JP2018115092A - ガラス板および構造体 - Google Patents

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Maya HATANO
麻耶 波田野
山中 一彦
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一彦 山中
諭 金杉
Satoshi Kanasugi
諭 金杉
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Abstract

【課題】被覆物体に固定するガラス板の部位に締め付け応力が集中しないガラス板および構造体を提供する。
【解決手段】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、第1曲率半径R1からなる湾曲部31を有する第1部位30と、第1曲率半径R1よりも大きな第2曲率半径R2を有する第2部位40とを備える。第2面20の表面は化学強化処理された化学強化処理層25が形成されている。構造体50は、被覆物体60を備え、被覆物体60の表面にガラス板1を固定する。ガラス板1の第2部位40が固定部材70の押圧によって押圧されることで押圧による応力集中が緩和され、割れや欠けることなくガラス板1を被覆物体60に取付けることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス板および構造体に関する。
ガラス板を湾曲形状に成形し、湾曲面に取り付けることが知られている(特許文献1参照)。
特許文献1は、図9(a)に示す冷蔵庫100等の扉側101に設けられた非平坦形状の選択エリア102に形状適合ガラスシート200を適合させることが開示されている。開示された実施例は、例えば、枠103などを形状適合ガラスシート200のエッジに係合させて選択エリア102に形状適合ガラスシート200を取り付ける例(図9(b)参照)、ボルトまたはネジなどの締結具を形状適合ガラスシート200の孔210と冷蔵庫100外面の対応する孔とに挿入して選択エリア102に形状適合ガラスシート200を取り付ける例(図9(c)参照)である。
特表2015−501243号公報
特許文献1に開示された形状適合ガラスシート200は、湾曲形状をしており、例えばネジ等のガラスシート200を押圧する締結具で選択エリア102に固定しようとした場合、平坦形状であるネジの頭で、締め付け工程中にガラスシート200の一部に応力が集中して割れる恐れがあるという課題がある。
本発明は、被覆物体に締結具を用いて固定するのに適したガラス板、及び固定するガラス板の部位に締め付け応力が集中しづらい構造体を提供する。
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軸のまわりに湾曲する湾曲部を有し、前記第1軸に垂直な平面での断面視において、前記第2面の断面は、第1曲率半径を有する第1部位と、前記第1曲率半径よりも大きい第2曲率半径を有する第2部位とを備える。
本発明の構造体は、ガラス板を、被覆物体の表面に設けた構造体であって、前記被覆物体は、平坦面を有し、前記第2部位は、固定部材によって押圧されることで、前記平坦面の表面に取付けられる。
本発明の構造体は、ガラス板を、被覆物体の表面に設けた構造体であって、前記被覆物体は、前記第1部位よりも曲率半径の大きい湾曲面を有し、前記第2部位は、固定部材によって押圧されることで、前記湾曲面の表面に取付けられる。
本発明によれば、被覆物体に締結具を用いて固定するのに適したガラス板、及び固定するガラス板の部位に締め付け応力が集中しづらい構造体を提供できる。
本発明に係るガラス板の一例を示す正面斜視図。 図1の切断面(平面)Aにおける断面図を示し、(a)第1実施形態、(b)第2実施形態。 本発明に係るガラス板に基づく二次曲線の二次係数を求める手順を示すグラフを示し、(a)ガラス板の第1部位の湾曲部の断面を測定した生データそのものの軌跡のグラフ、(b)(a)のグラフに基づいて、グラフ上の任意の2点間を繋ぐ線分(軌跡)を接線として、その傾きを一階微分した値(一階微分値)のグラフ、(c)(b)のグラフである一階微分値か算出した二階微分値をプロットしたグラフ。 本発明に係るガラス板の仮想円弧を求める一例を示し、(a)概念図、(b)半径の平均値Ave.Rを求める式、(c)絶対値の総和SumΔRを求める式。 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。 本発明に係るガラス板の仮想円と形状との関係を示す断面図、(a)第2実施形態、(b)第3実施形態。 本発明に係る構造体とガラス板の取付け状態を示す断面図、(a)実施例1、(b)実施例2、(c)実施例3。 図7に続く実施例4の断面図。 従来技術(特許文献1)を示し、(a)正面斜視図、(b)形状適合ガラスシートの一例の斜視図、(c)ガラスシートの他の例の斜視図。
