JP2012246182A - 携帯機器用カバーガラスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】形状が異なる少量多品種の携帯機器用カバーガラスを効率よく製造できる携帯機器用カバーガラスの製造方法を提供すること。
【解決手段】ガラス基板をエッチングすることによりカバーガラスの形状に形状加工する形状加工工程を含む。この形状加工工程は、ガラス基板の表面に耐エッチング性を有するフィルムを貼着し、当該フィルムに対してレーザ加工または機械加工を施すことにより、ガラス基板の表面のうちエッチングされるべき領域のフィルムを除去してガラスを露出させ、露出したガラスの表面に対してエッチングを行うことで、カバーガラスの形状とする。
【選択図】図2

Description

本発明は、携帯機器用カバーガラスの製造方法に関する。
携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、デジタルスティルカメラ、ビデオカメラ等の携帯機器に表示画面の保護を主目的として、携帯機器用カバーガラスが用いられている。近年、携帯機器の薄型化や高機能化に加え、様々な形状の携帯機器の筐体および表示画面に対応すべく、様々な形状のカバーガラスが作製されている。そこで、携帯機器用カバーガラスの製造方法には、板状ガラスから所望の形状のガラス基板を作製するための形状加工工程が含まれている。
板状ガラスから所望の形状のガラス基板を作製する形状加工工程としては、以下のものが知られている。例えば、特許文献1には、板状のガラス基板の主表面に対してフォトリソグラフィによってレジストパターンを形成した後、レジストパターンをマスクとして、エッチャントでガラス基板をエッチングすることにより所望の形状にガラス基板を切り抜くようにしたカバーガラスの製造方法が開示されている。
また、特許文献2には、フォトリソグラフィを用いずに印刷法によって、板状のガラスの主表面上にエッチング耐性を有する樹脂パターンを形成し、この樹脂パターンをマスクとしてガラス基板をエッチングすることにより所望の形状にガラス基板を切り抜き、その後、ガラス基板上の樹脂パターンを除去するようにしたガラス基材の製造方法が開示されている。
特開2009−167086号公報 特開2010−6644号公報
ところで、上述した従来の形状加工工程においてフォトリソグラフィを用いた方法では、フォトレジストの塗布や露光等の複雑な処理を要する上、高価なフォトマスクを使用することからコストが掛かるプロセスになる。そのため、フォトリソグラフィを用いた方法では、同一形状のガラス基板を大量生産する場合に適している。言い換えれば、フォトリソグラフィを用いた方法は、形状が異なる複数種類のガラス基板を少量ずつ作製するような場合(少量多品種の生産の場合)には不向きである。高価なフォトマスクを少量のガラス基板のために準備しなければならず、個々のガラス基板、引いてはカバーガラスの価格が高くなるためである。近年は、スマートフォンと称される高機能型携帯端末の普及に伴って多様な形状の筐体デザインが求められており、それに応じて携帯機器用カバーガラスの形状も多様なものになる。そこで、少量多品種の携帯機器用カバーガラスを安価に製造することが要請されている。
また、従来の形状加工工程において、スクリーン印刷を用いてレジスト(樹脂)をパターニングする方法を採る場合、メッシュスクリーンあるいはメタルスクリーン自体は安価であるが、この方法で使用可能な印刷材料(レジストとなる樹脂)としては、印刷に適した材料であることに加え、耐エッチング性を有し、かつ、エッチング後に特定の溶剤によって除去可能な特別な材料のみ用いることができる。すなわち、使用できる印刷材料に制約が在るという問題がある。
