JP2013006717A - 携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法は、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板100を、加熱された化学強化処理液122に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、化学強化工程では、ガラス基板100の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させることを特徴とする。
【選択図】図3
【解決手段】本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法は、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板100を、加熱された化学強化処理液122に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、化学強化工程では、ガラス基板100の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
本発明は、携帯端末の表示画面の保護に用いられる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置に関するものである。
携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)などの携帯端末装置では、主に表示画面を保護するために、矩形状のガラス基板がいわゆるカバーガラスとして用いられる場合がある。
カバーガラスとして用いられる矩形のガラス基板は、その表面に衝撃や外力が加わることがあり、非常に高い強度が要求される。特許文献1には、化学強化(Chemical Strength)により形成された圧縮応力層を表面に有するガラス基板およびその製造方法が開示されている。
特許文献1に記載のガラス基板の製造方法では、ガラス基板を化学強化する際に、加熱した化学強化用の化学強化処理液にガラス基板を浸漬させることで、ガラス基板のイオンを溶融塩のイオンでイオン交換する旨が記載されている。
ところで、世界的な携帯機器の需要増加とともに、携帯機器用のカバーガラスの需要も爆発的に増加している。このような背景のなか、カバーガラスに求められる強度についてもより高い強度が要求されている。そして、この要求を満たすべく、本願発明者等は、より強度の高くなる化学強化条件で化学強化処理を行ったところ、生産された多数のカバーガラスの強度の平均値は高くなった。しかしながら、強度のばらつきが大きくなり、要求規格を満たさない場合があるという問題が発生した。
本発明は、このような課題に鑑み、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
本発明者らは、上記問題を解決すべく、鋭意検討した結果、強度のばらつきは、従来問題のなかった、化学強化工程で起こっていることを発見した。そして、さらに検討を行った結果、化学強化処理槽の上部側に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板と、化学強化処理槽の下部側に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板との間で、強度のばらつきが大きいことを見出した。そして、この問題の原因を調査した結果、強度のばらつきが化学強化処理溶液の流動に関係していることを見出し、本発明を完成させるに至った。
上記課題を解決するために、本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの製造方法の代表的な構成は、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、化学強化工程では、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させることを特徴とする。
上記構成によれば、携帯機器用カバーガラスに用いられる複数枚の矩形状のガラス基板を、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる。このため、複数枚の矩形状のガラス基板が、所定間隔を隔てて互いに平行に配列されていても、化学強化処理液の流動が妨げられない。つまり、複数枚の矩形状のガラス基板に対して、温度や濃度がほぼ均一に化学強化処理液が接触するので、ガラス基板のイオンが溶融塩のイオンでイオン交換される。したがって、複数枚の矩形状のガラス基板に対して化学強化がほぼ均一に行われ、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
アルカリ金属としてカリウムのみを溶融塩として含む化学強化処理液を用いて、化学強化工程を行うとよい。このような化学強化処理液を用いて化学強化工程を行うと、混合塩(例えば、カリウムとナトリウムの混合塩)を用いる場合に比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなり、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、強度のばらつきを抑制でき、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
