JP2022056241A - カバー材及び表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る車載用ディスプレイを示す模式図である。図1に示すように、本実施形態に係るカバー材10は、車載用ディスプレイ2に設けられ、車載用ディスプレイの表面のカバー材として用いられる。車載用ディスプレイ2は、車両に設けられる表示装置であり、例えば、車内においてステアリングシャフト1の前側に設けられる。車載用ディスプレイ2には、例えばカーナビゲーション画面やスピードメータなどの各種メータ等及びスタートボタンなどが表示される。ただし、図2の構成は一例であり、カバー材10が適用される車載用ディスプレイ2は、任意の構成であってよい。また、カバー材10は、車載用ディスプレイ表面のカバー材として用いられることに限られず、任意の用途に用いるものであってよい。
図2は、本実施形態に係るカバー材の模式図であり、図3及び図4は、本実施形態に係るカバー材の模式的な断面図である。図2に示すように、カバー材10は、透明な板状部材である。なお、ここでの透明とは、可視光に対して透過することを指す。以下、カバー材10の一方の主面を表面10Aとし、表面10Aの反対側の主面を表面10Bとする。また、カバー材10は、湾曲した形状となっており、図2の例では、長方形の平板状の透明な板が湾曲した形状となっている。以下、カバー材10の1つの側面(端面)を側面10C1とし、側面10C1に対向する側面を側面10C2とし、カバー材10の他の1つの側面を側面10C3とし、側面10C3に対向する側面を側面10C4とする。図2の例では、側面10C1、10C2が長方形の短辺であり、側面10C3、10C4が長方形の長辺となっている。なお、カバー材10は、長方形の平板状の透明な板が湾曲した形状であることに限られない。例えば、カバー材10は、多角形、円形、又は楕円形の平板状のカバー材が湾曲した形状になっていてもよい。カバー材10の湾曲度合いについては、後述する。
カバー材10の幅W0は、300mm以上1500mm以下であることが好ましく、400mm以上1200mm以下であることがより好ましく、500mm以上1000mm以下であることが更に好ましい。幅W0は、長方形であるカバー材10の長い辺における両端の2点間の直線距離を指す(尚、辺の長さがすべて等しい場合は、どちらの辺でもよい)。カバー材10が矩形でない場合には、幅W0は、最大投影方向から見た場合のカバー材10に外接する最小の矩形についての、長い辺における両端の2点間の直線距離となる。本実施形態では、カバー材10は長方形が湾曲した形状となっているため、幅W0は、カバー材10の側面10C1から、側面10C1に対向する側面10C2までの直線長さを指す。幅W0がこの範囲となるカバー材10は、後述するように湾曲することで、剛性を適切に向上できる。なお、以下、幅W0に沿った方向を、幅W0方向と記載する。
カバー材10の高さL0は、50mm以上500mm以下であることが好ましく、100mm以上400mm以下であることがより好ましく、150mm以上300mm以下であることが更に好ましい。高さL0は、幅W0方向に直交する方向における、カバー材10の長さを指し、W0方向に直交する方向における、カバー材10においては長方形の短い辺における両端の2点間の直線距離を指すともいえる。本実施形態では、カバー材10は矩形が湾曲した形状となっているため、高さL0は、カバー材10の側面10C3から、側面10C3に対向する側面10C4までの直線長さを指す。高さL0がこの範囲となるカバー材10は、後述するように第1方向X及び第2方向Yに湾曲することで、剛性を適切に向上できる。なお、以下、高さL0に沿った方向を、高さL0方向と記載する。
カバー材10の表面積は、15000mm2以上750000mm2以下であることが好ましく、40000mm2以上480000mm2以下であることがより好ましく、75000mm2以上300000mm2以下であることが更に好ましい。ここでのカバー材10の表面積とは、カバー材10の表面(主面)の面積を指し、表面10Aの面積であってもよいし、表面10Bの面積であってもよい。表面積がこの範囲となるカバー材10は、後述するように第1方向X及び第2方向Yに湾曲することで、剛性を適切に向上できる。
カバー材10の厚みD(図3参照)は、0.5mm以上3.0mm以下であることが好ましく、0.8mm以上2.0mm以下であることがより好ましく、1.0mm以上1.5mm以下であることが更に好ましい。カバー材10の厚みDとは、表面10Aから表面10Bまでの長さを指す。厚みDがこの範囲となるカバー材10は、後述するように第1方向X及び第2方向Yに湾曲することで、剛性を適切に向上できる。
