JP2013536795A - ガラス基板を成形する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

略平坦なガラス基板を成形する装置及び方法が開示される。前記ガラス基板は、平坦な中心部分と、そして円弧状辺縁部分と、を有する成形用本体により支持される。前記基板は、適切な放射熱源により加熱され、遮熱板を用いて、前記ガラス基板の辺縁部分のみが加熱されて軟化するように、前記ガラス基板の中心に位置する表面を遮熱する。自重によって、前記ガラス基板辺縁部分が下に凸の撓み変形を起こして、前記成形用本体の形状に沿った形状に変化する。幾つかの実施形態では、成形用部材を前記ガラス基板辺縁部分に押圧して、前記ガラス基板辺縁部分の形状が前記成形用本体の形状に沿って変化し易くする。特定の他の実施形態では、複数のガラス基板を成形用型で順次変形させる。

Description

先に出願された米国出願の利益の主張

本出願は、２０１０年８月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／３７８，１１４号の優先権の利益を主張するものである。この出願の内容、及び本明細書で引用される公報、特許、及び特許出願の開示内容の全体が、参照されることにより、本明細書に組み込まれる。

本発明は、ガラス基板を成形する方法及び装置に関するものであり、特にガラス基板の辺縁部分の湾曲面を成形する方法及び装置に関するものである。

これまで、個々のガラス板の成形は、加熱及び加圧によって、または加熱法またはスランピング法により大部分が行なわれてきた。すなわち、個々のガラス板を適切な成形温度まで加熱し、次に加圧して最終形状を実現する。別の構成として、当該ガラス板をスランピング型の上に載置し、加熱し、そして自重によって所望の形状に沿った形状に変化することができるようにする（スランピング法）。このような方法は、ガラス板全体に影響する大きい曲率半径の曲げに限定され、そして自動車の風防ガラスの成形に広く用いられている。

ディスプレイ産業おける最新の傾向は、益々薄くなる機器に注がれている。１つのこのような例が、テレビの発光ダイオードバックライト照明であり、これによって、初期の冷陰極蛍光灯と比較すると、機器を劇的に薄くすることができる。更に別の段階の工夫が為されて、ディスプレイの外周部を覆う枠状ベゼルまたは外部ベゼルを大幅に小さくする、または無くすことにより、簡単でよりはっきりとした外観を製品全体に持たせている。この種類の製品を製造する１つの方法では、製品前面を覆う、特に製品の辺縁領域を覆うフェースプレートまたはカバーガラスを取り付けることになる。

１つの実施形態によれば、ガラス基板を成形する方法が開示され、前記方法は、略平坦なガラス基板を、成形用本体（ｓｈａｐｉｎｇ ｂｏｄｙ）と遮熱板との間に配置する工程であって、前記成形用本体が、前記ガラス基板に接触する接触面を有し、そして前記成形用本体接触面が、平坦な中心部分と、そして円弧状辺縁部分と、を有する、前記配置する工程と；前記略平坦なガラス基板を加熱する工程であって、前記加熱中に、前記遮熱板が、前記略平坦なガラス基板の中心部分を遮熱し、かつ前記略平坦なガラス基板の辺縁部分を露出させて、前記辺縁部分のみが前記加熱によって軟化する、前記加熱する工程と；を含み、そして前記加熱により、前記基板の前記中心部分が略平坦なままの状態で、前記辺縁部分が変形し、そして前記成形用本体辺縁部分と接触するようになる。

前記遮熱板は、幾つかの例では、前記略平坦なガラス板と前記加熱中に接触することができる。

前記方法は更に、成形用部材（ｆｏｒｍｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒｓ）を前記略平坦なガラス基板の前記辺縁部分に押圧して、前記ガラス基板辺縁部分を前記成形用本体辺縁部分の形状に沿った形状に変化させる工程を含むことができる。前記ガラス基板辺縁部分を、前記成形用本体の内部に配置される複数通路を通して真空吸着することにより、前記ガラス基板辺縁部分を引き下げて前記成形用本体辺縁部分に押圧保持することができる。

