CN106231829B - 电子产品、玻璃外壳及其制造设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种玻璃外壳，包括内表面，与内表面间隔的外表面，以及连接外表面和内表面的侧周面，所述内表面和外表面均包括平面部和由平面部的周缘朝内表面所在的一侧弯折延伸而出的曲面部，所述内表面和外表面之间的距离为0.2～1.0mm，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm。本发明还涉及一种具有上述玻璃外壳的电子产品，以及该玻璃外壳的制造设备和方法。上述玻璃外壳通过对结构参数和工艺上的设计，可使所述玻璃外壳的应力集中区域分散，提升整体强度，降低应力过于集中导致稍微受到外力撞击就发生破裂的风险。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件技术领域，特别是涉及一种电子产品、玻璃外壳及其制造设备和方法。
背景技术
搭载有触摸屏的智能手机、手表等电子产品的普及，使得各厂商争相推出具有差异化的产品，以期吸引消费者。目前市场上出现的一个亮点，就是将电子产品的外壳设计成曲面。具有曲面设计的电子产品可以与使用者的手更好的贴合，提升握持和操控的舒适度。若是手表外壳设计成曲面，还可与手腕更好的配合，提升佩戴的舒适性。并且曲面设计的显示用外壳，其显示的内容更具有立体感，从而可提升观感效果。玻璃由于更具有质感，使得其作为电子产品的外壳材料更受欢迎。但是电子产品的玻璃外壳，特别是设计成凸曲面的情况下，容易因意外跌落而导致碎裂。
发明内容
基于此，有必要针对电子产品玻璃外壳容易碎裂的问题，提供一种能分散应力、提升强度的玻璃外壳及其制造设备和方法，以及具有该玻璃外壳的电子产品。
一种玻璃外壳，包括内表面，与内表面间隔的外表面，以及连接外表面和内表面的侧周面，所述内表面和外表面均包括平面部和由平面部的周缘朝内表面所在的一侧弯折延伸而出的曲面部，所述内表面和外表面之间的距离为0.2～1.0mm，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm。
在其中一个实施例中，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～20mm。
在其中一个实施例中，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～10mm。
在其中一个实施例中，所述内表面附着有至少一装饰层，所述装饰层由油墨印刷方式形成，油墨层厚度为5-40μm。
在其中一个实施例中，所述内表面附着有至少一装饰层，所述装饰层由装饰膜贴覆形成，所述装饰膜厚度为10-125μm。
在其中一个实施例中，所述内表面、外表面中的至少一个被强化而具有表面压应力层，所述表面压应力层的厚度为50-100μm，所述表面压应力层的压应力值为200-300Mpa，所述内表面和外表面之间的中心张应力值≤100Mpa。
在其中一个实施例中，所述平面部呈矩形，包括两个相对的长边和两个相对的短边，其中连接长边的曲面部的圆弧半径与连接短边的曲面部的圆弧半径相等。
在其中一个实施例中，所述平面部呈矩形，包括两个相对的长边和两个相对的短边，其中连接长边的曲面部的圆弧半径与连接短边的曲面部的圆弧半径不相等。
一种电子产品，包括上述任意一种的玻璃外壳。
一种用于制造上述的玻璃外壳的制造设备，包括密封腔体，以及设置在密封腔体内的上模头和下模头，所述上模头包括上平压部和与上平压部分离的上弯曲部，所述下模头包括下平压部和与下平压部分离的下弯曲部，所述上平压部和下平压部用于夹持玻璃外壳的平面部，所述上弯曲部和下弯曲部具有相向的圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm，所述上弯曲部和下弯曲部用于配合挤压形成玻璃外壳的曲面部。
