JP2013182200A - ガラス複合体、ガラス複合体を用いた入力装置、及び、電子機器 - Google Patents

ガラス複合体、ガラス複合体を用いた入力装置、及び、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】 特に従来に比べて剥離応力を低減できるガラス複合体、ガラス複合体を用いた入力装置及び電子機器を提供することを目的としている。
【解決手段】 ガラス部材11と、ガラス部材の側方を支持する枠体20と、両者間を接着する接着部材30と、を有するガラス複合体10であって、表面10aと裏面10bを有し、ガラス部材の複数の側面と枠体の複数の側壁部とが傾斜面13,14で形成されており、側面と側壁部との間に、隙間40が形成されており、接着部材30が隙間内に充填されており、隙間40は、表面側に向けて先細る形状で形成される。各側面間、及び各側壁部間の夫々が、表面から裏面にわたって平面視で略円弧状の円弧状コーナー部15〜18、25〜28で構成されている。
【選択図】 図2(a)

Description

本発明は、ガラス複合体と、ガラス複合体を用いた入力装置、及び電子機器に関し、特にガラス部材と枠体の接合部に作用する剥離応力(内部残留応力)を低減できるガラス複合体の構造に関する。
各特許文献には、本体部と、その周囲に位置する枠体との間を接着部材により接合してなる複合体の構成が開示されている。特許文献1等には本体部がガラスであるとの記載がある。
各特許文献では、本体部の側面と前記側面と対向する枠体の側壁部とは平面に対して直交する垂直面で形成され、側面と側壁部との間に形成された隙間内に接着剤が介在する構成となっている。
特開平11−142818号公報 特開2006−276623号公報 特開2002−366046号公報
しかしながら、熱が加わった際、枠体とガラス部材との線膨張係数の違いから、従来の構成では、ガラス部材と枠体との間の接合部分に大きな剥離応力(内部残留応力)が作用し、特に垂直面とされた側面及び側壁部のコーナー部分で強い剥離応力が作用することがわかった。
そこで本発明は上記従来の課題を解決するものであり、特に従来に比べて剥離応力(内部残留応力)を低減できるガラス複合体、ガラス複合体を用いた入力装置及び電子機器を提供することを目的としている。
本発明のガラス複合体は、ガラス部材と、前記ガラス部材の側方を支持する枠体と、前記ガラス部材と前記枠体とを接着する接着部材と、を有するガラス複合体であって、
前記ガラス複合体は、表面と裏面とを有し、
前記ガラス部材を構成する複数の側面と前記複数の側面と対向する枠体の複数の側壁部とが傾斜面で形成されており、
前記側面と前記側壁部との間に、隙間が形成されており、前記接着部材が隙間内に充填されており、
前記隙間は、裏面側から表面側に向けて先細る形状で形成されており、
前記隣り合う各側面間、及び前記隣り合う各側壁部間の夫々が、前記表面から前記裏面にわたって平面視で略円弧状の円弧状コーナー部で構成されていることを特徴とするものである。
本発明では、ガラス部材の側面と枠体の側壁部とを、その間の隙間が表面側に向けて先細る形状となる傾斜面で形成している。しかも本発明では、隣り合う各側面間、及び隣り合う各側壁部間の夫々が、表面から裏面にわたって平面視にて略円弧状の円弧状コーナー部で形成した。このように、側面及び側壁部を傾斜面としたことで、垂直面とした従来例に比べてガラス部材と枠体との接合部分に作用する剥離応力を低減でき、加えて、各側面間及び各側壁部間を円弧状コーナー部としたことで、コーナー部を円弧状とせず角張る形状とした比較例と比べて、剥離応力を低減でき、特に、接合部分の接着領域が狭まる表面付近での剥離応力を効果的に緩和することができる。
本発明では、前記各側面間の円弧状コーナー部のほうが、前記各側壁部間の円弧状コーナー部よりも小さい円弧半径で形成されることが好ましい。これにより、各円弧状コーナー部間の間隔から各側面と各側壁部間の間隔にかけて略一定間隔に調整でき、剥離応力の低減を図るとともに接着部材をガラス部材と枠体との間の隙間に適切に充填でき、良好な接合状態を保つことができる。
また本発明では、前記円弧状コーナー部は、前記表面から前記裏面にわたって、平面視で円弧半径が徐々に大きく形成されることが好ましい。この際、前記円弧状コーナー部は、夫々、前記表面から前記裏面に向けた厚さ方向に平行な方向を中心軸とした同心円の円弧で形成されることが好ましい。これにより各円弧状コーナー部を表面から裏面にかけて一定半径の略円弧状で形成するよりも、より効果的に剥離応力の低減を図ることができる。
また本発明では、前記表面における前記側面と前記側壁部との間にギャップが形成されていることが好ましい。これにより、効果的に剥離応力の低減を図ることができる。
本発明では、前記表面における前記ガラス部材及び枠体は同一平面で形成されることが好ましい。これにより剥離応力を効果的に低減できる。
本発明では、前記枠体が樹脂で形成されることが好ましい。枠体を樹脂で形成することにより、ガラスよりも耐衝撃性に優れ、軽量且つ複雑な曲部や孔部を有する形状を容易に形成することができる。
本発明における入力装置は、上記に記載されたガラス複合体と、操作体により操作面上を操作した際に操作位置を検出可能なセンサ部材と、を有することを特徴とするものである。
また本発明における電子機器は、上記入力装置の裏面側に、表示装置が配置されていることを特徴とするものである。
本発明によれば、ガラス部材と枠体との熱膨張係数の違いに基づく剥離が生じにくく、信頼性に優れた入力装置及び電子機器を提供できる。
本発明では、ガラス部材の側面と枠体の側壁部とを、その間の隙間が表面側に向けて先細る形状となる傾斜面で形成している。しかも本発明では、各側面間、及び各側壁部間の夫々が表面から裏面にわたって平面視で略円弧状の円弧状コーナー部で形成した。このように、側面及び側壁部を傾斜面としたことで、垂直面とした従来例に比べてガラス部材と枠体との接合部分に作用する剥離応力を低減でき、加えて、各側面間及び各側壁部間を円弧状コーナー部としたことで、コーナー部を円弧状とせず角張る形状とした比較例と比べて、剥離応力を低減でき、特に、接合部分の接着領域が狭まる表面付近での剥離応力を効果的に緩和することができる。
