JP6670632B2 - ガラス成形型および曲面ガラスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ガラス成形型および曲面ガラスの製造方法に関する。
携帯電子デバイス用のカバーガラス等のガラス物品は、熱再成形により作製される。この処理は、ガラスを損傷なく変形できる温度までガラスシートを加熱する工程に続いて、加熱されたガラスを、３次元（いわゆる「３Ｄ」）形状を有するガラス物品へと成形する。
携帯デバイス用においては、厳密な形状精度の設計仕様を満たすために、成形後、ガラスの変形温度未満の温度（ガラス物品を安全に型から取り外すことができる温度）にガラスが達するまで、型上でガラス物品を冷却する及び／又はアニーリングされる。冷却段階では、例えばガラス物品を載せている型を、連続する複数の冷却ステーションに沿って移送する工程が採用される。この工程ではガラス物品の歪みを防ぎ、要求される形状精度を達成するために、冷却段階中、ガラス物品の表面に亘る温度差を、例えば５℃を超えない等、またガラス物品の厚さに亘る温度差も、例えば２℃を超えない等、極めて小さくするように行われる。
このような課題を解決するために特許文献１には、ガラス物品の作製方法であって、以下：
（ｉ）ガラスシートを型上に配置する工程；
（ｉｉ）前記ガラスシートを第１の温度まで加熱する工程；
（ｉｉｉ）前記ガラスシートを、前記型を用いて３次元形状を有するガラス物品へと成形する工程；
（ｉｖ）前記型と熱接触する少なくとも１つの熱パイプを備える、等温熱伝達デバイスを提供する工程；
（ｖ）前記型上に前記ガラス物品を配置し、前記等温熱伝達デバイスを前記型と熱接触させながら、前記型、前記ガラス物品及び前記等温熱伝達デバイスを熱傾斜チャネルに沿って移送し、前記ガラス物品を第２の温度まで冷却する工程；
を含む方法において、前記移送の間、前記等温熱伝達デバイスは、前記型の相対的に高温の領域から前記型の相対的に低温の領域へと熱を伝達する、方法が記載されている。
また、特許文献１には、型が、ガラスシートの成形中に曝露されることになる温度等の高温に耐え得る材料で作製されることが記載されている。さらに、特許文献１には、型材料は、成形条件下においてガラスと反応しない（若しくはガラスに粘着しない）ものであるか、又は成形表面は、成形条件下においてガラスと反応しない（若しくはガラスに粘着しない）コーティング材料でコーティングされていていることが例示されている。特許文献１の一実施例では、型は、グラファイト等の非反応性炭素材料から作製されており、その成形表面は、成形表面がガラスと接触する際にガラスに欠陥が発生するのを回避するために、十分に研磨されることが記載されている。別の実施例では、型は、炭化珪素、炭化タングステン及び窒化珪素等の緻密質セラミック材料から作製されており、成形表面は、グラファイト等の非反応性炭素材料でコーティングされることが記載されている。
また、特許文献１には、型を用いたガラスシートの成形において、成形表面に対してガラスシートを引き寄せるために、真空を用いることが記載されている。これは、例えば真空ポンプを用いて、孔又はスロットを通して成形キャビティを排気することにより、成形キャビティ内に真空を生成する工程を伴う。この、成形キャビティ内に真空を生成する動作により、成形表面に対してガラスシートを引き寄せることができる。さらに、特許文献１には、ガラスシートが重力によって撓む又は落ち込み始める前又は後に、成形キャビティ内に真空を生成してよいことが記載されている。
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（ｉｉ）前記ガラスシートを第１の温度まで加熱する工程；
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を含む方法において、前記移送の間、前記等温熱伝達デバイスは、前記型の相対的に高温の領域から前記型の相対的に低温の領域へと熱を伝達する、方法が記載されている。
また、特許文献１には、型が、ガラスシートの成形中に曝露されることになる温度等の高温に耐え得る材料で作製されることが記載されている。さらに、特許文献１には、型材料は、成形条件下においてガラスと反応しない（若しくはガラスに粘着しない）ものであるか、又は成形表面は、成形条件下においてガラスと反応しない（若しくはガラスに粘着しない）コーティング材料でコーティングされていていることが例示されている。特許文献１の一実施例では、型は、グラファイト等の非反応性炭素材料から作製されており、その成形表面は、成形表面がガラスと接触する際にガラスに欠陥が発生するのを回避するために、十分に研磨されることが記載されている。別の実施例では、型は、炭化珪素、炭化タングステン及び窒化珪素等の緻密質セラミック材料から作製されており、成形表面は、グラファイト等の非反応性炭素材料でコーティングされることが記載されている。
また、特許文献１には、型を用いたガラスシートの成形において、成形表面に対してガラスシートを引き寄せるために、真空を用いることが記載されている。これは、例えば真空ポンプを用いて、孔又はスロットを通して成形キャビティを排気することにより、成形キャビティ内に真空を生成する工程を伴う。この、成形キャビティ内に真空を生成する動作により、成形表面に対してガラスシートを引き寄せることができる。さらに、特許文献１には、ガラスシートが重力によって撓む又は落ち込み始める前又は後に、成形キャビティ内に真空を生成してよいことが記載されている。