カバー材10は、第1方向Xの曲げと、第2方向Yの曲げとが形成されている。すなわち、カバー材10は、第1方向X及び第2方向Yに湾曲しているといえる。第1方向Xは、本実施形態では高さL0方向に沿った方向であるが、それに限られず任意の方向であってよい。また、第2方向Yは、本実施形態では、第2方向Yは、第1方向Xに直交する方向であり、幅W0方向に沿った方向であるが、それに限られず、第1方向Xに交差する任意の方向であってよい。例えば、第2方向Yは、第1方向Xに対して、10度以上170度以下傾斜していることが好ましく、45度以上135度以下傾斜していることがより好ましく、70度以上100度以下傾斜していることが更に好ましい。
図3は、カバー材10の第1方向Xに沿った断面S1を示している。断面S1は、第1方向Xと、カバー材10の表面上の任意の点の法線方向F1とに沿った断面を指す。カバー材10の第1方向Xの曲げとは、第1方向Xに沿った断面S1からカバー材10を見た場合の曲げを指す。言い換えれば、カバー材10の第1方向Xの曲げとは、断面S1と表面10Aとが交差して形成される曲線C1の、第1方向Xに対する曲がりを指す。
図4は、カバー材10の第2方向Yに沿った断面S2を示している。より詳しくは、第2方向Yと、カバー材10の表面上の任意の点の法線方向F2とに沿った断面を指す。カバー材10の第2方向Yの曲げとは、第2方向Yに沿った断面S2からカバー材10を見た場合の曲げを指す。断面S2は、言い換えれば、カバー材10の第2方向Yの曲げとは、断面S2と表面10Aとが交差して形成される曲線C2の、第2方向Yに対する曲がりを指す。
カバー材10は、以上説明したように、第1方向Xの曲げと第2方向Yの曲げが形成されて、表面10A、10Bの全域が連続な曲面となっている。すなわち、カバー材10の表面10A、10Bは、非連続な面を含まないことが好ましいといえる。また、カバー材10は、第1方向Xの曲げと第2方向Yの曲げとが、カバー材10の面内において交差している。言い換えれば、カバー材10は、第1方向X及び第2方向Yに湾曲する領域を含んでいるといえ、線分E1と線分E2とが、表面10A上で交差しているともいえる。
尚、第1方向の曲げと第2方向の曲げは、少なくとも一部において、第1方向の曲げの曲率半径が60mm以上300mm以下であり、第2方向の曲げの曲率半径が1000mm以上14000mm以下である条件を満たしつつ交差している。
カバー材10としては、透明であり剛性を有する材料から公知の材質を使用することができ、ポリカーボネート、ポリアクリルなどの樹脂材料を用いてもよいし、ガラスに代表される無機材料を用いてもよい。
尚、剛性が高く、高級感のあるガラスが好ましい。
カバー材10用のガラスとしては、例えば、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。また、カバー材10としては、厚さが薄くても強化処理によって大きな応力が入りやすく薄くても高強度なガラスが得られる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が好ましい。なお、化学強化処理は、通常、アルカリ金属を含む溶融塩中にガラスを浸漬させることにより行われる。
カバー材10としてガラスを採用する場合は、酸化物基準のモル%で、以下の化合物を含有することが好ましい。カバー材10を以下の組成とすることで、カバー材10を湾曲させた場合にも剛性を適切に保つことができる。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。なお、ここでの50%~80%とは、カバー材10の全量のモル%を100%とした場合に、50%以上80%以下であることを指し、他の数値範囲も同様である。また、Li2O+Na2O+K2Oとは、Li2OとNa2OとK2Oとの合計含有量を指す。
(i)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)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)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)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)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
図5は、カバー材と機能膜との模式的な断面図である。図5に示すように、カバー材10は、表面上に、機能膜12が形成されていてもよい。図5の例では、カバー材10の表面10A上に、機能膜12が形成されている。機能膜12としては、例えば、防眩膜、反射防止膜、防汚膜、抗菌膜等が挙げられる。すなわち、カバー材10は、機能膜12として、防眩膜、反射防止膜、防汚膜、及び抗菌膜の少なくとも1つが形成されている。言い換えれば、カバー材10は、機能膜12として、防眩膜、反射防止膜、防汚膜、及び抗菌膜の全てが積層されていてもよいし、防眩膜、反射防止膜、防汚膜、及び抗菌膜のうちの一部が積層されていてもよい。カバー材10に機能膜12を形成することで、車載用ディスプレイとして適切に機能できる。
