(57)【要約】  ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形する方法は、上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を含む金型組立体上に、ガラスシートを配置するステップを含む。上記ガラスシートは、成形温度まで加熱される。上記成形温度は、上記金型表面の温度より高い。加熱された上記ガラスシートは、上記金型表面に対向する上記ガラスシートの第１の表面に対して加圧ガスを印加することにより上記金型表面上に押し付けられ、これにより上記ガラスシートを上記金型表面に適合させ、このとき上記ガラスシートは、上記金型表面の温度を超える成形温度にある。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形する方法であって、前記方法は：
前記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型本体上に、ガラスシートを配置するステップ；
前記ガラスシートを、前記金型本体の温度より高い成形温度まで加熱するステップ；及び
加熱された前記ガラスシートを、前記金型表面に対向する前記ガラスシートの第１の表面に対して加圧ガスを印加することにより、前記金型表面上に押し付けるステップであって、このとき前記ガラスシートは、前記金型本体の温度を超える成形温度にある、ステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記ガラスシートは、約０．３ｍｍ以下の厚さを備えるフレキシブルガラスシートである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記加熱されたガラスシートを前記金型表面上に押し付ける前記ステップは、前記第１の表面に対向する前記ガラスシートの第２の表面に真空を印加するステップを含む、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
圧力キャップ組立体を用いて前記金型組立体を密閉して、前記圧力キャップ組立体と前記金型組立体との間に加圧チャンバを形成するステップであって、前記加圧ガスは約１０ｐｓｉ〜約６０ｐｓｉである、ステップ；及び
任意に、前記圧力キャップ組立体を約８００℃〜約９５０℃の温度まで加熱し、これによって前記ガラスシートを放射加熱するステップ
を更に含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記加熱されたガラスシートを前記金型表面上に押し付ける前記ステップの後に、前記ガラスシートを冷却して、前記３Ｄガラス物品を成形するステップ；及び
任意に、前記３Ｄガラス物品にポリマー層を塗布するステップ
を更に含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための装置であって、前記装置は：
前記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える、金型組立体；及び
圧力キャップ組立体であって、前記金型組立体に係合して、前記圧力キャップ組立体と前記金型組立体との間に加圧キャビティを提供する圧力キャップ組立体
を備え、
前記圧力キャップ組立体は、前記ガラスシートを前記金型表面の温度を超える成形温度まで加熱するよう構成されたヒータを備える、装置。
【請求項７】
前記金型表面は金型キャビティを画定し、
１つ又は複数のポートは、前記金型キャビティ内で負圧を印加するために、前記金型表面を横断する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記圧力キャップ組立体は、加圧ガスを受け取るためのプレナムチャンバと、前記プレナムチャンバに隣接して設置され、前記金型表面から離間した流路構造体とを備える、請求項６又は請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ガラスシートから成形される３Ｄ物品であって、前記物品は：
非平面構成を有するガラス層であって、前記非平面構成は、前記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型組立体を使用して成形される、ガラス層；及び
前記ガラス層の表面に塗布されたポリマー層であって、前記ガラス層は非平面構成である、ポリマー層
を備え、
前記ガラスシートは、前記金型表面の温度より高い成形温度において非平面構成へと成形される、３Ｄ物品。
【請求項１０】
前記ガラス層は、約０．３ｍｍ以下の厚さを備え；
前記ポリマー層は、前記ガラス層上にオーバモールドされるオーバモールド層であるか、又は前記ポリマー層は前記ガラス層上に積層され；
任意に、前記ポリマー層は、前記ガラス層に圧縮応力を導入する、請求項９に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、２０１４年８月２０日出願の米国特許第６２／０３９５５２号の優先権の利益を主張するものであり、上記特許の内容は参照によりその全体が本明細書に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、ガラスシートから成形ガラス物品を成形することに関する。