図1(a)は、本実施形態におけるガラス部材の平面図であり、図1(b)は、ガラス部材を図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向から見た縦断面図であり、図1(c)は、本実施形態における枠体の平面図であり、図1(d)は、枠体を図1(c)のB−B線に沿って切断し矢印方向から見た縦断面図である。 図2(a)は、図1(a)に示すガラス部材と図1(c)に示す枠体とを接合したガラス複合体の平面図である。 図2(b)は、ガラス複合体の裏面図である。 図2(c)は、図3のD−D線に沿って切断し矢印方向から見た平面断面図である。 図3は、ガラス複合体を図2に示すC−C線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大縦断面図である。 図4(a)は、本実施形態のガラス複合体を用いた入力装置及び電子機器を示す縦断面図であり、図4(b)は、本実施形態のガラス複合体を用いた図4(a)とは一部異なる入力装置の縦断面図である。 図5(a)(b)は、別の実施形態を示すガラス複合体の縦断面図である。 図6は、ガラス部材及び枠体の各コーナー部分を拡大した平面図であり、特に各コーナー部を同じ半径の略円弧状で形成した図である。 図7は、ガラス部材と枠体とを接合したガラス複合体の変形例を示す斜視図である。 図8は、図7のガラス複合体をE−E線で切断した模式縦断面図である。 図9は、図7のガラス複合体をE−E線で切断した模式縦断面図であり、図8とは異なる変形例を示す。 図10は、本実施形態のガラス複合体の製造工程を説明するための工程図(縦断面図)である。 図11(a)は、コーナー部の円弧半径を変化させて剥離応力を解析したシミュレーションで使用した実施例であり、図11(b)は比較例の模式図である。 図12は、実施例及び比較例におけるコーナー部の円弧半径と平均剥離応力との関係を示すグラフである。 図13は、実施例及び比較例におけるコーナー部の円弧半径と剥離応力(表面から裏面へ向けての20%内での剥離応力)との関係を示すグラフである。 図14(a)は、表面における側面と側壁部との間のギャップの大きさを変化させて剥離応力を解析したシミュレーションで使用した実施例であり、図14(b)は好ましくない状態を示し、図14(c)は比較例の模式図である。 図15は、実施例及び比較例におけるギャップ寸法と平均剥離応力との関係を示すグラフである。 図16は、実施例及び比較例におけるギャップ寸法と剥離応力(表面から裏面へ向けての20%内での剥離応力)との関係を示すグラフである。 図17は、実施例において、コーナー部を一定半径の略円弧状で形成した場合と、コーナー部を同心円の略円弧状で形成した場合におけるギャップと剥離応力との関係を示すグラフである。
図1(a)は、本実施形態におけるガラス部材の平面図であり、図1(b)は、ガラス部材を図1(a)のA−A線に沿って切断し矢印方向から見た縦断面図であり、図1(c)は、本実施形態における枠体の平面図であり、図1(d)は、枠体を図1(c)のB−B線に沿って切断し矢印方向から見た縦断面図である。図2(a)は、図1(a)に示すガラス部材と図1(c)に示す枠体とを接合したガラス複合体の平面図であり、図2(b)は、ガラス複合体の裏面図である。図3は、ガラス複合体を図2に示すC−C線に沿って切断し矢印方向から見た部分拡大縦断面図である。図4(a)は、本実施形態のガラス複合体を用いた入力装置及び電子機器を示す縦断面図であり、図4(b)は、本実施形態のガラス複合体を用いた図4(a)とは一部異なる入力装置の縦断面図である。
図2に示すガラス複合体10は、図4(a)、図4(b)に示す入力装置1を構成する基材であり、携帯電話、携帯用のゲーム装置などに使用される。
図2に示すガラス複合体10は、図1(a)(b)に示すガラス部材11と、図1(c)(d)に示すガラス部材11の周囲を囲む枠体20とを有して構成される。図2、図3、図4に示すように、ガラス部材11は枠体20に接着部材30を介して固定されている。図2、図3、図4に示すように、ガラス部材11と枠体20との間には接着部材30を充填可能な隙間40が設けられている。
ガラス部材11は透光性であり、表示光を透過させることができる。図2に示すガラス複合体2は厚さ方向に表面10aと裏面10bとを有している。
本明細書での透光性とは、透明または半透明など光を透過可能な状態を意味しており、透過率が50%以上で好ましくは80%以上であることを意味している。ガラス部材11は、通常ガラス、強化ガラス等、特に種類を限定するものではない。またガラス部材11の線膨張係数は、8ppm/K〜10ppm/K程度である。
一方、枠体20は透光性部材を用いており、例えば、その一部が着色されている。例えば、枠体20は金型に熱可塑性樹脂を充填して成形したものである。例えば、枠体20は、ポリカーボネート(PC)やポリメタクリル酸メチル(PMMA)で形成される。なお枠体20には熱可塑性樹脂以外に、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂を用いることが可能である。枠体20の線膨張係数は、10ppm/K〜100ppm/K程度である。また、枠体20を成形樹脂で形成することにより、ガラスよりも耐衝撃性に優れ、軽量且つ複雑な曲部や孔部を有する形状を容易に形成することができる。
接着部材30は可視光を透過する透明樹脂であることが好ましい。接着部材30に可視光を透過する透明タイプの樹脂を用いれば、ガラス部材11との境界が目立たず、ほとんど一体化して透光性の領域を形成でき、目視で透明なガラス複合体とすることができる。さらに透明樹脂の枠体20と組み合わせたときは、全体が透明なガラス複合体10とすることができる。ただし後述するように、例えば加飾領域が、接着部材30の位置にまでかかる場合には、接着部材30が透光性でなくてもよく、材質としては透明樹脂に限定されない。加飾領域(非透光性領域)の形成は、印刷等によって行うことができる。
