JP2023035944A - ガラス板の製造方法、及びガラス板の成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス板の面品質を向上する、技術を提供する。【解決手段】ガラス板の製造方法は、第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板を製造する。前記ガラス板の製造方法は、ガラス板を加熱することと、予め加熱した前記ガラス板を下型と上型で挟んで、前記ガラス板に荷重を加えることと、を含む。前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とする。前記第１型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第１型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する。【選択図】図２

Description

本開示は、ガラス板の製造方法、及びガラス板の成形装置に関する。

特許文献１に記載の曲げ成形装置は、加熱器と、第１ピン群と、第１ガイド板と、第１可動板と、第１移動機構と、を備える。加熱器は、成形板を加熱する。第１ピン群は、成形板の第１主表面に接触する３本以上の第１ピンを含む。第１ガイド板は、３本以上の第１ピンを互いに平行に支持すると共に、３本以上の第１ピンをそれぞれの長手方向に独立に移動自在に支持する。第１可動板は、第１ガイド板を基準として成形板とは反対側に配置される。第１可動板には、第１ピン群と接触する第１曲面を有する第１成形型が取り付けられる。第１移動機構は、第１ピンの長手方向に、第１可動板を第１ガイド板に対し移動させる。

特許文献２には、成形評価指標Φを用いて、成形条件を設定することが記載されている。成形評価指標Φは、ガラス板の成形時における粘度、圧力、時間の３つのパラメータの関係を無次元化した指標である。３つのパラメータのうち少なくとも１つが違う成形条件同士であっても、成形評価指標Φの値が同一であれば、同一の品質のガラス板が得られると期待される。成形評価指標Φの値が大きいほど、成形時にガラス板が金型に強く押し付けられる。

国際公開第２０２０／０８０３０５号 国際公開第２０１８／１７４０３３号

成形装置がガラス板に荷重を加える際に、ガラス板が局所的に下型又は上型に強く押し付けられると、ドット状の欠点がガラス板に付いてしまう。その傾向は、下型又は上型がピンモールドなどである場合に顕著である。

本開示の一態様は、ガラス板の面品質を向上する、技術を提供する。

本開示の一態様に係るガラス板の製造方法は、第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板を製造する。前記ガラス板の製造方法は、ガラス板を加熱することと、予め加熱した前記ガラス板を下型と上型で挟んで、前記ガラス板に荷重を加えることと、を含む。前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とする。前記第１型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第１型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する。

本開示の一態様によれば、第１型を部分的に柔らかくすることで、第１型にガラス板の第１主面が局所的に強く押し付けられるのを抑制でき、ガラス板の第１主面の面品質を向上できる。

図１は、一実施形態に係るガラス板の製造方法を示すフローチャートである。 図２は、一実施形態に係るガラス板の成形装置を示す断面図である。 図３は、図２の成形装置で荷重を加えた後のガラス板の一例を示す断面図である。 図４は、従来の型全体の反力が一定である様態において（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）とΦ１・Φ２_ＭＡＸの関係の一例を示す図である。 図５は、従来の型全体の反力が一定である様態において（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）とＮＧＤの関係の一例を示す図である。 図６は、下型の第１変形例を示す断面図である。 図７は、下型の第２変形例を示す断面図である。 図８は、下型の第３変形例を示す断面図である。 図９は、格子構造体の一例を示す斜視図である。 図１０は、図９の格子構造体の断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。

先ず、図１を参照して、一実施形態に係るガラス板の製造方法について説明する。図１に示すように、ガラス板の製造方法は、ステップＳ１０１～Ｓ１０２を含む。ステップＳ１０１は、ガラス板を加熱することを含む。ガラス板は、加熱によって軟化し、曲げ成形可能になる。ステップＳ１０２では、予め加熱したガラス板を下型と上型で挟んで、ガラス板に荷重を加えることを含む。ガラス板の下面は下型の上面に倣って成形され、ガラス板の上面は上型の下面に倣って成形される。

図１に示す製造方法により、曲面形状を含むガラス板が得られる。得られるガラス板は、第１主面及び第１主面とは反対向きの第２主面を含み、第１主面と第２主面に曲面形状を含む。第１主面と第２主面は、曲面形状を含めばよく、部分的に平面形状を含んでもよい。また、曲面は、複曲面と単曲面のいずれでもよい。平面とは、例えば曲率半径が１００００ｍｍより大きいことを指し、曲面とは例えば曲率半径が１００００ｍｍ以下であることを指す。

本実施形態では、ガラス板の下面が第１主面であり、下型が第１型であり、ガラス板の上面が第２主面であり、上型が第２型である。但し、ガラス板の上面が第１主面であり、上型が第１型であり、ガラス板の下面が第２主面であり、下型が第２型であってもよい。

次に、図２及び図３を参照して、一実施形態に係るガラス板の成形装置１について説明する。成形装置1は、下型１１と、上型１２と、を備える。下型１１は、ガラス板２の下方に配置され、ガラス板２の下面２１を上方に押す。上型１２は、ガラス板２の上方に配置され、ガラス板２の上面２２を下方に押す。図示しないが、下型１１又は上型１２とガラス板２の間には、耐熱布が設けられてもよい。耐熱布は、例えば、ステンレス鋼繊維又はシリカ繊維、を含む織布又は不織布である。耐熱布を設けることで、ガラス板２が局所的に強く下型１１又は上型１２に押し付けられるのを抑制できる。