【背景技術】
【０００３】
ラップトップ、タブレット及びスマートフォンといった携帯電子デバイス用の、３次元（３Ｄ）ガラスカバーに対する需要が存在する。特に望ましい３Ｄガラスカバーは、ディスプレイとの対話のための２次元（２Ｄ）表面と、ディスプレイの縁部を包むための３Ｄ表面との組み合わせを有する。上記３Ｄ表面は非可展面、即ち歪曲させずに平面上へと開く又は広げることができない表面であり得、屈曲、角及び湾曲のいずれの組み合わせを含み得る。上記屈曲はきつく、かつ急であり得る。上記湾曲は不規則であり得る。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】
例えば０．３ｍｍ超の比較的厚いガラスシートに関して、２Ｄガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するために、熱改質が用いられている。熱改質は、２Ｄガラスシートを成形温度まで加熱し、その後上記２Ｄガラスシートを３Ｄ形状に改質することを伴う。２Ｄガラスシートを金型に対して落とし込む又は押圧することにより改質を行う場合、良好なガラス表面品質を維持するために、及びガラスと金型との反応を回避するために、ガラスの温度をガラスの軟化点未満に保つことが望ましい。軟化点未満では、ガラスは高い粘度を有し、屈曲、角及び湾曲等の複雑な形状に改質するために高圧を必要とする。従来のガラス熱改質においては、プランジャを用いて必要とされる高圧を印加する。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２と金型表面４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ことが多い。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２と金型表面４との間の不均一な間隙（例えば８）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ガラス物品における顕著な光学的歪みとして現れ得るガラスの薄化を引き起こし得る。不十分な押圧は、３Ｄガラス中に、特に、屈曲、角及び湾曲を含むガラス物品の複雑な領域に、しわを引き起こし得る。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成することになる不均一な間隙をもたらし得る。また、プランジャ表面、金型表面、又は成形に関与する他の機器の回避できない熱膨張も、間隙の均一性に影響を及ぼし得る。押圧中、プランジャはまたガラスを伸展させ得、これにより、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、厚さが不均一な３Ｄガラスをもたらし得る。金型表面又はプランジャ表面は、伸展の結果としての、ガラスの厚さの予期される変化を補償するよう設計してよい。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得、これは上述の通り、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し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、２Ｄシートから３Ｄガラス物品を確実に成形する方法であって、特に２Ｄシートが、厚さが約０．３ｍｍ以下の極薄フレキシブルガラスで成形されている、方法に関するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示する成形プロセスは、光学的歪み及び厳しい寸法制御なしに、ガラスシート（例えばフレキシブルガラスシート）から高品質な非可展形状を成形することを可能とする。引っかき及び摩耗保護等の様々な特性を提供するために、これらの３Ｄガラス物品の片側又は両側にプラスチックを積層できる。
【０００９】
ガラスは典型的には、プラスチック材料よりも良好な耐引っかき性及び耐摩耗性を有する。ガラスはまた、プラスチック材料と比較して、表面の損傷なしに容易に清掃でき、物体が、プラスチック内に埋まることができるようにはガラス内に埋まることがない。サンバイザー、サングラス、スキー用ゴーグル、度付きゴーグル等のような多数の透明ポリマー製品は非可展形状であり、ポリカーボネート又は同様の材料から作製される。本明細書で開示するように、ガラスシートをこのような非可展形状に成形して、プラスチック材料を積層することにより、完成した物品の寿命、透明度及びメンテナンスを向上させることができる。３Ｄ物品はまた、屈曲ＯＬＥＤディスプレイ又は他の電子製品を成形するために使用してよい。
【００１０】
更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、「発明を実施するための形態」から当業者には容易に明らかとなり、又は本説明及び添付の図面に例示されているような実施形態を実施することによって認識されるだろう。以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも、開示される主題の単なる例であり、請求される主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００１１】
