ホーム > 特許ランキング > ミネベアミツミ株式会社
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022184477
(43)【公開日】2022-12-13
(54)【発明の名称】ガラス部材
(51)【国際特許分類】
C03C 15/00 20060101AFI20221206BHJP
C03C 23/00 20060101ALI20221206BHJP
【ＦＩ】
C03C15/00 Z
C03C23/00 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021092354
(22)【出願日】2021-06-01
(71)【出願人】
【識別番号】000114215
【氏名又は名称】ミネベアミツミ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001771
【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】原田 高志
(72)【発明者】
【氏名】岡 博之
【テーマコード（参考）】
4G059
【Ｆターム（参考）】
4G059AA01
4G059AC01
4G059BB01
4G059BB04
(57)【要約】
【課題】軽量で強度の高いガラス部材を提供すること。
【解決手段】実施形態のガラス部材は、第１の領域と、第２の領域とを備える。前記第１の領域は、平坦で第１の厚みである。前記第２の領域は、前記第１の領域の一方の面に平坦に連続し、前記第１の領域の他方の面の端部から傾斜が始まり、厚みが増大する。前記第１の領域の一方の平坦な面に対する前記第２の領域の傾斜する面の勾配角度は、０°より大きく３０°以下である。
【選択図】図１１
【解決手段】実施形態のガラス部材は、第１の領域と、第２の領域とを備える。前記第１の領域は、平坦で第１の厚みである。前記第２の領域は、前記第１の領域の一方の面に平坦に連続し、前記第１の領域の他方の面の端部から傾斜が始まり、厚みが増大する。前記第１の領域の一方の平坦な面に対する前記第２の領域の傾斜する面の勾配角度は、０°より大きく３０°以下である。
【選択図】図１１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
平坦で第１の厚みの第１の領域と、
前記第１の領域の一方の面に平坦に連続し、前記第１の領域の他方の面の端部から傾斜が始まり、厚みが増大する第２の領域と、
を備え、
前記第１の領域の一方の平坦な面に対する前記第２の領域の傾斜する面の勾配角度が、０°より大きく３０°以下である、
ガラス部材。
前記第１の領域の一方の面に平坦に連続し、前記第１の領域の他方の面の端部から傾斜が始まり、厚みが増大する第２の領域と、
を備え、
前記第１の領域の一方の平坦な面に対する前記第２の領域の傾斜する面の勾配角度が、０°より大きく３０°以下である、
ガラス部材。
【請求項2】
前記第１の領域の他方の面と前記第２の領域の傾斜する面との接続部分の曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される、
請求項１に記載のガラス部材。
請求項１に記載のガラス部材。
【請求項3】
前記第１の領域の前記第１の厚みに対する、前記第２の領域の前記第１の領域と反対側の端部の厚みの比は１より大きく、応力低減効果を高める場合、前記厚みの比を更に大きくする、
請求項１または２に記載のガラス部材。
請求項１または２に記載のガラス部材。
【請求項4】
前記第２の領域の前記第１の領域と反対側の端部には、平坦なまたは湾曲した他の領域が連続する、
請求項１～３のいずれか一つに記載のガラス部材。
請求項１～３のいずれか一つに記載のガラス部材。
【請求項5】
前記第１の領域の前記第２の領域と反対側の端部には、平坦なまたは湾曲した他の領域が連続する、
請求項１～４のいずれか一つに記載のガラス部材。
請求項１～４のいずれか一つに記載のガラス部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガラス部材に関する。
【背景技術】
【0002】
スマートフォン等の筐体の一部として、ガラスを素材としたガラス部材が用いられることがある（例えば、特許文献１～３等を参照）。ガラス部材は、高級感があり、デザイン的に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特表２００３－５０２２５７号公報
【特許文献2】特表２０１５－５１２０５７号公報