また、接着部材30に1液性の常温硬化型接着剤である紫外線硬化型の樹脂を用いることが好ましい。紫外線硬化型の樹脂は短時間で硬化でき、接着時の温度変化や体積収縮が少ないため残留応力が小さい。また、ガラス部材11と枠体20とを接着する工程が簡単であり、量産性に優れている。また、常温硬化型のほか、熱硬化併用型の紫外線硬化樹脂を用いることができる。低収縮・低応力であれば接着時の残留応力が小さいので、ウレタン系、アクリル系、エポキシ系などの熱硬化併用型の紫外線硬化樹脂を使用できる。
図1(a)(b)に示すようにガラス部材11は厚さ方向にて対向する平坦面の表面11aと裏面11bとを備え、厚さ方向(Z)に一定の厚みを有する。
ガラス部材11の表面11aには、X1−X2方向に平行でY1側に形成された第1表縁部11a1と、X1−X2方向に平行でY2側に形成された第2表縁部11a2と、Y1−Y2方向に平行でX1側に形成され、第1表縁部11a1と第2表縁部11a2間を繋ぐ第3表縁部11a3と、Y1−Y2方向に平行でX2側に形成され、第1表縁部11a1と第2表縁部11a2間を繋ぐ第4表縁部11a4と、を備える。
またガラス部材11の裏面11bには、X1−X2方向に平行でY1側に形成された第1裏縁部11b1と、X1−X2方向に平行でY2側に形成された第2裏縁部11b2と、Y1−Y2方向に平行でX1側に形成され、第1裏縁部11b1と第2裏縁部11b2間を繋ぐ第3裏縁部11b3と、Y1−Y2方向に平行でX2側に形成され、第1裏縁部11b1と第2裏縁部11b2間を繋ぐ第4裏縁部11b4と、を備える。
そして、ガラス部材11は、表面11aの第1表縁部11a1と裏面11bの第1裏縁部11b1間を繋ぐ第1側面11cと、表面11aの第2表縁部11a2と裏面11bの第2裏縁部11b2間を繋ぐ第2側面11dと、表面11aの第3表縁部11a3と裏面11bの第3裏縁部11b3間を繋ぐ第3側面11eと、表面11aの第4表縁部11a4と裏面11bの第4裏縁部11b4間を繋ぐ第4側面11fを備える。
本実施形態ではガラス部材11が平板状とされている。ただしガラス部材11の表面11aが加工により凸型の湾曲面状となっていたり、凹型の湾曲面状となっていてもよい。
なお、ガラス部材11の表面11aは、入力装置1の入力操作面1aを構成する(図4(a)(b)参照)。
図1(a)(b)に示すように、各側面11c〜11fは第1の傾斜角θ1を備える第1の傾斜面13で形成される。ここで第1の傾斜角θ1は、裏面11bからの傾き角度で示される。図1(b)に示すようにガラス部材11の縦断面は台形状となっている。
図1(c)(d)に示すように枠体20は厚さ方向(Z)に対向する表面20aと裏面20bとを備え、厚さ方向(Z)に一定の厚さ寸法を有する。
枠体20には、その中央に上面20aから下面20bに貫通する貫通孔21が形成されている。貫通孔21の表面20a側の周囲には、X1−X2方向に平行でY1側に形成された第1表縁部20a1と、X1−X2方向に平行でY2側に形成された第2表縁部20a2と、Y1−Y2方向に平行でX1側に形成され、第1表縁部20a1と第2表縁部20a2間を繋ぐ第3表縁部20a3と、Y1−Y2方向に平行でX2側に形成され、第1表縁部20a1と第2表縁部20a2間を繋ぐ第4表縁部20a4と、を備える。
また枠体20の裏面20b側の周囲には、X1−X2方向に平行でY1側に形成された第1裏縁部20b1と、X1−X2方向に平行でY2側に形成された第2裏縁部20b2と、Y1−Y2方向に平行でX1側に形成され、第1裏縁部20b1と第2裏縁部20b2間を繋ぐ第3裏縁部20b3と、Y1−Y2方向に平行でX2側に形成され、第1裏縁部20b1と第2裏縁部20b2間を繋ぐ第4縁部20b4と、を備える。
そして、貫通孔21の周囲には、表面20aの第1表縁部20a1と裏面20bの第1裏縁部20b1間を繋ぐ第1側壁部20cと、表面20aの第2表縁部20a2と裏面20bの第2裏縁部20b2間を繋ぐ第2側壁部20dと、表面20aの第3表縁部20a3と裏面20bの第3裏縁部20b3間を繋ぐ第3側壁部20eと、表面20aの第4表縁部20a4と裏面20bの第4裏縁部20b4間を繋ぐ第4側壁部20fを備える。
図1(c)(d)に示すように各側壁部20c〜20fは第2の傾斜角θ2を備える第2の傾斜面14で形成される。ここで第2の傾斜角θ2は、貫通孔21の下面20bからの傾き角度で示される。
本実施形態では、第1の傾斜角θ1と第2の傾斜角θ2は異なる値であり、第1の傾斜角θ1>第2の傾斜角θ2となっている。すなわち第1の傾斜角θ1のほうが急で、第2の傾斜角θ2のほうが緩やかである。
傾斜角θ1,θ2は限定されないが、例えば第1の傾斜角θ1は、45°程度、第2の傾斜角θ2は25°程度に調整される。
ここで、図1(a)(b)に示すガラス部材11の表面11aの大きさは、図1(c)(d)に示す枠体20の貫通孔21の表面20a側の大きさよりもやや小さくされている。このため、図2や図3に示すように、ガラス部材11の各側面11c〜11fと表面11aとの間の各表縁部11a1〜11a4と、枠体20の各側壁部20c〜20fと貫通孔21の周囲に位置する表面20aとの間の各表縁部20a1〜20a4の間には、ギャップGが形成されている。
また上記した傾斜角θ1,θ2の違いにより、ガラス部材11の裏面11bと各側面11c〜11fとの間の各裏縁部11b1〜11b4と、枠体20の各側壁部20c〜20fと貫通孔21の周囲に位置する裏面20bとの間の各裏縁部20b1〜20b4の間に形成された空間幅t2は、表面側のギャップGのギャップ寸法t1よりも大きく形成されている。このため図3や図4に示すように、ガラス部材11の各側面11c〜11fと枠体20の各側壁部20c〜20fとの間に形成された隙間40は、裏面側から表面側に向けて徐々に先細る形状とされている。
図1(c)(d)では、枠体20の貫通孔21の周囲に広がる表面20a及び裏面20bは共にX−Y平面に平行な面となっているが、例えば表面20aを曲面状で形成することも可能である。
本実施形態では、図1(a)(b)に示すように、ガラス部材11の隣り合う各側面11c〜11f間が、厚さ方向(Z)の表面11aから裏面11bにわたって平面視で略円弧状の円弧状コーナー部15〜18で構成されている。ここで「略円弧」としたのは、製造誤差等で多少正確な円弧でない場合も含むことを意味する。
