JP5943003B2 - カバーガラスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、曲面状に形成された部分を有するカバーガラスおよびその製造方法に関する。

特開２００６−２２１８１０号公報（特許文献１）、特開２００４−３３９０１９号公報（特許文献２）、および特開２００８−２４７７３２号公報（特許文献３）に開示されるように、イオン交換法を用いてガラスの表面に圧縮応力層を形成することによって、ガラスの表面の強度（表面応力値）を向上させる技術が知られている。

携帯電話またはタブレット型のＰＣ（Personal computer）などの電子機器は、画像表示部を有するディスプレイを備えている。圧縮応力層の形成によって表面が化学強化されたガラス板は、カバーガラス（ディスプレイ用カバーガラス）として、ディスプレイの画像表示部を覆うように設けられる。携帯電話などの電子機器（ディスプレイ装置）に組み込まれるカバーガラスとしては、薄型のものが求められる一方で、落下などによる衝撃に耐えうるように、強度のより高いものが求められている。

近年では、タッチパネル式のディスプレイを備える電子機器（ディスプレイ装置）が急速に普及している。これに伴い、カバーガラスも、従前とは異なって使用者の手指によって押圧されたり、ペンなどによって押圧されたりする機会が増加している。このような背景の下でも、カバーガラスとしては強度のより高いものが求められている。

一方で、圧縮応力層の形成によって化学強化されたカバーガラスは、画像表示部を保護するディスプレイ用カバーガラスとしての利用に限られず、電子機器の筺体を構成する部材（いわゆる外装カバー）として用いられることもある。電子機器の内部に搭載される機器はますます高精度化および高密度化している中で、カバーガラスが外装カバーとして用いられることを考えても、カバーガラスとしては強度のより高いものが求められている。

特開２００６−２２１８１０号公報 特開２００４−３３９０１９号公報 特開２００８−２４７７３２号公報

曲面状に形成された部分を有するカバーガラスが、携帯電話などの電子機器（ディスプレイ装置）に組み込まれたとする。ディスプレイ面や外装面に付着した汚れなどを拭き取る場合、または、タッチパネル式に構成されたディスプレイ面が繰り返し操作される場合など、電子機器を使用する際のさまざま状況下において、カバーガラスは使用者から押圧力を受けたり、落下による衝撃力を受けたりする。この際、カバーガラスに対する応力は、曲面状に形成された部分にも直接的または間接的に曲げ応力として作用する。

カバーガラスが製造される際、ガラスの組成に応じて表面（ディスプレイ面または外装主表面などの露出面）の強度が最大（ピーク値）となるように、ガラスの表面に所定の深さを有する圧縮応力層が形成されたとする。このようにして得られたカバーガラスは、表面の強度が最大となるように設計され、ディスプレイ面または外装主表面などとしては、外部から加えられる応力に対して高い強度（剛性）を有している。

しかしながら、このようにして得られたカバーガラスは、ディスプレイ面または外装主表面などの部位の強度が最適な値となるように設計されているものの、曲面状に形成された部分の湾曲の内側領域については、ディスプレイ面または外装主表面などの部位と比較して圧縮応力層が形成され難く、その湾曲の内側領域に形成された圧縮応力層の厚さは十分な値とはなっていない。化学強化されたガラスは、一定の深さのキズに対しては所定の強度を保つことができるが、一定の深さを超えるキズが形成された場合には強度が極端に弱くなる。ディスプレイ面または外装主表面などの部位が使用者によって繰り返し押圧されると、曲面状に形成された部分の湾曲の内側領域に存在する微小なキズが応力集中により成長し、そのキズの深さが一定の値を超えると、その湾曲の内側領域にヒビ割れなどが発生してしまう。

本発明は、上記のような実情に鑑みてなされたものであって、曲面状に形成された部分において所定の強度を保つことが可能なカバーガラスおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に基づくカバーガラスは、イオン交換による化学強化が実施されて表面側および裏面側に圧縮応力層がそれぞれ形成されたガラス形成部材を備え、上記ガラス形成部材は、中央側領域と、上記中央側領域の外縁に連設され、上記中央側領域から外方に向かうにつれて上記表面から遠ざかる方向に湾曲するように形成された曲面領域と、含み、上記曲面領域の湾曲の内側に位置する凹側領域のうちの近似Ｒが最も小さい領域における上記圧縮応力層は、その表面応力値が上記中央側領域の上記表面側に形成された上記圧縮応力層の表面応力値および上記中央側領域の上記裏面側に形成された上記圧縮応力層の表面応力値の両方の値に比べて高く、かつ、その表面応力値が実際にピークとなる際の圧縮応力層の深さ±５μｍの範囲以内の深さとなるように形成されており、上記中央側領域の上記表面側に形成された上記圧縮応力層の深さおよび上記中央側領域の上記裏面側に形成された上記圧縮応力層の深さは、上記曲面領域の上記凹側領域に形成された上記圧縮応力層の深さよりも深い。

好ましくは、上記ガラス形成部材に形成された上記圧縮応力層は、上記ガラス形成部材の上記表面側および上記裏面側の全面にわたってその厚さが２０μｍ以上１００μｍ以下となるように形成されている。

