JP2008007375A - ガラス物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 平板状のガラスからなるガラス製素材を加熱し、軟化変化させることによって、単数または複数の凹部を有するガラス物品を製造する方法であって、所望形状のガラス物品を比較的短時間に成形でき、しかも平滑で清浄な表面を得ることができる方法を提供することを技術的課題とする。
【解決手段】 排気作業を開始すると、加熱によって軟化したガラス板Ｇは、上方から負圧吸引する成形過程において、成形型１２の成形凹部１２ａの下方（側縁付近）から上方（中央付近）に向けて順次密着するようにして軟化変形する。つまりガラス板Ｇの端部領域から中央領域にかけて順次成形凹部１２ａの内面に密着するようにして軟化変形する。そのためガラス板Ｇが軟化変形する途中において、空気溜まりを残さずに成形凹部１２ａと密着し、成形工程を完了することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、平板状のガラス板からなるガラス製素材を加熱し、軟化変形させることによって、単数または複数の凹部を有するガラス物品を成形するための方法に関する。

近年、ガラス製容器或いはイメージセンサ用カバーガラスや液晶平面バックライト用ガラス容器のように単数または複数の凹部を有するガラス物品を製作する手法として、平板状のガラス製素材を成形凹部を有する成形型上に載置した後、加熱することによってガラス製素材を軟化させ、成形凹部の内面形状に倣って変形させ且つ固化する手法が採用されるに至っている。

その一例として、例えば下記の特許文献１の図６には、上面に成形凹部が形成された金型上に、軟化点以上に加熱されたガラス板を載せ、ガラス板と成形凹部とで囲まれた成形空間を真空に負圧吸引し、ガラス板を金型の成形凹部の内面形状に倣って成形する方法が開示されている。

この場合、上記の金型には成形凹部に通じる複数の通気孔が形成され、これらの通気孔は、金型の背面を覆うカバーの内部空間で合流すると共に、このカバーの内部空間は、配管及びバルブを介してロータリーポンプに連結されている。従って、ロータリーポンプによりバルブ及び配管を介してカバーの内部空間の空気を吸引し、且つ通気孔を介して金型の成形凹部内を真空吸引することにより、軟化したガラス板が金型の成形凹部の内面形状に倣って変形し、凹部を有するガラス物品が作製される。
特開平１１−２０４０３５号公報（図６）

ところで上記の特許文献１に開示されたガラス物品の製造方法は、５００℃程度に加熱された金型の上に、軟化点以上の温度（略９００℃）に加熱されたガラス板を載せ、金型の成形凹部内を真空吸引するものであるため、真空吸引過程において、ガラス板と成形凹部との間の成形空間に存在する気体を完全に吸引するのが困難であり、成形完了後に空気溜まりを残す可能性がある。

すなわち上記のように金型上に載置されたガラス板は、加熱され、軟化状態に達すると、その表面張力によって中央部が周縁部に比べて薄肉となり、特に中央部が変形しやすい状態となる。そのため金型上にガラス板を載置した後、加熱しながら、下方に向けて真空吸引すると、ガラス板の自重も加わって、ガラス板の中央部から大きな変形が始まり、真空吸引過程で不均一に変形しやくなる。その結果、ガラス板の中央部が先に金型の成形凹部の底部に接触（着地）することになり、成形完了後に金型の成形凹部とガラス体との間に空気溜まりが残存し、いびつな形状を有する不良ガラス物品の多発を余儀なくされる。また最悪の場合には、ガラス板の中央部が軟化変形し、真空排気孔を塞いでしまうことによって、真空排気が阻害され、それ以降の成形作業が行えなくなるという事態も発生する。

このようなガラス板の不均一な変形を防止する方法として、ガラス板の軟化過程において、ガラス板の下側から正圧力を加えることによってガラス板を支え、自重による変形を抑えると共に、その後の真空吸引を断続的に行うことによってガラス板を成形凹部の上方から下方に向けて馴染ませながら成形する方法が考えられる。

