(57)【要約】ガラス系基板を成形する方法において、３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型上にガラス系基板を配置する；前記ガラス系基板を成形温度まで加熱する；前記ガラス系基板の上に密閉環境を作成する；及び、加圧ガスを用いて前記密閉環境の圧力を調整して、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させ、成形ガラス系物品を作製する；工程を含む。成形ガラス系物品は、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きい歪みを有さない。
2018535914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス系基板を成形する方法において、
（ａ）３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型上にガラス系基板を配置する工程；
（ｂ）前記ガラス系基板を成形温度まで加熱する工程；
（ｃ）前記ガラス系基板の上に密閉環境を作成する工程；及び、
（ｄ）加圧ガスを用いて前記密閉環境の圧力を調整して、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させ、成形ガラス系物品を作製する工程；
を有してなり、前記成形ガラス系物品は、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きい歪みを有さない、方法。
【請求項２】
前記密閉環境を作成する工程は、金型の上に圧力キャップアセンブリを設置することを含み、圧力キャップは：
加圧ガスを供給するためのオリフィス；及び
ガス流を方向付けるためにオリフィスの上を覆って配置されたバッフル；
を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記圧力キャップアセンブリを加熱して、前記ガラス系基板を放射加熱することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加圧ガスは加熱される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記密閉環境は、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜約６０ｐｓｉ（約４１４ｋＰａ）の範囲内の圧力に調整される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記金型表面は少なくとも１つのポートを備え、該方法は、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させるのを支援するために、前記少なくとも１つのポートを通して真空を適用することをさらに含む、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記金型表面は、少なくとも１つの平坦領域及び少なくとも１つの屈曲領域を含み；さらに、
前記少なくとも１つの平坦領域の温度は、前記少なくとも１つの屈曲領域の温度よりも低い、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記成形ガラス系物品は三次元断面を有し、
前記物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、かつ第１部分と第２部分との間に位置する前記物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはなく、第３部分は第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成し、さらに
前記キャビティの高さに対するキャビティの幅のアスペクト比は約１０以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ガラス系物品において、
（ａ）３Ｄ表面プロファイルを有する第１表面；及び、
（ｂ）前記第１表面に対向する第２表面；
を備え、
前記第１表面と第２表面との間の厚さは±５％以下で変動し、
前記第１表面は、幅に対する高さの比が２×１０−４超である歪みを有していない、ガラス系物品。
【請求項１０】
前記第１表面から第２表面まで延在する少なくとも１つの開口をさらに備える、請求項９に記載のガラス系物品。
【請求項１１】
３Ｄ断面プロファイルを有するガラス系物品において、
該物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、かつ第１部分と第２部分との間に位置する該物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはなく、第３部分は第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成し、さらに
前記キャビティの高さに対するキャビティの幅のアスペクト比は約１０以下である、ガラス系物品。
【請求項１２】
前記第１部分及び第２部分は、成形ガラス系物品のエッジである、請求項１１に記載のガラス系物品。
【請求項１３】
前記第１部分及び第２部分はフランジを形成する、請求項１１に記載のガラス系物品。
【請求項１４】
ガラス系基板を成形するための装置において、
３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型；及び
前記金型表面に係合して金型表面との間に加圧キャビティを提供する圧力キャップ；
を備え、前記圧力キャップは、
前記キャビティに加圧ガスを供給するためのオリフィス；及び
ガス流をキャビティ内に方向付けるためにオリフィスの上を覆って配置されたバッフル；
を備える、装置。
【請求項１５】
前記金型は、金型表面と圧力キャップとの間に配置されたクランプカバーであって、該クランプカバーと金型表面との間にガラス系基板の一部をクランプするためのクランプカバーを備える、請求項１４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、その内容が、ここに参照することによってその全体が本願に援用される、２０１５年１０月３０日出願の米国仮特許出願第６２／２４８４９６号の優先権の利益を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は概して、二次元（２Ｄ）ガラス系シートを三次元（３Ｄ）ガラス系物品に熱再成形するための方法及び装置、並びにそれから成形された物品に関する。
【背景技術】
【０００３】
ラップトップ型パソコン、タブレット、及びスマートフォンなどの携帯用電子機器用の３Ｄガラスカバーに対する多くの需要が存在する。特に望ましい３Ｄガラスカバーは、ディスプレイとの交流のための２Ｄ表面と、ディスプレイのエッジを包むための３Ｄ表面との組合せを有する。３Ｄ表面は非可展面、即ち歪曲させずに平面に展開又は広げることができない表面であり、屈曲、角及び湾曲の任意の組み合わせを含み得る。屈曲はきつくかつ急な場合もある。また湾曲は不規則となりうる。このような３Ｄガラスカバーは、複雑であり、正確に作製することが困難である。
【０００４】
熱再成形は、２Ｄガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するのに用いられている。熱再成形は、２Ｄガラスシートを成形温度まで加熱し、さらにその後、その２Ｄガラスシートを３Ｄ形状に再成形することを含む。２Ｄガラスシートを金型に対して落とし込む（例えば、真空又は重力により）又は押圧することにより再成形を行う場合、良好なガラス表面品質を維持するため、及びガラスと金型との反応を回避するために、ガラスの温度をそのガラスの軟化点より低く維持することが望ましい。軟化より低い温度では、ガラスは高い粘度を有し、屈曲、角及び湾曲などの複雑な形状に再成形するのに高圧を必要とする。従来のガラス熱再成形では、プランジャを用いて必要とされる高圧をかける。プランジャはガラスに接触し、ガラスを金型に対して押圧する。
