JP6458020B2 - ガラス再形成方法 - Google Patents

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関連出願との相互参照

本出願は、米国特許法第１１９条の下、２０１３年１０月２４日に出願された米国仮特許出願第６１／８９５，０７５号明細書に対する優先権の利益を主張するものであり、なお、本出願は当該仮特許出願の内容に依拠し、ならびに当該仮特許出願の全体は参照により本明細書に組み入れられる。

本開示は、広くはガラス再形成に関する。本開示は、特に、型およびガラスシートを、共通の熱源を使用して、型の目標形成温度およびガラスの目標形成温度にそれぞれ加熱することに関する。

ガラスシート再形成工程は型にガラスシートを配置するステップ、ガラスシートおよび型をそれぞれの形成温度に加熱するステップ、ガラスシートをガラス成形品に形成するステップを含む。ガラスシートの形成はガラスシートを型の成形面に合致させるステップを含む。型は、典型的に金属で作製され、型材の破損および／または成形面品質の急速な悪化を回避する温度で扱われなければならない。これは、多くの場合、成形面と接しているときにガラスが最大許容温度を有することを意味する。しかしながら、ガラスを破損せずにガラスを形成することが不可能である温度までガラス温度を下げられない。結果として、ガラス形成を成功させるためには、ガラスシートの形成が始まるときに、型およびガラスシートの各々の達せられるべき目標温度が比較的厳密に限定されるということである。

典型的には、ガラスシートおよび型の両方はそれらの所望の形成温度より低い温度から始め、それぞれの形成温度に達するまで、共通の炉または一連の炉で一緒に加熱される。いくつかの炉システムにおいては、型はガラスシートより早くその目標形成温度に達するので、型の加熱速度を遅らせ、ガラスシートにその目標形成温度まで温度上昇するためのより多くの時間を与えるために、別途、型を冷却する必要がある。他の炉構造においては、ガラスシートが急速に温度上昇し過ぎるので、型およびガラスシートの両方がそれぞれの目標に達するまで、緩慢に温度上昇する型と炉壁との間でガラス温度を効果的に平衡状態に維持するために炉温度を下げなければならなくなる。これらの方法はどちらも必要以上に工程を遅くし、精確に制御するのが難しい。

本明細書に全体的に開示された内容は、ガラス再形成方法に関する。１つの側面において、本方法は、形成工程の開始時にガラスおよび型の所望の温度範囲をある程度の独立性を持って達成するための手段を含むが、かかる独立性は、型およびガラスの両方に共通の熱源を使用しては、従来は不可能であった。独立して制御される複数の炉を含むシステムで使用されるとき、本方法は特に効果的であるが、その場合、型とガラスのアセンブリは、形成温度を達成するためにそれら複数の炉の中を割送りされるかまたは並進される。この割送り構成は、熱条件がほとんど瞬時に変更されることを可能にするので、炉設定値が変更されるとき典型的に直面する緩慢な応答が回避される。

本方法は、ガラスシート再形成工程の２つの物理的な特質を利用する。第１に、ガラスシートは、型と比較して非常に小さい質量と熱容量を有する。その結果、ガラスシートは熱条件の急変に速やかに応答するが、型は新たな熱条件に比較的ゆっくり応答する。第２に、形成開始時の所望ガラス温度は、形成開始時の所望型温度より一般に高い。この状況では、ガラス温度に対する冷却効果を最大限にする一方で、型に対する冷却効果を最小限にするような、炉に対する１組の温度設定値を選択することが可能となる。例えば、型温度より高く、ガラス温度より低い炉の温度設定値は、型に対しては放射性熱源であり、同時にガラスに対しては吸熱源であり得る。

一例となる実施形態において、ガラス再形成方法は、ガラスシートをガラス成形品に形成するための成形面を有する型にガラスシートを配置するステップを含む。型に関する形成開始型目標温度、およびこの形成開始型目標温度を含む第１温度範囲が選択される。また、ガラスシートに関する形成開始ガラス目標温度、およびこの形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲が選択される。これらの目標温度と範囲は、ガラスシートの成形性、型の保全および成形面の完全性に基づき選択される。範囲は典型的に比較的狭く、例えば各目標の±２０℃前後とされるが、相対的により広い範囲、例えば±３５℃までの範囲が、形成条件に対するガラスおよび型材の感度に応じて可能である。

本方法は、形成開始型目標温度より高い第１炉温度設定値に制御された第１炉条件を提供することをさらに含む。形成開始型目標温度より高いが第１炉温度設定値より低い第２炉温度設定値に制御された、第２炉条件も提供される。ガラスシートおよび型は、型の温度が形成開始型目標温度を含む第１温度範囲内になるまで、同時に第１炉条件に曝露される。第１炉条件への曝露に続き、ガラスシートおよび型は、ガラスシートの温度が形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲内になるまで、同時に第２炉条件に曝露される。ガラスシートの温度が第２の温度範囲内となった後、ガラスシートのガラス成形品への形成が始まる。

