JP2018020958A - 成形型、成形装置、及び屈曲ガラスの製造方法 - Google Patents

成形型、成形装置、及び屈曲ガラスの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】成形欠陥のない被成形体を、生産性を高めて簡便に作製可能な成形型、成形装置、及び屈曲ガラスの製造方法を提供する。
【解決手段】成形型10は、被成形体13を加熱し、軟化させて成形する成形面11を有し、気孔率が0.01%以上であり、SiOが95モル%以上含まれるガラスGによって形成される。
【選択図】図2

Description

本発明は、成形型、成形装置、及び屈曲ガラスの製造方法に関する。
例えば、車載用ディスプレーのカバーガラス等のように、少なくとも一部に屈曲部を有する屈曲ガラスにおいては、成形型上に載置した板ガラスを軟化点以上の温度まで加熱し、成形型の成形面に倣わせて変形させる成形工程を経て作製されるものがある。
特許文献1には、炭化ケイ素等の材料により作製した成形型上に板ガラスを配置し、輻射ヒータで加熱して、所望の表面形状に成形する方法が開示されている。また、特許文献2には、成形型を、SiO、Al、カーボン材料等を用いて作製することが記載されている。
特許第5479468号公報 米国特許第9067813号明細書
しかしながら、特許文献1に記載の型材料は、耐久性が高いものの、材料自体が高価である。また、成形型は高強度材料からなるために加工性が低く、大型の成形型が製作し難しい問題があった。一方、特許文献2に記載のカーボン材料は、安価、軽量、且つ加工が容易であるため、大型の成形型を低コストで簡便に作製できる。しかし、このカーボン型でガラスを成形すると、カーボン材料からの粉塵による、型起因の欠陥が発生しやすくなる。更に、カーボン型は、成形時に容易に酸化が進行するため、大気雰囲気中で成形する工程には適用が難しく、真空やNガス等の不活性ガス雰囲気中で成形する必要がある。そのため、成形加工や成形装置が煩雑となり、生産性を向上させにくいという問題があった。
そこで、本発明は、成形欠陥のないガラスを、生産性を高めて簡便に作製可能な成形型、成形装置、及び屈曲ガラスの製造方法の提供を目的とする。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 被成形体を加熱成形する成形面を有する成形型であって、気孔率が0.01%以上であり、SiOが95モル%以上含まれるガラスにより構成された成形型。
(2) (1)に記載の成形型を備える成形装置。
(3) 気孔率が0.01%以上であるガラスによって構成される成形型上に被成形ガラスを載置する載置工程と、前記成形型に載置された前記被成形ガラスを加熱して、前記被成形ガラスを前記成形型の成形面に倣わせる成形工程と、を有する屈曲ガラスの製造方法。
本発明によれば、成形中に被成形体と成形型との間の気体の透過性が確保され、被成形体と成形型との間に残る気体に起因する成形不良の発生を防止できる。また、成形欠陥のない屈曲部を有する成形体を、生産性を高めて簡便に作製できる。
本発明に係る成形型の断面図である。 図1に示す成形型が搭載された成形装置の模式的な構成図である。 屈曲ガラスの製造工程の手順を示すフローチャートである。 成形型の第2構成例を示す成形装置の要部断面図である。 成形型の第3構成例を示す成形装置の要部断面図である。 (A),(B)は成形型の第4構成例を示す成形装置の要部断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
<第1構成例>
図1に本実施形態の成形型の断面図を示す。
屈曲ガラスを成形する成形型10は、その上面に凹状の成形面11を有する。この成形面11は、屈曲部を有する屈曲ガラスのデザイン形状と同じ表面形状となっている。
成形型10には被成形体である被成形ガラス13が載置され、この被成形ガラス13は、軟化点以上に加熱される。加熱された被成形ガラス13は、加熱による軟化と、後述する重力、吸引力、押圧力等の外力によって成形面11に沿って変形し、第1の主面13aが成形型10の成形面11に当接する。これにより、成形面11の形状が被成形ガラス13に転写される。また、被成形ガラス13は、平衡粘性が106.5〜1012.5Pa・sとなるように加熱することが好ましい。更に好ましい平衡粘性は10〜1010Pa・sである。平衡粘性を上記範囲にすると、成形面の平坦性等が維持されるため、光学品質を保て、所望のデザイン寸法からの偏差を小さくできる。
平衡粘性は、例えばビーム曲げ法(ISO 7884−4:1987)、繊維引き伸ばし法(ISO 7884−3:1987)、平行平板粘度計(ASTM C338−93:2003)又は棒沈降式粘度計(ISO 7884−5:1987)により測定することができる。
本明細書における屈曲部を有する被成形体とは、ガラスなどの被成形体の一部が折れ曲がった部分を有するものや、被成形体の主面又は端面のうち、全面又は一部に湾曲部が形成されたものを意味する。また、被成形体は、平板状に限らず、多少の湾曲部を有するもの、ブロック状のもの、厚さが不均一なものであってもよい。屈曲部の曲率半径は10〜10000mmの範囲が好ましい。以下の説明では、成形前の被成形体としてのガラスを被成形ガラス、成形後の被成形体としてのガラスを屈曲ガラスと呼称する。
図2に図1に示す成形型10が搭載された成形装置の模式的な構成図を示す。
成形装置100は、成形型10と、基台21と、カバー部材23と、ヒータ25と、吸引ポンプ27と、を備える。
成形型10は、前述したように、被成形ガラス13の第1の主面13aを所望の形状に成形する成形面11を有する。つまり、成形型10は、デザインされた屈曲ガラス50を成形する凹部を有し、ガラス材により形成される。なお、成形型10は上記のような凹部に限られず、凸部でもかまわず、特に制限はない。
成形型10は、気孔率が、0.01%以上であり、好ましくは0.01%〜40%、より好ましくは0.01%〜20%のガラスGで作製される。
気孔率はJIS R1634:1998又はJIS R2205:1992に基づき測定することができる。