好ましくは、当該カバーガラスは、全面にわたってその板厚が０．４ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内となるように形成されている。

本発明に基づくカバーガラスの製造方法は、表面側および裏面側に圧縮応力層がそれぞれ形成されるカバーガラスの製造方法であって、中央側領域、および上記中央側領域の外縁に連設され上記中央側領域から外方に向かうにつれて上記表面から遠ざかる方向に湾曲するように形成された曲面領域を含むガラス形成部材を準備する工程と、内部に化学強化塩が貯留された貯留槽を準備する工程と、上記ガラス形成部材を上記化学強化塩内に浸漬し、上記ガラス形成部材の上記表面側および上記裏面側の各々に上記圧縮応力層を形成する工程と、を備え、上記圧縮応力層を形成する工程では、上記曲面領域の湾曲の内側に位置する凹側領域のうちの近似Ｒが最も小さい領域における上記圧縮応力層は、その表面応力値が上記中央側領域の上記表面側に形成された上記圧縮応力層の表面応力値および上記中央側領域の上記裏面側に形成された上記圧縮応力層の表面応力値の両方の値に比べて高く、かつ、その表面応力値が実際にピークとなる際の圧縮応力層の深さ±５μｍの範囲以内の深さとなるように、化学強化が行なわれ、上記圧縮応力層を形成する工程では、上記中央側領域の上記表面側に形成された上記圧縮応力層の深さおよび上記中央側領域の上記裏面側に形成された上記圧縮応力層の深さが、上記曲面領域の上記凹側領域に形成された上記圧縮応力層の深さよりも深くなるように、上記化学強化が行なわれる。

好ましくは、上記圧縮応力層を形成する工程では、上記ガラス形成部材の上記表面側および上記裏面側の全面にわたって上記圧縮応力層の厚さが２０μｍ以上１００μｍ以下となるように、上記化学強化が行なわれる。

本発明によれば、曲面状に形成された部分において所定の強度を保つことが可能なカバーガラスおよびその製造方法を得ることができる。

実施の形態におけるカバーガラスを備えるディスプレイ装置の分解した状態を示す斜視図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態におけるカバーガラスを備えるディスプレイ装置の組み立てられた状態を示す断面図である。 図２中のＩＶ線に囲まれる領域を拡大して示す断面図である。 実施の形態におけるカバーガラスの化学強化処理前の状態を示す断面図である。 実施の形態におけるカバーガラスの製造に用いられるガラス素材の表面に形成された圧縮応力層の深さと、その表面の強度（表面応力値）との関係を示す図である。 実施の形態におけるカバーガラスの製造方法に用いられる貯留槽を示す斜視図である。 実施の形態におけるカバーガラスの製造方法の浸漬工程におけるガラス形成部材の浸漬時間と、ガラス形成部材の表面に形成された圧縮応力層の形成深さとの関係を示す図である。 実施の形態におけるカバーガラスに関して行なった実験の条件および実験の結果を示す図である。 実施の形態におけるカバーガラスに関して行なった実験の条件を示す断面図である。

本発明に基づいた実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（カバーガラス１０）
図１は、本実施の形態におけるカバーガラス１０を備えるディスプレイ装置１００の分解した状態を示す斜視図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。図３は、ディスプレイ装置１００の組み立てられた状態を示す断面図である。図４は、図２中のＩＶ線に囲まれる領域を拡大して示す断面図である。

図１に示すように、ディスプレイ装置１００は、カバーガラス１０、板状に形成される外装プレート２０、外装プレート２０の上に配置される回路基板３０、回路基板３０上に実装されたディスプレイ４０、および回路基板３０上に実装されたスピーカー５０を備える。本実施の形態におけるカバーガラス１０は、いわゆるディスプレイ用カバーガラスとして機能する。カバーガラス１０は、矢印ＡＲに示すように外装プレート２０に取り付けられることによって、回路基板３０、ディスプレイ４０、およびスピーカー５０を外装プレート２０上に封止する。

カバーガラス１０は、ディスプレイ４０の画像表示部４２を覆うように設けられるガラス形成部材１０Ｇと、スピーカー５０に対応するように設けられる開口部１０Ｈと、を含む。開口部１０Ｈは、ガラス形成部材１０Ｇをその表面１１（図２参照）側から裏面１２（図２参照）側に向かって貫通するように形成されている。

（ガラス形成部材１０Ｇ）
図１および図２に示すように、カバーガラス１０のガラス形成部材１０Ｇは、略平板状に形成された中央側領域１３（図２参照）と、中央側領域１３の外縁に連設された曲面領域１４（図２参照）と、曲面領域１４の中央側領域１３とは反対側に連設された側部領域１５（図２参照）と、を有する。

本実施の形態における中央側領域１３の外縁は、４つの角部が丸みを帯びた略矩形状に形成される。好ましくは、中央側領域１３の対向する二辺（長辺）の寸法Ｌ１（図１参照）は８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下であり、中央側領域１３の対向する他の二辺（短辺）の寸法Ｌ２は５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。曲面領域１４は、中央側領域１３から外方に向かうにつれて中央側領域１３の表面１１から遠ざかるように湾曲している。側部領域１５は、曲面領域１４のさらに外側に位置し、全体として環状に形成されている。