成形装置１は、下型１１と上型１２でガラス板２を挟んでガラス板２に荷重を加える。成形装置１は、駆動部１３を備えてもよい。駆動部１３は、プレス機などを含み、下型１１と上型１２を相対的に接近させる。駆動部１３は、上型１２を昇降させるが、下型１１を昇降させてもよい。なお、成形装置１は、駆動部１３を備えなくてもよく、上型１２の重さのみでガラス板２に荷重を加えてもよい。

ガラス板２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、ホウケイ酸ガラス、又は無アルカリガラスなどである。無アルカリガラスとは、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスを意味する。ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、アルカリ金属酸化物の含有量の合量が０．１質量％以下を意味する。

ガラス板２を構成するガラスとしては、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスを使用できる。特にガラス板２を表示装置のカバーガラスに用いる場合、下記に示すようなアルカリ金属酸化物を含むガラスであることが好ましい。アルカリ金属酸化物を含むガラスは、成形後に化学強化処理を施すことにより、ガラス表面に圧縮応力層を形成し、強度を高めることができる。

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、ＳｉＯ_２を５０％～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１％～２５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏを３％～３０％、ＭｇＯを０％～２５％、ＣａＯを０％～２５％及びＺｒＯ_２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、下記（ｉ）～（ｖ）のガラス組成が挙げられる。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。下記（ｉ）のガラスはソーダライムシリケートガラスに含まれ、下記（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、及び（ｉｖ）のガラスはアルミノシリケートガラスに含まれる。下記（ｖ）のガラスはリチウム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、ＳｉＯ_２を６３％～７３％、Ａｌ_２Ｏ_３を０．１％～５．２％、Ｎａ_２Ｏを１０％～１６％、Ｋ_２Ｏを０％～１．５％、Ｌｉ_２Ｏ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、ＳｉＯ_２を５０％～７４％、Ａｌ_２Ｏ_３を１％～１０％、Ｎａ_２Ｏを６％～１４％、Ｋ_２Ｏを３％～１１％、Ｌｉ_２Ｏを０％～５％、ＭｇＯを２％～１５％、ＣａＯを０％～６％及びＺｒＯ_２を０％～５％含有し、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ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、ＳｉＯ_２を６８％～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を４％～１０％、Ｎａ_２Ｏを５％～１５％、Ｋ_２Ｏを０％～１％、Ｌｉ_２Ｏを０％～５％、ＭｇＯを４％～１５％及びＺｒＯ_２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、ＳｉＯ_２を６７％～７５％、Ａｌ_２Ｏ_３を０％～４％、Ｎａ_２Ｏを７％～１５％、Ｋ_２Ｏを１％～９％、Ｌｉ_２Ｏを０％～５％、ＭｇＯを６％～１４％及びＺｒＯ_２を０％～１．５％含有し、ＳｉＯ_２及びＡｌ_２Ｏ_３の含有量の合計が７１％～７５％、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏ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。

（ｖ）酸化物基準のモル％で表示した組成が、ＳｉＯ_２を５６％～７３％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０％～２４％、Ｂ_２Ｏ_３を０％～６％、Ｐ_２Ｏ_５を０％～６％、Ｌｉ_２Ｏを２％～７％、Ｎａ_２Ｏを３％～１１％、Ｋ_２Ｏを０％～２％、ＭｇＯを０％～８％、ＣａＯを０％～２％、ＳｒＯを０％～５％、ＢａＯを０％～５％、ＺｎＯを０％～５％、ＴｉＯ_２を０％～２％、ＺｒＯ_２を０％～４％含有するガラス。

ガラス板２は、荷重を加える前に、例えば図２に示すように平板である。ガラス板２の厚さは、０．２ｍｍ以上が好ましく、０．８ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上が更に好ましい。ガラス板２の厚さは、５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましく、２ｍｍ以下が更に好ましい。ガラス板２が車載用表示装置のカバーガラスである場合、ガラス板２の厚さは０．８ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。

ガラス板２は、例えば、下型１１の上に載せた状態で、加熱炉の内部に入れられ、加熱される。加熱炉は、バッチ式でも連続式でもよい。バッチ式の加熱炉は、下型１１と上型１２の少なくとも一部を収容する。下型１１と上型１２は、バッチ式の加熱炉の内部に固定されてもよいし、ガラス板２と共に搬入出されてもよい。連続式の加熱炉は、下型を搬送するコンベアを備えてもよく、連続搬送式であってもよい。連続搬送式の加熱炉は、搬送路に沿って複数のゾーンに区画される。ガラス板２は、下型１１と共に搬送されながら、加熱される。上型１２は、途中のゾーンに設けられ、プレス機に取付けられるが、ガラス板２の上に載せられガラス板２と共に搬送されてもよい。なお、上記の通り、プレス機は無くてもよい。

ガラス板２は、予め設定された成形温度に加熱される。成形温度は、例えば１０^７．９Ｐａ・ｓ～１０^１２．７Ｐａ・ｓの粘度範囲に相当する温度範囲内で設定される。ガラスの粘度が１０^７．９Ｐａ・ｓ以上であれば、ガラス板２の変形が緩やかになり、ガラス板２が局所的に強く下型１１又は上型１２に押し付けられるのを抑制できる。一方、ガラスの粘度が１０^１２．７Ｐａ・ｓ以下であれば、ガラス板２を曲げ成形できる。ガラスの粘度は、好ましくは１０^８．５Ｐａ・ｓ～１０^１１．５Ｐａ・ｓである。

