WO2020241451A1 - 板ガラスの製造方法 - Google Patents

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拓樹 中村
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矢崎エナジーシステム株式会社
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    • C03B2215/69—Controlling the pressure applied to the glass via the dies

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing flat glass.
  • a molten glass material is put into a float bath (a pool filled with molten tin) (see Patent Document 2).
  • the glass material passes through a float bath and is then slowly cooled.
  • the glass material after slow cooling is cut into a plate glass having a desired size.
  • This method is characterized in that, for example, it is easy to produce a large-sized flat glass having a side of 30 cm or more.
  • this method allows the glass material to pass through the float bath while floating on the tin. Therefore, the glass surface after passing through the float bath has high smoothness and is easy to be mirrored.
  • a float bath is used, it is not possible to create a highly accurate shape or the like on the glass surface.
  • reheat molding reheat press method
  • a glass member (called a blank or preform) having the same size as the final product is prepared.
  • the glass member is heated to a temperature lower than the softening point and pressed by a mold having a predetermined shape.
  • the glass is then cooled to the strain point while being held in the mold.
  • the smoothness of the glass surface can be improved, and a highly accurate shape can be formed on the glass surface.
  • the above method is suitable for producing a small glass product such as an optical member such as a lens, and cannot produce a large-sized flat glass having a side of 30 cm or more, for example.
  • reheat molding it is necessary to mold at a temperature lower than the softening point in order to produce a highly accurate shape. In that case, the glass heated at about 10 to 100 atm is pressed. However, there is a limit to the amount (degree) of deforming the glass even with such pressure. Therefore, in order to use it as a blank or preform, it is necessary to prepare a glass material melted and solidified into a shape close to the final shape, cut a required amount, and further adjust the weight by a method such as gizzard. .. That is, it was difficult to prepare a large-sized blank or preform by a method of melting and solidifying in advance.
  • the glass when the glass is cooled to the strain point, the glass may stick to the mold.
  • glass and a mold having a large difference in thermal expansion coefficients are used.
  • cracks occur due to such a difference in the coefficient of thermal expansion.
  • the glass when pressing into a shape having a plurality of protrusions or recesses, the glass is easily broken due to the difference in the coefficient of thermal expansion.
  • creating a highly accurate shape on the glass surface means forming a shape pattern in which the difference between the thick part and the thin part is 1 mm or more on a flat glass plate having a uniform thickness, and the thickness of the flat glass is approximately 1. It is not intended to form bent glass that attempts to bend while keeping it constant.
  • JP-A-55-109237 Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-016824 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-196244 Japanese Unexamined Patent Publication No. 1-212240
  • the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to have a mirror surface and a highly accurate shape with respect to the surface of a large-sized flat glass, particularly a plurality of convex portions or a plurality of convex portions. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a flat glass capable of forming a shape having concave portions and further a pattern shape in which irregularities are repeated.
  • the method for producing a flat glass according to the present invention is a method for manufacturing a flat glass having a side of at least 30 cm or more and having a predetermined shape formed on the surface, and softens an unformed flat glass on which the predetermined shape is not formed on the surface. It is heated to a temperature that is lower than the point and can change its shape by pressing above a predetermined pressure, and the heated flat glass is pressed on the surface by a mold having a mold structure for forming a predetermined shape. The heated plate glass having the shape formed is molded, and the molded plate glass is cooled to the strain point while being held by the mold.
  • pressing is performed with a die having a difference in thermal expansion coefficient from that of flat glass at a strain point of 2.0 ⁇ 10-6 / K or less.
  • the flat glass produced by the float method and in particular, the flat glass which is a soda-lime glass having a coefficient of thermal expansion of 8.5 to 10.0 ⁇ 10-6 / K in the normal temperature range is used. It is preferable to do so.
  • the unformed plate glass is heated to a temperature higher than the strain point and lower than the softening point, and the shape can be changed by pressing at a predetermined pressure or higher, and the heated unformed plate glass is formed into a predetermined shape.
  • the flat glass formed by pressing with a mold having a mold structure for the purpose is cooled to the strain point while being held by the mold. Therefore, the shape of the plate glass can be maintained until it is cooled as in the case of reheat molding, and the surface of the plate glass can be mirror-treated and a highly accurate shape can be formed.
  • the flat glass when manufacturing a large-sized flat glass, unlike the case of manufacturing a small glass material, the flat glass may crack during cooling due to the difference in the coefficient of thermal expansion from the mold, but the flat glass at the strain point Since the press is performed with a die having a difference in the coefficient of thermal expansion of 2.0 ⁇ 10-6 / K or less, such a concern is eliminated in the fourth step of cooling. Therefore, the surface of the large-sized flat glass can be mirror-treated and a highly accurate shape can be formed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a flat glass manufactured by the method for manufacturing a flat glass according to an embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are process charts showing a method for manufacturing a flat glass according to the present embodiment, in which FIG. 2A shows a first step, FIG. 2B shows a second step, and FIG. 2C shows a third step. (D) shows the fourth step.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a flat glass 1 manufactured by the manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
  • the plate glass 1 is a large-sized plate-shaped glass having a side of at least 30 cm or more, preferably having a side of 60 cm or more, and further preferably having a side of 1 m or more.
  • the flat glass 1 has, for example, a predetermined shape 10 formed on one side surface 1a, and the other side surface 1b is a flat surface. That is, the plate glass 1 is a flat glass plate to which a predetermined shape 10 is added.