特定の方法は、相対運動を成形用型（ｓｈａｐｉｎｇ ｄｉｅ）と、複数の略平坦なガラス基板、及び複数の成形用本体を含む積層組み付け体との間で行なうことにより、前記複数のガラス基板の辺縁部分が、順次変形し、そして前記複数の成形用本体の円弧状辺縁部分に、前記成形用型の弓状接触面によって押圧されるようにする工程を含むことができる。他の実施形態では、前記成形用型の前記接触面は、平坦であり、かつ垂直平面に対して或る角度に傾けることができる。

更に別の実施形態では、ガラス基板を成形する装置について記述され、前記装置は、第１表面を含む成形用本体であって、前記成形用本体の第１表面が、平坦な中心部分と、そして円弧状辺縁部分と、を含む、前記成形用本体と；熱源と前記成形用本体との間に配置されて、ガラス基板のうちの前記成形用本体の第１表面で支持される部分を、前記熱源から放出される熱放射から遮蔽する遮熱板と、を備える。前記成形用本体は、真空源と連通する複数通路を含むことにより、前記ガラス基板の辺縁部分を真空吸着することができる。

前記成形用装置は更に、前記ガラス基板の前記辺縁部分を、前記成形用本体の前記円弧状辺縁部分に押圧するように構成される成形用部材（ｓｈａｐｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒｓ）を備えることができる。前記成形用部材は、前記成形用本体の前記円弧状辺縁部分の形状に略ぴったりと沿うように形成される円弧状表面を含み、前記装置は、成形用本体群の間に配置される複数のガラス基板を支持する複数の成形用本体と、そして成形用型と、を備えることができ、該成形用型は、相対運動が前記成形用型と前記複数の成形用本体との間で行なわれるときに、前記複数のガラス基板の辺縁部分に順次接触し、そして前記辺縁部分を変形させる弓状接触面を含む。前記成形用型は、前記複数のガラス基板の前記辺縁部分を加熱するために用いられる加熱部材を含むことができる。

本発明の更に別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に示され、そして或る程度、この技術分野の当業者には、当該説明から容易に理解することができる、または本発明を本明細書において説明される通りに実施することにより認識することができる。添付の図面は、取り込むことにより、本発明に対する理解を深めることができ、そして本明細書の一部に組み込まれ、そして本明細書の一部を構成する。本明細書及びこれらの図面に開示される本発明の種々の特徴は、任意の組み合わせとして、そして全ての組み合わせとして用いることができる。

テレビディスプレイのような機器の一部の断面端面図であり、外周折り曲げフェースプレートを部分的に切り出した状態の当該機器を上から下に眺めた様子を示している。 ガラス基板を成形する、特にガラス基板の円弧状辺縁を成形する装置の断面図であり、遮熱板はガラス基板に接触していない。 ガラス基板を成形する別の装置の断面図であり、遮熱板はガラス基板に接触している。 ガラス基板を成形する装置の更に別の実施形態の断面図であり、成形用部材を用いて、ガラス基板の辺縁部分を成形用本体に押圧する。 ガラス基板を成形する装置の更に別の実施形態であり、成形用本体内の真空通路を用いて、成形用部材で、ガラス基板の辺縁部分を押圧し易くして成形用本体に接触させている。 複数の成形用本体及び遮熱板と一緒に積層配置される複数のガラス基板の辺縁部分に押し付ける弓状成形面を有する成形用型を徐々に下げて行く操作を示す断面図である。 複数の成形用本体及び遮熱板と一緒に積層配置される複数のガラス基板の辺縁部分に押し付ける弓状成形面を有する成形用型を徐々に下げて行く操作を示す断面図である。 複数のガラス基板に接触する成形用型の成形面が垂直平面に対して或る角度に傾いていることを除いて図６Ａ〜６Ｂの装置と同様である、ガラス基板を成形する装置の１つの実施形態の側部断面図である。

以下の詳細な記載では、説明を進めるために、そして本発明を限定しないために、特定の詳細を開示する例示的な実施形態を示して、本発明に対する完全な理解が得られるようにしている。しかしながら、本開示の恩恵を享受することになるこの技術分野の当業者であれば、本発明は、本明細書において開示される特定の詳細から逸脱する他の実施形態において実施することができることを理解できるであろう。更に、公知の装置、方法、及び材料についての記載を省略して、本発明についての記載が不明瞭になることがないようにしている。最後に、当てはまる場合には必ず、同様の参照番号は同様の構成要素を指すものとする。

