JP2015099171A - 電子機器用ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化およびエッジ強度の強化が実現された電子機器用ガラスを提供する。【解決手段】電子機器用ガラスであって、上記ガラスの中央領域を構成する薄肉部と、上記中央領域を囲う周縁領域を構成し、上記薄肉部よりも厚い厚肉部と、を備える電子機器用ガラス。【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器用ガラスに関する。

近年、モバイル型の電子機器として、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯機器が急速に普及しており、これら携帯機器に搭載されるカバーガラスの開発が進んでいる（例えば、特許文献１）。
また、家庭用テレビなどの据置き型の電子機器として、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）などのディスプレイ装置の大画面化がさらに進行しており、ディスプレイ装置に用いられるカバーガラスやガラス基板についても、大型化が進んでいる。

特表２０１１−５１０９０４号公報

携帯機器は、人に常時携帯されて使用されることから、軽量化の要請が高い。そのため、携帯機器に搭載されるカバーガラスは、極僅かな軽量化をも実現するため、板厚が薄くなる傾向にある。
また、ディスプレイ装置においても、用いられるガラスの板厚をなるべく薄くし、装置全体の軽量化や省スペース化を実現しようとする試みがなされている。

しかし、ガラスの板厚を薄くすることに伴って、ガラス破壊に必要なエネルギーが低下し、ガラス強度が劣化する。とりわけ、ガラスのエッジは、その鋭利な形状から強い衝撃を受けやすく、割れ起点になりやすい。例えば携帯機器は、携帯使用されるがゆえに、様々な向きからの衝撃を受けやすく、エッジ強度の強化に対する要請も高い。

本発明は、以上の点を鑑みてなされたものであり、軽量化およびエッジ強度の強化が実現された電子機器用ガラスを提供することを目的とする。

本発明者らが、上記目的を達成するために鋭意検討を行なった結果、ガラスの中央領域を板厚が相対的に薄い薄肉部としつつ、周縁領域を相対的に板厚が厚い厚肉部とすることで、軽量化とエッジ強度の強化とが実現できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、以下の（１）〜（６）を提供する。

（１）電子機器用ガラスであって、上記ガラスの中央領域を構成する薄肉部と、上記中央領域を囲う周縁領域を構成し、上記薄肉部よりも厚い厚肉部と、を備える電子機器用ガラス。

（２）上記厚肉部が、複数枚のガラス板が積層されて構成されている、上記（１）に記載の電子機器用ガラス。

（３）上記複数枚のガラス板が、それぞれ異なるガラス組成を有する、上記（２）に記載の電子機器用ガラス。

（４）化学強化処理によって圧縮応力を発生させた化学強化層を表面に有する、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電子機器用ガラス。

（５）断面視において、上記厚肉部における上記中央領域側の端面と、上記端面に接続する上記薄肉部の表面とがなす角度が、９０度以上１８０度未満である、上記（４）に記載の電子機器用ガラス。

（６）上記厚肉部における上記中央領域側の端面が、断面視において凹状に湾曲して、上記薄肉部の表面に接続している、上記（１）〜（５）のいずれかに記載の電子機器用ガラス。

本発明によれば、軽量化およびエッジ強度の強化が実現された電子機器用ガラスを提供することができる。

ガラス１の一例を模式的に示す平面図である。 ガラス１の一例を模式的に示す側断面図である。 ガラス１の別の一例を模式的に示す側断面図である。 積層された複数枚のガラス板によって構成されたガラス１の一例を模式的に示す側断面図である。 化学強化処理が施されたガラス１の一例を模式的に示す側断面図である。 端面１２ａが、断面視において凹状に湾曲して、表面１１ａに接続しているガラス１の一例を示す側断面図である。

まず、本発明でいう「電子機器」としては、例えば、スマートフォンやタブレットＰＣなどの携帯機器に代表されるモバイル型の電子機器；液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイ（ＰＤＰ）などのディスプレイ装置に代表される据置き型の電子機器；等が挙げられる。
上述した電子機器に使用されるガラスにおいては、モバイル型、据置き型を問わず、軽量化や省スペース化の要請が高く、板厚を薄くする傾向にあるが、そうすると、ガラス強度も劣化する。とりわけ、ガラスのエッジは、衝撃を受けやすく、割れ起点になりやすいため、エッジ強度の強化に対する要請が高い。
すなわち、電子機器に使用される電子機器用ガラスに対しては、軽量化とエッジ強度の強化とが要請されているが、本発明の電子機器用ガラスは、ガラスの中央領域を板厚が相対的に薄い薄肉部とし、周縁領域を相対的に板厚が厚い厚肉部とすることで、軽量化とエッジ強度の強化とが実現されているため、モバイル型、据置き型を問わず、上述した電子機器に好適に用いることができる。

