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WO2018135548A1 - ガラス板およびその成形方法 - Google Patents

ガラス板およびその成形方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018135548A1
WO2018135548A1 PCT/JP2018/001277 JP2018001277W WO2018135548A1 WO 2018135548 A1 WO2018135548 A1 WO 2018135548A1 JP 2018001277 W JP2018001277 W JP 2018001277W WO 2018135548 A1 WO2018135548 A1 WO 2018135548A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
glass plate
arc
origin
chemical strengthening
compressive stress
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/001277
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
麻耶 波田野
山中　一彦
諭 金杉
Original Assignee
Ａｇｃ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ａｇｃ株式会社 filed Critical Ａｇｃ株式会社
Publication of WO2018135548A1 publication Critical patent/WO2018135548A1/ja

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/02—Re-forming glass sheets
    • C03B23/023—Re-forming glass sheets by bending
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL 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
    • C03C21/00—Treatment 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 plate and a forming method thereof.
  • Patent Document 1 a glass plate having a curved surface shape by heating the glass plate at a temperature lower than the softening point and plastic deformation is known (see Patent Document 1 and Patent Document 2). .
  • Patent Document 1 heats the original glass plate in a state where it is elastically deformed by pressing the original glass plate from both sides with a jig at a temperature lower than the softening point of the glass constituting the original glass plate.
  • a method of manufacturing a glass plate having a curved surface shape comprising a step of plastically deforming to provide a curved surface shape, and disclosed that a glass plate having a curved surface shape can be manufactured with a simple process and high surface accuracy. ing.
  • Patent Document 2 as in Patent Document 1, the original glass plate is heated with elastic deformation by pressing the original glass plate from both sides, and chemically strengthened by ion exchange on the surface of the glass plate. It is disclosed that it is a method for producing a glass plate having a curved surface shape having different expansion degrees on the front and back surfaces with different degrees of strengthening, and that a glass plate having a curved surface shape with improved strength and durability can be produced.
  • both sides of a flat glass plate are elastically deformed and fixed in advance in a direction approaching each other with a jig in advance, and plastically deformed by stress relaxation accompanying heating. It is disclosed that a curved surface shape is imparted.
  • the glass plate is formed into a shape defined in the initial molding (forced curved shape).
  • the initial shape is determined by fixing and supporting both ends, the curved shape of the entire glass plate is determined. Is a parabola, cubic curve, quartic curve, etc. in the cross-sectional view. Therefore, for example, it was not suitable for uses such as sticking to the outer peripheral surface of a cylindrical object.
  • the present invention provides a glass plate suitable for uses such as affixing to the outer peripheral surface of a cylindrical object, and a forming method thereof.
  • the glass plate of the present invention has a first surface and a second surface opposite to the first surface, the second surface is chemically strengthened, and a compressive stress generated by ion exchange of the second surface is A cross section of a plane perpendicular to the first axis that is larger than the compressive stress generated by ion exchange on the first surface, curved around the first axis, with the first surface as a concave surface and the second surface as a convex surface.
  • the cross section of the second surface is an arc centered on the origin.
  • the glass plate forming method of the present invention comprises: A heating step of heating the glass plate below the softening point; During the heating step, among the first surface of the glass plate and the second surface facing the first surface, the compressive stress generated by ion exchange of the second surface is larger than the first surface, A chemical strengthening step for chemically strengthening the second surface; An elastic deformation step of elastically deforming the glass plate such that the second surface becomes a convex surface during the chemical strengthening step; During the chemical strengthening step, the supporting step of supporting the glass plate so that the second surface can be expanded and deformed by the chemical strengthening; Is provided.
  • FIG. 1 shows an example of the glass plate which concerns on this invention
  • FIG. 1 (a) is a front perspective view
  • FIG.1 (b) shows sectional drawing in the plane A of (a).
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of a method for forming a glass plate according to the present invention, FIG. 2 (a) at the start of forming, FIG. 2 (b) in the middle of forming, and FIG. 2 (c) at the completion of forming.
  • Indicates FIG. 3 is a schematic view showing an example of a method for forming a glass plate according to the present invention, FIG. 3 (a) is at the start of forming, FIG. 3 (b) is in the middle of forming, and FIG. Indicates.
  • FIG. 4 shows an example of obtaining a virtual arc of a glass plate according to the present invention
  • FIG. 4 (a) is a conceptual diagram
  • FIG. 4 (b) is an average value Ave.
  • FIG. 4C shows a formula for calculating the sum of absolute values Sum ⁇ R.
  • FIG. 5 is an explanatory view showing the virtual arc of the glass plate according to the present invention and the definition in the coordinate system.
  • FIG. 6 shows a table based on a sample of a glass sheet according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a method for producing a sample based on the table of FIG. 6,
  • FIG. 7 (a) is a molding method shown in the first embodiment, and
  • FIG. 7 (b) is a molding method further placing a weight.
  • FIG.7 (c) shows the shaping
  • FIG. 1 shows an example of a glass plate according to the present invention
  • FIG. 1 (a) is a front perspective view
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view in plane A of FIG. 1 (a).
  • An example of a glass plate is explained in full detail using FIG.
  • the glass plate 1 of the present embodiment has a curved shape and includes a first surface 10 and a second surface 20 that faces the first surface 10. Since the glass plate 1 has a curved shape, the first surface 10 is defined as a concave surface and the second surface is defined as a convex surface. Further, by defining an axis parallel to the longitudinal direction of the glass plate 1 as the first axis X, it can be explained that the glass plate 1 is curved around the first axis X. Furthermore, a plane (cut plane) A perpendicular to the first axis X is defined, and an intersection point between the plane A and the first axis X is defined as an origin O. In addition, an axis orthogonal to the first axis X is defined as a second axis Y in a plan view in the thickness direction at the center of gravity of the glass plate.
  • intersects the plane A in the 2nd surface 20 of the glass plate 1 of this embodiment is a circular arc centering on the origin O.
  • the second surface 20 is formed with a chemically strengthened treatment layer 21 that is chemically strengthened.
  • the chemical strengthening treatment is performed, for example, by applying a paste or powdered molten salt to the second surface 20 and exchanging alkali ions in the glass and alkali ions in the molten salt. More specifically, this is performed by ion exchange of at least one of lithium ions and sodium ions in the glass plate 1 with potassium ions having a larger ion radius. And by carrying out a chemical strengthening process, surface compressive stress acts on the surface of the glass plate 1, and the mechanical strength of the glass plate 1 can be improved.
  • the glass plate used for the chemically strengthened glass of the present embodiment is not particularly limited as long as it is ion-exchangeable.
  • soda lime glass, aluminosilicate glass, lithium aluminosilicate glass, borosilicate glass, aluminoborosilicate glass soda lime glass, aluminosilicate glass, lithium aluminosilicate glass, borosilicate glass, aluminoborosilicate glass. It can be used by appropriately selecting from the above.
  • SiO 2 is 50 to 80%
  • Al 2 O 3 is 0.1 to 30%
  • a glass containing 3 to 30% O, 0 to 25% MgO, 0 to 25% CaO and 0 to 5% ZrO 2 is mentioned, but is not particularly limited. More specifically, the following glass compositions may be mentioned.
  • “containing 0 to 25% of MgO” means that MgO is not essential but may contain up to 25%.
  • V SiO 2 60-72%, Al 2 O 3 8-16%, Na 2 O 8-18%, K 2 O 0-3%, MgO 0 A glass containing ⁇ 10% and 0-5% ZrO 2 and containing less than 1% when containing CaO.
  • Vi Composition expressed in mol%, SiO 2 56 to 73%, Al 2 O 3 10 to 24%, B 2 O 3 0 to 6%, P 2 O 5 0 to 6%, Li 2 O 2-7%, Na 2 O 3-11%, K 2 O 0-2%, MgO 0-8%, CaO 0-2%, SrO 0-5%, BaO 0 Glass containing -5%, ZnO 0-5%, TiO 2 0-2%, ZrO 2 0-4%.
  • the forming method includes (1) a heating step, (2) a chemical strengthening step, (3) an elastic deformation step, and (4) a supporting step.