しかしながら、この方法では、成形空間の気圧調整が難しいという問題がある。つまり、ガラス板の下面への正圧力によるガラスの自重による変形防止と、真空吸引によるガラスの成形を両立させることが難しく、所望の形状のガラス物品を安定して得ることが困難である。しかも断続的に真空吸引することによってガラス板を成形凹部の上方（側縁付近）から馴染ませて成形すると、成形時間が長くなると共に、ガラスの変形に不均等が生じ、表面に光学的なゆがみが発生する可能性がある。さらに、この方法によって光学的な平滑面を持つガラス物品を作製しようとすると、ガラス上面が成形型との非接触面となるため、光関連部品として適した平滑な面が得られるが、その面は上方を向いているため、成形型や加熱炉から飛来する異物が付着し、表面が汚染される可能性がある。

本発明は、上記事情に鑑み、平板状のガラスからなるガラス製素材を加熱し、軟化変形させることによって、単数または複数の凹部を有するガラス物品を製造する方法であって、所望形状のガラス物品を比較的短時間に成形でき、しかも平滑で清浄な表面を得ることができる方法を提供することを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明のガラス物品の製造方法は、下面に単数または複数の成形凹部が形成された成形型を準備する工程、該成形型の下面に圧接するようにガラス製素材を保持固定する工程、該ガラス製素材を成形に適した温度まで加熱する工程、該ガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも低くなるように制御することにより、該ガラス製素材を上方に軟化変形させ、該成形凹部の内面形状に倣うように成形する工程、とを含むことに特徴付けられる。

この方法によれば、加熱によって全体が軟化状態になったガラス製素材は、その上面側空間、つまりガラス製素材と成形凹部によって囲まれた成形空間の気圧が、その下面側空間の気圧よりも低くなるように制御することによって、上方に軟化変形することになる。この方法によると、成形型の成形凹部の下方（側縁付近）から上方（中央付近）に向けて順次密着するようにして軟化変形させること、つまりガラス製素材の端部領域から中央領域にかけて順次成形凹部の内面に密着するようにして軟化変形させることが可能となる。そのためガラス製素材が軟化変形する途中において、空気溜まりを残すことがなく、その外表面の全てが成形型の成形凹部の内面と密着し、成形凹部の内面形状に倣った形状にガラスを成形することができる。

第２に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス製素材の上面側空間の気圧を低減させることにより、該ガラス製素材を上方に吸引することに特徴付けられる
この方法によれば、ガラス製素材の上面側空間、つまり成形空間が減圧状態となり、軟化状態にあるガラス製素材が上方に吸引（負圧吸引）されることによって、成形凹部の内面形状に倣って変形することになる。

第３に、本発明のガラス物品の製造方法は、成形型の成形凹部の中心部に通気孔を形成し、ガラス製素材の上面側空間の気体を、該通気孔を通じて排気することにより、該ガラス製素材を上方に吸引することに特徴付けられる。

この方法によれば、ガラス製素材の上面側空間、つまり成形空間が排気され、軟化状態にあるガラス製素材が上方に吸引（負圧吸引）されることによって、成形凹部の内面形状に倣って変形することになる。成形空間を排気するためには、成形型の通気孔に排気管を接続し、この排気管を通じて、成形空間の空気を外部に排気すれば良い。

第４に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス製素材の下面側空間を密閉し、該下面側空間の気圧を上昇させることにより、該ガラス製素材を上方に押圧することに特徴付けられる。

この方法によれば、ガラス製素材の下面側空間の気圧を上昇させることによって、軟化状態にあるガラス製素材が上方に押圧され、成形凹部の内面形状に倣って変形することになる。

第５に、本発明のガラス物品の製造方法は、下面側空間に、気体を導入することにより、その気圧を上昇させることに特徴付けられる。

この方法によれば、ガラス製素材の下面側空間の気圧を容易に上昇させることができる。

第６に、本発明のガラス物品の製造方法は、導入する気体が不活性ガスであることに特徴付けられる。

この方法によれば、成形型の材料として、ガラス成形体との離型性に優れたカーボンを使用することができる。つまりカーボンは酸化されやすいため、これを成形型の材料として使用し、ガラス製素材の下面側空間に酸素ガスを導入した状態で、高温で加熱すると、カーボンが燃える虞れがあるが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気とすることで、それを防止することができる。尚、不活性ガスは、熱交換器で加熱してから下面側空間に導入すると、炉内空間の温度低下を抑えることができるため好ましい。