以下、このような本発明の電子機器用ガラス（以下、単に「ガラス」ともいう）について、図１〜図５に基いてより詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は、ガラス１の一例を模式的に示す平面図であり、図２は、その側断面図である。

図１に示すように、ガラス１の領域は、概略的には、中央領域５１と、中央領域５１を囲う最外周の領域である周縁領域５２とに区分される。
ガラス１が例えばカバーガラスとして用いられる場合、中央領域５１は、主として、映像・画像を透過させる領域を構成するが、それ以外の領域を構成してもよく、また、周縁領域５２が映像・画像を透過させる領域を構成してもよい。

図２に示すように、中央領域５１は、薄肉部１１によって構成され、周縁領域５２は、薄肉部１１よりも板厚が厚い厚肉部１２によって構成される。
なお、中央領域５１は、薄肉部１１のみによって構成されるが、周縁領域５２は、一部が薄肉部１１によって構成されていてもよく、また、全部が厚肉部１２によって構成されていてもよい。つまり、厚肉部１２は、周縁領域５２の一部に間欠的に設けられていてもよいし、ガラス１の全周（周縁領域５２の全部）に設けられていてもよい。

図２に示すように、ガラス１においては、薄肉部１１よりも相対的に厚い厚肉部１２がエッジに配置されるため、例えば、周縁領域５２を含む全領域が薄肉部１１によって構成された場合と比較して、エッジを破壊する際により高いエネルギーを必要とする。すなわち、エッジ強度に優れる。
また、ガラス１においては、厚肉部１２よりも相対的に薄い薄肉部１１が、全領域の大半を占める中央領域５１を構成することから、全領域が厚肉部１２によって構成された場合と比較して、軽量化されている。
こうして、ガラス１においては、軽量化とエッジ強度の強化とが実現されている。

ガラス１の全幅（図２中、左右方向の距離）を「Ｗ１」とした場合、ガラス１が携帯機器に使用されるときは、持ち運び可能な携帯機器に使用されるという観点から、Ｗ１は、３００ｍｍ以下であるのが好ましく、２５０ｍｍ以下であるのがより好ましい。
一方、十分な厚みを有する厚肉部を形成可能という理由から、Ｗ１は、１５ｍｍ以上であるのが好ましく、２０ｍｍ以上であるのがより好ましい。

なお、ガラス１がＬＣＤやＰＤＰ等のディスプレイ装置に使用される場合には、Ｗ１は、２５００ｍｍ以下であるのが好ましく、２０００ｍｍ以下であるのがより好ましい。

また、薄肉部１１の厚さ（図２中、上下方向の距離）を「Ｔ１」とした場合、ガラス１が携帯機器に使用されるときは、軽量化の観点から、Ｔ１は、１．１ｍｍ以下が好ましく、０．９ｍｍ以下がより好ましい。
一方、最低限必要な強度を有するという理由から、Ｔ１は、０．２ｍｍ以上が好ましく、０．４ｍｍ以上がより好ましい。

なお、ガラス１がＬＣＤやＰＤＰ等のディスプレイ装置に使用される場合には、Ｔ１は、１．１ｍｍ以下であるのが好ましく、０．９ｍｍ以下であるのがより好ましい。

厚肉部１２の幅（図２中、左右方向の距離）「Ｗ２」とし、厚肉部１２の厚さ（図２中、上下方向の距離）を「Ｔ２」とした場合、これらは、上述した「Ｗ１」や「Ｔ１」に対する比率によって規定することができる。

すなわち、厚肉部１２の幅（Ｗ２）の下限は、Ｔ１×Ｘによって表され、エッジ強度が有意差を持つ程度に向上するという理由から、Ｘは、１．５以上が好ましく、２以上がより好ましい。
一方、重量の増加を抑制できるという理由から、Ｗ２の上限は、（Ｗ１／２）×Ｙによって表され、Ｙは、０．２以下が好ましく、０．１以下がより好ましい。

また、厚肉部１２の厚さ（Ｔ２）は、Ｔ１×Ｚによって表され、エッジ強度が有意差を持つ程度に向上するという理由から、Ｚは、１．５以上が好ましく、２以上がより好ましい。
一方、厚肉部１２に力が加わった際、厚肉部１２と薄肉部１１との境界を支点とした曲げ応力が発生する。厚肉部１２の厚さ（Ｔ２）が薄肉部１１の厚さ（Ｔ１）に対して大きくなると、同じ力が加わった際に発生する曲げ応力も大きくなる。曲げ応力に対する強度が高くなるという理由から、Ｚは、６５以下が好ましく、３０以下がより好ましい。

