス、ディスプレイの保護部材等に好適に使用できる。なおタッチパネルディスプレイは、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ等に搭載されている。モバイル用途のタッチパネルディスプレイでは、軽量化、薄型化、高強度化の要請が強く、薄型で機械的強度が高いガラス基板が要求されている。その点、本発明の強化ガラス基板は、板厚を薄くしても、実用上、十分な機械的強度を有するため、本用途に好適に使用可能である。
また本発明のガラスは、Ａｌ２Ｏ３含有量が高くイオン交換性能が高い。しかも耐失透性に優れるため、オーバーフローダウンドロー法等で成形可能である。
それゆえ本発明のガラスを用いれば、機械的強度が高い強化ガラス基板を安価に作製可能である。
また本発明の強化ガラスの製造方法は、イオン交換性能が高く、且つ耐失透性に優れるガラスを用いるものであるため、機械的強度が高い強化ガラス基板を安価に作製可能である。
本発明の強化ガラス基板は、その表面に圧縮応力層を有する。ガラス基板の表面に圧縮応力層を形成する方法には、物理強化法と化学強化法がある。本発明の強化ガラス基板は、化学強化法で圧縮応力層を形成することが好ましい。化学強化法は、ガラスの歪点以下の温度でイオン交換によりガラス基板の表面にイオン半径の大きいアルカリイオンを導入する方法である。化学強化法で圧縮応力層を形成すれば、ガラス基板の板厚が薄くても、良好に強化処理を施すことができ、所望の機械的強度を得ることができる。さらに、ガラス基板に圧縮応力層を形成した後にガラス基板を切断しても、風冷強化法等の物理強化法で強化されたガラス基板のように容易に破壊することがない。
イオン交換の条件は、特に限定されず、ガラスの粘度特性等を考慮して決定すればよい。特に、ＫＮＯ３溶融塩中のＫイオンをガラス基板中のＬｉ、Ｎａ成分とイオン交換すると、ガラス基板の表面に圧縮応力層を効率良く形成することができる。
本発明の強化ガラス基板において、ガラス組成を上記範囲に限定した理由を以下に説明する。なお、以下の％表示は、特に断りがある場合を除き、質量％を指す。
ＳｉＯ２は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は４０〜７０％、好ましくは５０〜７０％、５５〜６５％、特に５８〜６５％である。ＳｉＯ２の含有量が多くなり過ぎると、ガラスの溶融、成形が難しくなったり、熱膨張係数が小さくなり過ぎたりして、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。一方、ＳｉＯ２の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなる。またガラスの熱膨張係数が大きくなり、ガラスの耐熱衝撃性が低下しやすくなる。
Ａｌ２Ｏ３はイオン交換性能を高める成分である。またガラスの耐熱性、およびヤング率を高くする効果もあり、その含有量は１２〜２５％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、ガラスに失透結晶が析出しやすくなってオーバーフローダウンドロー法等による成形が困難になる。またガラスの熱膨張係数が小さくなり過ぎて周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなったり、ガラスの高温粘性が高くなり溶融し難くなったりする。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少な過ぎると、十分なイオン交換性能を発揮できない虞が生じる。上記観点から、Ａｌ２Ｏ３の好適な範囲は下限が１２．５％以上、特に１３％以上であり、上限が２０％以下、１９％以下、１８％以下、１７％以下、１６．８％以下、特に１５％以下である。
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの液相温度、高温粘度および密度を低下させる効果を有するとともに、ガラスのイオン交換性能を高める効果のある成分であり、その含有量は０〜１０％、好ましくは０〜６％、より好ましくは０〜５％、更に好ましくは０〜３％、最も好ましくは０〜１％である。一方、Ｂ２Ｏ３の含有量が多過ぎると、イオン交換によって表面にヤケが発生したり、ガラスの耐水性が悪化したり、液相粘度が低下する虞がある。
Ｌｉ２Ｏは、イオン交換成分であるとともに、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させる成分である。さらにＬｉ２Ｏは、ガラスのヤング率を向上させる効果を有するとともに、クラック発生率を低減させる効果がある成分である。またＬｉ２Ｏはアルカリ金属酸化物の中では圧縮応力値を高める効果が高い。Ｌｉ２Ｏの含有量は０〜３％であるが、ヤング率の向上、クラック発生率の低減、圧縮応力値を高くする目的で下限を０．１％以上、０．５％以上、特に１％以上とすることができる。Ｌｉ２Ｏの含有量が多くなり過ぎると液相粘度が低下してガラスが失透しやすくなる。またガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなったりする。さらに、低温粘性が低下しすぎて応力緩和が起こりやすくなると、かえって圧縮応力値が低くなる場合がある。
Ｎａ２Ｏは、イオン交換成分であるとともに、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させたり、クラック発生率を低減させたりする効果がある成分である。また、Ｎａ２Ｏは、ガラスの耐失透性を改善する成分でもある。Ｎａ２Ｏの含有量は６〜１５％であるが、より好適な含有量は、６〜１３％、６〜１２．６％、６〜１２％、特に６〜１０％である。Ｎａ２Ｏの含有量が多くなり過ぎると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなったりする。またガラス組成のバランスを欠き、かえってガラスの耐失透性が悪化する傾向がある。一方、Ｎａ２Ｏの含有量が少ないと、溶融性が悪化したり、熱膨張係数が小さくなりすぎたり、イオン交換性能が悪化したりする。
