JP2018519228A - 深い圧縮深さを有する強化ガラス - Google Patents

Abstract

物品の表面から、物品中の約１３０μｍ〜約１７５μｍの層深さＤＯＬまで、または約９０μｍ〜約１２０μｍの範囲内の圧縮深さ（ＤＯＣ）まで延在する少なくとも１つの深い圧縮層を有する化学強化ガラス物品。圧縮層は、比較的浅い深さからＤＯＬまたはＤＯＣまで延在する第１の実質的に線形の部分と、表面から浅い深さまで延在する第２の部分とを含む応力プロファイルを有する。第２の部分は、０μｍ〜５μｍの深さにおいて実質的に線形であり、プロファイルの第１の部分よりも急勾配の傾きを有する。このような応力プロファイルを実現する方法も記載される。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、米国特許法第１２０条の下で、２０１５年５月２８日に出願された米国特許出願第１４／７２３，８１５号の優先権の利益を主張するものであり、この文献の内容に本明細書が依拠し、この文献全体が参照により本明細書に援用される。

本開示は、化学強化ガラス物品に関する。特に、本開示は、深い圧縮表面層を有する化学強化ガラスに関する。

強化ガラスは、携帯電話、スマートフォン、タブレット、ビデオプレイヤー、情報端末（ＩＴ）装置、ラップトップコンピュータなどの携帯型または移動式の電子通信および娯楽用装置のカバープレートまたはウィンドウとしての電子デバイス中、ならびにその他の用途で広く使用されている。強化ガラスはより広く使用されるようになってきているので、特に引張応力が生じた場合、および／または、硬いおよび／または鋭い表面との接触が原因で比較的深い傷が生じた場合に、改善された残存性（ｓｕｒｖｉｖａｂｉｌｉｔｙ）を有する強化ガラス材料の開発がより重要になってきている。

ガラス物品の表面から、物品中の約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内の層深さ（ＤＯＬ）まで、または約９０μｍ〜約１２０μｍの範囲内の圧縮深さ（ＤＯＣ）まで延在する少なくとも１つの深い圧縮層を有する化学強化ガラス物品が提供される。ある実施形態では、圧縮応力プロファイルは、表面から層深さＤＯＬまたは圧縮深さＤＯＣまで延在する単一の線形セグメントを含むことができる。または、圧縮応力プロファイルは、表面から比較的浅い深さまで延在し、比較的急勾配の傾きを有する第１の部分と、浅い深さから圧縮深さまで延在する第２の部分との２つのほぼ線形の部分を含むことができる。本発明のガラスは、反転球（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｂａｌｌ）落下試験において８０ｃｍの高さから落下させた場合に５０％の残存率を有し、研磨時リング・オン・リング試験によって測定して少なくとも１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）、ある実施形態では少なくとも２７ｋｇｆ（約２６５Ｎ）の等二軸曲げ強度を有する。このような応力プロファイルを実現する方法も記載される。

本開示の一態様は、約７５μｍ〜約８５μｍの範囲内の厚さを有し、ガラス物品の表面から、約１３５μｍ〜約１７５μｍの範囲内である層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を有するガラス物品を提供することである。この圧縮領域は、少なくとも第１の深さＤ１から層深さＤＯＬまで延在する第１の部分ａを含む圧縮応力プロファイルを有し、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍである。第１の部分の範囲内の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１は、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ２≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、式中、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である。表面（すなわち、ゼロ深さ）まで外挿すると、圧縮応力ＣＳ１は約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となる。圧縮応力プロファイルは、ガラス物品の表面から第１の深さＤ１まで延在する第２の部分ｂも含む。第２の部分は、表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有する実質的に線形であり、ある実施形態では、−１０５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−５４ＭＰａ／μｍであり、別の実施形態では、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである。圧縮応力プロファイルは、表面において最大圧縮応力ＣＳ２を有し、ここでＣＳ２は約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内である。

別の一態様では、少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５および０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_２Ｏはアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計であるアルカリアルミノケイ酸塩ガラスが提供される。このガラスは、約０．７５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲内の厚さｔを有し、ガラスの表面から約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内である層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を有する。この圧縮領域は、圧縮応力ＣＳ１下にあり少なくとも第１の深さＤ１から層深さＤＯＬまで延在する第１の部分ａを含む圧縮応力プロファイルを有し、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍである。第１の部分の範囲内の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１は、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ１≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、式中、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である。この圧縮応力プロファイルは、深さｄにおいて線形となりうる。深さｄからガラス物品の表面（すなわち、ゼロ深さ）まで外挿すると、圧縮応力ＣＳ１は、ゼロ深さにおいて約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となる。圧縮応力プロファイルは、ガラス物品の表面から第１の深さＤ１まで延在する第２の部分ｂも含む。第２の部分は、ガラス物品の表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有する実質的に線形であり、ある実施形態では、−１０５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−５５ＭＰａ／μｍであり、別の実施形態では、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである。圧縮応力プロファイルは、表面において最大圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２は約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内である。

本開示のさらに別の一態様は、約７５μｍ〜約８５μｍの範囲内の厚さｔを有し、ガラス物品の表面から約９０μｍ〜約１２０μｍの範囲内の圧縮深さＤＯＣまで延在する圧縮領域を有するガラス物品を提供することである。この圧縮応力プロファイルは、圧縮応力ＣＳ１下の第１の部分ａを含み、第１の部分ａは、少なくとも第１の深さＤ１から圧縮深さＤＯＣまで延在し、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍである。第１の部分の範囲内の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１は、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ１≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、式中、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である。この圧縮応力プロファイルは、深さｄにおいて線形となりうる。深さｄからガラス物品の表面（すなわち、ゼロ深さ）まで外挿すると、圧縮応力ＣＳ１は、ゼロ深さにおいて約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となる。圧縮応力プロファイルは、ガラス物品の表面から第１の深さＤ１まで延在する第２の部分ｂも含む。第２の部分は、ガラス物品の表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有する実質的に線形であり、ある実施形態では−１０５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−５４ＭＰａ／μｍであり、別の実施形態では、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである。圧縮応力プロファイルは、ガラス物品の表面において最大圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２は約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内である。

さらに別の一態様では、約０．７５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲内の厚さｔを有し、ガラス物品の表面から１３０μｍ〜１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を有するガラス物品が提供される。このガラス物品は、少なくとも第１の深さＤ１から延在する第１の部分を含む圧縮応力プロファイルを有し、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍである。第１の部分は、Ｄ１から層深さＤＯＬまでの範囲内の深さｄにおいて線形であり、傾きｍ_２を有し、−１．５４ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−１．４９ＭＰａ／μｍである。深さｄから表面（すなわち、ゼロ深さ）まで外挿された場合、圧縮応力ＣＳ１は約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となる。圧縮応力プロファイルは、ガラス物品の表面から第１の深さＤ１まで延在する第２の部分ｂも含む。第２の部分は、ガラス物品の表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有する実質的に線形であり、ある実施形態では−１０５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−５４ＭＰａ／μｍであり、別の実施形態では−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである。圧縮応力プロファイルは、表面において最大圧縮応力ＣＳ２を有し、ＣＳ２は約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内である。

これらおよびその他の態様、利点、および顕著な特徴は、以下の詳細な説明、添付の図面、および添付の請求項から明らかとなるであろう。

化学強化ガラス物品の概略断面図である。 ２段階イオン交換プロセスによって得られた圧縮応力プロファイルの概略図である。 逆ウェンツェル−クラマース−ブリルアン（ｉｎｖｅｒｓｅ Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ）（ＩＷＫＢ）法を用いてＴＭ偏光およびＴＥ偏光のバウンド光学モードのスペクトルから求めた圧縮応力プロファイルのプロットである。 本開示に記載のサンドペーパー上反転球（ｉｎｖｅｒｔｅｄ ｂａｌｌ ｏｎ ｓａｎｄｐａｐｅｒ）（ＩＢｏＳ）試験を行うために使用される装置の一実施形態の概略断面図である。 移動式または手持ち式の電子デバイス中に使用される強化ガラス物品に典型的に生じる損傷の発生および曲げによる破壊の主要機構の概略断面図である。 本明細書に記載の装置中でＩＢｏＳ試験を行う方法のフローチャートである。 種々のガラスの反転球落下試験の結果のプロットである。 リング・オン・リング装置の概略断面図である。 ２つの強化アルカリアルミノケイ酸塩ガラスのサンプル厚さの関数としての研磨時リング・オン・リングデータのプロットである。

以下の説明において、図面に示されるいくつかの図にわたる類似の参照文字は、類似または対応する部分を示している。他に特に規定がなければ、「上部」、「底部」、「外側」、「内側」などの用語は、便宜上使用される語句であり、限定する用語として解釈すべきではないことも理解されたい。さらに、ある群が、要素およびそれらの組合せの群の少なくとも１つを含むとして記載される場合は常に、その群は、個別に、または互いの組合せのいずれかで、任意の数の列挙されるそれらの要素を含むことができ、それらの要素から本質的になることができ、またはそれらの要素からなることができることを理解されたい。同様に、ある群が、要素またはそれらの組合せの群の少なくとも１つからなると記載される場合は常に、その群は、個別に、または互いの組合せのいずれかで、任意の数の列挙されるそれらの要素からなることができることを理解されたい。他に特に規定がなければ、値の範囲が記載される場合、その値の範囲は、その範囲の上限および下限の両方ならびにそれらの間のあらゆる範囲を含む。本明細書において使用される場合、名詞は、他に特に規定がなければ「少なくとも１つ」または「１つ以上」の対象を指す。本明細書および図面に開示される種々の特徴は、ありとあらゆる組合せで使用できることも理解されたい。

本明細書において使用される場合、用語「ガラス物品」および「複数のガラス物品」は、全体的または部分的にガラスでできたあらゆる物体を含むために最も広い意味で使用される。他に特に規定がなければ、すべてのガラス組成物はモルパーセント（モル％）で表され、すべてのイオン交換浴組成物は重量パーセント（重量％）で表される。

用語「実質的に」および「約」は、任意の定量的比較、値、測定、またはその他の表現に起因しうる固有の不確実性の程度を表すために本明細書において使用できることに留意されたい。これらの用語は、問題となる主題の基本的機能を変化させることなく、ある定量的表現を記載の基準から変化させることができる程度を表すためにも本明細書において使用される。したがって、たとえば「Ｌｉ_２Ｏを実質的に含まない」ガラスは、Ｌｉ_２Ｏがガラス中に積極的には加えられず、ガラスへのバッチにまとめられないが、汚染物質としての非常に少量、すなわち０．１モル％未満で存在しうるガラスである。「Ｌｉ_２Ｏを含まない」は、ガラスが０モル％のＬｉ_２Ｏを含有することを意味する。

全体的に図面を参照し、特に図１を参照すると、これらの図は特定の実施形態を説明することを目的としており、本開示およびそれに添付の請求項の限定を意図したものではないことを理解されたい。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、明確および簡潔にするため、図面の特定の特徴および特定の図は縮尺を誇張して示されたり概略的に示されたりすることがある。

本明細書において使用される場合、用語「層深さ」および「ＤＯＬ」は、ＦＳＭ−６０００応力計などの市販の計器を用いた表面応力計（ＦＳＭ）測定によって求められる圧縮層の深さを意味する。

本明細書において使用される場合、用語「圧縮深さ」および「ＤＯＣ」は、ガラス中の応力が圧縮応力から引張応力に変化する深さを意味する。ＤＯＣにおいて、応力は、正の（圧縮）応力から負の（引張）応力に変化し、したがってゼロの値を有する。圧縮深さＤＯＣは、逆ウェンツェル−クラマース−ブリルアン（ＩＷＫＢ）法を用いてＴＭ偏光およびＴＥ偏光のバウンド光学モードのスペクトルから求められる。