以下、図面を用いて、本発明に係るガラス板および構造体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す正面斜視図であり、図2は、図1の平面Aにおける断面図を示し、図2(a)はガラス板の第1実施形態、図2(b)はガラス板の第2実施形態である。図1および図2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、平板状の元ガラス板から成形され、厚み方向で第1面10と、第1面10と対向する第2面20と、を有し、長さ方向で第1部位30と、第1部位30に連続した第2部位40と、を有する。
第1部位30は、基本的に湾曲する湾曲部31を備え、第2部位40は、第1部位30が有する第1曲率半径R1よりも大きい第2曲率半径R2を有している。本実施形態において、第2部位40は、湾曲形状か平坦形状であり、当該第2曲率半径R2は、無限大も含んでいる。また、第2部位40は、第1部位30の片側または両端に設けられていてもよい。
図2において、図2(a)は、ガラス板1の第1実施形態であり、第1部位30も第2部位40も湾曲形状を成している。また、図2(b)は、ガラス板1の第2実施形態であり、第1部位30は湾曲形状を成しているが、第2部位40は平坦形状である。
本実施形態において、ガラス板1の長手方向に平行な軸を第1軸Tと定義することにより、湾曲部31は当該第1軸Tのまわりに湾曲した形状であるといえ、第1軸Tに対して第1面10を凹面、第2面20を凸面と定義できる。湾曲部31によって第1軸Tが定義されることで、第2部位40についても同様に第1面10は凹面、第2面20は凸面と定義されるものとする。そして、第1軸Tに垂直な平面Aでの断面視において、第1曲率半径R1および第2曲率半径R2は、第2面20の断面において存在している。
さらに、第1軸Tに垂直な平面Aでの断面視において、第2面20の断面上のいずれかの端点を第1点21とし、第1点21と最も離れた第2面20の断面上の点を第2点22とし、第1点21と第2点22とを結ぶ線分を含む線をX軸と定義する。また、X軸の中心点を通り、X軸に垂直な線をY軸と定義し、X軸とY軸との交点を原点Oと定義する。そして、Y軸において、第1面10から第2面20に向かう方向をY軸の正方向と定義する。
なお、図1及び図2では、表現上第1点21と第2点が明確存在するように、第1部位30と第2部位40とが不連続で変化するように描いている。実際には、第1部位30と第2部位40とは、連続的に滑らかに変化してよい。
また、第2面20は化学強化されている化学強化処理層25が形成されている。化学強化処理は、例えば、溶融塩にガラス板1を浸漬し、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。
化学強化処理を行う前に、元ガラス板の第2面20は、例えば、組成がKNO:KSO=1:1(質量比)の混合粉末を篩で第2面20に均一に振り掛け、約400℃で約5分間の仮焼成で化学処理が行われている。
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、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、SiOを50〜80%、Alを0.1〜30%、LiO+NaO+KOを3〜30%、MgOを0〜25%、CaOを0〜25%およびZrO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、SiOを63〜73%、Alを0.1〜5.2%、NaOを10〜16%、KO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、SiOを50〜74%、Alを1〜10%、NaOを6〜14%、KOを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrOを0〜5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が75%以下、NaOおよびKO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、SiOを68〜80%、Alを4〜10%、NaOを5〜15%、KOを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrOを0〜1%含有するガラス。