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、成形表面がガラスと接触する際にガラスに欠陥が発生するのを回避するため、十分に研磨されて使用される一方、真空ポンプを孔またはスロットを通して成形キャビティ内に真空を生成する動作を行う。
真空を生成するためには、型から孔又はスロットに吸引が可能となるよう孔がつながっていなければならないが、このような孔はガラス表面の欠陥の原因となる。
すなわち、ガラス表面の欠陥を防止するためには、黒鉛材の表面を研磨して使用することが好ましい。その一方で、真空引きを効率よく行うためには型の表面に孔が形成されていることがよい。
つまり、真空引きを可能にすることと、ガラス表面の欠陥を防止することは二律背反する課題である。
真空を生成するためには、型から孔又はスロットに吸引が可能となるよう孔がつながっていなければならないが、このような孔はガラス表面の欠陥の原因となる。
すなわち、ガラス表面の欠陥を防止するためには、黒鉛材の表面を研磨して使用することが好ましい。その一方で、真空引きを効率よく行うためには型の表面に孔が形成されていることがよい。
つまり、真空引きを可能にすることと、ガラス表面の欠陥を防止することは二律背反する課題である。
本発明では、上記課題を鑑み、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができるガラス成形型および曲面ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための本発明のガラス成形型は、
（１）黒鉛からなり、上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する。
（１）黒鉛からなり、上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する。
本発明のガラス成形型を用いて曲面ガラスを製造する場合、まず、ガラスシートが載置部に載置される。そして、ガラスシートを軟化させた後、第２の領域にガラス成形型内部から延びるガス排出口から雰囲気ガスを吸引する。本発明のガラス成形型は多孔質である黒鉛からなるので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引することにより黒鉛の連続気孔を通してガラスシートを吸引することができる。
特に、本発明のガラス成形型では、第２の領域は気体不浸透性被膜を有しているので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引したとしても、第２の領域からは雰囲気ガスが吸引されない。そのため、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引すると、第１の領域につながる黒鉛の気孔を通して集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができるガラス成形型を提供することができる。
特に、本発明のガラス成形型では、第２の領域は気体不浸透性被膜を有しているので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引したとしても、第２の領域からは雰囲気ガスが吸引されない。そのため、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引すると、第１の領域につながる黒鉛の気孔を通して集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができるガラス成形型を提供することができる。
また、本発明のガラス成形型は、以下の（２）〜（４）の態様であることが好ましい。
（２）前記気体不浸透性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなる。
ガラス状炭素または熱分解炭素は、耐熱性が高いうえに、ガラス成形型と同一の炭素からなり離型性が高いので、ガラスシートと接触しても固着しにくくすることができる。また気体不浸透性被膜は、パーティクルが発生しにくく、好適に利用することができる。
（３）前記第１の領域は、炭素からなる気体透過性被膜を有する。
第１の領域に炭素からなる気体透過性被膜が形成されていると、多孔質の黒鉛からなる載置部の平滑性を高めることができる。また、気体透過性被膜の下は、多孔質の黒鉛であり、雰囲気ガスの圧力損失は表面の気体透過性被膜が支配的であるので、ガス排出口から延びる孔との距離にかかわらず均等に吸引することができ、効率よくガラスシートを成形することができる。また第１の領域は気体透過性被膜が形成されることにより、黒鉛の気孔が埋められ、得られる曲面に生成されたガラスシートの表面の欠陥を少なくすることができる。
（４）前記気体透過性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなる。