実例となる１つの実施形態において、ガラス再形成システムは、炉；ガラスシートをガラス成形品に形成するための成形面を有する型；熱源；および以下の通り構成された制御装置を含む：（ｉ）型に関する形成開始型目標温度、およびこの形成開始型目標温度を含む第１温度範囲を受理し；（ｉｉ）ガラスシートに関する形成開始ガラス目標温度、およびこの形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲を受理し；（ｉｉｉ）形成開始型目標温度より高い第１炉温度設定値に制御された第１炉条件を達成するために、熱源の出力を調整し；（ｉｖ）型の温度が第１温度範囲内になるまで、第１炉条件を維持し；（ｖ）形成開始型目標温度より高いが第１炉温度設定値より低い第２炉温度設定値に制御された第２炉条件を達成するために、熱源の出力を調整し；および、（ｖｉ）ガラスシートの温度が第２温度範囲内になるまで、第２炉条件を維持する。

実例となる別の実施形態において、ガラス再形成システムは、第１熱源を含む第１炉；第２熱源を含む第２炉；第１炉から第２炉まで割送り可能な、ガラスシートをガラス成形品に形成するための成形面を有する型；および以下のように構成された制御装置を含む：（ｉ）型に関する形成開始型目標温度、およびこの形成開始型目標温度を含む第１温度範囲を受理し；（ｉｉ）ガラスシートに関する形成開始ガラス目標温度、およびこの形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲を受理し；（ｉｉｉ）形成開始型目標温度より高い第１炉温度設定値に制御された第１炉条件を達成するために、第１熱源の出力を調整し；（ｉｖ）型の温度が第１温度範囲内になるまで、第１炉条件を維持し；（ｖ）形成開始型目標温度より高いが第１炉温度設定値より低い第２炉温度設定値に制御された第２炉条件を達成するために、第２熱源の出力を調整し；および、（ｖｉ）ガラスシートの温度が第２温度範囲内になるまで、第２炉条件を維持する。

上記の概要は、本開示に対する導入を提供することが意図される。本開示の重要または重大な要素を特定するか、または本開示の範囲を正確に描写することは意図されない。本開示の様々な態様と実施形態は、添付図面を参照してより詳細に以下に記述される。

以下は添付図面の図の説明である。図は必ずしも縮尺通りではなく、図のいくつかの特徴およびいくつかの概観は、縮尺においてまたは概略図において、明瞭さと簡潔さのために誇張されて示され得る。

型上のガラスシートを示す図 高温炉条件におけるガラスシートおよび型を示す図 ガラス製造システムを示す図 低温炉条件におけるガラスシートおよび型を示す図 ガラスシート再形成工程のガラスおよび型のサイクルの例を図解した図

以下の詳細な記述において、多数の具体的な詳細が本開示の実施形態の完全な理解を提供するために説明され得る。しかしながら、本開示の実施形態がこれらの具体的な詳細のうちのいくつかまたはすべてを伴わないで実行され得るケースも、当業者には明らかであろう。他の場合において、よく知られている特徴または工程は、不必要に本開示を不明瞭にしないように詳細に記述されないこともある。さらに、類似または同一の参照数字が、共通または類似の要素を示すために使用され得る。

図１は、ガラスシート１０を成形ガラス品に形成するための成形面１４を有する型１２上に配置された、ガラスシート１０を示す。成形面１４の形状は、成形ガラス品の所望形状によって規定される。型１２上にガラスシート１０を配列するために、ピン等の位置合せ要素（図示せず）が使用されてもよい。

ガラスシート１０は、成形ガラス品の所望特性に基づいて選択されたガラス組成を有する。例えば、高強度と耐スクラッチ性を必要とする用途に関しては、ガラスシート１０は、イオン交換可能なガラス、すなわち、比較的大きいアルカリ金属またはアルカリ土類金属イオンと交換することができる、比較的小さいアルカリ金属またはアルカリ土類金属イオンを含有するガラスから作製され得る。イオン交換可能なガラスの例は、例えば、特許文献、米国特許第７，６６６，５１１号明細書（Ｅｌｌｉｓｏｎら、２００８年１１月２０日）、米国特許第４，４８３，７００号明細書（Ｆｏｒｋｅｒ，Ｊｒ．ら、１９８４年１１月２０日）、米国特許第５，６７４，７９０号明細書（Ａｒａｕｊｏ、１９９７年１０月７日）に挙げられており、また、ＧＯＲＩＬＬＡＲ（登録商標）ガラスとしてコーニング社から入手可能である。典型的には、これらのイオン交換可能なガラスはアルミノシリケートガラスである。イオン交換可能なガラスは、イオン交換によって成形ガラス品の化学強化を可能にし、またガラス品の耐スクラッチ性をも改善する。

