JP2011526874A - 成形ガラス物品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

成形ガラス物品を製造する方法において、成形ガラス物品の所望の表面形状を有する成形面を有する型の上に、板ガラスが配置される。型の上で、板ガラスは放射によって選択的に加熱される。板ガラスを型の成形面上にサギングさせ、サギングした板ガラスの少なくとも一部が成形ガラス物品の所望の表面形状をとるようにする。

Description

関連出願の相互参照

本願は、２００８年７月２日に出願された米国仮特許出願第６１／０７７５９７号による利益を主張するものである。

本発明は、一般的に、成形ガラス物品を製造する方法に関する。本願明細書で用いられる「成形ガラス物品」という用語は、非平面状の開放表面によって境界されたガラス物品を意味する。「開放」とは、ガラス物品の境界表面が、閉じた容積を画成しないことを意味する。

成形（モールディング）は、成形された物体を作るために用いられる一般的な技術である。成形ガラス物品はプレス成形等の技術を用いて製造されている。一例では、プレス成形は、溶融ガラスから粘性のある塊を剪断し、この粘性のあるガラスの塊を、所望の形状になるよう型の中でプレスすることを含む。溶融ガラスは、型の中にある間、外気に晒される。複雑な曲率を有する薄壁のガラス物品を作るために、溶融ガラスを薄く広げなければならない場合には、溶融ガラスが最終的な所望の形状に達する前に、ガラスが冷えるか、または冷たい表皮を形成することがある。上述のようなプレス成形プロセスで形成されたガラス物品は、剪断の痕跡、歪み、低い表面品質に起因する光学的歪み、および全体的な低い寸法精度の１以上を示すこともある。

第１の態様において、成形ガラス物品を製造する方法は、成形ガラス物品の所望の表面形状を有する成形面を有する型の上に、板ガラスを配置することを含む。板ガラスが型の近傍にある間に、板ガラスを放射によって選択的且つ急速に加熱し、この際、加熱中に型が板ガラスより実質的に冷たいままであるように加熱を行う。板ガラスを型の成形面上にサギングさせ（垂れ下がらせ）、板ガラスの少なくとも一部が成形面の形状をとるようにする。サギングおよび成形後に、サギングし成形された板ガラスを型から取り出す。

第１の態様の方法において、板ガラスは該板ガラスの軟化点より低い温度に加熱され得る。或いは、板ガラスは該板ガラスの軟化点とアニール点との間の温度に加熱され得る。

第１の態様の方法において、板ガラスを成形面上にサギングさせる間、板ガラスと成形面との間に真空が印加され得る。必要に応じて、板ガラスと成形面との間に真空を印加する前に、板ガラスを重力によって成形面に向かってサギングさせてもよい。必要に応じて、板ガラスが重力によって成形面に向かってサギングする前に、板ガラスと成形面との間に真空を印加してもよい。

第１の態様の方法において、サギングした板ガラスを型から取り出す前に、型の中でサギングした板ガラスを冷却してもよい。必要に応じて、サギングした板ガラスをアニールしてもよい。必要に応じて、選択されたサイズの成形ガラス物品を得るために、サギングした板ガラスを切断してもよい。必要に応じて、成形ガラス物品の切り口を仕上げ加工してもよい。必要に応じて、成形ガラス物品をイオン交換によって化学的に強化してもよい。必要に応じて、成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施してもよい。

第１の態様の方法において、板ガラスを型の上に配置する前に、板ガラスを、選択されたサイズの成形ガラス物品を形成するのに必要な純量形状に切断してもよい。

第１の態様の方法において、板ガラスを複数の型の上に配置し、板ガラスが複数の型の近傍にある間に板ガラスを放射によって選択的且つ急速に加熱し、板ガラスを複数の型の複数の成形面上にサギングさせてもよい。必要に応じて、複数の成形ガラス物品を得るために、サギングした板ガラスを小さく切断してもよい。必要に応じて、成形ガラス物品をイオン交換によって化学的に強化してもよい。必要に応じて、成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施してもよい。

第２の態様において、成形ガラス物品を製造する方法は、自由サギング型の上に板ガラスを配置することを含む。自由サギング型の近傍において板ガラスを加熱する。成形物品の所望の表面形状を有する成形面を有するプランジャで板ガラスをプレスし、プレスされた板ガラスの少なくとも一部が所望の表面形状をとるようにする。

第２の態様の方法において、板ガラスを自由サギング型の上に配置する前に、板ガラスを、選択されたサイズの成形ガラス物品を形成するのに必要な純量形状に切断してもよい。

第２の態様の方法において、プレスされた板ガラスをアニールしてもよい。

第２の態様の方法において、選択されたサイズの成形ガラス物品を得るために、プレスされた板ガラスを切断してもよい。必要に応じて、成形ガラス物品の切り口を仕上げ加工してもよい。

第３の態様において、成形ガラス物品を製造する方法は、自由サギング型の上に板ガラスを配置し、自由サギング型の近傍にある板ガラスを加熱することを含む。本方法は、三次元の曲率を形成するために、板ガラスを重力によって自然にサギングさせることを更に含む。本方法は、成形ガラス物品を形成するために、三次元の曲率を有する板ガラスの表面を仕上げ加工することを更に含む。