【特許文献3】特開２０２１－１１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ガラス部材は、強度をもたせるために厚みを大きくすると重くなり、軽くするためむやみに厚みを小さくすると強度が低下して落下時等に割れやすいという問題があった。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量で強度の高いガラス部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るガラス部材は、第１の領域と、第２の領域とを備える。前記第１の領域は、平坦で第１の厚みである。前記第２の領域は、前記第１の領域の一方の面に平坦に連続し、前記第１の領域の他方の面の端部から傾斜が始まり、厚みが増大する。前記第１の領域の一方の平坦な面に対する前記第２の領域の傾斜する面の勾配角度は、０°より大きく３０°以下である。
【0007】
本発明の一態様に係るガラス部材は、軽量で強度の高いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係るガラス部材について図面を参照して説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、１つの実施形態や変形例に記載された内容は、原則として他の実施形態や変形例にも同様に適用される。
【0010】
【0011】
図１および図２において、ガラス部材１は、複数の領域１１～１５を備えている。すなわち、平坦で厚みが一定の領域１１と、領域１１に一端が接続され、図における下側が平坦で厚みが増加する領域１２と、領域１２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１３と、領域１３に一端が接続され、厚みが一定で湾曲する領域１４と、領域１４に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１５とを備えている。なお、勾配面（傾斜面）を有する領域１２と、湾曲面を有する領域１４との間の平坦な領域１３の長さ（Ｘ軸方向の長さ）は、極めて短いものであってもよい。
【0012】
また、領域１１と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される。領域１２と領域１３との接続部（図の上側の接続部）の曲率が変わる部分についても同様に、所定の半径の円弧面により形成される。また、後述のように、接続部Ｃの勾配角度（領域１１の一方の平坦な面に対する領域１２の傾斜する面の勾配角度）は、０°より大きく３０°以下であるものとされる。
【0013】
また、ガラス部材１の製造方法としては、先ず、板状のガラスに対し、化学エッチングまたは研削加工により、領域１２の勾配面と、この勾配面に連なる領域１１の平坦面とを形成する偏肉加工が行われる。なお、化学エッチングには、ウエットエッチングとドライエッチングとが含まれる。研削加工には、フライスやその他の研削・切削手段が含まれる。その後、背面より真空ポンプ等により吸引が行われる金型に、偏肉加工が行われた板状のガラスがセットされ、領域１４に対応する曲げ部分に赤外線の照射等が行われてガラスの軟化が行われ、吸引により金型の形状に沿って曲げ加工が行われる。
【0014】
図３は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図３において、図１および図２と異なるのは、領域１１と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分（領域１２と領域１３との接続部についても同様）が図における下側になっている点である。他は図１および図２と同様である。
【0015】
図４は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図４において、ガラス部材１は、複数の領域１１－１～１３を備えている。すなわち、平坦で厚みが一定の領域１１－１と、領域１１－１に一端が接続され、厚みが一定で湾曲する領域１１－２と、領域１１－２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１１－３と、領域１１－３に一端が接続され、図における右側が平坦で厚みが増加する領域１２と、領域１２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１３とを備えている。なお、勾配面（傾斜面）を有する領域１２と、湾曲面を有する領域１１－２との間の平坦な領域１１－３の長さ（Ｚ軸方向の長さ）は、極めて短いものであってもよい。
