JP5582232B1 - 曲面形状を有するガラス板の製造方法、曲面形状を有するガラス板及び曲面形状を有するガラス板の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な工程で、かつ高い表面精度で曲面形状を有するガラス板を製造することができる方法、該方法により製造された曲面形状を有するガラス板及び曲面形状を有するガラス板の製造装置を提供する。
【解決手段】曲面形状を有するガラス板を製造する方法であって、元ガラス板１０を準備する工程と、元ガラス板１０を弾性変形させる工程と、弾性変形させた状態の元ガラス板１０を加熱し、塑性変形させて曲面形状を付与する工程とを備えることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、曲面形状、特に柱面を有するガラス板の製造方法及び該製造方法により得られる曲面形状を有するガラス板及び曲面形状を有するガラス板の製造装置に関するものである。

近年、携帯電話機、スマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレットパーソナルコンピュータなどのディスプレイを備えたモバイル機器が広く用いられるようになってきている。また、カーナビなどの車載用機器にも、ディスプレイが用いられている。

上記のモバイル機器や車載用機器に用いるディスプレイには、多くの場合、カバーガラスが用いられている。このようなカバーガラスとしては、平板状のガラス板が一般に用いられている。しかしながら、操作性や美観性等の観点から、カバーガラスとして、曲面形状を有するガラス板が望まれる場合がある。

従来、曲面形状を有するガラス板は、特許文献１に記載されているように、湾曲形状を有する成形型の上に平板状のガラス板を載せ、ガラス板を軟化点以上の温度に加熱してガラス板を軟化させ、ガラス板の自重で成形型の形状に沿うようにガラス板を変形させて製造している。

特許文献２では、軟化点まで昇温したガラス板の一方面にコーティング膜を形成し、形成したコーティング膜の熱収縮力で、ガラス板を所望の湾曲形状に曲げ成形する方法が開示されている。

特公昭３５−１６４４３号公報 特開平９−１００１３０号公報

特許文献１に記載された従来の方法では、成形型の表面形状が、ガラス板に転写されるため、ガラス板の表面精度が低下する。このため、ディスプレイ等のカバーガラスとして用いる場合、ガラス板の表面を研磨しなければならないという問題があった。また、特許文献２に記載された従来の方法では、コーティング膜を形成する工程が必要となり、製造工程が煩雑になるという問題があった。また、コーティング膜のないガラス板を製造することができないという問題があった。

本発明の目的は、簡易な工程で、かつ高い表面精度で曲面形状を有するガラス板を製造することができる方法、該方法により製造された曲面形状を有するガラス板及び曲面形状を有するガラス板の製造装置を提供することにある。

本発明は、曲面形状を有するガラス板を製造する方法であって、元ガラス板を準備する工程と、元ガラス板を弾性変形させる工程と、弾性変形させた状態の元ガラス板を加熱し、塑性変形させて曲面形状を付与する工程とを備えることを特徴としている。

元ガラス板の加熱温度は、元ガラス板を構成するガラスの歪点以上であり、ガラスの軟化点以下であることが好ましい。

本発明の好ましい実施形態では、元ガラス板の両端部を保持し、両端部間の距離を狭めて、元ガラス板を弾性変形させることが好ましい。

また、曲面形状は柱面であることが好ましい。

また、本発明においては、元ガラス板を型に接触させることなく、塑性変形させることが好ましい。

本発明の方法で製造される曲面形状を有するガラス板は、例えば、ディスプレイ用カバーガラスに用いられるガラス板や、モバイル機器用背面カバーガラスに用いられるガラス板である。

本発明の曲面形状を有するガラス板は、上記本発明の方法で製造されたガラス板である。

本発明の曲面形状を有するガラス板の製造装置は、元ガラス板を弾性変形させる弾性変形手段と、弾性変形させた状態の前記元ガラス板を加熱し、塑性変形させて曲面形状を付与する加熱手段とを備える。