  • Both sides of the flat glass plate 1a are placed on a base (also referred to as a support member) 30, and the glass plate 1 is heated below the softening point (see FIGS. 2A and 2B; implementation of heating step). .
  • Two bases 30 having a substantially triangular cross section are arranged on both sides so that the hypotenuses 31 face each other. Since the interval formed by each base 30 increases toward the upper side of the base 30, the flat glass plate 1a having a predetermined length (for example, a length of 300 mm, a width of 50 mm, and a thickness of 0.33 mm) It is mounted on the base 30 upper part. At the stage where both sides of the flat glass plate 1a are placed on the base 30, the center portion of the glass plate 1a is already slightly bent due to its own weight, curved around the first axis X, and has a cylindrical-like shape (first surface 10). Is a concave surface and the second surface 20 is a convex surface).
  • the cylindrical-like shape mainly refers to a shape deformed around the first axis X.
  • the cylindrical like shape includes not only a shape forming a part of a side surface of a so-called cylinder but also a shape forming a part of a side surface of a cone.
  • the glass plate 1a Since the temperature of the heating step is lower than the softening point, the glass plate 1a does not have fluidity. Accordingly, the optical quality is superior to the molding generally performed by heating the glass plate to the softening point or higher. This is because the risk of distortion or the like occurring in the glass plate due to unintended deformation during molding is reduced.
  • the temperature of the heating step is preferably less than the annealing point, more preferably less than the strain point. The possibility that the glass plate is distorted is further reduced.
  • the second surface 20 is chemically strengthened while performing the heating process (see FIGS. 2B and 2C; implementation of the chemical strengthening process).
  • chemical strengthening is performed so that the compressive stress generated by the ion exchange of the second surface 20 is larger than that of the first surface 10.
  • the second surface 20 is chemically strengthened while utilizing the heat in parallel with the heating step.
  • the chemical strengthening treatment layer 21 is generated, and the chemical strengthening treatment layer 21 is expanded (see FIG. 2B).
  • the expansion of the chemically strengthened layer 21 as a driving force deformation with the first surface 10 as a concave surface and the second surface 20 as a convex surface proceeds around the first axis X.
  • the glass plate 1a is shape
  • the chemical strengthening treatment layer 21 also expands uniformly regardless of the position of each point on the cross section of the second surface (FIG. 2B).
  • Cheap As a result, as shown in FIG. 2C, the glass plate 1a is more easily formed into an arc shape by using the uniform expansion of the chemically strengthened layer 21 as a driving force.
  • the term “uniform” used in this specification is a concept that allows an error within a range that does not lose the effect of the present application.
  • the chemical strengthening process may not be uniform on the second surface. For example, an application region where the molten salt is applied and a non-application region where the molten salt is not applied may be provided.
  • the chemical strengthening treatment layer is expanded on the second surface 20 by chemical strengthening. That is, the phrase “the second surface is chemically strengthened” specifying the glass plate of the present invention includes the above-described configuration.
  • the flat glass plate 1 a is already in the state of being curved around the first axis X when it is placed on the base 30. That is, during the chemical strengthening process, the glass plate is elastically deformed so that the second surface becomes a convex surface (implementation of the elastic deformation process). Therefore, due to the expansion of the chemical strengthening treatment layer 21, it is mainly curved around the first axis X rather than around the second axis Y. In this way, the glass plate 1a is curved mainly in a cylindrical-like shape, and a glass plate suitable for applications such as sticking to the outer peripheral surface of a cylindrical object is obtained. That is, the elastic deformation process serves to control the direction of expansion in the chemical strengthening process.
  • the pre-baking for about 5 minutes at about 400 degreeC may be performed before a heating process, and the powder used at a chemical strengthening process may be fuse
  • the 2nd surface 20 supports the said glass plate so that expansion deformation by chemical strengthening is possible during a chemical strengthening process (implementation of a support process).
  • the corners of the opposite sides (both sides) of the glass plate 1 a serve as support points P, but the expansion of the chemical strengthening treatment layer 21 on the second surface 20 is caused.
  • the glass plate is deformed as a driving force, it is difficult to inhibit the deformation.
  • the glass plate is formed into an arc shape, and the opposing sides of the glass plate 1a are turned up. And the whole shape of a glass plate is shape
  • the glass plate 1a is formed into an arc shape without inhibiting the deformation of the glass plate 1a itself caused by the expansion by chemical strengthening. It becomes possible.
  • the heating is preferably performed at, for example, about 450 ° C. for 10 minutes or more.
  • FIG. 2 although it is the structure which made the base 30 face two, it is not limited to this. As long as it can be supported as in this support step, for example, it may be a single base having a V-shaped groove or a single base having a U-shaped groove deeper than an arc.
  • the central part of the flat glass plate 1a is placed on the base 30, and the glass plate 1 is heated below the softening point (see FIGS. 3A and 3B).
  • a base 30 having a substantially circular cross section is fixed by a support member 41 from the ceiling 40 or the like, and a substantially central portion of the flat glass plate 1 a is placed and fixed on the base 30.
  • the both ends of the glass plate 1a are already slightly bent due to their own weight, and are curved like the first axis X (the first surface 10 is concave,
  • the second surface 20 is elastically deformed into a convex surface.
  • the first axis X exists below the base 30 because it is upside down from the first embodiment (not shown).
  • the second surface 20 is chemically strengthened (see FIGS. 3B and 3C).
  • chemical strengthening of the second surface 20 is performed using the heat.
  • the chemical strengthening treatment layer 21 is generated, and the chemical strengthening treatment layer 21 expands.
  • the glass plate 1a is shape
  • the glass plate is elastically deformed so that the second surface 20 becomes a convex surface.
  • the glass plate 1a is curved mainly in a cylindrical like shape, and a glass plate suitable for applications such as sticking to the outer peripheral surface of a cylindrical object is obtained. That is, the elastic deformation process serves to control the direction of expansion in the chemical strengthening process.
  • the 2nd surface 20 supports the said glass plate so that expansion deformation by chemical strengthening is possible during a chemical strengthening process.
  • the expansion of the chemical strengthening treatment layer 21 of the second surface 20 is used as a driving force to deform the glass plate. Hard to block. As a result, the glass plate is formed into an arc shape.
  • the glass plate 1a By supporting the second surface 20 of the glass plate 1a in such a manner that it can be expanded and deformed by chemical strengthening in this way, the glass plate 1a is formed into an arc shape without inhibiting the deformation of the glass plate 1a due to expansion by chemical strengthening. It becomes possible.
  • the base 30 uses that whose cross section is circular arc shape, it is not limited to it. If the support as in the present support step can be performed, the cross section of the base 30 may be a rectangle supporting only the central portion of the glass plate 1 or a columnar shape. The outer shape of the base 30 may not be along the second surface after the glass plate 1 is molded. In addition, the base 30 may be divided
  • the mechanism by which the glass plate is formed into an arc shape by (1) heating step, (2) chemical strengthening step, (3) elastic deformation step, and (4) supporting step can be considered as follows. .
  • the surface side of the glass plate 1a with a large degree of chemical strengthening expands more with the difference in the degree of chemical strengthening between the front and back surfaces.
  • the entire glass plate, particularly both ends can be freely deformed without being constrained, in the first embodiment, the glass plate is deformed into an arc shape along a circle having the hypotenuse 31 as a tangent. . Although this reason is not certain, it is considered that the arc shape is the most stable state.
  • the 2nd surface 20 is chemically strengthened according to the process of said (1)-(4), and the cross section of the 2nd surface 20 is shown. If a circular arc centered on the origin O is formed, the forming method is not limited. For example, the molding process may be repeated a plurality of times. Thereby, the cross-sectional stress distribution (CS or DOL) of chemical strengthening can be controlled. In the chemical strengthening step, only the second surface may be chemically strengthened. That is, “the compressive stress generated by ion exchange of the second surface 20 is larger than that of the first surface 10” includes the case where the compressive stress generated by ion exchange of the first surface is zero.
  • the entire surface of the glass plates 1 and 1a may be uniformly chemically strengthened after the forming step. Thereby, the strength UP of the front and back surfaces is expected while controlling the desired R shape.
  • both surfaces of the glass plate 1 in which the second surface 20 is an arc (“surface compression stress” in some compression direction is generated on the first surface 10 and the second surface 20.