気孔率が0.01%以上であると、成形型10のガス透過性が確保され、成形中における被成形ガラス13と成形型10との間の気体が抜け易くなり、気体による成形欠陥を抑制できる。また、気孔率が40%以下、好ましくは、20%以下であると、ガラスGの密度が高まって成形型10の耐久性が向上すると共に、成形面11の平坦度を良好にし、成形面11に倣って成形される屈曲ガラス50の面形状、透光性を良化できる。
また、このガラスGの500℃における熱伝導率は、好ましくは0.1〜10W/(m・K)、より好ましくは0.3〜1.0W/(m・K)である。これは熱変化した際のガラスの反りを抑制するのに効果的である。
500℃における熱伝導率は、JIS R2616:2001に基づき測定することができる。
500℃における成形型10の熱伝導率を1.0W/(m・K)以下とすると、成形型10の熱容量(熱伝導×密度)が小さくなり、加熱時のエネルギーコストが削減できる。また、気孔率が大きいほど密度が低くなり、熱容量も小さくなるため、エネルギー効率を向上できる。そして、500℃における成形型10の熱伝導率を0.1W/(m・K)以上にすると、成形後に成形型10の内部からの冷却が速くなり、熱サイクル速度が増加して、生産性を向上できる。
ここで、上記で500℃としたのは、様々なガラスのガラス転移温度は500℃以上であることが多く、弾性体としてふるまう直前の温度は、大概が500℃近辺であり、様々なガラスを一様な条件で比較しやすいためである。
ガラス転移温度は、JIS R3103−3:2001に基づき測定することができる。
ガラスGのガラス転移点は、成形時の耐熱性を確保するため1000℃〜1500℃が好ましく、高温成形時の型くずれを確実に防止するためには、1200℃以上が望ましい。成形型10のガラスGの組成は、特に制限されないが、SiOが95〜99.9%のものが好ましい。
また、ガラスGの1000℃における熱膨張率は、0.01%〜0.1%が好ましい。0.01%以上であると、成形用ガラスとの熱膨張率差を低くでき、0.1%以下であると、成形後のデザインとの偏差を小さくできる。なお、常温状態(例えば、20℃)におけるガラスGの長さをLとし、1000℃におけるガラスGの長さをLとすると、ガラスGの熱膨張率は、|L−L|/L×100(%)として算出される。
500℃以下における成形型10と被成形ガラス13との熱膨張率の差は、1.0×10−5/℃以下が好ましい。これは、両者間の膨張係数の差が大きいと、成形後の冷却中に、成形型10と屈曲ガラス50とが熱収縮差により擦れ、屈曲ガラス50の表面に傷が生じるおそれがあるためである。
なお、ガラスGは、500℃における熱伝導率が0.1〜10W/(m・K)であるか、又は、1000℃における熱膨張率が0.01%〜0.1%であればよい。また、双方を同時に満足してもよい。
成形型10内の気孔によって画成される微小空隙は、相互に連通して形成されるのが好ましい。成形型10内で連通する微細空隙は、真空成形法によって被成形ガラス13から屈曲ガラス50を成形する際、成形型10の下面の吸引路29から、成形面11と被成形ガラス13との間の気体の吸引に有効に作用する。
また、成形型10の気孔率は、全体にわたって均一である他、ガラスGの板厚方向に分布があってもよい。板厚方向の気孔率に分布がある場合、例えば、ガラスGの表面の気孔率が0.01%で、ガラスGの内部の気孔率が10%を超えると、成形型10の成形面11から吸引された空気が、成形型10の内部で容易に移動でき、成形型10のガス透過性が向上する。また、ガラスG表面の気孔率が、ガラスG内部の気孔率より低いため、成形面11の表面がガラスGの内部と比較して緻密になる。その結果、表面性状が良好な屈曲ガラス50を成形できる。また、成形面11の表面を鏡面加工すれば、屈曲ガラス50の表面性状が更に滑らかになる。なお、「ガラスGの内部」とは、特に制限はなく、ある部位における断面視で、成形面11から、ガラスの厚さの20%以上に相当する領域とできる。
成形面11の表面粗さは、Ra:2.5μm以下、算術平均うねりは、Wa:1.6μm以下、好ましくは、表面粗さRa:1.0μm以下、算術平均うねりWa:0.4μm以下である。これにより、成形された屈曲ガラス50に傷が付き難く、ガラス透過歪の精度が向上する。なお、Ra,WaはJIS B 0601(2013)に規定される方法で測定した値である。
また、成形面11に、SiO,SiC,Al,Pt,Ir,W,Re,Ta,Rh,Ru,Os,C,Ta,Ti,Ni等の被膜Pを形成しておけば、屈曲ガラス50の成形型10からの離型性が向上し、生産効率向上に寄与できる。
成形型10には、被成形ガラス13を正確に位置合わせするため、成形面11の所定の位置に、ピン、リッジ部、その他の突起部等、不図示の位置合わせ部を設けるのが好ましい。位置合わせ部は、成形型10とは別体に設けてもよいが、成形型10の一部を研削加工して設けてもよい。成形面11に位置合わせ部を設ければ、被成形ガラス13を成形型10上に、より正確に配置できる。
基台21は、基台上面に成形型10が固定され、成形型10上には、被成形ガラス13を載置できる。基台21の内部は、成形型10に載置された被成形ガラス13を成形面11に吸着させる吸引路29が形成されてもよい。
カバー部材23は、成形型10の周囲を覆って基台21に取り付けられる。
成形型10を覆うカバー部材23は、成形型10の周辺をクリーンに維持する上で有効であり、例えば、ステンレス鋼等の金属板を使用できる。また、ガラスやガラスセラミック等の材料でもよく、基台21と同様に成形型10の材料と同じ組成の材料であってもよい。
ヒータ25は、例えば、カバー部材23の上方に所定の距離を有して配置される。ヒータ25としては、近赤外線ヒータや中赤外線ヒータなどの輻射ヒータ、もしくは雰囲気加熱式のヒータが使用でき、加熱効率の高い短波長赤外線ヒータが好ましい。ヒータ25は、カバー部材23の外側から輻射熱を放射して、カバー部材23を加熱し、カバー部材23の内側に配置された被成形ガラス13を、カバー部材23の蓄熱により間接的に加熱し軟化点以上の温度に加熱する。