いくつかの実施形態において、ガラスシートはアルミノシリケートガラスを含む。いくつかの実施形態において、アルミノシリケートガラスは少なくとも約５０ｍｏｌ％のＳｉＯ_２と少なくとも約１１ｍｏｌ％のＮａ_２Ｏを含み、圧縮応力は少なくとも約９００ＭＰａである。いくつかの実施形態において、アルミノシリケートガラスは、さらにＡｌ_２Ｏ_３と、Ｂ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、ＭｇＯおよびＺｎＯの少なくとも１つとを含み、この場合、−３４０＋２７．１・Ａｌ_２Ｏ_３−２８．７・Ｂ_２Ｏ_３＋１５．６・Ｎａ_２Ｏ−６１．４・Ｋ_２Ｏ＋８．１・（ＭｇＯ＋ＺｎＯ）≧０ｍｏｌ％である。いくつかの実施形態において、アルミノシリケートガラスは、さらに約７ｍｏｌ％から約２６ｍｏｌ％までのＡｌ_２Ｏ_３；０ｍｏｌ％から約９ｍｏｌ％までのＢ_２Ｏ_３；約１１ｍｏｌ％から約２５ｍｏｌ％までのＮａ_２Ｏ；０ｍｏｌ％から約２．５ｍｏｌ％までのＫ_２Ｏ；０ｍｏｌ％から約８．５ｍｏｌ％までのＭｇＯ；および０ｍｏｌ％から約１．５ｍｏｌ％までのＣａＯを含む。いくつかの実施形態において、アルミノシリケートガラスは、約６０ｍｏｌ％から約７０ｍｏｌ％までのＳｉＯ_２；約６ｍｏｌ％から約１４ｍｏｌ％までのＡｌ_２Ｏ_３；０ｍｏｌ％から約１５ｍｏｌ％までのＢ_２Ｏ_３；０ｍｏｌ％から約１５ｍｏｌ％までのＬｉ_２Ｏ；０ｍｏｌ％から約２０ｍｏｌ％までのＮａ_２Ｏ；０ｍｏｌ％から約１０ｍｏｌ％までのＫ_２Ｏ；０ｍｏｌ％から約８ｍｏｌ％までのＭｇＯ；０ｍｏｌ％から約１０ｍｏｌ％までのＣａＯ；０ｍｏｌ％から約５ｍｏｌ％までのＺｒＯ_２；０ｍｏｌ％から約１ｍｏｌ％までのＳｎＯ_２；０ｍｏｌ％から約１ｍｏｌ％までのＣｅＯ_２；約５０ｐｐｍ未満のＡｓ_２Ｏ_３；および約５０ｐｐｍ未満のＳｂ_２Ｏ_３を含む。この場合、１２ｍｏｌ％≦Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ≦２０ｍｏｌ％、および、０ｍｏｌ％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ≦１０ｍｏｌ％である。

型１２は、いくつかのガラス成形サイクルのために、高温、例えば５００℃より高い温度に耐え得る材質で作製される。型材は、形成条件下においてガラスと反応しない（またはガラスに粘着しない）ものであり得、または、成形面１４は形成条件下においてガラスと反応しない（またはガラスに粘着しない）コーティング剤でコーティングされてもよい。一実施例において、型１２はグラファイト等の非反応性炭素材料で作製され、成形面１４はガラス表面に欠陥を導入するのを回避するために、十分に研磨される。別の実施例において、型１２は、炭化ケイ素、炭化タングステン、窒化ケイ素または窒化ホウ素等の高密度セラミック材料で作製され、成形面１４はグラファイト等の非反応性材料でコーティングされる。別の実施例において、型１２は、ニッケル‐クロム合金のＩＮＣＯＮＥＬ７１８等の超合金で作製され、成形面１４は窒化チタンアルミニウム等の硬質セラミック材料でコーティングされる。さらに別の実施例において、型１２は、工業純度ニッケルグレード２００（９９．６％Ｎｉ、０．０４％Ｃ）、２０１（９９．６％Ｎｉ、最大０．０２％Ｃ）、２０５（９９．６％Ｎｉ、０．０４％Ｃ、０．０４％Ｍｇ）、２１２（９７．０％Ｎｉ）、２２２（９９．０％Ｎｉ）、２３３（９９％Ｎｉ）、または２７０（９９．９７％Ｎｉ）等の純ニッケルで作製され、成形面１４は酸化ニッケルでコーティングされる。成形面１４のコーティングは１００ｎｍから２０μｍまでの範囲の厚さを有し得る。型１２が炭素材料で作製される場合、または成形面１４が炭素材料でコーティングされる場合、型１２周囲の雰囲気は形成条件において不活性であるべきである。

１つの実例となる実施形態において、ガラスシート１０の再形成方法は、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇと形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇを選択するステップを含む。形成開始ガラス目標温度は典型的には範囲が狭い。例えば、δ_ｇは、約３５℃、４０℃、４５℃または５０℃以下であり得る。いくつかの実施形態において、δ_ｇは約２０℃から約３５℃までの範囲である。他のいくつかの実施形態において、δ_ｇは約２０℃である。形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、ガラスシート１０の形成開始時の所望のガラス温度である。この温度は、ガラスシートの中心１０ａで測定することができる。形成は、ガラスシート１０が成形面１４によって形成される工程である。形成が行なわれるために、ガラスシート１０が破損されずに変形されることを可能にするために、ガラスシート１０の温度は粘弾性のある範囲にしなければならない。形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、ガラスシート１０の粘弾性特性と、型１２および成形面１４の材質特性に基づいて選択される。一般に、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、成形ガラス品のガラス表面の「オレンジピール」のような瑕疵を回避し、ガラスシート１０の形成を容易にするような成形面１４の完全性を、いくつかの成形サイクルを通して維持するように選択される。いくつかの実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、少なくとも５，０００回の成形サイクルを経ても成形面１４の完全性を維持するように選択される。いくつかの実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、少なくとも１０，０００回の成形サイクルを経ても成形面１４の完全性を維持するように選択される。

