JP2019151532A - 強化ガラス球の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強化ガラス球の応力状態を適切に管理しうる方法を提案する。【解決手段】本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球をイオン交換処理して強化ガラス球を得る強化ガラス球の製造方法であって、強化用ガラス球の直径の±２０％以内の板厚を有する強化用ガラス板を、強化用ガラス球と同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、強化ガラス球の製造方法に関する。

絶縁性が要求される用途に用いられる転動体には、窒化珪素や炭化珪素等の非酸化物系セラミックが広く使用されている。（特許文献１）これらは、絶縁性が高く、高強度であるというメリットを有するが、その一方で、球形状に加工し難いというデメリットを有する。

そこで、非酸化物系セラミック系に替わる材料として、ガラスが着目されている。ガラスは絶縁材料であり、更に成形性、加工性が良好である。しかし、ガラスは脆性材料であるため、転動体に使用する場合には、高速回転や高摩擦、高荷重等の過酷な条件で破損する虞がある。そこで、ガラスの機械的強度を高めるために、ガラスをイオン交換処理することにより、圧縮応力層を形成する方法がある。

特開２０１７−０１５１４７号公報

ところで、強化ガラス球を転動体用途にした場合、圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）をそれぞれ適切な範囲に規制しないと、転動時に破損し易くなるため、それらを厳密に管理することが求められる。

具体的には、所望の圧縮応力値（ＣＳ）及び圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を示すような圧縮応力層を精密に形成するために、強化ガラス球の圧縮応力層をより精度良く計測し、かつ適切に管理することが求められている。

強化ガラスが板状の場合は、表面応力計による干渉縞の観察が容易であるが、強化ガラスが曲面を有する場合は、曲面に存在する圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を適切に測定することは極めて困難である。更に、仮に平板形状のガラスを用いてこれらを見積もる場合でも、球形状のガラスと平板形状のガラスは、異なる製造工程を経て製造されるため、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を、適切に管理することは困難であると考えられてきた。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、強化ガラス球の応力状態を適切に管理しうる方法を創案することである。

本発明者等は、鋭意検討を行った結果、第一に、強化用ガラス球と強化用ガラス板を同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することにより、強化ガラス球と強化ガラス板に同様の圧縮応力層を形成させることが可能であることを見出した。特に、強化用ガラス球の直径と強化用ガラス板の板厚（すなわち、対向する表面同士の距離のうち最も短い距離）との関係や強化用ガラス球の表面粗さＲａと強化用ガラス板の表面粗さＲａとの関係を厳密に規制することにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を強化ガラス板の圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）から精度よく推定できることを見出し、本発明として提案するものである。

すなわち、本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球をイオン交換処理して強化ガラス球を得る強化ガラス球の製造方法であって、強化用ガラス球の直径の±２０％以内の板厚を有する強化用ガラス板を、強化用ガラス球と同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することを特徴とする。なお、圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）は、表面応力計(例えば折原製作所 ＦＳＭ-６０００)で観察される干渉縞の本数とその間隔から算出することが可能である。

本発明の強化ガラス球の製造方法では、まず、強化用ガラス球と強化用ガラス板を同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することによって、同様の圧縮応力層を得易くしている。更に、強化用ガラス板の板厚を強化用ガラス球の直径の±２０％以内に規制することで、両者の圧縮応力層を精密に合わせることが可能になる。また、得られる強化ガラス板の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を測定することにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を精度良く推定できるため、より適切に強化ガラス球の品質を管理することができる。

また、本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球をイオン交換処理して強化ガラス球を得る強化ガラス球の製造方法であって、強化用ガラス球の表面粗さＲａの±２０％以内の表面粗さＲａを有する強化用ガラス板を、強化用ガラス球と同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することを特徴とする。なお、表面粗さＲａは、ＳＥＭＩ Ｄ７−９７「ＦＰＤガラス基板の表面粗さの測定方法」に準拠した方法で測定可能である。このようにすることで、両者の圧縮応力層を精密に合わせることが可能になる。また、得られる強化ガラス板の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を測定することにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を精度良く推定できるため、より適切に強化ガラス球の品質を管理することができる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球と同一条件でアニールされた強化用ガラス板を使用することが好ましい。一般に、球形状のガラスと、平板形状のガラスは、異なる工程を経て製造されるものの、成形後に同一条件でアニールすることにより、強化ガラス球と強化ガラス板の熱履歴を同等にできる。イオン交換処理に供する強化用ガラス球と強化用ガラス板の熱履歴を同等にすることにより、強化後の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の値を合わせることが容易になる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球と強化用ガラス板が、徐冷点から歪点までの温度域を０．２℃／分以上２００℃／分以下の冷却速度で冷却する条件でアニールされていることが好ましい。このようにすることで、両者の熱履歴をより同等にできる。また、アニール条件の中でも、特に徐冷点から歪点までの温度域を管理することで、強化用ガラス球と強化用ガラス板の熱履歴をより精密に合わせることが可能になる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球と強化用ガラス板を１００℃以上の温度に熱処理した後、イオン交換処理を行うことが好ましい。これにより、ガラスが熱衝撃によって破損する事態を防ぐことができる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、イオン交換処理を、３５０℃以上、且つ強化ガラス球の歪点以下の温度で行うことが好ましい。このようにすると、ガラスを熱変形させることなくイオン交換処理の効果を十分に発揮でき、ガラスの強度が向上する。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス板の板厚が、３〜１００ｍｍであることが好ましい。このようにすることで、強化ガラス球が大型化しても、強化ガラス球の品質を適正に管理することができる。また、強化ガラス板が破損し難くなる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球の表面処理方法と同じ方法で処理した強化用ガラス板を使用することが好ましい。このようにすることで、強化用ガラス球と強化用ガラス板の表面状態を同じにできるため、イオン交換時の挙動も同様にし易い。これにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）をより精度良く推定することが可能になる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球及び強化用ガラス板の表面が、何れも研磨面である又は何れも化学エッチング面であることが好ましい。強化用ガラス球の表面を研磨面又は化学エッチング面にした場合は、強化用ガラス板の表面も研磨面又は化学エッチング面とすることで、イオン交換時の挙動を同様にし易い。これにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）をより精度良く推定することが可能になる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、得られる強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）が５０ＭＰａ以上、且つ圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が１０μｍ以上となる条件で、強化用ガラス球をイオン交換処理することが好ましい。このようにすることで、強化ガラス球の強度を向上させることが可能になり、様々な用途に用い易くなる。例えば、ガラス転動体としても好適である。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球の液相粘度（液相温度における粘度）が１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上であることが好ましい。球形状のガラスを成形する場合、例えば、液滴成型法が考えられる。液相粘度を上記のように規制することで、液滴成型法を適用し易くなる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化ガラス球を駆動装置の転動体に用いることが好ましい。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、イオン交換処理後に、強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を測定する工程と、測定した強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）に基づき、強化ガラス球の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を管理する工程とを有することが好ましい。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の測定結果に基づき、イオン交換処理条件を変更する工程を有することが好ましい。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理した強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の測定結果に基づき、強化用ガラス球のイオン交換処理条件を決定し、強化ガラス球の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を制御することを特徴とする。