ガラス基板は、Li2Oを含有していないガラス組成で構成されているとよい。リチウムを含有していないガラス組成で構成されているガラス基板に化学強化工程を行うと、リチウムを含有しているガラス組成のものと比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなる。このため、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、強度のばらつきを抑制でき、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
ガラス基板は、主表面に開口が形成されているとよい。ガラス基板の主表面に形成された開口は、キズ、クラック、チッピングが形成される可能性が高く、化学強化処理液の流れが不均一となると、強度が低下しカバーガラスの強度がばらつく要因となり得る。このような場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、強度のばらつきを抑制でき、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
化学強化工程では、ガラス基板を下方から支持した状態で、ガラス基板の上方から下方に向かって化学強化処理液を流動させるとよい。これにより、下方から支持されたガラス基板は、化学強化処理液の流動により上方から下方に力(せん断応力)を受ける。このため、化学強化工程でのガラス基板が安定し、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液が流動し続けることになる。よって、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
熱対流に加え、熱対流以外の方法で化学強化処理液を強制的に流動させるとよい。これにより、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液がより効率的に流動し、強度のばらつきを低減できる。
本発明にかかる携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置の代表的な構成は、矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化する携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置であって、ガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる流動手段を備えることを特徴とする。
上記構成によれば、流動手段により化学強化処理液を流動させる。このため、例えば槽内に複数枚の矩形状のガラス基板が、所定間隔を隔てて互いに平行に配列されていても、化学強化処理液の流動が妨げられず、複数枚の矩形状のガラス基板に対して、温度や濃度がほぼ均一に化学強化処理液が接触する。したがって、複数枚の矩形状のガラス基板に対して化学強化がほぼ均一に行われ、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
本発明によれば、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置を提供することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
図1は、本実施形態における携帯機器用カバーガラスの製造方法で用いられるガラス基板を説明する図である。ガラス基板100は、例えば携帯端末の表示画面を保護するカバーガラスとして用いられる。なお、ガラス基板100は、後述する製造工程を経た後、必要に応じて印刷などの加飾を施すことでカバーガラスとなる。ガラス基板100は、図示のように板状であり、矩形状の外形部分102を有している。また、ガラス基板100は、上部付近に形成されたスピーカー用孔部104と、下部付近に形成された複数の小径孔部106とが形成されていて、例えば磁気ディスク用ガラス基板と異なり、中心に大きな内孔を有していない。
磁気ディスク用ガラス基板は、中心に大きな内孔を有していて、かつ外形も内孔も円形である。このため化学強化処理液の流れの中に磁気ディスク用ガラス基板があっても、流れに乱れを与える影響が少ない。一方、携帯機器用カバーガラスは大きな内孔を有さない。携帯機器用カバーガラスにもスピーカー穴やボタン穴が設けられているが、これらの穴は小さいために流れを通すほどの効果は見込めない。また、矩形状であるため、矩形の角部が化学強化処理液の流れに対して乱れを生じさせやすい。複数枚配列されたガラス基板の間で化学強化処理液の流れに不均一が生じると、化学強化にムラが生じて強度に影響を与えるおそれがある。また、携帯機器用カバーガラスのスピーカー穴やボタン穴は、キズ、クラック、チッピングが形成されるポテンシャルが大きく、化学強化処理液の流れが不均一になると、強度低下の要因となる。
そこで本実施形態では、化学強化工程において、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板100の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる。これにより、化学強化処理液の流れを乱すことが極めて少なくなり、化学強化をほぼ均一に行うことが可能となる。
