(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受け成形表面および対向成形表面を有する鋳型を使用する近最終形状ガラス製品のプレス成形方法であって、
（ａ）プレス前に前記受け成形表面および対向成形表面を所定の、異なった温度に加熱し、その際、前記受け成形表面の温度を前記対向成形表面の温度より高くすること、
（ｂ）前記受け成形表面の前記所定の加熱温度を±５℃以内の精度で維持すること、
（ｃ）前記対向成形表面の前記所定の加熱温度を±５℃以内の精度で維持すること、
（ｄ）前記受け成形表面に、所望の形状および寸法を有するガラス製品を形成するための所定の量の溶融ガラス充填物を配送すること、
（ｅ）前記鋳型の前記受け成形表面および対向成形表面を互いに近接させること、
（ｆ）前記成形表面の温度および前記溶融ガラス充填物の対向する表面の温度がすべて、該ガラス充填物の軟化点より下でほとんど同時にほとんど平衡に達するように、前記溶融ガラス充填物の対向する表面から十分な熱が対称的に除去されるのに十分なプレス時間に亘って前記ガラス充填物をプレスして、前記ガラス充填物からガラス製品を成形すること、および
（ｇ）前記受け成形表面から前記ガラス製品を取り出すこと
を特徴とする方法。
【請求項２】
前記受け成形表面および前記対向成形表面の各々の前記所定の加熱温度が、前記ガラス製品の寸法、前記成形表面を構成する材料の組成、前記プレス時間、および前記ガラス充填物がプレス前に前記受け成形表面に接触している時間により異なることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記成形表面が、熱膨脹がほとんどゼロで、実質的に非粘着性表面を有する材料であって、窒化ホウ素の複合材料、炭化ケイ素、炭化ケイ素被覆したグラファイトおよび熱分解グラファイトからなる群より選択される材料からなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、近最終形状ガラス製品のプレス成形方法に関する。特に、本方法は、プレス作業により与えられる形状を保持するが、そのプレス作業の結果湾曲することはないガラス製品の製造を目的としている。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスのプレス加工においては、ガラスと鋳型装置との間の迅速で制御された熱交換が極めて重要である。鋳型装置の温度を、プレス工程にとって最も有利な範囲内に維持することが特に重要である。この温度は「粘着」温度、すなわちガラスが鋳型装置に密着し易い温度より低くすべきである。しかし、温度は、製品に光学的な欠陥または小亀裂を生じることがあるので、最適な成形温度より下げるべきではない。したがって、現代のガラス製造においては、実際のガラスプレス加工の前の鋳型の加熱が極めて重要な工程であり、これはこの分野では良く知られている。
【０００３】
しかし、先行技術のプレス方法には、第一工程で鋳型装置をその鋳型の作動温度範囲内に加熱しても、やはり問題が存在するのである。鋳型装置を加熱した後、溶融したガラス充填物を、それを受ける成形表面に配送し、受け部分および対向部分の成形表面が互いに実質的に圧迫接触し、所望の製品を製造する。ガラス充填物はそれらの表面間で圧迫されているので、成形表面同士が実際に接触することはない。
【０００４】
このガラス製品のプレス工程中に、ガラス充填物は先ず移動して部品を形成し、次いで保圧つまりプレス時間中に熱を除去する。保圧中に中央面を中心にして熱が対称的に除去されれば、保圧の終了時にその部品は冷却され、変形しない。しかし、熱が非対称的に、例えば上側表面からよりも下側成形表面からより多くの熱が除去されると、冷却により、その部品に力がかかって変形し、湾曲する。
【０００５】
