JP7110713B2 - 屈曲基材の製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、ガラス板を加熱する加熱工程と、ガラス板のうち屈曲部となる領域を局所加熱する局所加熱工程と、局所加熱工程中又は局所加熱工程後に、ガラス板を屈曲部となる領域で自重により折り曲げる曲げ工程と、を含むフラットパネルディスプレイ用のカバーガラスの製造方法が記載されている。
更に、特許文献3には、材料シートを第1温度範囲まで加熱するステップと、材料シートの再成形可能領域を第2温度範囲まで加熱するステップと、材料シートの再成形可能領域を自重により垂下させる、又は、再成形可能領域の外側か再成形可能領域の境界近傍で、材料シートに力を加えることで、材料シートの再成形可能領域を選択された形状に再成形するステップとを有して、成形物品とする方法が記載されている。
また、特許文献2の方法は、自重により曲げ工程を実施するため、複雑な屈曲部を有するガラス板を精度よく作製することが難しい課題があった。
更に、特許文献3の方法は、外力を印加しガラス板を積極的に変形しているため、ガラス板にシワなどが生じやすく、複雑な屈曲部を有するガラス板を精度よく作製することが難しい課題があった。
ガラスからなる基材の少なくとも一部に屈曲部を成形する屈曲基材の製造方法であって、前記基材は、成形対象でない第1領域と、成形対象であって前記屈曲部を含む第2領域とを有し、
前記屈曲部と同じ曲面形状を有する型面と、前記第1領域を支持する基材支持面と、を有する支持部材のうち、前記型面に、前記基材の前記第2領域を対面させた状態で、前記基材支持面に、前記基材の前記第1領域を支持させ、
前記基材の前記第2領域を加熱し、前記加熱により前記基材の前記第2領域を軟化させ、
前記第2領域の自重により前記第2領域を前記支持部材の前記型面に沿わせて、前記基材の前記第2領域が前記型面に当接して垂下速度が5mm/s以下になってから、外力により前記型面の曲面形状を前記第2領域に転写する、ことを特徴とする屈曲基材の製造方法。
図1は屈曲基材10の外観を模式的に示す斜視図であり、図2は図1のII-II線断面図である。
屈曲基材10は、一方の主面11(図中の下面)と、他方の主面12(図中の主面11の反対面である上面)と、を有する板材である。この屈曲基材10は、三次元に湾曲した形状を有する基材であり、少なくとも一部に屈曲部を有する。「屈曲部」とは、その平均曲率半径が無限大ではない部分を意味し、1000mm以下である部位を意味する。「平坦部」とは、曲率半径が1000mm超である部位とする。本構成の屈曲基材10は、主面11と主面12の屈曲部以外の向かい合う平坦部は互いに平行であるが、必ずしも平行である必要はない。
屈曲部10bの曲率半径の下限値は特に制限はないが、1mm以上が好ましく、5mm以上がより好ましく、10mm以上が更に好ましい。屈曲部の曲率半径が下限値以上であれば、屈曲基材の周辺部にある他部材と屈曲基材が、滑らかに接続したデザインが得られる。また、屈曲部10bに物が衝突した場合でも、応力集中を軽減できるため、屈曲部10bの耐衝撃性が向上する。
(i)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を63~73%、Al2O3を0.1~5.2%、Na2Oを10~16%、K2Oを0~1.5%、Li2Oを0~5%、MgOを5~13%及びCaOを4~10%含むガラス。
(ii)酸化物基準のモル%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%、MgOを2~15%、CaOを0~6%及びZrO2を0~5%含有し、SiO2及びAl2O3の含有量の合計が75%以下、Na2O及びK2Oの含有量の合計が12~25%、MgO及びCaOの含有量の合計が7~15%であるガラス。
(iii)酸化物基準のモル%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%、MgOを4~15%及びZrO2を0~1%含有するガラス。
(iv)酸化物基準のモル%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%、MgOを6~14%及びZrO2を0~1.5%含有し、SiO2及びAl2O3の含有量の合計が71~75%、Na2O及び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)酸化物基準の質量%で表示した組成が、SiO2を60~75%、Al2O3を0.5~8%、Na2Oを10~18%、K2Oを0~5%、MgOを6~15%、CaOを0~8%含むガラス。
