DE112013006145B4

DE112013006145B4 - Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers und Formwerkzeug

Info

Publication number: DE112013006145B4
Application number: DE112013006145.7T
Authority: DE
Inventors: Katsuhiro Suzuki; Shiro FUNATSU; Tomoharu Hayashi
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2020-11-05
Anticipated expiration: 2033-11-26
Also published as: TW201429887A; US20150353410A1; TWI607974B; DE112013006145T5; JPWO2014097830A1; US9650278B2; WO2014097830A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, umfassend:Erwärmen eines plattenförmigen Glasmaterials, das auf einem unteren Werkzeug eines Formwerkzeugs angeordnet ist, das ein Paar aus einem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug aufweist, wobei jedes von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug eine Formoberfläche zur Bildung des Glasformkörpers aufweist,Pressen des erwärmten plattenförmigen Glasmaterials durch das Formwerkzeug, so dass die Formen der Formoberflächen des Formwerkzeugs übertragen werden, undAbkühlen und Erstarrenlassen des Glasmaterials, welches die übertragenen Formen der Formoberflächen aufweist, nach dem Pressen,wobei jede der Formoberflächen von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug jeweils eine Konturform in der Draufsicht aufweist und jede der Konturformen in der Draufsicht nicht-kreisförmig ist, ein Spalt zwischen dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug, der durch die Formoberflächen gebildet wird, so ausgebildet ist, dass er von einer Innenseite zu einer Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird, und die Druckverteilung, die in dem plattenförmigen Glasmaterial beim Pressen davon vorliegt, in einem Konturbereich von jeder der Formoberflächen einheitlich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers durch Formpressen sowie ein Formwerkzeug, und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, mit dem Glas in einer ausreichenden Weise in ein Formwerkzeug gefüllt werden kann, so dass ein Glasformkörper mit einer gewünschten Form erhalten werden kann, sowie ein Formwerkzeug, das in dem Herstellungsverfahren verwendet wird.
In den letzten Jahren wurden verschiedene Verfahren zur Herstellung eines formgepressten Produkts, das aus Glas hergestellt ist, durch Erwärmen und Erweichen eines Glasmaterials, das in ein Formwerkzeug eingebracht worden ist, und Pressen des Materials verwendet, und sie werden zur Herstellung von optischen Elementen, Glassubstraten für Informationsaufzeichnungsmedien, usw., verwendet (vgl. beispielsweise die Patentdokumente 1 bis 3).
In einem solchen Formpressschritt wird das Formwerkzeug während des Erwärmens und Erweichens und des Pressens des Glasmaterials auf eine vorgegebene Temperatur eingestellt und eine Erwärmungstemperatur, die zum Verarbeiten des Formmaterials hoch genug ist, wird beibehalten, und nach dem Formen wird das Glasmaterial zum Erstarren abgekühlt und es wird schließlich auf eine Temperatur von 200 °C oder niedriger abgekühlt, bei der das Formwerkzeug nicht oxidiert wird. Folglich wird bei der Herstellung des Glasformkörpers durch das Formpressen die Gestalt bzw. Form des Formwerkzeugs zum Zeitpunkt des Pressens genau auf das Glasmaterial übertragen und dieses Glasmaterial wird durch Abkühlen zum Erstarren gebracht, so dass die Formgestalt beibehalten wird, und zu einem formgepressten Produkt mit einer hohen Genauigkeit der Form ausgebildet.
Während elektronische Produkte beträchtliche Fortschritte machen, wurden verschiedene tragbare elektronische Produkte entwickelt, und deren Formen werden kleiner und dünner gemacht, und als Gehäuse solcher kompakten elektronischen Produkte sind Gehäuse bekannt, bei denen Materialien eingesetzt werden, die aus Harz, Metall und dergleichen hergestellt sind. Wenn das Gehäuse eines solchen elektronischen Produkts ein Gehäuse sein kann, das aus Glas hergestellt ist, besteht der Vorteil, dass das elektronische Produkt ein Aussehen mit einem hervorragenden Design und einer hohen Qualitätsanmutung aufweist.
Einige der Gehäuse, die aus Glas hergestellt sind, werden durch ein Verfahren wie z.B. Schneiden, Polieren, usw., hergestellt, und es wird auch deren Herstellung durch Formpressen untersucht.
RELEVANTE DOKUMENTE
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: JP 2004-67423 A
Patentdokument 2: WO 2007/086558 A1
Patentdokument 3: WO 2010/065371 A1
EP 1 593 656 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Elementes.
JP 2011-246308 A offenbart eine Form für ein optisches Element und ein Verfahren zum Formen eines optischen Elements.
JP 2011-201739 A offenbart ein Vorform-Material zum Glasformen.

Die Herstellung von Glasformkörpern, einschließlich eines Glasgehäuses, durch Formpressen ist grundsätzlich durch einen Vorgang möglich, der demjenigen für optische Elemente und dergleichen entspricht.
In dem Fall eines Formkörpers, der eine nicht-kreisförmige Form aufweist, deren Konturform sich in der Draufsicht abhängig von jeder Richtung unterscheidet, und eines Formkörpers, dessen Oberfläche eine gekrümmte Oberfläche oder eine andere komplizierte Form aufweist, bestand jedoch das Problem, dass deren Ausbeuten abnehmen, da ein Glasmaterial nicht ausreichend gefüllt wird, um für die Form geeignet zu sein, dass Gas, wie z.B. Luft, eingeschlossen wird, was zu Luftblasenrückständen führt, und dass die Form des Formkörpers fehlerhaft wird, obwohl dieses Problem in dem Fall eines Formkörpers, dessen Konturform in der Draufsicht eine Form ist, bei der die Abstände von der Mitte eines Kreises in allen Richtungen gleich sind, wie in einem optischen Element, und eines Formkörpers mit einer Plattenform, dessen Vorder- und Rückflächen im Wesentlichen parallel zueinander sind, nicht sehr signifikant ist.
Daher wurde durch eine Konzentration auf das vorstehend genannte Problem die vorliegende Erfindung gemacht und deren Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Glasformkörpers, mit dem bei der Herstellung eines Glasformkörpers der Glasformkörper, der eine gewünschte Form aufweist, durch ausreichendes Füllen eines Glasmaterials in ein Formwerkzeug hergestellt werden kann, selbst wenn die Konturform des Glasformkörpers in der Draufsicht nicht-kreisförmig ist oder eine Oberfläche von dessen Formoberfläche keine flache Plattenform aufweist, sowie die Bereitstellung eines Formwerkzeugs, das in dem Herstellungsverfahren verwendet wird.
Als Ergebnis gründlicher Untersuchungen haben die vorliegenden Erfinder gefunden, dass das vorstehend genannte Problem durch das Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers und das Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung gelöst werden kann, und haben die vorliegende Erfindung gemacht.