  • surface compression stress refers to a combination of “compressive stress caused by ion exchange” and “bending compressive stress” caused by elastic deformation.In this embodiment, expansion is caused by ion exchange in the chemical strengthening process. Therefore, “compressive stress caused by ion exchange” is generated on the second surface 20, and “bending compressive stress” is generated on the first surface 10 due to elastic deformation, so that the first surface 10 and the second surface 20 are provided. Is hard to get scratched.
  • the “compressive stress generated by ion exchange” of the first surface 10 includes the case where it is zero.
  • both the second surface 20 and the first surface 10 may be chemically strengthened, and the first surface 10 may also have a compressive stress generated by ion exchange.
  • the compressive stress of the second surface 20 caused by ion exchange is larger than the compressive stress caused by ion exchange of the first surface 10.
  • the surface compressive stress generated by the ion exchange of the second surface 20 is larger than the absolute value of the bending compressive stress of the first surface 10. If the absolute value of the bending compressive stress of the first surface 10 is large, the bending tensile stress of the second surface 20 also increases, but by increasing the surface compressive stress generated by ion exchange of the second surface 20 further, The two surfaces 20 are hardly scratched.
  • the second surface 20 is preferably a surface that is on the outer surface side when it is applied to the outer peripheral surface of a cylindrical object, and thus is more difficult to be scratched. Further, the surface compressive stress of the second surface 20 is preferably larger than the surface compressive stress of the first surface 10 “.
  • the surface compressive stress generated by ion exchange of the second surface 20 is the first surface 10. This can be realized when the absolute value of the bending compressive stress of the first surface 10 is much smaller than the surface compressive stress generated by ion exchange of the second surface 20. By doing so, the second surface 20 is hardly scratched.
  • the curved surface formed by the second surface 20 of the glass plate 1 of the present embodiment is not an arc that constitutes a part of a perfect circle but an arc that constitutes a part of a circle close to a perfect circle. That is, the “arc” in this specification does not indicate a part of a strict perfect circle, but has a concept that has a width within a range that does not impair the purpose of the present application. It is more desirable if the second surface 20 is as close to a perfect circle as possible.
  • a virtual arc having a radius of curvature R is obtained, and a calculation is performed using a value obtained from the virtual arc and an index value. The method of determining the range of the measured values was used.
  • the base virtual arc is obtained by the following procedure. The procedure will be described with reference to FIG.
  • the distance between an arbitrary point on the formed second surface 20 and the origin O is measured, an average value is obtained, and a value that minimizes the sum of the difference between the average value and an arbitrary point on the second surface 20 is the minimum two.
  • a virtual arc having a radius of curvature R is obtained by multiplication.
  • XY coordinates are used as a method for obtaining a virtual arc.
  • the coordinates of the origin O be (Xc, Yc).
  • the coordinates of an arbitrary point on the second surface 20 are (Xi, Yi).
  • the distance Ri between the two points can be derived from the general formula of the square root of the sum of the squares of (Xi ⁇ Xc) and (Yi ⁇ Yc).
  • the total value ⁇ Ri is divided by the number of measured points n, and the average value Ave.
  • R is obtained (refer to FIG. 4B for the formula: for the average value, refer to the dashed curve in FIG. 3A).
  • the distance Ri between the two points and the average value Ave A sum Sum ⁇ R of absolute values of differences from R is obtained (see FIG. 4C), and a virtual arc having a curvature radius R that minimizes the sum Sum ⁇ R is obtained.
  • the index L used for dimensionlessness can be evaluated so that the cleanliness of the arc can be evaluated equally.
  • X (H / R) was defined.
  • L represents the arc length
  • H represents the arrow height
  • R represents the radius of curvature (see FIG. 5).
  • ⁇ i
  • the absolute value of the difference between each point on the cross section of the second surface 20 and each virtual arc-shaped point.
  • the following formula (1) was created by using the average value ⁇ . ⁇ / (L ⁇ (H / R)) (1)
  • the arc of the second surface 20 of the glass plate 1 is an arc shape close to a perfect circle when the value obtained by Equation (1) is less than 0.020. Further, it is more preferably 0.010 or less, further preferably 0.008 or less, further preferably 0.007 or less, further preferably 0.005 or less, further preferably 0.004 or less, and further preferably 0.003 or less. If it exists, it is desirable because it has an arc shape that is closer to a perfect circle.
  • the first point D that is the farthest from the origin O and the second point E that is the nearest from the origin are the first point from the origin O.
  • the arc of the second surface 20 of the glass plate 1 is an arc shape close to a perfect circle when the value obtained by the equation (2) is less than 0.121. More preferably, it is 0.10 or less, more preferably 0.08 or less, still more preferably 0.05 or less, and even more preferably 0.03 or less, since it is a circular arc shape that is closer to a perfect circle, which is desirable.
  • the sectoral central angle ⁇ (hereinafter also simply referred to as the central angle ⁇ ) surrounded by both ends of the virtual arc and the respective lines connecting the origin 0 is preferably 63 degrees or more.
  • the central angle ⁇ is in the range of 63 degrees or more, it is difficult to form conventionally, and it can meet various demands for shapes.
  • the central angle ⁇ is more preferably 90 degrees or more, more preferably 110 degrees or more, further preferably 130 degrees or more, further preferably 150 degrees or more, and further preferably 180 degrees or more, so that the shape is further improved. Meet diverse demands. For example, it is possible to reduce seams, such as when a 360-degree glass plate is attached to the outer peripheral surface of a cylindrical object.
  • the curvature radius R of a virtual arc is 270 mm or less, and it can respond to the various demands with respect to a shape. And more preferably, it is 200 mm or less, More preferably, it is 150 mm or less.
  • the 2nd surface of the glass plate 1 is circular arc shape also in any some plane A of the 1st axis
  • the second surface having the characteristics described in the above-described embodiment exists on any of the plurality of planes A in the first axis X direction.
  • the arc-shaped radius of curvature R may gradually change between the plurality of planes A in the first axis X direction. A shape that forms part of the conical wall is obtained.
  • Examples B-1 and B-2 a glass plate was placed on the base, and as shown in FIG. 7 (b), a chemical of about 50 g was further placed on the first surface. A strengthening process was performed. The rest is the same as A-1.
  • Examples C-1 and C-2 were subjected to a chemical strengthening step at about 450 ° C. for about 10 hours. The rest is the same as A-1.
  • Example D used a glass plate having a size of 85 mm ⁇ 15 mm ⁇ 0.33 mm, and performed a chemical strengthening step (2) at about 450 ° C. for about 16 hours. The rest is the same as A-1.
  • Comparative Example E As shown in FIG. 7 (c), both sides of the glass plate 1a are sandwiched between the bases 30 and elastically deformed, and heated at 511 ° C. for 2 hours without being subjected to chemical strengthening treatment. I let you. At this time, the distance between the bases is 280 mm. Comparative Example E is also a reproduction experiment of Patent Document 1.
  • Comparative Example F used a glass plate having a size of 85 mm ⁇ 65 mm ⁇ 0.33 mm, placed as shown in FIG. 2, and heated the glass and the mold to the annealing point or higher without performing chemical strengthening treatment. The rest is the same as A-1.
  • the number such as “ ⁇ 1” of each sample indicates the N number when the experiment is performed a plurality of times.
  • the shape of the curved glass plate is 3D measured by GOM 3D measurement system “ATOS TripleScan” to create a polygon, and the central section in the bending direction of the polygonized data is extracted at a measurement pitch of 1 mm. The center angle, curvature radius and arrow height were determined from the data.
  • the measuring device is not limited to ATOS, and a laser displacement meter, a contact-type measuring device, or the like may be used.
  • the glass plate of this example has a circular arc close to a perfect circle even if the size of the glass plate itself is different.
  • Example A compared with Example A and Example E, and between Example D and Example F, even if the radius of curvature is comparable, the example is an arc much closer to a perfect circle. I understand.
  • Example A it can be seen that by applying a load to the center of the glass plate, even a similar chemical strengthening time can bend deeper. This is presumably because the tensile stress is generated on the second surface 20 due to the load, and the chemical strengthening becomes easier to enter due to the increase in the intermolecular distance of the glass in the vicinity of the second surface.