添付の図面は、本開示の原理の更なる理解を提供するために含まれているものであり、本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。図面は１つ又は複数の実施形態を図示しており、本説明と併せて、本記事の原理及び動作を例として説明する役割を果たす。本明細書及び図面において開示される実施形態の様々な特徴は、いずれのあらゆる組み合わせで使用できることを理解されたい。非限定的な例として、本開示のこれら様々な特徴は、以下の態様に従って互いに組み合わせてよい。
【００１２】
第１の態様によると、ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形する方法が提供され、上記方法は、上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を含む金型組立体上に、ガラスシートを配置するステップを含む。上記ガラスシートは、成形温度まで加熱される。上記成形温度は、上記金型表面の温度より高い。加熱された上記ガラスシートは、上記金型表面に対向する上記ガラスシートの第１の表面に対して加圧ガスを印加することにより上記金型表面上に押し付けられ、これにより上記ガラスシートを上記金型表面に適合させ、このとき上記ガラスシートは、上記金型表面の温度を超える成形温度にある。
【００１３】
第２の態様によると、上記ガラスシートが、約０．３ｍｍ以下の厚さを備えるフレキシブルガラスシートである態様１の方法が提供される。
【００１４】
第３の態様によると、上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップが、上記第１の表面に対向する上記ガラスシートの第２の表面に真空を印加するステップを含む態様１又は態様２の方法が提供される。
【００１５】
第４の態様によると、上記加圧ガスが加熱される態様１〜３のいずれか１つの方法が提供される。
【００１６】
第５の態様によると、上記方法が更に、圧力キャップ組立体を用いて上記金型組立体を密閉して、上記圧力キャップ組立体と上記金型組立体との間に加圧チャンバを形成するステップを含み、上記加圧ガスは約１０ｐｓｉ〜約６０ｐｓｉである態様１〜４のいずれか１つの方法が提供される。
【００１７】
第６の態様によると、上記方法が更に、上記圧力キャップ組立体を約８００℃〜約９５０℃の温度まで加熱し、これによって上記ガラスシートを放射加熱するステップを含む態様５の方法が提供される。
【００１８】
第７の態様によると、上記ガラスシートの成形温度が、上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップの間、上記金型表面の温度より少なくとも約２５℃高い態様１〜６のいずれか１つの方法が提供される。
【００１９】
第８の態様によると、上記ガラスシートの成形温度が、上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップの間、上記金型表面の温度より約２５℃〜約１００℃高い態様１〜７のいずれか１つの方法が提供される。
【００２０】
第９の態様によると、上記方法が更に、上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップの後に、上記ガラスシートを冷却して、上記３Ｄガラス物品を成形するステップを含む態様１〜８のいずれか１つの方法が提供される。
【００２１】
第１０の態様によると、上記方法が更に、上記３Ｄガラス物品にポリマー層を塗布するステップを含む態様１〜９のいずれか１つの方法が提供される。
【００２２】
第１１の態様によると、ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための装置が提供され、上記装置は、上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を有する、金型組立体を含む。圧力キャップ組立体は、上記金型組立体に係合して、上記圧力キャップ組立体と上記金型組立体との間に加圧キャビティを提供する。上記圧力キャップ組立体は、上記ガラスシートを上記金型表面の温度を超える成形温度まで加熱するよう構成されたヒータを含む。
【００２３】
第１２の態様によると、上記ガラスシートが、０．３ｍｍ以下の厚さを有するフレキシブルガラスシートである態様１１の装置が提供される。
【００２４】
第１３の態様によると、上記ヒータが、上記ガラスシートを上記金型表面の温度より少なくとも約２５℃高い成形温度まで加熱するよう構成される態様１１又は態様１２の装置が提供される。
【００２５】
第１４の態様によると、上記ヒータが、上記フレキシブルガラスシートを上記金型表面の温度より約２５℃〜約１００℃高い成形温度まで加熱するよう構成される態様１１〜１３のうちのいずれか１つの装置が提供される。
【００２６】
第１５の態様によると、上記金型表面が金型キャビティを画定し、１つ又は複数のポートは、上記金型キャビティ内で負圧を印加するために、上記金型表面を横断する態様１１〜１４のうちのいずれか１つの装置が提供される。