(vi)酸化物基準の質量%で表示した組成が、SiO2を63~75%、Al2O3を3~12%、MgOを3~10%、CaOを0.5~10%、SrOを0~3%、BaOを0~3%、Na2Oを10~18%、K2Oを0~8%、ZrO2を0~3%、Fe2O3を0.005~0.25%含有し、R2O/Al2O3(式中、R2OはNa2O+K2Oである)が2.0以上4.6以下であるガラス。
(vii)酸化物基準の質量%で表示した組成が、SiO2を66~75%、Al2O3を0~3%、MgOを1~9%、CaOを1~12%、Na2Oを10~16%、K2Oを0~5%含有するガラス。
次に、上記のような屈曲基材10を製造する成形装置の一例を説明する。
成形装置は、屈曲基材10の素材である平坦な基材の一端部を折り曲げて、図1に示すようなひねり構造を形成する。
成形装置100は、支持部材21と、支持部材21の上方に配置されたヒーター23と、を備える。また、成形装置100には、各部を統括して制御する不図示の制御部が接続されていてもよい。支持部材21は、ベース部25と、ベース部25の一端部から延設された屈曲形成部27と、を有する。ベース部25と屈曲形成部27の上面には、屈曲基材の素材となる平坦な基材31が配置される。
次に、基材に屈曲部を成形する手順について説明する。なお、本願の屈曲部の成形方法は、ひねり構造や厚さ方向断面視でS字形状を有する屈曲基材10において、屈曲部の曲率半径や、屈曲基材の寸法を精度よく作製できる。特に、短辺200mm以上となる大きい屈曲基材10を作製する際に好ましい。
図4の(A)~(D)は屈曲部の成形手順の一例を順に示す工程説明図である。
まず、図4の(A)に示すように、長方形状の基材31を支持部材21上に移動又は搬送し、基材31のいずれか一方の主面が支持部材21に接触するように、基材31を支持部材21に載置する。このときの基材31は、ピン39や適宜な鉤状部材(不図示)により第1領域31bの短軸方向の端面が位置決めされる。また、ベース部25を傾けることで、重力を利用して基材31の長軸方向の端面がピンに突き当たる位置に位置決めする。
更に、支持部材21の屈曲形成部27の温度を、基材31の第2領域31a所望の温度に比べ、高温となるように制御することが好ましい。
輻射加熱とは、被加熱体がヒーター等の熱源から放射されるエネルギーを吸収することにより加熱される手法である。これにより屈曲ガラスを量産する際に、加熱-冷却サイクルの短縮化を実現できるため、変形のタクトタイムの短縮化を実現でき、結果として屈曲ガラスの生産効率を向上できる。
対流加熱とは、被加熱体が雰囲気の気体の対流により加熱される手法である。これにより、基材31の面内温度分布を均一化でき、最終的に得られる屈曲ガラス上の処理層の特性を維持しやすくなり、結果として屈曲ガラスの生産効率を向上できる。
徐冷工程における冷却速度は、15℃/分以下にすることが好ましい。これは面内の残留応力を低減でき後工程で割れにくくなるためである。冷却速度は、10℃/分以下がより好ましく、5℃/分以下が更に好ましい。
本発明では、屈曲ガラスを作製する際に、同一ガラス内で温度履歴が異なる状態となる。このため応力歪みの影響で成形後に自然に割れたり、後加工で割れることがある。特に、本発明における屈曲ガラスのように、ひねり構造や、厚さ方向断面視S字構造といった複雑で、大型なガラスでは顕著となる。また、屈曲ガラスを化学強化する際、CSやDOLの入り方にむらができるおそれがある。これらの問題はアニール工程を実施することで解決できる。アニール工程を実施することで、成形後の後切りを可能とし、むらのない化学強化も可能となるため、外形状精度が良く応力にむらのない屈曲ガラスが得られる。よって、例えば車載用ディスプレイ前面板等の輸送機の内装部品に使用するガラスのような大きなガラスでも、高品質で外形状精度よく均質に作製できる。
この屈曲基材10は、Y方向の一端部に屈曲部10bを有する。図示例の屈曲基材10においては、一方の主面11(図中の上面)が、前述した支持部材21(図3参照)に接触する面で、他方の主面12(図中の下面)が、非接触面となる。
なお、第二平面部11cは、第一平面部11aや屈曲部11bのいずれかの金型(成形装置100の支持部材21)接触面の粗さと同一であってよく、金型と接触させずに粗さを抑制してもよい。第二平面部11cを金型と接触させない方法としては、支持部材21の型面41を、基材31の第2領域31aに対して短く設定することや、第二平面部11cが型面に接触しないように温度制御すること等が挙げられる。
他方の主面12は、金型非接触面であって、屈曲部12bの粗さRa3は、第一平面部12a、第二平面部12cの粗さRa4よりも大きい。
