JP2015221478A - ガラス部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な加工設備を利用することなく、ガラス部材のエッジ部の強度を容易に高めることが可能なガラス部材の製造方法を提供する。【解決手段】ガラス部材６の製造方法は、研磨処理を施すための研磨面４ａにガラス部材６の下面６ａが対向して接触するよう配置される下研磨パッド４が、所定の弾性を有し、ガラス部材６の下面６ａとの接触で弾性変形することによりガラス部材６の下面６ａとともに下面６ａと交差するガラス部材６の側面６ｂにも接触し、ガラス部材の下面６ａと側面６ｂとが交差する領域６Ｘを研磨する。【選択図】図３

Description

本発明はガラス部材の製造方法に関するものであり、例えばスマートフォン、タブレット端末、カーナビゲーション、ゲーム機などといった電子機器の表示装置の表示面の保護や外装カバーとして用いられるカバーガラス板の製造方法に関する。

スマートフォンに代表される携帯型の電子機器は液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイといった表示装置を備える。これらの表示装置は傷が付くことを抑制し、高品位な表示性能を維持するために、通常カバーガラス板によってその表面が保護されている。また、デザイン的な要求からガラス製の外装カバーが用いられることもある。そして、携帯型の電子機器は操作時等に落下する可能性があり、カバーガラス板の強度を高める改善が望まれている。

その一方で、カバーガラス板のエッジ部には切削、研削、研磨等の加工上、チッピングやクラック等といった微小な欠損が発生し易いことが懸念されている。

ここで、発明者らはカバーガラス板の複数のサンプルについて曲げ試験を行い、カバーガラス板の割れの状態を観察した。それによれば、多くのサンプルにおいて、カバーガラス板の外縁のエッジ部に割れの起点が認められた。そして、そのカバーガラス板のエッジ部の状態に起因して破損が拡大する可能性が高いことをあらためて認識した。

このような課題を解決すべく提案された従来のガラス部材の製造方法に係る技術が特許文献１、２及び３に記載されている。

特許文献１、２及び３に記載されたガラス部材の製造方法ではガラス板のエッジ部に面取り部を形成している。面取り部はガラス板の主面に対して傾斜をなす平面や曲面で構成される。このような面取り部を形成することにより、ガラス板のエッジ部の強度を高め、エッジ部の状態がガラス板自体の破損に影響を与えることを抑制している。

特開２０１４−１１２３号公報 米国特許第６３６３５９９号明細書 米国特許第３８４３４７２号明細書

しかしながら、上記特許文献に記載された従来のガラス部材の製造方法ではガラス板のエッジ部に面取り部を形成するために専用の加工機を利用している。専用の加工機を利用する場合、加工機自体を別途導入する必要があり、さらにガラス板のサイズに応じて工具を調整する必要もあるといった問題があった。また、上記特許文献に記載された従来のガラス部材の製造方法では好適な品質のガラス部材を安定して提供することは困難であると考えられ、生産性の面でも課題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、特別な加工設備を利用することなく、ガラス部材のエッジ部の強度を容易に高めることが可能なガラス部材の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明のガラス部材の製造方法は、研磨処理を施すための研磨面にガラス部材の第１面が対向して接触するよう配置される第１研磨部材が、所定の弾性を有し、前記ガラス部材の第１面との接触で弾性変形することにより前記ガラス部材の第１面とともに第１面と交差する前記ガラス部材の第２面にも接触し、前記ガラス部材の第１面と第２面とが交差する領域を研磨し、前記ガラス部材の第１面と第２面とが交差する領域に曲面の面取り部を形成することを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、前記ガラス部材の第１面と、前記ガラス部材の第１面と第２面とが交差する領域と、を同時に研磨することを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、前記ガラス部材の第１面とは異なり、第２面と交差する第３面に研磨処理を施すための研磨面が対向して接触するよう配置される第２研磨部材が、所定の弾性を有し、前記ガラス部材の第３面との接触で弾性変形することにより前記ガラス部材の第３面とともに第２面にも接触し、前記ガラス部材の第３面と第２面とが交差する領域を研磨し、前記ガラス部材の第３面と第２面とが交差する領域に曲面の面取り部を形成することを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、前記ガラス部材の第３面と、前記ガラス部材の第３面と第２面とが交差する領域と、を同時に研磨することを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、第１研磨部材または第２研磨部材は、厚さが１ｍｍ〜４ｍｍ、硬度がアスカーＣ１０〜アスカーＣ６０のウレタンからなり、前記ガラス部材に対して加える研磨加工荷重が１００ｇ／ｃｍ²〜２５０ｇ／ｃｍ²であることを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、第１研磨部材または第２研磨部材の少なくとも一方の前記研磨面に凹凸部を形成したことを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、第１研磨部材または第２研磨部材の少なくとも一方の前記研磨面にブラシ状部を形成したことを特徴としている。

