JP2012509842A - ガラス物品を成形するための漸進的加圧成形方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、１個のプランジャおよび１個のダイを用いることによって、５ｍｍ未満の厚さを有する小型の薄いガラス物品を作製する方法に関し、上記ダイは複数の壁を有し、端部領域および移行領域が双方の壁に接し、かつ上記移行領域は、上記ダイの内法寸法が、上記端部領域から上記移行領域を通って上記壁まで進行するにつれて徐々に短縮されるように形成されている。

Description

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本願は、２００８年１１月２５日付けで提出された米国仮特許出願第６１／１１７６７４号に合衆国法典第３５巻第１１９条（ｅ）に規定する優先権を主張した出願である。

本発明は、漸進的な態様における加圧成形を利用してガラス物品を作製する方法に関し、特に、一様な厚さの壁および湾曲したエッジを備えた物品の形成を可能にする方法に関するものである。

ガラス物品の加圧成形は当業者に知られており、かつ特許文献１（溶融シートガラスからガラス物品を加圧成形するための方法および装置が記載されている）、特許文献２（光学素子の加圧成形が記載されている）、特許文献３（シートガラスを加圧して湾曲した自動車の窓を成形する方法が記載されている）、特許文献４（網状に近いガラス物品の加圧成形方法が記載されている）、特許文献５（ガラス物品を加圧成形するためのプランジャ／リング装置が記載されている）および特許文献６（ガラスシートを曲げて湾曲したガラス形状を形成する方法が記載されている）等の種々の特許明細書に記載されている。

ガラスの加圧成形法は、テレビジョン受像機パネル、水飲み用コップ、皿、花瓶、灰皿を生産するために一般に用いられ、かつ次の工程でブロー整形されるプリフォームの成形にも用いられている（加圧ブロー成形）。これらの方法においては、溶融ガラスからなる「塊」が金型内に置かれ、プランジャがこのガラスの塊を加圧して物品を成形する。しかしながら、このようなガラス物品の成形方法は、本明細書に記載されているような小型の薄いガラスシートには用いられない。さらに、このような方法は、軟化点（１０^７．６ポアズ）未満の粘度において実行され、かつ加圧された塊の不均一な厚さが原因で、最終的な物品の強度に有害な「曇り傷」をガラス中に生成させることが多い。より低い粘度において作製される物品も、より大きい歪みを有し、高精密な物品の成形には使用不能である。

上述した複数の特許明細書には、ガラス物品の成形方法が記載されているが、これらは、例えば、携帯電話、携帯用音楽プレーヤ、計算機およびその他の小型電子機器内のハウジングとして用いることができるような一様に薄い精密なガラス物品の成形に有用であると見做されてはいなかった。従来から知られているこれらの方法は、このような機器に用いられる薄いガラス物品の成形には利用不可能であった。

米国特許第４,３６２,４２９号明細書 米国特許第４,７９７,１４４号明細書 米国特許第５,１２２,１７７号明細書 米国特許第５,１９２,３５３号明細書 米国特許第５,２１３,６０３号明細書 米国特許第５,６９５,５３７号明細書

したがって、種々の機器に広く用いることが可能な、０．２ｍｍ未満の寸法公差を備えた薄いガラス物品の成形に利用可能な方法の開発が大いに望まれている。

本発明は、薄い精密なガラス物品を成形するための「漸進的加圧成形」と呼ばれる方法に関するものである。一つの実施の形態において、本発明の方法により成形された物品は、５ｍｍ未満の厚さを有する。別の実施の形態においては、この物品の厚さが２ｍｍ未満である。さらなる実施の形態においては、この物品の厚さが１ｍｍ未満である。

一つの実施の形態において、本発明は、小型の薄いガラス物品の成形方法に関し、この方法は、１個のキャビティを有する１個のダイと、このダイの上記キャビティ内に嵌合することが可能な１個のプランジャとから構成された金型を提供するステップであって、上記ダイは、底壁と、この底壁に対して４５°と９０°との間の角度をなして上記底壁に接する側壁と、上記複数の側壁によって画成された平面に平行な複数の端壁と、上記ダイ内において上記側壁から上記端壁まで外方へ広がる整形された移行領域とを備え、この移行領域は、上記側壁と上記端壁との間において上記キャビティの内部の周りで連続しているステップ；上記金型の内部における上記端壁と上記移行領域との連接部において上記金型内に収まるような寸法の、長さ、幅および厚さを有するガラスシートを提供するステップ；上記ガラスを、１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱するステップ；上記プランジャを下降させて上記ガラスに接触させるステップ；増大する圧力を上記ガラスに印加するステップ；上記ガラスの側壁が十分に湾曲され、これにより、かつガラス造形品が形成されるまで上前記ガラスを加圧するステップ；随意的に上記ガラスを、それが１０^９ポアズを超える粘度になるまで冷却するステップ；上記プランジャを引き上げるステップ；および上記ガラス造形品を上記ダイから取り外すステップを含む。上記端壁は、ガラス被加工品を上記ダイに対して位置合わせする役目を有する。上記端部領域の側壁は、被加工品の位置合わせを助けるために、傾斜せしめられ、湾曲せしめられ、または面取りされることができる。これらの側壁はまた、ピン、角材、またはその他の位置合わせ手段と交換されることも可能である。案内ピン、レール、スライダ、またはプランジャとダイとの位置合わせに用いられる当業者が周知の冶具も上記プランジャと上記ダイとの位置合わせに用いることができる。一つの実施の形態において、上記側壁は上記底壁に接触している。別の実施の形態においては、成形されたガラス物品がダイを通過して底部から取り出されるように底無しダイである。