本発明の他の態様およびモードは、以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかとなる。

成形ガラス物品を製造する方法のフローチャート。 成形面を有するサギング型の斜視図。 図２Ａに示されているサギング型の線２Ｂ−２Ｂに沿った断面図。 図２Ｂに示されているサギング型の変形例。 図２Ｂに示されているサギング型の別の変形例。 成形面を有するサギング型の上に配置された板ガラスを示す図。 成形面を有するサギング型の上に板ガラスを引き込むためのインライン構成を示す図。 加熱された空間または炉の中のサギング型の上の板ガラスを示す図。 サギング型の成形面上にサギングした板ガラスを示す図。 複数の成形ガラス物品を製造する方法において、複数の型の上に配置された板ガラスを示す図。 図１に示されている成形ガラス物品を製造する方法の変形例のフローチャート。 成形面を有する別のサギング型の斜視図。 図１に示されている成形ガラス物品を製造する方法の別の変形例のフローチャート。 成形面を有するプランジャを用いた、板ガラスのプレス成形を示す図。 図１に示されている成形ガラス物品を製造する方法の更に別の変形例のフローチャート。 中赤外線ヒーターを用いた、型の上の板ガラスの選択的加熱を示す図。 中赤外線ヒーターの黒体曲線およびガラスの透過率曲線を示す図。 中赤外線ヒーターによって型の近傍にあるガラスを加熱している間の、型の温度およびガラスの温度のプロット。 凹面の成形面を有する型を用いた、成形物品を形成する方法を示す図。 自由サギング型を用いた、成形物品を形成する方法を示す図。

添付の図面は本発明の典型的な実施形態を示すものであり、発明の範囲を限定するものとは見なされず、本発明は他の等しく効果的な実施形態を受け入れるものである。図面は必ずしも縮尺通りではなく、明瞭さおよび簡潔さのために、図面中の特定の特徴および特定の図は、誇張された縮尺でまたは模式的に示され得る。

以下、添付の図面に示す幾つかの好ましい実施形態を参照し、本発明を詳細に説明する。好ましい実施形態の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、多くの具体的な詳細を述べる。しかし、当業者には、これらの具体的な詳細の一部または全てを用いずとも本発明が実施され得ることは自明である。他の例では、本発明を不必要に不明瞭にしないために、周知の特徴および／または処理工程については詳細に説明しない。更に、共通または類似の要素は、類似または同一の参照番号を用いて識別する。

図１は、成形ガラス物品を製造する方法を示すフローチャートである。技術分野の項で述べたように、「成形ガラス物品」という用語は、ガラス物品が非平面状の開放表面を有することを意味する。境界表面は、境界表面形状によっても特徴付けられる。ガラス物品の境界表面形状は、単一曲率、即ち、独立した一方向に沿った曲率、または複合曲率、即ち、独立した複数の方向に沿った曲率を示し得る。図１およびそれに続く図面に記載されている方法は、単一曲率または複合曲率によって特徴付けられる境界表面形状を有する成形ガラス物品を形成するために用いられ得る。そのような成形ガラス物品は、スマートマウス等といった家庭用電子機器に用途を見出し得る。図１およびそれに続く図面に記載されている方法は、薄い壁を有する成形ガラス物品を形成するために用いられ得る。そのような薄い壁は、単一曲率または複合曲率を有し得る。幾つかの例では、図１およびそれに続く図面に記載されている方法によって形成された或いは形成可能な薄壁の成形ガラス物品の壁の厚さは、約１〜３ｍｍの範囲であり得る。幾つかの例では、図１およびそれに続く図面に記載されている方法によって形成された或いは形成可能な成形ガラス物品は、光学品質の表面を有し、仕上げ加工として縁部が研磨されたものであり得る。

図１によれば、境界表面形状を有する成形ガラス物品を製造する方法は、成形面を有するサギング型を設けること（１００）を含む。図２Ａに、そのような型の一例を示す。図２Ａにおいて、サギング型２００は、上面２０６および成形面２０８を有する型本体２０２を有する。成形面２０８の上縁部２０９は上面２０６と隣接している。成形面２０８は、上面２０６の下から型本体２０２の中へと延在している。成形面２０８の側縁部２１１（図面中では１つのみ見えている）は、型本体２０２の互いに対向する内面２１３（図面中では１つのみ見えている）によって型本体２０２内に囲み込まれている。成形面２０８および内面２１３は、上面２０６が開放したキャビティ２０４を画成する。成形面２０８は、製造される成形ガラス物品の境界表面形状と一致する成形面形状を有する。なお、成形面２０８の成形面形状は、製造される成形ガラス物品の境界表面形状に応じて、図２Ａに示されているものとは異なるものとなる。

型本体２０２は、型本体２０２の底面（図２Ｂの２１５）から成形面２０８まで延びる１以上のスロット２１０を有する。スロット２１０は、型２００の外部と成形面２０８とを連通させるよう構成されている。一例では、スロット２１０は真空スロットとして機能する。即ち、スロット２１０を真空ポンプまたは他の装置（図示せず）に接続し、成形面２０８を介してキャビティ２０４を真空状態にすることができる。型２００の１つの可能な変形例として、型本体２０２に、まっすぐなスロット（図２Ｂの２１０）ではなく、図２Ｃに示されるように傾いたスロット２１０ａを設けたものが挙げられる。型２００の別の可能な変形例としては、図２Ｄに示されるように、成形面２０８の所定の位置に、ピン、リッジ部、その他の突起部等といった位置合わせ部２１６を設けたものが挙げられる。そのような位置合わせ部２１６は、板ガラスを型２００の上により正確に配置するための補助となり得る。図２Ａ〜図２Ｄのいずれかに示されている型２００は耐熱材料でできていてもよく、製造中のガラス物品の材料と相互作用しないものであるのが好ましい。一例として、型２００は高温用鋼または鋳鉄でできていてもよい。型２００の寿命を長くするために、成形面２０８を、製造中のガラス物品の材料と相互作用しない高温材料（例えば、アーモロイ社（Armoloy）から入手可能なダイヤモンドクロミウムコーティング）でコーティングしてもよい。

