(57)【要約】雄型の外面に適合するように雄型の中に配置された加熱要素及び電熱線等を含む、ガラス・シートをプレス成型するための改良式雄型。これらの電熱線によって、雄型のプレス面上により均一な温度分布、即ち、より均一に加熱されたガラス・シートが提供される。更に、そのようにコンフォーマルな加熱要素を備えた、ガラス・シートをプレス成型するための雄型の製造方法が提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス・シートをプレス曲げするための装置であって、
それらの間のガラス・シートをプレスするように配置された雄型及び雌型を有し、
前記雄型は、前記雌型に面するプレス面を備えており、
前記プレス面は、前記ガラス・シートを特定形状にプレス曲げするための外形形状を備えており、
前記雄型は、前記雄型を通して配置された複数の加熱要素を含んでおり、
前記加熱要素の各々は、前記雄型の前記プレス面から概ね一定の距離が保持されるように、前記プレス面の前記外形形状に概ね従って配置されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記加熱要素の各々は、コンフォーマルな電熱線であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コンフォーマルな電熱線は、ニクロム線で作られていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記雄型は、セラミックで構成されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記雄型の前記外形形状は、前記ガラス・シートを車両のウィンド・シールド、バックライト、若しくはサイドライトのうちの1つの形状にプレスするように設計されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記加熱要素の各々は、互いに概ね平行になっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
ガラス・シートをプレス曲げするための装置であって、
プレス面を備えた雄型を有し、
前記プレス面は、前記ガラス・シートを特定形状にプレス曲げするための外形形状を備えており、
前記雄型は、前記雄型を通して配置された複数の加熱要素を含んでおり、
前記加熱要素の各々は、前記雄型の前記プレス面から概ね一定の距離が保持されるように、前記プレス面の前記外形形状に概ね従って配置されることを特徴とする装置。
【請求項８】
前記加熱要素の各々は、コンフォーマルな電熱線であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記コンフォーマルな電熱線は、ニクロム線で作られていることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記雄型は、セラミックで構成されることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
前記雄型の前記外形形状は、前記ガラス・シートを車両のウィンド・シールド、バックライト、若しくはサイドライトのうちの1つの形状にプレスするように設計されていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記加熱要素の各々は、互いに概ね平行になっていることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１３】
ガラスをプレス曲げするための雄型の製造方法であって、
雄型をキャスティングするためのフレームを提供するステップと、
前記雄型の中に通路を形成するように、前記フレーム内に取外し可能なエラストマー管を浮遊させるステップと、
前記のキャスト用雄型の面に適合するように、前記取外し可能なエラストマー管を前記フレーム内に配置するステップと、
前記雄型をキャスティングするステップと、
前記雄型内に通路が残るように、前記雄型が概ね硬化した後に前記雄型から取外し可能な前記エラストマー管を取外すステップと、
前記雄型の中の前記通路を通して加熱要素をねじ込むステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記取外し可能なエラストマー管は、O−リング・ストック材料で作られていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記雄型は、セラミック材料からキャスティングされることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記加熱要素は、ニッケル・クロム線で作られていることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
ガラス・シートをプレス曲げするための方法であって、
