JP5973469B2 - ２ｄガラス含有板から３ｄ物品を大量生産するための装置および方法 - Google Patents

２ｄガラス含有板から３ｄ物品を大量生産するための装置および方法 Download PDF

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Description

関連出願の説明
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１１年２月２４日に出願された米国特許出願第１３／０３３８１７号の米国法典第３５編第１２０条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
本発明は、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産するための装置および方法に関する。
二次元（２Ｄ）ガラス板を熱再成形することによって、三次元（３Ｄ）物品を製造する方法が、例えば、全てコーニング社(Corning Incorporated)等による特許文献１から４より公知である。これらの方法は、一般に、比較的低温の型上に２Ｄガラス板を装填する工程、型および２Ｄガラス板を、ガラス板が変形し得る高温まで加熱する工程、型を用いて、２Ｄガラス板を所望の３Ｄ物品に形成する工程、型内の３Ｄ物品を冷却する工程、および型から３Ｄ物品を取り外す工程を有してなる。これらの方法は、共通して、ガラスが型内にある、すなわち、ガラスが型に装填される時から、ガラスが型から取り外される時までの滞在時間が非常に長い。典型的な滞在時間は６分間と１時間の間である。これらの方法を使用した３Ｄ物品の大量生産は、処理量が少なく、多数の型が必要であろう。
国際公開第２０１０／００２４４６号パンフレット 国際公開第２０１０／０６１２３８号パンフレット 国際公開第２０１０／０６５３７１号パンフレット 国際公開第２０１０／０６５３４９号パンフレット
本発明の１つの態様において、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産するための装置は、加熱ステーションを有する加熱セクションを備えている。この加熱ステーションは、２Ｄガラス含有板を受け入れるように適合した加熱槽と、加熱槽内に２Ｄガラス含有板を浮遊させるための、加熱槽に隣接した空気軸受システムと、加熱槽に熱を供給するための、加熱槽に隣接したヒータシステムとを備えている。この装置は、加熱セクションの下流に成形セクションをさらに備えている。この成形セクションは成形ステーションを有する。この成形ステーションは、加熱された２Ｄガラス含有板を３Ｄ物品に形成するように適合した型システムを備えている。この装置は、成形セクションの下流に冷却セクションをさらに備えている。この冷却セクションは、１つ以上の３Ｄ物品を制御可能に冷却するように適合した冷却槽を有する。
１つの実施の形態において、前記装置は、加熱セクションの上流に予熱セクションをさらに備え、この予熱セクションは、１枚以上の２Ｄガラス含有板を受け入れるように適合した予熱槽、および予熱槽に熱を供給するための、予熱槽に隣接した加熱システムを有する。
１つの実施の形態において、前記装置は、予熱槽に沿って１枚以上の２Ｄガラス含有板を移動させるための、予熱槽内に配置されたコンベヤをさらに備えている。
１つの実施の形態において、前記装置は、予熱された２Ｄガラス含有板を予熱セクションから加熱セクションに移送するための手段、加熱された２Ｄガラス含有板を加熱セクションから成形セクションに移送するための手段、および３Ｄ物品を成形セクションから冷却セクションに移送するための手段をさらに備えている。
１つの実施の形態において、前記装置は、１つ以上の３Ｄ物品を冷却槽に沿って移動させるための、冷却槽内に配置されたコンベヤをさらに備えている。
１つの実施の形態において、前記装置は、加熱された２Ｄガラス含有板を加熱セクションから成形セクションに移送するための手段、および３Ｄ物品を成形セクションから冷却セクションに移送するための手段をさらに備えている。
１つの実施の形態において、加熱された２Ｄガラス含有板を加熱セクションから成形セクションに移送するための手段は、加熱された２Ｄガラス含有板を加熱槽から排出する空気圧ラム効果を加熱槽内で選択的に生じるための機構を含む。
