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DOUBLE-SIDED CHEMICALLY STRENGTHENED GLASS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Patent code P150011891
File No. S2013-1037-N0
Posted date Apr 17, 2015
Application number P2013-165452
Publication number P2015-034108A
Patent number P6172667
Date of filing Aug 8, 2013
Date of publication of application Feb 19, 2015
Date of registration Jul 14, 2017
Inventor
  • (In Japanese)矢野 哲司
  • (In Japanese)小澤 圭右
  • (In Japanese)岸 哲生
  • (In Japanese)柴田 修一
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
Title DOUBLE-SIDED CHEMICALLY STRENGTHENED GLASS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a double-sided chemically strengthened glass having a high compressive stress and to provide, for realizing this goal, a manufacturing method of a double-sided chemically strengthened glass capable of significantly improving productivity through a low-temperature, high-speed treatment process by using an electric field impression ion exchange method.
SOLUTION: Two specified steps are used on an occasion for executing an electric field impression ion exchange by contacting a sodium- and/or lithium-containing glass between potassium-retaining solid electrolytes so as to substitute, with potassium ions having large ion radii, sodium ions or lithium ions of the sodium- and/or lithium-containing glass surfaces and then forming compressive stress layers on both glass surfaces so as to perform a double-sided chemical strengthening treatment.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)



スマートフォンやタッチパネル用の板ガラスには、表面圧縮応力層を導入した化学強化ガラスが用いられている。これらの強度の大きな板ガラスを製造するために、板材をガラス中のイオンが濃度勾配の駆動力で移動するのに十分な温度の溶融塩へ浸漬し、溶融塩中のアルカリイオンとガラス中のアルカリイオンの相互拡散を生じさせ、表面に必要な厚み(通常、少なくとも10μm以上)のイオン交換層を形成させている。この方法においては、高い溶融塩温度と同時に、長時間の浸漬時間が必要であることに加えて、イオン交換処理とともに溶融塩濃度が変動してしまうために管理が非常に難しいという難点がある。したがって、低温で、かつ迅速に所望の化学強化イオン交換層を形成させる技術が求められているものの、板ガラス両面に対して処理を行える手法は開発されていない。

たとえば、濃度勾配だけを駆動力としないで、イオン交換を高速化するためには、直流電圧を印加してイオン交換層を形成する電界印加イオン交換法が知られているが、片面だけにイオン交換層を形成させるに留まり、板材の両面にイオン交換層を低温で、高速に形成するものとなっていない(非特許文献1および2)。すなわち、ガラスの電界印加イオン交換法による化学強化は、低温で迅速に行なえるとともに、表面において濃度が高く、深さ方向に対して急峻に濃度が低下する、ステップ関数状のプロファイルを形成でき、大きな圧縮応力を付与できる技術として知られているが、直流電界を利用することから、一方向にのみイオン交換を実施するために、浸漬法と異なり、板材の両面に同等のイオン交換層を形成させることはできないとされていた。このような状況から、ガラスの化学強化は、浸漬法で実用化されているのが現状である。

Field of industrial application (In Japanese)



本発明は両面化学強化ガラスおよびその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
カリウムを保持させた固体電解質体の間に、ナトリウムおよび/またはリチウム含有ガラスを接触させて、電界印加イオン交換を行って、ナトリウムおよび/またはリチウム含有ガラス表面のナトリウムイオンおよび/またはリチウムイオンをイオン半径の大きいカリウムイオンで置換することにより、該ガラス表面に圧縮応力層を形成させて化学強化する際に、陽極側の固体電解質体表面に凹部形状を形成させ、該凹部形状に対応するガラス表面部分にカリウムイオン交換がされない領域を形成させることにより、カリウムイオンを導入した部分と導入されていない部分を有するパターン化イオン交換面を形成し(ステップ1);
ついで該ガラスのパターン化イオン交換面を陰極側とし、反対側の陽極側表面を電界印加イオン交換し、その全面にカリウムイオンを導入し、一方陰極側のパターン化イオン交換面からは、イオン導電性ナトリウムおよび/またはリチウムイオンが非イオン交換部分に移動して陰極側固体電解質体に排出され、非イオン交換部分のナトリウムおよび/またはリチウムイオン濃度が増加することにより圧縮応力が惹起される(ステップ2)、ことを特徴とする両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項2】
 
ナトリウムおよび/またはリチウム含有ガラスが、ソーダ石灰ガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、またはアルカリアルミノホウケイ酸ガラスから選ばれる請求項1に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項3】
 
固体電解質体が、多孔質体の細孔内にカリウム含有溶融塩を含浸・保持させた固体電解質体である請求項1または2に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項4】
 
固体電解質体が、カリウム含有有機無機ハイブリッド膜である請求項1または2に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項5】
 
カリウム含有溶融塩が、硝酸カリウム、硫酸カリウム、重硫酸カリウム、炭酸カリウム、または重炭酸カリウムから選ばれる請求項3に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項6】
 
凹部形状が、ガラス表面部分にカリウムイオン交換がされない領域として島状に配置される請求項1~5のいずれか1項に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項7】
 
イオン交換された層の厚さが、10~50μmである請求項1~6のいずれか1項に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。

【請求項8】
 
少なくとも表面が固体電解質で形成された、1対のローラーをステップ1およびステップ2の2段階で設け、1対のローラー間に板ガラスを連続して通過させることにより、ステップ1のローラーで片面にパターン化されたイオン交換層を形成し、ついでステップ2の電極の極性を反対とするローラーで均一なイオン交換層をもう1つの片面に形成させる請求項1~7のいずれか1項に記載の両面化学強化ガラスの製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013165452thum.jpg
State of application right Registered
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