このようにすることで、強化用カラス板を使用することなく、すなわち強化ガラス球のみをイオン交換処理した場合でも、所望の強化特性を有する強化ガラス球を得ることができる。

本発明の強化ガラス球の製造方法の一例を示す断面概念図である。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、まず、強化用ガラス球と強化用ガラス板を用意する。強化用ガラス球と強化用ガラス板は、例えば、所定のガラス組成になるように調合したガラス原料をガラス溶融炉にて溶融、清澄した後、所望の形状で成形し、徐冷することで得ることができる。なお、強化用ガラス球と強化用ガラス板のガラス組成や特性は、略同一であることが好ましく、詳細については後段で詳述する。

本発明の強化ガラス球の製造方法の一態様として、強化用ガラス球の直径と強化用ガラス板の板厚の関係を規制する。このようにすることで、熱処理を行った際にガラス内部の両者の温度変化の挙動をより等しくすることができる。その結果、強化用ガラス球と強化用ガラス板で同様の圧縮応力層を得易いため、強化ガラス板を表面応力計で測定することにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を精度良く推定でき、それらを適切に管理することができる。そのため、強化用ガラス板の板厚は、強化用ガラス球の直径の±２０％以内であり、好ましくは±１５％以内、±１２％以内、±１０％以内、±８％以内、±５％以内、±３％以内である。

本発明の強化ガラス球の製造方法の別の態様として、強化用ガラス球の表面粗さＲａと強化用ガラス板の表面粗さＲａの関係を規制する。このようにすることで、球形状ガラス表面で起こるイオン交換の挙動を板状ガラス表面で起こるイオン交換の挙動により近づけることができる。結果として、強化ガラス板を表面応力計で測定することにより、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を精度良く推定でき、それらを適切に管理することができる。そのため、強化用ガラス板の表面粗さＲａは、強化用ガラス球の表面粗さＲａの±２０％以内、±１５％以内、±１２％以内、±１０％以内、±８％以内、±６％以内、±３％以内である。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球と同一条件でアニールされた強化用ガラス板を使用することが好ましい。アニールとは、ガラスを熱処理した後に、適切な冷却速度で温度を下げてゆき、ガラスの残留歪等を除く工程のことである。一般に、球形状のガラスは、平板状のガラスと製造工程や表面状態が異なるが、本発明の強化ガラス球の製造方法において、イオン交換処理に供する前の強化用ガラス球と強化用ガラス板のアニール条件を同一にすることで表面状態を同等にできる。結果として、イオン交換処理を行った際に、同等の表面圧縮層を得易くなる。熱処理温度は、好ましくはガラスの徐冷点以上、（徐冷点＋１０）℃以上、（徐冷点＋３０）℃以上、（徐冷点＋５０）℃以上である。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球と強化用ガラス板が、徐冷点から歪点までの温度域を０．２℃／分以上２００℃／分以下の冷却速度で冷却する条件でアニールされていることが好ましい。冷却速度が速過ぎると、ガラスに熱分布による引っ張り応力が発生して、ガラスが破損する虞がある。よって、冷却速度は、好ましくは１００℃／分以下、５０℃／分以下、特に１０℃／分以下である。一方、冷却速度が遅すぎると、強化ガラスの製造効率が低下し易くなる。よって、冷却速度は、好ましくは０．２℃／分以上、０．３℃／分以上、０．５℃／分以上、１℃／分以上、２℃／分以上、特に３℃／分以上である。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、イオン交換処理を行う前に、強化用ガラス球と強化用ガラス板を１００℃以上で熱処理（予熱）することが好ましい。常温のガラスを高温のイオン交換溶液に浸漬した場合、ガラスが熱衝撃によって破損する虞がある。そのため、強化用ガラスは、１５０℃以上、２００℃以上、３００℃以上、（イオン交換溶液の温度−２００）℃以上、特に（イオン交換溶液の温度−１００）℃以上で熱処理しておくことが好ましい。

次に、本発明の強化ガラス球の製造方法のうち、イオン交換処理について以下に詳述する。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、強化用ガラス球と強化用ガラス板を同一のイオン交換溶液（例えば、ＫＮＯ_３溶液）に浸漬してイオン交換処理を行う。図１は、本発明の強化ガラス球の製造方法の一例を示す断面概念図である。図１から分かるように、イオン交換槽１内には、イオン交換溶液（ＫＮＯ_３溶液）２が入れられている。ＫＮＯ_３溶液２内には、バスケット３、４が浸漬している。バスケット３内には、強化用ガラス板５が収容されており、バスケット４内には、強化用ガラス球６が収容されている。つまり、強化用ガラス板４と強化用ガラス球５は、同一のＫＮＯ_３溶液２に浸漬されることにより、同一の条件でイオン交換処理されて、それぞれ強化ガラス板と強化ガラス球になる。なお、図１では、バスケット３、４はいずれもイオン交換槽１に浸漬されているが、イオン交換溶液の濃度や温度、時間等の条件が同一である場合、強化用ガラス球と強化用ガラス板を別々にイオン交換処理しても良い。

