JP2019085318A - 成形型、成形装置、成形体の製造方法および成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、補助型(上型)および主型(下型)の各成形面で形成される間隙が、成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成された構成が開示されている。
まず、平板状の成形素材における第2の主面が、主型の第1領域主型成形面に当接した状態で、内型と外型とを相対的に移動させる。この相対移動により、成形素材が主型の第1領域主型成形面に当接した状態を維持しつつ、緩衝材を変形させて、内型を外型の収容凹部に収容することで、成形素材における主型の第1領域主型成形面に当接していない部分を、主型の第2領域主型成形面に沿わせながら成形して、第1領域およびその外縁に形成された第2領域を有する成形体が得られる。
このように、所望のデザイン形状や光学特性を得たい第1領域を常に主型の第1領域主型成形面に当接させつつ成形することで、当該第1領域となる部分が成形中に撓むことを抑制でき、この撓みに起因する第1領域と第2領域との境界における皺の発生を抑制できる。
まず、平板状の成形素材における第1の主面が補助型の第1領域補助型成形面に当接し、第2の主面が主型の第1領域主型成形面に当接した状態で、補助型と主型とを相対的に移動する。これにより、成形素材が第1領域補助型成形面と第1領域主型成形面とに当接した状態を維持しつつ、緩衝材を変形させて、内型を外型の収容凹部に収容することで、成形素材における第1領域主型成形面に当接していない部分を第2領域主型成形面と第2領域補助型成形面とでプレスして、第1領域および第2領域を有する成形体を成形できる。
このように、第1領域となる部分を常に補助型の第1領域補助型成形面と主型の第1領域主型成形面とに当接させつつプレス成形することで、当該第1領域となる部分がプレス成形中に撓んでしまうことを抑制でき、この撓みに起因する第1領域と第2領域との境界における皺の発生を抑制できる。
本発明のこの態様では、主型を下型にすることで、外型の収容凹部内への緩衝材および内型の設置が容易になる。
本発明のこの態様では、緩衝材の位置決め作業が容易になる。また、成形中における緩衝材の加圧方向と直交する方向への位置ずれを抑制でき、高品質の成形体を得られる。
本発明のこの態様では、外側位置決め凹部に緩衝材を入れて大体の位置決めを行い、その後に緩衝材の一部を内側位置決め凹部に収納することで、緩衝材の正確な位置決めを容易にできる。また、緩衝材は、成形によって変形し、その変形した部分が内側位置決め凹部に入り込む。そして、さらに成形が進行すると、当該内側位置決め凹部に入り込めなかった部分は、外側位置決め凹部内において、内側位置決め凹部を中心にして外側に広がっていき、外側位置決め凹部の外縁に到達すると広がりが規制される。この広がりの規制により緩衝材の変形も規制され、緩衝材の変形量が常に一定になり、成形状態が安定する。
本発明のこの態様では、特に皺が発生しやすい第1領域の各角部に対応する位置に緩衝材を設けることで、当該各角部における内型の撓みを抑制できる。したがって、皺の発生が抑制され、成形体の品質を高められる。なお、「多角形状」の角は、尖っていてもよいし丸まっていてもよい。
本発明のこの態様では、成形後、収容凹部の貫通孔にピンなどを挿通させて内型を押すことで、当該内型および成形体を外型から容易に取り外せる。
本発明のこの態様では、緩衝材押圧面と緩衝材との接触面積を最小限に抑制できる。したがって、内型における緩衝材と接触している部分と接触していない部分との温度差を最小限に抑制でき、成形体における平坦部の成形ムラを抑制できる。
本発明のこの態様では、緩衝材の弾性力によって成形型に挟まれた成形体がプレス成形中に強く圧迫されることによる表面粗さの劣化を軽減するという効果が得られる。
本発明のこの態様では、入手や加工が容易で低コストなガラスを緩衝材として用いることで、使い捨てしたり、再利用が容易になる。
本発明のこの態様では、成形素材のうち、平坦性を保ちたい部位の平坦性を保持でき、光学特性を維持させつつ成形できる。
本発明のこの態様では、成形体の第1領域の温度を、第2領域に比べ極端に温度上昇させずに成形することで、表面粗さの劣化を軽減するという効果が得られる。
本発明の成形体の製造方法は、上述の成形装置を用い、平板状の成形素材における第2の主面が前記主型の第1領域主型成形面に当接した状態で、前記加圧部によって前記内型を前記収容凹部に収容するように加圧し、前記成形素材が前記第1領域主型成形面に当接した状態を維持しつつ、前記緩衝材を変形させて、前記内型を前記外型の前記収容凹部に収容することで、前記成形素材における前記第1領域主型成形面に当接していない部分を前記主型の第2領域主型成形面に沿わせながら成形して、前記第1領域および前記第2領域を有する成形体を得る。
本発明によれば、皺の発生が抑制された成形体を製造できる。
本発明の成形体の製造方法は、上述の成形装置を用い、平板状の成形素材における第2の主面が前記主型の第1領域主型成形面に当接した状態で、前記予熱部によって前記成形型を予熱することで前記成形素材を軟化させ、前記加圧部によって前記内型を前記収容凹部に収容するように加圧し、前記成形素材が前記第1領域主型成形面に当接した状態を維持しつつ、前記緩衝材を変形させて、前記内型を前記外型の前記収容凹部に収容することで、前記成形素材における前記第1領域主型成形面に当接していない部分を前記主型の第2領域主型成形面に沿わせながら成形して、前記第1領域および前記第2領域を有する成形体を得る。
本発明によれば、加熱が必要な成形素材を用いて、皺の発生が抑制された成形体を製造できる。
