JP2002527331A - ガラス上に構造を作るための構造形成面を備えた成形工具及び構造形成用チャンネルプレートにおけるその用途 - Google Patents

ガラス上に構造を作るための構造形成面を備えた成形工具及び構造形成用チャンネルプレートにおけるその用途

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ジンガー、ルドルフ
ディザム、ヨアヒム
バウム、クリスチャーネ
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カール−ツァイス−スティフツング
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Abstract

(57)【要約】 決められた、高精度の表面構造を有するガラスは、光学機能を有するガラスの領域、例えば新時代フラットディスプレイスクリーンのディスプレイパネル、所謂、チャンネルプレートで必要とされる。先行技術スクリーン印刷の不具合を解消する一方で、本発明はガラス（２）に構造を製造するための構造形成面を有し、構造が形成されるガラス領域を局部的に加熱することによって高精度の微細構造を経済的に成形することが可能な成形工具（１）を提供する。本発明の成形工具は、金属中空円筒（７）を備えたローリング円筒（３）と、前記中空円筒の表面に固定された成形シート金属（８）と、駆動要素（４）を介してローリング円筒（３）を連続的に駆動するための横軸（５）から構成される。ヒーターは軸（５）と中空円筒（７）間が電気的に絶縁された状態で軸方向に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は熱成形法でガラス上に構造を作製するための構造形成面を備えた成形
工具に関するものであり、この発明は、特にフラットスクリーン（画面）のチャ
ンネルプレートに高精度構造を製造するために利用される。
【０００２】
【従来技術】
高精度構造が設けられた板ガラスは、特に光学的機能を有する種々のガラスの
分野（すなわち、複数種類のガラス）において高精度の用途に必要とされる。そ
のようなガラスは例えば新しいフラットスクリーンのディスプレイスクリーン（
ＰＤＰ、すなわちプラズマディスプレイパネル，及びＰＡＬＣ、すなわち、プラ
ズマ対応液晶）である。これらのフラットスクリーンガラスの、所謂、チャンネ
ルプレートでは、個々の列あるいはコラム（ｃｏｌｕｍｎ)を作動するための顕
微鏡的チャンネル（溝）構造が製造され、その構造はそのスクリーンガラスの全
体の有効幅あるいは長さにわたって延在し、その構造内で放電によりプラズマが
点火される。個々のチャンネルの両側の境界が、できるだけ僅かな幅の長方形リ
ブにより達成される。十分な放電容積を実現するために、そのリブの高さはその
幅より大である。このリブ間の間隔はできるだけ狭いことが必要である。
【０００３】 従って、このチャンネルプレートはＰＡＬＣあるいはＰＤＰディスプレイの微
細構造ガラスバックパネルを意味している。このプレートを図７に大きく拡大し
たスケールで基本的形態で詳細に示す。 この図７に示されたチャンネル状微細構造は経済的に、また多数の異なったデ
ィスプレイサイズ（５５インチ以下の対角スクリーンサイズ）で達成されなけれ
ばならない。４２インチハイビジョンＰＤＰディスプレイの場合、例えば、ピッ
チ「Ｘ」が約１６１ｍμで、リブ高さＹが１５０ｍμで、またリブ幅「Ｚ」が３
０〜５０ｍμであり、約５２０ｍｍの長さに対し数ミクロンだけの許容公差を有
する約５７６０個のチャンネルを作らなければならない。これらの非常に厳しい
規格は高精度の方法及びそれに対応する装置を要求する。
【０００４】 熱成形技術を使用して構造形成面を備えた成形工具に基づいてガラス面に構造
を作ることは知られている。 従来の熱成形法、所謂、独創的成形法では、熱（溶融）ガラスはその所望の形
態を、冷却成形工具が溶融ガラスにプレスされることによって得られるものであ
る。この成形工具は「凝固成形」の機能を有するもので、すなわちその工具との
接触前に、熱間ガラスはガラス遷移範囲（Ｔｇ）より高い温度を有し、成形工具
の構造形成面のネガ（目的とする形状の逆凹凸面）をガラスに寸法を安定させて
複写するように、その成形工具との接触により冷却される。 本発明は出発点として、温成形による再成形プロセスとして特徴付けられる熱
成形法を採る。この温成形による再成形プロセスでは、ガラスが、構造形成面を
有する成形工具に接触する前に、ガラスの温度がオプションでそのガラス遷移範