【０００５】
厚さが均一な３Ｄガラス物品を得るために、プランジャがガラスを金型に対して押圧する間、プランジャ表面と金型表面との間の間隙は均一でなければならない。図１Ａは、プランジャ表面１００と金型表面１０２との間の均一な間隙の例を示す。しかしながら、金型の機械加工における小さな誤差、及び金型とプランジャとの位置合わせ誤差により、プランジャ表面と金型表面との間の間隙が均一でない場合が多い。図１Ｂは、プランジャの金型との位置合わせ不良による、プランジャ表面１００と金型表面１０２との間の不均一な間隙（例えば１０３における）を示す。図１Ｃは、金型表面１０２における機械加工誤差による、プランジャ表面１００と金型表面１０２との間の不均一な間隙（例えば、１０５における）を示す。
【０００６】
不均一な間隙は、ガラスの一部の領域における過度の押圧、及びガラスの他の領域における不十分な押圧をもたらす。過度の押圧は、３Ｄガラス物品中に、顕著な光学的歪みとして現れるガラスの薄化を引き起こすであろう。不十分な押圧は、３Ｄガラス物品中に、特に、屈曲、角及び湾曲などのガラス物品の複雑な領域に、しわを作るであろう。例えば１０マイクロメートル程度の小さな機械加工誤差は、過度な押圧及び／又は不十分な押圧を生じさせることになる不均一な間隙をもたらしうる。また、プランジャ表面、金型表面、ガラス、又は成形に関与する他の設備の回避できない熱膨張も、間隙の均一性に影響を及ぼすことがある。
【０００７】
また、押圧中、プランジャはガラスを伸展させ、それによって、プランジャ表面と金型表面との間のガラスの厚さが変化する。従って、たとえプランジャ表面と金型表面との間の間隙が完璧であったとしても、ガラスの伸展が、不均一な厚さを有する３Ｄガラス物品をもたらしうる。伸展の結果としてのガラスの厚さの予想される変化を補正するように金型表面又はプランジャ表面を設計することができる。しかしながら、これはプランジャ表面と金型表面との間の不均一な間隙をもたらし、それは上述の通り、ガラスの一部の領域における過度の押圧、及びガラスの他の領域における不十分な押圧をもたらすであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様において、ガラス系基板を成形する方法は、３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型上にガラス系基板を設置する工程；前記ガラス系基板を成形温度まで加熱する工程；前記ガラス系基板の上に密閉環境を作成する工程；及び、加圧ガスを用いて前記密閉環境の圧力を調整して、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させ、成形ガラス系物品を作製する工程；を有してなる。成形ガラス系物品は、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きい歪みを有さないものとすることができる。
【０００９】
密閉環境を作成する工程は、金型の上に圧力キャップアセンブリを設置することを含み、圧力キャップは、加圧ガスを供給するためのオリフィス、及びガス流を方向付けるためにオリフィスの上を覆って配置されたバッフルを備える、第１の態様に従う第２の態様。
【００１０】
その方法は、圧力キャップアセンブリを加熱して、ガラス系基板を放射加熱することも含む、第２の態様に従う第３の態様。
【００１１】
圧力キャップの温度は金型表面の温度よりも高い、第２又は第３の態様に従う第４の態様。
【００１２】
圧力キャップと金型表面との間の温度差は、約２０℃〜約１５０℃の範囲内である、第４の態様に従う第５の態様。
【００１３】
圧力キャップには単一のオリフィスのみが存在する、第２から第５の態様のいずれか１つに従う第６の態様。
【００１４】
加圧ガスは加熱される、第１から第６の態様のいずれか１つに従う第７の態様。
【００１５】
密閉環境は、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜約６０ｐｓｉ（約４１４ｋＰａ）の範囲内の圧力に調整される、第１から第７の態様のいずれか１つに従う第８の態様。
【００１６】
金型表面は少なくとも１つのポートを備え、その方法は、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させるのを支援するために、前記少なくとも１つのポートを通して真空を適用することをさらに含む、第１から第８の態様のいずれか１つに従う第９の態様。
【００１７】
金型表面は、少なくとも１つの平坦領域及び少なくとも１つの屈曲領域を含む、第９の態様に従う第１０の態様。
【００１８】
前記少なくとも１つのポートは、前記少なくとも１つの屈曲領域には配置されない、第１０の態様に従う第１１の態様。
【００１９】
金型表面は、少なくとも１つの平坦領域及び少なくとも１つの屈曲領域を含み、前記少なくとも１つの平坦領域の温度は、前記少なくとも１つの屈曲領域の温度よりも低い、第１から第１１の態様のいずれか１つに従う第１２の態様。
【００２０】
その方法は、金型表面に対して、ガラス系基板の一部をクランプすることも含む、第１から第１２の態様のいずれか１つに従う第１３の態様。
【００２１】
ガラス系基板は、第１表面から対向する第２表面まで延在する少なくとも１つの開口を有する、第１から第１３の態様のいずれか１つに従う第１４の態様。
【００２２】
ガラス系基板はガラス又はガラスセラミックである、第１から第１４の態様のいずれか１つに従う第１５の態様。
【００２３】
成形温度は、１０７ポアズ（１０６Ｐａ・ｓ）〜１０１１ポアズ（１０１０Ｐａ・ｓ）の粘度に対応する温度範囲に該当する、第１から第１５の態様のいずれか１つに従う第１６の態様。
【００２４】
成形ガラス系物品は三次元断面を有し、物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、第１部分と第２部分との間に位置する物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはなく、第３部分は第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成し、さらにキャビティの高さに対するキャビティの幅のアスペクト比は約１０以下である、第１から第１６の態様のいずれか１つに従う第１７の態様。
【００２５】
第１８の態様において、ガラス系物品は、３Ｄ表面プロファイルを有する第１表面；及び、第１表面に対向する第２表面を備える。第１表面と第２表面との間の厚さは±５％以下で変動し、かつ第１表面は、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きい歪みを有していない。
【００２６】
ガラス系物品は、第１表面から第２表面まで延在する少なくとも１つの開口をさらに備えていてよい、第１８の態様に従う第１９の態様。
【００２７】
ガラス系物品は、ガラス又はガラスセラミックである、第１８又は第１９の態様に従う第２０の態様。
【００２８】
第２１の態様において、ガラス系物品は３Ｄ断面プロファイルを有し、物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、かつ第１部分と第２部分との間に位置する物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはなく、さらに第３部分は第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成する。キャビティの高さに対するキャビティの幅のアスペクト比は約１０以下である。
【００２９】
ガラス系物品の第１部分及び第２部分は、成形ガラス系物品のエッジである、第２１の態様に従う第２２の態様。
【００３０】
ガラス系物品の第１部分及び第２部分はフランジを形成する、第２１の態様に従う第２３の態様。