ガラス板２は、成形温度で荷重を加えた後に、例えば図３に示すように曲面形状を含む。ガラス板２の曲率半径は、５０ｍｍ以上が好ましく、１００ｍｍ以上がより好ましく、２００ｍｍ以上が更に好ましい。ガラス板２の曲率半径は、例えば１００００ｍｍ以下であり、好ましく５０００ｍｍ以下であり、より好ましくは３０００ｍｍ以下である。ガラス板２は、成形装置１で曲げ成形された後に、冷却固化される。

ガラス板２は、例えば自動車に搭載される。ガラス板２の用途は、ウィンドシールド、ヘッドアップディスプレイ、ダッシュボード、表示装置用カバーガラス、カメラ用カバーガラス、レーダー用カバーガラス、又はセンサ用カバーガラスなどである。フロントウィンドシールドは、全体的に又は部分的に車外側に凸に湾曲する。車載用表示装置のカバーガラスには、近年意匠性の観点から複雑な曲げ形状と高い面品質が求められており、本開示の技術を適用する意義が大きい。

なお、下型１１と上型１２の形状は、図２に示す形状には限定されない。下型１１と上型１２とで荷重を加えた後のガラス板２の形状は、図３に示す形状には限定されない。

ところで、成形装置１がガラス板２に荷重を加える際に、ガラス板２が局所的に下型１１又は上型１２に強く押し付けられると、ドット状の欠点がガラス板２に付いてしまう。その傾向は、下型１１又は上型１２がピンモールド（図６参照）などである場合に顕著である。

本願発明者は、ドット状の欠点を減らすべく、特許文献２に記載の成形評価指標Φを改良することを検討し、下記のΦ１とΦ２を用いることを見出した。Φ１は、下記式（１）で定義される。

Ｐ１：ガラス板２に荷重を加える際に、第１型（例えば下型１１）がガラス板２の第１主面（例えば下面２１）を押す圧力［Ｐａ］、
η：ガラス板２の粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］、
ｔ：ガラス板２に荷重を加え始めてからの経過時間［ｓｅｃ］。

Φ１は、ガラス板２の成形時における粘度、圧力、時間の３つのパラメータの関係を無次元化した指標であり、ガラス板２と第１型の接触点の各点で求める。３つのパラメータのうち少なくとも１つが違う成形条件同士であっても、Φ１の値が同一であれば、ガラス板２の下面２１の面品質が同一になると期待される。下型１１と上型１２によってガラス板２に荷重を加える時間、つまり成形時間は、例えば１０秒～２００秒であり、好ましくは１０秒～８０秒である。

Φ２は下記式（２）で定義される。

Ｐ２：ガラス板２に荷重を加える際に、第２型（例えば上型１２）がガラス板２の第２主面（例えば上面２２）を押す圧力［Ｐａ］、
η：ガラス板２の粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］、
ｔ：ガラス板２に荷重を加え始めてからの経過時間［ｓｅｃ］。

Φ２は、ガラス板２の成形時における粘度、圧力、時間の３つのパラメータの関係を無次元化した指標であり、ガラス板２と第２型の接触点の各点で求める。３つのパラメータのうち少なくとも１つが違う成形条件同士であっても、Φ２の値が同一であれば、ガラス板２の上面２２の面品質が同一になると期待される。成形時間は、例えば１０秒～２００秒であり、好ましくは１０秒～８０秒である。

表１に、実験条件及び実験結果の一例を示す。表１に示す例１～例１２は、いずれも、参考例である。例１～例１２では、表１に示す条件以外、同じ条件で、ガラス板を曲げ成形し、ドット状の欠点の数を目視で調べた。

成形温度は、成形時間中のガラス板２の最高温度である。Φ１・Φ２_ＭＡＸは、Φ１の最大値Φ１_ＭＡＸと、Φ２の最大値Φ２_ＭＡＸの２つのうちの最大値である。

Φ１とΦ２は、シミュレーションにより求めた。シミュレーションのソフトウェアとしては、ダッソー・システムズ社製のＡｂａｑｕｓを使用した。粘弾性特性は、Ｎａｒａｙａｎａｓｗａｍｙモデルを実装し、使用した。

ガラスＧ１は、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２を６３．８％、Ａｌ_２Ｏ_３を１９．５％、ＭｇＯを０．１％、ＴｉＯ_２を０．１％、ＺｒＯ_２を０．６％、Ｙ_２Ｏ_３を４．５％、Ｌｉ_２Ｏを５％、Ｎａ_２Ｏを４．６％、Ｋ_２Ｏを１．７％含有するガラスであった。

ガラスＧ２は、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２を５１．２％、Ａｌ_２Ｏ_３を８．７％、Ｐ_２Ｏ_５を５．６％、ＺｒＯ_２を９．５％、Ｙ_２Ｏ_３を３．９％、Ｌｉ_２Ｏを１７．４％、Ｎａ_２Ｏを１．９％、Ｋ_２Ｏを１．９％含有するガラスであった。