図１に戻ると、成形ガラス物品を製造する方法は、板ガラスを設けること（１０２）を含む。板ガラスは、成形ガラス物品が用いられる用途に適した任意のガラス組成でできていてよい。好ましい実施形態では、板ガラスは、イオン交換によって化学的に強化可能なガラス組成できている。一般的に、ガラス構造中に、Ｋ^＋等といったより大きいアルカリ土類イオンと交換可能な、Ｌｉ^＋およびＮａ^＋等といった小さいアルカリイオンが存在することにより、ガラス組成がイオン交換による化学的強化に適したものとなる。基本のガラス組成は変更可能であってよい。例えば、米国ニューヨーク州コーニングに所在するコーニング社（Corning Incorporated）が譲受人である米国特許出願第１１／８８８２１３号には、イオン交換によって強化可能でありダウンドロー法によって板状にできるアルカリ−アルミノケイ酸塩ガラスが開示されている。これらのガラスは、約１６５０℃未満の溶融温度と、少なくとも１３０ｋポアズ、一実施形態では２５０ｋポアズより大きい液相粘度とを有する。これらのガラスは、比較的低い温度で少なくとも３０μｍの深さまでイオン交換可能である。組成的には、このガラスは：６４モル％≦ＳｉＯ_２≦６８モル％；１２モル％≦Ｎａ_２Ｏ≦１６モル％；８モル％≦Ａｌ_２Ｏ_３≦１２モル％；０モル％≦Ｂ_２Ｏ_３≦３モル％；２モル％≦Ｋ_２Ｏ≦５モル％；４モル％≦ＭｇＯ≦６モル％；および０モル％≦ＣａＯ≦５モル％を含み、ここで、６６モル％≦ＳｉＯ_２＋Ｂ_２Ｏ_３＋ＣａＯ≦６９モル％；Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ＋Ｂ_２Ｏ_３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％；５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％；（Ｎａ_２Ｏ＋Ｂ_２Ｏ_３）−Ａｌ_２Ｏ_３≦２モル％；２モル％≦Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３≦６モル％；および４モル％≦（Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ）−Ａｌ_２Ｏ_３≦１０モル％である。本発明を実施する際に使用可能な例示的なガラスは、Ｇｏｒｉｌｌａ（商標）ガラス（コーニング社から入手可能、製品コード２３１７）である。

成形ガラス物品を形成する方法は、型の上に板ガラスを配置すること（１０４）を含む。図３は、型２００のキャビティ２０４の上方にある板ガラス２１８の部分２２０のように、型２００の上に配置された、上述のような特徴を有し得る板ガラス２１８を示す。板ガラス２１８は、まず、型２００の上面２０６の上に平坦な構成で配置される。この板ガラス２１８と型２００との平坦な関係は、成形ガラス物品を製造する方法の以降の工程の間に変化する。板ガラス２１８は、フュージョン・ドロー法やフロート法等といった任意の適切なガラス形成プロセスで製造され得る。図４に示されるようなインラインプロセスでは、板ガラス２１８は、全体を２２２で示されるガラスメルトタンクやガラス形成装置（例えば、フュージョン・ドロー装置やフロートベッド）、またはガラス二次成形装置（例えば、仕上げ加工装置）から水平に、型２００の上へと引き出され得る。一般的に、板ガラス２１８は装置２２２から水平に、型２００の上へと引き出される。板ガラス２１８は、連続した板ガラスの一部または不連続な板ガラスであり得る。好ましい例では、板ガラス２１８はフュージョン・ドロー法によって形成され、少なくとも１つの火仕上げされた品質の表面を有する。一実施形態では、板ガラス２１８が型２００の上に配置される際、型２００は高温になっている。

図１に戻ると、成形ガラス物品を製造する方法は、板ガラスおよび型を加熱すること（１０６）を含む。そのような加熱は、板ガラスが型の近傍にある間に行われ得る。加熱は、板ガラスが型の上に配置される前または後に行われてよく、板ガラスが型の上にある時間の少なくとも一部の時間にわたって維持されてもよい。板ガラスは、板ガラスが型の上に配置されている時間の少なくとも一部の時間にわたって、板ガラスの軟化点より低い温度に加熱されるかまたは維持されるのが好ましい。板ガラスは、板ガラスが型の上に配置されている時間の少なくとも一部の時間にわたって、板ガラスの軟化点とアニール点との間の温度に加熱されるかまたは維持されるのが好ましい。板ガラスの軟化点およびアニール点は、板ガラスができているガラス組成によって決まる。板ガラスおよび型の温度は同じである必要は無い。図５を参照すると、板ガラス２１８は、例えば、板ガラス２１８および型２００を、１以上の加熱素子２２６を有する炉または加熱された区域２２４内に配置することによって、所望の高温に加熱または維持され得る。加熱素子２２６は、板ガラス２１８の表面に熱を向かわせるように、炉または加熱された区域２２４内に配置されるのが好ましい。例えば、加熱素子２２６は、板ガラス２１８の上方に配置されてもよい。加熱素子２２６は、所望の温度に迅速に達するよう、迅速な応答を有するのが好ましい。加熱素子２２６は、板ガラス２１８と相互作用し得る粒子を生じる可能性を最小限にするために、封入されているのが好ましい。好ましい例では、加熱素子２２６は抵抗素子である。より好ましい例では、加熱素子２２６は、迅速な応答を有すると共に抵抗素子が石英ガラスのエンベロープに封入されているヘレウス・ノーブルライト社（Hereaus Noblelight）のｍｉｄ−ＩＲヒーター等といった中赤外線ヒーターである。炉または加熱された区域２２４は、最終的なガラス物品の表面に欠陥を生じる可能性のある粒子を生じ得る対流を最小限にするよう設計されるのが好ましい。板ガラス２１８は、型２００が炉または加熱された区域２２４内に配置される前または後に、型２００の上に配置され得る。