イオン交換処理を行う際、イオン交換溶液の温度が低いと、イオン交換が十分に起こらず、イオン交換処理によるガラスの強度上昇が望めない。一方、イオン交換溶液の温度が歪点を超えると、応力緩和によりガラスの強度が低下してしまう。そのため、イオン交換処理温度は、好ましくは３５０℃以上、歪点以下、３６０℃〜歪点以下、３７０℃〜歪点未満、４００℃〜（歪点−５０）℃、４１０度〜５５０℃、特に４２０〜４４０℃である。

また、イオン交換処理の時間が短すぎると、イオン交換が十分に起こらず、ガラスの強度上昇が望めない。一方、イオン交換処理の時間が長すぎると、強化後のガラスの強度が向上する一方で、内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が高くなりすぎて自己破壊が起こる虞がある。そのため、イオン交換処理の時間は、好ましくは０．５〜１２０時間、１〜１１０時間、１．５〜１００時間、３〜８０時間、５〜７０時間、特に２４〜６０時間である。

イオン交換溶液として、種々のイオン交換溶液を採用することができるが、イオン交換効率の観点から、ＫＮＯ_３溶液、ＫＮＯ_３とＮａＮＯ_３の混合溶液が好ましい。

また、本発明の強化ガラス球の製造方法は、生産効率の観点から、複数の強化用ガラス球を同時にイオン交換処理することが好ましく、その場合、ガラス同士が接触しないように、球形状のガラスの直径よりもメッシュ幅が小さい金属製治具等に複数の球形状ガラスを等間隔に配列し、この治具を積層した状態でイオン交換処理することがより好ましい。

イオン交換処理は、複数回行ってもよい。イオン交換処理を複数回行うと、深さ方向のＫイオン濃度の分布曲線を屈曲させることができ、圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を増大させつつ、内部に蓄積される引っ張り応力の総量を低減することができる。

イオン交換処理を二回行う場合、イオン交換処理の間に熱処理工程を設けてもよい。このようにすれば、同一のＫＮＯ_３溶液により、深さ方向のＫイオン濃度の分布曲線を屈曲させることができる。更に一回目のイオン交換処理の時間を短縮することができる。

本発明の強化ガラス球の製造方法は、イオン交換処理後に、強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を測定する工程と、強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を管理する工程とを有することが好ましい。イオン交換処理後に測定した強化ガラス板の測定値は、強化ガラス球の測定値として採用し、品質管理の為に用いても良いし、強化ガラス球の製造方法を管理する手段に用いても良い。強化ガラス球の製造方法を管理する手段に用いる場合、測定値はイオン交換処理条件の他、強化ガラス球のガラス組成、強化ガラス球の直径の管理にも用いることができる。また、測定値を用いて、当該強化ガラス板と強化ガラス球の特性を再度調整しても良いし、イオン交換処理時の特性管理の手段として用いても良い。

強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の測定結果に基づき、イオン交換処理条件を変更する工程を有することが好ましい。このようにすることで、所望の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を有する強化ガラス球を得易くできる。

また、本発明の強化ガラス球の製造方法は、同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理した強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の測定結果に基づき、強化用ガラス球のイオン交換処理条件を決定し、強化ガラス球の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を制御することも可能である。

なお、強化用ガラス球のイオン交換処理条件の調整には、前記測定結果を、強化用ガラスのイオン交換処理前に、最低でも１回、好ましくは２回以上、３回以上、５回以上集積することが望まれる。このようにすることで、イオン交換処理条件とガラス球の圧縮応力特性の相関を把握することが可能となり、強化ガラス球の圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）及び／又は圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を精度良く制御することができる。一方、前記測定結果の集積回数が多いほど精度が向上するが、生産効率やコストの観点からは、１００回以下、５０回以下、３０回以下にすることが好ましい。

次に、本発明に係る強化用ガラス球について以下に詳述する。

本発明に係る強化用ガラス球は、一例として、以下のようにして作製することができる。まず所望のガラス組成になるように調合したガラス原料を連続溶融炉に投入し、１５００〜１６００℃で加熱溶融して、溶融ガラスを得た後、清澄容器、攪拌容器を経由して、成形装置に供給した上で球形状に成形し、徐冷する。次に、球形状ガラスの表面を回転させながら研磨処理を行う。

強化用ガラス球の成形方法として、例えば、ダイレクトプレス法、モールドプレス法、リヒートプレス法、浮遊法等様々な成形方法を採用することができるが、特にマーブル成形法や液滴成形法を採択することが好ましい。このようにすれば、寸法精度が高い球形状ガラスを成形し易くなる。結果として、ガラス表面を少量の研磨で、或いはガラス表面を研磨しなくても、直径の寸法公差を低減することができる。その他の成形方法として、一旦平板形状のガラスやガラス塊を成形した後、それらを切断及び／又は研磨することで強化用ガラス球を得てもよい。

本発明に係る強化用ガラス球において、直径の寸法公差は±０．１％以内であり、好ましくは±０．０５％以内、±０．０２％以内、±０．０１％以内、±０．００５％以内、特に±０．００２％以内である。また、直径の寸法公差は、好ましくは±１０μｍ以内、±５μｍ以内、±３μｍ以内、±２μｍ以内、±１μｍ以内、±０．５μｍ以内、特に±０．１μｍ以内である。直径の寸法公差が大き過ぎると、高速の回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で、応力が一部分に偏り易くなり、破損し易くなる上、駆動動作等が不安定になる。そのため、強化ガラス球をガラス転動体として用いる場合、使用が困難になる。

本発明に係る強化用ガラス球において、直径は、好ましくは１００ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下であり、また好ましくは１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、特に５ｍｍ以上である。このようにすれば、既存の設備を用いて成形でき、均質なガラスを得易い。また、軸受装置等に組み込まれるガラス転動体にも好適なサイズとなる。

本発明に係る強化用ガラス球において、表面が、研磨面であることが好ましい。このようにすることで、直径の寸法公差を更に低減し、機械的強度を向上させることができる。なお、研磨工程は、イオン交換処理前及びイオン交換処理後の２回に分けて行っても良いし、何れか一方だけで行なっても良い。

