JP6583007B2 - カバー部材、これを有する携帯情報端末及び表示装置、並びにカバーガラスの製造方法 - Google Patents

カバー部材、これを有する携帯情報端末及び表示装置、並びにカバーガラスの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、カバー部材、これを有する携帯情報端末及び表示装置、並びにカバーガラスの製造方法に関する。
近年、電子機器類における高度なセキュリティ対策として、指紋を個人の認証に用いる方法が盛んに用いられている。指紋認証の方法には、光学方式、感熱方式、圧力方式、静電容量方式、超音波方式などがあるが、センシング感度や消費電力の観点から静電容量方式や超音波方式が優れているとされている。
静電容量方式センサーは、被検出物が接近、または、接触した部位の局所的な静電容量の変化を検出する。一般的な静電容量方式のセンサーは、該センサー内に配置された電極と被検出物との距離を静電容量の大きさによって測定する。また、超音波方式センサーは、超音波を用いることで被検出物を三次元で検出できる。この方式では、液体などの異物を透過して検出でき、セキュリティを向上した生体認証センサーとして期待されている。これらのセンサーを用いた指紋認証機能は、小型軽量で消費電力が低いことから、特にスマートフォンや携帯電話、タブレット型パーソナルコンピューターなどの携帯情報端末(Personal Data Assistance:PDA)に搭載されている。通常、指紋認証センサー(以下、単にセンサーと呼ぶ)を保護するため、該センサーの上部にはカバー部材が配置される。
例えば、特許文献1の静電容量方式センサーパッケージングでは、センサーが対象物を検出可能となるようにカバーガラスに孔を設け、当該孔にセンサーカバーを配置することが開示されている。
国際公開第2013/173773号
しかしながら、特許文献1に記載された発明のように、カバーガラスに孔を設け、当該孔にセンサーカバーを配置する構成では、センサーカバーを孔に固定する治具等が必要となるため、部品点数が多くなり、組立工程も複雑化してしまう。また、カバーガラスの他にセンサーカバー等の異種材料が必要となるため、材料的な統一感を実現することが困難であり、意匠性に劣っていた。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、意匠性に優れ、且つ、センサー等の各種装置を容易に組み込むことが可能なカバー部材、これを有する携帯情報端末及び表示装置、並びにカバーガラスの製造方法を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 保護対象を保護するカバー部材であって、
化学強化ガラスからなり、
前記カバー部材の裏面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
前記厚肉部の表面は平面形状であり、
前記薄肉部の表面は曲面形状であって、
前記薄肉部の厚さは0.01mm以上、0.4mm以下であり、
前記厚肉部の厚さは前記薄肉部の厚さの10倍以下である、カバー部材。
(2) 前記薄肉部の表面は、前記厚肉部の表面よりも表側に凸となる曲面形状である(1)に記載のカバー部材。
(3) 前記薄肉部の表面は、前記厚肉部の表面により規定される基準面から最も突出している箇所との間の距離が5μm以上、500μm以下の曲面形状である(1)又は(2)に記載のカバー部材。
(4) 前記距離は40μm以上である(3)に記載のカバー部材。
(5) 保護対象を保護するカバー部材であって、
化学強化ガラスからなり、
前記カバー部材の表面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
前記厚肉部の裏面は平面形状であり、
前記薄肉部の裏面は曲面形状であって、
前記薄肉部の厚さは0.01mm以上、0.4mm以下であり、
前記厚肉部の厚さは前記薄肉部の厚さの10倍以下である、カバー部材。
) 前記薄肉部の裏面は、前記厚肉部の裏面よりも裏側に凸となる曲面形状である()に記載のカバー部材。
(7) 前記薄肉部の裏面は、前記厚肉部の裏面により規定される基準面から最も突出している箇所との間の距離が5μm以上、500μm以下の曲面形状である(5)又は(6)に記載のカバー部材。
(8) 前記距離は40μm以上である(7)に記載のカバー部材。
) 前記保護対象は携帯情報端末である(1)〜()の何れか1つに記載のカバー部材。
10) ()に記載のカバー部材を有する携帯情報端末。
11) 前記保護対象は表示パネルである(1)〜()の何れか1つに記載のカバー部材。
12) (11)に記載のカバー部材を有する表示装置。
13) ガラス部材を化学強化することで保護対象を保護するカバーガラスを製造する、カバーガラスの製造方法であって、
前記ガラス部材は、該ガラス部材の裏面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
前記ガラス部材を化学強化することで、前記薄肉部の表面を曲面形状に変形させる、カバーガラスの製造方法。
14) ガラス部材を化学強化することで保護対象を保護するカバーガラスを製造する、カバーガラスの製造方法であって、
前記ガラス部材は、該ガラス部材の表面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
前記ガラス部材を化学強化することで、前記薄肉部の裏面を曲面形状に変形させる、カバーガラスの製造方法。
本発明によれば、意匠性に優れ、且つ、センサー等の各種装置を容易に組み込むことが可能なカバー部材、これを有する携帯情報端末及び表示装置、並びにカバーガラスの製造方法を提供できる。
第一の実施形態のカバー部材の断面図である。 図1におけるII−II断面矢視図である。 ガラス部材の断面図である。 凹部を形成したガラス部材の断面図である。 カバー部材の断面図である。 変形例に係るカバー部材の断面図である。 変形例に係るカバー部材の断面図である。 変形例に係るカバー部材の断面図である。 変形例に係るカバー部材の断面図である。 実施例2−1に係るカバー部材及びガラス部材の断面図である。 実施例2−2に係るカバー部材及びガラス部材の断面図である。 実施例2−3に係るカバー部材及びガラス部材の断面図である。 実施例2−4に係るカバー部材及びガラス部材の断面図である。 比較例に係るカバー部材及びガラス部材の断面図である。 第二の実施形態のカバー部材の断面図である。 図15におけるXVI−XVI断面矢視図である。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることはない。また、本発明の範囲を逸脱することなく、以下の実施形態に種々の変形及び置換等を加えられる。