また、弾性変形手段は、元ガラス板の両端部を保持し、両端部間の距離を狭めて、元ガラス板を弾性変形させる保持部を備えることが好ましい。

また、塑性変形させた元ガラス板を冷却する冷却手段を備えることが好ましい。

本発明によれば、簡易な工程で、かつ高い表面精度で曲面形状を有するガラス板を製造することができる。

本発明の曲面形状を有するガラス板の一例を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態において、弾性変形させる前の状態を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態において、元ガラス板を保持し、弾性変形させるための治具を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態において、元ガラス板を弾性変形させた状態を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態において、弾性変形させた状態の元ガラス板を電気炉内に配置し、加熱する時の状態を示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態において、元ガラス板を弾性変形させた状態を示す正面図である。 本発明の第２の実施形態において、弾性変形させた状態で、加熱することにより塑性変形させた元ガラス板を、型の凹部の表面に接触させて冷却する時の状態を示す正面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、本発明の曲面形状を有するガラス板の一例を示す斜視図である。図１に示す曲面形状を有するガラス板１は、一方向のみに曲率を有する曲面、いわゆる柱面（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｕｒｆａｃｅ）を有し、特に、一方向の断面が単一の曲率半径の円柱面を有している。本発明の製造方法は、図１に示すような柱面を有するガラス板１を製造するのに適用することができる。しかしながら、本発明は、このようなガラス板の製造に限定されるものではなく、他にも楕円柱面、双曲線柱面、放物線柱面等を有するガラス板や、一部に柱面が付与されたガラス板や、複数の柱面が付与されたガラス板を製造する場合にも適用することができる。

図２は、本発明の第１の実施形態において、弾性変形させる前の状態を示す正面図である。

図２に示すように、まず、平板状の元ガラス板１０を準備し、その元ガラス板１０を治具２０の載置台２１の上に載せる。元ガラス板１０は、保持部２２及び保持部２３の間に載置される。治具２０は、以下のように構成されている。

図３は、治具２０を示す斜視図である。載置台２１の上には、元ガラス板１０の一方端部１１を保持するための保持部２２、及び他方端部１２を保持するための保持部２３が設けられている。保持部２２は、２本のネジ部２４を介して固定部２６に取り付けられている。同様に、保持部２３は、２本のネジ部２５を介して固定部２７に取り付けられている。固定部２６及び２７は、載置台２１に固定されている。保持部２２は、ネジ部２４を所定方向に回転させることにより、対向する保持部２３に近づけたり、あるいは離れさせたりするように載置台２１の上を移動させることができる。保持部２３も、同様に、ネジ部２５を所定方向に回転させることにより、対向する保持部２２に近づけたり、あるいは離れさせたりするように載置台２１の上を移動させることができる。

元ガラス板１０が接する載置台２１の表面、並びに保持部２２及び２３の表面は、ガラスクロス、セラミッククロス、カーボンファイバークロス等の厚み方向に弾性変形可能なクロスで被覆されている。保持部２２及び２３の内部には、それぞれクーラント導入用パイプ２８及び２９が通されている。クーラント導入用パイプ２８及び２９内に、クーラントを流すことにより、保持部２２及び２３の表面を冷却することができる。クーラントとしては、空気等の気体を用いることが好ましい。

次に、図２に示すように、上述のように構成された治具２０の載置台２１の上に、元ガラス板１０を載せる。元ガラス板１０を、保持部２２と保持部２３の間に配置し、元ガラス板１０の一方端部１１を保持部２２で保持するとともに、ガラス板１０の他方端部１２を保持部２３で保持する。この状態で、ネジ部２４を回転させて保持部２２を矢印Ａ方向に所望の位置まで移動させ、また、ネジ部２５を回転させて保持部２３を矢印Ｂ方向に所望の位置まで移動させ、図４に示すように、元ガラス板１０を弾性変形させて、元ガラス板１０にガラス板１と同一又は、ガラス板１と近似の柱面を形成する。より具体的には、元ガラス板１０の両端面１１及び１２を挟持し、元ガラス板１０の両端面１１及び１２に対して、弾性変形前の元ガラス板１０の主面と略平行な方向に外力を印加して、元ガラス板１０を弾性変形させる。尚、この工程においては、加熱を行わなくても良いが、加熱する場合は、元ガラス板１０の歪点までの温度に抑制することが好ましい。