【0016】
また、領域１１－３と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される。領域１２と領域１３との接続部（図の左側の接続部）の曲率が変わる部分についても同様に、所定の半径の円弧面により形成される。また、後述のように、接続部Ｃの勾配角度（領域１１－３の一方の平坦な面に対する領域１２の他方の面の勾配角度）は、０°より大きく３０°以下であるものとされる。ガラス部材１の製造方法は、図１および図２のガラス部材１について説明したのと同様である。
【0017】
図５は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図５において、図４と異なるのは、領域１１－３と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分（領域１２と領域１３との接続部についても同様）が図における右側になっている点である。他は図４と同様である。
【0018】
図６は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図６において、ガラス部材１は、複数の領域１１－１～１３を備えている。すなわち、平坦で厚みが一定の領域１１－１と、領域１１－１に一端が接続され、厚みが一定で湾曲する領域１１－２と、領域１１－２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１１－３と、領域１１－３に一端が接続され、図における下側が平坦で厚みが増加する領域１２と、領域１２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１３とを備えている。なお、勾配面（傾斜面）を有する領域１２と、湾曲面を有する領域１１－２との間の平坦な領域１１－３の長さ（Ｘ軸方向の長さ）は、極めて短いものであってもよい。
【0019】
また、領域１１－３と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される。領域１２と領域１３との接続部（図の上側の接続部）の曲率が変わる部分についても同様に、所定の半径の円弧面により形成される。また、後述のように、接続部Ｃの勾配角度（領域１１－３の一方の平坦な面に対する領域１２の他方の面の勾配角度）は、０°より大きく３０°以下であるものとされる。ガラス部材１の製造方法は、図１および図２のガラス部材１について説明したのと同様である。
【0020】
図７は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図７において、図６と異なるのは、領域１１－３と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分（領域１２と領域１３との接続部についても同様）が図における下側になっている点である。他は図６と同様である。
【0021】
図８は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図８において、ガラス部材１は、複数の領域１１～１５を備えている。すなわち、平坦で厚みが一定の領域１１と、領域１１に一端が接続され、図における右側が平坦で厚みが増加する領域１２と、領域１２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１３と、領域１３に一端が接続され、厚みが一定で湾曲する領域１４と、領域１４に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１５とを備えている。なお、勾配面（傾斜面）を有する領域１２と、湾曲面を有する領域１４との間の平坦な領域１３の長さ（Ｚ軸方向の長さ）は、極めて短いものであってもよい。
【0022】
また、領域１１と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される。領域１２と領域１３との接続部（図の左側の接続部）の曲率が変わる部分についても同様に、所定の半径の円弧面により形成される。また、後述のように、接続部Ｃの勾配角度（領域１１の一方の平坦な面に対する領域１２の他方の面の勾配角度）は、０°より大きく３０°以下であるものとされる。ガラス部材１の製造方法は、図１および図２のガラス部材１について説明したのと同様である。
【0023】