  • Example A and Example C are compared, it can be seen that the longer the chemical strengthening time, the deeper the curve.
  • the inventors of the present application have confirmed through experiments that a glass plate can be formed up to a central angle of 180 ° or more.
  • the minimum value in the comparative example of the formula (1) is 0.02 from the comparative example E which is a reproduction experiment of Patent Document 1, and it is understood that the example is lower than the value.
  • the arc of the second surface 20 of the glass plate 1 has an arc shape close to a perfect circle when the value obtained by Equation (1) is less than 0.02.
  • the minimum value in the comparative example of the formula (2) is 0.121 (refer to the bold line frame) from the comparative example E which is a reproduction experiment of Patent Document 1, and the example is based on the value.
  • the arc of the second surface 20 of the glass plate 1 is less than 0.121 because the arc obtained by the formula (2) has an arc shape close to a perfect circle.
  • the radius of curvature R of the virtual arc can be bent to a smaller radius of curvature R of 270 mm or less, which can meet various demands on the shape.
  • the chemical strengthening step (2) is preferably performed for 4 hours or more, more preferably 6 hours or more, and further preferably 8 hours or more.
  • the glass plate of the present invention and the forming method thereof are not limited only to applications such as sticking to the outer peripheral surface of a cylindrical object, and for example, an arc shape close to a perfect circle as a cover glass of a camera mounted on a vehicle or the like It is also suitably used in the field requiring a glass plate.

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  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Abstract

ガラス板（１）は、第１面（１０）と、第１面（１０）と対向する第２面（２０）と、を有し、第２面（２０）は化学強化され、第２面（２０）のイオン交換により生じる圧縮応力が、第１面（１０）のイオン交換により生じる圧縮応力よりも大きく、第１面（１０）を凹面、第２面（２０）を凸面として、第１軸（Ｘ）のまわりに湾曲し、第１軸（Ｘ）に垂直な平面（Ａ）での断面視において、第１軸（Ｘ）と平面（Ａ）の交点を原点（Ｏ）としたとき、第２面（２０）の断面は、原点（Ｏ）を中心とする円弧である。

Description

ガラス板およびその成形方法
　本発明は、ガラス板およびその成形方法に関する。
　ガラス板の高い表面精度を得るため、ガラス板を軟化点未満の温度で加熱して塑性変形させ曲面形状を有するガラス板およびその成形方法が知られている（特許文献１および特許文献２参照）。
　特許文献１は、元ガラス板を両側から治具で押圧して弾性変形させる工程と、弾性変形させた状態の元ガラス板を、元ガラス板を構成するガラスの軟化点未満の温度で加熱し、塑性変形させて曲面形状を付与する工程とを備える、曲面形状を有するガラス板の製造方法であって、簡易な工程で、かつ高い表面精度で曲面形状を有するガラス板が製造できることが開示されている。特許文献２も特許文献１と同様に元ガラス板を両側から治具で押圧して弾性変形させながら加熱して、ガラス板表面でのイオン交換で化学強化を行い、特にガラス板の表裏の化学強化度合いを異ならせて表裏面に膨張差をつけた曲面形状を有するガラス板の製造方法であって、強度と耐久性を向上させた曲面形状を有するガラス板が製造できることが開示されている。
日本国特開２０１５－２７９３６号公報 国際公開第２０１５／５７５５２号
　特許文献１および２の成形方法は、どちらも平板状のガラス板の両側を、予め治具で互いに近づく方向に弾性変形させて固定し、加熱に伴う応力緩和によって塑性変形させ、ガラス板に前記曲面形状を付与することを開示している。しかしながら、これらの技術では、ガラス板が成形初期（強制的に湾曲された形状）に定めた形状に成形されるが、両端を固定支持して初期形状を定めるため、当該ガラス板全体の湾曲形状は、断面図において、放物線や３次式曲線、４次式曲線等になる。そのため、例えば、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途には適さなかった。
　本発明は、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途に適するガラス板およびその成形方法を提供する。
　本発明のガラス板は、第１面と、前記第１面と対向する第２面と、を有し、前記第２面は化学強化され、前記第２面のイオン交換により生じる圧縮応力が、前記第１面のイオン交換により生じる圧縮応力よりも大きく、前記第１面を凹面、前記第２面を凸面として、第１軸のまわりに湾曲し、前記第１軸に垂直な平面での断面視において、前記第１軸と前記平面の交点を原点としたとき、前記第２面の断面は、前記原点を中心とする円弧である。
　本発明のガラス板成形方法は、
　ガラス板を軟化点未満に加熱する加熱工程と、
　前記加熱工程中に、前記ガラス板の第１面及び前記第１面に対向する第２面のうち、前記第１面よりも前記第２面のイオン交換により生じる圧縮応力が大きくなるように、前記第２面を化学強化する化学強化工程と、
　前記化学強化工程中に、前記第２面が凸面となるように、前記ガラス板を弾性変形させる弾性変形工程と、
　前記化学強化工程中に、前記第２面が前記化学強化による膨張変形可能に、前記ガラス板を支持する支持工程と、
　を備える。
　本発明によれば、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途に適するガラス板を提供することができる。