表１に示すように、例１～例１２では、ガラス種と成形温度と成形時間を変えて、Φ１・Φ２_ＭＡＸを変えた。その結果、Φ１_ＭＡＸ及びΦ２_ＭＡＸが１．０×１０^－４以下であれば、ドット状の欠点の数がゼロになることがわかった。Φ１_ＭＡＸ及びΦ２_ＭＡＸは、好ましくは１．０×１０^－５以下である。なお、Φ１_ＭＡＸ及びΦ２_ＭＡＸは、ゼロよりも大きい。

例１～例１２では、上記の通り、ガラス種と成形温度と成形時間を変えて、Φ１とΦ２を調節した。但し、ガラス種と成形温度と成形時間を自由に変更することは、実際には困難である。例えばガラス種は、ガラス板２の用途などである程度決まってしまう。

そこで、本願発明者は、ドット状の欠点を減らすべく、下型１１又は上型１２を部分的に柔らかくすることで、下型１１又は上型１２にガラス板２が局所的に強く押し付けられるのを抑制することを検討した。

下型１１の柔らかさは、下型１１の上面を鉛直方向（詳細には下方）に１０μｍ押し込んだ場合に生じる反力で表される。同様に、上型１２の柔らかさは、上型１２の下面を鉛直方向（詳細には上方）に１０μｍ押し込んだ場合に生じる反力で表される。反力が小さいほど、柔軟性が高い。反力は、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって型（下型１１または上型１２）よりも剛性の高い治具で、型表面を押すことにより計測する。型表面は、ガラス板を押す面である。

本実施形態によれば、下型１１と上型１２の少なくとも１つは、型表面に、上記治具の先端で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する。例えば、図２に示す下型１１と上型１２は、両方とも、中央の第２領域Ｘ２と第３領域Ｘ３が、両端の第１領域Ｘ１と第４領域Ｘ４よりも小さな反力を有する。反力は、例えば弾性率で調節する。なお、反力の調節方法は、後述するように特に限定されない。

図３に示すガラス板２は、図２に示す下型１１と上型１２を用いて荷重を加えた後のものである。荷重を加えた後の第１主面（例えば下面２１）の重心Ｐ０を通る鉛直な軸を含む断面のうち、断面と第１主面の交線Ｌに沿って５．０ｍｍ離れた２点での曲率差（≧０）が最大になる断面を基準断面とし、基準断面上で重心Ｐ０を通る水平な軸をＸ軸とする。基準断面上で重心Ｐ０を通る鉛直な軸をＺ軸とする。ＸＺ平面が基準断面である。荷重を加えた後の第１主面は、曲面形状を含む。そこで、第１主面の重心Ｐ０の位置としては、下型１１からガラス板２を降ろす前、例えば荷重を解放した時に、上方から見たときの見かけの第１主面の重心の位置を用いる。

図３に示す第１点Ｐ１から第２点Ｐ２までの領域は、図２に示す第１領域Ｘ１に相当し、一定の曲率半径Ｒ２と曲率ｋ２を有し、曲率円の中心を交線Ｌよりも上方に有する。図３に示す第２点Ｐ２から重心Ｐ０までの領域は、図２に示す第２領域Ｘ２に相当し、一定の曲率半径Ｒ１と一定の曲率ｋ１を有し、曲率円の中心を交線Ｌよりも上方に有する。

図３に示す重心Ｐ０から第３点Ｐ３までの領域は、図２に示す第３領域Ｘ３に相当し、一定の曲率半径Ｒ１と曲率ｋ１を有し、曲率円の中心を交線Ｌよりも下方に有する。図３に示す第３点Ｐ３から第４点Ｐ４までの領域は、図２に示す第４領域Ｘ４に相当し、一定の曲率半径Ｒ２と一定の曲率ｋ２を有し、曲率円の中心を交線Ｌよりも下方に有する。

２点での曲率差Δｋ（１／ｍｍ）は、２点の中点が重心Ｐ０、第２点Ｐ２、又は第３点Ｐ３である場合に、ゼロよりも大きくなる。２点の中点が重心Ｐ０である場合、２点での曲率差Δｋは２×ｋ１である。２点の中点が第２点Ｐ２又は第３点Ｐ３である場合、２点での曲率差Δｋは（ｋ１－ｋ２（ｋ１＞ｋ２））である。従って、２点の中点が重心Ｐ０である場合に、２点での曲率差Δｋが最大になる。

表２に、第１反力Ｆ１と第２反力Ｆ２の比（Ｆ１／Ｆ２）と、Φ１_ＭＡＸ及びΦ２_ＭＡＸとの関係の一例を示す。第１反力Ｆ１は、第２領域Ｘ２と第３領域Ｘ３で生じる反力である。第２反力Ｆ２は、第１領域Ｘ１及び第４領域Ｘ４で生じる反力である。Φ１_ＭＡＸはΦ１の最大値であり、Φ２_ＭＡＸはΦ２の最大値である。Φ１とΦ２は、上記の通り、シミュレーションにより求めた。