カバー材10は、図2に示した形状に限られない。以下、カバー材10の形状の他の例について説明する。図6から図10は、本実施形態に係るカバー材の形状の他の例を示す模式図である。尚、各実施例に記載の特長は合わせて実施することも可能であり、好適である。
以上説明したように、本実施形態に係るカバー材10は、第1方向Xの曲げと第2方向Yの曲げが形成された複数の曲げを有する形状となっており、かつ第1方向Xの曲げと第2方向Yの曲げとがカバー材10の面内で交差している。また、第1方向Xの曲げの曲率半径は、60mm以上300mm以下であり、第2方向Yの曲げの曲率半径は、1000mm以上14000mm以下である。ここで、曲げを有するカバー材は、剛性が低くなる傾向があるため、剛性の低下を抑制することが求められている。それに対し、本実施形態に係るカバー材10は、曲げが大きい第1方向Xの曲げと、第1方向Xの曲げと交差する曲げの小さい第2方向Yの曲げとが形成されることで、剛性の低下を抑制することができる。また、第1方向Xの曲げと第2方向Yの曲げとを上記の数値範囲とすることで、剛性を適切に向上させつつ、両方の曲げが大きいことによるデザイン性を損なうことを抑制できて、剛性とデザイン性とを両立させることができる。さらに、第1方向Xの曲げと第2方向Yの曲げとを上記の数値範囲とすることで、応力がかかった時の形状変更量を低減することもできる。また、本実施形態のカバー材10は、このような形状となることで、車載用ディスプレイ用として適したものとなる。
次に、実施例について説明する。なお、発明の効果を奏する限りにおいて実施態様を変更しても構わない。実施例においては、平板状のガラス板に対して曲げ度合いを異ならせた各種サンプルに対して、シミュレーションで評価を行った。平板状のガラス板としては、縦の長さが50mm~300mm、横の長さが1000mm、厚みが1.1mmの、AGC製Dragontrail(登録商標)を用いた。
実施例の評価として、曲率半径が最小となる曲げに平行な方向と垂直な方向の2方向における断面二次モーメントをシミュレーションで算出して、剛性の評価を行った。図11及び図12は、剛性の評価を説明するための模式図である。図11及び図12では、本実施形態のカバー材10を用いた場合の剛性の評価方法を示している。
図11に示すように、カバー材10の面内の任意の点Aにおいて、曲率半径が最小となる曲げの平行方向d1と、カバー材10の表面の法線方向FAとで決まる任意の平面を、平面PL1とする。なお、本実施形態においては、第1方向Xの曲げの曲率半径が最小となるため、第1方向Xが平行方向d1となる。また、平面PL1は、平行方向d1と法線方向FAに沿った平面といえる。
そして、平面PL1で切り取られるカバー材10の断面を断面SL1としたとき、断面SL1のうち断面2次モーメントが最大となる断面SL1MAXをシミュレーションにより見つけ出し、その最大の2次モーメントを、主断面2次モーメントM1と定義した。
また、図12に示すように、カバー材10の面内の任意の点Aにおいて、平行方向d1に直交する垂直方向d2と、カバー材10の表面の法線方向FAとで決まる任意の平面を、平面PL2する。なお、本実施形態においては、第2方向Yが垂直方向d2となる。また、平面PL2は、垂直方向d2と法線方向FAに沿った平面といえる。
そして、平面PL2で切り取られるカバー材10の断面を断面SL2としたとき、断面SL2のうち断面2次モーメントが最大となる断面SL2MAXをシミュレーションにより見つけ出し、その最大の2次モーメントを、副断面2次モーメントM2と定義した。
なお、断面2次モーメントの算出の際には、測定装置(ソフトウェア)として、ダッソー社製 Solid Worksを用いた。
実施例の評価として、面圧負荷時の形状変化の評価を行った。図13及び図14は、面圧負荷時の形状変化の評価を説明するための模式図である。図13及び図14では、本実施形態のカバー材10を用いた場合の面圧負荷時の形状変化の評価方法を示している。図13に示すように、平行方向d1と垂直方向d2とに平行な仮想の平面と直交する方向を、方向d3とする。そして、本評価では、サンプルとするカバー材の外周縁を方向d3に拘束し、カバー材の表面に対して面直方向に±0.004MPaの力を加えた際の、ガラスの面直方向の最大変形量の大きさを、シミュレーションによって算出した。
そして、算出したガラスの面直方向の最大変形量の大きさを、カバー材の代表長さLmaxで除して、評価値Zを算出し、評価値Zによって、面圧負荷時の形状変化の評価を行った。
カバー材の代表長さLmaxとは、図14に示すように、曲げを形成した後のカバー材を、投影面積Sが最大となるように2次元平面に投影した際に、投影されたエッジ上の任意の2点の距離のうちの最大長さを指す。