前記気体透過性被膜が、ガラス状炭素または熱分解炭素からなると、平滑な載置部を得ることができる。
また、前記課題を解決するための本発明の曲面ガラスの製造方法は、
（５）上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を準備するガラス成形型準備工程と、
前記載置部にガラスシートを載置する載置工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラスシートが軟化する第１の温度以上に加熱する加熱工程と、
前記載置部と前記ガラスシートに囲まれた空間の雰囲気ガスを、前記ガス排出口から吸引し、前記ガラスシートを前記載置部の形状に変形させる吸引工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラスシートの形状が固定される第２の温度以下に冷却する冷却工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラス成形型から分離する離型工程とを含む。
なお、第１の温度とは、ガラスの形状変形が可能な温度であり、例えば１０９．１ｄＰａ・ｓ（ｐｏｉｓｅ）のガラス粘度に対応する温度と１０７ｄＰａ・ｓ（ｐｏｉｓｅ）のガラス粘度に対応する温度との間である。アルミノシリケートガラスにおいて第１の温度は７００〜８５０℃である。
第２の温度とは、ガラスの形状変化が不可能な温度であり、例えばガラスの１０１２ｄＰａ・ｓ（ｐｏｉｓｅ）のガラス粘度に対応する温度である。第２の温度は、第１の温度よりも低い。アルミノシリケートガラスにおいて第２の温度は５００〜６５０℃である。
（５）上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を準備するガラス成形型準備工程と、
前記載置部にガラスシートを載置する載置工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラスシートが軟化する第１の温度以上に加熱する加熱工程と、
前記載置部と前記ガラスシートに囲まれた空間の雰囲気ガスを、前記ガス排出口から吸引し、前記ガラスシートを前記載置部の形状に変形させる吸引工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラスシートの形状が固定される第２の温度以下に冷却する冷却工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラス成形型から分離する離型工程とを含む。
なお、第１の温度とは、ガラスの形状変形が可能な温度であり、例えば１０９．１ｄＰａ・ｓ（ｐｏｉｓｅ）のガラス粘度に対応する温度と１０７ｄＰａ・ｓ（ｐｏｉｓｅ）のガラス粘度に対応する温度との間である。アルミノシリケートガラスにおいて第１の温度は７００〜８５０℃である。
第２の温度とは、ガラスの形状変化が不可能な温度であり、例えばガラスの１０１２ｄＰａ・ｓ（ｐｏｉｓｅ）のガラス粘度に対応する温度である。第２の温度は、第１の温度よりも低い。アルミノシリケートガラスにおいて第２の温度は５００〜６５０℃である。
本発明の曲面ガラスの製造方法によれば、
上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を用いて曲面ガラスを製造する。
このようなガラス成形型を用いるので、吸引工程でガス排出口から吸引すると第１の領域につながる黒鉛の気孔から集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力を得ることができ、ガラス表面の欠陥を防止することができる曲面ガラスの製造方法を提供することができる。
上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を用いて曲面ガラスを製造する。
このようなガラス成形型を用いるので、吸引工程でガス排出口から吸引すると第１の領域につながる黒鉛の気孔から集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力を得ることができ、ガラス表面の欠陥を防止することができる曲面ガラスの製造方法を提供することができる。
また、本発明の曲面ガラスの製造方法は、以下の（６）〜（８）の態様であることが好ましい。
（６）前記気体不浸透性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなる。
ガラス状炭素または熱分解炭素は、耐熱性が高いうえに、ガラス成形型と同一の炭素からなり離型性が高いので、ガラスシートと接触しても固着せず、また気体不浸透性被膜から、パーティクルが発生しにくく、好適に利用することができる。
（６）前記気体不浸透性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなる。
ガラス状炭素または熱分解炭素は、耐熱性が高いうえに、ガラス成形型と同一の炭素からなり離型性が高いので、ガラスシートと接触しても固着せず、また気体不浸透性被膜から、パーティクルが発生しにくく、好適に利用することができる。
