JPWO2013047306A1

JPWO2013047306A1 - プレス成形装置、プレス成形方法、プレス成形用の載置板

Info

Publication number: JPWO2013047306A1
Application number: JP2013536205A
Authority: JP
Inventors: 幸紀森谷; 知治林; 浩平堀内; 啓介吉國
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2015-03-26
Also published as: TW201321316A; CN103827050A; KR20140078617A; WO2013047306A1; US20140202212A1

Abstract

本発明のプレス成形装置は、ガラス素材をプレス成形するプレス成形装置であって、ガラス素材を載置する載置板と、載置板上のガラス素材をプレス成形可能な温度まで加熱する加熱機構と、加熱機構により加熱されたガラス素材を、載置板との間でプレス成形する金型と、を備える。

Description

本発明は、ガラスのプレス成形に関し、特に、携帯端末のカバーガラスとして使用されるガラスのプレス成形装置、プレス成形方法及びプレス成形用の載置板に関する。

ガラスを成形するために、従来より種々の手法が開発されている。その中でも、量産に適した手法として、ガラスを所望の温度にまで昇温し、この加熱したガラスを金型でプレスするものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示される手法では、板ガラスを所定温度まで加熱した後、この加熱された板ガラスを搬送ローラでプレス機構まで搬送してプレス成形している。

特開２００５−１９１９号公報

しかしながら、引用文献１に記載された手法では、搬送する板ガラスの片面が搬送ローラと接するため、板ガラスが搬送ローラに熱を奪われる。このため、プレス成形する際に板ガラスの温度分布が不均一となり、成形後のガラスの品質が低下したり、ガラスの品質が安定しない虞がある。また、搬送するガラスの粘性が低いと、ガラスが搬送ローラに巻き込まれたり、搬送ローラ間から流出する虞がある。このため、粘性の低いガラスを搬送することができず、搬送できるガラスの種類や温度が制限されてしまう。

本発明は、粘性の低いガラスをプレス成形できるプレス成形装置、プレス成形方法及びプレス成形用の載置板を提供することを目的とする。

本発明によれば、載置板上に載置した状態でガラス素材を加熱した後、この加熱されたガラス素材を載置板との間でプレス成形するので、粘性の低いガラスをプレス成形することができる。

実施形態に係るプレス成形装置の構成図。搬送機構の構成図。加熱機構の加熱面を示した図。プレス機構の構成図。その他の実施形態に係るプレス成形装置の構成図。

（実施形態）
図１は、実施形態に係るプレス成形装置１の構成図である。プレス成形装置１は、搬送機構１０と、載置機構２０と、加熱機構３０と、プレス機構４０と、徐冷機構５０と、取出機構６０とを備える。

図２は、搬送機構１０の構成図である。図２（ａ）は、搬送機構１０の正面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）での線分Ｘ−Ｘにおける断面図である。なお、図２では、駆動手段１４の図示を省略している。搬送板１１は、プレス成形用の金型（下型）を兼ねており、一度のプレス成形で複数個のガラス成型品を得ることができる程度の大きさ（例えば、縦３００ｍｍ、横６００ｍｍ）となっている。

搬送機構１０は、プレス成形の対象であるガラス素材Ｇを搬送する搬送板（載置板）１１と、搬送板１１の両端を支持する支持部材１２ａ，１２ｂと、この支持部材１２ａ，１２ｂを載置機構２０と取出機構６０との間で駆動させるためのガイドレール１３ａ，１３ｂ及び駆動手段１４とを備える。駆動手段１４は、例えば、ステッピングモータである。

搬送板１１は、プレス成形時に使用する金型の下型を兼ねていることから、耐摩耗性や耐熱性、強度等が求められる。また、大気下で高温に曝されることから耐酸化性を持つことが好ましい。さらに、搬送板１１には、上面側と下面側とで温度差が生じるが、この温度差による反りが発生しないことが好ましい。