Ｋ２Ｏは、イオン交換を促進する効果があり、アルカリ金属酸化物の中では圧縮応力層の深さを深くする効果が高い。またガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高めたり、クラック発生率を低減させたりする効果のある成分である。また、Ｋ２Ｏは、耐失透性を改善する成分でもある。Ｋ２Ｏの含有量は０〜１０％である。特に応力層の深さをより深く設計する目的で下限を０．１％以上、０．５％以上、１％以上、２％以上、更には３％以上とすることが好ましい。一方、Ｋ２Ｏの含有量が多過ぎると、ガラスの熱膨張係数が大きくなり、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなったりする。さらにガラス組成のバランスを欠き、かえってガラスの耐失透性が悪化する傾向があるため、上限を６％以下、５．５％以下とすることが好ましい。
アルカリ金属成分Ｒ２Ｏ（ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋから選ばれる１種以上）の合量が多くなり過ぎると、ガラスが失透しやすくなることに加えて、ガラスの熱膨張係数が大きくなり過ぎて、ガラスの耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなったりする。また、アルカリ金属成分Ｒ２Ｏの合量が多くなり過ぎると、ガラスの歪点が低下し過ぎて、高い圧縮応力値が得られにくくなる場合がある。さらに液相温度付近の粘性が低下し、高い液相粘度を確保することが困難となる場合がある。それ故、Ｒ２Ｏの合量は２０％以下、特に１８％以下であることが望ましい。一方、Ｒ２Ｏの合量が少な過ぎると、ガラスのイオン交換性能や溶融性が悪化したり、クラック発生率が高くなったりする場合がある。それ故、Ｒ２Ｏの合量は１３％以上とする。
ＭｇＯ，ＺｒＯ２、ＺｎＯは、イオン交換性能を顕著に向上させる効果がある成分である。またガラスの高温粘度を低下させたり、歪点やヤング率を向上させたりする効果がある成分でもある。よって、本発明では、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２ 、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含む。なお、ＭｇＯの含有量は０〜３．９％、０〜３％、特に０〜２％が好ましい。ＭｇＯの含有量が多くなり過ぎるとガラスの耐失透性が悪化したり、分相しやすくなったりする場合がある。ＺｒＯ２の含有量は０〜６％、０〜５．５％、０〜５％、特に０〜３％が好ましい。ＺｒＯ２の含有量が多すぎると耐失透性が極端に悪化したりする場合がある。ＺｎＯの含有量は０〜５％、特に０〜４％が好ましい。ＺｎＯの含有量が多くなり過ぎるとガラスの耐失透性が悪化したり、分相しやすくなったりする場合がある。本発明においては、イオン交換性能向上の観点から、これら成分のうちの少なくとも１種を必須成分として含有する。
またＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯの合量は０．０１〜９％、特に０．５〜７．７％であることが望ましい。これらの成分の合量が多くなり過ぎると、ガラスの密度や熱膨張係数が大きくなり過ぎたり、ガラスの耐失透性が悪化したりする傾向にある。一方、これらの成分の合量が少なくなり過ぎると、上記効果を得ることが難しくなる。
本発明においては、質量分率（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）を厳密に規制することより、オーバーフローダウンドロー法を可能にする液相粘度と、高いイオン交換性能を両立することができる。質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値は０．２５〜０．４５、好ましくは０．２５〜０．４である。この値を０．２５以上とすれば、ガラスのイオン交換性能や溶融性を向上させることが可能である。一方、この値が０．４５より大きいと、ガラス組成のバランスを欠き、ガラスの耐失透性が悪化してオーバーフローダウンドロー法を採用できなくなる。またガラスの粘性が下がり過ぎて高い液相粘度を維持するのが難しくなり、やはりオーバーフローダウンドロー法を採用するのが困難になる。また密度が高くなる傾向にある。
ＭｇＯを除くアルカリ土類金属成分Ｒ’Ｏ（Ｒ’はＣａ、Ｓｒ、Ｂａから選ばれる１種以上）は、種々の目的で添加可能な成分である。しかし、アルカリ土類金属成分Ｒ’Ｏが多くなると、ガラスの密度や熱膨張係数が高くなったり、耐失透性が悪化したりすることに加えて、クラック発生率が高くなったり、イオン交換性能が悪化する傾向がある。それ故、アルカリ土類金属成分Ｒ’Ｏの合量は、好ましくは０〜９．９％、０〜８％、０〜５％、特に０〜３％である。
ＣａＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高めたりする成分であり、その含有量は０〜０．８％である。しかし、ＣａＯの含有量が多くなると、ガラスの密度、熱膨張係数およびクラック発生率が高くなったり、ガラスが失透しやすくなったり、更にはイオン交換性能が悪化する傾向がある。したがって、その含有量は０．８％以下、特に０．５％以下が望ましく、理想的には実質的に含有しないことが望ましい。ここで、「ＣａＯを実質的に含有しない」とは、ガラス組成中のＣａＯの含有量が０．２％以下の場合を指す。