【００３１】
ガラス系物品は、ガラス又はガラスセラミックである、第２１から第２３の態様のいずれか１つに従う第２４の態様。
【００３２】
第２５の態様は、ガラス系基板を成形するための装置である。その装置は、３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型；及び金型表面に係合して金型表面との間に加圧キャビティを提供する圧力キャップ；を備えていてよい。圧力キャップは、キャビティに加圧ガスを供給するためのオリフィス、及びガス流をキャビティ内に方向付けるためにオリフィスの上を覆って配置されたバッフルを備えていてよい。
【００３３】
金型は、金型表面と圧力キャップとの間に配置されたクランプカバーであって、クランプカバーと金型表面との間にガラス系基板の一部をクランプするためのクランプカバーを備えていてよい、第２５の態様に従う第２６の態様。
【００３４】
単一のオリフィスのみ存在する、第２５又は第２６の態様に従う第２７の態様。
【００３５】
金型表面は、真空源に接続された少なくとも１つのポートを備える、第２５から第２７の態様のいずれか１つに従う第２８の態様。
【００３６】
前述の概要および以下の詳細な説明は両方とも、本発明の例示であり、特許請求の範囲に記載される本発明の性質および特徴を理解するための概要または枠組みを提供することを意図していることが理解されるべきである。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明のさまざまな実施の形態を図示し、その説明と共に、本発明の原理および操作を説明する役割を果たす。
【００３７】
添付の図面中の図の説明を以下に記載する。図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、図面の特定の特徴および見方が、明瞭さおよび簡潔さのために倍率または略図において誇張して示されている場合がある。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】プランジャと金型との間の均一な間隙の概略図
【図１Ｂ】プランジャと金型との間の不均一な間隙の概略図
【図１Ｃ】プランジャと金型との間の不均一な間隙の概略図
【図２Ａ】その中に配置されたガラス系基板を示す、ガラス系基板から３Ｄガラス系物品を成形するための例示的装置の断面図
【図２Ｂ】その中に成形３Ｄガラス系物品を示す、図２Ａの例示的装置の断面図
【図３Ａ】オーバーサイズのガラス系基板から成形された例示的３Ｄガラス系物品の透視図
【図３Ｂ】機械加工された２Ｄプリフォームから成形された例示的３Ｄガラス系物品の透視図
【図４】３Ｄガラス系物品の表面における例示的歪みの断面図
【図５】３Ｄガラス系物品の例示的断面図
【図６Ａ】３Ｄガラス系物品の例示的断面図
【図６Ｂ】３Ｄガラス系物品の例示的断面図
【図７】２Ｄガラス系基板から３Ｄガラス系物品を成形するための例示的装置の透視図
【図８】図７の例示的装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明のさらなる特徴および利点は、以下の詳細な説明に記載され、またある程度、その説明から当業者に容易に明らかになり、あるいはこの中に記載された発明を実施することにより認識されるであろう。
【００４０】
本明細書及びそれに続く特許請求の範囲において多くの用語に言及するが、それらの用語は、この中に詳述されている意味を有するものとして定義される。
【００４１】
本明細書で用いられる場合、用語「ガラス系」は、ガラス及びガラスセラミック材料を含む。
【００４２】
本明細書で用いられる場合、用語「基板」は、三次元構造体に成形できるガラス系シートを表す。
【００４３】
３Ｄガラス系物品は一般に、非平面構造（non-planar formation）を有する。本明細書において使用する場合、用語「非平面構造」は、ガラス物品の少なくとも一部分が、２Ｄガラス系基板の元の展開構成により画定される平面に対して外向きに又はある角度をなして延在する３Ｄ形状を意味する。ガラス系基板から成形された３Ｄガラス系物品は、１又は複数の隆起又は湾曲部分を有してよい。３Ｄガラス系物品は、成形プロセスによるいずれの外力なしに、自立した物体として非平面構造を保持することができる。
できる。
【００４４】
この中の開示は概して、ガラス系基板を成形温度まで加熱し、さらに加圧密閉環境においてガラス系基板を成形することを含む。ガラス系基板を金型の３Ｄ表面プロファイルに完全に適合させるために、加圧ガスを用いてガラス系基板に圧力をかけ、それによって成形ガラス系物品を成形する。
【００４５】
この中に開示されている方法及び装置は、２ピースプレス金型、並びに真空及び／又は自重垂れ（gravity sagging）に依存する１ピース金型を超えて、成形ガラス系物品において、処理能力の改善、効率、厚さの均一性、さらにオレンジピール（ガラス系材料への金型表面の凹凸の押し跡）のような欠陥の最小化をもたらす。例えば、等温加熱に依存する２ピースプレス金型を用いる成形方法を超えて、ある期間にわたり成形ガラス系物品のより高い処理能力を達成することができる。また、成形中にガラス系材料の上部に付加的圧力が加えられるため、本発明の加圧密閉環境を用いてより低い成形温度／より高い粘度でガラス系基板を成形することができ、それにより、１ピース金型において真空及び／又は自重垂れを用いる成形プロセスよりも、より少ないオレンジピールのような欠陥をもたらす。加圧環境の使用はまた、成形の時間を減らし、それによって処理能力を高めることができる。
【００４６】
この中に記載されている方法及び装置はまた、最小限の歪み及び／又はしわを有する様々な形状を形成することを容易にし、そのような形状として、限定はされないが、皿形状の物品（例えば、周囲全体に屈曲を有する物品）、そり形状の物品（例えば、２つの対向する側面に沿って屈曲を有するように成形された実質的に四角形の基板）、深絞り物品（例えば、高さに対する幅のアスペクト比が低い胴を有する物品）、及び物品の厚さを貫通して伸びる開口を有する物品などが挙げられる。ある実施形態において、加圧密閉環境における成形は、成形ガラス系物品が２×１０−４より大きな傾斜のある歪みを有さないように歪みを最小化することができる。ある実施形態において、加圧密閉環境における成形は、物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、第１部分と第２部分との間に位置する物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはない３Ｄ断面プロファイルを有する成形ガラス系物品を成形することを可能にする。第３部分は、第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成し、そのキャビティは、約１０以下である高さに対する幅のアスペクト比を有していてよい。
【００４７】
装置
図２Ａは、２Ｄガラス系基板２０４を、３Ｄガラス系物品に成形するための例示的装置２００を示す。装置２００は、金型表面２０６を有する金型２０２を備える。金型表面２０６は、成形されるべき３Ｄガラス物品の３Ｄ形状に対応する３Ｄ表面プロファイルを有する。ある実施形態において、金型表面２０６は凹状であり、金型キャビティ２０７を画定する。ある実施形態において、金型表面２０６は、少なくとも１つの平坦領域２０９、及び屈曲領域２１１を有していてよい。２Ｄガラス系基板２０４は、金型キャビティ２０７の中に又は金型表面２０６に対して落とし込まれる位置で、金型２０２上に配置される。ある実施形態において、ポート又は孔２０８を金型２０２に設けてよい。ポート２０８は、金型２０２の外側から金型表面２０６まで延在してよい。ある実施形態では、金型２０２上に位置合わせピン２１０を設けて、２Ｄガラスシート２０４の金型キャビティ２０７との位置合わせを支援してよい。
【００４８】