本明細書に記載される場合、他に特に規定がなければ、圧縮応力（ＣＳ）および中央張力（ＣＴ）はメガパスカル（ＭＰａ）で表され、層深さ（ＤＯＬ）および圧縮深さ（ＤＯＣ）はマイクロメートル（μｍ）で表され、ここで１μｍ＝０．００１ｍｍであり、厚さｔは本明細書ではミリメートルで表され、ここで１ｍｍ＝１０００μｍである。

本明細書において使用される場合、用語「破損」は、他に特に規定がなければ、基材を物体の上に落下させたとき、または物体と衝突させたときに、基材の厚さ全体にわたって、および／または表面全体にわたって亀裂が進行することを意味する。

当技術分野において通常使用される科学的慣例によると、圧縮は負（＜０）の応力として表され、張力は正（＞０）の応力として表される。しかし、本明細書全体にわたって、本明細書に記載の圧縮応力プロファイルをより十分に視覚化するために、圧縮応力ＣＳは正の値または絶対値として表され、すなわち、本明細書に記載の場合ＣＳ＝｜ＣＳ｜であり、中央張力または引張応力は負の値で表される。

本明細書において使用される場合、「傾き（ｍ）」は、直線に近似される応力プロファイルのセグメントまたは部分の傾きを意味する。主要な傾きは、直線セグメントに十分近似される領域の平均の傾きとして定義される。これらは、応力プロファイルの二次導関数の絶対値が、一次導関数の絶対値と領域の深さのほぼ半分との比よりも小さい領域である。強化ガラス物品の表面付近の応力プロファイルの急勾配の浅いセグメントの場合、たとえば、実質的に直線のセグメントは、応力プロファイルの二次導関数の絶対値が、応力プロファイルの局所的な傾きの絶対値を、応力の絶対値が２倍だけ変化する深さで割った値よりも小さくなるそれぞれの点の部分である。同様に、ガラス中のより深いプロファイルのセグメントの場合、セグメントの直線部分は、応力プロファイルの局所二次導関数が、応力プロファイルの局所的な傾きの絶対値をＤＯＣの半分で割った値よりも小さい絶対値を有する領域である。

典型的な応力プロファイルの場合、この二次導関数の制限は、傾きが深さとともに比較的ゆっくりと変化し、したがって十分妥当に画定されることを保証しており、落下性能に有利であると見なされる応力プロファイルに重要な傾きの領域を画定するために使用することができる。

応力プロファイルを、関数

によって示される深さｘの関数とし、
深さに関する応力プロファイルの一次導関数を

とし、二次導関数を

とする。

浅いセグメントがほぼ深さｄ_ｓまで延在する場合、主要な傾きを画定する目的で、プロファイルの直線部分は

となる領域である。

深いセグメントが、ほぼより深い深さＤＯＣ、またはより深い深さｄ_ｄ、または従来の用語の深さＤＯＬまで延在する場合、プロファイルの直線部分は

領域である。

直前の式は、化学強化のためのガラス中の交換されるイオン以外に１種類のアルカリイオンのみを含有する塩における１つのイオン交換によって得られる１セグメント応力プロファイルの場合にも有効である。

好ましくは、直線セグメントは、

となる領域として選択され、上式中、ｄは、浅いまたは深い領域の該当する深さを意味する。

セグメントの傾きｍは、傾きｄδ／ｄｘの絶対値として与えられ、すなわち、本明細書に記載される場合のｍは、｜ｄδ／ｄｘ｜に等しい。特に、傾きｍは、圧縮応力が一般に、増加する深さの関数として減少するプロファイルの傾きの絶対値を表している。

規定の圧縮応力プロファイルを得るため、したがって規定の高さから硬い研磨面上に落下させた場合の残存性を実現するために、イオン交換によって化学強化されるガラス物品が本明細書に記載される。

圧縮応力ＣＳおよび層深さＤＯＬは、化学強化の品質管理を可能にするために使用されてきた応力プロファイルパラメータである。圧縮応力ＣＳによって表面圧縮が評価され、これは、特にガラスに深い機械的な傷がない場合に、ガラス物品の破壊を引き起こすために加える必要がある応力量と十分な相関がある重要なパラメータである。層深さＤＯＬは、より大きな（強化用）陽イオン（たとえば、Ｎａ^＋をＫ^＋と交換する間のＫ^＋）の浸透深さのおおよその尺度として使用されており、より大きなＤＯＬ値は、圧縮層のより大きい深さと十分に相関しており、より深い傷を阻止することでガラスが保護され、外部から加えられた比較的小さい応力の条件下での傷による破壊の発生が防止される。

ガラス物品の小さい曲げから中程度の曲げでさえも、その曲げモーメントによって、表面からの深さに対して全体的に線形であり、曲げの外側での最大引張応力と、曲げの内側での最大圧縮応力と、通常は内部にあるいわゆる中立面におけるゼロ応力とを有する応力分布が生じる。強化ガラス部品の場合、この曲げにより生じる傾き一定の応力分布が、強化応力プロファイルに加えられて、外部（曲げ）応力の存在下での正味の応力プロファイルが得られる。

曲げにより生じる応力の存在下でのガラス物品中の正味の応力プロファイルは、そのような曲げがない場合の応力プロファイルとは異なる圧縮深さＤＯＣを有する。特に、圧縮深さＤＯＣは、曲げの最中のガラス物品の外側で減少する。強化応力プロファイルが、ＤＯＣの近傍およびそれより小さい深さにおいて比較的小さい応力の傾きを有する場合、ＤＯＣは曲げの存在下で実質的に減少しうる。正味の応力プロファイルでは、中程度の深さの傷の先端は張力にさらされることがあり、一方、曲げのない場合の応力プロファイルの圧縮領域では同じ傷の先端は通常は阻止される。したがって、これらの中程度の深さの傷は、曲げの最中に成長して破壊を引き起こすことがある。

曲げ応力は、落下試験中にも重要となる。機械的振動中、ガラス物品全体に波が伝播すると、局所的に時間的に変化する応力の領域が生じる。落下高さを増加させると、ガラス物品は、衝突面との接触中、および接触後に生じる振動中に、時間的に変化する応力が大きくなる。したがって、これらの時間的に変化する応力がなければ強化の存在下では通常は無害である比較的浅い傷の先端で生じる過度の接触後引張応力のためにある程度の破損破壊が生じうる。

本開示には、落下試験および／または曲げ試験中にガラス物品の性能の間で良好なトレードオフが得られるある範囲の傾きが記載される。好ましい範囲は、ある場合には、製造中の品質管理のためにこれらのプロファイルと関連するスペクトルを収集し解釈するための応力測定装置（たとえばＦＳＭ−６０００応力計など）の能力および限界によって部分的に画定または制限されうる。層深さＤＯＬだけでなく、（応力プロファイルに関連する屈折率プロファイルの傾きによる）応力プロファイルの傾きも、結合スペクトル中の特定の線の分解能力に影響を与え、したがって製品品質の効率的な管理に影響を与える。

ガラスを化学的に強化するためにイオン交換が一般に使用される。特定の一例では、陽イオンの供給源（たとえば、溶融塩、または「イオン交換」浴）中のそのようなアルカリ陽イオンが、ガラス中のより小さなアルカリ陽イオンと交換されることで、ガラスの表面付近で圧縮応力（ＣＳ）下にある層が形成される。たとえば、陽イオン源からのカリウムイオンが、ガラス中のナトリウムイオンと交換されることが多い。圧縮層は、表面からガラス中のある深さまで延在する。

イオン交換された平面状ガラス物品の断面概略図を図１に示す。ガラス物品１００は、厚さｔ、第１の表面１１０、および第２の表面１１２を有する。ある実施形態では、ガラス物品１００は、約０．７５ｍｍから約０．８５ｍｍ（すなわち０．８５ｍｍ以下）の範囲の厚さｔを有する。図１に示される実施形態では平坦な平面状のシートまたは板としてガラス物品１００が描かれているが、ガラス物品１００は三次元形状または他の非平面上構成などの他の構成を有することができる。ガラス物品１００は、第１の表面１１０から、ガラス物品１００本体の中の圧縮深さＤＯＣ（または層深さＤＯＬ）ｄ_１まで延在する第１の圧縮領域１２０を有する。図１に示される実施形態では、ガラス物品１００は、第２の表面１１２から第２の圧縮深さＤＯＣ（または層深さＤＯＬ）ｄ_２まで延在する第２の圧縮領域１２２も有する。ガラス物品１００は、ｄ_１からｄ_２まで延在する中央領域１３０も有する。中央領域１３０は引張応力下にあり、中央領域１３０の中心で中央張力または中心張力（ＣＴ）と呼ばれる最大値を有する。領域１３０の引張応力は、領域１２０および１２２の圧縮応力と釣り合う、またはこれらの圧縮応力を打ち消す。第１および第２の圧縮領域１２０、１２２の深さｄ_１、ｄ_２によって、ガラス物品１００の第１および第２の表面１１０、１１２への激しい衝突によって生じる傷の伝播からガラス物品が保護され、同時に、圧縮応力によって、傷が第１および第２の圧縮領域１２０、１２２の深さｄ_１、ｄ_２を通って成長し進入する可能性が最小限となる。

本明細書に記載の強化ガラス物品は、約７００メガパスカル（ＭＰａ）〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２をガラス表面に有する。最大圧縮応力ＣＳ_１は、ガラス物品のイオン交換された表面（図１中の１１０、１１２）に位置する。それぞれの圧縮領域（１２０、１２２）は、ガラス物品のイオン交換された表面１１０、１１２から圧縮深さＤＯＣまで延在し、ここで９０μｍ≦ＤＯＣ≦１２０μｍである。あるいは、それぞれの圧縮領域（１２０、１２２）は、ガラス物品の表面から、約１３０μｍ〜約１７５μｍ、ある実施形態では約１３０μｍ〜約１５５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在する。

本明細書に記載のガラスは、強化ガラス物品の表面下の深さの関数として変化する圧縮応力プロファイルを有し、それによって圧縮領域で圧縮応力プロファイルが得られる。以下の議論ではガラス物品の１つの表面から延在する圧縮応力プロファイルが記載されるが、他に特に規定がなければ、他の同等の（たとえば、平行な）複数の表面が、１つの表面の場合で記載される応力プロファイルと類似または同一の圧縮応力プロファイルを有することを理解されたい。たとえば、イオン交換された物品１００（図１）の平行な表面１１０、１１２は、同一の圧縮応力プロファイルを有する。

圧縮応力プロファイルは、２つの実質的に線形の関数を含み、図２ａに概略的に示されている。圧縮応力プロファイル２００は、深さＤ１から層深さＤＯＬまで、またはある実施形態では圧縮深さＤＯＣまで延在する第１の部分ａを含む。部分ａにおける圧縮応力プロファイル２００は、それぞれ上部および下部の境界２１１および２２１によって限定されている。層深さＤＯＬは約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内、ある実施形態では約１３０μｍ〜約１５５μｍであるのに対し、圧縮深さＤＯＣは約９０μｍ〜約１２０μｍの範囲内である。圧縮応力プロファイル２００の第１の部分ａは実質的に線形でもあり、Ｄ１以上であり層深さＤＯＬ以下、または圧縮深さＤＯＣ以下である深さｄ（すなわち、Ｄ１≦ｄ≦ＤＯＬ、またはＤ１≦ｄ≦ＤＯＣ）からの傾きｍ_１を有し、ここでＤ１、ｄ、ＤＯＬ、およびＤＯＣはマイクロメートルの単位で与えられる。深さｄから表面（すなわち、ゼロ深さ）まで外挿すると、ゼロ深さでの圧縮応力ＣＳ１は約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内である。線形応力プロファイルが層深さＤＯＬに関して提供されると、この範囲内の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１は式