本実施の形態におけるカバーガラス１０（ガラス形成部材１０Ｇ）としては、中央側領域１３の厚さＴ、曲面領域１４の厚さＴ１４（曲面領域１４の表面に対する法線方向の厚さ）、および、側部領域１５の厚さＴ１５が、それぞれ略同一の値となるように構成される。好ましくは、カバーガラス１０の全面にわたって、板厚（厚さＴ，Ｔ１４，Ｔ１５）の各値が０．４ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内となるように形成されるとよい。

図２および図３に示すように、カバーガラス１０（ガラス形成部材１０Ｇ）が外装プレート２０（ディスプレイ４０）に取り付けられた状態においては、カバーガラス１０の表面１１（以下、露出面という場合もある）側が、外部に露出する。

ガラス形成部材１０Ｇの画像表示部４２側に位置する裏面１２（以下、非露出面という場合もある）側から表面１１側に向かって光Ｌ（図２参照）がガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３を透過することによって、画像表示部４２上に表示された各種の画像情報は使用者により認識される。中央側領域１３の表面１１がタッチパネル式のディスプレイ面を構成する場合、中央側領域１３の表面１１は使用者の手指９０（図３参照）によって押圧されたり、中央側領域１３の表面１１はペン（図示せず）などによって押圧されたりする。

（表面側圧縮応力層１７・裏面側圧縮応力層１９）
図４を参照して、カバーガラス１０（ガラス形成部材１０Ｇ）の強度を向上させるため、ガラス形成部材１０Ｇの表面１１側には、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の全体にわたって表面側圧縮応力層１７が形成される。表面側圧縮応力層１７は、ガラス形成部材１０Ｇの表面１１付近に含有されるアルカリ金属イオンがそのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する化学強化塩にイオン交換されることによって形成される。

詳細は後述されるが、ガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３の表面１１側には、深さＴ１Ａ（Ｔ１Ａ＞Ｔ１：Ｔ１については図５を参照して後述する）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの曲面領域１４の表面１１側には、深さＴ２Ａ（Ｔ２Ａ＞Ｔ２：Ｔ２については図５を参照して後述する）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの側部領域１５の表面１１側には、深さＴ３Ａ（Ｔ３Ａ＞Ｔ３：Ｔ３については図５を参照して後述する）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。

同様に、カバーガラス１０（ガラス形成部材１０Ｇ）の強度を向上させるため、ガラス形成部材１０Ｇの裏面１２側には、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の全体にわたって裏面側圧縮応力層１９が形成される。裏面側圧縮応力層１９も、ガラス形成部材１０Ｇの裏面１２付近に含有されるアルカリ金属イオンがそのイオン半径よりも大きいイオン半径を有する化学強化塩にイオン交換されることによって形成される。

詳細は後述されるが、ガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３の裏面１２側には、深さＴ１Ａ（Ｔ１Ａ＞Ｔ１）を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの曲面領域１４の裏面１２側（特に、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）には、深さＴ２を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの側部領域１５の裏面１２側には、深さＴ３Ａ（Ｔ３Ａ＞Ｔ３）を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。

上述のとおり、ガラスの表面に形成される圧縮応力層の深さが深くなるにつれて、ガラスの表面の強度も合わせて向上する。ガラスの表面に形成された圧縮応力層の深さが所定の値に到達した時点で、ガラスの表面の強度（表面応力値）は最大となる。ガラスの表面に形成される圧縮応力層の深さがさらに深くなると、最大となった時点の値をピークとして、ガラスの表面の強度は逆に減少に転じる。

本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇは、曲面領域１４を有している。曲面領域１４の湾曲の内側（裏面１２）には、凹側領域ＲＲが形成される。曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域における裏面側圧縮応力層１９は、その表面応力値が中央側領域１３に形成された圧縮応力層の表面応力値に比べて高く、かつ、その表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さ（深さＴ２）となるように形成されている。

図５は、本実施の形態におけるカバーガラス１０（ガラス形成部材１０Ｇ）の化学強化処理前の状態を示す断面図である。化学強化処理前のガラス形成部材１０Ｇに対して表面側圧縮応力層１７が形成される場合、図５中において点線で示される仮想曲線Ｌ１６の深さまで表面側圧縮応力層１７が形成された時点で、ガラス形成部材１０Ｇの表面１１の強度（表面応力値）としては最大となる。裏面１２側についても同様に、化学強化処理前のガラス形成部材１０Ｇに対して裏面側圧縮応力層１９が形成される場合、図５中において点線で示される仮想曲線Ｌ１８の深さまで裏面側圧縮応力層１９が形成された時点で、ガラス形成部材１０Ｇの裏面１２の強度（表面応力値）としては最大となる。なお、仮想曲線Ｌ１６および仮想曲線Ｌ１８の各々の深さは、ガラス形成部材１０Ｇの作成に用いられるガラスの組成などに応じて変化するものである。