  • the predetermined shape 10 is a triangular prism 11 protruding from the surface 1a of the flat glass 1.
  • the triangular prism 11 has a first surface 11a and a second surface 11b.
  • the first surface 11a and the second surface 11b are inclined with respect to the normal direction of the plate glass 1, and are, for example, orthogonal to each other.
  • the triangular prism 11 when viewed from the side surface of the plate glass 1, the triangular prism 11 has a right-angled triangular cross section in which a right-angled top protrudes. Reflective surfaces made of silver plating may be formed on the first surface 11a and the second surface 11b.
  • a plurality of triangular prisms 11 are continuously provided.
  • the surface 1a on one side (first surface 11a, second surface 11b) and the surface 1b on the other side have high smoothness and are mirror-treated.
  • the flat glass 1 functions as an optical lens (optical prism) capable of appropriately reflecting or capturing sunlight by utilizing the predetermined shape 10.
  • the thickness (maximum value) of the flat glass 1 is, for example, about 2 mm to 20 mm.
  • the predetermined shape 10 may be formed not only on the surface 1a on one side but also on the surface 1b on the other side.
  • FIG. 2A and 2B are process charts showing a method for manufacturing the flat glass 1 according to the present embodiment, where FIG. 2A shows a first step, FIG. 2B shows a second step, and FIG. 2C shows a third step. , (D) indicate the fourth step.
  • flat glass 100 which is unformed flat glass (untreated glass), is prepared (first step).
  • the flat glass 100 has the same size as the flat glass 1.
  • the predetermined shape 10 has not yet been formed on the flat glass 100.
  • a non-flat flat glass having some irregularities may be prepared as long as the predetermined shape 10 is not formed on the surface. That is, in the first step, it is preferable that the unformed plate glass has a shape as close as possible to the final glass material.
  • one having a heating temperature as low as possible and a relatively small coefficient of thermal expansion in the second step described later may be selected, but it seems to be a soda-lime glass called a blue plate or a white plate.
  • those having a relatively large heating temperature and coefficient of thermal expansion may be selected.
  • the flat glass 100 is heated while being mounted on the lower mold (molding mold) LD (second step).
  • the flat glass 100 is higher than the strain point (for example, 500 ° C.) and lower than the softening point (for example, 720 ° C.) of the material of the flat glass 100, and has a predetermined pressure (for example, 2.5 MPa depending on the temperature). It is heated to a temperature at which the shape can be changed (for example, around 690 ° C.) by pressing above (about). Further, the flat glass 100 is heated so that the temperature rises substantially uniformly.
  • the upper mold (molding die) UD is pressed against the flat glass 100 at a predetermined pressure or higher to perform pressing (third step). ..
  • the upper mold UD has a mold structure corresponding to a predetermined shape 10 (see FIG. 1).
  • a flat glass 1 having a predetermined shape 10 formed by pressing the flat glass 100 is manufactured.
  • the upper mold UD has a surface having high smoothness so that the smoothness of the first surface 11a and the second surface 11b of a predetermined shape 10 is high. This point is the same for the lower LD.
  • the flat glass 1 is cooled to a strain point (for example, 500 ° C.) while being held by the upper die UD and the lower die LD (fourth step).
  • the cooling here is slow cooling by natural cooling.
  • the plate glass 1 is removed from the mold (molding mold) D and cooled outside the mold D.
  • the plate glass 1 is held by the upper die UD and the lower die LD until it is cooled. Therefore, it is easy to form a precise shape, and mirror surface treatment can be performed. Therefore, the flat glass 1 can be mirror-finished and a highly accurate shape can be formed.
  • the flat glass 1 may be broken during cooling from the heating temperature to the strain point in the second step.
  • a large-sized flat glass 1 of 1 m ⁇ 2 m is manufactured.
  • cooling at about 200 ° C. (cooling from around 690 ° C. to 500 ° C.) This causes a difference in length of 0.8 mm. If a difference in length exceeding this value occurs, the flat glass 1 will be cracked.
  • the shape to be molded has a plurality of concaves or a plurality of convexes and the coefficient of thermal expansion of the plate glass 1 is larger than the coefficient of thermal expansion of the mold D, the mold D and the plate glass 1 grip each other. Since tensile stress is generated in the plate glass 1, it is easily broken.
  • the predetermined coefficient of thermal expansion of the mold D referred to here is a difference of 2.0 ⁇ 10 from the coefficient of thermal expansion at the strain point of the plate glass 1 in the temperature zone between the molding temperature and the strain point of the plate glass 1. It is a coefficient of thermal expansion of -6 / K or less. This makes it possible to prevent the flat glass 1 from breaking.
  • the predetermined coefficient of thermal expansion of the mold D is 0 to 2.0 ⁇ 10 -6 / more than the coefficient of thermal expansion at the strain point of the plate glass 1 in the temperature range between the molding temperature and the strain point of the plate glass 1. It is preferably large in the range of K.
  • the shrinkage amount of the mold D during slow cooling is slightly larger than the shrinkage amount of the flat glass 1. Therefore, a compressive force in an appropriate range is applied to the flat glass 1. That is, it is possible to prevent (avoid) applying a tensile force that causes cracking to the glass that is vulnerable to tension.
  • glass has a temperature called a transition point between the strain point and the softening point, and the coefficient of thermal expansion changes significantly before and after that temperature.
  • the coefficient of thermal expansion In the temperature range from room temperature to the strain point, which is lower than the transition point, the coefficient of thermal expansion is almost constant.