表２に示す例１３～例１６では、下型１１と上型１２の各々について比（Ｆ１／Ｆ２）を変更した以外、同じ条件でΦ１_ＭＡＸ及びΦ２_ＭＡＸを求めた。例１３～例１６において、ガラス板２の厚みは１．３ｍｍに設定し、曲率ｋ１は１／９０ｍｍに設定し、曲率ｋ２は１／１０００ｍｍに設定し、第１領域Ｘ１及び第４領域Ｘ４の各々のＸ軸方向寸法は３０５ｍｍに設定し、第２領域Ｘ２及び第３領域Ｘ３の各々のＸ軸方向寸法は４５ｍｍに設定した。例１３において、第１領域Ｘ１、第２領域Ｘ２、第３領域Ｘ３及び第４領域Ｘ４の弾性率は１０．８ＧＰａである。例１４～例１６では、第２領域Ｘ２及び第３領域Ｘ３の弾性率を変更することで、反力の比（Ｆ１／Ｆ２）を変更した。弾性率の比は、反力の比に等しい。例１３が比較例であり、例１４～例１６が実施例である。

表２から、比（Ｆ１／Ｆ２）が小さいほど、Φ１_ＭＡＸ及びΦ２_ＭＡＸが小さいことが分かる。このことから、下型１１又は上型１２を部分的に柔らかくすることで、下型１１又は上型１２にガラス板２が局所的に強く押し付けられるのを抑制でき、ガラス板２の面品質を向上できることが分かる。

Φ１又はΦ２が１．０×１０^－４を超える場所があれば、その場所の反力が小さくなるように、下型１１又は上型１２が設計変更されればよい。Φ１又はΦ２が１．０×１０^－４を超える場所が無くなるまで、下型１１又は上型１２の設計変更が繰り返し行われる。但し、シミュレーションでΦ１又はΦ２が１．０×１０^－４を超える場所を探すのは、煩雑である。

そこで、本願発明者は、荷重を加えた後のガラス板２の第１主面２１又は第２主面２２の形状に着目し、曲率差Δｋの大きい場所、つまり、曲率変化の大きい場所に着目した。曲率変化の大きい場所では、その曲率変化を達成すべくガラス板２が局所的に強く押されると推定され、Φ１又はΦ２が大きくなると推定される。

なお、基準断面として、曲率差Δｋが最大になる断面を採用する理由も、同様である。曲率差Δｋが最大になる断面において、ガラス板２が局所的に最も強く押されると推定され、Φ１又はΦ２が大きくなると推定される。

本発明者は、曲率差Δｋを単独で用いるのではなく、曲率差Δｋと曲げ剛性の積を用いることを検討した。曲げ剛性も、Φ１及びΦ２に対して影響を与えるからである。すなわち、曲げ剛性が大きいほど、曲率変化を達成すべくガラス板２が局所的に強く押されると推定されるからである。

図４に、従来の型全体の反力が一定である様態において（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）とΦ１・Φ２_ＭＡＸとの関係の一例を示す。Ｅは成形温度でのガラス板２のヤング率（ＭＰａ）であり、Ｉ_Ｘは成形温度でのガラス板２の基準断面（ＸＺ平面）のＸ軸に関する断面二次モーメント（ｍｍ^４）である。（Ｅ×Ｉ_Ｘ）は、ガラス板２の曲げ剛性を表す。Δｋは、上記の通り、曲率差（１／ｍｍ）である。

図４に示す（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）は、曲率ｋ１、ｋ２（図３参照）を変更することで調節した。図４に示すΦ１・Φ２_ＭＡＸは、曲率ｋ１、ｋ２以外、同じ条件で、シミュレーションにより求めた。そのシミュレーションにおいて、第１反力Ｆ１と第２反力Ｆ２の比（Ｆ１／Ｆ２）は、１に設定した。

図４から、従来の型全体の反力が一定である様態において（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）とΦ１・Φ２_ＭＡＸの関係は、一次方程式で近似できることが分かる。図４に破線で示す一次方程式は、１．３９×１０^－９／ｍｍ^２・ＭＰａの傾きと、－９．９８×１０^―６の切片を有する。（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が大きくなるほど、Φ１・Φ２_ＭＡＸが大きくなる。それゆえ、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が大きい場所の反力を低くすれば、ガラス板２の面品質を改善できることが分かる。

図４から、従来の型全体の反力が一定である様態において、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が８．２×１０^４ｍｍ^３・ＭＰａ以下であれば、Φ１・Φ２_ＭＡＸが１．０×１０^－４以下になることが分かる。同様に、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が１．４×１０^４ｍｍ^３・ＭＰａ以下であれば、Φ１・Φ２_ＭＡＸが１．０×１０^－５以下になることが分かる。

本実施形態では、下型１１及び上型１２の少なくとも１つは、好ましくは、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×ΔＫ）が８．２×１０^４ｍｍ^３・ＭＰａ以上（好ましくは１．４×１０^４ｍｍ^３・ＭＰａ以上）である２点の中点から３０ｍｍ以内の範囲の少なくとも一部（好ましくは全部）に、反力が反力の平均値よりも小さい部位を有する。上記３０ｍｍ以内の範囲に、Φ１・Φ２_ＭＡＸの位置が存在する。なお、下型１１及び上型１２の少なくとも１つは、上記の範囲外にも、反力が反力の平均値よりも小さい部位を有してもよい。本明細書において、反力の平均値は、基準断面においてＸ軸方向全体で計測した値である。