本発明に係る強化用ガラス球において、研磨面の表面粗さＲａは、好ましくは１０ｎｍ以下、１０ｎｍ未満、７ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下である。表面粗さＲａが大き過ぎると、直径の寸法公差が悪化する上、高速の回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で破損し易くなる。なお、ガラス転動体に用いる場合、表面粗さＲａは１０ｎｍ未満であることが好ましい。

本発明に係る強化用ガラス球において、表面が、化学エッチング面であることが好ましい。このようにすれば、表面の微細なキズを低減、消失できる。その結果、直径の寸法公差を低減し、高速の回転、高摩擦、高荷重等の過酷な条件で破損し難くなる。なお、化学エッチング処理は、表面研磨後に行うことが好ましく、また、イオン交換処理前に行うことが好ましい。また、化学エッチング処理は、強化用ガラス球を回転または遥動させながら行うことが好ましい。このようにすれば満遍なくエッチングできるため、直径の寸法公差をより低減できる。

本発明に係る強化用ガラス球は、４３０℃のＫＮＯ_３溶液に７２時間浸漬したときに、圧縮応力値（ＣＳ）が３００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、特に７００ＭＰａ以上になることが好ましい。また３８０℃のＫＮＯ_３溶液に７２時間浸漬したときに、圧縮応力値（ＣＳ）が４００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、特に７００ＭＰａ以上になることが好ましい。圧縮応力値（ＣＳ）が大きい程、強化ガラス球の機械的強度が高くなる。なお、圧縮応力値（ＣＳ）を更に大きくするためには、イオン交換時間を短くする、或いはイオン交換温度（イオン交換溶液の温度）を下げると良い。一方、圧縮応力値（ＣＳ）が大き過ぎると、強化ガラス球に内在する内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が極端に高くなる虞がある。よって、圧縮応力値（ＣＳ）は、２５００ＭＰａ以下となるように強化することが好ましい。

本発明に係る強化用ガラス球は、４３０℃のＫＮＯ_３溶液に７２時間浸漬したときに、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が１０μｍ以上、３０μｍ以上、５０μｍ以上、特に７０μｍ以上になることが好ましい。また３８０℃のＫＮＯ_３溶液に７２時間浸漬したときに、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が３０μｍ以上、５０μｍ以上、特に７０μｍ以上になることが好ましい。圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が大きい程、高回転時の摩耗や異物により、強化ガラス球の表面に深い傷が付いてもガラス転動体が割れ難くなる。なお、応力深さ（ＤＯＬ）を更に大きくするためには、イオン交換時間を長くする、或いはイオン交換温度を上げると良い。一方、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が大き過ぎると、強化ガラス球に内在する内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が極端に高くなる虞がある。よって、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）は、５００μｍ以下、３００μｍ以下、特に２００μｍ以下となるように強化することが好ましい。

本発明に係る強化用ガラス球は、４３０℃のＫＮＯ_３溶液に７２時間浸漬したときに、内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が２００ＭＰａ以下、１５０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以下、特に５０ＭＰａ以下になることが好ましい。また３８０℃のＫＮＯ_３溶液に７２時間浸漬したときに、内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が１５０ＭＰａ以下、１００ＭＰａ以下、特に５０ＭＰａ以下になることが好ましい。内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が小さい程、内部の欠陥によって強化ガラス球が破損し難くなるが、内部の引っ張り応力値（ＣＴ）が極端に小さくなると、圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が低下して、強化ガラス球の機械的強度が低下してしまう。よって、内部の引っ張り応力値（ＣＴ）は、１ＭＰａ以上、１０ＭＰａ以上、特に１５ＭＰａ以上となるように強化することが好ましい。
なお、「内部の引っ張り応力値（ＣＴ）」は、下記の数式１により算出した値を指す。ここで「ｔ：強化用ガラス球の直径」とは、強化用ガラス球の対向する表面同士の距離のうち最も短い距離を指す。また、圧縮応力値（ＣＳ）や圧縮応力深さ（ＤＯＬ）は、既述のとおり、強化ガラス球と同時にイオン交換処理した強化ガラス板を測定することにより得られた値である。

［数１］
ＣＴ ＝ ＣＳ×ＤＯＬ／（ｔ×１０００−２×ＤＯＬ）
ＣＴ：内部の引っ張り応力値（ＭＰａ）
ｔ：強化用ガラス球の直径（ｍｍ）
ＣＳ：強化ガラス板の圧縮応力値（ＭＰａ）
ＤＯＬ：強化ガラス板の圧縮応力深さ（μｍ）

次に、本発明に係る強化用ガラス球のガラス組成に関し下記に詳述する。

本発明に係る強化用ガラス球は、ガラス組成として、質量％で、ＳｉＯ_２ ４５〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０〜３０％、Ｎａ_２Ｏ ５〜２５％を含有することが好ましい。上記のように各成分の含有範囲を限定した理由を以下に説明する。なお、各成分の含有範囲の説明において、以下の％表示は、特段の断りがない限り、質量％を指す。

ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、その含有量は、好ましくは４５〜７５％、４５〜７０％、４５〜６５％、４５〜６３％、特に４８〜６１％である。ＳｉＯ_２の含有量が多過ぎると、溶融性、成形性、熱膨張係数が低下し易くなる。一方、ＳｉＯ_２の含有量が少な過ぎると、ガラス化し難くなり、また熱膨張係数が不当に高くなるため、耐熱衝撃性が低下し易くなる。

Ａｌ_２Ｏ_３は、イオン交換性能、歪点、ヤング率を高める成分である。しかし、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多過ぎると、ガラスに失透結晶が析出し易くなって、所望の形状に成形し難くなる。また溶融性、熱膨張係数が低下し易くなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３の好適な上限範囲は３０％以下、２８％以下、２４％以下、２３％以下、２２％以下、２１．５％以下、特に２１％以下であり、好適な下限範囲は１０％以上、１２％以上、１３％以上、１５％以上、１７％以上、特に１８％以上である。