図１は、本発明に係るガラス板の一例を示し、図１（ａ）は正面斜視図、図１（ｂ）は（ａ）の平面Ａにおける断面図を示す。 図２は、本発明に係るガラス板の成形方法の一例を示す模式図を示し、図２（ａ）は成形開始時、図２（ｂ）は成形途中、図２（ｃ）は成形完了時を示す。 図３は、本発明に係るガラス板の成形方法の一例を示す模式図を示し、図３（ａ）は成形開始時、図３（ｂ）は成形途中、図３（ｃ）は成形完了時を示す。 図４は、本発明に係るガラス板の仮想円弧を求める一例を示し、図４（ａ）は概念図、図４（ｂ）は半径の平均値Ａｖｅ．Ｒを求める式、図４（ｃ）は絶対値の総和ＳｕｍΔＲを求める式を示す。 図５は、本発明に係るガラス板の仮想円弧と座標系における定義を示す説明図を示す。 図６は、本発明に係るガラス板のサンプルに基づく表を示す。 図７は、図６の表に基づくサンプルの作製方法を示す模式図を示し、図７（ａ）は第１実施形態で示した成形方法、図７（ｂ）は重りをさらに載せた成形方法、図７（ｃ）は比較例の成形方法を示す。
　以下、図面を用いて、本発明に係るガラス板およびその成形方法の具体的な実施の形態について詳述する。
　図１は、本発明に係るガラス板の一例を示し、図１（ａ）は正面斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の平面Ａにおける断面図である。図１を用いてガラス板の一例を詳述する。
　本実施形態のガラス板１は、湾曲形状をなし、第１面１０と、第１面１０と対向する第２面２０と、を有する。湾曲形状をなすガラス板１であるため、第１面１０を凹面とし、第２面を凸面と定義する。また、ガラス板１の長手方向に平行な軸を第１軸Ｘと定義することにより、ガラス板１は、第１軸Ｘのまわりに湾曲していると説明できる。さらに、第１軸Ｘに垂直な平面（切断面）Ａを定義し、平面Ａと第１軸Ｘとの交点を原点Ｏとする。また、ガラス板の重心における板厚方向の平面視において、第１軸Ｘに直交する軸を第２軸Ｙと定義する。
　そして、本実施形態のガラス板１の第２面２０において平面Ａと交差する断面形状は、原点Ｏを中心とする円弧である。
　また、第２面２０は化学強化されている化学強化処理層２１が形成されている。化学強化処理は、例えば、ペースト状または粉末状の溶融塩を第２面２０に塗布し、ガラス内部のアルカリイオンと溶融塩中のアルカリイオンとを交換する方法で行われる。さらに詳述すると、ガラス板１中の少なくともリチウムイオンおよびナトリウムイオンのいずれかを、よりイオン半径の大きいカリウムイオンとイオン交換することで行われる。そして、化学強化処理することにより、ガラス板１の表面に表面圧縮応力が働き、ガラス板１の機械的強度を向上させることができる。
　本実施形態の化学強化ガラスに用いられるガラス板は、イオン交換可能なものであれば特に制限されず、例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、アルミノボロシリケートガラス等から適宜選択して使用することができる。
　本実施形態で使用されるガラス板の組成の一例としては、モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を５０～８０％、Ａｌ２Ｏ３を０．１～３０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏを３～３０％、ＭｇＯを０～２５％、ＣａＯを０～２５％およびＺｒＯ２を０～５％含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。より具体的には、以下のガラスの組成が挙げられる。なお、例えば、「ＭｇＯを０～２５％含む」とは、ＭｇＯは必須ではないが２５％まで含んでもよい、の意である。
（ｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を６３～７３％、Ａｌ２Ｏ３を０．１～５．２％、Ｎａ２Ｏを１０～１６％、Ｋ２Ｏを０～１．５％、ＭｇＯを５～１３％及びＣａＯを４～１０％を含むガラス。
（ｉｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を５０～７４％、Ａｌ２Ｏ３を１～１０％、Ｎａ２Ｏを６～１４％、Ｋ２Ｏを３～１１％、ＭｇＯを２～１５％、ＣａＯを０～６％およびＺｒＯ２を０～５％含有し、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が１２～２５％、ＭｇＯおよびＣａＯの含有量の合計が７～１５％であるガラス。
（ｉｉｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を６８～８０％、Ａｌ２Ｏ３を４～１０％、Ｎａ２Ｏを５～１５％、Ｋ２Ｏを０～１％、ＭｇＯを４～１５％およびＺｒＯ２を０～１％含有するガラス。
（ｉｖ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を６７～７５％、Ａｌ２Ｏ３を０～４％、Ｎａ２Ｏを７～１５％、Ｋ２Ｏを１～９％、ＭｇＯを６～１４％およびＺｒＯ２を０～１．５％含有し、ＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の含有量の合計が７１～７５％、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの含有量の合計が１２～２０％であり、ＣａＯを含有する場合その含有量が１％未満であるガラス。
（ｖ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を６０～７２％、Ａｌ２Ｏ３を８～１６％、Ｎａ２Ｏを８～１８％、Ｋ２Ｏを０～３％、ＭｇＯを０～１０％およびＺｒＯ２を０～５％含有し、ＣａＯを含有する場合その含有量が１％未満であるガラス。
（ｖｉ）モル％で表示した組成で、ＳｉＯ２を５６～７３％、Ａｌ２Ｏ３を１０～２４％、Ｂ２Ｏ３を０～６％、Ｐ２Ｏ５を０～６％、Ｌｉ２Ｏを２～７％、Ｎａ２Ｏを３～１１％、Ｋ２Ｏを０～２％、ＭｇＯを０～８％、ＣａＯを０～２％、ＳｒＯを０～５％、ＢａＯを０～５％、ＺｎＯを０～５％、ＴｉＯ２を０～２％、ＺｒＯ２を０～４％含有するガラス。
　ガラス板１の成形方法について、図２に基づいて第１実施形態を、図３に基づいて第２実施形態を説明する。成形方法は、（１）加熱工程、（２）化学強化工程、（３）弾性変形工程、（４）支持工程を含む。
＜第１実施形態＞
　平板状のガラス板１ａの両側を基台（支持部材ともいう）３０に載置し、軟化点未満でガラス板１を加熱する（図２（ａ）、（ｂ）参照；加熱工程の実施）。
　断面が略三角形状なす基台３０を２つ両側に、それぞれの斜辺３１が対向するように配置する。各基台３０で形成される間隔が基台３０の上方に向かうほど広くなるため、所定の長さ（例えば長さ３００ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．３３ｍｍ）のある平板状のガラス板１ａは、基台３０上部に載置される。平板状のガラス板１ａの両側を基台３０に載置した段階で、既に自重により若干ガラス板１ａの中心部が撓み、第１軸Ｘのまわりに湾曲し、シリンドリカルライク形状（第１面１０が凹面、第２面２０が凸面）に弾性変形した状態となる。この状態で軟化点未満に加熱することで、ガラス板１ａは流動性を伴った変形はしないものの、自重起因の弾性変形により常にシリンドリカルライク形状に変形する方向へ力が生じた状態が維持される。
　なお、ここでシリンドリカルライク形状とは、主として第１軸Ｘの周りに変形した形状を指す。シリンドリカルライク形状は、いわゆる円柱の側面の一部をなす形状だけでなく、円錐の側面の一部をなす形状も含むものとする。
　加熱工程の温度が軟化点未満であるため、ガラス板１ａは流動性を伴わない。したがって、一般的にガラス板を軟化点以上に加熱して行う成形よりも、光学品質が優れる。成形時の意図しない変形によってガラス板に歪などが生じるおそれが低減されるためである。加熱工程の温度は、好ましくは徐冷点未満、さらに好ましくは歪点未満である。ガラス板に歪などが生じるおそれがさらに低減される。
　また、加熱工程を行いながら、第２面２０の化学強化を行う（図２（ｂ）、（ｃ）参照；化学強化工程の実施）。化学強化工程では、第１面１０よりも第２面２０のイオン交換により生じる圧縮応力が大きくなるように化学強化する。