図1(a)(b)に示すように第1側面11cと第3側面11eとの間の境界部(稜線、角部)に第1の円弧状コーナー部15が形成される。ここで第1の円弧状コーナー部15は、図1(a)や図2(a)(b)に示すように表面11a側や裏面11b側からみて略円弧状であり、さらに、表面11aから裏面11b間の厚さ内の全域にて、略円弧状となっている。「表面11aから裏面11bにわたって平面視で略円弧状の円弧状コーナー部15〜18で構成される」とは、表面11a側や裏面11b側からみて略円弧状であるとともに、図2(c)に示すように図3のD−D線に沿って切断し矢印方向から見た平面断面において、略円弧状であることを指す。ここで「平面断面」とは、厚さ寸法内においてXY平面と平行な面方向から切断し表面側から見た断面を指す。したがって図2(c)はある一つの平面断面を示したものであり、本実施形態では、厚さ範囲内のどの位置から切断しても、その際に現れる平面断面ではコーナー部が円弧状となっている。図2(c)に示す隙間40の空間幅t5は、図2(a)のギャップ寸法t1より大きく図2(b)の空間幅t2より小さい。
また、図1、図3に示すように、第1の円弧状コーナー部15は、第1の円弧状コーナー部15近傍に位置する厚さ方向(Z)に平行な方向を軸O1とした同心円の略円弧状で形成される。
すなわち図3に示すように、第1の円弧状コーナー部15は、ガラス部材11の表面11aでは軸O1から円弧半径r1で形成された円弧状で形成されており、ガラス部材11の裏面11bでは軸O1から円弧半径r2で形成された円弧状で形成されている。表面11aと裏面11bとの間においては、第1の傾斜面13の傾斜角θ1に従って、表面11a側から裏面11b側に向けて徐々に円弧半径r3が大きくなる円弧状に形成される。
上記では、第1の円弧状コーナー部15のみ説明したが、第2の円弧状コーナー部16〜第4の円弧状コーナー部18においても同じである。すなわち第2の円弧状コーナー部16〜第4の円弧状コーナー部18は、各円弧状コーナー部16〜18近傍に位置する厚さ方向(Z)に平行な方向を軸O2〜O4とした同心円の円弧で形成される。
また本実施形態では、図1(c)(d)に示すように、枠体20の貫通孔21の周囲にて隣り合う各側壁部20c〜20f間が、厚さ方向(Z)の表面20aから裏面20bにかけて平面断面が略円弧状の円弧状コーナー部25〜28で構成されている。ここで「略円弧」としたのは、製造誤差等で多少正確な円弧でない場合も含むことを意味する。
図1(c)(d)に示すように第1側壁部20cと第3側壁部20eとの間の境界部(稜線、角部)に第1の円弧状コーナー部25が形成される。第1の円弧状コーナー部25は、図1や図2に示すように表面20a側や裏面20b側からみて略円弧状で形成される。また表面20aから裏面20b間の厚さ内の全域にて、第1の円弧状コーナー部25ではXY平面と平行な面方向からの断面が略円弧状となっている。図1、図3に示すように、第1の円弧状コーナー部25は、第1の円弧状コーナー部25近傍に位置する厚さ方向(Z)に平行な方向を軸O1とした同心円の略円弧状で形成される。
すなわち図3に示すように、第1の円弧状コーナー部25は、枠体20の表面20aでは軸O1から円弧半径r4で形成された円弧状で形成されており、枠体20の裏面20bでは軸O1から円弧半径r5で形成された円弧状で形成されている。表面20aと裏面20bとの間においては、第2の傾斜面14の傾斜角θ2に従って、表面20a側から裏面20b側に向けて徐々に円弧半径r6が大きくなる円弧状に形成される。
上記では、第1の円弧状コーナー部25のみ説明したが、第2の円弧状コーナー部26〜第4の円弧状コーナー部28においても同じである。すなわち第2の円弧状コーナー部26〜第4の円弧状コーナー部28は、各円弧状コーナー部26〜28近傍に位置する厚さ方向(Z)に平行な方向を軸O2〜O4とした同心円の円弧で形成される。
図3に示すように、ガラス部材11側に形成された第1の円弧状コーナー部15を構成する円弧半径r1〜r3と、枠体20側に形成された第1の円弧状コーナー部25を構成する円弧半径r4〜r6とを対比すると、同じ厚さ位置において、円弧半径r4〜r6>円弧半径r1〜r3の関係となっている。他の円弧状コーナー部16〜18,26〜28においても同じである。
また、図1,図3に示すように、ガラス部材11の第1の円弧状コーナー部15と、枠体20の第1の円弧状コーナー部25とは、同じ軸O1を中心軸とした同心円の円弧で構成されている。また、第2の円弧状コーナー部16,26同士、第3の円弧状コーナー部17,27同士、及び、第4の円弧状コーナー部18,28同士についても夫々、同じ軸O2〜O4を中心軸とした同心円の円弧で構成される。
そして本実施形態では、ガラス部材11の各側面11c〜11fと、枠体20の各側壁部20c〜20fとの間、及びガラス部材11の各円弧状コーナー部15〜18と枠体20の各円弧状コーナー部25〜28との間に形成された隙間40に接着部材30が充填されて、ガラス部材11と枠体20間が接合されている(図2、図3、図4参照)。
本実施形態では、図1〜図4に示すようにガラス部材11の各側面11c〜11fと枠体20の各側壁部20c〜20fとを、その間の隙間40が表面側に向けて徐々に先細る形状となる傾斜面13,14で形成している。
さらに本実施形態では、隣り合う各側面11c〜11f間、及び隣り合う各側壁部20c〜20f間を、夫々、厚さ方向(Z)の表面から裏面にかけて略円弧状の平面断面を備える円弧状コーナー部15〜18、25〜28で構成した。これにより、線膨張係数の異なるガラス部材11と枠体20との間の接合部分に生じる剥離応力(内部残留応力)を効果的に小さくできる。なお後述するシミュレーションでは、剥離応力を接着部材30とガラス部材11との間のコーナー部での剥離応力として評価した。