から誘導することができる。

式（７）に基づくと、Ｄ１における圧縮応力ＣＳ１は約１８５ＭＰａ〜約２４０ＭＰａの範囲内である。圧縮深さＤＯＣに関して、Ｄ１〜ＤＯＣの範囲内の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１は

で表される。

式（８）に基づくと、Ｄ１における第１の部分ａの圧縮応力ＣＳ１は、約１７１ＭＰａ〜約２３８ＭＰａの範囲内、またはある実施形態では約１８３ＭＰａ〜約２３１ＭＰａの範囲内、またはさらに別の実施形態では約１７８ＭＰａ〜約２２２ＭＰａの範囲内である。別の実施形態では、Ｄ１〜ＤＯＣの範囲内の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１は

で表される。

式（９）に基づくと、Ｄ１における第１の部分ａの圧縮応力ＣＳ１は、約１７１ＭＰａ〜約２３８ＭＰａの範囲内、またはある実施形態では約２３８〜約１７８ＭＰａの範囲内、またはさらに別の実施形態では約２３２〜１７１ＭＰａの範囲内である。

圧縮応力プロファイル２００は、ガラスのイオン交換された表面（表面；ｄ＝０μｍ）から、ガラスの表面下の深さＤ１まで延在する第２の部分ｂをも含む。ある実施形態では、Ｄ１は約１０μｍ〜約１３μｍの範囲内（すなわち、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍ）である。深さＤ１の実際の位置は、少なくとも部分的には、それが層深さＤＯＬまたは圧縮深さＤＯＣのいずれに関して求められるかによって決まる。圧縮応力プロファイル２００の第２の部分は、表面から深さ約５μｍまで実質的に線形であり、このセグメントにおいて傾きｍ_２を有する。部分ｂにおける圧縮応力プロファイル２００は、それぞれ上部および下部の境界２１０、２２０によって限定されている。圧縮応力プロファイル２００が層深さＤＯＬに関して表される場合、傾きｍ_２は、約−５５ＭＰａ／μｍ〜約−１０５ＭＰａ／μｍの範囲内（すなわち、−５５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−１０５ＭＰａ／μｍ）、ある実施形態では約−７４．００ＭＰａ／μｍ〜約−７０．００ＭＰａ／μｍの範囲内（すなわち、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍ）である。圧縮応力プロファイルが圧縮深さＤＯＣに関して表される場合、傾きｍ_２は、約−５５ＭＰａ／μｍ〜約−１０５ＭＰａ／μｍの範囲内（すなわち、−５５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−１０５ＭＰａ／μｍ）である。

本開示が、２つの別個の部分のみからなる圧縮応力プロファイルに限定されるものではないことを当業者は理解されよう。その代わりに、圧縮応力プロファイルは、さらなるセグメントを含むことができる。ある実施形態では、圧縮応力プロファイルの複数の異なる線形部分またはセグメントが、プロファイルの傾きが第１の傾きから第２の傾き（たとえば、ｍ_２からｍ_１）に移行する移行領域（図示せず）によって連結されてよい。

図２ａに示されるように、圧縮応力プロファイルの第２の部分ｂの傾きは、第１の部分ａの傾きよりもはるかに急勾配であり、すなわち｜ｍ_２｜＞＞｜ｍ_１｜である。これは、衝撃によって形成されるある程度の傷の形成または成長に耐えるために十分な圧縮応力を表面に発生させるために連続して行われた複数のイオン交換プロセスによって、ガラス物品の表面に「スパイク」を有する圧縮応力プロファイルが形成される場合の条件に相当する。

圧縮応力ＣＳおよび圧縮層深さ（「層深さ」またはＤＯＬと呼ばれる）は、当技術分野において周知の手段を用いて測定される。そのような手段としては、株式会社ルケオ（東京、日本）製造のＦＳＭ−６０００応力計などの市販の計器を用いた表面応力（ＦＳＭ）測定が挙げられるが、これに限定されるものではない。圧縮応力ＣＳおよび層深さＤＯＬの測定方法は、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌｌｙ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ」と題されるＡＳＴＭ １４２２Ｃ−９９、およびＡＳＴＭ １２７９．１９７７９「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｐｈｏｔｏｅｌａｓｔｉｃ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｄｇｅ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ ｉｎ Ａｎｎｅａｌｅｄ，Ｈｅａｔ−Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ，ａｎｄ Ｆｕｌｌｙ−Ｔｅｍｐｅｒｅｄ Ｆｌａｔ Ｇｌａｓｓ」（これらの内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される）に記載される。表面応力測定は、ガラスの複屈折に関連する応力光学係数（ＳＯＣ）の正確な測定に依拠している。次にこの応力光学係数は、どちらも「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｌａｓｓ Ｓｔｒｅｓｓ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ」と題されるＡＳＴＭ規格Ｃ７７０−９８（２００８）に記載される繊維法および四点曲げ法（これらの内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される）ならびにバルクシリンダー法などの当技術分野において周知の方法によって測定される。

ＣＳと中央張力ＣＴとの間の関係は、ある実施形態では、

によって近似的に表すことができ、式中、ｔはマイクロメートル（μｍ）の単位で表されるガラス物品の厚さである。本開示の種々の項において、中央張力ＣＴおよび圧縮応力ＣＳは本明細書ではメガパスカル（ＭＰａ）の単位で表され、厚さｔはマイクロメートル（μｍ）またはミリメートル（ｍｍ）のいずれかの単位で表され、層深さＤＯＬは、ｔの表記と一致するマイクロメートル（μｍ）またはミリメートル（ｍｍ）の単位で表される。

圧縮応力層がガラス中のより深い深さまで延在する強化ガラス物品の場合、ＦＳＭ技術では、観察されるＤＯＬ値に影響を与えるコントラストの問題が生じうる。より深いＤＯＬ値では、ＴＥおよびＴＭのスペクトルの間でコントラストが不十分となる場合があり、それによってＴＥおよびＴＭの間のスペクトルの差の計算、したがってＤＯＬの決定がより困難となりうる。さらに、ＦＳＭソフトウェア解析では、圧縮応力プロファイル（すなわち、ガラス中の深さの関数としての圧縮応力の変化）を求めることができない。さらに、ＦＳＭ技術では、たとえばナトリウムとリチウムのイオン交換などの特定の元素のイオン交換によって得られる層深さを求めることができない。

ＦＳＭによって求められるＤＯＬは、ＤＯＬが厚さｔの小さな分率ｒである場合に圧縮深さ（ＤＯＣ）の比較的良好な近似となり、屈折率プロファイルは単純な線形切断プロファイルで十分妥当に近似される深さ分布を有する。ＤＯＬが厚さの実質的な分率となる場合、たとえばＤＯＬ≧０．１・ｔとなる場合、ＤＯＣはＤＯＬよりも顕著に小さくなることが多い。たとえば、線形切断プロファイルの理想的な場合では、ＤＯＣ＝ＤＯＬ（１−ｒ）の関係が維持され、ここでｒ＝ＤＯＬ／ｔである。

ほとんどのＴＭおよびＴＥの屈折率プロファイルは、屈折率プロファイルの底部付近で湾曲部分を有し、ＤＯＣとＤＯＬとの間の関係は幾分さらに複雑となる場合があるが、一般にＤＯＣ／ＤＯＬの比はｒの増加とともに減少する。あるプロファイル形状の場合、特にｒ＜０．０２の場合では、さらにＤＯＣ≧ＤＯＬとなりうる。

イオン交換によって導入されたより大きな（強化用）陽イオン（たとえば、Ｋ^＋）の濃度プロファイルが、実質的により高い濃度を有する表面に最も近いセグメントと、より大きい深さにわたって広がり実質的により低い濃度を有するセグメントとの２つのセグメントを有する場合、ＦＳＭによって求められるＤＯＬは、より大きなイオンの化学的浸透の全体的な深さよりもはるかに小さくなる。これは、ＤＯＬが化学的浸透の良好な近似となる単純な１セグメント拡散プロファイルの場合とは対照的である。２セグメントプロファイルでは、プロファイルの深さおよび応力のパラメータ、および厚さに依存して、ＤＯＣはＤＯＬよりも大きい場合も小さい場合もある。

小さい外部応力が強化ガラスに加えられる場合、破損を発生させる傷は、ＤＯＬよりもＤＯＣとより良い相関を示す深さを有する。化学強化の高価値のパラメータとしてＤＯＬが使用されている理由は、単純な１セグメント応力プロファイルの場合、ＤＯＬがＤＯＣと良い相関を有するからである。さらに、多くの場合ＤＯＬは一般に０．１・ｔ未満であり、大部分が０．０５・ｔ未満であるので、ＤＯＣおよびＤＯＬは類似していた。したがって、従来の化学強化ガラスでは、ＤＯＬは、強化を制限する傷の深さと良い相関を有していた。

より薄いカバーガラス（たとえば、ｔ＜０．５ｍｍを有する）の使用が増加し、落下性能を改善しながら、リング・オン・リング（ＲＯＲ）、研磨時リング・オン・リング（ＡＲＯＲ）、および四点曲げ（４ＰＢ）などの高応力試験下での高強度の維持を目的としたより深くより複雑な応力プロファイルの導入によって、層深さＤＯＬは圧縮深さＤＯＣから大きくずれている。少ない外部応力の条件下での破損を誘導する傷は、ＤＯＬよりも小さい深さで起こることが多いが、ＤＯＣと一致する。

後述の技術は、強化ガラス物品の圧縮深さ（ＤＯＣ）および圧縮応力プロファイルをより正確に決定するために開発された。

強化ガラスまたは化学強化ガラスの詳細で正確な応力プロファイル（深さの関数としての応力）を抽出するための２つの方法が、「Ｓｙｓｔｅｍｓ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ Ｉｏｎ−Ｅｘｃｈａｎｇｅｄ Ｇｌａｓｓ」と題されＲｏｓｔｉｓｌａｖ Ｖ．Ｒｏｕｓｓｅｖらによって２０１２年５月３日に出願され、同じ発明の名称を有し２０１１年５月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／４８９，８００号明細書に対する優先権を主張する、米国特許出願第１３／４６３，３２２号明細書（以下「Ｒｏｕｓｓｅｖ Ｉ」と記載する）に開示されている。ＴＭ偏光およびＴＥ偏光のバウンド光学モードのスペクトルは、プリズム結合技術によって収集され、詳細で正確なＴＭおよびＴＥの屈折率プロファイルｎ_ＴＭ（ｚ）およびｎ_ＴＥ（ｚ）を得るためにそれらの全体に使用される。一実施形態では、詳細な屈折率プロファイルは、逆ウェンツェル−クラマース−ブリルアン（ＩＷＫＢ）法を使用することによってモードスペクトルから得られる。上記特許出願の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

別の一実施形態では、詳細な屈折率プロファイルは、測定モードスペクトルを、屈折率プロファイルの形状を記述するあらかじめ画定された関数形式の数値計算スペクトルにフィットさせ、そのベストフィットから関数形式のパラメータを求めることによって得られる。詳細な応力プロファイルＳ（ｚ）は、応力光学係数（ＳＯＣ）の既知の値を用いて、回収したＴＭおよびＴＥの屈折率プロファイルの差から計算される：

ＳＯＣの値が小さいため、任意の深さｚにおける複屈折ｎ_ＴＭ（ｚ）−ｎ_ＴＥ（ｚ）は、インデックスｎ_ＴＭ（ｚ）およびｎ_ＴＥ（ｚ）のいずれかの（典型的には１％程度）比較的小さな分率となる。測定モードスペクトル中のノイズによる顕著なひずみのない応力プロファイルの取得には、０．００００１ＲＩＵ（屈折率単位）のオーダーの精度のモード実効インデックスの測定が必要となる。Ｒｏｕｓｓｅｖ Ｉに開示される方法は、収集したＴＥおよびＴＭモードスペクトル、またはモードスペクトルの画像におけるノイズおよび／または不十分なコントラストにもかかわらず、測定モードインデックスをこのような高精度で保証するために、生データに使用される技術をさらに含んでいる。このような技術としては、サブピクセル分解能を有するモードに対応する極値の位置を見つけるためのノイズ平均化、フィルタリング、およびカーブフィッティングが挙げられる。