ある実施形態において、ポート２０８は、金型キャビティ２０７に真空を適用するための真空ポートとして、又は金型キャビティ２０７内に閉じ込められたガスを排出するための排出ポートとして機能できる。ポート２０８が真空ポートとして機能する実施形態では、ポート２０８は、金型表面２０６の屈曲領域２１１ではなく、金型表面２０６の平坦領域２０９に配置される。そのような平坦領域２０９のみへの配置は、ガラス系基板２０４上へのポートの押し跡の視認性を低減することができ、また成形ガラス系物品の屈曲領域にあるポートからの押し跡を研磨して除く必要性を回避することができる。そのような実施形態において、ポート２０８は、金型表面２０６の屈曲領域２１１に隣接する金型表面２０６の平坦領域２０９の一部に配置してよい。別の実施形態において、ポート２０８は、金型表面２０６の屈曲領域２１１及び／又は平坦領域２０９に配置してもよい。ある実施形態において、ガラス系基板２０４へのポートの押し跡は、ポートのサイズを小さくすることにより最小化することができる。例えば、ポートは、スロット形状で、約０．５ｍｍ以下、又は約０．２５ｍｍ以下、又は約０．１２５ｍｍ以下の幅を有する。
【００４９】
金型２０２は、例えばガラス系基板から３Ｄガラス系物品を成形する間に直面するような高温に耐えることができる材料でできている。金型材料は、成形条件下でガラス系材料と反応しない（若しくはガラスに粘着しない）材料であってよく、又は金型表面２０６は、成形条件下でガラスと反応しない（若しくはガラスに粘着しない）コーティング材料でコーティングされていてよい。１つの実施形態では、金型２０２はグラファイトなどの非反応性炭素材料でできており、金型表面２０６は、金型表面２０６がガラス系材料と接触したときにガラス系材料に欠陥を導入することを回避するために高度に研磨される。別の実施形態では、金型２０２は、炭化ケイ素、炭化タングステン、及び窒化ケイ素などの高密度セラミック材料でできており、金型表面２０６は、グラファイトなどの非反応性炭素材料でコーティングされる。別の実施形態では、金型２０２は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、ニッケル−クロム合金などの超合金でできており、金型表面２０６は、窒化チタンアルミニウムなどの硬質セラミック材料でコーティングされる。さらに別の実施形態において、金型２０２はニッケルからできており、限定はされないが、そのようなニッケルとして、ニッケル２００、ニッケル２００、ニッケル２０１、ニッケル２０５、ニッケル２１２、ニッケル２２２、ニッケル２２３、又はニッケル２７０などの工業用純ニッケルグレードが挙げられる。１つの実施形態では、コーティング材料を有する又は有さない金型表面２０６は、約１０ｎｍ未満の表面粗さＲａを有する。金型２０２のための炭素材料の使用、又は金型表面２０６のための炭素コーティング材料の使用は、３Ｄガラス物品の成形が不活性雰囲気において実施されることを必要とするであろう。
【００５０】
圧力キャップ２１２は、金型２０２の頂部上に載せられる。圧力キャップ２１２はプレナム２１６を備える。例えば図２Ａに示すように、圧力キャップ２０２が金型２０２の頂部上に載せられる場合、圧力チャンバ２１８が金型２０２と圧力キャップ２１２との間に形成される。プレナム２１６は、導管２２２を介して、加圧ガス２２１源（その供給源は示されていない）に接続されているプレナムチャンバ２２０を備える。ある実施形態において、ガスは、例えば窒素などの不活性ガスである。プレナムチャンバ２２０は、金型２０２の上に配置されたオリフィス２２４を備える。ある実施形態において、オリフィス２２４は、プレナムチャンバ２２０の底部表面上に中心に配置される。ある実施形態において、図２Ａ及び２Ｂに示すように、単一のオリフィス２２４のみが存在する。他の実施形態では、２つ以上のオリフィス２２４が存在してもよい。ある実施形態において、バッフル２２５は、オリフィス２２４を部分的に覆う。２つ以上のオリフィス２２４が存在する実施形態において、単一のバッフル２２５が一部または全てのオリフィスを覆っていてよく、或いは、例えば各オリフィス２２４に対して１つのバッフル２２５のように、２つ以上のバッフル２２５が存在してもよい。ある実施形態において、１つまたは複数の支柱２２７がバッフル２２５から延在し、プレナムチャンバの底部表面にバッフルを接続してもよい。プレナムチャンバ２２０内のガスは、金型表面２０６の方へ、オリフィス２２４及びバッフル２２５を通って圧力チャンバ２１８内に導くことができる。ある実施形態において、バッフル２２５は、ガスが圧力チャンバ２１８内へ均等に分配されるように、オリフィス２２４から離間して配置されかつ部分的にそれを覆うディスクであってよい。ある実施形態において、バッフル２２５は、ガスが、オリフィス２２４からガラス系基板の表面まで直線経路で流れるのを防ぐ。ある実施形態において、プレナムチャンバ２２０から圧力チャンバ２１８への単一のオリフィス２２４のみが存在する。圧力キャップ２１２及びバッフル２２５は、２Ｄガラス系基板２０４が３Ｄガラス系物品へと再成形される条件下で汚染物質を生成しない材料で作られているべきである。ガラス系材料の再成形中にガラス系基板は圧力キャップ２１２及びバッフル２２５の表面と接触しないため、圧力キャップ２１２及びバッフル２２５の表面は高度に研磨される必要がないことを除いて、圧力キャップ２１２及びバッフル２２５は、金型２０２と同じ材料でできていてよい。
【００５１】
ある実施形態において、加圧ガス２２１をプレナム２１６内のオリフィス２２４を通して圧力チャンバ２１８内に送達させる前に、圧力キャップ２１２と金型２０２との間の圧力チャンバ２１８を密閉する。圧力キャップ２１２の壁２１３が金型２０２の頂部を押さえつけるように、圧力キャップ２１２に力Ｆを加えることにより、圧力チャンバ２１８を密閉することができる。この目的のために、ラム、又は力を加えることができる他の手段を用いてよい。圧力チャンバ２１８を密閉状態に維持するために、力Ｆを加えることによる密閉圧力は、圧力チャンバ２１８に送達される加圧ガス２２１の圧力よりも高くすべきである。ある実施形態において、圧力キャップ２１２に力を加えるための手段は、ボールジョイントを含んでいてよく、それによって、金型表面２０６に対する圧力キャップ２１２の位置決め／位置合わせを、圧力キャップ２１２と金型表面２０６との間の適切な密閉を提供するように調節することができる。
【００５２】
図２Ａ及び２Ｂに示すように、ある実施形態において、金型２０２を、真空チャック２０３上に配置してよい。ある実施形態において、１つまたは複数のヒータ２４０を真空チャック２０３の下に配置して、金型２０２、及び金型２０２上に置かれた２Ｄガラス系基板２０４を加熱する。真空チャック２０３を使用しない場合、１つ又は複数のヒータ２４０を単純に金型２０２の下に配置してよい。他の実施形態において、１つ又は複数のヒータを圧力キャップ２１２に配置して、圧力キャップ２１２及び加圧ガス２２１を加熱してよい。圧力キャップ２１２を加熱すると、ガラス系基板２０４を直接的に放射加熱することを可能にする。ある実施形態において、ヒータは、直接的に又は圧力キャップ２１２を通して間接的に、ガラス系基板２０４に放射熱を送達するように配置されたＩＲヒータであってよい。圧力キャップ２１２内のヒータは、金型２０２又は真空チャック２０３の下に配置されたヒータ２４０に加えて又はそれの代わりであってよい。ある実施形態において、圧力キャップ２１２のプレナムチャンバ２２０は、その中に分布する１つ又は複数のヒータ２２３を有していてよい。ヒータは、例えば抵抗ヒータ、又はヘレウス・ノーブルライト（Ｈｅｒｅａｕｓ  Ｎｏｂｌｅｌｉｇｈｔ）社製のｍｉｄ−ＩＲヒータなどの中赤外線（ｍｉｄ−ＩＲ）ヒータのような、任意の適切なヒータでよい。
【００５３】
方法