また後述のシミュレーションでも示すように、本実施形態では、ガラス部材11の各側面11c〜11f及び枠体20の各側壁部20c〜20fを傾斜面13,14で形成したことで、各側面及び各側壁部を垂直面とした従来例に比べてガラス部材11と枠体20との接合部分に作用する剥離応力を効果的に低減でき、加えて、本実施形態では、ガラス部材11の隣り合う各側面11c〜11f間、及び枠体20の隣り合う各側壁部20c〜20fを円弧状コーナー部15〜18,25〜28としたことで、コーナー部を円弧状とせず角張る形状とした比較例と比べて、剥離応力を低減でき、特に、接合部分の接着領域が狭まる表面付近での剥離応力を効果的に緩和することができる。
図6に示す部分平面図(ガラス複合体を表面側からみた一部)は、別の実施形態を示すものであり、図6では、ガラス部材11の円弧状コーナー部33と、枠体20の円弧状コーナー部34とを同じ円弧半径で形成している。このような構成も実施形態の一例であるが、内側に位置するガラス部材11の円弧状コーナー部33と、外側に位置する枠体20の円弧状コーナー部34とを同じ円弧半径とすると、図6に示すように、ガラス部材11と枠体20との間に広い空間幅t3と、空間幅t3よりも狭まる空間幅t4が生じ、これら空間幅t3,t4の差が大きくなりやすい。このため、接着部材30が隙間40の全域にスムースに流入せず、接着部材30のない空隙部分ができやすいなど接合状態が不安定になることがある。
よって、図1〜図3に示すように、枠体20側の各円弧状コーナー部25〜28を、ガラス部材11側の各円弧状コーナー部15〜18よりも大きい半径の円弧状で形成することが好ましい。これにより、ガラス部材11の各円弧状コーナー部15〜18と枠体20の各円弧状コーナー部25〜28との間の隙間40から各側面11c〜11fと各側壁部20c〜20f間の隙間40にかけて略一定間隔にでき、剥離応力の低減を図るとともに接着部材30をガラス部材11と枠体20との間の隙間40に適切に充填でき、良好な接合状態を保つことができる。
また本実施形態では、例えばガラス部材11の各円弧状コーナー部15〜18を、表面11aから裏面11bにかけて図3に示す一定の円弧半径r1で形成し、枠体20の各円弧状コーナー部25〜28を、表面20aから裏面20bにかけて図3に示す一定の円弧半径r1やr4で形成することもできるが、図3に示すように、各円弧状コーナー部15,25(16〜18、26〜28)を、表面から裏面にかけて厚さ方向(Z)に平行な軸O1を中心軸とした同心円の円弧で形成することで、効果的に剥離応力(内部残留応力)を低減できる。
また、図3に示したような同心円の円弧状とせず、ガラス部材11側の各円弧状コーナー部15〜18及び、枠体20側の各円弧状コーナー部25〜28を表面から裏面にかけて徐々に円弧半径が大きくなるように形成することも可能であるが、図3に示す各円弧状コーナー部を表面から裏面にかけて同心円の円弧状で形成することで、効果的に円弧状コーナー部での剥離応力を低減できるとともに加工がしやすくなり、生産コストの低減を図ることができる。
また、ガラス部材11側の各円弧状コーナー部15〜18を同心円の円弧状で形成するための軸O1〜O4と、枠体20側の各円弧状コーナー部25〜28を同心円の円弧状で形成するための軸O1〜O4とが、多少、平面方向にずれた状態であってもよい。ただし、外側に位置する枠体20の各円弧状コーナー部25〜28の円弧半径のほうが、内側に位置するガラス部材11の各円弧状コーナー部15〜18の円弧半径よりも大きくなるように設定する。
また本実施形態では、図2、図3に示すように、ガラス部材11の各表縁部11a1〜11a4と、枠体20の貫通孔21の各表縁部20a1〜20a4との間にギャップGが形成されていることが好ましい。これにより、各側面11c〜11fと、各側壁部20c〜20fとの間が表面側にて接触した状態よりも効果的に剥離応力を低減させることができ、特に表面付近の接合部分にて生じる剥離応力を効果的に低減できる。
また本実施形態では、ガラス部材11の表面11aと枠体20の表面20aとが同一面で形成されることが好ましい。例えば後述するシミュレーションで示すように、枠体20がガラス部材11の表面11aに乗り上げてしまう構成に比べて、効果的に剥離応力の低減を図ることができる。
寸法について説明する。
図1(a)(b)に示すガラス部材11の幅寸法(X1−X2方向の寸法)は、60〜110mm程度であり、長さ寸法(Y1−Y2方向の寸法)は、40〜60mm程度である。また、ガラス部材11の厚さ寸法は、0.5〜1.5mm程度である。またガラス部材11の各側面11c〜11fの傾斜角θ1は、30〜60°程度である。
また、枠体20の外周の幅寸法(X1−X2方向の寸法)は、80〜130mm程度であり、外周の長さ寸法(Y1−Y2方向の寸法)は、50〜70mm程度である。また、枠体20の厚さ寸法は、0.5〜1.5mm程度である。また枠体20に形成された貫通孔21の幅寸法(X1−X2方向の寸法)は、80〜130mm程度であり、長さ寸法(Y1−Y2方向の寸法)は、50〜70mm程度である。また、枠体20の各側壁部20c〜20fの傾斜角θ2は、20〜50°程度である。
またギャップ寸法t1(図2(a)参照)は、0μmより大きく150μm以下程度であり、ガラス複合体10の裏面側に形成された空間幅t2(図2(b)参照)は、ギャップ寸法t1よりも大きくされる。
また、図3に示すガラス部材11の各円弧状コーナー部15〜18の表面側での円弧半径r1は、0mmより大きければよく、またガラス部材11の各円弧状コーナー部15〜18の裏面側での円弧半径r2は、円弧半径r1以上であることが好ましく、円弧半径r1より大きいことがより好ましい。また、枠体20の各円弧状コーナー部25〜28の表面側での円弧半径r4は、円弧半径r1以上であることが好ましく、円弧半径r1よりも大きいことがより好ましい。また枠体20の各円弧状コーナー部25〜28の裏面側での円弧半径r5は、円弧半径r4以上であることが好ましく、円弧半径r4よりも大きいことがより好ましい。
図4(a)は、本実施形態におけるガラス複合体10を用いた入力装置1、及び入力装置1を用いた電子機器2の部分縦断面図である。
図4(a)に示すようにガラス複合体10の裏面10bには、センサ部材3が設けられる。センサ部材3は、例えばフィルム状の静電容量型センサである。センサ部材3とガラス複合体10間は透明な粘着層を介して接合されている。センサ部材3の構成は特に限定されるものでなく、例えば透明基材の表面にITO等からなる電極が配置された構成である。入力装置1(電子機器2)の入力操作面1aを指等の操作体で操作すると、その操作位置(XY座標位置)は、センサ部材3の静電容量変化に基づいて、検出することが可能になっている。