（７）前記第１の領域は、炭素からなる気体透過性被膜を有する。
第１の領域に炭素からなる気体透過性被膜が形成されていると、多孔質の黒鉛からなる載置部の平滑性を高めることができる。また、気体透過性被膜の下は、多孔質の黒鉛のままであり、雰囲気ガスの圧力損失は表面の気体透過性被膜が支配的であるので、ガス排出口から延びる孔との距離にかかわらず均等に吸引することができ、効率よくガラスシートを成形することができる。また第１の領域は気体透過性被膜が形成されることにより、黒鉛の気孔が埋められ、得られる曲面に生成されたガラスシートの表面の欠陥を少なくすることができる。
（８）前記気体透過性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなる。
前記気体透過性被膜が、ガラス状炭素または熱分解炭素からなると、平滑な載置部とすることができ、生成されたガラスシートの表面の欠陥を少なくすることができる。
本発明のガラス成形型によれば、第２の領域は気体不浸透性被膜を有しているので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引したとしても、第２の領域からは雰囲気ガスが吸引されない。そのため、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引すると、第１の領域につながる黒鉛の気孔を通して集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができる。
また、本発明の曲面ガラスの製造方法によれば、上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を用いている。そのため、吸引工程でガス排出口から吸引すると第１の領域につながる黒鉛の気孔を通して集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができる。
（発明の詳細な説明）
以下、詳述する。
以下、詳述する。
本発明のガラス成形型は、黒鉛からなり、上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する。
本発明のガラス成形型を用いて曲面ガラスを製造する場合、まず、ガラスシートが載置部に載置される。そして、ガラスシートを軟化させた後、第２の領域にガラス成形型内部から延びるガス排出口から雰囲気ガスを吸引する。本発明のガラス成形型は多孔質である黒鉛からなるので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引することにより黒鉛の連続気孔を通してガラスシートを吸引することができる。
特に、本発明のガラス成形型では、第２の領域は気体不浸透性被膜を有しているので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引したとしても、第２の領域からは雰囲気ガスが吸引されない。そのため、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引すると、第１の領域につながる黒鉛の気孔を通して集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができるガラス成形型を提供することができる。
ガス排出口の形成位置は、特に限定されないが、ガラス成形型の底面又は側面であることが好ましい。
特に、本発明のガラス成形型では、第２の領域は気体不浸透性被膜を有しているので、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引したとしても、第２の領域からは雰囲気ガスが吸引されない。そのため、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引すると、第１の領域につながる黒鉛の気孔を通して集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができるガラス成形型を提供することができる。
ガス排出口の形成位置は、特に限定されないが、ガラス成形型の底面又は側面であることが好ましい。
本発明のガラス成形型の気体不浸透性被膜とは、気体透過性被膜と比較して気体の遮蔽性が高ければよい。気体不浸透性被膜の通気率は、１０−６ｃｍ２／ｓ以下が好ましく、さらに好ましくは１０−７ｃｍ２／ｓ以下である。気体透過性被膜の通気率は、１０−５ｃｍ２／ｓ以上が好ましく、さらに好ましくは１０−４ｃｍ２／ｓ以上である。
通気率は、「新・炭素工業」昭和５５年１０月２０日近代編集社発行（ｐ１４６〜１４７）Ｃａｒｍａｎの式を用いて測定することができる。
通気率は、「新・炭素工業」昭和５５年１０月２０日近代編集社発行（ｐ１４６〜１４７）Ｃａｒｍａｎの式を用いて測定することができる。
本発明のガラス成形型では、気体不浸透性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなることが好ましい。
ガラス状炭素または熱分解炭素は、耐熱性が高いうえに、ガラス成形型と同一の炭素からなり離型性が高いので、ガラスシートと接触しても固着しにくくすることができる。また気体不浸透性被膜は、パーティクルが発生しにくく、好適に利用することができる。