一方、携帯機器用カバーガラスに用いられるガラス基板から見ると、化学強化処理液の流れから基板全体が力(せん断応力)を受け、重心(図心)からの距離が遠い矩形の角部に発生する力によるモーメントが大きい。1つの角部に大きなモーメントが発生するとガラス基板全体が回転しやすくなり、舞い散るようにラックから脱落してしまうという問題がある。この傾向は矩形の縦横比が大きくなるほど顕著になり、近年のタッチパネル機のように携帯端末の全面を覆うようなカバーガラスでは面積も縦横比も大きくなるため、問題が顕在化する。
ここで、磁気ディスク用ガラス基板であれば、円形の外周の下端と左右端の3点支持によってラックに収容するのが通常であって、安定的に保持することが可能である。一方、矩形状である携帯機器用カバーガラスに用いられるガラス基板は、ラックに対する収容と取出しの作業を考慮すれば、ガラス基板を斜めにして、下方の2辺を3点支持することが好ましい。またカバーガラス用ガラス基板は強度が保てる範囲においてできるだけ薄くすることが好ましく、具体的には0.5mm以下であることが好ましい。このような場合、ガラス基板の重量が軽くなるため、さらに外力によってラックから脱落しやすくなってしまう。
そこで本実施形態では、所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板100を下方から支持した状態において、ガラス基板100の上方から下方に向かって化学強化処理液を流動させる。すなわち、化学強化用の槽の中にラックを入れた状態において、ラックの外側に上昇流を生じさせ、ラックの内側に下降流を生じさせるように化学強化処理液を流動させる。これにより、ガラス基板100がラックから脱落することを防止し、安定して化学強化を行うことが可能となる。
ここで、槽に溜められた化学強化処理液にそのような方向の流動を生じさせるためには、例えば、槽の側面にヒーターを配置して、槽の側面部と中央部の温度差により化学強化処理液を流動させてもよい。この他に、回転羽根、もしくは筒中に設置された螺旋状のスクリュー(スクリューフィーダともいう)を用いて、機械的に化学強化処理液を流動させてもよい。さらに、必要に応じて、化学強化処理液の流動を導くための(流れを形成するための)ガイド板やダンパーを用いてもよい。なお、ここでの流動とは、化学強化処理液の対流方向に物体(ガラス基板100やラック)が存在しても、その物体により対流が妨げられず、化学強化処理液がガラス基板100に均一に接触するような流れが強制的に生じている状態をいう。
次に、本実施形態にかかるガラス基板100の製造方法について説明する。本実施形態にかかるガラス基板100は、板状ガラスの主表面にレジストパターンを形成し、エッチャントでエッチングすることにより所望の形状に切り抜いたものである。エッチングにより外形を形成しているので、端面は非常に高い平滑性を有する。なお、板状ガラスの切り抜きはエッチングに限らず、切削・研削・研磨による機械加工でもよい。ただし、機械加工の場合、特にガラス基板の端面において微小なクラック、チッピングが発生しやすい。従って機械加工によって、携帯機器用カバーガラス形状のガラス基板を形成し化学強化する場合には、エッチング加工で形成する場合と比較して、強度のばらつきが生じやすい。
板状ガラスは、溶融ガラスから直接シート状に成型したもの、あるいは、ある厚さに成型されたガラス体を所定の厚さに成型し、主表面を研磨して所定の厚さに仕上げたものを使用することができる。特に、溶融ガラスから直接シート状に成型した場合には、板状ガラスの主表面がマイクロクラックのない表面状態を有するため好ましい。溶融ガラスから直接シート状に成型する方法としては、ダウンドロー法、フロート法などが挙げられる。
板状ガラスは、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラス、ボロシリケートガラス、結晶化ガラスなどで構成されていることが好ましい。中でも、SiO2、Al2O3、Li2O及び/又はNa2Oを含有したアルミノシリケートガラスであることが好ましい。Al2O3は、後述する化学強化においてイオン交換性能を向上させるため有用である。Li2Oは、化学強化においてNa+イオンとイオン交換させるための成分である。Na2Oは、化学強化においてK+イオンとイオン交換させるための成分である。ZrO2は、機械的強度を高めるために有用である。
板状ガラスは、Li2Oを含有していないアルミノシリケートガラスであることがより好ましい。Li2Oを含有していないガラス組成で構成されているガラス基板に化学強化工程を行うと、Li2Oを含有しているガラス組成のものと比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなるため、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程において、矩形状のガラス基板100の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させる構成を採用することにより、強度のばらつきを抑制できるので、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
板状ガラスから抜き出したガラス基板100には、イオン交換処理により化学強化する化学強化工程を行う。化学強化は、ガラスの表層面のイオンをイオン半径の大きな他のイオンと交換することにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成し、機械的強度をさらに高める処理である。化学強化は、例えば、硝酸カリウムや硝酸ナトリウムなどの化学強化塩を加熱溶融した化学強化処理液を用い、温度300℃〜450℃、1時間〜30時間の処理を行うことにより、ガラス中のLi+イオンを化学強化処理液中のNa+イオンと、ガラス中のNa+イオンを化学強化処理液中のK+イオンと交換する。化学強化により形成する圧縮応力層は5μm以上あればよい。好ましくは、圧縮応力層の厚みは、50μm以上、さらに好ましくは100μmが望ましい。なお、化学強化は、ガラス基板100を切り抜いた後に行うことが好ましい。これにより、ガラス基板100の端面も化学強化されるため、ガラス基板100を携帯端末装置に装着する際、ガラス基板100の欠けや割れが生じることを防止できる。