本発明によれば、成形体の第1領域における皺の発生を低減できる。なお、ここでいう「皺」とは、物理的な凹凸により生じたもので板厚方向応力積分値Sが3.0MPa超の場合に発生しており、高輝度透過光像に影が生じる箇所である。
本発明によれば、Ra1/Ra2>1.1の関係を有するため、第2の主面における第1領域の外縁から中心点へ向かってL/10mmの範囲と、当該第2の主面における第2領域とを外観で識別でき、上記外縁からL/10mmの範囲を、成形体の外表面について研磨などの加工を実施する際の位置合わせに使用でき、研磨時の研磨代を管理するのに有効に使用できる。また、加工を実施しない場合においても、上記外縁からL/10mmの範囲を、液晶パネルやELパネルなどを貼合させる際の位置決めにも使用できる。
本発明のこの態様では、皺の発生が抑制された成形体を得ることができ、保護対象の外観が良くなる。
本発明のこの態様では、高い強度と良好な質感を兼ね備えた成形体が得られる。
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。
〔カバー部材の構成〕
まず、カバー部材の構成について説明する。
図1(A),(B),(C)に示すように、成形体としてのカバー部材1は、保護対象としてのスマートフォンなどの携帯情報端末を保護するものであり、長方形平板状の成形素材としてのガラス素材を、後述する成形型を用いてプレスなどの成形により得られる。カバー部材1は、長方形板状の第1領域としての平坦部2と、この平坦部2の短手方向両端側に設けられた第2領域としての第1の屈曲部3と、長手方向両端に設けられた第2領域としての第2の屈曲部4とを備えている。
第1の屈曲部3および第2の屈曲部4は、それぞれ略円弧面状に形成され、第1の主面1A側に屈曲している。
第1領域を屈曲部とした場合、その曲率半径は、500mm以上が好ましく、5000mm以上がより好ましい。これは成形工程において金型との擦れによる表面悪化を軽減するためである。第1領域の曲率半径の上限値は、特に制限はないが、500000mm以下が好ましく、50000mm以下がより好ましい。これは成形工程において金型との離型性を確保するためである。
カバー部材1の第2の主面1B側からみた上面視において、カバー部材1の長辺方向をm軸、これと直交する短辺方向をn軸とし、カバー部材1の重心を中心点(m、n)=(0、0)とする。カバー部材1の長辺寸法をM、短辺寸法をNとしたとき、中心点からm軸方向の点(M/4、0)と点(−M/4、0)とを結ぶ線分A上と、n軸方向の点(0、N/4)と点(0、−N/4)とを結ぶ線分B上とについて測定し、板厚方向応力積分値Sを求めた。
板厚方向応力積分値S = 位相差R / カバー部材1の光弾性定数C
位相差Rと光弾性定数Cの関係は、主応力差をσ、板厚をtとすると、R/C=σtで表されるため、本発明の板厚方向応力積分値Sは、主応力の積分値相当であるσtに相当する。ここで、主応力差σとは、せん断応力が0となる時の垂直応力最大値と最小値の差であり、フォトニックラティス社製WPA100等の複屈折測定装置により測定できる。
カバー部材1において、第2の主面1Bにおける線状転写部5を含む範囲であって、平坦部2の外縁から中心点へ向かってL/10mmの範囲の算術平均粗さをRa1、第1の屈曲部3および第2の屈曲部4の第2の主面1B側の算術平均粗さをRa2とした場合、Ra1/Ra2>1.1の関係が成り立ち、Ra2<10nmとなることが好ましい。
Ra2は、Ra2≦8nmが好ましい。これによりコントラストが得られるため研磨時の位置決めがしやすくなり、ディスプレイとの貼合面とした場合には貼合剤との接着性が向上する。Ra2の下限としては特に制限はないが、Ra2≧1nmが好ましい。これにより最終製品に使用する筐体へカバー部材1を嵌め込んで使用した際に、使用者が手で持った際の最低限のグリップ力を担保でき、滑り止めの効果が得られるためである。
本発明の成形体は、物理強化ガラスまたは化学強化ガラスが好ましく、化学強化ガラスがより好ましい。これにより強度と耐擦傷性に優れた成形体となる。
次に、成形型の構成について説明する。
なお、以下において、図3におけるX軸方向を前後方向、Y軸方向を左右方向、Z軸方向を上下方向として説明する。
凸部112の下面は、補助型成形面113を構成している。補助型成形面113は、カバー部材1の平坦部2を成形するための長方形状の第1領域補助型成形面としての平坦部補助型成形面114を備えている。平坦部補助型成形面114の短手方向両端には、カバー部材1の第1の屈曲部3を成形するための第2領域補助型成形面としての第1の屈曲部補助型成形面115が設けられ、長手方向両端には、カバー部材1の第2の屈曲部4を成形するための第2領域補助型成形面としての第2の屈曲部補助型成形面116が設けられている。
また、補助型基部111の下面における凸部112の四隅の外側には、それぞれピン14が嵌合するピン嵌合溝117と、このピン嵌合溝117の上側に設けられ、ピン嵌合溝117よりも小さい空気抜き孔118が設けられている。4個のピン嵌合溝117は、これらを結ぶ形状が長方形でなく台形となっており、主型13に対して補助型11が常に同じ向きに取り付けられるように構成されている。
内型15は、外形状が補助型11の補助型成形面113と同じ長方形板状に形成されている。内型15の一面は、例えば平面状の第1領域主型成形面としての平坦部主型成形面151を構成し、他面は、ガラスビーズ17を外型16に押圧する平面状の緩衝材押圧面152を構成している。
この外型凹部161における上端側の部分のうち、短手方向両端には、カバー部材1の第1の屈曲部3を成形するための第2領域主型成形面としての第1の屈曲部主型成形面162が設けられ、長手方向両端には、カバー部材1の第2の屈曲部4を成形するための第2領域主型成形面としての第2の屈曲部主型成形面163が設けられている。