上述した観点に鑑み、本発明は、形状が異なる少量多品種の携帯機器用カバーガラスを効率よく製造できる携帯機器用カバーガラスの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための第1の観点は、ガラス基板をエッチングすることによりカバーガラスの形状に形状加工する形状加工工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、上記形状加工工程は、ガラス基板の表面に耐エッチング性を有するフィルムを貼着し、当該フィルムに対してレーザ加工または機械加工を施すことにより、ガラス基板の表面のうちエッチングされるべき領域のフィルムを除去してガラスを露出させ、露出したガラスの表面に対してエッチングを行うことで、カバーガラスの形状とすることを特徴とする。
上記課題を解決するための第2の観点は、ガラス基板をブラスト処理することによりカバーガラスの形状に形状加工する形状加工工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、ガラス基板の表面にフィルムを貼着し、フィルムに対してレーザ加工または機械加工を施すことにより、ガラス基板の表面のうちブラスト処理すべき領域のフィルムを除去してガラスを露出させ、露出したガラスの表面に対してブラスト処理を行うことで、カバーガラスの形状とすることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの製造方法である。
上記課題を解決するための第3の観点は、上記カバーガラスの形状に加工したガラス基板の端面を、上記フィルムを付けたままで、研削加工または研磨加工することを特徴とする携帯機器用カバーガラスの製造方法である。
上記携帯機器用カバーガラスの製造方法において、上記フィルムは弾性体からなることが好ましい。
上記携帯機器用カバーガラスの製造方法において、上記フィルムは、熱剥離性のフィルムまたは紫外線剥離性のフィルムであることが好ましい。
上記携帯機器用カバーガラスの製造方法は、ガラス基板の表面に加飾のための印刷を施す印刷工程を備え、当該印刷工程により印刷が施されたガラス基板に対して上記形状加工工程を行うことを特徴とする。
上記携帯機器用カバーガラスの製造方法は、上記印刷工程の前に、ガラス基板を化学強化する化学強化工程を行うことを特徴とする。
本発明の携帯機器用カバーガラスの製造方法によれば、形状が異なる少量多品種の携帯機器用カバーガラスを効率よく製造できる。
実施形態のカバーガラスの構成を示す図。 実施形態のカバーガラスの形状加工工程を示すフロー図。
(1)実施形態のカバーガラス
本実施形態のカバーガラスの構成について図1を参照して説明する。図1において(a)は一形状例に係る本実施形態のカバーガラスの斜視図であり、(b)は本実施形態のカバーガラスの断面図である。
本実施形態のカバーガラスは、ガラス基板上に印刷層が形成されたものである。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。したがって、本実施形態のカバーガラスは、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である必要があるため、イオン交換処理による化学強化がなされている。
ガラス基板10の板厚Tは特に限定されないが、ガラス基板10を利用する各種機器の重量増大の抑制や、機器の薄型化の観点から、通常は、1mm以下であることが好ましく、0.7mm以下であることがより好ましい。なお、板厚の下限値は、ガラス基板10の機械的強度を確保する観点から、0.2mm以上とすることが好ましい。
本実施形態のカバーガラスは例えば、ダウンドロー法、フロート法またはプレス法等を利用した板状ガラスの作製に用いられるSiOとAlと、LiOおよびNaOから選択される少なくとも1種のアルカリ金属酸化物と、を含むアルミノシリケートガラスを用いることが好適である。なお、ダウンドロー法を利用した板状ガラスからガラス基板10を作製した場合、フロート法などと比較して、ガラス基板の表面の傷が極めて少なく、ガラス表面の平滑性もナノメータオーダの粗さとなる。このため、ガラス基板10の作製時に主表面を形成するための鏡面研磨加工を省略することができる上に、主表面上のマイクロクラックの発生も極めて小さくできる。
ガラス基板10の表面側および裏面側の表層部分にはそれぞれ、化学強化によって圧縮応力層が形成されている。この圧縮応力層は、ガラス基板を構成するガラス材料に元々含まれるアルカリ金属の一部を、よりイオン半径の大きなアルカリ金属に置換した変質層である。例えば、本実施形態のガラス基板を構成するガラス材料に含まれるナトリウムイオンがカリウムイオンに置換される。
