JP7230348B2 - 3dカバーガラス、およびその成形用金型 - Google Patents
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Description
特許文献1は、このように発生する化学強化処理による3Dカバーガラスの反りを補正する方法を提案している。
前記成形用金型は、前記中心部に対応する平坦なプレス面Aおよび前記曲面部に対応するプレス面Bを有する一対の凸型および凹型を含み、最終製品の3Dカバーガラスの板厚をt[mm]とするとき、プレス成形時における前記凸型および前記凹型のプレス面A間の最近接距離D[mm]がt[mm]以上、t+0.02[mm]以下であり、
前記凸型のプレス面Bにおいて、前記プレス面Aの中心からみて周辺方向に曲率半径が100[mm]以下になる最初の位置を前記プレス面Aと前記プレス面Bとの境界線と定義し、前記境界線上の任意の点を原点とし、前記原点から前記プレス面Aに平行で前記境界線に垂直な線をX軸とし、前記X軸は前記原点から見てプレス面Aの方向をマイナス方向、その逆方向をプラス方向とし、前記プレス面Aの法線方向をZ軸とし、XZ平面での断面図をとり、前記断面図において前記プレス面Bの個々の部位における、プレス成形時における前記凸型および前記凹型のプレス面B間の最近接距離をD1[mm]とするとき、前記凸型を基準として前記X軸のプラス方向における前記D1の変化量ΔD1/ΔXの最大値が0.01[mm]以上であり、かつD1の最大値がt+0.10[mm]以上、t+0.50[mm]以下である3Dカバーガラス成形用金型を提供する。
(1)前記凹部は、前記プレス面Aの裏面の中心を含む。
(2)前記凹部は、前記プレス面Aの裏面の中心を通り、前記境界線との2つの交点間の直線距離dx[mm]が最小となる直線の方向をX’軸方向とするとき、前記X’軸方向において、前記プレス面Aの裏面全体にわたって設けられている。
(3)前記X’軸方向のうち、前記直線距離dx[mm]に相当する線分に対して交点を有し直交する方向における前記プレス面Bの最大長さをL[mm]とし、前記X’軸方向の直交方向における前記凹部の最小長さをL’[mm]とし、最大長さをL”[mm]とするとき、L>L”であり、かつ、比(L’/L)が0.5以上、0.98以下である。
(4)前記凹部は、前記X’軸方向の直交方向における端部が、前記X’軸方向に平行な直線形状、または前記X’軸の直交方向に対し線対称形状である。
前記多角形は、Z軸方向からみて2つの直線部を繋き、丸みを帯びた部分を含む角部を有し、
前記X軸および前記Z軸に直交する軸をY軸とし、XY平面での断面図をとり、前記断面図において前記プレス面Bの個々の部位における、プレス成形時における前記凸型および前記凹型のプレス面B間の、前記多角形の直線部分における前記最近接距離GSに対して、前記多角形の前記角部における前記最近接距離GCが長い部分を含むことが好ましい。
本発明の一実施形態にかかる3Dカバーガラス成形用金型(以下「本3Dカバーガラス成形用金型」という)は、図1に示す3Dカバーガラス100のように、中心部110が平面で周辺部に3次元曲面形状をなす曲面部120を有する3Dカバーガラスを対象とした成形用金型である。但し、本3Dカバーガラス成形用金型が対象とする3Dカバーガラスは、中心部が平面で周辺部の少なくとも2辺に曲率半径100[mm]以下の3次元曲面形状をなす曲面部を有すれば、図示したものに限定されず、後述するように矩形に限らず多角形でもよい。図1に示す3Dカバーガラス100は、周辺部の全周にわたって曲面部120が設けられているが、図中、4辺のうち例えば、左側および右側の周辺部(辺)にのみ曲面部を有していたり、図中、上側および下側の周辺部(辺)にのみ曲面部を有したりしてもよい。
図4~図6に示す本3Dカバーガラス成形用金型は、凸型20、凹型30およびリング型40で構成されており、図1に示す3Dカバーガラス100の成形に使用できる。
図7(a),(b)は、凸型のプレス面における各部の位置関係を説明する図であり、図7(a)は凸型のプレス面の斜視図、図7(b)は凸型のプレス面の平面図である。
凸型のプレス面21は、プレス面A21a、およびプレス面B21bを有している。