なお、図２においては、厚肉部１２が、薄肉部１１に対して、ガラス１の上面側（図２中上側）にのみ突出した態様を示したが、これに限定されることはなく、次に図３に基いて説明するように、厚肉部１２が、ガラス１の下面側にも突出した態様であってもよい。

図３は、ガラス１の別の一例を模式的に示す側断面図である。図３に示すガラス１においては、厚肉部１２が、薄肉部１１に対して、ガラス１の上面側（図３中上側）にのみならず、下面側（図３中下側）にも突出している。このとき、厚肉部１２の厚さ（Ｔ２）は、ガラス１の上面側および下面側に突出した部位を含む厚さである。

ガラス１の製造方法は特に限定されず、例えば、厚肉部１２の厚さ（Ｔ２）以上の板厚を有する１枚のガラス板を研磨して、ガラス１を得る方法が挙げられる。研磨の方法としては、従来公知の方法を用いることができ、例えば、機械的にガラス板の表面を研磨する方法、化学的にガラス板の表面を研磨する方法などが挙げられる。

また、ガラス１の製造方法としては、研磨に限られることはなく、例えば、次に図４に基いて説明するように、複数枚のガラス板を積層して、ガラス１を得る方法が挙げられる。

図４は、積層された複数枚のガラス板によって構成されたガラス１の一例を模式的に示す側断面図である。図４に示すガラス１においては、第１のガラス板３１の周縁領域５２に、第１のガラス板３１とは別の第２のガラス板３２が積層されている。第１のガラス板３１が、薄肉部１１と厚肉部１２の一部とを構成し、第２のガラス板３２が、厚肉部１２の残りの一部を構成している。
なお、第１のガラス板３１および／または第２のガラス板３２が、さらに、積層された複数枚のガラス板によって構成されていてもよい。

上記積層の方法としては、特に限定されず、従来公知の方法を用いることができ、例えば、第１のガラス板３１と第２のガラス板３２とを接着によって互いに接合する方法；第１のガラス板３１と第２のガラス板３２とを、両者の軟化点以上の温度に加熱して、互いに融着させる方法；等が挙げられる。

図１〜図４に基いて説明したガラス１のガラス組成は特に限定されない。また、ガラス１が複数枚のガラス板によって構成されている場合（図４参照）、複数枚のガラス板のガラス組成は、同一であっても互いに異なっていてもよい。
もっとも、ガラス１は、次に図５に基いて説明するように、化学強化処理が施されていてもよく、その場合、ガラス１としては、アルカリ成分を含有するガラスを選択する必要があり、アルカリアルミノシリケートガラスであるのが好ましい。

図５は、化学強化処理が施されたガラス１の一例を模式的に示す側断面図である。図５に示すガラス１の表面には、後述する化学強化処理が施されて、圧縮応力（以下、「化学強化圧縮応力」ともいう）が発生した化学強化層４１が形成されている。

化学強化層４１の深さは、特に限定されず、例えば、１５〜５０μｍであるのが好ましい。また、化学強化層４１の化学強化圧縮応力も特に限定されず、例えば、６００〜２０００ＭＰａであるのが好ましい。

化学強化処理は、概略的には、ガラス板に存在するアルカリ成分（例えば、Ｌｉイオン、Ｎａイオン等のアルカリ金属イオンであり、以下「小径アルカリ成分」ともいう）を、イオン半径がより大きいアルカリ成分（例えば、Ｋイオン等のアルカリ金属イオンであり、以下「大径アルカリ成分」ともいう）で置換する、いわゆるイオン交換処理である。
そのため、化学強化層４１における大径アルカリ成分の濃度は、化学強化層４１を除く部位のそれよりも高い。すなわち、大径アルカリ成分の濃度の違いによって、化学強化層４１と、化学強化層４１を除く部位とを、明確に区別することができる。

化学強化処理の方法としては、具体的には、例えば、ガラス１を硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）溶融塩に０．２５〜５時間浸漬させる方法が挙げられる。化学強化処理は、浸漬の前処理として、ヒータ等を用いて予熱する予熱処理を含んでいてもよい。化学強化処理（予熱処理を含む）の温度としては、例えば、５５０℃以下が挙げられる。

