JP2017071534A - ガラス成形装置及びガラス成形方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】金型材の微粒子が光学素子素材に付着したり、もしくは金型表面の細かな凹凸が光学素子素材に転写されることを抑制する。【解決手段】ガラス素材を配置した状態の金型3を加熱し、ガラス素材を成形可能な第1成形温度にし、金型3を第1押圧力で押圧し、下金型32とガラス素材の中間部21の表面との間に所定幅の隙間41を残してガラス素材を前成形する前成形工程と、前成形工程が終了した後、ガラス素材を成形可能な第2成形温度にし、金型3を第2押圧力で押圧し、ガラス素材を本成形する本成形工程とを行う成形部11を備え、第2成形温度は、第1成形温度よりも低く、第2押圧力は、第1押圧力より高く設定する。【選択図】図1

Description

本発明は、押圧力を変えてガラス素材を押圧成形するガラス成形装置及びガラス成形方法に関する。
従来、この種の技術としては、例えば以下に示す特許文献1に記載されたものが知られている。この特許文献1には、金型に配置された光学素子素材を加圧成形する際に、加圧途中少なくとも1回以上加圧力を減圧または零にしながら光学素子素材を成形する光学素子の製造装置が記載されている。この製造装置では、加圧力を変えているときの光学素子成形温度は、光学素子素材を加圧成形可能な一定の成形温度に保持している。
特開平8−259240号公報
上記従来の技術では、加圧成形時に加圧途中に加圧力を変えているが、光学素子温度は変えずに一定の成形温度に保持している。すなわち、加圧成形時には、変動する加圧力の内最も高い加圧力が最終的に、一定に保持された成形温度の光学素子素材に加わることになる。
このため、金型と軟化した光学素子素材とが高い加圧力で押圧された際に、金型材の微粒子が光学素子素材に付着したり、金型表面の微少な凹凸が光学素子素材に転写されやすいという問題があった。この結果、光学素子成形品の品質低下を招いていた。
本発明の目的は、金型材の微粒子が光学素子素材に付着したり、もしくは金型表面の微少な凹凸が光学素子素材に転写されることを抑制し、ガラス成形品の品質低下を回避できるガラス成形装置及びガラス形成方法を提供することである。
本発明のガラス成形装置は、上金型と下金型で構成される金型に配置されたガラス素材を押圧成形する成形部を備え、前記成形部は、前記ガラス素材を第1の温度で前成形する前成形工程と、前記ガラス素材を第2の温度で本成形する本成形工程と、を有し、前記前成形工程は、前記金型を介して前記ガラス素材を第1成形温度になるまで加熱する加熱工程と、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方と前記ガラス素材との間に所定の隙間を構成する第1押圧力で前記金型を押圧する第1押圧工程と、を含み、前記本成形工程は、前記金型を介して前記ガラス素材を第2成形温度になるまで冷却する冷却工程と、第2押圧力で前記金型を押圧する第2押圧工程と、を含み、さらに、前記第2成形温度は、前記第1成形温度よりも低く、前記第2押圧力は、前記第1押圧力よりも高いことを特徴とする。
前記成形部は好ましくは、前記金型に配置された前記ガラス素材の冷却を行う冷却工程を有する。
前記金型は好ましくは、カーボン材、セラミックス材、もしくは超硬合金(タングステン・カーバイト)材のいずれか1の材料で構成される。
前記成形部は好ましくは、平板状のガラス板の前記ガラス素材を成形して、前記ガラス素材の短辺方向の中間部が平坦で、前記ガラス素材の短辺方向の端部が湾曲状に成形されたガラス成形品を成形する。
本発明のガラス成形方法は、上金型と下金型で構成される金型に配置されたガラス素材を押圧成形する成形部を備え、前記成形部は、前記ガラス素材を第1の温度で前成形する前成形工程と、前記前成形工程の後に行い、前記ガラス素材を第2の温度で本成形する本成形工程と、を有し、前記前成形工程では、前記金型を介して前記ガラス素材を第1成形温度になるまで加熱する加熱工程を行った後、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方と前記ガラス素材との間に所定の隙間を構成する第1押圧力で前記金型を押圧する第1押圧工程を行い、前記前成形工程の後に行う前記本成形工程では、前記金型を介して前記ガラス素材を前記第1成形温度よりも低い第2成形温度になるまで冷却する冷却工程を行った後、前記第1押圧力よりも高い第2押圧力で前記金型を押圧する第2押圧工程を行うことを特徴とする。