【００２７】
第１６の態様によると、上記圧力キャップ組立体が、上記加圧ガスを受け取るためのプレナムチャンバを有するプレナムと、上記プレナムチャンバに隣接して設置され、上記金型表面から離間した流路構造体とを含む態様１１〜１５のうちのいずれか１つの装置が提供される。
【００２８】
第１７の態様によると、上記圧力キャップ組立体が上記金型組立体から取り外し可能である態様１１〜１６のうちのいずれか１つの装置が提供される。
【００２９】
第１８の態様によると、ガラスシートから成形される３Ｄ物品が提供される。上記物品は、非平面構成を有するガラス層を含み、上記非平面構成は、上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を有する金型組立体を使用して成形される。上記ガラス層の表面にポリマー層を塗布し、ここで上記ガラス層は非平面構成である。上記ガラスシートは、上記金型表面の温度より高い成形温度において非平面構成へと成形される。
【００３０】
第１９の態様によると、上記ポリマー層が、上記ガラス層上にオーバモールドされるオーバモールド層である態様１８の物品が提供される。
【００３１】
第２０の態様によると、上記ポリマー層が上記ガラス層上に積層される態様１８又は１９の物品が提供される。
【００３２】
第２１の態様によると、上記物品が更に、上記ポリマー層と上記ガラス層との間に接着層を備える態様１８〜２０のうちのいずれか１つの物品が提供される。
【００３３】
第２２の態様によると、上記ポリマー層が、上記ガラス層に圧縮応力を導入する態様１８〜２１のうちのいずれか１つの物品が提供される。
【００３４】
第２３の態様によると、上記ガラス層が約０．３ｍｍ以下の厚さを有する態様１８〜２２のうちのいずれか１つの物品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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２】フレキシブルガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための装置のある実施形態の概略図
【図３】フレキシブルガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための装置の別の実施形態の概略図
【図４】３Ｄガラス物品を成形する例示的な方法
【図５】０．１３ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．７ｍｍ厚のガラスシートに関する、成形にかかる時間と、３ｍｍの曲げ半径を有する皿形状のガラスの粘度との例示的な関係
【図６】３Ｄプラスチック物品のある実施形態の概略断面図
【図７】３Ｄガラス物品を成形する別の例示的方法
【図８】金型組立体のある実施形態の断面図
【図９】ガラスシートの中に成形された非平面構成を有するガラスシートのある実施形態の概略平面図
【図１０】様々な成形作業に関する例示的な時間、温度及び圧力プロファイル
【図１１】３Ｄガラス物品を成形するための連続的なプロセスのある実施形態の概略図
【図１２】３Ｄガラス物品を成形するための連続的なプロセスの別の実施形態の概略図
【図１３】図１２のプロセスにおいて使用するための、金型組立体と係合する空気軸受の概略図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下の「発明を実施するための形態」において、本開示の様々な原理の完全な理解を提供するために、説明を目的とし、限定を目的としない、具体的な詳細を開示する例示的な実施形態を示す。しかしながら、本開示の便益を得た当業者には、本開示は、本明細書で開示する具体的な詳細から逸脱した他の実施形態においても実施してよいことが明らかだろう。更に、周知のデバイス、方法及び材料の説明は、本開示の様々な原理の説明を不明瞭にしないために、省略する場合がある。最後に、可能な場合は常に、同様の参照符号は同様の要素を指す。
【００３７】
本明細書において範囲は、「約（ａｂｏｕｔ）」１つの特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表すことができる。このような範囲が表される場合、別の実施形態は、上記１つの特定の値から、及び／又は上記別の特定の値までを含む。同様に、値が先行詞「約」の使用により近似値として表される場合、特定の値は別の実施形態を成形することが理解されるだろう。更に、各範囲の終点は、他方の終点に関して及び他方の終点とは関係なく重要であることが理解されるだろう。
【００３８】
本明細書において使用する方向に関する用語（例えば上（ｕｐ）、下（ｄｏｗｎ）、右（ｒｉｇｈｔ）、左（ｌｅｆｔ）、前（ｆｒｏｎｔ）、後ろ（ｂａｃｋ）、頂部（ｔｏｐ）、底部（ｂｏｔｔｏｍ））は、描かれた図面を参照してなされたものにすぎず、絶対的な配向を暗示することを意図していない。
【００３９】