ＳｒＯ及びＢａＯは、ガラスの高温粘度を低下させて溶融性や成形性を向上させたり、歪点やヤング率を高めたりする成分であり、その含有量は各々０〜２．９％であることが好ましい。ＳｒＯやＢａＯの含有量が多くなると、イオン交換性能が悪化する傾向がある。またガラスの密度、熱膨張係数およびクラック発生率が高くなったり、ガラスが失透しやすくなったりする。ＳｒＯの含有量は、２％以下、１．５％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．２％以下であることが望ましい。またＢａＯの含有量は、２．５％以下、２％以下、１％以下、０．８％以下、０．５％以下、特に０．２％以下が望ましい。
本発明においては、ＳｒＯ＋ＢａＯの合量を０〜５％に制限することによって、より効果的にイオン交換性能を向上させることができる。つまりＳｒＯとＢａＯは、上述の通り、イオン交換反応を阻害する作用があるため、これらの成分を多く含むことは、機械的強度の高い強化ガラスを得る上で不利である。ＳｒＯ＋ＢａＯの好ましい範囲は０〜３％、０〜２．５％、０〜２％、０〜１％、特に０〜０．２％である。
またＲ’Ｏの合量をＲ２Ｏの合量で除した値が大きくなると、クラック発生率が高くなるとともに、ガラスの耐失透性が悪化する傾向が現れる。それ故、質量分率でＲ’Ｏ／Ｒ２Ｏの値を０．５以下、０．４以下、０．３以下、０．１以下に規制することが望ましい。
本発明の強化ガラス基板においては、ガラス組成として、上記成分のみから構成されてもよいが、ガラスの特性を大きく損なわない範囲で他の成分を添加することもできる。
例えばＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５等の成分が添加可能である。
ＴｉＯ２は、ガラスのイオン交換性能を高める成分であり、その含有量を０〜５％とすることができる。しかし、ＴｉＯ２の含有量が多くなると、ガラスが着色したり、耐失透性が悪化したりするため、その含有量は５％以下、４％以下、２％以下、１％以下であることが好ましい。
Ｐ２Ｏ５は、ガラスのイオン交換性能を高める成分であり、特に、圧縮応力厚みを厚くする効果が大きいため、その含有量を０〜８％とすることができる。しかし、Ｐ２Ｏ５の含有量が多くなると、ガラスが分相したり、耐水性が悪化したりするため、その含有量は５％以下、４％以下、特に３％以下であることが好ましい。
また清澄剤としてＡｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＳｎＯ２、Ｆ、Ｃｌ、ＳＯ３の群から選択された一種または二種以上を０〜３％含有させてもよい。ただし、Ａｓ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３、ＳＯ３及びＦ、特にＡｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３は環境に対する配慮から、使用は極力控えるべきであり、各々の含有量を０．１％未満に制限すべきである。従って本発明において好ましい清澄剤の含有量はＳｎＯ２＋ＣｅＯ２＋Ｃｌ ０．００１〜１％、好ましくは０．０１〜０．５％、より好ましくは０．０５〜０．４％である。
またＮｂ２Ｏ５やＬａ２Ｏ３等の希土類酸化物は、ガラスのヤング率を高める成分である。しかし、原料自体のコストが高く、また多量に含有させると耐失透性が悪化する。それ故、それらの含有量は、３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％以下に制限することが望ましい。
なお、本発明において、Ｃｏ、Ｎｉ等のガラスを強く着色するような遷移金属元素は、ガラス基板の透過率を低下させるため好ましくない。特に、タッチパネルディスプレイ用途に用いる場合、遷移金属元素の含有量が多いと、タッチパネルディスプレイの視認性が損なわれる。具体的には０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％以下となるよう、原料あるいはカレットの使用量を調整することが望ましい。
各成分の好適な含有範囲を適宜選択し、好ましいガラス組成範囲とすることができる。その中でも、より好適なガラス組成範囲の例は以下の通りである。
（１）質量％でガラス組成として、ＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜５％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５．５％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２ 、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であるガラス。
（２）質量％でガラス組成として、ＳｉＯ２ ５０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜３％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２ 、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であり、Ａｓ２Ｏ３及びＳｂ２Ｏ３を実質的に含有しないガラス。
（３）質量％でガラス組成として、ＳｉＯ２ ５０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜１９％、Ｂ２Ｏ３ ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０．５〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜３％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２ 、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．１％未満であり、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であるガラス。