１つの実施の形態において、空気圧ラム効果を選択的に生じるための機構が、加熱槽の入口に取り付けられたドア、シャッター、またはゲートを有し、このドア、シャッター、またはゲートは、加熱槽の入口を開閉するように動作可能である。
１つの実施の形態において、前記空気軸受システムは一対の対向した空気軸受を有し、加熱セクションの加熱システムは一対の対向するヒータを有する。
１つの実施の形態において、加熱セクションは、２Ｄガラス含有板が、加熱槽内で加熱されながら制約される区域を加熱槽内に画成するために制御可能である、加熱槽内に配置された一対の作動装置をさらに有する。
１つの実施の形態において、前記装置の加熱セクションは、少なくとも１つの追加の加熱ステーション、および加熱された２Ｄガラス含有板を１つの加熱ステーションから別の加熱ステーションに移送するための手段を有する。
１つの実施の形態において、成形セクションは少なくとも１つの追加の成形ステーションを有する。
１つの実施の形態において、成形ステーションは、各成形ステーションの加熱セクションとの選択的なアライメントを可能にするために回転式支持台に搭載されている。
１つの実施の形態において、型システムは、第１の３Ｄ表面により画成されたキャビティを有する第１の型を有する。
１つの実施の形態において、第１の３Ｄ表面を真空に引くための少なくとも１つの真空ポートが型に設けられている。
１つの実施の形態において、型システムは、第２の３Ｄ表面により画成された凸部を有する第２の型を有し、この凸部が、第１の３Ｄ表面により画成されたキャビティ内に受け入れられるように適合している。
１つの実施の形態において、第１と第２の３Ｄ表面の少なくとも一方を真空に引くための少なくとも１つの真空ポートが、第１と第２の型の少なくとも一方に設けられている。
本発明の別の態様において、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産する方法は、２Ｄガラス含有板を予熱槽に定期的に装填し、２Ｄガラス含有板を第１の温度に加熱する工程を含む。この方法は、予熱された２Ｄガラス含有板を予熱槽から加熱槽に定期的に移送し、予熱された２Ｄガラス含有板を加熱槽内で空気圧により浮遊させ、予熱された２Ｄガラス含有板を、第１の温度より高い第２の温度に加熱する工程をさらに含む。この方法は、加熱された２Ｄガラス含有板を加熱槽から型システムに定期的に排出し、加熱された２Ｄガラス含有板を型システム内で３Ｄ形状に成形する工程をさらに含む。この方法は、３Ｄ物品を型システムから冷却槽へと定期的に取り外し、３Ｄ物品を、第２の温度より低い第３の温度に制御可能に冷却する工程をさらに含む。
１つの実施の形態において、加熱された２Ｄガラス含有板を成形する工程が、加熱された２Ｄガラス含有板の加圧成形(pressing)、真空垂下(vacuum sagging)、および圧空成形(pressure forming)の内の１つを含む。
１つの実施の形態において、３Ｄ物品を定期的に装填する工程は、（ｉ）３Ｄ物品を型表面に真空留め(vacuum clamping)し、３Ｄ物品を支持台上に放し、支持台と３Ｄ物品を冷却槽に移送する工程、または（ｉｉ）３Ｄ物品を真空チャックで把持し、３Ｄ物品を支持台上に放し、支持台と３Ｄ物品を冷却槽に移送する工程を含む。
１つの実施の形態において、前記方法は、３Ｄ物品が２Ｄガラス含有板から選択された期間に亘り実質的に連続的に製造されるように、この方法の各工程のタイミングを調節する工程をさらに含む。
本発明の他の態様は、以下の説明および付随の特許請求の範囲から明白であろう。
以下は、添付図面の説明である。これらの図面は、必ずしも一定の縮尺で描かれておらず、図面の特定の特徴および特定の視野は、簡潔さと明瞭さのために、規模または視野で誇張されて示されていることもある。
２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を生産するための装置のブロック図 予熱セクションの詳細図 加熱ステーションの詳細図 成形ステーションの詳細図 成形ステーションの別の詳細図 成形ステーションの別の詳細図 冷却セクションの詳細図 プレス用型構成から３Ｄ物品を取り外す方法における工程を示す説明図 プレス用型構成から３Ｄ物品を取り外す方法における別の工程を示す説明図 垂下型から３Ｄ物品を取り外す方法を示す説明図