<第一の実施形態>
本発明の第一の実施形態のカバー部材は、保護対象を保護するカバー部材であり、カバー部材の裏面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、薄肉部に接続する厚肉部と、を備える。厚肉部の表面は平面形状であり、薄肉部の表面は曲面形状である。以下、このカバー部材の詳細を説明する。
(カバー部材)
本実施形態に係るカバー部材は、任意の保護対象を保護するために用いられる。以下、カバー部材の保護対象はスマートフォン等の携帯情報端末であるとして説明するが、保護対象としては任意の対象が適用可能であり、例えばタッチパネルセンサ、液晶ディスプレイといった表示パネルを有する表示装置等の電子機器に適用できる。
図1及び図2に示すように、本実施形態のカバー部材1は、全体として平板状の略直方体であり、図1上側の表面3と、表面3に対向する図1下側の裏面5と、を有する。本明細書において、表面とは、カバー部材1を含む組立体(アセンブリ)の外側の面、すなわち通常の使用状態において使用者が触れられる面をいう。また、裏面とは、組立体の内側の面、すなわち通常の使用状態において使用者が触れられない面をいう。また、以下の説明において、カバー部材1の長手方向をX方向とし、短手方向をY方向とし、厚み方向をZ方向とする。
カバー部材1の裏面5には、少なくとも一つの凹部7が形成される。本実施形態の凹部7は、カバー部材1のX方向端部近傍で且つY方向中央部近傍に形成される。凹部7のX方向端面9,9及びY方向端面11,11は、Z方向に平行となるように延びている。なお、凹部7が形成される位置は、カバー部材1の裏面5であれば、任意の位置に設定して構わない。
このように凹部7が設けられることにより、カバー部材1には凹部7とX方向及びY方向で重なる位置において薄肉部13が形成されると共に、当該薄肉部13の周縁部に接続し、薄肉部13よりもZ方向厚みが大きい厚肉部17が形成される。厚肉部17の表面18及び裏面19は平面形状とされるのに対し、薄肉部13の表面14及び裏面15は曲面形状とされる。すなわち、薄肉部13は表側に凸となるアーチ形状とされ、特に表面14は厚肉部17の表面18よりも表側に凸となる曲面形状とされる。したがって、薄肉部13は幾何剛性により、表側から裏側に向かう押圧力に対する強度が向上する。なお、本実施形態では、薄肉部13の裏面15は、表面14と同様に曲面形状であるとしたが、この構成に限定されず、例えば平面形状であってもよい。
このように構成されるカバー部材1によれば、携帯情報端末の任意の面(例えば表面や側面)を保護するために筐体等に組み込まれる際、裏面5に形成された凹部7にセンサー、照明、カメラ等の各種装置を配置できるので、スペース効率を向上できる。センサーとしては、指紋認証センサーや、温度センサー、タッチセンサー等が挙げられる。ここで、凹部7に組み込んだ装置は、Z方向に対向する薄肉部13によって保護されるので、上述した特許文献1の発明と異なりセンサーカバー等の異種材料を併用することなく、材料的に一様で統一感のある意匠性に優れたカバー部材1を実現できる。また、部材点数が少なく済み、組立工程を簡略化できるので、コスト削減にも多大な効果がある。さらに、厚肉部17の表面18が平面形状であるのに対し、薄肉部13の表面14は曲面形状であるので、携帯情報端末の使用者は、薄肉部13の位置、並びに当該薄肉部13の裏側の各種装置の位置を、視覚や触覚等により容易に認識できる。
カバー部材1を構成する材質としては、ガラスや、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート等の熱可塑性樹脂が挙げられるが、機械的強度、耐候性、透明性の観点からガラスが好ましい。さらに、カバー部材1がガラスである場合、当該ガラスは化学強化ガラスであることが好ましい。化学強化ガラスは、その表層に化学強化処理による圧縮応力層を有しているため、高い機械的強度を得られる。
また、上述したように、本実施形態のカバー部材1は携帯情報端末の保護用途に限定されるものではないが、特に携帯情報端末の保護のために用いられる場合、厚肉部17のZ方向厚みは、2.0mm以下であり、好ましくは1.5mm以下であり、より好ましくは0.8mm以下である。なぜなら、2.0mmよりも厚い場合、薄肉部13との厚みの差が大きくなり、加工が困難になるほか、携帯情報端末の使用には重量増になるからである。また、厚肉部17のZ方向厚みは、その剛性を高めるため、0.1mm以上であり、好ましくは0.15mm以上であり、より好ましくは0.2mm以上である。0.1mmより薄い場合、剛性が低くなり過ぎ、携帯情報端末の保護の用をなさない恐れがある。
本実施形態のカバー部材1は、平板状でもよく、少なくとも一か所に屈曲部がある屈曲形状を有していてもよい。屈曲形状を有するカバー部材1では、凹部7が屈曲部に設けられていても平板部に設けられていてもよい。屈曲形状を有するカバー部材1の作製方法は特に限定されないが、カバー部材1を加熱などにより軟化させ成形する方法などの一般的な方法を使用できる。凹部7の形成は屈曲形状に成形する前でも、成形した後でもよいが、成形前に凹部7を形成した方が、位置決めしやすく効率がよい。
また本実施形態のカバー部材1は、一部に孔を有していてもよい。これによりカバー部材1をねじなどの組み付け部材で筺体に固定できたり、他の機能部材を取り付けられるようになる。