第７に、本発明のガラス物品の製造方法は、下面側空間に拡散フィルタを配設し、導入される気体の流れを、該拡散フィルタによって拡散することに特徴付けられる。

この方法によれば、下面側空間に導入された気体の流れが拡散してガラス製素材に到達することになるため、ガラス製素材の温度分布に変化を来すことがない。つまりガラス製素材の一部に気流が集中すると、ガラス製素材の温度が不均一になり、成形性が低下することになるため好ましくない。拡散フィルタとしては、耐熱性を有し、気流を拡散する通気孔が形成された部材であれば、いずれも使用可能であり、例えば多孔質の焼結板やセラミック製ネット等が適している。

第８に、本発明のガラス物品の製造方法は、上面側空間及び下面側空間を不活性ガス雰囲気にした状態で、ガラス製素材を成形に適した温度まで加熱することに特徴付けられる。

この方法によれば、成形型の材料としてカーボンを使用し、下面側空間の気圧を上昇させることにより、ガラス製素材を上方に押圧する方法を採った場合でも、高温加熱によってカーボンが酸化されて燃えるのを防止することができる。上面側空間及び下面側空間を不活性ガス雰囲気にする方法としては、各種の方法が利用でき、例えば上面側空間と下面側空間の各々にガス供給路を設け、ガス供給路を通じて不活性ガスを供給する方法を採用すれば良い。また、この不活性ガスについても熱交換器で加熱してから上面側空間と下面側空間に供給すると、炉内空間の温度低下を抑えることができるため好ましい。この不活性ガスは、上面側空間と下面側空間共に同じ種類のガスであっても良いし、異なる種類のガスであっても良い。この不活性ガスは、後工程で導入する不活性ガスと同じ種類であることが好ましい。ただし、この不活性ガスを供給することによって、上面側空間と下面側空間の気圧が大きく変動し、ガラス製素材に不均一な変形が生じないように配慮する必要がある。

第９に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス製素材を、１０⁴〜１０¹²ｄＰａ・ｓの粘度にしてから成形することに特徴付けられる。

この方法によれば、ガラス製素材の不適切な形状変化を抑え、上からの吸引及び／又は下からの加圧によって全体を所望の形状に軟化変形させることが可能となる。より好ましい粘度は、１０⁶〜１０¹⁰ｄＰａ・ｓ、さらには１０^7.5〜１０⁹ｄＰａ・ｓである。

またガラスの軟化点は、その材質によって決まるが、軟化点の高いガラスを使用すると、高温で加熱する必要が生じ、成形時間が長くなったり、周辺部材が劣化しやすくなるため、軟化点が７５０℃以下、好ましくは７００℃以下、より好ましくは６５０℃以下のガラス材質を選択すべきである。

第１０に、本発明のガラス物品の製造方法は、成形前におけるガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも６．２Ｐａ以上低くなるように制御することに特徴付けられる。

この方法によれば、ガラス製素材の上下の気圧差により、下から安定して支えられることになる。つまりガラス製素材の軟化状態が全体に亘って適切に均一化されるまでの間に、ガラスの自重による不当な窪み変形が生じることがない。また全体が軟化状態になった後は、上下の気圧差をより大きくすることによって、ガラス製素材を上方に軟化変形させ、成形凹部の内面形状に倣うように成形することが可能となる。ただし、上下の気圧差が大きくなりすぎると、ガラス製素材が不均一に変形しやすくなるため、５００Ｐａ以下となるように制御することが好ましい。

第１１に、本発明のガラス物品の製造方法は、成形時におけるガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも４９ｋＰａ以上低くなるように制御することに特徴付けられる。

この方法によれば、容易にガラス製素材を所期の形状に成形することが可能である。ただし、上下の気圧差が大きくなりすぎると、ガラス製素材が不均一に変形しやすくなるため、１９６ｋＰａ以下となるように制御することが好ましい。

