JP5647572B2 - 円弧状ガラス曲板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、円弧状ガラス曲板の製造方法に関する。

結晶化ガラス板は、高い耐熱性を有すると共に、熱膨張率を小さくできるという利点を有する。このため、従来、例えばストーブや暖炉などの暖房装置の熱線透過部品などとして、結晶化ガラス板が広く用いられている（例えば、下記の特許文献１など）。

このような用途に使用される結晶化ガラス板には、暖房装置の意匠性を向上させるため、暖房装置に応じた形状に形成されていることが求められる。例えば、暖房装置の内部に配置されている燃焼装置の視認性を高めるために、横断面円弧状である結晶化ガラス板（以下、「円弧状結晶化ガラス曲板」と称する。）が求められることもある。

特開平５−２２９８５１号公報

円弧状結晶化ガラス曲板を製造する方法としては、横断面円弧状で凹状の配置面を有するトチ（ｓｅｔｔｅｒ）の上に、結晶性ガラス平板を配置し、その状態で結晶性ガラス平板を熱処理する方法が挙げられる。この製造方法では、熱処理工程において、結晶性ガラス平板が軟化して凹状の配置面に沿う。その結果、横断面円弧状に形成される。その後、結晶性ガラス板を結晶化させることにより円弧状結晶化ガラス曲板が得られる。

上記製造方法により円弧状結晶化ガラス曲板を製造するに際しては、横断面円弧状の配置面の上に結晶性ガラス平板を配置できることが要件となる。このため、用いることのできる結晶性ガラス平板の幅は、配置面の曲率半径の２倍以下である必要がある。結晶性ガラス平板の幅が配置面の曲率半径の２倍を超える場合は、結晶性ガラス平板が配置面からはみ出してしまうためである。従って、上記製造方法では、幅寸法が曲率半径の２倍を超えるような円弧状結晶化ガラス曲板を製造することができないという問題がある。すなわち、上記製造方法では、中心角が大きな円弧状結晶化ガラス曲板を製造できないという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、中心角が大きな円弧状ガラス曲板を製造し得る方法を提供することにある。

本発明に係る円弧状ガラス曲板の製造方法は、ガラス板を軟化させて変形させることにより円弧状ガラス曲板を製造する方法に関する。本発明に係る円弧状ガラス曲板の製造方法は、変形工程と、冷却工程とを備えている。変形工程は、外形が円柱状の成形型を、中心軸が水平となるように配置し、当該成形型の上にガラス板を配置した状態でガラス板を加熱することにより軟化させ、ガラス板の中央部を成形型の外周面に沿わせると共に、ガラス板の両端部を成形型の中心軸よりも下方に位置させる工程である。冷却工程は、軟化したガラス板の成形型の外周面に沿っていない両端部を成形型の中心側に向かって付勢した状態で軟化したガラス板を冷却し硬化させる工程である。

本発明に係る円弧状ガラス曲板の製造方法によれば、中心角が１８０°を超える円弧状ガラス曲板を容易に製造することができる。

冷却工程において、両端部を成形型の中心側に向かって付勢する方法は特に限定されない。例えば、冷却工程において、円柱状または円筒状の一対の付勢用成形型を、軟化したガラス板の両端部に対して押し当てることによって両端部を成形型の中心側に向かって付勢してもよい。

ガラス板の形状は特に限定されないが、ガラス板として、ガラス平板を用いることが好ましい。そうすることによって、高い形状精度の円弧状ガラス曲板を製造することができる。

また、ガラス板として、結晶性ガラス板を用い、変形工程を行った後であって、軟化したガラス板の冷却を行う前に、結晶性ガラス板を結晶化させる結晶化工程をさらに行ってもよい。そうすることによって、円弧状結晶化ガラス曲板を製造することができる。

なお、変形工程を行った後に、一旦冷却し、その後、結晶化工程を行ってもよいが、変形工程と結晶化工程とを連続して行うことが好ましい。すなわち、変形工程を行った後に実質的に冷却することなく結晶化工程を行うことが好ましい。そうすることにより、円弧状結晶化ガラス曲板の製造工程を簡略化できるばかりか、高い均一性で結晶化した円弧状結晶化ガラス曲板を製造することが可能となる。