同様に、「Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ ｉｎ Ｇｌａｓｓ ａｎｄ Ｇｌａｓｓ−Ｃｅｒａｍｉｃｓ」と題されＲｏｓｔｉｓｌａｖ Ｖ．Ｒｏｕｓｓｅｖらによって２０１３年９月２３日に出願され、同じ発明の名称を有し２０１２年９月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／７０６，８９１号明細書に対する優先権を主張する、米国特許出願第１４／０３３，９５４号明細書（以下「Ｒｏｕｓｓｅｖ ＩＩ」）には、不透明なガラスおよびガラスセラミックを含むガラスおよびガラスセラミックの表面上の複屈折を光学的に測定する装置および方法が開示されている。複数のモードの別個のスペクトルが区別されるＲｏｕｓｓｅｖ Ｉとは異なり、Ｒｏｕｓｓｅｖ ＩＩに開示される方法は、測定のプリズム結合構成においてリズム−サンプル界面によって反射されるＴＭ光およびＴＥ光の角度強度分布の分析に依拠している。上記特許出願の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

別の方法の１つでは、前述の信号処理技術の一部の組合せを使用した後で、ＴＭおよびＴＥの信号の導関数が求められる。ＴＭおよびＴＥの信号の最大導関数の位置が、サブピクセル分解能を用いて求められ、表面複屈折は、装置パラメータによって前述のように求められる係数を有する前述の２つの極大の間隔に比例する。

正確な強度抽出の要求と関連して、照明の角度均一性を改善するためにプリズム入射表面の近くまたは表面上の光散乱面（静的拡散体）、光源がコヒーレントまたは部分的にコヒーレントである場合にスペックルを減少させるための移動拡散体、ならびに強度信号をひずませる傾向にある寄生背景を減少させるためのプリズムの入力および出力ファセットの一部の上およびプリズムのサイドファセットの上の光吸収性コーティングの使用などのいくつかの向上を装置が含む。さらに、装置は、材料の測定を可能にする赤外光源を含むことができる。

さらに、Ｒｏｕｓｓｅｖ ＩＩには、記載の方法および装置の向上によって測定が可能となる場合の研究サンプルの波長および減衰係数の範囲が開示されている。この範囲はα_ｓλ＜２５０πσ_ｓによって画定され、式中、α_ｓは測定波長λにおける光減衰係数であり、σ_ｓは実際の用途に必要な典型的な精度で測定されるべき応力の予測値である。この広い範囲によって、大きな光減衰のために従来の既存の測定方法が使用できなくなる波長において実際的に重要な測定を行うことができる。たとえば、Ｒｏｕｓｓｅｖ ＩＩには、減衰が約３０ｄＢ／ｍｍを超える１５５０ｎｍの波長における白色不透明ガラスセラミックの応力誘導複屈折の上首尾の測定が開示されている。

より深いＤＯＬ値においてＦＳＭ技術に関してある問題が存在すると前述したが、ＦＳＭは、より深いＤＯＬ値において最大±２０％の誤差範囲が可能であるとの理解の下で利用できる依然として有益な従来技術である。本明細書において使用される場合の用語「層深さ」および「ＤＯＬ」は、ＦＳＭ技術を用いて計算されたＤＯＬ値を意味し、一方、用語「圧縮深さ」および「ＤＯＣ」は、ＩＷＫＢ分析、ならびにＲｏｕｓｓｅｖ ＩおよびＩＩに記載の方法によって求められた圧縮層の深さを意味する。

前述したように、本発明のガラス物品はイオン交換によって化学強化することができる。この方法では、ガラス表面またはその付近のイオンが、通常は同じ価数または酸化状態を有するより大きなイオンで置換されるか、または交換される。ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含むか、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスから本質的になるか、またはアルカリアルミノケイ酸塩ガラスからなる実施形態では、ガラスの表面層中のイオンおよびより大きなイオンは、Ｎａ^＋（Ｌｉ^＋がガラス中に存在する場合）、Ｋ^＋、Ｒｂ^＋、およびＣｓ^＋などの一価のアルカリ金属陽イオンである。あるいは、表面層中の一価の陽イオンは、Ａｇ^＋などのアルカリ金属陽イオン以外の一価の陽イオンで置換されてよい。

イオン交換プロセスは、典型的には、ガラス中のより小さなイオンと交換されるより大きなイオンを含有する溶融塩浴中にガラス物品を浸漬することによって行われる。限定するものではないが、浴の組成および温度、浸漬時間、１つの塩浴（または複数の浴）中にガラスを浸漬する回数、複数の塩浴の使用、ならびにアニーリング、洗浄などの追加のステップなどのイオン交換プロセスのパラメータが、ガラスの組成、ならびに強化作業によって得られる所望の層深さおよび圧縮応力によって決定されることは、当業者には理解されよう。例として、アルカリ金属含有ガラスのイオン交換は、限定するものではないがより大きなアルカリ金属イオン硝酸塩、硫酸塩、および塩化物などの塩を含有する少なくとも１つの溶融浴中に浸漬することによって行うことができる。溶融塩浴の温度は典型的には約３８０℃〜約４７０℃の範囲内であり、一方、浸漬時間は約１５分〜約４０時間の範囲である。しかし、上記のものとは異なる温度および浸漬時間を使用することもできる。

さらに、ガラスが複数のイオン交換浴に浸漬され、浸漬の間に洗浄および／またはアニーリングステップを有するイオン交換プロセスの非限定的な例は、２０１３年１０月２２日に発行され、「Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｕｍｅｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」と題され、２００８年７月１１日に出願された米国仮特許出願第６１／０７９，９９５号明細書の優先権を主張し、異なる濃度の複数の塩浴中の複数の連続するイオン交換処理によってガラスが強化される、Ｄｏｕｇｌａｓ Ｃ．Ａｌｌａｎらによる米国特許第８，５６１，４２９号明細書；および２０１２年１１月２０日に発行され、「Ｄｕａｌ Ｓｔａｇｅ Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ｏｆ Ｇｌａｓｓ」と題され、２００８年７月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／０８４，３９８号明細書の優先権を主張し、流出液イオンで希釈された第１の浴中、続いて第１の浴よりも流出液イオンの濃度が低い第２の浴中への浸漬によってイオン交換されることでガラスが強化される、Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｍ．Ｌｅｅらによる米国特許第８，３１２，７３９号明細書に記載されている。米国特許第８，５６１，４２９号明細書および米国特許第８，３１２，７３９号明細書の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

ガラス物品の化学強化によって、たとえば、外側領域が複数の第２の金属イオンを含むように、ガラス物品の外側領域中の複数の第１の金属イオンが複数の第２の金属イオンと交換される本明細書に前述のイオン交換プロセスによって、圧縮応力が生じる。それぞれの第１の金属イオンは第１のイオン半径を有し、それぞれの第２のアルカリ金属イオンは第２のイオン半径を有する。第２のイオン半径は第１のイオン半径よりも大きく、外側領域中により大きな第２のアルカリ金属イオンが存在することによって、外側領域中に圧縮応力が生じる。

第１の金属イオンおよび第２の金属イオンの少なくとも１つは、アルカリ金属のイオンである。第１のイオンは、リチウム、ナトリウム、カリウム、およびルビジウムのイオンであってよい。第２の金属イオンは、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、およびセシウムの１つのイオンであってよく、但し、第２のアルカリ金属イオンは、第１のアルカリ金属イオンのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する。

本明細書に記載のガラスは、図２ａ中に示される圧縮応力プロファイルを得るために２段階または二重イオン交換方法で強化される。プロセスの第１のステップで、ガラスは、より大きなアルカリ金属陽イオンの塩を含有する第１の溶融塩浴中でイオン交換される。ある実施形態では、この溶融塩浴は、より大きなアルカリ金属陽イオンの塩を含有するか、またはそれから本質的になる。しかし、少量、ある実施形態では約１０重量％未満、ある実施形態では約５重量％未満、別の実施形態では約２重量％未満のより小さなアルカリ金属陽イオンの塩が浴中に存在することができる。別の実施形態では、より小さなアルカリ金属陽イオンの塩は、イオン交換浴の少なくとも約３０重量％、または少なくとも約４０重量％、または約４０重量％〜約７５重量％を構成することができる。この第１のイオン交換ステップは、少なくとも約４００℃の温度、ある実施形態では少なくとも約４４０℃および約５００℃未満の温度で、所望の圧縮深さＤＯＣを実現するのに十分な時間行われる。ある実施形態では、第１のイオン交換ステップは、イオン交換浴の組成および温度によって決定されるが、少なくとも８時間行うことができる。

第１のイオン交換ステップの終了後、ガラスは第２のイオン交換浴中に浸漬される。第２のイオン交換浴は、第１の浴とは異なる、すなわち別個のものであり、ある実施形態では異なる組成を有する。ある実施形態では第２のイオン交換浴は、より大きなアルカリ金属陽イオンの塩のみを含有するが、ある実施形態では少量のより小さなアルカリ金属陽イオン（たとえば、≦２重量％または≦３重量％）が浴中に存在することができる。さらに、第２のイオン交換ステップの浸漬時間および温度は、第１のイオン交換ステップと異なっていてよい。ある実施形態では、第２のイオン交換ステップは、少なくとも約３５０℃の温度、別の実施形態では少なくとも約３８０℃〜約４５０℃の温度で行われる。第２のイオン交換ステップの時間は、第１の部分ａの所望の深さＤ１を実現するのに十分な時間であり、ある実施形態では３０分以下であってよい。別の実施形態では、第２のイオン交換ステップの時間は１５分以下、ある実施形態では約１０分〜約６０分の範囲内である。

第２のイオン交換ステップが、第１のイオン交換ステップで供給されるものと異なる濃度のより大きな陽イオン、またはある実施形態では全く異なる陽イオンがアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品に供給されることに関するという点で、第２のイオン交換浴は第１のイオン交換浴とは異なる。１つ以上の実施形態では、第２のイオン交換浴は、カリウムイオンをアルカリアルミノケイ酸塩ガラス物品に供給する少なくとも約９５重量％のカリウム組成物を含むことができる。特定の一実施形態では、第２のイオン交換浴は約９８重量％〜約９９．５重量％のカリウム組成物を含むことができる。第２のイオン交換浴が少なくとも１種類のカリウム塩のみを含むことが可能であるが、第２のイオン交換浴は、さらなる実施形態では、０〜５重量％、または約０．５〜２．５重量％の少なくとも１種類のナトリウム塩、たとえば、ＮａＮＯ_３を含むことができる。代表的な一実施形態では、カリウム塩はＫＮＯ_３である。さらなる実施形態では、第２のイオン交換ステップの温度は３８０℃以上であってよく、ある実施形態では約４５０℃以下であってよい。

第２のイオン交換ステップの目的は、図２ａに示される応力プロファイルの部分ａで示されるように、ガラス物品の表面またはそのすぐ近くの領域中で「スパイク」を形成すること、すなわち圧縮応力を急激に増加させることである。ある実施形態では、表面に位置する最大圧縮応力ＣＳ２は約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内である。