第１２に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス製素材を成形凹部の内面形状に倣って成形した後、ガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも低くなるように制御した状態で、ガラスを冷却固化することに特徴付けられる。

この方法によれば、成形工程を完了した後のガラス物品の形状を保持したまま冷却固化させることができるため、高精度の形状を備えたガラス物品を容易に得ることができる。

第１３に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス製素材が、両面が研磨されたガラス板であることに特徴付けられる。

この方法によれば、成形後に表面研磨を行うことなく光学的に平滑な面を有するガラス物品を容易に得ることができる。

第１４に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス板が、円板状であることに特徴付けられる。

この方法によれば、ガラス製素材の軟化状態が全体に亘って適切に均一化されやすく、成形が容易となる。

第１５に、本発明のガラス物品の製造方法は、成形凹部の内面が、半球状であることに特徴付けられる。

この方法によれば、高精度の放物面を備えた光学部品用ガラスを容易に得ることができる。

第１６に、本発明のガラス物品の製造方法は、ガラス物品が、反射鏡用ガラスであることに特徴付けられる。

この方法によって得られる反射鏡用ガラスは、高精度の放物面を有するため、高輝度が要求される液晶プロジェクタ等の反射鏡用ガラスとして好適である。

本発明のガラス物品の製造方法によると、以下の効果が得られる。

（１）ガラス製素材が軟化変形する途中において、空気溜まりを残さずに成形型の成形凹部に沿った形状を有するガラス物品を成形することができる。

（２）ガラス物品の、成形型と接触しない面（非接触面）は、ガラス製素材の面性状をそのまま維持しているため、平滑面を有するガラス製素材を使用することによって、表面研磨を行うことなく光学的に平滑な面を得ることができる。

（３）成形時の気圧調整が容易であり、ガラスの変形に不均等が生じ難く、表面に光学的なゆがみが発生する可能性が小さい。

（４）ガラス物品の成形過程で、その非接触面は常に下方を向いているため、外部から飛来する異物が付着する可能性が極めて低く、光学的な機能を損なうことがない。

（５）ガラス製素材の下面側空間の気圧を上昇させることにより、ガラス製素材を上方に押圧する方法を採用すると、自由に圧力を選択することができるため、ガラスの肉厚や軟化度に応じて自在に成形条件を変更することができる。

以上のことから、本発明の方法は、高精度で清浄な面が要求される光学部品用ガラスを製造する方法として適しており、特に高精度の放物面を有する反射鏡用ガラスの製造方法として好適である。

以下、本発明の実施形態について図１を参照しつつ説明する。

図１に示す成形装置１０は、加熱炉１１の内部空間１１ａに、下面に一つの半球状をなす成形凹部１２ａが形成され、且つ該成形凹部１２ａの中心部から上面に通じる１本の通気孔１２ｂが形成された成形型１２を備えてなる。この成形型１２の上部には、全部が加熱炉１１の内部空間１１ａに位置するチャンバ１３が固定され、このチャンバ１３の側壁部１３ａと上壁部１３ｂとの全域が、加熱炉１１の内部空間１１ａにおける高温雰囲気（熱気）に曝されるようになっている。そして、このチャンバ１３の内部空間１３ｃは、成形型１２の通気孔１２ｂを介して成形凹部１２ａの内側に通じている。

またチャンバ１３の上壁部１３ｂには、加熱炉１１の外側に配設された排気装置１４に通じる排気管（連通管）１３ｄが接続され、排気装置１４の作動によりチャンバ１３の内部空間１３ｃに負圧が発生するようになっている。この排気装置１４としては、どのような機構のものを用いても良いが、特に吸引作用、即ち真空操作のオン・オフの応答性に優れたベンチュリー機構を有するものが適している。

また排気管１３ｄの加熱炉１１の外部には、排気管１３ｄの連通路を開通及び閉鎖する開閉バルブ１３ｅが取り付けられている。そして、この実施形態では、加熱炉１１の側壁部１１ｂ全周の内面側に加熱源１１ｃが設置されている。この加熱源１１ｃの加熱方式は、電熱線によるものであっても良く、焼成ガスによるものであっても良い。