Insbesondere ist das Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, umfassend: Erwärmen eines plattenförmigen Glasmaterials, das auf einem unteren Werkzeug eines Formwerkzeugs angeordnet ist, das ein Paar aus einem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug aufweist, wobei jedes von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug eine Formoberfläche zur Bildung des Glasformkörpers aufweist, Pressen des erwärmten plattenförmigen Glasmaterials durch das Formwerkzeug, so dass die Formen der Formoberflächen des Formwerkzeugs übertragen werden, und Abkühlen und Erstarrenlassen des Glasmaterials, welches die übertragenen Formen der Formoberflächen aufweist, nach dem Pressen, wobei jede der Formoberflächen von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug jeweils eine Konturform in der Draufsicht aufweist und jede der Konturformen in der Draufsicht nicht-kreisförmig ist, ein Spalt zwischen dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug, der durch die Formoberflächen gebildet wird, so ausgebildet ist, dass er von einer Innenseite zu einer Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird, und die Druckverteilung, die in dem plattenförmigen Glasmaterial beim Pressen davon vorliegt, in einem Konturbereich von jeder der Formoberflächen einheitlich ist.
Ferner ist das Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung ein Formwerkzeug, das ein plattenförmiges Glasmaterial durch Formpressen zu einem Glasformkörper ausbildet, wobei das Formwerkzeug ein Paar aus einem oberen Werkzeug und einem unteren Werkzeug umfasst, wobei Konturformen von Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs in der Draufsicht nicht-kreisförmig sind, ein Spalt, der durch die Formoberflächen gebildet wird, so ausgebildet ist, dass er von einer Innenseite zu einer Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird, und die Formoberflächen so ausgebildet sind, dass die Druckverteilung, die in dem plattenförmigen Glasmaterial beim Formpressen vorliegt, in einem Konturbereich von jeder der Formoberflächen einheitlich wird.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers und dem Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Glasmaterial in ausreichender Weise in das Formwerkzeug zu füllen und das Auftreten einer fehlerhaften Form, wie z.B. eines unzureichenden Füllens, und das Auftreten einer Luftstauung, effizient zu unterdrücken. Daher ist es möglich, zu einer Verbesserung der Produktausbeuten des Glasformkörpers beizutragen, so dass die Produktivität des Produkts erhöht wird.
Figurenliste

[1A] ist eine Draufsicht eines Glasformkörpers, der durch ein Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers erhalten worden ist, bei dem es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
[1B] ist eine Vorderansicht des Glasformkörpers in der 1A.
[1C] ist eine Seitenansicht des Glasformkörpers in der 1A.
[2] ist eine A-A-Querschnittsansicht des Glasformkörpers, der in der 1A gezeigt ist.
[3] ist eine schematische Querschnittsansicht eines Formwerkzeugs zur Herstellung des Glasformkörpers, der in den 1A bis 1C gezeigt ist.
[4A] ist eine Ansicht, bei der ein plattenförmiges Glasmaterial in dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, bei dem es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt, auf einem unteren Werkzeug angeordnet ist.
[4B] ist eine erläuternde Ansicht eines Erwärmungsschritts in dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, bei dem es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
[4C] ist eine erläuternde Ansicht eines Pressschritts in dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, bei dem es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
[4D] ist eine erläuternde Ansicht eines Abkühlungsschritts in dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, bei dem es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
[5] sind Ansichten, die eine Änderung der Druckverteilung des Glasmaterials in dem Pressschritt zeigen.
[6] ist eine erläuternde Ansicht eines Bearbeitungsschritts in dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, bei dem es sich um eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt.
[7] ist eine perspektivische Ansicht eines oberen Formwerkzeugs, das in der 3 gezeigt ist, von der Seite einer Formoberfläche her betrachtet.
[8] ist eine perspektivische Ansicht eines oberen Formwerkzeugs, das im Vergleichsbeispiel 1 verwendet worden ist, von der Seite einer Formoberfläche her betrachtet.
[9] ist eine schematische Querschnittsansicht eines Formwerkzeugs, das im Vergleichsbeispiel 1 verwendet worden ist.

Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist das Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, umfassend: Erwärmen eines plattenförmigen Glasmaterials, das auf einem unteren Werkzeug eines Formwerkzeugs angeordnet ist, das ein Paar aus einem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug aufweist, wobei jedes von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug eine Formoberfläche zur Bildung des Glasformkörpers aufweist, Pressen des erwärmten plattenförmigen Glasmaterials durch das Formwerkzeug, so dass die Formen von den Formoberflächen des Formwerkzeugs übertragen werden, und Abkühlen und Erstarrenlassen des Glasmaterials, welches die übertragenen Formen der Formoberflächen aufweist, nach dem Pressen, wobei das Verfahren durch die Form des dabei verwendeten Formwerkzeugs gekennzeichnet ist.
In dem Formwerkzeug weist jede der Formoberflächen von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug jeweils eine Konturform in der Draufsicht auf und ist jede der Konturformen in der Draufsicht nicht-kreisförmig und ein Spalt zwischen dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug, der durch die Formoberflächen gebildet wird, ist so ausgebildet, dass er von der Innenseite zu der Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird.
Hier beziehen sich die Konturformen der Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs in der Draufsicht auf ihre Konturformen auf einer horizontalen Ebene und es handelt sich insbesondere um die Konturform der Formoberfläche in einer Ansicht von oben für das untere Werkzeug und die Konturform der Formoberfläche in einer Ansicht von unten für das obere Werkzeug. Wenn die Konturformen der Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs in der Draufsicht nicht-kreisförmig sind (wenn die Konturformen - wie geringfügig auch immer - ungleichmäßig sind), besteht Raum für die Verbesserung des Füllleistungsvermögens des Glases der vorliegenden Erfindung und die Konturformen können jeweils jedwede andere Form mit Ausnahme einer Kreisform aufweisen, die keinen Raum für eine Verbesserung lässt.
Konkrete Beispiele für die Konturform in der Draufsicht sind Formen wie z.B. eine Ellipse und ein Vieleck. Beispiele für das Vieleck sind ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und höhere Vieleckformen, und es kann sich um ein regelmäßiges Vieleck handeln, dessen Seiten alle die gleiche Länge aufweisen und dessen Ecken alle den gleichen Winkel aufweisen, oder es kann sich um ein Vieleck handeln, das weder gleichseitig noch gleichwinklig ist. Wenn ein Viereck als Beispiel betrachtet wird, kann es sich um eine Form wie z.B. ein Quadrat, ein Rechteck, ein Parallelogramm oder ein Trapez handeln, oder es kann sich um ein Viereck handeln, dessen Seiten verschiedene Längen aufweisen und dessen Ecken verschiedene Winkel aufweisen.
Ferner umfasst das hier genannte Vieleck ein angenähertes Vieleck und das angenäherte Vieleck umfasst hier auch z.B. eine Form, deren Ecken des Vielecks jeweils so ausgebildet sind, dass sie eine Krümmung aufweisen, eine Form, dessen Eckabschnitte durch Abschrägen ausgeschnitten sind, und dergleichen, obwohl es sich bei deren Grundformen um ein Vieleck handelt.
Bei der Ellipse beträgt deren Abplattung vorzugsweise 0,5 oder mehr und es ist auch bevorzugt, dass das Vieleck kein regelmäßiges Vieleck ist, sondern dass es eine stark ungleichmäßige Form aufweist. Wenn die Form ungleichmäßiger wird, wird davon ausgegangen, dass das Füllleistungsvermögen des Glases zum Zeitpunkt des Formens geringer wird und daher ist eine Form bevorzugt, die mindestens eine Liniensymmetrieachse aufweist, und eine Form, die viele Liniensymmetrieachsen aufweist, ist mehr bevorzugt.