上記カバー部材23は、波長0.5〜2.5μmの光の透過率が50%以上であるのが好ましい。より好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上透過可能な素材を用いる。ヒータ25から放射される輻射熱と、カバー部材23から放射される輻射熱と対流加熱と、によって被成形ガラス13を加熱することで、被成形ガラス13の加熱を均一化して、加熱時の被成形ガラス13の割れを防止できる。カバー部材23の上記透過率の上限は、98%以下が好ましく、より好ましくは93%以下である。その場合、ヒータ25からの近赤外線等を適度に吸収でき、カバー部材23が蓄熱しやすくなる。
透過率は、例えば、ISO 9050:2003またはJIS R3106:1998に記載の計算手法に基づき算出することができる。
吸引ポンプ27は、基台21に形成された吸引路29を通じて、成形型10と被成形ガラス13との間の空気を吸引する負圧供給部として機能する。
基台21は、成形型10の材料と同じ組成の材料により構成されるのが好ましい。例えば、基台21がSiO99%以上の材料であれば、加熱時における耐酸化性が良好となり、しかも熱膨張係数が成形型10と近いため、熱膨張差が小さくなり好ましい。
また、基台21は、基台表面に耐酸化被膜が形成されたステンレス鋼等、耐酸化性を有する素材で構成されていてもよい。
被成形ガラス13の組成としては、例えば、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、リチウムダイシリケートガラス等が使用できる。特に本実施形態では、被成形ガラス13にアルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラスを使用した場合に特に優れている。これらの被成形ガラス13は高ヤング率、高膨張係数を有し、これらの被成形ガラスを加熱すると高い熱応力が発生するため、従来の加熱装置による急激な加熱では割れやすい。本実施形態の金型を使用すると、被成形ガラス13を緩やかかつ均一に加熱できるため、生産効率を向上できる。
ガラス組成の具体例としては、酸化物基準のモル%で表示した組成で、SiO2を50〜80%、Al23を0.1〜25%、Li2O+Na2O+K2Oを3〜30%、MgOを0〜25%、CaOを0〜25%及びZrO2を0〜5%含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。より具体的には、以下のガラスの組成が挙げられる。なお、例えば、「MgOを0〜25%含む」とは、MgOは必須ではないが25%まで含んでもよい、の意である。(i)のガラスはソーダライムシリケートガラスに含まれ、(ii)及び(iii)のガラスはアルミノシリケートガラスに含まれる。
(i)酸化物基準のモル%で表示した組成で、SiO2を63〜73%、Al23を0.1〜5.2%、Na2Oを10〜16%、K2Oを0〜1.5%、Li2Oを0〜5%、MgOを5〜13%及びCaOを4〜10%を含むガラス。
(ii)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を50〜74%、Al23を1〜10%、Na2Oを6〜14%、K2Oを3〜11%、Li2Oを0〜5%、MgOを2〜15%、CaOを0〜6%及びZrO2を0〜5%含有し、SiO2及びAl23の含有量の合計が75%以下、Na2O及びK2Oの含有量の合計が12〜25%、MgO及びCaOの含有量の合計が7〜15%であるガラス。
(iii)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を68〜80%、Al23を4〜10%、Na2Oを5〜15%、K2Oを0〜1%、Li2Oを0〜5%、MgOを4〜15%及びZrO2を0〜1%含有するガラス。
(iv)酸化物基準のモル%で表示した組成が、SiO2を67〜75%、Al23を0〜4%、Na2Oを7〜15%、K2Oを1〜9%、Li2Oを0〜5%、MgOを6〜14%及びZrO2を0〜1.5%含有し、SiO2及びAl23の含有量の合計が71〜75%、Na2O及びK2Oの含有量の合計が12〜20%であり、CaOを含有する場合その含有量が1%未満であるガラス。
更に、被成形ガラス13を着色して使用する際は、所望の化学強化特性の達成を阻害しない範囲において着色剤を添加してもよい。着色剤としては、例えば、可視域に吸収を持つ、Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Bi、Se、Ti、Ce、Er、及びNdの金属酸化物である、Co、MnO、MnO、Fe、NiO、CuO、CuO、Cr、V、Bi、SeO、TiO、CeO、Er、Nd等が好適なものとして挙げられる。
着色ガラスを用いる場合、ガラス中に、酸化物基準のモル百分率表示で、着色成分(Co、Mn、Fe、Ni、Cu、Cr、V、Bi、Se、Ti、Ce、Er、及びNdの金属酸化物からなる群より選択される少なくとも1成分)を7%以下の範囲で含有してもよい。着色成分が7%を超えると、ガラスが失透しやすくなる。着色成分の含有量はより好ましくは5%以下であり、さらに好ましくは3%以下であり、特に好ましくは1%以下である。なお、被成形ガラスの可視光透過率を優先させる場合は、典型的にはこれらの成分は含有しない。
また、被成形ガラス13は、溶融の際の清澄剤として、SO、塩化物、フッ化物等を適宜含有してもよい。
次に、成形装置100を用いた屈曲ガラスの製造工程の一例について、各工程の概略を説明する。
図3に屈曲ガラスの製造工程の手順を示すフローチャートを示す。
まず、被成形体である被成形ガラス13を、支持台、下型、アーム等の適宜の支持手段により支持させて、加工可能な状態に準備する(S1)。
そして、準備された被成形ガラス13を、予熱工程で、例えば、軟化点より低い500℃程度に加熱した後、平衡粘性で1014.5Pa・s程度に加熱する(S2)。この予熱工程により、被成形ガラス13を軟化点付近まで急速加熱する場合に発生する割れ等の損傷の発生を未然に防止できる。