ここで、β-OH値とは、以下の(1)式で求められ、圧縮応力層の応力値CSや、その深さDOLを適正に制御したり軟化点を制御したりするための指標である。
t:ガラスの厚さ(mm)
T1:3846cm-1における光透過率(%)
T2:3500cm-1付近における最小光透過率(%)
(1)含水量の多い原料を使用する。
(2)原料中に水分を添加する。
(3)ガラス中の水分量を減少させる成分を低減あるいは使用しない。
(4)溶融の際、酸素燃焼を使用する。
(5)ガラス溶融設備内の水蒸気量を増加させる。
(6)溶融ガラス中に水蒸気をバブリングする。
上記した屈曲基材の成形方法は一例であって、その手順の一部を変更できる。
例えば、支持部材21の型面41の表面には、基材の粗切りライン等を転写可能とする溝を有していてもよい。つまり、屈曲部の成形を実現するための、真空引きの経路が基材に転写された境界歪みをアライメントマークとして利用してもよい。この境界歪みは、線状や円状の突起であるため、図6に示すように、粗切り線や本切り線等の切断線CLに好適に利用できる。
(1) 基材の少なくとも一部に屈曲部を成形する屈曲基材の製造方法であって、前記基材は、成形対象であって前記屈曲部を含む第2領域と、成形対象でない第1領域とを有し、
前記屈曲部と同じ曲面形状を有する型面と、前記第1領域を支持する基材支持面と、を有する支持部材のうち、前記型面に、前記基材の前記第2領域を対面させた状態で、前記基材支持面に、前記基材の前記第1領域を支持させ、
前記基材の前記第2領域を加熱し、前記加熱により前記基材の前記第2領域を軟化させ、
前記第2領域の自重により前記第2領域を前記支持部材の前記型面に沿わせた後、
外力により前記型面の曲面形状を前記第2領域に転写する、ことを特徴とする屈曲基材の製造方法。
この屈曲基材の製造方法によれば、板厚の大きな変化を伴うことなく屈曲基材が得られる。また、外力により第2領域を型面に密着させるため、高い精度で屈曲形状が転写される。更に、支持部材の型面を任意形状にできるため、屈曲部の形状の制約が少なくて済む。
この屈曲基材の製造方法によれば、屈曲部が複雑な3次元形状を有していても、平易に形成できる。
この屈曲基材の製造方法によれば、型面の形状を転写するため、屈曲部に曲率半径が異なる部位が存在しても平易に形成できる。
この屈曲基材の製造方法によれば、屈曲部が、屈曲基材の端面に沿う方向と、その直交方向との間の角度で、屈曲開始する仮想線が傾斜する構成であっても平易に形成できる。
この屈曲基材の製造方法によれば、厚さ方向断面視でS字構造となる屈曲基材でも、屈曲部の曲率半径や、寸法を精度よく作製できる。
ここで「当接」とは、前記基材の前記第2領域が、前記型面の平均曲率半径が1000mm以下となる部位に接触することで、成形が始まることを意味する。この屈曲基材の製造方法によれば、基材の垂下速度が5mm/sを超える速度で変形する間は、自重によって変形させることで、過大な外力を掛けることによるしわなどの影響を低減でき、効率よく屈曲基材が得られる。
この屈曲基材の製造方法によれば、基材を真空吸引する方式であるため、基材への局部的な接触を伴う外力を付与する場合と比較して、基材に外力作用点の痕跡が残りにくくなる。
この屈曲基材の製造方法によれば、凹部に屈曲基材が吸引されることで、吸引力を凹部に集中させ、効率よく基材を変形させられる。
この屈曲基材の製造方法によれば、第2領域の外縁形状に対応した位置に設けられた凹部で基材が吸引されるため、凹部内側の型面の形状を、基材に確実に転写できる。
この屈曲基材の製造方法によれば、基材の外縁に沿った連続した溝により、基材が吸引されて、基材と型面との密着性が高められる。これにより、形状転写の精度をより向上できる。
この屈曲基材の製造方法によれば、溝と対面した位置で切断することで、基材に生じる溝痕をアライメントマークとして利用できる。これにより、切断加工の位置精度を向上でき、基材の溝痕を切断により除去できる。
この屈曲基材の製造方法によれば、基材を直接的に押し当てて、より確実な変形が可能となる。
この屈曲基材の製造方法によれば、加工方法に制約の多いガラスを、板厚の大きな変化を伴うことなく、任意の形状に高い精度で形成できる。
前記屈曲基材は一方の主面と、前記一方の主面に対向する他方の主面とを有し、
前記屈曲基材の前記一方の主面における前記屈曲部の表面粗さは、前記一方の主面における前記屈曲部以外の表面粗さより大きいことを特徴とする屈曲基材。
この屈曲基材によれば、一方の主面において、屈曲部の表面粗さが他の部分より大きいことで、屈曲部に形成する印刷層や樹脂層の固着を良好にできる。
この屈曲基材によれば、屈曲部に防眩性、AFP効果を付与でき、更に、樹脂シートの貼り付けの際のシート接着性を向上できる。