元ガラス板１０の厚みは、元ガラス板１０を弾性変形させることができる厚みであればよく、例えば、０．２〜２ｍｍの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは、０．３〜１．８ｍｍの範囲内である。また、元ガラス板１０は、平板状に限らず、例えば、曲面を有したものであっても良い。次に、上記のように、元ガラス板１０を弾性変形させた状態で、元ガラス板１０を加熱し、塑性変形させる。

図５は、弾性変形させた元ガラス板を電気炉内に配置し、加熱する時の状態を示す模式的断面図である。図５に示すように、弾性変形させた元ガラス板１０を、電気炉３０内に配置する。電気炉３０内には、ヒーター３１が設けられており、ヒーター３１により電気炉３０内を所定の温度に加熱することができる。元ガラス板１０を加熱する温度は、元ガラス板１０が塑性変形を生じ始める温度以上、且つ、自重により軟化変形が生じ始める温度未満であり、具体的には、元ガラス板１０を構成するガラスの歪点以上、軟化点以下であることが好ましい。さらに好ましくは、ガラスの転移点以上、軟化点以下である。加熱時間は、特に限定されるものではなく、元ガラス板１０の弾性変形が塑性変形に変化することができる時間であればよい。例えば、１０分〜５時間の範囲内が一般的である。

上記のように加熱した後、元ガラス板１０を冷却する。この加熱により、冷却された元ガラス板１０は、弾性変形により形成された曲面形状が印加された外力を除いても、維持された状態、即ち、塑性変形を生じ曲面形状が付与された（柱面が形成された）ガラス板１となる。

本発明では、弾性変形させた元ガラス板を加熱し、塑性変形させることにより、曲面形状を有するガラス板を製造する。このため、簡易な工程で、曲面形状を有するガラス板を製造することができる。また、従来のように、成形型を用いないので、成形型の表面形状が元ガラス板の表面に転写されることがない。本実施形態では、加熱時に、元ガラス板をの表面が成形型に接触することなく、塑性変形させる。このため、高い表面精度で、曲面形状を有するガラス板を製造することができる。

本発明においては、加熱した元ガラス板１０を冷却させる際に、型に接触させてガラス板を冷却してもよい。以下、このような実施形態を第２の実施形態として説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態において、元ガラス板１０を弾性変形させた状態を示す正面図である。元ガラス板１０の一方端部１１は、保持具３２により保持され、他方端部１２は保持具３３により保持されている。保持具３２には、保持溝３４が形成されており、この保持溝３４に元ガラス板１０の一方端部１１が挿入されている。同様に、保持具３３には、保持溝３５が形成されており、この保持溝３５に元ガラス板１０の他方端部１２が挿入されている。保持具３２及び３３には、第１の実施形態の保持部２２及び２３と同様に、クーラント導入用パイプ３６及び３７が挿通されている。また、第１の実施形態の保持部２２及び２３と同様に、保持具３２及び３３の表面はガラスクロス、セラミッククロス、カーボンファイバークロス等の厚み方向に弾性変形可能なクロスにより覆われている。

図６に示す状態では、保持具３２と保持具３３との間の距離を近づけることにより、元ガラス板１０の両端部１１及び１２の間の距離を狭め、元ガラス板１０の両端部１１、１２に対して外力を印加し、元ガラス板１０を弾性変形させる。この場合、元ガラス板１０に外力を印加せず、元ガラス板１０の自重により弾性変形させても良い。この状態で、第１の実施形態と同様に、元ガラス板１０を電気炉３０内に入れ、元ガラス板１０を加熱する。