次に、予熱後の被成形ガラス13を成形型10上に移動又は搬送し、図2に示すように、カバー部材23で成形型10の周囲を覆う(S3)。
そして、ヒータ25から輻射熱を放射させ、カバー部材23の内側に配置された被成形ガラス13を、例えば、700〜750℃の軟化点以上の温度に、107.5〜1011Pa・sの平衡粘性となるように加熱する。軟化点以上の温度に加熱された被成形ガラス13は、重力と、吸引ポンプ27により供給される負圧によって、次第に下方に湾曲する。
つまり、吸引ポンプ27によって成形型10下面の吸引路29に負圧を供給し、成形型10の下面の空気を吸引すると、成形型10内の微小空隙で画成された気孔を通じて、成形面11から成形型10の下面に空気が吸引される。その結果、成形面11と被成形ガラス13との間が低圧となり、軟化された被成形ガラス13の第1の主面13aが成形面11に吸着される。これにより、成形面11の形状が被成形ガラス13に転写される。
このようにして、被成形ガラス13は、成形面11に倣って、成形面11と同じ形状の屈曲部を有する屈曲ガラス50に成形される(S4)。
なお、上記成形工程の前に実施する予熱工程は、成形型10とは別に、被成形ガラス13単独で実施してもよいが、成形型10上で実施してもよい。その場合、予熱後の搬送が不要となる。また、前回使用した成形型10の温度が室温まで低下するのを待たずに、例えば、400℃まで低下した段階で循環使用すれば、製造サイクルが短縮されて生産性が向上すると共に、エネルギーの消費を削減できる。
次に、屈曲部が成形された後の屈曲ガラス50を、冷却工程で一旦室温まで冷却する(S5)。その後、例えば、550℃のアニール温度に、1012.5〜1017Pa・sの平衡粘性となるように加熱し、このアニール温度で所定時間保持する(S6)。このアニール工程により、成形された屈曲ガラス50に残留する内部応力が除去される。なお、アニール工程は、成形工程後に連続して実施する工程であってもよい。
アニールを施した屈曲ガラス50は、室温付近まで冷却された後、成形型10から取り外される(S7)。以上の工程で、屈曲ガラス50の成形とアニールとが完了する。
以上説明した成形型10によれば、型材料がガラスであるため、被成形体と成形型とが同質の材料となり、加熱時の熱膨張率差が小さくなって成形精度を向上できる。また、型表面がガラスであるために、耐摩耗性、耐腐食性も良好となり耐久性が高く、カーボン型のような粉塵は生じない。また、大気雰囲気で成形加工しても、酸化等による型劣化がないため、加工設備を簡素にでき、製造コストを低減できる。
そして、成形型10は、気孔率が0.01%以上のガラスにより構成されるため、ガス透過性が確保でき、成形中の被成形ガラス13と成形面11との間の気体の残存が抑制される。これにより、特に厳しい成形条件下であっても、成形不良の発生を防止でき、成形後の屈曲ガラスの表面性状や形状がデザイン通りの良好な状態となる。また、気孔の存在により成形型10の加工性が良く、型サイズの大型化にも容易に対応できる。
また、成形型10の気孔率は40%以下である場合は、成形面11の表面が滑らかとなり、被成形体への微細凹凸の転写が避けられる。よって、成形された屈曲ガラスの表面を美観に優れた滑らかな性状にできる。
また、本構成によれば、屈曲ガラス50の第1の主面は、成形型10の成形面11aに接触するが、第2の主面はいずれの部材とも接触せずに成形される。このため、第2の主面における、傷、へこみ等の凹凸部位の発生を低減できる。したがって、第2の主面を、組立体の外側の面、すなわち、通常の使用状態において使用者が触れる面とするのが、視認性向上の観点から好ましい。
更に、成形型10は、被成形体との熱膨張率の差を小さくできるため、成形後の冷却中に成形型10と屈曲ガラス50との間に擦れが抑制され、傷付きを防止できる。
また、加熱中の成形型10は、成形型10と同じ組成の材料で形成された基台21に載置され、カバー部材23により周囲全面が覆われる。そのため、被成形ガラス13に表面に、外部から異物が侵入して付着する等の汚れは生じない。また、ヒータ25からの輻射熱がカバー部材23を介して被成形体に伝達されるため、被成形体を均等に加熱でき、加熱ムラが生じにくくなる。よって、局所的な熱歪みを防止でき、高精度に成形できる。
<第2構成例>
図4は成形型の第2構成例を示す成形装置の要部断面図である。
本構成の成形型10Aは、成形面11から、成形面11と反対側の裏面までを連通する吸引孔17が形成される。吸引孔17の成形型裏面に開口する開口部18は、吸引路29に臨んで配置され、吸引路29からの負圧が吸引孔17に供給される。
この成形型10Aによれば、図示しない吸引ポンプにより吸引路29及び吸引孔17に負圧を供給して、成形面11に被成形ガラス13を倣わせる。この場合、成形型10Aが有する空隙を通じて吸引路29から成形面11側に負圧が供給され、また、吸引孔17からも直接負圧が成形面11側に供給されるため、負圧の供給速度が速められる。よって、被成形ガラス13がより短時間で成形面11に接触し、成形工程のタクトアップが図れる。
なお、吸引孔17は、必ずしも成形面11まで貫通している必要はなく、成形型10内に存在する空隙を介して成形面11に連通していればよい。吸引孔17は、図示例に限らず成形面11の任意の位置に配置できる。また、吸引孔17は、成形面11の比較的平坦な部位への配置密度よりも、屈曲する部位の配置密度を大きくすれば、被成形体への形状転写性をより向上できる。その他、本構成の作用効果としては、第1構成例と同様の作用効果が得られる。
<第3構成例>
図5は成形型の第3構成例を示す成形装置の要部断面図である。
本構成の成形型10Bは、自重成形法により屈曲ガラス50を成形する。
この自重成形法では、成形型10上に被成形ガラス13を設置し、被成形ガラス13を加熱、軟化させ、自重によって下方に向けて変形させる。これにより、被成形ガラス13の第1の主面13aを成形面11に接触させ、成形面11の形状を被成形ガラス13に転写させる。