在其中一个实施例中，所述上弯曲部包括位于上平压部四周的多个上弯曲子部，所述下弯曲部包括位于下平压部四周的多个下弯曲子部；或者所述上弯曲部呈环状，围设在上平压部四周，所述下弯曲部呈环状，围设在下平压部四周。
在其中一个实施例中，所述上弯曲部和/或下弯曲部设有加热源。
一种上述的玻璃外壳的制造方法，包括：
切割，将厚度为0.2～1.0mm的大片玻璃母片分隔成若干个符合设定玻璃外壳尺寸的玻璃子片；
CNC加工，将上述切割好的玻璃子片进行CNC加工，使玻璃子片具有所需外形尺寸；
研磨，将CNC加工后的玻璃子片进行研磨，以除去表面划伤及微裂纹；
压合，先对玻璃子片的中间部位进行夹持定位，再对玻璃子片的周缘进行挤压弯折形成圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm；以及
强化，将压合后的玻璃子片浸入碱金属熔盐中，使玻璃子片的表面形成表面压应力层。
在其中一个实施例中，还包括在压合之后强化之前进行抛光的步骤。
在其中一个实施例中，还包括在强化之后进行表面修饰的步骤，所述表面修饰包括在玻璃子片表面形成装饰层。
在其中一个实施例中，压合步骤中，将玻璃子片加热至温度690±10℃，在氮气环境下，对玻璃子片进行热弯，压合压力为0.14±0.05MPa，压合时间为2±0.5min。
在其中一个实施例中，压合步骤中，仅对玻璃子片的中间部位进行夹持定位而不加热，再对玻璃子片的周缘进行加热挤压弯折。
在其中一个实施例中，压合步骤中，同时对玻璃子片的中间部位和两个边缘进行加热，并且对两个边缘进行挤压弯折。
在其中一个实施例中，强化步骤中，使玻璃子片的表面深度范围50-100μm内的金属离子与碱金属熔盐中的金属离子互换，形成所述表面压应力层，表面压应力层的压应力值为200-300Mpa。
上述玻璃外壳通过对结构参数的设计以及工艺上的改进，可使所述玻璃外壳的应力集中区域分散，提升整体强度，降低应力过于集中导致稍微受到外力撞击就发生破裂的风险。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的玻璃外壳的立体结构示意图；
图2为图1所示玻璃外壳的俯视示意图；
图3为图2所示玻璃外壳沿A-A线的截面示意图；
图4为图2所示玻璃外壳的侧视示意图；
图5为本发明另一实施例提供的玻璃外壳的立体结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的玻璃外壳的制造设备的结构示意图。
具体实施方式
如图1-图4中所示，本发明一实施例提供的一种玻璃外壳，其可应用于智能手机等电子产品上，可作为手机等的显示面的外壳，也可作为手机等的背面的盖板。
所述玻璃外壳包括内表面101，与内表面101间隔的外表面102，以及连接外表面102和内表面101的侧周面103。
所述内表面101包括平面部111和由平面部111的周缘朝一侧弯折延伸而出的曲面部121。曲面部121为圆弧曲面。曲面部121的圆弧半径为1～50mm，优选5～50mm，进一步优选5～20mm，更优选的5～10mm。半径越小，圆弧曲面越陡峭，因而形成的玻璃外壳其外观3D立体效果更强烈。
在一实施例中，所述平面部111呈矩形，包括两个相对的长边112、113和两个相对的短边114、115。该实施例中，连接长边112、113的曲面部121的圆弧半径与连接短边114、115的曲面部121的圆弧半径不相等，具体地，连接长边112、113的曲面部121的圆弧半径小于连接短边114、115的曲面部121的圆弧半径。