（４）質量％でガラス組成として、ＳｉＯ２ ５５〜６５％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜１６．８％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３％、Ｌｉ２Ｏ １〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１２．６％、Ｋ２Ｏ １〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜６％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２ 、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．１％未満であり、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４であるガラス。
（５）質量％でガラス組成として、ＳｉＯ２ ５５〜６５％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜１５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１％、Ｌｉ２Ｏ １〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１０％、Ｋ２Ｏ １〜６％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜１８％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜２％、ＴｉＯ２ ０〜１％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２ 、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、Ａｓ２Ｏ３ ０〜０．１％未満、Ｓｂ２Ｏ３ ０〜０．１％未満であり、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４である。
本発明の強化ガラス基板は、下記の特性を満足することが好ましい。
本発明の強化ガラス基板は、上記ガラス組成を有するとともに、ガラス表面に圧縮応力層を有している。圧縮応力層の圧縮応力は、１００ＭＰａ以上が好ましく、３００ＭＰａ以上がより好ましく、４００ＭＰａ以上が更に好ましく、５００ＭＰａ以上が更に好ましく、６００ＭＰａ以上が特に好ましく、７００ＭＰａ以上が最も好ましい。圧縮応力が大きくなるにつれて、ガラス基板の機械的強度が高くなる。一方、ガラス基板表面に極端に大きな圧縮応力が形成されると、基板表面にマイクロクラックが発生し、かえってガラスの強度が低下する虞があるため、圧縮応力層の圧縮応力の大きさは、２０００ＭＰａ以下とするのが好ましい。なお圧縮応力が大きくなるようにするには、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、Ｌｉ２Ｏ、の含有量を増加させたり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減したりすればよい。またイオン交換に要する時間を短くしたり、イオン交換溶液の温度を下げればよい。
圧縮応力層の厚みは、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上が更に好ましく、１０μｍ以上が特に好ましく、１５μｍ以上が最も好ましい。圧縮応力層の厚みが大きい程、ガラス基板に深い傷がついても、ガラス基板が割れにくくなる。一方、ガラス基板が切断しにくくなるため、圧縮応力層の厚みは５００μｍ以下とするのが好ましい。なお圧縮応力層の厚みを大きくするには、Ｋ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５の含有量を増加させたり、ＳｒＯ、ＢａＯの含有量を低減したりすればよい。またイオン交換に要する時間を長くしたり、イオン交換溶液の温度を高めたりすればよい。
本発明の強化ガラス基板は、板厚が１．５ｍｍ以下、０．７ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、特に０．３ｍｍ以下であることが好ましい。ガラス基板の板厚が薄い程、ガラス基板を軽量化することできる。また、本発明の強化ガラス基板は、板厚を薄くしても、ガラス基板が破壊しにくい利点を有している。なおガラスの成形をオーバーフローダウンドロー法で行う場合、ガラスの薄肉化を研磨等を行うことなく達成できるため有利である。