また、上記構成のガラス部材の製造方法において、前記曲面の面取り部の曲率半径は、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴としている。

本発明の構成によれば、特別な加工設備を利用することなく、ガラス部材のエッジ部である第１面と第２面とが交差する領域、または第３面と第２面とが交差する領域に曲面の面取り部を形成することができる。したがって、本発明のガラス部材の製造方法によれば、ガラス部材のエッジ部の強度を容易に高めることが可能になる。

本発明の第１実施形態に係るガラス部材の製造方法で用いる研磨装置の垂直断面図である。 本発明の第１実施形態に係るガラス部材の製造方法で用いる研磨装置の平面図である。 本発明の第１実施形態に係るガラス部材の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図（下側）である。 本発明の第１実施形態に係るガラス部材の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図（上側）である。 本発明の第２実施形態に係るガラス部材の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図である。 本発明の第３実施形態に係るガラス部材の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図である。 本発明の実施例に係るガラス部材の製造方法における強度試験の説明図である。 本発明の実施例１に係るガラス部材の製造方法で製造したガラス部材の評価に関する説明図である。 本発明の実施例２に係るガラス部材の製造方法で製造したガラス部材の評価に関する説明図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図９に基づき説明する。

＜第１実施形態＞
最初に、本発明の第１実施形態に係るガラス部材の製造方法で用いる研磨装置について、図１及び図２を用いてその構造を説明する。図１及び図２はガラス部材の製造方法で用いる研磨装置の垂直断面図及び平面図である。

なお、本発明に係るガラス部材の製造方法はここで説明する研磨装置でのみ実施できるものではなく、他の構造の研磨装置でも実施することが可能である。

研磨装置１は、図１に示すように所謂両面研磨機の構造をなす。研磨装置１は各々平面視円形をなす下定盤２、上定盤３、下研磨パッド４（第１研磨部材）及び上研磨パッド５（第２研磨部材）を備える。被研磨部材であるガラス部材６は下研磨パッド４と上研磨パッド５との間に挟まれる。

研磨装置１は、図２に示すように所謂遊星歯車機構を有する。なお、図２は上定盤３及び上研磨パッド５を取り外して上方から見た研磨装置１の平面図である。研磨装置１は平面視中央に配置した太陽歯車７と、その周囲に４個配置した遊星歯車であるキャリア８とを備える。なお、図２において、遊星歯車（キャリア８）の周面に設けた歯の描画は省略している。

４個のキャリア８各々には４個のガラス部材６が、平面視円形をなすホルダー９を介して支持される。ホルダー９とキャリア８との間にも不図示の歯車機構が設けられ、ホルダー９はキャリア８に対して相対的に回転する。

このような機構により、研磨装置１の各構成要素は、図２に矢印で示したように紙面と平行な平面内で各々回転する。なお、下定盤２及び上定盤３は、図１に示すように互いに反対方向に回転する。下研磨パッド４は下定盤２とともに、上研磨パッド５は上定盤３とともに、図２における紙面と平行な平面内で回転する。

ガラス部材６に対して上方から下方に向かって荷重（圧力）が加えられる。ガラス部材６は、その下面が所定の接触圧で下研磨パッド４に当接し、上面が所定の接触圧で上研磨パッド５に当接する。ガラス部材６と下研磨パッド４及び上研磨パッド５の間には例えば酸化セリウムなどの遊離砥粒を含む研磨剤が分散され、ガラス部材６の上面及び下面各々が研磨される。

続いて、ガラス部材６の製造方法の詳細について、図３及び図４を用いて説明する。図３及び図４はガラス部材６の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図（下側及び上側）である。

下研磨パッド４（第１研磨部材）は、図３に示すようにガラス部材６対して研磨処理を施すための研磨面４ａがガラス部材６の下面６ａ（第１面）に対向して接触する。下研磨パッド４は所定の弾性を有する例えばウレタンからなり、ガラス部材６の下面６ａとの接触で、その研磨面４ａが下方に凹むよう弾性変形する。これにより、下研磨パッド４はガラス部材６の下面６ａとともに下面６ａと交差するガラス部材６の側面６ｂ（第２面）にも接触する。