この屈曲基材によれば、屈曲部以外の基材表面を屈曲部よりも平坦にでき、他部材への組み付けが容易となり、表面性状の美観が保たれる。
この屈曲基材は、屈曲部と屈曲部以外とが、成形対象である板状の基材に簡易に得られる。一方の主面は、屈曲部の表面粗さが他の部分より大きいことで、屈曲部に形成する印刷層や樹脂層の固着を良好にできる。また他方の主面には、屈曲部に防眩性、AFP効果を付与でき、更に、樹脂シートの貼り付けの際のシート接着性を向上できる。
この屈曲基材によれば、軽量化が図れ、屈曲基材を通じた視認性も向上する。また、外部からの衝撃に対して柔軟に変形するため、割れにくくなる。
この屈曲基材によれば、端面の見栄えが向上し、かつ端面強度が上昇し、端面から割れにくくなる。
この屈曲基材によれば、曲率半径が異なる複雑な屈曲部の形状にできる。
この屈曲基材によれば、金型接触面と金型非接触面とでβ-OH値をそれぞれ適正値とすることで、化学強化特性を制御したり、機械強度を制御したりできる。
この屈曲基材によれば、屈曲基材の屈曲部において、β-OH値が少ない面を使用者面に向けることで耐擦傷性を向上でき、β-OH値が多い面を使用者非接触面に向けることで、使用者接触面に強い衝撃を受けても割れにくくできる。
この屈曲基材によれば、加工方法に制約の多いガラスを、板厚の大きな変化を伴うことなく、任意の形状に高い精度で形成できる。
11 主面
11a 第一平面部
11b 屈曲部
11c 第二平面部
12 主面
12a 第一平面部
12b 屈曲部
12c 第二平面部
21 支持部材
23 ヒーター
27 屈曲形成部
31 基材
31a 第2領域
31b 第1領域
33 基材支持面
35 溝(凹部)
41 型面
43 溝(凹部)
51,53 プッシャー
100 成形装置
R1 曲率半径
R2 曲率半径
Claims (11)
- ガラスからなる基材の少なくとも一部に屈曲部を成形する屈曲基材の製造方法であって、前記基材は、成形対象でない第1領域と、成形対象であって前記屈曲部を含む第2領域とを有し、
前記屈曲部と同じ曲面形状を有する型面と、前記第1領域を支持する基材支持面と、を有する支持部材のうち、前記型面に、前記基材の前記第2領域を対面させた状態で、前記基材支持面に、前記基材の前記第1領域を支持させ、
前記基材の前記第2領域を加熱し、前記加熱により前記基材の前記第2領域を軟化させ、
前記第2領域の自重により前記第2領域を前記支持部材の前記型面に沿わせて、前記基材の前記第2領域が前記型面に当接して垂下速度が5mm/s以下になってから、外力により前記型面の曲面形状を前記第2領域に転写する、ことを特徴とする屈曲基材の製造方法。 - 前記屈曲部は、ひねり構造を有する請求項1に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記ひねり構造は、少なくとも1つの前記屈曲部において、曲率半径が互いに異なる部位が存在することで構成される、請求項2に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記ひねり構造は、前記屈曲基材の前記屈曲部の開始点を結んだ仮想線と、前記屈曲基材の端面による一辺との交差角αが、0°<α<90°となる構造である、請求項2又は請求項3に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記屈曲基材は、前記屈曲基材の厚さ方向断面視でS字構造を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記外力は、真空吸引により生じさせた力である請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記型面の曲面形状を前記第2領域に転写する際に、前記型面に形成された凹部内を真空吸引して前記第2領域を前記型面に密着させる請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記凹部は、前記基材の外縁形状に対応して形成される請求項7に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記凹部は、前記基材の外縁に沿って連続した溝である請求項7又は請求項8に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記型面の曲面形状を前記第2領域に転写した後、前記基材を前記溝との対面位置に沿って切断する請求項9に記載の屈曲基材の製造方法。
- 前記外力は、前記基材を前記型面に向けて押し当てる押圧力である請求項1~請求項10のいずれか一項に記載の屈曲基材の製造方法。
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