(iv)モル%で表示した組成で、SiOを67〜75%、Alを0〜4%、NaOを7〜15%、KOを1〜9%、MgOを6〜14%およびZrOを0〜1.5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が71〜75%、NaOおよびKO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、SiOを60〜72%、Alを8〜16%、NaOを8〜18%、KOを0〜3%、MgOを0〜10%およびZrO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。
本実施形態のガラス板1の成形は、例えば、平板状の元ガラス板を軟化点以下で元ガラス板を加熱する加熱工程と、第1部位30の第2面20を化学強化による膨張で凸面にする化学強化工程と、第1部位30を所定の円弧形状にする弾性変形工程とを通じて行われる。また、所定の円弧形状を得るためには、加熱は、例えば約450℃で、4時間以上行われることが好ましい。
ガラス板1を形成するための方法は以下が挙げられる。例えば、第1部位の第2面のみに化学強化を施し、第2部位に対応する両端を支持部材で狭持するように支持して第2部位の変形を抑制することで、第1部位のみ化学強化の膨張によって変形させてよい。第2面20が化学強化され、第2面20の断面において第1部位30の湾曲部31が成形できれば、成形方法に限定されない。
第2面20の第1部位30が円弧形状となったガラス板1の両表面(第1面10および第2面20)には、何らかの「表面圧縮応力」が生じている。本実施形態では、化学強化処理のイオン交換によって膨張し第2面20に圧縮応力が生じ、第1面10は、弾性変形により曲げ圧縮応力が生じるためキズが付き難くなる。
また、第2面20が化学強化される結果、第2面20のイオン交換により生じる圧縮応力は、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なり、第2面20もキスが付き難くなる。
そして、第2面20が化学強化される結果、第2面20である凸面の表面圧縮応力が、凸面と対向する第1面10である凹面の表面圧縮応力値よりも大きくなるように行われることが好ましい。これにより第2面20もキズが付き難くなる。
本実施形態のガラス板1の第2面20で形成される湾曲部31の曲面は、真円ではなく真円に近い円弧形状である。当該第2面20が滑らかな湾曲形状であり、かつ両端がやや開いた状態で曲げ成形できれば良く、湾曲部31の評価として、一つは二次曲線の二次係数、もう一つは、仮想円弧から求められる値を用いた。
<二次曲線の二次係数>
図3の模式図に基づいて、評価方法を説明する。
図3(a)は、ガラス板1の第1部位30の湾曲部31の断面を測定した生データそのものの軌跡である。この生データの1プロットは、ピッチ0.1mmで測定した値10点分(1mm分)の平均値を示している(平滑化しているイメージ)。
そして、図3(a)のグラフに基づいて、グラフ上の任意の2点間を繋ぐ線分(軌跡)を接線として、その傾きを一階微分した値(一階微分値)を算出する。すなわち、(一階微分値)=(2点間を繋ぐ線分の傾き)/(2点間距離)である。2点間距離は、例えば1mmである。算出された値を、図3(a)のグラフの全長分並べたのが、図3(b)のグラフである。
同様にして、図3(b)のグラフである一階微分値から算出した二階微分値をグラフ上にプロットしたのが図3(c)のグラフである。次に、プロットされた二階微分値(図3(c)の丸印参照)を所定の方法(例えば最小二乗法)で算出し、二次方程式を導いた。2階微分の一般二次方程式は、y=ax+bx+cである。そして、図3(c)のグラフにおいて、二次曲線グラフ(図3(c)の実線参照)が下に凸であることが理解される。
即ち、本実施形態のガラス板1の湾曲部31の端部(両端部)が円弧形状にならず拡がる場合は、Y軸の値が正の領域内における部分がなす部分形状の軌跡に対する二階微分値を二次曲線に近似した際に、二次曲線の二次係数が正であると言える。
<仮想円弧から求められる値>
図4、図5に基づいて、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の評価方法を説明する。