なお、以下に示すX’軸については図11を参照して説明する。図11は、図7(b)と同じく凸型のプレス面の平面図である。X’軸は、プレス面A21aの中心21a0を通り、プレス面A21aおよびプレス面B21bの境界線21cとの2つの交点21e,21f間の直線距離dx[mm]が最小となる直線である。
(2)凹部22は、X’軸方向において、プレス面Aの裏面全体にわたって設けられている。
(3)X’軸方向のうち、直線距離dx[mm]に相当する線分に対して交点を有し直交する方向におけるプレス面Bの最大長さをL[mm]とし、X’軸方向の直交方向における前記凹部の最小長さをL’[mm]とし、最大長さをL”[mm]とするとき、L>L”であり、かつ、比(L’/L)が0.5以上0.98以下である。
なお、図10に示す凹部22のように、X’軸方向の直交方向における凹部22の長さが全て同一の場合、凹部の最小長さL’[mm]と最大長さL”[mm]は同一である。
また、凸型20および/または凹型30のプレス面に対し裏面に設ける凹部22は、上記(1)~(3)に加え、下記(4)を満たすと、さらに好ましい。
(4)凹部は、X’軸方向の直交方向における端部が、X’軸方向に平行な直線形状、またはX’軸の直交方向に対し線対称形状である。
なお、ここでいう端部とは、点ではなく、X’軸の位置を連続して変化させたときにX’軸方向の直交方向の凹部の交点を繋げて得られる線に相当する。
なお、上記のX軸は、図7(a),(b)における符号21を3Dカバーガラスとし、符号21aを中心部、符号21a0を中心部の中心(重心)、符号21bを曲面部、符号21cを境界線、符号21dを原点とした場合のX軸である。
図12において、曲面部の曲げ角度αは、3Dカバーガラスの平面部から、垂直部分vを除いた曲面部の曲げ先端までの角度である。垂直部分vは、曲面部のうち、平面部に対し垂直方向に伸びた部分である。また、曲げ深さdは、曲面部の曲げ先端から平面部中央点までの垂直方向(Z軸方向)の距離である。曲面部の曲率半径Rは、曲面部のうち、垂直部分vを除いた曲面部の近似曲線の曲率半径である。
曲面部の曲げ角度の最大値が60°以上90°以下の3Dカバーガラスを製造する場合、さらに以下の留意点がある。
但し、カーボンは、ガラス材料に比べて熱膨張係数が小さい。そのため、成形用金型と、ガラス材料とで、プレス成形時における寸法変化に差が生じる。より具体的には、加熱時における膨張量、および、冷却時における収縮量に差が生じ、膨張量および収縮量のいずれもガラス材料のほうが大きい点には留意が必要である。
しかしながら、3Dカバーガラスの曲面部の曲げ角度の最大値が60°以上90°以下の場合、冷却時における収縮量の差が大きいと、ガラス材料が凸型と接触し、さらに凸型を押し込むような収縮が生じることによりガラス材料が割れるおそれがある。
ここで、500℃における熱膨張係数とした理由は、ガラス材料が弾性体領域のため、急激な熱膨張係数の変化が少ない範囲となり、カーボンとの熱膨張係数差を導出しやすい温度領域となるためである。
本3D成形用金型における凸型は、上記で定義したZ軸方向からみて外周が多角形の凸部を有している。該凸部と対をなす凹型はZ軸方向からみて外周が上記多角形に相当する凹部を有している。
図14は、嵌合状態の本3Dカバーガラス成形用金型のXY平面での断面図である。図14における凸型20は、外周が角部に丸みを帯びた略長方形の凸部を有している。図14における凹型30は、外周が角部に丸みを帯びた略長方形の凹部を有している。
図14において、プレス成形時における凸型20および凹型30のプレス面B間の、略長方形の直線部分における最近接距離をGSとし、略長方形の角部における最近接距離をGCとする。図14に示す略長方形のうち、曲率半径が100mm超の部分を直線部分とし、曲率半径が100mm以下の部分を角部とする。
略長方形の直線部分における最近接距離GSに対して、略長方形の角部における最近接距離GCが長い部分を含むようにすることにより、略長方形の角部のガラスが凸型20および凹型30に挟み込まれるのを抑制し、成形後の3Dカバーガラスの高さが不均一になるのを抑制する。