下型１１及び上型１２の少なくとも１つは、より好ましくは、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が最大になる２点の中点から３０ｍｍ以内の範囲の少なくとも一部に、反力が反力の平均値よりも小さい部位を有する。上記の例１３～例１６では、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が最大になる２点の中点は重心Ｐ０である。上記の例１４～例１６では、下型１１と上型１２は、重心Ｐ０から４５ｍｍ以内の範囲全体に、反力が反力の平均値よりも小さい部位を有する。

図５に、従来の型全体の反力が一定である様態において（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）とＮＧＤ（ｍｍ）の関係の一例を示す。ＮＧＤは、Φ１・Φ２_ＭＡＸの位置付近でΦ１又はΦ２が１．０×１０^－５を超える領域の長さである。図５に示す（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）は、曲率ｋ１、ｋ２（図３参照）を変更することで調節した。図５においてΦ１及びΦ２は、曲率ｋ１、ｋ２以外、同じ条件で、シミュレーションにより求めた。そのシミュレーションにおいて、第１反力Ｆ１と第２反力Ｆ２の比（Ｆ１／Ｆ２）は、１に設定した。

図５から、従来の型全体の反力が一定である様態において、（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）とＮＧＤの関係は、一次方程式で近似できることが分かる。図５に破線で示す一次方程式は、１．９９×１０^－４／ｍｍ^２・ＭＰａの傾きと、２．３１ｍｍの切片を有する。（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が大きくなるほど、ＮＧＤが大きくなる。

本実施形態では、下型１１及び上型１２の少なくとも１つは、例えば、反力が反力の平均値よりも小さい部位を有する。その部位は、交線Ｌに沿って、Ｄ（Ｄ（ｍｍ）＝１．９９×１０^－４×（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）＋２．３１）以上の長さを有する。これにより、従来存在していたΦ１又はΦ２が１．０×１０^－５を超える場所をより無くしやすい。

図示しないが、下型１１及び上型１２の少なくとも１つは、荷重を加えた後のガラス板２の厚みが厚みの平均値よりも大きい領域（例えば、ガラス板２の周縁）に、反力が反力の平均値よりも小さい部位を有してもよい。荷重を加えることで発生したシワが寄せ集まり、厚みが厚くなることがある。シワが寄せ集まる領域で、ガラス板２が局所的に強く下型１１又は上型１２に押し付けられるのを抑制できる。

なお、本実施形態では、上記の通り、下型１１及び上型１２のうちの少なくとも１つを部分的に柔らかくすることで、ガラス板２の面品質を向上する。但し、上記式（１）及び上記式（２）から明らかなように、ガラス板２の粘度に分布を付けることで、ガラス板２の面品質を向上することも可能である。

ガラス板２に荷重を加える際に、ガラス板２は、下面２１と上面２２の少なくとも１つに、粘度の異なる複数の部位を有すればよい。ガラス板２に荷重を加える際に、ガラス板の粘度は、１０^７．９Ｐａ・ｓ～１０^１２．７Ｐａ・ｓである。

次に、図６～図８を参照して、下型１１の第１変形例～第３変形例について説明する。なお、上型１２も、図６～図８に示す下型１１と同様に構成されてもよい。図６に示すように、下型１１は、ガラス板２の下面２１を独立に押す複数の可動部１１１と、複数の可動部１１１の反力を調節する反力調節部１１２を有する。可動部１１１は、例えばピンである。ピンは、鉛直に立てて用いられる。なお、可動部１１１は、板であってもよい。可動部１１１は、間隔をおいて配列される。

反力調節部１１２は、例えば弾性率の異なる複数のゴム１１２１、１１２２を含む。ゴムの代わりにバネが用いられてもよい。バネ又はゴムなどの弾性率を変更することで、反力を変更することができる。可動部１１１毎に１つずつバネ又はゴムが設けられてもよいが、図７に示すように１つのゴム（ゴム１１２１又は１１２２）が複数の可動部１１１を付勢してもよい。図７に示すように、弾性率の異なる複数のゴム１１２１、１１２２が一体化されてもよい。

反力調節部１１２は、バネ又はゴムを含まなくてもよく、図８に示すように、凹部１１３を含んでもよい。凹部１１３は、下型１１の側面に形成されてもよいし、下型１１の下面に形成されてもよい。下型１１は、凹部１１３の上方に設けられる肉薄部１１４と、肉薄部１１４よりも厚い肉厚部１１５とで、ガラス板２を押す。肉薄部１１４では、肉厚部１１５に比べて、反力が小さくなる。

次に、図９～図１０を参照して、格子構造体１２０の一例について説明する。反力調節部１１２は、図９～図１０に示す格子構造体１２０を複数有してもよい。複数の格子構造体１２０は、図示しないが、二次元的、又は三次元的に組み立てられる。組み立てが容易になるように、複数の格子構造体１２０は同じ大きさの立方体であってもよい。

格子構造体１２０は、第１四角枠１２１と、第１四角枠１２１の一辺から第１四角枠１２１の中央まで延びるカンチレバー１２２と、を含み、カンチレバー１２２の弾性復元力で反力を生じさせる。カンチレバー１２２の厚みＴを変更することで、弾性率を変更でき、反力を変更できる。カンチレバー１２２の先端には、第１突起１２３が設けられてもよい。第１突起１２３は、立方体の外方（上方又は下方）に向けて突出する。複数の格子構造体１２０が上下方向に積み重ねられる場合、上側の格子構造体１２０に含まれる下向きの第１突起１２３と、下側の格子構造体１２０に含まれる上向きの第１突起１２３とが接触する。複数の格子構造体１２０の各カンチレバー１２２の弾性率で、反力を調節できる。