表面側圧縮応力層１７（図４参照）が形成される際には、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の各々における表面１１（露出面）側から徐々にイオン交換が実施され、表面１１側からガラス形成部材１０Ｇの内部に向かって徐々に表面側圧縮応力層１７が形成される（矢印ＡＲ１７参照）。

中央側領域１３における仮想曲線Ｌ１６の深さＴ１と同一の深さを有する表面側圧縮応力層１７が中央側領域１３に形成された場合、中央側領域１３の表面１１の強度（表面応力値）は最大となる。上述のとおり、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３の表面１１側には、深さＴ１Ａ（Ｔ１Ａ＞Ｔ１）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。

曲面領域１４における仮想曲線Ｌ１６の深さＴ２と同一の深さを有する表面側圧縮応力層１７が曲面領域１４に形成された場合、曲面領域１４の表面１１の強度（表面応力値）は最大となる。上述のとおり、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇの曲面領域１４の表面１１側には、深さＴ２Ａ（Ｔ２Ａ＞Ｔ２）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。

同様に、側部領域１５における仮想曲線Ｌ１６の深さＴ３と同一の深さを有する表面側圧縮応力層１７が側部領域１５に形成された場合、側部領域１５の表面１１の強度（表面応力値）は最大となる。上述のとおり、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇの側部領域１５の表面１１側には、深さＴ３Ａ（Ｔ３Ａ＞Ｔ３）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。

裏面側圧縮応力層１９（図４参照）が形成される際には、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の各々における裏面１２（非露出面）側から徐々にイオン交換が実施され、裏面１２側からガラス形成部材１０Ｇの内部に向かって徐々に裏面側圧縮応力層１９が形成される（矢印ＡＲ１９参照）。

中央側領域１３における仮想曲線Ｌ１８の深さＴ１と同一の深さを有する裏面側圧縮応力層１９が中央側領域１３に形成された場合、中央側領域１３の裏面１２の強度（表面応力値）は最大となる。上述のとおり、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３の裏面１２側には、深さＴ１Ａ（Ｔ１Ａ＞Ｔ１）を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。

曲面領域１４における仮想曲線Ｌ１８の深さＴ２と同一の深さを有する裏面側圧縮応力層１９が曲面領域１４に形成された場合、曲面領域１４の裏面１２の強度（表面応力値）は最大となる。上述のとおり、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇの曲面領域１４の裏面１２側（特に、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）には、深さＴ２を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域は、その強度（表面応力値）が最大（ピーク）となるように構成されている。好ましくは、中央側領域１３に形成された圧縮応力層の深さは、曲面領域１４の凹側領域ＲＲに形成された圧縮応力層の深さＴ２よりも深いとよい。

側部領域１５における仮想曲線Ｌ１８の深さＴ３と同一の深さを有する裏面側圧縮応力層１９が側部領域１５に形成された場合、側部領域１５の裏面１２の強度（表面応力値）は最大となる。上述のとおり、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇの側部領域１５の裏面１２側には、深さＴ３Ａ（Ｔ３Ａ＞Ｔ３）を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。

ガラス形成部材１０Ｇの製造に用いられるガラスの組成に応じて、表面１１側における深さＴ１，Ｔ２，Ｔ３と、裏面１２側における深さＴ１，Ｔ２，Ｔ３とは、それぞれ同一の値である場合もあるし、それぞれ異なる値である場合もある。深さＴ１，Ｔ２，Ｔ３の各々の値のそのものも、それぞれ同一である場合があるし、それぞれ異なる場合もある。

図６は、本実施の形態におけるカバーガラス１０の製造に用いられるガラス形成部材１０Ｇのガラス素材の表面に形成された圧縮応力層の深さと、その表面の強度（表面応力値）との関係を示す図である。

図６に示すように、本実施の形態のカバーガラス１０の製造に用いられるガラス形成部材１０Ｇは、表面側圧縮応力層１７の深さＴ１，Ｔ２，Ｔ３の各値が４０μｍの際に、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の各々の表面１１における強度（表面応力値）は最大となる。

裏面１２側についても同様に、本実施の形態のカバーガラス１０の製造に用いられるガラス形成部材１０Ｇは、裏面側圧縮応力層１９の深さＴ１，Ｔ２，Ｔ３の各値が４０μｍの際に、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の各々の裏面１２における強度（表面応力値）は最大となる。

なお、図６中の横軸に示される圧縮応力層の深さの各値は、神港精機株式会社製のポーラリメーターＳＦ−ＩＩＣを用いて測定されたものである。図６中の縦軸に示される表面応力値の各値は、有限会社折原製作所製のガラス表面応力計ＳＵＲＦＡＣＥ ＳＴＲＥＳＳ ＭＥＴＥＲ「ＦＳＭ−６０００ＬＥ」を用いて測定されたものである。

図４および図５を再び参照して、上述のとおり、ガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３の表面１１側には、深さＴ１Ａ（Ｔ１Ａ＞Ｔ１）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの曲面領域１４の表面１１側には、深さＴ２Ａ（Ｔ２Ａ＞Ｔ２）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの側部領域１５の表面１１側には、深さＴ３Ａ（Ｔ３Ａ＞Ｔ３）を有する表面側圧縮応力層１７が形成される。