以下の詳細な説明において、本発明の実施の形態を完全に理解できるように、数多くの特定の詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施の形態を、これらの特定の詳細のいくつかまたは全てを用いずに実施してもよいことが、当業者には明らかであろう。他の例において、周知の特徴構造またはプロセスは、本発明を不必要に分かりにくくしないように、詳しく記載されていないであろう。その上、一般的な要素または類似の要素を特定するために、同様の参照番号または同一の参照番号が用いられる。
図１において、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産するための装置１００は、予熱セクション１０２、加熱セクション１０４、成形セクション１０６、および冷却セクション１０８を備えている。加熱セクション１０４は予熱セクション１０２の下流に位置しており、成形セクション１０６は加熱セクション１０４の下流に位置しており、冷却セクション１０８は成形セクション１０６の下流に位置している。２Ｄガラス含有板は、予熱セクション１０２内に装填され、予熱セクション１０２内で特定の温度に加熱され、追加の加熱のために加熱セクション１０４に順に送られ、次いで、３Ｄ物品に成形されるために成形セクション１０６に順に送られる。３Ｄ物品は、制御された冷却のために冷却セクション１０８に順に送られる。１つの実施の形態において、予熱セクション１０２、加熱セクション１０４、成形セクション１０６、および冷却セクション１０８は、３Ｄ物品の生産が、選択された期間に亘り実質的に連続的であるように設計されている。
時間間隔Ｔ1毎に、予熱セクション１０２が外部源から２Ｄガラス含有板を受け取る。この２Ｄガラス含有板は、２Ｄガラス板または２Ｄガラスセラミック板であってよい。予熱セクション１０２の長さは、予熱セクション１０２が複数の２Ｄガラス含有板を同時に収容できるようなものである。一般に、２Ｄガラス含有板は、予熱セクション１０２内に装填されるときに、低温、例えば、室温であってもよい。予熱セクション１０２は、受け取った２Ｄガラス含有板を第１の温度範囲内の予熱温度に加熱する。１つの実施の形態において、第１の温度範囲は［Ｔa−δ1、Ｔa＋δ2］と定義され、式中、Ｔaは徐冷点であり、δ1、δ2は、徐冷点から離れたある工程温度であり、δ1とδ2は同じであってもなくてもよい。あるいは、第１の温度範囲は、２Ｄガラス含有板の粘度が１０13ポアズから１０16ポアズの範囲にある温度範囲と定義しても差し支えない。
時間間隔Ｔ2毎に、加熱セクション１０４は予熱セクション１０２から予熱された２Ｄガラス含有板を受け取り、この予熱された２Ｄガラス含有板を第２の温度範囲内の成形温度に加熱する。この成形温度は予熱温度よりも高い。１つの実施の形態において、第２の温度範囲は［Ｔa、Ｔs］と定義され、式中、Ｔaは２Ｄガラス含有板の徐冷点であり、Ｔsは２Ｄガラス含有板の軟化点である。あるいは、第２の温度範囲は、２Ｄガラス含有板の粘度が１０8ポアズから２×１０10ポアズの範囲にある温度範囲と定義しても差し支えない。加熱セクション１０４は１つ以上の加熱ステーション１１０を含む。２Ｄガラス含有板の加熱は、加熱ステーション１１０の内部で行われる。加熱セクション１０４が複数の加熱ステーション１１０を含む場合、２Ｄガラス含有板の加熱は、加熱ステーション１１０の中で分担されてもよい。各加熱ステーション１１０は、加熱セクション１０４の終わりに、２Ｄガラス含有板が所望の成形温度であるように、２Ｄガラス含有板に特定の量の熱を送達するように制御できる。ここの加熱ステーション１１０により送達される熱の量は同じであってもなくてもよい、すなわち、加熱ステーションにより送達される熱の量は、同じであるか、または他の加熱ステーションにより送達される熱の量と異なっているかのいずれであってもよい。
時間間隔Ｔ3毎に、成形セクション１０６は加熱セクション１０４から成形温度の加熱された２Ｄガラス含有板を受け取る。成形セクション１０６において、加熱された２Ｄガラス含有板は、３Ｄ物品に形成（または成形）される。どのような適切な型に基づく形成（または成形）方法を使用して、２Ｄガラス含有板を３Ｄ物品に形成してもよい。型に基づく形成プロセスの例としては、加圧成形、圧空成形、および真空垂下が挙げられる。成形セクション１０６は１つ以上の成形ステーション１１２を含み、２Ｄガラス含有板の形成は成形ステーション１１２の内部で行われる。成形セクション１０６が複数の成形ステーション１１２を含む場合、成形ステーション１１２は、放射状パターンで回転式支持台またはカルーセル１１４上に搭載されてもよい。時間間隔Ｔ4毎に、カルーセル１１４は、加熱セクション１０４から加熱された２Ｄガラス含有板を受け取るために、加熱セクション１０４と成形ステーション１１２をアライメントできるように回転する。