図２ｂは、５７．４３モル％のＳｉＯ_２、１６．１０モル％のＡｌ_２Ｏ_３、６．５４モル％のＰ_２Ｏ_５、１７．０５モル％のＮａ_２Ｏ、２．８１モル％のＭｇＯ、および０．０７モル％のＳｎＯ_２の組成を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスサンプルで得られた応力プロファイルのプロットである。このガラスは、どちらも本明細書に引用される米国特許出願第１３／６７８，０１３号明細書および米国特許第８，７６５，２６２号明細書に記載される。応力プロファイルによって示される各サンプルに対して、本明細書に記載の２段階イオン交換プロセスを行った。第１のステップでは、重量基準で４９％のＮａＮＯ_３および５１％のＫＮＯ_３を含む４６０℃の溶融塩浴中、１２．５時間〜１４時間の範囲の時間でガラスサンプルの第１のイオン交換を行った。第１のイオン交換の次に、重量基準で０．５％のＮａＮＯ_３および９９．５％のＫＮＯ_３を含む３９０℃の溶融塩浴中で１５分間のサンプルのイオン交換を行った。個別のサンプルで得られた圧縮応力プロファイルは、互いにほぼ正確に重なり合い、圧縮応力プロファイルを得るために使用した２段階イオン交換プロセスの再現性を証明している。図２ｂに示される圧縮応力プロファイルは図２ａに示される応力プロファイルの概略図と類似しており、少なくとも第１の深さＤ１から圧縮深さＤＯＣまで延在する第１の部分ａと、強化ガラスサンプルの表面から第１の深さ未満の深さまで延在し、ガラスサンプルの表面において最大圧縮応力ＣＳ２を有する第２の部分との特徴を有する。第１の部分ａは、外挿すると圧縮応力ＣＳ１において応力軸と交差する傾きを有する。圧縮応力ＣＳ１は、プロセス中の第１のイオン交換ステップによって実現される表面圧縮試験と見なすことができる。

一実施形態では、本明細書に記載のガラス物品はアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含む。このアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、および少なくとも１種類のアルカリ金属酸化物（Ｒ_２Ｏ）を含み、０．７５≦［（Ｐ_２Ｏ_５（モル％）＋Ｒ_２Ｏ（モル％））／Ｍ_２Ｏ_３（モル％）］≦１．２であり、ここでＭ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３である。ある実施形態では、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ_２、０モル％〜約２８モル％のＢ_２Ｏ_３、０モル％〜約２８モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約１モル％〜約１４モル％のＰ_２Ｏ_５、および約１２モル％〜約１６モル％のＲ_２Ｏを含むか、またはそれらから本質的になり、ある実施形態では約４０〜約６４モル％のＳｉＯ_２、０モル％〜約８モル％のＢ_２Ｏ_３、約１６モル％〜約２８モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約２モル％〜約１２モル％のＰ_２Ｏ_５、および約１２モル％〜約１６モル％のＲ_２Ｏを含むか、またはそれらから本質的になる。このガラスは、２０１０年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／４１７，９４１号明細書の優先権を主張する、「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｄｅｅｐ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ Ｌａｙｅｒ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｄａｍａｇｅ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」と題され２０１１年１１月２８日に出願されたＤａｎａ Ｃ．Ｂｏｏｋｂｉｎｄｅｒらによる米国特許出願第１３／３０５，２７１号明細書に記載されている。上記出願の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

別の一実施形態では、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５を含み、（Ｍ_２Ｏ_３（モル％）／Ｒ_ｘＯ（モル％））＜１であり、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_ｘＯはアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価および二価陽イオン酸化物の合計である。ある実施形態では、一価および二価陽イオン酸化物は、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ、Ｒｂ_２Ｏ、Ｃｓ_２Ｏ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、およびＺｎＯからなる群から選択される。ある実施形態では、ガラスは０モル％のＢ_２Ｏ_３を含む。ある実施形態では、ガラスは、少なくとも約１０μｍの層深さまでイオン交換され、少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５を含み、０．６＜［Ｍ_２Ｏ_３（モル％）／Ｒ_ｘＯ（モル％）］＜１．４または１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_ｘＯはアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価および二価の陽イオン酸化物の合計であり、Ｒ_２Ｏはアルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である。ある実施形態では、ガラスは、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ_２、約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、約４モル％〜約１５モル％のＰ_２Ｏ_５、約１３モル％〜約２５モル％のＮａ_２Ｏ、約１３〜約３０モル％のＲ_ｘＯ（Ｒ_ｘＯはガラス中に存在するアルカリ金属酸化物ｓ、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計である）、約１１〜約３０モル％のＭ_２Ｏ_３（Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３である）、０モル％〜約１モル％のＫ_２Ｏ、０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３、ならびに３モル％以下のＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣｄＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃｌ、およびＢｒの１種類以上を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、Ｒ_２Ｏはガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である。このガラスは、「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｃｒａｃｋ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」と題され、２０１２年１１月１５日に出願されたＴｉｍｏｔｈｙ Ｍ．Ｇｒｏｓｓによる米国特許出願第１３／６７８，０１３号明細書、および「Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｃｒａｃｋ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ」と題され２０１２年１１月１５日に出願されたＴｉｍｏｔｈｙ Ｍ．Ｇｒｏｓｓによる米国特許第８，７６５，２６２号明細書に記載されており、どちらも２０１１年１１月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／５６０，４３４号明細書に対する優先権を主張している。これらの出願の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

ある実施形態では、本明細書に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、リチウム、バリウム、ヒ素、およびアンチモンの少なくとも１つを含まない。ある実施形態では、ガラスは最大約５００ｐｐｍのアンチモンを含有することができる。ガラスは、ある実施形態では、限定するものではないがＳｎＯ_２などの少なくとも１種類の清澄剤を含むことができる。清澄剤の総量は約１モル％を超えるべきではない。

本明細書に記載の強化ガラス物品は、繰り返し落下試験を行った場合に改善された破損抵抗性を示す。このような落下試験の目的は、携帯電話、スマートフォンなどの手持ち式電子デバイスのディスプレイウィンドウまたはカバープレートとしての通常の使用におけるこのようなガラス物品の性能を特徴付けることである。

強化ガラス物品の面は、衝撃を受けると、圧縮による内側ではなく、張力により外側に曲がる。サンドペーパー上反転球（ＩＢｏＳ）試験は、移動式または手持ち式の電子デバイス中に使用される強化ガラス物品に典型的に生じる損傷の発生および曲げによる破壊の主要な機構を模倣する動的部品レベル試験（ｄｙｎａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｔｅｓｔ）である。日常的な野外での使用、損傷の発生（図３ｂ中のａ）はガラスの上面上で起こる。破損は、ガラスの上面で開始し、損傷が圧縮層（図３ｂ中のｂ）を通過するか、上面上の曲げまたは中心張力（図３ｂ中のｃ）から破損が伝播するかのいずれかである。ＩＢｏＳ試験は、動荷重下でガラス表面への損傷の導入および曲げの発生が同時に起こるように計画されている。

ＩＢｏＳ試験装置が図３ａに概略的に示されている。装置２００は、試験台２１０および球２３０を含む。球２３０は、たとえばステンレス鋼球などの剛性または中実の球である。一実施形態では、球２３０は、１０ｍｍの直径を有する４．２グラムのステンレス鋼球である。あらかじめ決定された高さｈから球２３０をガラスサンプル２１８上に直接落下させる。試験台２１０は、花崗岩などの硬質剛性材料を含む堅固な土台２１２を含む。表面上に配置された研磨材を有するシート２１４が、研磨材を有する表面が上向きになるように、堅固な土台２１２の上面上に配置される。ある実施形態では、シート２１４は、３０グリットの表面を有するサンドペーパーであり、別の実施形態では、１８０グリットの表面を有するサンドペーパーである。ガラスサンプル２１８とシート２１４との間に空隙２１６が存在するように、サンプルホルダー２１５によってシート２１４の上でガラスサンプル２１８が所定位置に保持される。シート２１４とガラスサンプル２１８との間の空隙２１６によって、球２３０による衝撃でガラスサンプル２１８がシート２１４の研磨面上に曲がることができる。一実施形態では、球衝突箇所でのみ曲げが生じ、再現性が保証されるように、ガラスサンプル２１８をすべてのコーナーにわたって締め付ける。ある実施形態では、最大約２ｍｍのサンプル厚さを収容するように、サンプルホルダー２１５および試験台２１０が適合している。空隙２１６は約５０μｍ〜約１００μｍの範囲内である。球２３０の衝突によりガラスサンプル２１８が破損する状況で破片を集めるために、ガラスサンプルの上面を覆うために接着テープ２２０を使用することができる。

研磨面として種々の材料を使用することができる。特定の一実施形態では、研磨面は炭化ケイ素またはアルミナのサンドペーパー、特に設計されたサンドペーパーなどのサンドペーパー、または同等の硬度および／または鋭さを有するための当技術分野において周知の任意の研磨材である。ある実施形態では、周知の範囲の粒子の鋭さ、コンクリートまたはアスファルトよりも一貫した表面トポロジー、ならびに試験体表面の損傷を所望のレベルで形成する粒度および鋭さを有するので、３０グリットを有するサンドペーパーを使用することができる。

一態様では、前述の装置２００を用いてＩＢｏＳ試験を行う方法３００が図３ｃに示されている。ステップ３１０では、ガラスサンプル（図３ａ中の２１８）を前述の試験台２１０に配置し、ガラスサンプル２１８と研磨面を有するシート２１４との間に空隙２１６が形成されるようにサンプルホルダー２１５中に固定する。方法３００は、研磨面を有するシート２１４が既に試験台２１０中に配置されていることを想定している。しかしある実施形態では、この方法は、研磨材を有する面が上向きになるようにシート２１４を試験台２１０に配置するステップを含むことができる。ある実施形態では（ステップ３１０ａ）、サンプルホルダー２１５中にガラスサンプル２１８を固定する前にガラスサンプル２１８の上面に接着テープ２２０を取り付ける。

ステップ３２０では、あらかじめ決定された質量および大きさの中実球２３０を、あらかじめ決定された高さｈからガラスサンプル２１８の上面上に落下させ、球２３０が上面のほぼ中央（すなわち、中央の１ｍｍ以内、または３ｍｍ以内、または５ｍｍ以内、または１０ｍｍ以内）で上面（または上面に取り付けた接着テープ２２０）に衝突するようにする。ステップ３２０の衝突後、ガラスサンプル２１８の損傷の程度を判断する（ステップ３３０）。本明細書で前述したように、用語「破損」は、基材を落下させたとき、または物体と衝突させたときに、基材の厚さ全体にわたって、および／または表面全体にわたって亀裂が進行することを意味する。

試験方法３００では、別の種類（たとえば、コンクリートまたはアスファルト）の落下試験面を繰り返し使用すると観察される「老化」効果を回避するために、各落下後に研磨面を有するシート２１４を交換することができる。

試験方法３００では、あらかじめ決定された種々の落下高さｈおよび増分が典型的には使用される。この試験は、たとえば最小落下高さ（たとえば、約１０〜２０ｃｍ）を使用して開始することができる。次に、設定された増分または可変の増分で、連続する落下の場合に高さを増加させることができる。ガラスサンプル２１８が破壊または破損されると（図３ｃ中のステップ３３１）、試験方法３００を停止する。あるいは、落下高さｈが最大落下高さ（たとえば、約２２０ｃｍ）に到達してもガラスが破損しない場合、落下試験方法３００を停止することもできるし、またはガラスサンプル２１８は、破損が生じるまでその最大高さから繰り返し落下させることもできる。

ある実施形態では、ＩＢｏＳ試験方法３００は、それぞれのあらかじめ決定された高さｈで各ガラスサンプル２１８上に一回のみ行われる。しかし別の実施形態では、各サンプルは、各高さで複数回の試験を行うことができる。

ガラスサンプル２１８の破損が生じた場合（図３ｃ中のステップ３３１）、ＩＢｏＳ試験方法３００を終了する（ステップ３４０）。あらかじめ決定された落下高さでの球落下で破損が観察されない場合（ステップ３３２）、たとえば５、１０、または２０ｃｍなどのあらかじめ決定された増分だけ落下高さを増加させ（ステップ３３４）、サンプル破損が観察されるまで（３３１）またはサンプルが破損せずに最大試験高さに到達するまで（３３６）、ステップ３２０および３３０を繰り返す。ステップ３３１または３３６のいずれかに到達すれば、試験方法３００を終了する。