収容凹部164の底面には、当該底面を貫通する2個の貫通孔166が当該収容凹部164の長手方向に並んで設けられている。
次に、成形装置の構成について説明する。
図8において、成形装置20は、チャンバ21を備えている。チャンバ21内部において、ガラス素材Gをプレス成形してカバー部材1を得る。チャンバ21の水平方向一端側には、成形前のガラス素材Gをセットした成形型10を取り入れるための取入口211が設けられ、他端側には、成形後のカバー部材1が収容された成形型10を取り出すための取出口212が設けられている。
各ゾーン22〜29におけるステージ30の上方には、成形型10を上から加熱する少なくとも1個ずつの上側ヒータ31が設けられている。
第1の成形ゾーン26および第2の成形ゾーン27における上側ヒータ31は、ピストン軸321によって昇降可能に構成され、成形型10を上からプレスするためのプレス部材32の内部に設けられている。
さらに、チャンバ21の外部には、外型16の貫通孔166に挿通されて、内型15およびカバー部材1を外型16から取り外すための図示しない取り外しピンが設けられている。
次に、カバー部材1の成形方法について説明する。
まず、ガラス素材Gとガラスビーズ17とを準備する。
ガラス素材Gとしては、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボロンシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスなどを使用できる。このうち、アルミノシリケートガラスや、リチウムアルミノシリケートガラスを好ましく使用できる。
より具体的なガラス素材Gの組成は、酸化物基準のモル%で表示した組成で、SiO2を50〜80%、Al2O3を0.1〜25%、Li2O+Na2O+K2Oを3〜30%、MgOを0〜25%、CaOを0〜25%およびZrO2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)酸化物基準のモル%で表示した組成で、モル%で表示した組成で、SiO2を63〜73%、Al2O3を0.1〜5.2%、Na2Oを10〜16%、K2Oを0〜1.5%、Li2Oを0〜5.0%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%を含むガラス。
(ii)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を50〜74%、Al2O3を1〜10%、Na2Oを6〜14%、K2Oを3〜11%、Li2Oを0〜5.0%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrO2を0〜5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が75%以下、Na2OおよびK2O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)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を68〜80%、Al2O3を4〜10%、Na2Oを5〜15%、K2Oを0〜1%、Li2Oを0〜5.0%、MgOを4〜15%およびZrO2を0〜1%含有するガラス。
(iv)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を67〜75%、Al2O3を0〜4%、Na2Oを7〜15%、K2Oを1〜9%、Li2Oを0〜5.0%、MgOを6〜14%およびZrO2を0〜1.5%含有し、SiO2およびAl2O3の含有量の合計が71〜75%、Na2OおよびK2O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)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を56〜73%、Al2O3を10〜24%、B2O3を0〜6%、P2O5を0〜6%、Li2Oを2〜7%、Na2Oを3〜11%、K2Oを0〜5%、MgOを0〜8%、CaOを0〜2%、SrOを0〜5%、BaOを0〜5%、ZnOを0〜5%、TiO2を0〜2%、ZrO2を0〜4%含有するガラス。
より具体的なガラスビーズ17の組成は、酸化物基準の質量%で表示した組成で、SiO2を50〜80%、Al2O3を0.1〜10%、B2O3を0.1〜10%、MgOを0.1〜10%、CaOを0.1〜10%、BaOを0.1〜10%、Na2Oを0.1〜40%、K2Oを0.1〜10%、およびP2O5+SrO+TiO2+Fe2O3+Co2O3+ZnO+ZrO2+As2O3+PbO+CdO+Sb2O3+SO3+Cl+Fを0〜5%含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。
このセットの際、まず、外型16の4箇所のビーズ位置決め部165にそれぞれガラスビーズ17を載置して位置決めする。このように、ビーズ位置決め部165を用いることで、ガラスビーズ17の位置決めが容易になる。また、このとき、平面形状がガラスビーズ17の直径よりも大きい外側位置決め凹部165Bにガラスビーズ17を入れるだけで、当該ガラスビーズ17が外側位置決め凹部165B内で転がりその一部が内側位置決め凹部165Aに収容され、ガラスビーズ17の正確な位置決めを容易にできる。