  • the transition point is liable to fluctuate due to heat treatment or the like, and it is difficult to identify the transition point. Due to such circumstances, the specific temperature of the transition point cannot be exemplified, but the molding temperature of the present embodiment is close to the softening point. Therefore, it passes through this transition point during slow cooling after molding. Since the glass has fluidity at a temperature above the transition point, cracking due to a difference in thermal expansion during slow cooling is unlikely to occur. On the other hand, at temperatures below the transition point, cracking is likely to occur, so the coefficient of thermal expansion of glass at the strain point is compared with the coefficient of thermal expansion of the mold.
  • float glass is assumed as the flat glass 100.
  • Float glass is relatively inexpensive and is also mirror treated.
  • Float glass includes what is called a blue plate made of soda-lime glass and what is called a white plate with low iron content.
  • the coefficient of thermal expansion of the blue plate or white plate is 8.5 to 10.0 x 10-6 / K, more typically 9.0 to 9.5 x 10-6 / K, between room temperature and the strain point. ..
  • the strain point is about 450 to 520 ° C., and the softening point is about 690 to 730 ° C.
  • the coefficient of thermal expansion of a general castable mold material at around 500 ° C. is larger than the coefficient of thermal expansion of the above-mentioned float glass.
  • the coefficient of thermal expansion of martensitic stainless steel, which is a general mold material, at around 500 ° C. is 13 ⁇ 10 -6 / K or more.
  • the coefficient of thermal expansion at around 500 ° C. is smaller than the coefficient of thermal expansion of the float glass described above. ..
  • the coefficient of thermal expansion of cemented carbide is 7 ⁇ 10 -6 / K or less
  • the coefficient of thermal expansion of silicon carbide is 3.9 ⁇ 10 -6 / K.
  • Iron-nickel alloys such as Invar, which is a combination of iron and nickel, and Super Invar, which is a combination of iron, nickel, and cobalt, can be cast, but they are specifically heated by the cancellation of expansion of interatomic distance and contraction of atomic radius. It is known that the expansion coefficient can be suppressed.
  • Invar or the like cannot be used in the temperature range of 500 to 700 ° C.
  • Metal oxide-based ceramics such as alumina and zirconia have a coefficient of thermal expansion similar to that of glass, which is a metal oxide.
  • processing ceramics is difficult.
  • ceramic has a hydroxyl group on its surface, metal oxides are easily bonded to each other and have poor releasability. Therefore, a special mold material is used for the mold D according to the present embodiment.
  • a mold made of cermet or other ceramic material is also called a mold.
  • Examples of the material of the mold D according to the present embodiment include the following. However, the material is not limited to the following. Cemented carbide with increased coefficient of thermal expansion and cermet with increased coefficient of thermal expansion by increasing the number of binders (Japanese Patent Laid-Open Nos.
  • pressing is performed with a die D having a high mold releasability on the contact surface with the plate glass 1 or a die D having a surface treatment for improving the releasability. Is preferable.
  • the contact angle between the molten glass and the surface of the mold D is preferably 70 degrees or more, and more preferably 90 degrees or more.
  • the difference between the coefficient of thermal expansion of the surface treatment and the coefficient of thermal expansion of the plate glass 1 and the base material of the mold D is within 2.0 ⁇ 10-6 / K. Is preferable. In this way, by pressing with the die D, which has a high mold releasability or is surface-treated to improve the releasability, the problem of sticking is solved and the flat glass 1 is used. Can be easily removed from the mold D.
  • the above surface treatment is as follows, for example.
  • the surface subjected to these treatments specifically has poor wettability of the molten glass, and there is little concern about sticking.
  • the above surface treatment is not limited to the following treatment.
  • -Platinum group plating and gold alloy plating Japanese Patent Laid-Open No. 2001-278631
  • ⁇ Plating treatment such as hard gold plating and chrome plating
  • Vapor deposition treatment of chrome alloy ⁇
  • Super hard film formation such as metal nitride, boride, carbide, and silicide
  • platinum group metals are hard to get wet with molten glass.
  • platinum and rhodium alone have a contact angle of 70 degrees or more.
  • a small amount of gold may be added to these platinum group metals.
  • the contact angle can be further increased. It is known that gold alone has a contact angle of about 160 degrees. Therefore, gold alloy plating having improved hardness and the like while containing gold as a main component may be used. The smaller the particle size of these metals, the more preferable. By reducing the particle size, the hardness of the plating can be increased and the coefficient of friction can be reduced. Amorphous amorphous plating can further increase the hardness and reduce the coefficient of friction.
  • the material of the mold D is chrome or a chrome alloy
  • a chrome plating treatment or a chrome alloy vapor deposition treatment is preferable.
  • An example of a nitride is CrAlSiN.
  • CrAlSiN has a contact angle of about 80 degrees.
  • Other examples of nitrides are chromium nitride, chromium silicate. These have a contact angle of about 120 degrees or more (see JP-A-2007-84411).
  • a glass ceramic containing a phlogopite crystal (Fluorophlogopite) or a product obtained by mixing a phlogopite crystal with a chromium compound may be used. These are known to have low glass wettability (see JP-A-6-64937).
  • Metallic chromium, chromium alloys, platinum, platinum alloys, chromium silicate, glass ceramics containing fluorine gold mica crystals, and those formed by mixing a chromium compound with the above-mentioned glass ceramics are all thermal.