時間間隔Ｔ5毎に、冷却セクション１０８が成形セクション１０６から３Ｄ物品を受け取る。冷却セクション１０８の長さは、冷却セクション１０８が複数の３Ｄ物品を同時に収容できるようなものである。冷却セクション１０８により、受け取った３Ｄ物品を第３の温度範囲の取扱温度に制御して冷却することができる。１つの実施の形態において、第３の温度範囲は、３Ｄ物品の粘度が１０13ポアズ超である温度範囲と定義される。成形セクション１０６が多数の成形ステーション１１２を有する場合、２Ｄガラス含有板を加熱セクション１０４から成形セクション１０６に装填すべきとき、および３Ｄ物品を成形セクション１０６から冷却セクション１０８に取り外すべきとき、融通性がより大きい。例えば、３Ｄ物品を第２の成形ステーション１１２から冷却セクション１０８へと取り外す前、最中、または後に、２Ｄガラス含有板を加熱セクション１０４から第１の成形ステーション１１２に装填することが可能である。上述した全ての時間間隔および装置１００の各セクションの幾何学的特徴および熱的特徴は、３Ｄ物品の生産が、選択された期間に亘り実質的に連続的であるように選択できる。
図２において、予熱セクション１０２は、予熱槽２００と、予熱槽２００に隣接し、かつその反対側にヒータ２０２，２０４を有する加熱システムとを含む。ヒータ２０２，２０４は、予熱槽２００の内部の２Ｄガラス含有板２０６を加熱するものである。ヒータ２０２，２０４の各々は、１つ以上の加熱素子を備えてもよい。どのような適切なヒータまたは加熱素子を使用してもよい。ロールコンベヤまたは任意の他の適切な直線移動機構などのコンベヤ２０８が、２Ｄガラス含有板２０６を予熱槽２００に沿って輸送するために予熱槽２００内に配置されている。２Ｄガラス含有板は、予熱セクション１０２の上流（左）側から予熱槽２００中に装填し、予熱セクション１０２の下流（右）側から予熱槽２００より取り出すことができる。格納式の押出機構２１０を予熱槽２００内に選択的に挿入し、２Ｄガラス含有板を予熱セクション１０２から加熱セクション（図１の１０４）へと押し出すために使用してもよい。
図３において、各加熱ステーション１１０は、加熱槽３００と、加熱槽３００に隣接し、その反対側に一対の空気軸受３０２，３０４、例えば、エアベアリングを有する空気軸受システムとを含む。加熱ステーション１１０は、加熱槽３００に隣接し、その反対側に一対のヒータ３０６，３０８を有する加熱システムも含む。空気軸受３０２，３０４は、加熱槽３００内で２Ｄガラス含有板３１０を浮遊させるものである。ヒータ３０６，３０８は、加熱槽３００内で２Ｄガラス含有板３１０を加熱するものである。ヒータ３０６，３０８は、それぞれ、複数の加熱素子３２４，３２６を含むが、ヒータ３０６，３０８の各々が加熱素子を１つだけ含むことも可能である。空気軸受３０２，３０４は、２Ｄガラス含有板と物理的に接触せずに、加熱槽３００内に２Ｄガラス含有板３１０を浮遊させる。このことは、２Ｄガラス含有板３１０が、より低いガラス粘度のために表面の粘着性が懸念される、より高い成形温度に加熱された場合、２Ｄガラス含有板３１０の表面品質を保つのに役立つ。空気軸受３０２，３０４の各々は、それぞれ、プレナム３１２，３１４および多孔質プレート３１６，３１８を有する。プレナム３１２，３１４は、気体流体源、例えば、空気源に接続できる入口ポート３２０，３２２を有する。プレナム３１２，３１４内の気体流体は、多孔質プレート３１６，３１８に排出され、多孔質プレート３１６，３１８を通じて加熱槽３００に分配される。この多孔質プレート３１６，３１８は、多孔質材料、例えば、ムライトのプレートであってよい。あるいは、多孔質プレート３１６，３１８は、細孔が形成されたプレートであってよい。空気軸受システムは、２つの対向する空気軸受の代わりに、１つだけ空気軸受を有することも可能である。しかしながら、２Ｄガラス含有板は、１つしか空気軸受が使用されない場合、歪む傾向にあるかもしれない。２つの対向する空気軸受が、２Ｄガラス含有板の反対の面に対向する空気力を印加する。これらの対向する力は、２Ｄガラス含有板の歪みが最小になるように釣り合わされる。