それらの間のガラス・シートをプレスするように雄型及び雌型を配置するステップであって、前記雄型は前記雌型に面するプレス面を備えており、前記プレス面は前記ガラス・シートを特定形状にプレス曲げするための外形形状を備えており、前記雄型は前記雄型を通して配置された複数の加熱要素を含んでおり、更に、前記加熱要素の各々は、前記雄型の前記プレス面から概ね一定の距離が保持されるように、前記プレス面の前記外形形状に概ね従って配置される、配置するステップと、
前記雌型及び前記雄型の間のガラス・シートをプレスするステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記加熱要素の各々は、コンフォーマルな電熱線であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記コンフォーマルな電熱線は、ニッケル・クロム線で作られていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記雄型は、セラミックで構成されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記雄型の前記外形形状は、前記ガラス・シートを車両のウィンド・シールドの形状にプレスするように設計されていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記加熱要素の各々は、互いに概ね平行になっていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
ガラス・シートをプレス曲げするための方法であって、
プレス面を備えた雄型を提供するステップであって、前記プレス面は前記ガラス・シートを特定形状にプレス曲げするための外形形状を備えており、前記雄型は前記雄型を通して配置された複数の加熱要素を含んでおり、前記加熱要素の各々は、前記雄型の前記プレス面から概ね一定の距離が保持されるように、前記プレス面の前記外形形状に概ね従って配置される、提供するステップと、
前記雄型及び前記雌型の間のガラス・シートをプレスするステップとを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に湾曲したガラス・シートの製造に関するものであり、特に、非常に薄いガラス・シートをプレス曲げするための改良式装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
湾曲したガラス・シートが、自動車等の車両のグレージング・クロージャ若しくは窓等に一般的に用いられる。そのような適用の場合、車両の全体のスタイル及び窓の開口部の構造及び大きさによって決定される、正確に規定された湾曲部にシートが曲げられることが必要である。更に、曲げられたシートが厳密な光学的な要求を満たすこと、及びクロージャ若しくは窓の可視領域を通して明瞭に見ることを妨げてしまいがちなクロージャ若しくは窓の可視領域の面の欠陥及び光学的な歪みをなくすことが必要である。従って、ガラス・シートを正確な湾曲形状にする曲げ装置を得ることだけでなく、その面に重大な光学的欠陥を生じさせることなくそれが行われる必要があることを理解されたい。
【０００３】
そのような湾曲シートを製造するための商業的な一方法は一般的に、予め整えられた平坦なガラス・シートを軟化温度に加熱するステップ、加熱されたそのシートを相補的な形状面を備えた雄型及び雌型の間で所望の湾曲形状にプレス曲げするステップと、最後に、意図する用途により決定するガラス・シートのアニール若しくは焼戻しのいずれかを行うようにその湾曲シートを制御された方法で冷却するステップを含む。そのような曲げ技法は「プレス曲げ」と呼ばれ、鉛直方向、水平方向、若しくは斜め方向に配置されたガラス・シートを用いて適切に実行され得る。
【０００４】
大量生産工程では、ガラス・シートが加熱領域、曲げ領域、及び冷却若しくは焼戻し領域への固定経路に沿って概ね連続的に進められながら、上記作業が連続的に実行される。ガラス・シート内における十分な焼戻しを達成するために、ガラスの温度が所定の最小レベルを上回っている必要があり、それにより、焼戻しの媒体に曝される際にコア部分若しくは中央部分が変形温度より上に保持される。例えば、0.200インチ乃至0.255インチ（5.08mm乃至6.48mm）の範囲等にある従来の厚さのガラス・シート内に残る余熱は、即座に焼戻し領域に進められ且つ焼戻しの媒体に曝されるように、曲げの後にそのような所定の最小レベルを概ね上回っている。即ち、適切な曲げ温度にするべく最初にシートに付与された熱が、最終的な熱処理焼戻し工程においても利用され得る。
【０００５】
過去には、自動車産業における大部分の積層ウィンドシールドは、一組の重ねられたシートが適切なスケルトン式の型（skeletal-type mold）の上で重力によって同時に曲げられる、公知の重力式若しくは垂下式曲げ技法（sag bending technique）で成型された。この技法は、非常に成功し易いが、プレス曲げ処理よりも非常に緩徐であり、且つ経費がかかってしまう。更に、プレス曲げの最近の進歩によって、重力式曲げ技法で製造されるものよりも非常に高性能の製品が得られるようになった。従って、向上された製品の提供及び経費の抑制のために、適用可能な場合にはプレス曲げ処理を用いてウィンドシールド用ガラスの曲げが行われる傾向が強まりつつあった。