また、薄肉部13のZ方向厚みは、厚肉部17のZ方向厚みより薄ければよいが、基本的には0.4mm以下であり、好ましくは0.35mm以下であり、より好ましくは0.3mm以下であり、さらに好ましくは0.25mm以下であり、特に好ましくは0.2mm以下であり、最も好ましくは0.1mm以下である。仮に、凹部7に静電容量式センサーが配置された場合、薄肉部13が薄いほど、検出される静電容量が大きくなり、センシング感度が向上する。例えば、指先の指紋の微細な凹凸を検出する指紋認証の場合にも、指先の指紋の微細な凹凸に応じた静電容量の差が大きくなるため、高いセンシング感度で検出できる。一方、薄肉部13のZ方向厚みの下限は、特に限定されないが、薄肉部13が過度に薄くなると、強度が低下し、センサー等の保護部としての適切な機能を発揮し難くなる傾向がある。したがって、薄肉部13のZ方向厚みは、例えば0.01mm以上であり、好ましくは0.05mm以上である。薄肉部13のZ方向厚みに対して、厚肉部17のZ方向厚みは10倍以下が好ましく、より好ましくは8倍以下である。薄肉部13のZ方向厚みに対して、厚肉部17のZ方向厚みが10倍以上であると、加工に困難が生じる恐れがある。薄肉部13のZ方向厚みに対する、厚肉部17のZ方向厚みの比率は特に下限値はなく、用途に応じて設定できる。表示装置や携帯情報端末の保護用途では、典型的に1.5倍以上である。厚肉部17に対する薄肉部13の面積の比率は、1/2以下であり、好ましくは1/3以下であり、より好ましくは1/4以下である。厚肉部17に対する薄肉部13の面積の比率が1/2より大きいと強度が著しく損なわれる恐れがある。
上述したように、薄肉部13の表面14は厚肉部17の表面18よりも表側(Z方向)に突出して反った形状とされるが、薄肉部13の反り量(表面3により規定される基準面と、表面14が最も突出している箇所と、の間のZ方向距離)は、カバー部材1の保護対象の大きさや用途によって適宜設定され、特に限定されるものではない。しかし、薄肉部13及び当該薄肉部13の裏側の各種装置の位置を容易に認識可能とするためには、薄肉部13の反り量は、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましい。また、意匠性の観点から、薄肉部13の反り量は、500μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましい。
薄肉部13のヤング率は60GPa以上であり、好ましくは65GPa以上であり、より好ましくは70GPa以上である。薄肉部13のヤング率が60GPa以上であると、外部からの衝突物との衝突に起因する薄肉部13の破損を十分に防止できる。また、静電容量方式センサーなどの指紋認証センサーが凹部7に配置される場合には、スマートフォン等の落下や衝突に起因する薄肉部13の破損を十分に防止できる。さらに、薄肉部13により保護されるセンサーの破損等を、十分に防止できる。また、薄肉部13のヤング率の上限は特に限定されないが、生産性の観点から、薄肉部13のヤング率は、例えば200GPa以下であり、好ましくは150GPa以下である。
薄肉部13のビッカース硬度Hvは、好ましくは400以上であり、より好ましくは500以上である。薄肉部13のビッカース硬度が400以上であると、外部からの衝突物との衝突に起因する薄肉部13の擦傷を十分に防止できる。また、静電容量方式センサーなどの指紋認証センサーが凹部7に配置される場合には、スマートフォン等の落下や衝突に起因する薄肉部13の擦傷を十分に防止できる。さらに、薄肉部13により保護されるセンサーの破損等を、十分に防止できる。また、薄肉部13のビッカース硬度の上限は、特に限定されないが、過度に高すぎると研磨や加工が困難となる場合がある。したがって、当該化学強化ガラスのビッカース硬度は、例えば1200以下であり、好ましくは1000以下である。なお、ビッカース硬度は、例えば日本工業規格JIS Z 2244に記載する、ビッカース硬さ試験により測定できる。
薄肉部13の周波数1MHzでの比誘電率は、好ましくは7以上であり、より好ましくは7.2以上であり、さらに好ましくは7.5以上である。静電容量方式センサーが仮に凹部7に配置される場合、薄肉部13の比誘電率を高くすることにより、検出される静電容量を大きくすることができ、優れたセンシング感度を実現できる。特に、薄肉部13の周波数1MHzでの比誘電率が7以上であると、指先の指紋の微細な凹凸を検出する指紋認証の場合にも、指先の指紋の微細な凹凸に応じた静電容量の差が大きくなるため、高いセンシング感度で検出できる。また、薄肉部13の比誘電率の上限については、特に限定されないが、過度に高すぎると誘電損失が大きくなり、消費電力が増加し、また、反応が遅くなる場合がある。したがって、薄肉部13の周波数1MHzでの比誘電率は、例えば好ましくは20以下であり、より好ましくは15以下である。比誘電率は、カバー部材1の両面に電極を作製したキャパシタンスの静電容量を測定することによって得られる。
薄肉部13の表面14の算術平均粗さ(Ra)は、特に限定されないが、300nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましい。静電容量方式センサーなどの指紋認証センサーが仮に凹部7に配置される場合、薄肉部13の表面14の算術平均粗さRaが300nm以下であると、指の指紋の凹凸の程度と比べて十分に小さくなるため、センシング感度が高くなる点で好ましい。また、薄肉部13の表面14の算術平均粗さRaの下限も、特に限定されないが、好ましくは0.3nm以上であり、より好ましくは1.0nm以上である。薄肉部13の表面14の算術平均粗さRaが0.3nm以上であると、強度が向上する点で好ましい。なお、薄肉部13の表面14の算術平均粗さRaは、研磨砥粒や研磨方法等の選択により調整できる。また、当該化学強化ガラスの第1面の算術平均粗さRaは、日本工業規格1994 JIS B0601に基づいて測定できる。一方、薄肉部13の裏面15の算術平均粗さRaも特に限定されるものではなく、表面14と同じであってもよく、あるいは異なっていてもよい。
(カバーガラスの製造方法)
次に、本実施形態のカバー部材1が化学強化ガラスからなるカバーガラスである場合の、当該カバーガラスの製造方法について説明する。先ず、各成分の原料を後述する組成となるように調合し、ガラス溶融窯で加熱溶融する。バブリング、撹拌、清澄剤の添加等によりガラスを均質化し、従来公知の成形法により所定の厚さのガラス板に成形し、徐冷する。ガラスの成形法としては、例えば、フロート法、プレス法、フュージョン法、ダウンドロー法及びロールアウト法が挙げられる。特に、大量生産に適したフロート法が好適である。また、フロート法以外の連続成形法、すなわち、フュージョン法およびダウンドロー法も好適である。任意の成形法により平板状に成形されたガラス部材は、徐冷された後、所望のサイズ(カバー部材1のサイズ)に切断され、研磨加工が施される。これにより、図3に示すような、平面状の表面103及び裏面105を有し、全体として平板状であるガラス部材101が得られる。