尚、成形型１２の下方には、該成形型１２の下面に当接されたガラス製素材としてのガラス板Ｇの周縁部を押さえて保持する円筒状の保持台１５が配設され、保持台１５は、載置台１６上に配設されている。また、この成形装置１０は、加熱炉１１の側壁部１１ｂ全周の内面側のみならず、加熱炉１１の底壁部１１ｃの内面側にも加熱源を設置しても良く、或いはチャンバ１３の外面に補助加熱手段としての補助加熱源を設置しても良い。

また上記の成形型１２、保持台１５及び載置台１６は、いずれもカーボンから作製され、チャンバ１３は、ステンレスから作製されている。

次に、このような機構を備えた成形装置１０を用いてガラス物品を製造する方法を説明する。

まず成形型１２の下面にガラス板Ｇが当接し、成形凹部１２ａとガラス板Ｇの上面とで囲まれる上面側空間（成形空間）１２ｃと、チャンバ１３の内部空間１３ｃとは、通気孔１２ｂを介して通じた状態にあると共に、排気管１３ｄは開閉バルブ１３ｅにより開放された状態にある。そしてガラス板Ｇの下面側空間１２ｄは、加熱炉１１の内部空間１１ａに位置しているので、加熱炉１１の内部空間１１ａの熱気によって加熱されると共に、この下面側空間１２ｄは密閉されているため、加熱された熱気が下面側空間１２ｄから外部に逃げることはない。一方、成形凹部１２ａとガラス板Ｇの上面とで囲まれる上面側空間１２ｃと、チャンバ１３の内部空間１３ｃも、加熱炉１１の内部空間１１ａに位置しているので、加熱炉１１の内部空間１１ａの熱気によって加熱されるが、通気孔１２ｂと排気管（連通管）１３ｄによって炉外に通じているため、それほど気圧が上昇することはない。これによりチャンバ１３の内部空間１３ｃに通じているガラス板Ｇの上面側の上面側空間１２ｃの気圧に比べて、ガラス板Ｇの下面側空間１２ｄの気圧の方が高くなり、その気圧差によりガラス板Ｇは下から支えられることになる。

その結果、加熱炉１１の内部空間１１ａで、成形凹部１２ａの開口部を覆うように成形型１２に当接されたガラス板Ｇが加熱される過程、つまり負圧による吸引が開始されるまでの過程においては、ガラス板Ｇの軟化状態が全域に亘って適切に均一化されるまでの間に、ガラスの自重による不当な窪み変形を生じ難くすることが可能となる。その後、排気装置１４を作動させ、チャンバ１３の内部空間１３ｃから通気孔１２ｂを通じて上面側空間１２ｃの空気を排気し、負圧を作用させ始める。

このように排気作業を開始すると、加熱によって軟化したガラス板Ｇは、上方から負圧吸引する成形過程において、成形型１２の成形凹部１２ａの下方（側縁付近）から上方（中央付近）に向けて順次密着するようにして軟化変形する。つまりガラス板Ｇの端部領域から中央領域にかけて順次成形凹部１２ａの内面に密着するようにして軟化変形する。そのためガラス板Ｇが軟化変形する途中において、空気溜まりを残さずに成形凹部１２ａと密着し、成形工程を完了することができる。

また成形凹部１２ａへのガラス板Ｇの密着が完了した時点では、ガラス板Ｇは未だ軟化状態にあるため、この密着完了後に加熱を止めて冷却工程を行う際にも、上記と同様に成形空間の排気を継続して行い、ガラス板Ｇが冷却固化するまでその動作を続ける。