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の任意の点と第1軸T上の中心点P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。中心点P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4(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は、第1軸T上に中心点Pを持つ仮想円の一部である。
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、異なるサイズや曲りの深さ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(図5参照)。
Δ/(L×(H/R)) ・・・(1)
本実施形態において、第1部位30の湾曲部31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。
図6は、ガラス板1の第2実施形態と第3実施形態における仮想円の関係を示す模式図である。
図6(a)は、図2(b)と同じ第2実施形態であり、第2部位40が第1部位30の終端から側方にX軸と略平行に延在する平坦形状である。従って、第2実施形態(第1実施形態も同様)の第2部位40は、曲率半径Rの仮想円の外側に存在している。図6(b)は第3実施形態であり、第2部位40が第1部位30の終端から下方にY軸と略平行に延在する平坦形状である。従って、第2部位40は、曲率半径Rの仮想円の内側に存在している。
図7、図8は、本実施形態のガラス板1を構造体に固定した状態を示す実施例である。
ガラス板1が固定される構造体50は、PCや家庭電化製品、家具、建設部材、などであり、構造体50は筐体等の被覆物体60を備え、ガラス板1は被覆物体60の表面に固定される。
被覆物体60は、湾曲面61や平坦面62を備え、本実施形態では、ガラス板1の第2部位40にネジ、ボルト、等の固定部材70を締結させ、固定部材70によって被覆物体60に第2部位40を押圧されることで、ガラス板1を被覆物体60に固定する。
実施例1(図7(a)参照)は、ガラス板1が第1実施形態であり、第1部位30と第2部位40の曲率半径は異なっている。また、被覆物体60も第1部位30の湾曲部31に合わせて湾曲形状をなし、第2部位40の湾曲形状に合わせて第1部位30の第1曲率半径R1よりも大きい曲率半径を有する湾曲面61が設けられている。第2部位40に固定部材70を取り付け、固定部材70を締結することで固定部材70によって押圧され、第2部位40の湾曲形状と被覆物体60の湾曲面61とが接合して固定部材70による応力集中が緩和され、被覆物体60の表面に割れや亀裂を生じることなくガラス板1を取付けることができる。
実施例2(図7(b)参照)は、ガラス板1が第2実施形態であり、第1部位30には湾曲部31が設けられ、第2部位40は、平坦形状である。被覆物体60は、第2部位40の平坦形状に対応して平坦面62を有している。第2部位40に固定部材70を取り付け、固定部材70を締結することで固定部材70によって第2部位40が平坦面62に押圧され、被覆物体60の表面にガラス板1をしっかりと固定でき、同時に湾曲部31が被覆物体60の湾曲形状の表面に無理なく取付けられる。
実施例3(図7(c)参照)は、ガラス板1が第2実施形態であり、第1部位30には湾曲部31が設けられ、第2部位40は、平坦形状である。被覆物体60の表面は、平坦状であり、第2部位40の平坦形状に対応して平坦面62を有している。第2部位40に固定部材70を取り付け、固定部材70を締結することで固定部材70によって第2部位40が平坦面62に押圧され、被覆物体60の表面にガラス板1をしっかりと固定できる。
実施例4(図8参照)は、ガラス板1が第3実施形態であり、第1部位30には湾曲部31が設けられ、第2部位40は、第1部位30から下方に延在し、かつ平坦形状である。被覆物体60は、湾曲部31に対応して湾曲形状面を有し、第2部位40の平坦形状に対応して平坦面62を有している。第2部位40に固定部材70を取り付け、固定部材70を締結することで固定部材70によって第2部位40が平坦面62に押圧され、被覆物体60の表面にガラス板1をしっかりと固定でき、同時に湾曲部31が被覆物体60の湾曲形状の表面に無理なく取付けられる。
第2部位40の長さを大きく取り、固定部材70の押圧に対して十分な面積を確保するために、第2部位40の長さは、第1部位30の長さの5%以上であることが好ましい。また、より好ましくは10%上、さらに好ましくは15%以上である。そして、第2部位40の長さの絶対値でいえば、好ましくは連続10mm以上、より好ましくは15mm以上、さらに好ましくは20mm以上である。