なお、積層構成されたガラス１（図４参照）に化学強化層４１を形成してもよい。このとき、１００℃以下の温度で接着により積層する場合は、化学強化処理を施すタイミングは、積層の前であっても後であってもよい。すなわち、図４に示すガラス１の場合は、第１のガラス板３１および／または第２のガラス板３２に化学強化処理を施した後に、積層してもよい。
もっとも、加熱融着により積層する場合には、融着時の加熱によって化学強化処理の効果が消失してしまうため、積層後に化学強化処理を施すことを要する。

ここで、ガラス１の一部（例えば、図４に示す第２のガラス板３２）のみに化学強化処理を施した場合ではなく、図５に示すように、ガラス１の全表面に化学強化層４１を形成した場合を考える。
この場合、厚肉部１２における中央領域５１側の端面１２ａ、および、この端面１２ａに接続する薄肉部１１の表面１１ａには、圧縮応力が働く。端面１２ａと表面１１ａとが交わる交点Ｐ１は、端面１２ａおよび表面１１ａに働く圧縮応力によって引っ張られる。このため、交点Ｐ１には、引き裂く力が働き、割れが発生しやすい。また、交点Ｐ１には、化学強化処理の際に熱がたまりやすい。

このとき、図５のような断面視において、端面１２ａと表面１１ａとがなす角（以下、「角度θ」ともいう）が鈍角であるほど、交点Ｐ１に働く引き裂く力は、集中しにくくなり、交点Ｐ１での割れを抑制できる。また、熱もたまりにくい。
このような観点から、化学強化層４１を形成した場合においては、角度θは、９０度以上１８０度未満であるのが好ましく、１３５度以上１８０度未満であるのがより好ましい。

なお、図５に示すように、角度θが９０度以外の場合、厚肉部１２の端面１２ａが傾斜するため、厚肉部１２の幅（Ｗ２）は、厚肉部１２の厚さ方向の位置に応じて異なるが、この場合、厚肉部１２の幅（Ｗ２）は、最大幅とする。

また、ガラス１の形状としては、上述したものに限られず、例えば、次に図６に基いて説明するように、厚肉部１２の端面１２ａと薄肉部１１の表面１１ａとが滑らかに接続していてもよい。
図６は、端面１２ａが、断面視において凹状に湾曲して、表面１１ａに接続しているガラス１の一例を示す側断面図である。図６に示すガラス１においては、断面視形状で湾曲しているのは端面１２ａのみとし、表面１１ａは平坦面としている。
図６に示すガラス１においても、端面１２ａと表面１１ａとがなす角度θが鈍角であれば、ガラス１の全表面に化学強化層４１（図６には図示せず）が形成された場合であっても、交点Ｐ１での割れを抑制でき、熱もたまりにくい。
なお、図６に示すガラス１においては、図５に基いて説明した場合と同様に、厚肉部１２の幅（Ｗ２）は、厚肉部１２の厚さ方向の位置に応じて異なるが、最大幅とする。

以上説明したように、本発明の電子機器用ガラスは、軽量化およびエッジ強度の強化が実現されているから、携帯機器やディスプレイ装置に搭載されるカバーガラス、ガラス基板として好適に用いられる。

以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

＜ガラス組成＞
下記実施例等において使用されたガラス層の詳細は下記のとおりである。

（ガラスＡ）
・組成：ＳｉＯ_２ ６４．３モル％、Ａｌ_２Ｏ_３ ６モル％、ＭｇＯ １１モル％、ＣａＯ ０．１モル％、ＳｒＯ ０．０６モル％、ＢａＯ ０．０４モル％、Ｎａ_２Ｏ １２モル％、Ｋ_２Ｏ ４モル％、ＺｒＯ_２ ２．５モル％
・熱膨張係数：９１×１０^−７／Ｋ
・ガラス転移温度：６２０℃
・軟化点：８４２℃
・屈折率：１．５２
・ヤング率：７８ＧＰａ
・ポアソン比：０．２２

＜実施例１＞
上記ガラスＡを用いて、図２に示す断面視を有するガラス１を作製した。このとき、ガラス１の全幅（Ｗ１）、厚肉部１２の幅（Ｗ２）、薄肉部１１の厚さ（Ｔ１）、厚肉部１２の厚さ（Ｔ２）、および、角度θについては、下記第１表に示すようにした。
具体的には、全幅および厚さが、それぞれ、Ｗ１およびＴ２よりも大きいサイズのガラスＡの表面を酸化セリウムを用いて研磨加工し、端面を粒度が＃６００番のダイヤモンド砥粒を用いて研削加工した後、中央領域５１を同じく粒度が＃６００番のダイヤモンド砥粒を用いて四角状にザグリ部となるよう研削加工することにより、図２に示す断面視を有するガラス１を作製した。