ガラス形成部材１０Ｇの中央側領域１３の裏面１２側には、深さＴ１Ａ（Ｔ１Ａ＞Ｔ１）を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの曲面領域１４の裏面１２側（特に、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）には、深さＴ２を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。ガラス形成部材１０Ｇの側部領域１５の裏面１２側には、深さＴ３Ａ（Ｔ３Ａ＞Ｔ３）を有する裏面側圧縮応力層１９が形成される。

すなわち、本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇに形成された表面側圧縮応力層１７は、中央側領域１３、曲面領域１４、および側部領域１５の各々において、表面１１側のガラス形成部材１０Ｇの表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さを超えるように形成されている。ガラス形成部材１０Ｇの表面側圧縮応力層１７は、その形成深さが仮想曲線Ｌ１６（図５参照）に沿うようには形成されておらず、仮想曲線Ｌ１６の深さよりもさらに深く形成されている。

裏面１２側の裏面側圧縮応力層１９については、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域を除いて、裏面１２側のガラス形成部材１０Ｇの表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さを超えるように形成されている。裏面側圧縮応力層１９は、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域を除いて、その形成深さが仮想曲線Ｌ１８（図５参照）に沿うようには形成されておらず、仮想曲線Ｌ１８が形成されている深さよりもさらに深く形成されている。

これらに対して、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域における裏面側圧縮応力層１９は、裏面１２側のガラス形成部材１０Ｇの表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さとなるように形成されている。ここで、「表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さ」とは、（表面応力値が実際にピークとなる際の圧縮応力層の深さ）±５μｍの範囲以内となる値のことを意味する。本実施の形態のガラス形成部材１０Ｇにおいては、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域における裏面側圧縮応力層１９の表面応力値が、中央側領域１３に形成された各圧縮応力層１７，１９の表面応力値に比べて高くなっている。

ディスプレイ装置１００（図３参照）が落下したり、ガラス形成部材１０Ｇの表面１１が使用者の手指９０によって押圧されたり、表面１１がペンなどによって押圧されたりしたとする。この場合には、中央側領域１３（ディスプレイ面）に直接的に応力が作用するだけでなく、曲面状に形成された曲面領域１４にも間接的に曲げ応力が作用する。

本実施の形態のカバーガラス１０においては、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域における裏面側圧縮応力層１９は、その表面応力値が中央側領域１３に形成された圧縮応力層１７，１９の表面応力値に比べて高く、かつ、その表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さとなるように形成されている。

ディスプレイ装置１００が落下したり、タッチパネル式の中央側領域１３（ディスプレイ面）が使用者により繰り返し押圧されたりすることによって凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域に応力が集中したとしても、その領域は十分に化学強化されているため、その領域にヒビ割れなどが発生するということは効果的に抑制されている。したがって、本実施の形態のカバーガラス１０によれば、曲面状に形成された曲面領域１４（特に凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）において所定の強度を保つことが可能となっている。また、本実施の形態のカバーガラス１０によれば、各圧縮応力層１７，１９の形成深さがピーク値をとる深さよりも深く形成されているため、たとえば中央側領域１３（ディスプレイ面）に深い傷が形成されたとしても、一定の強度を保持することができる。

好ましくは、ガラス形成部材１０Ｇに形成された表面側圧縮応力層１７および裏面側圧縮応力層１９としては、ガラス形成部材１０Ｇの全面にわたってその厚さ（形成深さＴ１Ａ，Ｔ２Ａ，Ｔ３Ａ、およびＴ２）が２０μｍ以上１００μｍ以下となるように形成されているとよい。カバーガラス１０の全体としての強度をより一層向上させることが可能となる。

（カバーガラス１０の製造方法）
本実施の形態のカバーガラス１０においては、曲面領域１４の湾曲の内側に位置する凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域における裏面側圧縮応力層１９は、その表面応力値が中央側領域１３に形成された圧縮応力層１７，１９の表面応力値に比べて高く、かつ、その表面応力値が略ピークとなる際の圧縮応力層の深さとなるように形成されている。このようなカバーガラス１０を得るためには、まず、カバーガラス１０の素材（母材）となるガラス形成部材１０Ｇを準備する。ガラス形成部材１０Ｇの素材としては、たとえばソーダガラスである。

素材としてのガラス形成部材１０Ｇを得るためには、ガラス板材から削り出すことによってガラス形成部材１０Ｇを形成してもよいし、ガラス板材からガラスゴブを形成し、そのガラスゴブを金型上で再溶融させた後にプレス加工するいわゆるリヒートプレス法によって形成してもよいし、下型上に溶融ガラスを滴下した後にその溶融ガラスを下型および上型によってプレス加工するいわゆるダイレクトプレス法によって形成してもよい。

本実施の形態において準備されるガラス形成部材１０Ｇの形状としては、中央側領域１３の厚さＴ（図２参照）が０．５ｍｍであり、中央側領域１３の寸法Ｌ１（図１参照）および寸法Ｌ２（図１参照）はそれぞれ１１０ｍｍ×６０ｍｍである。曲面領域１４の裏面１２側（凹側領域ＲＲ）における近似Ｒは１．０ｍｍである。側部領域１５の厚さＴ１５は１．６ｍｍである。