８０ｃｍの高さからガラス表面上に球を落下させる場合、本明細書で前述した強化ガラスは、前述のサンドペーパー上反転球（ＩＢｏＳ）試験を行うと少なくとも約５０％の残存率を有する。たとえば、特定の高さから落下させた場合、５つの同一（またはほぼ同一）のサンプル（すなわち、ほぼ同じ組成を有し、強化した場合にほぼ同じＣＳおよびＤＯＣまたはＤＯＬを有する）のうちの３つが破損せずにＩＢｏＳ落下試験に残る場合に、強化ガラス物品は５０％の残存率を有すると記載される。別の実施形態では、ＩＢｏＳ試験で８０ｃｍの高さから落下させた強化ガラスの残存率は少なくとも約７０％であり、別の実施形態では少なくとも約８０％であり、さらに別の実施形態では少なくとも約９０％である。別の実施形態では、ＩＢｏＳ試験で１００ｃｍの高さから落下させた強化ガラスの残存率が少なくとも約６０％であり、別の実施形態では少なくとも約７０％であり、さらに別の実施形態では少なくとも約８０％であり、別の実施形態では少なくとも約９０％である。

図３ｄは、種々のガラスサンプルのグループの平均破壊高さで表されるＩＢｏＳ試験結果のプロットである。各グループのサンプルは、それぞれが０．８ｍｍの厚さを有する３０個のサンプルを含んだ。試験中に使用した研磨材（図３ａ中の２１４）は３０グリットのアルミナ研磨紙であった。図３ｄに示される平均破壊高さは、９５％の信頼区間を有する。

グループＡおよびＣは、６４．７０モル％のＳｉＯ_２、５．１２モル％のＢ_２Ｏ_３、１３．９４モル％のＡｌ_２Ｏ_３、１３．７３モル％のＮａ_２Ｏ、２．４２モル％のＭｇＯ、および０．０８モル％のＳｎＯ_２の組成をそれぞれ有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスサンプルのグループである。グループＡおよびＣのガラスは、２０１２年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／６５３，４８５号明細書に対する優先権を主張する、「Ｚｉｒｃｏｎ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ，Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｄａｍａｇｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ」と題され２０１３年５月２８日に出願されたＭａｔｔｈｅｗ Ｊ．Ｄｅｊｎｅｋａらによる米国特許出願第１３／９０３，３９８号明細書に記載され、これらの内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。グループＡのサンプルはイオン交換しておらず、一方、グループＣのサンプルは、約１００重量％のＫＮＯ_３を含む１つのイオン交換浴中４１０℃で８時間イオン交換した。

グループＢ、Ｄ、およびＧは、５７．４３モル％のＳｉＯ_２、１６．１０モル％のＡｌ_２Ｏ_３、６．５４モル％のＰ_２Ｏ_５、１７．０５モル％のＮａ_２Ｏ、２．８１モル％のＭｇＯ、および０．０７モル％のＳｎＯ_２の組成を有するアルカリアルミノケイ酸塩ガラスからなる。グループＢ、Ｄ、およびＧのガラスは、どちらも前述の米国特許出願第１３／６７８，０１３号明細書および米国特許第８，７６５，２６２号明細書に記載される。グループＢのサンプルはイオン交換しておらず、グループＧのサンプルは重量基準で５３％のＮａＮＯ_３および４７％のＫＮＯ_３を含む１つのイオン交換浴中４６０℃で１７．２５時間イオン交換した。グループＤのサンプルは、本明細書に記載の二重イオン交換手順によりイオン交換した。グループＤのサンプルは、重量基準で５３％のＮａＮＯ_３および４７％のＫＮＯ_３を含む溶融塩中４６０℃で１７．２５時間の第１のイオン交換を行い、続いて、０．５重量％のＮａＮＯ_３／９９．５重量％のＫＮＯ_３を含む浴中３９０℃で１５分間の第２のイオン交換を行った。

グループＥは、それぞれ０．８ｍｍの厚さを有するソーダ石灰ガラスクーポンからなった。グループＦは、６５．８９モル％のＳｉＯ_２、７．９３モル％のＡｌ_２Ｏ_３、１１．７２モル％のＮａ_２Ｏ、４．０２モル％のＫ_２Ｏ、９．７５モル％のＭｇＯ、０．７７モル％のＺｒＯ、０．０１モル％のＴｉＯ_２、０．０２モル％のＦｅ_２Ｏ_３、および０．０７モル％のＮａ_２ＳＯ_４の組成を有するＡｓａｈｉ Ｇｌａｓｓ Ｃｏｍｐａｎｙ製造のＤＲＡＧＯＮＴＲＡＩＬ（商標）ガラスからなった。このガラスのクーポンは、１つの１００重量％ＫＮＯ_３のイオン交換浴中４１０℃で１．７５時間のイオン交換を行った。

ガラスサンプルの種々のグループの平均破壊高さを表１に示している。本明細書に記載の二重イオン交換手順によりイオン交換を行ったグループＤのアルカリアルミノケイ酸塩サンプルは、最も高い平均破壊高さ（８５ｃｍ）を有した。１段階プロセスを用いてイオン交換したグループＣおよびＧは、平均破壊高さがそれぞれ５７ｃｍおよび５８ｃｍであった。残りのグループのサンプルは平均破壊高さが４４ｃｍ以下であった。

前述のＩＢｏＳ試験方法および装置を用いてあらかじめ決定された高さから落下させた場合の強化ガラス物品の残存率を求めるために、少なくとも５つの同一（またはほぼ同一）の強化ガラスサンプル（すなわち、ほぼ同じ組成、ならびにほぼ同じＣＳおよびＤＯＣまたはＤＯＬを有する）の試験を行うが、信頼水準を高めるためにより多い数（たとえば、１０、２０、３０など）のサンプルの試験を行うこともできる。各サンプルは、あらかじめ決定された高さ（たとえば、８０ｃｍ）から１回落下させ、破損の形跡（サンプルの厚さ全体および／または表面全体にわたる亀裂の形成および伝播）について視覚的に（すなわち肉眼で）検査する。あらかじめ決定された高さから落下させた後に破損が観察されない場合はサンプルが「残存した」と見なされ、あらかじめ決定された高さ以下の高さからサンプルを落下させた場合に破損が観察された場合はサンプルが「不合格」である（または「残存しなかった」）と見なされる。残存率は、落下試験で残存したサンプル集団のパーセント値として求められる。たとえば、あらかじめ決定された高さから落下させたときにグループの１０個のうち７個のサンプルが破損しなかった場合、そのガラスの残存率は７０％となる。

本明細書に記載の強化ガラス物品は、研磨時リング・オン・リング（ＡＲＯＲ）試験を行った場合にも改善された表面強度を示す。ある実施形態では、本明細書に記載のガラス物品は、約０．７５５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲の厚さを有し、ＡＲＯＲ試験を行った場合に少なくとも約２７キログラム重（ｋｇｆ）（約２６５Ｎ）の破壊荷重を示す。別の実施形態では、これらのガラスは、約０．５ｍｍ〜約０．６ｍｍの範囲の厚さを有し、少なくとも約１２ｋｇｆ（約１１８Ｎ）の破壊荷重を示す。材料の強度は、破損が起きる応力として定義される。研磨時リング・オン・リング試験は、試験用の平坦ガラス試験体の表面強度測定であり、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍｏｎｏｔｏｎｉｃ Ｅｑｕｉｂｉａｘｉａｌ Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｔ Ａｍｂｉｅｎｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」と題されるＡＳＴＭ Ｃ１４９９−０９（２０１３）が、本明細書に記載のリング・オン・リング研磨時ＲＯＲ試験方法の基礎となる。ＡＳＴＭ Ｃ１４９９−０９の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。一実施形態ではガラス試験体は、リング・オン・リング試験の前に、「Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｇｌａｓｓ ｂｙ Ｆｌｅｘｕｒｅ」（Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｆ Ｒｕｐｔｕｒｅ）と題されるＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２（２０１２）の「ａｂｒａｓｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅｓ」と題されるＡｎｎｅｘ Ａ２に記載の方法および装置を用いてガラスサンプルに供給される９０グリットの炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子で研磨した。ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２の内容、特にＡｎｎｅｘ ２の内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。

リング・オン・リング試験の前に、ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２のＦｉｇｕｒｅ Ａ２．１に示される装置を使用してサンプルの表面欠陥状態を規格化および／または調節するために、ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２、Ａｎｎｅｘ ２に記載のようにガラスサンプル表面を研磨する。研磨材が、１５ｐｓｉ（１０３ｋＰａ）の荷重で３０４ｋＰａ（４４ｐｓｉ）の空気圧を用いてサンプル表面上にサンドブラストされる。気流が安定した後、５ｃｍ^３の研磨材を漏斗中に投入し、研磨材の導入後から５秒間サンプルにサンドブラストする。

リング・オン・リング試験の場合、図４に示されるように少なくとも１つの研磨面４１２を有するガラス試験体を、異なる大きさの２つの同心リングの間に配置して等二軸曲げ強度（すなわち、２つの同心リングの間での曲げに材料が耐えることができる最大応力）を求める。研磨時リング・オン・リング構成４００では、研磨したガラス試験体４１０は直径Ｄ_２の支持リング４２０によって支持される。直径Ｄ_１の荷重リング４３０によってロードセル（図示せず）による力Ｆがガラス試験体の表面に加えられる。

荷重リングおよび支持リングの直径の比Ｄ_１／Ｄ_２は約０．２〜約０．５の範囲内であってよい。ある実施形態では、Ｄ_１／Ｄ_２は約０．５である。荷重リングおよび支持リング４３０、４２０は、支持リングの直径Ｄ_２の０．５％以内で同心に配列すべきである。試験に使用されるロードセルは、選択された範囲内の任意の荷重で±１％の範囲内の精度となるべきである。ある実施形態では、試験は２３±２℃の温度および４０±１０％の相対湿度で行われる。

固定する設計のため、荷重リング４３０の突出面の半径ｒは、ｈ／２≦ｒ≦３ｈ／２となり、ここでｈは試験体４１０の厚さである。荷重リングおよび支持リング４３０、４２０は、典型的には硬度ＨＲ_ｃ＞４０の硬化鋼でできている。ＲＯＲの固定具は市販されている。

ＲＯＲ試験に意図される破壊機構は、荷重リング４３０の内側で表面４３０ａから始まる試験体４１０の破損を確認することである。この領域の外側、すなわち荷重リング４３０と支持リング４２０との間の外側で生じる破壊は、データ分析から省かれる。しかしガラス試験体４１０の薄さおよび高強度のため、試験体厚さｈの１／２を超える大きなたわみが場合により観察される。したがって、荷重リング４３０の下から始まる破壊が高いパーセント値で観察されることは珍しいことではない。リングの内側およびリングの下の両方での応力の発生（ひずみゲージ分析によって収集される）、ならびに各試験対の破壊の起点を知らずに、応力を正確に計算することはできない。したがってＡＲＯＲ試験は、測定される応答として破壊時のピーク荷重に焦点を当てている。

ガラスの強度は、表面の傷の存在によって左右される。しかし、特定の大きさの傷が存在する可能性は、ガラスの強度が統計的な性質であるのため、正確に予測することができない。したがって、得られるデータの統計的表示として、ワイブル確率分布が一般に使用される。