　加熱工程を行う前に、ガラス板１ａの第２面２０に、例えば、組成がＫＮＯ３：Ｋ２ＳＯ４＝１：１（質量比）の混合粉末から作製した溶融塩２１ａを均一に塗布しておくことで（図２（ａ）参照）、加熱工程と平行して、その熱を利用しながら第２面２０の化学強化が行われる。第２面２０の化学強化が行われると、化学強化処理層２１が生じ、化学強化処理層２１が膨張する（図２（ｂ）参照）。その化学強化処理層２１の膨張を原動力として、第１軸Ｘのまわりに、第１面１０を凹面、第２面２０を凸面とする変形が進行する。これにより、図２（ｃ）で示すように、ガラス板１ａは円弧形状に成形される。
　ここで、化学強化処理は第２面上で均一であれば、化学強化処理層２１も、第２面の断面（図２（ｂ））上の各点の位置によらず、均一に膨張しやすい。その結果、図２（ｃ）で示すように、ガラス板１ａは化学強化処理層２１の均一膨張を原動力として、より円弧形状に成形されやすい。なお、本明細書で用いる「均一」とは、本願の効果を失わない範囲の誤差を許容する概念である。
　なお、化学強化処理は、第２面上で均一でなくてもよい。例えば溶融塩を塗布した塗布領域と、溶融塩を塗布しない非塗布領域とを設けても良い。この場合でも、塗布領域で行われた化学強化が、非塗布領域内にも拡散し、非塗布領域までも化学強化される現象が確認されている。そのため、第２面２０では化学強化による化学強化処理層の膨張が行われる。すなわち、本発明のガラス板を特定する「第２面は化学強化され」という文言は、上記の構成も含むものとする。
　また、平板状のガラス板１ａは、基台３０に載置した段階で、既に第１軸Ｘのまわりに湾曲した状態である。すなわち化学強化工程中、ガラス板は、第２面が凸面となるように、弾性変形される（弾性変形工程の実施）。そのため、化学強化処理層２１の膨張により、第２軸Ｙのまわりよりも第１軸Ｘのまわりに主として湾曲する。このようにして、ガラス板１ａは、主としてシリンドリカルライク形状に湾曲し、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途に適するガラス板が得られる。すなわち、弾性変形工程は化学強化工程の膨張の方向を制御する働きをする。
　なお、加熱工程前に約４００℃で約５分間の仮焼成を行い、化学強化工程で用いる粉末を溶融させてもよい。
　また、化学強化工程中、第２面２０が化学強化による膨張変形可能に、前記ガラス板を支持する（支持工程の実施）。
　図２において、（ａ）、（ｂ）では、ガラス板１ａの対向する辺（両端辺）の角部が支持点Ｐとなっているが、第２面２０の化学強化処理層２１の膨張を原動力として、ガラス板が変形する際に、その変形を阻害しにくい。その結果、ガラス板は円弧形状に成形され、ガラス板１ａの対向する辺はめくりあがる。そして角部から離れていく支持点Ｐを徐々にガラス板１ａの重心側にずらしながら、ガラス板の全体形状は、円弧形状へと成形される（図２（ｃ））。
　図２の場合、支持点Ｐにおけるガラス板と斜辺３１との摩擦力が、化学強化による凸面（第２面）の膨張する力よりも小さいことが必要である。
　このようにガラス板の第２面２０を化学強化による膨張変形可能に支持することで、化学強化による膨張に起因するガラス板１ａ自身の変形を阻害せず、ガラス板１ａを円弧形状に成形することが可能となる。
　第２面２０の断面が原点Ｏを中心とする円弧となるために、加熱は、例えば約４５０℃で１０分以上行われることが好ましい。
　なお、図２では、基台３０を２つ対面させた構成であるが、これに限定されない。本支持工程のような支持ができれば、例えば、Ｖ字型の溝を有する１つの基台であってもよく、円弧よりも深いＵ字型の溝を有する１つの基台であってよい。
＜第２実施形態＞
　以下、ガラス板１の成形方法の第２実施形態について説明する。第１実施形態と重複する説明は省略して記す。
　平板状のガラス板１ａの中央部を基台３０に載置し、軟化点未満でガラス板１を加熱する（図３（ａ）、（ｂ）参照）。
　断面が略円形状をなす基台３０を天井４０等から支持部材４１で固定させ、平板状のガラス板１ａの略中央部を基台３０に載置固定する。平板状のガラス板１ａを基台３０に載置した段階で、既に自重により若干ガラス板１ａの両端部が撓み、第１軸Ｘのまわりに湾曲したシリンドリカルライク形状（第１面１０が凹面、第２面２０が凸面）に弾性変形した状態となる。なお、第２実施形態の場合、第1実施形態とは上下逆のため、第１軸Ｘは、基台３０の下方に存在することになる（不図示）。
　加熱工程を行いながら、第２面２０の化学強化を行う（図３（ｂ）、（ｃ）参照）。
　加熱工程と平行して、その熱を利用しながら第２面２０の化学強化が行われる。第２面２０の化学強化が行われると、化学強化処理層２１が生じ、化学強化処理層２１が膨張する。その化学強化処理層２１の膨張を原動力として、第１軸Ｘのまわりに、第１面１０を凹面、第２面２０を凸面とする変形が進行する。これにより、図３（ｃ）で示すように、ガラス板１ａは円弧形状に成形される。
　上述したように、化学強化工程中、ガラス板は、第２面２０が凸面となるように、弾性変形される。ガラス板１ａは、主としてシリンドリカルライク形状に湾曲し、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途に適するガラス板が得られる。すなわち、弾性変形工程は化学強化工程の膨張の方向を制御する働きをする。
　また、化学強化工程中、第２面２０が化学強化による膨張変形可能に、前記ガラス板を支持する。第２実施形態においては、基台３０によってガラス板の第１面が支持されるため、第２面２０の化学強化処理層２１の膨張を原動力として、ガラス板が変形する際に、その変形を阻害しにくい。その結果、ガラス板は円弧形状に成形される。
　このようにガラス板１ａの第２面２０を化学強化による膨張変形可能に支持することで、化学強化による膨張に起因するガラス板１ａの変形を阻害せず、ガラス板１ａを円弧形状に成形することが可能となる。
　なお、図３（ｃ）では、基台３０は断面が円弧形状のものを用いているが、それに限定されない。本支持工程のような支持ができれば、基台３０の断面は、ガラス板１の中央部付近のみを支える矩形や、円柱形であってもよい。基台３０の外形は、ガラス板１の成形後の第２面に沿わなくても良い。なお、基台３０は複数に分割され、ガラス板１を不連続に支持してもよい。
　以上のように、（１）加熱工程、（２）化学強化工程、（３）弾性変形工程、（４）支持工程によって、ガラス板が円弧形状に成形されるメカニズムは、以下のように考察できる。
　通常、平面上に載置されたガラス板１ａを化学強化した場合には、ガラス板１ａは表裏の化学強化度合いの差に伴い、化学強化度合いの大きい面側がより多く膨張するため、その面を凸面とした球面状に変形する。
　しかし、予め第１軸Ｘのまわりに湾曲したシリンドリカルライク形状に弾性変形させて支持することで、凸面の膨張によるガラス板の変形方向を第１軸Ｘのまわりの一方向に誘導できる。さらに、ガラス板全体、特に両端が拘束されることなく自由に変形可能であるため、第１実施形態においては斜辺３１を接線とする円に沿うように、ガラス板が円弧形状に変形されていく。この理由は定かではないが、円弧形状が最も安定した状態であるためと考えられる。
　ガラス板１を成形するための方法の例を上述したが、これらの方法に限らず、上述の（１）～（４）の工程に従って第２面２０が化学強化され、第２面２０の断面が原点Ｏを中心とした円弧ができれば、成形方法に限定されない。例えば、成形工程を複数回繰り返しても良い。これにより、化学強化の断面応力分布（ＣＳやＤＯＬ）を制御できる。
　また、化学強化工程において、第２面のみを化学強化してもよい。すなわち「第１面１０よりも第２面２０のイオン交換により生じる圧縮応力が大きく」とは、第１面のイオン交換に生じる圧縮応力が０の場合も含む。
　なお、成形工程後にガラス板１、１ａの全面を均一に化学強化処理しても良い。これにより、所望のＲ形状を制御しつつ、表裏面の強度ＵＰが見込まれる。
　以下、本願の第１実施形態に基づいて、作製されたガラス板について詳述する。
　第２面２０が円弧となったガラス板１の両表面（第１面１０および第２面２０には、何らかの圧縮方向の「表面圧縮応力」が生じている。本明細書において、「表面圧縮応力」とは、「イオン交換により生じる圧縮応力」と、弾性変形により生じる「曲げ圧縮応力」の２つを足し合わせたものとする。本実施形態では、化学強化工程中でのイオン交換によって膨張するため、第２面２０に「イオン交換により生じる圧縮応力」が生じ、第１面１０は、弾性変形により「曲げ圧縮応力」が生じる。これらを有するため、第１面１０及び第２面２０はキズが付き難くなる。
　なお、前述のとおり、第１面１０の「イオン交換により生じる圧縮応力」は０の場合も含む。