加熱セクション（図１の１０４）内の各加熱ステーション１１０は、予熱セクション（図１の１０２）または先の加熱ステーション（図１の１１０）から２Ｄガラス含有板を受け入れる。一度各加熱ステーション１１０内に入ったら、２Ｄガラス含有板３１０は、上述したように、空気圧によって加熱槽３００内で浮遊し、高温に加熱される。この高温は、加熱セクション（図１の１０４）内の加熱ステーション１１０位置または加熱セクション（図１の１０４）内の加熱ステーション１１０の数に応じて、成形温度であっても、なくてもよい。しかしながら、加熱セクション（図１の１０４）内の最後の加熱ステーション１１０では、２Ｄガラス含有板３１０は、所望の成形温度を有するであろう。
１つの実施の形態において、各加熱ステーション１１０は、２Ｄガラス含有板３１０を、加熱槽３００から次の加熱ステーション（図１の１１０）または形成セクション（図１の１０６）へと、２Ｄガラス含有板に触れずに排出するのを支援するための排出機構を含む。上述したように、ガラスの粘着性が、成形温度での懸念である。したがって、少なくとも２Ｄガラス含有板の高品質区域において、２Ｄガラス含有板の表面に触れるのを避けることが望ましい。１つの実施の形態において、この排出機構は、各加熱ステーション１１０の上流（左）端に取り付けられたドアまたはシャッターまたはゲート３２８を含む。このドア、シャッター、またはゲート３２８は、加熱ステーション１１０の上流端で開口３２９を一時的に封鎖し、それによって、加熱槽３００から２Ｄガラス含有板を排出するであろう空気圧ラム効果をその加熱ステーション１１０の加熱槽３００内に生じるように、一方向に移動させることができる。その排出速度は、ドア、シャッターまたはゲート３２８が閉じられた後の加熱槽３００内の空気圧により決定され、いかなる時点の加熱槽３００内の空気圧も、空気軸受３０２，３０４により決定される。加熱槽３００内の空気圧は、多孔質プレート３１６，３１８と２Ｄガラス含有板３１０との間の間隙の厚さを変更すること、および気体流体がプレナム３１２，３１４に供給される流量を変更すること、によって調節できる。一般に、排出速度は、２Ｄガラス含有板を次の加熱ステーション１１０または成形セクション（図１の１０６）に進ませるのに十分に速いべきであるが、２Ｄガラス含有板を跳ね返させたり、意図せぬ物体にぶつかるほど速すぎるべきではない。２Ｄガラス含有板３１０が加熱槽３００から排出された後、ドア、シャッターまたはゲート３２８は、加熱ステーション１１０の上流（左）端を開け、それによって、空気圧ラム効果を取り除くと同時に、別の２Ｄガラス含有板を加熱ステーション１１０に装填できるように、別の方向に移動させることができる。
１つの実施の形態において、２Ｄガラス含有板が加熱槽３００内で加熱されている間、２Ｄガラス含有板の移動を加熱槽３００内の所定の区域３０５に制限するために加熱槽３００内に直線作動装置などの一対の作動装置が配置されている。作動装置３０１，３０３がなければ、２Ｄガラス含有板３１０は、加熱槽３００に沿って自由に移動するであろう。加熱槽３００内の温度均一性に異常があれば、加熱槽３００内に受け入れられる新たな２Ｄガラス含有板３１０の各々は、加熱槽３００内に受け入れられた先の２Ｄガラス含有板３１０とは異なる加熱を経験するであろう。加熱槽３００内に受け入れられる各２Ｄガラス含有板３１０を加熱槽３００の同じ区域３０５内に拘束することによって、加熱槽３００内に受け入れられる各２Ｄガラス含有板３１０は、ほぼ同じ加熱を経験するであろう。作動装置３０１，３０３間の間隔は、一般に、２Ｄガラス含有板３１０の長さよりわずかに、例えば、５％から３５％長い。その長さは、作動装置３０１，３０３間に拘束すべき２Ｄガラス含有板３１０の寸法として定義される。一般に、作動装置３０１，３０３間の間隔は、加熱槽３００の長さの制約内で所望の加熱の再現性を達成するように選択される。加熱槽３００の出口側３０７に最も近い作動装置３０３と、加熱槽３００の出口側３０７との間の距離は、２Ｄガラス含有板３１０の加熱槽３００からの排出中に、２Ｄガラス含有板３１０に案内長さを提供するほど十分であるべきである。２Ｄガラス含有板３１０の加熱槽３００からの排出は、作動装置３０３を引っ込めて、２Ｄガラス含有板３１０の排出のための通路を開くことから始まる。通路が開いた後、ドア、シャッターまたはゲート３２８が閉じられて、上述した空気圧ラム効果が生じる。