なお、カバー材の面直方向の最大変形量の算出においては、測定装置(ソフトウェア)として、汎用構造解析ソフトABAQUSを用いて、測定条件として、面直方向に0.004MPaの面圧を付与した。また、Dragontrailの材料係数として、ヤング率:7.4×1010N/m2、ポアソン比:0.22を用いた。
単曲:1つの方向にのみ曲がった形状
複曲:少なくとも2つの方向の曲げが交わっている形状
鞍型:1つ目の方向の曲げが凸である場合、2つ目の方向の曲げが凹である形状
局所:少なくとも1つの方向では局所的に曲がっており、その方向に限り局所曲げ部分以外は直線である形状
S字:少なくとも1つの方向の曲げに凸と凹が混在している形状
捩れ:1つ目の方向の曲げに対して2つ目の方向の曲げが直交しない形状
凸:ガラス組付け時に外部側となる方向に凸となる曲げ形状
凹:ガラス組付け時に内部側となる方向に凸となる曲げ形状
例1においては、横方向の長さ(幅)が1000mm、縦方向の長さ(高さ)が200mm、厚みが1.1mmの平板状のガラスの板のサンプルを準備した。そして、例1においては、平板状のサンプルに対して、平行方向d1の曲げと垂直方向d2の曲げとを形成した。
平行方向d1の曲げにおいては、平行方向d1(曲率半径が最小の曲げの方向)をガラス板の縦方向とし、平行方向d1の曲げの位置を1/2Lとし、平行方向d1の曲げにより形成される凸面をガラス板の一方の表面とし、平行方向d1の曲げの曲率半径R1を200mmとした。1/2Lとは、平行方向d1の曲げの変曲点が、ガラス板の縦方向の長さの中央位置にあることを指し、言い換えれば、本実施形態のガラス板を例にした場合での、ガラス板の高さL0に対する長さLの比率が50%であることを指す。
垂直方向d2の曲げにおいては、垂直方向d2(曲率半径が最小の曲げの方向に直交する曲げの方向)をガラス板の横方向とし、垂直方向d2の曲げの位置を1/2Wとし、垂直方向d2の曲げにより形成される凸面をガラス板の一方の表面とし、垂直方向d2の曲げの曲率半径R2を2000mmとした。1/2Wとは、垂直方向d2の曲げの変曲点が、ガラス板の横方向の長さの中央位置にあることを指し、言い換えれば、本実施形態のガラス板を例にした場合での、ガラス板の幅W0に対する長さWの比率が50%であることを指す。
例2においては、平行方向d1の曲げにより形成される凹面を、ガラス板の一方の表面とした以外は、すなわち平行方向d1の曲げにより形成される凹面と垂直方向d2の曲げにより形成される凹面を反対側とした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。例2のサンプルは、図6のような形状となる。
例3においては、平行方向d1の曲げの曲率半径R1を100mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例4においては、平行方向d1の曲げの曲率半径R1を300mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例5においては、垂直方向d2の曲げの曲率半径R2を1000mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例6においては、垂直方向d2の曲げの曲率半径R2を10000mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例7においては、平行方向d1の曲げの位置を3/4Lとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例8においては、垂直方向d2の曲げの位置を1/3Wとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例9においては、平行方向d1の曲げの変曲点を2つとし、1つの変曲点の位置を1/3Lとし、もう1つの変曲点の位置を2/3Lとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。例9のサンプルは、図9のような形状となる。
例10においては、垂直方向d2の曲げの変曲点を2つとし、1つの変曲点の位置を1/3Wとし、もう1つの変曲点の位置を2/3Wとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。例10のサンプルは、図10のような形状となる。