次に、図4に示すように、ガラス部材101の裏面105にエッチング処理を施すことにより、凹部107を設ける。不図示であるが、エッチング処理を施すことにより、凹部107における角部が曲面形状(R形状)となるので、強度を向上させられる。なお、平板状に成形したガラス部材101を再加熱し、溶融させた状態でプレス成形したり、溶融ガラスをプレス型上に流し出してプレス成形することで、凹部107を形成しても構わない。プレス成形のみによって薄肉部113の厚みが必要な薄さに達しない場合には、凹部107を追加的にエッチングする、または表面114側を研磨するなどして厚みを調整できる。
凹部107が設けられることにより、ガラス部材101には凹部107とX方向及びY方向で重なる位置において薄肉部113が形成されると共に、当該薄肉部113の周縁部に接続し、薄肉部113よりもZ方向厚みが大きい厚肉部117が形成される。このとき、厚肉部117の表面118及び裏面119並びに薄肉部113の表面114及び裏面115は平面形状であり、厚肉部117の表面118及び薄肉部113の表面114は面一に接続される。
次に、ガラス部材101に化学強化処理を施すことにより、図5に示すようなカバー部材1を得る。化学強化処理とは、ガラスの表層のイオン半径が小さいアルカリイオン(例えば、ナトリウムイオン)をイオン半径の大きなアルカリイオン(例えば、カリウムイオン)に置換(イオン交換)する処理をいう。化学強化処理の方法としてはガラスの表層のアルカリイオンをよりイオン半径の大きなアルカリイオンとイオン交換できるものであれば特に限定されないが、例えば、ナトリウムイオンを含有するガラスを、カリウムイオンを含む溶融塩で処理することにより実施できる。このようなイオン交換処理が行われるために、ガラス表層の圧縮応力層の組成はイオン交換処理前の組成と若干異なるが、基板厚み中央部の組成はイオン交換処理前の組成とほぼ同じである。
化学強化が施されるガラスとして、ナトリウムイオンを含有するガラスを用いる場合、化学強化処理を行うための溶融塩は、少なくともカリウムイオンを含む溶融塩を用いることが好ましい。このような溶融塩としては、例えば、硝酸カリウムが好適に挙げられる。溶融塩としては純度が高いものを用いることが好ましい。
また、溶融塩は、その他の成分を含有する混合溶融塩であってもよい。その他の成分としては、例えば、硫酸ナトリウムおよび硫酸カリウム等のアルカリ硫酸塩、並びに塩化ナトリウムおよび塩化カリウム等のアルカリ塩化塩、炭酸ナトリウムや炭酸カリウム等の炭酸塩、重炭酸ナトリウムや重炭酸カリウム等の重炭酸塩などが挙げられる。
溶融塩の加熱温度は、350℃以上が好ましく、380℃以上がより好ましく、400℃以上が更に好ましい。また、溶融塩の加熱温度は、500℃以下が好ましく、480℃以下がより好ましく、450℃以下がより好ましい。溶融塩の加熱温度を350℃以上とすることにより、イオン交換速度の低下により化学強化が入りにくくなることを防ぐ。また、溶融塩の加熱温度を500℃以下とすることにより、溶融塩の分解・劣化を抑制できる。
ガラスを溶融塩に接触させる時間は、十分な圧縮応力を付与するためには、1時間以上が好ましく、2時間以上がより好ましい。また、長時間のイオン交換では、生産性が落ちるとともに、緩和により圧縮応力値が低下するため、24時間以下が好ましく、20時間以下がより好ましい。具体的には、例えば、400〜450℃の硝酸カリウム溶融塩にガラスを2〜24時間浸漬させることが典型的である。化学強化の実施回数は特に制限はないが、1回以上であればよく、例えば異なった条件で2回化学強化を実施してもよい。
ガラス部材101に化学強化処理がされて得られたカバー部材1(カバーガラス)には、表層に圧縮応力層が形成される。圧縮応力層の表面圧縮応力(Compressive Stress;CS)は300MPa以上であることが好ましく、400MPa以上であることがより好ましい。CSは、表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いて測定できる。
化学強化によりガラス表層のナトリウムイオンと溶融塩中のカリウムイオンとをイオン交換する場合、化学強化によって生じる表面圧縮応力層の深さ(Depth Of Layer;DOL)は任意の方法により測定できるが、例えばEPMA(electron probe micro analyzer、電子線マイクロアナライザー)にてガラスの深さ方向のアルカリイオン濃度分析(この例の場合はカリウムイオン濃度分析)を行い、測定により得られたイオン拡散深さをDOLとみなせる。また、DOLは表面応力計(例えば、折原製作所製FSM−6000)等を用いても測定できる。また、ガラス表層のリチウムイオンと溶融塩中のナトリウムイオンとをイオン交換する場合、EPMAにてガラスの深さ方向のナトリウムイオン濃度分析を行い、測定により得られたイオン拡散深さをDOLとみなす。
カバー部材1(カバーガラス)の内部引張応力(Central Tension;CT)は、好ましくは200MPa以下であり、より好ましくは150MPa以下、さらに好ましくは100MPa以下、最も好ましくは80MPa以下である。なお、CTは一般に、カバー部材1の厚みをtとすると、関係式CT=(CS×DOL)/(t−2×DOL)により近似的に求められる。したがって、本実施形態に係るガラス部材101の薄肉部113は厚肉部117よりもZ方向厚みが小さいので、薄肉部113と厚肉部117を同条件で化学強化した場合、化学強化後のカバー部材1の薄肉部13のCTは厚肉部17のCTよりも大きくなる。