さらなる実施の形態においては、ガラスが１０^８〜１０^１０ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱される。

別の実施の形態においては、上記プランジャが中空プランジャであり、かつプランジャのガラスに接触する面が、その面内に複数の開口部を備え、ガラスを所定位置に保持しかつその反りを防止し、さらに成形後にガラス物品をプランジャから抜き取るために、上記プランジャおよび上記開口部を通じてガラスに負圧が印加される。随意的に、成形後に上記ガラス物品をプランジャから取り外すために、上記開口部が加圧されることが可能である。

さらなる実施の形態において、本発明は底無しダイに関するものであり、上記プランジャは中空プランジャであり、上記ガラスに接触するプランジャフェースには複数の開口部が形成されており、ガラスを所定位置に保持し、かつガラス物品が成形された場合には、ガラスをダイから抜き取り、またはプランジャが完全にダイに押し込まれた場合には、成形されたガラスを受容面（例えば、適当なコンベアまたはターンテーブル）上へ放出するために、このプランジャを通じて負圧がガラスに印加される。この負圧プランジャは、加圧成形時のガラス面の反りを軽減または排除することが判明している。随意的に、成形後に上記ガラス物品をプランジャから取り外すために、上記開口部が加圧されることが可能である。

ガラス物品の成形に用いることができる種々の形状のガラス被加工品を示す図である。 ガラス物品（右側）と、このガラス物品がそれらから成形された被加工品すなわち素材（左側）とを示す斜視図である。 図１に示された被加工品１２から作製された加圧成形されたガラス物品の深さおよび丸められた角部を示す側面から視た斜視図である。 図３のガラス物品の斜視図である。 異なる深さを有する二つのガラス物品の側底面から視た斜視図である。 ダイの湾曲部上に置かれているガラスシートを有する漸進的加圧成形装置（ダイ／プランジャ）の図である。 図７Ａおよび７Ｂは漸進的加圧成形の最初と最後を示す図である。 中空のプランジャ２２ａと、ガラス被加工品１００に接触するプランジャフェースの開口部６０を通じてガラス被加工品を所定位置に保持するのに用いることができる、プランジャ／ロッド・アセンブリに取り付けられた負圧源６２とを示す説明図である。 ここに記載されている種々の熱源がどのように取付けられて、ガラス被加工品１００の選択された領域を加熱することができるかを説明する図である。 端壁を備えていないダイを示す図である。 底無しダイを示す図１０に基づく図である。 本発明の方法により作製されたガラス物品の測定された断面図である。

具体的に示されたり説明されたりしていない要素は、当業者には良く知られている種々の形態を有することが理解されるべきである。例えば、プランジャを昇降させる機構、炉またはオーブンの加熱素子、コンベアベルトおよびターンテーブル、ならびに、マイクロ波、高周波、誘導その他による加熱素子は、加熱素子として当業者に良く知られており、本発明の方法および装置による効果が変わらない限り、ここには記載しない.
ここに記載されかつ説明されている複数の図面は、本発明による動作の鍵となる原理および動作経路に沿った要素の関係を示すために提供されるものであり、実際のサイズまたは縮尺を示す目的で描かれているものではない。基本的構造関係または動作原理を強調するためには、何らかの誇張が必要であろう。例えば、種々の形式の固定具、整列ピン、案内具、および取付け具等のここで説明されている実施の形態の実施に必要となるであろう従来から存在する要素のいくつかは、本発明自体の説明を単純化するために図には示されていない。以下の図面および文章においては、類似の要素が類似の参照符号で示されており、かつ既に説明されたた要素ならびに要素の配列または相互作用に関する説明は省略されている。