本発明の強化ガラス基板は、未研磨の表面を有することが好ましく、未研磨の表面の平均表面粗さ（Ｒａ）は１０Å以下、好ましくは５Å以下、より好ましくは２Å以下である。尚、表面の平均表面粗さ（Ｒａ）はＳＥＭＩ Ｄ７−９７「ＦＰＤガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠した方法により測定すればよい。ガラスの理論強度は本来非常に高いのであるが、理論強度よりも遥かに低い応力でも破壊に至ることが多い。これは、ガラス基板の表面にグリフィスフローと呼ばれる小さな欠陥がガラスの成形後の工程、例えば研磨工程等で生じるからである。それ故、強化ガラス基板の表面を未研磨とすれば、本来のガラス基板の機械的強度を損ない難くなり、ガラス基板が破壊し難くなる。また、ガラス基板の表面を未研磨とすれば、ガラス基板の製造工程で研磨工程を省略できるため、ガラス基板の製造コストを下げることができる。本発明の強化ガラス基板において、ガラス基板の両面全体を未研磨とすれば、ガラス基板が更に破壊し難くなる。また、本発明の強化ガラス基板において、ガラス基板の切断面から破壊に至る事態を防止するため、ガラス基板の切断面に面取り加工等を施してもよい。なお、未研磨の表面を得るためには、ガラスの成形をオーバーフローダウンドロー法で行えばよい。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスの液相温度が１０５０℃以下であることが好ましく、１０００℃以下、９５０℃以下、９００℃以下、８８０℃以下が特に好ましい。ここで、「液相温度」とは、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持した後、結晶が析出する温度を指す。なお液相温度を低下させるには、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加させたり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２の含有量を低減したりすればよい。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスの液相粘度は、１０４．０ｄＰａ・ｓ以上が好ましく、１０４．３ｄＰａ・ｓ以上がより好ましく、１０４．５ｄＰａ・ｓ以上が更に好ましく、１０５．０ｄＰａ・ｓ以上が特に好ましく、１０５．５ｄＰａ・ｓ以上が最も好ましい。ここで、「液相粘度」とは、液相温度におけるガラスの粘度を指す。なお液相粘度を上昇させるには、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏの含有量を増加させたり、Ａｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２の含有量を低減したりすればよい。また、一般的に、ガラスの特性は、何らかの特性を低下させることによって達成され、いわゆるトレードオフの関係となり易い。ここで、イオン交換性能、粘度、密度等のガラスに要求される種々の特性を満たすためのバランスを考慮すると、ガラスの液相粘度は１０６．５ｄＰａ・ｓ以下に設計することが目安となる。
なお、液相粘度が高く、液相温度が低いほど、ガラスの耐失透性は優れるとともに、ガラス基板の成形性に優れている。そしてガラスの液相温度が１０５０℃以下で、ガラスの液相粘度は、１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、オーバーフローダウンドロー法で成形可能である。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスの密度が２．８ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましく、２．７ｇ／ｃｍ３以下、２．６ｇ／ｃｍ３以下、２．５５ｇ／ｃｍ３以下、特に２．５ｇ／ｃｍ３が最も好ましい。ガラスの密度が小さい程、ガラス基板の軽量化を図ることができる。ここで、「密度」とは、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。なおガラスの密度を低下させるには、ＳｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３の含有量を増加させたり、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２の含有量を低減したりすればよい。
本発明の強化ガラス基板は、３０〜３８０℃におけるガラスの熱膨張係数が７０〜９５×１０−７／℃であることが好ましく、７５〜９５×１０−７／℃であることがより好ましく、８０〜９５×１０−７／℃であることが更に好ましく、８５〜９５×１０−７／℃であることが特に好ましい。ガラスの熱膨張係数を上記範囲とすれば、金属、有機系接着剤等の部材と熱膨張係数が整合しやすくなり、金属、有機系接着剤等の部材の剥離を防止することができる。ここで、「熱膨張係数」とは、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定した値を指す。なお熱膨張係数を上昇させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を増加さればよく、逆に低下させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物の含有量を低減すればよい。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスの高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が１６００℃以下が好ましく、１５５０℃以下がより好ましく、１５３０℃以下がより好ましく、１５００℃以下が更に好ましい。ガラスの高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低い程、溶融窯等のガラスの製造設備への負担が小さいとともに、ガラス基板の泡品位を向上させることができる。つまり、ガラスの高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低い程、ガラス基板を安価に製造することができる。