(57)【要約】  本発明は、成形型内にガラス素材を十分に充填し、所望の形状のガラス成形体を製造できるガラス成形品の製造方法及び成形型を提供する。一対の上型及び下型を有する成形型の前記下型上に載置した板状のガラス素材を加熱する加熱工程と、加熱した前記板状のガラス素材を成形型で加圧してその成形面形状を転写するプレス工程と、プレス工程後、成形面形状が転写されたガラス素材を冷却して固化させる冷却工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状が非円形であり、成形面で形成される間隙が、成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成されており、プレス工程において、板状のガラス素材に生じる圧力分布が、前記成形面の輪郭領域において等しくされているガラス成形体の製造方法。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の上型及び下型を有する成形型の前記下型上に載置した板状のガラス素材を加熱する加熱工程と、加熱した前記板状のガラス素材を前記成形型で加圧してその成形面形状を転写するプレス工程と、プレス工程後、前記成形面形状が転写されたガラス成形体を冷却して固化させる冷却工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、
前記上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状が非円形であり、前記成形面で形成される間隙が、前記成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成されており、前記プレス工程において、前記板状のガラス素材に生じる圧力分布が、前記成形面の輪郭領域において等しくされていることを特徴とするガラス成形体の製造方法。
【請求項２】
前記平面視輪郭形状が楕円又は多角形である請求項１記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項３】
前記成形面の一方が凸面、他方が前記凸面に対応する凹面を有する請求項１又は２記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項４】
前記凹面及び凸面の対応する面におけるそれぞれの曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．８  ≦  Ｒ２／Ｒ１  ＜  １．０  の関係を満たす請求項３記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項５】
前記加熱工程における加熱温度が、前記板状のガラス素材の（屈伏点−５０℃）以上の温度である請求項１乃至４のいずれか１項記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項６】
前記加熱工程における加熱温度が、前記板状のガラス素材の（屈伏点−１０℃）以上の温度である請求項５記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項７】
前記加熱工程における加熱温度が、前記板状のガラス素材の軟化点以上である請求項６記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項８】
前記成形面の平面視輪郭形状が、長軸とそれに直交する短軸とを有し、前記長軸及び短軸の少なくとも一方に対して、前記平面視輪郭形状が線対象である請求項１乃至７のいずれか１項記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項９】
前記圧力分布の変化率が、前記長軸及び短軸の少なくとも一方に対して線対象である請求項８記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１０】
前記冷却工程後に、得られたガラス成形体の一方の成形面を切削又は研磨により除去する加工工程を有する請求項１乃至９のいずれか１項記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラス素材の厚さが、プレス工程で押し切った際の前記凸面及び凹面とで形成される成形面の間隙の最大値Ｇmaxよりも０．１ｍｍ以上厚い請求項１乃至１０のいずれか１項記載のガラス成形体の製造方法。
【請求項１２】
板状のガラス素材をプレス成形によりガラス成形体とする一対の上型及び下型を有する成形型であって、