图1-图4所示实施例中，连接长边112的曲面部121的圆弧半径和连接长边113的曲面部121的圆弧半径相等。连接短边114的曲面部121的圆弧半径和连接短边115的曲面部121的圆弧半径相等。
所述外表面102也包括平面部112和由平面部112的周缘朝一侧弯折延伸而出的曲面部122。其中，外表面102的曲面部122和内表面101的曲面部121均是朝同一侧弯折，也即朝着向内表面101的一侧弯折。
曲面部122也为圆弧曲面。在一实施例中，平面部112和平面部111的位置相对应，且尺寸相同，因而当所述玻璃外壳的外表面102放置在水平面上时，平面部111和平面部112在水平面上的正投影完全重合。曲面部122和曲面部121的位置相对应，且尺寸也基本相同，因而当所述玻璃外壳的外表面102放置在水平面上时，曲面部122和曲面部121在水平面上的正投影也基本重合。
更具体的，曲面部122和曲面部121的半径相等。本实施例中，内表面101和外表面102之间的距离，也即所述玻璃外壳的厚度为0.2～1.0mm。玻璃外壳的各处厚度一致，如此可以较好的消除应力集中，提升整体强度。优选的，玻璃外壳的厚度为0.5～0.7mm。
参考图3，所述曲面部122所在圆弧最边缘的点的切线与所述平面部112的夹角定义为C角，C角为0°<C<90°，优选为0°<C<45°。曲面部121与平面部111之间的C角也可以有相同设置。
进一步地，所述曲面部121所在圆弧最边缘的点与所述平面部112之间的距离，也即所述玻璃外壳的高度为0.5～5mm。
在一些实施例中，所述玻璃外壳在水平面上的正投影大致为长方形，其中长方形的长50～500mm，宽30～300mm。
在一些实施例中，所述内表面101、外表面102中的至少一个附着有装饰层。装饰层可以为玻璃外壳进行着色，以使其具有更为美观的外表。装饰层可以通过油墨印刷或者贴合等方式形成在内表面101和/或外表面102上。
具体的，当装饰层为油墨印刷方式形成时，油墨层厚度在5-40μm；当装饰层为装饰膜贴覆形成时，该装饰膜厚度为10-125μm，装饰膜可以是采用带基材的防爆膜丝印而成，也可以是直接在无基材胶层表面丝印而成。
在制作所述的玻璃外壳的过程中，可以对所述内表面101、外表面102中的至少一个进行强化处理，而使所述内表面101和/或外表面102具有表面压应力层。通常，在机械加工玻璃过程中，会不可避免地在玻璃表面边缘产生微裂纹，而这些微裂纹的存在会严重降低玻璃的强度，虽可通过抛光等物理加工方式减小微裂纹的尺寸，但进一步的化学强化处理会具有更好的效果。例如，可在一定温度下将玻璃浸入熔盐中，玻璃中的碱金属离子与熔盐中的碱金属离子因扩散而发生相互交换，从而在玻璃表面形成一定厚度的表面压应力层。因而所述表面压应力层并非额外的附着在表面上的层状结构，而是自玻璃表面向内的一定厚度范围内形成的加强层。表面压应力层使得裂纹不易扩展，因而提高了玻璃的强度。
在一些实施例中，通过强化处理，得到的表面压应力层的厚度为50-100μm，所述表面压应力层的压应力值为200-300Mpa，所述内表面和外表面之间的中心张应力值≤100Mpa。
图5所示的玻璃外壳与图1-图4所示的玻璃外壳基本相同，例如内表面201同样包括平面部211和由平面部211的周缘朝一侧弯折延伸而出的曲面部221。曲面部221亦为圆弧曲面。不同之处在于，平面部211的各边的曲面部221的圆弧半径均相等。外表面202具有与内表面201类似的设置，此处未提及的设置均可与图1-图4所示实施例中的相同，因此不再赘述。
本发明通过上述结构和参数的设计，可使所述玻璃外壳的应力集中区域分散，提升整体强度，降低应力过于集中导致稍微受到外力撞击就发生破裂的风险。
本发明还提供一种上述玻璃外壳的制造设备。如图6中所示，该制造设备用于对经切割后的玻璃母片所得的玻璃子片进行压合弯折，使玻璃子片的上下两个表面边缘形成曲面部，而表面的中间部分仍为平整而形成所述的平面部。该制造设备包括密封腔体500以及设置在密封腔体500内的上模头510和下模头520。