なお、ガラスの高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、ガラスの溶融温度に相当しており、ガラスの高温粘度１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低いほど、低温でガラスを溶融することができる。なお１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度を低下させるには、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２の含有量を増加させたり、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の含有量を低減したりすればよい。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスのヤング率が７０ＧＰａ以上が好ましく、７１ＧＰａ以上がより好ましく、７３ＧＰａ以上が更に好ましい。ガラスのヤング率が高い程、ガラス基板がたわみにくくなり、その結果、タッチパネルディスプレイ等のデバイスにおいて、ペン等でディスプレイを押した際に、デバイス内部の液晶素子等を圧迫しにくくなり、ディスプレイの表示不良が発生しにくくなる。ここで、「ヤング率」とは、共振法により測定した値を指す。なおヤング率を高くするにはＡｌ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＺｒＯ２の含有量を増加させたり、Ｂ２Ｏ３の含有量を低減したりすればよい。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスの比ヤング率が２７ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上であることが好ましく、２８ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上がより好ましく、２９ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上が更に好ましく、３０ＧＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上が特に好ましい。ガラスの比ヤング率が高い程、自重によるガラス基板のたわみが低減される。その結果、製造工程においてガラス基板をカセットなどに収納する際、基板同士のクリアランスを狭くして収納することが可能になるため、生産性が向上する。
本発明の強化ガラス基板は、ガラスのクラック発生率が７０％以下であることが好ましく、５０％以下であることがより好ましく、４０％以下であることが更に好ましく、３０％以下であることが特に好ましく、２０％以下であることが最も好ましい。ガラスのクラック発生率が小さい程、ガラス基板にクラックが発生しにくくなる。ここで、「クラック発生率」とは、次のようにして測定した値を指す。まず湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重５００ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。このようにして圧子を２０回打ち込み、総クラック発生数を求めた後、（総クラック発生数／８０）×１００の式により求める。なおクラック発生率を低下させるには、Ｌｉ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３の含有量を増加させたり、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯの含有量を低減したりすればよい。
本発明の強化用ガラスは、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であり、タッチパネルディスプレイに用いられることを特徴とする。本発明のガラスにおいて、ガラス組成を上記範囲に限定した理由および好ましい範囲は、既述の強化ガラス基板と同様であるため、ここではその記載を省略する。さらに、本発明の強化用ガラスは、当然のことながら、既述の強化ガラス基板の特性、効果を併有することができる。
本発明の強化用ガラスは、４３０℃のＫＮＯ３溶融塩中で４時間イオン交換したとき、表面の圧縮応力が３００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが３μｍ以上になることが好ましい。本発明の強化用ガラスは、ガラス組成を上記範囲に規制しているため、イオン交換性能が良好であり、容易に表面の圧縮応力を３００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みを３μｍ以上とすることができる。
本発明の強化用ガラスは、上記組成範囲内の組成となるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入し、ガラス原料を１５００〜１６００℃で加熱溶融し、清澄した後、成形装置に供給した上で溶融ガラスを板状に成形し、徐冷することにより製造することができる。