加圧成形は、静的荷重または動的荷重を用いて実施される。静的荷重を用いる一つの実施の形態においては、ガラス部品がダイ上に位置決めされ、かつガラス／ダイの組合せが炉内に配置される。次にプランジャがガラスの上に位置決めされ、かつプランジャの上に錘が置かれる。次に、ガラス、ダイ、プランジャ、および錘を収容している炉の内部が閉じられ、ガラスの粘度が１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の温度になるまで加熱され、かつガラス部品が完全に成形されるまでこの温度が維持される。プランジャの重量と組合せられたプランジャ上の錘は、ガラスに対して所望の形状に加圧成形する一定の荷重を加える。動的荷重を用いる別の実施の形態においては、ダイおよび可動プランジャを有する炉が提供される。ガラス部品がダイ上に位置決めされ、かつ炉が閉じられる。次に炉の内部が加熱され、かつ炉の温度が上昇するうちに、ガラスプランジャがガラスに接触する位置に持ちきたされる。ガラスが１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度に達すると、プランジャがガラス上に圧力を加えて、加圧成形工程になる。この圧力は漸進的に増大されてガラスに加えられ、ガラスを所定の形状に加圧成形する。圧力が、各ガラス組成の厚さに関して容易に実験的に決定され得る予め定められた最大値に達すると、圧力が停止され、プランジャが引っ込められる。成形された部品は、ダイおよび炉から取り外される。静的方法を用いる場合の静的荷重は、２ｍｍ以内の厚さを有するガラスについて１〜８ｋｇの範囲内である。厚さ１ｍｍの部品については、静的荷重が３〜６ｋｇの範囲内である。厚さ０．５ｍｍのガラス部品については、静的荷重が２〜５ｋｇの範囲内である。静的荷重は、ガラス部品の厚さおよびサイズの相違に応じて調節可能である。動的荷重が用いられる場合にも、動的荷重の上限は同じ１〜８ｋｇの範囲内である。すなわち、厚さ０．５ｍｍのガラス部品については、静的荷重が３〜６ｋｇの範囲内であり、厚さ０．３ｍｍのガラス部品については、動的荷重の上限が２〜５ｋｇの範囲内である。

現在において、小型の機器のための、特に小型のガラスシートすなわち被加工品から作製された小型の機器のためのガラス物品は、ガラス基板の機械加工によって作製されなければならない（ここで用いている用語「シート」と「被加工品」とは互換的に用いられる）。現在知られている、負圧垂れ下がり成形法は、一様な厚さの、または０．２ｍｍ未満の公差を有する薄い、複雑なガラス形状を生成させることは不可能である。図１は、本発明の方法を用いてガラス物品を作製するのに用いることができる種々のガラスの形状を示すが、これらに限定されない。図１において、符号１１は、直角のコーナー部を有する長方形の被加工品を示し、符号１２は、丸められたコーナー部を有する長方形の被加工品を示し、符号１３は卵形の被加工品を示し、かつ符号１４は円形の被加工品を示す。図１に示されている被加工品のそれぞれは、適切なプランジャ／ダイの組合せを用いて、被加工品と同じ形状（すなわち、長方形、卵形、または円形）を有する物品に加工されることができる。図１に示されている被加工品とは別の形状を有する被加工品も、本発明の方法を用いて加工されることが可能である。種々の形状を有する被加工品については、適切な形状のダイおよびプランジャを用いなければならない。本明細書に添付された図面において、物品を作製するために用いられるガラスの厚さは、特に指示されていない限り、１．３ｍｍ（０．１３ｃｍ）であった。これに加えて、プランジャのサイズは、ガラス被加工品のサイズよりも小さい。例えば、１５ｃｍの長さおよび６ｃｍの幅を有する厚さ１．３ｍｍの被加工品を用いる場合には、各辺に約０．５ｃｍ（５ｍｍ）の深さを有する物品を成形するために、１４ｃｍ×５ｃｍのフェース（ガラス被加工品に接触する側）サイズを有するプランジャを用いなければならない。このプランジャは、中心を一致させて被加工品上に配置されて、最終製品のこれらの寸法を得る。

本発明の説明のために、図２〜図５は、本発明により作製されたガラス物品を示す。これらのガラス物品は、携帯電話、携帯用音楽プレーヤ、およびその他の機器等の多くの小型電子機器に有用な長方形状を有する。このような機器においては、機械的信頼性を保ちながら、その厚さが可能な限り薄いガラス物品が望まれている。本発明の方法は、５ｍｍ未満の厚さを有し、かつ（１）それぞれ無関係に、２５ｃｍ以下（≦２５ｃｍ）の長さおよび幅（または長方形の物品の長軸および短軸）を有し、または（２）２５ｃｍ以下の直径を有するガラスシートを加圧成形するのに特に有用である。一つの実施の形態においては厚さが３ｍｍ未満である。別の実施の形態においては、長さおよび幅が、それぞれ独立的に４〜１５ｃｍの範囲内である。別の実施の形態においては、湾曲部の曲率半径がガラスの厚さの２倍未満である。

図２は、加圧成形前（１００、左側）および漸進的加圧成形後（１０２、右側）の被加工品を示す。図３および図４は、図４においては成形された物品のみが示されていることを除いて、図２に示された物品の斜視図である。図３は、ここに説明されている方法を用いて作製された物品の写真である。この方法において、厚さ１．３ｍｍの平らなシートが、平らな底面と、皿の底から高さ３．５ｍｍまで延びる連続した側壁とを有する浅い「皿」に加圧成形された。この物品のコーナー部は、加圧成形中の破損を避けるために丸められている。図５は、本発明の方法を用いて成形された、深さの異なる二つのガラス物品１０２および１０４を示し、左側の物品１０２は、図２〜図４に示されているものと同一である。図５の二つの物品は、コーナー部における湾曲部ならびに物品の底部から側壁へ移る湾曲した移行部を明瞭に示すために、裏返しにされている。双方の物品の長さおよび幅は４〜１５ｃｍの範囲内にあり、左方の物品１０２は約１ｃｍ（１０ｍｍ）の深さを有し、右側の物品１０４は約０．３ｃｍ（３ｍｍ）の深さを有する。