Ｎａ_２Ｏは、イオン交換成分であると共に、溶融性や成形性を高める成分である。また耐失透性を改善する成分でもある。しかし、Ｎａ_２Ｏの含有量が多過ぎると、体積電気抵抗率が低くなったり、熱膨張係数が不当に高くなるため、耐熱衝撃性が低下し易くなる。またガラス組成のバランスが崩れて、耐失透性が低下する虞がある。よって、Ｎａ_２Ｏの含有量は、好ましくは５〜２５％、１０〜２５％、１１〜２２％、１２〜２０％、１３〜１９％、特に１４〜１８％である。

上記成分以外にも、例えば、以下の成分を導入してもよい。

Ｐ_２Ｏ_５は、イオン交換性能を高める成分であり、特に圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を増大させる成分である。上記の通り、イオン交換性能を高めるためには、Ａｌ_２Ｏ_３の増量が有効であるが、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多過ぎると、耐失透性が低下し易くなる。よって、Ａｌ_２Ｏ_３の導入量には限界がある。しかし、Ｐ_２Ｏ_５を導入すると、Ａｌ_２Ｏ_３を増量しても、ガラスが失透し難くなるため、Ａｌ_２Ｏ_３の導入許容量を高めることができる。結果として、イオン交換性能を飛躍的に高めることができる。一方、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多く過ぎると、ガラスが分相したり、耐水性や耐失透性が低下し易くなる。以上の点を踏まえると、Ｐ_２Ｏ_５の好適な上限範囲は１０％以下、９％以下、８％以下、７％以下、特に６％以下であり、好適な下限範囲は０％以上、０．１％以上、０．５％以上、１％以上、２％以上、３％以上、特に４％以上である。

Ｂ_２Ｏ_３は、液相温度、高温粘度、密度を低下させる成分であると共に、イオン交換性能、特に圧縮応力値（ＣＳ）を高める成分であるが、その含有量が多過ぎると、イオン交換によって表面にヤケが発生したり、耐水性、液相粘度、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が低下する虞がある。よって、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０〜６％、０〜４％、０．１〜３％、０．１〜２％、特に０．５〜１％未満である。

Ｌｉ_２Ｏは、イオン交換成分であると共に、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高める成分である。更にヤング率を高める成分である。しかし、Ｌｉ_２Ｏの含有量が多過ぎると、液相粘度が低下して、ガラスが失透し易くなる。また低温粘性が低下し過ぎて、イオン交換処理の際に応力緩和が生じ易くなり、かえって圧縮応力値（ＣＳ）が低下する虞がある。よって、Ｌｉ_２Ｏの含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜８％、０〜５％、０〜３％未満、０〜２％、０〜１％未満、０〜０．１％未満、特に０〜０．０１％未満である。

Ｋ_２Ｏは、イオン交換を促進する成分であり、特にアルカリ金属酸化物の中では圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を増大させる効果が高い成分である。また高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、耐失透性を改善する成分である。しかし、Ｋ_２Ｏの含有量が多過ぎると、熱膨張係数が不当に高くなり、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。更に歪点が低下し過ぎたり、ガラス組成のバランスが崩れて、逆に耐失透性が低下する虞がある。Ｋ_２Ｏの好適な上限範囲は１０％以下、９％以下、８％以下、７％以下、特に６％以下であり、好適な下限範囲は０％以上、０．５％以上、１％以上、２％以上、３％以上、特に４％以上である。

Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの好適な上限範囲は３０％以下、２５％以下、特に２２％以下であり、好適な下限範囲は８％以上、１０％以上、１３％以上、特に１５％以上である。Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量が多過ぎると、耐失透性が低下したり、熱膨張係数が不当に高くなって、耐熱衝撃性が低下したり、周辺材料と熱膨張係数が整合し難くなる。一方、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏの含有量が少な過ぎると、イオン交換性能と溶融性が低下し易くなる。なお、「Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ」は、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合量である。

モル％比Ｋ_２Ｏ／Ｎａ_２Ｏは、好ましくは０〜１、０〜０．８、０．０５〜０．７、０．１〜０．５、０．１５〜０．４、０．１５〜０．３、特に０．１５〜０．２５である。このようにすれば、短時間で圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が大きくなり易い。また、周知の混合アルカリ効果により比較的高い電気抵抗率を得ることができる。なお、「Ｋ_２Ｏ／Ｎａ_２Ｏ」は、Ｋ_２Ｏの含有量をＮａ_２Ｏの含有量で割った値である。

ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜１５％、０〜９％、０．５〜６％、特に１〜５％である。ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯの含有量が多過ぎると、密度や熱膨張係数が不当に高くなったり、耐失透性やイオン交換性能が低下し易くなる。なお、「ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量である。

ＭｇＯとＣａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分であり、アルカリ土類金属酸化物の中では、イオン交換性能を高める効果が大きい成分である。しかし、ＭｇＯとＣａＯの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が高くなったり、ガラスが失透し易くなる。よって、ＭｇＯの含有量は、好ましくは１０％以下、８％以下、６％以下、０．５〜５％、特に１〜４％である。ＣａＯの含有量は、好ましくは６％以下、４％以下、２％以下、１％未満、特に０．５％未満である。

ＳｒＯとＢａＯは、高温粘度を低下させて、溶融性や成形性を高めたり、歪点やヤング率を高める成分である。しかし、ＳｒＯとＢａＯの含有量が多くなると、密度や熱膨張係数が高くなったり、イオン交換性能が低下し易くなる。よって、ＳｒＯの含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％未満である。ＢａＯの含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％以下、０．５％以下、特に０．１％未満である。

質量比（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）は、耐失透性を高めるために、好ましくは０．５以下、０．４以下、特に０．３以下である。なお、「（ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）／（Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）」は、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの合量をＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの合量で割った値である。

ＺｎＯは、イオン交換性能を高める成分である。また低温粘性を低下させずに、高温粘性を低下させる成分である。しかし、Ｐ_２Ｏ_５の存在下でＺｎＯを増量すると、ガラスが分相したり、失透し易くなる。よって、ＺｎＯの含有量は、好ましくは８％以下、４％以下、１％以下、０．１％以下、特に０．０１％以下である。