格子構造体１２０は、例えば、上面と下面の各々に第１四角枠１２１を含み、４つの側面の各々に第２四角枠１２４を含む。格子構造体１２０は、第２四角枠１２４の開口部を塞ぐ蓋１２５を更に含んでもよい。蓋１２５の中央には、第２突起１２６が設けられてもよい。第２突起１２６は、立方体の外方（側方）に向けて突出する。複数の格子構造体１２０が水平方向に面状に並べられる場合、左側の格子構造体１２０に含まれる右向きの第２突起１２６と、右側の格子構造体１２０に含まれる左向きの第２突起１２６とが接触する。

以上、本開示に係るガラス板の製造方法、及びガラス板の成形装置について説明したが、本開示は上記実施形態などに限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

本開示は、以下の発明を記載するものである。なお、これに限定されるものではない。

［１］第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板の製造方法であって、
ガラス板を加熱することと、
予め加熱した前記ガラス板を下型と上型で挟んで、前記ガラス板に荷重を加えることと、を含み、
前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とすると、前記第１型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第１型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する、ガラス板の製造方法。

［２］前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第２主面を押す型を第２型とすると、前記第２型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第２型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する、［１］に記載のガラス板の製造方法。

［３］前記荷重を解放した時に上方から見た前記第１主面の重心を通る鉛直な軸を含む断面のうち、前記断面と前記第１主面の交線に沿って５ｍｍ離れた２点での曲率差（≧０）が最大になる前記断面を基準断面とし、前記基準断面上で前記重心を通る水平な軸をＸ軸とし、前記荷重を加える時の前記ガラス板のヤング率をＥとし、前記荷重を加える時の前記ガラス板の前記基準断面の前記Ｘ軸に関する断面二次モーメントをＩ_Ｘとし、前記基準断面と前記第１主面の前記交線に沿って５ｍｍ離れた２点での曲率差をΔｋとすると、
前記第１型は、ＥとＩ_ＸとΔｋの積（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が８．２×１０^４ｍｍ^３・ＭＰａ以上である前記２点の中点から３０ｍｍ以内の範囲の少なくとも一部に、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有する、［１］又は［２］に記載のガラス板の製造方法。

［４］前記第１型は、ＥとＩ_ＸとΔｋの積（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が最大になる前記２点の中点から３０ｍｍ以内の範囲の少なくとも一部に、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有する、［３］に記載のガラス板の製造方法。

［５］前記第１型は、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有し、
前記部位は、前記交線に沿って、Ｄ（Ｄ（ｍｍ）＝１．９９×１０^－４×（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）＋２．３１）以上の長さを有する、［３］又は［４］に記載のガラス板の製造方法。

［６］前記第１型は、前記荷重を加えた後の前記ガラス板の厚みが前記厚みの平均値よりも大きい領域に、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有する、［１］～［５］のいずれか１つに記載のガラス板の製造方法。

［７］第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板の製造方法であって、
ガラス板を加熱することと、
予め加熱した前記ガラス板を下型と上型で挟んで、前記ガラス板に荷重を加えることと、を含み、
前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板は、前記第１主面に、粘度の異なる複数の部位を有する、ガラス板の製造方法。

［８］前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板の粘度が１０^７．９Ｐａ・ｓ～１０^１２．７Ｐａ・ｓである、請求項７に記載のガラス板の製造方法。

［９］下記式（１）で定義されるΦ１が、１．０×１０^－４以下である、［１］～［８］のいずれか１つに記載のガラス板の製造方法。

Ｐ１：前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板の前記第１主面を押す圧力［Ｐａ］
η：前記ガラス板の粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］
ｔ：前記ガラス板に前記荷重を加え始めてからの経過時間［ｓｅｃ］。

［１０］下記式（２）で定義されるΦ２が、１．０×１０^－４以下である、［１］～［９］のいずれか１つに記載のガラス板の製造方法。

Ｐ２：前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板の前記第２主面を押す圧力［Ｐａ］
η：前記ガラス板の粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］
ｔ：前記ガラス板に前記荷重を加え始めてからの経過時間［ｓｅｃ］。

［１１］前記ガラス板に前記荷重を加える時間が１０秒～２００秒である、［１］～［１０］のいずれか１つに記載のガラス板の製造方法。

［１２］前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とすると、
前記第１型は、前記ガラス板の前記第１主面を独立に押す複数の可動部と、複数の前記可動部の反力を調節する反力調節部を有する、［１］～［１１］のいずれか１つに記載のガラス板の製造方法。

［１３］第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板の成形装置であって、
ガラス板の下方に配置される下型と、前記ガラス板の上方に配置される上型と、を備え、前記下型と前記上型で前記ガラス板を挟んで前記ガラス板に荷重を加え、
前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とすると、前記第１型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第１型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する、ガラス板の成形装置。