  • the expansion coefficient is close to that of glass, which is particularly preferable.
  • These may be used as a mold base material, or a mold build-up made of a mold base material having a suitable coefficient of thermal expansion but poor mold releasability, or a mold surface formed by surface treatment. It may be used as a thin film of.
  • the flat glass 100 having no predetermined shape is heated to a temperature lower than the softening point and capable of changing its shape by pressing at a predetermined pressure or higher. Further, the heated flat glass 100 is pressed and molded by a die D having a die structure for forming a predetermined shape 10. Further, the molded heated plate glass 1 is cooled to the strain point while being held by the mold D. Since the shape of the plate glass 1 is maintained until it is cooled as in the case of reheat molding, the surface of the plate glass 1 can be mirror-finished and a highly accurate shape can be formed. Further, pressing is performed with a die D having a difference in thermal expansion coefficient from that of the flat glass 1 of 2.0 ⁇ 10 -6 / K or less.
  • the concern about cracking that is likely to occur during cooling of the large-sized flat glass (that is, the fourth step in the present embodiment) is also eliminated. Therefore, according to the present embodiment, the surface of the large-sized flat glass 1 can be mirror-treated and a highly accurate shape can be formed.
  • the press is performed with the die D which has been surface-treated to improve the mold releasability on the contact surface with the plate glass 1. Therefore, it is possible to easily remove the plate glass 1 by suppressing deterioration of the releasability due to a small difference in the coefficient of thermal expansion between the plate glass 1 and the mold D.
  • pressing is performed with a die D having a contact angle with the plate glass 1 in a molten state of 70 degrees or more on the contact surface with the plate glass 1 (the treated surface when the surface is treated). Therefore, it is possible to suppress the sticking of the flat glass 1 to the mold D and make the flat glass 1 easy to remove.
  • the mold D is made of a base material having a high releasability or is surface-treated to improve the releasability, but the present invention is not limited to this.
  • other means may be taken, such as making the plate glass 1 easier to remove from the mold D by blowing air or an inert gas.
  • the predetermined shape 10 of the flat glass 1 is the triangular prism 11, but the shape is not limited to this and may be another shape.

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Abstract