囲より下の温度に下げられ、その後、成形工具との接触だけにより成形に必要な
温度範囲（Ｔ＞Ｔｇ）に上げられる。構造形成領域が何であれその領域の局部加
熱だけが生じることがここでは重要である。この再成形プロセスではまた、ガラ
スがその成形工具から離れると、その構造の形態となり、寸法が安定した状態に
なる。
【０００５】 従来の熱成形法と本温成形による再成形法の双方に関係する物理変数はプロセ
スシーケンスの観点では： ガラスと成形工具の温度； ガラスと成形工具にかかる圧力負荷； ガラスと成形工具との接触時間（滞留時間）である。 以下の滞留時間の説明によりこれをより明確にすることができる。 ガラスが成形工具に短時間接触すれば、あるいは言い換えれば、凝固がが発生
する前に成形工具をガラスから外せば、ガラス構造が流れるために、接触後、構
造に主だった丸みが発生する。 接触が長く続けば、成形工具とガラスの主要温度差と、相違する熱膨張により
耐え難い横歪みが発生する。この歪みは構造の精度に、あるいは言い換えれば、
チャンネルプレート内にチャンネルを配置し、再生できる精度に悪影響を及ぼす
。
【０００６】 高精度のプロセス制御に適切なものとした成形工具は、上記変数の個々の設定
値／規制値を保証しなければならない。既知の熱成形工具はこれらの要求に合っ
ていない。何故ならクロムニッケル鋼によるそれらの従来的な一体構造のため、
全体の成形工具を完全に加熱する必要があり、さらにその工具は熱寸法安定性が
不十分である。その理由は、成形工具内での比較的僅かな温度のバラツキでも、
成形構造の長さの比較的主だった変化、すなわち、チャンネルあるいはリブを形
成するための許容公差を超える変化が発生するためである。 同じことが、ドイツ特許ＤＥ１９７１３３０９Ｃ１及びドイツ特許出願ＤＥ１
９７１３３１２Ａ１により開示され、温成形による再成形の原理でガラスに構造
を形成するために構造形成面を備えた成形工具にも当てはまる。この工具は典型
的な実施形態の場合、好ましくは非金属材料の一体円筒から構成されるローリン
グ円筒を有し、その円筒には構造付与面を備えた成形工具がクランプされて、比
較的ゆるめに取り付けられている。この一体円筒の表面の両端の各々に、ローリ
ング円筒の回転取付け用のそれぞれの軸受ジャーナルが設けられている。また、
成形工具の必須の局部加熱のために外部加熱源が設けられている。
【０００７】 そのような成形工具の実施形態は、高精度の構造を望ましい反復可能な高精度
で作製することを実際には可能にしない。というのは、必要な熱寸法安定性が個
々の構成部品の設計や、ローリング円筒の軸受を十分に考慮に入れていなかった
ためである。従って、最初に説明した非常に厳しい規格を満たすことができない
。 また欧州特許ＥＰ０８６６４８７Ａ１が開示した成形工具についても、最初に
説明した非常に厳しい規格を満たすことができない。 この既知の成形工具は金属合金からなる一体（ｓｏｌｉｄ）ローリング円筒を
有しており、成形構造が円周方向面上に直接成形される。上記欧州特許参考文献
にはローリング円筒の回転支持については何ら述べられていない。このガラス基
板は、それ自体直接加熱されないローリング円筒が片方のローラーと共に所定の
構造をガラス基板に型押しする前に、外部加熱源によって可塑化される。
【０００８】 この欧州の参考文献はまた、必須の熱寸法安定性を達成するための、熱膨張率
の微調整の必要性及びローリング円筒の軸受に関しては何も記載していない。特
に、一体ローリング円筒のために、僅かな温度のバラツキでも、チャンネルある
いはリブを成形するための許容公差を超える、成形構造の長さの比較的主だった
変化が発生する。 従って、当業界では、構造形成面を備えた成形工具によるチャンネルプレート
の製造が定着していなかった。 そのため、チャンネルプレートの製造は、現在では、１０〜２０のガラス半田
層において、一度に一層がガラス基板上に付着されるスクリーン印刷により一般
になされている。 この方法は以下の欠点を有する。すなわち、 長時間プロセス、 高半田コスト、 チャンネルプレートのむらのある焼結、 環境汚染（半田内の鉛、エッチング溶液）。 そのため、この方法は商業的観点から試作品の製造だけを可能にし、すなわち
商業的大量生産には向かない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ガラスに構造（地肌形状、表面形状）を形成するために、温
成形による再成形の原理で、構造が形成されるガラス領域を局部的に加熱するこ
とによってガラスに高精度の微細構造を経済的に成形することを経済的に可能に
