JP5695240B2 - 結晶化ガラス筐体及び電子機器 - Google Patents
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Description
近年、従来用いられていなかったガラスを筐体の素材として用いる試みがされている(特許文献1)。特許文献1によれば、携帯電話等の電子機器において、筐体本体をガラスで形成することにより、透明感のある独特の装飾効果を発揮することができるとされている。
本発明は、電子機器に外装される筐体に好適な特性、すなわち、遮蔽性、高強度、製造コストに優れた結晶化ガラス筐体の提供を目的とする。
上記した数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含む意味で使用され、特段の定めがない限り、以下本明細書において「〜」は、同様の意味をもって使用される。
また、本発明の結晶化ガラス筐体は、高強度が求められる用途にも好適に用いることができる。
また、本発明の携帯型電子機器は、高強度、製造コスト、美観に優れる。
結晶化ガラスは、ガラスの内部に微細な結晶粒子を析出させたものであり、機械的強度や硬度が高く、耐熱性、電気的特性、化学的耐久性に優れた特性を有する。結晶化ガラスは、ガラス中の結晶粒子がその界面で光を拡散、反射、散乱することで外観が白色を呈する。本発明の結晶化ガラス筐体は、ガラスを透過する白色光を、結晶化ガラスの光の散乱を利用して、ガラスの表面側において認識し難くするものである。
また、上記結晶化ガラスの光学特性は、結晶化ガラスを通して明るさがどのように伝わるかを評価する目的で、前記結晶化ガラスの散乱光を含めて測定する積分球を利用した拡散透過率の測定方法を用いることが重要である。なお、通常の透過率測定(直線透過率測定)では、散乱光は考慮せず平行光線で測定するため、本発明の目的である結晶化ガラス筐体の遮蔽性を評価することは難しい。
なお、結晶化ガラスのX線回折測定において、析出する結晶が1種類の単相であっても複数の結晶面に対応する複数の回折ピークが観察される。本発明におけるシェラーの式より算出される結晶子径は、複数のピークからシェラーの式により算出されるそれぞれの結晶子径のうち、一番大きいものを対象とする。また、複数の結晶が析出する結晶化ガラスの場合は、主結晶の回折ピークを対象とする。
結晶化ガラスに対して、着色成分として、酸化物基準のモル百分率表示で、Co3O4を0〜3%、CuOを0〜8%、Co3O4+CuO 0.01〜8%含有することで青系の色調の反射色を呈する結晶化ガラスが得られる。
結晶化ガラスに対して、着色成分として、酸化物基準のモル百分率表示で、Fe2O3を0〜5%、V2O5を0〜5%、Cr2O3を0〜5%、CuOを0〜8%、Pr6O11を0〜3%、Fe2O3+V2O5+Cr2O3+CuO+Pr6O11 0.01〜8%含有することで緑系の色調の反射色を呈する結晶化ガラスが得られる。
結晶化ガラスに対して、着色成分として、酸化物基準のモル百分率表示で、CeO2を0〜5%、V2O5を0〜5%、NiOを0〜5%、Bi2O3を0〜10%、Eu2O3を0〜3%、CeO2+V2O5+NiO+Bi2O3+Eu2O3 0.01〜10%含有することで黄もしくは茶系の色調を呈する結晶化ガラスが得られる。
結晶化ガラスに対して、着色成分として、酸化物基準のモル百分率表示で、MnO2を0〜10%、Er2O3を0〜3%、Nd2O3を0〜3%、WO3を0〜10%、MnO2+Er2O3+Nd2O3+WO3 0.01〜10%含有することで紫もしくは桃系の色調の反射色を呈する結晶化ガラスが得られる。
結晶化ガラスに対して、着色成分として、酸化物基準のモル百分率表示で、Cu2Oを0〜3%、Ag2Oを0〜6%、Cu2O+Ag2O 0.001〜6%含有し、また結晶化ガラスの前記着色成分以外の成分としてSnOを0〜3%、Sb2O3を0〜5%、SnO+Sb2O3 0〜5%含有することで赤系の色調の反射色を呈する結晶化ガラスが得られる。
これに対し、本発明の結晶化ガラスを用いた場合には、光の存在下において、白色結晶によって光が散乱されるため、光の透過を抑えながら適度な反射によって、明るい色調として視認される。具体的には、上記着色成分を含有する結晶化ガラスは、厚さ2mmの平板状に成形した前記結晶化ガラスに対するC光源の透過光を測定したとき、CIE色度座標において、xが0.3〜0.4、yが0.3〜0.4の範囲内にある。つまり、透過光をほぼ透過しないものである。