アルミノシリケートガラスとしては、板状ガラスの製造性、機械的強度、化学的耐久性等の実用上の観点等から、62重量%〜75重量%のSi0と、5重量%〜15重量%のA1と、0〜8重量%のLiOと、4重量%〜16重量%のNaOと、0〜6重量%のK0と、0重量%〜12重量%のZrOと、0〜6重量%のMgOを含むものであることがより好ましい。
図1(b)を参照すると、本実施形態のカバーガラスにおいて、ガラス基板10の一方の主表面には、印刷層A1が形成されている。なお、図1では、単一の印刷層のみが例示の目的のために示されているが、多層の印刷層が形成されていてもよい。単一の印刷層の印刷内容の例としては例えば、携帯機器の製造業者のロゴや機器の型式などを示す文字が挙げられる。多層の印刷層の印刷内容は問わないが、多層の印刷層を形成する場合の代表的な例は、タッチパネル機能を備えた携帯機器用カバーガラスを作製する場合である。この場合、例えばガラス基板10上に、ITO(Indium Tin Oxide)膜に代表される透明電極膜を全面に形成し、その透明電極膜の周縁をエッチングにより除去し、ガラス面が露出したガラス基板10の周縁部に所定パターンの配線用の銀、絶縁層等を順に印刷することで多層の印刷層を形成する。
(2)実施形態のカバーガラスの製造方法
以下、実施形態のカバーガラスの製造方法について、図2を参照して説明する。図2は、実施形態のカバーガラスの形状加工工程を示すフロー図である。
(2−1)板状ガラス作製工程
板状ガラス作製工程は、溶融ガラスから板状ガラスを作製する工程であり、例えばダウンドロー法を採ることができる。ダウンドロー法では、楔形のガラス板成形装置の上部の溝から溢れた溶融ガラスをガラス板成形装置の側壁に沿って下方へ流し、ガラス板成形装置の下端で融合させてガラスリボンを連続的に成形する方法である。このダウンドロー法では、ガラス板成形装置から溢れた溶融ガラスがガラス板成形装置の下端で融合した後、板状となった溶融ガラスが鉛直方向に引き伸ばされた状態となる。ガラスリボンは、ガラス板成形装置の下方に配置されたロールで支持されながら炉内を進み、徐冷され、所望の大きさの板状ガラスが得られるように切断される。
(2−2)化学強化工程
次に、化学強化工程を行う。
化学強化工程では、形状加工工程によって所望の形状に加工された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。
溶融塩の組成および温度、ならびに、浸漬時間は、ガラス基板のガラス組成や、ガラス基板の表層部分に形成する圧縮応力層の厚み等に応じて適宜選択できるが、ガラス基板のガラス組成が上述したアルミノシリケートガラスであれば、化学強化処理液の処理温度を通常500℃以下とする低温型イオン交換法を利用することが好ましい。これは、イオン交換をガラスの徐冷点以上の温度域で行う高温型イオン交換法では、低温型イオン交換法ほど大きな強度が得られず、また、強化処理中に溶融塩によってガラス表面が浸食され透明性が損なわれやすいため、携帯機器用カバーガラスに適したガラス基板が得られにくいことによる。例えば、本実施形態の化学強化工程では、溶融塩の組成および温度、ならびに、浸漬時間は、下記に例示する範囲から選択することが好ましい。
・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
以上の化学強化工程を経て、化学強化されたガラス基板10が準備される(図2のステップS1)
(2−3)印刷工程
次に、化学強化されたガラス基板10の一方の主表面に対して加飾のための印刷層A1を形成するための印刷工程を行う(ステップS2)。この印刷の目的は、文字、デザイン、ロゴなどの形成である。印刷工程における印刷方式は特に問わないが、印刷層を構成する材料、各層の厚さに応じて、例えばスクリーン印刷等の公知の様々な印刷方式を利用することができる。