ある実施形態において、成形プロセスは、金型２０２上にガラス系基板２０４を配置することから開始してよい。ある実施形態において、ガラス系基板２０４は薄く、例えば、約２ｍｍ以下、約１．５ｍｍ以下、約１ｍｍ以下、約０．７ｍｍ以下、約０．５ｍｍ以下、約０．３ｍｍ以下、又は約０．１以下の厚さを有する。ある実施形態において、ガラス系基板２０４はイオン交換可能なガラスである。イオン交換可能なガラスは、例えばＬｉ＋、Ｎａ＋、又はその両方のような、小さなアルカリイオンを有するアルカリ含有ガラスである。これら小さなアルカリイオンは、イオン交換プロセス中に、例えばＫ＋のようなより大きなアルカリイオンと交換することができる。適切なイオン交換可能なアルカリ含有ガラスの例は、アルカリアルミノケイ酸塩ガラスである。そのようなアルカリアルミノケイ酸塩ガラスは、比較的低温で少なくとも３０μｍの深さまでイオン交換することができる。
【００５４】
位置合わせピン２１０を用いて、金型２０２上にガラス系基板２０４を正確に位置決めすることができる。ある実施形態において、ガラス系基板２０４を金型２０２上に配置する前に、ガラス系基板２０４及び／又は金型２０２を予熱してよい。ガラス系基板２０４を金型２０２上に配置した後、ガラス系基板２０４を加熱してよい。１つの実施形態において、少なくともガラス系基板２０４は、成形温度まで、例えば１０７ポアズ（１０６Ｐａ・ｓ）〜１０１１ポアズ（１０１０Ｐａ・ｓ）の粘度範囲に対応する温度範囲まで、加熱される。ある実施形態において、ガラス系基板２０４は、下記の方法の１つ以上によって、成形温度まで加熱することができる。上述したように、ガラス系基板２０４は、金型２０２内のヒータ２４０により成形温度まで加熱してよい。この加熱は、金型２０２上に圧力キャップ２１２を下げて圧力チャンバ２１８の密閉環境を作成する前、間、又は後に発生してよい。ある実施形態において、例えば、参照によりその全体がこの中に組み込まれる米国特許第９，０１０，１５３号に記載されているように、金型２０２の上に配置された、ｍｉｄ−ＩＲヒータなどのヒータを用いて、ガラス系基板２０４を優先的に成形温度まで加熱することができる。そのような実施形態において、金型２０２を圧力キャップ２１２の下に配置する前に、金型２０２をヒータの下に配置してよい。また、上述したように、圧力キャップ２１２内に設置されたヒータによってガラス系基板２０４を成形温度まで加熱してもよい。そのような実施形態において、加熱の前、間又は後に、圧力キャップ２１２を下げてよい。
【００５５】
ある実施形態において、ガラス系基板２０４の３Ｄガラス物品への成形が開始するまでに、ガラス系基板２０４及び金型２０２は、それらが共に同じ温度になるように加熱される。この種類の加熱のために、金型２０２は、グラファイトなどの非反応性炭素材料でできている、或いは炭素コーティング材料でコーティングされた高密度セラミック材料でできていてよい。加熱は、不活性雰囲気中で行われることが必要であろう。別の実施形態において、例えば金型２０２の温度がガラス系基板２０４の温度よりも１００℃〜２５０℃低いというように、金型２０２の温度がガラス系基板２０４の温度よりも低くなるように、ガラス系基板２０４は、金型２０２上にありながら優先的に加熱される。この優先加熱のために、ｍｉｄ−ＩＲヒータを用いてよい。この優先加熱のために、上述したように、金型２０２は、硬質セラミック材料でコーティングされた超合金でできている、又はニッケル材料でできていてよい。この材料を用いて、非不活性雰囲気中で優先加熱を行うことができる。
【００５６】
ある実施形態において、ガラス系基板２０４を成形温度まで加熱する間及び／又は後に、金型キャビティ２０７に真空を適用して、ガラス系基板２０４の底面２３２を金型表面２０６に対して引き込み、ガラス系基板を金型表面２０２に対して密着させてよい。真空が適用される前に、ガラス系基板２０４はすでに重力により金型表面２０６に対して垂れ始めていてよい。適用される真空は、約７０ｋＰａまでの範囲、又は約１０ｋＰａ〜約４０ｋＰａの範囲であってよい。真空がポート２０８に適用される実施形態において、加圧ガス２２１がガラス系基板に適用される数秒前に、真空を金型キャビティ２０７に適用してよい。加圧ガス２２１をガラス系基板に適用する全持続時間のうち部分的に又はその全体にわたり、真空を維持してよく、その場合、加圧ガス２２１が適用されているときにガラス系基板が動かないように、真空は、金型表面２０６上のガラスシートの位置を維持するのを助けることができる。開始のガラス系基板２０４が金型キャビティ２０７より大きく、それが金型キャビティ２０７を覆っている場合、真空を使用することなく、ガラス系基板を３Ｄガラス系物品に成形することができる。真空があってもなくても成形している間、金型２０２にあるポート２０８は、金型キャビティ２０７内に閉じ込められたガスを排出するために用いられる。
【００５７】
ある実施形態において、上述したようにガラス系基板２０４をどのように加熱するかによって、ガラス系基板２０４を加熱する前、間又は後に、圧力キャップ２１２を金型２０２上まで下げて、ガラス系基板２０４の上に圧力チャンバ２１８の密閉環境を作成することができる。ある実施形態において、真空を適用する前又は後に、圧力キャップ２１２を金型２０２上まで下げて圧力チャンバ２１８の密閉環境を作成することができる。ある実施形態において、圧力チャンバ２１８の密閉環境が作成されると、圧力チャンバ２１８の密閉環境内の圧力を調整することができる。ある実施形態において、導管２２２を通ってプレナムチャンバ２２０まで、さらにオリフィス２２４を出てバッフル２２５を通り過ぎ、圧力チャンバ２１８内へと加圧ガス２２１を供給することにより、圧力を調整することができる。ある実施形態において、圧力チャンバ２１８内の圧力は、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜約６０ｐｓｉ（約４１４ｋＰａ）の範囲内に調整されうる。従って、加圧ガス２２１は、ガラス系基板２０４を金型表面２０６の３Ｄプロファイルに完全に適合させるのに必要な圧力を提供し、それによって３Ｄガラス物品を完全に成形することができる。
【００５８】
ある実施形態において、例えば圧力キャップ２１２内に配置されたヒータ２２３によって、加圧ガス２２１を加熱してよい。ある実施形態において、加圧ガス２２１は、ヒータ２２３の間及び／又は上に配置された流路（示されていない）を貫流させることにより加熱することができる。ある実施形態では、加圧ガス２２１の温度は、上記で述べた１０７ポアズ（１０６Ｐａ・ｓ）〜１０１１ポアズ（１０１０Ｐａ・ｓ）のガラスの粘度範囲に対応する温度範囲内である。ある実施形態において、加圧成形中にガラス系基板が放射加熱されるように、圧力キャップ２１２及び／又は加圧ガス２２１の温度は、８００℃超の温度であり、例えば、８７０℃と９５０℃の間の温度である。ある実施形態において、成形中、圧力キャップ２１２の温度は、金型表面２０６の温度より高く、例えば、圧力キャップ２１２と金型表面２０６との温度差は、約２０℃〜約１５０℃の範囲内であってよい。成形中に圧力キャップ２１２を金型表面２０６よりも高い温度にすることにより、成形時間の低減をもたらすことができる。加圧ガス２２１の温度は、ガラス系基板２０４の温度と同じであっても違っていてもよい。１つの実施形態において、高温加圧ガスの温度は、ガラス系基板の温度の８０℃以内である。図２Ｂは、圧力チャンバ２１８の密閉環境において加圧ガスからの圧力によりガラス系基板２０４から成形された３Ｄガラス系物品２０５を示す。
【００５９】