本発明において、「結晶性ガラス」とは、熱処理により結晶化し、結晶化ガラスとなり得るガラスのことをいう。

本発明において、「円弧状ガラス曲板」とは、横断面が円弧状であるガラス板のことをいう。

本発明において、「円柱状」には、外周の一部が切欠かれた、横断面が円弧状である柱状も含まれるものとする。

変形工程において、成形型の上に配置したガラス板の、少なくとも成形型と接触している部分の上に、可撓性を有するセラミックシートを配置した状態でガラス板を加熱することが好ましい。この場合、ガラス板が加熱される際に、ガラス板の成形型と接触している部分に負荷する応力を小さくすることができる。従って、ガラス板の加熱中における破損を抑制することができる。

セラミックシートを、冷却工程が終了するまでガラス板の上に配置しておくことが好ましい。この場合、冷却工程において、ガラス板の冷却速度を低くすることができる。よって、製造される円弧状ガラス曲板の残留応力を小さくすることができる。

変形工程において、成形型の中心軸と垂直な方向におけるガラス板の成形型の両側部分を支持した状態でガラス板を加熱することにより軟化させることが好ましい。この場合、ガラス板が加熱される際に、ガラス板の成形型の上に位置する部分に負荷する応力を小さくすることができる。従って、ガラス板の加熱中における破損を抑制することができる。

冷却工程において、円柱状または円筒状の一対の付勢用成形型を、軟化したガラス板の両端部に対して押し当てることによって両端部を成形型の中心側に向かって付勢し、変形工程におけるガラス板の両端部の支持を一対の付勢用成形型を用いて行うことが好ましい。この場合、ガラス板の両端部を支持するための部材を別途に設ける必要がない。このため、円弧状ガラス曲板の製造装置の構成を簡略化することができる。

本発明によれば、中心角が大きな円弧状ガラス曲板を製造し得る方法を提供することができる。

第１の実施形態において製造する円弧状ガラス曲板の略図的斜視図である。 第１の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。 第１の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。 第１の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。 第２の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。 第２の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。 第２の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。 第２の実施形態の変形例における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態において製造する円弧状ガラス曲板の略図的斜視図である。まず、図１を参照しながら、本実施形態において製造する円弧状ガラス曲板１について説明する。

円弧状ガラス曲板１は、中心角が１８０°より大きい、横断面が円弧状のガラス部材である。円弧状ガラス曲板１の長さは、特に限定されないが、例えば、５０ｍｍ〜２０００ｍｍ程度とすることができる。円弧状ガラス曲板１の厚みは、特に限定されないが、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることができる。

円弧状ガラス曲板１は、ガラスからなるものである限りにおいて特に限定されない。円弧状ガラス曲板１は、結晶化ガラスからなるものであってもよいし、非結晶化ガラスからなるものであってもよい。以下、本実施形態では、円弧状ガラス曲板１が結晶化ガラスからなるものである例について説明する。

なお、本実施形態では、円弧状ガラス曲板１の全体が横断面円弧状である例について説明するが、本発明は、この構成に限定されない。本発明においては、周方向の両端部に円弧状ではない部分が存在してもよい。

次に、円弧状ガラス曲板１の製造方法について、図２〜図４を参照しながら説明する。

まず、外形が円柱状である成形型１０（図２を参照）を用意する。この成形型１０を中心軸Ｃが水平となるように配置する。そして、成形型１０の上に、平板状の結晶性ガラス板１１を配置する。その状態で結晶性ガラス板１１を加熱することにより軟化させる。そうすることにより、図３に示すように、軟化した結晶性ガラス板１１の中央部１１ａを成形型１０の外周面１０ａに沿わせると共に、軟化した結晶性ガラス板１１の両端部１１ｂ、１１ｃを中心軸Ｃよりも下方に位置させる（変形工程）。

なお、本実施形態では、結晶化ガラスからなる円弧状ガラス曲板１を製造する例について説明しているため、結晶性ガラス板１１を用いたが、円弧状非結晶化ガラス曲板を作製する際には、結晶性ガラス板１１に代えて非結晶性ガラス板を用いればよい。また、結晶性ガラス板１１に代えて、例えば、中心角が１８０°未満である横断面円弧状の結晶性ガラス曲板を用いてもよい。