明示的に述べられている場合を除き、本明細書に示すいずれの方法が、該方法のステップをある具体的な順序で実施することを要求するものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、その複数のステップが従うべき順序を実際に列挙していない、又はそうでなくても、上記複数のステップがある特定の順序に限定されることが請求項若しくは本説明において明示的に述べられていない場合、いかなる点においても、ある順序が推定されることは全く意図されていない。これは：ステップ又は操作フローの構成に関する論理の問題；文法構成又は句読法から引き出される単純な意味；明細書中に記載される実施形態の数又はタイプを含む、解釈に関するいずれの可能な非表現基準に対して成り立つ。
【００４０】
本明細書において使用する場合、名詞は、文脈がはっきりと指示する場合を除き、複数の指示対象を指す。従って、例えばある「構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）」に対する言及は、文脈がはっきりと指示する場合を除き、２つ以上のこのような構成要素を有する複数の態様を含む。
【００４１】
フレキシブルガラス基板は、湾曲した又は適合性形状を、例として電子装置、包装及び建築用途において使用可能とすることができる。本明細書に記載される実施形態は一般に、
圧力キャップ組立体から送達される高温加圧ガスを使用して、２Ｄガラスシート（例えばフレキシブルガラスシート）から３Ｄガラス物品を成形することに関し、上記高温ガスは、成形プロセス中に上記ガラスシートの放射加熱を提供するために、金型温度より高い温度にある。高温加圧ガスをガラスシートに均一に印加してよく、又は差分を有して、例えば屈曲、角及び湾曲を含む上記ガラスシートの領域等の比較的高い成形圧力を必要とするガラスシートの領域に対して比較的高濃度で印加してよい。一般に、上記プロセスは：上記ガラスシートを金型組立体上に、金型キャビティを覆うように配置するステップ；上記圧力キャップ組立体（又は少なくともその一部分）を事前に選択した温度まで予熱し、上記圧力キャップ組立体からの放射加熱を用いて上記ガラスシートを加熱し、これによって、上記金型組立体が上記ガラスシートより冷たくなるように、上記ガラスシートと上記金型組立体との間に温度差を提供する、ステップ；高温加圧ガスを印加して、上記ガラス物品の３Ｄ形状を完成させるステップ；及び上記３Ｄガラス物品を冷却するステップを含んでよい。
【００４２】
３Ｄガラス物品は一般に、非平面構成を有する。本明細書において使用する場合、用語「非平面構成（ｎｏｎ−ｐｌａｎａｒ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）」は、ガラス物品の少なくとも一部分が外向きに、又はフレキシブルガラスシートの元の展開構成によって画定されるある平面に対してある角度をなして延在する、３Ｄ形状を指す。ガラスシートから成形された上記３Ｄガラス物品は、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成を保持できる。
【００４３】
いくつかの実施形態では、ガラスシートは、フレキシブルガラスシートである。本明細書に記載するフレキシブルガラスシートは、例えば０．３、０．２７５、０．２５、０．２２５、０．２、０．１９、０．１８、０．１７、０．１６、０．１５、０．１４、０．１３、０．１２、０．１１、０．１０、０．０９、０．０８、０．０７、０．０６、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、又は０．０１ｍｍを含む、約０．０１〜０．０５ｍｍ、約０．０５〜０．１ｍｍ、約０．１〜０．１５ｍｍ、約０．１５〜０．３ｍｍを含むがこれらに限定されない約０．３ｍｍ以下の厚さを有してよい。このガラスシートは、ガラス、ガラスセラミック、セラミック材料又はこれらの複合体で成形してよい。言及する際の便宜のためだけに、用語「フレキシブルガラスシート」「ガラス層」又は「フレキシブルガラス基板」を明細書全体で使用する場合があるが、このような基板又は層は代わりにこれらの材料のうちのいずれから作製できる。高品質ガラス基板を成形するフュージョンプロセス（例えばダウンドロープロセス）を用いて、ガラスシートを成形できる。フュージョンプロセスにおいて製造されたガラスシートは、他の方法で製造されたガラスシートと比べて、優れた平坦性及び平滑性を有する表面を有し得る。フュージョンプロセスは、米国特許第３，３３８，６９６号明細書及び第３，６８２，６０９号明細書に記載されている。他の好適なガラス基板成形方法としては、フロートプロセス、アップドロー及びスロットドロー法が挙げられる。
【００４４】
図２を参照すると、２Ｄフレキシブルガラスシート１２から３Ｄガラス物品を成形するための方法及び装置１０が示されている。装置１０は、金型組立体１４及び圧力キャップ組立体１６を含み、上記圧力キャップ組立体１６は、金型組立体１４に接続されて、圧力キャップ組立体１６と金型組立体１４との間に加圧成形キャビティ２０を成形する。金型組立体１４は、成形されることになるガラス物品の所望の３Ｄ形状に対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面２４を有する。金型表面２４は、凹状であり、金型キャビティ２６を画定するものとして示されているが、凸状、凸凹、平坦、及び湾曲領域等といった他の形状を使用してよい。フレキシブルガラスシート１２は、金型本体２２上の、金型キャビティ２６の中に又は金型表面２４に対して落とし込まれる位置に配置される。ポート又は孔２８を金型本体２２に設けてよい。ポート２８は、金型本体２２から金型表面２４まで延在してよい。一実施形態では、ポート２８は、金型表面２４の角に配置される。他の実施形態では、ポート２８は、金型表面２４の角及び底部に、又は金型表面２４の底部だけに配置してよい。ポート２８は、金型キャビティ２６に真空を印加するための真空ポートとして、又は金型キャビティ２６内に閉じ込められたガスを取り出すための排出ポートとして機能できる。金型本体２２上に位置合わせピン３０を設けて、フレキシブルガラスシート１２の金型キャビティ２０との位置合わせを支援してよい。