ＺｒＯ_２は、イオン交換性能、ヤング率、歪点を高める成分であり、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ＺｒＯ_２の含有量が多くなると、耐失透性が低下し易くなる。よって、ＺｒＯ_２の含有量は、好ましくは０〜１０％、０〜５％、０〜３％、０〜１％未満、０〜０．４％、特に０〜０．１％未満である。

ＴｉＯ_２は、イオン交換性能を高める成分であり、高温粘性を低下させる成分である。しかし、ＴｉＯ_２の含有量が多くなると、ガラスが着色したり、失透し易くなる。特に溶融雰囲気や原料不純物により、透過率が変動し易くなる。よって、ＴｉＯ_２の含有量は、好ましくは０〜４％、０〜１％未満、０〜０．１％未満、特に０〜０．０１％未満である。

ＳｎＯ_２は、イオン交換性能、特に圧縮応力値（ＣＳ）を高める成分である。しかし、ＳｎＯ_２の含有量が多くなると、ＳｎＯ_２に起因する失透が発生したり、ガラスが着色し易くなる。よって、ＳｎＯ_２の含有量は、好ましくは０〜３％、０．０１〜２％、０．０５〜１％、特に０．１〜０．５％である。

清澄剤として、Ａｓ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｆ、ＳＯ_３、Ｃｌの群から選択された一種又は二種以上を含有させてもよい。但し、環境に対する配慮から、Ａｓ_２Ｏ_３とＳｂ_２Ｏ_３を添加しないことが好ましく、Ａｓ_２Ｏ_３とＳｂ_２Ｏ_３の含有量は、それぞれ０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。ＣｅＯ_２の含有量は、透過率を高めるために、０．１％未満、特に０．０１％未満が好ましい。Ｆの含有量は、低温粘性の低下による応力緩和を抑制するため、０．１％未満、特に０．０１％未満である。

ＣｏＯ、ＮｉＯ等の遷移金属酸化物は、ガラスを着色させる成分である。よって遷移金属酸化物の含有量は、好ましくは０．５％以下、０．１％以下、特に０．０５％以下である。

Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｌａ_２Ｏ_３等の希土類酸化物は、ヤング率を高める成分である。しかし、希土類酸化物の含有量が多くなると、原料コストが高騰し、耐失透性が低下し易くなる。よって、希土類酸化物の含有量は、好ましくは３％以下、２％以下、１％未満、０．５％以下、特に０．１％以下である。

ＰｂＯとＢｉ_２Ｏ_３の含有量は、環境に対する配慮から、それぞれ０．１％未満が好ましい。

また、本発明に係る強化用ガラス球は、以下のガラス特性を有することが好ましい。

密度は、好ましくは２．６０ｇ／ｃｍ^３以下、２．５５ｇ／ｃｍ^３以下、２．５０ｇ／ｃｍ^３以下、２．４９ｇ／ｃｍ^３以下、特に２．４８ｇ／ｃｍ^３以下である。密度が低い程、ガラス転動体の軽量化を図ることができる。なお、「密度」とは、周知のアルキメデス法で測定した値を指す。

３０〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、好ましくは７０×１０^−７〜１１０×１０^−７／℃、７５×１０^−７〜１１０×１０^−７／℃、８０×１０^−７〜１１０×１０^−７／℃、特に８５×１０^−７〜１１０×１０^−７／℃である。上記のように熱膨張係数を規制すれば、高速回転時に発生する熱により周辺の金属部材が膨張したとしても、適正に駆動させることができる。ここで、「熱膨張係数」とは、３０〜３８０℃の温度範囲において、ディラトメーターで測定した平均値である。

歪点は、好ましくは５２０℃以上、５５０℃以上、５６０℃以上、特に５７０℃以上である。歪点が高い程、耐熱性が向上する。また歪点が高いと、イオン交換処理時に応力緩和が生じ難くなるため、高い圧縮応力値（ＣＳ）を確保し易くなる。

高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、好ましくは１６５０℃以下、１６００℃以下、１５８０℃以下、１５５０℃以下、１５４０℃以下、特に１５３０℃以下である。高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低い程、低温でガラスを溶融することができる。よって、高温粘度１０^２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度が低い程、溶融窯等のガラス製造設備への負担が小さくなると共に、球形状ガラスの泡品位を高めることができる。

液相温度は、好ましくは１２００℃以下、１１５０℃以下、１１３０℃以下、１１１０℃以下、１０９０℃以下、特に１０７０℃以下である。液相温度が高過ぎると、球形状に成形し難くなる。

液相粘度は、好ましくは１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．３ｄＰａ・ｓ以上、１０^４．５ｄＰａ・ｓ以上、１０^５．０ｄＰａ・ｓ以上、特に１０^５．４ｄＰａ・ｓ以上である。液相粘度が低過ぎると、球形状に成形し難くなる。なお、液相温度が１２００℃以下であり、且つ液相粘度が１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上であれば、マーブル成形法等で球形状に成形可能である。

１５０℃における体積電気抵抗率の比Ｒは、好ましくは１０以上、５０以上、１００以上、２００以上、特に３００以上である。Ｒの値が大きい程、イオン交換処理によりガラスの絶縁性が向上し易くなる。

１５０℃における体積電気抵抗率ρは、好ましくは１０^５．０Ω・ｃｍ以上、１０^５．５Ω・ｃｍ以上、１０^６．０Ω・ｃｍ以上、１０^６．５Ω・ｃｍ以上、１０^７．０Ω・ｃｍ以上、１０^７．５Ω・ｃｍ以上、１０^８．０Ω・ｃｍ以上、１０^８．５Ω・ｃｍ以上、１０^８．７Ω・ｃｍ以上、１０^９．０Ω・ｃｍ以上、特に１０^９．５Ω・ｃｍ以上である。体積電気抵抗率が低いと、ガラスの絶縁性が低下し易くなる。