１つの実例となる実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、１０^１３ポアズ（１０^１２Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度と、１０^７ポアズ（１０^６Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度との間にある。１つの実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、１０^１１ポアズ（１０^１０Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度と、１０^７ポアズ（１０^６Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度との間にある。別の実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、１０^９．１ポアズ（１０^８．１Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度と、１０^７ポアズ（１０^６Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度との間にある。さらに別の実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、１０^８．９ポアズ（１０^７．９Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度と、１０^８ポアズ（１０^７Ｐａ・ｓ）のガラス粘度に対応する温度との間にある。一実施形態において、Ｔ_ｇは３００℃より大きい。別の実施形態において、Ｔ_ｇは約４００℃よりも大きい。さらに別の実施形態において、Ｔ_ｇは５００℃より大きい。他の実施形態において、Ｔ_ｇは約６００℃よりも大きい。携帯用電子機器等のカバー等の高強度のガラス品を形成するのに役立つガラスとしては、Ｔ_ｇが約７００℃から約１，１００℃までの範囲であり得る。他の実施形態において、Ｔ_ｇは７００℃から９５０℃までの範囲であり得る。他のいくつかの実施形態において、Ｔ_ｇは約７００℃から約８００℃までの範囲であり得る。

本方法はまた、形成開始型目標温度Ｔ_ｍと形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍを選択するステップを含む。形成開始型目標温度範囲は典型的には狭い。例えば、δ_ｍは、約３５℃、４０℃、４５℃または５０℃以下であり得る。いくつかの実施形態において、δ_ｍは、約２０℃から約３５℃までの範囲である。他のいくつかの実施形態において、δ_ｍが約２０℃である。形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、ガラスシート１０から成形ガラス品を形成する形成開始時の、所望の型温度である。この温度は、型の中心１２ａで測定することができる。形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、型特性、成形面特性、およびガラスシートが成形面と接触するときのガラスシートと型面との間の許容可能な温度差に基づいて選択される。典型的には、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより低い。いくつかの実施形態において、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、約４０℃、５０℃、６０℃、７０℃、８０℃、９０℃、１００℃かまたはそれ以上、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより低い。いくつかの実施形態において、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、約４０℃から約１００℃までの間、約４０℃から約２００℃までの間、約４０℃から約３００℃までの間、または約４０℃から約４００℃までの間の温度だけ、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより低い。他のいくつかの実施形態において、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、少なくとも約１００℃、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより低い。いくつかの実施形態において、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、約１００℃から約４００℃までの間の温度だけ、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより低い。

高強度ガラス品の成形に関するいくつかの実例となる実施形態において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、約７００℃から約１，１００℃までの範囲であり、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、約５５０℃から約７５０℃までの範囲である。いくつかの実施例において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、約７００℃から約９５０℃までの範囲であり、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、約５５０℃から約７５０℃までの範囲である。他の実施例において、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇは、約７００℃から約８００℃までの範囲であり、形成開始型目標温度Ｔ_ｍは、約６００℃から約６６０℃までの範囲である。

１つの例示的な実施形態において、以下の目標温度と範囲が選択される：形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇ＝７４５℃、形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇ＝７４５℃±１０℃、形成開始型目標温度Ｔ_ｍ＝６３５℃および形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍ＝６３５℃±１０℃である。これらの目標は、コード２３１７の「ＧＯＲＩＬＬＡＲ」ガラス（アルミノシリケートガラスの一例）を含むガラスシート１０と、ＩＮＣＯＮＥＬ７１８超合金（ニッケル−クロム合金の一例）で作製された型１２と、窒化チタンアルミニウム（硬質セラミック材料の一例）でコーティングされた成形面１４と共に使用し得る。

別の例示的な実施形態において、以下の目標温度と範囲が選択される：形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇ＝７９５℃と形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇ＝７９５℃±２０℃、形成開始型目標温度６４５℃と形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍ＝６４５℃±１０℃である。これらの目標は、コード２３１７の「ＧＯＲＩＬＬＡＲ」ガラスを含むガラスシート１０、工業純度ニッケルグレード２０１で作製された型１２、酸化ニッケルでコーティングされた成形面１４と共に使用し得る。

上述された例示的な目標温度は、限定することを意図しない。なぜなら、上で既に説明されたように、形成されるガラスシートの特性と、ガラスシートの形成に使用される型と成形面の特性に基づいて、目標が選択されるからである。