本構成の成形型10Bによれば、負圧を供給する必要がなくなり、吸引ポンプや吸引流路の設置が不要となる。また、供給する負圧力や供給タイミング等の制御が不要となり、成形装置の構成と成形のための制御を簡単化できる。その他、本構成の作用効果としては、第1構成例と同様の作用効果が得られる。
<第4構成例>
図6(A),(B)は成形型の第4構成例を示す成形装置の要部断面図である。
本構成の成形型10Cは、プレス成形法により屈曲ガラス50を成形する。
成形型10Cは、互いに対向配置される一対の対向型31,33を有する。一方の対向型31は、固定型であり、前述した第3構成例の成形型10Bと同様の構成を有する。他方の対向型33は、可動型であり、対向型31に向けてスライド可能に設けられる。対向型33は、屈曲ガラス50の雄型となる下側に突出した成形面33aを有する。対向型31と対向型33との間には、被成形体である被成形ガラス13が供給され、被成形ガラス13を加熱、軟化させた状態で、図6(A)に示す型開き状態から、対向型33にプレス荷重を加えて、図6(B)に示す型締め状態にする。これにより、被成形ガラス13が対向型31,33の各成形面31a,33aに倣った形状に成形される。なお、対向型31、33は互いに可動型でもよく、少なくともいずれか一方の対向型が可動であればよい。
本構成の成形型10Cによれば、一対の対向型31,33によるプレス成形により屈曲ガラス50が成形でき、高い精度で高速に成形できる。そのため、安定した品質で屈曲ガラスを成形でき、しかも、タクトタイムを短縮できる。
また、一対の対向型31,33により屈曲ガラス50を成形した状態で保持しながら、アニールできる。その場合、屈曲ガラス50の加熱による形状変化を抑制できる。したがって、高効率で高品質の屈曲ガラスを安定して得られるようになる。その他、本構成の作用効果としては、第1構成例と同様の作用効果が得られる。
以上説明したように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
例えば、被成形ガラスや屈曲ガラス(以下、被加工物と記載)には以下のような工程・処理がされてもよい。
被加工物の少なくとも一方の主面を研削・研磨加工を実施してもよい。
(端面加工・孔あけ加工工程)
被加工物の端面は、面取加工等の処理がなされていてもよい。機械的な研削により一般的にR面取、C面取と呼ばれる加工を実施するのが好ましいが、エッチング等で加工を行ってもよく、特に限定されない。また、平板状の被成形ガラスを予め端面加工してから成形工程を経て屈曲部ガラスとしてもよい。
また成形工程前後問わず、被加工物に孔あけ加工や切断工程を行ってもよい。
(強化工程)
被加工物に表面圧縮応力層を形成する強化処理方法として、物理強化法や化学強化法が利用できる。ガラス主面が強化処理された被加工物は、機械的強度が高くなる。本構成においては、いずれの強化手法を採用してもよいが、厚みが薄くかつ表面圧縮応力(CS)値が大きな被加工物を得る場合には、化学強化法によって強化するのが好ましい。
強化処理工程は、成形工程後に実施することが好ましい。
[化学強化工程]
被加工物に、化学強化により表面に圧縮応力層を形成し、強度及び耐擦傷性を高められる。化学強化は、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン(典型的には、Liイオン、Naイオン)を、イオン半径のより大きなアルカリ金属イオン(典型的には、Liイオンに対してはNaイオン、Naイオンに対してはKイオン)に交換することで、ガラス表面に圧縮応力層を形成する処理である。化学強化処理は従来公知の方法によって実施でき、一般的には硝酸カリウム溶融塩にガラスを浸漬する。この溶融塩に炭酸カリウムを〜10質量%入れて使用してもよい。これによりガラスの表層のクラックなどを除去でき高強度のガラスを得られる。他に硝酸ナトリウムなどを混合した硝酸カリウム混合塩を使用してもよく、硝酸カリウム溶融塩中に水蒸気や炭酸ガスなどを吹き込んでもよい。化学強化時に硝酸カリウムに硝酸銀などの銀成分を混合することで、ガラスがイオン交換され銀イオンを表面に有し、抗菌性が付与される。
(表面処理工程)
被加工物について必要に応じて各種表面処理層を形成する工程を実施してもよい。表面処理層としては、防眩処理層、反射防止処理層、防汚処理層等が挙げられ、これらを併用してもよい。被加工物の第1の主面又は第2の主面のいずれの面でもよい。これらは成形工程後やアニール工程後に形成されることが好ましいが、防眩処理層については成形工程前でもよい。
[防眩処理層]
防眩処理層とは主に反射光を散乱させ、光源の映り込みによる反射光の眩しさを低減する効果をもたらす層のことである。防眩処理層は被加工物の表面を加工して形成してもよく、別途堆積形成してもよい。防眩処理層の形成方法として、例えば、被加工物の少なくとも一部に化学的(例、エッチング)あるいは物理的(例、サンドブラスト)な方法で表面処理を施し、所望の表面粗さの凹凸形状を形成する方法を使用できる。また、形成方法として、被加工物の少なくとも一部に処理液を塗布あるいは噴霧して、板上に凹凸構造を形成してもよい。
更に熱的な方法により被加工物の少なくとも一部に凹凸構造を形成してもよい。
[反射防止処理層]
反射防止処理層とは反射率低減の効果をもたらし、光の映り込みによる眩しさを低減する他、表示装置に使用した場合には、表示装置からの光の透過率を向上でき、表示装置の視認性を向上できる層のことである。
反射防止処理層が反射防止膜である場合、被加工物の第1の主面又は第2の主面に形成されることが好ましいが制限はない。反射防止膜の構成としては光の反射を抑制できれば制限されず、例えば、波長550nmでの屈折率が1.9以上の高屈折率層と屈折率が1.6以下の低屈折率層とを積層した構成、もしくは膜マトリックス中に中空粒子や空孔を混在させた波長550nmでの屈折率が1.2〜1.4の層を含む構成とできる。
[防汚処理層]
防汚処理層とは表面への有機物、無機物の付着を抑制する層、又は、表面に有機物、無機物が付着した場合においても、ふき取り等のクリーニングにより付着物が容易に除去できる効果をもたらす層のことである。