本発明のガラス成形型では、第１の領域は、炭素からなる気体透過性被膜を有することが好ましい。
第１の領域に炭素からなる気体透過性被膜が形成されていると、多孔質の黒鉛からなる載置部の平滑性を高めることができる。また、気体透過性被膜の下は、多孔質の黒鉛であり、雰囲気ガスの圧力損失は表面の気体透過性被膜が支配的であるので、ガス排出口から延びる孔との距離にかかわらず均等に吸引することができ、効率よくガラスシートを成形することができる。また第１の領域は気体透過性被膜が形成されることにより、黒鉛の気孔が埋められ、得られる曲面に生成されたガラスシートの表面の欠陥を少なくすることができる。
また、気体透過性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなることが好ましい。
気体透過性被膜が、ガラス状炭素または熱分解炭素からなると、平滑な載置部を得ることができる。
本発明のガラス成形型を適用するガラスは、どのようなものでもよく、たとえば、アルミノシリケートガラス、ソーダライムガラスなどどのようなものでもよい。ガラスの温度特性に合わせて適宜成形プロセスの温度条件を設定することができる。
以下に、上記本発明のガラス成形型の一例について図面を用いて説明する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明のガラス成形型の一例を模式的に示す模式図であり、図１（ａ）は、本発明のガラス成形型の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）に示すようにガラス成形型１０は、黒鉛からなり、上面が凹んだガラスシートの載置部１を有している。第１の領域２はガラスシートの載置部１を構成し、第１の領域２を除く外表面は第２の領域３を構成する。
図１（ｂ）に示すように、ガラス成形型１０では、第１の領域２にガラス状炭素からなる気体透過性被膜６が形成されており、第２の領域３にガラス状炭素からなる気体不浸透性被膜７が形成されている。なお、第２の領域３のガラス状炭素は第１の領域２のガラス状炭素よりも厚く形成されている。また、第２の領域３のガラス状炭素は気体不浸透性被膜であり、第１の領域２のガラス状炭素は気体透過性皮膜である。
さらに、第２の領域３は、ガラス成形型１０の内部から底面に向かって延びるガス排出口４を有する。
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明のガラス成形型の一例を模式的に示す模式図であり、図１（ａ）は、本発明のガラス成形型の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
図１（ａ）に示すようにガラス成形型１０は、黒鉛からなり、上面が凹んだガラスシートの載置部１を有している。第１の領域２はガラスシートの載置部１を構成し、第１の領域２を除く外表面は第２の領域３を構成する。
図１（ｂ）に示すように、ガラス成形型１０では、第１の領域２にガラス状炭素からなる気体透過性被膜６が形成されており、第２の領域３にガラス状炭素からなる気体不浸透性被膜７が形成されている。なお、第２の領域３のガラス状炭素は第１の領域２のガラス状炭素よりも厚く形成されている。また、第２の領域３のガラス状炭素は気体不浸透性被膜であり、第１の領域２のガラス状炭素は気体透過性皮膜である。
さらに、第２の領域３は、ガラス成形型１０の内部から底面に向かって延びるガス排出口４を有する。
次に、ガラス成形型１０の製造方法の一例を説明する。
まず、黒鉛のブロックを外形加工し、上面に位置しガラスシートの載置部１となる第１の領域２と、第１の領域２を除く第２の領域３とから外表面が構成された基材を得る。
この際、上面に位置する第１の領域２が凹むように外形加工する。
次に、得られた基材の外表面全体に炭素前駆体の溶液を塗布したのち、加熱し硬化させる。次に、焼成炉で炭素前駆体を加熱することにより炭化させ、外表面全面にガラス状炭素からなる気体透過性被膜６を形成する。
まず、黒鉛のブロックを外形加工し、上面に位置しガラスシートの載置部１となる第１の領域２と、第１の領域２を除く第２の領域３とから外表面が構成された基材を得る。
この際、上面に位置する第１の領域２が凹むように外形加工する。
次に、得られた基材の外表面全体に炭素前駆体の溶液を塗布したのち、加熱し硬化させる。次に、焼成炉で炭素前駆体を加熱することにより炭化させ、外表面全面にガラス状炭素からなる気体透過性被膜６を形成する。
次に、第１の領域２をマスキングし、第２の領域３のみに炭素前駆体の溶液を塗布したのち、加熱し硬化させる。次に焼成炉で炭素前駆体を炭化する。
なお、第２の領域３のみに塗布する炭素前駆体は、例えば先に使用した溶液よりも溶質濃度の高いものを使用することが好ましい。第２の領域３のみに塗布する炭素前駆体は、先に塗布された炭素前駆体よりも炭化収率が高いので、効率よく気体不浸透性被膜を得ることができる。
また第２の領域３には、一旦、気体透過性被膜６が形成された上に、さらに炭素前駆体が塗布されるので、気体透過性被膜６の表面に残された気孔を埋めることができる。