図１に戻ると、成形ガラス物品を製造する方法は、型の成形面上に板ガラスをサギングさせる（垂れ下がらせる）こと（１０８）を含み、この際、成形面上にサギングした板ガラスの少なくとも一部が、成形面の成形面形状をとる。図６を参照すると、板ガラスを成形面２０８上にサギングさせることは、型本体２０２のスロット２１０を、型のキャビティ２０４、即ち成形面２０８と板ガラス２１８との間の空間に真空を印加可能な真空ポンプまたは他の装置２２８に接続することを含む。好ましい例では、板ガラス２１８の粘度が約１０^９ポアズの時に、型のキャビティ２０４に真空が印加される。型のキャビティ２０４に真空が印加される時の板ガラス２１８の温度は、その軟化点より低い温度、好ましくは軟化点とアニール点との間の温度である。装置２２８は、キャビティ２０４を介して板ガラス２１８に真空を印加し、板ガラス２１８が成形面２０８の形状をとるよう、板ガラス２１８をキャビティ２０４内へと引っ張って成形面２０８に接触させる。この真空によって板ガラス２１８を引っ張って成形面２０８に接触させるプロセスを、真空サギングと称することがある。一例では、真空サギングは、板ガラス２１８が重力によって型のキャビティ２０４内へと（即ち、成形面に向かって）サギングを開始する前に行われる。別の例では、真空サギングを行う前に、板ガラス２１８を重力によって成形面２０８に向かってまたは成形面２０８上へとサギングさせてもよい。一般的に、真空サギングでは、キャビティに真空が印加される前に、板ガラス２１８が型のキャビティ２０４の解放端を覆う十分な大きさを有することが必要である。一般的に、真空サギングの前に板ガラス２１８を重力によってサギングさせると、板ガラスと成形面との接触が増し、このことが板ガラスの表面品質に影響することがある。

図１に戻ると、成形ガラス物品を製造する方法は、サギングした板ガラスを冷却すること（１１０）を更に含み得る。これは、板ガラスがサギングした型を、上述の炉または加熱された区域から取り出し、型の中にあるサギングした板ガラスを冷却することを含み得る。サギングした板ガラスは、その温度が板ガラスのアニール点より低くなるまで、型の中で冷却されるのが好ましい。サギングした板ガラスは、その温度が板ガラスの歪み点より低くなるまで、型の中で冷却されるのがより好ましい。冷却は、型を周囲空気に晒すことによって行われてもよく、または、型及び板ガラスの周囲に冷却用の空気またはガスを循環させることを含んでもよい。成形ガラス物品を製造する方法は、サギングした板ガラスを型から取り出すこと（１１２）を更に含み得る。サギングした板ガラスは、例えば、サギングした板ガラスをアニール炉の中に配置することにより、アニールされ得る（１１４）。サギングした板ガラスは、所望の寸法を有する所望の成形ガラス物品を得るために切断され得る（１１６）。例えば、サギングした板ガラスの周辺部分を、サギングした板ガラスからトリミングしてもよい。特に、サギングした板ガラスが複雑な形状を有する場合には、適切な多軸ＣＮＣ（コンピューター数値制御）ツールを用いて、サギングした板ガラスを適切なサイズに切断してもよい。適切なサイズに切断後、本方法は、成形ガラス物品の縁部を仕上げ加工すること（１１８）を含み得る。成形ガラス物品を仕上げ加工するために、火仕上げ等の技術が用いられ得る。

本方法は、成形ガラス物品をイオン交換によって化学的に強化すること（１２０）を更に含み得る。イオン交換プロセスは、一般的に、ガラスの転移温度を超えない高い温度範囲で生じる。ガラスを、ガラスに含まれるアルカリイオンより大きいイオン半径を有するアルカリの融解塩に浸漬すると、ガラス中のより小さいアルカリイオンが、より大きいアルカリイオンと交換される。そして、ガラスは冷却される。ガラス中のイオン交換の深さは、ガラスの組成によって制御される。一般的に、イオン交換が深いほど表面圧縮が高くなり、ガラスがより強くなる。本方法は、成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施すこと（１２２）を更に含み得る。

上述の方法は１以上のやり方で変形され得る。１つの変形例では、上述の方法は、一度に複数の成形ガラス物品を製造するよう適応される。この適応形態は、図１の工程１００において、複数の型を設けることを含む。複数の型は任意の所望のパターンで配置されるが、一般的に互いに近接している。この適応形態は、更に、図１の工程１０２において、複数の型の上に配置されるのに十分な大きさを有する板ガラスを設けることを含む。図７は、図１の工程１０４、即ち、板ガラス２１８が複数の型２００の上に配置された状態を示す。この変形例では、複数の型２００の複数の成形面２０８は、同じ形状を有するガラス物品を製造するための同じ成形面形状を有していてもよく、または、それぞれ異なる形状を有するガラス物品を製造するための異なる成形面形状を有していてもよい。先に述べたように、インラインプロセスにおいて、板ガラス２１８はガラスメルトタンク、ガラス形成装置、またはガラス二次成形装置から水平に引き出されて、複数の型の上に配置され得る。本方法の残りの部分は、図１に示されるように、または図１に示されている方法の変形例のいずれかに引き続き記載されるように継続する。サギングした板ガラスを型から取り出した後、サギングした板ガラスを小さく切断してトリミングし、個々の成形ガラス物品とすることができる。