上模头510和下模头520可相对运动用于对置于上模头510和下模头520之间的玻璃子片进行弯折变形。弯折时，需要对玻璃子片进行加热，且需要在一定的保护气体氛围下进行。所述密封腔体500可以保障加热效能，同时维持保护气体氛围，例如可在密封腔体500内充满氮气。上模头510和下模头520可采用耐高温的材料制成，例如是石墨材料或者陶瓷材料等。
上模头510包括上平压部511和与上平压部511分离的上弯曲部512。分离设置上平压部511和上弯曲部512，则可使上平压部511和上弯曲部512被分开控制而作独立运动。类似的，下模头520包括下平压部521和与下平压部521分离的下弯曲部522，同理分离设置下平压部521和下弯曲部522，则可使下平压部521和下弯曲部522被分开控制而作独立运动。
所述上平压部511和下平压部521用于夹持玻璃外壳的平面部，所述上弯曲部512和下弯曲部522具有相向的圆弧曲面，且圆弧半径为1～50mm，优选5～50mm，进一步优选5～20mm，更优选的5～10mm。所述上弯曲部512和下弯曲部522用于配合挤压形成玻璃外壳的曲面部。
在采用该制造设备进行玻璃子片的压合弯折时，可以先控制上平压部511和下平压部521相向运动，使上平压部511和下平压部521夹持固定玻璃子片，其中夹持部位对应着玻璃外壳成品的平面部。固定对位准确后，再使上弯曲部512和下弯曲部522相向运动，对玻璃子片的周围边缘部分进行挤压，由于上弯曲部512和下弯曲部522具有的圆弧曲面，最终使玻璃子片周缘形成具有相应半径的圆弧曲面，也即形成上述玻璃外壳的曲面部。
在一些实施例中，所述上弯曲部512包括位于上平压部511四周的多个上弯曲子部，例如可以是两个、三个或者四个，所述下弯曲部522包括位于下平压部521四周的多个下弯曲子部。在另外的一些实施例中，所述上弯曲部512和下弯曲部522也可以是呈一体设置形成环状结构，围设在上平压部511、下平压部521四周。
通过独立设置平压部和弯曲部，可避免玻璃在受压时整体应力过大导致的细微裂纹的产生，从而提升良率和玻璃成品的强度。
进一步地，在上平压部511和下平压部521上不设置加热源，上平压部511和下平压部521仅起到对玻璃子片进行夹持定位的作用。而在上弯曲部512和/或下弯曲部522设有加热源，以对玻璃子片的四周边缘进行加热。加热的方式可以是传导或辐射。例如利用加热源对玻璃子片的相应部位进行精确的辐射加热。通过这种设置，可克服整体热压使得玻璃子片中间部分容易产生变形的缺陷。
本发明还提供一种具有上述玻璃外壳的电子产品，所述电子产品可以是智能手机、平板电脑等。
本发明还提供一种上述玻璃外壳的制造方法。该制造方法包括如下步骤：
切割：将厚度为0.2～1.0mm的大片玻璃母片分隔成若干个符合设定玻璃外壳尺寸的玻璃子片。玻璃母片可以按照效率和工艺需要确定大小。切割方式可以为金属等制成的刀具切割或者激光切割等。
CNC加工：将上述切割好的玻璃子片进行CNC加工，使玻璃子片具有所需外形尺寸。
研磨：将CNC加工后的玻璃子片进行研磨，以除去表面划伤及微裂纹。CNC加工不可避免的会对玻璃子片的加工表面造成创伤产生微裂纹，通过研磨可以消除一些大的裂纹，使裂纹不易扩展。
压合：获得玻璃子片后，对其进行压合以形成弯折曲面，使玻璃子片的上下两个表面边缘形成曲面部，而表面的中间部分仍为平整而形成所述的平面部。具体地，可将玻璃子片加热至温度690±10℃，在氮气环境下，对玻璃子片进行热弯，压合压力为0.14±0.05MPa，压合时间为2±0.5min。此时，所述的玻璃外壳已初步成型，具有内表面、外表面和侧周面，其中内外表面均具有平面部和位于平面部周缘的曲面部。在压合时，可采用分步压合的方式形成所述的平面部和曲面部。即可先采用上述实施例中提供的压合设备的平压部对玻璃子片的中间部位进行夹持定位，再采用分离的弯曲部对玻璃子片的周缘进行挤压弯折形成曲面部。其中挤压时弯曲部与玻璃子片的周缘全程完全接触，使玻璃子片周缘形成与弯曲部相应的圆弧曲面，且圆弧半径为1～50mm，优选5～50mm，进一步优选5～20mm，更优选的5～10mm。