なお、第２の領域３のみに塗布する炭素前駆体は、例えば先に使用した溶液よりも溶質濃度の高いものを使用することが好ましい。第２の領域３のみに塗布する炭素前駆体は、先に塗布された炭素前駆体よりも炭化収率が高いので、効率よく気体不浸透性被膜を得ることができる。
また第２の領域３には、一旦、気体透過性被膜６が形成された上に、さらに炭素前駆体が塗布されるので、気体透過性被膜６の表面に残された気孔を埋めることができる。
このようにして、第１の領域２にガラス状炭素からなる気体透過性被膜６を形成することができ、第２の領域３にガラス状炭素からなる気体不浸透性被膜７を形成することができる。
次に、基材の底面から、複数の非貫通孔をあける。非貫通孔の先端は、載置部１の直下まで伸びたガス排出口４となる。
以上の工程を経て、ガラス成形型１０を製造することができる。
次にこうして得られたガラス成形型を使用し、曲面ガラスを製造する方法の一例を説明する。このようなガラス成形型を使用した曲面ガラスの製造方法は、本発明の曲面ガラスの製造方法でもある。
以下の説明では、アルミノシリケートガラスからなるガラスシートを用いた曲面ガラスの製造方法を説明する。なお、本発明の曲面ガラスの製造方法は、以下の方法に限定されない。
以下の説明では、アルミノシリケートガラスからなるガラスシートを用いた曲面ガラスの製造方法を説明する。なお、本発明の曲面ガラスの製造方法は、以下の方法に限定されない。
本発明の曲面ガラスの製造方法は、上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記第２の領域は、ガラス成形型内部から延びるガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を準備するガラス成形型準備工程と、前記載置部にガラスシートを載置する載置工程と、前記ガラスシートを、前記ガラスシートが軟化する第１の温度以上に加熱する加熱工程と、前記載置部と前記ガラスシートに囲まれた空間の雰囲気ガスを、前記ガス排出口から吸引し、前記ガラスシートを前記載置部の形状に変形させる吸引工程と、前記ガラスシートを、前記ガラスシートの形状が固定される第２の温度以下に冷却する冷却工程と、前記ガラスシートを、前記ガラス成形型から分離する離型工程とを含む。
図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明のガラス成形型を用いた曲面ガラスの成形プロセスの一例を模式的に順に示す工程図であり、図２（ａ）は、ガラス成形型上にガラスシートを載置する載置工程を示し、図２（ｂ）は、ガス排出口から雰囲気ガスを吸引し、ガラスシートを成形する吸引工程を示し、図２（ｃ）は、成形後のガラスシートを離型する離型工程を示す。なお、加熱工程、冷却工程は、見かけ上の変化が無いので、図２（ａ）〜（ｃ）では、これらの工程を省略した工程を記載している。
（ガラス成形型準備工程）
まず、上記本発明のガラス成形型を準備する。本発明のガラス成形型の製造方法等は既に述べた通りであるので、ここでの記載は省略する。
まず、上記本発明のガラス成形型を準備する。本発明のガラス成形型の製造方法等は既に述べた通りであるので、ここでの記載は省略する。
（載置工程）
本工程では、載置部にガラスシートを載置する。
すなわち、図２（ａ）に示すように、アルミノシリケートガラスのガラスシート５を、ガラス成形型１０の載置部に載置する。
本工程では、載置部にガラスシートを載置する。
すなわち、図２（ａ）に示すように、アルミノシリケートガラスのガラスシート５を、ガラス成形型１０の載置部に載置する。
（加熱工程）
次に、ガラスシートを、ガラスシートが軟化する第１の温度以上に加熱する。
すなわち、ガラスシート５をガラス成形型１０とともに加熱し、ガラスシート５が軟化する第１の温度まで加熱する。本例の場合、アルミノシリケートガラスのガラスシートを用いるので、第１の温度は７００〜８５０℃である。アルミノシリケートガラスの組成により第１温度は変動するが、例えば、第１の温度が８００℃である場合には、本工程では、８３０℃まで加熱することが好ましい。
次に、ガラスシートを、ガラスシートが軟化する第１の温度以上に加熱する。
すなわち、ガラスシート５をガラス成形型１０とともに加熱し、ガラスシート５が軟化する第１の温度まで加熱する。本例の場合、アルミノシリケートガラスのガラスシートを用いるので、第１の温度は７００〜８５０℃である。アルミノシリケートガラスの組成により第１温度は変動するが、例えば、第１の温度が８００℃である場合には、本工程では、８３０℃まで加熱することが好ましい。
（吸引工程）
次に、載置部とガラスシートに囲まれた空間の雰囲気ガスを、ガス排出口から吸引し、ガラスシートを載置部の形状に変形させる。
すなわち、図２（ｂ）に示すように、ガス排出口４から雰囲気ガスを吸引する。雰囲気ガスを吸引することにより、ガス排出口４を通じて、ガラスシート５と載置部１に挟まれた空間の雰囲気ガスは、気体透過性被膜を経由して排出され、ガラスシート５は、載置部１の形状に変形し曲面ガラスとなる。
このとき、雰囲気ガスは黒鉛の気孔を経由して吸引されるので、全面が均等に吸引されガラスシートの表面に発生する欠陥を防止することができる。