搬送板１１に反りが発生すると、プレス機構４０においてプレス成形対象であるガラス素材Ｇに均一に圧力を付与することができず転写が不十分となる虞があるためである。プレス成形の際に、搬送板１１が約１２００℃まで昇温されることを考慮すると、搬送板１１の反りにより転写が不十分となることを防止するには、搬送板１１を構成する物質の線膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下であることが好ましい。

耐摩耗性、耐熱性、強度性等に優れ、線膨張係数が１２×１０^−６／Ｋ以下の物質には、例えば、以下の表１に示すものがある。

上述したように、搬送板１１は、複数個の成型品を一度にプレス成形するため、ある程度の大きさ（面積）を有している。また、プレス成形に耐えるだけの強度を確保するために厚みも必要となる。この場合、搬送板１１全体を高価な物質で作成すると搬送板１１の製作費が非常に高価なものとなる。

このため、この実施形態では、図２（ｂ）に示すように、比較的高価でない物質で構成される基材１１ａ（例えば、グラファイト（Ｃ））を、耐摩耗性、耐熱性、耐酸化性及び離型性に優れる被膜１１ｂ（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ））で被覆して搬送板１１を構成している。なお、被膜１１ｂの線膨張係数が基材１１ａの線膨張係数以下であると、ガラス素材Ｇを搬送板１１上で加熱する際に、被膜１１ｂよりも基材１１ａのほうが大きくなる。その結果、表面に形成された被膜１１ｂに亀裂やクラック等が生じる虞がある。このため、被膜１１ｂを構成する物質の線膨張係数が基材１１ａを構成する物質の線膨張係数以下とならないよう留意が必要である。

被膜１１ｂの線膨張係数が基材１１ａの線膨張係数よりも大きくなる物質の組み合わせとしては、例えば、以下の表２に示す組み合わせが考えられる。なお、表２に示す組み合わせは、一例であり、被膜１１ｂの線膨張係数が基材１１ａの線膨張係数よりも大きくなる物質の組み合わせであれば、他の組み合わせでもよい。

載置機構２０は、ガラス素材Ｇを搬送板１１の所定の位置へ載置する。なお、載置機構２０を備える代わりに、ユーザ又はオペレータがガラス素材Ｇを搬送板１１上へ載置するようにしてもよい。

加熱機構３０は、互いに対向して配置された上側加熱手段３１ａ及び下側加熱手段３１ｂと、上側加熱手段３１ａを垂直方向に駆動する駆動手段３２とを備える。駆動手段３２は、例えば、エアシリンダであり、搬送板１１上に載置されたガラス素材Ｇの厚みに応じて、上側加熱手段３１ａを垂直方向（上下方向）に駆動する。

図３は、上側加熱手段３１ａ及び下側加熱手段３１ｂの加熱面を示した図である。図３（ａ）は、上側加熱手段３１ａの加熱面（下面）を示した図である。上側加熱手段３１ａの加熱面は、搬送板１１と同程度もしくはひと回り大きな面積を有している。上側加熱手段３１ａの加熱面は、９つのエリアＡ〜Ｉに分割されている（各エリアを鎖線で示した）。各エリアＡ〜Ｉ内には、加熱用の電熱線（図示せず）及び温度測定用のＴＣゲージ（図示せず）が埋設されており、エリアＡ〜Ｉごとに独立した温度調節（以下、温調と記載する）が可能となっている。

図３（ｂ）は、下側加熱手段３１ｂの加熱面（上面）を示した図である。下側加熱手段３１ｂの加熱面も、搬送板１１と同程度もしくはひと回り大きな面積を有している。また、下側加熱手段３１ｂの加熱面（上面）も、９つのエリアＡ〜Ｉに分割されている。各エリアＡ〜Ｉ内には、加熱用の電熱線（図示せず）及び温度測定用のＴＣゲージ（図示せず）が埋設されており、エリアＡ〜Ｉごとに独立した温調が可能となっている。電熱線は、例えば、ニクロム線（ニッケルとクロムの合金）である。