図７を参照して、次に、化学強化塩６６が貯留された貯留槽６４を準備する。貯留槽６４は、硝酸カリウム（純度９８％）などの化学強化塩６６を貯留しており、貯留槽６４の化学強化塩６６を貯留する内壁の寸法は、たとえば３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍである。貯留槽６４の周囲に配置された加熱装置（図示せず）を用いて、化学強化塩６６の温度は約４００℃に設定される。

ガラス形成部材１０Ｇは、化学強化塩６６の内部に浸漬される（矢印ＤＲ１参照）。所定の浸漬時間の経過後、ガラス形成部材１０Ｇの表面１１および裏面１２には圧縮応力層１７，１９がそれぞれ形成される。

ここで、イオン交換（化学強化）の際、凹側領域ＲＲ以外の領域に供給される化学強化塩の量に比べて、凹側領域ＲＲに供給される化学強化塩の量は少ない。凹側領域ＲＲ（特に、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）においては化学強化が行なわれにくい。換言すると、裏面側圧縮応力層１９は、凹側領域ＲＲ（特に、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）には形成されにくい。

この原理について具体的に説明すると、イオン交換におけるイオン拡散量Ｑ１は、イオン拡散係数Ｄ、化学強化時間ｔ、および基準イオン濃度Ｃ_０を用いると、次の式（１）のように表される。
Ｑ１＝２×Ｃ_０×√（Ｄ×ｔ／π） ・・・式（１）
つまり、ある時刻におけるイオン拡散量Ｑは、表面の単位面積当りで一定の値となる。たとえば、一辺の寸法Ｒを有する正方形の面積に対して、深さＲまでイオン交換を行う場合、必要なイオン拡散量Ｑ２は、次の式（２）のように表される。
Ｑ２＝Ｒ^３ ・・・式（２）
また、表面積を上記の正方形と同一の値に維持したまま、上記の正方形の一辺のみを９０°円弧状に曲げた場合、その形状の変化に応じて、その形状の面積に対して必要なイオン拡散量Ｑ３は、次の式（３）のように表される。
Ｑ３＝Ｒ^３×（１＋（π／４）） ・・・式（３）
上記の式（３）からもわかるとおり、イオン交換量が一定である場合、凹側領域ＲＲ（特に、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）は、中央側領域１３等の平坦な部分に比べてイオン交換深さ（圧縮応力層の形成深さ）が浅くなる。一方で、凹側領域ＲＲ（特に、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）は、その形状から最も強度が低くなりやすく、ヒビなどが入り易い部分である。

図８を参照して、イオン交換量が一定である場合、凹側領域ＲＲ（凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）は、中央側領域１３等の平坦な部分に比べてイオン交換深さ（圧縮応力層の形成深さ）が浅くなる。図８は、本実施の形態におけるカバーガラス１０の製造方法の浸漬工程におけるガラス形成部材１０Ｇの浸漬時間と、ガラス形成部材１０Ｇの表面に形成された圧縮応力層の形成深さとの関係を示す図である。

曲線Ｐ１に示されるように、約３．７時間の浸漬時間の経過後、中央側領域１３には約４０μｍの圧縮応力層１７，１９が形成され、中央側領域１３の表面応力値はピーク（図６参照）となる。一方、曲線Ｐ２に示されるように、約３．７時間の浸漬時間の経過後であっても、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域には約２６μｍの裏面側圧縮応力層１９が形成され、その領域の表面応力値はピークには到達していない。

本実施の形態のカバーガラス１０を得るために、さらに浸漬時間が確保される。曲線Ｐ２に示されるように、約６．０時間の浸漬時間の経過後、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域に約４０μｍの裏面側圧縮応力層１９が形成され、その領域の表面応力値はピーク（図６参照）となる。一方、曲線Ｐ１に示されるように、約６．０時間の浸漬時間の経過後では、中央側領域１３に約５６μｍの圧縮応力層１７，１９が形成され、中央側領域１３の表面応力値はピーク（図６参照）とはならない。

中央側領域１３の表面応力値はピークとはならないものの、湾曲している形状のために最も強度が低くヒビ等が発生しやすい凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域の表面応力値は、ピークとなることができる。こうして、本実施の形態におけるカバーガラス１０を得ることができる。

［実験例］
図９を参照して、上述の実施の形態に基づくカバーガラス１０の製造方法を使用して、比較例１および実施例１〜３の４種類のカバーガラス１０を製造した。比較例１および実施例１〜３に用いたガラス形成部材１０Ｇの形状としては、上述の実施の形態と同様であり、中央側領域１３の厚さＴ（図２参照）が０．５ｍｍであり、中央側領域１３の寸法Ｌ１（図１参照）および寸法Ｌ２（図１参照）はそれぞれ１１０ｍｍ×６０ｍｍである。曲面領域１４の裏面１２側（凹側領域ＲＲ）における近似Ｒは１．０ｍｍである。側部領域１５の厚さＴ１５は１．６ｍｍである。