本発明のガラス成形装置またはガラス成形方法によれば、金型材の微粒子が光学素子素材に付着したり、もしくは金型表面の微少な凹凸が光学素子素材に転写されることを抑制することができる。これにより、本発明のガラス成形装置またはガラス成形方法は、ガラス成形品の品質低下を回避することができる。
本発明の実施形態に係るガラス成形装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るガラス成形装置が行う成形工程の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係るガラス成形装置が製造するガラス成形品の一例を示す外観図である。 本発明の実施形態に係るガラス成形装置で使用する金型を上から見た平面図である。 図4のIV−IV線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係るガラス成形装置が行う一成形工程を示す工程断面図である。 本発明の実施形態に係るガラス成形装置が行う一成形工程を示す他の工程断面図である。 本発明の実施形態に係るガラス成形装置が行う一成形工程を示す他の工程断面図である。
以下、図面を用いて本発明を実施するための実施形態を説明する。
(実施形態)
図1を参照して、本発明の実施形態に係るガラス成形装置の構成を説明する。
図1において、ガラス成形装置1は、成形部11と制御部12とを備えている。
成形部11は、上金型と下金型とで構成される金型を備え、上金型と下金型との間にガラス素材を配置した状態の金型を加熱、押圧、冷却してガラス素材を成形し、ガラス成形品を形成する。
成形部11は、図2に示すフローチャートにしたがって、前成形工程、本成形工程、冷却工程からなる成形工程を行う。
図2において、成形部11は、ステップS1にて、前成形工程を行う。成形部11は、先ず上金型と下金型との間にガラス素材を配置した状態の金型を加熱し、ガラス素材を成形可能な第1成形温度になるまで加熱する。
この第1成形温度は、ガラス素材を変形させるための温度であり、ガラス素材のガラスの種類により異なるが、例えば、化学強化ガラスの場合には、700℃から800℃の範囲が好ましく、750℃程度が更に好ましい。したがって、ここでは、第1成形温度は、750℃程度の高温とする。
成形部11は、ガラス素材が第1成形温度に達すると後述するように、下金型とガラス素材との間に所定の隙間を構成する第1押圧力で金型を押圧する。第1押圧力は、後述する本成形工程でガラス素材を押圧して本成形する際にガラス素材を押圧する押圧力よりも低い押圧力に設定される。
第1押圧力は、ガラス素材のガラスの種類により異なるが、例えば、化学強化ガラスの場合には、0.5(kN)から5(kN)の範囲が好ましく、1(kN)程度が更に好ましい。第1押圧力は、後述する第2押圧力より低い押圧力とする。したがって、ここでは、第1押圧力は、1(kN)程度の比較的低い押圧力とする。
このようにして、成形部11は、前成形工程を行ってガラス素材を前成形する。
続いて、成形部11は、ステップS2にて、前成形工程が終了した後、前成形工程に続いて本成形工程を行う。
成形部11は、先ず前成形工程が終了した後、金型の温度を低下させ、ガラス素材を成形可能な第2成形温度になるまで冷却する。
この第2成形温度は、ガラス素材のガラスの種類により異なり、例えば、化学強化ガラスの場合には、600℃から700℃の範囲が好ましく、650℃程度が更に好ましい。したがって、ここでは、第2成形温度は、650℃程度の中温とする。
成形部11は、ガラス素材が第2成形温度に達すると、第2押圧力で金型を押圧する。これにより、成形部11は、ガラス素材がガラス成形品の形状となるようにガラス素材を本成形する。したがって、第2押圧力は、ガラス素材を本成形する際に必要となる押圧力であり、ガラス素材を前成形する際に用いた第1押圧力よりも高い値に設定される。