図５の物品は、図２に示されているような小型のガラスシートすなわち被加工品から成形された。しかしながら、図２のガラスシートは、側壁の伸びを必要とする、底部に対して直角の切り立った壁のために垂れ下がり成形法には適しておらず、この垂れ下がり成形法は最終的物品の耐衝撃性領域に薄いスポットを生じさせ、したがって機械的に弱い物品を生成させる結果となるからである。一般にガラスの塊を用いる、熱いまたは溶融したガラスの加圧成形は、１ｍｍ未満の厚さを有する、特に０．５ｍｍ未満の厚さを有するガラス物品の成形には同様に適していない。ガラスの塊を用いる加圧成形法は、加圧成形中のガラスの急冷のために、ガラスがコーナー部内に流入することができないので、９０°（直角）の側壁を備えた物品に対しては特に適していない。しかしながら、ここで説明されている漸進的加圧成形法は、これらの欠点を克服するものである。

図６は、駆動機構、炉、およびその他の要素が省略された、本発明によるガラスの成形法に用いられる装置２０の本質的な部分を示す切取り図である。この装置２０は、ダイ２１と、下方移動ロッド２３を取り付けたプランジャ２２とを有する。このプランジャは、頂壁、側壁および底壁を有し、底壁は符号２７によって表わされているが、他の壁には符号が付されていない。上記ダイ２１は、側壁２８（前壁および後壁は示されていない）、端壁２４（前端壁および後端壁には符号が付されていない）、底壁２９、および図示のように、側壁２８から端壁２４までダイの周りで外方に広がる移行領域２６を有する。側壁と端壁との間でダイの周りで外方に広がる移行領域２６により、かつダイの各側部の側壁と端壁とが互いに平行であることにより、対向する側壁間の距離は、対向する側壁と一体になった対向する端壁間の距離よりも短い。上記移行領域の形状は極めて重要であり、その上を滑るガラスを引っ掛けたり、ガラスを伸ばしまたは削ったりする可能性のある如何なる尖ったエッジもないように、平滑かつ凸状でなければならない。移行領域２６は、単純な曲率半径を有するもの、楕円形またはその他の平滑な漸進的表面を持っていればよい。符号１００で表わされているガラスシートは、端壁２６近傍の移行領域２６上に置かれ、かつ１０^１３と１０^７ポアズになるまで加熱され、次いで造形品に加圧成形される。上記ガラスシートは上記移行領域上に置かれた後、例えば赤外線を用いることにより追加加熱が実施される。図６の矢印は、プランジャの下方への動きを示す。一つの実施の形態に置いて、図６におけるダイは、加圧成形されたガラス片がダイを通過して受容面上に堆積されるように、取り外し可能な底面を有するか、あるいは底無しダイである。底無しダイの例に関しては図１１を参照されたい。

装置２０の別の実施の形態においては、図１０に示されているように、ダイ２１ａが端壁２４を有していない。図１０に示されているように、このダイは側壁２８ａ（前壁および後壁は示されていない）、底壁２９ａ、および、図１０に示されているように側壁２８ａからダイ２１ａの周りで外方へ広がる移行領域２６ａを有する。プランジャ２２および下方移動ロッド２３は、図６で説明されたのと同様である。１００で表わされているガラスシートは、１０^１３ポアズと１０^７ポアズとの間の粘度になるまで加熱され、かつ移行領域２６ａ上に置かれ、次いで造形品に加圧成形される。上記ガラスシートは上記移行領域上に置かれた後、例えば赤外線を用いることにより追加加熱が実施される。図１０の矢印は、プランジャの下方への動きを示す。

図７Ａおよび図７Ｂは、図６に示されているようなダイおよびプランジャを用いた加圧成形の初めと終わりを示す。図７Ａにおいては、プランジャ２２（ロッド部分は不図示）が軟化されたガラス上に接触せしめられ、かつ加圧するので、ガラスの側部が移行領域２６を通過するにつれて変形して、ガラス物品を形成する。図７Ｂにおける符号１００は、成形工程において図７Ａに比較してさらに進行したガラスを示し、かつ符号１０２は、物品への成形が完了した後のガラス物品を示す。破線の矢印は、物品を成形するためのプランジャ２２の物品を成形するためのさらなる動きを示す。成形が完了すると、プランジャは引っ込められ、完成した物品１０２はダイから取り外される。一つの実施の形態において、プランジャフェースは密実にすることができる。別の実施の形態において、プランジャおよび移動ロッド２３が中空であり、かつプランジャフェースはこの面を貫通する複数の開口部を有しており、成形工程中はガラスを所定位置に保持し、かつ成形工程が完了したときにガラス物品がダイから引き抜くために、プランジャ内が負圧にされる。図１０に示された装置も、図７および図７Ｂを参照して説明された成形工程に用いられることができる。