する、構造形成面を備えた成形工具を作ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】 この目的は、以下の要素を有する成形工具による本発明によってうまく達成さ
れる。 −金属中空円筒から構成され、作製されるべきガラス構造のネガ（目的とする
形状の逆凹凸面）する溝を設けた金属成形シートを、外部ジャケットに、密接な
大面積接触させるローリング円筒； −前記金属中空円筒を介して延在する、前記ローリング円筒を連続的に駆動す
るためのシャフト； −前記金属中空円筒の両面端部の高さで前記シャフトに固定取付けされ、前記
中空円筒との積極的な動作係合状態にある２つの駆動体；及び −前記シャフトと前記中空円筒間の電気的に絶縁状態で配置され、前記シャフ
トとの断熱材をさらに備えたヒーター。
【００１１】 この発明の熱成形工具によって、構造が形成されるガラスの標的的な局部加熱
によってガラスとの接触時にガラスに高精度の微細構造を成形することが、ガラ
ス基板に沿って単純に転がす方法により経済的に可能である。 一定の再成形温度を達成するために、金属中空円筒が重要な役割を果たす。な
ぜなら、その円筒がその熱容量によってガラスとの接触時に非常に迅速な冷却を
防止するためである。本発明の特徴によれば、この効果は金属中空円筒から構成
される材料がニッケル可鍛合金であれば強化される。 本発明の他の特徴において、前記軸とローリング円筒間のトルクの伝達は、駆
動体が少なくとも３個の対称分布台形と、小さな接触面によりその爪と相互動作
係合状態にあり前記中空円筒の面に形成される相補台形溝とを有するとすれば確
立される。この実施形態によりローリング円筒から軸への過剰な熱の流出が防止
される。従って、この構造は、構成部品内の温度変動で、またローリング円筒か
ら駆動体までの温度差で遊びが無くなる。その結果、同心性が保証され、すなわ
ち常時同じ状態にある。
【００１２】 生産工学的理由から、９０度オフセットされた４個の爪が便宜的に設けられる
が、原理的には３個より大の任意の全ての個数が可能である。爪が多ければ多い
程、接続が鋸歯状ギアにより多く対応する。 本発明の特徴の場合、特にヒーターの配置が特許請求の範囲で規定される。 本発明の他の特徴及び利点は図面に示された本発明の典型的な実施形態の説明
から明らかになるだろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１において、本発明の熱成形工具の好ましい実施形態の基本構造が長手方向
断面で示されている。この熱成形工具は参照番号１で一般に示されるローラーの
形状を有しており、このローラーは構造が形成されるガラス基板２（図１Ａ）上
を高接触圧で連続的に転がり、ガラス基板２が成形ローラー１の下の矢印方向に
通される。 特定の要求物はこのガラス基板から製造しなければならない。 本発明が好適に関連するディスプレイ装置用のチャンネルプレートの製造は、
関係する製造ステップ全てにおいて、確固としたプロセス実行度を特徴とする高
品質、特殊開発ガラス基板２を一般に必要とする。コントラスト鮮明度及び解像
度品質の最終的な解析に関係するガラス基板の極端な平滑性に加え、耐熱性、耐
薬品性、軽量及び適応熱膨張挙動が必要とされる。 現代のディスプレイ技術用の理想的なガラス基板から製造される要求物は、平
坦で、薄く、滑らかであり、同時に、ディスプレイの種類に依存する全く別の種
類の複雑な方法の工程で可能な限り最も不活性で可能な限り最も頑強な挙動を有
し、また好ましい価格で（大寸法で）入手できるものとして一般にまた傾向とし
て表現できる。 硼珪酸ガラスは多くの技術的指向のガラス用途において顕著な役割を果たして
いる。無尽蔵の可能な化学組成物の変形があるため、このガラス系にとって意外
な特性が達成可能である。これらのガラスは高耐熱性、低熱膨張、及び攻撃的な
薬剤に対する良好な耐薬品性を特徴とする。さらに、そのようなガラスはアルカ
リ成分を添加しないで製造が可能である。これらの特殊な特性は新規で技術的に
確実に有望な現代のプレートーガラス用途への入口となる。
【００１４】 フラットスクリーンの上記動作原理から、チャンネルプレートに対するガラス
基板の以下の基準要求事項が引き出される。すなわち、 高耐熱性（Ｔｇ ６００℃） 低密度（２．８ ｇ／ｃｍ３） 優れた表面品質（平面性、そり、起伏等） 低収縮（２０ ｐｐｍ） 「熱たるみ」無し 熱膨張の最適適合 高電気抵抗 低通気性 高透過性 十分な機械的強度 大寸法 経済性 である。 コーニングオーバーフロー溶融法及びダウン−ドロー（ｄｏｗｎ−ｄｒａｗ)