次に、本発明の他の実施形態について図２を参照しつつ説明する。

図２に示す成形装置２０は、加熱炉２１の内部空間２１ａに、下面に一つの半球状をなす成形凹部２２ａが形成され、且つ該成形凹部２２ａの中心部から上面に通じる１本の通気孔２２ｂが形成された成形型２２を備えてなる。この成形型２２の下方には、該成形型２２の下面に当接されたガラス製素材としてのガラス板Ｇの周縁部を押さえて保持する円筒状の保持台２３が配設され、さらに保持台２３は、載置台２４上に配設されている。また保持台２３の側壁部２３ａの全域は、加熱炉２１の内部空間２１ａにおける高温雰囲気（熱気）に曝されるようになっている。そして、この保持台２３の内部空間の下部は、気体導入管２５が接続されている。この気体導入管２５の先端部には、熱交換器２６が設けられ、気体導入管２５から窒素等の不活性ガスを導入すると、熱交換器２６によって加熱される。また加熱された不活性ガスは、多孔質の焼結板からなる拡散フィルタ２７を通過することによって、均等に分散された状態で、下面側空間２３ｂに導入される。そして、この実施形態では、加熱炉２１の側壁部２１ｂ全周の内面側に加熱源２１ｃが設置されている。この加熱源２１ｃの加熱方式は、電熱線によるものであっても良く、焼成ガスによるものであっても良い。尚、上記の成形型２２、保持台２３及び載置台２４は、いずれもカーボンから作製されている。

次に、このような機構を備えた成形装置２０を用いてガラス物品を製造する方法を説明する。

まず成形型２２の下面にガラス板Ｇが当接し、成形凹部２２ａとガラス板Ｇの上面とで囲まれる上面側空間（成形空間）２２ｃは、通気孔２２ｂを介して加熱炉２１の内部空間２１ａに通じた状態にある。そして加熱炉２１、上面側空間２２ｃ及び下面側空間２３ｂに、ガス供給路（図示省略）を通じて窒素等のガスが供給され、不活性ガス雰囲気にされた後、ガラス板Ｇの下面側空間２３ｂには、気体導入管２５から熱交換器２６を介して窒素等の不活性ガスが導入される。この時、熱交換器２６の上方に拡散フィルタ２７を設けているため、導入された不活性ガスの気流が拡散フィルタ２７で拡散し、ガラス板Ｇ全体に気流を均等に当てることができる。またガラス板Ｇの上面側空間２２ｃの空気は、通気孔２２ｂを介して加熱炉２１の内部空間２１ａに排気される。これによってガラス板Ｇの上面側空間２２ｃの気圧に比べて、ガラス板Ｇの下面側空間２３ｂの気圧の方が高くなり、その気圧差によりガラス板Ｇは下方から支えられることになる。その結果、加熱炉２１の内部空間２１ａで、成形凹部２２ａの開口部を覆うように成形型２２に当接されたガラス板Ｇが加熱される過程においては、ガラスＧの軟化状態が全体に亘って適切に均一化されるまでの間に、ガラスの自重による不当な窪み変形を生じ難くすることが可能となる。さらに加熱によって軟化したガラス板Ｇは、下方から加圧する成形過程において、成形型２２の成形凹部２２ａの下方（側縁付近）から上方（中央付近）に向けて順次密着するようにして軟化変形する。つまりガラス板Ｇの端部領域から中央領域にかけて順次成形凹部２２ａの内面に密着するようにして軟化変形する。そのためガラス板Ｇが軟化変形する途中において、空気溜まりを残さずに成形凹部２２ａと密着し、成形工程を完了することができる。尚、ガラス板Ｇの下面側空間２３ｂの気圧は、ガラス板Ｇが軟化状態になる過程では、低めに設定し、軟化したガラス板Ｇを成形する過程では、より高めに設定すれば良い。

また成形凹部２２ａへのガラス板Ｇの密着が完了した時点では、ガラス板Ｇは未だ軟化状態にあるため、この密着完了後に加熱を止めて冷却工程を行う際にも、上記と同様に下面側空間の加圧を継続して行い、ガラス板Ｇが冷却固化するまでその動作を続ける。

尚、上記の実施形態は、ガラス製素材の上面側空間を負圧とする形態と、下面側空間を加圧とする形態を示したが、これら両方の方法を組み合わせれば、より短時間に高精度のガラス物品が得られるため好ましい。

（実施例１）
ソーダ石灰ガラスからなり、表裏両面が鏡面研磨された円板状のガラス板Ｇ（直径４６ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ）を用いて、図３に示すガラス物品３０を、図１に示す成形態様で作製した。