図4に示すように、入力装置1の裏面側には、液晶ディスプレイ(LCD)等の表示装置4が配置されており、表示装置4の表示形態を入力装置1の入力操作面1aから見ることができ、本実施形態では入力操作面1aに映し出された表示形態を見ながら入力操作を可能としている。
図4(b)に示す入力装置1では、ガラス複合体10の裏面に加飾層5が設けられている。加飾層5は非透光性材質でガラス複合体10の裏面に印刷形成されたものである。加飾層5は、枠体20の裏面、あるいは枠体20の裏面からガラス部材11の裏面の外周部分にかけて形成される。厚さ方向(Z)に加飾層5が設けられていないガラス部材11の部分が表示部とされる。図4(b)に示す入力装置1の裏面に図4(a)と同様に表示装置4を配置して電子機器2を構成することができる。
図5(a)に示す別の実施形態のガラス複合体10では、枠体20(上枠)の裏面に下枠42が設けられている。下枠42にも枠体20と同様に貫通孔43が設けられているが、貫通孔43の大きさは枠体20に設けられた貫通孔21の大きさよりも小さくなっている。図5(a)の構成により、ガラス部材11の裏面を下枠42により支持することができる。
図5(b)の構成では、枠体20にはガラス部材11の裏面にまで延出する延出部46が一体的に形成されている。これにより、ガラス部材11の裏面を延出部46により支持することができる。
また、センサ部材3や加飾層5、図示しない表面部材(表面フィルム)をガラス複合体10のガラス部材11の表面11a及び枠体20の表面20aに配置することも可能である。
図7は、図1、図2のガラス複合体10の変形例を示す別の実施形態の斜視図、図8は図7のE−E線で切断した模式断面図である。図1及び図2に示すガラス複合体10は、入力装置1を構成する基材であり、携帯電話、携帯用のゲーム装置などに使用される。
図7に示すように、ガラス複合体10は、ガラス部材11とガラス部材11を囲む領域が枠体20とを有して形成される。ガラス部材11は枠体20に接着部材30を介して固定されている。図7及び図8に示すように、接着部材30を充填可能な隙間40が設けられている。ガラス部材11は透光性であり、表示光を透過させることができる。
一方、枠体20は透光性部材を用いており、その一部が着色されている。枠体20は金型に熱可塑性樹脂を充填して成形したものである。図7に示すように、枠体20には開口21、22が設けられている。開口21は受話口として、開口22は送話口として、ガラス部材11の領域は表示部として、携帯電話の筐体に適用することが可能である。また枠体20は、周囲端部が表面側から裏面側に向けて屈曲部と、屈曲部に連なる側部を有している。なお、この場合、マイクロホン、スピーカ、液晶表示装置はガラス複合体10の裏面側に配設される。
図9は、図8の変形例の他の実施形態のガラス複合体10を用いた入力装置2の模式断面図である。図9に示すようにガラス複合体10の裏面10bには、センサ部材3が設けられる。センサ部材3は例えばフィルム状の静電容量型センサである。センサ部材3とガラス複合体10との間は、透明な粘着層を介して接合されている。センサ部材3の構成は特に限定されるものではなく、例えば透明基材の表面にITO等からなる電極が配置された構成である。入力装置の入力操作面1aを指等の操作体で操作すると、その操作位置(XY座標位置)は、センサ部材3の静電容量変化に基づいて、検出することが可能になっている。また枠体20(上枠)の裏側に、枠体20(上枠)とは別体で形成された下枠42が設けられている。下枠42にも枠体20と同様に貫通孔43が設けられているが、貫通孔43の大きさは枠体20に設けられた貫通孔21よりも小さくなっている。 図9の構成により、ガラス部材11の裏面11b、隙間40内の接着部材30、枠体20(上枠)の裏面20bを、センサ部材3を介して下枠42により支持し、ガラス部材11と枠体20との接合強度を補強することができる。下枠42は、粘着層を介してガラス複合体10に接合されている。またセンサ部材3がフィルム状で形成され、ガラス部材11の裏面11b、隙間40内の接着部材30、枠体20(上枠)の裏面20bにわたって形成されている場合には、ガラス部材11と枠体20との接合強度を補強することができる。
ガラス複合体10の製造方法について図10を用いて説明する。
まず、図1(c)(d)に示す枠体20を上下180度、反転させた状態で(すなわち表面20aを下側、裏面20bを上側として)、図10に示す受け台97の平坦面97a上に設置する。このため、受け台97上に枠体20を設置した状態では、枠体20の貫通孔21は下面側から上面側に向けて徐々に広がっている。
続いて、図1(a)(b)に示すガラス部材11を、枠体20と同様に、上下180度、反転させた状態にして(すなわち表面11aを下側、裏面11bを上側にして)、枠体20の貫通孔21内に挿入する。
このとき、図1を用いて説明したように、枠体20の貫通孔21を囲む各側壁部20c〜20fの第2の傾斜角θ2は、ガラス部材11の各側面11c〜11fの第1の傾斜角θ1よりも緩やかであり、貫通孔21がガラス部材11よりも大きく形成されているため、ガラス部材11を枠体20の貫通孔21内に無理なく挿入できる。また本実施形態であれば、ガラス部材11の中心と枠体20の貫通孔21の中心とが多少ずれた状態でガラス部材11を貫通孔21に挿入しても、ガラス部材11の側面が貫通孔21の側壁部にガイドされて移動し、ガラス部材11を貫通孔21内に適切に挿入できる。これにより、ガラス部材11の表面11aと枠体20の表面20aとを同一平面に一致させることができる。
ガラス部材11の各側面11c〜11fの表面側の縁部11a1〜11a4と、枠体20の各側壁部20c〜20fの表面側の縁部20a1〜20a4との間にはギャップGが形成された状態になる(図2(a)、図3等参照)。また、ガラス部材11の各側面11c〜11fと、枠体20の各側壁部20c〜20fとに挟まれた隙間40を形成でき、この隙間40内に接着部材30を充填することで、ガラス部材11の各側面11c〜11fと枠体20の各側壁部20c〜20f間を接合することが出来る。