２つの強化アルカリアルミノケイ酸塩ガラスのＡＲＯＲ試験によって測定した破壊荷重を図５にプロットしている。各試験では、リング・オン・リング試験前に前述のＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２、Ａｎｎｅｘ ２に記載のように、ＡＳＴＭ Ｃ１５８−０２のＦｉｇｕｒｅ Ａ２．１に示される装置を使用して、材料表面を研磨した。研磨材（３０グリットのアルミナ粉末）を、２５ｐｓｉ（１７２ｋＰａ）の荷重で３０４ｋＰａ（４４ｐｓｉ）の空気圧を用いてサンプル表面上にサンドブラストした。図５に示される各サンプルグループは、同一組成の３０個の個別のガラスクーポンからなり、９５％の信頼区間を有する平均破壊荷重値を示している。

グループＡおよびＣのサンプルは、５７．４３モル％のＳｉＯ_２、１６．１０モル％のＡｌ_２Ｏ_３、６．５４モル％のＰ_２Ｏ_５、１７．０５モル％のＮａ_２Ｏ、２．８１モル％のＭｇＯ、および０．０７モル％のＳｎＯ_２の組成を有するイオン交換されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスであった。サンプルグループＡおよびＣのガラスは、どちらも前述した米国特許出願第１３／６７８，０１３号明細書および米国特許第８，７６５，２６２号明細書に記載されている。グループＡのサンプルはそれぞれ厚さが０．５５５ｍｍであり、一方、グループＣのサンプルは厚さ０．８ｍｍであった。どちらのサンプルグループも本明細書で前述した２段階イオン交換方法によりイオン交換され、それによって図３中に示されるようにガラス表面から位置Ｄ１および層深さＤＯＬまで延在する領域（たとえば図２中のｂ）中に圧縮応力「スパイク」が実現された。したがって、これらのサンプルは、図２に示されるものと類似の圧縮応力プロファイルを有すると推定される。

グループＢおよびＤのサンプルは、６４．７０モル％のＳｉＯ_２、５．１２モル％のＢ_２Ｏ_３、１３．９４モル％のＡｌ_２Ｏ_３、１３．７３モル％のＮａ_２Ｏ、２．４２モル％のＭｇＯ、および０．０８モル％のＳｎＯ_２の組成を有するイオン交換されたアルカリアルミノケイ酸塩ガラスサンプルからなった。サンプルグループＢおよびＤのガラスは、２０１２年５月３１日に出願された米国仮特許出願第６１／６５３，４８５号明細書に対する優先権を主張する、「Ｚｉｒｃｏｎ Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ，Ｉｏｎ Ｅｘｃｈａｎｇｅａｂｌｅ Ｇｌａｓｓ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｄａｍａｇｅ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ」と題され２０１３年５月２８日に出願されたＭａｔｔｈｅｗ Ｊ．Ｄｅｊｎｅｋａらによる米国特許出願第１３／９０３，３９８号明細書に記載され、これらの内容は、それらの全体が参照により本明細書に援用される。グループＢおよびグループＤのサンプルの厚さは、それぞれ０．６ｍｍおよび０．８ｍｍであった。グループＢおよびグループＤのサンプルは、重量基準で約１００％のＫＮＯ_３を含む溶融塩浴中４１０℃で８時間のイオン交換を行った。これらのサンプルでは第２のイオン交換は行わなかった。

厚さ、イオン交換条件、ならびに得られた圧縮応力および層深さ、ならびに研磨時リング・オン・リング結果から求められた平均破壊荷重を、サンプルグループＡ〜Ｄの場合で表２に示している。この表から分かるように、サンプル厚さが大きいほど、より大きな破壊荷重が得られる。さらに、本明細書に記載の２段階イオン交換プロセスを行ったサンプルグループＡおよびＣは、１段階プロセスでイオン交換したほぼ同じ厚さのガラス（グループＢおよびＤ）よりもはるかに大きいＡＲＯＲ破壊荷重を示した。

ある実施形態では、本明細書に記載のガラス物品は、携帯電話またはスマートフォン、ラップトップコンピュータ、タブレット、または当技術分野において周知である同様のものなどの消費者用電子製品の一部を形成する。このような消費者用電子製品は、典型的には、前面、背面、および側面を有するハウジングを含み、ハウジングに対して少なくとも部分的に内側にあり、少なくとも電源、制御装置、メモリ、およびディスプレイを含むことができる電気部品を含む。ディスプレイは、ある実施形態ではハウジングの前面またはその付近に設けられる。本明細書に記載の強化ガラス物品を含むカバーガラスは、カバーガラスがディスプレイの上に配置されて衝撃または損傷によって生じる損傷からディスプレイを保護するように、ハウジングの前面またはその上に配置される。

説明の目的で典型的な実施形態を記載してきたが、以上の説明を本開示または添付の請求項の範囲の限定であると見なすべきではない。したがって、本開示または添付の請求項の意図および範囲から逸脱することなく種々の修正、適応、および代案を当業者が見出すことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
ガラス物品において、
前記ガラス物品の表面から約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を含み、前記圧縮領域がある圧縮応力プロファイルを有し、前記圧縮応力プロファイルが、
ａ．少なくとも第１の深さＤ１から前記層深さＤＯＬまで延在する第１の部分において、前記第１の部分の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１が、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ１≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である第１の部分と、
ｂ．前記表面から前記第１の深さＤ１まで延在する第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第２の部分が、前記表面において約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２を有し、実質的に線形であり、前記表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有し、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
を含むことを特徴とするガラス物品。

実施形態２
Ｄ１において１８５ＭＰａ≦ＣＳ１≦２４０ＭＰａであることを特徴とする実施形態１に記載のガラス物品。

実施形態３
前記ガラス物品が約０．７５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲内の厚さｔを有することを特徴とする実施形態１または２に記載のガラス物品。

実施形態４
研磨時リング・オン・リング試験を行った場合に前記ガラス物品が少なくとも２７ｋｇｆ（約２６５Ｎ）の破壊荷重を示すことを特徴とする実施形態３に記載の物品。

実施形態５
前記ガラス物品が、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含み、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５および０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、式中、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_２Ｏは前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計であることを特徴とする実施形態１〜４のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態６
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、最大約１０モル％のＬｉ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態４に記載のガラス物品。

実施形態７
前記ガラスがリチウムを含まないことを特徴とする実施形態４に記載のガラス物品。

実施形態８
前記ガラスが、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ_２、約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３、約４モル％〜約１５モル％のＰ_２Ｏ_５、約１３モル％〜約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％〜約１モル％のＫ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態４に記載のガラス物品。

実施形態９
１１モル％≦Ｍ_２Ｏ_３≦３０モル％であることを特徴とする実施形態８に記載のガラス物品。

実施形態１０
Ｒ_ｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦Ｒ_ｘＯ≦３０モル％であることを特徴とする実施形態８に記載のガラス物品。

実施形態１１
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、３モル％以下のＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣｄＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃｌ、およびＢｒの１種類以上を含むことを特徴とする実施形態８に記載のガラス物品。

実施形態１２
前記第１の部分が深さｄにおいて線形であり、前記深さｄから前記表面下のゼロ深さまで外挿すると、前記圧縮応力ＣＳ１が、ゼロ深さにおいて約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となることを特徴とする実施形態１〜１１のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態１３
前記ガラス物品が、反転球落下試験において、直径１０ｍｍを有する４．２ｇのステンレス鋼球を用いて、高さ約８０ｃｍから前記ガラスの前記表面上に配置された３０グリットのサンドペーパー上に落下させる場合に、少なくとも５０％残存率を有し、前記残存率が少なくとも１０サンプルの試験に基づいていることを特徴とする実施形態１〜１２のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態１４
前記ガラス物品が、消費者用電子デバイスのカバーガラスの少なくとも一部を形成し、前記消費者用電子デバイスがハウジングを含み、前記ハウジングに対して少なくとも部分的に内側に電気部品が設けられ、前記電気部品が、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含み、前記ディスプレイが、前記ハウジングの前面またはその近くに設けられ、前記カバーガラスが、前記ハウジングの前記前面またはその上、および前記ディスプレイの上に設けられることを特徴とする実施形態１〜１３のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態１５
アルカリアルミノケイ酸塩ガラスにおいて、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５および０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、式中、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_２Ｏは前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計であり、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、ガラス物品の表面から約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を有し、前記圧縮領域は、前記表面において約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２、およびある圧縮応力プロファイルを有し、前記圧縮応力プロファイルが、
ａ．少なくとも第１の深さＤ１から前記層深さＤＯＬまで延在する第１の部分において、前記第１の部分の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１が、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ１≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である第１の部分と、
ｂ．前記表面から前記第１の深さＤ１まで延在する第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第２の部分が、実質的に線形であり、前記表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有し、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
を含むことを特徴とするアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１６
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、約０．７５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲内の厚さｔを有することを特徴とする実施形態１５に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１７
Ｄ１において１８５ＭＰａ≦ＣＳ１≦２４０ＭＰａであることを特徴とする実施形態１５または１６に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１８
前記ガラスが、リチウムを含まないことを特徴とする実施形態１５〜１７のいずれか一項に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態１９
前記ガラスが、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ_２、約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３、約４モル％〜約１５モル％のＰ_２Ｏ_５、約１３モル％〜約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％〜約１モル％のＫ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態１５〜１８のいずれか一項に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２０
１１モル％≦Ｍ_２Ｏ_３≦３０モル％であることを特徴とする実施形態１９に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２１
Ｒ_ｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦Ｒ_ｘＯ≦３０モル％であることを特徴とする実施形態１９に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２２
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、３モル％以下のＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣｄＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃｌ、およびＢｒの１種類以上を含むことを特徴とする実施形態１９に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２３
前記第１の部分が深さｄにおいて線形であり、前記深さｄから前記表面下のゼロ深さまで外挿すると、前記圧縮応力ＣＳ１が、ゼロ深さにおいて約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となることを特徴とする実施形態１５〜２２のいずれか一項に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２４
前記ガラス物品が、反転球落下試験において、直径１０ｍｍを有する４．２ｇのステンレス鋼球を用いて、高さ約８０ｃｍから前記ガラスの前記表面上に配置された３０グリットのサンドペーパー上に落下させる場合に、少なくとも５０％残存率を有し、前記残存率が少なくとも１０サンプルの試験に基づいていることを特徴とする実施形態１５〜２３のいずれか一項に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。

実施形態２５
ガラス物品において、前記ガラス物品の表面から約９０μｍ〜約１２５μｍの範囲内の圧縮深さＤＯＣまで延在し、前記表面における約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２と、ある圧縮応力プロファイルとを有する圧縮領域を前記ガラス物品が含み、前記圧縮応力プロファイルが、
ａ．少なくとも第１の深さＤ１から前記圧縮深さＤＯＣまで延在し、傾きｍ_１を有し、−２．８９ＭＰａ／μｍ≦ｍ_１≦−１．６７ＭＰａ／μｍである第１の部分と、
ｂ．前記表面から前記第１の深さＤ１まで延在する第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第２の部分が、実質的に線形であり、前記表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有し、−５５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−１０５ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
を含むことを特徴とするガラス物品。

実施形態２６
−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍであることを特徴とする実施形態２５に記載のガラス物品。

実施形態２７
前記ガラス物品が、約０．７５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲内の厚さｔを有することを特徴とする実施形態２５または２６に記載のガラス物品。

実施形態２８
前記ガラス物品が、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含み、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５および０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、式中、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_２Ｏは前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計であることを特徴とする実施形態２５〜２７のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態２９
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、最大約１０モル％のＬｉ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態２８に記載のガラス物品。

実施形態３０
前記ガラスが、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ_２、約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３、約４モル％〜約１５モル％のＰ_２Ｏ_５、約１３モル％〜約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％〜約１モル％のＫ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態２８に記載のガラス物品。

実施形態３１
１１モル％≦Ｍ_２Ｏ_３≦３０モル％であることを特徴とする実施形態３０に記載のガラス物品。

実施形態３２
Ｒ_ｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦Ｒ_ｘＯ≦３０モル％であることを特徴とする実施形態３０または３１に記載のガラス物品。