そして、厚さ2mmの平板状に成形した前記結晶化ガラスに対するC光源の反射光を測定したとき、CIE色度座標において、x及びyが、前記透過光を測定した場合のxが0.3〜0.4、yが0.3〜0.4の範囲外にある。つまり、外観の色調(見た目)は、濃色を呈しない、着色成分に由来する適宜の色調を呈するものである。
これにより、遮蔽性が高く、かつ明るい色調を呈する美観に優れた結晶化ガラス筐体を得ることができる。なお、濃い色調の結晶化ガラス筐体を得る場合は、結晶化ガラスの前記反射色調x、反射色調yからなるCIE色度座標上の位置が、前述の透過色調x0.3〜0.4、透過色調yが0.3〜0.4の範囲内となってもよい。
また、結晶化ガラスは、機械的強度等に優れているという特徴がある。そのため、筐体に対して高い強度が求められる、携帯電話等の、携帯して使用可能な電子機器の結晶化ガラス筐体に好適に用いることができる。
化学強化処理とは、ガラス表面に圧縮応力層を形成し、ガラスの強度を高める方法である。具体的には、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス板表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン(典型的にはLiイオン、Naイオン)をイオン半径のより大きいアルカリイオンに交換する方法である。典型的にはLiイオンに対してはNaイオンまたはKイオンと交換する方法であり、Naイオンに対してはKイオンと交換する方法である。
ガラスに所望の表面圧縮応力を有する化学強化層(表面圧縮応力層)を形成するための条件はガラスの厚さによっても異なるが、400〜550℃のKNO3溶融塩に2〜20時間ガラスを浸漬させることが典型的である。
筐体用途に用いられるガラスの製造においては、ガラスが平板状である場合、あるいはその他の形状である場合においても、研磨工程が行われることがある。ガラスの研磨工程においては、その最終段階の研磨に使用される研磨砥粒の粒径は2〜6μmが典型的であり、このような砥粒によって、ガラス表面には最終的に最大5μmのマイクロクラックが形成されると考えられる。化学強化による強度向上効果を有効なものとするためには、ガラス表面に形成されるマイクロクラックより深い表面圧縮応力層があることが必要であるため、化学強化によって生じる表面圧縮応力層の深さは6μm以上が好ましい。また、使用時に表面圧縮応力層の深さを超える傷がつくとガラスの破壊につながるため、表面圧縮応力層は深い方が好ましく、より好ましくは10μm以上、さらに好ましくは20μm以上、典型的には30μm以上である。
また、結晶化ガラスよりも熱膨張係数が小さいガラスを表面に薄く被覆することで熱膨張差による表面圧縮応力を入れることも可能である。クリアガラスを用いれば、被覆したガラスの表面と裏面の反射により美観が向上する効果も得られる。
透過率は、紫外可視近赤外分光光度計(V−570、日本分光社製)を使用し、380nmから780nmの波長領域において、積分球を用いて拡散透過率を測定した。例2〜例4、例6、例8のサンプルについて測定した拡散透過率を、図1に示す。
遮蔽性(I)は、機器内部の光源に起因する可視光線が、筐体を透過して認識されるかを想定したものである。評価方法は、以下のとおりである。光源として、コールドライト(HOYA−SCHOTT社製、MEGALIGHT100)を用いた。光源の光量調整を最小にし、ライトガイド先端から20mm離れたところにサンプルを配置した。この装置を用い、暗室内でサンプルに光を照射した際、光を照射した側の反対側から光が認識できるかを確認した。光が認識できない場合は遮蔽性あり(○)、光が認識される場合は遮蔽性なし(×)とした。各サンプルの結果を表1に示す。
遮蔽性(II)は、筐体に対し外部光源から可視光線が照射された際、機器内部の部品にて可視光線が反射し、筐体を通して機器内部が認識できるかを想定したものである。評価方法は、以下のとおりである。白色の上質紙(コピー用紙)を10枚重ね、その上に任意の文字(大きさ:36ポイント、フォント:MSゴシック、色:黒)をレーザープリンターで印刷したものを用意した。印刷された文字の上に、サンプルを置き、文字が透けるかを目視にて確認し、文字の存在が認識できない場合は遮蔽性あり(○)、文字の存在が認識できる場合は遮蔽性なし(×)とした。各サンプルの結果を表1に示す。また、例2〜例4、例6のサンプルについて上記遮蔽性評価結果をデジタルスチルカメラにて撮影した写真を、図2(a)〜(d)に示す。図2の(a)は例2、(b)は例3、(c)は例4、(d)は例6である。