図１に示すのは、テレビまたはコンピュータモニタのようなディスプレイ製品１０の辺縁部分であり、外周折り曲げカバーガラス１２の配置を示しており、このカバーガラスは、ディスプレイ装置１４の前面（視聴側）に取り付けられる。当該製品の辺縁部分は、当該装置を見下ろしたときの断面として観察される。「ｗｒａｐ−ａｒｏｕｎｄ ｗｈａｔ」とは、（ｗｈａｔに相当する）カバーガラスの湾曲辺縁部分１６が、カバーガラスプレート表面の主要部分の平面から逸れることを意味する。適切なディスプレイ製品の上に取り付けられる場合、カバーガラスの湾曲辺縁部分１６は、ディスプレイ装置の厚さの少なくとも一部を覆う、または少なくとも一部に沿って折れ曲がる。最終的に得られる結果は、滑らかで見栄えの良いディスプレイ前面である。このようなカバーガラス板の製造が、以下の開示の主題である。

図２は、第１の実施形態による初期段階で略平坦なガラス基板２１を成形する装置２０を示している。本明細書において使用されるように、「ａ ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ ｐｌａｎａｒ ｇｌａｓｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ（略平坦なガラス基板）」とは、２つの平行主表面を備えるガラス板であり、この場合、２つの平行表面の間の厚さは、１ｍｍ未満であることが好ましく、そして自重の影響が無い場合の平面からの反り量が、わずか約５００μｍである。「ｇｒａｖｉｔｙ−ｆｒｅｅ（自重の影響が無い）」とは、自重の影響が無い状態でのガラス基板の形状を意味し、自重の影響がある場合には、基板の形状が反る、または曲がる。装置２０は、上側表面２４を有する型本体または成形用本体２２を備え、上側表面２４は、当該本体の表面の大部分の領域に亘って略平坦であるが、辺縁部分２６で円弧状になっている。装置２０は更に、成形用本体２２と、放射熱源３０のような熱源との間に配置される遮熱板２８を備える。放射熱源は、略平坦なガラス基板２１を軟化させるために十分な熱を放射することができる任意の適切な熱源とすることができる。例えば、放射熱源は、１つ以上の赤外線ランプのような赤外線熱源とすることができる、または熱源は、電気抵抗加熱部材を含むことができる。放射熱源は、矢印３２で集合的に表わされる熱エネルギーを、成形用本体２２により支持される略平坦なガラス基板２１の第１表面３４に向かう方向に誘導する。放射熱エネルギー３２は、遮熱板２８により遮蔽されるガラス基板２１の内側表面部分を当該エネルギーで照射するのが阻止される。すなわち、ガラス基板の辺縁部分３６の内側にあるガラス基板の第１表面の主要領域が熱源と対向している。しかしながら、遮熱板２８は、熱源３０から放出される放射熱エネルギー３２が、ガラス基板２１のうち、遮熱板２８を超えて延びる辺縁部分３６にのみ照射されるようなサイズに形成される。更に別の放射熱源３８を用いて、放射熱エネルギー４０を、第１表面３４とは反対側にあって第１表面３４に平行な略平坦なガラス基板２１の第２表面４２に向かう方向に誘導することができる。十分な量の放射熱エネルギー３２、及び任意の放射熱エネルギー４０により辺縁部分３６が加熱されると、これらの辺縁部分の粘性が低下し、そしてこれらの辺縁部分が変形する。すなわち、略平坦なガラス基板の辺縁部分３６が、照射放射エネルギーによる熱によって軟化し、そして自重によって変形して、これらの辺縁部分が、成形用本体の辺縁部分２６の円弧形に沿った形状に変化する。その結果、ガラス基板は、略平坦な内側表面（これらの辺縁部分の内側の）、及び円弧状辺縁部分３６を有するように成形される。遮熱板２８の効果は、ガラス基板の内側表面部分の温度が上昇しても必ず、これらの内側表面部分の変形が生じ得る温度以下になるように制限することである。別の表現をすると、ガラス基板は、これらの内側表面部分が材質的に弾性を有する状態を保持するように選択的に加熱される。従って、ガラス基板２１のこれらの内側表面部分は、塑性変形することがなく、そして表面仕上げ状態は、成形プロセスに最初に設定された通りのままである。