この構成で研磨装置１を作動させると、ガラス部材６の下面６ａに加えて、ガラス部材の下面６ａと側面６ｂとが交差する領域６Ｘが研磨される。これにより、図３に示すように、ガラス部材６の下面６ａと側面６ｂとが交差する領域６Ｘに曲面が形成される。

同様に、上研磨パッド５（第２研磨部材）は、図４に示すようにガラス部材６対して研磨処理を施すための研磨面５ａがガラス部材６の上面６ｃ（第３面）に対向して接触する。上研磨パッド５は所定の弾性を有する例えばウレタンからなり、ガラス部材６の上面６ｃとの接触で、その研磨面５ａが上方に凹むよう弾性変形する。これにより、上研磨パッド５はガラス部材６の上面６ｃとともに上面６ｃと交差するガラス部材６の側面６ｂ（第２面）にも接触する。

この構成で研磨装置１を作動させると、ガラス部材６の上面６ｃに加えて、ガラス部材の上面６ｃと側面６ｂとが交差する領域６Ｙが研磨される。これにより、図４に示すように、ガラス部材６の上面６ｃと側面６ｂとが交差する領域６Ｙに曲面が形成される。

なお、上記構成では、下研磨パッド４及び上研磨パッド５を設けて、ガラス部材６の下面６ａ及び上面６ｃの両方を研磨することとしたが、いずれか一方のみを研磨することとしても良い。その場合、ガラス部材６の領域Ｘ、或いは領域Ｙのいずれか一方のみが研磨され、曲面が形成される。

このようにして、上記実施形態によれば、ガラス部材６の下面６ａに対向して接触する下研磨パッド４がガラス部材６の下面６ａと側面６ｂとが交差する領域６Ｘを研磨し、曲面を形成する。また、ガラス部材６の上面６ｃに対向して接触する上研磨パッド５がガラス部材６の上面６ｃと側面６ｂとが交差する領域６Ｙを研磨し、曲面を形成する。したがって、特別な加工設備を利用することなく、ガラス部材６のエッジ部である領域６Ｘまたは領域６Ｙに曲面の面取り部を形成することができる。すなわち、本実施形態のガラス部材６の製造方法によれば、ガラス部材６のエッジ部の強度を容易に高めることが可能である。

そして、ガラス部材６の下面６ａと領域６Ｘとを同時に研磨する、またガラス部材６の上面６ｃと領域６Ｙとを同時に研磨するので、ガラス部材６のエッジ部の強度を効率良く高めることが可能である。

また、ガラス部材６の下面６ａに保護シートを貼付し、下研磨パッド４でガラス部材６の下面６ａを研磨することなく、ガラス部材６の領域６Ｘのみを研磨しても良い。同様に、ガラス部材６の上面６ｃに保護シートを貼付し、上研磨パッド５でガラス部材６の上面６ｃを研磨することなく、ガラス部材６の領域６Ｙのみを研磨しても良い。

この構成によれば、研磨装置１による研磨加工の前段階において、ガラス部材６の下面６ａや上面６ｃを好適に形成した場合に、下面６ａや上面６ｃに手を加えることなくガラス部材６の領域６Ｘまたは領域６Ｙのみを研磨することができる。したがって、不必要な加工を実行することなく、ガラス部材６のエッジ部の強度を高めることが可能である。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るガラス部材の製造方法について、図５を用いて説明する。図５はガラス部材の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第２実施形態のガラス部材６の製造方法では、図５に示すように下研磨パッド４の研磨面４ａに凹凸部４ｂを形成している。凹凸部４ｂは平面をなす研磨面４ａから上方に向かって、例えば複数の半球状の凸部が突出することにより形成される。凹凸部４ｂは研磨面４ａの一面に形成される。

この構成によれば、下研磨パッド４の凹凸部４ｂを利用して容易に、ガラス部材６のエッジ部である領域６Ｘに曲面の面取り部を形成することができる。なお、上研磨パッド５に同様の凹凸部を形成し、ガラス部材６の領域６Ｙに曲面の面取り部を形成しても良い。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るガラス部材の製造方法について、図６を用いて説明する。図６はガラス部材の製造方法を説明するための部分拡大垂直断面図である。なお、この実施形態の基本的な構成は先に説明した第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付してその説明を省略するものとする。

第３実施形態のガラス部材６の製造方法では、図６に示すように下研磨パッド４の研磨面４ａにブラシ状部４ｃを形成している。ブラシ状部５ｃは平面をなす研磨面４ａから上方に向かって、例えば複数の繊維体が生えることにより形成される。ブラシ状部４ｃは研磨面４ａの一面に形成される。