板ガラス（１）の製造方法は、少なくとも３０ｃｍ以上の辺を有すると共に表面に所定の形状が形成された板ガラス（１）の製造方法である。この製造方法は、平板ガラス（１００）を軟化点よりも低く、且つ所定圧以上のプレスによって形状変化可能な温度まで加熱し、加熱された平板ガラス（１００）を、所定の形状を形成するための型構造とされた金型（Ｄ）によってプレスして成型された加熱状態の板ガラス（１）を金型（Ｄ）で保持した状態で歪点まで冷却させる。さらに、この製造方法は、板ガラス（１）との熱膨張係数の差が２．０×１０－６／Ｋ以下の金型（Ｄ）でプレスを行う。

Description

板ガラスの製造方法
　本発明は、板ガラスの製造方法に関する。
　板ガラスの従来の製造方法として、溶融したガラス素材を２本のローラー間に通して引き延ばすロールアウト法がある（特許文献１参照）。ロールアウト法では、ガラス素材が２本のローラーで引き延ばされ、その後、徐冷される。徐冷後のガラス素材は、所望の大きさの板ガラスとなるよう切断される。この方法は、例えば１辺が３０ｃｍ以上となる大判の板ガラスを作成し易いという特徴がある。しかし、この方法は、ガラス表面を平滑な鏡面とし難く、または精度の高い形状（凹凸等を含む形状）をガラス表面に作り込むことが困難である。
　板ガラスの他の製造方法として、溶融したガラス素材をフロートバス（溶けた錫で満たされたプール）に投入するフロート法がある（特許文献２参照）。この製造方法では、ガラス素材がフロートバスを通過し、その後、徐冷される。徐冷後のガラス素材は、所望の大きさの板ガラスとなるよう切断される。この方法は、例えば１辺が３０ｃｍ以上となる大判の板ガラスを作成し易いという特徴がある。さらに、この方法は、ガラス素材が錫上に浮きながらフロートバスを通過する。従って、フロートバスを通過した後のガラス表面は、平滑度が高くなり、鏡面とし易くなる。しかし、フロートバスを利用することから、精度の高い形状等をガラス表面に作り込むことができない。
　また、レンズ等の形成方法の１つとして、リヒート（reheat）成形（リヒートプレス法）がある（特許文献３，４参照）。この方法においては、まず最終製品と同程度の大きさのガラス部材（ブランク又はプリフォーム等と呼ばれる）が用意される。その後、そのガラス部材は軟化点よりも低い温度に加熱され、所定形状の金型にて押圧される。次いで、ガラスは、金型に保持されたまま歪点まで冷却される。この方法では、ガラス表面の平滑度を高めたり、精度の高い形状をガラス表面に作り込んだりすることができる。しかし、上記方法は、レンズ等の光学部材のような小型のガラス製品の作製に適した方法であって、例えば１辺が３０ｃｍ以上となる大判の板ガラスを作成することはできない。
　リヒート成形では、精度の高い形状を作製するために、軟化点よりも低い温度で成形する必要がある。その場合、１０～１００気圧程度で加熱したガラスを押圧する。しかしながら、このような圧力でもガラスを変形させる量（程度）に限界がある。従って、予め、ブランク又はプリフォームとして用いるために、最終形状に近い形状に溶融固化したガラス材料を作製し、必要量を切断し、更に、砂ずり等の方法により重量調整を施す必要があった。即ち、予め溶融固化する方法で大判のブランクやプリフォームを準備することは困難であった。
　また、ガラスが歪点まで冷却されたとき、ガラスが金型に貼り付いてしまうことがある。このようなガラスの貼り付きを防止すべく、熱膨張係数の互いの差が大きいガラスと金型を用いている。しかし、１辺が３０ｃｍ以上となる大判の板ガラスについては、このような熱膨張係数の差によって割れが生じてしまう。特に、複数の凸部または凹部を持つ形状にプレスをするとき、熱膨張係数の差によってガラスの割れは容易に起こる。
　なお、ここで精度の高い形状をガラス表面に作り込む、とは、均一の厚みの板ガラスに厚い部分と薄い部分との差が１ｍｍ以上ある形状パターンを成形するものであり、板ガラスの厚みをおよそ一定に保ったまま曲げようとする曲げガラスの成形を意図したものではない。
特開昭５５－１０９２３７号公報 特開昭６０－０１６８２４号公報 特開２０１４－１９６２４４号公報 特開平１－２１２２４０号公報
　特許文献１～４に記載された上記の方法では、大判の板ガラスの表面に対する平滑度を高め、綺麗な面とする（以下鏡面処理という）と共に精度の高い形状を実現することが困難である。このため、精度の高い形状を利用して太陽光を反射したり取り込んだりする窓ガラス等の作製にこれらの方法を利用した場合には、意図しない太陽光の反射や取り込み等が生じることとなってしまう。
　本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、大判の板ガラスの表面に対して、鏡面を持つと共に精度の高い形状、特に複数の凸部または凹部を持つ形状、さらには凹凸が繰り返されるパターン形状を形成することができる板ガラスの製造方法を提供することにある。
　本発明に係る板ガラスの製造方法は、少なくとも３０ｃｍ以上の辺を有すると共に表面に所定の形状が形成された板ガラスの製造方法であって、表面に所定の形状が形成されていない未形成板ガラスを軟化点よりも低く、且つ所定圧以上のプレスによって形状変化可能な温度まで加熱し、加熱された板ガラスを、所定の形状を形成するための型構造とされた金型によってプレスして表面に所定の形状が形成された加熱状態の板ガラスを成型し、成型された板ガラスを金型で保持した状態で歪点まで冷却させる。さらに、この製造方法は、歪点における板ガラスとの熱膨張係数の差が２．０×１０－６／Ｋ以下の金型でプレスを行う。未形成板ガラスとして、フロート法により生産された板ガラスを使用することが望ましく、中でも常温域での熱膨張係数が８．５～１０．０×１０－６／Ｋのソーダ石灰ガラスである板ガラスを使用することが好ましい。