成形ステーション（図１の１１２）の構成は、２Ｄガラス含有板を３Ｄ物品に形成するのに使用すべき方法に依存する。図４Ａにおいて、成形ステーション１１２は、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を加圧成形によって成形するように構成されている。成形ステーション１１２は、対向するプランジャ型（または上部型）４００およびキャビティ型（または下部型）４０２を含む。プランジャ型４００は、３Ｄ表面４０６により画成された凸部４０４を含む。キャビティ型４０２は、３Ｄ表面４１０により画成されたキャビティ４０８を含む。凸部４０４の３Ｄ表面４０６は、成形すべき３Ｄ物品の内面を形成し、キャビティ４０８の３Ｄ表面４１０は、成形すべき３Ｄ物品の外面を形成する。凸部４０４は、キャビティ４０８内に受け入れられるようなサイズである。３Ｄ物品を成形するために、２Ｄガラス含有板４１２がキャビティ型４０２上に配置される。アライメントピンなどの特徴構造を使用して、２Ｄガラス含有板４１２をキャビティ型上に正確に配置することができる。次いで、２Ｄガラス含有板４１２をキャビティ４０８内に加圧するために、プランジャ型４００が使用される。２Ｄガラス含有板４１２が低温の型と接触しないように、型４００，４０２を加熱するために、ヒータ４１４，４１６を設けてもよい。型４００，４０２は、２Ｄガラス含有板４１２ほど高温である必要はない。
図４Ｂにおいて、成形ステーション１１２Ａは、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を圧空成形によって成形するように構成されている。成形ステーション１１２Ａは、３Ｄ表面４２３により画成されたキャビティ４２２を有するキャビティ型４２０を有する。キャビティ型４２０の向きは、逆さまである。キャビティ４２２または３Ｄ表面４２３を真空に引くために、キャビティ型４２０に少なくとも１つの真空ポート４２４が設けられている。２Ｄガラス含有板が成形ステーション１１２Ａに排出される場合、２Ｄガラス含有板は、真空によってキャビティ４２２へと上方に引っ張られ、それによって、３Ｄ物品４２６が形成される。型４２０を加熱するために、ヒータ４２８が設けられている。型４２０は、３Ｄ物品４２６に成形すべき２Ｄガラス含有板ほど高温である必要はない。図示されていないが、キャビティを有する支持台をキャビティ型４２０の下に配置し、２Ｄガラス含有板が真空によってキャビティ４２２内に引っ張られる前に、２Ｄガラス含有板を支持するために使用してもよい。また、キャビティ型４２０は、図４Ａに４００で示されるような、プランジャ型により置き換えられてもよい。成形ステーション１１２Ａに使用されるプランジャ型は、型の形成表面を真空に引くために、真空ポート４２４に類似の真空ポートを少なくとも１つ有するであろう。真空ポートを通じて真空に引かれるときに、２Ｄガラス含有板は、形成表面に対して引っ張られる。プランジャ型の場合、形成表面は、キャビティ内ではなく、凸部上にある。
図４Ｃにおいて、成形ステーション１１２Ｂは、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を真空垂下によって成形するように構成されている。成形ステーション１１２Ｂは、３Ｄ表面４３３により画成されるキャビティ４３２を有するキャビティ（垂下(sag)）型４３０を有する。キャビティ４３２を真空に引くために、少なくとも１つの真空ポート４３４がキャビティ型４３０に設けられている。３Ｄ物品に成形すべき２Ｄガラス含有板４３６がキャビティ型４２０上に配置されている。アライメントピンなどの特徴構造を使用して、２Ｄガラス含有板４３６をキャビティ型４３０上に正確に配置することができる。２Ｄガラス含有板４３６をキャビティ４３２内に垂下させ、それによって、３Ｄ物品を成形するために、キャビティ４３２が真空に引かれる。２Ｄガラス含有板４３６は、重力によってキャビティ内に部分的に垂下させることもできる。次いで、２Ｄガラス含有板４３６をキャビティ中に完全に垂下させ、それによって、３Ｄ物品を成形するために、真空に引くことができる。型４３０を加熱するために、ヒータ４３８が設けられている。型４３０は、２Ｄガラス含有板４３６ほど高温である必要はなく、この板は、型４３０上に配置されたときに、第２の温度範囲にある温度を有する。
図５において、冷却セクション１０８は、マッフル５０２により囲まれた冷却槽５００を含む。マッフル５０２は、断熱材料から製造されており、１つ以上の３Ｄ物品５０４が冷却槽５００内のあるときに、冷却槽５００からの熱損失の速度を制御する。マッフル５０２には、冷却槽５００内の３Ｄ物品５０４からの熱の急激な損失または不均一な損失を防ぐために、加熱素子が設けられてもよい。ロールコンベヤまたは任意の他の適切な直線移動機構などのコンベヤ５０６が、３Ｄ物品５０４を冷却槽５００に沿って輸送するために冷却槽５００内に配置されている。３Ｄ物品５０４は、成形セクション１０６から冷却槽５００の上流端（左端）に装填され、冷却槽５００の下流端（右端）から取り出される。