この構成によれば、下研磨パッド４のブラシ上部４ｃを利用して容易に、ガラス部材６のエッジ部である領域６Ｘに曲面の面取り部を形成することができる。なお、上研磨パッド５に同様のブラシ状部を形成し、ガラス部材６の領域６Ｙに曲面の面取り部を形成しても良い。

続いて、ガラス部材の製造方法の実施例１について、図７及び図８を用いて説明する。図７は実施例に係るガラス部材の製造方法における強度試験の説明図、図８は実施例１に係るガラス部材の製造方法で製造したガラス部材６の評価に関する説明図である。

実施例の説明に先立って、実施例の評価に利用するガラス部材６の強度試験について、図７を用いて説明する。ガラス部材６の強度試験は、図７に示す４点曲げ強度試験機１０１とその試験条件に従って行った。

先の実施形態で製造したガラス部材６である被試験部材Ｗは、４点曲げ強度試験機１０１の台座部１０２の上面から上方に向かって突出する形で形成された２つの支持部１０３の上に載置される。２つの支持部１０３は互いに平行をなして対向する板状であり、それらの間隔（Ｄ１）が６０ｍｍである。支持部１０３の先端は半径（Ｒ１）が３ｍｍの曲面をなし、被試験部材Ｗの下面に線接触する。

４点曲げ強度試験機１０１の上側には押圧部材１０４が設けられる。押圧部材１０４はその下面から下方に向かって突出する形で形成された２つの押圧部１０５を備える。２つの押圧部１０５は互いに平行をなして対向する板状であり、それらの間隔（Ｄ２）が２０ｍｍである。さらに、押圧部１０５は支持部１０３に対しても平行をなす。押圧部１０５の下端は半径（Ｒ２）が３ｍｍの曲面をなす。試験時、押圧部材１０４は下降し、押圧部１０５の下端が被試験部材Ｗの上面に線接触する。押圧部材１０４の下降速度（Ｖ）は１ｍｍ／ｍｉｎである。

押圧部１０５の下端が被試験部材Ｗの上面に線接触した後、さらに押圧部材１０４を下降させると、被試験部材Ｗの略中央部が下方に湾曲する。さらに押圧部材１０４を下降させると、被試験部材Ｗは押圧部材１０４による試験荷重に耐え切れず、破断する。この破断時の強度を、被試験部材Ｗの強度として評価する。

そして、上記構成の４点曲げ強度試験機１０１を用いて強度試験を行った結果に対して、図７に示す強度評価を設定した。８００ＭＰａ以上の強度が得られた被試験部材Ｗ（ガラス部材６）を◎（最良）とした。以下、７００〜７９９ＭＰａの強度を○（良好）とし、５００〜６９９ＭＰａの強度を△（可）とし、４９９ＭＰａ以下の強度を×（不可）とした。

実施例１では、図８に示すように下研磨パッド４として３種類の材料を使用して被試験部材であるガラス部材６を作成した。下研磨パッド４の材料は厚さ２．０ｍｍ及び４．０ｍｍ、硬度アスカーＣ１１のウレタンＡと、厚さ１．４ｍｍ、硬度アスカーＣ５３のウレタンＢと、である。さらに、比較例として、研磨による面取り加工を実施していないガラス部材６を用いた。

なお、他の加工条件としては、ガラス部材６に対して上方から下方に向かって加える研磨加工荷重が２３８ｇ／ｃｍ²であり、研磨時間が１０分である。

下研磨パッド４として３種類の材料を使用して研磨による面取り加工（ガラス部材６の領域６Ｘの研磨）を実施した結果、図８に示すように形状に差異が見られるものの、すべてにおいて概ね良好な面取り形状が得られた。面取り加工を実施していない比較例はシャープなエッジ形状となっている。

これら４種類の被試験部材について４点曲げ強度試験機１０１を用いて強度試験を行った結果、ウレタンＡ及びＢからなる３種類の材料を使用して研磨した被試験部材に良好な強度が得られた。特に、厚さ２．０ｍｍ、硬度アスカーＣ１１のウレタンＡで面取り加工を実施した被試験部材において最良の強度性能が得られた。そして、強度的に優位なガラス部材６の領域６Ｘの曲率半径は０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