　本発明によれば、未形成板ガラスを歪点より高く軟化点よりも低く、且つ所定圧以上のプレスによって形状変化可能な温度まで加熱し、加熱された未形成板ガラスを、所定の形状を形成するための型構造とされた金型によってプレスして成型された板ガラスを金型で保持した状態で歪点まで冷却させる。このため、リヒート成型と同様に冷却されるまで板ガラスの形状を保持して、板ガラスの表面に対して鏡面処理すると共に精度の高い形状を形成することができる。ここで、大判の板ガラスを製造する際には、小型のガラス材を製造する場合とは異なり、金型との熱膨張係数の差によって冷却時に板ガラスに割れが生じ得るが、歪点における板ガラスとの熱膨張係数の差が２．０×１０－６／Ｋ以下の金型でプレスを行うことから、冷却を行う第４工程においてこのような懸念も払拭される。従って、大判の板ガラスの表面に対して鏡面処理すると共に精度の高い形状を形成することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る板ガラスの製造方法によって製造された板ガラスの一例を示す斜視図である。 図２は、本実施形態に係る板ガラスの製造方法を示す工程図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示している。
　以下、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下に述べる実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に述べる実施形態においては、一部の構成の図示や説明を省略している箇所がある。しかしながら、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾点が発生しない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用される。
　図１は、本発明の実施形態に係る製造方法によって製造された板ガラス１の一例を示す斜視図である。
　板ガラス１は、少なくとも３０ｃｍ以上の辺を有する大判の板状ガラスであって、好ましくは６０ｃｍ以上の辺を有し、更に好ましくは１ｍ以上の辺を有する。板ガラス１は、例えば一方側の面１ａに所定の形状１０が形成されており、他方側の面１ｂが平面となっている。すなわち、板ガラス１は、所定の形状１０が付加された平らなガラス板である。
　図１に示すように、所定の形状１０は、板ガラス１の面１ａから突出する三角プリズム１１である。三角プリズム１１は、第１面１１ａ及び第２面１１ｂを有している。第１面１１ａと第２面１１ｂは、板ガラス１の法線方向に対して傾斜し、例えば互いに直交する。この場合、板ガラス１の側面から見て、三角プリズム１１は、直角の頂部が突出する直角三角形の断面を有する。第１面１１ａ及び第２面１１ｂには、銀メッキによる反射面が形成されていてもよい。三角プリズム１１は連続して複数設けられている。
　一方側の面１ａ（第１面１１ａ、第２面１１ｂ）及び他方側の面１ｂは平滑度が高く、鏡面処理されている。板ガラス１は、所定の形状１０を利用して、太陽光を好適に反射させたり取り込んだりすることができる光学レンズ（光学プリズム）として機能する。なお、板ガラス１の厚み（最大値）は、例えば２ｍｍ～２０ｍｍ程度である。また、所定の形状１０は、一方側の面１ａのみならず、他方側の面１ｂに形成されていてもよい。
　図２は、本実施形態に係る板ガラス１の製造方法を示す工程図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示している。
　まず、図２（ａ）に示すように、未形成板ガラス（未処理ガラス）である平板ガラス１００が用意される（第１工程）。平板ガラス１００は、板ガラス１と同程度の大きさを有する。ただし、平板ガラス１００には、所定の形状１０がまだ形成されていない。なお、第１工程では、平板ガラス１００に限らず、表面に所定の形状１０が形成されていなければ、多少の凹凸を有した平板でない板ガラスが用意されてもよい。即ち、第１工程では、未形成板ガラスとして、最終形状となるガラス素材になるべく近い形状のものが用意されることが好ましい。なお、第１工程では、後述の第２工程における加熱温度がなるべく小さく、熱膨張係数も比較的小さいものが選択されてもよいが、ソーダ石灰ガラスの青板と呼ばれるものや白板と呼ばれるもののように、加熱温度や熱膨張係数が比較的大きいものが選択されてもよい。
　次に、図２（ｂ）に示すように、平板ガラス１００が下型（成形金型）ＬＤに搭載された状態で加熱される（第２工程）。第２工程において、平板ガラス１００は、平板ガラス１００の素材の歪点（例えば５００℃）より高く軟化点（例えば７２０℃）よりも低く、且つ、所定圧（温度にもよるが例えば２．５ＭＰａ程度）以上のプレスによって形状変化可能な温度（例えば６９０℃付近）まで加熱される。また、平板ガラス１００は、略均一に温度上昇するように加熱される。
　その後、図２（ｃ）に示すように、平板ガラス１００が加熱された状態で、平板ガラス１００に上型（成形金型）ＵＤを所定圧以上で押圧してプレスを行う（第３工程）。上型ＵＤは、所定の形状１０（図１参照）に対応した型構造を有する。平板ガラス１００に対するプレスによって所定の形状１０が形成された板ガラス１が製造される。上型ＵＤは、所定の形状１０の第１面１１ａや第２面１１ｂの平滑度が高くなるように、平滑度が高い面を有する。この点は、下型ＬＤについても同様である。
　次に、図２（ｄ）に示すように、板ガラス１を上型ＵＤ及び下型ＬＤで保持した状態で歪点（例えば５００℃）まで冷却する（第４工程）。ここでの冷却は自然冷却による徐冷である。
　歪点まで徐冷されると板ガラス１は金型（成形金型）Ｄから取り外され、金型Ｄ外で冷却される。
　上記した製造方法では板ガラス１が冷却されるまで上型ＵＤ及び下型ＬＤによって保持される。従って、精密な形状を形成し易く、また鏡面処理を行うことができる。よって、板ガラス１に鏡面処理を施すと共に、精度の高い形状を形成することができる。