次に、本発明に係る強化用ガラス板について詳述する。

強化用ガラス板のガラス組成は、強化用ガラス球のガラス組成と略同一であることが好ましい。なお、強化用ガラス球と強化用ガラス板の製造工程の相違による揮発成分の有無や、ロット間変動により、微視的な組成差があった場合も、ガラス全体として見た場合、ガラス組成は、実質的に同じであると考えてよい。また、同様に、本発明の趣旨から、強化用ガラス板の特性と強化用ガラス球の特性も同様であることが理想的である。

強化用ガラス板の成形方法は、オーバーフローダウンドロー法、フロート法、スロットダウン法、リドロー法、ロールアウト法、プレス法等を採用することができる。また、厚板やガラス塊から所望の厚さの板を切断、研磨することで平板形状としてもよい。

本発明に係る強化用ガラス板において、板厚は１〜２００ｍｍ、２〜１５０ｍｍ、３〜１２０ｍｍが好ましく、更に、１００ｍｍ以下、８０ｍｍ以下、５０ｍｍ以下、３０ｍｍ以下、２０ｍｍ以下、特に１０ｍｍ以下、また１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、４ｍｍ以上、特に５ｍｍ以上が好ましい。このようにすることで、平板形状のガラスに一定以上の厚みを持たせることができ、破損し難くなる。更に、強化用ガラス球と強化用ガラス板の厚みを近づけることで、熱処理を行った際のガラス内部の両者の温度変化の挙動をより等しくすることができる。

本発明に係る強化用ガラス板において、表面粗さＲａは、１０ｎｍ以下、１０ｎｍ未満、７ｎｍ以下、特に５ｎｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａが小さいほど、ガラスを破損し難くできる。また、強化ガラス球と強化用ガラス板のＲａを近づけることで、球形状ガラス表面で起こるイオン交換の挙動を板状ガラス表面で起こるイオン交換の挙動により近づけることができる。

本発明に係る強化用ガラス板は、その表面を、強化用ガラス球の表面処理方法と同じ方法で処理することが好ましい。表面処理方法としては、研磨処理、化学エッチング処理、洗浄、粗面化処理等を採用できる。

本発明に係る強化用ガラス板は、表面が研磨面であることが好ましい。一般に、球形状のガラスを成形する場合、成形後に精密研磨を行うことで製造することが多い。そこで、強化用ガラス板の表面を研磨面とすることで、強化ガラス球の表面に近づけることができるため、同様の圧縮応力層を得易くできる。

本発明に係る強化用ガラス板は、表面が化学エッチング面であることが好ましい。強化用ガラス球の表面がエッチング面である場合、強化用ガラス板の表面をエッチング面とすることで、強化ガラス球の表面と強化ガラス板で、同様の圧縮応力層を得易くできる。

実施例に基づいて、本発明を説明する。但し、本発明は、以下の実施例に何ら限定されない。以下の実施例は、単なる例示である。

表１は、本発明に係る強化用ガラスのガラス組成及び特性を示している。

表１に記載の各試料は次のようにして作製した。まず、表中のガラス組成となるように、ガラス原料を調合し、白金容器を用いて１５８０℃で８時間溶融した。その後、溶融ガラスをカーボン板の上に流し出して板状に成形してガラス板を得た。

次に、得られたガラスの各種特性を評価した。

密度ρは、周知のアルキメデス法によって測定した値である。

熱膨張係数αは、３０〜３８０℃の温度範囲において、ディラトメーターで測定した平均値である。

ヤング率Ｅは、周知の共振法によって測定した値である。

歪点Ｐｓ、徐冷点Ｔａは、ＡＳＴＭ Ｃ３３６の方法によって測定した値である。

軟化点Ｔｓは、ＡＳＴＭ Ｃ３３８の方法によって測定した値である。

高温粘度１０^４．０ｄＰａ・ｓ、１０^３．０ｄＰａ・ｓ、１０^２．５ｄＰａ・ｓに相当する温度は、白金球引き上げ法によって測定した値である。

液相温度ＴＬは、標準篩３０メッシュ（篩目開き５００μｍ）を通過し、５０メッシュ（篩目開き３００μｍ）に残るガラス粉末を白金ボートに入れ、温度勾配炉中に２４時間保持して、結晶の析出する温度を測定した値である。

イオン交換処理前の体積電気抵抗率ρｂは、０．７ｍｍ厚の板状試料を測定試料とし、ＡＳＴＭ Ｃ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定したものである。

続いて、各ガラス板の両表面に精密研磨を施した後、イオン交換処理を行った。イオン交換処理は４３０℃のＫＮＯ_３溶液中に４時間浸漬することで行った。イオン交換処理後、各ガラス板の表面を洗浄し、表面応力計（折原製作所製ＦＳＭ−６０００）を用いて観察される干渉縞の本数とその間隔から圧縮応力層の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）を算出した。算出に当たり、各ガラス板の屈折率を１．５０、光学弾性定数を３０［（ｎｍ／ｃｍ）／ＭＰａ］とした。

イオン交換処理後の体積電気抵抗率ρａは、０．７ｍｍ厚の板状試料を測定試料とし、ＡＳＴＭ Ｃ６５７−７８に基づいて１５０℃における値を測定したものである。

イオン交換処理前後の体積抵抗率の比Ｒは、ρａ／ρｂの数式により算出したものである。

なお、ガラス表層のガラス組成は、イオン交換処理の前後で微視的に変動するものの、ガラス全体として見た場合、ガラス組成は、実質的に同じであると考えてよい。

次に、表１の試料Ａのガラス組成を有するガラス球及びガラス板を用意した。表２は、本発明の実施例（Ｎｏ.１〜１１）を示している。

各実施例のガラス球は次のようにして作製した。まず表１の試料Ａのガラス組成を有する溶融ガラスをマーブル成形法にて球状に成形した。次に、ガラス表面を精密研磨して、強化用ガラス球を得た。得られた強化用ガラス球について、直径、寸法公差、表面粗さＲａを測定した結果を表２に示す。

なお、強化用ガラス球の直径及びその寸法公差は、接触式測長機によって測定した値である。具体的には、球状ガラスの直径は、ガラスを回転させながら、少なくとも１０箇所の直径を測定し、その平均値を測定値としたものであり、平均値の計算はＪＩＳ Ｂ１５６３：２００９に準拠している。そして、この時の測定値から直径の寸法公差を算出した。なお、測定時の圧子の測定力は３Ｎ未満である。