図６Ａおよび６Ｂにおいて、図４Ａに示された加圧型構成から３Ｄ物品６００を取り外す方法は、真空によって３Ｄ物品６００をプランジャ型４００に留める工程を含む。支持台６０２が３Ｄ物品６００の下に配置される。次いで、留めるための真空を除いて、３Ｄ物品６００を支持台６０２上へと放す。３Ｄ物品６００は、支持台６０２と３Ｄ物品６００との間の粘着が避けられるように、取り外される前にわずかに冷却させられる。その上、支持台６０２の表面は、適切な非粘着性材料から製造されても、またはその材料により被覆されてもよい。支持台６０２および３Ｄ物品６００は、冷却槽（図５の５００）内でコンベヤ（図５の５０６）上に配置しても差し支えない。図４Ｂに示された圧空成形型構成に、図６Ａおよび６Ｂに示された方法に類似の取り外し方法を使用しても差し支えない。図７において、垂下型４３０（図４Ｃに先に示された）から３Ｄ物品７００を取り外す方法は、真空チャック７０２で３Ｄ物品を把持する工程を含む。３Ｄ物品７００は、図６Ｂに示された６０２などの支持台上に放して差し支えなく、支持台および３Ｄ物品７００は、冷却槽（図５の５００）に移送して差し支えない。
上述した装置および方法により、２Ｄガラス含有板から高品質の３Ｄ物品を高速で、例えば、型システム当たり毎分約６つの３Ｄ物品まで、成形することができる。加熱槽内に２Ｄガラス含有板を支持するために空気軸受システムを使用することにより、２Ｄガラス含有板が加熱槽内で加熱されている間、２Ｄガラス含有板の表面品質を維持することができる。上述した装置および方法に必要な型システムの数は、成形ステーションの数と同じである。それゆえ、例えば、装置が４つの成形ステーションを備える場合、型システムはたった４つしか必要ないであろう。少数の型システムにより、上述した装置および方法を使用して、２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を実質的に連続して製造することができる。
本発明を限れた数の実施の形態を参照して説明してきたが、本開示の恩恵を受けた当業者には、ここに開示された本発明の範囲から逸脱しない他の実施の形態を想起できることが認識されよう。したがって、本発明の範囲は、付随の特許請求の範囲のみによって制限されるものとする。
１００ ２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産するための装置
１０２ 予熱セクション
１０４ 加熱セクション
１０６ 成形セクション
１０８ 冷却セクション
１１０ 加熱ステーション
１１２，１１２Ａ，１１２Ｂ 成形ステーション
２００ 予熱槽
２０２，２０４，３０６，３０８，４１４，４１６ ヒータ
２０６，３１０，４１２，４３６ ２Ｄガラス含有板
２０８ コンベヤ
３００ 加熱槽
３０２，３０４ 空気軸受
３１２，３１４ プレナム
３１６，３１８ 多孔質プレート
４００ プランジャ型
４０２，４２０，４３０ キャビティ型
４０６，４１０，４２３，４３３ ３Ｄ表面
４２４，４３４ 真空ポート
５００ 冷却槽
５０４，６００，７００ ３Ｄ物品
５０６ コンベヤ
５２０ マッフル
６０２ 支持台
７０２ 真空チャック

Claims (11)

  1. ２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産するための装置において、
    ２Ｄガラス含有板を受け入れるように適合した加熱槽と、前記加熱槽内に前記２Ｄガラス含有板を浮遊させるための、該加熱槽に隣接した空気軸受システムと、前記加熱槽に熱を供給するための、該加熱槽に隣接したヒータシステムとを備えた加熱ステーションを有する加熱セクション、
    加熱された２Ｄガラス含有板を３Ｄ物品に形成するように適合した型システムを備えた成形ステーションを有する、前記加熱セクションの下流にある成形セクション、
    １つ以上の３Ｄ物品を制御可能に冷却するように適合した冷却槽を有する、前記成形セクションの下流にある冷却セクション、および