このように、ガラス部材101の薄肉部113と厚肉部117を同条件で化学強化した場合、カバー部材1の薄肉部13と厚肉部17でCTが異なる結果、化学強化時に薄肉部13は厚肉部17よりも膨張する。薄肉部13はその周縁を厚肉部17によって規制された状態で膨張することになるため、表側に変形する(図5参照)。この場合、厚肉部17の表面18が平面形状であるのに対し、薄肉部13の表面14は曲面形状であるので、スマートフォン等の使用者は、薄肉部13の位置並びに当該薄肉部13の裏側の各種装置の位置を、視覚や触覚等により容易に認識できる。
化学強化後の薄肉部13の反り量は、例えば以下の方法により調整できる。
化学強化後のカバー部材1に対して、所定の熱処理を行うことにより、薄肉部13の反り量を低減できる。すなわち、ガラス部材101をイオン交換処理した後、50℃以上、且つ歪点未満の温度でカバー部材1を熱処理することにより、薄肉部13の反り量を低減できる。
化学強化前のガラス部材101の薄肉部113の形状を、化学強化後の反り量を見込んだ形状に予め加工しておくことによっても、化学強化後の薄肉部13の反り量を調整できる。例えば、化学強化後の薄肉部13の表側への反り量を低減させたい場合には、化学強化前の薄肉部113を裏側に反った形状に予め加工しておけばよい。また、化学強化後の薄肉部13の表側への反り量を増加させたい場合には、化学強化前の薄肉部113を表側に反った形状に予め加工しておけばよい。
ガラス板の化学強化後の反りは、ガラス板の表面と裏面において化学強化の入り方が異なることによっても生じる。例えば、ガラス板の表面及び/又は裏面をフッ素処理して表面のフッ素濃度と裏面のフッ素濃度の差を特定範囲以上とすることにより、ガラス板の表面と裏面におけるイオンの拡散速度を調整して、表面と裏面における化学強化の入り方を調整できる。このように、表面と裏面における化学強化の入り方を調整することで、ガラス板の化学強化後の反りを調整できる。したがって、例えば、溶融ガラスを溶融金属上に供給してガラスリボンに成形する工程において、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体を、ガラスリボンの表面及び裏面に供給量に差をつけて吹き付ける工程を設けることで、化学強化後の薄肉部13の反り量を調整できる。また、溶融ガラスを溶融金属上に供給してガラスリボンに成形する工程において、その構造中にフッ素原子が存在する分子を含有する気体を、ガラスリボンの表面又は裏面のみに吹き付ける工程によっても、化学強化後の薄肉部13の反り量を調整できる。
化学強化を施す前のガラス部材101の歪点は530℃以上であることが好ましい。化学強化前のガラス部材101の歪点を530℃以上とすることにより、表面圧縮応力の緩和が生じにくくなるからである。
なお、カバー部材1は、化学強化処理が施されていないガラスであってもよい。この場合、平板状に成形したガラス部材101(図3参照)を再加熱し、溶融させた状態でプレス成形したり、溶融ガラスをプレス型上に流し出してプレス成形することで、凹部7、及び表面14が曲面形状である薄肉部13を備えたカバー部材1(図5参照)が製造される。このようにプレス成形でカバー部材1を得る場合には、薄肉部13の表面14が表側に凸となるような金型が用いられる。さらに、必要に応じて(例えば、凹部7に配置される装置が静電容量式指紋認証センサーである場合等)、薄肉部13を適切な薄さに調整するため、凹部7を追加的にエッチングしたり、薄肉部13の表面14又は裏面15を研磨したりしてもよい。
カバー部材1の裏面5には、特に薄肉部13の裏面15には、印刷層が設けられることが好ましい。印刷層を設けることにより、カバー部材1の保護対象である携帯情報端末や、凹部7に配置された各種センサー等が、カバー部材1を介して視認されることを効果的に防止できる。また、所望の色を付与でき、優れた外観性を得られる。印刷層の厚みは、カバー部材1(薄肉部13)の静電容量を高く維持するためには、20μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、10μm以下が特に好ましい。
印刷層は、例えば、所定の色材を含むインク組成物により形成できる。当該インク組成物は、色材の他、必要に応じてバインダー、分散剤や溶剤などを含むものである。色材としては、顔料や染料などいずれの色材(着色剤)であってもよく、単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。なお、色材は所望される色によって適宜選択できるが、例えば、遮光性が求められる場合には、黒系色材等が好ましく用いられる。また、バインダーとしては、特に制限されず、例えば、ポリウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、尿素メラミン系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノキシ樹脂、メタクリル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、セルロース類、ポリアセタール等の公知の樹脂(熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂など)などが挙げられる。バインダーは単独で又は2種以上を組み合わせて使用できる。
印刷層を形成するための印刷法は特に限定されるものではなく、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、凸版印刷法、スクリーン印刷法、パッド印刷法などの適宜な印刷法を適用できる。
なお、図1、図2、図5のように、X方向端面9,9やY方向端面11,11のような凹部7の壁面がZ方向に平行である場合、印刷層が十分に形成されない場合がある。このような場合、カバー部材1に裏面5側から光源を照射することにより、印刷層が形成されていないX方向端面9,9やY方向端面11,11を光が透過する。これにより、凹部7の位置や凹部7に配置された各種装置の位置を、容易に視認できる。
図6に示すように、X方向端面9,9やY方向端面11,11のような凹部7の壁面をテーパ形状とすることにより、当該壁面に印刷層を形成し易くしてもよい。この場合、凹部7の剛性が増す効果も期待できる。
(ガラス組成)
化学強化に供するガラス(ガラス部材101)としては、例えば、以下の(i)〜(vii)の何れか一つのガラスが挙げられる。なお、以下の(i)〜(v)のガラス組成は、酸化物基準のモル%で表示した組成であり、(vi)〜(vii)のガラス組成は、酸化物基準の重量%で表示した組成である。