上記ガラスシートは、例えば、硼珪酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、シリカ・チタニアガラス、シリカ・アルミナガラス、アルカリ・アルミノ珪酸塩ガラス（例えば、コーニング社のＧｏｒｉｌｌａ（商標）ガラス）、および当業者に知られているその他のガラス等の、目的とする用途に適した如何なるガラスからも作製されることができる。このガラスは、先ず大体の形状に裁断され、かつエッジが仕上げられる（すなわち、四角にされ、丸められ、研磨され、研削され、さもなければ所望の表面およびエッジが生成されるように処理される）。次のこのガラスは、ガラス１００の端部がダイ２１の移行領域２６上に乗るように装置２０内に装填される。次に、ガラス１００および装置がこのガラスの軟化点近くの温度にまで、すなわち、一般にこのガラスの粘度が、大体の温度が６００〜７５０℃の範囲内に相当する１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱される。好ましい実施の形態においては上記粘度が１０^８〜１０^１２ポアズの範囲内、そして最も好ましいのは１０^８ポアズと１０^１０ポアズとの間（コーニング社の「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラスに関しては６８０〜８００℃）である。加圧成形されるときのガラスの温度が低い程、最終的な物品の表面仕上げおよび寸法公差が良好なために、ガラス１００は可能な限り低い温度で加圧成形されるのが好ましい。しかしながら、加圧成形温度が低い程（粘度が高い程）、加圧成形工程速度が遅くなる。その結果、加圧成形速度と最終的な物品の品質との間には二律背反条件が存在する。温度／加圧成形圧力の選択は、製品の仕様、経済性、およびその他のファクタによって決定される。これに加えて、ガラスが冷え過ぎると、すなわち、そのＴ_Ｓすなわちアニール点に近くなると、曲がらないで割れることになる。

加圧成形工程が完了した後、上記物品および金型が炉から取り出され、例えば、６００〜８７５℃の範囲内の温度において粘度が１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内にあるガラスに関しては、１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内における温度よりも低い温度になるまで、例えば４５０〜６５０℃になるまで冷却され、次にこの加圧成形された物品は金型から取り外され、次いでこの物品はさらに冷却される。一つの実施の形態において、例えば６００〜８７５℃の範囲内の温度において粘度が１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内にあるガラスに関しては、物品が炉から取り出され、金型から取り外される以前に４８０〜６２０℃の範囲内の温度にまで冷却される。一般に、この物品は、ガラスが成形される温度よりも５０〜１５０℃の範囲内だけ低い温度になるまで冷却される。別の実施の形態においては、加圧成形が完了した後、物品は炉の内部において上述のように冷却され、物品および金型が炉から取り出され、次いで物品が金型から取り外される。

本発明の漸進的加圧成形法においては、ダイおよびプランジャの形状が重要なパラメータである。好ましい実施の形態において、上記ダイは、図６に示されているように、ガラスシートの「装填地点」から最終的な形状まで、円断面、傾斜断面、楕円断面、渦線またはその他の緩やかな移行領域を有する。この形状は、エッジとともに出発する部分および中心に向かって進む部分を漸進的に形成していなければならない。このことが、表面仕上げ状態が最良となる高粘度において加圧成形を行なうことができる最大の曲げモーメントを発生させることを可能にする。この漸進的な形状は、所望の形状へのガラスの滑りおよび曲がりに対して歪み、伸び、さもなければ摂動を与える可能性のある如何なる不連続性をも回避するために、平滑かつ漸進的でなければならない。上記プランジャは、上記ダイおよび成形されるべきガラス物品の形状に一致した形状を有する。図６、図７Ａおよび図７Ｂに示されているように、このプランジャは、ガラスに接触する、丸められたまたは四角のコーナー部を有する。好ましい実施の形態においては、プランジャのコーナー部が、例えば図２〜図５に示されているように、最終的な物品に望ましい丸められた形状に整形されている。

本発明の一つの実施の形態において、ガラスシート１００は、それが移行領域２６上に載置される態様でダイ２１内に置かれる。次に、ダイ２１、プランジャ２２およびガラスシート１００が、炉内においてこのガラスの軟化点の近傍まで加熱され、プランジャを用いてガラスに対して徐々に圧力が加えられてガラスをダイ内に押し込み、物品を成形する。加圧成形が完了すると、ダイが炉から取り出され、冷えるままに放置され、かつガラス物品がダイから取り外される。一つの実施の形態においては、ダイ２１の底壁２９が存在せず、完成したガラス物品は、プランジャによって受容面上までダイを押し通される。底無しダイ（底壁２９が存在しない）の場合には、プランジャの動きは、ガラス物品１０２が受容面(不図示)に接触するまで、あるいはほぼ接触するまで継続する。次にプランジャ２２が引上げられ、新たなガラスシートがダイ内に置かれ、軟化点の近くまで加熱され、かつ加圧成形が反復される。