化学強化工程は、アルカリ金属としてカリウムのみを溶融塩として含む化学強化処理液を用いることが好ましい。一例として、硝酸カリウムの単塩(カリウム単塩)を加熱溶融した化学強化処理液を用いるのがより好ましい。カリウム単塩を用いて化学強化工程を行うと、混合塩(例えば、カリウムとナトリウムの混合塩)を用いて化学強化工程を行う場合に比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。そして、圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きい場合には、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなるため、強度のばらつきが大きくなりやすい。このような場合であっても、化学強化工程を本実施形態における構成とすることにより、強度のばらつきを抑制できるので、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
ここで、化学強化処理によるガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さは強度に影響する。一般に圧縮応力層の厚さが小さい場合、ガラス基板の平坦度(例えばガラス基板の最大断面高さ)が大きくなる傾向がある。この傾向は、圧縮応力層の厚さが小さい場合、厚さが大きい場合よりもキズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなるためと推定される。なお、平坦度が大きくなると、ガラス基板をカバーガラスとして用いた場合に反射像の歪みが発生し、カバーガラスを搭載した携帯機器の外観品質が損われることになる。このような場合であっても、化学強化工程を本実施形態における構成とすることにより、ガラス基板の平坦度を小さく良好とし、強度のばらつきを抑制できるので、携帯機器用カバーガラスを製造しやすい。
以下、図2および図3を参照して、図1に示す矩形状のガラス基板100を多数配列して、このガラス基板100を化学強化する工程について説明する。図2は、図1のガラス基板100をラック内に配列した状態を示す図である。図3は、本実施形態における携帯機器用カバーガラスの製造装置を模式的に示す図である。
まず、ガラス基板100を、ラック110内に配列する。ラック110は、図2に示すように、2つの側板112、114と、2つの側板112、114の間に配置された支持部材116a、116b、116c、118とを備えている。支持部材116a、116b、116c、118は、長手方向に所定間隔で溝が形成されている。ガラス基板100の長辺108aは、支持部材116a、116b、116cの溝により3点で支持される。また、ガラス基板100の短辺108bは、支持部材118の溝により1点で支持される。このようにして、ガラス基板100は、支持部材116a、116b、116c、118によりラック110内に所定間隔を隔てて斜めに載置される。なお、ラック110では、支持部材116a、116b、116c、118が2組配置されているので、ガラス基板100を2列に配列できる。
次いで、図示しないケージにラック110を複数段(ここでは、上下段)収容した後に、図3に示すように、化学強化用の槽120を容易する。なお、図中では、ガラス基板100に対して化学強化を行う状態を模式的に示している。
槽120は、例えば矩形であり、内部に化学強化用の化学強化処理液122が溜められている。また、槽120の側面には、化学強化処理液122を加熱するヒーター130、132が配置されている。さらに、筒中に設置された螺旋状のスクリューフィーダ134、136が槽120内の側面部に配置されている。
本実施形態では、ヒーター130、132によって加熱された化学強化処理液122は、槽120内で対流している。ここで、化学強化処理液122の対流方向は、図中、矢印124で示している。すなわち、化学強化処理液122は、例えば、槽120の側面に沿って下方から上方に向けて対流し、さらに、化学強化処理液122の上層表面付近で側方から中心側に向かって対流し、続いて、中心付近から下方に向けて対流する。このようにして、化学強化処理液122が、これらの対流方向に沿って対流することで、槽120内での温度や濃度がほぼ均一となる。さらに、このような熱対流を促すヒーター130、132に加えて、本実施形態では、熱対流以外の機械的な方法として、スクリューの回転に伴い下方の化学強化処理液122を上方に強制的に流動させるスクリューフィーダ134、136を用いている。
続いて、上述したラック110を上下2段収容したケージを槽120内に配置する。ここで、化学強化処理液122は、図示しないケージ、ラック110およびガラス基板100の存在によっても対流方向が妨げられておらず、槽内120内を流動していると言える。つまり、ヒーター130、132およびスクリューフィーダ134、136は、化学強化処理液122を流動させる流動手段となる。なお、槽120内に流動を生じさせる流動手段としては、スクリューフィーダ134、136に代えて、回転羽根を用いて機械的に流動する方法、または必要に応じて流動を形成するガイド板やダンパーを採用してもよい。