この後、外型16の上面に、ピン貫通孔122がピン嵌合溝167と重なるように位置決め板12を載置し、位置決め板12の位置決め孔121内にガラス素材Gを入れる。これにより、ガラス素材Gの中心と平坦部主型成形面151の中心とが一致する状態で、ガラス素材Gが平坦部主型成形面151上に位置決めされる。また、このとき、平坦部主型成形面151と接触するガラス素材Gの下面(第2の主面1B)が外型16の上面よりも上方に位置し、ガラス素材Gは、第1,第2の屈曲部主型成形面162,163と接触しないように位置決めされる。
なお、以上のガラス素材Gの成形型10へのセットは、図示しないロボットが行うが、作業者が手作業で行ってもよい。
そして、ガラス素材Gをセットした成形型10を図示しない搬送機構がチャンバ21内に搬送し、各ゾーン22〜29内に所定時間ずつ位置させる。
次に、第1〜第2の成形ゾーン26〜27において、図9(B)に示すように、プレス部材32によって補助型11を押圧し、ガラス素材Gが補助型11の平坦部補助型成形面114と主型13の平坦部主型成形面151とに当接した状態を維持しつつ、ガラスビーズ17を塑性変形させることで内型15を収容凹部164に収容する。そして、図9(B)に示す状態からさらに補助型11を押圧し、図10(C)に示すように、ガラス素材Gにおける平坦部補助型成形面114および平坦部主型成形面151に当接していない部分を、第1,第2の屈曲部補助型成形面115,116と第1,第2の屈曲部主型成形面162,163とでプレスして、図1(A)〜(C)に示すような平坦部2および第1,第2の屈曲部3,4を有するカバー部材1を成形する。また、カバー部材1の第2の主面1Bには、内型15の各辺と収容凹部164の各辺との隙間Pに、軟化したガラス素材Gの一部が入り込むことにより形成された、線状転写部5が設けられている。
線状転写部5を除去しない場合、当該線状転写部5を目安にしてカバー部材1の配置時の位置決めを容易に行える。また、線状転写部5を模様として考えれば、プレス成形を行うだけの簡単な方法で意匠性を向上できる。
その後、プレス成形時に変形したガラスビーズ17を取り出して新しいガラスビーズ17を外型16の外型凹部161に載置し、上述と同様の工程によって次のガラス素材Gのプレス成形を行う。
logη=A+B/(T−T0) … (1)
A、B、T0:以下の表3を参照
ガラス素材の粘性を求める場合のT:表2に示す上側ヒータの実測温度
ガラスビーズの粘性を求める場合のT:表2に示す下側ヒータの実測温度
平衡粘性比log10(η/η0)は1.2以上4.5以下がより好ましく、1.4以上4.0以下がさらに好ましい。これは成形後のガラス表面への、成形型を作製する際に残ったツールマーク痕の転写を低減でき、面内の板厚方向応力積分値Sのばらつきが小さくなり、ガラス面内の皺の発生を低減できる。
上述したような第1実施形態によれば、ガラス素材Gにおける平坦部2となる部分を常に補助型11の平坦部補助型成形面114と主型13の平坦部主型成形面151とに当接させつつプレス成形することで、平坦部2となる部分がプレス成形中に撓んでしまうことを抑制でき、この撓みに起因する平坦部2と第1,第2の屈曲部3,4の境界における皺の発生を抑制できる。
次に、本発明の第2実施形態について図面を参照して説明する。
なお、第1実施形態と同一の構成については、同一符号を付し、説明を省略あるいは簡略にする。
図12(A)において、成形型40は、第1実施形態と同様のカバー部材1の製造に用いられ、位置決め板42と、下型である主型43とを備えている。位置決め板42、主型43は、カーボン製であることが好ましい。
主型43は、内型45と、外型46と、ガラスビーズ17とを備えている。
内型45は、平坦部主型成形面151から緩衝材押圧面152まで貫通する吸引孔453を備えていること以外は、第1実施形態の内型15と同様の構成を有している。吸引孔453は、ガラス素材Gを平坦部主型成形面151と密着するように吸引保持可能な構成であれば、その個数や配置位置は特に限定されてない。
外型46は、吸気溝461と、吸引管貫通孔462とを備えていること、および、ピン嵌合溝167を備えていないこと以外は、第1実施形態の外型16と同様の構成を有している。吸気溝461は、収容凹部164の底面中央に設けられている。吸引管貫通孔462には吸引管47の一端が接続され、吸引管47の他端は、図示しない吸引装置に接続されている。
その後、内型45と外型46とのうち少なくとも一方を移動させ(相対移動)、図12(B)に示すように、ガラスビーズ17を塑性変形させることで、ガラス素材Gにおける平坦部主型成形面151に当接していない部分を、第1,第2の屈曲部主型成形面162,163に倣わせて成形して、図1(A)〜(C)に示すような平坦部2および第1,第2の屈曲部3,4を有するカバー部材1を得ることができる。
なお、内型45と外型46とを移動させる方法としては、収容凹部164を負圧にすることにより大気圧でガラス素材Gの上部が押されて内型45が下方向に駆動する。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並びに設計の変更などでき、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造等は本発明の目的を達成できる範囲で変更してもよい。
成形素材の形状は、長方形板状に限らず、多角形板状や円板状であってもよい。
位置決め板12,42はなくてもよい。
内型15,45の緩衝材押圧面152にガラスビーズ17の一部が収容される凹部が設けられていてもよい。
ビーズ位置決め部165はなくてもよいし、内側位置決め凹部165Aのみで構成されていてもよい。内側位置決め凹部165Aは、球面状ではなく、円柱状あるいは多角柱状であってもよい。
ガラスビーズ17は、第1領域としての平坦部2の四隅以外に対応する位置、例えば平坦部2の面内中央や各辺の中央に配置されていてもよく、この場合、ガラスビーズ17の配置位置にビーズ位置決め部165が設けられていてもよいし、設けられていなくてもよい。