可利用上模头和下模头上设置加热源的方式对玻璃子片的中间部位和两个边缘均进行加热，也可采用精准辐射的方式对玻璃子片整体进行加热。
进一步地，压合时，仅对玻璃子片的中间部位进行夹持定位而不加热，再对玻璃子片的四周边缘进行加热挤压弯折。只加热周缘部分，可克服玻璃子片整体热压时中间部分容易变形的缺陷。
强化：将压合后具有平面部和曲面部的玻璃子片浸入碱金属熔盐中，使玻璃子片的表面深度范围50-100μm的金属离子与碱金属熔盐中的金属离子互换，形成表面压应力层。通过强化处理，所述表面压应力层的压应力值为200-300Mpa。
在一些实施例中，还包括在压合之后强化之前进行抛光的步骤，所述抛光可以使切割步骤中在边缘产生的微裂纹减小，从而提升最终的玻璃成品的强度，使之不易碎裂。
在一些实施例中，还包括在强化之后进行表面修饰的步骤，所述表面修饰包括在玻璃子片表面形成装饰层。装饰层可以为电子产品玻璃外壳进行着色，以使其具有更为美观的外表。装饰层还可以充当遮挡电子产品内部元件等功能性层。装饰层可以通过油墨印刷或者贴合等方式形成在内表面和/或外表面上。
在一实施例中，当装饰层为油墨印刷方式形成时，油墨层厚度在5-40μm；当装饰层为装饰膜贴覆形成时，该装饰膜厚度为10-125μm，装饰膜可以是采用带基材的防爆膜丝印而成，也可以是直接在无基材胶层表面丝印而成。
在一些实施例中，还可在所述外表面102上附着形成抗指纹层。所述抗指纹层的初始水滴角≥110°。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (18)
1.一种玻璃外壳，包括内表面，与内表面间隔的外表面，以及连接外表面和内表面的侧周面，其特征在于，所述内表面和外表面均包括平面部和由平面部的周缘朝内表面所在的一侧弯折延伸而出的曲面部，所述内表面和外表面之间的距离为0.2～1.0mm，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm；
所述内表面、外表面中的至少一个被强化而具有表面压应力层，所述表面压应力层的厚度为50-100μm，所述表面压应力层的压应力值为200-300Mpa，所述内表面和外表面之间的中心张应力值小于或等于100Mpa；
所述表面压应力层为自玻璃表面向内的一定厚度范围内形成的加强层，以使得玻璃外壳加工过程中产生的微裂纹不易扩展；
所述内表面的所述平面部和所述外表面的所述平面部的位置相对应且尺寸相同，当所述玻璃外壳的所述外表面放置在水平面上时，所述内表面的所述平面部和所述外表面的所述平面部的投影完全重合；
所述内表面的所述曲面部和所述外表面的所述曲面部的位置相对应且尺寸相同，当所述玻璃外壳的所述外表面放置在水平面上时，所述内表面的所述曲面部和所述外表面的所述曲面部的投影基本重合；
所述内表面的所述曲面部所在圆弧最边缘的点与所述外表面的平面部之间的距离为0.5mm～5mm。
2.根据权利要求1所述的玻璃外壳，其特征在于，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～20mm。
3.根据权利要求1所述的玻璃外壳，其特征在于，所述曲面部为圆弧曲面，且圆弧半径为5～10mm。
4.根据权利要求1所述的玻璃外壳，其特征在于，所述内表面附着有至少一装饰层，所述装饰层由油墨印刷方式形成，油墨层厚度为5-40μm。