　そして、本実施形態では、第２面２０のみを化学強化した例を示したが、これに限定されない。第２面２０と第１面１０の両面が化学強化されていて、第１面１０もイオン交換により生じる圧縮応力を有していてもよい。また、第１面１０と第２面２０の両面が化学強化される場合、イオン交換により生じる第２面２０の圧縮応力が、第１面１０のイオン交換により生じる圧縮応力よりも大きい。これにより、ガラス板１の美しい湾曲形状である円弧が得やすくなる。
　また、第１面１０の曲げ圧縮応力の絶対値よりも、第２面２０のイオン交換により生じる表面圧縮応力を大きくすることが好ましい。第１面１０の曲げ圧縮応力の絶対値が大きいと、第２面２０の曲げ引張応力も大きくなるが、それ以上に第２面２０のイオン交換により生じる表面圧縮応力を大きくすることで、第２面２０にキズが付き難くなる。第２面２０は、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途の際に、外面側となる面のため、よりキズが付き難いことが好ましい。
　また、第２面２０の表面圧縮応力は、第１面１０「の表面圧縮応力よりも大きいほうが好ましい。これは、例えば、第２面２０のイオン交換により生じる表面圧縮応力が、第１面１０のイオン交換により生じる表面圧縮応力よりも大きく、かつ第１面１０の曲げ圧縮応力の絶対値が第２面２０のイオン交換により生じる表面圧縮応力よりも遥かに小さい場合に実現できる。このようにすることで、第２面２０にキズが付き難くなる。
　ところで、本実施形態のガラス板１の第２面２０で形成される曲面は、真円の一部を構成する円弧ではなく、真円に近い円の一部を構成する円弧である。すなわち、本明細書でいう「円弧」とは、厳密な真円の一部を指すのではなく、本願の目的が損なわれない範囲で幅を持った概念とする。当該第２面２０がなるべく真円に近ければより望ましく、その評価として、曲率半径Ｒの仮想円弧を求め、仮想円弧から求められる値と指標値とで計算を行い、単位のない無次元化された値の範囲を決める方法を用いた。
　基となる仮想円弧は、以下の手順で求めている。図４に基づいて手順を説明する。
　成形された第２面２０の任意の点と原点Ｏとの距離を測定し、平均値を求め、平均値と第２面２０の任意の点との差の総和が最小となる値を最小二乗法で求め、曲率半径Ｒの仮想円弧を求める。
　図４（ａ）に示すように、仮想円弧を求める方法として、本実施形態ではＸ－Ｙ座標を用いている。原点Ｏの座標を（Ｘｃ、Ｙｃ）とする。第２面２０の任意の点（図４（ａ）の○印参照）の座標を（Ｘｉ、Ｙｉ）とする。２点間の距離Ｒｉは、（Ｘｉ―Ｘｃ）および（Ｙｉ―Ｙｃ）の２乗の和の平方根の一般式で導き出せる。そして、総和ΣＲｉを測定した点の数ｎで割って半径の平均値Ａｖｅ．Ｒを求める（式は図４（ｂ）参照：平均値は図３（ａ）の破線曲線参照）。次に、２点間の距離Ｒｉと半径の平均値Ａｖｅ．Ｒとの差の絶対値の総和ＳｕｍΔＲを求め（図４（ｃ）参照）、総和ＳｕｍΔＲが最小となるような曲率半径Ｒの仮想円弧を求める。
　求められた仮想円弧に基づいて、本実施形態のガラス板１が、異なるサイズや扇形角度θまで湾曲された場合にも、円弧の綺麗さを同等に評価できるよう、無次元化に用いる指標Ｌ×（Ｈ／Ｒ）を定義した。Ｌは弧長を、Ｈは矢高を、Ｒは曲率半径をそれぞれ示す（図５参照）。そして、指標値として、原点Ｏから仮想円弧に向かう半径方向において、第２面２０の断面上の各点と、仮想円弧状の各点との差の絶対値（Δｉ＝｜Ｒｉ―Ｒ｜）の平均値Δを採用し、以下の式（１）を作成した。
　　　　Δ／（Ｌ×（Ｈ／Ｒ））　・・・（１）
　本実施形態において、ガラス板１の第２面２０の円弧は、式（１）により求められる値が、０．０２０未満であると、真円に近い円弧形状であるため望ましい。さらに、より好ましくは０．０１０以下、さらに好ましくは０．００８以下、さらに好ましくは０．００７以下、さらに好ましくは０．００５以下、さらに好ましくは０．００４以下、さらに好ましくは０．００３以下であれば、より真円に近い円弧形状であるため望ましい。
　また、別の指標値として、ガラス板１の第２面２０において、原点Ｏからの距離が最も遠い第１点Ｄと、原点からの距離が最も近い第２点Ｅとし、原点Ｏから第１点Ｄまでの距離と、原点Ｏから第２点Ｅまでの距離との差Ｍ（＝Ｄ－Ｅ）を採用し、以下の式（２）を作成した。
　　　　Ｍ／（Ｌ×（Ｈ／Ｒ））　・・・（２）
　本実施形態において、ガラス板１の第２面２０の円弧は、式（２）により求められる値が、０．１２１未満であると、真円に近い円弧形状であるため望ましい。さらに、より好ましくは０．１０以下、さらに好ましくは０．０８以下、さらに好ましくは０．０５以下、さらに好ましくは０．０３以下であれば、より真円に近い円弧形状であるため望ましい。
　また、本実施形態において、仮想円弧の両端部と原点０を結ぶそれぞれの線とで囲まれた扇形の中心角θ（以下、単に中心角θともいう）は、６３度以上であることが好ましい。中心角θが６３度以上の範囲は、従来は成形困難であり、形状の多様な需要に応えられる。さらに、中心角θはより好ましくはより好ましくは９０度以上、さらに好ましくは１１０度以上、さらに好ましくは１３０度以上、さらに好ましくは１５０度以上、さらに好ましくは１８０度以上であれば、より形状の多様な需要に応えられる。例えば、円柱状の対象物の外周面に３６０度ガラス板を貼りつける際などの、継ぎ目を少なくすることが可能である。
　また、本実施形態において、仮想円弧の曲率半径Ｒは、２７０ｍｍ以下であることが好ましく、形状に対する多様な需要に応えることができる。そして、より好ましくは２００ｍｍ以下、さらに好ましくは１５０ｍｍ以下である。
　なお、ガラス板１の第２面は、第１軸Ｘ方向のいずれの複数の平面Ａにおいても、円弧形状であることが好ましい。円柱の壁面の一部をなす形状が得られる。特に、上述の実施形態で述べた特徴を持つ第２面が、第１軸Ｘ方向のいずれの複数の平面Ａにおいても存在することが望ましい。さらに第１軸Ｘ方向の複数の平面Ａ間において、徐々に円弧形状の曲率半径Ｒが変化してもよい。円錐の壁面の一部をなす形状が得られる。
　上述の式（１）、（２）で評価を行うため、複数の実施例（試験）サンプルおよび実施例と比較するための比較例サンプルを作製し、上述の手順に従って仮想円弧を求め、平均値Δ、距離の差Ｍ、曲率半径Ｒ、扇型の角度θおよび式（１）、（２）の値を求めた。各値の結果は、図６の表でまとめている。
　実施例Ａ－１～Ａ－３は、第１実施形態で示した手法に基づいて作製した。具体的には、サイズ３００ｍｍ×５０ｍｍ×０．３３ｍｍのソーダライムガラスを準備した。ガラス組成は、ガラス組成は、モル％表示で、ＳｉＯ２　７１．１％、Ａｌ２Ｏ３　１．１％、Ｎａ２Ｏ　１２．４％、Ｋ２Ｏ　０．２％、ＭｇＯ　６．９％、ＣａＯ　８．３％である。次いで第２面２０の表面に粉状の無機塩（溶融塩２１ａ）を塗布し、４００℃で仮焼成を行った。粉状の無機塩の組成は、Ｋ２ＳＯ４：ＫＮＯ３＝１：１（質量比）とした。次いで、図７（ａ）に示すように、６０度の傾斜角を有する基台２つを８０ｍｍ離して配置し、図２の如くガラス板の第２面が凸面となるように載置した。次いで約４５０℃で約４時間の化学強化工程を行い、実施例Ａ－１～Ａ－３を得た。
　実施例Ｂ－１～Ｂ－２は、基台にガラス板を載置した状態で、図７（ｂ）に示すように、第１面上に約５０ｇの重りをさらに載せた状態で、化学強化工程を行った。それ以外はＡ－１と同様である。
　実施例Ｃ－１～Ｃ－２は、約４５０℃で約１０時間の化学強化工程を行った。それ以外はＡ－１と同様である。
　実施例Ｄは、サイズ８５ｍｍ×１５ｍｍ×０．３３ｍｍのガラス板を用い、約４５０℃で約１６時間の化学強化工程（２）を行った。それ以外はＡ－１と同様である。
　比較例Ｅは、図７（ｃ）に示すように、ガラス板１ａの両側を基台３０で挟持し、弾性変形させた状態で、化学強化処理を行わず５１１℃で２時間加熱し塑性変形させた。この際、基台間の距離は２８０ｍｍである。比較例Ｅは特許文献１の再現実験でもある。
　比較例Ｆは、サイズ８５ｍｍ×６５ｍｍ×０．３３ｍｍのガラス板を用い、図２の如く載置し、化学強化処理を行わずに、徐冷点以上までガラスと金型を加熱した。それ以外はＡ－１と同様である。
　なお、各サンプルの「－１」などの番号は、複数回実験を行った際のＮ数を示す。