（比較例１）
比較例１としては、上述のように準備されたガラス形成部材１０Ｇを、化学強化塩６６が貯留された貯留槽６４内に３．７時間浸漬した。比較例１に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、中央側領域１３に４０μｍを有する圧縮応力層が形成され、曲面領域１４（凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）に２６μｍを有する圧縮応力層が形成された。

圧縮応力層の形成深さの値は、神港精機株式会社製のポーラリメーターＳＦ−ＩＩＣを用いて測定されたものである（以下の実施例１〜３についても同様である）。中央側領域１３の表面応力値の値は、５９０ＭＰａであった。この表面応力値の値は、有限会社折原製作所製のガラス表面応力計ＳＵＲＦＡＣＥ ＳＴＲＥＳＳ ＭＥＴＥＲ「ＦＳＭ−６０００ＬＥ」を用いて測定されたものである（以下の実施例１〜３についても同様である）。

（実施例１）
実施例１としては、上述のように準備されたガラス形成部材１０Ｇを、化学強化塩６６が貯留された貯留槽６４内に５．０時間浸漬した。実施例１に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、中央側領域１３に５０μｍを有する圧縮応力層が形成され、曲面領域１４（凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）に３５μｍを有する圧縮応力層が形成された。中央側領域１３の表面応力値の値は、５３０ＭＰａであった。

（実施例２）
実施例２としては、上述のように準備されたガラス形成部材１０Ｇを、化学強化塩６６が貯留された貯留槽６４内に６．０時間浸漬した。実施例２に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、中央側領域１３に５７μｍを有する圧縮応力層が形成され、曲面領域１４（凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）に４０μｍを有する圧縮応力層が形成された。中央側領域１３の表面応力値の値は、４８０ＭＰａであった。

（実施例３）
実施例３としては、上述のように準備されたガラス形成部材１０Ｇを、化学強化塩６６が貯留された貯留槽６４内に７．０時間浸漬した。実施例３に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、中央側領域１３に６１μｍを有する圧縮応力層が形成され、曲面領域１４（凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域）に４５μｍを有する圧縮応力層が形成された。中央側領域１３の表面応力値の値は、４６０ＭＰａであった。

図１０を参照して、比較例１および実施例１〜３の各々に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０に対して３点曲げ強さ測定試験を実施した。具体的には、カバーガラス１０の長辺方向（ＤＲ１０）に間隔を空けて対向するように支持部材８２，８２を配置し、その表面にカバーガラス１０を橋渡し状に載置した。支持部材８２上にカバーガラス１０が載置された状態においては、支持部材８２は、カバーガラス１０の端部から寸法Ｗ１（ここでは５ｍｍ）だけ内側に変位したところに位置する。

支持部材８２の長さは約５０ｍｍであり、支持部材８２の先端部は、上記の長辺方向に沿ってのみ球面状に形成されており、その曲率半径Ｒ８２は３．２ｍｍである。支持部材８２上にカバーガラス１０を載置した後、カバーガラス１０（中央側領域１３）の表面の中央部分に対して押圧部材８０を当接させた。

押圧部材８０の長さは約５０ｍｍであり、押圧部材８０の先端部は、上記の長辺方向に沿ってのみ球面状に形成されており、その曲率半径Ｒ８０は３．２ｍｍである。押圧部材８０をカバーガラス１０（中央側領域１３）の表面に当接させた状態で、０．５ｍｍ／ｍｉｎの速度で押圧部材８０をカバーガラス１０に対して押し込んだ（矢印ＤＲ８０参照）。押圧部材８０は、カバーガラス１０が破断するまで下降させた。

３点曲げ強さの結果（図９参照）としては、次の式で与えられる値σ_ｂ３に基づいて評価した。
σ_ｂ３＝（３ＰＬ）／（２ｗｔ^２）
ここで、Ｐは最大荷重（Ｎ）（破断時の荷重）であり、Ｌは支持部材８２，８２の間隔であり、ｗはカバーガラス１０の幅であり、ｔはカバーガラス１０の板厚である。

図９に示すように、比較例１に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３として、２８０ＭＰａという結果が得られた。

これに対して、実施例１に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３として、４３０ＭＰａという結果が得られた。実施例２に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３として、４７０ＭＰａという結果が得られた。実施例３に基づく製造方法により得られたカバーガラス１０は、３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３として、４４０ＭＰａという結果が得られた。

比較例１および実施例１〜３の実験結果を比較すると、凹側領域ＲＲのうちの近似Ｒが最も小さい領域における裏面側圧縮応力層１９を、その表面応力値が中央側領域１３に形成された圧縮応力層１７，１９の表面応力値に比べて高く、かつ、その表面応力値が略ピーク（ピーク値を形成する深さ４０μｍ±５μｍ）となる際の圧縮応力層の深さとなるように形成することによって、３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３として高い値が得られることがわかる。

また、実施例２の３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３の値４７０ＭＰａをピークとすると、実施例１の３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３の値４３０ＭＰａおよび実施例３の３点曲げ強さの評価値σ_ｂ３の値４４０ＭＰａは、実施例２の値４７０ＭＰａの１０％以内である。したがって、本実施の形態のカバーガラス１０によれば、曲面状に形成された部分において所定の強度を保つことが可能となっていることがわかる。