5.根据权利要求1所述的玻璃外壳，其特征在于，所述内表面附着有至少一装饰层，所述装饰层由装饰膜贴覆形成，所述装饰膜厚度为10-125μm。
6.根据权利要求1所述的玻璃外壳，其特征在于，所述平面部呈矩形，包括两个相对的长边和两个相对的短边，其中连接长边的曲面部的圆弧半径与连接短边的曲面部的圆弧半径相等。
7.根据权利要求1所述的玻璃外壳，其特征在于，所述平面部呈矩形，包括两个相对的长边和两个相对的短边，其中连接长边的曲面部的圆弧半径与连接短边的曲面部的圆弧半径不相等。
8.一种电子产品，其特征在于包括权利要求1-7项中任意一项的玻璃外壳。
9.一种用于制造权利要求1-7项中任意一项所述的玻璃外壳的制造设备，其特征在于包括密封腔体，以及设置在密封腔体内的上模头和下模头，所述上模头包括上平压部和与上平压部分离的上弯曲部，所述下模头包括下平压部和与下平压部分离的下弯曲部，所述上平压部和下平压部用于夹持玻璃外壳的平面部，所述上弯曲部和下弯曲部具有相向的圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm，所述上弯曲部和下弯曲部用于配合挤压形成玻璃外壳的曲面部。
10.根据权利要求9所述的制造设备，其特征在于，所述上弯曲部包括位于上平压部四周的多个上弯曲子部，所述下弯曲部包括位于下平压部四周的多个下弯曲子部；或者所述上弯曲部呈环状，围设在上平压部四周，所述下弯曲部呈环状，围设在下平压部四周。
11.根据权利要求9所述的制造设备，其特征在于，所述上弯曲部和/或下弯曲部设有加热源。
12.一种权利要求1-7项中任意一项所述的玻璃外壳的制造方法，其特征在于，包括：切割，将厚度为0.2～1.0mm的大片玻璃母片分隔成若干个符合设定玻璃外壳尺寸的玻璃子片；
CNC加工，将上述切割好的玻璃子片进行CNC加工，使玻璃子片具有所需外形尺寸；
研磨，将CNC加工后的玻璃子片进行研磨，以除去表面划伤及微裂纹；
压合，先对玻璃子片的中间部位进行夹持定位，再对玻璃子片的周缘进行挤压弯折形成圆弧曲面，且圆弧半径为5～50mm；以及强化，将压合后的玻璃子片浸入碱金属熔盐中，使玻璃子片的表面形成表面压应力层。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，还包括在压合之后强化之前进行抛光的步骤。
14.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，还包括在强化之后进行表面修饰的步骤，所述表面修饰包括在玻璃子片表面形成装饰层。
15.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，压合步骤中，将玻璃子片加热至温度690±10℃，在氮气环境下，对玻璃子片进行热弯，压合压力为0.14±0.05MPa，压合时间为2±0.5min。
16.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，压合步骤中，仅对玻璃子片的中间部位进行夹持定位而不加热，再对玻璃子片的周缘进行加热挤压弯折。
17.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，压合步骤中，同时对玻璃子片的中间部位和两个边缘进行加热，并且对两个边缘进行挤压弯折。
18.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，强化步骤中，使玻璃子片的表面深度范围50-100μm的金属离子与碱金属熔盐中的金属离子互换，形成所述表面压应力层，表面压应力层的压应力值为200-300Mpa。
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