ある実施形態において、３Ｄガラス系物品２０５を成形した後、圧力チャンバ２１８への加圧ガス２２１の流れは、停止されるか、又はより低温の加圧ガス流に置き換えられる。その後、３Ｄガラス系物品２０５は、より低温の加圧ガスを用いて又は用いずに、ガラス系材料の歪み点より低い温度まで冷却される。このより低温の加圧ガスは、３Ｄガラス系物品２０５のより急速な冷却を支援できる。１つの実施形態では、上記のより低温の加圧ガスが３Ｄガラス系物品２０５の冷却に使用される場合、上記のより低温の加圧ガスの温度は、ガラス転移温度±１０℃に対応する温度範囲から選択される。別の実施形態では、上記のより低温の加圧ガスが３Ｄガラス系物品２０５の冷却に使用される場合、上記のより低温の加圧ガスの温度は、冷却中の金型２０２の温度に一致するように調整される。これは、熱電対などのセンサを用いて金型２０２の温度を監視し、センサの出力を使用して上記のより低温の加圧ガスの温度を調整することにより達成することができる。上記のより低温の加圧ガスの圧力は、高温加圧ガスの圧力未満であるか又はそれと同じであってよい。３Ｄガラス系物品の冷却は、ガラス系物品の厚さにわたる、ガラス系物品の長さに沿った、及びガラス系物品の幅に沿った温度差（ΔＴ）が最小化されるようになされる。好ましくは、ΔＴは、ガラス系物品の厚さにわたり、及びガラス系物品の長さ及び幅に沿って、１０℃未満である。冷却中のΔＴが小さいほど、ガラス系物品における応力も小さくなる。冷却中にガラス系物品中に高い応力が生成される場合、ガラス系物品は応力に応答して歪むであろう。従って、冷却中にガラス系物品において高い応力が生成されることを回避することが望ましい。３Ｄガラス系物品２０５の両側に温度制御されたガス流を適用することにより、３Ｄガラス系物品を対流冷却できる。上述したように、より低温の加圧ガスを、プレナムチャンバ２２０内のオリフィス２２４を通して３Ｄガラス系物品の頂面２３６に適用でき、上記のより低温の加圧ガスと同様の特性を有していてよい温度制御されたガス流を、金型２０２内のポート２０８を通して３Ｄガラス系物品２０５の底面２３８に適用してよい。ポート２０８を通して供給されるガスの圧力は、冷却中に３Ｄガラス系物品２０５を金型２０２から持ち上げる正味の力が生成されるようなものであってよい。金型２０２がガラス系物品より大きな熱質量を有するため、金型２０２はガラス系物品より遥かに遅い速度で冷却する。金型２０２のこの遅い冷却は、ガラス系物品の厚さにわたって大きなΔＴを生じさせうる。冷却中にガラス系物品を金型２０２から持ち上げることにより、この大きなΔＴを回避するのを助ける。
【００６０】
ある実施形態において、冷却の後に、３Ｄガラス系物品２０５のアニーリングを行ってよく、さらに３Ｄガラス系物品２０５のアニーリングの後に３Ｄガラス系物品２０５に関するイオン交換プロセスを行ってよい。３Ｄガラス系物品を成形するのに用いられるガラス系基板２０４は、３Ｄガラス系物品２０５に成形された後に最終寸法に機械加工されるオーバーサイズのシートであってよい。この場合、機械加工は、イオン交換プロセスの前に行ってよい。図３Ａは、オーバーサイズのガラス系シート３０２から成形された３Ｄガラス系物品３００の例を示す。３Ｄガラス系物品３００をオーバーサイズのシートから抜き出し、その後適切な機械加工プロセスによりエッジ仕上げすることが必要となるであろう。或いは、ガラス系基板２０４は、金型２０２上に正確に位置決めされる必要があり、３Ｄガラス系物品に成形された後に機械加工されない、機械加工された２Ｄプリフォームであってよい。機械加工されたプリフォームは、３Ｄガラス系物品を成形するために必要な正確な形状及びサイズにエッジ輪郭形成及びエッジ仕上げがなされている。図３Ｂは、機械加工されたプリフォームから成形された３Ｄガラス系物品３０４の例を示す。その３Ｄガラス系物品３０４は追加のエッジ仕上げを必要としない。
【００６１】
緩やかな輪郭は、高い粘度、例えば１０９ポアズ（１０８Ｐａ・ｓ）〜１０１１ポアズ（１０１０Ｐａ・ｓ）で成形できるが、きつい屈曲及び鋭い角はそれよりかなり低い粘度、例えば１０７ポアズ（１０６Ｐａ・ｓ）と１０８．２ポアズ（１０７．２Ｐａ・ｓ）の間の粘度を必要とする。このより低い粘度によって、ガラス系基板を金型により良好に適合させることができる。しかしながら、ガラス系表面に欠陥が押し跡としてつきやすいため、低粘度では良好なガラス系表面化粧を達成することが困難になる。低粘度での成形は、オレンジピールを生成するガラスのリボイルを引き起こしうる。金型表面にある真空ポート又は排出ポートは、より低いガラス粘度において、ガラス系材料に容易に押し跡をつける。一方、高い粘度では、良好な表面化粧を達成しやすい。従って、高められた処理能力と共に、３Ｄガラス系物品において良好なガラス系表面化粧及び厳しい寸法公差の両方を達成するために、加圧ガスによってガラス系基板に加えられる圧力、ガラス系基板の粘度、並びに真空ポートの配置及びサイズは、考慮すべき因子である。上述したように、開示されている方法及び装置は、２ピースプレス金型、並びに真空及び／又は自重垂れに依存する１ピース金型を超えた、処理能力の改善、効率、及び成形ガラス系物品におけるオレンジピールのような欠陥の最小化をもたらす。
【００６２】
良好なガラス表面化粧を維持しながら、厳しい寸法公差を得るために利用できるいくつかの選択肢が存在する。
【００６３】
１つの選択肢は、金型における輪郭補正を用いることである。例えば、きつい屈曲を有する３Ｄ形状を成形するために、金型は、最終形状よりきつい曲げ半径及び急な側壁接線角度の壁を想定して設計されうる。例えば、成形されるべき皿の側壁接線角度が６０°である場合、及び良好なガラス表面化粧を維持するためにｌｏｇ粘度９．５において皿を成形することが望ましい場合、成形プロセスは、金型の輪郭が補正されなければ、側壁接線角度が４６°の、即ち所望の角度より１４°小さい皿を製造しうる。ガラスの粘度を低下させることなく側壁接線角度を大きくするために、金型の輪郭を、理想の形状と成形物品での測定角度との差だけ側壁接線角度を大きくするように補正することができる。上記の例では、補正された金型は７４°の側壁接線角度を有するであろう。形状を成形するために必要な圧力が加圧ガスによって提供されていることにより、懸念すべきプランジャと金型との間隙が存在しないため、この輪郭補正を行うこと、及び厚さが均一なガラス系物品を達成することが可能である。
【００６４】
別の選択肢は、金型に対して高度の研磨を用いることであり、これにより、ガラス表面上に欠陥を生成することなくガラスの粘度を低下させることができる。金型表面は、表面粗さＲａ＜１０を有するように作製され、また非粘着性又は非反応性となるように作製してよい。例えば、ガラス状グラファイトコーティングを金型表面に使用してよい。
【００６５】
別の選択肢は、成形されているガラス系材料よりも金型が１００℃〜２５０℃冷たい、冷たい金型／熱いガラスの配置を使用することである。
【００６６】
さらに別の選択肢は、ヒータを用いて、金型表面２０６の屈曲領域２１１（「３Ｄ領域」、すなわち、屈曲、角及び湾曲の任意の組み合わせを含む、３Ｄ形状に成形されるべき領域）に接触するであろう領域に相当するガラス系基板を優先的に加熱することである。例えば、３Ｄ領域内のガラス系基板は、ガラス系材料の２Ｄ領域（すなわち、３Ｄ形状に成形されない残りの領域）内のガラスよりも、１０〜３０℃高く加熱されてよい。ヒータは、ガラス系基板の上、又は金型の中に配置してよい。
【００６７】
物品
ある実施形態において、この中に開示されている方法及び装置に従い成形された成形３Ｄガラス系物品は、改善された歪みの質を有する。ガラス表面における歪みは、凸面−凹面−凸面遷移、又は凹面−凸面−凹面遷移を有する領域にわたり、ガラス表面の断面の曲率が符号を変化する（すなわち、正から負へさらに正へ、又は負から正へさらに負へ）ときに生じる。歪みは、グリッドライトの下、表面の検査により特定することができる。グリッドライトは、その上にインプリントされたメッシュを有する光源である。ガラス系物品を暗い背景に置いて、非法線角度でグリッドライトの下で見たときに、歪みは、格子線の反射光が曲率変化の領域で歪む、光反射の不連続変化として特定される。歪みの幅に対する高さの比を測定することにより、歪みの厳しさを定量化することができる。接触式又は非接触式の、任意の市販されている表面粗さ計を用いてガラス系物品の表面を測定し、歪みを特定し及び歪みの幅に対する高さの比を計算することができる。図４は、凸面−凹面−凸面遷移を有する曲率の変化を含む歪みを示す。歪みは、高さＨ及び幅Ｗを有する。接線は、曲率の変化を横断して引かれる。高さＨは、接線に垂直な線を用いて接線から表面までを測定した最大距離である。幅Ｗは、表面と接線の接触点から測定した接線に沿った距離として測定される。歪みの幅及び高さが測定されると、高さを幅で割ることにより幅に対する高さの比を計算することができる。ある実施形態において、成形ガラス系物品は、歪みの任意の断面に沿って、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きな歪みを有していなくてよい。