詳述すると、加熱炉１１の内部空間１１ａを、室温からガラス板Ｇの軟化温度（約５００℃）まで加熱すると、軟化したガラス板Ｇは、粘度が１０⁴〜１０¹²ｄＰａ・ｓとなり、その自重により下方に垂れ下がろうとする。しかしながら、ガラス板Ｇを加熱すると、その下面側空間の温度も上昇し、その気圧が上昇するため、ガラス板Ｇの上下空間の気圧差（例えば１４Ｐａ）によりガラス板Ｇは下方から支持されることになり、ガラス板Ｇは垂れ下がることなく全体が軟化状態に達する。

こうして全体が軟化状態に達したガラス板Ｇを５００℃で１分間保持したまま、ガラス板Ｇと成形型１２に囲まれた成形空間１２ｃを、８８ｋＰａの負圧となるように排気すると、ガラス板Ｇは、その端部領域から中央領域にかけて順次成形凹部１２ａに密着するように軟化変形し、最終的に成形凹部１２ａと完全に密着した。こうして成形工程が終了した後も、引き続き排気を続けたまま、ガラスを冷却固化し、２５０℃に達したところで、排気を停止し、ガラスを常温まで冷却した。

こうして図３に示すような、成形凹部１２ａの形状に正確に倣った形状の湾曲凹部３０ａと鍔部３０ｂを有するガラス物品３０が得られた。このガラス物品３０の湾曲凹部３０ａの内面は、変形開始前におけるガラス板Ｇの表面の面性状をそのまま維持したものになると共に、既に述べたように目標肉厚または平均肉厚に対する肉厚のバラツキが極めて小さい。

次に、このガラス物品３０の鍔部３０ｂを研磨加工によって取り除き、図４に示すような半球状のガラス物品４０を作製した。このガラス物品４０は、直径（最大径）が４０ｍｍ、全高１０．５ｍｍ、肉厚０．５ｍｍの寸法を有し、高精度の反射面が要求される液晶プロジェクタ等の光源に使用する反射鏡用ガラスとして好適であった。
（実施例２）
ソーダ石灰ガラスからなり、表裏両面が鏡面研磨された円板状のガラス板Ｇ（直径２０６ｍｍ、肉厚３．０ｍｍ）を用いて、ガラス物品を、図２に示す成形態様で作製した。

詳述すると、ガラス板Ｇを成形型２２の下面に圧接するように保持固定した後、加熱炉２１の内部空間２１ａ、上面側空間２２ｃ及び下面側空間２３ｂを不活性ガス雰囲気とする。その後、加熱炉２１の内部空間２１ａを、室温からガラス板Ｇの軟化温度（約５００℃）まで加熱すると、軟化したガラス板Ｇは粘度が１０⁴〜１０¹²ｄＰａ・ｓとなり、その自重により下方に垂れ下がろうとする。しかしながら、ガラス板Ｇの下面側空間２３ｂに窒素等の不活性ガスを導入すると、下面側空間２３ｂの気圧が上昇するため、ガラス板Ｇの上下空間の気圧差（例えば８５Ｐａ）によりガラス板Ｇは下方から支持されることになり、ガラス板Ｇは垂れ下がることなく全体が軟化状態に達する。

さらに全体が軟化状態に達したガラス板Ｇを５００℃で３０秒間保持したまま、ガラス板Ｇの下面側空間２３ｂを、１４７ｋＰａに加圧すると、ガラス板Ｇは、その端部領域から中央領域にかけて順次成形凹部２２ａに密着するように軟化変形し、最終的に成形凹部２２ａと完全に密着した。こうして成形工程が終了した後も、引き続き加圧作業を続けたまま、ガラスを冷却固化し、２５０℃に達したところで、加圧作業を停止し、ガラスを常温まで冷却した。

こうして図３のガラス物品と同様、湾曲凹部と鍔部とを有するガラス物品が得られた。このガラス物品の湾曲凹部の内面は、変形前のガラス板Ｇの滑らかな鏡面状態を維持していた。次に、このガラス物品の鍔部を研磨加工によって取り除き、図４のガラス物品と同様の半球状のガラス物品が得られた。このガラス物品は、直径（最大径）が２００ｍｍ、全高１００ｍｍ、肉厚３．０ｍｍの寸法を有し、高精度の反射面が要求される照明器具等に使用する反射鏡用ガラスとして好適であった。