［１４］前記第１型は、前記反力を調節する反力調節部を含む、［１３］に記載のガラス板の成形装置。

［１５］前記反力調節部は、四角枠と、前記四角枠の一辺から前記四角枠の中央まで延びるカンチレバーと、を含み、前記カンチレバーの弾性復元力で前記反力を生じさせる、［１４］に記載のガラス板の成形装置。

本出願は、２０２１年８月３０日出願の日本特許出願２０２１－１３９６４２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１ 成形装置
１１ 下型
１２ 上型
２ ガラス板
２１ 下面（第１主面）
２２ 上面（第２主面）

Claims (15)

1. 第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板の製造方法であって、
   ガラス板を加熱することと、
   予め加熱した前記ガラス板を下型と上型で挟んで、前記ガラス板に荷重を加えることと、を含み、
   前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とすると、前記第１型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第１型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する、ガラス板の製造方法。
2. 前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第２主面を押す型を第２型とすると、前記第２型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第２型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する、請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. 前記荷重を解放した時に上方から見た前記第１主面の重心を通る鉛直な軸を含む断面のうち、前記断面と前記第１主面の交線に沿って５ｍｍ離れた２点での曲率差（≧０）が最大になる前記断面を基準断面とし、前記基準断面上で前記重心を通る水平な軸をＸ軸とし、前記荷重を加える時の前記ガラス板のヤング率をＥとし、前記荷重を加える時の前記ガラス板の前記基準断面の前記Ｘ軸に関する断面二次モーメントをＩ_Ｘとし、前記基準断面と前記第１主面の前記交線に沿って５ｍｍ離れた２点での曲率差をΔｋとすると、
   前記第１型は、ＥとＩ_ＸとΔｋの積（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が８．２×１０^４ｍｍ^３・ＭＰａ以上である前記２点の中点から３０ｍｍ以内の範囲の少なくとも一部に、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有する、請求項１又は２に記載のガラス板の製造方法。
4. 前記第１型は、ＥとＩ_ＸとΔｋの積（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）が最大になる前記２点の中点から３０ｍｍ以内の範囲の少なくとも一部に、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有する、請求項３に記載のガラス板の製造方法。
5. 前記第１型は、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有し、
   前記部位は、前記交線に沿って、Ｄ（Ｄ（ｍｍ）＝１．９９×１０^－４×（Ｅ×Ｉ_Ｘ×Δｋ）＋２．３１）以上の長さを有する、請求項３に記載のガラス板の製造方法。
6. 前記第１型は、前記荷重を加えた後の前記ガラス板の厚みが前記厚みの平均値よりも大きい領域に、前記反力が前記反力の平均値よりも小さい部位を有する、請求項１または２のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
7. 第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板の製造方法であって、
   ガラス板を加熱することと、
   予め加熱した前記ガラス板を下型と上型で挟んで、前記ガラス板に荷重を加えることと、を含み、
   前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板は、前記第１主面に、粘度の異なる複数の部位を有する、ガラス板の製造方法。
8. 前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板の粘度が１０^７．９Ｐａ・ｓ～１０^１２．７Ｐａ・ｓである、請求項７に記載のガラス板の製造方法。
9. 下記式（１）で定義されるΦ１が、１．０×１０^－４以下である、請求項１または７に記載のガラス板の製造方法。
   

   

   Ｐ１：前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板の前記第１主面を押す圧力［Ｐａ］
   η：前記ガラス板の粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］
   ｔ：前記ガラス板に前記荷重を加え始めてからの経過時間［ｓｅｃ］
10. 下記式（２）で定義されるΦ２が、１．０×１０^－４以下である、請求項１または７に記載のガラス板の製造方法。
    

    

    Ｐ２：前記ガラス板に前記荷重を加える際に、前記ガラス板の前記第２主面を押す圧力［Ｐａ］
    η：前記ガラス板の粘度［Ｐａ・ｓｅｃ］
    ｔ：前記ガラス板に前記荷重を加え始めてからの経過時間［ｓｅｃ］
11. 前記ガラス板に前記荷重を加える時間が１０秒～２００秒である、請求項１または７のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
12. 前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とすると、
    前記第１型は、前記ガラス板の前記第１主面を独立に押す複数の可動部と、複数の前記可動部の反力を調節する反力調節部を有する、請求項１または７のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
13. 第１主面及び前記第１主面とは反対向きの第２主面を含み、前記第１主面と前記第２主面に曲面形状を含む、ガラス板の成形装置であって、
    ガラス板の下方に配置される下型と、前記ガラス板の上方に配置される上型と、を備え、前記下型と前記上型で前記ガラス板を挟んで前記ガラス板に荷重を加え、
    前記上型と前記下型のうち、前記ガラス板の前記第１主面を押す型を第１型とすると、前記第１型は、前記ガラス板を押す型表面に、直径１０ｍｍの半球状の先端を持つ治具であって前記第１型よりも剛性の高い治具で鉛直方向に１０μｍ押し込んだ場合に異なる反力を生じる複数の部位を有する、ガラス板の成形装置。
14. 前記第１型は、前記反力を調節する反力調節部を含む、請求項１３に記載のガラス板の成形装置。
15. 前記反力調節部は、四角枠と、前記四角枠の一辺から前記四角枠の中央まで延びるカンチレバーと、を含み、前記カンチレバーの弾性復元力で前記反力を生じさせる、請求項１４に記載のガラス板の成形装置。

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