図９は、ガラス部材１の他の例を示す正面図である。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図８と異なるのは、領域１１と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分（領域１２と領域１３との接続部についても同様）が図における右側になっている点である。他は図８と同様である。
【0024】
図１０は、ガラス部材１の他の例を示す正面図であり、曲げ加工がされていない板状のものとなっている。なお、図の奥行方向（Ｙ軸方向）に幅を有するのは、図２と同様である。図１０において、ガラス部材１は、複数の領域１１～１３を備えている。すなわち、平坦で厚みが一定の領域１１と、領域１１に一端が接続され、図における下側が平坦で厚みが増加する領域１２と、領域１２に一端が接続され、平坦で厚みが一定の領域１３とを備えている。
【0025】
なお、領域１１と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される。領域１２と領域１３との接続部（図の上側の接続部）の曲率が変わる部分についても同様に、所定の半径の円弧面により形成される。また、後述のように、接続部Ｃの勾配角度（領域１１の一方の平坦な面に対する領域１２の他方の面の勾配角度）は、０°より大きく３０°以下であるものとされる。
【0026】
図１１は、図１～図１０のガラス部材１の着目部分を抽出した正面図である。すなわち、図１および図３における領域１１、１２、図４および図５における領域１１－３、１２、図６および図７における領域１１－３、１２、図８および図９における領域１１、１２、図１０における領域１１、１２の部分が抽出されたものである。なお、図１と図３、図４と図５、図６と図７、図８と図９では接続部Ｃの曲率が変わる部分が上下または左右で入れ替わっているが、領域１１、１２の部分としての抽出においては接続部Ｃの曲率が変わる部分の向きを揃えている。
【0027】
図１１において、第１の領域１１の厚みをＴ１、第２の領域１２の最大の厚みをＴ０、領域１１の一方の平坦な面（図における下側）に対する領域１２の他方の面（図における上側）の勾配角度をθとしている。前述のように、勾配角度θは０°より大きく３０°以下であるものとされる。
【0028】
図１２は、２つの領域１１、１２の接続部Ｃの曲率が変わる部分が所定の半径の円弧面により形成される場合における、勾配角度θの定義と、領域１１、１２の境界の定義とを説明する図である。図１２において、領域１１の上側の平坦な面から外挿した線ＥＬ２と、傾斜した面から外挿した線ＥＬ１とのなす角度が勾配角度θとなる。また、線ＥＬ１と線ＥＬ２との交点から上下に垂直に延ばした線ＢＬ１が領域１１と領域１２との境界となる。
【0029】
図１３は、接続部Ｃ’の勾配角度が大きい比較例のガラス部材１’の例を示す正面図である。図１３において、図中の矢印のような方向に応力が加わると、領域１１’と領域１２’との接続部Ｃ’の曲率が変わる部分の付近に応力が集中し、勾配角度θが大きいと応力の値が過大となり、破壊に至りやすい。なお、図１３に示されるような方向に応力が加わるのは、領域１１’の左端が接続部Ｃ’側に対して下側に、または領域１２’の右端が接続部Ｃ’側に対して下側に変位する方向に荷重が加わった場合である。この点、図１１のように、勾配角度θが０°より大きく３０°以下である場合、後述のシミュレーション結果から示されるように、応力の値が抑えられ、破壊を防ぎ、軽量で強度の高いガラス部材１を提供することができる。
【0030】
また、図１１におけるガラス部材１の領域１１と領域１２との接続部Ｃの曲率が変わる部分は、前述のように、所定の半径の円弧面により形成される。後述のシミュレーションは、円弧面なし（半径０の円弧面）によるものであるが、円弧面が設けられることで、応力の集中が緩和され、強度が向上する。また、厚みＴ０または厚みＴ１のいずれか一方を一定とした場合、板厚比Ｔ０／Ｔ１が大きい方が、応力低減効果も大きくなり好ましい。これは、板厚比Ｔ０／Ｔ１が大きくなると、勾配面の距離が長くなり、勾配面の長さが応力の集中を分散させ、緩和させることによる。
【0031】
図１４は、シミュレーションに用いられたガラス部材１の形状と寸法を示す斜視図である。なお、図１４において、ガラス部材１の右側の端面２１が固定され、左側の端面２２に荷重Ｐが加えられるものとしている。なお、図１と図３、図４と図５、図６と図７、図８と図９のように接続部Ｃの曲率が変わる部分が上下または左右で入れ替わっている場合であっても、接続部Ｃ付近に働く応力については図１４のシミュレーションによりカバーされる。図１５は、図１４における接続部Ｃ付近の正面図である。各部の名称（Name）と値（Value）は次の表１に示す通りである。
【0032】
【表1】