なお、ステップS2において、印刷以外の公知の成膜方法によって層A1を形成してよく、そのような公知の成膜方法としては、例えばディッピング法、スプレーコート法、ゾルゲルコート法、メッキ法等の公知の液相成膜法や、真空蒸着法、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の公知の気相成膜法などが利用できる。
(2−4)形状加工工程
次に形状加工工程を行う。形状加工工程は、板状ガラス作製工程で得られた板状ガラスを、携帯機器用ガラス基板の外形に応じた所望の形状に加工する工程である。以下、形状加工工程として、エッチングまたはブラスト加工を利用した方法について説明する。この形状加工工程は、以下の(a−1)フィルム貼付工程、(a−2)パターニング工程、(a−3)切断工程、を含む。
(a−1)フィルム貼付工程
耐エッチング膜形成工程では、印刷層A1が形成されたガラス基板10の少なくとも一方の面上に、フィルム(あるいはシート)F1を貼付する(ステップS3)。このフィルムとしては、後のパターニング工程において、パターニング処理(後述するレーザ加工または機械加工)により部分的に除去可能であり、かつ、切断工程においてエッチングを利用する場合に使用するエッチング溶液に対しては溶解・除去されない性質を有するものであれば、適宜選択できる。例えば、エッチング溶液として弗酸水溶液を使用する場合には、少なくとも弗酸水溶液に対して難溶性または不溶性を示すフィルムを用いることが好ましい。また、形状加工が完了した後に、熱剥離あるいはUV剥離によって容易にガラス基板10から除去することが可能なフィルムを用いることが好ましい。
なお、熱剥離フィルムは例えば、フィルム表面の温度が低いときには接着力が高く、フィルム表面の温度が高いときには接着力が低くなる接着フィルムであってよい。熱剥離フィルムは例えば、日東電工製の商品名リバアルファなどである。また、UV剥離フィルムは例えば、紫外線(UV)を照射すると接着力が低下する接着フィルムであってよい。UV剥離フィルムは例えば、ソマール製の商品名ソマタックUVシリーズなどである。
このような熱剥離フィルム、UV剥離フィルムは、上述した商品以外でも一般に入手可能である。
(a−2)パターニング工程
パターニング工程では、少なくともフィルムF1を、パターニングする。これにより、ガラス基板10の表面全面を覆うフィルムF1のうち、最終的に作製されるガラス基板の平面方向の形状に対応する領域以外のフィルムF1を除去する(ステップS4)。フィルムF1のパターニング方法としては、フィルムF1を化学的処理以外の方法で除去することができればその方法は問わないが、例えばレーザ加工または機械加工が好適である。これらの加工方法は、所定のパターンがデータとして予め与えられれば極めて高精度にフィルムF1を切断することができる。機械加工としては例えば、コンピュータ制御によるNC加工などの精密機械加工方法を利用することができる。
レーザ加工としては、固体式レーザ加工機および気体式レーザ加工機のいずれを用いてもよい。レーザ加工を行う場合、例えばコンピュータ制御により移動可能な台の上にガラス基板10を配置する。レーザ加工機は、レーザ発信器と照射ノズルを備え、レーザ発信器からのレーザビームを照射ノズルから台上のガラス基板10に照射する。このとき、目的とするパターンに応じて台の位置を制御することによって所定のパターンに沿ってフィルムF1が切断される。固体式レーザ加工機であれば例えばYAGレーザを用いてよく、気体式レーザ加工機であればCOレーザを用いてよい。レーザ加工機の特性は切断対象のフィルムF1の材質、厚さに応じて適宜設定してよいが、例えばCO2レーザを用いる場合、その加工特性の一例として、キーエンス社製のレーザマーカーML-G9310を用いて、出力30W、波長10.6μmにて加工することが挙げられる。
なお、最終的に作製されるガラス基板の平面方向の形状に対応する領域以外の領域については後工程の切断工程で除去されるため、上記レーザ加工または機械加工では、フィルムF1のみならず、フィルムF1の下層に在る印刷層A1の少なくとも一部を加工しても支障はない。
(a−3)切断工程