続いて、ガラス部材の製造方法の実施例２について、図９を用いて説明する。図９は実施例２に係るガラス部材の製造方法で製造したガラス部材６の評価に関する説明図である。

実施例２では、図９に示すようにガラス部材６に対して上方から下方に向かって加える研磨加工荷重を３つの条件に変更して被試験部材であるガラス部材６を作成した。研磨加工荷重は６３、１１１、２３８ｇ／ｃｍ²である。さらに、比較例として、研磨による面取り加工を実施していないガラス部材６を用いた。

なお、他の加工条件としては、下研磨パッド４の材料として厚さ２．０ｍｍ、硬度アスカーＣ１１のウレタンＡを使用し、研磨時間が１０分である。

研磨加工荷重を３つの条件に変更して研磨による面取り加工（ガラス部材６の領域６Ｘの研磨）を実施した結果、図９に示すように形状に差異が見られるものの、すべてにおいて概ね良好な面取り形状が得られた。面取り加工を実施していない比較例はシャープなエッジ形状となっている。

これら４種類の被試験部材について４点曲げ強度試験機１０１を用いて強度試験を行った結果、研磨加工荷重を増加する度に良好な強度が得られた。そして、２３８ｇ／ｃｍ²の研磨加工荷重で面取り加工を実施した被試験部材において最良の強度性能が得られた。なお、実施例１同様、強度的に優位なガラス部材６の領域６Ｘの曲率半径は０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。

上記のように、ガラス部材６の製造方法は、下研磨パッド４が厚さ１ｍｍ〜４ｍｍ、硬度アスカーＣ１０〜アスカーＣ６０のウレタンからなり、ガラス部材６に対して加える研磨加工荷重が１００ｇ／ｃｍ²〜２５０ｇ／ｃｍ²である。これにより、ガラス部材６のエッジ部である領域６Ｘに、良好な強度性能が得られる曲率半径が０．０５ｍｍ以上、０．２ｍｍ以下の曲面の面取り部を形成することができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。

本発明は、例えばスマートフォン、タブレット端末、カーナビゲーション、ゲーム機などといった電子機器の表示装置の表示面の保護や外装カバーとして用いられるカバーガラス板の製造方法において利用可能である。

１ 研磨装置
２ 下定盤
３ 上定盤
４ 下研磨パッド（第１研磨部材）
４ａ 研磨面
４ｂ 凹凸部
４ｃ ブラシ状部
５ 上研磨パッド（第２研磨部材）
５ａ 研磨面
６ ガラス部材
６ａ 下面（第１面）
６ｂ 側面（第２面）
６ｃ 上面（第３面）

Claims (8)

1. 研磨処理を施すための研磨面にガラス部材の第１面が対向して接触するよう配置される第１研磨部材が、所定の弾性を有し、前記ガラス部材の第１面との接触で弾性変形することにより前記ガラス部材の第１面とともに第１面と交差する前記ガラス部材の第２面にも接触し、前記ガラス部材の第１面と第２面とが交差する領域を研磨し、前記ガラス部材の第１面と第２面とが交差する領域に曲面の面取り部を形成することを特徴とするガラス部材の製造方法。
2. 前記ガラス部材の第１面と、前記ガラス部材の第１面と第２面とが交差する領域と、を同時に研磨することを特徴とする請求項１に記載のガラス部材の製造方法。
3. 前記ガラス部材の第１面とは異なり、第２面と交差する第３面に研磨処理を施すための研磨面が対向して接触するよう配置される第２研磨部材が、所定の弾性を有し、前記ガラス部材の第３面との接触で弾性変形することにより前記ガラス部材の第３面とともに第２面にも接触し、前記ガラス部材の第３面と第２面とが交差する領域を研磨し、前記ガラス部材の第３面と第２面とが交差する領域に曲面の面取り部を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガラス部材の製造方法。
4. 前記ガラス部材の第３面と、前記ガラス部材の第３面と第２面とが交差する領域と、を同時に研磨することを特徴とする請求項３に記載のガラス部材の製造方法。
5. 第１研磨部材または第２研磨部材は、厚さが１ｍｍ〜４ｍｍ、硬度がアスカーＣ１０〜アスカーＣ６０のウレタンからなり、前記ガラス部材に対して加える研磨加工荷重が１００ｇ／ｃｍ²〜２５０ｇ／ｃｍ²であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガラス部材の製造方法。
6. 第１研磨部材または第２研磨部材の少なくとも一方の前記研磨面に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガラス部材の製造方法。
7. 第１研磨部材または第２研磨部材の少なくとも一方の前記研磨面にブラシ状部を形成したことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガラス部材の製造方法。
8. 前記曲面の面取り部の曲率半径は、０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載のガラス部材の製造方法。

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