変形工程の次に、図４に示すように、軟化した結晶性ガラス板１１の成形型１０の外周面１０ａに沿っていない両端部１１ｂ、１１ｃを成形型１０の中心側に向かって付勢する。具体的には、本実施形態では、円柱状または円筒状の一対の付勢用成形型１２ａ、１２ｂを、両端部１１ｂ、１１ｃの外側から内側に向かって両端部１１ｂ、１１ｃに押し当てることにより両端部１１ｂ、１１ｃを成形型１０の中心側に向かって付勢する。これにより、変形工程においては外周面１０ａに沿っていなかった両端部１１ｂ、１１ｃの上側の一部分１１ｂ１，１１ｃ１が外周面１０ａに沿うこととなる。その状態を維持したまま、さらに加熱することによって、軟化した結晶性ガラス板１１を結晶化させる結晶化工程を、変形工程と連続して行う。その後、付勢用成形型１２ａ、１２ｂによる付勢を維持したまま、結晶化ガラス曲板を冷却することにより、円弧状結晶化ガラス曲板を完成させることができる（冷却工程）。

次に、図４に示すカットラインＬ１，Ｌ２で、得られた結晶化ガラス曲板を切断し、さらに、成形型１０を引き抜くことにより、図１に示す円弧状ガラス曲板１を完成させることができる。

以上説明した本実施形態の円弧状ガラス曲板の製造方法によれば、中心角が１８０°を超えるような大きな中心角の円弧状ガラス曲板を容易に製造することができる。

また、結晶性ガラス板１１を用いることにより、耐熱性及び剛性に優れた円弧状結晶化ガラス曲板を製造することができる。その場合において、変形工程と結晶化工程とを連続して行うことによって、変形工程で得たガラス形状を維持させた状態で均一に結晶化させることができる。従って、耐熱性及び剛性により優れた円弧状結晶化ガラス曲板を製造することができる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図５〜図７は、第２の実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。

第２の実施形態では、図５に示すように、変形工程において、成形型１０の上に配置したガラス板１１の、少なくとも成形型１０と接触している部分の上に、可撓性を有するセラミックシート１３を配置した状態でガラス板１１を加熱する。具体的には、本実施形態では、変形工程において、ガラス板１１の実質的に全体の上に、可撓性を有するセラミックシート１３を配置した状態でガラス板１１を加熱する。その後、図６及び図７に示すように、セラミックシート１３をガラス板１１の上に配置した状態で、ガラス板１１の軟化変形及び冷却を行う。すなわち、セラミックシート１３を冷却工程が終了するまでガラス板１１の上に配置しておく。

セラミックシート１３の構成材料は、セラミックスである限りにおいて特に限定されない。セラミックシート１３は、例えばアルミナやシリカやジルコニアにより構成することができる。

セラミックシート１３の厚みは、セラミックシート１３が可撓性を有する程度であれば特に限定されない。セラミックシート１３の厚みは、例えば、０．５〜３．０ｍｍであることが好ましく、０．７〜２．０ｍｍであることがより好ましい。

ところで、ガラス板１１の加熱による軟化に際しては、ガラス板１１の成形型１０と接触している部分の成形型１０側の表層は成形型１０の影響により加熱されにくい一方、成形型１０とは反対側の表層は加熱されやすい。このため、ガラス板１１の成形型１０と接触している部分の成形型１０側の表層と成形型１０とは反対側の表層との間に温度差が生じやすい。この表層間の温度差が大きくなりすぎると、ガラス板１１に大きな応力が発生し、ガラス板１１が破損してしまう虞がある。

それに対して本実施形態では、ガラス板１１の、少なくとも成形型１０と接触している部分の上に、可撓性を有するセラミックシート１３を配置した状態でガラス板１１を加熱する。このため、セラミックシート１３によりガラス板１１の成形型１０とは反対側の表層の加熱速度が低められる。よって、セラミックシート１３の成形型１０と接触している部分の成形型１０側の表層と、成形型１０とは反対側の表層との間の温度差を小さくすることができる。従って、ガラス板１１に大きな応力が加わることを抑制できる。その結果、加熱中におけるガラス板１１の破損を抑制することができる。

また、本実施形態では、冷却工程が終了するまでガラス板１１の上にセラミックシート１３を配置しておく。このため、冷却工程においては、セラミックシート１３が保温材として機能するので、ガラス板１１の冷却速度を低くすることができる。また、ガラス板１１を冷却する工程において、ガラス板１１の成形型１０と接触している部分の成形型１０側の表層と、成形型１０とは反対側の表層との間の温度差を小さくすることができる。よって、製造される円弧状ガラス曲板１の残留応力を小さくすることができる。