成形は、オーバーフローダウンドロー法を採用することが好ましい。オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を成形すれば、未研磨で表面品位が良好なガラス基板を製造することができる。その理由は、オーバーフローダウンドロー法の場合、ガラス基板の表面となるべき面は桶状耐火物に接触せず、自由表面の状態で成形されることにより、無研磨で表面品位が良好なガラス基板を成形できるからである。ここで、オーバーフローダウンドロー法は、溶融状態のガラスを耐熱性の桶状構造物の両側から溢れさせて、溢れた溶融ガラスを桶状構造物の下端で合流させながら、下方に延伸成形してガラス基板を製造する方法である。桶状構造物の構造や材質は、ガラス基板の寸法や表面精度を所望の状態とし、ガラス基板に使用できる品位を実現できるものであれば、特に限定されない。また、下方への延伸成形を行うためにガラス基板に対してどのような方法で力を印加するものであってもよい。例えば、充分に大きい幅を有する耐熱性ロールをガラス基板に接触させた状態で回転させて延伸する方法を採用してもよいし、複数の対になった耐熱性ロールをガラス基板の端面近傍のみに接触させて延伸する方法を採用してもよい。本発明の強化用ガラスは、耐失透性が優れるとともに、成形に適した粘度特性を有しているため、オーバーフローダウンドロー法による成形を精度よく実行することができる。なお、液相温度が１０５０℃以下、液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、オーバーフローダウンドロー法でガラス基板を製造することができる。
なおオーバーフローダウンドロー法以外にも、種々の方法を採用することができる。例えば、ダウンドロー法（スロットダウン法、リドロー法等）、フロート法、ロールアウト法、プレス法等の様々な成形方法を採用することができる。例えばプレス法でガラスを成形すれば、小型のガラス基板を効率良く製造することができる。
本発明の強化ガラス基板を製造するには、まず上記ガラスを用意する。次いで強化処理を施す。ガラス基板を所定サイズに切断するのは、強化処理の前でもよいが、強化処理後に行う方が製造コストを低減できるため好ましい。
強化処理は、イオン交換処理にて行うことが望ましい。イオン交換処理は、例えば４００〜５５０℃の硝酸カリウム溶液中にガラス板を１〜８時間浸漬することによって行うことができる。イオン交換条件は、ガラスの粘度特性等を考慮して最適な条件を選択すればよい。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
表１〜３は、試料Ｎｏ．１〜１０を示している。なお表中の（ＭｇＺｒＺｎ）／（ＭｇＺｒＺｎＡｌ）は、（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）を意味している。
Figure 0005365974
Figure 0005365974
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各試料は次のようにして作製した。まず、表１〜３のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金ポットを用いて１６００℃で８時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形した。得られたガラス基板について、種々の特性を評価した。
密度は、周知のアルキメデス法によって測定した。
歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法に基づいて測定した。
軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ Ｃ３３８の方法に基づいて測定を行った。
ガラスの粘度１０４．０ｄＰａ・ｓ、１０３．０ｄＰａ・ｓ、１０２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、白金球引き上げ法で測定した。
熱膨張係数αは、ディラトメーターを用いて、３０〜３８０℃における平均熱膨張係数を測定したものである。
液相温度は、ガラスを粉砕し、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定したものである。
液相粘度は、液相粘度は液相温度における各ガラスの粘度を示す。
ヤング率は共振法により測定した。
クラック発生率は、次のようにして測定した。まず湿度３０％、温度２５℃に保持された恒温恒湿槽内において、荷重５００ｇに設定したビッカース圧子をガラス表面（光学研磨面）に１５秒間打ち込み、その１５秒後に圧痕の４隅から発生するクラックの数をカウント（１つの圧痕につき最大４とする）する。このようにして圧子を２０回打ち込み、総クラック発生数を求めた後、（総クラック発生数／８０）×１００の式により求めた。
その結果、試料Ｎｏ．５〜９は、密度が２．５３ｇ／ｃｍ３以下、熱膨張係数が８８〜８９×１０−７／℃、ヤング率が７７ＧＰａ以上であり、強化ガラス素材として好適であった。また液相粘度が１０４．６ｄＰａ・ｓ以上と高くオーバーフローダウンドロー成形が可能であり、しかも１０２．５ｄＰａ・ｓにおける温度が１４９３℃以下と低いので、生産性が高く安価に大量のガラス基板を供給できるものと考えられる。また本実施例ではクラック発生率は未測定だが、良好であると考えられる。なお、未強化ガラス基板と強化ガラス基板は、ガラス基板の表層において微視的にガラス組成が異なっているものの、ガラス基板全体としてガラス組成が実質的に相違していない。したがって、密度、粘度、ヤング率などの特性値については未強化ガラス基板と強化ガラス基板は、上記特性が実質的に相違していない。一方、クラック発生率はガラス表層の組成の影響を受けるため、未強化ガラス基板と、強化ガラス基板で特性値が異なる場合があるが、強化ガラス基板ではクラック発生率がより低くなる傾向にあるため、本発明において強度を低下させる因子とはならない。
続いて試料Ｎｏ．１〜１０の各ガラス基板の両表面に光学研磨を施した後、イオン交換処理を行った。イオン交換は、４３０℃のＫＮＯ３溶融塩中に各試料を４時間浸漬することで行った。処理を終えた各試料は表面を洗浄した後、表面応力計（株式会社東芝製ＦＳＭ−６０００）を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から表面の圧縮応力値と圧縮応力層の厚みを算出した。算出に当たり、試料の屈折率は１．５２、光学弾性定数は２８［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］とした。