　比較的大判の板ガラス１を製造する場合、第２工程における加熱温度から歪点までの冷却の間に、板ガラス１が割れてしまう可能性がある。例えば、１ｍ×２ｍの大判の板ガラス１を製造することを想定する。この場合、２ｍの長さの金型Ｄと板ガラス１とで膨張係数に２．０×１０－６／Ｋの差があるとき、約２００℃の冷却（６９０℃付近から５００℃までの冷却）によって０．８ｍｍの長さの差が生じてしまう。そして、この値を超える長さの差が生じると、板ガラス１には割れが生じてしまう。特に、成形しようとする形状が複数の凹または複数の凸を持ち、金型Ｄの熱膨張係数より板ガラス１の熱膨張係数が大きい場合には、金型Ｄと板ガラス１とがグリップし合い、板ガラス１に引っ張り応力が発生するため、割れやすい。
　そこで、本実施形態に係る第３工程では、所定の熱膨張係数を有する金型Ｄでプレスを行うことが。ここで言う、金型Ｄの所定の熱膨張係数とは、成形温度から板ガラス１の歪点の間の温度帯において、板ガラス１の歪点での熱膨張係数との差が２．０×１０－６／Ｋ以下となる熱膨張係数である。これにより、板ガラス１の割れを防止することができる。なお、金型Ｄの所定の熱膨張係数は、成形温度から板ガラス１の歪点の間の温度帯において、板ガラス１の歪点での熱膨張係数よりも０～２．０×１０－６／Ｋの範囲で大きいことが好ましい。この場合、徐冷中の金型Ｄの収縮量が、板ガラス１の収縮量よりもわずかに大きくなる。従って、板ガラス１に適度な範囲の圧縮力がかかる。つまり、引っ張りに弱いガラスに、割れの原因となる引っ張り力が掛かることを防止（回避）できる。
　一般に、ガラスには歪点と軟化点との間に転移点と呼ばれる温度があり、その前後で熱膨張係数が大きく変わる。転移点より低い、常温から歪点までの温度域では、熱膨張係数はほぼ一定である。ただし、転移点は熱処理等によって変動しやすく、転移点の特定が困難である。このような事情から転移点の具体的な温度を例示できないが、本実施形態の成形温度は軟化点に近い。そのため、成形後の徐冷中にこの転移点を通過する。転移点以上の温度ではガラスに流動性があるため、徐冷中の熱膨張差による割れが生じにくい。一方、転移点以下の温度では割れで生じやすくなるため、歪点におけるガラスの熱膨張係数と、金型の熱膨張係数を比較している。
　本実施形態では、平板ガラス１００としてフロートガラスを想定している。フロートガラスは比較的安価であり、鏡面処理も施されている。フロートガラスには、ソーダ石灰ガラスで製作される青板と呼ばれるものや、鉄分の少ない白板と呼ばれるものがある。青板や白板の熱膨張係数は、常温から歪点までの間で８．５～１０．０ｘ１０－６／Ｋ、より典型的には９．０～９．５×１０－６／Ｋである。また、歪点は４５０～５２０℃程度、軟化点は６９０～７３０℃程度である。
　一方、一般的な鋳造可能な金型材料の５００℃近辺での熱膨張係数は、上記したフロートガラスの熱膨張係数よりも大きい。例えば、一般的な金型材料であるマルテンサイト系ステンレス鋼の５００℃近辺での熱膨張係数は、１３×１０－６／Ｋ以上である。これとは逆に、金型材料が高融点材料、或いは、相溶性の低い材料の組み合わせ等である場合、その５００℃近辺での熱膨張係数は、上記したフロートガラスの熱膨張係数よりも小さい。例えば、超硬合金の熱膨張係数は７×１０－６／Ｋ以下であり、炭化ケイ素の熱膨張係数は３．９×１０－６／Ｋである。鉄とニッケルを組み合わせたインバー、さらに鉄とニッケルとコバルトを組み合わせたスーパーインバー等の鉄・ニッケル系合金は鋳造可能でありながら、原子間距離の膨張と原子半径の収縮の相殺により特異的に熱膨張係数を抑えられることが知られている。しかしながら、その熱膨張係数は、成形されるガラスの熱膨張係数よりも小さいため、インバー等は５００～７００℃の温度域で使えない。
　アルミナやジルコニア等の金属酸化物系のセラミックは、これと同様に金属酸化物であるガラスに近い熱膨張係数を持つ。しかしながら、セラミックの加工は困難である。また、セラミックは表面に水酸基を持つので、金属酸化物同士で結合しやすく、離型性が悪い。このため、本実施形態に係る金型Ｄについては特殊な金型素材を用いることとなる。なお、サーメットやその他のセラミック材料で製作した型も金型と呼ぶことにする。
　本実施形態に係る金型Ｄの素材には、下記のものが挙げられる。ただし、当該素材は下記のものに限られない。
・バインダーを増やして熱膨張係数を高めた超硬合金、熱膨張係数を高めたサーメット（特開２０１６－１２５０７３号公報、特開２０１７－２０６４０３号公報）
・金属酸化物・窒化物・ホウ化物・ケイ化物等のセラミックスの一部
・ガラスマトリックス中にフッ素金雲母の結晶を分散させ熱膨張係数を合わせたもの
・単体でソーダ石灰ガラスに近い熱膨張係数を持つ白金族又は白金族系合金、並びに、クロム又はクロム系・クロム含有合金
・熱膨張係数の大きい鉄に鉄膨張係数の小さい金属を組み合わせたモリブデン含有合金、タングステン含有合金等（具体例として、冨士ダイス社製ＷＣ－４０％ＣＯ超硬合金、冨士ダイス社製炭化クロム基合金、冨士ダイス社製ＫＦ合金、インコロイ９０９、日立金属製ＨＲＡ９２９、ケイ化クロム、黒崎播磨製マセライト等）。
　さらに、本実施形態に係る第３工程では、板ガラス１との接触面において高い離型性を持つ金型Ｄか、離型性を高めるための表面処理が施された金型Ｄでプレスを行うことが好ましい。
　従来のリヒート（reheat）成形（リヒートプレス法）では、押圧の圧力が増すほど、また型とガラス材との接触時間が増すほど、離型性が悪化することが知られている。そこで、従来のリヒート（reheat）成形では、小型のガラス部材を製造するとき、金型とガラス材との間に十分な熱膨張係数の差を設け、金型とガラス材との貼り付き防止していた。一方、本実施形態に係る大判の板ガラス１の製造方法においては、熱膨張係数の差が小さい。従って、板ガラス１が金型Ｄに貼り付き易いことが憂慮される。特に、大判の板ガラス１を製造する場合には、小型のものを製造する場合よりも時間を掛けて加熱及び冷却を行うこととなるため、一層貼り付きが促進してしまうことが憂慮される。
　そこで、本実施形態では、溶融状態のガラスと金型Ｄの表面の接触角が７０度以上であることが好ましく、９０度以上であることがより好ましい。金型Ｄの母材に表面処理が施される場合、さらに表面処理の熱膨張係数も板ガラス１や金型Ｄの母材の熱膨張係数との差が２．０×１０－６／Ｋ以内であることが好ましい。このように、金型母材が高い離型性を持つか、離型性を高めるための表面処理が施された金型Ｄでプレスを行うことで、貼り付きの問題を解消し、板ガラス１を金型Ｄから取り外し易くすることができる。