なお、上側加熱手段３１ａ及び下側加熱手段３１ｂの加熱面の分割数は、９つに限られない。例えば、分割エリア数を２つとしてもよい。この場合、搬送板１１の周端部からの放熱が多いことを考慮し、搬送板１１の周端部を加熱する外周エリアと、搬送板１１の内側加熱する内側エリアとに分割することが好ましい。

図４は、プレス機構４０の構成図である。プレス機構４０は、ガラス素材Ｇを所望の形状にプレス成形するための上金型４１と、搬送板１１を垂直方向（上下方向）に駆動する昇降手段４２と、昇降手段４２の上部に設けられ、搬送板１１の下面と当接して搬送板１１を押し上げる均熱板４３とを備える。上金型４１内には、それぞれ独立して温度を調整することが可能な複数のカートリッジヒータ４１ａが埋設されている。また、上金型４１のガラス素材Ｇとの当接面には、ガラス素材Ｇを所望の形状にプレス成形するためのキャビティ（空間）４１ｂが形成されている。

昇降手段４２は、例えば、エアシリンダであり、外部から供給される高圧エアにより後述の均熱板４３を垂直方向（上下方向）に駆動する。均熱板４３は、熱伝導率の高い物質、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）から構成される。均熱板４３には、それぞれ独立して温度を調整することが可能な複数のカートリッジヒータ４３ａが埋設されている。なお、昇降手段４２を上金型４１に設け、上金型４１を垂直方向（上下方向）に駆動してガラス素材Ｇをプレス成形するように構成してもよい。

また、搬送板１１と均熱板４３の温度差が大きい場合、搬送板１１（特に被膜１１ｂ）に割れ等の不具合が発生する虞があることに留意する。例えば、搬送板１１の被膜１１ｂが炭化ケイ素（ＳｉＣ）の場合、搬送板１１と均熱板４３との温度差が７００℃を超えると、熱衝撃により被膜１１ｂに割れ等が生じる虞がある。

徐冷機構５０は、所望形状（例えば、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯機器のカバーガラス）にプレス成形されたガラス素材Ｇを所望の温度にまで徐冷する。

取出機構６０は、徐冷機構５０で徐冷された所望形状のガラス素材Ｇを搬送板１１上から取り出す。なお、取出機構６０を備える代わりに、ユーザ又はオペレータが所望形状となったガラス素材Ｇを搬送板１１上から取り出すようにしてもよい。

次に、プレス成形装置１の動作について説明する。
載置機構２０は、プレス成形の対象であるガラス素材Ｇを搬送板１１上に載置する。搬送機構１０の駆動手段１４は、搬送板１１を加熱機構３０の位置まで搬送する。

搬送機構１０の駆動手段１４は、搬送板１１を上側加熱手段３１ａと下側加熱手段３１ｂとの間で一定時間停止させる。ガラス素材Ｇ及び搬送板１１は、上側加熱手段３１ａ及び下側加熱手段３１ｂにより所望の温度にまで加熱される。

一定時間が経過すると、搬送機構１０の駆動手段１４は、搬送板１１をプレス機構４０の位置まで搬送する。プレス機構４０の位置まで搬送板１１が搬送されると、プレス機構４０の昇降手段４２が均熱板４３を押し上げる。均熱板４３は、搬送板１１の下面と当接して、搬送板１１を上金型４１まで押し上げる。

搬送板１１上のガラス素材Ｇは、プレス機構４０の上金型４１と搬送板１１との間でカバーガラスＣの形状にプレス成形される。プレス成形後、昇降手段４２は、搬送板１１を下降させる。搬送板１１は、支持部材１２ａ，１２ｂ上に載置される。

搬送機構１０の駆動手段１４は、搬送板１１を徐冷機構５０の位置まで搬送する。搬送機構１０の駆動手段１４は、搬送板１１を徐冷機構５０内で一定時間停止させる。徐冷機構５０は、所望の形状にプレス成形されたガラス素材Ｇを所望の温度にまで徐冷する。