実施形態３３
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、３モル％以下のＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣｄＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃｌ、およびＢｒの１種類以上を含むことを特徴とする実施形態３０〜３２のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態３４
前記ガラスが、リチウムを含まないことを特徴とする実施形態２５〜３３のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態３５
前記第１の部分が深さｄにおいて線形であり、前記深さｄから前記表面下のゼロ深さまで外挿すると、前記圧縮応力ＣＳ１が、ゼロ深さにおいて約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となることを特徴とする実施形態２５〜３４のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態３６
前記ガラス物品が、反転球落下試験において、直径１０ｍｍを有する４．２ｇのステンレス鋼球を用いて、高さ約８０ｃｍから前記ガラスの前記表面上に配置された３０グリットのサンドペーパー上に落下させる場合に、少なくとも５０％残存率を有し、前記残存率が少なくとも１０サンプルの試験に基づいていることを特徴とする実施形態２５〜３５のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態３７
ガラス物品において、前記ガラス物品の表面から１３０μｍ〜１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在し、ある圧縮応力プロファイルを有する圧縮領域を前記ガラス物品が含み、前記圧縮応力プロファイルが、
ａ．少なくともＤ１の深さから前記層深さＤＯＬまで延在する第１の部分において、Ｄ１から前記層深さＤＯＬの範囲内の深さｄで線形であり、傾きｍ_１を有し、−１．５４ＭＰａ／μｍ≦ｍ_１≦−１．４９ＭＰａ／μｍである第１の部分と、
ｂ．前記表面から第１の深さＤ１までの第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、０μｍ〜５μｍの範囲内の深さで線形であり、前記表面において約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２を有し、傾きｍ_２を有し、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
を含むことを特徴とするガラス物品。

実施形態３８
Ｄ１において１８５ＭＰａ≦ＣＳ２≦２４０ＭＰａであることを特徴とする実施形態３７に記載のガラス物品。

実施形態３９
前記ガラス物品が、約０．７５ｍｍ〜約０．８５ｍｍの範囲内の厚さｔを有することを特徴とする実施形態３７または３８に記載のガラス物品。

実施形態４０
前記ガラス物品がアルカリアルミノケイ酸塩ガラスを含み、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５および０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、式中、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_２Ｏは前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計である実施形態３７〜４０のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態４１
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、最大約１０モル％のＬｉ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態４０に記載のガラス物品。

実施形態４２
前記ガラスが、リチウムを含まないことを特徴とする実施形態４０に記載のガラス物品。

実施形態４３
前記ガラスが、約４０モル％〜約７０モル％のＳｉＯ_２、約１１モル％〜約２５モル％のＡｌ_２Ｏ_３、０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３、約４モル％〜約１５モル％のＰ_２Ｏ_５、約１３モル％〜約２５モル％のＮａ_２Ｏ、および０モル％〜約１モル％のＫ_２Ｏを含むことを特徴とする実施形態４０に記載のガラス物品。

実施形態４４
１１モル％≦Ｍ_２Ｏ_３≦３０モル％であることを特徴とする実施形態４３に記載のガラス物品。

実施形態４５
Ｒ_ｘＯが、前記ガラス中に存在するアルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、および遷移金属一酸化物の合計であり、１３モル％≦Ｒ_ｘＯ≦３０モル％であることを特徴とする実施形態４３または４４に記載のガラス物品。

実施形態４６
前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが、３モル％以下のＴｉＯ_２、ＭｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｏＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＣｄＯ、ＳｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｃｌ、およびＢｒの１種類以上を含むことを特徴とする実施形態４３〜４５のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態４７
前記深さｄから前記表面下のゼロ深さまで外挿すると、前記圧縮応力ＣＳ１が、ゼロ深さにおいて約２００ＭＰａ〜約２６０ＭＰａの範囲内となることを特徴とする実施形態３７〜４６のいずれか一項に記載のガラス物品。

実施形態４８
前記ガラス物品が、反転球落下試験において、直径１０ｍｍを有する４．２ｇのステンレス鋼球を用いて、高さ約８０ｃｍから前記ガラスの前記表面上に配置された３０グリットのサンドペーパー上に落下させる場合に、少なくとも５０％残存率を有し、前記残存率が少なくとも１０サンプルの試験に基づいていることを特徴とする実施形態３７に記載のガラス物品。

実施形態４９
電子デバイスにおいて、
ハウジングを含み、
前記ハウジングに対して少なくとも部分的に内側に電気部品が設けられ、前記電気部品が、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含み、前記ディスプレイが前記ハウジングの前面またはその近くに設けられ、
前記ハウジングの前記前面またはその上、および前記ディスプレイの上にカバーガラスが設けられ、前記カバーガラスが実施形態１〜１４のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする電子デバイス。

実施形態５０
電子デバイスにおいて、
ハウジングを含み、
前記ハウジングに対して少なくとも部分的に内側に電気部品が設けられ、前記電気部品が、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含み、前記ディスプレイが前記ハウジングの前面またはその近くに設けられ、
前記ハウジングの前記前面またはその上、および前記ディスプレイの上にカバーガラスが設けられ、前記カバーガラスが実施形態１５〜２４のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする電子デバイス。

実施形態５１
電子デバイスにおいて、
ハウジングを含み、
前記ハウジングに対して少なくとも部分的に内側に電気部品が設けられ、前記電気部品が、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含み、前記ディスプレイが前記ハウジングの前面またはその近くに設けられ、
前記ハウジングの前記前面またはその上、および前記ディスプレイの上にカバーガラスが設けられ、前記カバーガラスが実施形態２５〜３６のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする電子デバイス。

実施形態５２
電子デバイスにおいて、
ハウジングを含み、
前記ハウジングに対して少なくとも部分的に内側に電気部品が設けられ、前記電気部品が、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含み、前記ディスプレイが前記ハウジングの前面またはその近くに設けられ、
前記ハウジングの前記前面またはその上、および前記ディスプレイの上にカバーガラスが設けられ、前記カバーガラスが実施形態３７〜４８のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする電子デバイス。

Claims (12)

1. ガラス物品において、
   前記ガラス物品の表面から約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を含み、前記圧縮領域がある圧縮応力プロファイルを有し、前記圧縮応力プロファイルが、
   ａ．少なくとも第１の深さＤ１から前記層深さＤＯＬまで延在する第１の部分において、前記第１の部分の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１が、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ１≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である第１の部分と、
   ｂ．前記表面から前記第１の深さＤ１まで延在する第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第２の部分が、前記表面において約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２を有し、実質的に線形であり、前記表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有し、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
   を含むことを特徴とするガラス物品。
2. Ｄ１において１８５ＭＰａ≦ＣＳ１≦２４０ＭＰａであることを特徴とする請求項１に記載のガラス物品。
3. 研磨時リング・オン・リング試験を行うと、前記ガラス物品が少なくとも２７ｋｇｆ（約２６５Ｎ）の破壊荷重を示すことを特徴とする請求項２に記載の物品。
4. アルカリアルミノケイ酸塩ガラスにおいて、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスが少なくとも約４モル％のＰ_２Ｏ_５および０モル％〜約５モル％のＢ_２Ｏ_３を含み、１．３＜［（Ｐ_２Ｏ_５＋Ｒ_２Ｏ）／Ｍ_２Ｏ_３］≦２．３であり、式中、Ｍ_２Ｏ_３＝Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｂ_２Ｏ_３であり、Ｒ_２Ｏは前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラス中に存在する一価陽イオン酸化物の合計であり、前記アルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、ガラス物品の表面から約１３０μｍ〜約１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在する圧縮領域を有し、前記圧縮領域は、前記表面において約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２、およびある圧縮応力プロファイルを有し、前記圧縮応力プロファイルが、
   ａ．少なくとも第１の深さＤ１から前記層深さＤＯＬまで延在する第１の部分において、前記第１の部分の深さｄにおける圧縮応力ＣＳ１が、２００ＭＰａ−ｄ・１．５４ＭＰａ／μｍ≦ＣＳ１≦２６０ＭＰａ−ｄ・１．４９ＭＰａ／μｍで表され、ｄはマイクロメートル（μｍ）の単位で表され、ｄ＞Ｄ１である第１の部分と、
   ｂ．前記表面から前記第１の深さＤ１まで延在する第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第２の部分が、実質的に線形であり、前記表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有し、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
   を含むことを特徴とするアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
5. Ｄ１において１８５ＭＰａ≦ＣＳ_２≦２４０ＭＰａであることを特徴とする請求項４に記載のアルカリアルミノケイ酸塩ガラス。
6. ガラス物品において、前記ガラス物品の表面から約９０μｍ〜約１２５μｍの範囲内の圧縮深さＤＯＣまで延在し、前記表面における約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２と、ある圧縮応力プロファイルとを有する圧縮領域を前記ガラス物品が含み、前記圧縮応力プロファイルが、
   ａ．少なくとも第１の深さＤ１から前記圧縮深さＤＯＣまで延在し、傾きｍ_１を有し、−２．８９ＭＰａ／μｍ≦ｍ_１≦−１．６７ＭＰａ／μｍである第１の部分と、
   ｂ．前記表面から前記第１の深さＤ１まで延在する第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第２の部分が、実質的に線形であり、前記表面から深さ約５μｍまで傾きｍ_２を有し、−５５ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−１０５ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
   を含むことを特徴とするガラス物品。
7. −７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍであることを特徴とする請求項６に記載のガラス物品。
8. ガラス物品において、前記ガラス物品の表面から１３０μｍ〜１７５μｍの範囲内の層深さＤＯＬまで延在し、ある圧縮応力プロファイルを有する圧縮領域を前記ガラス物品が含み、前記圧縮応力プロファイルが、
   ａ．少なくともＤ１の深さから前記層深さＤＯＬまで延在する第１の部分において、第２の部分が、Ｄ１から前記層深さＤＯＬの範囲内の深さｄで線形であり、傾きｍ_１を有し、−１．５４ＭＰａ／μｍ≦ｍ_１≦−１．４９ＭＰａ／μｍである第１の部分と、
   ｂ．前記表面から第１の深さＤ１までの第２の部分において、１０μｍ≦Ｄ１≦１３μｍであり、前記第１の部分が、０μｍ〜５μｍの範囲内の深さで線形であり、前記表面において約７００ＭＰａ〜約９２５ＭＰａの範囲内の最大圧縮応力ＣＳ２を有し、傾きｍ_２を有し、−７４．００ＭＰａ／μｍ≦ｍ_２≦−７０．００ＭＰａ／μｍである第２の部分と、
   を含むことを特徴とするガラス物品。
9. Ｄ１において１８５ＭＰａ≦ＣＳ２≦２４０ＭＰａであることを特徴とする請求項８に記載のガラス物品。
10. 前記ガラスが、リチウムを含まないことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のガラス物品。
11. 前記ガラス物品が、反転球落下試験において、直径１０ｍｍを有する４．２ｇのステンレス鋼球を用いて、高さ約８０ｃｍから前記ガラスの前記表面上に配置された３０グリットのサンドペーパー上に落下させる場合に、少なくとも５０％残存率を有し、前記残存率が少なくとも１０サンプルの試験に基づいていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガラス物品。
12. 電子デバイスにおいて、
    ハウジングを含み、
    前記ハウジングに対して少なくとも部分的に内側に電気部品が設けられ、前記電気部品が、少なくとも制御装置、メモリ、およびディスプレイを含み、前記ディスプレイが前記ハウジングの前面またはその近くに設けられ、
    前記ハウジングの前記前面またはその上、および前記ディスプレイの上にカバーガラスが設けられ、前記カバーガラスが請求項１〜１１のいずれか一項に記載のガラス物品を含むことを特徴とする電子デバイス。