図７は、第２の実施形態において、弾性変形させた状態で、加熱することにより塑性変形させた元ガラス板１０を、型４０の凹部４１の表面に接触させて冷却する状態を示す正面図である。図７に示すように、型４０を矢印Ｃ方向に移動させて、型４０を元ガラス板１０に近づける。元ガラス板１０の凸状の表面１０ａに、型４０の凹部４１の表面を接触させ、元ガラス板１０を冷却させる。型４０の凹部４１の表面は、保持具３２及び３３の表面と同様に、クロスが被覆されている。また、型４０の内部には、複数のクーラント導入用パイプ４２が挿通されている。クーラント導入用パイプ４２内にクーラントを流すことにより、型４０が冷却されており、この冷却により凹部４１の表面は所定温度となるように設定されている。凹部４１の表面の温度は、加熱により塑性変形させた元ガラス板１０が、比較的短い時間での接触では塑性変形しない温度、具体的は、元ガラス板１０の温度より低い温度、好ましくは、元ガラス板１０の温度より低い温度、且つ、ガラスの歪点以上、ガラスの転移点−３０℃以下に設定されている。このため、凹部４１の表面形状が、元ガラス板１０の凸状の表面１０ａに転写されにくい。

第２の実施形態では、加熱した元ガラス板１０を冷却させる際に、型４０に接触させて元ガラス板１０を冷却する。このため、製造工程にかかる時間を短縮させることができる。第２の実施形態では、凹部を有する型を用いているが、元ガラス板１０の曲面形状に対応する凸部を有する型を用いて、元ガラス板１０の表面１０ａと反対側の表面を冷却してもよい。

本発明では、載置台２１上で、元ガラス板１０を曲面に保持した状態で連続熱処理炉内で移動させながら加熱することが好ましい。これによって大量の元ガラス板１０を効率よく加熱することが可能となる。

本発明の曲面形状を有するガラス板は、例えば、携帯電話機、スマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレットパーソナルコンピュータなどのモバイル機器及びカーナビなどの車載用機器等に用いられるディスプレイ用カバーガラスや、モバイル機器等に用いられる背面用カバーガラスとして用いることができる。ディスプレイ用カバーガラスとして用いる場合、曲面をディスプレイ表示部とすることができる。

１…曲面形状を有するガラス板
１０…元ガラス板
１０ａ…表面
１１…一方端部
１２…他方端部
２０…治具
２１…載置台
２２，２３…保持部
２４，２５…ネジ部
２６，２７…固定部
２８，２９…クーラント導入用パイプ
３０…電気炉
３１…ヒーター
３２，３３…保持具
３４，３５…保持溝
３６，３７…クーラント導入用パイプ
４０…型
４１…凹部
４２…クーラント導入用パイプ

Claims (9)

1. 曲面形状を有するガラス板を製造する方法であって、
   元ガラス板を準備する工程と、
   前記元ガラス板の両端部を保持し、前記両端部間の距離を狭めて、前記元ガラス板を弾性変形させる工程と、
   弾性変形させた状態の前記元ガラス板を加熱し、塑性変形させて前記曲面形状を付与する工程とを備える、曲面形状を有するガラス板の製造方法。
2. 前記元ガラス板の加熱温度が、前記元ガラス板を構成するガラスの歪点以上であり、前記ガラスの軟化点以下である、請求項１に記載の曲面形状を有するガラス板の製造方法。
3. 前記曲面形状が柱面である、請求項１または２に記載の曲面形状を有するガラス板の製造方法。
4. 前記元ガラス板を型に接触させることなく、塑性変形させる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の曲面形状を有するガラス板の製造方法。
5. 前記曲面形状を有するガラス板が、ディスプレイ用カバーガラスに用いられるガラス板である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の曲面形状を有するガラス板の製造方法。
6. 前記曲面形状を有するガラス板が、モバイル機器用背面カバーガラスに用いられるガラス板である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の曲面形状を有するガラス板の製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法で製造された、曲面形状を有するガラス板。
8. 曲面形状を有するガラス板の製造装置であって、
   元ガラス板の両端部を保持し、前記両端部間の距離を狭めて、前記元ガラス板を弾性変形させる弾性変形手段と、
   弾性変形させた状態の前記元ガラス板を加熱し、塑性変形させて前記曲面形状を付与する加熱手段と、
   を備える、曲面形状を有するガラス板の製造装置。
9. 塑性変形させた元ガラス板を冷却する冷却手段を備える、請求項８に記載の曲面形状を有するガラス板の製造装置。

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