前記上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状が非円形であり、前記成形面で形成される間隙が、前記成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成され、前記プレス成形における前記板状のガラス素材に生じる圧力分布が、前記成形面の輪郭領域において等しくなるように成形面が形成されていることを特徴とする成形型。
【請求項１３】
前記平面視輪郭形状が楕円又は多角形である請求項１２記載の成形型。
【請求項１４】
前記成形面の一方が凸面、他方が前記凸面に対応する凹面を有する請求項１２又は１３記載の成形型。
【請求項１５】
前記凹面及び凸面の対応する面におけるそれぞれの曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．８  ≦  Ｒ２／Ｒ１  ＜１．０を満たす請求項１４記載の成形型。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス成形によるガラス成形体の製造方法及び成形型に係り、特に、成形型内にガラスを十分に充填し、所望の形状のガラス成形体が得られるガラス成形体の製造方法及びその製造方法に用いる成形型に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、成形型内に収容したガラス素材を、加熱軟化させてプレスし、ガラス製のプレス成形品を製造する方法が種々使用されるようになり、これは、光学素子や情報記録媒体用のガラス基板等の製造に使用されている（例えば、特許文献１〜３参照）。【０００３】
このようなプレス成形工程において、ガラス素材の加熱軟化時とプレス時には、成形型を所定の温度にして、成形素材を加工するのに十分な加熱温度を維持し、成形後は、ガラス素材を冷却して固化させ、最終的には、成形型が酸化されない２００℃以下の温度にまで冷却される。このように、プレス成形によるガラス成形体の製造では、プレス時に成形型の形状を正確にガラス素材に転写して、これを冷却、固化させて成形形状を保持し、形状精度の高いプレス成形品とする。【０００４】
一方、電子製品の進歩は目覚ましく、様々な携帯型の電子製品が開発され、その形状は小型化、薄型化しており、このようなコンパクトな電子製品の筐体として、樹脂製、金属製等の素材を使用した筐体が知られている。このような電子製品の筐体をガラス製の筐体にできると、意匠性に優れた外観や高い質感を備える、という利点がある。ガラス製の筐体は、一部では切削、研磨等の手法により製造され、プレス成形による製造も検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６７４２３号公報
【特許文献２】国際公開第２００７／０８６５５８号
【特許文献３】国際公開第２０１０／０６５３７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ガラス筐体を含めガラス成形体のプレス成形による製造は、基本的に光学素子等と同様の操作で可能である。【０００７】
ところが、光学素子のように平面視輪郭形状が円形の中心から全方向に同一距離の形状や表裏の表面形状がほぼ平行な平板状の成形体の場合にはあまり問題にはならないが、平面視輪郭形状が方向により異なる非円形形状や、成形体の表面が曲面その他の複雑な形状を持つ成形体の場合には、その形状に見合ったガラス素材の充填が不十分になったり、空気などのガスがトラップされて気泡が残ってしまったり、成形品の形状不良が生じて歩留まりが低下する問題があった。【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題点に着目してなされたもので、ガラス成形品の製造にあたって、その平面視輪郭形状が非円形のものや成形面の表面形状が平板ではないものであっても、成形型内にガラス素材を十分に充填し、所望の形状のガラス成形体を製造できるガラス成形品の製造方法及びその製造方法に用いる成形型の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意検討した結果、本発明のガラス成形品の製造方法及び成形型により、上記問題を解決できることを見出し、本発明を完成した。【００１０】