このプロセスは、不活性雰囲気下で行われることが好ましい。不活性雰囲気とは、特に限定されないが、窒素、アルゴンなどが挙げられる。これらのガスは、ガラス成形型１０およびガラスシート５に腐食などの悪影響を及ぼさないので好適に利用することができる。
次に、載置部とガラスシートに囲まれた空間の雰囲気ガスを、ガス排出口から吸引し、ガラスシートを載置部の形状に変形させる。
すなわち、図２（ｂ）に示すように、ガス排出口４から雰囲気ガスを吸引する。雰囲気ガスを吸引することにより、ガス排出口４を通じて、ガラスシート５と載置部１に挟まれた空間の雰囲気ガスは、気体透過性被膜を経由して排出され、ガラスシート５は、載置部１の形状に変形し曲面ガラスとなる。
このとき、雰囲気ガスは黒鉛の気孔を経由して吸引されるので、全面が均等に吸引されガラスシートの表面に発生する欠陥を防止することができる。
このプロセスは、不活性雰囲気下で行われることが好ましい。不活性雰囲気とは、特に限定されないが、窒素、アルゴンなどが挙げられる。これらのガスは、ガラス成形型１０およびガラスシート５に腐食などの悪影響を及ぼさないので好適に利用することができる。
（冷却工程）
次に、ガラスシートを、ガラスシートの形状が固定される第２の温度以下に冷却する。
すなわち、ガラス成形型１０を冷却し、ガラスシート５の形状が固定される第２の温度以下に冷却する。本例の場合、アルミノシリケートガラスのガラスシートを用いるので、第２の温度は５００〜６５０℃である。アルミノシリケートガラスの組成により第２温度は変動するが、例えば、第２の温度が６００℃である場合には、本工程では、５５０℃まで冷却することが好ましい。
冷却の方法は、ガラス成形型１０を放熱部材と接触させ冷却してもよいし、ガラス成形型１０の内部に熱媒体を流通させ、冷却してもよい。
次に、ガラスシートを、ガラスシートの形状が固定される第２の温度以下に冷却する。
すなわち、ガラス成形型１０を冷却し、ガラスシート５の形状が固定される第２の温度以下に冷却する。本例の場合、アルミノシリケートガラスのガラスシートを用いるので、第２の温度は５００〜６５０℃である。アルミノシリケートガラスの組成により第２温度は変動するが、例えば、第２の温度が６００℃である場合には、本工程では、５５０℃まで冷却することが好ましい。
冷却の方法は、ガラス成形型１０を放熱部材と接触させ冷却してもよいし、ガラス成形型１０の内部に熱媒体を流通させ、冷却してもよい。
（離型工程）
次に、ガラスシートを、ガラス成形型から分離する。
すなわち、図２（ｃ）に示すように、冷却したガラス成形型１０から、曲面ガラスとなったガラスシート５を離型する。離型の方法は、特に限定されないが、ガラス成形型１０を反転し、重力で落下させる方法、ガス排出口４から雰囲気ガスを導入し、ガス圧で浮上させるなどの方法を利用することができる。
次に、ガラスシートを、ガラス成形型から分離する。
すなわち、図２（ｃ）に示すように、冷却したガラス成形型１０から、曲面ガラスとなったガラスシート５を離型する。離型の方法は、特に限定されないが、ガラス成形型１０を反転し、重力で落下させる方法、ガス排出口４から雰囲気ガスを導入し、ガス圧で浮上させるなどの方法を利用することができる。
以上のようにして本発明のガラス成形型を用いて曲面ガラスを得ることができる。
次に、本発明のガラス成形型の別の一例について説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明のガラス成形型の別の一例を模式的に示す模式図であり、図３（ａ）は本発明のガラス成形型の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明のガラス成形型の別の一例を模式的に示す模式図であり、図３（ａ）は本発明のガラス成形型の平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
図３（ａ）ガラス成形型１１０は、黒鉛からなり、上面が凹んだガラスシートの載置部１０１を有している。第１の領域１０２はガラスシートの載置部１０１を構成し、第１の領域１０２を除く外表面は第２の領域１０３を構成する。
図３（ｂ）に示すように、ガラス成形型１１０では、第２の領域１０３に熱分解炭素からなる気体不浸透性被膜１０７が形成されている。また、第２の領域１０３は、ガラス成形型１１０の内部から底面に向かって延びるガス排出口１０４を有する。
なお、第１の領域１０２には、気体透過性被膜及び気体不浸透性被膜のいずれも形成されていない。
図３（ｂ）に示すように、ガラス成形型１１０では、第２の領域１０３に熱分解炭素からなる気体不浸透性被膜１０７が形成されている。また、第２の領域１０３は、ガラス成形型１１０の内部から底面に向かって延びるガス排出口１０４を有する。
なお、第１の領域１０２には、気体透過性被膜及び気体不浸透性被膜のいずれも形成されていない。
次に、ガラス成形型１１０の製造方法の一例を説明する。
まず、黒鉛のブロックを外形加工し、第２の領域１０３である側面及び底面から構成された基材を得る。なお、この段階では上面は凹んでおらず、基材の側面、底面のみが目的の形状となっている。
まず、黒鉛のブロックを外形加工し、第２の領域１０３である側面及び底面から構成された基材を得る。なお、この段階では上面は凹んでおらず、基材の側面、底面のみが目的の形状となっている。