ただし、略長方形の角部における最近接距離GCが略長方形の直線部分における最近接距離GSに対して大きすぎると、成形後の3Dカバーガラスの高さが不均一になるおそれがある。そのため、略長方形の角部における最近接距離GCが4g(mm)以下の部分を含むことが好ましく、略長方形の角部全ての位置での最近接距離GCが4g(mm)以下であることがより好ましい。
図15(a),(b)は、本発明の実施形態にかかる凸型の構成例を示した部分断面図である。図15(a)に示す凸型20は、プレス面B21bにおける形状が、Z軸方向に沿って垂直に伸びており、プレス面A21aから離間しても、X軸方向における形状が変化しない。これに対し、図15(b)に示す凸型20は、プレス面B21bにおける形状が、Z軸方向においてプレス面A21aから離間するにつれて、X軸方向においてプレス面A21a側(プレス面A21aの中心に向かう側)に傾斜している。曲面部の曲げ角度の最大値が60°以上90°以下の3Dカバーガラスを製造する場合、図15(b)に示す凸型20が好ましい。図15(b)に示す凸型20において、プレス面B21bが、Z軸方向においてプレス面A21aから離間する距離をlzとし、X軸方向においてプレス面A21a側に移動する距離をlxとするとき、lxは、0.01lz以上が好ましい。
(実施例1~3、比較例1)
実施例1~3、および比較例1では、一対の凸型および凹型を含む金型を用いて3Dカバーガラスのプレス成形を実施した。
使用した金型(凸型および凹型)の外形寸法は約180[mm]×120[mm]×30[mm]である。凸型と凹型との体積を同一とし、下型に凹型を上型に凸型を用いた。ガラス(板)材料としては、旭硝子株式会社製のガラス材料DT-STAR(板厚t=0.5[mm]、転移温度Tg=547[℃]、歪点Ts=501[℃])を用いて成形した。まず、ガラスの粘性係数が109.5[Pa・s]となる温度に加熱して、プレス圧の最大値が0.55[MPa]となるように成形した後、プレス圧の最大値が0.5[MPa]でガラスをプレスした状態でガラスの歪点Ts[℃]まで冷却し、常温まで放冷した。
本実施例では、一対の凸型および凹型を含む金型を用いて、曲面部の曲げ角度αの最大値が90°の3Dカバーガラスのプレス成形を実施した。
使用した金型(凸型および凹型)の外形寸法は約40[mm]×40[mm]×120[mm]である。凸型と凹型との体積を同一とし、下型に凹型を上型に凸型を用いた。ガラス(板)材料としては、旭硝子株式会社製のガラス材料DT-STAR(板厚t=0.55[mm]、転移温度Tg=547[℃]、歪点Ts=501[℃])を用いて成形した。まず、ガラスの粘性係数が109.5[Pa・s]となる温度に加熱して、プレス圧の最大値が0.55[MPa]となるように成形した後、プレス圧の最大値が0.5[MPa]でガラスをプレスした状態でガラスの歪点Ts[℃]まで冷却し、常温まで放冷した。
21:プレス面
21a:プレス面A
21a0:プレス面Aの中心
21b:プレス面B
21c:境界線
21d:原点
21e,21f:X’軸の境界線との交点
22:凹部
30:凹型
31:プレス面
31a:プレス面A
31b:プレス面B
32:窒素流入口
33:型内部窒素の抜け溝
40:リング型
100:3Dカバーガラス
110:中心部
120:曲面部
200:凸型
300:凹型
Claims (13)
- 中心部が平坦で周辺部の少なくとも一部に曲率半径100[mm]以下の3次元曲面をなす曲面部を有する3Dカバーガラスの成形用金型であって、
前記成形用金型は、前記中心部に対応する平坦なプレス面Aおよび前記曲面部に対応するプレス面Bを有する一対の凸型および凹型を含み、最終製品の3Dカバーガラスの板厚をt[mm]とするとき、プレス成形時における前記凸型および前記凹型のプレス面A間の最近接距離D[mm]がt[mm]以上、t+0.02[mm]以下であり、