すなわち、本発明のガラス成形体の製造方法は、一対の上型及び下型を有する成形型の前記下型上に載置した板状のガラス素材を加熱する加熱工程と、加熱した前記板状のガラス素材を前記成形型で加圧してその成形面形状を転写するプレス工程と、プレス工程後、前記成形面形状が転写されたガラス成形体を冷却して固化させる冷却工程と、を有するガラス成形体の製造方法であって、前記上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状が非円形であり、前記成形面で形成される間隙が、前記成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成されており、前記プレス工程において、前記板状のガラス素材に生じる圧力分布が、前記成形面の輪郭領域において等しくされていることを特徴とする。【００１１】
また、本発明の成形型は、板状のガラス素材をプレス成形によりガラス成形体とする一対の上型及び下型を有する成形型であって、前記上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状が非円形であり、前記成形面で形成される間隙が、前記成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成され、前記プレス成形における前記板状のガラス素材に生じる圧力分布が、前記成形面の輪郭領域において等しくなるように成形面が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のガラス成形体の製造方法及び成形型によれば、成形型の成形面内部にガラス素材を十分に充填でき、充填が不十分になったり、空気溜まりを生じさせたりする等の形状不良の発生を効率的に抑制できる。したがって、ガラス成形体の製造歩留まりの向上に寄与し、製品の生産性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施形態であるガラス成形体の製造方法により得られるガラス成形体の平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａのガラス成形体の正面図である。
【図１Ｃ】図１Ａのガラス成形体の側面図である。
【図２】図１Ａで示したガラス成形体のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１Ａ〜１Ｃに示したガラス成形体を製造する成形型の概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態であるガラス成形体の製造方法において、下型上に板状のガラス素材を載置した図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態であるガラス成形体の製造方法における加熱工程を説明する図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態であるガラス成形体の製造方法におけるプレス工程を説明する図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態であるガラス成形体の製造方法における冷却工程を説明する図である。
【図５】プレス工程におけるガラス素材の圧力分布の変化を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態であるガラス成形体の製造方法における加工工程を説明する図である。
【図７】図３で示した上型を成形面側から見た斜視図である。
【図８】比較例１で用いる上型を成形面側から見た斜視図である。
【図９】比較例１で用いた成形型の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
本発明のガラス成形体の製造方法は、上記した通り、一対の上型及び下型を有する成形型の下型上に載置した板状のガラス素材を加熱する加熱工程と、加熱した前記板状のガラス素材を成形型で加圧してその成形面形状を転写するプレス工程と、プレス工程後、成形面形状が転写されたガラス成形体を冷却して固化させる冷却工程と、を有するガラス成形体の製造方法であり、このとき用いる成形型の形状に特徴を有する。
【００１６】
この成形型としては、上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状が非円形であり、それら成形面で形成される成形面の間隙が、成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成されている。
【００１７】
ここで、上型及び下型の各成形面の平面視輪郭形状は、水平面における輪郭形状をいい、より具体的には、下型は平面図における成形面の輪郭形状、上型は底面図における成形面の輪郭形状である。この成形面の輪郭形状は、平面視形状が非円形であれば（偏りが少しでもあれば）、本発明のガラスの充填性を良好なものへと改良する余地があり、その余地のない円形状は除き、それ以外の形状であればどのようなものでもよい。