ガラスビーズ17は、円柱状、多角柱状あるいはばね状など球状以外の形状でもよい。
成形型10を構成する補助型11、位置決め板12、主型13、成形型40を構成する位置決め板42、主型43の材質はカーボンに限らず、超硬合金、SiC、石英などのSiO2を主とするセラミクス、窒化ホウ素、アンビロイ(商標)、ステンレス材、インコネル(商標)などであってもよい。
成形体の用途としては、特に制限はない。具体例としては、壁材、物品の筐体を構成する部品等が挙げられる。
カバー部材の用途としては、特に制限はない。具体例としては、車両用透明部品(ヘッドライトカバー、サイドミラー、フロント透明基板、サイド透明基板、リア透明基板、インスツルメントパネル表面等)、メータ、建築窓、ショーウインドウ、建築用内装部材、建築用外装部材、ディスプレイ(ノート型パソコン、モニタ、LCD、PDP、ELD、CRT、PDA等)、LCDカラーフィルタ、タッチパネル用基板、ピックアップレンズ、光学レンズ、眼鏡レンズ、カメラ部品、ビデオ部品、CCD用カバー基板、光ファイバ端面、プロジェクタ部品、複写機部品、太陽電池用透明基板(カバー部材等)、携帯電話窓、バックライトユニット部品(導光板、冷陰極管等)、バックライトユニット部品液晶輝度向上フィルム(プリズム、半透過フィルム等)、液晶輝度向上フィルム、有機EL発光素子部品、無機EL発光素子部品、蛍光体発光素子部品、光学フィルタ、光学部品の端面、照明ランプ、照明器具のカバー、増幅レーザー光源、反射防止フィルム、偏光フィルム、農業用フィルム等が挙げられる。
それぞれの例の成形中におけるガラス素材、ガラスビーズの温度や平衡粘性は、ダッソー・システムズ社製の汎用解析ソフトABAQUS(Ver6.13−2)を用いて熱伝導解析を実施し得られた結果を元に記載した。
logη=A+B/(T−T0) …(1)
A、B、T0:以下の表7を参照
ガラス素材の粘性を求める場合のT:表2に示す上側ヒータの実測温度
ガラスビーズの粘性を求める場合のT:表2に示す下側ヒータの実測温度
なお、例2〜例5も同様に解析を実施し、平衡粘性を求めた。
例1〜例5のガラス成形体は、(1)ガラス素材の準備、(2)ガラス素材の端面の研削処理、(3)載置、(4)予熱、(5)成形、(6)徐冷および(7)成形体取出しの工程を経て作製した。
(1)ガラス素材の準備
軟化点が約853℃、徐冷点が約635℃、歪点が約588℃となる、厚さ0.5mmの板状ガラスを準備し、主面が148×78mmの角部をR形状に加工してガラス素材Iとした。なお、最終的に得られるガラス成形体Iの第1領域とその外縁の第2領域が所望の大きさとなるように、上述のような主面の大きさとした。
緩衝材としてのガラスビーズは、軟化点が約704℃、徐冷点が約533℃、歪点が約506℃であるガラスビーズIを使用した。
その後、ガラス素材Iの全周にわたってガラスの端面から0.2mmの寸法でC面取りを行った。面取りは600番の砥石(東京ダイア社製)を用い、砥石の回転数が6500rpm、砥石の移動速度が5000mm/分で処理した。これにより端面の表面粗さが450nmとなった。
図9(A)に示した、補助型11と位置決め板12と主型13とを有する成形型10を使用した。主型13は内型15と外型16を備え、内型15の平坦部主型成形面151は平坦で、外型16の第1,第2の屈曲部主型成形面162、163は、最終的に得られるガラス成形体Iの第2領域に、曲率半径5.0mm、曲げ角度87度、曲げ深さ3.0mmとなる屈曲面を成形できるように、デザインされていた。成形型10の材料としてはカーボンを使用した。図9(A)に示すように位置決め板12に従い、端面加工したガラス素材Iの主面のうち、最終的に第1領域となる第2の主面1Bを内型15と接するように載置した。
前記載置後、ガラス素材Iと成形型10全体を成形装置20内で、予熱、変形および冷却を行った。使用した成形装置20は、予熱ゾーンが第1、第2、第3および第4の予熱ゾーン22,23,24,25を、成形ゾーンが第1,第2の成形ゾーン26,27を、徐冷ゾーンが第1と第2の徐冷ゾーン28,29を有していた。
第1の予熱ゾーン22において、ガラス素材Iと成形型10全体を室温から2分間で、第2領域となる部位の平衡粘性が1018Pa・sとなる476℃に昇温した。続いて、ガラス素材Iを載置した成形型10を第2〜4の予熱ゾーン23〜25に搬送し、第2領域となる部位について成形可能な平衡粘性1011Pa・sとなる670℃まで、6分間で昇温した。なお、このときのガラスビーズIの温度は669℃であり、平衡粘性は107.4Pa・s、ガラス素材Iのうち第1領域に相当する部位の温度は683℃で、平衡粘性は1011Pa・sであった。
第4の予熱ゾーン25で予熱が完了したガラス素材Iと成形型全体とを、第1の成形ゾーン26に搬送した。第1の成形ゾーン26においてガラス素材Iの第2領域となる部位の平衡粘性を1011〜1012Pa・sに維持したまま、プレス部材32により補助型11を最大630Nで押圧した。続いて第2の成形ゾーン27に搬送し、さらにプレス部材32により補助型11を最大1500Nで押圧した。この際、ガラスビーズIが塑性変形し、内型15が収容凹部164に収容されるまで成形を実施した。
第1の成形ゾーン26において成形工程が完了したガラス素材Iと成形型10全体を、第1の徐冷ゾーン28に搬送し、4分間で第1領域となる部位の平衡粘性が1021Pa・sとなるように徐冷を実施した。その後、第2の徐冷ゾーン29にガラス素材Iと成形型10全体を搬送した後、室温まで放冷した。
徐冷完了した成形型10を分解し、ガラス素材Iを上記工程において成形することで得られたガラス成形体Iを取り出した。得られたガラス成形体Iは、図1に示すような、第1領域としての平坦部2と、平坦部2の外周に、曲率半径5.0mm、曲げ角度87度、曲げ深さ3.0mmとなる第2領域としての第1,第2の屈曲部3,4と、を備えていた。