Der Spalt der Formoberfläche, der durch die Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs gebildet wird, ist so ausgebildet, dass er von der Innenseite zu der Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird. Wenn das Formwerkzeug derart ausgebildet ist, wird dann, wenn das plattenförmige Glasmaterial, bei dem es sich um ein Formmaterial handelt, durch das obere Werkzeug und das untere Werkzeug gepresst wird, zuerst der Druck auf der Innenseite auf den Formoberflächen hoch und das Glasmaterial wird in das Formwerkzeug gefüllt, während sich der Druck nach und nach auf die Außenseite ausbreitet, und folglich wird das plattenförmige Glasmaterial von der Innenseite zu der Außenseite bis zu den Außenumfangsabschnitten der Formoberflächen gedrückt, ohne von der Innenseite zurückzufließen.
Ein solches Füllen verursacht mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit dahingehend Probleme, dass der Druck nicht ausreichend auf einen weiter entfernt liegenden Abschnitt ausgeübt wird und zuerst der Druck auf der Außenseite hoch wird und Gas keinen Raum zum Entweichen hat und eingeschlossen wird, und es ermöglicht das effektive Unterdrücken des Auftretens einer fehlerhaften Form, wie z.B. das Zurückbleiben eines unzureichend gefüllten Abschnitts oder von Luftblasen.
Hier bezieht sich der Spalt der Formoberfläche auf einen Spalt, der zwischen dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug gebildet wird, wenn diese in dem Pressschritt vollständig gedrückt werden. Die Distanz des Spalts wird dabei durch die Distanz an einem gewünschten Punkt von einer der Formoberflächen (Oberflächenseite des Produkts) bis zu einem Punkt dargestellt, an dem eine Gerade, die sich parallel zu der Pressrichtung erstreckt, die andere Formoberfläche schneidet (z.B. G1 und G2 in der 3). D.h., es handelt sich um eine Distanz zwischen den Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs auf einer vertikalen Linie. Dabei wird die Distanz dieses Spalts in der Draufsicht von der Innenseite zu der Außenseite größer, jedoch muss diese Beziehung nur bis zu der kleineren Formoberfläche von den Konturformen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs erfüllt sein. Eine solche Struktur ermöglicht es, das Glasmaterial mindestens bis zu dem Außenumfangsabschnitt des Abschnitts mit der kleinen Konturform der Formoberfläche ausreichend zu füllen, wodurch keine fehlerhafte Form verursacht wird.
Die Stelle, an der das Füllen zuerst durchgeführt wird und die einen hohen Druck aufweist, wenn sie durch das obere Werkzeug und das untere Werkzeug gepresst wird, ist vorzugsweise der tiefste Abschnitt in dem Formwerkzeug zur Bildung einer konvexen Oberflächenseite des hergestellten Produkts (einem Formwerkzeug mit einer konkaven Formoberfläche), und es handelt sich dabei um einen Abschnitt, bei dem der Spalt, der durch das obere Werkzeug und das untere Werkzeug gebildet wird, die kürzeste Distanz aufweist. Der Abschnitt, bei dem der Spalt die kürzeste Distanz aufweist, kann entweder ein Punkt oder eine Linie sein. Das obere Werkzeug und das untere Werkzeug sind so ausgebildet, dass die Distanz des Spalts in der Richtung einer Außenumfangsseite nach und nach größer wird. Ferner wird das Pressen in dem Pressschritt so durchgeführt, dass die Druckverteilung, die in dem plattenförmigen Glasmaterial auftritt, in einem Konturbereich von jeder der Formoberflächen einheitlich wird. D.h., sie sind so ausgebildet, dass ein im Wesentlichen einheitlicher Druck auf einen bestimmten Konturbereich ausgeübt wird, und sie sind so ausgebildet, dass die Formen der Druckverteilung und des Konturbereichs im Wesentlichen miteinander übereinstimmen. Dieser Konturbereich ist ein Bereich, der mit einer bestimmten Breite in einem Abschnitt ausgebildet ist, der im Wesentlichen eine ähnliche Form wie die Konturform in der Draufsicht oder eine davon verschiedene Form auf der Innenseite der Formoberfläche in der Draufsicht aufweist. Durch Einstellen des Erweiterungsgrads des Spalts zwischen den Formoberflächen von der Innenseite zu der Außenseite gemäß der Konturform der Formoberfläche ist es möglich, dass die Verteilung des Drucks, der auf das Glasmaterial in diesem Konturbereich ausgeübt wird, eine entsprechende Form aufweist.
Nachstehend wird eine konkretere Beschreibung angegeben, wobei als ein Beispiel ein Fall betrachtet wird, bei dem der Glasformkörper, der die in 1A bis 1C gezeigte Form aufweist, hergestellt wird.
Die 1A zeigt eine Draufsicht des Glasformkörpers 1, der durch das Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist, die 1B zeigt eine Vorderansicht des Glasformkörpers 1 und die 1C zeigt eine Seitenansicht des Glasformkörpers 1 von rechts. Die Konturform dieses Glasformkörpers 1 in der Draufsicht weist ein Rechteck als Basis und eine Übertragungsoberfläche 1a in einer im Wesentlichen rechteckigen Form auf, die so ausgebildet ist, dass sie eine Krümmung an deren Ecken aufweist, und diese Konturform ist bezüglich deren Hauptachse und deren Neben-achse symmetrisch. Ferner ist diese Übertragungsoberfläche 1a eine Übertragungsoberfläche, die eine Querschnittsform aufweist, die durch eine Kurve ausgebildet ist, deren Krümmung in einem Mittelabschnitt gering ist und deren Krümmung in der Nähe eines Außenumfangsabschnitts größer wird. D.h., diese Übertragungsoberfläche 1a ist in einer gekrümmten Oberflächenform ausgebildet, wobei der tiefste Abschnitt der Formoberfläche des Formwerkzeugs auf den Mittelabschnitt des Rechtecks übertragen wird.
Zur Herstellung eines solchen Glasformkörpers wird ein Formwerkzeug verwendet, das Formoberflächen aufweist, welche die Form der Übertragungsoberfläche durch eine Übertragung bilden können. D.h., die Übertragungsoberfläche 1a des Glasformkörpers 1 und die Formoberfläche des Formwerkzeugs zur Bildung der Übertragungsoberfläche 1a weisen die gleichen Charakteristika bezüglich der vorstehend beschriebenen Krümmung, Symmetrie, usw., auf, obwohl ihre Konvexität/Konkavität entgegengesetzt sind.
Die A-A-Querschnittsansicht des Glasformkörpers 1, der in 1 A bis 1C gezeigt ist, ist in der 2 gezeigt, und wie es dort gezeigt ist, ist eine untere Oberflächenseite dieses Glasformkörpers 1 als eine konkave Oberfläche ausgebildet. Diese konkave Oberfläche wird durch das Formwerkzeug erhalten, dessen Spalt zwischen dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug in der Richtung der Außenseite konstant breiter wird, wie es vorstehend beschrieben worden ist, und daher wird auch der Glasformkörper 1 so ausgebildet, dass dessen Dicke an dessen Mittelabschnitt am geringsten ist und in der Richtung der Außenseite größer wird.