図８は、成形ガラス物品を製造する方法の別の変形例のフローチャートを示す。先の例のように、図８に示されている方法は、成形面を有する型を設けること（８００）を含む。本方法は、製造される成形ガラス物品の平坦な状態の形状を決定すること（８０２）を更に含む。この工程は、成形ガラス物品を形成するために必要な板ガラスの正確な量を決定するために用いられる。本方法は、平坦な状態の形状（即ち純量形状）を有する板ガラスを設けて切断すること（８０４）を更に含む。純量形状の板ガラスの縁部は仕上げ加工される（８０５）。次に、板ガラスが型の上に配置される（８０６）。本方法は、板ガラスおよび型を加熱すること（８０８）を更に含む。板ガラスおよび型は、板ガラスの軟化点より低い高温、好ましくは板ガラスの軟化点とアニール点との間の温度に加熱され得る。幾つかの変形例では、工程８０８は工程８０６の前に行われてもよく、型および板ガラスは個別に加熱されても、または一緒に加熱されてもよい。本方法は、板ガラスを型の成形面上にサギングさせて、純量形状のサギングした板ガラスを形成すること（８１０）を含む。真空サギングを用いてもよい。サギング後、純量形状のサギングした板ガラスは、型の中で冷却される（８１２）。冷却は、型を周囲空気に晒すことによって行われてもよく、または、型及び板ガラスの周囲に冷却用の空気またはガスを循環させることを含んでもよい。冷却後、純量形状のサギングした板ガラスが型から取り出される（８１４）。次に、純量形状のサギングした板ガラスがアニールされる（８１６）。図１に記載されている方法とは異なり、サギングした板ガラスを適切なサイズに切断する必要は無い。この時点で、アニール後の純量形状のサギングした板ガラスは、成形ガラス物品と同じ形状である。本方法は、成形ガラス物品をイオン交換によって化学的に強化すること（８１８）を更に含み得る。本方法は、成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施すこと（８２０）を更に含み得る。なお、本方法の図８の変形例の説明において、図１〜図７を参照して既に十分に説明した工程については、ここでは詳細な説明は行わない。図８に記載されている変形例の長所の１つは、板ガラスのサギングの前に、板ガラスを純量形状に切断することで、サギング後の板ガラスの切断がなくなることである。サギング前の、板ガラスがまだ平坦な状態（即ち、２Ｄ）の方が、切断が容易である。サギング後は、板ガラスはより複雑な非平坦な形状（即ち、３Ｄ）を有する。

図８に記載されている例では、板ガラスは成形ガラス物品の形成に丁度必要なサイズに切断されているので、図２Ａ〜図２Ｄに示されているものとは異なる型を用いてもよい。図９にそのような別のサギング型２３０を示す。図２Ａ〜図２Ｄに示されている先の例のように、サギング型２３０は、上面２３４および成形面２３６を有する型本体２３２を有し、成形面２３６の上縁部２３８は上面２３４と隣接している。図２Ａ〜図２Ｄに示されている型に関して先に述べたように、成形面２３６は、製造される成形ガラス物品の境界表面形状と一致する成形面形状を有する。成形面２３６は上面２３４の下方に延在している。しかし、図２Ａ〜図２Ｄに示されている例とは異なり、成形面２３６の側縁部２４０は、型本体２３２の内面に囲み込まれてはいない。型本体２０２には、型本体２０２の運搬を容易にするための取っ手２４２が設けられてもよい。スロット２４４が、型の底面（図面では見えない）から成形面２３６まで延びている。図２Ａ〜図２Ｄの型に関して先に述べたように、スロット２４４は真空スロットとして機能し得る。成形面２３６には、純量形状の板ガラスを成形面２３６の上に位置決めするための補助となるよう位置合わせ部（図２Ｄの２１６と同様）を設けてもよい。型２３０を用いて、板ガラスを成形面２３６上にサギングさせる場合には、一般的に、板ガラスを重力によって成形面２３６上にサギングさせるか、または板ガラスを成形面２３６上に配置して、板ガラスを真空によって引っ張って成形面２３６に接触させる（即ち、真空サギング）ことが必要である。

図１０は、成形ガラス物品を製造する方法の別の変形例を示す。図１０に示されている方法は、自由サギング型を設けること（１０００）を含む。この型は、上述の成形面を有しないことから自由サギング型という。本方法は、製造される成形ガラス物品の平坦な状態の形状を決定すること（１００２）を含む。本方法は、平坦な状態の形状（即ち純量形状）を有する板ガラスを設けて切断すること（１００４）を更に含む。純量形状の板ガラスの縁部は仕上げ加工され得る（１００５）。型及び板ガラスが、炉または加熱された空間内で加熱される（１００６）。板ガラスは、板ガラスの軟化点より低い温度、好ましくは板ガラスの軟化点とアニール点との間の温度に加熱され得る。型及び板ガラスが熱いうちに、板ガラスおよび型は、炉または加熱された空間から取り出され、プレス機へと移送される（１００８）。型及び板ガラスが熱いうちに、板ガラスがプレスされる（１０１０）。図１１を参照すると、成形面２５２を有するプランジャ２５０が、自由サギング型２５４上に支持されている板ガラス２１８をプレスする。プランジャ２５０によるプレス後、板ガラス２１８は成形面２５２の成形面形状をとる。プランジャ２５０の動きは、板ガラスのプレス中に、板ガラス２１８がプレス台２５６の底部に接触しないよう制御される。先の例のように、プランジャ２５０の成形面２５２の成形面形状は、形成されるガラス物品の境界表面形状と一致する。図１０に戻ると、板ガラスのプレス後、プレスされた板ガラスはアニールされる（１０１２）。本方法は、アニールされた板ガラスを、例えばイオン交換によって化学的に強化すること（１０１４）を更に含み得る。本方法は、成形された板ガラスに汚れ防止コーティングを施すこと（１０１６）を更に含み得る。なお、本方法の図１０の変形例の説明において、図１〜図９を参照して既に十分に説明した工程については、ここでは詳細な説明は行わない。

図１２は、成形ガラス物品を製造する方法の別の変形例を示す。図１２に示されている方法は、自由サギング型を設けること（１２００）と、板ガラスを設けること（１２０２）とを含む。板ガラスが自由サギング型の上に配置される（１２０４）。次に、板ガラスおよび型が加熱される（１２０６）。これには、例えば、板ガラスおよび型を、炉または加熱された空間の中に配置することが含まれ得る。板ガラスは、板ガラスの軟化点より低い温度に加熱されるのが好ましい。板ガラスは、板ガラスの軟化点とアニール点との間の温度に加熱されるのがより好ましい。型及び板ガラスが熱いうちに、板ガラスおよび型はプレス機へと移送される（１２０８）。板ガラスは、上述のように、成形面を有するプランジャでプレスされる（１２１０）。板ガラスのプレス後、プレスされた板ガラスはアニールされる（１２１２）。所望の寸法またはサイズを有する成形ガラス物品を得るために、板ガラスは適切なサイズに切断される（１２１４）。成形ガラス物品の縁部は仕上げ加工され得る（１２１６）。本方法は、例えばイオン交換によって成形ガラス物品を化学的に強化すること（１２１８）を更に含み得る。本方法は、成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施すこと（１２２０）を更に含み得る。