この先行技術のプレス方法の問題点は、ガラス充填物が対向成形表面と比較して受け成形表面による過剰接触時間、すなわち過剰の、材料が鋳型内に存在する（ＧＩＭ）時間にある。受け成形表面および対向成形表面は実質的なプレス工程中に等しい接触時間を経過する。しかし、受け成形表面は、溶融ガラス充填物の配送時に開始し、受け成形表面および対向成形表面間の実質的な圧迫接触が起こる時に終了する期間中の接触をも経験する。受け成形表面中でガラス充填物が経験するこの過剰接触時間のために、実質的なプレスの接触時間中にのみ熱が除去される対向成形表面からよりも、受け成形表面に接触しているガラス充填物の表面からより多くの熱が除去される。この非対称的な熱の除去の結果、製品はその厚さおよび形状に関係なく、湾曲する傾向がある。そのため、望ましい形状を得るために、ガラス製品は、研削や研磨などの二次的な機械的仕上げ加工を集中的に行う必要がある。
【０００６】
米国特許第  ４，７３８，７０３号（イズミタニら）は、ガラスをレンズ形状にプレスする前に、鋳型を少なくともガラスの転位温度に等しい温度に保持する、光学レンズの成形方法を開示している。しかし、本発明で開示するようにガラス充填物から熱を実質的に対称的に移動させるために、溶融ガラス充填物を受け取る前に、受け成形表面および対向成形表面を異なった温度に維持することは記載していない。
【０００７】
米国特許第４，９１５，７２０号（ヒロタら）では、上部および下部を備えた鋳型並びにガラス半製品を加熱位置に置き、そこで装置全体を、ガラス半製品の粘度が１０８  〜１０９．５  ポアズの範囲内になるような温度に加熱する。次いで鋳型および半製品をプレス位置に移動させ、そこでガラス製品を成形する。再度、上部および下部の鋳型全体を同じ温度に加熱する。したがって、この方法は、鋳型の加熱に差をつける本発明の新規な概念から容易に区別できる。
【０００８】
米国特許第４，９３３，１１９（ウェイマス、Ｊｒ．）は、各種の質量および形状を有する複数の製品を成形するための装置および方法を記載している。鋳型の上部および下部はそれぞれ別の加熱器により高温に維持されている。しかし、この特許では、これらの鋳型部分を異なった温度に個別に維持することは示唆されていない。
【０００９】
米国特許第２，５２１，８４７（ハール）は、熱伝導流体および独立した流体供給装置を使用することにより鋳型を加熱し、温度制御するための方法および装置を開示している。本発明と異なり、受け成形表面および対向成形表面を異なった温度で制御し、実質的に対称的な熱除去を達成することは示されていない。
【００１０】
米国特許第４，３６４，８７８（ラリベルテら）は、精確な形状を有するプラスチック製品を成形するための方法および装置を記載している。この方法および装置では、射出されたプラスチック全体が固化するまでに圧迫挿入物の圧迫動作を妨害することがある射出プラスチックの局所的な固化を防ぐために、鋳型キャビティ表面の様々な区域から熱を制御しながら除去する。この制御された冷却、すなわち熱除去は、熱伝達通路および伝導プラグの組み合わせ使用により達成され、したがって、最初に鋳型を差をつけて加熱して適切な熱除去を達成し、曲がりの無い、実質的に平なガラス製品を製造する本発明の方法とは区別される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した湾曲の問題を解決することを本発明は目指している。すなわち、本発明の目的は、ガラス製品の製造に使用するための「対称的熱除去」プレス加工方法を提供することにある。つまり、本発明の特別な目的は、プレス加工の後にほとんど望ましい最終的なガラス製品形状を有するガラス製品をプレス成形する方法、簡単にいえばガラスの近最終形状プレス成形方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
幾つかの相互作用する部品からなる鋳型機構を本発明に係わる方法で作動するように設計することは可能であるが、便宜上および簡単にするために、以下、２個の部品からなる鋳型に関して説明する。第一の部品は、粘性の溶融ガラスが最初に接触するので受け成形表面と呼び、第二の部品は、受け成形表面に対向して配置され、溶融ガラスが受け成形表面に配送された後にその溶融ガラスと接触するので対向成形表面と呼ぶ。
【００１３】