Die 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des Formwerkzeugs zur Herstellung des Glasformkörpers 1. Dieses Formwerkzeug ist aus einem Paar aus einem oberen Werkzeug 11 und einem unteren Werkzeug 12 zusammengesetzt. Hier ist ein Beispiel gezeigt, bei dem bei der Herstellung des Glasformkörpers 1 die Oberfläche der konvexen Seite (Produktoberfläche) des Glasformkörpers 1 für den Formvorgang während der Herstellung nach unten zeigt. Es sind auch vergrößerte Ansichten eines Mittelabschnitts und eines Außenumfangsabschnitts von Formoberflächen des Formwerkzeugs gezeigt.
Die Produktoberfläche weist eine Form auf, die gemäß deren Gebrauch festgelegt wird, und es handelt sich dabei um eine vorgegebene Form, und daher wird die Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs 12 gemäß dieser Form festgelegt. Andererseits ist die vorliegende Erfindung zum Erreichen eines guten Füllleistungsvermögens des Glases zur Bildung dieser Form mit hohen Ausbeuten dadurch gekennzeichnet, dass die Form einer Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs 11 eine erforderliche Form ist, so dass der Spalt, der durch die Formoberflächen gebildet wird, von der Innenseite zu der Außenseite konstant breiter wird.
Bei dem Formwerkzeug, das in der 3 gezeigt ist, wird die Produktoberfläche durch eine gekrümmte Oberfläche gebildet, die eine Krümmung aufweist, und konkret wird, wie es in der vergrößerten Ansicht des Mittelabschnitts der Formoberflächen in der 3 gezeigt ist, der Spalt dazwischen durch die Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs und die Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs gebildet. Daher ist es durch Einstellen des Krümmungsradius R2 der Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs auf einen kleineren Wert als der Krümmungsradius R1 der Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs möglich, dass die Distanz dieses Spalts in der Richtung der Außenseite größer wird.
Diese Eigenschaft liegt vorzugsweise entlang der gesamten Formoberfläche vor und in diesem Fall ist selbst dann, wenn sich der Krümmungsradius in der Mitte der Formoberfläche ändert, die Formoberfläche des anderen Werkzeugs so ausgebildet, dass diese Beziehung kontinuierlich beibehalten werden kann. Konkret wird, wie es in der vergrößerten Ansicht des Außenumfangsabschnitts der Formoberflächen in der 3 gezeigt ist, der Krümmungsradius R4 der Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs kleiner eingestellt als der Krümmungsradius R3 der Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs. D.h., obwohl sich die Krümmungsradien zwischen dem Mittelabschnitt und dem Außenumfangsabschnitt in dem Glasformkörper 1 unterscheiden, wird der entsprechende Krümmungsradius gemäß der Änderung so festgelegt, dass der Spalt konstant breiter wird. Es sollte beachtet werden, dass sich die vorstehend genannte gesamte Formoberfläche auf die gesamte Formoberfläche bezieht, deren Konturform in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs die kleinere ist. Dies ist darin begründet, dass es eine große Differenz zwischen den Größen der Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs schwierig macht, die vorgegebene Beziehung des Spalts entlang der gesamten Formoberfläche, deren Konturform größer ist, beizubehalten, obwohl die vorstehend genannte Beziehung des Spalts vorzugsweise entlang der gesamten Formoberfläche, welche die größere Konturform aufweist, erfüllt ist. Daher muss die vorstehend genannte Beziehung nur mindestens entlang der gesamten Formoberfläche erfüllt sein, deren Konturform kleiner ist, und sie ist vorzugsweise entlang der gesamten Formoberfläche erfüllt, deren Konturform größer ist.
Dabei ist eine Form bevorzugt, bei der das Verhältnis des Krümmungsradius R1 der Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs und des Krümmungsradius R2 der Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs (R2/R1) die Beziehung 0,8 ≤ R2/R1 < 1,0 erfüllt.
Ferner sind die Formen vieler Formoberflächen als Freiformoberflächen ausgebildet, deren Krümmung nicht konstant ist, und es ist eine Form bevorzugt, welche die vorstehend genannte Beziehung erfüllt, selbst wenn sich der Krümmungsradius ändert. Daher ist eine Form bevorzugt, bei der auch in der Nähe des Außenumfangs das Verhältnis des Krümmungsradius R3 der Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs und des Krümmungsradius R4 der Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs (R4/R3) die Beziehung 0,8 ≤ R4/R3 < 1,0 erfüllt. Wenn sich jedoch der Krümmungsradius in der Formoberfläche stark ändert oder wenn der Krümmungsradius klein wird, wie z.B. 2 mm oder weniger, kann das Verhältnis die Beziehung gegebenenfalls nicht erfüllen und in diesem Fall wird die Form so gestaltet, dass das Glasmaterial problemlos fließt.
Insbesondere wenn die Formoberflächen des oberen Werkzeugs 11 und des unteren Werkzeugs 12 so ausgebildet sind, dass das Verhältnis der Krümmungsradien erfüllt ist, tritt die Zunahme des Drucks, der auf das plattenförmige Glasmaterial ausgeübt wird, nach und nach von dem Mittelabschnitt zu der Außenseite hin auf und das umgekehrte Phänomen, dass die Druckzunahme von der Außenseite zu der Innenseite hin auftritt, tritt nicht auf. Folglich wird ein stabiler Glasstrom von der Innenseite zu der Außenseite der Formoberflächen konstant erzeugt, was ein gutes Füllleistungsvermögen des Glases ermöglicht und das Auftreten einer fehlerhaften Form unterdrückt.
Ferner ist es dadurch, dass die Verteilung des Drucks, der auf das plattenförmige Glasmaterial ausgeübt wird, eine Form aufweist, die derjenigen der Konturform der Formoberfläche in der Draufsicht entspricht, möglich, eine Ungleichmäßigkeit des Drucks zu unterdrücken, so dass die Form des gebildeten Produkts stabil gebildet wird. In der Konturform der Formoberfläche, die in 1A bis 1C gezeigt ist, ändert sich dann, wenn die Konturform bezüglich der Hauptachse und der Nebenachse symmetrisch ist, die Distanz des Spalts von dem Mittelabschnitt als Ausgangspunkt mit einer im Wesentlichen gleichen Änderungsrate in den jeweiligen Richtungen.
Ferner kann abhängig von der Form ein Fall in Betracht gezogen werden, bei dem der tiefste Abschnitt der Formoberfläche des Formwerkzeugs nicht die Mitte ist, sondern davon abweicht, und in diesem Fall wird die Form gemäß einer Distanz von dem tiefsten Abschnitt bis zu der Kontur der Formoberfläche eingestellt, so dass bis zu dem Konturabschnitt die Änderungsrate in den jeweiligen Richtungen gleich ist. Dies ermöglicht es, dass die Druckverteilung die entsprechende Form wie die Konturform in der Draufsicht aufweist. Es sollte beachtet werden, dass die entsprechende Form in der vorliegenden Beschreibung eine Abweichung von der entsprechenden Form zulässt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass es schwierig ist, die Form der Druckverteilung vollständig auf die entsprechende Form einzustellen, und um die Wirkung der vorliegenden Erfindung zu erhalten, ist es lediglich erforderlich, dass die Druckzunahme nach und nach von der Innenseite zu der Außenseite stattfinden kann. Es sollte beachtet werden, dass eine Abweichung von der entsprechenden Form z.B. die Vereinfachung der Form, wie z.B. eine Abrundung von Ecken der Konturform in der Draufsicht, ermöglicht.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 4A bis 4D das Verfahren zur Herstellung des Glasformkörpers der vorliegenden Erfindung beschrieben. 4A bis 4D zeigen ein Verfahren zur Herstellung des Glasformkörpers 1 unter Verwendung des in der 3 gezeigten Formwerkzeugs.