上述した本方法およびその変形例は、板ガラスが型の近傍にある間に板ガラスを加熱することを含む。加熱中に、型が板ガラスより実質的に冷たいままであるように、板ガラスは、板ガラスが型の近傍にある間に放射によって選択的且つ急速に加熱されるのが好ましい。これにより、板ガラスを型の中へとサギングさせることによって形成されるガラス物品が優れた表面品質を有することが可能になり、型の寿命が長くなり、サイクル時間が速くなる。上記の説明において、加熱素子（図５の２２６）の好ましい例は中赤外線ヒーターであると述べた。中赤外線ヒーターを用いて、加熱中に型が板ガラスより実質的に冷たいままであるように、板ガラスが型の近傍にある間に選択的且つ急速に板ガラスを加熱することができる。一例では、ガラスの温度が４分以下で室温から約８００℃まで増加するように加熱が行われる場合に、加熱が急速であると見なされる。図１５は、型の近傍にある板ガラスの急速な加熱の例を示す。図１５において、板ガラスは４分未満で８００℃の温度に達しており、型は板ガラスより実質的に冷たいままである。図１５では、板ガラスが約８００℃である時、型は約６５０℃である。板ガラスは、成形ガラス物品を形成するために型の中へとサギング可能な温度まで加熱される。この温度において、板ガラスの温度と型の温度との差は少なくとも１００℃、好ましくは少なくとも１５０℃、より好ましくは少なくとも１７５℃であるが、２５０℃未満であるのが好ましい。図１５に示されている温度傾向は、中赤外線加熱の典型的なものである。図１５に示されている型の温度プロファイルおよびガラスの温度プロファイルは、それぞれ型の材料およびガラスの材料の関数である。この例では、型の材料はＩＮＣＯＮＥＬ７１８（析出硬化ニッケル・クロム合金）であり、ガラスの材料はＣＯＲＮＩＮＧ２３１７（非常に高い耐損傷性を与えるために化学的に強化可能なアルカリ・アルミノケイ酸塩ガラス）である。

図１３を参照すると、中赤外線ヒーター２２６は板ガラス２１８の上方に配置されている。板ガラス２１８は型２００の近傍に位置しており、型２００の上に配置されていてもよい。図示しないが、中赤外線ヒーター２２６、板ガラス２１８および型２００は、炉の壁の内部に囲い込まれていてもよい（例えば、図５の炉２２４参照）。板ガラス２１８の上方に中赤外線ヒーター２２６を懸架するために、任意の適切な方法が用いられ得る（図５に一例を示す）。この構成では、中赤外線ヒーター２２６を用いて、型２００の上の板ガラス２１８を選択的且つ急速に加熱する。「選択的加熱」とは、送られた熱の大半が、実質的に板ガラス２１８と型２００との間で分割されずに、板ガラス２１８の加熱に向かうことを意味し、これにより、型２００よりも板ガラス２１８のより急速な加熱を可能にする。「選択的加熱」は、板ガラス２１８の加熱に最適なスペクトル域の放射によって、板ガラス２１８が直接加熱されるために達成されるものである。

各中赤外線ヒーター２２６は、板ガラス２１８が吸収を有するスペクトル領域に実質的な黒体放射エネルギーを有する。特に対象となるスペクトル領域は、多くのガラスが、主に水、ホウ素、アルカリ、微量の還元鉄、または他の遷移金属イオンおよび希土類金属イオンの存在に起因して、大きな吸収係数を有する２．０μｍ〜４．５μｍの波長である。ガラスが可視領域において高い透過率を有する必要がある場合には、中赤外線の吸収を高めるための添加剤は、可視スペクトルにおける倍音がガラスの透過率に影響するため、約２μｍより下のスペクトル吸収の無いものに限られる。ガラスが部分的な透過性を有するスペクトル域において加熱を行うことは、ガラスの深さ方向においてより均一な加熱が可能になるため、好ましい。加熱素子の寿命を保護し、加熱素子を汚さずに急速な加熱を可能にし、ガラスおよび型の汚れを最小限にするために、中赤外線ヒーター２２６の加熱素子２２９は、石英または溶融石英の管２３１に封入されているのが好ましい。板ガラス２１８と中赤外線ヒーター２２６との間の空間２２７は、５０．８ｃｍ以下であるのが好ましい。板ガラス２１８が放射を吸収することにより直接加熱されるように、板ガラス２１８とヒーター２２６との間の直線は遮られないのが好ましい。なお、選択的加熱は、図１、図８、図１０および図１２のガラス／型加熱工程のいずれでも用いられ得る。

図１４は、典型的な中赤外線ヒーターの８００℃および９００℃における黒体曲線を示す。この図面には、２ｍｍ厚のＣＯＲＮＩＮＧ２３１７ガラスの中赤外線透過率も示されている。２．５μｍより上では、ガラスの透過率は減少し、ガラスの吸収が増加する。この吸収の増加は、中赤外線ヒーターが高い黒体放射エネルギーを有するスペクトル域と同じスペクトル域で生じる。このように、ガラスへの主たる伝熱メカニズムとして赤外放射を用いて、ガラスを効率的に加熱できる。ガラスが完全な吸収を有すると、ガラスの表面のみが放射によって加熱され、ガラスのバルク部分は伝導によって加熱されることになるので、中赤外線吸収に最適なガラス特性としては、幾分の透過率が依然として維持されることが必要である。約５００℃より高い温度におけるガラスについては、放射による熱の伝達は、伝導や対流よりも遥かに速い。従って、急速な加熱には放射を用いるのが好ましい。