(1)ガラス素材の準備
軟化点が約821℃、徐冷点が約606℃、歪点が約556℃となる、厚さ0.5mmの板状ガラスを準備し、主面が148×78mmの角部をR形状に加工してガラス素材IIとした。なお、最終的に得られるガラス成形体IIの第1領域とその外縁の第2領域が所望の大きさとなるように、上述のような主面の大きさとした。
緩衝材としてのガラスビーズは、軟化点が約677℃、徐冷点が約518℃、歪点が約493℃であるガラスビーズIIを使用した。
(2)端面の研削処理および(3)載置については、[例1]と同様とした。
使用した成形装置20は、[例1]と同様とした。
第1の予熱ゾーン22において、ガラス素材IIと成形型全体を室温から2分間で、第2領域となる部位の平衡粘性が1019Pa・sとなる483℃に昇温した。続いて、ガラス素材IIを載置した成形型10を第2〜4の予熱ゾーン23〜25に搬送し、第2領域となる部位について成形可能な平衡粘性1010Pa・sとなる667℃まで6分間で昇温した。なお、このときのガラスビーズIIの温度は692℃であり、平衡粘性は106.4Pa・s、ガラス素材IIのうち第1領域に相当する部位の温度は671℃で、平衡粘性は1010Pa・sであった。
第4の予熱ゾーン25で予熱が完了したガラス素材IIと成形型10全体とを、第1の成形ゾーン26に搬送した。第1の成形ゾーン26においてガラス素材IIの第2領域となる部位の平衡粘性を1010〜1011Pa・sに維持したまま、プレス部材32により補助型11を最大630Nで押圧した。続いて第2の成形ゾーン27に搬送し、さらにプレス部材32により補助型11を最大1500Nで押圧した。この際、ガラスビーズIIが塑性変形し、内型15が収容凹部164に収容されるまで成形を実施した。
第1の成形ゾーン26において成形工程が完了したガラス素材IIと成形型全体を、第1の徐冷ゾーン28に搬送し、4分間で第2領域となる部位の平衡粘性が1038Pa・sとなるように徐冷を実施した。その後、第2の徐冷ゾーン29にガラス素材IIと成形型10全体を搬送した後、室温まで放冷した。
(7)成形体取出し
徐冷完了した成形型10を分解し、ガラス素材IIを上記工程において成形することで得られたガラス成形体IIを取り出した。得られたガラス成形体IIは、図1に示すような、第1領域としての平坦部2と、平坦部2の外周に、曲率半径5.0mm、曲げ角度87度、曲げ深さ3.0mmとなる第2領域としての第1,第2の屈曲部3,4と、を備えていた。
(1)ガラス素材の準備
軟化点が約780℃、徐冷点が約547℃、歪点が約501℃となる板状ガラスを準備し、厚さ0.5mm、主面が148×78mmの角部をR形状に加工してガラス素材IIIとした。
緩衝材としてのガラスビーズは、[例2]と同様の、軟化点が約677℃、徐冷点が約518℃、歪点が約493℃であるガラスビーズIIを使用した。
(2)端面の研削処理および(3)載置については、[例1]と同様とした。
使用した成形装置20は、[例1]と同様とした。
第1の予熱ゾーン22において、ガラス素材IIIと成形型10全体を室温から2分間で、第2領域となる部位の平衡粘性が1014Pa・sとなる495℃に昇温した。続いて、ガラス素材IIIを載置した成形型10を第2〜4の予熱ゾーン23〜25に搬送し、第2領域となる部位について成形可能な平衡粘性109Pa・sとなる675℃まで、6分間で昇温した。なお、このときのガラスビーズIIIの温度は686℃であり、平衡粘性は106.5Pa・s、ガラス素材IIIのうち第1領域に相当する部位の温度は687℃で、平衡粘性は108Pa・sであった。
第4の予熱ゾーン25で予熱が完了したガラス素材IIIと成形型10全体とを、第1の成形ゾーン26に搬送した。第1の成形ゾーン26においてガラス素材IIIの第2領域となる部位の平衡粘性を109〜1010Pa・sに維持したまま、プレス部材32により補助型11を最大630Nで押圧した。続いて第2の成形ゾーン27に搬送し、さらにプレス部材32により補助型11を最大1500Nで押圧した。この際、ガラスビーズIIIが塑性変形し、内型15が収容凹部164に収容されるまで成形を実施した。
第1の成形ゾーン26において成形工程が完了したガラス素材IIIと成形型10全体を、第1の徐冷ゾーン28に搬送し、4分間で第2領域となる部位の平衡粘性が1016Pa・sとなるように徐冷を実施した。その後、第2の徐冷ゾーン29にガラス素材IIIと成形型10全体を搬送した後、室温まで放冷した。
(7)成形体取出し
徐冷完了した成形型10を分解し、ガラス素材IIIを上記工程において成形することで得られたガラス成形体IIIを取り出した。得られたガラス成形体IIIは、図1に示すような、第1領域としての平坦部2と、平坦部2の外周に、曲率半径5.0mm、曲げ角度87度、曲げ深さ3.0mmとなる第2領域としての第1,第2の屈曲部3,4と、を備えていた。
(1)ガラス素材の準備
[例3]と同様の軟化点が約780℃、徐冷点が約547℃、歪点が約501℃となる板状ガラスを準備し、厚さ0.5mm、主面が148×78mmの角部をR形状に加工してガラス素材IIIとした。
緩衝材としてのガラスビーズは、軟化点が約569℃、徐冷点が約445℃、歪点が約426℃であるガラスビーズIIIを使用した。
(2)端面の研削処理および(3)載置については、[例1]と同様とした。
徐冷完了した成形型10を分解し、ガラス素材IIIを上記工程において成形することで得られたガラス成形体IVを取り出した。得られたガラス成形体IVは、図1に示すような、第1領域としての平坦部2と、平坦部2の外周に、曲率半径5.0mm、曲げ角度87度、曲げ深さ3.0mmとなる第2領域としての第1,第2の屈曲部3,4と、を備えていた。