＜比較例１、２＞
実施例１で用いたものと同サイズのガラスＡを研磨して電子機器用ガラスを作製したが、実施例１とは異なり、厚肉部１２を設けずに、その厚さは一様にした。このときの厚さを便宜的に「Ｔ１」とし、下記第１表に記載した。また、厚肉部１２を設けなかったので、厚肉部１２の幅（Ｗ２）および厚さ（Ｔ２）ならびに角度θについて、下記第１表には「−」を記載した。

＜評価＞
（エッジ強度）
垂直方向から１０度、荷重子と接触する面側に傾け配置したガラスのエッジに対して、水平横方向から３０７ｇの円柱（直径：４０ｍｍ）を叩きつけ、エッジを破壊した。円柱は振り子状の軌道を描いてガラスに接触し、その初期高さによってガラスに加わる衝撃エネルギーを可変できる。
２０枚のガラスに対して同試験を繰り返し行い、破壊された際の衝撃エネルギーの平均値が０．０２Ｊ以上であった場合には「Ａ」と評価し、０．０２Ｊ未満であった場合には「Ｂ」と評価した。
実用性の観点から、「Ａ」であれば、エッジ強度に優れるものとして評価できる。

（軽量性）
実施例１のガラスの質量を基準「Ｂ」とし、実施例１よりも軽かった場合には「Ａ」と評価し、実施例１よりも重かった場合には「Ｃ」と評価した。
「Ａ」または「Ｂ」であれば、軽量性に優れるものとして評価できる。

上記第１表に示す結果から明らかなように、実施例１は、エッジ強度が「Ａ」で、軽量性が「Ｂ」であったことから、エッジ強度の強化と軽量化とがいずれも実現できたことが分かった。
これに対して、比較例１は、軽量性は良好であるもののエッジ強度が劣り、比較例２は、エッジ強度が良好であるものの、軽量性に劣ることが分かった。

＜実施例２＞
実施例１と同様にしてガラス１を作製したが、このとき、Ｗ１を６００ｍｍ、Ｗ２を５ｍｍ、Ｔ１を１．１ｍｍ、Ｔ２を３．０ｍｍにした。

＜実施例３＞
上記ガラスＡを用いて、図４に示す断面視を有するガラス１を作製した。このとき、Ｗ１、Ｗ２、Ｔ１、Ｔ２、および、角度θについては、実施例１と同様にした。より詳細には、上記ガラスＡを用いた第１のガラス板３１の周縁領域５２に、上記ガラスＡを用いた第２のガラス板３２を、上記ガラスＡの軟化点以上の温度に加熱して融着させ、端面を粒度が＃６００番のダイヤモンド砥粒を用いて研削加工した。

＜実施例４＞
まず、実施例１と同様にしてガラスを作製したが、このとき、角度θを、９０度とした。次に、作製したガラスを、ヒータを用いて予熱処理した後、ＫＮＯ_３溶融塩に浸漬（浸漬時間：１時間、浸漬温度：４３５℃）し、純水洗浄後に乾燥して、図５に示す断面視を有する化学強化層４１を有するガラス１を得た。なお、予熱処理の温度は、浸漬温度と同温度とした。

１ ガラス（電子機器用ガラス）
１１ 薄肉部
１２ 厚肉部
３１ 第１のガラス板
３２ 第２のガラス板
４１ 化学強化層
５１ 中央領域
５２ 周縁領域
Ｐ１ 交点
Ｔ１ 薄肉部の厚さ
Ｔ２ 厚肉部の厚さ
Ｗ１ ガラスの全幅
Ｗ２ 厚肉部の幅
θ 角度

Claims (6)

1. 電子機器用ガラスであって、
   前記ガラスの中央領域を構成する薄肉部と、
   前記中央領域を囲う周縁領域を構成し、前記薄肉部よりも厚い厚肉部と、を備える電子機器用ガラス。
2. 前記厚肉部が、複数枚のガラス板が積層されて構成されている、請求項１に記載の電子機器用ガラス。
3. 前記複数枚のガラス板が、それぞれ異なるガラス組成を有する、請求項２に記載の電子機器用ガラス。
4. 化学強化処理によって圧縮応力を発生させた化学強化層を表面に有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子機器用ガラス。
5. 断面視において、前記厚肉部における前記中央領域側の端面と、当該端面に接続する前記薄肉部の表面とがなす角度が、９０度以上１８０度未満である、請求項４に記載の電子機器用ガラス。
6. 前記厚肉部における前記中央領域側の端面が、断面視において凹状に湾曲して、前記薄肉部の表面に接続している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子機器用ガラス。