第2押圧力は、ガラス素材のガラスの種類により異なるが、例えば、化学強化ガラスの場合には、5(kN)から15(kN)の範囲が好ましく、10(kN)程度が更に好ましい。したがって、ここでは、第2押圧力は、10(kN)程度の比較的高い押圧力とする。
このようにして、成形部11は、本成形工程を行ってガラス素材を本成形する。
引き続いて、成形部11は、ステップS3にて、本成形工程が終了した後、本成形工程に続いて冷却工程を行う。
成形部11は、成形されたガラス素材が金型に配置された状態で、成形されたガラス素材を所定の温度に低下するまで冷却する。
なお、前成形工程と本成形工程とは、同一の成形ステーションもしくは異なる成形ステーションで行うことができる。同一の成形ステーションで行う場合には、前成形工程と本成形工程とは、ガラス素材が配置された金型を移動することなく一つの場所で実行される。
成形部11は、前成形工程と本成形工程とを異なるステーションで行うことによって、前成形工程と本成形工程の温度管理を容易に行うことが可能となる。
一方、異なるステーションで行う場合には、例えば前成形工程は前成形ステーションで行われる、本成形工程は前成形ステーションとは異なる成形場所となる本成形ステーションで行われる。ガラス素材が配置された金型は、前成形工程が終了すると、前成形ステーションから本成形ステーションに移送される。
制御部12は、本ガラス成形装置1の動作を制御する制御中枢として機能する。制御部12は、プログラムに基づいて各種動作処理を制御するCPU、記憶部などを備えた例えばマイクロコンピュータで構成される。制御部12は、ガラス成形装置1の成形工程を制御する制御シーケンスを実行するプログラムを記憶部に記憶する。
制御部12は、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより、成形部11が行う成形工程を含む本ガラス成形装置1で行われるすべての動作を統括管理して制御する。
制御部12は、成形部11が行う前成形工程の第1成形温度ならびに第1押圧力を制御管理する。制御部12は、成形部11が行う本成形工程の第2成形温度ならびに第2押圧力を制御管理する。
上記構成のガラス成形装置1で成形されるガラス成形品の一例を図3に示す。ガラス成形品2は、図3に示すように、ガラス成形品2の短辺方向において、長辺方向に伸びた3つの領域を有し、一つは、平坦形状を中間部21と、残りの二つは、中間部21の両端に湾曲形状をした端部22と、によって構成される。このガラス成形品2は、例えばスマートフォンやタブレット型コンピュータなどの携帯端末の表示画面をカバーするカバーガラスとして使用される。
図3に示すガラス成形品2は、例えば図4ならびに図5に示す金型を用いて成形される。図4は金型を上から見た平面図、図5は図4のIV−IV線に沿う断面図である。
金型3は、図4、図5に示すように、上金型31と下金型32とスリーブ33とを備えている。金型3は、ガラス素材となる平板状のガラス板34の短辺方向の端部22を湾曲状に成形する。
上金型31は、第1上金型35と第2上金型36とで構成されている。
第1上金型35は、直方体状に形成され、ガラス板34の短辺方向の中間部21を下金型と協働して挟み込む。第1上金型35は、ガラス板34の短辺方向の中間部21を平坦に成形する。
第2上金型36は、ガラス板34の短辺方向の端部22を下金型32と協働して挟み込む。第2上金型36は、下端部に湾曲状の湾曲面37が設けられている。湾曲状の湾曲面37は、ガラス板34の短辺方向の端部22に当接して押圧し、ガラス板34の短辺方向の端部22を湾曲状に湾曲させて成形するために設けられている。
スリーブ33は、矩形な枠状に形成され、第2上金型36の位置決めと第2上金型36のガイドを行う。第2上金型36は、初期状態からスリーブ33の内側に挿入され、スリーブ33に係合して案内されながら下金型32に対して上下方向に直線的に自在に移動する。上記初期状態とは、下金型32にガラス板34が載置され、上金型31が下金型32の上方で下金型32から離れている状態である。
スリーブ33には、上部内側に傾斜したガイド面38が設けられている。スリーブ33にガイド面38を設けることで、第2上金型36はガイド面38に案内されてスリーブ33内に円滑に挿入される。また、第2上金型36は、ガイド面38によりスリーブ33内に円滑に挿入されるので、第2上金型36とスリーブ33との間隔を狭くすることが可能となり、第2上金型36の位置がずれにくくなる。