図８に示されているさらなる実施の形態においては、プランジャ２２ａが中空であり、かつプランジャ２２ａに接触するガラス１００の面上に負圧が与えられ得るように、ガラス１００に接触する底面２７が複数の開口部６０を有する。ロッド２３ａは密実であればよいが、負圧源がプランジャ／ロッド・アセンブリに接続されているか否かに応じて、中空または密実にされる。例えば、中空の接続具(例えばホース)６４によってプランジャ２２ａ（またはその代わりにロッド２３ａ）に接続された負圧源６２を用いることによって、負圧が印加される。あるいは、もしロッド２３ａが中空であれば、負圧源はロッドに接続される。この負圧はガラスを所定位置に保持し、被加工品１００から加圧成形されたガラス物品１０２のダイからの取外しを容易にする。次にガスの吸入によって負圧が中断され、これによりガラス物品１０２が解放されて受容面上に堆積される。ダイ２１の底壁２９が存在する場合には、ガラス物品がダイ２１から引き上げられ、かつ受容面上に置かれてから負圧が中断される。もしダイ２１に底壁２９が存在しない場合には、物品１０２がダイに押し通されて受容面上に位置決めされてから負圧が中断される。

さらなる実施の形態において、プランジャアセンブリは、負圧源を備えているか、またはいないかに拘わらず、オーブン、炉またはその他の加熱装置内に配置され、この加熱装置は、（１）この装置を貫通するコンベアベルトを有し、または（２）炉内にターンテーブルを備え、このベルトまたはターンテーブルはそれぞれ、ガラスシートを上述のように載置した複数のダイを支持することが可能である。このダイはプランジャの下方位置まで移動することが可能であり、その時点でダイの移動が停止せしめられる。次に、上述のように、プランジャが下降してガラスに接触し、かつガラスを漸進的にガラス製品に加圧成形する。加圧成形が完了すると、プランジャがダイから引き上げられ、かつダイがプランジャの下方から取り去られ、ガラスシート１００を有する新たなダイと交換される。あるいは、底無しダイ（図１０の底壁２９ａの除去の結果から齎される開放領域を示す２９ｂ以外は図１０に基づく図１１参照）が用いられて、加圧成形された物品がダイの底部から押し出される。加圧成形された物品は、次にダイの下方の面上に堆積される。次にプランジャがダイを通って引き上げられ、ダイが取り去られて、ガラスシートを有する新たなダイと交換されるか、あるいは、そのダイに新たなガラスシートが載置される。図６、図７Ａ、図７Ｂおよび図９に示されているダイも底無しダイとすることができる。

一つの実施の形態において、加圧成形されたガラス物品を備えたダイが、加熱領域から取り出されることができる位置に来ると、このダイは加熱領域から取り去られ、かつ加圧成形されたガラス物品がダイから取り外される。加圧成形されたガラス物品を備えたダイがベルトまたはターンテーブルから取り去られると、加圧されていないガラスシートを備えた別のダイがコンベアベルトまたはターンテーブル上に載せられる。あるいは、ターンテーブルが用いられる場合には、新たなガラスシートが挿入されて、このサイクルが反復される。オーブンまたは炉が加熱装置として用いられる場合の一つの実施の形態においては、このオーブンは、加圧成形以前および加圧成形中にガラスの加熱を容易にし、かつ加圧成形後に冷却するために、オーブンが、温度の異なる複数のゾーンを生成させるためのバッフルまたはダイアフラムを有する。

以上のパラグラフは、プランジャ、ダイおよびガラスのアセンブリ全体を炉またはオーブン内で加熱することを説明しているが、本発明の好ましい実施の形態においては、局部加熱が、変形および／または湾曲を必要とするガラスの領域を優先的に加熱するのに用いられる。局部加熱は、高周波、誘導、マイクロ波、レーザー、火炎またはその他の、変形および／または湾曲を必要とする局部領域を加熱するための、当業者に知られている加熱方法を用いて実施することができる。一つの実施の形態においては、加熱要素がダイの移行領域２６の周囲に配置されて、ガラスがダイを通過するときの熱伝導によってガラスをも加熱することができる。図９は、被加工品１００の外側部分に向けられた火炎、マイクロ波、または高周波加熱源であり得る少なくとも一種類の加熱源８０を有する図６の装置（明確にするために符号が除かれている）を示す。加圧成形が始まる以前に被加工品が最初に置かれたダイの外側領域を包み込む誘導加熱源または加熱コイル８２も示されている。