本方法は選択された形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇの範囲内の温度にガラスシート１０を加熱するステップと、選択された形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内の温度に型１２を加熱するステップとをさらに含む。ガラスシートと型の加熱が、共通の熱源下で同時に起こる。本方法は、所望の目標形成温度が形成工程開始時に達成されるように、ガラスシートと型との加熱を平衡させるステップを含む。１つまたは複数の実施形態において、加熱は炉の２つの段階で達成される。すなわち、型温度が形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内の温度に急速に上昇される高温炉段階と、ガラス温度が形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇの範囲内の温度に急速に低減され、一方で、型温度が形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内またはその近傍の温度で横ばい状態になる低温炉段階とである。典型的には、目的とする（または、目標が達成されたかどうかを判断する）温度は、ガラスシートの中心温度（図１の１０ａ）および型の中心温度（図１の１２ａ）である。典型的には、低温炉段階が高温炉段階直後に起こり、ガラス温度が形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇの範囲内になり、型温度が形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内またはその近傍の温度となった後、ガラスシート１０の形成が始まる。

高温炉段階は高温炉条件において行なわれ、その高温炉条件は、形成開始型目標温度Ｔ_ｍより有意に高い、炉温度設定値Ｔ_１に制御される炉条件として定義される。いくつかの実施例において、炉温度設定値Ｔ_１は、形成開始型目標温度Ｔ_ｍより、約１００℃、１２５℃、１５０℃、１７５℃、２００℃高いか、またはそれ以上高い。他の実施例において、炉温度設定値Ｔ_１は、形成開始型目標温度Ｔ_ｍより２００℃高いか、またはそれ以上高い。いくつかの実施例において、炉温度設定値Ｔ_１は、形成開始型目標温度Ｔ_ｍより、約５０℃から約４００℃、約５０℃から約３００℃、約１００℃から約３００℃、約１００℃から約２００℃、約１５０℃から約４００℃、または約１５０℃から約３００℃高い。典型的には、炉温度設定値Ｔ_１はまた、形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより高くなる。

図２は、熱源２０ａと制御装置１８ａによって炉領域（またはステーション）２４ａにおいて提供される高温炉条件１６ａを図示する。熱源２０ａは熱を提供し、中赤外線ヒータ、インダクションヒータまたは抵抗ヒータ等の任意の適切な発熱体を組み込んでもよい。制御装置１８ａは、熱源２０ａの出力を調整し、所望の炉温度設定値Ｔ_１と高温炉条件１６ａを達成する。制御装置１８ａは入力として所望の炉温度設定値Ｔ_１を受理し得る。２２ａで示されるように、制御装置１８ａは炉領域２４ａから温度測定を受理し得、熱源２０ａの出力を調整する方法を確定するためにこれらの測定を使用し、高温炉条件１６ａを維持し得る。制御装置１８ａは、所望の炉温度設定値Ｔ_１と実際の温度測定の間の差異を計算し、熱源２０ａの出力を調整する方法を確定する、処理装置を含み得る。

本方法は、ガラスシート１０と型１２を同時に高温炉条件１６ａに曝露し、型１２が、形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内の温度に急速に加熱されるステップを含む。型１２が急速に加熱され、ガラスシート１０も急速に加熱される。しかしながら、ガラスシート１０は型１２より非常に小さい質量を有するので、型が加熱されるより速い速度で加熱される。共通の炉熱源２０ａと型１２の間で平衡状態に達するまで、ガラスシート１０は熱くなる。型１２が熱くなる間、ガラス温度は上昇し続ける。ガラス温度は、形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇを有意に越えてもよく、典型的には超える。

ガラスシートと型を高温炉条件１６ａに曝露する前に、ガラスシート１０と型１２があらかじめ様々な温度に熱せられてもよいことは注目されるべきである。そのため、ガラスシートと型は、高温炉段階開始時において同じ温度でなくてもよいし、または室温でなくてもよい。

高温炉条件１６ａは、図２に示されるような単一炉領域において、または一連の炉領域において提供されてもよい。図３は、回転テーブル４１に沿って配置された４０ａから４０ｒまでの一連の炉領域（またはステーション）を含むガラス製造システムの一部を示す。ガラス製造システムの炉領域の数は、図３に示されるものより多くても少なくてもよい。ガラスシート１０と型１２は回転テーブル４１に装填され、回転テーブル４１の割送りまたは並進運動によって、４０ａから４０ｆまでの炉領域のうちのどの中にでも配置され得る。説明を目的として、一連の炉領域４０ａから４０ｆは、高温炉段階が行なわれる高温炉領域４２を画成する。この場合、上述の高温炉条件は、４０ａから４０ｆまでの炉領域の各々において提供される。しかしながら、４０ａから４０ｆまでの炉領域が、同じ炉温度設定値Τ_１に制御される必要はない。例えば、４０ａから４０ｆまでの炉領域のための炉温度設定値にはＴ_{１，４０ａ}＜Ｔ_{１，４０ｂ}＜Ｔ_{１，４０ｃ}＜Ｔ_{１，４０ｄ}＜Ｔ_{１，４０ｅ}＜Ｔ_{１，４０ｆ}の順位があってもよく、この場合、Ｔ_{１，４０ａ}は第１炉領域４０ａにおける炉温度設定値に相当し、Ｔ_{１，４０ｂ}は、第２炉領域４０ｂにおける炉温度設定値に相当する等である。たとえ炉領域４０ａから４０ｆまでの炉温度設定値が異なってよいとしても、炉温度設定値はなお炉温度設定値Ｔ_１に関する上述の特性を有する。炉温度設定値は、６番目または最後の炉領域４０ｆの炉温度設定値Ｔ_{１，４０ｆ}が、単一炉領域構成の炉温度設定値Ｔ_１と同じであるように選択してもよい。高温炉領域４２は、６つよりも多いまたは少ない炉領域を有していてもよいことは明らかである。高温炉段階に複数の炉領域を使用することは、連続的なガラス製造工程においては、単一炉領域構成に対して利点を提供し得、この場合、１対より多くのガラスシートおよび型を、同時にまたは順に加工することができる。

