JP2021011400A

JP2021011400A - ガラス部材およびその製造方法

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Publication number: JP2021011400A
Application number: JP2019125018A
Authority: JP
Inventors: 原田　高志; Takashi Harada; 高志原田
Original assignee: MinebeaMitsumi Inc
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2021-02-04
Also published as: WO2021002161A1; CN113840811A

Abstract

【課題】軽量で強度の高いガラス部材を提供すること。【解決手段】実施形態のガラス部材は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域とを備える。前記第１の領域は、平面部に対応する第１の厚みを有する。前記第２の領域は、側壁に対応する第２の厚みを有する。前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第２の領域とを接続し、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する。ガラス部材は、偏肉のガラスの薄板から形成される。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、ガラス部材およびその製造方法に関する。

スマートフォン等の筐体の一部として、ガラスを素材としたガラス部材が用いられることがある（例えば、特許文献１、２等を参照）。ガラス部材は、高級感があり、デザイン的に優れている。

特表２００３−５０２２５７号公報特表２０１５−５１２０５７号公報

しかしながら、ガラス部材は、強度をもたせるために厚みを大きくすると重くなり、軽くするためむやみに厚みを小さくすると強度が低下して落下時等に割れやすいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量で強度の高いガラス部材を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るガラス部材は、第１の領域と、第２の領域と、第３の領域とを備える。前記第１の領域は、平面部に対応する第１の厚みを有する。前記第２の領域は、側壁に対応する第２の厚みを有する。前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第２の領域とを接続し、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する。ガラス部材は、偏肉のガラスの薄板から形成される。

本発明の一態様に係るガラス部材は、軽量で強度を高めることができる。

図１は、一実施形態にかかるガラス部材の外観斜視図である。図２Ａは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（１）である。図２Ｂは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（２）である。図２Ｃは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（３）である。図２Ｄは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（４）である。図２Ｅは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（５）である。図３Ａは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（６）である。図３Ｂは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（７）である。図３Ｃは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（８）である。図３Ｄは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（９）である。図３Ｅは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図（１０）である。図４は、ガラス部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。図５は、偏肉に加工された薄板の例を示す断面図である。図６は、曲げ加工に用いられる金型の例を示す外観斜視図である。図７は、落下試験の結果の例を示す図（１）である。図８は、落下試験の結果の例を示す図（２）である。

以下、実施形態に係るガラス部材およびその製造方法について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。

図１は、一実施形態にかかるガラス部材１の外観斜視図であり、ガラス部材１を斜め下側から見た図である。ガラス部材１は、例えば、スマートフォンの本体ケースの一部として用いられる。

図１において、ガラス部材１は、略矩形状の平面部１ａと、この平面部１ａの周囲から延在する側壁１ｂとを備えており、透明なガラスが素材として用いられている。なお、図では表面の曲率が変化する部分に線が描かれているが、この線は肉眼では見えない。また、実際の製品としては、平面部１ａや側壁１ｂに、カメラやスピーカー等のための窓や孔が設けられる。これらの窓や孔は、後述する曲げ工程の前後での加工（窓切削、孔切削等）が可能であり、化学強化を行うことで強度の低下は生じない。

図２Ａ〜図２Ｅは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図であり、連続的に厚み（肉厚）が変化する場合の例である。

図２Ａにおいて、領域Ｒ１は、平面部に対応する第１の厚みｔ１を有する第１の領域である。領域Ｒ２は、側壁に対応する第２の厚みｔ２を有する第２の領域である。領域Ｒ３は、第１の厚みｔ１と第２の厚みｔ２との間で肉厚が連続的に変化する第３の領域である。第３の領域Ｒ３では、位置ｃ１、ｃ２で曲率が変化し、連続的に厚みが変化する。図２Ａでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きく、第３の領域Ｒ３の第１の領域Ｒ１寄りの部分の内側に厚みの変化部分がある例である。