切断工程では、ガラス基板の、パターニングされたフィルムF1が設けられた面を、エッチング溶液に接触させてエッチングするか、あるいは、ブラスト加工を行うことによって(ステップS5)、フィルムF1が貼付されている領域以外の領域における印刷層A1およびガラス基板10を切断する(ステップS6)。この切断工程をエッチングによって行う場合には、図2のステップS5の状態のガラス基板をエッチング溶液に浸漬または噴霧させる。エッチング処理は両面または片面もしくはその組合せでもよい。エッチング溶液としては、少なくとも弗酸を含むものであれば特に限定されないが、必要に応じて、塩酸等のその他の酸や、界面活性剤等の各種の添加剤が添加されていてもよい。
なお、本実施形態の工程順では、化学強化工程の後にエッチングによる切断が行われることになるため、切断後のガラス基板10の端面は圧縮応力層が形成されないことになるが、エッチングによる切断によって当該端面にはクラックが生じないため、強度が低下することはない。
一方、この切断工程をブラスト(ショットブラスト)加工により行う場合には、ガラス基板10の主表面に対して対向する方向から、投射材(粒体)をワーク(ガラス基板)に衝突させて加工を行う。フィルムF1が貼付されている領域においてその下層の印刷層A1に損傷を与えず、かつ、フィルムF1が貼付されている領域以外の領域における印刷層A1およびガラス基板10を切断することができれば、ブラスト加工の具体的な方法は問わないが、例えば、ガラス基板10から5〜20mm離間させて配置し、粒径が1〜100μmの投射材(材質;窒化珪素やアルミナ)を噴射ノズルからガラス基板10に向けて照射する。噴射圧力および噴射時間は、ガラス基板10の板厚等に応じて適宜調整してよい。
なお、ブラスト加工によって切断を行う場合には、フィルムF1より下層の印刷層を保護するために、フィルムF1は投射材によって損傷を受けない弾性体であることが好ましい。
上記エッチングまたはブラスト加工をしたのちに、上記フィルムを付けたままで、上記カバーガラスの形状に加工したガラス基板の端面を研削加工もしくは研磨加工してもよい。切断工程がエッチングの場合、両面エッチング処理ではガラス基板の端面中央部に、また片面エッチング処理では端面縁部に突出部が発生しやすいが、研削加工または研磨加工により突出部除去が可能となる。また切断工程がブラスト加工の場合、ガラス基板の端面部にはバリが発生しやすくなり、また表面粗さが大きくなりやすいが、研削加工または研磨加工によりバリの除去、表面粗さの改善(鏡面化)が可能となる。
(a−4)フィルム除去工程
最後にフィルムF1を除去する処理を行う(ステップS7)。すなわち、熱剥離あるいはUV剥離によってガラス基板10からフィルムF1を除去する。フィルムF1が熱剥離フィルムであれば、ガラス基板10に対する接着力が十分に低下するまでフィルムF1に対して熱を加えることで、フィルムF1を容易にガラス基板10から除去することができる。また、フィルムF1がUV剥離フィルムであれば、ガラス基板10に対する接着力が十分に低下するまでフィルムF1に対して紫外線を照射することで、フィルムF1を容易にガラス基板10から除去することができる。
なお、フィルムF1を除去する(剥離させる)ときにフィルムF1の下層にある印刷層A1に損傷を与えないフィルム除去手段であれば、加熱や紫外線照射以外の他の手段を利用してもよい。
以上説明したように、本実施形態の携帯機器用カバーガラスの製造方法によれば、パターニング工程においてフォトグラフィを利用しないため、低コストで携帯機器用カバーガラスを作製することができる。特に様々な外形形状を備えた少量多品種の携帯機器用カバーガラスを効率的に作製するときに有用である。
また、上述した携帯機器用カバーガラスの製造方法では、エッチングまたはブラスト加工による切断を行う前に、つまり、形状加工工程を行う前に印刷層を形成することができる。つまり、仮にリソグラフィによるパターニングを行う場合には、フォトレジストを除去するためにNaOH等のアルカリ水溶液にガラス基板を浸漬させるが、このときに印刷層がアルカリ水溶液によって損傷を受けないようにするため、形状加工工程の後に印刷工程を行う必要がある。これに対して、本実施形態の携帯機器用カバーガラスの製造方法によれば、フォトレジストの代わりに熱剥離あるいはUV剥離フィルムを使用しており、これらのフィルムを除去するときに与える熱あるいは紫外線によって印刷層が損傷を受けることがないため、形状加工工程の前に印刷工程を行っても問題がない。そのため、本実施形態の携帯機器用カバーガラスの製造方法では、工程設計の自由度が従来よりも増大するという効果がある。