防汚処理層が防汚膜として形成される場合、被加工物の第1の主面と第2の主面上又はその他表面処理層上に形成されることが好ましい。防汚処理層としては、防汚性を付与できれば限定されない。中でも含フッ素有機ケイ素化合物を加水分解縮合反応により得られる含フッ素有機ケイ素化合物被膜からなることが好ましい。
(印刷層形成)
印刷層は、用途に応じて種々の印刷方法、インキ(印刷材料)により形成されて良い。印刷方法としては、例えば、スプレー印刷、インクジェット印刷やスクリーン印刷を利用できる。これらの方法により、面積の広い被加工物でも良好に印刷できる。特に、スプレー印刷では、屈曲部を有する被加工物に印刷しやすく、印刷面の表面粗さを調整しやすい。一方、スクリーン印刷では、広い被加工物に平均厚さが均一になるように所望の印刷パターンを形成しやすい。また、インキは、複数使用してよいが、印刷層の密着性の観点から同一のインキであるのが好ましい。印刷層を形成するインキは、無機系でも有機系であってもよい。
また、本発明は成形型に適用することに限らず、他に、アニール処理時に被成形ガラスを支持するアニール治具、被成形ガラスの搬送用治具、位置決め等の突き当て用ピン、に例示されるような高温雰囲気で処理する際に用いる各種治具、部材に適用できる。
本発明の実施例について説明する。本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
[成形ガラスの作製工程]
成形ガラスを、被加熱体であるガラス基材の準備(S1)、予熱工程(S2)、成形工程(S4)、冷却工程(S5)の手順により作製した。
[被加熱ガラスの準備(S1)]
被成形ガラス13には、主面の大きさが150mm×200mm、厚さが1.1mmのアルミノシリケートガラス(ドラゴントレイル(登録商標)、旭硝子社製)を用いた。
[加熱装置]
図2に示すような基台21と、カバー部材23と、ヒータ25とを備える成形装置100を使用し、被成形ガラス13を後述の通り配置し成形ガラスを作製した。なお、被成形ガラス13は、所望の屈曲ガラス50が得られるような形状を有する図5に示すような成形型10上に載置した。
基台21としては酸化物基準のモル%で表示した組成で、SiO2を99%以上含むガラスセラミックを使用した。カバー部材23としては基台21と同じ材料を使用した。ヒータ25としては短波長式輻射加熱ヒータを使用した。
成形型10は、気孔率が10%、500℃における熱伝導率が0.58W/(m・K)、1000℃における熱膨張率が0.05%であるガラスを用いて作製した。
[予熱工程(S2)]
予熱工程では予めカバー部材23を約200℃まで加熱しておき、成形型10上に載置した被成形ガラス13を加熱したカバー部材23の下方に移動したと同時にヒータ25の昇温を開始した。被成形ガラス13の平衡粘性が1014.5Pa・s程度になるように約560℃まで加熱した。
[成形工程(S4)]
成形工程では平衡粘性が108.6Pa・s程度になるようにさらに約750℃まで加熱した。所望の温度に維持できた後に、自重成形法を使用して被成形ガラス13を成形型10に沿わせ、成形を実施し屈曲ガラス50とした。
[冷却工程(S5)]
成形工程を終了したのちに、ヒータ25の通電を停止し、屈曲ガラス50の平衡粘性が1019Pa・s程度になるように、20分で成形装置および成形ガラスを冷却した。
上記の屈曲ガラスの作製工程により、同様の作業を5回実施した。得られた屈曲ガラスの中に、割れや欠けのあるガラスはなく、成形型と接触した主面に傷も見られなかった。本実施形態により高い生産性を確認できた。また、昇温および冷却を繰り返しても成形型から発塵はなく、成形型由来の欠点も見られなかった。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 被成形体を加熱成形する成形面を有する成形型であって、
気孔率が0.01%以上であり、SiOが95モル%以上含まれるガラスにより構成されていることを特徴とする成形型。
この成形型によれば、成形中の被成形ガラスと成形型との間の気体の透過性が確保され、被成形ガラスと成形型との間の気体の残存が抑制される。これにより、特に厳しい成形条件下であっても、残存する気体に起因する成形不良の発生を防止できる。
(2) 前記ガラスは、500℃における熱伝導率が0.1〜1.0W/(m・K)である(1)に記載の成形型。
この成形型によれば、成形型のガラスの熱伝導率が1.0W/(m・K)以下なので、成形型の熱容量が小さくなり、加熱時のエネルギーコストが削減できる。また、気孔率が大きいほど密度が低くなり、熱容量も小さくなるため、エネルギー効率を向上できる。そして、成形型のガラスの熱伝導率が0.3W/(m・K)以上なので、成形後に成形型の内部からの冷却が速くなり、熱サイクル速度が増加するので生産性を向上できる。
(3) 前記ガラスは、1000℃における熱膨張率が0.01%〜0.1%である(1)又は(2)に記載の成形型。
この成形型によれば、成形型からの屈曲ガラスの離型性が向上すると共に、膨張による屈曲ガラスの傷付きが防止できる。
(4) 前記ガラスは、気孔率が40%以下である(1)〜(3)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型によれば、ガス透過性を確保しつつ、成形型の耐久性を高められる。更に、ガラスの気孔率は20%以下が好ましく、これにより成形面の平坦性がより向上する。
(5) 前記ガラスは、前記成形面の気孔率よりも成形型内部の気孔率が大きい(1)〜(4)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型によれば、吸引される気体が成形面の表面を通過した後、低抵抗で成形型内部を移動できるため、ガス透過性が向上する。また、成形面表面が緻密になるため、屈曲ガラスの表面を滑らかに形成できる。
(6) 前記成形面は、少なくとも一部に屈曲部を有する(1)〜(5)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型によれば、設計されたデザイン寸法に合わせて、少なくとも一部が屈曲する形状の屈曲ガラスを作製できる。