【００６８】
ある実施形態において、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きな歪みを有していないガラス系物品は、その中に形成された１つ又は複数の開口を備えてよく及び／又はそり形状であってよい。図５は、第１表面５０４から対向する第２表面５０６まで延在する開口５０２を備えた例示のそり形状のガラス系物品５００の断面図を示す。加圧密閉環境において、そのようなオリフィスを用いてガラス系基板を成形することは、真空だけを用いた成形と比較して、オリフィスの周囲の歪みを減らすことができる。なぜなら、真空のみに頼ってガラス系基板を成形する場合、真空はオリフィスを通して空気を吸い込み、金型表面に対して所定位置に基板を保持することを困難にするからである。加圧密閉環境は、この問題を最小化し／取り除くと考えられる。同様に、加圧密閉環境においてそり形状にガラス系基板を成形することは、真空のみを用いて成形するのと比較して、湾曲していないガラス系基板の２つの側面の周囲の歪みを減らすことができる。再度、なぜなら、真空のみに頼ってガラス系基板を成形する場合、真空は、湾曲していない２つの端部を通して空気を吸い込み、ガラス系基板は、金型表面に対して所定位置に基板を保持することができなくなるため、シフティングを困難にするからである。
【００６９】
ある実施形態において、この中に開示されている方法及び装置に従い成形された成形３Ｄガラス系物品は、第１表面及び対向する第２表面を有し、第１表面と第２表面との間の厚さは、±５％以下で変動する。これは、圧力チャンバの加圧密閉環境において成形中に均一な圧力がガラス系基板に適用される結果として達成できる。
【００７０】
ある実施形態において、例えば図６Ａに示すように、成形ガラス系物品６００は、同一平面上にある第１部分６０２と第２部分６０４、並びに、第１部分及び第２部分と同一平面上にない、第１部分６０２と第２部分６０４との間に位置する第３部分６０６を備えていてよい。ある実施形態において、第３部分６０６は、第１部分６０２と第２部分６０４との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティ６０８を形成することができる。キャビティ６０８は、限定はされないが、実質的に半球形、実質的に円筒形、及び実質的に半長円形などの、様々な形状を有していてよい。キャビティ６０８は、高さＨ及び幅Ｗ、並びに高さに対する幅のアスペクト比を有していてよい。高さは、平面Ｐに垂直な線に沿って測定した、第１部分６０２及び第２部分６０４の平面Ｐと、平面Ｐに対向するキャビティ６０８の端面との間の最大距離として測定することができる。幅は、キャビティ６０８を横断する第１部分６０２と第２部分６０４との間の最小距離とすることができる。高さに対する幅のアスペクト比は、幅を高さで割ることにより計算できる。ある実施形態において、キャビティ６０８は、約１０以下、約９以下、約８以下、約７以下、約６以下、約５以下、約４以下、又は約３以下の、高さに対する幅のアスペクト比を有する。ある実施形態において、図６Ａに示すように、第１部分６０２及び第２部分６０４は、成形ガラス系物品６００のエッジを形成してよい。他の実施形態において、例えば図６Ｂに示すように、第１部分６０２’及び第２部分６０４’は、外側周６１０及び内側周６１２を有するフランジ６０３を形成し、キャビティ６０８’は内側周６１２から外に広がる。
【００７１】
ある実施形態において、例えば図６Ｂに関して上述したフランジ及びそれから広がるキャビティを備えたガラス系物品を形成するために成形する場合に、金型を修飾してよい。図７は、そのような例示の金型２０２’の透視図を示し、図８は、そのような例示の金型２０２’の断面図を示す。金型２０２’は、図２Ａ及び２Ｂに関して上述した金型２０２に類似する。金型２０２に類似する金型２０２’の部分は、数字の後に「’」を付けて同じ参照番号を用い、詳細には繰り返し説明しない。対応する特徴のない金型２０２’の部分は、７又は８で始まる数字により指定される。金型２０２’は、金型表面２０６’、金型キャビティ２０７’、ポート２０８’、真空チャック２０３’、及び位置合わせピン２１０’を備える。図６Ｂに示すように、金型２０２’において成形されるガラス系物品は、外周の周りにあるフランジ、及びフランジの平面から外に広がるキャビティを備える。金型２０２’において成形されるべきガラス系基板を、エッジが位置合わせピン２１０’に接するように金型２０２’上に配置する。クランプカバー７００を用いて、成形中に外周の周りのガラス系基板をクランプする。クランプカバー７００は、成形すべきガラス系基板の外周に対応する形状を有する、内表面７０２から延在するうね（ridge）７０４を備える内表面を有していてよい。図７において、うね７０４は、円形であるように示されているが、これは単なる例示である。ガラス系基板及びうね７０４は、例えば、長円形、楕円形、四角形などの、別の形状を有してよい。内表面７０２は、クランプカバーの外周に沿ってその表面から延在するうね７０６も備えてよい。金型表面２０６’は、金型表面２０６’の外周の周りに溝７０８を有してよく、それにより、図８に示すようにクランプカバー７００が金型２０２’上に置かれたときに、うね７０６が溝７０８にはまり、さらにうね７０４が、金型表面２０６’対してガラス系基板８００の外周をクランプする。うね７０６及び溝７０８はそれぞれ、内表面７０２及び金型表面２０６’の外周にあるように図７及び８に示されているが、これは単に例示である。代わりに、うね７０６及び／又は溝７０８はそれぞれ、内表面７０２及び金型表面２０６’の外周から内側の方へ離間してよい。図８に示すように、うね７０４は、クランプカバー７００が金型表面２０６’上に置かれたときに、最終的に成形ガラス系物品のフランジを形成する領域にあるガラス系基板８００の外周をクランプする。うね７０４のクランプ機能はまた、ガラス系基板の残りが金型キャビティ２０７’内へ引き込まれるときに動かないようにガラス系基板８００の外周を所定位置に固定し、成形ガラス系物品のフランジにおけるしわの存在を防ぐ又は最小限にする。ある実施形態において、金型２０２’の内部は、金型２０２’に冷却機能をもたらす１つ又は複数のキャビティ８０２を備える。
【００７２】
上述され並びに図７及び図８に示される装置を用いてガラス系基板を成形するプロセスは、うね７０４と金型表面２０６’との間のガラス系基板をクランプするためにクランプカバー７００が金型表面２０６’の上に配置されることを追加して、図２Ａ及び２Ｂに関して記載されている装置を用いて成形するための上記のプロセスに類似する。クランプカバー７００は、ガラス系基板を成形温度まで加熱する前及び／又はポート２０８’を通して真空を適用する前にガラス系基板をクランプするために、所定位置に配置される。ガラス系基板の上に密閉圧力チャンバを作製するために、図２Ａ及び２Ｂに関して記載及び示されている同じ圧力キャップ２１２をクランプカバー７００の上に設置してよい。クランプカバー７００は、ヒンジを介して金型表面２０６’に取り付けても、又は離れた別個の要素であってもよい。
【００７３】
本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、この開示を見た当業者は、この中に開示されている発明の範囲を逸脱することなく他の実施形態を考案できることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、添付されている特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである。
【００７４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００７５】
実施形態１
ガラス系基板を成形する方法において、