以下に記載する様々な例において、上述のように、型の近傍にある板ガラスを選択的に加熱し、次に、例えば図１、図６および図８を参照して先に述べたように、板ガラスを型の中へとサギングさせることによって、成形ガラス物品を製造した。これらの例では、板ガラスとしてＣＯＲＮＩＮＧ２３１７ガラスを用いた。型の材料は後述するように変更した。各パーツについて、板ガラスを成形して成形ガラス物品にするために、真空サギングを用いた。真空によって、複雑な型の成形面（例えば、複合曲率を有する型）にガラスが十分に近接するようガラスをサギングさせるために、ガラスの粘度が１０^９．１Ｐ未満、好ましくは１０^８．６Ｐ未満となるように板ガラスを加熱した。ところで、型の成形面が、真空を使用できないもの、またはプロセスの最後にのみ真空を使用できるものである場合には、ガラスの粘度は、形成される特徴の曲率および形状に応じて１０^８．２Ｐ〜１０^７．２Ｐであってもよい。形状が、真空を閉じることが可能な型を使用できないものである場合には、一般的に、曲率半径が小さく角度が急なほど、および形状が複雑で特徴が細かいほど、ガラスの軟化点に近い、またはより高い粘度が必要である。或いは、成形ガラス物品を形成するために、上述のようなプレス成形を用いることもできる。サギングは、板ガラスがガラス転移温度より高いときに生じ始めるが、板ガラスを型の形状に沿わせるには、板ガラスが特定の粘度を有する必要がある。サギングのための典型的な粘度は１０^７Ｐ〜１０^９Ｐである。上述したように、用いられる粘度は、形状のタイプによって異なる。緩やかな輪郭は、例えば１０^９Ｐ等の高い粘度で形成でき、一方、鋭い曲がりや、きつい半径には、これよりかなり低い粘度が必要である。板ガラスが所定の粘度に達したら、板ガラスを型に合わせて成形できる。一般的に、加熱素子は、真空サギングのために真空が印加されている時間の少なくとも一部の時間にわたって、作動され続ける。

第１の例では、型を３１０グレードのステンレス鋼（ＳＳ３１０）で作った。ＳＳ３１０の熱容量は５００Ｊ／Ｋｇ−Ｋであり、熱伝導率は１４．２Ｗ／ｍ−ｋである。第１の例および上述したプロセスに従ってパーツを形成中に観察された温度を、以下の表１に示す。

表１に示されているパーツについて、型の温度を測定するために型の中央に第１の熱電対（図１３の２２１）を配置した。Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}は、型がサギングのために板ガラスと共に炉に入れられた時に第１の熱電対によって記録された温度である。Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}が５５０℃のノミナル値に一定に保たれるようにプロセスを制御した。表１で報告されている数値と５５０℃との間で観察された差は、型の材料の熱伝導率および熱容量、並びに熱質量の差に起因するものである。Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｐｅａｋ}は、サギングプロセス中に第１の熱電対によって測定された最高温度である。ガラスを型の中へとサギングさせる前に、ガラスの平面内に第２の熱電対（図１３の２２３）を配置した。Ｔ_ｓａｇは、第２の熱電対によって記録された温度である。表１において、平均Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｐｅａｋ}はＴ_ｓａｇより約１２０℃低い。サイクル時間は、板ガラスおよび型が中赤外線炉内に配置されてから、中赤外線炉が開かれるまでの時間である。

第２の例では、型の材料としてＩＮＣＯＮＥＬ７１８を用いた。ＩＮＣＯＮＥＬ７１８の熱容量は４３５Ｊ／Ｋｇ−Ｋであり、熱伝導率は１１．４Ｗ／ｍ−Ｋである。即ち、第１の例のＳＳ３１０よりも熱容量および熱伝導率が低い。第２の例および上述したプロセスに従って成形ガラス物品を形成中に観察された温度を、以下の表２に示す。表２における平均Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｐｅａｋ}は、表１における平均Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｐｅａｋ}より約６０℃低い。これは、型の材料として比較的低い熱伝導率および熱容量を有するものを用いることにより、Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｐｅａｋ}を下げることが可能であることを示すものである。

第３の例では、型の材料として炭化ケイ素を用いた。炭化ケイ素の熱容量は７５０Ｊ／Ｋｇ−Ｋであり、熱伝導率は１２０Ｗ／ｍ−Ｋである。即ち、第２の例のＩＮＣＯＮＥＬ７１８および第１の例のＳＳ３１０よりも熱容量および熱伝導率が高い。第３の例および上述したプロセスに従って成形ガラス物品を形成中に観察された温度を、以下の表３に示す。第３の例における型の温度とガラスの温度との差は、第１の例と同様であった。

第４の例では、３１０グレードのステンレス鋼（ＳＳ３１０）で型を作ったが、Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}は５５０℃から５００℃に引き下げた（第１〜第３の例では、Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}は５５０℃であった）。第４の例および上述したプロセスに従って成形ガラス物品を形成中に観察された温度を、以下の表４に示す。

第５の 例では、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８で型を作ったが、Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}は５５０℃から５００℃に引き下げた （第１〜第３の例では、Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}は５５０℃であった）。第５の例および上述したプロセスに従って成形ガラス物品を形成中に観察された温度を、以下の表５に示す。

上記の表４および表５は、サイクル時間およびＴ_{ｍｏｌｄ，ｐｅａｋ}が、より低いＴ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}にどのように影響されるかを示すものである。Ｔ_{ｍｏｌｄ，ｉｎ}を５０℃、即ち、５５０℃から５００℃に引き下げても、型の温度とガラスの温度との差は減少せず、サイクル時間は増加する。これは、放射加熱によって急速に加熱されている板ガラスからの熱の伝導に起因するものである。この結果は、型を、Ｔ_ｓａｇより約２５０℃を超えて低く保つと、プロセスのサイクル時間に悪影響を及ぼし得ると共に、ガラスから型への伝導による熱損失のために、中赤外線放射によるガラスの急速な直接加熱の完全な長所を活かせなくなり得ることを示唆するものである。