ケージを槽120内に配置するとき、ラック110内に所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板100の主表面に対して平行な方向に、化学強化処理液122を流動させる。このとき、上述した化学強化処理液122の流動方向とガラス基板100の主表面とがほぼ平行になるように配置すればよい。例えば、ケージ内の全てのガラス基板100の主表面は、化学強化処理液122の上下方向の流動方向にほぼ平行であり、中央に大きな内孔を有さない矩形状のガラス基板100であっても、化学強化処理液122の流動を妨げない。
具体的には、多数配列されたガラス基板100は、ラック110により下方から支持されていて、この状態において、ガラス基板100の上方から下方に向かって化学強化処理液122を流動させている。すなわち、化学強化用の槽120の中にラック110を入れた状態において、ラック110の外側に上昇流を生じさせ、ラック110の内側に下降流を生じさせるように化学強化処理液122を流動させている。
一例として、化学強化処理液122の流動を妨げないようにするには、ガラス基板100の主表面をほぼ鉛直面に沿わせ、かつ、化学強化用の槽120の側面に対して直交する方向に向けることが好ましい。化学強化処理液122は、上述したように、槽120の側面に配置されたヒーター130、132の側面近傍で上昇し、槽120のほぼ中央で下降するように流動が生じる。
図3に示す槽120内の化学強化処理液122は、ラック110内に多数配列されたガラス基板100に妨げられることなく、図中矢印124で示す流動方向に沿って流動する。このため、ラック110内に多数配列されたガラス基板100に対して、温度や濃度がほぼ均一に化学強化処理液122が接触し続けながら、ガラス基板100のイオンが溶融塩のイオンでイオン交換される。その結果、ケージに上下段で収容されたラック110内に多数配列されたガラス基板100に対して化学強化がほぼ均一に行われる。
[実施例]
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。ガラス基板のガラス材料組成としては、Li2Oを含むもの(以下、Li2O有)と、Li2Oを含まないもの(以下、Li2O無)との2種類を使用した。Li2O有のガラス材料組成は、63.5重量%のSiO2と、14.1重量%のAl2O3と、6.0重量%のLi2Oと、10.4重量%のNa2Oと、6.0重量%のZrO2とを含むものとした。Li2O無のガラス材料組成は、SiO2、Al2O3、Na2OおよびZrO2の重量%を調整し、Li2Oを含まないものとした。
以下、本発明の実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例にのみ限定されるものではない。ガラス基板のガラス材料組成としては、Li2Oを含むもの(以下、Li2O有)と、Li2Oを含まないもの(以下、Li2O無)との2種類を使用した。Li2O有のガラス材料組成は、63.5重量%のSiO2と、14.1重量%のAl2O3と、6.0重量%のLi2Oと、10.4重量%のNa2Oと、6.0重量%のZrO2とを含むものとした。Li2O無のガラス材料組成は、SiO2、Al2O3、Na2OおよびZrO2の重量%を調整し、Li2Oを含まないものとした。
化学強化条件は、温度370℃、2時間処理とし、化学強化処理液の化学強化塩は硝酸ナトリウムと硝酸カリウムの混合塩、および硝酸カリウムの単塩の2種類を使用した。
化学強化条件は、図3に模式的に示した携帯機器用カバーガラスの製造装置のように、加熱により化学強化処理液122を流動させるヒーター130、132に加え、スクリューの回転に伴い下方の化学強化処理液122を上方に強制的に流動させる上記スクリューフィーダ134、136を流動手段として用いた。
これにより、この製造装置では、ヒーター130、132の加熱に伴う流動に加え、スクリューフィーダ134、136の回転に伴う流動により、より効率的に槽120内の側面の化学強化処理液122を下方から上方に強制的に流動させる。この結果、ガラス基板を槽120内に配置したとき、槽120の中央部には、より効率的に化学強化処理液122の上方から下方への流動が発生する。
試験に使用した矩形状のガラス基板は、長辺が10cm、短辺が5cm、主表面の面積が約50cm2、板厚が0.5mmである。実施例では、図3で示したように、上下2段でケージに収容された上記ガラス基板100の主表面の向きを同じ垂直として、ガラス基板を化学強化処理した。ここで、垂直とは、ガラス基板の主表面の向きが、図3の矢印124に示す流動方向に沿っている状態をいう。なお、表1に示すガラス基板の向きについて、実施例では「垂直−垂直」と記載した。
[比較例]
比較例は、2種類のガラス材料組成及び試験に使用したガラス基板の形状は同じとした。また、化学強化処理液は、実施例と同様に2通りで化学強化処理を行った。比較例では、上下2段のラック110に収容されたガラス基板のうち、上段のガラス基板の向きは、実施例と同じ垂直方向としたが、下段のガラス基板の向きは水平方向とした。なお、表1に示すガラス基板の向きについて、比較例では「垂直−水平」と記載した。