ガラス物品を作製するのに用いられる上記ダイおよび金型は、ガラスを加圧成形するための如何なる材料から作製されていてもよい。例えば、ダイ／金型は、ガラスの成形または押出しに有用な、当業者に知られている保護金属および／または離型材で被覆されまたは被覆されていない（例えば、これらに限定されないが、白金、チタンまたはタングステンで被覆された）鋼または種々の鋼合金で作製されることができ、ならびに離型材で被覆されまたは被覆されていないグラファイトから作製されることができる。鋼金型の一例は、白金で被覆された鋼金型である。好ましい実施の形態においては、上記プランジャが、被覆された鋼または鋼合金のプランジャであり、上記ダイが、図６に示されているような、底板、側壁、移行領域、および端壁を有する外側部材と、この外側部材内への挿入のために同じ形状を有するグラファイト・インサートとからなる二部分ダイである。加熱または冷却時の偏差応力または変位を避け、かつ厳しい寸法制御を維持するために、理想的には、この金型の熱膨張係数（ＣＴＥ）がガラスの熱膨張係数に類似していることである。

ガラスの装填および成形に対してクリアランスを提供するために、成形温度において「端部領域または装填領域」とガラス素材との間に、５μｍと１００μｍとの間のクリアランスが存在するように、ガラス素材および金型の寸法をデザインすることも有利である。ガラスのエッジには、丸みが付けられたり、面取りされたりしていることが望ましく、ガラスシートがダイおよびプランジャの側面を拘束および捕捉するのを防止する。また、これにより、成形後の仕上げが極めて面倒な形状の仕上げられたエッジが提供される。

ガラスが加圧成形される温度に関する成形機器の適合性および選択されたガラスの最大動作温度においてガラスと反応しないという必要条件のみを前提にして、従来から知られている如何なるガラスも、本発明の方法により漸進的に加圧成形されることができる。ガラスセラミックを形成するガラスも成形されかつ同時にセラミック化されて、仕上げられたガラスセラミックを漸進的加圧成形装置内において形成する。一般的に、漸進的加圧成形は、１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱されたガラスに対して実行され、この粘度は、イオン交換されたアルカリ・アルミノ珪酸塩ガラス、例えば、これに限定はされることはないが、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス（コーニング社製）を含むアルカリ・アルミノ珪酸塩ガラスに関しては、６００〜８７５℃の温度範囲にほぼ対応する。一つの実施の形態において、上記粘度は１０^８〜１０^１０ポアズの範囲内である。このようなガラスの例は、硼珪酸塩ガラス、アルミノ硼珪酸塩ガラス、「Ｇｏｒｉｌｌａ」ガラス（コーニング社製）、および９５０℃以下の温度において１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度を示すことができる従来から知られているその他のガラスを含む。

１．３ｍｍの厚さを有する約１００ｃｍ×１００ｃｍのアルミノ硼珪酸塩ガラスからなる大型のシートを、ガラス物品に漸進的加圧成形するために７ｃｍ×１５ｃｍ（長さ×幅）の寸法を有する被加工品に裁断した。加圧成形に先立って、上記被加工品のエッジを研削して、図１に示されているようにコーナー部を丸めた。この被加工品をダイ２１上に配置し、端壁２４近くの移行領域２６上に載せた。次にこの被加工品を備えたダイを、前以って炉内に位置決めされてあったプランジャ２２の下方の炉内に配置した。上記ガラスを１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱し、かつ１５分間加圧した。最初に印加した圧力は、ガラスの変形を開始させるのに十分であり、加圧成形が進行するにつれて圧力を徐々に増大させた。正確な圧力は、加圧成形装置内において如何に速やかにガラスを冷却するか、およびガラスの厚さに左右される。実験室においては、プランジャの頂部に載せた４ｋｇの錘を用いて加圧成形を行ない、この錘が、１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱されたガラスを変形させて、金型に従った所望の形状に成形した。本明細書によれば、ガラスが加圧されると、ガラスシートから、少なくとも４５°を超える湾曲部を有する物品に変形した。図３に示されているガラス物品の断面図である図１２に示されているように、ここに説明されている方法によれば、湾曲が７０°よりも大きくなると、内側の曲率半径１００（湾曲部の曲率半径）がガラスシートの厚さの４倍未満であり、かつ隣接する複数のエッジがガラスに対して同時に曲げられる。曲がりが８５°を超えると、全てのエッジが上方へ曲げられ、湾曲部の曲率半径がガラスシートの厚さの２倍未満になる。

以上、限られた数の実施の形態について本発明を説明したが、本発明の精神および範囲から離れることなしに、その他の実施の形態の実施が可能なことは、本明細書の恩恵を受ける当業者には明らかであろう。例えば、ここでは、或る直径および厚さを有するガラスブール、またはブールから引き出されたガラスコアの熱処理が説明されているが、厚みを有する如何なる形状のガラスも本発明により処理可能である。例えば、ガラスは、長方形、正方形、八角形、六角形、楕円形等とすることができる。したがって本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるべきものである。