上述した本方法およびその変形例は、凹面の成形面を有する型に限定されない。他の例では、型は凸面の成形面を有し得る。この場合、板ガラスは凸面の型の近傍に運ばれて、上記で説明したように加熱され、凸面の型の上にサギングさせられる。図１６は、このプロセスの簡略化した模式図であり、板ガラス２５１が凸面の型２５３の近傍に運ばれる。矢印２５５で示されるように、板ガラス２５１は凸面の型２５３の上にサギングさせられる。サギング後、サギングした板ガラス２５１は冷却され、型２５３から取り出される。矢印２５９で示されるように、サギングした板ガラス２５１の凹面２５７は、例えば、研削、ラッピングおよび研磨によって平坦にされる。平凸形状を有する最終的なガラス物品が２６１で示されている。ガラス物品２６１に対して、上述した図１または図８に示される更なる工程の任意のものが行われ得る。例えば、成形物品２６１には、アニール、イオン交換による化学的強化、汚れ防止コーティングのうち１以上が施され得る。

図１７は、自由サギング型を用いた成形物品の形成の簡略化した模式図である。平坦な板ガラス２６３が自由サギング型２６５の近傍に運ばれる。そして、矢印２６６で示されるように、平坦な板ガラス２６３は自由サギング型２６５の上に配置され、三次元の曲率を有する板ガラス２６７を形成するために、重力によって自然にサギングさせられる。板ガラス２６３が自由サギング型２６５の上に配置される前または後に、サギングに先行して、板ガラス２６３が加熱される。サギング後、サギングした板ガラス２６７は冷却され、自由サギング型２６５から取り出される。次に、矢印２６９で示されるように、サギングした板ガラス２６７の周縁部２６８が削り取られる。続いて、矢印２７２で示されるように、成形された板ガラス２６７の凹面２７０が、例えば、研削、ラッピングおよび研磨によって平坦にされる。平凸形状を有する最終的なガラス物品が２７４で示されている。先の例のように、ガラス物品２７４に対して、アニール、イオン交換による化学的強化、汚れ防止コーティングのうち１以上が施され得る。

本発明を、限られた数の実施形態に関して説明したが、本開示の利益を享受する当業者には、本願明細書に開示された本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態も考案可能であることが理解されよう。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲のみに限定されるべきではない。

２００、２３０ サギング型
２０２、２３２ 型本体
２０４ キャビティ
２０６、２３４ 上面
２０８、２３６ 成形面
２１０、２１０ａ、２４４ スロット
２１６ 位置合わせ部
２１８、２５１、２６３ 板ガラス
２２４ 炉または加熱された区域
２２６、２２９ 中赤外線ヒーター（加熱素子）
２５０ プランジャ
２５２ 成形面
２５３ 凸面の型
２５４、２６５ 自由サギング型

Claims (10)

1. 成形ガラス物品の所望の表面形状を有する成形面を有する型の上に、板ガラスを配置する工程と、
   前記板ガラスが前記型の近傍にある間に、前記板ガラスを放射によって選択的且つ急速に加熱する工程であって、前記加熱中に前記型が前記板ガラスより実質的に冷たいままであるように加熱する工程と、
   前記板ガラスを前記型の前記成形面上にサギングさせる工程であって、前記サギングした板ガラスの少なくとも一部が前記所望の表面形状をとるようサギングさせる工程と、
   サギングおよび成形後に、前記サギングし成形された板ガラスを型から取り出す工程と、
   を備えることを特徴とする、成形ガラス物品を製造する方法。
2. 前記加熱工程において、前記板ガラスが該板ガラスの軟化点より低い温度に加熱されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記板ガラスをサギングさせる前記工程が、該板ガラスと前記成形面との間に真空を印加することを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記板ガラスを選択的且つ急速に加熱する前記工程で用いられる放射が、中赤外線域の放射であることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 選択されたサイズの前記成形ガラス物品を得るために、前記サギングした板ガラスを切断する工程を更に備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記サギングした板ガラスをアニールする工程、前記成形ガラス物品を化学的に強化する工程、および前記成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施す工程の少なくとも１つを更に備えることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記配置する工程において、前記板ガラスが複数の型の上に配置され、前記加熱する工程において、前記板ガラスが複数の型の近傍にある間に該板ガラスが放射によって選択的且つ急速に加熱され、前記サギングさせる工程において、前記板ガラスが前記複数の型の複数の成形面上にサギングさせられることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 複数の成形ガラス物品を得るために、前記サギングした板ガラスを小さく切断する工程と、
   前記小さく切断する工程の前に前記サギングした板ガラスをアニールする工程、前記成形ガラス物品を化学的に強化する工程、および前記成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施す工程の少なくとも１つと
   を更に備えることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 自由サギング型の上に板ガラスを配置する工程と、
   前記自由サギング型の近傍にある前記板ガラスを加熱する工程と、
   前記板ガラスを自然にサギングさせて三次元の曲率を形成することにより、または成形物品の所望の表面形状を有する成形面を有するプランジャで前記板ガラスをプレスして該プレスされた板ガラスの少なくとも一部が前記所望の表面形状をとるようにすることにより、成形された板ガラスを形成する工程と、
   を備えることを特徴とする成形ガラス物品を製造する方法。
10. 選択された形状およびサイズの前記成形ガラス物品を得るために、前記成形された板ガラスを切断またはトリミングする工程と、
    前記成形ガラス物品の切り口を仕上げ加工する工程、前記成形ガラス物品を化学的に強化する工程、および前記成形ガラス物品に汚れ防止コーティングを施す工程の少なくとも１つと、
    を更に備えることを特徴とする請求項９記載の方法。

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