技術に加えて、フロート技術はとりわけ、優れた表面品質を有しまた当該ディス
プレイの製造プロセスに合った特性を有する大型のガラス基板の経済的製造を可
能にする。
【００１５】 成形工具１の実施形態は当初に挙げた特定の要求事項により決定される。 これらから以下の条件が基本的に提供される。すなわち、 ガラス構造を作るために構造が形成された成形工具； ローリング力を吸収するための成形工具の曲げ抵抗性； 連続製造用成形工具（ローラー構造によって達成される）；及び 調整可能な工具。 これらの条件は、４つの中心的構成部品から構成される、図示の成形ローラー
１で満たされる。これらの４つの中心的構成部品は、ローリング円筒２、２つの
駆動体４、軸５、及びヒーター６であり、これらは明確化のために図３に別に示
した。
【００１６】 このローリング円筒３は、作製すべき構造のネガを表面に保有して、工具の成
形部品を構成している。このローリング円筒３は先ず、例えば３００ｍｍの長さ
、１２０ｍｍの外径、１２ｍｍの肉厚を有する耐力金属中空円筒７を備えている
。 ローリング円筒３を構成する材料は、材料番号２．４８１６のニッケル可鍛合
金が好ましい。セラミック材料と比較して金属合金の利点は金属の持つ高熱膨張
率であり、これはセラミックと比較してガラスの熱膨張率に対して僅かに異なる
だけである。以下の表は使用できる種々の材料の膨張率の差の実施例を示してい
る。 材料の種類 材料 膨張率の差 ガラスとの膨張率 （８００℃） の差の違い ガラス ＡＦ４５ 800℃ 37 10−６K セラミック クオーザル 800℃ 0.5 10−６K 800℃ 36.5 10−６K 金属 インコネル 800℃ 20 10−６K 800℃ 17 10−６K
【００１７】 ロール作業時に温度の変動が生じても、金属ローラーとガラスの膨張率の差が
小さいため、製品の寸法バラツキがセラミックローラーを使用した場合より小さ
い。 以下の計算は主題をより明確に説明するためのものである。 基板長さが１００ｍｍ以上のガラスの構造の許容公差は、例えば±１０μｍ以
下となる必要がある。許容温度変動量内では、金属ローラーの利点がセラミック
ローラー以上であることは確実に明らかである。金属工具の場合、±４．８ケル
ビン（Ｋ）の温度差がなお可能であり、一方、セラミック工具では±２．８Ｋだ
けの温度変動が可能である。工具内の不均一な温度分布による寸法バラツキは、
補正工具形状設計（ジャケット面の凸型形状あるいは凹型形状等）によって解消
することができる。
【００１８】 必要とされたガラス構造のネガが機械加工された例えば１ｍｍの厚さの金属シ
ート８を金属中空円筒７の外面にその全円周に対して適用する。スケールの関係
から、これらのネガの形状は図１に示すことができない。これらの形状は、図５
及び図６、特に図５ではＰＤＰチャンネル構造の場合、図６ではＰＡＬＣ構造の
場合の拡大詳細図から推定できよう。従って、金属シート８の複数の溝は図７の
チャンネルプレートのリブに対して相補的である。 プロセス適正及び経済性の観点で重要な側面の一つが金属シート８に使用され
る材料である。 ガラスの熱成形分野で使用される工具は、使用工具材料に実際極めて厳しい要
求をする。従って、材料の選択では以下の基準を考慮しなければならない。 ガラスに対する付着傾向が無いこと、 腐蝕あるいは酸化が無いこと、 耐高熱性（耐久性）、 低摩耗、 経済性。
【００１９】 微細構造形成用ガラスで使用される予定の図１のローリング工具の場合、以下
の要求をさらに満たさなければならない。 微細構造形成性、 加熱性（良好な熱伝導）。 中空ガラス成形用の成形工具の製造における実験材料テスト及び長年の経験か
ら、白金、あるいは純粋ＰｔＡｕ５材料あるいは別の酸素分散ＰｔＡｕ５材料（
ＯＤＳ）のＰｔＡｕ５合金等の白金合金が、ガラスへの付着傾向が殆ど無く、ま
た腐蝕あるいは酸化も殆ど無い観点で得られる要求を最高に満たしていることが
分かった。 しかし、これらの材料は耐熱性が低く、耐摩耗が最良でなく、さらに非常に高
価である。従って、ローリング工具の構造精度の低下を招くこの低い耐熱性もガ
ラス構造のでき方を悪化させる。
【００２０】 ＰｔＡｕ５材料の低硬度性による材料摩耗は、他方で構造の機械的な金属切削
加工を可能にする重要な利点がある。高耐摩耗性の必要性はそれに対応して微細
構造形成を困難にするが、ローラーの使用には基本的に予め必要である。特定の
用途に最適な妥協点を見出すことは当業者に委ねられる。 しかしながら、ＰｔＡｕ５合金の代わりに、付着性を低下させ、あるいは耐摩