ここで図10に示すように、ガラス部材11を枠体20の貫通孔21内に挿入する前に、接着部材30を、予めガラス部材11の各側面11c〜11f(あるいは枠体20の各側壁部20c〜20f)に塗布しておいてもよいし、または、ガラス部材11を枠体20の貫通孔21内に挿入した後、隙間40内に接着部材30を充填してもよい。
接着部材30には、常温硬化型や熱硬化併用型の紫外線硬化樹脂を用いることができる。
よって接着部材30の充填後、紫外線照射、あるいは紫外線照射と加熱硬化を行う。
本実施形態によれば、ガラス部材11の各側面11c〜11d間、及び枠体20の貫通孔21の各側壁部20c〜20f間を、円弧状コーナー部15〜18,25〜28で構成した。これにより、各側面11c〜11fと各側壁部20c〜20f間から、各円弧状コーナー部15〜18,25〜28間にかけて簡単且つ満遍なく接着部材30を充填することができる。
特に、枠体20側の各円弧状コーナー部25〜28を、ガラス部材11側の各円弧状コーナー部15〜18よりも大きい半径の円弧で形成し、さらに、各円弧状コーナー部15〜18,25〜28を同心円状の円弧で形成することで、各側面11c〜11fと各側壁部20c〜20f間から各円弧状コーナー部15〜18,25〜28間にかけて空間幅が急激に変化する箇所を無くすことができ、接着部材30を隙間40内に満遍なく流入させることができ、ガラス部材11と枠体20との間を接着部材30により適切に接合することができる。
(円弧状コーナー部の円弧半径の有限要素法によるシミュレーション)
まず、図11(a)に示す縦断面形状のガラス複合体10のモデルを作成し、有限要素法によるシミュレーションを行った。図11(a)に示すガラス複合体10は、図1等で示したガラス部材11と枠体20と、接着部材30とで構成される。ただし図11(a)では、ガラス部材11の表面側での各表縁部Dと、枠体20に形成された貫通孔21の各表縁部Eとが接している。このシミュレーションでは、ガラス部材11の各側面の傾斜角度θ1を45°、貫通孔21の各側壁部の傾斜角度θ2を25°に設定した。
シミュレーションに使用したガラス部材11の線膨張係数は、8ppm/Kで、枠体20の線膨張係数は、70ppm/Kであった。また、接着部材30には硬化後の線膨張係数が180ppm/Kのアクリル系接着剤を用いた。またガラス部材11の縦横長さを、60×40mmで形成し、厚さを0.75mmとした。また枠体20の外周の縦横長さを、80×52mmで形成し、厚さを0.75mmとした。また貫通孔21の縦横長さを、60×40mmとした。なお、ガラス部材、枠体及び接着部材の材質、寸法は、図12、図13、図15〜図17の全てのシミュレーションにおいて同じとした。なおギャップ寸法を変化させるシミュレーションでは、貫通孔21の縦横長さは、60×40mmを基本としてギャップ寸法に応じて変化させた。
シミュレーションでは、図3に示す各コーナー部での円弧半径r1を0mm〜1mmの範囲で変化させた。なお、このシミュレーションでは、ガラス部材11の各コーナー部15〜18を、表面側から裏面側まで同じ一定の円弧半径r1として、0mm〜1mmの範囲で変化させた。同様に、枠体20側の各コーナー部も表面側から裏面側まで同じ一定の円弧半径r1として、0mm〜1mmの範囲で変化させた。なお、半径r1を0mmとした形態は、コーナー部が円弧状で形成されていない角張ったコーナー部であるため比較例1とし、半径r1を0mmよりも大きくしてコーナー部を円弧状で形成した構成を実施例とした。
また比較例2として図11(b)に示すガラス複合体70のモデルを作成し有限要素法によるシミュレーションを行った。図11(b)に示すガラス複合体70では、ガラス部材71の各側面と枠体72に形成された貫通孔73の各側壁部とが垂直面で形成されている。比較例2においても、ガラス部材71の各側面間の各コーナー部、及び、枠体72側の各側壁部間の各コーナー部を、0mm〜1mmの範囲で変化させた円弧半径r1からなる円弧状で形成した。
また図11(b)におけるガラス部材71の各側面と枠体72の貫通孔73の各側壁部とは接している。
シミュレーションでは、ガラス複合体10,70を80℃の環境下におき、接着部材30とガラス部材11,71との間であってコーナー部分に生じる剥離応力(内部残留応力)を解析した。その解析結果が図12に示されている。
図12に示す縦軸の「平均剥離応力」とは、表面側から裏面側に至る全域にて生じる剥離応力(内部残留応力:ガラスコーナー部の側面に垂直な引張残留応力)を平均化したものである。
図12に示すように、実施例のほうが比較例1,2に比べて効果的に剥離応力を低減できることがわかった。また、円弧状コーナー部の円弧半径r1を大きくすることで比較例2においても、平均剥離応力が小さくなったが、本実施例では、同じ円弧半径r1でみたときに、比較例2よりも平均剥離応力を小さくすることができた。
ただし図12のシミュレーションでは、平均剥離応力としたため、実施例において、ガラス部材11と接着部材30との界面の表面付近に作用する剥離応力がどの程度であるか解析するため表面から裏面にかけて厚さ比率で20%の範囲内における接着部材30とガラス部材11間の剥離応力を解析した。その解析結果が図13に示されている。
図13に示すように実施例において、円弧状コーナー部の円弧半径r1を大きくすることで効果的に表面付近に作用する接着部材30とガラス部材11間の剥離応力を低減できることがわかった。
(ギャップ寸法のシミュレーション)
次に図14(a)に示すガラス複合体60(有限要素法によるシミュレーションのモデル1))を作成した。図14(a)では、ガラス部材61と枠体62との間が接着部材63により接合される。ガラス部材61の各側面及び枠体62の各側壁部の傾斜面の傾斜角度θ1,θ2を、夫々45°、及び25°とした。図14(a)に示すように、ガラス部材61の表面61aと枠体62の表面62aとは同一面で形成される。
シミュレーションでは、ガラス部材61と枠体62との表面側に形成されるギャップ寸法を0〜0.1mmの範囲内で変化させた。