Als erstes wird der Erwärmungsschritt in dem Verfahren zur Herstellung des Glasformkörpers der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als Vorbereitung vor dem Erwärmungsschritt wird ein plattenförmiges Glasmaterial 50 auf der Formoberfläche des unteren Werkzeugs 12 angeordnet (4A).
Es sollte beachtet werden, dass als das Glasmaterial 50, das hier verwendet wird, ein bekanntes Material verwendet werden kann, wenn es sich um ein Glasmaterial handelt, das formgepresst werden kann, und es ist nicht speziell beschränkt. Ferner weist das Glasmaterial 50, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine flache Plattenform auf, und es muss lediglich eine Größe aufweisen, die zur Bildung des Glasformkörpers durch das Formpressen ausreichend ist. Insbesondere muss die Dicke dieses Glasmaterials 50 größer sein als der maximale Wert Gmax des Spalts, der durch die Formoberflächen des oberen Werkzeugs 11 und des unteren Werkzeugs 12 gebildet wird, und sie ist vorzugsweise um 0,1 mm oder mehr größer als der maximale Wert Gmax. Es sollte beachtet werden, dass der vorstehend genannte maximale Wert Gmax des Spalts ein Spalt an dem äußersten Umfangsabschnitt (Konturabschnitt) der Formoberfläche mit einer kleineren Konturform in der Draufsicht von den Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs ist. Ferner weist das Glasmaterial 50 zweidimensional vorzugsweise eine Größe auf, die ausreichend ist, so dass die gesamte Formoberfläche mit einer größeren Konturform in der Draufsicht von den Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs bedeckt wird.
Als nächstes wird das plattenförmige Glasmaterial 50, das auf dem unteren Werkzeug 12 angeordnet ist, auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt, um verformbar zu werden, und das obere Werkzeug 11 wird oberhalb des Glasmaterials 50 angeordnet (4B).
Dieses Erwärmen wird durch eine Heizplatte mit einer Heizpatrone oder dergleichen, die darin einbezogen ist, durchgeführt, so dass das untere Werkzeug 12 dadurch erwärmt wird, dass die Heizplatte mit dem unteren Werkzeug 12 in Kontakt ist und das plattenförmige Glasmaterial 50 durch die Übertragung dieser Wärme indirekt erwärmt. Alternativ kann eine Heizeinrichtung bereitgestellt werden, die das plattenförmige Glasmaterial 50 direkt von oben her erwärmt, so dass es weich wird, und Beispiele für eine solche Heizeinrichtung sind Heizelemente, mit denen ein Erwärmen durch Strahlung durchgeführt werden kann, wie z.B. eine Heizpatrone, eine Keramikheizeinrichtung, eine SiC-Heizeinrichtung und eine Kohlenstoffheizeinrichtung. Diese Heizeinrichtungen können jeweils so strukturiert sein, dass sie z.B. innerhalb einer Metallplatte aus rostfreiem Stahl, Anviloy oder dergleichen oder innerhalb eines Glasrohrs aus Quarz oder dergleichen einbezogen werden können.
Die Temperatur in diesem Erwärmungsschritt wird so eingestellt, dass das Glasmaterial 50 auf einen Temperaturbereich von einer Temperatur von (dessen Verformungspunkt - 50 °C) bis zu dessen Schmelzpunkt erwärmt werden kann. Wenn es auf eine solche Temperatur erwärmt wird, kann das Glasmaterial 50 ausreichend erweicht werden, so dass es während eines Zeitraums von dem Erwärmungsschritt bis zu dem Pressschritt gepresst werden kann, so dass der Glasformkörper, der eine gewünschte Form aufweist, erhalten werden kann. Dabei beträgt die Heizrate vorzugsweise etwa 5 bis 200 °C/Minute. Es sollte beachtet werden, dass die Erwärmungstemperatur vorzugsweise (Verformungspunkt -10 °C) oder höher ist.
Die 4B zeigt einen Fall, bei dem das Glasmaterial 50 auf dessen Erweichungspunkt oder höher erwärmt worden ist und in diesem Fall verformt sich das Glasmaterial 50 aufgrund von dessen Eigengewicht und dessen Mittelabschnitt biegt sich, so dass er mit der Formoberfläche 12a des unteren Werkzeugs 12 in Kontakt kommt. Abhängig von der Erwärmungstemperatur behält das Glasmaterial 50 dessen Form bei und kommt nicht mit der Formoberfläche 12a in Kontakt.
Als nächstes wird der Pressschritt in dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers der vorliegenden Erfindung beschrieben. Als erstes wird das obere Werkzeug 11 oberhalb des plattenförmigen Glasmaterials 50 angeordnet, das in dem vorstehend beschriebenen Erwärmungsschritt erwärmt worden ist. Wenn sie eine vorgegebene Positionsbeziehung erreicht haben, werden das obere Werkzeug 11 und das untere Werkzeug 12 nahe zueinander gebracht, so dass das plattenförmige Glasmaterial 50, das auf dem untere Werkzeug 12 angeordnet ist, gepresst wird, so dass es verformt wird, und die Formen der Formoberflächen, die das obere Werkzeug 11 und das untere Werkzeug 12 aufweisen, werden auf das plattenförmige Glasmaterial 50 übertragen (4C). Da dieser Pressschritt durchgeführt wird, während die Presstemperatur beibehalten wird, werden die Pressvorgänge des oberen Werkzeugs 11 und des unteren Werkzeugs 12 gleichzeitig ablaufen gelassen, während sie mit einem Paar aus einer oberen und einer unteren Pressplatte in Kontakt gebracht werden, in die Heizpatronen einbezogen sind.
Bei diesem Pressschritt werden die obere und die untere Pressplatte jeweils mit einer Stange verbunden. Ein Zylinder mit der Stange macht die Pressplatte aufwärts und abwärts beweglich. Die Distanz zwischen dem oberen Werkzeug 11 und dem unteren Werkzeug 12 wird durch Auf/Abbewegen sowohl der oberen als auch der unteren Platte oder einer der oberen und der unteren Platte, bei denen es sich um die Pressplatten handelt, vermindert, und das plattenförmige Glasmaterial 50 kann durch das Formwerkzeug gepresst werden. Dabei wird das Pressen mit einem vorgegebenen Druck durchgeführt, so dass die Form des Glasformkörpers dem plattenförmigen Glasmaterial mit einer hohen Genauigkeit verliehen werden kann. Dabei ist die Pressrichtung die vertikale Richtung.