幾つかの実施形態では、図２に示すように、遮熱板２８を略平坦なガラス基板２１の上に配置して、当該遮熱板がガラス基板と成形プロセス中に接触しないようにする。図３に示す他の実施形態では、遮熱板２８は、略平坦なガラス板２１（すなわち、第１基板表面３４）と接触するように配置される。しかしながら、いずれの場合においても、遮熱板２８が、略平坦なガラス基板２１の辺縁部分３６を超えて延びることがないことに注目されたい。

図４に示す更に別の実施形態では、一旦、略平坦なガラス基板２１に対する照射及び加熱が行なわれると、成形用部材４３を、略平坦なガラス基板２１の軟化辺縁部分３６に押圧接触させて、ガラス基板のこれらの辺縁部分が、成形用本体２２の辺縁部分の形状に沿った形状に変化するようにする。図５に示す幾つかの実施形態では、成形用本体の内部の複数通路４４を用いて、矢印４６で示すように、適切な真空源によって辺縁部分３６に在る第２表面４２を真空吸着する。この真空吸着によって、辺縁部分３６を引き下げて成形用本体と接触し易くする。

図６Ａ〜６Ｂに示す更に別の実施形態では、複数の成形用本体２２、及び略平坦なガラス基板２１を交互に垂直に配置されるように積層して、積層組み付け体（ｓｔａｃｋｅｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ）４８を形成する。遮熱板２８は、積層組み付け体の中の最上部の略平坦なガラス基板の上に配置される。放射加熱部材３０を図６Ａ、６Ｂ、及び７から省略して、装置の他の構成要素群が明確に分かるようにしている。これまでの実施形態におけるように、ガラス基板を、熱源３０から放出される放射熱エネルギーから遮蔽する遮熱板２８は、最上部の略平坦なガラス基板と接触させることができる、または接触させなくてもよい。成形用型５０を積層組み付け体の周辺の上方かつ外側に配置する。成形用型は、図６Ａ〜６Ｂに示すように、単一の型または複数の型を構成することができる。成形用型５０は、当該成形用型を加熱する１つ以上の加熱部材５２を含むことができる。例えば、成形用型５０は、当該成形用型の内部に配置される１つ以上の抵抗加熱部材を含むことができる。相対運動が、矢印５４で示すように、成形用型または複数の成形用型と、成形用本体群及びガラス基板群の積層組み付け体との間で行なわれる。例えば、成形用型を積層組み付け体４８に対して移動させることができる、または積層組み付け体を成形用型に対して移動させることができる、或いは、成形用型及び積層組み付け体の両方を互いに対して移動させることができる。この移動は、これらには限定されないが、油圧式ジャッキまたは空気式ジャッキ、電動モータまたは油圧モータ、及び適切な歯車装置を含む任意の適切な移動装置によって行なうことができる。成形用型は、当該成形用型が積層組み付け体に横方向に隣接する位置に移動するときに、積層組み付け体４８に向かう方向を向く接触面５６を含む。成形用型の接触面は、各ガラス基板の周辺と成形用型の接触面との間の距離が、積層組み付け体及び／又は成形用型が移動するにつれて短くなるように構成される。従って、成形用型と接触する第１ガラス板２１ａは、接触面５６によって徐々に変形し、この変形の度合いは、成形用型とガラス基板周辺との間の相対移動が進行するにつれて大きくなる。その影響として、当該相対移動が進行するにつれて、各ガラス基板の辺縁部分３６は、これらのガラス基板の辺縁部分が成形用本体群２２と接触し、そして成形用本体群２２の形状に、すなわち略平坦な内側表面部分、及び１つ以上の円弧状辺縁の形状に沿った形状に変化するまで次第に徐々に大きく変形するようになる。接触面５６は弓形表面とすることができる、または垂直平面（例えば、図６Ａを真横に見たときの平面５８）に対して非ゼロの角度に傾いた平坦面とすることができる。