(7) 前記成形面は、算術平均粗さRaが2.5μm以下である(1)〜(6)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型10によれば、表面が滑らかな屈曲ガラスを成形できる。
(8) 前記成形面は、算術平均うねりWaが1.6μm以下である(1)〜(7)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型10によれば、表面うねりの小さい屈曲ガラスを成形でき、屈曲ガラスの透過歪の精度が向上する。
(9) 前記ガラスは、ガラス転移点が1000〜1500℃である(1)〜(8)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型によれば、屈曲ガラスの成形時の耐熱性が確保でき、高温成形時の型くずれをより確実に防止できる。
(10) 前記成形面は、SiO,SiC,Al,Pt,Ir,W,Re,Ta,Rh,Ru,Os,C,Ta,Ti,Niのいずれかを含む被膜を有する(1)〜(9)のいずれか1つに記載の成形型。
この成形型によれば、成形される屈曲ガラスと成形型との離型性が向上し、屈曲ガラスの生産効率が向上する。
(11) 前記成形型を固定する基台と、
前記基台に取り付けられ、前記成形型の周囲を覆うカバー部材と、
前記成形型を前記カバー部材の外側から加熱するヒータと、
(1)〜(10)のいずれか1つに記載の成形型と
を備える成形装置。
この成形装置によれば、カバー部材によりで周囲全面が覆われるので、異物が外部から侵入して被成形ガラスに付着する等の汚れが生じない。また、ヒータからの輻射熱がカバー部材を介して被成形体に伝達されるため、被成形体を均等に加熱でき、加熱ムラが生じにくくなる。よって、局所的な熱歪みを防止でき、高精度な成形が可能となる。
(12) 前記成形型は、前記成形面から該成形面と反対側の裏面までを連通する吸引孔を有し、
前記吸引孔を通じて負圧を供給する負圧供給部を更に備える(11)に記載の成形装置。
この成形装置によれば、被成形体を成形面にいち早く吸着でき、屈曲ガラスの製造のタクトアップを図れる。
(13) 気孔率が0.01%以上であるガラスによって構成される成形型上に被成形ガラスを載置する載置工程と、
前記成形型に載置された前記被成形ガラスを加熱して、前記被成形ガラスを前記成形型の成形面に倣わせる成形工程と、を有する屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、成形面の形状に倣った形状を有し、成形欠陥のない屈曲した被成形ガラスを容易に作製できる。
(14) 前記ガラスは、500℃における熱伝導率が0.1〜1.0W/(m・K)である(13)に記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、成形面の形状に倣った形状を有し、成形欠陥のない屈曲した被成形体を容易に作製できる。
(15) 前記ガラスは、1000℃における熱膨張率が0.01%〜0.1%である(13)又は(14)に記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、成形面の形状に倣った形状を有し、成形欠陥のない屈曲した被成形体を容易に作製できる。
(16)前記成形工程は、大気雰囲気中で実施する(13)〜(15)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、不活性雰囲気を作るための高価な設備が不要となり、低コストで屈曲した被成形体を成形できる。
(17) 前記成形工程の前に、前記被成形ガラスを加熱する予熱工程を更に有する(13)〜(16)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、被成形体の急速加熱による被成形体の割れ等、損傷の発生を未然に防止できる。
(18) 前記成形工程は、加熱された前記被成形ガラスを重力によって前記成形面に沿わせる(13)〜(17)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、成形装置の構成と成形のための制御を簡単化できる。
(19) 前記成形型は、前記成形面に開口する吸引孔を有し、
前記成形工程は、前記吸引孔に負圧を供給して、前記被成形ガラスを前記成形面に吸着させる(13)〜(18)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、吸引孔から直接負圧が成形面側に供給されるため、負圧の供給速度が速められる。よって、被成形体がより短時間で成形面に接触し、成形工程のタクトアップが図れる。
(20) 前記成形型は、互いに対向配置される一対の対向型を有し、一方の前記対向型の前記成形面と、他方の前記対向型の前記成形面との間で、前記被成形ガラスをプレス成形する(13)〜(19)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、一対の対向型によるプレス成形により屈曲した被成形ガラスが、高い精度で高速に成形できる。そのため、被成形ガラスを安定した品質で成形でき、しかも、タクトタイムを短縮できる。
(21) 前記成形工程後に、得られた屈曲ガラスを切断する切断工程を実施する、(13)〜(20)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、得られた屈曲ガラスを切断することで、所望の形状が得られる。
(22) 前記成形工程後に、得られた屈曲ガラスを強化する強化工程を実施する、(13)〜(21)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、得られた屈曲ガラスに強度を付与でき、耐久性のある屈曲ガラスが得られる。
(23) 前記強化工程が、化学強化工程である、(22)に記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、屈曲ガラスの厚さが薄くても適切に強化でき、耐久性のある屈曲ガラスが得られる。