(i)SiOを50〜80%、Alを2〜25%、LiOを0〜10%、NaOを0〜18%、KOを0〜10%、MgOを0〜15%、CaOを0〜5%およびZrOを0〜5%を含むガラス。
(ii)SiOを50〜74%、Alを1〜10%、NaOを6〜14%、KOを3〜11%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%およびZrOを0〜5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が75%以下、NaOおよびKO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)SiOを68〜80%、Alを4〜10%、NaOを5〜15%、KOを0〜1%、MgOを4〜15%およびZrOを0〜1%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が80%以下であるガラス。
(iv)SiOを67〜75%、Alを0〜4%、NaOを7〜15%、KOを1〜9%、MgOを6〜14%、CaOを0〜1%およびZrOを0〜1.5%含有し、SiOおよびAlの含有量の合計が71〜75%、NaOおよびKOの含有量の合計が12〜20%であるガラス。
(v)SiOを60〜75%、Alを0.5〜8%、NaOを10〜18%、KOを0〜5%、MgOを6〜15%、CaOを0〜8%含むガラス。
(vi)SiOを63〜75%、Alを3〜12%、MgOを3〜10%、CaOを0.5〜10%、SrOを0〜3%、BaOを0〜3%、NaOを10〜18%、KOを0〜8%、ZrOを0〜3%、Feを0.005〜0.25%含有し、RO/Al(式中、ROはNaO+KOである)が2.0以上4.6以下であるガラス。
(vii)SiOを66〜75%、Alを0〜3%、MgOを1〜9%、CaOを1〜12%、NaOを10〜16%、KOを0〜5%含有するガラス。
(熱可塑性樹脂)
本実施形態のカバー部材1が熱可塑性樹脂からなる場合、薄肉部13の表面14が表側に凸となるような金型を用い、射出成形や押出し成形により成形すればよい。
(変形例)
ここまで、XY平面において薄肉部13の周縁(四方の端部)が厚肉部17に接続するカバー部材1について説明してきたが、図7に示すように、薄肉部13の三方の端部が厚肉部17に接続する構成であってもよい。この場合、薄肉部13の一方の端部(図7の例ではY方向端部)が厚肉部17と接続しておらず、解放端とされている。また、図8に示すように、薄肉部13の二方の端部が厚肉部17に接続する構成であってもよい。この場合、薄肉部13の二方の端部(図8の例ではY方向両端部)が厚肉部17と接続しておらず、解放端とされている。また、図9に示すように、薄肉部13の一方の端部が厚肉部17に接続する構成であってもよい。この場合、薄肉部13の三方の端部(図9の例ではY方向両端部及びX方向端部)が厚肉部17と接続しておらず、解放端とされている。このように、薄肉部13の周縁のうち少なくとも一部を、厚肉部17と接続せず解放することにより、実施例において後述するように、化学強化後の薄肉部13の反り量を低減させることができる。このようにして、薄肉部13の反り量を調整できる。
また、裏面5に設けられる凹部7の数は複数であってもよく、この場合、薄肉部13も凹部7と同数だけ形成される。例えば、カバー部材1裏に配置すべきセンサーが複数である場合、当該センサーの個数と同数の凹部7を設ければよい。
また、凹部7の形状は特に限定されず、任意の形状を適用して構わない。例えば、凹部7のZ方向から見た断面形状は、矩形形状に限定されず、例えば円形状や三角形形状等が適用可能である。
<第二の実施形態>
本発明の第二の実施形態のカバー部材は、保護対象を保護するカバー部材であって、カバー部材の表面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、薄肉部に接続する厚肉部と、を備える。厚肉部の裏面は平面形状であり、薄肉部の裏面は曲面形状である。以下、このカバー部材の詳細を説明する。
第二の実施形態は、凹部7を形成する面が異なっている以外の構成は第一の実施形態と同じである。なお、第二の実施形態において、第一の実施形態と同一の構成要件に係る好ましい態様は、第一の実施形態の好ましい態様と同じである。
(カバー部材)
図15及び図16に示すように、本実施形態のカバー部材1は、全体として平板状の略直方体であり、図15下側の表面3と、表面3に対向する図15上側の裏面5と、を有する。カバー部材1の表面3には、少なくとも一つの凹部7が形成される。本実施形態の凹部7は、カバー部材1のX方向端部近傍で且つY方向中央部近傍に形成される。凹部7のX方向端面9,9及びY方向端面11,11は、Z方向に平行となるように延びている。なお、凹部7が形成される位置は、カバー部材1の表面3であれば、任意の位置に設定して構わない。
このように凹部7が設けられることにより、カバー部材1には凹部7とX方向及びY方向で重なる位置において薄肉部13が形成されると共に、当該薄肉部13の周縁部に接続し、薄肉部13よりもZ方向厚みが大きい厚肉部17が形成される。厚肉部17の表面18及び裏面19は平面形状とされるのに対し、薄肉部13の表面14及び裏面15は曲面形状とされる。すなわち、薄肉部13は裏側に凸となるアーチ形状とされ、特に裏面15は厚肉部17の裏面19よりも裏側に凸となる曲面形状とされる。したがって、薄肉部13は幾何剛性により、裏側から表側に向かう押圧力に対する強度が向上する。なお、本実施形態では、薄肉部13の表面14は、裏面15と同様に曲面形状であるとしたが、この構成に限定されず、例えば平面形状であってもよい。