耗性を上げるために、ガラス工業で使用され、コーティングされる材料を工具材
料として使うことも考えられる。 そこで、以下の材料の組合せが考えられる。すなわち、 本体材料：インコネル コーティング材料：ＳｉＣ ニクロファー ＢＣ／Ｎ ニモニック ＴｉＣ／Ｎ ウディメット ＴｉＡｌＮ インコロイ ＭｏＳ２ ＰＭ２０００ Ｐｔ，Ａｕ 合金 Ｎｉ−Ｐ 硬質金
【００２１】 各ケースの目的は、わずかしかガラスへの付着性がない（あるいは全く無い）
耐摩耗性、微細構造形成性、熱伝導性材料を持たせる材料の組合せである。 工具とガラスの適合性を改良するため、また表面の耐摩耗性を改良するために
、金属シートを基礎金属中空円筒７に非常に密接に接合しなければならない。 特定の実施形態において、金属シート８を熱平衡の（ｈｏｔ−ｉｓｏｓｔａｔ
ｉｃａｌｌｙ）加圧を（ｈｉｐｐｅｄ）する。これは完全な材料の溶融を伴う大
面積拡散溶接プロセスである。 この熱平衡加圧工程の代わりに、原理的には表面浄化のいずれの方法を使用す
ることもでき、それに対応する金属、セラミックあるいは浄化コーティングを、
ネガ構造を使用する成形（型押し）工程前後に、適用することができる。
【００２２】 金属シート８の構造の実施形態は、作製されるガラス構造の品質に決定的な影
響をもたらす。その理由はガラスに微細構造を形成するために、ガラスはローリ
ング溝８ａ（図５及び図６）内で流れる必要があるからである。微細構造（工具
全体にわたり延在する複数の溝）の特性は、成形時にガラス組成物を機械的に固
定するための可能性に大きく影響を与える。このために、熱成形プロセスをうま
く行なうには、アンダーカットの無い極めて滑らかなチャンネル側面が非常に重
要である。他の要件は、ローリング作業では、工具構造及び全ての山谷あるいは
その中の欠陥が変形ガラスに正確に複写されるために、工具表面の粗さが最小で
あることである。 要するに、以下の要求が構造構築ローリング工具から生まれる。すなわち、 必要なガラス構造のネガを正確に幾何学的に複写すること、 チャンネル側面と表面が高度に滑らかで粗さが低いこと、 必要な型ばらし角への付着性。 ローラー本体１の微細構造形成は金属シート８から構成される材料の機械加工
性に基本的に依存している。一般に、以下の方法が考えられる。 レーザー加工、 ワイヤー浸食、 研削加工、 旋盤加工、 型押し、 ミリング、 エッチング、 ホッビング浸食。
【００２３】 各方法によって構造が形成される材料の要求が異なる。 当業界では以下の方法が特に考慮に値する。 レーザー機械加工、 浸食、 研削加工、 高精度旋盤加工、 及び、テストで分かった所では、単結晶天然ダイヤモンドによる高精度旋削が微
細構造形成には特に重要である。 中空ローリング円筒３を回転するため、軸５上に固定配置される前記駆動体４
が用意されている。 従って、この駆動体４は軸５とローリング円筒３間でトルクを伝達する役割を
果たす。ローリング円筒３と駆動体の接続は４個の台形爪４ａ（図２）で形成さ
れ、それらの爪は各々ローリング円筒３の両端に形成され、半径方向に延在する
４個の台形溝３ａと遊びを持って動作係合状態にある。この個数は単に実施例で
ある。３個でも、対称的分布の６個あるいは８個の対の爪でも、あるいは３個よ
り多ければ何個でもよい。
【００２４】 一方で、その幾何学的形状により隙間を有するこの爪駆動体は、軸方向あるい
は半径方向の熱膨張、あるいは言い換えれば、円筒と駆動体間の種々の熱膨張を
可能にし、他方で、僅かな面積だけが互いに接触するためにローリング円筒から
駆動体へは僅かな熱損失があるだけである。 この駆動体の構造により、かなりの熱膨張があっても微細構造の精度にとり大
いに効果的にローリング円筒の位置を規定位置にすることができる。 関係する電力損との結合（誘導電力の入力）を最小にするために、駆動体４に
はローリング円筒側に軸方向スリット４ｂ（図２）が設けられる。 この駆動体４に使用される金属材料は、高動作温度で十分な強度を有するロー
リング円筒（材料番号２．４８１６）の場合と好適に同じある。 軸５は、面端部に象徴的に示した駆動機構９を駆動体４と接続し、ヒーター６
とその接続装置（フックアップ）６ａ、６ｂの双方を保持している。その軸は、
圧縮応力が与えられた高精度スピンドルベアリングである位置決め−非位置決め
ベアリング１２、１３内で支持される。それらのスピンドルベアリングは軸方向
及び半径方向の遊びの自由を可能にする。軸５と駆動体４間のトルクは摩擦係合
（構成部品のつっぱり）によって伝達される。腐蝕と摩耗を防止するためにＡｌ ２ Ｏ３コーティングがこれらの構成部品の接触領域に塗布される。
