JP6111240B2 - 電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法 - Google Patents
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Description
なお、このような問題は、携帯機機器用カバーガラスのガラス基板の製造工程のみならず、タッチセンサ用カバーガラスのガラス基板を含む電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造工程でも生じうる。
本実施形態のカバーガラスの好ましい利用形態は例えば、携帯型電子機器、特に携帯電話機(携帯機器)の表示画面の保護のために用いられるカバーガラスである。本実施形態のカバーガラスは所望の形状であってよく、同一の形状のガラス基板に対して公知の印刷法によって多層の印刷層を主表面上に形成することで作製される。ガラス基板は、機器の落下あるいは表示画面への操作入力(タッチパネル機能としての操作入力)に対する仕様を満足させるべく、薄くかつ高い強度を有するガラスからなる必要があるため、イオン交換処理による化学強化がなされている。
また、図1Bに示すように、実施形態のカバーガラスのガラス基板の端部において、主表面1pと介在面1cとの境界部b11,b12、及び介在面1cと端面1tとの境界部b21,b22は、いずれも丸みを帯びた形状となっている。
以下、本実施形態の携帯機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法について説明する。図2は、本実施形態の携帯機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法における各工程を順に示す図である。以下、各工程について説明する。
板状ガラス積層工程は、例えばダウンドロー法やフロート法により作製された所定のサイズの大判の板状ガラスを、保護材を介在させながら積層することによって板状ガラスの積層体を作製する工程である。
次に、大判の板状ガラスが積層された積層体を円板カッター(ダイヤモンドディスク)によって縦横に分割(切断)して、小片のガラス基板の積層体を作製する。この小片のガラス基板の大きさは、最終的に得られるカバーガラスよりも少し大きい程度である。切断工程によって得られた小片のガラス基板の積層体10Aの斜視図を図3に示す。図3に示すように、積層体10Aは、保護材100Aとガラス基板1Aが順に積層された構造となっている。切断工程後の積層体10Aの側面では、保護材100Aとガラス基板1Aの端面が同一平面をなしている。
次に、ガラス基板の積層体10Aに対して、カバーガラスに設けられるべき開口1hに対応する開口を機械加工により形成する。なお、カバーガラスに開口が不要であれば、開口形成工程も不要である。開口形成工程では、例えばドリル等の機械的加工手段を用いて所望の形状の開口をNC加工により形成する。
次に形状加工工程を行う。形状加工工程は、ガラス基板の積層体10Aの外形がカバーガラスの外形形状となるように、積層体10Aに対して機械加工を行う工程である。形状加工工程では、例えばグラインダ等を用いてガラス基板の積層体10Aの外縁を研削加工(NC加工)して、所望の外形形状にする。形状加工工程によって得られたガラス基板の積層体10Bの例示的な斜視図を図4に示す。図4に示すように、積層体10Bは、保護材100Bとガラス基板1Bが順に積層された構造となっている。切断工程後の積層体10Bの側面では、保護材100Bとガラス基板1Bの端面が同一平面をなしている。形状加工後のガラス基板の端面は、比較的粗い表面性状の機械加工面となっている。図4に示す積層体10Bでは、開口形成工程で形成された開口10Hの一例が示されている。
エッチング処理工程は、積層体10Bを構成する各々のガラス基板1Bの端部に対し、図5に示すエッチング処理装置20を用いてエッチング処理を施す工程である。エッチング処理工程では、図5に示すエッチング処理装置20を用いて、積層体10Bを構成する各々のガラス基板1Bの端面の加工によりダメージを受けたダメージ層のエッチングと介在面の形成とを同時に行う。
なお、開口形成工程にて開口10Hが形成された場合には、開口内にもエッチング液が充満しているため、介在面形成工程によって、積層体10Bを構成する各ガラス基板1Bの開口の内壁面と主表面との間に介在面が形成される。