下金型32は、ガラス板34を所定の形状に成形する成形部39が形成されている。この成形部39の短辺方向の両端には、第2上金型36と協働してガラス板34の短辺方向の端部22を湾曲状に湾曲成形するために、湾曲部40が形成されている。
金型3は、耐熱性に優れ高温下でも強度を維持することができる材料、例えばカーボン材、セラミックス材、もしくは超硬合金(タングステン・カーバイト)材で構成することができる。
次に、図6〜図8の断面図を参照して、ガラス成形装置1が上記金型3を使用してガラス板34を成形してガラス成形品2を製造する手順の一例を説明する。
まず、成形部11は前成形工程を行う。
前成形工程では、図6に示すように、ガラス板34を下金型32に載置する。
続いて、第1上金型35を下降させて、第1上金型35をガラス板34に当接して第1上金型35の自重でガラス板34を上から押さえ、ガラス板34を下金型32と協働して挟み込む。このとき、第1上金型35は、ガラス板34を押圧しない。
続いて、図7に示すように、先ずガラス板34が第1上金型35と下金型32とが協働して挟み込まれた状態の金型3を加熱し、ガラス板34を成形可能な第1成形温度になるまで加熱する。第1成形温度は、上述した750℃程度の高温とする。
ガラス板34が第1成形温度に達すると、第2上金型36を下降させ、第2上金型36をガラス板34に当接してガラス板34を下金型32と協働して挟み込む。ガラス板34が、第1上金型35と第2上金型36との上金型31と下金型32とが協働して挟み込まれた状態で、第1上金型35と第2上金型36とを上述した第1押圧力で押圧して、ガラス板34を仮押圧する。
第2上金型36がガラス板34の短辺方向の端部22を押圧したときに、ガラス板34の短辺方向の中間部21に上向きの力が働き、ガラス板34と第1上金型35とが上方に極僅か浮き上がる。これにより、下金型32とガラス板34との間に隙間41ができる。この隙間41の幅は、例えば0.5(mm)程度である。
このように、下金型32とガラス板34との間に隙間41が形成される。これにより、下金型32を安価で利用しやすい例えばカーボン材で構成した場合に、ガラス板34が750℃の高温状態であっても、下金型32のカーボンの微粒子がガラス板34の表面に付着することを抑制することができる。
また、下金型32をカーボン材の他の上述した材料で構成した場合に、ガラス板34の表面と接触する下金型32の表面に形成された細かな凹凸がガラス板34の表面に転写されるのを抑制することができる。
このようにして、前成形工程が行われて終了する。
前成形工程が終了した後、続いて成形部11は本成形工程を行う。
本成形工程では、図8に示すように、先ず前成形工程が終了した後、金型3の温度を低下させ、ガラス板34を成形可能な第2成形温度になるまで冷却する。第2成形温度は、第1成形温度よりも低い上述した650℃程度の中温とする。
ガラス板34が第2成形温度に達すると、図8に示すように、ガラス板34が、第1上金型35と第2上金型36とで構成される上金型31と下金型32とが協働して挟み込まれた状態で、第1上金型35と第2上金型36とをともに第2押圧力で押圧する。このときに、第1上金型35と第2上金型36は、下金型32とガラス板34との間に上記隙間41ができない第2押圧力で押圧される。これにより、ガラス板34の短辺方向の中間部21ならびに端部22の全体を本押圧する。これにより、平板状のガラス板34は、図3示す形状のガラス成形品2に成形される。
本成形工程では、ガラス板34は、前成形工程の第1成形温度よりも低い第2成形温度に低下しているので、ガラス板34の表面は前成形工程の状態に比べて硬化している。これにより、下金型32を例えばカーボン材で構成した場合に、ガラス板34が第1押圧力よりも高い第2押圧力で押圧されても、下金型32のカーボンの微粒子がガラス板34の表面に付着することを抑制することができる。
また、下金型32を上述したカーボン材の他の材料で構成した場合に、ガラス板34の表面と接触する下金型32の表面に形成された細かな凹凸がガラス板34の表面に転写されるのを抑制することができる。