以上、本発明に基づいた実施の形態および実験例について説明したが、今回開示された実施の形態および実験例はすべての点で例示であって制限的なものではない。たとえば、上述の実施の形態および実験例は、画像表示部を覆ういわゆるディスプレイ用カバーガラスとして用いられるカバーガラスに基づいて説明したが、ディスプレイ用途に限られず、外装カバー（電子機器などの外装を構成する部位）としても適用されることが可能である。したがって、本発明の技術的範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ カバーガラス、１０Ｇ ガラス形成部材、１０Ｈ 開口部、１１ 表面、１２ 裏面、１３ 中央側領域、１４ 曲面領域、１５ 側部領域、１７ 表面側圧縮応力層、１９ 裏面側圧縮応力層、２０ 外装プレート、３０ 回路基板、４０ ディスプレイ、４２ 画像表示部、５０ スピーカー、６４ 貯留槽、６６ 化学強化塩、８０ 押圧部材、８２ 支持部材、９０ 手指、１００ ディスプレイ装置、ＡＲ，ＡＲ１７，ＡＲ１９，ＤＲ１，ＤＲ８０ 矢印、Ｌ 光、Ｌ１，Ｌ２，Ｗ１ 寸法、Ｌ１６，Ｌ１８ 仮想曲線、Ｐ１，Ｐ２ 曲線、Ｒ８０，Ｒ８２ 曲率半径、ＲＲ 凹側領域、Ｔ，Ｔ１４，Ｔ１５ 厚さ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ１Ａ，Ｔ２Ａ，Ｔ３Ａ 深さ。

Claims (5)

1. イオン交換による化学強化が実施されて表面側および裏面側に圧縮応力層がそれぞれ形成されたガラス形成部材を備え、
   前記ガラス形成部材は、
   中央側領域と、
   前記中央側領域の外縁に連設され、前記中央側領域から外方に向かうにつれて前記表面から遠ざかる方向に湾曲するように形成された曲面領域と、含み、
   前記曲面領域の湾曲の内側に位置する凹側領域のうちの近似Ｒが最も小さい領域における前記圧縮応力層は、その表面応力値が前記中央側領域の前記表面側に形成された前記圧縮応力層の表面応力値および前記中央側領域の前記裏面側に形成された前記圧縮応力層の表面応力値の両方の値に比べて高く、かつ、その表面応力値が実際にピークとなる際の圧縮応力層の深さ±５μｍの範囲以内の深さとなるように形成されており、
   前記中央側領域の前記表面側に形成された前記圧縮応力層の深さおよび前記中央側領域の前記裏面側に形成された前記圧縮応力層の深さは、前記曲面領域の前記凹側領域に形成された前記圧縮応力層の深さよりも深い、
   カバーガラス。
2. 前記ガラス形成部材に形成された前記圧縮応力層は、前記ガラス形成部材の前記表面側および前記裏面側の全面にわたってその厚さが２０μｍ以上１００μｍ以下となるように形成されている、
   請求項１に記載のカバーガラス。
3. 当該カバーガラスは、全面にわたってその板厚が０．４ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内となるように形成されている、
   請求項１または２に記載のカバーガラス。
4. 表面側および裏面側に圧縮応力層がそれぞれ形成されるカバーガラスの製造方法であって、
   中央側領域、および前記中央側領域の外縁に連設され前記中央側領域から外方に向かうにつれて前記表面から遠ざかる方向に湾曲するように形成された曲面領域を含むガラス形成部材を準備する工程と、
   内部に化学強化塩が貯留された貯留槽を準備する工程と、
   前記ガラス形成部材を前記化学強化塩内に浸漬し、前記ガラス形成部材の前記表面側および前記裏面側の各々に前記圧縮応力層を形成する工程と、を備え、
   前記圧縮応力層を形成する工程では、前記曲面領域の湾曲の内側に位置する凹側領域のうちの近似Ｒが最も小さい領域における前記圧縮応力層は、その表面応力値が前記中央側領域の前記表面側に形成された前記圧縮応力層の表面応力値および前記中央側領域の前記裏面側に形成された前記圧縮応力層の表面応力値の両方の値に比べて高く、かつ、その表面応力値が実際にピークとなる際の圧縮応力層の深さ±５μｍの範囲以内の深さとなるように、化学強化が行なわれ、
   前記圧縮応力層を形成する工程では、前記中央側領域の前記表面側に形成された前記圧縮応力層の深さおよび前記中央側領域の前記裏面側に形成された前記圧縮応力層の深さが、前記曲面領域の前記凹側領域に形成された前記圧縮応力層の深さよりも深くなるように、前記化学強化が行なわれる、
   カバーガラスの製造方法。
5. 前記圧縮応力層を形成する工程では、前記ガラス形成部材の前記表面側および前記裏面側の全面にわたって前記圧縮応力層の厚さが２０μｍ以上１００μｍ以下となるように、前記化学強化が行なわれる、
   請求項４に記載のカバーガラスの製造方法。

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