その結果、試料Ｎｏ．５〜９は、その表面に８２２ＭＰａ以上の圧縮応力が発生しており、且つその厚みは１３μｍ以上と深かった。
なお、上記試料Ｎｏ．５〜９は、本発明の説明の便宜上、ガラスを溶融し、流し出しによる成形を行った後、イオン交換処理前に光学研磨を行った。工業的規模で実施する場合には、オーバーフローダウンドロー法等でガラス基板を成形し、ガラス基板の両表面が未研磨の状態でイオン交換処理することが望ましい。
本発明の強化ガラス基板は、携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡ等のカバーガラス、あるいはタッチパネルディスプレイ等のガラス基板として好適である。また、本発明の強化ガラス基板は、これらの用途以外にも、高い機械的強度が要求される用途、例えば窓ガラス、磁気ディスク用基板、フラットパネルディスプレイ用基板、太陽電池用カバーガラス、固体撮像素子用カバーガラス、食器への応用が期待できる。

Claims (15)

  1. 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であり、タッチパネルディスプレイに用いられることを特徴とする強化ガラス基板。
  2. 表面に圧縮応力層を有する強化ガラス基板であって、ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＭｇＯ ０〜３．９％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＺｎＯ ０〜５％、ＺｒＯ２ ０〜５．５％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有し、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であることを特徴とする請求項１の強化ガラス基板。
  3. 化学的に強化されてなることを特徴とする請求項１又は２の強化ガラス基板。
  4. 表面の圧縮応力が１００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが１μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３の何れかの強化ガラス基板。
  5. 未研磨の表面を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかの強化ガラス基板。
  6. 遷移金属元素の含有量が０．５質量％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの強化ガラス基板。
  7. 液相粘度が１０４．０ｄＰａ・ｓ以上のガラスからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの強化ガラス基板。
  8. 表面の圧縮応力が６００ＭＰａ以上、且つ圧縮応力層の厚みが１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの強化ガラス基板。
  9. Ａｓ ２ Ｏ ３ の含有量が０．１質量％未満であり、且つＳｂ ２ Ｏ ３ の含有量が０．１質量％未満であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの強化ガラス基板。
  10. 板厚が０．７ｍｍ以下であること特徴とする請求項１〜９のいずれかの強化ガラス基板。
  11. ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯの含有量が０．０１〜９質量％であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかの強化ガラス基板。
  12. ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５であり、タッチパネルディスプレイに用いられることを特徴とする強化用ガラス。
  13. ガラス組成として、質量％でＳｉＯ２ ４０〜７０％、Ａｌ２Ｏ３ １２〜２５％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜３％、Ｎａ２Ｏ ６〜１５％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ １３〜２０％、ＣａＯ ０〜０．８％、ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％含有すると共に、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＺｎＯからなる群のうち少なくとも１種以上の成分を含み、且つ質量分率で（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ）／（ＭｇＯ＋ＺｒＯ２＋ＺｎＯ＋Ａｌ２Ｏ３）の値が０．２５〜０．４５の範囲のガラス組成となるように調合したガラス原料を溶融し、板状に成形した後、イオン交換処理を行ってガラス表面に圧縮応力層を形成し、タッチパネルディスプレイに用いることを特徴とする強化ガラスの製造方法。
  14. フロート法にて板状に成形することを特徴とする請求項１３の強化ガラス基板の製造方法。
  15. オーバーフローダウンドロー法にて板状に成形することを特徴とする請求項１３の強化ガラス基板の製造方法。
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