剥離工程は、ガラス基板の積層体10Bを1枚ずつ剥離し、積層体10Bから個々のガラス基板を分離する工程である。剥離工程における剥離方法は保護材の特性に依存するが、例えば、紫外線硬化樹脂からなる保護材(仮着材)の中には、温水(摂氏80〜90度)の環境下で剥離するタイプの保護材が存在する。そのような場合には、積層体10Bを温水を含む容器内に浸漬させることで、積層体10Bを1枚ごとのガラス基板に剥離(分離)することができる。
次に、化学強化工程を行う。
化学強化工程では、ガラス基板を複数枚、カセット(ホルダー)に装填し、溶融塩を含む化学強化処理液にカセットを浸漬させる。これにより、ガラス基板に含まれる1種以上のアルカリ金属を、溶融塩のアルカリ金属との間でイオン交換処理を行い、ガラス基板の表層部分に圧縮応力層を形成する。
・溶融塩の組成 :硝酸カリウム、または、硝酸カリウムと硝酸ナトリウムとの混塩
・溶融塩の温度 :320℃〜470℃
・浸漬時間 :3分〜600分
最終洗浄工程では、例えば、化学強化後のガラス基板を複数枚パレットに載せた状態で行われる酸洗浄、アルカリ洗浄、純水によるリンス洗浄、IPA(イソプロピルアルコール)による洗浄の少なくともいずれかを含む。
ケイ素、アルミニウム、及びナトリウムのそれぞれの酸化物を最低限含み、特に酸化ケイ素の含有が多く、酸化アルミニウムの含有量が相対的に少ないアルミノシリケートガラスをダウンドロー法により、板厚0.5mmの板状ガラスに成形した。このダウンドロー法により形成された板状ガラスの主表面の表面粗さ(算術平均粗さRa)を、原子間力顕微鏡により調べたところ10nmであった。
[実施例1〜3及び比較例1の積層体]
・ガラス基板の積層枚数:20枚
・仮着材:紫外線硬化樹脂材
・仮着材の厚さ:約20μm
[エッチング処理条件]
・エッチング液:液総重量1kgあたりのHFの物質量10mol、及びH2SO4の物質量2.0mol
・エッチング液の温度:30℃
・循環される流量:10L/分
・揺動時間:5分
・揺動量:100mm(p-p)
・揺動回数:30回/分
ガラス基板の端部をレーザ顕微鏡により200倍に拡大して、介在面の面取り量を測定し、50〜100μmの場合に「○」、20〜50μmの場合に「△」、20μm以下の場合に「×」と評価した。「○」又は「△」が合格である。
エッチング処理の効果を確認するため未強化ガラスを使用し、アイコーエンジニアリング(株)製精密荷重測定機MODEL-1311VRを用いて、JIS−R1601に準じた4点曲げ試験法により破壊荷重を測定し、ガラス基板の4点曲げ強度を算出した。そして、4点曲げ強度が300N以上である場合を「○」、200〜300Nの範囲である場合を「△」、200N以下である場合を「×」とした。「○」又は「△」が合格である。なお、評価サンプルの外形サイズは100.4mm×47.4mmである。
実施例1の製造条件を変更して、開口付のガラス基板を作成した。具体的に、実施例1で作成した370mm×470mmのサイズのガラス基板の積層体を121.7mm×63.7mmのサイズに切り出し、切り出した積層体の長手方向の一端から30mm間隔をおいて1.1mm×9.8mmの平面視長孔状の開口を機械的加工手段により形成した。そして、実施例4では、実施例1と同様のエッチング条件により、外周と開口の内壁部に0.1mmの取しろでエッチング処理を施した。このエッチング処理後のサンプルの外形サイズは121.5mm.×63.5mmとなり、開口のサイズは1.3mm×10.0mmとなった。この後に、エッチング処理後の積層体を温水(摂氏80〜90度)に浸漬させて複数のガラス基板に分離し、各ガラス基板に化学強化を施し、ガラス基板を作成した。
開口を有するステンレス製受け冶具でガラス基板の外周の全周を2mm幅で支持した状態で、ガラス基板の開口の中心部に向けて、重量32g、直径20mmの鉄球を50mmの高さから落とし、ガラス基板に割れや欠けが生じるまで高さを上げて、ガラス基板に割れや欠けが生じた高さを測定した。
[静圧試験]
外径40mm、内径30mmのリング状のステンレス製受け冶具の上に、測定対象のガラス基板の開口の中心が受け治具のリングの中心に位置するようにガラス基板を載置し、その上方から、直径10mmの先端半球状のステンレス製の押し冶具で押圧しガラス基板が割れた際の破壊加重を静圧強度として測定した。
Claims (8)
- 一対の主表面と、前記一対の主表面に対して直交する方向に沿って配置された端面、及び前記一対の主表面と前記端面との間に配置された一対の介在面を含む端部とを有する電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法であって、