ガラス板１１の破損をより効果的に抑制する観点からは、成形型１０として、ガラス板１１の物性と近似した物性を有する成形型を用いることが好ましい。ガラス板１１の加熱速度及び冷却速度の少なくとも一方を低くすることが好ましい。

また、第２の実施形態では、変形工程において、成形型１０の中心軸Ｃと垂直な方向（紙面左右方向）におけるガラス板１１の成形型１０の両側部分を支持した状態でガラス板１１を加熱することにより軟化する。このため、ガラス板１１の成形型１０と接触している部分に加わる応力を小さくすることができる。従って、ガラス板１１を加熱する工程におけるガラス板１１の破損を抑制することができる。

また、本実施形態では、ガラス板１１の支持に付勢用成形型１２ａ、１２ｂを用いるため、ガラス板１１の支持に別途の部材を設ける必要がない。従って、円弧状ガラス曲板１の製造装置を簡略化することができる。

（第２の実施形態の変形例）
図８は、第２の実施形態の変形例における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための模式的側面図である。

第２の実施形態では、ガラス板１１の略全面の上にセラミックシート１３を配する例について説明した。それに対して、本変形例では、変形工程において、成形型１０の上に配置したガラス板１１の、成形型１０と接触した部分を含む中央部１１ａの上のみにセラミックシート１３を配した状態でガラス板１１の加熱を行う。この場合であっても、ガラス板１１の加熱工程において、ガラス板１１の成形型１０と接触した部分に温度むらが生じにくくなるため、ガラス板１１の破損を抑制することができる。

１…円弧状ガラス曲板
１０…成形型
１０ａ…外周面
１１…結晶性ガラス板
１１ａ…中央部
１１ｂ、１１ｃ…端部
１２ａ、１２ｂ…付勢用成形型
１３…可撓性を有するセラミックシート

Claims (8)

1. ガラス板を軟化させて変形させることにより円弧状ガラス曲板を製造する方法であって、
   外形が円柱状の成形型を、中心軸が水平となるように配置し、当該成形型の上にガラス板を配置した状態で前記ガラス板を加熱することにより軟化させ、前記ガラス板の中央部を前記成形型の外周面に沿わせると共に、前記ガラス板の両端部を前記成形型の中心軸よりも下方に位置させる変形工程と、
   前記軟化したガラス板の前記成形型の外周面に沿っていない両端部を前記成形型の中心側に向かって付勢した状態で前記軟化したガラス板を冷却し硬化させる冷却工程と、
   を備え、
   前記変形工程において、前記成形型の上に配置したガラス板の、少なくとも前記成形型と接触している部分の上に、可撓性を有するセラミックシートを配置した状態で前記ガラス板を加熱する、円弧状ガラス曲板の製造方法。
2. 前記冷却工程において、円柱状または円筒状の一対の付勢用成形型を、前記軟化したガラス板の両端部に対して押し当てることによって前記両端部を前記成形型の中心側に向かって付勢する、請求項１に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。
3. 前記ガラス板として、ガラス平板を用いる、請求項１または２に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。
4. 前記ガラス板として、結晶性ガラス板を用い、
   前記変形工程を行った後であって、前記軟化したガラス板の冷却を行う前に、前記結晶性ガラス板を結晶化させる結晶化工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。
5. 前記変形工程と前記結晶化工程とを連続して行う、請求項４に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。
6. 前記セラミックシートを、前記冷却工程が終了するまで前記ガラス板の上に配置しておく、請求項１〜５のいずれか１項に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。
7. 前記変形工程において、前記成形型の中心軸と垂直な方向における前記ガラス板の前記成形型の両側部分を支持した状態で前記ガラス板を加熱することにより軟化させる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。
8. 前記冷却工程において、円柱状または円筒状の一対の付勢用成形型を、前記軟化したガラス板の両端部に対して押し当てることによって前記両端部を前記成形型の中心側に向かって付勢し、
   前記変形工程における前記ガラス板の両端部の支持を前記一対の付勢用成形型を用いて行う、請求項７に記載の円弧状ガラス曲板の製造方法。

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