【００１８】
この平面視輪郭形状としては、具体的には、楕円、多角形等の形状が挙げられる。ここで、多角形としては、三角形、四角形、五角形、六角形、及びそれ以上の多角形形状が挙げられ、全ての辺の長さ及び頂点の角度が等しい正多角形でもよいし、それらが異なる多角形でもよい。例えば、四角形を例に挙げれば、正方形、長方形、平行四辺形、台形等の形状でもよいし、辺の長さや頂点の角度が個々に異なるような四角形でもよい。
【００１９】
また、ここでいう多角形とは、略多角形となる形状も含み、ここで略多角形とは、基本的な形状は多角形であるが、例えば、その多角形の頂点が曲率をもって形成されている形状や頂点部分が面取りで切り欠かれた形状等も含む。
【００２０】
楕円としては、その偏平率は０．５以上が好ましく、多角形の場合も正多角形ではなく、偏りが大きくなる形状が好ましい。しかし、偏りが高まるほど成形時のガラスの充填性が低下すると考えられるため、線対称となる軸を少なくとも１つ有する形状が好ましく、線対称となる軸が多い形状がより好ましい。
【００２１】
そして、上型及び下型の各成形面で形成される成形面の間隙は、成形面の内側から外側に向かうにつれて広くなるように形成されている。このように成形型を形成しておくと、成形素材である板状のガラス素材が上型と下型とで押圧された際に、成形面において、まず内側の圧力が高くなっていき、順番にその圧力が外側へと移動しながら成形型内がガラス素材で充填されていくため、板状のガラス素材は内側から逆流せずに成形面外周部まで内側から外側へと押し出されていく。
【００２２】
このように充填すると、途中で圧力が十分にかからない部分が生じたり、先に外側の圧力が高くなり、気体の逃げ場がなくなってトラップされたりする不具合が生じにくくなり、充填不十分な部分や気泡が残ってしまう等の形状不良が発生するのを効果的に抑制できる。
【００２３】
ここで、成形面の間隙は、プレス工程において、押し切った際の上型と下型との間に形成される間隙をいう。このとき間隙の距離は、一方の成形面（製品面側）の所望の点において、プレス方向と平行に延長した直線と他方の成形面とが交差するまでの距離で表される（例えば、図３のＧ１、Ｇ２）。すなわち、鉛直上における上型と下型の成形面間の距離である。このとき、この間隙の距離は、平面視したときの内側から外側に向かうにつれて大きくなるが、その関係は、上型及び下型の輪郭形状のうち小さい成形面まで満たしていればよい。このような構成としておけば、少なくとも成形面の輪郭形状の小さい部分までは十分にガラス素材を充填でき、形状不良が発生しない。
【００２４】
なお、ここで上型及び下型で押圧されたときに最初に充填されて高い圧力となる箇所は、成形品の凸面側を形成する成形型（凹状の成形面を有する成形型）において一番深い部分が好ましく、そうすると、ここが上型及び下型で形成される間隙の距離が最も短い部分となる。この間隙の距離が最も短い部分は、点でも線でもどちらでもよい。そこから外周側に向かって、間隙の距離が徐々に広くなるように、上型及び下型は形成されている。さらに、プレス工程では、成形面の輪郭領域において、板状のガラス素材に生じる圧力分布が等しくなるように加圧される。すなわち、ある輪郭領域においてほぼ等しい圧力を加えられるように形成され、圧力分布と輪郭領域の形状がほぼ一致するように形成されている。この輪郭領域は、平面視したとき成形面の内側に、基本的には平面視輪郭形状と相似形状又はオフセット形状となる部分にある幅をもって形成される領域である。この輪郭領域においてガラス素材へかかる圧力を相似状とするには、成形面の間隙の広がり度合いを、内側から外側に向かって成形面の輪郭形状に合わせて調整して達成できる。
【００２５】
以下、図１Ａ〜図１Ｃに示した形状のガラス成形体を製造する場合を例に、さらに具体的に説明する。
【００２６】
図１Ａは、本発明のガラス成形体の製造方法で製造されるガラス成形体１の平面図、図１Ｂはガラス成形体１の正面図、図１Ｃはガラス成形体１の右側面図を示している。このガラス成形体１は、平面視輪郭形状が長方形をベースにして、頂点に曲率を設けて形成した略長方形の転写面１ａを有し、この輪郭形状は、その長軸と短軸においてそれぞれ対称である。また、この転写面１ａは、中央部分が小さな曲率を有し、外周部近傍においてその曲率が大きくなった、曲線で形成される断面形状を有する転写面である。すなわち、この転写面１ａは、その長方形の中央部分が成形型の成形面の最も深い部分が転写された曲面形状に形成されている。
【００２７】