図２Ｂでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きく、第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２寄りの部分の内側に厚みの変化部分があり、位置ｃ３、ｃ４で曲率が変化し、連続的に厚みが変化している。

図２Ｃでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きく、第３の領域Ｒ３の第１の領域Ｒ１寄りの部分の外側に厚みの変化部分があり、位置ｃ５、ｃ６で曲率が変化し、連続的に厚みが変化している。

図２Ｄでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より小さく、第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２寄りの部分の外側に厚みの変化部分があり、位置ｃ７、ｃ８で曲率が変化し、連続的に厚みが変化している。

図２Ｅでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より小さく、第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２寄りの部分の内側に厚みの変化部分があり、位置ｃ９、ｃ１０で曲率が変化し、連続的に厚みが変化している。

図３Ａ〜図３Ｅは、図１のＸ−Ｘ断面またはＹ−Ｙ断面における一方（左側）の端部を示す図であり、断続的に厚みが変化する場合の例である。

図３Ａでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きく、第３の領域Ｒ３の第１の領域Ｒ１寄りの部分の内側に厚みの変化部分があり、位置ｂ１、ｂ２で断続的に厚みが変化している。

図３Ｂでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きく、第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２寄りの部分の内側に厚みの変化部分があり、位置ｂ３、ｂ４で断続的に厚みが変化している。

図３Ｃでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きく、第３の領域Ｒ３の第１の領域Ｒ１寄りの部分の外側に厚みの変化部分があり、位置ｂ５、ｂ６で断続的に厚みが変化している。

図３Ｄでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より小さく、第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２寄りの部分の外側に厚みの変化部分があり、位置ｂ７、ｂ８で断続的に厚みが変化している。

図３Ｅでは、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より小さく、第３の領域Ｒ３の第２の領域Ｒ２寄りの部分の内側に厚みの変化部分があり、位置ｂ９、ｂ１０で断続的に厚みが変化している。

上述した、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より大きい例（図２Ａ〜図２Ｃ、図３Ａ〜図３Ｃ）では、全体を同じ厚みｔ２で作成する場合に比べ、平面部がより薄い厚みｔ１となることで、平面部の分だけ軽量化を図ることができる。また、落下時に破損しやすい側壁が厚い厚みｔ２となっているため、強度を高めることができる。また、軽量化により、落下時の衝撃が弱まり、強度を高めることができる。

また、側壁に対応する第２の厚みｔ２の方が平面部に対応する第１の厚みｔ１より小さい例（図２Ｄ、図２Ｅ、図３Ｄ、図３Ｅ）では、全体を同じ厚みｔ１で作成する場合に比べ、側壁がより薄い厚みｔ２となることで、側壁の分だけ軽量化を図ることができる。また、軽量化により、落下時の衝撃が弱まり、強度を高めることができる。

また、第３の領域Ｒ３は、平面部と側壁とが接続される曲げ部分の、平面部寄りの内側、側壁寄りの内側、平面部寄りの外側、または、側壁寄りの外側において、肉厚を連続的または断続的に変化させることができる。これにより、筐体としての形状のバリエーションを広げることができる。

なお、ガラス部材１は偏肉のガラスの薄板から形成されるものであり、薄板の厚みは、３ｍｍ未満であり、第２の厚みと第１の厚みとの差は、０．１ｍｍ以上で３ｍｍ未満であることが望ましい。このような薄いガラスの製品は、ダイレクトプレス（特許文献１）や融着（特許文献２）によっては作製することが困難である。以下に製造方法について説明する。

図４は、ガラス部材１の製造方法の一例を示すフローチャートである。図４において、先ず、エッチング、切削、もしくは、面研磨のいずれか、または、これらの組み合わせにより、ガラスの薄板を、平面部に対応する第１の厚みを有する第１の領域と、側壁に対応する第２の厚みを有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間にあって、第１の厚みと第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する第３の領域とを有する偏肉に加工する（ステップＳ１）。エッチングには、ウエットエッチングとドライエッチングとが含まれる。切削には、フライスやその他の切削手段が含まれる。