【００２５】 駆動体及び軸５は軸ナット１０及びカップスプリング１１によって互いに軸方
向につっぱられ、従ってその配置により駆動体／ローリング円筒と軸との間の種
々の熱膨張が可能となる。この配置における軸５はタイロッドの機能を呈し、ロ
ーリング円筒３の剛性を上げる。 ヒーター用の電流供給リード線（後で説明する）、空冷用の管及び熱電対（温
度測定）用の接続装置の配置を可能にするために、軸５を中空軸として形成した
。電熱時に軸内の電力損を僅かに抑えるために、円周上に均一に分布された６本
の長手方向スリット５ａ（図１Ａ）が軸に形成され、これにより軸からの誘導電
流損失の発生が防止される。 軸５は高耐熱材料材料番号２．４８７９から構成されることが好ましい。 ヒーター６はローリング円筒３と軸５の間の領域に配置される。熱導体として
の役割は、図３に示したようにセラミック円筒１４の複数の溝１４ａ内に巻かれ
てコイルになったＰｔＲｈ１０条片６ｃ（２０×１．５ｍｍ）が果たしている。 これらのセラミック円筒１４は熱導体６ｃとの電気的絶縁及び断熱の双方を行
なう。クオーザル（Ｑｕａｒｚａｌ)は特にセラミック円筒用材料として使用で
きる。
【００２６】 ローリング円筒３は約２ｍｍ厚の石英ガラス管１５により熱導体１５から電気
的に絶縁されている。この僅かなスペースは迅速な低損失熱伝達を確保し、石英
ガラスの伝達特性は良好な輻射交換を確保する。 前述の幾何学的構造のために、ローリング円筒の間接加熱（抵抗加熱）及び直
接加熱（誘導加熱）双方が可能である。この製造プロセスに必要な熱は、電圧ポ
テンシャルあるいは電流密度を調整することによって既知の方法で変えることが
できる。 導体条片６ｃの代わりに、他の形状物、特にワイヤー、ロッドあるいは管形状
物が使用できる。さらに、他の熱導体材料、特にカンタル（ｋａｎｔｈａｌ)又
はニクロタル（ｎｉｃｒｏｔｈａｌ)合金、あるいは貴金属合金も熱応力に依存
する材料として使用することができる。 ヒーターへのエネルギー供給は、軸の一端のスリップリング接触アセンブリー
１６及び（中空）軸５のロッド部材６ａ、６ｂ（図３）により行なわれる。
【００２７】 平面図の図４はスリップリング接触アセンブリー１６の詳細をさらに示してい
る。このスリップリング接触アセンブリー１６は，銀黒鉛カーボン１６ｂを有す
る４個の二重レッグカーボンホルダー１６ａから基本的に構成されており、その
銀黒鉛カーボン１６ｂは各々それぞれの円筒部分１６ｃ上を対で摺動し、円筒部
分１６ｃには電流リード線６ａ、６ｂ（図３）のそれぞれの端部が延びている。
クランプ１６ｄは供給ラインを留める役割を果たす。 軸５の過熱を防止するために、２本のセラミック管１７を軸内部に取付け、こ
れらの管により、冷気を軸の中央に吹き込む。なお、この冷気は両側から再度出
すことができる。コイルの中央にある熱電対１８（図１Ａ）は、端子１８ａを外
側に延ばして、温度のモニターとヒーターの調節を可能にしている。 このヒーターはオーム抵抗ヒーター（５０Ｈｚ）として空冷で作動可能である
。加熱のタイプとしては、中周波数誘導加熱がオプションで使用可能であり、導
電体として銅（水冷）か、貴金属（冷却無し）を使用する。
【００２８】 このヒーターは本発明に係る成形ローラーの必須の構成部品である。その理由
は本発明の出発点である再成形による成形プロセスがガラス基板標的的再加熱を
必要とするためである。この再加熱は、ローリング円筒３をＴｇ、すなわち構造
が形成されるガラスのガラス遷移温度より高い温度まで意図的に加熱することに
より実施される。基板の表面にだけ、成形工具に近い微細構造を作製するために
、高精度の温度制御が必要であり、その温度制御では、成形工具とガラス間の境
界層でガラスの靱性が最小となる。このため通常予熱されたガラス基板のガラス
温度と比較して高温の工具温度が必要となる。 他方、熱工具によって温度勾配が基板内に増加し、これが熱応力となる。破損
を避けるためにこれらの応力を最小にする必要性により成形前に当初のガラス温
度の下限が決定される。減圧範囲では、その下限はＴｇ点以上である（約１０Ｅ
＋１２ｄＰａｓの靱性で）。それで、出発材料の基本的な構造に対する影響をで
きるだけ僅かにするために、当初のガラス温度をできるだけ低くする必要がある
。
【００２９】 成形の場合、再成形プロセスにおいて材料輸送によって関係するガラスの薄い
表面層の温度は重要である。この成形温度は接触前の工具とガラスの混合された
温度に等しい。熱伝導率や熱容量等の要素の特性によってその他の基本的な影響