低温炉段階は低温炉条件下で行なわれ、これは、形成開始型目標温度Ｔ_ｍより高く（さらに通常形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍより高く）、かつ高温炉条件の炉温度設定値Ｔ_１より低い、炉温度設定値Ｔ_２に制御される炉条件として定義される。すなわち、Ｔ_ｍ＜Ｔ_２＜Ｔ_１である。一連の炉領域が上述のように高温炉段階で使用される場合、シリーズ最後の炉領域の炉温度設定値が、高温炉条件の炉温度設定値Ｔ_１として使用され得る。

図４は、熱源２０ｂおよび制御装置１８ｂによって炉領域（またはステーション）２４ｂにおいて提供される低温炉条件１６ｂを図示する。熱源２０ｂは熱を提供し、中赤外線ヒータ、インダクションヒータまたは抵抗ヒータ等の任意の適切な発熱体を組込んでもよい。制御装置１８ｂは、熱源２０ｂの出力を調整し、所望の炉温度設定値Ｔ_２および低温炉条件１６ｂを達成する。制御装置１８ｂは入力として所望の炉温度設定値Ｔ_２を受理し得る。２２ｂで示されるように、制御装置１８ｂは炉領域２４ｂから温度測定を受理し得、熱源２０ｂの出力を調整する方法を確定するためにこれらの測定を使用し、低温炉条件１６ｂを維持し得る。制御装置１８ｂは、炉領域２４ｂの所望の炉温度設定値Ｔ_２と実際の温度の間の差異を確定し、熱源２０ｂの出力を調整する方法を確定する、処理装置を含んでもよい。

本方法は、ガラスシート１０および型１２を同時に、典型的には高温炉条件下の曝露時間と比較してより短時間、低温炉条件１６ｂに曝露するステップを含む。典型的には、低温炉条件への曝露が、高温炉条件への曝露直後に起こる。低温炉条件下では、小さい質量と低い熱容量のガラスシート１０は、炉条件の急変動に急速に応答するが、はるかに大きい質量とより高い熱容量の型１２は、新たな炉条件に比較的ゆっくり応答する。ガラスシートが形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇの範囲内になるまで、ガラスシート１０および型１２は低温炉条件下で処理される。典型的には、この時、型はまた形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内またはその近傍にある。ガラスシート１０が形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇの範囲内の温度に達した後、形成が始まる。

低温炉段階は、本開示の１つの態様によれば、ガラス再形成方法の重要な特質である。この段階における炉温度は、型が炉から得る熱が、型から他の要素、例えば、低温炉壁、稼働中の冷却装置、および、より低温の保持機構への伝導等により失われる熱を克服するのに実質的に十分な程度まで、型温度より高く維持されなければならない。ガラスシートが所望時間で所望温度まで冷却するように、低温はまた十分に低くなければならない。典型的には、低温の炉温度設定値Ｔ_２は、形成開始ガラス目標温度より１０℃から５０℃低く、形成開始型目標温度より８０℃から１００℃高い。一旦形成が始まると、ガラスシートが成形面と強い熱接触に入るにしたがって、ガラスシートはより低温の成形面に対して急速に熱を失う。型に対するガラスの完全な適合を促進する粘弾性の範囲内にガラス温度を維持するために、炉温度はこの時点で実質的に増加され得る。