    加熱された２Ｄガラス含有板を前記加熱セクションから前記成形セクションに移送するための手段であって、前記加熱された２Ｄガラス含有板を前記加熱槽から排出する、該加熱槽内の空気圧ラム効果を選択的に生じる機構を含む手段、
    を備えた装置。
  2. １枚以上の２Ｄガラス含有板を受け入れるように適合した予熱槽と、前記予熱槽に熱を供給するための、該予熱槽に隣接した加熱システムとを有する、前記加熱セクションの上流にある予熱セクションをさらに備えた、請求項１記載の装置。
  3. 前記予熱槽に沿って前記１枚以上の２Ｄガラス含有板を移動させるための、該予熱槽内に配置されたコンベヤ、前記冷却槽に沿って前記１つ以上の３Ｄ物品を移動させるための、該冷却槽内に配置されたコンベヤ、予熱された２Ｄガラス含有板を前記予熱セクションから前記加熱セクションに移送するための手段、および３Ｄ物品を前記成形セクションから前記冷却セクションに移送するための手段、の内の少なくとも１つをさらに備えた、請求項２記載の装置。
  4. 前記加熱セクションが、少なくとも１つの追加の加熱ステーション、および加熱された２Ｄガラス含有板を１つの加熱ステーションから別の加熱ステーションに移送するための手段を有し、前記成形セクションが少なくとも１つの追加の成形ステーションを有し、前記成形ステーションが、各成形ステーションの前記加熱セクションとの選択的なアライメントを可能にするために回転式支持台に搭載されている、請求項１から３のいずれか１項記載の装置。
  5. 前記型システムは、（ｉ）第１の３Ｄ表面により画成されたキャビティを有する第１の型、および（ｉｉ）第２の３Ｄ表面により画成された凸部を有する第２の型、の内の少なくとも一方を有する、請求項１から４のいずれか１項記載の装置。
  6. ２Ｄガラス含有板から３Ｄ物品を大量生産する方法において、
    （ａ） ２Ｄガラス含有板を予熱槽に定期的に装填し、該２Ｄガラス含有板を第１の温度に加熱する工程、
    （ｂ） 予熱された２Ｄガラス含有板を前記予熱槽から加熱槽に定期的に移送し、該予熱された２Ｄガラス含有板を該加熱槽内で空気圧により浮遊させ、該予熱された２Ｄガラス含有板を、前記第１の温度より高い第２の温度に加熱する工程、
    （ｃ） 加熱された２Ｄガラス含有板を前記加熱槽から型システムに空気圧ラム効果を生じさせることにより定期的に排出し、該加熱された２Ｄガラス含有板を前記型システム内で３Ｄ形状に成形する工程、および
    （ｄ） ３Ｄ物品を前記型システムから冷却槽へと定期的に取り外し、該３Ｄ物品を、前記第２の温度より低い第３の温度に制御可能に冷却する工程、
    を有してなる方法。
  7. 工程（ｃ）の成形が、前記加熱された２Ｄガラス含有板の、加圧成形、真空垂下、および圧空成形の内の１つを含む、請求項６記載の方法。
  8. 工程（ｄ）の取り外しが、（ｉ）前記３Ｄ物品を型表面に真空留めし、該３Ｄ物品を支持台上に放し、該支持台と該３Ｄ物品を前記冷却槽に移送する工程、および（ｉｉ）前記３Ｄ物品を真空チャックで把持し、該３Ｄ物品を支持台上に放し、該支持台と該３Ｄ物品を前記冷却槽に移送する工程、の内の一方を含む、請求項６または７記載の方法。
  9. ３Ｄ物品が２Ｄガラス含有板から選択された期間に亘り実質的に連続的に製造されるように、工程（ａ）から（ｄ）のタイミングを調節する工程をさらに含む、請求項６から８のいずれか１項記載の方法。
  10. 前記加熱槽内に配置された一対の作動装置をさらに備え、該一対の作動装置は、前記加熱槽が配置される全体の長さよりも小さい長さを有する、前記加熱槽の所定の区域が含まれる間隔を有し、前記加熱槽に受け入れられた前記２Ｄガラス含有板の各々は、前記加熱槽内において加熱されつつ前記所定の区域に拘束され、前記一対の作動装置は、前記間隔の長さが該間隔内に拘束される前記２Ｄガラス含有板の各々の長さよりも大きくなるように制御されるよう構成されてなる、請求項１から５のいずれか１項記載の装置。
  11. 前記工程（ｂ）の前に、前記加熱槽内に配置された一対の作動装置の間の間隔に、前記加熱槽が配置される全体の長さよりも小さい長さを有する、前記加熱槽の所定の区域を定めて、前記工程（ｂ）の間に、前記加熱槽に受け入れられた前記２Ｄガラス含有板の各々を前記加熱槽内の前記所定の区域に拘束し、前記工程（ｂ）の間に、前記一対の作動装置により、前記２Ｄガラス含有板の各々の移動が同じ前記所定の区域に制限される、請求項６から９のいずれか１項記載の方法。
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