この装置を使用して、近最終形状ガラス製品をプレス成形するための方法を説明する。一般に、本発明の方法は、（ａ）前記受け成形表面および対向成形表面を所定の、異なった温度に加熱すること、（ｂ）前記受け成形表面に、所望の形状および寸法を有するガラス製品を形成するのに十分な量の溶融ガラス充填物を配送すること、（ｃ）前記鋳型の受け成形表面および対向成形表面を互いに実質的に接触させ、前記成形表面およびガラス充填物の温度がすべてほとんど平衡に、かつガラス充填物の軟化点より低くなり、その際、該プレス時間および鋳型温度差が組み合わされて対称的な熱の除去を達成し、それによって、成形表面温度および充填物温度がほとんど同時に平衡に到達するように、溶融ガラス充填物から十分な熱が除去されるのに十分な時間ガラス充填物をプレスすること、および
（ｄ）前記鋳型から前記ガラス製品を取り出すこと、からなる。
【００１４】
溶融ガラス充填物から対称的に熱を除去するこの近最終形状プレス成形方法により、プレス成形の結果として曲がりを生じないガラス製品が製造される。そのため、それらのガラス製品はその最終形状を得るための二次的な仕上げ、すなわち研削および研磨をまったく、またはほとんど必要としない。この本発明に係わるプレス成形は、寸法および所望の形状に関係なく、あらゆる種類のガラス製品に有効である。
【００１５】
【実施例】
本発明の方法により近最終形状プレスを確実に行うためには、先ず、鋳型部品、つまり受け成形表面および対向成形表面の両方に適切な材料を選択することが重要である。鋳型部品は溶融ガラスが粘着しない材料からなる必要がある。すなわち、その材料は非粘着性表面を備えていなければならない。これによって、成形後、ガラス製品を鋳型から容易に外すことができる。つまり、この方法は、ガラスがある程度鋳型表面に粘着し、鋳型からガラスを引き離すには「剥離」しなければならない従来の金属鋳型と共に使用するのには適していない。一般に、ガラス工業では、この非粘着性は離型剤、非粘着被覆または本来非粘着性である材料を使用することにより達成される。本発明の好ましい実施形態では、本来非粘着性を有する材料を使用する。この非粘着性に加えて、鋳型に使用する材料は熱膨脹特性がほとんどゼロであるのが望ましい。これらの特性を有する代表的な材料には、窒化ホウ素およびその複合材料、炭化ケイ素、グラファイトおよび熱分解グラファイトがある。しかし、最も好ましい実施形態では、炭化ケイ素被覆したグラファイトまたは窒化ホウ素を鋳型の受け表面および対向表面に使用する。
【００１６】
鋳型表面を適切な材料で形成した後、最初の工程は、受け成形表面および対向成形表面を所定の異なった温度に加熱することである。ガラス充填物の対向する表面から熱を対称的に除去するために受け成形表面と対向成形表面との間で必要な実際の温度差（℃）は、多くの要因、すなわち（１）最終的なガラス製品の形成に必要なプレスまたは保圧時間、（２）受け成形表面および対向成形表面に使用する材料、（３）最終的なガラス製品の寸法、および（４）ガラス充填物と鋳型の受け表面との過剰の、材料が鋳型内に存在する（ＧＩＭ）時間、つまり過剰接触時間により左右される。下記の実施例は、すべて対称的な熱除去、すなわち近最終形状プレス成形製品を達成しており、代表的な温度差の例を示すと共に、その差が上述の要因の変化と共に変動することを示している。
【００１７】
温度差の大きさは一定ではないが、その差の範囲は成形材料自体の作動範囲より大きくないことが分かっている。つまり、差の上限は鋳型材料の「粘着」温度であり、高い方の温度を有する成形表面は、例え非粘着性でも、成形表面に溶融ガラスが粘着する温度以上に加熱することはできない。第二に、差の下限は、  「小亀裂または光学的欠陥」温度であり、低い方の温度に設定された成形表面は、最終的なガラス製品内に小亀裂や光学的欠陥が広がり始める温度より低く維持することはできない。しかし、鋳型作動範囲は、使用するガラスの初期組成により異なる。
【００１８】
この成形方法を効果的に利用するには、鋳型表面温度を制御するための、必要な設定点の＋／−５℃以内の必要な温度制御精度を有する手段をその機構内に組み込む必要がある。より好ましくは、その制御手段は、少なくとも＋／−２℃の制御精度を有するべきである。より好ましい範囲を仮定して、この温度範囲を維持するのに必要な精度を有するなら、どのような温度制御方法でも本方法の好ましい実施形態に適する。
【００１９】