Ferner wird das Pressen in diesem Pressschritt bei einer Temperatur durchgeführt, bei der die Viskosität η des Glasmaterials 50 einen Wert von logη = 4 bis logη = 7 aufweist, und eine Temperatur von etwa dem Erweichungspunkt ist bevorzugt. Ferner beträgt der Druck, der auf das plattenförmige Glasmaterial beim Pressen ausgeübt wird, vorzugsweise 0,01 kN/mm² bis 2 kN/mm² und wird unter Berücksichtigung der Dicke, der Formgestalt, des Verformungsausmaßes, usw., des Glasmaterials in geeigneter Weise festgelegt.
Dann wird bei diesem Formpressen das Glas aufeinander folgend von dem Innenabschnitt der Formoberflächen gefüllt, da die Druckzunahme des Glasmaterials 50 von der Innenseite zu der Außenseite nach und nach stattfindet, wie es vorstehend beschrieben worden ist, so dass es nach außen zur Außenseite gedrückt wird, was ein gutes Füllleistungsvermögen ermöglicht.
Die 5 zeigen eine Veränderung der Druckverteilung des Glasmaterials 50 in dem Pressschritt während des vorstehend beschriebenen Formpressens.
Die 5A zeigt eine Anfangsstufe des Pressschritts und einen Zustand, bei dem die Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs 11 noch keinen Kontakt hat und kein Druck ausgeübt wird. Als nächstes kommt gemäß der 5B die Formoberfläche 11a des oberen Werkzeugs 11 mit dem Glasmaterial 50 in Kontakt, jedoch ist hier aufgrund der Produktform ein Abschnitt, der zuerst Kontakt hat, ein bezüglich der Kontur der Formoberfläche geringfügig innen liegender Abschnitt. Mit weiter fortschreitendem Pressvorgang wird der Druck auf die gesamte Oberfläche des Glasmaterials 50 ausgeübt, wie es in der 5C gezeigt ist, jedoch ist ein Abschnitt, der durch das obere Werkzeug 11 und das untere Werkzeug 12 sandwichartig umgeben ist, so dass ein großer Druck ausgeübt wird, der Mittelabschnitt, wo der Spalt, der durch die Formoberflächen des oberen Werkzeugs 11 und des unteren Werkzeugs 12 gebildet wird, am kleinsten ist.
Mit weiter fortschreitendem Pressvorgang breitet sich der Abschnitt mit einem hohen Druck nach und nach von dem Mittelabschnitt in der Richtung der Außenumfangsseite aus, wie es in den 5D und 5E gezeigt ist, und schließlich wird, wenn das obere Werkzeug 11 und das untere Werkzeug 12 nahe an vorgegebene Positionen gebracht werden, so dass sie vollständig gedrückt werden, die gesamte Formoberfläche durch das obere Werkzeug 11 und das untere Werkzeug 12 ausreichend gedrückt (das Glasmaterial wird in den Spalt zwischen den Formoberflächen gefüllt), was es ermöglicht, eine gewünschte Form des Glasformkörpers zu übertragen. Wie es in der Erläuterung der 5A bis 5E gezeigt ist, weist die Druckverteilung eine entsprechende Form wie die Konturform in der Draufsicht auf und beispielsweise stimmen Druckbereiche, die durch eine Differenz dieses Drucks gebildet werden, nahezu mit den vorstehend beschriebenen Konturbereichen überein.
Dann wird, wenn die Formübertragung in dem Pressschritt abgeschlossen ist, die Temperatur des oberen Werkzeugs 11 und des unteren Werkzeugs 12 vermindert, so dass das geformte Glasmaterial 50 aus dem oberen Werkzeug 11 freigegeben wird. Zum Freigeben des Glasmaterials 50 aus dem oberen Werkzeug 11 wird die Temperatur des verwendeten Glasmaterials 50 auf eine Temperatur unter dessen Verformungspunkt vermindert, und die Temperatur des oberen Werkzeugs 11 wird ebenfalls auf etwa die gleiche Temperatur vermindert, und das Glasmaterial 50 wird vorwiegend durch Nutzen einer Differenz des Schrumpfungsprozentsatzes zwischen dem oberen Werkzeug 11 und dem Glasmaterial 50 freigegeben. Alternativ kann ein Mechanismus zum Erzwingen der Freigabe bereitgestellt werden.
Zum Abkühlen und Erstarrenlassen des Glasmaterials 50, dem die Form des Glasformkörpers verliehen worden ist, kühlt der Abkühlungsschritt der vorliegenden Erfindung das untere Werkzeug 12 durch Inkontaktbringen einer Kühlplatte, in die eine Heizpatrone einbezogen ist, mit dem unteren Werkzeug 12 oder dergleichen, mit dem der Pressvorgang durchgeführt worden ist, und er kühlt ferner indirekt auch das Glasmaterial 50, das auf dem unteren Werkzeug 12 angeordnet ist. In manchen Fällen wird die Abkühlungsrate zu hoch, da ein oberer Abschnitt des Glasformkörpers, der auf dem unteren Werkzeug 12 auf der Kühlplatte angeordnet ist, in einem freiliegenden Zustand vorliegt, und daher kann oberhalb des Glasmaterials 50 eine Erwärmungsquelle bereitgestellt werden, wie z.B. die Heizeinrichtung, die bezüglich des Erwärmungsschritts beschrieben worden ist, so dass die Abkühlungsrate des Glases kontrolliert wird.
Zum Erstarrenlassen des plattenförmigen Glasmaterials 50 muss das plattenförmige Glasmaterial 50 nur auf den Glasübergangspunkt des Materials oder darunter abgekühlt werden, mehr bevorzugt auf dessen unteren Kühlpunkt oder darunter, und das ausreichende Abkühlen stabilisiert die Glasgehäuseform des plattenförmigen Glasmaterials, so dass deren Verformung unterdrückt wird. Dabei bezieht sich das Abkühlen auf eine Temperatur, bei der das plattenförmige Glasmaterial 50 erstarrt, so dass die Glasgehäuseform stabil erhalten wird, und diese Temperatur ist nur um etwa 50 bis 150 °C niedriger als die Temperatur des Pressschritts und es handelt sich nach wie vor um eine hohe Temperatur, und daher ist eine Heizeinrichtung auch in die Kühlplatte, die in dem Abkühlungsschritt verwendet wird, einbezogen. Die Abkühlungsrate bei diesem Abkühlen beträgt vorzugsweise etwa 5 bis 150 °C/Minute.
Das Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers kann ein Verfahren sein, mit dem jeder des Erwärmungs-, Press- und Abkühlungsvorgangs an einer Position durchgeführt wird, oder es kann ein Verfahren sein, bei dem das Formpressen durchgeführt wird, während das Formwerkzeug bewegt wird, d.h., ein Verfahren, bei dem eine Position oder mehr für jeden der Schritte bereitgestellt wird und ein vorgegebener Vorgang durchgeführt wird, während die Temperatur bei jeder der Positionen erhöht/vermindert wird.