このようなガラス成形体を製造するには、その転写面形状を転写により形成できる成形面を有する成形型を用いる。すなわち、ガラス成形体１の転写面１ａと、その転写面１ａを形成する成形型の成形面とは、凹凸が逆となるが、上記説明した曲率や対称性等は同様の特性を有している。
【００２８】
そして、この図１Ａ〜図１Ｃで示したガラス成形体１のＡ−Ａ断面図を図２に示したが、ここで示したように、このガラス成形体１の底面側は、凹面として形成されている。この凹面は、上記でも説明したように、上型及び下型の間隙が外側に向かうにつれて広くなる成形型により得られるため、このガラス成形体１の肉厚も中央部分が一番薄く、外側に向かうにつれ厚く形成されている。
【００２９】
ここで、図３には、ガラス成形体１を製造するための成形型の概略断面図を示した。この成形型は、対になる上型１１と下型１２とから構成される。ここで、ガラス成形体１を製造するにあたっては、その成形操作のためガラス成形体１の凸側の面（製品面）が下側を向いて製造される例を示した。なお、成形型の成形面の中央部分と外周部分の拡大図もそれぞれ示した。
【００３０】
ここで、製品面は、その用途に合わせて定まる形状であり、これは既定の形状となるため、下型１２の成形面１２ａはそれに従って定まる。一方、ガラスの充填性を良好にし、その形状を歩留まり良く形成するために、本発明においては、上型１１の成形面１１ａの形状を、その成形面で形成される間隙が内側から外側にいくにつれて広くなる所定の形状とする点に特徴を有する。
【００３１】
図３に示した成形型は、製品面が曲率を有する曲面で形成されており、具体的には、図３の成形面の中央部分の拡大図に示したように、これらの間隙は、下型の成形面１２ａと上型の成形面１１ａとで形成される。そのため、この間隙の距離を外側にいくにつれて広くするには、下型の成形面１２ａの曲率半径Ｒ１よりも上型の成形面１１ａの曲率半径Ｒ２を小さくすればよい。
【００３２】
この特徴は、成形面全体について及ぼすことが好ましく、その場合、成形面の途中で曲率半径が変わる場合でも、この関係を継続して保持できるように他方の型の成形面を形成する。具体的には、図３の成形面の外周部分の拡大図に示したように、下型の成形面１２ａの曲率半径Ｒ３よりも上型の成形面１１ａの曲率半径Ｒ４を小さくすればよい。すなわち、このガラス成形体１は、中央部分と外周部分とで曲率半径が変わるが、その変化に応じて対応する曲率半径を、間隙が常に広がっていく形状に決定すればよい。なお、上記した成形面全体とは、上型及び下型のうち平面視輪郭形状が小さい成形面全体を指す。上記間隙の関係は、輪郭形状の大きい成形面の全体とするのが好ましいが、それは上型及び下型の各成形面の大きさの相違が大きいと、輪郭形状の大きい成形面全体で所定の間隙の関係を継続するのが困難なためである。したがって、上記の関係は、少なくとも輪郭形状の小さい成形面全体で満たしていればよく、輪郭形状の大きい成形面全体で満たしていると好ましい。
【００３３】
このとき、下型の成形面１２ａの曲率半径Ｒ１と上型の成形面１１ａの曲率半径Ｒ２との比（Ｒ２／Ｒ１）が、０．８  ≦  Ｒ２／Ｒ１  ＜  １．０  の関係を満たす形状が好ましい。
【００３４】
また、成形面形状は、その多くが、曲率が一定ではない自由曲面として形成され、曲率半径が変化しても上記関係を満たす形状が好ましい。そのため、外周付近においても同様に、下型の成形面１２ａの曲率半径Ｒ３と上型の成形面１１ａの曲率半径Ｒ４との比（Ｒ４／Ｒ３）が、０．８  ≦  Ｒ４／Ｒ３  ＜  １．０  の関係を満たす形状とするのが好ましい。しかし、成形面において曲率半径が急激に変化するような場合や、曲率半径が２ｍｍ以下のように小さくなった場合には、この関係から外れてもよく、その場合には、ガラス素材の流動が円滑になるように設計する。
【００３５】
すなわち、このような曲率半径の比を満たすように上型１１及び下型１２の各成形面を形成しておくと、板状のガラス素材にかかる圧力は中央部分から徐々に外側へ向かって高くなっていき、この圧力が外側から内側に向かって高くなる逆転現象が生じない。そのため、成形面の内側から外側へ向かう、常に安定したガラスの流動が生じ、ガラスの充填性を良好とし、形状不良の発生を抑制できる。
【００３６】
また、このとき板状のガラス素材にかかる圧力分布を、成形面の平面視輪郭形状と相似状にすることで、圧力の偏りを抑え、成形品の形状を安定して成形できる。図１Ａ〜１Ｃに記載したような成形面の輪郭形状において、長軸及び短軸がそれぞれ対称となる形状であれば、中央部分を起点に各方向について同程度の変化率で、間隙の距離を変化させればよい。
【００３７】