(24) 前記成形工程後に、得られた屈曲ガラスに印刷層を形成する印刷工程を実施する、(13)〜(23)のいずれか1つに記載の屈曲ガラスの製造方法。
この屈曲ガラスの製造方法によれば、得られた屈曲ガラスに印刷層を付与することで隠蔽性や美観性を向上できる。
10,10A,10B,10C 成形型
11 成形面
13 被成形ガラス(被成形体)
17 吸引孔
21 基台
23 カバー部材
25 ヒータ
27 吸引ポンプ
31,33 対向型
50 屈曲ガラス(屈曲部を有するガラス)
100 成形装置
G ガラス

Claims (24)

  1. 被成形体を加熱成形する成形面を有する成形型であって、
    気孔率が0.01%以上であり、SiOが95モル%以上含まれるガラスにより構成されていることを特徴とする成形型。
  2. 前記ガラスは、500℃における熱伝導率が0.1〜1.0W/(m・K)である請求項1に記載の成形型。
  3. 前記ガラスは、1000℃における熱膨張率が0.01%〜0.1%である請求項1又は請求項2に記載の成形型。
  4. 前記ガラスは、気孔率が40%以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の成形型。
  5. 前記ガラスは、前記成形面の気孔率よりも成形型内部の気孔率が大きい請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の成形型。
  6. 前記成形面は、少なくとも一部に屈曲部を有する請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の成形型。
  7. 前記成形面は、算術平均粗さRaが2.5μm以下である請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の成形型。
  8. 前記成形面は、算術平均うねりWaが1.6μm以下である請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の成形型。
  9. 前記ガラスは、ガラス転移点が1000〜1500℃である請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の成形型。
  10. 前記成形面は、SiO,SiC,Al,Pt,Ir,W,Re,Ta,Rh,Ru,Os,C,Ta,Ti,Niのいずれかを含む被膜を有する請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の成形型。
  11. 前記成形型を固定する基台と、
    前記基台に取り付けられ、前記成形型の周囲を覆うカバー部材と、
    前記成形型を前記カバー部材の外側から加熱するヒータと、
    請求項1〜10のいずれか一項に記載の成形型と、
    を備える成形装置。
  12. 前記成形型は、前記成形面から該成形面と反対側の裏面までを連通する吸引孔を有し、
    前記吸引孔を通じて負圧を供給する負圧供給部を更に備える請求項11に記載の成形装置。
  13. 気孔率が0.01%以上であるガラスによって構成される成形型上に被成形ガラスを載置する載置工程と、
    前記成形型に載置された前記被成形ガラスを加熱して、前記被成形ガラスを前記成形型の成形面に倣わせる成形工程と、を有する屈曲ガラスの製造方法。
  14. 前記ガラスは、500℃における熱伝導率が0.1〜1.0W/(m・K)である請求項13に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  15. 前記ガラスは、1000℃における熱膨張率が0.01%〜0.1%である請求項13又は請求項14に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  16. 前記成形工程は、大気雰囲気中で実施する請求項13〜請求項15のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  17. 前記成形工程の前に、前記被成形ガラスを加熱する予熱工程を更に有する請求項13〜請求項16のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  18. 前記成形工程は、加熱された前記被成形ガラスを重力によって前記成形面に沿わせる請求項13〜請求項17のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  19. 前記成形型は、前記成形面に開口する吸引孔を有し、
    前記成形工程は、前記吸引孔に負圧を供給して、前記被成形ガラスを前記成形面に吸着させる請求項13〜請求項18のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  20. 前記成形型は、互いに対向配置される一対の対向型を有し、一方の前記対向型の前記成形面と、他方の前記対向型の前記成形面との間で、前記被成形ガラスをプレス成形する請求項13〜請求項19のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  21. 前記成形工程後に、得られた屈曲ガラスを切断する切断工程を実施する、請求項13〜請求項20のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  22. 前記成形工程後に、得られた屈曲ガラスを強化する強化工程を実施する、請求項13〜請求項21のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  23. 前記強化工程が、化学強化工程である、請求項22に記載の屈曲ガラスの製造方法。
  24. 前記成形工程後に、得られた屈曲ガラスに印刷層を形成する印刷工程を実施する、請求項13〜請求項23のいずれか1項に記載の屈曲ガラスの製造方法。
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