（ａ）３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型上にガラス系基板を配置する工程；
（ｂ）前記ガラス系基板を成形温度まで加熱する工程；
（ｃ）前記ガラス系基板の上に密閉環境を作成する工程；及び、
（ｄ）加圧ガスを用いて前記密閉環境の圧力を調整して、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させ、成形ガラス系物品を作製する工程；
を有してなり、前記成形ガラス系物品は、幅に対する高さの比が２×１０−４より大きい歪みを有さない、方法。
【００７６】
実施形態２
密閉環境を作成する工程は、金型の上に圧力キャップアセンブリを設置することを含み、圧力キャップは：
加圧ガスを供給するためのオリフィス；及び
ガス流を方向付けるためにオリフィスの上を覆って配置されたバッフル；
を備える、実施形態１に記載の方法。
【００７７】
実施形態３
前記圧力キャップアセンブリを加熱して、前記ガラス系基板を放射加熱することをさらに含む、実施形態２に記載の方法。
【００７８】
実施形態４
圧力キャップの温度は金型表面の温度よりも高い、実施形態２又は３に記載の方法。
【００７９】
実施形態５
圧力キャップと金型表面との間の温度差は、約２０℃〜約１５０℃の範囲内である、実施形態４に記載の方法。
【００８０】
実施形態６
単一のオリフィスのみが存在する、実施形態２から５のいずれか１つに記載の方法。
【００８１】
実施形態７
前記加圧ガスは加熱される、実施形態１から６のいずれか１つに記載の方法。
【００８２】
実施形態８
前記密閉環境は、約２０ｐｓｉ（約１３８ｋＰａ）〜約６０ｐｓｉ（約４１４ｋＰａ）の範囲内の圧力に調整される、実施形態１から７のいずれか１つに記載の方法。
【００８３】
実施形態９
金型表面は少なくとも１つのポートを備え、該方法は、金型表面のプロファイルにガラス系基板を適合させるのを支援するために、前記少なくとも１つのポートを通して真空を適用することをさらに含む、実施形態１から８のいずれか１つに記載の方法。
【００８４】
実施形態１０
金型表面は、少なくとも１つの平坦領域及び少なくとも１つの屈曲領域を含む、実施形態９に記載の方法。
【００８５】
実施形態１１
前記少なくとも１つのポートは、前記少なくとも１つの屈曲領域には配置されない、実施形態１０に記載の方法。
【００８６】
実施形態１２
前記金型表面は、少なくとも１つの平坦領域及び少なくとも１つの屈曲領域を含み；さらに、
前記少なくとも１つの平坦領域の温度は、前記少なくとも１つの屈曲領域の温度よりも低い、実施形態１から１１のいずれか１つに記載の方法。
【００８７】
実施形態１３
前記金型表面に対して、ガラス系基板の一部をクランプすることをさらに含む、実施形態１から１２のいずれか１つに記載の方法。
【００８８】
実施形態１４
前記ガラス系基板は、第１表面から対向する第２表面まで延在する少なくとも１つの開口を有する、実施形態１から１３のいずれか１つに記載の方法。
【００８９】
実施形態１５
前記ガラス系基板はガラス又はガラスセラミックである、実施形態１から１４のいずれか１つに記載の方法。
【００９０】
実施形態１６
前記成形温度は、１０７ポアズ（１０６Ｐａ・ｓ）〜１０１１ポアズ（１０１０Ｐａ・ｓ）の粘度に対応する温度範囲に該当する、実施形態１から１５のいずれか１つに記載の方法。
【００９１】
実施形態１７
前記成形ガラス系物品は、三次元断面を有し、
前記物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、かつ第１部分と第２部分との間に位置する前記物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはなく、前記第３部分は第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成し、さらに
前記キャビティの高さに対するキャビティの幅のアスペクト比は約１０以下である、実施形態１から１６のいずれか１つに記載の方法。
【００９２】
実施形態１８
ガラス系物品において、
（ａ）３Ｄ表面プロファイルを有する第１表面；及び、
（ｂ）前記第１表面に対向する第２表面；
を備え、前記第１表面と第２表面との間の厚さは±５％以下で変動し、さらに
前記第１表面は、幅に対する高さの比が２×１０−４超である歪みを有さない、ガラス系物品。
【００９３】
実施形態１９
前記第１表面から第２表面まで延在する少なくとも１つの開口をさらに備える、実施形態１８に記載のガラス系物品。
【００９４】
実施形態２０
ガラス又はガラスセラミックである、実施形態１８又は１９に記載のガラス系物品。
【００９５】
実施形態２１
３Ｄ断面プロファイルを有するガラス系物品において、
該物品の第１部分及び第２部分は同一平面上にあり、かつ第１部分と第２部分との間に位置する該物品の第３部分は、第１部分及び第２部分と同一平面上にはなく、第３部分は第１部分と第２部分との間の３Ｄ断面プロファイルにキャビティを形成し、さらに
前記キャビティの高さに対するキャビティの幅のアスペクト比は約１０以下である、ガラス系物品。
【００９６】
実施形態２２
前記第１部分及び第２部分は、成形ガラス系物品のエッジである、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【００９７】
実施形態２３
前記第１部分及び第２部分はフランジを形成する、実施形態２１に記載のガラス系物品。
【００９８】
実施形態２４
ガラス又はガラスセラミックである、実施形態２１から２３のいずれか１つに記載のガラス系物品。
【００９９】
実施形態２５
ガラス系基板を成形するための装置において、
３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型；及び
前記金型表面に係合して金型表面との間に加圧キャビティを提供する圧力キャップ；
を備え、前記圧力キャップは、
前記キャビティに加圧ガスを供給するためのオリフィス；及び
ガス流をキャビティ内に方向付けるためにオリフィスの上を覆って配置されるバッフル；
を備える、装置。
【０１００】
実施形態２６
前記金型は、金型表面と圧力キャップとの間に配置されたクランプカバーであって、クランプカバーと金型表面との間にガラス系基板の一部をクランプするためのクランプカバーを備える、実施形態２５に記載の装置。
【０１０１】
実施形態２７
単一のオリフィスのみ存在する、実施形態２５又は２６に記載の装置。
【０１０２】
実施形態２８
前記金型表面は、真空源に接続された少なくとも１つのポートを備える、実施形態２５から２７のいずれか１つに記載の装置。
【符号の説明】
【０１０３】
１００  プランジャ表面
１０２  金型表面
２００  装置
２０２，２０２’  金型
２０３，２０３’  真空チャック
２０４，８００  ガラス系基板
２０５，３００，３０４  ３Ｄガラス系物品
２０６，２０６’  金型表面
２０７，２０７’  金型キャビティ
２０８，２０８’  ポート
２０９  平坦領域
２１０，２１０’  位置合わせピン
２１１  屈曲領域
２１２  圧力キャップ
２１６  プレナム
２１８  圧力チャンバ
２２０  プレナムチャンバ
２２１  加圧ガス
２２２  導管
２２３，２４０  ヒータ
２２４  オリフィス
２２５  バッフル
５０２  開口
５０４  第１表面
５０６  第２表面
６０２，６０２’  第１部分
６０４，６０４’  第２部分
６０６，６０６’  第３部分
６０８，６０８’  キャビティ
７００  クランプカバー
７０２  内表面
７０４，７０６  うね
７０８  溝
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2018535914.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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