また、例2のサンプルについて、厚さ2mmの平板状に成形したサンプルに対するC光源の反射光を測定したときのCIE色度座標におけるx及びyを表1に示す。なお、反射光については、色彩色度計(ミノルタ社製、CR−300)を使い、Yxyモード(CIE 1931XYZ表色系)で測定を行った。例2のサンプルは、前述のCIE色度座標における点A、点B、点C、点Dとからなる領域の範囲内であり、外観が白色を呈することがわかる。
例3及び例12のサンプルについて、厚さ2mmの平板状に成形したサンプルに対するC光源の透過光もしくは反射光を測定したときのCIE色度座標におけるx及びyを図4に示す。なお、反射光については、色彩色度計(ミノルタ社製、CR−300)を使い、Yxyモード(CIE 1931XYZ表色系)で測定を行った。また透過光については、紫外可視近赤外分光光度計(V−570、日本分光社製)にて透過率を測定し、そのデータをJIS Z8722:2000(色の測定方法−反射及び透過物体色)に基づきCIE 1931XYZ表色系に換算した。
例1及び例13について、得られたサンプルについてJIS R1601:2008(ファインセラミックスの室温曲げ強さ試験方法)に基づき、下スパン30mm、上スパン10mm、クロスヘッドスピード0.5mm/分の測定条件にて測定し、破断点応力を算出した。なお、例1及び例13について、それぞれ15枚のサンプルについて曲げ強さを測定した。結果として、結晶化ガラス(例1)では、破断点応力の平均値で212MPaと高い曲げ強さを備えることがわかる。また、化学強化処理を行った結晶化ガラス(例13)は、破断点応力が平均値で271MPaであり、前述の結晶化ガラスと比較してより高い曲げ強さを備えることがわかる。
なお、2011年7月15日に出願された日本特許出願2011−156684号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。
Claims (7)
- 結晶化ガラスからなり、該結晶化ガラスは、380nm〜780nmの全波長領域において、積分球を用いて求まる拡散透過率が15%以下であって、
前記結晶化ガラスは、外観が白色を呈し、厚さ2mmの平板状に成形した前記結晶化ガラスに対するC光源の反射光を測定したとき、CIE色度座標において、点A(x:0.2500、y:0.2500)及び点B(x:0.4000、y:0.3500)を通る直線と、点B(x:0.4000、y:0.3500)及び点C(x:0.4000、y:0.4000)を通る直線と、点C(x:0.4000、y:0.4000)及び点D(x:0.2500、y:0.3000)を通る直線と、点D(x:0.2500、y:0.3000)及び点A(x:0.2500、y:0.2500)を通る直線とで囲まれた領域の範囲内にあり、電子機器に外装されることを特徴とする結晶化ガラス筐体。 - 結晶化ガラスからなり、該結晶化ガラスは、380nm〜780nmの全波長領域において、積分球を用いて求まる拡散透過率が15%以下であって、
前記結晶化ガラスは、着色成分として、Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Bi、Er、Sn、Ce、Pr、Eu、Nd、およびAgの金属元素からなる群から選択された少なくとも1種を、金属酸化物基準のモル百分率表示で、0.1〜10%含有し、電子機器に外装されることを特徴とする結晶化ガラス筐体。 - 前記結晶化ガラスは、厚さ2mmの平板状に成形した前記結晶化ガラスに対するC光源の透過光を測定したとき、CIE色度座標において、xが0.3〜0.4、yが0.3〜0.4の範囲内にあり、厚さ2mmの平板状に成形した前記結晶化ガラスに対するC光源の反射光を測定したとき、CIE色度座標において、x及びyが前記透過光を測定した場合のx及びyの範囲外にあることを特徴とする請求項2に記載の結晶化ガラス筐体。
- 前記結晶化ガラスは、X線回折測定においてシェラーの式より算出される結晶子径が1000Åを超えることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の結晶化ガラス筐体。
- 前記結晶化ガラスは、化学強化処理により表面に圧縮応力層を備えることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の結晶化ガラス筐体。
- 前記結晶化ガラスは、携帯型電子機器に外装されることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の結晶化ガラス筐体。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の結晶化ガラス筐体を具備したことを特徴とする電子機器。
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