１１〜１４ 被加工品
２０ 加圧成形装置
２１，２１ａ ダイ
２２ プランジャ
２３ プランジャを下方へ移動させるロッド
２４ ダイの端壁
２６，２６ａ ダイの移行領域
２７ プランジャの底壁
２８，２８ａ ダイの側壁
２９，２９ａ ダイの底壁
２９ｂ ダイの開放領域
６０ プランジャの底壁の開口部
６２ 負圧源
６４ 接続具（ホース）
８０ 加熱源
８２ 加熱コイル
１００ ガラスシート
１０２ ガラス物品

Claims (10)

1. 薄いガラス物品の成形方法において、
   １個のキャビティを有する１個のダイと、該ダイの前記キャビティ内に嵌合することが可能な１個のプランジャとから構成された金型を提供するステップであって、前記ダイは、底壁と、該底壁に対して７０°と直角との間の角度をなして該底壁に接する側壁と、複数の端壁と、前記ダイ内において前記側壁から前記端壁まで外方へ広がる整形された移行領域とを備え、該移行領域は、前記端壁から前記側壁まで前記キャビティの内部の周りで連続しており、前記底壁、側壁および端壁、ならびに前記移行領域が前記ダイキャビティを画成しているステップ、
   前記金型の内部における前記端壁と前記移行領域との連接部内に収まる寸法の長さ、幅および厚さを有するガラスシートを提供するステップであって、前記ダイは、当初前記ガラスシートの複数のエッジのみに接触しているステップ、
   前記ガラスを１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱するステップ、
   前記プランジャを下降させて前記ガラスに接触させるステップ、
   増大する圧力を前記ガラスに印加するステップ、
   前記ガラスのエッジが十分に湾曲され、かつ造形されたガラス物品が形成されるまで前記ガラスを加圧するステップ、
   前記プランジャを引き上げるステップ、および
   前記造形されたガラス物品を前記ダイから取り外すステップ、
   を含むことを特徴とする、薄いガラス物品の成形方法。
2. 前記ガラスを提供するステップが、５ｍｍ未満の厚さを有するガラスの提供を意味することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記ガラスを加熱するステップが、前記ガラスを、１０^８〜１０^１０ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱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. 前記ガラスを加熱するステップが、高周波、誘導、火炎、および高周波誘導、ならびに、前記ダイ、プランジャおよびガラスをオーブン内において加熱することから選ばれた方法を用いて行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記プランジャが中空プランジャであり、かつ該プランジャの前記ガラスに接触する面が、該面内における複数の開口部を有し、加圧成形時に前記ガラスを所定位置に保持し、かつ前記ガラスを前記ダイから引き抜くために、前記ガラスに対し前記プランジャを通じて負圧が印加され得ることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記ダイは、前記プランジャの移動時の大半において前記ガラスが前記移行領域の外側半分上に接触せしめられるように、前記ガラスの装填地点から前記ガラスの最終的形状部まで緩やかな移行部を有し、該緩やかな移行部が、アールの付いた、傾斜した、楕円形の断面および渦からなる群から選択された一つの形状を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
7. ガラス物品において、
   １個のキャビティを有する１個のダイと、該ダイの前記キャビティ内に嵌合することが可能な１個のプランジャとから構成された金型を提供するステップであって、前記ダイは、底壁と、該底壁に対して７０°と直角との間の角度をなして該底壁に接する側壁と、複数の端壁と、前記ダイ内において前記側壁から前記端壁まで外方へ広がる整形された移行領域とを備え、該移行領域は、前記端壁から前記側壁まで前記キャビティの内部の周りで連続しており、前記底壁、側壁および端壁、ならびに前記移行領域が前記ダイキャビティを画成しているステップ、
   前記金型の内部における前記端壁と前記移行領域との連接部内に収まる寸法の長さ、幅および厚さを有するガラスシートを提供するステップであって、前記ダイは、当初前記ガラスシートの複数のエッジのみに接触しているステップ、
   前記ガラスを１０^７〜１０^１３ポアズの範囲内の粘度になるまで加熱するステップ、
   前記プランジャを下降させて前記ガラスに接触させるステップ、
   増大する圧力を前記ガラスに印加するステップ、
   前記ガラスのエッジが十分に湾曲され、かつガラス造形品が形成されるまで前記ガラスを加圧するステップ、
   前記プランジャを引き上げるステップ、および
   前記造形されたガラス物品を前記ダイから取り外すステップ、
   を含む方法によって作製されたことを特徴とするガラス物品。
8. 前記ガラスを提供するステップが、５ｍｍ未満の厚さを有するガラスの提供を意味することを特徴とする請求項７記載のガラス物品。
9. 前記底壁が取り外し可能な底壁であり、前記加圧成形された前記ガラス物品が、前記キャビティを一端から他端まで通過し、かつ前記ダイの受容面上に堆積されるように、前記底壁が前記ダイから取り外されかつ前記キャビティが開口することを特徴とする請求項７記載のガラス物品。
10. 前記ガラスの湾曲が７０°を超えており、該湾曲の内側の曲率半径が前記ガラスの厚さの４倍未満であり、前記ガラス物品の隣接する複数のエッジが同時に曲げられることを特徴とする請求項７記載のガラス物品。

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