最も好ましい実施形態では、対向成形表面との実質的なプレス接触の前の受け成形表面とガラス充填物との過剰接触による熱放散を相殺するために、受け成形表面を対向成形表面の温度よりも高い温度に維持する。一般的には、必要な熱的特性を示す材料を使用することにより、受け成形表面をより高い温度に維持するのがより実際的であるが、これは必要ない。対称的な熱除去を達成しさえすればよい。このようにして、ガラス製品が冷却する際の曲がりが防止され、近最終形状プレス成形したガラス製品が製造される。
【００２０】
鋳型表面を適切な温度差に維持した後、次の工程はガラス充填物を成形、つまりプレスして望ましい形状のガラス製品を製造する。先ず、所望の製品を形成するのに十分な量の溶融ガラス充填物を受け成形表面に配送する。ガラス充填物の粘度範囲は１０２  〜５ｘ１０３  ポアズにすべきである。受け成形表面の「過剰接触時間」が起こるのはこの時である。第二に、受け成形表面および対向成形表面を互いに実質的に接触させ（ガラス充填物がその間でプレスされ、実際の接触を防止する）、所望の形状のガラス製品を形成するのに十分な荷重をかけてガラス充填物をプレスする。このガラス充填物を、十分な熱が配送されたガラス充填物から除去され、鋳型表面およびガラス充填物の温度がすべて、ガラス充填物の軟化点未満で、ほとんど平衡になるまでの十分な時間プレスする。鋳型表面温度差と過剰プレス時間を組み合わせることにより、このガラス充填物から熱が対称的に除去される。さらに、この組み合わせの結果、鋳型表面およびガラス充填物の温度がほとんど同時に平衡に達する。プレス作業を完了した後、近最終形状のガラス製品を受け成形表面から取り外す。
【００２１】
上述した本発明に係わるプレス方法は、特に、磁気記憶装置に使用する平な、堅い円盤基材として使用するのに適したガラス製品（続いて熱処理してガラス−セラミックを形成する）の製造に使用することができ、そのため、以下に示す実施例はすべてこの円盤形状のガラス製品に関する。下記の実施例で製造するガラス製品は、組成的には、コーニング  インコーポレイテッド、コーニング、ニューヨークからコーニング  コード９６３４として市販されている、カナサイト  ガラスセラミックに使用するガラス前駆物質を構成する材料からなる。このガラス前駆物質は、酸化物基準の重量％で、約５７．３％のＳｉＯ２  、約２．０％のＡｌ２  Ｏ３  、約２０．２％のＣａＯ、約８．０％のＮａ２  Ｏ、約８．８％のＫ２  Ｏ、約０．２％のＳｂ２  Ｏ３  、および約６．２％のＦから実質的になる。以下の実施例のすべてにおいて起こる受け成形表面との過剰接触時間は約３．５秒間である。
【００２２】
【実施例１】
最初の実施例では、ガラス製品は、一様に厚さが０．６０”、直径が試料１および２では５．３５”、試料３〜６では３．８”である。保圧時間、すなわちプレス時間も一定で、１．５秒間であった。受け成形表面の成形温度（ＴＲ  ）および対向成形表面の成形温度（ＴＯ  ）、材料の種類、および表面間の温度差を示す表１のデータから、鋳型材料自体の変化により、実質的な平面性に必要な温度相殺が変化することが分かる。
【００２３】
0003620656.tif 000002
【００２４】
【実施例２】
熱分解グラファイト被覆したグラファイト製の一般的な鋳型で製造した、それぞれ０．６０”および３．８”の一定厚さおよび直径を有する試料を使用したこの実施例は、必要な温度差に対する保圧またはプレス時間の効果を示す。表ＩＩからは、保圧時間、すなわちプレス時間が増加するにつれて、成形表面間の温度相殺が減少することが分かる。
【００２５】
0003620656.tif 000003
【００２６】
【実施例３】
最後に、高純度窒化ホウ素製の鋳型材料、およびそれぞれ１．５秒間および３．８”の一定の保圧時間および直径による実施例３は、必要な温度相殺に対するガラス製品厚さの影響を示す。表ＩＩＩ  からは、製品厚さの増加と共に、実質的に平なガラス製品を製造するには温度差を増加させる必要があることが分かる。
【００２７】
0003620656.tif 000004
本発明の特定の実施形態を示し、説明したが、各種の変更は本発明の範囲内に入る。したがって、請求項はそのような変更をすべて含むものである。