図５は、偏肉に加工された薄板１０の例を示す断面図であり、図２Ａの構造を例としている。図５において、上段は曲げ加工後のガラス部材１の一部を示しており、下段は加工前の対応する薄板１０を示している。図５の下段において、例えば、厚みｔ２の素材の薄板１０に対し、領域Ｒ３の位置ｃ２から位置ｃ１までにおいて厚みｔ２から厚みｔ１まで連続的に薄くし、領域Ｒ１においては一様に厚みｔ１まで薄くする。

図４に戻り、次いで、薄板の第３の領域の曲げ部分に対する赤外線の照射と、薄板の金型への吸引とにより、偏肉に加工された薄板の第３の領域において厚みを変えずに曲げ加工を行う（ステップＳ２）。

図６は、曲げ加工に用いられる金型１００の例を示す外観斜視図である。図６において、金型１００は、平坦な上面１００ａと、この上面１００ａの内側に形成された底面１００ｂと内側面１００ｃとを有している。なお、底面１００ｂおよび内側面１００ｃには細孔が設けられ、裏側から真空ポンプ等により吸引が行われるようになっている。

そして、金型１００の上に偏肉に加工された薄板１０が載せられ、薄板１０の周縁部の曲げ部分に赤外線の照射が行われてガラスの軟化が行われ、底面１００ｂおよび内側面１００ｃの細孔からの吸引により、底面１００ｂおよび内側面１００ｃの形状に沿って薄板１０が曲げられる。

図４に戻り、次いで、徐冷および化学強化を実施する（ステップＳ３）。化学強化による圧縮応力層の平均深さは２０〜１００もしくは１２０μｍである。

図７および図８は、製作されたガラス部材についての落下試験の結果の例を示す図であり、図７は曲げ部の板厚に対する良品率を示し、図８はガラス部材の質量に対する良品率を示している。両方の図において、大きい丸は偏肉でない場合のガラス部材を示し、小さい丸は偏肉の場合のガラス部材を示している。図７および図８から明らかなように、本実施形態に基づく偏肉の場合（小さい丸）のガラス部材における良品率が高いことがわかる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以上のように、実施形態に係るガラス部材は、平面部に対応する第１の厚みを有する第１の領域と、側壁に対応する第２の厚みを有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域とを接続し、第１の厚みと第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する第３の領域と、を備え、偏肉のガラスの薄板から形成される。これにより、軽量で強度の高いガラス部材を提供することができる。

また、ガラス部材は、全面がガラスであることから、剛性を保ちつつ電波特性に優れ、通信の大容量化、高速化に伴う高周波無線技術と親和性が高く、スマートフォン等の通信機器の筐体として適している。さらに、通信機器の構成部品（例えば、アンテナ部品）に応じてガラス部材による筐体は形状を自由に変更でき、強度の低下もほとんど招かないことから、設計の自由度を向上させることができる。

また、第３の領域は、第１の領域と第２の領域とを直角以上の角度で接続する。これにより、金型を用いた製造において、金型からガラス部材を容易に取り外すことができる。

また、第３の領域は、平面部と側壁とが接続される部分の、平面部寄りの内側、側壁寄りの内側、平面部寄りの外側、または、側壁寄りの外側において、肉厚が連続的または断続的に変化する。これにより、筐体としての形状のバリエーションを広げることができる。

また、薄板の厚みは、３ｍｍ未満である。これにより、従来のダイレクトプレスや融着によっては製造困難な薄いガラス部材を製造することができる。

また、第２の厚みと第１の厚みとの差は、０．１ｍｍ以上で３ｍｍ未満である。これにより、従来のダイレクトプレスや融着によっては製造できない薄いガラス部材を製造することができる。