Bei jedem des Erwärmungsschritts und des Abkühlungsschritts, die vorstehend beschrieben worden sind, wird die Temperatur vorzugsweise stufenweise geändert. In dem Erwärmungsschritt wird die Temperatur des plattenförmigen Glasmaterials stufenweise erhöht und unmittelbar vor dem Pressschritt wird es auf die Formtemperatur erwärmt. Ferner wird in dem Abkühlungsschritt die Temperatur des plattenförmigen Glasmaterials stufenweise auf eine Temperatur von 200 °C oder niedriger vermindert. Ein solches Erwärmen und Abkühlen in Stufen kann eine schnelle Temperaturänderung des plattenförmigen Glasmaterials unterdrücken, das Auftreten von Rissen unterdrücken und eine Verschlechterung der Eigenschaften des Glasformkörpers, wie z.B. das Auftreten von Spannungen, verhindern.
Wenn bei der Herstellung des Glasformkörpers z.B. der Erwärmungsschritt in drei Stufen aufgeteilt wird und der Abkühlungsschritt in drei Stufen aufgeteilt wird, so dass das Erwärmen und Abkühlen stufenweise durchgeführt wird, wird in dem ersten Erwärmungsschritt ein Vorerwärmen durchgeführt, bei dem das plattenförmige Glasmaterial einmal auf den Glasübergangspunkt oder niedriger, vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 50 bis 200 °C unter dem Glasübergangspunkt, erwärmt wird, in dem zweiten Erwärmungsschritt wird das plattenförmige Glasmaterial auf eine Temperatur zwischen dem Glasübergangspunkt und dem Verformungspunkt erwärmt und in dem dritten Erwärmungsschritt wird es auf den Verformungspunkt des Glases oder höher erwärmt, vorzugsweise auf den Erweichungspunkt oder auf eine Temperatur, die um etwa 5 bis 150 °C über dem Erweichungspunkt liegt.
Ferner wird in dem Pressschritt die Form des Glasformkörpers durch den Formvorgang durch das Formwerkzeug verliehen, während die Formtemperatur beibehalten wird, in dem ersten Abkühlungsschritt wird das Glasmaterial auf den Glasübergangspunkt oder niedriger abgekühlt, vorzugsweise auf den unteren Kühlpunkt oder niedriger, in dem zweiten Abkühlungsschritt wird es ferner auf eine Temperatur von 200 °C oder niedriger, bei der das Formwerkzeug nicht oxidiert wird, abgekühlt, und in dem dritten Abkühlungsschritt wird es auf Raumtemperatur abgekühlt.
Dabei kann in dem dritten Abkühlungsschritt ein effizientes Abkühlen durchgeführt werden, wenn, während die Platte mit dem unteren Werkzeug 12 in Kontakt gebracht ist, eine wassergekühlte Platte, in der eine Leitung bereitgestellt ist, so dass Kühlwasser umgewälzt wird, anstelle der Heizeinrichtung in den anderen Schritten verwendet wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird das Glasmaterial 50 in die gewünschte Form des Glasformkörpers gebracht, nachdem es einer Reihe von Vorgängen, einschließlich den Erwärmungs-, Press- und Abkühlungsvorgängen, unterzogen worden ist. Folglich ist es möglich, das Glasmaterial beim Pressen ausreichend in den Spalt zu füllen, der durch das obere Werkzeug 11 und das untere Werkzeug 12 gebildet wird, so dass der Glasformkörper, der die gewünschte Form aufweist, mit guten Ausbeuten erhalten wird.
Ferner kann durch ein anschließendes Durchführen eines Bearbeitungsschritts zur Formgebung, wie z.B. Abschneiden, Schneiden bzw. Fräsen und Polieren, so dass dem erhaltenen Glasformkörper eine gewünschte Produktgestalt verliehen wird, das Endprodukt erhalten werden. Beispielsweise wird, wie es in der 6 gezeigt ist, ein Bearbeitungsbereich 1c, der schraffiert ist, auf einer unteren Oberflächenseite des Glasformkörpers 1 durch den Formgebungsvorgang entfernt, so dass die Form eines Produkts 1b erhalten wird.
BEISPIELE
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung mittels Beispielen detaillierter beschrieben.
(Beispiel 1)
Ein Formpressen wurde in der folgenden Weise unter Verwendung des Formwerkzeugs durchgeführt, das in der 3 gezeigt ist. Es sollte beachtet werden, dass hier als oberes Werkzeug das obere Werkzeug 11 verwendet wurde, das die Formoberflächengestalt aufweist, die in der 7 gezeigt ist. Bei diesem Formwerkzeug weist die Gestalt des angenäherten Rechtecks, wobei es sich um die Produktformoberfläche handelt, eine Hauptachse von 57 mm und eine Nebenachse von 28 mm auf und der Krümmungsradius R1 der Formoberfläche beträgt 1180 mm, R2 beträgt 1080 mm, R3 beträgt 4 mm und R4 beträgt 2 mm. Ferner beträgt der maximale Wert Gmax des Spalts 3 mm. Dabei ist Gmax der Spalt von dem äußersten Umfang der Formoberfläche des oberen Werkzeugs 11 bis zu dem unteren Werkzeug 12. Ferner beträgt der Spalt an dem Mittelabschnitt mit dem minimalen Wert 2 mm.
Als erstes wurde ein Glasmaterial 50 mit einer langen Seite von 170 mm, einer kurzen Seite von 90 mm und einer Dicke von 4 mm, das aus Kalknatronglas hergestellt ist, auf dem unteren Werkzeug 12 angeordnet, das Glasmaterial wurde durch Erwärmen auf eine Temperatur, bei der dessen Viskosität logµ = 5 betrug, erweicht, und das obere Werkzeug 11 wurde nach unten bewegt, so dass es mit einer Presslast von 20 kN (einem Druck von 1,3 N/mm²) gepresst wurde, wodurch die Form der Formoberfläche auf das Glasmaterial 50 übertragen wurde. Nachdem die Übertragung beendet war, wurde die Last auf 2 kN (einen Druck von 0,13 N/mm²) eingestellt, das Glasmaterial 50 wurde bei einer Abkühlungsrate von 100 °C/Minute abgekühlt, während der Druck weiter ausgeübt wurde, bis die Temperatur den unteren Kühlpunkt des Glasmaterials 50 oder weniger erreichte, und danach wurde es rasch auf Raumtemperatur abgekühlt, wodurch ein Glasformkörper erhalten wurde. Bei dem Glasformkörper wurde eine Seite, auf der die Formoberfläche des oberen Werkzeugs 11 übertragen worden ist, um 1 mm poliert, so dass sie zu einer flachen Oberfläche bearbeitet wurde, wodurch der Glasformkörper als Produkt erhalten wurde.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein Glasformkörper wurde durch die gleichen Vorgänge und unter den gleichen Bedingungen wie denjenigen des Beispiels 1 hergestellt, jedoch wurde als oberes Werkzeug eines Formwerkzeugs ein oberes Werkzeug 61 mit einer Formoberflächengestalt verwendet, wie sie in der 8 gezeigt ist. Der erhaltene Glasformkörper war ein fehlerhaftes Produkt mit einer fehlerhaften Gestalt aufgrund einer Luftstauung an vier Ecken der annähernd rechteckigen Formoberfläche des unteren Werkzeugs 12.