が出る。全成形時間に熱が熱工具から低温の加工片に流れるため、材料が溝内に
流れ込むのが維持されるように、熱が接触部位の工具に一定に供給されることが
保証されなければならない。このケースでは、これはローラーの内部を加熱する
ことによって行なわれる。ローラの内部は一体金属中空円筒７のために、高い熱
容量を有する。高い工具温度、従って高い境界面温度は成形プロセスを加速する
が、また試験片全体を通しての加熱も加速する。この試験片は厚さが制限され、
そのためその試験片を壊さないでその試験片から密着形成工具を分離できない程
安定性を欠いている。この不安定化は、温度を上げ、及び／又は成形時間を短縮
した場合には、鋭く曲げられた靱性／温度カーブによるものとすることができる
。
【００３０】 望ましい構造、特に、高さが幅より大のリブを成形するために必要な成形時間
は、隙間への流れの状況によって決められる。限定要因は以下の通りである。す
なわち、 圧力： 一次的（ｌｉｎｅａｒ） 靱性： 一次的 高さ： 二次的（ｑｕａｄｒａｔｉｃ） 幅： 二次的 ローリングプロセスで適切な変形時間は、直径が１２０ｍｍのローラー（成形
接触幅、約３ｍｍ）の場合、１．５秒のオーダーにある（ローリング速度：２ｍ
ｍ／秒）。
【００３１】 成形力は、成形ローラー１を軟化（粘性）ガラスに押し付けることにより発生
する。従って、これら成形力は、成形速度が十分に低速である限り、応力として
ではなく、液体内の内圧の形態で生じる。従って、ガラスが工具の隙間８ａに流
れるきっかけとなる圧力は、ガラス２上のローラーの力／接触面積として決定さ
れる。この面積はローラー直径及びローラーが低下される深さ、さらに成形温度
に依存する。 本発明に係る成形ローラーは、その構成によって適切な種類のプロセス制御が
可能となり、以前に不可能であった方法で前述の再成形パラメータに対して高精
度に準拠することにより高精度微細構造形成を行なわせる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 構造を形成したローリング円筒、駆動体、軸及びヒーターを備えた本発明に係
る熱成形ローラーの構造を示す長手方向断面図である。
【図１Ａ】 切断線Ａ−Ａに沿った図１のローラーの断面図である。
【図２】 図１のローラーの拡大図を、駆動体を介した軸とローリング円筒との結合の平
面図である。
【図３】 図１の成形工具の軸とローリング円筒との間に配置され、そのローリング円筒
を加熱する役割を果たすヒーターの図である。
【図４】 図１の成形工具に関する末端正面平面図であり、エネルギーを図３のヒーター
に供給するためのスリップリングコンタクトを示す。
【図５】 ＰＤＰ構造用のローラー周囲の構造付与ＰｔＡｕ５プレートの拡大詳細図であ
る。
【図６】 図５に対応する図であるが、その代わりＰＡＬＣ構造用である。
【図７】 既知のチャンネル構造が構築されたチャンネルプレートを示す詳細図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 バウム、クリスチャーネ ドイツ、07743 イェーナ セイント−ヤ コブ−シュトラーセ 33 Ｆターム(参考） 4G015 AA01 AA11

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガラス（２）に構造を作製するための構造形成面を備えた成
    形工具（１）であって、 −金属中空円筒（７）から構成され、作製されるガラス構造のネガに対応する
    溝（８ａ）を設けた金属成形シート（８）が、外部ジャケットに密接に大面積接
    触されるローリング円筒（３）と； −前記金属中空円筒（７）を通る、前記ローリング円筒（３）を連続的に駆動
    するためのシャフト（５）と； −前記金属中空円筒（７）の両面端部の高さで前記シャフト（５）に固定取付
    けされ、前記中空円筒（７）との積極的な動作係合状態にある２つの駆動体（４
    ）と； −前記シャフト（５）と前記中空円筒（６）間の電気的に絶縁状態で配置され
    、前記シャフトとの断熱材をさらに備えたヒーター（６）とを有する成形工具。
  2. 【請求項２】 前記金属中空円筒（７）から構成される材料がニッケル可鍛
    合金、好ましくは材料番号２．４８１６で定められる合金であることを特徴とす
    る請求項１に記載の成形工具。
  3. 【請求項３】 前記金属成形シート（８）の材料は、ガラスに付着する最低
    の可能性を備えた耐摩耗性、微細構造形成性、熱伝導材料から構成されることを
    特徴とする請求項１又は２に記載の成形工具。