このようにして、本成形工程が行われて終了する。
本成形工程が終了した後、続いて成形部11は冷却工程を行う。
冷却工程では、成形されたガラス板34が押圧されていない金型3に配置された状態で、成形されたガラス板34が冷却される。
これにより、成形されたガラス板34は、ガラス板34が金型3から取り出された状態で冷却される場合に比べて、概ね均一に冷却される。この結果、ガラス板34では、ガラス板34の温度が不均一となる温度むらを抑制することができ、ガラス成形品2の変形などを防止することができる。
冷却工程が終了して、所定の温度に冷却されたガラス板34は、ガラス成形品2として金型3から取り出され、一連の成形工程が終了する。
以上説明したように、本発明に係る上記実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
この実施形態のガラス成形装置1は、上金型31と下金型32で構成される金型3に配置されたガラス素材を押圧成形する成形部11と制御部12とを有する。
成形部11は、ガラス素材を第1の温度で前成形する前成形工程と、ガラス素材を第2の温度で本成形する本成形工程とを有する。
制御部12は、成形部11が行う前成形工程と本成形工程とを制御する。
前成形工程は、金型3を介してガラス素材を第1成形温度になるまで加熱する加熱工程と、上金型31及び下金型32の少なくとも一方とガラス素材との間に所定の隙間41を構成する第1押圧力で金型を押圧する第1押圧工程と、を含む。
本成形工程は、金型3を介してガラス素材を第2成形温度になるまで冷却する冷却工程と、第2押圧力で金型3を押圧する第2押圧工程と、を含む。
第2成形温度は、第1成形温度よりも低く、第2押圧力は、第1押圧力よりも高く設定する。
ガラス成形装置1は、上記構成を採用することにより、前成形工程では、下金型32とガラス板34の表面との間に隙間41が形成される。本成形工程では、前成形工程の第1成形温度よりも低い第2成形温度で成形される。これにより、前成形工程ならびに本成形工程において、下金型32の材料の微粒子が、ガラス板34の表面に付着するのを抑制することができる。また、前成形工程ならびに本成形工程において、下金型32の表面の細かな凹凸が、ガラス板34の表面に転写されることを抑制することができる。この結果、ガラス成形品の品質低下を回避することができる。
この実施形態のガラス成形装置1の成形部11は、本成形工程の後に、本成形されたガラス板34が金型3に配置された状態でガラス板34を冷却する冷却工程を実行する。
ガラス成形装置1は、上記構成を採用することにより、成形されたガラス板34は、成形されたガラス板34が金型3から取り出された状態で冷却される場合に比べて、概ね均一に冷却される。この結果、成形されたガラス板34では、成形されたガラス板34の温度が不均一となる温度むらを抑制することができ、ガラス成形品2の変形などを防止することができる。
この実施形態のガラス成形装置1で使用される金型3は、カーボン材、セラミックス材、もしくは超硬合金材のいずれか1の材料で構成される。
ガラス成形装置1は、金型3がカーボン材で構成された場合には、カーボンの微粒子がガラス板34の表面に付着することを抑制することができる。また、下金型32がセラミックス材または超硬合金材で構成された場合には、下金型32の表面に形成された細かな凹凸がガラス板34の表面に転写されるのを抑制することができる。
この実施形態のガラス成形装置1の成形部11は、平板状のガラス板34のガラス素材を成形して、ガラス素材の短辺方向の中間部21が平坦で、ガラス素材の短辺方向の端部22が湾曲状に成形されたガラス成形品2を成形する。
ガラス成形装置1は、上記構成を採用することにより、例えばスマートフォンやタブレット型コンピュータなどの携帯端末の表示画面をカバーするカバーガラスに好適なガラス成形品2を成形することができる。
この実施形態のガラス成形方法は、ガラス素材を第1の温度で前成形する前成形工程と、 前成形工程の後に行い、ガラス素材を第2の温度で本成形する本成形工程と、を有する。
前成形工程では、金型3を介してガラス素材を第1成形温度になるまで加熱する加熱工程を行った後、上金型31及び下金型32の少なくとも一方とガラス素材との間に所定の隙間41を構成する第1押圧力で金型3を押圧する第1押圧工程を行う。