【０００６】
対向する曲げ構成部材の間にシートが形成された後の通常のプレス曲げ工程では、曲げステーションの中から冷却ステーションの中へ移動するために、曲げシートが即座にロール・コンベヤー若しくはキャリヤ・リングのいずれかの上に即座に配置される。下部のプレス構成部材は、概ねリング状の構造をしており、第1方法では、曲げの後にシートを支持し、プレス構成部材がロールの下に下げられる際にロール・コンベヤーの上に装着される。後の方法ではシートが、上側の真空型（vacuum mold）によって支持され、曲げの後に即座にキャリヤ・リングの上に装着される。いずれの場合においても、初期の冷却ステージの間、熱いガラス・シートの周縁部が、シートの端部における冷却を中央部分に比べて加速させる概ね連続しているリングである冷却器と接触される。この差別的な冷却によって、室温に到達した後にシートに確立される破壊応力パターンに対して影響が及ぼされてしまう。ウィンドシールド用の薄いガラスを・シートをプレス曲げする場合には、これによってシートの周縁端部の内部に永久的な高応力領域を生じる可能性があり、それにより、後で自動車を用いる際のチッピング、磨耗、及び石の衝突等からの破損の可能性が増大してしまう。
【０００７】
ガラスの均一な仕上げを得るために、多くの場合において、型の温度がガラスと接触するその成型面に渡って概ね均一になっているのが好ましい。中実若しくは連続式のプレス雄型に対する従来の加熱要素は、通常、成型面の下で型を通って突出する螺旋状若しくはコイル状の加熱要素を有している。
【０００８】
Flaugher他への特許（文献１）では、プレス処理のための一方法及び一装置が図示されている。この特許（言及を以ってその全文を本明細書の一部とする）では、ガラス製品をプレス曲げするための処理及び方法が図示されている。Flaugher他は、ガラスのプレス曲げに加熱された雄型を用いている。
【０００９】
Jacques他への特許（文献２）では、ガラスをプレス曲げするための成型方法及び装置が図示されている。Jacques他は、型本体を通り抜けるチャネルを通って走る渦巻型加熱要素を備えた雄型を用いている。
【００１０】
Pickard他への特許（文献３）では、ガラス・シートをプレス曲げするための別の方法が図示されている。Pickard他は、金型の中に埋込まれ且つ巻かれている加熱要素を用いている。良い熱接触を与えるように、耐熱材料が加熱要素の周囲に充填されている。
【００１１】
Kay他への特許（文献４）では、相補的な曲げ面に概ねガラスの曲げ温度が適用され、曲げの応力及び熱的な不均一性の減衰が可能になる十分な時間の間それらが保持されている。
【００１２】
上述の構成及び方法は、雄型によって生じることが可能な温度に制限される。少なくとも400°C、好適には550°C乃至600°Cに近い面温度を生じることが可能なツールを用いるのが好ましい。更に、公知の方法では、プレス曲げ面に渡る面温度が不規則になりがちである点で制約を受けてしまう。より均一な温度によって、完成したガラス製品の品質が向上され得る。公知の雄型の更なる問題は、従来式の加熱要素が破損すると、それらは「破裂」してしまいがちであり、それによりそれら自身が雄型の中に埋没してしまい、その破損した加熱要素を雄型から除去することが困難若しくは不可能になってしまうことである。
【００１３】
【特許文献１】
米国特許第5,279,635号
【特許文献２】
米国特許第5,437,703号
【特許文献３】
米国特許第3,753,673号
【特許文献４】
米国特許第3,854,920号
【発明の開示】
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、雄型の外面形状に概ね適合する方法で型内に配置された加熱要素を用いている改良式雄型を提供することによって、上述した公知のデバイスの欠点を軽減する。この雄型は、好適には、可撓な加熱要素のための孔がその中に成型されているセラミック本体である。この加熱要素は、好適には、雄型の外面から概ね一定の距離で雄型の中を通っており、それにより、雄型の形状に適合される、例えば、ニッケル・クロム線（ニクロム線）等の電熱線である。このニクロム電熱線は、自身を雄型の中に埋没しない方法で破損する傾向を有する。
【００１５】
それゆえに、本発明の目的は、業界で現在用いられている型の場合よりも、プレス面上においてより均一な面温度を保持する、ガラス・シートをプレス曲げするための改良式雄型を提供することである。
【００１６】
本発明の更なる目的は、好適には、プレス面上で400°Cを超過する温度、更により好適には、約500乃至600°C以上の、業界で現在用いられている型よりも高温で加熱することが可能である、ガラス・シートをプレス曲げするための改良式雄型を提供することである。この温度は、キャスタブル材料の上限温度にまで上昇させることが可能であると考えられている。好適なキャスタブル温度は、約1100°Cに加熱することが可能である。
【００１７】
本発明の別の目的は、業界で現在用いられているものよりも費用のかからない加熱要素を用いた、ガラス・シートをプレス曲げするための改良式雄型を提供することである。