また、形状によっては、成形型の成形面の最も深い部分が中央ではなくずれている場合も考えられるが、その場合には、その最も深い部分から成形面の輪郭までの距離に応じて、各方向において、変化率が同一のものとして輪郭部分まで到達するように形状を調節すればよい。このようにすると、圧力分布は平面視輪郭形状と相似状の形状とできる。なお、本明細書における相似状とは、相似形状からのずれを許容する。これは、圧力分布形状を完全に相似形状にするのが困難であり、本発明の効果を奏するためには、内側から外側へ徐々に圧力が高められればよいためである。なお、相似形状からのずれは、例えば、平面視輪郭形状の角を丸めるなど形状の単純化を許容する。
【００３８】
次に、図４Ａ〜図４Ｄを参照しながら、本発明のガラス成形体の製造方法について説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、図３に示した成形型を用いてガラス成形体１を製造する方法を示している。
【００３９】
まず、本発明のガラス成形体の製造方法における加熱工程について説明する。加熱工程にあたっては、下型１２の成形面上に板状のガラス素材５０を載置し準備する（図４Ａ）。
【００４０】
なお、ここで使用するガラス素材５０は、プレス成形に適用可能なガラス素材であれば公知の素材が使用でき、特に限定されない。また、本発明において用いるガラス素材５０は平板状であり、プレス成形によりガラス成形体が形成できる大きさを有すればよい。特に、このガラス素材５０の厚さは、上型１１及び下型１２の成形面で形成される間隙の最大値Ｇmaxよりも厚い必要があり、最大値Ｇmaxより０．１ｍｍ以上厚いものが好ましい。なお、上記間隙の最大値Ｇmaxは、上型及び下型の成形面の平面視輪郭形状が小さい方の成形面の最外周部分（輪郭部分）における間隙である。また、平面的には、ガラス素材５０が上型及び下型の成形面の平面視輪郭形状の大きい方の成形面全てを覆うだけの大きさを有するものが好ましい。
【００４１】
次に、下型１２に載置された板状のガラス素材５０を変形可能な状態とするため、所定の温度まで加熱し、上型１１をガラス素材５０の上方に配置する（図４Ｂ）。
【００４２】
この加熱は、下型１２との接触により下型１２を加熱し、その伝熱により板状のガラス素材５０を間接的に加熱できるように内部にカートリッジヒータ等が埋め込まれた加熱プレートで行う。さらに、板状のガラス素材５０の上方から直接加熱して軟化させるヒータを有してもよく、このようなヒータとしてはカートリッジヒータ、セラミックスヒータ、ＳｉＣヒータ、カーボンヒーター等の輻射加熱可能な発熱体が挙げられる。これらヒータを、例えば、ステンレス、アンビロイ等の金属板や石英などのガラス管の内部に埋め込んで構成してもよい。
【００４３】
この加熱工程における温度は、ガラス素材５０を（屈伏点−５０℃）の温度から融点の温度範囲に加熱できるように設定する。このような温度にまで加熱すると、ガラス素材５０は、加熱工程からプレス工程において、プレスするのに十分な軟化状態とでき、所望の形状のガラス成形体が得られる。このとき、昇温速度は５〜２００℃／分程度が好ましい。なお、加熱温度は（屈伏点−１０℃）以上が好ましい。
【００４４】
なお、図４Ｂは、ガラス素材５０を軟化点以上に加熱した場合を示しており、この場合には、ガラス素材５０が自重により変形し、その中央部分は撓んで下型１２の成形面１２ａと接触する。なお、加熱温度によっては、ガラス素材５０の形状が維持され、成形面１２ａと接触しない場合もある。
【００４５】
次に、本発明のガラス成形体の製造方法におけるプレス工程について説明する。まず、上記加熱工程で加熱された板状のガラス素材５０の上方に上型１１を配置する。所定の位置関係となったところで上型１１と下型１２とを接近させて、下型１２上に載置された板状のガラス素材５０を押圧して変形させ、上型１１及び下型１２の有する成形面形状を板状のガラス素材５０に転写する（図４Ｃ）。このプレス工程は、プレス温度に維持しながら行われるため、上型１１及び下型１２をそれぞれ、内部にカートリッジヒータが埋め込まれた上下一対のプレスプレートと接触させながら、プレス動作を同時に進行させればよい。
【００４６】
なお、このプレス工程において、上下のプレスプレートがシャフトと接続され、このシャフトはシリンダーによってプレスプレートの上下動を可能としておき、このプレスプレートの上下プレート両方又は上側及び下側のいずれか一方のプレートを上下動させることにより、上型１１及び下型１２間の距離を狭めることで成形型によって板状のガラス素材５０をプレスできる。このときプレスは所定の圧力で行われ、板状のガラス素材に高精度にガラス成形体形状を付与できる。このときプレス方向は鉛直方向である。
【００４７】