前記凸型のプレス面Bにおいて、前記プレス面Aの中心からみて周辺方向に曲率半径が100[mm]以下になる最初の位置を前記プレス面Aと前記プレス面Bとの境界線と定義し、前記境界線上の任意の点を原点とし、前記原点から前記プレス面Aに平行で前記境界線に垂直な線をX軸とし、前記X軸は前記原点から見てプレス面Aの方向をマイナス方向、その逆方向をプラス方向とし、前記プレス面Aの法線方向をZ軸として、XZ平面での断面図をとり、前記断面図において前記プレス面Bの個々の部位における、プレス成形時における前記凸型および前記凹型のプレス面B間の最近接距離をD1[mm]とするとき、前記境界線の全周にわたって、前記凸型を基準として前記X軸のプラス方向における前記D1の変化量ΔD1/ΔXの最大値が0.01以上であり、かつD1の最大値がt+0.10[mm]以上、t+0.50[mm]以下であることを特徴とする3Dカバーガラス成形用金型。 - 前記凸型および前記凹型は熱伝導率が50[W/(m・K)]以上の材料からなり、前記凸型および前記凹型の体積を各々V1[mm3]およびV2[mm3]とするとき、これらの比V1/V2が0.5以上、2.0以下である、請求項1に記載の3Dカバーガラス成形用金型。
- 前記凸型および前記凹型の少なくとも一方は、前記プレス面Aの裏面に下記(1)~(3)を満たす凹部が設けられている、請求項1または2に記載の3Dカバーガラス成形用金型。
(1)前記凹部は、前記プレス面Aの裏面の中心を含む。
(2)前記凹部は、前記プレス面Aの裏面の中心を通り、前記境界線との2つの交点間の直線距離dx[mm]が最小となる直線の方向をX’軸方向とするとき、前記X’軸方向において、前記プレス面Aの裏面全体にわたって設けられている。
(3)前記X’軸方向のうち、前記直線距離dx[mm]に相当する線分に対して交点を有し直交する方向における前記プレス面Bの最大長さをL[mm]とし、前記X’軸方向の直交方向における前記凹部の最小長さをL’[mm]とし、最大長さをL”[mm]とするとき、L>L”であり、かつ、比(L’/L)が0.5以上、0.98以下である。 - 前記凹部は、下記(4)を満たす、請求項3に記載の3Dカバーガラス成形用金型。
(4)前記凹部は、前記X’軸方向の直交方向における端部が、前記X’軸方向に平行な直線形状、または前記X’軸の直交方向に対し線対称形状である。 - 前記凹部の深さは0.1[mm]以上、5[mm]以下である、請求項3または4に記載の3Dカバーガラス成形用金型。
- 前記凹部は、前記深さが均一である、請求項5に記載の3Dカバーガラス成形用金型。
- さらに前記凸型および前記凹型の嵌合部を覆うリング型を有する、請求項1~6のいずれかに記載の3Dカバーガラス成形用金型。
- 500℃における前記凸型の熱膨張係数が、50×10-7/K以上である、請求項1~7のいずれかに記載の3Dカバーガラス成形用金型。
- 前記凸型は、Z軸方向からみて外周が多角形の凸部を有し、前記凹型は、Z軸方向からみて外周が前記多角形に相当する凹部を有し、
前記多角形は、Z軸方向からみて2つの直線部を繋き、丸みを帯びた部分を含む角部を有し、
前記X軸および前記Z軸に直交する軸をY軸とし、XY平面での断面図をとり、前記断面図において前記プレス面Bの個々の部位における、プレス成形時における前記凸型および前記凹型のプレス面B間の、前記多角形の直線部分における最近接距離GSに対して、前記多角形の前記角部における最近接距離GCが長い部分を含む、請求項1~8のいずれかに記載の3Dカバーガラス成形用金型。 - 前記凸型は、XZ平面での断面図において、前記プレス面Bにおける形状が、Z軸方向において前記プレス面Aから離間するにつれて、X軸方向において前記プレス面A側に傾斜する部分を含む、請求項1~9のいずれかに記載の3Dカバーガラス成形用金型。
- 請求項1~10のいずれかに記載の3Dカバーガラス成形用金型の、前記凸型と前記凹型との間に平面状のガラス板を載置した後、加熱して、3Dカバーガラスを成形した後、冷却する、3Dカバーガラスの製造方法。
- 前記ガラス板の500℃における熱膨張係数は、前記凸型の500℃における熱膨張係数より大きく、両者の差を、20×10-7/K以下とする、請求項11に記載の3Dカバーガラスの製造方法。
- 前記冷却後の3Dカバーガラス板は、曲げ角度の最大値が60°以上90°以下である、請求項11または12に記載の3Dカバーガラスの製造方法。
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