例11においては、垂直方向d2の曲げの方向を、ガラス板の横方向から傾斜させた以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例12においては、ガラス板の横方向の長さを300mmとし、垂直方向d2の曲げの曲率半径を20000000mmとして、平行方向d1のみの略単曲形状とした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例13においては、ガラス板の横方向の長さを100mmとし、縦方向の長さを1000mmとし、平行方向d1の曲げの曲率半径を50mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例14においては、ガラス板の横方向の長さを300mmとし、縦方向の長さを1000mmとし、平行方向d1の曲げの曲率半径を500mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例15においては、ガラス板の横方向の長さを300mmとし、縦方向の長さを1000mmとし、垂直方向d2の曲げの曲率半径を500mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例16においては、ガラス板の横方向の長さを300mmとし、縦方向の長さを1000mmとし、垂直方向d2の曲げの曲率半径を15000mmとした以外は、例1と同様の方法でサンプルを準備した。
例1から例16のサンプルに対し、上記で説明した剛性の評価と、面圧負荷時の形状変化の評価とを行った。
主断面2次モーメントM1の剛性の評価においては、
100000(1/mm4)≦主断面2次モーメントM1<1000000(1/mm4)
を、「1」とし、
10000(1/mm4)≦主断面2次モーメントM1<100000(1/mm4)、又は、1000000(1/mm4)≦主断面2次モーメントM1<10000000(1/mm4)
を、「2」とし、
主断面2次モーメントM1<10000(1/mm4)、又は、10000000(1/mm4)≦主断面2次モーメントM1
を、「NG」とした。
副断面2次モーメントM2の剛性の評価においては、
100000(1/mm4)≦副断面2次モーメントM2<1000000(1/mm4)
を、「1」とし、
10000(1/mm4)≦副断面2次モーメントM2<100000(1/mm4)、又は、1000000(1/mm4)≦副断面2次モーメントM2<10000000(1/mm4)
を、「2」とし、
副断面2次モーメントM2<10000(1/mm4)、又は、10000000(1/mm4)≦副断面2次モーメントM2
を、「NG」とした。
面圧負荷時の形状変化の評価においては、
0.0004≦評価値Z<0.0008
を、「1」とし、
0.0008≦評価値Z<0.00104、又は、0.00001≦評価値Z<0.0004
を、「2」とし、
評価値Z<0.00001、又は、0.00104<評価値Z
を、「NG」とした。
主断面2次モーメントM1の剛性の評価と、副断面2次モーメントM2の剛性の評価と、面圧負荷時の形状変化の評価との、全てが「1」又は「2」の場合を合格とし、少なくとも1つが「NG」である場合を不合格とした。
10A、10B 表面
X 第1方向
Y 第2方向
Claims (9)
- 第1方向の曲げと第2方向の曲げとが形成される透明なカバー材であって、
前記第1方向の曲げと前記第2方向の曲げとが前記カバー材の面内で交差しており、
前記第1方向の曲げの曲率半径が60mm以上300mm以下であり、
前記第2方向の曲げの曲率半径が1000mm以上14000mm以下である、
カバー材。 - 厚みが0.5mm以上3mm以下であり、
一方の表面の表面積が15000mm2以上750000mm2以下である、請求項1に記載のカバー材。 - 一方の表面側に前記第1方向の曲げの凸面が形成され、他方の表面側に前記第2方向の曲げの凸面が形成される、請求項1又は請求項2に記載のカバー材。
- 前記カバー材がガラスであり、かつ
酸化物基準のモル%表示で、
SiO2:50%以上80%以下、
Al2O3:0.1%以上25%以下、
Li2O+Na2O+K2O:3%以上30%以下、
MgO:0%以上25%以下
CaO:0%以上25%以下
ZrO2:0%以上5%以下
を含有する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載のカバー材。 - 一方の表面に、防眩膜、反射防止膜、防汚膜、及び抗菌膜の少なくとも1つが形成される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のカバー材。
- 前記第1方向の曲げの曲率半径が100mm以上250mm以下である、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のカバー材。
- 前記第2方向の曲げの曲率半径が1500mm以上8000mm以下である、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載のカバー材。
- 車載用ディスプレイに設けられる、請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のカバー材。
- 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載のカバー材を有する、表示装置。
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