　上記の表面処理は、具体的には例えば次の通りである。これらの処理を施した表面は、特異的に溶融ガラスの濡れ性が悪く貼り付きの心配が少ない。ただし、上記の表面処理は下記の処理に限られない。
・白金族系メッキや金合金メッキ（特開２００１－２７８６３１号公報）
・硬質金メッキやクロムメッキなどのメッキ処理
・クロム系合金の蒸着処理
・金属窒化物、ホウ化物、炭化物、及びケイ化物等の超硬質膜形成
　白金族金属は溶融ガラスに濡れにくいことが知られている。例えば、白金やロジウムは単体でも７０度以上の接触角を持つ。また、これらの白金族金属に少量でも金を加えてもよい。金を加えることで、さらに接触角を増やすことができる。金は単体で１６０度程度の接触角を持つことが知られている。従って、主成分として金を含有しつつ、硬度等を改善した金合金メッキでもよい。これら金属の粒子サイズは小さいものほど好ましい。粒子サイズを小さくすることにより、メッキの硬度を高くし、摩擦係数を小さくすることができる。非晶質のアモルファスメッキは、さらに硬度を上げ、摩擦係数を小さくすることができる。
　金型Ｄの素材がクロムやクロム系合金であるときには、クロムメッキのメッキ処理やクロム系合金の蒸着処理が好ましい。
　窒化物の一例は、ＣｒＡｌＳｉＮである。ＣｒＡｌＳｉＮは、８０度程度の接触角を持つ。窒化物の他の例は、窒化クロム、ケイ化クロムである。これらは１２０度程度以上の接触角を持つ（特開２００７－８４４１１参照）。また、フッ素金雲母結晶（Fluorophlogopite）を含有するガラスセラミックや、フッ素金雲母結晶にクロム化合物を混合して成形したものでもよい。これらは、ガラス濡れ性が低いことが知られている（特開平６－６４９３７参照）。金属クロム、クロム合金、白金、白金合金、ケイ化クロム、ガラスセラミックであってフッ素金雲母結晶を含有するもの、及び、前述のガラスセラミックにクロム化合物を混合して成形したものは、何れも熱膨張係数がガラスに近く、特に好ましい。これらは金型母材として使用されてもよいし、熱膨張係数は好適だが離型性のよくない金型母材で製作された金型の肉盛り、または表面処理によって形成される金型表面の薄膜として使用されてもよい。
　本実施形態では、所定の形状を有しない平板ガラス１００を、軟化点よりも低く、且つ、所定圧以上のプレスによって形状変化可能な温度まで加熱する。また、加熱された平板ガラス１００を、所定の形状１０を形成するための型構造を有する金型Ｄによってプレスし、成型する。さらに、成型された加熱状態の板ガラス１を金型Ｄで保持した状態で、歪点まで冷却させる。リヒート成型と同様に冷却されるまで、板ガラス１の形状が保持されるため、板ガラス１の表面に対して鏡面処理すると共に精度の高い形状を形成することができる。また、板ガラス１との熱膨張係数の差が２．０×１０－６／Ｋ以下の金型Ｄでプレスを行う。従って、大判の板ガラスの冷却の際（即ち、本実施形態では第４工程）に発生し易かった割れの懸念も払拭される。従って、本実施形態によれば、大判の板ガラス１の表面に対して鏡面処理すると共に精度の高い形状を形成することができる。
　また、板ガラス１との接触面において離型性を高めるための表面処理が施された金型Ｄでプレスを行う。そのため、板ガラス１と金型Ｄとの熱膨張係数の差が少ないことによる離型性の悪化を抑えて、板ガラス１を取り外し易くすることができる。
　また、板ガラス１との接触面（表面処理されているときには処理された表面）において溶融状態の板ガラス１との接触角が７０度以上となる金型Ｄでプレスを行う。そのため、板ガラス１の金型Ｄへの貼り付きを抑えて、板ガラス１を取り外し易くすることができる。
　以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、可能な範囲で適宜公知又は周知の技術を組み合わせてもよい。
　例えば、上記実施形態において金型Ｄには離型性の高い母材が使用されるか表面処理が施されて離型性が高められているが、これに限らず、表面処理が施されることなく、エアーや不活性ガスの吹込みにより板ガラス１を金型Ｄから取り外し易くする等、他の手段が講じられてもよい。
　さらに、上記実施形態において板ガラス１の所定の形状１０は三角プリズム１１であるが、これに限らず、他の形状であってもよい。
　特願２０１９－１０１０３０号（出願日：２０１９年５月３０日）の全内容は、ここに援用される。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (3)

  1. 　少なくとも３０ｃｍ以上の辺を有すると共に表面に所定の形状が形成された板ガラスの製造方法であって、
    　表面に所定の形状が形成されていない状態の未形成板ガラスを用意する第１工程と、
    　前記未形成板ガラスを軟化点よりも低く、且つ所定圧以上のプレスによって形状変化可能な温度まで加熱する第２工程と、
    　加熱された前記未形成板ガラスを、所定の形状を形成するための型構造とされた金型によってプレスして表面に所定の形状が形成された加熱状態の板ガラスを成型する第３工程と、
    　加熱状態の前記板ガラスを前記金型で保持した状態で歪点まで冷却させる第４工程と、
    を備え、
    　前記第３工程は、前記板ガラスとの熱膨張係数の差が２．０×１０－６／Ｋ以下の前記金型でプレスを行う
    板ガラスの製造方法。
  2. 　前記第３工程は、前記板ガラスとの接触面において離型性を高めるための表面処理が施された前記金型でプレスを行う請求項１に記載の板ガラスの製造方法。
  3. 　前記第３工程は、前記板ガラスとの接触面において溶融状態の板ガラスとの接触角が７０度以上となる前記金型でプレスを行う請求項１又は請求項２のいずれかに記載の板ガラスの製造方法。
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