このように構成されるカバー部材1によれば、携帯情報端末の任意の面(例えば表面や側面)を保護するために筐体等に組み込まれる際、裏面15にセンサー等の各種装置を配置すると、人がカバー部材1を触れたときに表面3に形成された凹部7により位置を視覚や触覚等により容易に把握できるようになる。特に、本実施形態のカバー部材1を車載用の表示装置に使用した際には、運転者が視覚に頼らず、触覚だけで凹部7の位置を把握し操作ができるため、安全運転に寄与する。裏面15に各種装置を配置した装置は、Z方向に対向する薄肉部13によって保護されるので、上述した特許文献1の発明と異なりセンサーカバー等の異種材料を併用することなく、材料的に一様で統一感のある意匠性に優れたカバー部材1を実現できる。また、部材点数が少なく済み、組立工程を簡略化できるので、コスト削減にも多大な効果がある。さらに、携帯情報端末を落下させたり、カバー部材表面に何らかのものがぶつかったりしても薄肉部が表面から凹入していることにより、薄肉部が破損しにくい利点がある。
また、表面3に設けられる凹部7の数は複数であってもよく、この場合、薄肉部13も凹部7と同数だけ形成される。例えば、カバー部材1裏に配置すべきセンサーが複数である場合、当該センサーの個数と同数の凹部7を設ければよい。
以下、本発明を実施例によって説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
(実施例1)
ガラス部材101を化学強化して化学強化ガラスからなるカバー部材1を得る際に、化学強化条件及び薄肉部113のZ方向厚みを変化させた場合に、化学強化後の薄肉部113の反り量に与える影響を実施例1−1〜1−6に基づいて検証する。
先ず、実施例1−1〜1−6のカバー部材1を得る方法について説明する。実施例1−1〜1−6のそれぞれについて、旭硝子社製化学強化用ガラス「Dragontrail(登録商標)」を用い、X方向幅が35mm、Y方向幅が35mm、Z方向厚みが0.7mmとなるように切断し、研削し、研磨することでガラス部材101を得た(例えば図3参照。)。
続いて、ガラス部材101の裏面105の中央部分に、エッチング処理を施すことにより、X方向幅が20mm、Y方向幅が18mmである凹部107を形成した(例えば図4参照。)。ここで、凹部107のZ方向厚みは各実施例で異なり、実施例1−1では0.60mm、実施例1−2では0.55mm、実施例1−3では0.50mm、実施例1−4では0.60mm、実施例1−5では0.55mm、実施例1−6では0.50mmであった。したがって、薄肉部113のZ方向厚みも各実施例で異なり、実施例1−1では0.1mm、実施例1−2では0.15mm、実施例1−3では0.2mm、実施例1−4では0.1mm、実施例1−5では0.15mm、実施例1−6では0.2mmであった。すなわち、実施例1−1と実施例1−4、実施例1−2と実施例1−5、実施例1−3と実施例1−6は、それぞれ凹部107及び薄肉部113の寸法が等しく設定された。ここで、エッチング処理は、所望の凹部107を得られるよう、マスク処理を施したガラス部材101をフッ酸でエッチングすることにより行った。
最後に、各実施例におけるガラス部材101について、化学強化処理を行うことにより、各実施例に係るカバー部材1(例えば図5参照。)を得た。化学強化条件としては、実施例1−1〜1−3については410℃の硝酸カリウム溶融塩にガラス部材101を4時間浸漬させ、実施例1−4〜1−6については410℃の硝酸カリウム溶融塩にガラス部材101を2時間浸漬させた。
各実施例に係るカバー部材1について、化学強化後の薄肉部13の反り量を測定した結果を、表1に示す。ここで、薄肉部13の反り量とは、図5における表面3により規定される基準面と、表面14が最も突出している箇所と、の間のZ方向距離をいう。また、薄肉部13の反り量は、表面変位計によりXY平面をスキャンすることによって測定した。
Figure 0006583007
実施例1−1〜1〜3及び実施例1−4〜1−6をそれぞれ比較することにより、化学強化前の薄肉部113のZ方向厚みが大きくなるにしたがい、すなわち(厚肉部117のZ方向厚み/薄肉部113のZ方向厚み)の値が小さくなるにしたがい、化学強化後の薄肉部13の反り量が小さくなっていることがわかる。これは、Z方向厚みが大きくなる程、薄肉部13の内部引張応力CTが小さくなり厚肉部17のCTに近づくので、薄肉部13と厚肉部17の膨張差が小さくなるためと考えられる。したがって、化学強化前の厚肉部117のZ方向厚みを小さくすることによっても、化学強化後の薄肉部13の反り量は小さくなると推察される。
また、実施例1−1及び1−4、実施例1−2及び1−5、実施例1−3及び1−6をそれぞれ比較することにより、化学強化時間が短くなるにしたがい、化学強化後の薄肉部13の反り量が小さくなっていることがわかる。これは、化学強化時間が短くなる程、強化条件が緩くなり、薄肉部13及び厚肉部17のCTの差が小さくなり、薄肉部13と厚肉部17の膨張差が小さくなるためと考えられる。したがって、化学強化時間以外にも、化学強化時の処理温度を低く設定する等によっても、薄肉部13の反り量は小さくなると推察される。
このように、化学強化前の薄肉部113及び厚肉部117のZ方向厚みや、化学強化の条件を変更することにより、化学強化後の薄肉部13の反り量を調整できることが明らかとなった。
(実施例2)
ガラス部材101を化学強化して化学強化ガラスからなるカバー部材1を得る際に、薄肉部13の周縁と厚肉部17との接続範囲を変化させた場合に、化学強化後の薄肉部13の反り量に与える影響を実施例2−1〜2−4及び比較例に基づいて検証する。
先ず、図10〜14にそれぞれ示す実施例2−1〜2−4及び比較例のカバー部材1を得る方法について説明する。実施例2−1〜2−4及び比較例のそれぞれについて、旭硝子社製化学強化用ガラス「Dragontrail(登録商標)」を切断し、研削し、研磨することで、ガラス部材101を得た(例えば図3参照。)。表2には、実施例2−1〜2−4及び比較例に係るガラス部材101のX方向幅、Y方向幅、及びZ方向厚みが示されている。
Figure 0006583007
続いて、図10〜13に示すように、実施例2−1〜2−4に係るガラス部材101の裏面105に、エッチング処理を施すことにより、X方向幅が10mm、Y方向幅が20mm、Z方向厚みが0.33mmである凹部107を形成した。ここで、エッチング処理は、実施例1と同様に行った。
図10に示すように、実施例2−1のガラス部材101では、XY平面における中央部分に凹部107が設けられており、薄肉部113の周縁(四方の端部)が厚肉部117に接続する。