【００１８】
本発明の更なる目的は、業界で通常用いられている加熱要素よりも、交換がより経済的且つより単純である加熱要素を用いた、ガラス・シートをプレス曲げするための改良式雄型を提供することである。
【００１９】
他の目的及び利点は、付随の図面と共に以下で説明がなされる過程の中でより明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照すると、図１には、プレス曲げガラスに対して用いられる雄型１０及び雌型１２が図示されている。この雄型は、プレス曲げ処理のための通常の構成で示されていて、雄型１０は、雌型１２の上に配置され、両型の間のガラス・シートを成型するように下側にプレスされる。雄型１０は、完成ガラス・シートに対して望まれる外形に設計されたプレス面若しくは成型面１４を有している。更に、この雄型はベース・プレート２４に固定される。少なくとも1つの加熱要素１６、好適には、複数の加熱要素１６が更に示されている。以下で説明されるように、この加熱要素１６は、その外形に渡って概ね均一な温度で雌型を保持するように、雄型のプレス面１４に適合される。加熱処理には金属の雄型を用いることが知られているが、例えば、キャスタブル石英ガラスから作られた型等のセラミック型を用いるのが好ましい。
【００２１】
図５には、公知の加熱要素１０２を含む公知の雄型１００が図示されている。これらの加熱要素１０２は、型１００に渡って線形に進んでおり、型の面１０４の外形に適合されていない。公知の加熱要素の一例として、Watlow FIREROD（登録商標）の加熱要素カートリッジがあげられる。このカートリッジは、Incoloy（Inco系列企業の登録商標）の被覆の内側に、酸化マグネシウム絶縁体を備えたニッケル・クロム線抵抗を含んでいる。上述のように、これらの要素に共通する欠点は、要素が破損するとそれらが変形及び展開してしまう傾向があり、型からの除去が極めて困難若しくは不可能になってしまうことである。
【００２２】
図２は、本発明による雄型１０の側面図である。この側面図では、雌型の湾曲した若しくは型に適合されたプレス面１４と、型を貫通して走り、型の面１４に適合された加熱要素１６が図示されている（図３参照）。ここで用いられたように型の面への適合によって、雄型１０を貫通する加熱要素１６の経路は、雄型１０の面１４がどのような外形をしていようとも面１４から概ね一定の距離に保持される。この加熱要素１６を面１４から一定距離に保持することによって、面１４の温度は、以前に得られたものよりも、より均一な温度を得ることが可能となる。
【００２３】
ガラス・シートを形成するための浮上分離システムで用いる場合、成型の工程において、ガラス・シートの配置及び制御のために、真空を維持することが必要となる。それゆえに、真空孔１８（図３及び図４）が、雄型のプレス面１４を貫通して配置されている。これらの真空孔によって、プレス処理の間、ガラス・シートを支持するのに必要な陰圧が可能となる。更に、熱電対が雄型内に配置される。浮上分離処理において、所定の点における温度を決定するように、熱電対及び真空孔を用いることは公知である。他にも方法はあるが、取付ボルト２２を用いて雄型１０をベース・プレート２４に固定することが可能である。
【００２４】
図３は、加熱要素１６の一好適実施例が図示されている。通常は、プレス曲げ作業のための従来式の雄型において、雄型を横切って一直線に突出するストレート・ロッド（固定式）加熱要素が用いられる。しかしながら、図３で示されるように、好適には、約12ゲージのニクロム電熱線が、加熱要素１６のように、雄型を貫通して「ねじ込み」されている。この図に示されているように、型を貫通して「クラスタ」の線が延びるのが好ましく、好適には、5本線構成で、型１０の面１４により近い3つの孔２６と、面１４から奥まったところにある残りの2つの孔が用いられる。これら電熱線に対して多種多様の構成を用いることが可能である。例えば、各孔２６を通して各線を走らせることが可能である。この構成によって破損した線をもっとも容易に交換し得るが、他の構成が好ましい可能性もある。
【００２５】
各孔２６を通して別個の線が用いられない場合、単一の線が単純に孔２６のうちの1つを通してねじ込まれ、更に、型１０の他端において、別の孔２６を通して戻るようにねじ込まれ、それにより型の背面上にループ３２が形成される。そのようなループ３２がこの図に図示されている。更に、孔３０を通る2つの電熱線をつなぐのに別個の線を用いることも可能である。この図で図示されているように、線の端部２８が全て、好適に、型１０の同一端部に配置されているのに対し、型の他端部は、ループ３２だけを有している。これらの端部２８は、電線を連結するのに従来的に用いられている任意の手段で互いに連結されてもよいし、或いは、雄型に熱を提供するための電源に独立的に連結されてもよい。
【００２６】
更に、カバー（図４参照）を雄型に取付けるために留め具（図示せず）が用いられてもよい。好適には、この留め具は単純なスナップ式の留め具である。
【００２７】