　湾曲したガラス板の形状は、ＧＯＭ社３Ｄ測定システム「ＡＴＯＳ　ＴｒｉｐｌｅＳｃａｎ」でガラス凸面全体を３Ｄ測定してポリゴン化し、ポリゴン化されたデータの曲げ方向中央断面を測定ピッチ１ｍｍでデータ抽出し、その断面データから中心角、曲率半径及び矢高を求めた。なお、サンプルは上凸の状態で斜面に置き、斜面の低い側の１辺を支持したが、測定の形態はその限りではない。また、測定装置についてもＡＴＯＳに限定されず、レーザー変位計や接触式の測定装置などを使ってもよい。
　図６の表から、式（１）に基づく値と、式（２）に基づく値とにおいて、実施例と比較例とは、オーダーが一つ異なることが明らかであり、その差は歴然としている。即ち、実施例（本実施形態のガラス板１）の方が比較例（従来例）に比べ、はるかに真円に近い円弧であることが理解される。
　また、実施例Ａ～Ｃと実施例Ｄとの結果から、ガラス板自体の大きさが異なっても、本実施例のガラス板は、真円に近い円弧であることが理解される。
　また、実施例Ａと実施例Ｅとの比較、実施例Ｄと実施例Ｆとの比較より、同程度の曲率半径であっても、実施例の方がはるかに真円に近い円弧であることがわかる。
　また、実施例Ａと実施例Ｂの結果から、ガラス板の中央に荷重をかけることで、同様の化学強化時間であっても、より深くまで曲がることが分かる。これは荷重によって第２面２０に引張応力が発生し、第２面近傍のガラスの分子間距離が広がる等の理由により、化学強化がより入りやすくなったためと推察される。
　また、実施例Ａと実施例Ｃを比較すると、化学強化時間が長ければ長いほど、より深くまで曲がることが分かる。本願の発明者らは、中心角が１８０°以上までガラス板が成形可能であることを実験にて確認した。
　また、図６の表から、式（１）の比較例における最小値は、特許文献１の再現実験である比較例Ｅより、０．０２であり、実施例は当該値よりも低いことが理解される結果、ガラス板１の第２面２０の円弧は、式（１）により求められる値が、０．０２未満であると、真円に近い円弧形状であるため望ましい。
　そして、図６の表から、式（２）の比較例における最小値は、特許文献１の再現実験である比較例Ｅより、０．１２１（太線枠参照）であり、実施例は当該値よりも低いことが理解される結果、ガラス板１の第２面２０の円弧は、式（２）により求められる値が、０．１２１未満であると、真円に近い円弧形状であるため望ましい。
　さらに、図６の表において、特許文献１の再現実験である比較例Ｅの結果から、中心角θの最大値は、６２．９度であり、それ以上の中心角θにしようとすると、図７（ｃ）のセッティング時にガラス板が割れて成形できないという結果が得られた。これは、特許文献１の従来技術の方法だと、予めガラス板を強制して最終形状に弾性変形させなければならず、最終形状が６２．９度よりも大きくなるように弾性変形させようとすると、ガラス板が耐え切れなく割れたものと考えられる。一方で、本願の実施形態によれば、ガラス板を中心角θが６３度以上の領域まで成形することができるため形状の多様な需要に応えることができる。
　また、図６の表から仮想円弧の曲率半径Ｒは、２７０ｍｍ以下のより小さい曲率半径Ｒまで曲げられることが可能であり、形状に対する多様な需要に応えることができる。
　そして、表とサンプルの加熱時間から、化学強化工程（２）は、４時間以上行われることが好ましいが、さらに好ましくは６時間以上、さらに好ましくは８時間以上であることが言える。
　本出願は、２０１７年１月１９日に日本国特許庁に出願した特願２０１７－００７７９８号に基づく優先権を主張するものであり、特願２０１７－００７７９８号の全内容を本出願に援用する。
　尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
　本発明のガラス板およびその成形方法は、円柱状の対象物の外周面に貼りつける等の用途のみに限定されず、例えば車両などに搭載されるカメラのカバーガラス等として真円に近い円弧状のガラス板を要求する分野にも好適に用いられる。
　１　ガラス板
　１ａ　平板状のガラス板
　１０　第１面
　２０　第２面
　２１　化学強化処理層
　３０　基台

Claims (15)

  1. 　第１面と、
    　前記第１面と対向する第２面と、を有し、
    　前記第２面は化学強化され、
    　前記第２面のイオン交換により生じる圧縮応力が、前記第１面のイオン交換により生じる圧縮応力よりも大きく、
    　前記第１面を凹面、前記第２面を凸面として、第１軸のまわりに湾曲し、
    　前記第１軸に垂直な平面での断面視において、
    　前記第１軸と前記平面の交点を原点としたとき、
    　前記第２面の断面は、前記原点を中心とする円弧である、ガラス板。
  2. 　前記円弧とは、
    　前記第２面の断面を、最小二乗法を用いて、前記原点を中心とする円弧に近似させたものを仮想円弧とし、
    　前記第２面の断面を前記仮想円弧と比較した場合、前記原点から前記仮想円弧に向かう半径方向において、前記第２面の断面上の各点と、前記仮想円弧上の各点との差の絶対値の平均値をΔとして、以下の式（１）により求められる値が、０．０２未満である、
    　請求項１に記載のガラス板。
    　　　　Δ／（Ｌ×（Ｈ／Ｒ））　・・・（１）
    　　　　　Ｒ：前記仮想円弧の曲率半径
    　　　　　Ｈ：前記仮想円弧の矢高
    　　　　　Ｌ：前記仮想円弧の弧長
  3. 　前記円弧とは、
    　前記第２面の断面を、最小二乗法を用いて、前記原点を中心とする円弧に近似させたものを仮想円弧とし、
    　前記第２面は、前記原点からの距離が最も遠い第１点と、前記原点からの距離が最も近い第２点とを有し、
    　前記原点から前記第１点までの距離と、前記原点から前記第２点までの距離との差をＭとして、以下の式（２）により求められる値が、０．１２１未満である、
    　請求項１に記載のガラス板。
    　　　　Ｍ／（Ｌ×（Ｈ／Ｒ））　・・・（２）
    　　　　　Ｒ：前記仮想円弧の曲率半径
    　　　　　Ｈ：前記仮想円弧の矢高
    　　　　　Ｌ：前記仮想円弧の弧長
  4. 　前記第１面は、曲げ圧縮応力を備える、請求項１から３のいずれか１項に記載のガラス板。
  5. 　前記第２面の表面圧縮応力は、前記第１面の表面圧縮応力よりも大きい、請求項１から４のいずれか１項に記載のガラス板。
  6. 　前記仮想円弧と、前記仮想円弧の両端部と前記原点を結ぶそれぞれの線とで囲まれた扇形の中心角が、６３度以上である、請求項２または３に記載のガラス板。
  7. 　前記仮想円弧の曲率半径は、２７０ｍｍ以下である、請求項２、３、６のいずれか１項に記載のガラス板。
  8. 　前記第２面は、前記第１軸方向のいずれの複数の前記平面においても存在する、請求項１から７のいずれか１項に記載のガラス板。
  9. 　ガラス板を軟化点未満に加熱する加熱工程と、
    　前記加熱工程中に、前記ガラス板の第１面及び前記第１面に対向する第２面のうち、前記第１面よりも前記第２面のイオン交換により生じる圧縮応力が大きくなるように、前記第２面を化学強化する化学強化工程と、
    　前記化学強化工程中に、前記第２面が凸面となるように、前記ガラス板を弾性変形させる弾性変形工程と、
    　前記化学強化工程中に、前記第２面が前記化学強化による膨張変形可能に、前記ガラス板を支持する支持工程と、
    　を備えるガラス板成形方法。
  10. 　前記支持工程において、支持部材が前記第２面を支持し、
    　前記支持部材と前記第２面の摩擦力は、前記第２面の膨張する力よりも小さい請求項９に記載のガラス板成形方法。
  11. 　前記支持工程において、前記支持部材は、前記第１面を支持する請求項１０に記載のガラス板成形方法。
  12. 　前記化学強化工程は、前記凸面の圧縮応力が、前記凸面と対向する凹面の圧縮応力よりも大きくなるように行われる、請求項９から１１のいずれか１項に記載のガラス板成形方法。
  13. 　前記加熱工程は、前記ガラス板を歪点未満に加熱する、請求項９から１２のいずれか１項に記載のガラス板成形方法。
  14. 　前記弾性変形工程は、重力によって行われる請求項９から１３のいずれか一項に記載のガラス板成形方法。
  15. 　前記化学強化工程は、４時間以上行われる、請求項９から１４のいずれか１項に記載のガラス板成形方法。
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