尚、上記実施例では、単数の湾曲凹部を有するガラス物品を製造する例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の成形凹部を有する成形型を使用することによって、１枚のガラス板から複数の凹部を有するガラス物品を製造することも可能である。

本発明の方法を実施するために使用する成形装置を示す縦断面図である。 本発明の方法を実施するために使用する成形装置を示す縦断面図である。 本発明の方法によって製造されたガラス物品を示す概略斜視図である。 鍔部を取り除いたガラス物品を示す概略斜視図である。

符号の説明

１０、２０ 成形装置
１１、２１ 加熱炉
１１ａ、２１ａ 加熱炉の内部空間
１１ｂ、２１ｂ 加熱炉の側壁部
１１ｃ、２１ｃ 加熱源
１２、２２ 成形型
１２ａ、２２ａ 成形凹部
１２ｂ、２２ｂ 成形型の通気孔
１２ｃ、２２ｃ 上面側空間（成形空間）
１２ｄ、２３ｂ 下面側空間
１３ チャンバ
１３ａ チャンバの側壁部
１３ｂ チャンバの上壁部
１３ｃ チャンバの内部空間
１３ｄ 排気管
１３ｅ 開閉バルブ
１４ 排気装置
１５、２３ 保持台
１６、２４ 載置台
２５ 気体導入管
２６ 熱交換器
２７ 拡散フィルタ
３０、４０ ガラス物品
３０ａ ガラス物品の凹部
３０ｂ ガラス物品の鍔部
Ｇ ガラス板

Claims (16)

1. 下面に単数または複数の成形凹部が形成された成形型を準備する工程、該成形型の下面に圧接するようにガラス製素材を保持固定する工程、該ガラス製素材を成形に適した温度まで加熱する工程、該ガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも低くなるように制御することにより、該ガラス製素材を上方に軟化変形させ、該成形凹部の内面形状に倣うように成形する工程、とを含むことを特徴とするガラス物品の製造方法。
2. ガラス製素材の上面側空間の気圧を低減させることにより、該ガラス製素材を上方に吸引することを特徴とする請求項１記載のガラス物品の製造方法。
3. 成形型の成形凹部の中心部に通気孔を形成し、ガラス製素材の上面側空間の気体を、該通気孔を通じて排気することにより、該ガラス製素材を上方に吸引することを特徴とする請求項１又は２記載のガラス物品の製造方法。
4. ガラス製素材の下面側空間を密閉し、該下面側空間の気圧を上昇させることにより、該ガラス製素材を上方に押圧することを特徴とする請求項１記載のガラス物品の製造方法。
5. 下面側空間に、気体を導入することにより、その気圧を上昇させることを特徴とする請求項４記載のガラス物品の製造方法。
6. 導入する気体が、不活性ガスであることを特徴とする請求項５記載のガラス物品の製造方法。
7. 下面側空間に拡散フィルタを配設し、導入される気体の流れを、該拡散フィルタによって拡散することを特徴とする請求項５又は６記載のガラス物品の製造方法。
8. 上面側空間及び下面側空間を、不活性ガス雰囲気にした状態で、ガラス製素材を成形に適した温度まで加熱することを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
9. ガラス製素材を、１０⁴〜１０¹²ｄＰａ・ｓの粘度にしてから成形することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
10. 成形前におけるガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも６．２Ｐａ以上低くなるように制御することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
11. 成形時におけるガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも４９ｋＰａ以上低くなるように制御することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
12. ガラス製素材を成形凹部の内面形状に倣って成形した後、ガラス製素材の上面側空間の気圧が、下面側空間の気圧よりも低くなるように制御した状態で、ガラスを冷却固化することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
13. ガラス製素材が、両面が研磨されたガラス板であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
14. ガラス板が、円板状であることを特徴とする請求項１３記載のガラス物品の製造方法。
15. 成形凹部の内面が、半球状であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。
16. ガラス物品が、反射鏡用ガラスであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載のガラス物品の製造方法。

Images