本実施形態のガラス板1の被覆物体60への取付けは、第1部位30の第1曲率半径R1よりの大きな第2曲率半径R2を有する第2部位40で行うため、固定部材70の押圧力に十分対応することができ、固定部材70の締め付け応力集中を避けることが可能となり、ガラス板1の欠けや割れを防ぐことができる。
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構造体は、固定部材による締め付けの応力集中を緩和して、ガラス板の割れや欠けを防止するガラス板や構造体を要求する分野に好適に用いられる。
1 ガラス板
10 第1面
20 第2面
21 第1点(端点)
22 第2点(端点)
25 化学強化処理層
30 第1部位
31 湾曲部
40 第2部位
50 構造体
60 被覆物体
61 湾曲面
62 平坦面
70 固定部材

Claims (13)

  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軸のまわりに湾曲する湾曲部を有し、
    前記第1軸に垂直な平面での断面視において、
    前記第2面の断面は、第1曲率半径を有する第1部位と、前記第1曲率半径よりも大きい第2曲率半径を有する第2部位とを備える、
    ガラス板。
  2. 前記第2部位は、前記第1部位の両端に設けられる、請求項1に記載のガラス板。
  3. 前記第1部位の前記第2面を、最小二乗法を用いて、円弧に近似させたものを仮想円弧とし、
    前記仮想円弧は、前記第1軸上に中心点を持つ仮想円の一部であり、
    前記第2部位は、前記仮想円の内側に存在する請求項1または2に記載のガラス板。
  4. 前記第1部位の前記第2面を、最小二乗法を用いて、円弧に近似させたものを仮想円弧とし、
    前記仮想円弧は、前記第1軸上に中心点を持つ仮想円の一部であり、
    前記第2部位は、前記仮想円の外側に存在する請求項1または2に記載のガラス板。
  5. 前記第2面の断面上のいずれかの端点と、前記端点と最も離れた前記第2面の断面上の点とを結ぶ線分を含む線をX軸とし、
    前記線分の中心点を通り、前記X軸に垂直な線をY軸とし、
    前記X軸と前記Y軸との交点を原点とし、
    前記Y軸のうち、前記第1面側から前記第2面側に向かう方向を、前記Y軸の正方向とした場合、
    前記第2面の断面のうち、前記Y軸の値が正の領域内における部分がなす部分形状の軌跡に対する二階微分値を二次曲線に近似した際に、前記二次曲線の二次係数が正である、
    請求項4に記載のガラス板。
  6. 前記第1部位を前記仮想円弧と比較した場合、前記第1軸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3から5のいずれか1項に記載のガラス板。
    Δ/(L×(H/R)) ・・・(1)
    R:前記仮想円弧の半径
    H:前記仮想円弧の矢高
    L:前記仮想円弧の弦長
  7. 前記第2部位は、平坦形状である、請求項1から6のいずれか1項に記載のガラス板。
  8. 前記第2部位の長さは、前記第1部位の長さの5%以上である、請求項1から7のいずれか1項に記載のガラス板。
  9. 前記第1部位において、前記第2面は化学強化されており、
    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い、請求項1から8のいずれか1項に記載のガラス板。
  10. 前記第1面は、曲げ圧縮応力を備える、請求項9に記載のガラス板。
  11. 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10に記載のガラス板。
  12. 請求項1から11のいずれか1項に記載のガラス板を、被覆物体の表面に設けた構造体であって、
    前記被覆物体は、平坦面を有し、
    前記第2部位は、固定部材によって押圧されることで、前記平坦面の表面に取付けられる、構造体。
  13. 請求項1から11のいずれか1項に記載のガラス板を、被覆物体の表面に設けた構造体であって、
    前記被覆物体は、前記第1部位よりも曲率半径の大きい湾曲面を有し、
    前記第2部位は、固定部材によって押圧されることで、前記湾曲面の表面に取付けられる、構造体。
JP2017007800A 2017-01-19 2017-01-19 ガラス板および構造体 Pending JP2018115092A (ja)

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