また、第２の厚みは、第１の厚みよりも大きい。これにより、全体を同じ第２の厚みで作成する場合に比べ、平面部がより薄い第１の厚みとなることで、軽量化を図ることができる。また、落下時に破損しやすい側壁が厚い第２の厚みとなっているため、強度を高めることができる。

また、第２の厚みは、第１の厚みよりも小さい。これにより、全体を同じ第１の厚みで作成する場合に比べ、側壁がより薄い第２の厚みとなることで、軽量化を図ることができる。また、軽量化により、落下時の衝撃が弱まり、強度を高めることができる。

また、ガラスの薄板を、平面部に対応する第１の厚みを有する第１の領域と、側壁に対応する第２の厚みを有する第２の領域と、第１の領域と第２の領域との間にあって、第１の厚みと第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する第３の領域とを有する偏肉に加工する第１の工程と、偏肉に加工された薄板の第３の領域において厚みを変えずに曲げる第２の工程と、を備える。これにより、軽量で強度の高いガラス部材を提供することができる。

また、第１の工程は、エッチング、切削、または、面研磨のいずれかを含む。これにより、効率的に偏肉の加工を行うことができる。

また、第２の工程は、第３の領域の曲げ部分に対する赤外線の照射と、薄板の金型への吸引とを含む。これにより、効率的に曲げ加工を行うことができる。

また、平面部または側壁に切削により窓または孔を設け、化学強化を施す工程を備える。これにより、実製品への適用が容易になる。

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ガラス部材，１ａ平面部，１ｂ側壁，Ｒ１〜Ｒ３領域，ｔ１、ｔ２厚み，１０薄板，１００金型，１００ａ上面，１００ｂ底面，１００ｃ内側面

Claims

平面部に対応する第１の厚みを有する第１の領域と、
側壁に対応する第２の厚みを有する第２の領域と、
前記第１の領域と前記第２の領域とを接続し、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する第３の領域と、
を備え、偏肉のガラスの薄板から形成される、
ガラス部材。
前記第３の領域は、前記第１の領域と前記第２の領域とを直角以上の角度で接続する、
請求項１に記載のガラス部材。
前記第３の領域は、前記平面部と前記側壁とが接続される部分の、前記平面部寄りの内側、前記側壁寄りの内側、前記平面部寄りの外側、または、前記側壁寄りの外側において、肉厚が連続的または断続的に変化する、
請求項１または２に記載のガラス部材。
前記薄板の厚みは、３ｍｍ未満である、
請求項１〜３のいずれか一つに記載のガラス部材。
前記第２の厚みと前記第１の厚みとの差は、０．１ｍｍ以上で３ｍｍ未満である、
請求項４に記載のガラス部材。
前記第２の厚みは、前記第１の厚みよりも大きい、
請求項１〜５のいずれか一つに記載のガラス部材。
前記第２の厚みは、前記第１の厚みよりも小さい、
請求項１〜５のいずれか一つに記載のガラス部材。
ガラスの薄板を、平面部に対応する第１の厚みを有する第１の領域と、側壁に対応する第２の厚みを有する第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間にあって、前記第１の厚みと前記第２の厚みとの間で肉厚が連続的または断続的に変化する第３の領域とを有する偏肉に加工する第１の工程と、
偏肉に加工された前記薄板の前記第３の領域において厚みを変えずに曲げる第２の工程と、
を備えるガラス部材の製造方法。
前記第１の工程は、エッチング、切削、もしくは、面研磨のいずれか、または、これらの組み合わせを含む、
請求項８に記載のガラス部材の製造方法。
前記第２の工程は、前記第３の領域の曲げ部分に対する赤外線の照射と、前記薄板の金型への吸引とを含む、
請求項８または９に記載のガラス部材の製造方法。
前記平面部または前記側壁に切削により窓または孔を設け、化学強化を施す工程を備える、
請求項８〜１０のいずれか一つに記載のガラス部材の製造方法。