前記ガラス基板の前記主表面の面方向外側へ向けて前記ガラス基板の前記端面から突出する突出部を有し耐エッチング性を有する一対の保護材が前記一対の主表面のそれぞれに設けられた前記ガラス基板に対して、エッチング液を相対的に移動させて、前記端部に存在するダメージ層を除去するように前記ガラス基板の前記端部を溶解するとともに、前記一対の介在面を前記ガラス基板に形成するエッチング処理工程と、
前記エッチング処理工程の前に行われ、前記ガラス基板及び前記保護材に前記ガラス基板の厚さ方向に貫通する開口を機械加工により形成する開口形成工程と、
を含み、
前記エッチング処理工程では、前記開口の内壁部に存在するダメージ層を除去するように前記開口を広げる方向へ前記ガラス基板を溶解する
ことを特徴とする電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 前記一対の保護材の端面が前記ガラス基板の前記端面と同一平面をなすように前記一対の保護材を前記ガラス基板に形成する保護材形成工程、
をさらに含み、
前記エッチング処理工程では、前記ガラス基板の前記端面の位置が前記主表面の面方向内側へ変化するように、前記一対の保護材同士の間で前記ガラス基板を前記エッチング液に溶解させることによって、前記一対の保護材に前記突出部を形成して、前記ガラス基板の前記端部を溶解するとともに、前記一対の介在面を前記ガラス基板に形成する
ことを特徴とする請求項1に記載の電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 前記ダメージ層の表層面は、機械加工により形成された機械加工面である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 大判の板状ガラスを保護材を介在させながら積層することによって板状ガラスの積層体を作製する板状ガラス積層工程と、
前記大判の板状ガラスが積層された積層体を分割して、小片のガラス基板の積層体を作製する切断工程と、をさらに含み、
前記形状加工工程は、前記小片のガラス基板の積層体の外形がカバーガラスの外形形状となるように機械加工を行い、
前記エッチング処理工程は、複数の前記ガラス基板が積層された状態で行われる
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 前記エッチング処理工程では、前記ガラス基板の端面の位置が主表面の面方向内側へ変化するように前記ガラス基板を溶解する
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに1項に記載の電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 一対の主表面と、前記一対の主表面に対して直交する方向に沿って配置された端面を含む端部とを有し、前記一対の主表面を貫通する開口が機械加工により形成された電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法であって、
耐エッチング性を有する一対の保護材が前記一対の主表面のうち前記開口を除く部分にそれぞれに設けられた前記ガラス基板に対して、エッチング液を相対的に移動させて、前記開口の内壁部に存在するダメージ層を除去するように前記開口を広げる方向へ前記ガラス基板を溶解するエッチング処理工程、
を含むことを特徴とする電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 前記エッチング処理工程後に行われ、イオン交換による化学強化を行う化学強化工程
をさらに含み、
前記エッチング処理工程では、前記開口の内壁部に存在するダメージ層を起因とする前記化学強化工程での前記ガラス基板の破損を抑えるように、エッチング処理の取しろが予め決められている
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載の電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。 - 前記エッチング処理工程では、前記ガラス基板を前記エッチング液に浸漬し、前記ガラス基板の厚さ方向に対して平行に揺動させることによって、前記ガラス基板に対して、エッチング液を相対的に移動させる
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子機器用カバーガラスのガラス基板の製造方法。
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