【0033】
図１６は、シミュレーション結果による、接続部Ｃの勾配角度と応力との関係を示す図である。なお、四角のプロットは板厚比Ｔ０／Ｔ１＝１．３、白丸のプロットは板厚比Ｔ０／Ｔ１＝２、黒三角のプロットは板厚比Ｔ０／Ｔ１＝３の場合である。各板厚比Ｔ０／Ｔ１における、勾配角度θ≦３０°の領域における平均傾きα’、勾配角度θ＞３０°の領域における平均傾きα、傾きの比α’／αが次の表２に示されている。
【0034】
【表2】
【0035】
図１６および表２において、勾配角度θ≦３０°の領域における平均傾きα’は、勾配角度θ＞３０°の領域における平均傾きαよりも大きい。すなわち、板厚比Ｔ０／Ｔ１に関わらず、勾配角度θ＝３０°付近で勾配角度－応力の線は変曲し、勾配角度θ≦３０°の領域での平均傾きα’は３倍以上大きくなる。よって、勾配角度θ＞３０°と比較して勾配角度θ≦３０°の領域は勾配角度θの変化による応力低減効果が高い。
【0036】
また、一般的に、板厚比Ｔ０／Ｔ１が大きい（断面がより急変する）方が応力集中は大きくなる（後述のθ＝９０°の場合を参照）が、板厚比Ｔ０／Ｔ１が大きい方が勾配角度θの変化による応力値変化の効果は高いため、勾配角度θ≦３０°付近で板厚比Ｔ０／Ｔ１と応力値の関係は逆転し、勾配角度θ≦３０°の領域では板厚比Ｔ０／Ｔ１が大きい方が応力は低くなる。
【0037】
図１７Ａは、勾配角が１０°の場合における応力の分布を示す斜視図である。図１７Ｂは、図１７Ａにおける接続部Ｃ付近の拡大図である。また、図１８Ａは、勾配角が９０°の場合における応力の分布を示す斜視図である。図１８Ｂは、図１８Ａにおける接続部Ｃ付近の拡大図である。
【0038】
図１７Ａおよび図１７Ｂの低勾配角モデルと、図１８Ａおよび図１８Ｂの比較対象モデルとについての、最大主応力が次の表３に示されている。図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８Ａ、図１８Ｂおよび表３から明らかなように、勾配角度θ＝９０°の比較対象モデルに対し、勾配角度θ＝１０°の低勾配角モデルの最大主応力は小さくなり、強度が高いといえる。
【0039】
【表3】
【0040】
図１９Ａは、勾配角が１０°で板厚比が３の場合における応力の分布を示す斜視図である。図１９Ｂは、図１９Ａにおける接続部Ｃ付近の拡大図である。図２０Ａは、勾配角が１０°で板厚比が１．３の場合における応力の分布を示す斜視図である。図２０Ｂは、図２０Ａにおける接続部Ｃ付近の拡大図である。
【0041】
図１９Ａおよび図１９Ｂの板厚比大の場合と、図２０Ａおよび図２０Ｂの板厚比小の場合とについての、最大主応力が次の表４に示されている。図１９Ａ、図１９Ｂ、図２０Ａ、図２０Ｂおよび表４から明らかなように、板厚比小の場合に対し、板厚比大の場合の最大主応力は小さくなり、強度が高いといえる。
【0042】
【表4】
【0043】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【0044】
以上のように、実施形態に係るガラス部材は、平坦で第１の厚みの第１の領域と、第１の領域の一方の面に平坦に連続し、第１の領域の他方の面の端部から傾斜が始まり、厚みが増大する第２の領域とを備え、第１の領域の一方の平坦な面に対する第２の領域の傾斜する面の勾配角度が、０°より大きく３０°以下である。これにより、軽量で強度の高いものとすることができる。
【0045】
また、第１の領域の他方の面と第２の領域の傾斜する面との接続部分の曲率が変わる部分は、所定の半径の円弧面により形成される。これにより、応力の集中が緩和され、強度をいっそう高めることができる。
【0046】
また、第１の領域の第１の厚みに対する、第２の領域の第１の領域と反対側の端部の厚みの比は１より大きく、応力低減効果を高める場合、厚みの比を更に大きくする。これにより、第１の領域の一方の平坦な面に対する第２の領域の傾斜する面の勾配角度以外でも強度を制御することができる。
【0047】
また、第２の領域の第１の領域と反対側の端部には、平坦なまたは湾曲した他の領域が連続する。これにより、多様な形状に対応することができる。
【0048】
また、第１の領域の第２の領域と反対側の端部には、平坦なまたは湾曲した他の領域が連続する。これにより、多様な形状に対応することができる。
【0049】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【0050】
１ ガラス部材，１１～１５ 領域，Ｃ 接続部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