図11に示すように、実施例2−2のガラス部材101は、実施例2−1のガラス部材101において薄肉部113よりもY方向一端側(図中、下側)に位置する厚肉部117を削除した形状とされている。すなわち、薄肉部113の三方の端部が厚肉部117に接続する構成であり、薄肉部113の一方の端部(Y方向端部)が厚肉部117と接続しておらず、解放端とされている。
図12に示すように、実施例2−3のガラス部材101は、実施例2−2のガラス部材101において薄肉部113よりもY方向他端側(図中、上側)に位置する厚肉部117を削除した形状とされている。すなわち、薄肉部113の二方の端部が厚肉部117に接続する構成であり、薄肉部113の二方の端部(Y方向両端部)が厚肉部117と接続しておらず、解放端とされている。
図13に示すように、実施例2−4のガラス部材101は、実施例2−3のガラス部材101において薄肉部113よりもX方向一端側(図中、右側)に位置する厚肉部117を削除した形状とされている。すなわち、薄肉部113の一方の端部が厚肉部117に接続する構成であり、薄肉部113の三方の端部(Y方向両端部及びX方向端部)が厚肉部117と接続しておらず、解放端とされている。
図14に示すように、比較例のガラス部材101は、実施例2−4のガラス部材101において薄肉部113よりもX方向他端側(図中、左側)に位置する厚肉部117を削除した形状とされている。すなわち、比較例のガラス部材101は、厚肉部117を有さず、薄肉部113のみからなるものであり、当該薄肉部113の周縁(四方の端部)が解放端とされている。
最後に、各実施例及び比較例におけるガラス部材101について、化学強化処理を行うことにより、各実施例及び比較例に係るカバー部材1(図10〜14参照)を得た。化学強化条件としては、425℃の100%硝酸カリウム溶融塩にガラス部材101を4時間浸漬させた。
各実施例及び比較例に係るカバー部材1について、化学強化後の薄肉部13の反り量を測定した結果を、表3に示す。薄肉部13の反り量は、レーザー変位計を用いて測定した。
Figure 0006583007
解放端の個数が多くなるにしたがって、化学強化後の薄肉部13の反り量が小さくなっていることがわかる。これは、薄肉部13と厚肉部17の膨張差によって薄肉部13に誘起された応力が、解放端によって解放されたためと考えられる。
このように、薄肉部13の周縁のうち少なくとも一部を、厚肉部17と接続せず解放することにより、化学強化後の薄肉部13の反り量を低減できることが明らかとなった。したがって、薄肉部13の周縁と厚肉部17との接続範囲を変化させることにより、薄肉部13の反り量を調整できる。
1 カバー部材
3 表面
5 裏面
7 凹部
9 X方向端面
11 Y方向端面
13 薄肉部
14 表面
15 裏面
17 厚肉部
18 表面
19 裏面
101 ガラス部材
105 裏面
107 凹部
113 薄肉部
114 表面
115 裏面
117 厚肉部
118 表面
119 裏面

Claims (14)

  1. 保護対象を保護するカバー部材であって、
    化学強化ガラスからなり、
    前記カバー部材の裏面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
    前記厚肉部の表面は平面形状であり、
    前記薄肉部の表面は曲面形状であって、
    前記薄肉部の厚さは0.01mm以上、0.4mm以下であり、
    前記厚肉部の厚さは前記薄肉部の厚さの10倍以下である、
    カバー部材。
  2. 前記薄肉部の表面は、前記厚肉部の表面よりも表側に凸となる曲面形状である請求項1に記載のカバー部材。
  3. 前記薄肉部の表面は、前記厚肉部の表面により規定される基準面から最も突出している箇所との間の距離が5μm以上、500μm以下の曲面形状である請求項1又は2に記載のカバー部材。
  4. 前記距離は40μm以上である請求項3に記載のカバー部材。
  5. 保護対象を保護するカバー部材であって、
    化学強化ガラスからなり、
    前記カバー部材の表面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
    前記厚肉部の裏面は平面形状であり、
    前記薄肉部の裏面は曲面形状であって、
    前記薄肉部の厚さは0.01mm以上、0.4mm以下であり、
    前記厚肉部の厚さは前記薄肉部の厚さの10倍以下である、
    カバー部材。
  6. 前記薄肉部の裏面は、前記厚肉部の裏面よりも裏側に凸となる曲面形状である請求項に記載のカバー部材。
  7. 前記薄肉部の裏面は、前記厚肉部の裏面により規定される基準面から最も突出している箇所との間の距離が5μm以上、500μm以下の曲面形状である請求項5又は6に記載のカバー部材。
  8. 前記距離は40μm以上である請求項7に記載のカバー部材。
  9. 前記保護対象は携帯情報端末である請求項1〜の何れか1項に記載のカバー部材。
  10. 請求項に記載のカバー部材を有する携帯情報端末。
  11. 前記保護対象は表示パネルである請求項1〜の何れか1項に記載のカバー部材。
  12. 請求項11に記載のカバー部材を有する表示装置。
  13. ガラス部材を化学強化することで保護対象を保護するカバーガラスを製造する、カバーガラスの製造方法であって、
    前記ガラス部材は、該ガラス部材の裏面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
    前記ガラス部材を化学強化することで、前記薄肉部の表面を曲面形状に変形させる、カバーガラスの製造方法。
  14. ガラス部材を化学強化することで保護対象を保護するカバーガラスを製造する、カバーガラスの製造方法であって、
    前記ガラス部材は、該ガラス部材の表面に凹部が設けられることにより形成された薄肉部と、前記薄肉部に接続する厚肉部と、を備え、
    前記ガラス部材を化学強化することで、前記薄肉部の裏面を曲面形状に変形させる、カバーガラスの製造方法。
JP2016005265A 2015-01-30 2016-01-14 カバー部材、これを有する携帯情報端末及び表示装置、並びにカバーガラスの製造方法 Active JP6583007B2 (ja)

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