比較例は、2種類のガラス材料組成及び試験に使用したガラス基板の形状は同じとした。また、化学強化処理液は、実施例と同様に2通りで化学強化処理を行った。比較例では、上下2段のラック110に収容されたガラス基板のうち、上段のガラス基板の向きは、実施例と同じ垂直方向としたが、下段のガラス基板の向きは水平方向とした。なお、表1に示すガラス基板の向きについて、比較例では「垂直−水平」と記載した。
図4は、ガラス基板の強度を測定する様子を示す図である。強度評価は、図4(a)に示すように、ガラス基板100Aを一定距離に配置された2支持体(支点)140、142上に置き、支持体140、142間の中央の1点に荷重体144を介して荷重Pを加えて、破壊したときの最大曲げ応力を測定することにより行った。この3点曲げ強さは、支点間距離、基板幅、基板厚さに依存するため、次式(1)により規格化した。
σ=(3PL)/(2wt2) (1)
σ=(3PL)/(2wt2) (1)
ここで、σは3点曲げ強さ(MPa)を示し、Pはガラス基板100Aが破壊したときの最大荷重(N)を示し、Lは支持体140、142間の距離(cm)を示し、wは図4(b)に示すガラス基板100Aの幅(cm)、tは図4(b)に示すガラス基板100Aの厚さ(cm)を示す。なお、荷重体144を降下させる速度は5mm/分とした。
上記強度測定を、実施例と比較例のガラス基板各30枚について行い、平均値xおよび標準偏差値σを求めた。その結果を表1に示す。
表1から、実施例1〜4は比較例1〜4と比較し平均値xが大きく、標準偏差値σが小さいので強度が良好であることが分かる。比較例では、上下2段のガラス基板の向きが異なり、特に下段のガラス基板の向きが水平である。このため、比較例では、化学強化処理液がガラス基板の主表面に平行に流動し難くなるので、上段と下段にそれぞれ載置されたガラス基板の間で、化学強化が不均一となり、強度にばらつきが生じてしまったと考える。
これに対して、実施例では、図3に示すように、槽120の上段に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板と、槽120の下段に載置されて化学強化処理が行われたガラス基板との間で、化学強化処理液のガラス基板の主表面に平行な流動が乱されない。このため、実施例では、化学強化が均一に行われ、ガラス基板の強度のばらつきが低減できる。
表1の実施例3、4と比較例3、4とを比較すると、硝酸カリウムの単塩を加熱溶融した化学強化処理液を用いた場合、比較例は「標準偏差σ/平均値x」が増加しているのに対し、実施例では「標準偏差σ/平均値x」の増加がない。なお、「標準偏差σ/平均値x」の値が小さいことは、例えば、強度が大きくかつ強度のばらつきが低減されて、強度が良好であることを示している。このため、実施例では、顕著な効果が得られたことが分かる。この理由は、カリウムとナトリウムの混合塩を用いて化学強化工程を行う場合より、カリウム単塩を用いる場合のほうが、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくなる。特に複数のガラス基板を化学強化する際に、化学強化の程度がガラス基板間で均一でない場合、化学強化圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きいときには、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなり、強度のばらつきが大きくなる。本実施例では、化学強化工程をカリウム単塩で行った場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、化学強化の程度がガラス基板間で均一となり、強度のばらつきを大幅に抑制することができる。
表1の実施例2、4と比較例2、4とを比較すると、板状ガラスは、Li2Oを含有していないアルミノシリケートガラスを用いた場合、比較例は「標準偏差σ/平均値x」が増加しているのに対し実施例では「標準偏差σ/平均値x」の増加がない。このため、実施例では、強度が良好となり、顕著な効果が得られたことが分かる。その理由はLi2Oを含有していないガラス組成で構成されているガラス基板に化学強化工程を行うと、Li2Oを含有しているガラス組成のものと比べて、ガラス表面に形成される圧縮応力層の厚さが小さくても圧縮応力値を大きくし易い。特に複数のガラス基板を化学強化する際に、化学強化の程度がガラス基板間で均一でない場合、化学強化圧縮応力層の厚さが小さく圧縮応力値が大きいときには、キズ、クラック、チッピングの影響を受けやすくなり、強度のばらつきが大きくなる。本実施例では、ガラス基板のガラス材料がLi2Oを含有していない場合であっても、化学強化工程でガラス基板の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液を流動させるので、化学強化の程度がガラス基板間で均一となり、強度のばらつきを大幅に抑制することができる。
上述した工程により、ガラス基板100を化学強化した後、ガラス基板100に付着している溶融塩やその他の付着物を取り除くために、ガラス基板100を洗浄する。洗浄方法としては、水などの洗浄液で洗い流す方法や、洗浄液に浸漬する浸漬法、洗浄液を流しながら回転するロール体をガラス基板100に接触させるスクラブ洗浄法などを利用することができる。浸漬法では、洗浄液に超音波を印加した状態で実施してもよい。その後、ガラス基板100に、必要に応じて加飾を施すことでカバーガラスが製造される。