またガラス部材61の各円弧状コーナー部を表面61aから裏面61bにかけて一定の円弧半径0.6mmで形成し、枠体62の各円弧状コーナー部を表面62aから裏面62bにかけて一定の円弧半径0.75mmとした。
また、図14(b)に示すガラス複合体64(有限要素法によるシミュレーションのモデル2)は、ガラス部材61や枠体62の構成は図14(a)に示したガラス複合体60と同じであるが、枠体62がガラス部材61の表面61aに乗り上げた状態であり、枠体62の表面62aとガラス部材61の表面61aとが同一面で形成されていない。図14(b)では、乗り上げ幅を0〜0.1mmの範囲としてシミュレーションを行った。また、ガラス部材61の各円弧状コーナー部と枠体62の各円弧状コーナー部の各円弧半径はモデル1と同様とした。なお、図15、図16のグラフでは横軸のギャップ寸法がマイナス値として示される。
また、図14(c)に示すガラス複合体65(有限要素法によるシミュレーションのモデル3)は、図11(b)と同様に側面及び側壁部が垂直面とされたガラス部材66及び枠体67で構成される。そしてシミュレーションでは、ガラス部材61と枠体62との表面側に形成されるギャップ寸法を0〜0.1mmの範囲内で変化させた。また、ガラス部材61の各円弧状コーナー部と枠体62の各円弧状コーナー部の各円弧半径はモデル1と同様とした。
図15に示す縦軸の「平均剥離応力」とは、表面側から裏面側に至る全域にて生じる接着部材とガラス部材のコーナー部との間での剥離応力(内部残留応力:ガラスコーナー部の側面に垂直な引張残留応力)を平均化したものである。
図15に示すように、ガラス部材66の各側面及び枠体67の各側壁部を垂直面としたモデル3では、モデル1に比べて剥離応力が非常に大きくなった。
次に、モデル1及びモデル2に対し、表面から裏面にかけて厚さ比率で20%の範囲内における接着部材とガラス部材間の剥離応力を解析した。その解析結果が図16に示されている。
図16に示すようにモデル1のほうがモデル2よりも剥離応力を低減できることがわかった。
このように、ガラス部材の側面及び枠体の側壁部を傾斜面で形成し、且つ、表面側にギャップGを設けることで、接合部分での剥離応力を効果的に緩和できることがわかった。
(円弧状コーナー部を同心円状としたシミュレーション)
次に、図11(a)に示した実施例において、図3と同様に表面側から裏面側にかけて円弧状コーナー部が同心円の円弧状となるように円弧半径を大きくした(実施例1)。シミュレーションでは図3に示す円弧半径r1を0.6mmとしたとき、ガラス部材11の裏面側での円弧半径r2は、1.35mmであった。
またシミュレーションでは、図3に示すギャップ寸法を0mm〜0.25mmの範囲内で変化ささせた。ギャップ寸法により適宜、枠体20側の円弧状コーナー部の円弧半径(図3に示す円弧半径r4,r5,r6)を調整した。
また、ガラス部材11側の円弧状コーナー部の円弧半径及び枠体20の側の円弧状コーナー部の円弧半径を夫々、0.6mmで一定にしたガラス複合体を作製した(実施例2)。
上記した実施例1及び実施例2を80℃の環境下におき、ギャップ寸法を0mm〜0.1mmの範囲内で変化させて、剥離応力をシミュレーションにより解析した。その解析結果が図17に示されている。図17での縦軸の剥離応力は、図12で説明した平均剥離応力である。
図17に示すように、ガラス部材11及び枠体20の円弧状コーナー部を同心円状とした実施例1とすることで、半径を一定とした実施例2に比べて平均剥離応力を小さくできることがわかった。
また、実施例1において、ギャップ寸法を大きくすることで剥離応力を低減できることがわかった。
G ギャップ
r1〜r6 円弧半径
1 入力装置
3 センサ部材
4 表示装置
5 加飾層
10 ガラス複合体
10a (ガラス複合体の)表面
10b (ガラス複合体の)裏面
11 ガラス部材
11c〜11f 側面
13、14 傾斜面
15〜18、25〜28 円弧状コーナー部
20 枠体
20c〜20f 側壁部
21 貫通孔
30 接着部材

Claims (9)

  1. ガラス部材と、前記ガラス部材の側方を支持する枠体と、前記ガラス部材と前記枠体とを接着する接着部材と、を有するガラス複合体であって、
    前記ガラス複合体は、表面と裏面とを有し、
    前記ガラス部材を構成する複数の側面と前記複数の側面と対向する枠体の複数の側壁部とが傾斜面で形成されており、
    前記側面と前記側壁部との間に、隙間が形成されており、前記接着部材が隙間内に充填されており、
    前記隙間は、裏面側から表面側に向けて先細る形状で形成されており、
    前記隣り合う各側面間、及び前記隣り合う各側壁部間の夫々が、前記表面から前記裏面にわたって平面視で略円弧状の円弧状コーナー部で構成されていることを特徴とするガラス複合体。
  2. 前記各側面間の円弧状コーナー部のほうが、前記各側壁部間の円弧状コーナー部よりも小さい円弧半径で形成される請求項1記載のガラス複合体。
  3. 前記円弧状コーナー部は、前記表面から前記裏面にわたって、平面視で円弧半径が徐々に大きく形成される請求項2記載のガラス複合体。
  4. 前記円弧状コーナー部は、前記表面から前記裏面に向けた厚さ方向に平行な方向を中心軸とした同心円の円弧で形成される請求項3記載のガラス複合体。
  5. 前記表面における前記側面と前記側壁部との間にギャップが形成されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載のガラス複合体。
  6. 前記表面における前記ガラス部材及び枠体は同一平面で形成される請求項1ないし5のいずれか1項に記載のガラス複合体。
  7. 前記枠体が、樹脂で形成される請求項1ないし6のいずれか1項に記載のガラス複合体。
  8. 請求項1ないし7のいずれか1項に記載されたガラス複合体と、操作体により操作面上を操作した際に操作位置を検出可能なセンサ部材と、を有することを特徴とする入力装置。
  9. 請求項8記載の入力装置の裏面側に、表示装置が配置されていることを特徴とする電子機器。
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