一定時間が経過すると、搬送機構１０の駆動手段１４は、搬送板１１を取出機構６０の位置まで搬送する。取出機構６０は、所望の形状にプレス成形されたガラス素材Ｇを搬送板１１上から取り出す。

以上のように、実施形態に係るプレス成形装置１は、ガラス素材Ｇの搬送に搬送板１１を使用し、この搬送板１１と上金型４１との間で加熱したガラス素材Ｇをプレス成形している。このため、粘性の低いガラス（例えば、粘度η（Ｐａ・ｓ）が１×１０^４以下のガラス）でも搬送することができる。

なお、ガラスの成型に適当な粘度域（作業点）は１０^２〜１０^６（Ｐａ・ｓ）程度とされており、非常に粘性が低い。この粘度域のガラスはかなり流動性があるためガラス単体での搬送は不可能であるが、本実施形態では、上述のように、ガラス素材Ｇの搬送に搬送板１１を使用し、この搬送板１１と上金型４１との間で加熱したガラス素材Ｇをプレス成形しているので、このような粘性の低いガラスであっても容易にプレス成形を行うことができる。

このため、搬送ローラでは、ガラス素材Ｇの搬送が困難であるが、上述したように、この実施形態に係るプレス成形装置１は、粘性の低いガラスでも搬送することができるので、スマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯機器のカバーガラスのプレス成形に好適である。

さらに、搬送板１１により加熱後のガラス素材Ｇが保温されるので、温度ばらつきに起因するプレス成形時の不具合の発生を抑制することができる。

また、加熱機構３０の上側加熱手段３１ａ及び下側加熱手段３１ｂの加熱面を複数のエリアＡ〜Ｉに分けて、エリアＡ〜Ｉごとに独立して温調することができるので、ガラス素材Ｇ及び搬送板１１をより均一に加熱することができる。このため、温度ばらつきに起因するプレス成形時の不具合の発生を抑制することができる。

また、プレス機構４０に、搬送板１１の下面と当接し、搬送板１１を冷却する均熱板４３を備えているので、プレス成形後のガラス素材Ｇの冷却時間を短くすることができる。

（その他の実施形態）
図５は、その他の実施形態に係るプレス成形装置２の構成図である。実施形態に係るプレス成形装置１では、加熱機構３０と徐冷機構５０をそれぞれ１つだけ備えていたが、加熱機構３０と徐冷機構５０を複数備えるようにしてもよい（図５では、２つずつ）。ガラス素材のプレス成形では、ガラス素材の昇温と冷却に最も時間を取られるため、プレス成形装置２のように加熱機構３０と徐冷機構５０を複数備えることで、単位時間当たりのプレス成形回数を増加することができる。

次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。

発明者らは、図１を参照して説明したプレス成形装置１を使用して、ガラス素材からスマートフォンやタブレットＰＣ等の携帯機器のカバーガラスをプレス成形した。なお、この実施例で使用したプレス成形装置１は、載置機構２０及び取出機構６０を備えておらず、ガラス素材の載置及び成形後のカバーガラスの取り出しは、ユーザ（発明者ら）が行った。以下、該実施例におけるプレス成形の各条件について説明する。

（ガラス素材Ｇ）
実施例においてプレス成形したガラス素材Ｇの熱物性の値を以下に示す。なお、プレス成形したガラス素材Ｇの大きさは、縦５０ｍｍ、横１０５ｍｍ、厚さ２ｍｍである。
作業点（Ｌｏｇ_１０η＝２）１０００℃。
軟化点（Ｌｏｇ_１０η＝７．６）７１０℃。
ガラス転移点５２０℃。

（搬送板１１）
グラファイト（Ｃ）を主成分とする基材１１ａの表面に、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を主成分とする被膜１１ｂを形成したものを搬送板１１とした。なお、ここで言う主成分とは、該主成分の物性（特に、線膨張係数）が変化しない程度に不純物が含まれていても良いとの意味である。

（加熱機構３０）
上側加熱手段３１ａ及び下側加熱手段３１ｂを、９８０℃にそれぞれ温調して、搬送板１１上に載置されたガラス素材Ｇを加熱した。この際の、ガラス素材の粘度ηは、約１×１０^６（Ｐａ・ｓ）であった。