次に基材の表面全体に熱分解炭素の被膜を形成する。
熱分解炭素の被膜は、基材をＣＶＤ炉に入れ、加熱した後、炭化水素ガスを導入することにより表面に熱分解炭素の被膜を形成することができる。炭化水素ガスとしては特に限定されないが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレンなどが利用できる。
このように形成された被膜は、気体不浸透性被膜１０７となる。
熱分解炭素の被膜は、基材をＣＶＤ炉に入れ、加熱した後、炭化水素ガスを導入することにより表面に熱分解炭素の被膜を形成することができる。炭化水素ガスとしては特に限定されないが、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレンなどが利用できる。
このように形成された被膜は、気体不浸透性被膜１０７となる。
こうして全体に熱分解炭素の被膜が形成された基材を、ガラス成形型１１０の形状となるように形成する。すなわち、基材の上面側を機械加工し、ガラスシートの載置部１０１となるよう熱分解炭素の被膜を取り除くとともに凹みを形成し表面を研磨し、第１の領域１０２を得る。得られた第１の領域１０２は、気体透過性被膜及び気体不浸透性被膜のいずれも形成されていない。
次に、基材の底面から、複数の非貫通孔をあける。非貫通孔の先端は、載置部１０１の直下まで伸びたガス排出口１０４となる。
次に、基材の底面から、複数の非貫通孔をあける。非貫通孔の先端は、載置部１０１の直下まで伸びたガス排出口１０４となる。
こうして得られたガラス成形型１１０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すガラス成形型１０と同様に、上面に位置しガラスシートの載置部１０１を構成する第１の領域１０２と、第１の領域１０２を除く第２の領域１０３とから外表面が構成され、第２の領域１０３は、ガラス成形型１１０内部から延びるガス排出口１０４を有するとともに、気体不浸透性被膜１０７を有する。
このようにして得られたガラス成形型１１０では、第２の領域１０３は気体不浸透性被膜１０７を有しているので、ガス排出口１０４から雰囲気ガスを吸引したとしても、第２の領域１０７からは雰囲気ガスが吸引されない。そのため、ガス排出口１０４から雰囲気ガスを吸引すると、第１の領域１０２につながる黒鉛の気孔から集中的に雰囲気ガスを吸引することができる。このため、効率的に真空引きを可能にしつつ、強い吸引力が得られ、ガラス表面の欠陥を防止することができる。
本発明のガラス成形型は、薄いガラスの曲げ加工に適用でき、例えば、携帯電話、スマートフォンなどの表示画面を覆うカバーガラスのガラス成形型として使用することができる。
１、１０１ 載置部
２、１０２ 第１の領域
３、１０３ 第２の領域
４、１０４ ガス排出口
５ ガラスシート
６ 気体透過性被膜
７、１０７ 気体不浸透性被膜
１０、１１０ ガラス成形型
２、１０２ 第１の領域
３、１０３ 第２の領域
４、１０４ ガス排出口
５ ガラスシート
６ 気体透過性被膜
７、１０７ 気体不浸透性被膜
１０、１１０ ガラス成形型
Claims (4)
- 黒鉛からなり、
上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、
前記第２の領域は、ガラス成形型内部の前記載置部の直下まで延びる非貫通のガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有し、
前記載置部には、吸引孔が形成されていないことを特徴とするガラス成形型。 - 前記気体不浸透性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなることを特徴とする請求項１に記載のガラス成形型。
- 曲面ガラスの製造方法であって、
上面に位置しガラスシートの載置部を構成する第１の領域と、前記第１の領域を除く第２の領域とから外表面が構成され、前記載置部には、吸引孔が形成されておらず、前記第２の領域は、ガラス成形型内部の前記載置部の直下まで延びる非貫通のガス排出口を有するとともに、気体不浸透性被膜を有する黒鉛からなるガラス成形型を準備するガラス成形型準備工程と、
前記載置部にガラスシートを載置する載置工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラスシートが軟化する第１の温度以上に加熱する加熱工程と、
前記載置部と前記ガラスシートに囲まれた空間の雰囲気ガスを、前記ガス排出口から吸引し、前記ガラスシートを前記載置部の形状に変形させる吸引工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラスシートの形状が固定される第２の温度以下に冷却する冷却工程と、
前記ガラスシートを、前記ガラス成形型から分離する離型工程とを含むことを特徴とする曲面ガラスの製造方法。 - 前記気体不浸透性被膜は、ガラス状炭素または熱分解炭素からなることを特徴とする請求項３に記載の曲面ガラスの製造方法。
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