低温炉条件は、図４に示されるような単一炉領域でまたは一連の炉領域で提供されてもよい。図３に戻ると、４０ａから４０ｆまでの一連の炉領域に隣接する炉領域４０ｇと４０ｈは、低温炉段階に使用され得る。炉領域４０ｇと４０ｈが、低温段階が行なわれる低温炉領域４４を画成し得る。この場合、低温条件が、炉領域４０ｇと４０ｈの各々において提供される。しかしながら、炉領域４０ｇと４０ｈを同じ炉温度設定値に制御する必要はない。一実施形態において、２つの炉領域４０ｇと４０ｈの炉温度設定値にはＴ_{２，４０ｇ}＞Ｔ_{２，４０ｈ}の順位があり、この場合、Ｔ_{２，４０ｇ}は、第１炉領域４０ｇ（または高温炉領域４２に直接続く炉領域）における炉温度設定値であり、Ｔ_{２，４０ｈ}は、第２炉領域４０ｈ（または低温炉領域４４の最後の炉領域）における炉温度設定値であり、Ｔ_{２，４０ｇ}とＴ_{２，４０ｈ}の各々で、低温炉条件の炉温度設定値Ｔ_２に関して上述した特性を有する。上述から、Ｔ_ｍ＜Ｔ_２＜Ｔ_１であり、ここで、Ｔ_ｍが形成開始型目標温度で、Τ_１が高温炉条件のための炉温度設定値である。したがって、Ｔ_ｍ＜Ｔ_{２，４０ｈ}＜Ｔ_{２，４０ｇ}＜Ｔ_１である。この場合、ガラスシートおよび型は、第１ステーションでより高い炉温度設定値Ｔ_{２，４０ｇ}に曝露され、次いで第２ステーションでより低い炉温度設定値Ｔ_{２，４０ｈ}に曝露される。Ｔ_１からＴ_{２，４０ｇ}までの下降ステップは、一般に、Ｔ_{２，４０ｇ}からＴ_{２，４０ｈ}までの下降ステップより非常に小さく、ガラスシートへの熱衝撃を最小限にする効果を有するべきである。一実施形態において、Ｔ_{２，４０ｇ}は形成開始ガラス目標温度Ｔ_ｇより高く、すなわちＴ_ｇ＜Ｔ_{２，４０ｇ}＜Ｔ_１に調節される。２段階の低温炉段階は、ガラスシートの成形ガラス品への形成開始前に割り当てられた時間に制御された方法で、所望のガラス温度達成を容易にすることができる。

ガラスシートが形成開始ガラス目標温度範囲Ｔ_ｇ±δ_ｇの範囲内の温度に達した後、ガラスシート１０の成形ガラス品への形成が始まる。典型的には、形成開始時に、型は、形成開始型目標温度範囲Ｔ_ｍ±δ_ｍの範囲内の、またはその近傍の温度にある。形成はガラスシート１０を成形面１４に適合させることを含む。適合にはガラスシート１０に対する力の適用を伴ってもよい。典型的には、形成力は、ガラスシート１０と成形面１４との間に適用された減圧の形を取り、ここで適用される減圧は、成形面に対してガラスシートを引き寄せる。ガラスシートに力を加えるための代替方法は、プランジャー型等によるものである。形成力が加えられる前に、重力によって成形面１４の方へガラスシート１０を弛ませてもよい。ガラスシート１０を成形面１４に合致させた後、その結果生じた成形ガラス品は、数秒間、成形面に対して保持され得、成形ガラス品の反りを最小限にするかまたは予防する。減圧は、保持力のソースとしても使用され得る。保持期間後、次いで、成形ガラス品は制御された方法で冷却することができ、その後、成形ガラス品が型から分離され得る。典型的には、様々な操作が形成の間に実行され、確実に、型およびガラスを適切な温度にし、所望形状へと制御して成形ガラス品を形成する。そのような操作は、局所的にガラスを加熱すること、型から余剰熱を取り除くこと、および複数段階において成形ガラス品に対する保持力、例えば、より高い保持力とそれに続くより小さい保持力とを加えることを含んでもよい。形成過程（および冷却過程）は図３の残る炉領域４０ｉから４０ｒにおいて行なわれ得る。

図５は、上述された原理を図示する典型的な型およびガラスのサイクルを示す。線５０は炉温度を表わす。線５２は型中心温度を表わす。線５４は型端縁温度を表わす。線５６はガラス中心温度を表わす。線５８は成形減圧を表わす。例えば図５に示される実施例に関しては、ガラスシートおよび型の加熱とガラスシートの形成が、図３に示されるような一連の炉領域において実行された。第１の６つの炉領域は型およびガラスシートの高温処理に使用され、次の２つの炉領域は型およびガラスの低温処理に使用された。破線６０は、ガラスの形成が始まるときを示す。

図５の例において、形成開始型目標温度範囲は６２５℃から６４５℃までであった。より高い型温度は、成形面（この場合、保護コーティングは窒化チタンアルミニウムであった）に使用される特別な保護コーティングを破損してしまうので、範囲の限界は６４５℃に設定された。型コーティングの完全性とガラス表面の美観を維持するために、ガラス温度も７６０℃より低温に維持された。特に、形成開始ガラス目標温度範囲は７３５℃から７５５℃までであった。

（高温炉段階用の）第１の６つの炉領域の炉温度設定値が、すべて９７０℃より高くなるように本工程は設定されたが、これは、６２５℃から６４５℃までの形成開始型目標温度範囲よりはるかに高い。図５において明確に理解できるように、これらの加熱条件下、ピークガラス温度（矢印６２により示される）は８５０℃に迫り、７３５℃から７５５℃までの形成開始ガラス目標温度範囲をかなり越えている。

次いで、続く２つの炉領域（低温炉段階用）では、炉温度設定値を、まず９３０℃（第１炉領域）まで、その後７３５℃（第２炉領域）まで段階的に完全に減じた。（矢印６４により示されるように、）これらの低減された炉温度下において、ガラス温度は急速に低下し、一方で型温度はただ横ばい状態になった。本方法によって、６０により示された、ガラスシートの形成開始時の型中心温度は、対応するガラス温度７４５℃と共に６３５℃に制御された。低温炉段階がないと、形成開始時にガラス温度が高過ぎ、成形面コーティングの動作寿命が極めて短命となってしまうことは注目されるべきことである。