図４には、雄型の成型面の図が、雄型に関して配置された熱抵抗布カバー３６及びガラス・シート３８と共に図示されている。カバー３６は、好適には、ステンレス鋼の織物等の熱抵抗材料からできており、これはプレス曲げの分野では従来的なものである。通常、プレス曲げの分野では、雄型は雌型の上にあり、両型の間にガラス・シートが配置される。それゆえに、この図は実際には、雄型の「底」面である。
【００２８】
各電熱線１６が、好適には、複数回、型を通してねじ込まれ且つ戻されるので、これにより、線を加熱するために電源に接続されるべき切断端部がそのまま残される。カバー３６の破断図では、電熱線１６のこれらの切断端部の全てが、好適には、型の同一端部に配置されており、それにより他端部では、線の不連続がなくされている。これにより、電熱線への全ての電気的な接続が型の同一端部において提供される。
【００２９】
この図で示されるように、全ての電熱線１６が互いに概ね平行に走っていることに留意することは重要である。真空孔１８が同様にして、即ち、互いに平行な列に配置される。従来式の型では加熱要素が「扇状」パターンで走ることが多く、型１０の狭小な端部４０から型１０の幅広な端部４２に突出しており、従って、この図で図示されるように、非常に短い加熱要素１６が型１０の両側に配置されてしまうことが防止される。同様にして、真空孔１８も、この「扇状」パターンで従来的に配置される。本発明に関連して、型にまたがる温度変化の最小化に役立つように、要素を互いに平行に配置するのが好ましいことが分かっている。加熱要素の従来式の配置では、必然的に幅広の端部４２よりも狭小な端部４０において加熱要素１６が近接することになるので、加熱要素１６は、幅広の端部４２よりも狭小の端部で、より高温が生じる傾向にある。
【００３０】
型の加熱要素は、適切な曲げをもたらしてくれるガラス・シート内における最適な温度分布の確立を補助するように、別個に、若しくはゾーンで制御されてよい。加熱要素の配列によって加熱されたシート内に確立されるこの温度分布は、炉の内部に確立された温度分布と調和し、その後、適切な曲げ温度を達成するように、ガラス・シートが曲げステーションに進められるのにつれて、熱放散により修正される。更に、加熱要素は、炉内に元々確立される温度よりも概ね高い、ガラス・シート内の温度分布を生成するのに用いることが可能である。
【００３１】
雄型の中に加熱要素のための孔を形成するための好適な方法は、型の形成の際に、型を貫通する材料を浮遊させる（suspend）ことだと判明している。この材料は、好適には、成型処理の際に、その形状を保持することが可能である必要があり、更に、型の形成後に雄型から容易に除去されるのに十分な弾性を有している必要がある。通常、この型はキャスティング処理を介して形成することが可能であるが、本発明の範囲内で、型を形成するための別の方法も可能である。
【００３２】
驚くべきことに、本発明において、加熱要素に対する孔を形成するのに、O−リング・ストック材料が特に適切であるということが判明している。この材料は、型の形成の際にその形状を十分に保持し、それにより、型の面からの距離が概ね維持されている通路を形成し、更に、型が一度形成されてしまえば、型から容易に除去することが可能である。一度、O−リング・ストック材料が雄型から除去されてしまえば、その通路を通して所望の構成にニクロム線をねじ込むことが可能である。ここで言及しているO−リング・ストック材料は、所望の大きさに注文通りにカッティングできるように設計された、一般に市販されているコードのことを示している。好適な例として、McMaster Carr型番9679K22のBuna−N Oリング・コード・ストックがある。この材料は、−40°F乃至230°Fの範囲の温度に対して適切であり、70＋／−5 Shore A デュロメータの硬度を有している。上記に記載した材料は、6.5mmの公称直径を有するが、直径の選択は、使用する電熱線の大きさに基づいている必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、ガラスのプレス曲げするのに用いられる、本発明による雄型及び雌型の斜視図である。
【図２】図２は、図１の2−2線に概ね沿っている本発明の雄型の拡大側面図である。
【図３】図３は、図２の3−3線沿いの拡大断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例の端面図である。
【図５】図５は、公知の雄型の一例を示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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2004524251.tif 000031
2004524251.tif 000032
2004524251.tif 000033
2004524251.tif 000034
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004524251.tif 000035
【国際調査報告】
2004524251.tif 000036
2004524251.tif 000037