前成形工程の後に行う本成形工程では、金型3を介してガラス素材を第1成形温度よりも低い第2成形温度になるまで冷却する冷却工程を行った後、第1押圧力よりも高い第2押圧力で金型3を押圧する第2押圧工程を行う。
この実施形態のガラス成形方法は、上記手順を採用することにより、前成形工程では下金型32とガラス板34の表面との間に隙間41が形成される。本成形工程では、前成形工程の第1成形温度よりも低い第2成形温度で成形される。これにより、前成形工程ならびに本成形工程において、下金型32の材料の微粒子が、ガラス板34の表面に付着するのを抑制することができる。また、前成形工程ならびに本成形工程において、下金型32の表面の細かな凹凸が、ガラス板34の表面に転写されることを抑制することができる。この結果、ガラス成形品の品質低下を回避することができる。
なお、本実施例では、ガラス成形品2の短辺方向の両端における端部22を湾曲状にした例を挙げて説明を行ったが、長辺方向の両端における端部を湾曲状にしてもよい。この場合においても、本実施例と同様の効果を奏する。さらに、金型構成を本実施例とは、上下逆に構成するようにしてもよい。この場合、上金型とガラス板との間に隙間が構成され、本実施例と同様の効果を奏する。
1 ガラス成形装置
2 ガラス成形品
3 金型
11 成形部
12 制御部
31 上金型
32 下金型
41 隙間

Claims (5)

  1. 上金型と下金型で構成される金型に配置されたガラス素材を押圧成形する成形部を備え、
    前記成形部は、
    前記ガラス素材を第1の温度で前成形する前成形工程と、
    前記ガラス素材を第2の温度で本成形する本成形工程と、
    を有し、
    前記前成形工程は、
    前記金型を介して前記ガラス素材を第1成形温度になるまで加熱する加熱工程と、
    前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方と前記ガラス素材との間に所定の隙間を構成する第1押圧力で前記金型を押圧する第1押圧工程と、
    を含み、
    前記本成形工程は、前記金型を介して前記ガラス素材を第2成形温度になるまで冷却する冷却工程と、
    第2押圧力で前記金型を押圧する第2押圧工程と、
    を含み、
    さらに、前記第2成形温度は、前記第1成形温度よりも低く、前記第2押圧力は、前記第1押圧力よりも高いことを特徴とするガラス成形装置。
  2. 前記成形部は、前記金型に配置された前記ガラス素材の冷却を行う冷却工程を有することを特徴とする請求項1に記載のガラス成形装置。
  3. 前記金型は、カーボン材、セラミックス材、もしくは超硬合金(タングステン・カーバイト)材のいずれか1の材料で構成される
    ことを特徴とする請求項1または2に記載のガラス成形装置。
  4. 前記成形部は、平板状のガラス板の前記ガラス素材を成形して、前記ガラス素材の短辺方向の中間部が平坦で、前記ガラス素材の短辺方向の端部が湾曲状に成形されたガラス成形品を成形することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス成形装置。
  5. 上金型と下金型で構成される金型に配置されたガラス素材を押圧成形する成形部を備え、
    前記成形部は、
    前記ガラス素材を第1の温度で前成形する前成形工程と、
    前記前成形工程の後に行い、前記ガラス素材を第2の温度で本成形する本成形工程と、を有し、
    前記前成形工程では、前記金型を介して前記ガラス素材を第1成形温度になるまで加熱する加熱工程を行った後、前記上金型及び前記下金型の少なくとも一方と前記ガラス素材との間に所定の隙間を構成する第1押圧力で前記金型を押圧する第1押圧工程を行い、
    前記前成形工程の後に行う前記本成形工程では、
    前記金型を介して前記ガラス素材を前記第1成形温度よりも低い第2成形温度になるまで冷却する冷却工程を行った後、前記第1押圧力よりも高い第2押圧力で前記金型を押圧する第2押圧工程を行うことを特徴とするガラス成形方法。
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