[変形例]
上述した実施形態のカバーガラスの製造方法は、板状ガラス作製工程→化学強化工程→印刷工程→形状加工工程の順で携帯機器用カバーガラスを作製したが、この工程順に限られない。上述したように化学強化工程では高温の化学強化処理液にガラス基板を浸漬させるため、印刷層が形成された状態で化学強化工程を行うことは、印刷層が損傷を受けるため避けなければならないが、化学強化工程の後に印刷工程を行う限り、カバーガラスの製造方法における工程順は任意に設定してよい。例えば、カバーガラスの製造方法における工程順は、
・板状ガラス作製工程→形状加工工程→化学強化工程→印刷工程の順、あるいは、
・板状ガラス作製工程→化学強化工程→形状加工工程→印刷工程の順
としてよい。このいずれかの工程順では、印刷工程を形状加工工程の後で行うことになるため、形状加工工程におけるフィルム除去方法は、ガラス基板をアルカリ溶液などに浸漬させることでフィルムを剥離するようにしてもよい。このようなフィルム除去方法であっても印刷層が損傷を受けるということがないためである。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の携帯機器用カバーガラスの製造方法は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良や変更をしてもよいのは勿論である。
10…ガラス基板
A1…印刷層

Claims (7)

  1. ガラス基板をエッチングすることによりカバーガラスの形状に形状加工する形状加工工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、
    上記形状加工工程は、ガラス基板の表面に耐エッチング性を有するフィルムを貼着し、当該フィルムに対してレーザ加工または機械加工を施すことにより、ガラス基板の表面のうちエッチングされるべき領域のフィルムを除去してガラスを露出させ、露出したガラスの表面に対してエッチングを行うことで、カバーガラスの形状とすることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの製造方法。
  2. ガラス基板をブラスト処理することによりカバーガラスの形状に形状加工する形状加工工程を含む携帯機器用カバーガラスの製造方法であって、
    ガラス基板の表面にフィルムを貼着し、フィルムに対してレーザ加工または機械加工を施すことにより、ガラス基板の表面のうちブラスト処理すべき領域のフィルムを除去してガラスを露出させ、露出したガラスの表面に対してブラスト処理を行うことで、カバーガラスの形状とすることを特徴とする携帯機器用カバーガラスの製造方法。
  3. 上記カバーガラスの形状に加工したガラス基板の端面を、上記フィルムを付けたままで、研削加工または研磨加工することを特徴とする請求項1または2に記載された携帯機器用カバーガラスの製造方法。
  4. 上記フィルムは弾性体からなることを特徴とする、請求項2に記載された携帯機器用カバーガラスの製造方法。
  5. 上記フィルムは、熱剥離性のフィルムまたは紫外線剥離性のフィルムであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載された携帯機器用カバーガラスの製造方法。
  6. ガラス基板の表面に加飾のための印刷を施す印刷工程を備え、当該印刷工程により印刷が施されたガラス基板に対して、上記形状加工工程を行うことを特徴とする、請求項1〜4に記載された携帯機器用カバーガラスの製造方法。
  7. 上記印刷工程の前に、ガラス基板を化学強化する化学強化工程を行うことを特徴とする請求項5に記載の携帯機器用カバーガラスの製造方法。
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