限定された数の実施例に関して実施形態を説明したが、本開示によって恩恵を受ける当業者であれば、本明細書に開示された範囲から逸脱することなく、別の実施形態の考案が可能であることが理解できよう。

１０ ガラスシート
１２ 型
１６ａ 高温炉条件
１８ａ 制御装置
２０ａ 熱源

Claims (9)

1. （ａ）ガラスシートをガラス成形品に形成するための成形面を有する型に、前記ガラスシートを配置するステップ；
   （ｂ）前記型に関する形成開始型目標温度、および該形成開始型目標温度を含む第１温度範囲を選択するステップ；
   （ｃ）前記ガラスシートに関する形成開始ガラス目標温度、および該形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲を選択するステップ；
   （ｄ）前記形成開始ガラス目標温度より高い第１炉温度設定値に制御された第１炉条件を提供するステップ；
   （ｅ）前記型の温度が前記第１温度範囲内になるまで、前記ガラスシートおよび前記型を同時に前記第１炉条件に曝露するステップ；
   （ｆ）前記形成開始型目標温度より高いが前記第１炉温度設定値より低い第２炉温度設定値に制御された第２炉条件を提供するステップ；
   （ｇ）前記ガラスシートの温度が前記第２温度範囲内になるまで、前記ガラスシートおよび前記型を同時に前記第２炉条件に曝露するステップであって、この間、前記型の温度が前記第１温度範囲内にあるステップ；および
   （ｈ）前記ガラスシートの温度が前記第２温度範囲内になった後、前記ガラスシートの前記ガラス成形品への形成を開始するステップ；
   を含む、ガラス再形成方法。
2. （ｉ）前記第２炉温度設定値より高いが前記第１炉温度設定値より低い第３炉温度設定値に制御された第３炉条件を提供するステップ；および
   （ｊ）前記（ｇ）の同時曝露に先立って、所定期間、前記ガラスシートおよび前記型を同時に前記第３炉条件に曝露するステップであって、前記所定期間は、前記ガラスシートの温度が、前記同時曝露ステップ（ｅ）の終わりにおける第１レベルから、前記第１レベルと前記形成開始ガラス目標温度との間の第２レベルまで低下するような期間であるステップ；
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記（ｉ）の提供するステップが、前記第３炉温度設定値を前記形成開始ガラス目標温度より高くなるように選択するステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記（ｅ）の同時曝露ステップが前記ガラスシートおよび前記型を複数の炉領域に通すステップを含み、前記炉領域の各々が、前記形成開始ガラス目標温度より高い炉温度設定値に制御される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記（ｅ）の同時曝露ステップの間、前記ガラスシートの温度が前記第２温度範囲を越える、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第２炉温度設定値が、前記形成開始ガラス目標温度より約１０℃から約５０℃低い範囲にある、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記第２炉温度設定値が、前記形成開始型目標温度より約８０℃から約１００℃高い範囲にある、請求項６に記載の方法。
8. 炉；
   ガラスシートをガラス成形品に形成するための成形面を有する型；
   熱源；および
   制御装置；
   を含むガラス再形成システムであって；
   前記制御装置が：
   前記型に関する形成開始型目標温度、および該形成開始型目標温度を含む第１温度範囲を受理し；
   前記ガラスシートに関する形成開始ガラス目標温度、および該形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲を受理し；
   前記形成開始ガラス目標温度より高い第１炉温度設定値に制御された第１炉条件を達成するために前記熱源の出力を調整し；
   前記型の温度が前記第１温度範囲内になるまで、前記第１炉条件を維持し；
   前記形成開始型目標温度より高いが前記第１炉温度設定値より低い第２炉温度設定値に制御された第２炉条件を達成するために、前記熱源の出力を調整し；かつ、
   前記ガラスシートの温度が前記第２温度範囲内になるまで、前記第２炉条件を維持し、この間、前記型の温度が前記第１温度範囲内にある；
   ように構成されている、ガラス再形成システム。
9. 第１熱源を含む第１炉；
   第２熱源を含む第２炉；
   前記第１炉から前記第２炉まで割送り可能な、ガラスシートをガラス成形品に形成するための成形面を有する型；および
   制御装置；
   を含むガラス再形成システムであって；
   前記制御装置が：
   前記型に関する形成開始型目標温度、および該形成開始型目標温度を含む第１温度範囲を受理し；
   前記ガラスシートに関する形成開始ガラス目標温度、および該形成開始ガラス目標温度を含む第２温度範囲を受理し；
   前記形成開始ガラス目標温度より高い第１炉温度設定値に制御された第１炉条件を達成するために、前記第１の熱源の出力を調整し；
   前記型の温度が前記第１温度範囲内になるまで、前記第１炉条件を維持し；
   前記形成開始型目標温度より高いが前記第１炉温度設定値より低い第２炉温度設定値に制御された第２炉条件を達成するために、前記第２の熱源の出力を調整し；かつ、
   前記ガラスシートの温度が前記第２温度範囲内になるまで、前記第２炉条件を維持し、この間、前記型の温度が前記第１温度範囲内にある；
   ように構成されている、ガラス再形成システム。

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