（プレス機構４０）
上金型４１を５３０℃、均熱板４３を４００℃にそれぞれ温調して、搬送板１１上に載置された加熱後のガラス素材Ｇをプレス成形した。ガラス素材は、２５ｋＮの力でプレス成形した。

なお、プレス成形後のカバーガラスには、曇りや割れがなく、所望の形状のガラスを得ることができた。以上、実施例からは、粘性の低いガラスに関して問題なくプレス成形が可能なことがわかった。

本発明のガラスの成形方法は、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるので、意匠性が求められるガラス、例えば、スマートフォン等の携帯端末やＬＣＤ等のモニタのカバーガラスに使用されるガラスの成形に好適である。
なお、本出願は、２０１１年９月２８日に、日本国特許庁に出願された特願２０１１−２１２４８６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

１…プレス成形装置、１０…搬送機構、１１…搬送板（載置板）、１１ａ…基材、１１ｂ…被膜、１２ａ，１２ｂ…支持部材、１３ａ，１３ｂ…ガイドレール、１４…駆動手段、２０…載置機構、３０…加熱機構、３１ａ…上側加熱手段、３１ｂ…下側加熱手段、３２…駆動手段、４０…プレス機構、４１…上金型、４１ａ，４３ａ…カートリッジヒータ、４２…昇降手段、４３…均熱板、５０…徐冷機構、６０…取出機構、Ａ〜Ｉ…エリア、Ｇ…ガラス素材。

Claims

ガラス素材をプレス成形するプレス成形装置であって、
前記ガラス素材を載置する載置板と、
前記載置板上の前記ガラス素材をプレス成形可能な温度まで加熱する加熱機構と、
前記加熱機構により加熱された前記ガラス素材を、前記載置板との間でプレス成形する金型と、
を備えることを特徴とするプレス成形装置。
前記載置板の線膨張係数が、１２×１０^−６／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載のプレス成形装置。
前記載置板は、表面に被膜が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプレス成形装置。
前記被膜の線膨張係数は、前記載置板の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のプレス成形装置。
前記載置板の主成分が炭素であり、前記被膜の主成分が炭化ケイ素であることを特徴とする請求項３乃至請求項４のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
前記加熱機構は、複数の加熱手段を備え、前記載置板を複数のエリアごとに独立して加熱することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
前記ガラス素材を前記載置板との間でプレス成形する際に、前記載置板を前記金型まで押し上げる昇降手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のプレス成形装置。
前記昇降手段の上部に設けられ、前記載置板の下面と当接して、前記載置板を冷却する均熱板をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のプレス成形装置。
ガラス素材をプレス成形するプレス成形方法であって、
載置板上に前記ガラス素材を載置する第１の工程と、
前記載置板上の前記ガラス素材をプレス成形可能な温度まで加熱する第２の工程と、
前記加熱された前記ガラス素材を、前記載置板との間でプレス成形する第３の工程と、
を有することを特徴とするプレス成形方法。
前記第２の工程は、
前記載置板を複数のエリアごとに独立して加熱することを特徴とする請求項９に記載のプレス成形方法。
前記第３の工程は、
前記載置板の下面を支持しながら行うことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のプレス成形方法。
前記第３の工程は、
前記載置板を冷却しながら行うことを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１項に記載のプレス成形方法。
ガラス素材をプレス成形する際に使用するプレス成形用の載置板であって、
前記載置板の線膨張係数が、１２×１０^−６／Ｋ以下であることを特徴とするプレス成形用の載置板。
前記載置板は、表面に被膜が形成されていることを特徴とする請求項１３に記載のプレス成形用の載置板。
前記被膜の線膨張係数は、前記載置板の線膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載のプレス成形用の載置板。
前記載置板の主成分が炭素であり、前記被膜の主成分が炭化ケイ素であることを特徴とする請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載のプレス成形用の載置板。