また、このプレス工程におけるプレスは、ガラス素材５０の粘度ηがｌｏｇη＝４からｌｏｇη＝７となる温度にして行うもので、軟化点程度の温度が望ましい。また、プレス時の板状のガラス素材にかかる圧力は０．０１ｋＮ／ｍｍ２〜２ｋＮ／ｍｍ２が好ましく、ガラス素材の厚さ、成形形状、変形量などを考慮して適宜決定する。
【００４８】
そして、このプレス成形において、ガラス素材５０は、上記説明したように内側から外側に向かって圧力が徐々に高くなっていくため、成形面の内側部分から順番にガラスが充填され外側に押し出されていき、充填性を良好にできる。
【００４９】
図５には、上記説明したプレス成形時のガラス素材５０のプレス工程における圧力分布の変化を示した。
【００５０】
図５（ａ）は、プレス工程の開始の段階で、まだ上型１１の成形面１１ａが接触しておらず圧力がかかっていない状態を示している。次に、図５（ｂ）は、上型１１の成形面１１ａがガラス素材５０と接触するが、ここでは、製品形状のため、最初に接触する部分は成形面の輪郭よりやや内側部分である。さらにプレス動作を進めていくと、図５（ｃ）に示したように、ガラス素材５０の全面に圧力が加わるが、上型１１と下型１２で挟まれて圧力が大きくかかる部分は、上型１１及び下型１２の成形面で形成される間隙の一番小さい部分である中央部分である。
【００５１】
さらに、プレス動作を進めると、図５（ｄ）及び５（ｅ）に示したように中央部分から徐々に圧力の高い部分が外周側に広がっていき、最終的には、上型１１及び下型１２を所定の位置まで接近させて押し切ると、成形面全体が上型１１及び下型１２で十分に押圧され（成形面の間隙にガラス素材が充填され）、所望のガラス成形体の形状が転写できる。図５（ａ）〜（ｅ）の説明で示したように、圧力分布は平面視輪郭形状の相似状となり、例えば、この圧力差によって形成される各圧力領域が上記で説明した輪郭領域とほぼ一致する。
【００５２】
そして、このプレス工程で形状の転写が終了したら、成形したガラス素材５０が上型１１から離型するように、上型１１及び下型１２の温度を低下させる。ガラス素材５０を上型１１から離型させるには、使用したガラス素材５０を、その屈伏点未満の温度にまで下げ、上型１１の温度も同程度にまで低下させ、主に、上型１１とガラス素材５０の収縮率の差を利用して離型させる。また、強制的に離型させる機構を設けてもよい。
【００５３】
本発明の冷却工程は、ガラス成形体形状が付与されたガラス素材５０を冷却、固化するため、その内部にカートリッジヒータが埋め込まれた冷却プレートとプレス処理を経た下型１２等とを接触させて下型１２を冷却し、さらに下型１２上に載置されているガラス素材５０も間接的に冷却すればよい。冷却プレート上の下型１２に載置されたガラス成形体の上部は開放状態となり冷却速度が速くなりすぎるケースがあるため、ガラス素材５０の上部に加熱工程で説明したヒータのような加熱源を設けてガラス単体の冷却速度をコントロールしてもよい。
【００５４】
この板状のガラス素材５０の固化は、その素材のガラス転移点以下、より好ましくは歪点以下に冷却すればよく、十分に冷却されると板状のガラス素材のガラス筐体形状は安定し、変形が抑制される。ここで冷却とは、ガラス筐体形状を安定して付与できるように板状のガラス素材５０を固化させる温度をいい、その温度は、プレス工程の温度よりも５０〜１５０℃程度低いだけで、依然として高温であるため、この冷却工程にもその内部にヒータが埋め込まれている。この冷却における降温速度は５〜１５０℃／分程度が好ましい。
【００５５】
このガラス成形体の製造方法は、１ポジションで加熱、プレス、冷却の各処理を行う方法でもよいし、各工程について１以上のポジションを用意し、各ポジションで温度の上げ下げを行いながら所定の処理を行うという、成形型を搬送させながらプレス成形する方法でもよい。
【００５６】
なお、上記した加熱工程及び冷却工程は、それぞれ段階的に温度を変化させることが好ましい。加熱工程においては、段階的に板状のガラス素材の温度を上昇させて、プレス工程の直前で、成形温度にまで加熱する。また、冷却工程においても、段階的に板状のガラス素材の温度を下降させて、２００℃以下の温度とする。このように、加熱及び冷却を段階的にすると、板状のガラス素材の急激な温度変化を抑制し、ワレの発生を抑制したり歪が生じたりする等のガラス成形体の特性を悪化させないようにできる。
【００５７】
このガラス成形体の製造を、例えば、加熱工程を３段階、冷却工程を３段階に分けて、段階的に加熱及び冷却する場合には、第１の加熱工程では、板状のガラス素材をガラス転移点以下、好ましくはガラス転移点よりも５０〜２００℃程度低い温度に一旦加熱する予備加熱を行い、第２の加熱工程ではガラス転移点と屈伏点の間の温度にまで、第３の加熱工程ではガラスの屈伏点以上、好ましくは軟化点または軟化点よりも５〜１５０℃程度高い温度にまで加熱する。