また、強化用ガラス球の表面粗さＲａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１：２００１年に準拠した方法で、超高精度三次元測定器（ＵＡ３Ｐ−４）により測定した。

また、各実施例のガラス板は次のようにして作製した。まず表１の試料Ａのガラス組成を有する溶融ガラスを板状に成形し、精密研磨した。ここで、実施例Ｎｏ．１〜５のガラス板は、板厚が強化用ガラス球の直径の±１％以内になるようにした。実施例Ｎｏ．６〜１１のガラス板は、表面粗さＲａが強化用ガラス球の±５％以内になるようにした。

続いて、各試料毎に強化用ガラス球及び強化用ガラス板をまとめ、同一条件で同時にアニールを行なった。アニール条件は、試料Ａの徐冷点の温度で熱処理した後、徐冷点から歪点までの温度域を８℃／分の平均冷却速度で冷却した。

測定後の強化用ガラス球と強化用ガラス板のガラス表面は、アルカリ性洗剤、純水、アルコール等によって洗浄し、イオン交換処理時のＫＮＯ_３溶液の汚染を抑制した。

続いて、強化用ガラス球を金網製の治具に固定した後、強化用ガラス球と強化用ガラス板を同一のイオン交換槽内のＫＮＯ_３溶液に浸漬してイオン交換し、強化ガラス球と強化ガラス板を同時に得た。なお、実施例Ｎｏ．１〜３については、ＫＮＯ_３溶液の温度を４３０℃とし、実施例Ｎｏ．４〜１１については、ＫＮＯ_３溶液の温度を３８０℃とし、イオン交換処理の時間は各試料とも７２時間とした。

強化ガラス球と強化ガラス板をＫＮＯ_３溶液から取り出し、室温雰囲気中で冷却した後、アルカリ性洗剤、純水、アルコール等によってガラス表面を洗浄し、ガラス表面に付着したＫＮＯ_３溶液を除去した。

このようにして得られた強化ガラス球について、前述した方法により、直径及び寸法公差を測定した。また、強化ガラス板については、圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の値を測定した。

強化ガラス板の測定値より、強化ガラス球の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の値は、実施例Ｎｏ．１〜１１と同様、圧縮応力値（ＣＳ）が５６５〜９９１ＭＰａであり、圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が８６〜１８４μｍであると推定される。

なお、強化ガラス板の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）が、強化ガラス球の目標値と異なる場合、ガラス板の圧縮応力値（ＣＳ）と圧縮応力深さ（ＤＯＬ）の値が目標値となるように、イオン交換処理の条件を変更すればよい。

また、上記の実験では、ガラス組成として試料Ａの材質を用いたが、試料Ｂ〜Ｅの材質でも同様の実験を行うことができる。

本発明によれば、強化ガラス球の強化状態を精度良く推定することが可能で有り、強化ガラス球の品質を適切に管理することが可能である。また、本発明の強化ガラス球の製造方法は、球形状のガラスだけでなく、楕円形状、凹形状、凸形状等を有する強化ガラスの製造方法にも応用可能である。

１・・・イオン交換槽
２・・・イオン交換溶液（ＫＮＯ_３溶液）
３、４・・・バスケット
５・・・強化用ガラス板
６・・・強化用ガラス球

Claims (15)

1. 強化用ガラス球をイオン交換処理して強化ガラス球を得る強化ガラス球の製造方法であって、
   強化用ガラス球の直径の±２０％以内の板厚を有する強化用ガラス板を、強化用ガラス球と同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することを特徴とする強化ガラス球の製造方法。
2. 強化用ガラス球をイオン交換処理して強化ガラス球を得る強化ガラス球の製造方法であって、
   強化用ガラス球の表面粗さＲａの±２０％以内の表面粗さＲａを有する強化用ガラス板を、強化用ガラス球と同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理することを特徴とする強化ガラス球の製造方法。
3. 強化用ガラス球と同一条件でアニールされた強化用ガラス板を使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の強化ガラス球の製造方法。
4. 強化用ガラス球と強化用ガラス板が、徐冷点から歪点までの温度域を０．２℃／分以上２００℃／分以下の冷却速度で冷却する条件でアニールされていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
5. 強化用ガラス球と強化用ガラス板を１００℃以上の温度に熱処理した後、イオン交換処理を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
6. イオン交換処理を、３５０℃以上、且つ強化ガラス球の歪点以下の温度で行うことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
7. 強化用ガラス板の板厚が、３〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
8. 強化用ガラス球の表面処理方法と同じ方法で処理した強化用ガラス板を使用することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
9. 強化用ガラス球及び強化用ガラス板の表面が、何れも研磨面である又は何れも化学エッチング面であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
10. 得られる強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値が５０ＭＰａ以上、且つ圧縮応力深さが１０μｍ以上となる条件で、強化用ガラス球をイオン交換処理することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
11. 強化用ガラス球の液相粘度が１０^４．０ｄＰａ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
12. 強化ガラス球を駆動装置の転動体に用いることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
13. イオン交換処理後に、強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値及び／又は圧縮応力深さを測定する工程と、測定した強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値及び／又は圧縮応力深さに基づき、強化ガラス球の圧縮応力層の圧縮応力値及び／又は圧縮応力深さを管理する工程とを有することを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の強化ガラス球の製造方法。
14. 強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値及び／又は圧縮応力深さの測定結果に基づき、イオン交換処理条件を変更する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の強化ガラス球の製造方法。
15. 強化用ガラス球をイオン交換処理して強化ガラス球を得る強化ガラス球の製造方法であって、
    同一のイオン交換溶液に浸漬させてイオン交換処理した強化ガラス板の圧縮応力層の圧縮応力値及び／又は圧縮応力深さの測定結果に基づき、強化用ガラス球のイオン交換処理条件を決定し、
    強化ガラス球の圧縮応力層の圧縮応力値及び／又は圧縮応力深さを制御することを特徴とする強化ガラス球の製造方法。