Eine schematische Querschnittsansicht des Formwerkzeugs, welches das obere Werkzeug 61 umfasst und das in diesem Vergleichsbeispiel 1 verwendet worden ist, ist in der 9 gezeigt. Wie es aus der 9 ersichtlich ist, ist die Formoberflächengestalt des oberen Werkzeugs einfach als einzelne konvexe Oberfläche ausgebildet, und obwohl ein ausreichendes Formen auf einer Innenseite der Formoberfläche möglich ist, fallen Mittelpunkte der Krümmungsradien eines ansteigenden Außenumfangsabschnitts der Formoberfläche des unteren Werkzeugs 12 und die entsprechende Formoberflächengestalt des oberen Werkzeugs 61 nicht zusammen und ein Spalt, der durch die jeweiligen Formoberflächen des oberen Werkzeugs 61 und des unteren Werkzeugs 21 gebildet wird, ist schmal. Folglich wird davon ausgegangen, dass das Formwerkzeug einen Weg zum Entweichen von Gas, wie z.B. von Luft, in erster Linie an der Außenseite des Glasmaterials 50 nicht mehr aufweist, da der Spalt von der Innenseite zu der Außenseite der Formoberfläche schmaler wird. Dies führt zu einer fehlerhaften Form, die durch die Luftstauung an den vier Ecken der Formoberfläche verursacht wird.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers und gemäß dem Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung möglich, das ausreichende Füllen des Glasmaterials in das Formwerkzeug ohne jedwedes Auftreten einer Luftstauung und dergleichen sicherzustellen und das Auftreten einer fehlerhaften Form und dergleichen effektiv zu unterdrücken, da sich das Glasmaterial in dem Formwerkzeug aufeinander folgend von der Innenseite zu der Außenseite ausbreitet, was die Produktausbeuten verbessern kann.
Das Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers und das Formwerkzeug der vorliegenden Erfindung können umfangreich verwendet werden, wenn ein Glasformkörper durch Formpressen hergestellt wird.
Bezugszeichenliste

1 ...: Glasformkörper,
1a ...: Übertragungsoberfläche,
11 ...: oberes Werkzeug,
11a ...: Formoberfläche des oberen Werkzeugs,
12 ...: unteres Werkzeug,
12a ...: Formoberfläche des unteren Werkzeugs,
50 ...: Glasmaterial,
61 ...: oberes Werkzeug

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers, umfassend: Erwärmen eines plattenförmigen Glasmaterials, das auf einem unteren Werkzeug eines Formwerkzeugs angeordnet ist, das ein Paar aus einem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug aufweist, wobei jedes von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug eine Formoberfläche zur Bildung des Glasformkörpers aufweist, Pressen des erwärmten plattenförmigen Glasmaterials durch das Formwerkzeug, so dass die Formen der Formoberflächen des Formwerkzeugs übertragen werden, und Abkühlen und Erstarrenlassen des Glasmaterials, welches die übertragenen Formen der Formoberflächen aufweist, nach dem Pressen, wobei jede der Formoberflächen von dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug jeweils eine Konturform in der Draufsicht aufweist und jede der Konturformen in der Draufsicht nicht-kreisförmig ist, ein Spalt zwischen dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug, der durch die Formoberflächen gebildet wird, so ausgebildet ist, dass er von einer Innenseite zu einer Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird, und die Druckverteilung, die in dem plattenförmigen Glasmaterial beim Pressen davon vorliegt, in einem Konturbereich von jeder der Formoberflächen einheitlich ist.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach Anspruch 1, bei dem die Konturformen in der Draufsicht jeweils eine Ellipse oder ein Vieleck sind.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach Anspruch 1 oder 2, bei dem eine der Formoberflächen eine konvexe Oberfläche aufweist und die andere eine konkave Oberfläche aufweist, die der konvexen Oberfläche entspricht.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach Anspruch 3, bei dem das Verhältnis eines Krümmungsradius R1 und eines Krümmungsradius R2 an entsprechenden Oberflächen der jeweiligen konkaven Oberfläche und konvexen Oberfläche (R2/R1) die Beziehung 0,8 ≤ R2/R1 < 1,0 erfüllt.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Erwärmungstemperatur beim Erwärmen eine Temperatur ist, die gleich (Verformungspunkt des plattenförmigen Glasmaterials - 50 °C) oder höher als diese ist.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach Anspruch 5, bei dem die Erwärmungstemperatur beim Erwärmen eine Temperatur ist, die gleich (Verformungspunkt des plattenförmigen Glasmaterials - 10 °C) oder höher als diese ist.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach Anspruch 6, bei dem die Erwärmungstemperatur beim Erwärmen der Erweichungspunkt des plattenförmigen Glasmaterials oder höher als dieser ist.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Konturformen der Formoberflächen in der Draufsicht jeweils eine Hauptachse und eine Nebenachse senkrecht zur Hauptachse aufweisen und die Konturformen in der Draufsicht bezüglich mindestens einer der Hauptachse und der Nebenachse jeweils liniensymmetrisch sind.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach Anspruch 8, bei dem die Änderungsrate der Druckverteilung bezüglich mindestens einer der Hauptachse und der Nebenachse liniensymmetrisch ist.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das nach dem Abkühlen einen Bearbeitungsschritt des Entfernens einer von Formoberflächen des erhaltenen Glasformkörpers durch Schneiden oder Polieren umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Glasformkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Dicke des Glasmaterials um 0,1 mm oder mehr größer ist als ein maximaler Wert Gmax des Spalts der Formoberflächen, der durch die konvexe Oberfläche und die konkave Oberfläche ausgebildet ist, wenn das Glasmaterial beim Pressen vollständig gepresst ist.
Formwerkzeug, das ein plattenförmiges Glasmaterial durch Formpressen zu einem Glasformkörper ausbildet, wobei das Formwerkzeug ein Paar aus einem oberen Werkzeug und einem unteren Werkzeug umfasst, wobei Konturformen der Formoberflächen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs in der Draufsicht nicht-kreisförmig sind, ein Spalt, der durch die Formoberflächen gebildet wird, so ausgebildet ist, dass er von einer Innenseite zu einer Außenseite innerhalb der kleineren Konturform der Formoberflächen in der Draufsicht von denjenigen des oberen Werkzeugs und des unteren Werkzeugs konstant breiter wird, und die Formoberflächen so ausgebildet sind, dass die Druckverteilung, die in dem plattenförmigen Glasmaterial beim Formpressen vorliegt, in einem Konturbereich von jeder der Formoberflächen einheitlich wird.
Formwerkzeug nach Anspruch 12, bei dem die Konturformen in der Draufsicht jeweils eine Ellipse oder ein Vieleck sind.
Formwerkzeug nach Anspruch 12 oder 13, bei dem eine der Formoberflächen eine konvexe Oberfläche aufweist und die andere eine konkave Oberfläche aufweist, die der konvexen Oberfläche entspricht.
Formwerkzeug nach Anspruch 14, bei dem das Verhältnis eines Krümmungsradius R1 und eines Krümmungsradius R2 an entsprechenden Oberflächen der jeweiligen konkaven Oberfläche und konvexen Oberfläche (R2/R1) 0,8 ≤ R2/R1 < 1,0 erfüllt.