  4. 【請求項４】 前記金属成形シート（８）は、純粋なＰｔＡｕ５材料あるい
    は代わりに酸化物分散ＰｔＡｕ５材料を備えたＰｔＡｕ５合金から構成されるこ
    とを特徴とする請求項３に記載の成形工具。
  5. 【請求項５】 前記金属成形シート（８）はコーティング材を塗布した基礎
    材料からなることを特徴とする請求項３又は４に記載の成形工具。
  6. 【請求項６】 前記金属成形シート（８）が前記金属中空円筒（７）上に熱
    平衡加圧（ｈｏｔ−ｉｓｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ）されることを特徴とする請求
    項１ないし請求項５のいずれかに記載の成形工具。
  7. 【請求項７】 前記構造形成溝（８ａ）はダイヤモンドを工具使用した高精
    度旋削によって前記金属成形シート（８）内に作られることを特徴とする請求項
    １ないし請求項６のいずれかに記載の成形工具。
  8. 【請求項８】 前記駆動体（４）は少なくとも３つの対称分布の台形爪（４
    ａ）と、小接触面によって前記爪（４ａ）と相互動作係合状態にあり、前記金属
    中空円筒（７）の面端部に形成された相補台形溝（３ａ）を有することを特徴と
    する請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の成形工具。
  9. 【請求項９】 前記駆動体（４）は前記金属中空円筒（７）への軸方向スリ
    ット（４ｂ）を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記
    載の成形工具。
  10. 【請求項１０】 中空軸として形成された前記軸（５）は、圧縮応力を与え
    たスピンドルベアリングを備えた位置決め−非位置決めベアリング（１２，１３
    ）内で支持されることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の
    成形工具。
  11. 【請求項１１】 前記駆動体（４）及び前記軸（５）は、軸ナット（１０）
    とカップスプリング（１１）によってタイロッドの方法で軸方向につっぱりあっ
    ていることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載の成形工具
    。
  12. 【請求項１２】 前記軸（５）は、その円周上に均一に分布した複数の長手
    方向スリット（５ａ）を有することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の成
    形工具。
  13. 【請求項１３】 セラミック円筒（１４）が相対回転に対して安定した方法
    で前記軸（５）上に摺動され、そのジャケット上でヒーター（６）の熱導体（６
    ｃ）を収容し、隣接中空ローラー７との電気絶縁のための石英ガラス管（１５）
    が前記熱導体（６ｃ）を有する前記セラミック円筒（１４）上に外嵌されること
    を特徴とする請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の成形工具。
  14. 【請求項１４】 ＰｔＲｈ１０条片（６ｃ）が前記熱導体として設けられ、
    前記セラミク円筒（１４）の溝（１４ａ）内に巻き付けられることを特徴とする
    請求項１３に記載の成形工具。
  15. 【請求項１５】 スリップリングアセンブリー（１６）が、エネルギーを前
    記ヒーター（６）に供給するために前記軸（５）に設けられることを特徴とする
    請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の成形工具。
  16. 【請求項１６】 冷気を供給するための少なくとも１本のセラミック管（１
    ７）が前記軸（５）の内部に設けられることを特徴とする請求項１０又はそれ以
    下の請求項のいずれかに記載の成形工具。
  17. 【請求項１７】 熱電対（１８）が前記中空軸（５）の内部に取付けられる
    ことを特徴とする請求項１０又はそれ以下の請求項のいずれかに記載の成形工具
    。
  18. 【請求項１８】 フラットスクリーンのチャンネルプレートに高精度な構造
    を製造するための請求項１ないし請求項１４のいずれかに記載の成形工具の用途
    。
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