【００５８】
また、プレス工程では成形温度を維持しながら、成形型による成形操作を行ってガラス成形体形状を付与し、第１の冷却工程ではガラス素材のガラス転移点以下、好ましくは歪点以下まで冷却し、第２の冷却工程では、さらに２００℃以下の成形型が酸化されない温度にまで冷却し、第３の冷却工程では、室温にまで冷却する。
【００５９】
ここで、第３の冷却工程は、下型１２と接触させるプレートを、他の工程におけるヒータの代わりに冷却水が循環するように配管を設けた水冷プレートとすると、効率的に冷却できる。
【００６０】
以上説明したように、ガラス素材５０は、加熱、プレス、冷却の各プロセスからなる一連の動作を経て、所望のガラス成形体形状に成形される。これにより、プレスの際に、上型１１及び下型１２で形成される間隙にガラス素材を十分に充填させて、所望の形状のガラス成形体が歩留まり良好に得られる。
【００６１】
さらに、その後、得られたガラス成形体を、所望の製品形状とするために、切断、切削、研磨等のトリミング処理する加工工程を行い最終的な製品とすればよい。例えば、図６に示したように、ガラス成形体１の斜線で示した底面側の加工領域１ｃをトリミング加工して除去し、製品１ｂの形状が得られる。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。【００６３】
（実施例１）
図３に示した成形型を用い、以下の通りプレス成形を行った。なお、ここで、上型としては、図７に示した成形面形状を有する上型１１を使用した。この成形型は、製品の成形面である略長方形の形状が、長軸５７ｍｍ、短軸２８ｍｍであり、成形面の曲率半径Ｒ１が１１８０ｍｍ、Ｒ２が１０８０ｍｍ、Ｒ３が４ｍｍ、Ｒ４が２ｍｍである。また、間隙の最大値Ｇmaxは３ｍｍである。ここでＧmaxは、上型１１の成形面の最外周における下型１２との間隙である。また、間隙の最小値である中央部分は２ｍｍである。【００６４】
まず、下型１２の上にソーダライムガラスからなる長辺１７０ｍｍ、短辺９０ｍｍ、厚さ４ｍｍのガラス素材５０を載置し、ガラス素材を、その粘性がｌｏｇη＝５となる温度にまで加熱して軟化させ、上型１１を下降させて、プレス荷重２０ｋＮ（圧力１．３Ｎ／ｍｍ２）でプレスして、成形面形状をガラス素材５０に転写させた。転写終了後、荷重を２ｋＮ（圧力０．１３Ｎ／ｍｍ２）とし、圧力をかけたままガラス素材５０の歪点以下となるまで降温速度１００℃／分で冷却し、その後、室温まで急冷してガラス成形体を得た。このガラス成形体の上型１１の成形面が転写された側を１ｍｍ研磨して平面とし製品としてのガラス成形品を得た。【００６５】
（比較例１）
成形型の上型として、図８に示した成形面形状を有する上型６１を使用した以外は、実施例１と同一の動作、条件によりガラス成形体を製造した。得られたガラス成形体は、下型１２の略長方形である成形面の４隅に空気溜まりによる形状不良が生じた不良品であった。【００６６】
この比較例１で使用した上型６１を含む成形型の概略断面図を図９に示した。図９からわかるように、単に上型の成形面形状を単一の凸面で形成しており、成形面の内側では十分に成形できるものの、下型１２の成形面外周部分の立ち上がりに対して、対応する上型６１の成形面形状は、その曲率半径の中心が互いに一致しておらず、上型６１と下型２１の各成形面で形成される間隙が狭くなっている。このように間隙が内側から外側に向かって狭くなっていたため、ガラス素材５０の外側が先に成形型によって空気等のガスの逃げ道がなくなり、成形面の４隅に空気溜まりによる形状不良が残ってしまったと考えられる。【００６７】
以上のように、本発明のガラス成形体の製造方法及び成形型によれば、ガラス素材は、成形型内を内側から順に外側へと広がっていくため、空気溜まり等が生じることなく成形型内へのガラス素材の充填を十分かつ確実にでき、形状不良等の発生を有効に抑制するため、製品歩留まりを向上できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明のガラス成形体の製造方法及び成形型は、プレス成形によりガラス成形体を製造する際に広く使用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１…ガラス成形体、１１…上型、１２…下型、５０…ガラス素材。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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