本開示の恩恵を享受するこの技術分野の当業者であれば、これらのガラス基板の辺縁部分と接触する成形用型の表面は、弓形とする必要は無く、弓形とする代わりに、図７に示すように、傾斜平坦接触面５６とすることができる。

本発明の上記実施形態、特に全ての好適な実施形態は、本発明の原理を明確に理解するためにのみ示される実施形態の考え得る例に過ぎないことに留意されたい。多くの変更及び変形を本発明の上記実施形態に、本発明の思想及び原理から実質的に逸脱しない限り加えることができる。全てのこのような変形及び変更は、本明細書においては、本開示及び本発明の範囲に含まれるべきであり、かつ以下の請求項によって権利保護されるべきである。

１０ ディスプレイ製品
１２ 外周折り曲げカバーガラス
１４ ディスプレイ装置
１６ 湾曲辺縁部分
２０ 成形装置
２１ ガラス基板
２１ａ 第１ガラス基板
２２ 成形用本体
２４ 上側表面
２６ 成形用本体の辺縁部分
２８ 遮熱板
３０ 放射熱源、放射加熱部材
３２，４０ 放射熱エネルギー
３４ 第１表面
３６ ガラス基板の辺縁部分
３８ 別の放射熱源
４２ 第２表面
４３ 成形用部材
４４ 通路
４８ 積層組み付け体
５０ 成形用型
５２ 加熱部材
５４ 相対運動
５６ 接触面
５８ 垂直平面

Claims (10)

1. ガラス基板を成形する方法であって：
   略平坦なガラス基板を、平坦な中心部分と、円弧状辺縁部分とを備えた、前記ガラス基板に接触する接触面を有する成形用本体と遮熱板との間に配置する工程と、
   前記略平坦なガラス基板を加熱する工程であって、前記加熱中に、前記遮熱板が、前記略平坦なガラス基板の中心部分を遮熱し、かつ前記略平坦なガラス基板の辺縁部分を露出させて、前記辺縁部分のみが前記加熱によって軟化する、前記加熱する工程と、
   を含み、
   前記加熱により、前記基板の前記中心部分が略平坦なままの状態で、前記辺縁部分が変形し、そして前記成形用本体の辺縁部分と接触するようになる、
   方法。
2. 前記遮熱板は、前記略平坦なガラス板と前記加熱中に接触する、請求項１に記載の方法。
3. 更に、成形用部材を前記略平坦なガラス基板の前記辺縁部分に押圧して、前記ガラス基板辺縁部分を前記成形用本体の辺縁部分の形状に沿った形状に変化させる工程を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 更に、前記ガラス基板辺縁部分を真空吸着して、前記ガラス基板辺縁部分を引き下げることにより前記成形用本体の辺縁部分に押圧する工程を含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載の方法。
5. ガラス基板を成形する装置であって：
   平坦な中心部分と、円弧状辺縁部分と備えた第１表面を含む成形用本体と、
   熱源と前記成形用本体との間に配置されて、ガラス基板のうちの前記成形用本体の第１表面で支持される部分を、前記熱源から放出される熱放射から遮蔽する遮熱板と、
   を備える、装置。
6. 前記成形用本体は、真空源と連通する複数通路を備える、請求項５に記載の装置。
7. 更に、前記ガラス基板の辺縁部分を前記成形用本体の前記円弧状辺縁部分に押圧するように構成される成形用部材を備える、請求項５又は請求項６に記載の装置。
8. 更に、成形用本体群の間に配置される複数のガラス基板を支持する複数の成形用本体と、相対運動が前記成形用型と前記複数の成形用本体との間で行なわれるときに、接触面が、複数のガラス基板の辺縁部分に順次接触し、そして前記複数のガラス基板の辺縁部分を変形させるように構成される接触面を含む成形用型と、を備えた、請求項５乃至７の何れか一項に記載の装置。
9. 前記成形用型は加熱部材を備える、請求項８に記載の装置。
10. 前記接触面は弓形表面である、請求項８又は請求項９に記載の装置。

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