ガラス成形体IVを450℃に加熱して溶融させた硝酸ナトウム塩に2時間浸漬しイオン交換処理をした。その後、ガラス成形体IVを溶融塩より引き上げ、1時間で室温まで徐冷して、溶融塩が固化してできた析出塩を水で洗い流し、乾燥させた。その後、425℃に加熱して溶融させた硝酸カリウム塩に、ガラス成形体IVを1.5時間浸漬しイオン交換処理をした。その後、再度、ガラス成形体IVを溶融塩より引き上げ、1時間で室温まで徐冷し、水で洗い流し、乾燥させた。ガラス成形体IVは、表面圧縮応力が900MPa、表面圧縮応力の深さ(DOL)が130μmであった。
(1)ガラス素材の準備
[例3]と同様の軟化点が約780℃、徐冷点が約547℃、歪点が約501℃となる板状ガラスを準備し、厚さ0.5mm、主面が148×78mmの角部をR形状に加工してガラス素材IIIとした。
緩衝材としてのガラスビーズは、[例4]と同様の、軟化点が約569℃、徐冷点が約445℃、歪点が約426℃であるガラスビーズIIIを使用した。
(2)端面の研削処理および(3)載置については、[例1]と同様とした。
使用した成形装置20は、[例1]と同様とした。
第1の予熱ゾーン22において、ガラス素材IIIと成形型10全体を室温から、2分間で第2領域となる部位の平衡粘性が1018Pa・sとなる418℃に昇温した。続いて、ガラス素材IIIを載置した成形型10を第2〜4の予熱ゾーン23〜25に搬送し、第2領域となる部位について成形可能な平衡粘性1010Pa・sとなる600℃まで、6分間で昇温した。なお、このときのガラスビーズIIIの温度は576℃であり、平衡粘性は106.5Pa・s、ガラス素材IIIのうち第1領域に相当する部位の温度は617℃で、平衡粘性は1010Pa・sであった。
第4の予熱ゾーン25で予熱が完了したガラス素材IIIと成形型全体とを、第1の成形ゾーン26に搬送した。第1の成形ゾーン26においてガラス素材IIIの第2領域となる部位の平衡粘性を1010〜1011Pa・sに維持したまま、プレス部材32により補助型11を最大630Nで押圧した。続いて第2の成形ゾーン27に搬送し、さらにプレス部材32により補助型11を最大1500Nで押圧した。この際、ガラスビーズIIIが塑性変形し、内型15が収容凹部164に収容されるまで成形を実施した。
第1の成形ゾーン26において成形工程が完了したガラス素材IIIと成形型10全体を、第1の徐冷ゾーン28に搬送し、4分間で第2領域となる部位の平衡粘性が1025Pa・sとなるように徐冷を実施した。その後、第2の徐冷ゾーン29にガラス素材IIIと成形型10全体を搬送した後、室温まで放冷した。
(7)成形体取出し
徐冷完了した成形型10を分解し、ガラス素材IIIを上記工程において成形することで得られたガラス成形体Vを取り出した。得られたガラス成形体Vは、図1に示すような、第1領域としての平坦部2と、平坦部2の外周に、曲率半径5.0mm、曲げ角度87度、曲げ深さ3.0mmとなる第2領域としての第1,第2の屈曲部3,4と、を備えていた。
表示面に曲面を有するカバーガラスを備えた市販のスマートフォンを入手し、カバーガラスを取り外し、成形体VIとした。得られたガラス成形体VIは、図1に示すような、第1領域としての64mm×146mmの平坦部2と、平坦部2の外周に、短軸方向に曲率半径4mm、曲げ角度76度、曲げ深さ2.3mm、長軸方向に曲率半径10mm、曲げ角度89度、曲げ深さ0.3mmとなる第2領域としての第1,第2の屈曲部3,4と、を備えていた。なお、成形体VIは化学強化処理されていた。
板厚方向応力積分値Sに関しては、複屈折測定装置(フォトニックラティス社製WPA−100)を用いて測定した。板厚方向応力積分値Sの測定範囲は、図2に示すように、点(M/4、0)と点(−M/4、0)とを結ぶ線分A上と、点(0、N/4)と点(0、−N/4)とを結ぶ線分B上に設定した。第1領域としての平坦部2にある重心を中心点=(m、n)=(0、0)とし、成形体の第2の主面1B側からみた上面視において、中心点を通る長辺方向をm軸、直交する方向をn軸とした。成形体I〜Vについては、長辺と短辺のそれぞれの寸法に基づき、m軸方向は(m、n)=(37mm、0mm)から(m、n)=(−37mm、0mm)の範囲、n軸方向は(m、n)=(0mm、20mm)から(m、n)=(0mm、−20mm)の範囲を測定した。成形体VIについては、m軸方向は(m、n)=(38mm、0mm)から(m、n)=(−38mm、0mm)の範囲、n軸方向は(m、n)=(0mm、18mm)から(m、n)=(0mm、−18mm)の範囲を測定した。
形状誤差量と平坦度は、gom社製の3次元計測機ATOS(型番:ATOS Triple scan III)を使用した。形状誤差量は、設計上の寸法などであるガラスデザインからの偏差量をPV値で示した。平坦度はATOS上で成形品の第1領域を元に、デザインの設計値に基づく仮想面を近似的に作成し、この仮想面に対して第1領域の偏差量をPV値で表した。ガラス成形体VIについてはデザイン形状、成形方法が分からないため、形状誤差量については評価しなかった。
得られた測定結果から、板厚方向応力積分値Sの最大値を読み取り、表8にその結果を示す。表8に示すように、成形体I〜Vの板厚方向応力積分値Sの最大値は3.0MPa以下となっていた。この結果から、第1領域における皺の発生を低減させられることがわかった。一方で、成形体VIの板厚方向応力積分値Sは3MPaより大きいことから、第1領域の四隅部付近に皺の発生があることがわかった。