上記説明したように、本実施形態におけるガラス基板100の製造方法では、化学強化を行う工程において、化学強化処理液122の流動方向と矩形のガラス基板100の主表面とがほぼ平行になるように槽120内に配置する。さらに複数段のラック110により化学強化処理する場合、各段のラック内のガラス基板100を槽120内で化学強化処理液が各段に均一に流動するよう配置する。このため、ガラス基板100の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液122を流動させることになり、例えば磁気ディスク用ガラス基板と異なり、中心に大きな内孔を有さない矩形のガラス基板100が多数配列されていても、化学強化処理液122の流動を妨げることがない。
その結果、化学強化用の槽120内に所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板100に対して、温度や濃度がほぼ均一の化学強化処理液122が接触し続けることになり、化学強化をほぼ均一に行える。したがって、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
さらに、多数配列されたガラス基板100をラック110により下方から支持した状態で、ラック110の外側に化学強化処理液122の上昇流を生じさせ、ラック110の内側に下降流を生じさせている。つまり、下方から支持されたガラス基板100に対して、上方から下方に向かって化学強化処理液122を流動させている。このようにすれば、化学強化用の槽120の中にラック110を入れた状態で、ガラス基板100がラック110から脱落することを防止し、安定して化学強化を行うことが可能となる。すなわち、化学強化工程でのガラス基板100の位置が安定し、ガラス基板100の主表面に対して平行な方向に化学強化処理液122が流動し続けることになる。よって、多数枚生産される携帯機器用カバーガラスの強度のばらつきを低減できる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、携帯端末の表示画面の保護に用いられる携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置に利用することができる。
100、100A…ガラス基板、102…外形部分、104…スピーカー用孔部、106…小径孔部、108a…長辺、108b…短辺、110…ラック、112、114…側板、116a、116b、116c、118…支持部材、120…槽、122…溶融塩、130、132…ヒーター、134、136…スクリューフィーダ、140、142…支持体、144…荷重体
Claims (7)
- 所定間隔を隔てて互いに平行に配列された複数枚の矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化処理する化学強化工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、
前記化学強化工程では、前記ガラス基板の主表面に対して平行な方向に前記化学強化処理液を流動させることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの製造方法。 - アルカリ金属としてカリウムのみを溶融塩として含む化学強化処理液を用いて、前記化学強化工程を行うことを特徴とする請求項1に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
- 前記ガラス基板は、Li2Oを含有していないガラス組成で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
- 前記ガラス基板は、主表面に開口が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
- 前記化学強化工程では、前記ガラス基板を下方から支持した状態で、前記ガラス基板の上方から下方に向かって前記化学強化処理液を流動させることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
- 熱対流に加え、熱対流以外の方法で前記化学強化処理液を強制的に流動させることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
- 矩形状のガラス基板を、加熱された化学強化処理液に浸漬することにより化学強化する携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置であって、
前記ガラス基板の主表面に対して平行な方向に前記化学強化処理液を流動させる流動手段を備えることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの化学強化用製造装置。
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JP2011139110A JP2013006717A (ja) | 2011-06-23 | 2011-06-23 | 携帯機器用カバーガラスの製造方法および製造装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102067462B1 (ko) * | 2019-06-24 | 2020-01-17 | 주식회사 티오텍 | 폴더블 디스플레이 기기용 유리의 표면힐링 장치 |
-
2011
- 2011-06-23 JP JP2011139110A patent/JP2013006717A/ja not_active Withdrawn
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