さらに成形体I〜成形体IVの板厚方向応力積分値Sは2MPa未満となっていた。これは、成形素材の徐冷点(logη=12(Pa・s))の温度における緩衝材の粘性(logη0(Pa・s))との差(粘性比)log(η/η0)が4.5未満となり、成形体平面内に過剰なプレス圧が発生する前に緩衝材が潰れるため板厚方向応力積分値Sが小さくなったと考えられる。
Claims (20)
- 平板状の成形素材を成形することによって、第1領域およびその外縁の少なくとも一部に設けられた第2領域を有し、前記第2領域の曲率半径が前記第1領域の曲率半径に比べ小さい板状の成形体を得るための成形型であって、
前記第1領域に対応する形状の第1領域主型成形面および前記第2領域に対応する形状の第2領域主型成形面を有する主型を備え、
前記主型は、前記第1領域主型成形面を有する内型と、前記内型を収容可能な収容凹部および前記収容凹部の外縁の少なくとも一部に前記第2領域主型成形面を有する外型と、前記内型および前記収容凹部の底面との間に設けられ、前記内型と前記外型との相対移動に伴い押圧されて変形する緩衝材とを備えていることを特徴とする成形型。 - 前記成形体の前記第1領域および前記第2領域に対応する形状の、第1領域補助型成形面および第2領域補助型成形面を備えた補助型をさらに有し、
前記成形がプレス成形である請求項1に記載の成形型。 - 前記補助型は上型であり、前記主型は下型である請求項2に記載の成形型。
- 前記収容凹部の底面には、前記緩衝材を位置決めする緩衝材位置決め部が設けられている請求項1から3のいずれか一項に記載の成形型。
- 前記緩衝材位置決め部は、前記緩衝材の一部を収容可能に凹んだ内側位置決め凹部と、前記内側位置決め凹部の周縁に設けられ、当該内側位置決め凹部よりも浅く凹んだ外側位置決め凹部とを備えている請求項4に記載の成形型。
- 前記成形体の第1領域は、平面視で多角形状であり、
前記緩衝材は、前記第1領域の各角部に対応する位置に設けられている請求項1から5のいずれか一項に記載の成形型。 - 前記収容凹部には、前記内型と前記外型との相対移動方向に貫通する貫通孔が設けられている請求項1から6のいずれか一項に記載の成形型。
- 前記内型における前記第1領域主型成形面と反対側に位置する緩衝材押圧面は、平面状であり、
前記緩衝材は、球状である請求項1から7のいずれか一項に記載の成形型。 - 前記緩衝材は、加圧により塑性変形する請求項1から8のいずれか一項に記載の成形型。
- 前記緩衝材は、ガラス製である請求項1から9のいずれか一項に記載の成形型。
- 前記成形素材は、ガラス製であり、
前記成形素材の徐冷点において、前記成形素材の平衡粘性η(Pa・s)と、前記緩衝材の平衡粘性η0(Pa・s)との比率の対数log10(η/η0)が1以上5以下である請求項10に記載の成形型。 - 前記緩衝材の熱伝導係数は0.1W/(m・K)以上、1.5W/(m・K)以下である請求項1から11のいずれか一項に記載の成形型。
- 請求項1から12のいずれか一項に記載の成形型と、
前記成形型の前記主型を構成する前記内型を前記収容凹部に収容するように加圧する加圧部とを備えている成形装置。 - 請求項13に記載の成形装置を用い、
平板状の成形素材における第2の主面が前記主型の第1領域主型成形面に当接した状態で、前記加圧部によって前記内型を前記収容凹部に収容するように加圧し、
前記成形素材が前記第1領域主型成形面に当接した状態を維持しつつ、前記緩衝材を変形させて、前記内型を前記外型の前記収容凹部に収容することで、前記成形素材における前記第1領域主型成形面に当接していない部分を前記主型の第2領域主型成形面に沿わせながら成形して、前記第1領域および前記第2領域を有する成形体を得る成形体の製造方法。 - 前記成形型の加圧前の段階において前記成形型を予熱する予熱部を備えている請求項13に記載の成形装置。
- 請求項15に記載の成形装置を用い、
平板状の成形素材における第2の主面が前記主型の第1領域主型成形面に当接した状態で、前記予熱部によって前記成形型を予熱することで前記成形素材を軟化させ、
前記加圧部によって前記内型を前記収容凹部に収容するように加圧し、
前記成形素材が前記第1領域主型成形面に当接した状態を維持しつつ、前記緩衝材を変形させて、前記内型を前記外型の前記収容凹部に収容することで、前記成形素材における前記第1領域主型成形面に当接していない部分を前記主型の第2領域主型成形面に沿わせながら成形して、前記第1領域および前記第2領域を有する成形体を得る成形体の製造方法。 - 第1領域と当該第1領域の外周に設けられた第2領域とを有する板状の成形体であって、
前記第2領域の曲率半径が前記第1領域の曲率半径に比べ小さく、
前記成形体において、前記第2領域が前記第1領域に対して屈曲した方向側の、前記成形体の主面を第1の主面、その反対側の主面を第2の主面とすると、
前記成形体の第2の主面側から見た上面視において、
前記成形体の長辺方向をm軸、これと直交する短辺方向をn軸、前記成形体の重心を中心点(m、n)=(0、0)、前記成形体の長辺寸法をM、短辺寸法をNとした場合、点(M/4、0)および点(−M/4、0)を結ぶ線分A上と、点(0、Y/4)および点(0、−Y/4)を結ぶ線分B上とでの、板厚方向応力積分値Sが0.1MPa以上、3.0MPa以下である成形体。 - 前記第1領域の短軸方向の長さをLmm、前記成形体において前記第2の主面の前記第1領域の外縁から中心点へ向かってL/10mmの範囲における算術平均粗さをRa1、前記第2領域の算術平均粗さをRa2とした場合、Ra1/Ra2>1.1の関係を有し、Ra2<10nmである請求項17に記載の成形体。
- 前記成形体は、保護対象を保護するカバー部材である請求項17または18に記載の成形体。
- 前記成形体は、ガラス製である請求項17から19のいずれか一項に記載の成形体。
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