【００４５】
金型本体２２は、例えばフレキシブルガラスシートからガラス物品を成形する間に直面することになる高温に耐えることができる材料で作製してよい。金型材料は、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）材料であってよく、又は金型表面２４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してよい。一実施形態では、金型本体２２はグラファイト等の非反応性炭素材料で作製され、金型表面２４は、金型表面２４がガラスと接触した場合にガラスに欠陥が導入され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、金型本体２２は、炭化ケイ素、炭化タングステン、及び窒化ケイ素等の高密度セラミック材料で作製され、金型表面２４は、グラファイト等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、金型本体２２は、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ７１８、Ｉｎｃｏｎｅｌ  ６００、ニッケル‐クロム合金等の超合金で作製され、金型表面２４は、窒化チタンアルミニウム等の硬質セラミック材料でコーティングされる。一実施形態では、コーティング材料を備える又は備えない金型表面２４は、約１０ｎｍ以下の表面粗度Ｒａを有する。金型本体２２のために炭素材料が使用される、又は金型表面２４のために炭素コーティング材料が使用される実施形態では、ガラス物品の成形は不活性雰囲気において実施できる。
【００４６】
圧力キャップ組立体１６は、金型組立体１４の頂部上に設置される。圧力キャップ組立体１６が金型組立体１４上に設置される場合、圧力キャビティ２０は圧力キャップ組立体１６と金型組立体１４との間に成形される。圧力キャップ組立体１６はプレナムチャンバ４２を含むプレナム４０を含み、上記プレナムチャンバ４２は、導管４４を介して、窒素又はいずれの他の好適なガスであってよい高温加圧ガス４６源に接続される。圧力キャップ組立体１６は、流路構造体４８を含み、上記流路構造体４８は、プレナムチャンバ４２の下側に設置され、金型本体２２の上方に位置決めされる。流路構造体４８は、例えば流路５０を含む穿孔されたプレートであってよく、上記流路５０を通して、プレナムチャンバ４２内の加圧ガス４６を、圧力キャビティ２０へと配向でき、また金型表面２４に向かって配向できる。流路構造体４８を含む圧力キャップ組立体１６は、フレキシブルガラスシート１２が成形物品へと改質される条件下で汚染物質を生成しない材料で成形してよい。
【００４７】
圧力キャビティ２０は、プレナム４０及び流路構造体４８を通して圧力キャビティ２０へと高温加圧ガス４６を送達する前に、圧力キャップ組立体１６と金型組立体１４との間を密閉してよい。圧力キャビティ２０は、圧力キャップ組立体１６に対して力を印加することにより密閉してよく、これにより圧力キャップ組立体１６は金型本体２２の頂部に対して下向きに固定する。ラム又は他の好適なデバイスを使用して、力を印加してよい。密閉条件を維持するために、密閉用圧力は、圧力キャビティ２０に送達される高温加圧ガス４６の圧力より高くてよい。
【００４８】
図示した実施形態では、流路構造体４８は、プレナムチャンバ４２の底部全体を占有し、フレキシブルガラスシート１２の頂面５６全体にわたって高温加圧ガス４６を配向する。流路構造体４８における孔の分布及びサイズが均一である場合、高温加圧ガス４６は、フレキシブルガラスシート１２の表面５６全体にわたって略均一に配向される。図３は、流路構造体６０がプレナムチャンバ６２の縁部に配置され、フレキシブルガラスシート１２の頂面５６に対する高温加圧ガス４６の、差分を有する印加を可能とする代替的配置を示す。流路構造体６０の形状は環状であってよい。あるいは、プレナムチャンバ６２の縁部に沿って配設された複数の流路構造体を使用してよい。図３に示す配置では、流路構造体６０は、フレキシブルガラスシート１２の周縁に高温加圧ガスを配向する。この周縁は高い成形圧力が必要である箇所、例えば屈曲、角又は湾曲が成形される箇所であり得る。一般に、プレナム上の流路構造体の位置は、流路構造体を通して送達される高温加圧ガスの焦点を決定し、流路構造体の配置、並びに流路構造体の間隔及び流路構造体における孔は、成形されることになる３Ｄ形状に合わせてよい。金型上のフレキシブルガラスシートの選択された領域に高温加圧ガスを配向する、又は金型本体上のフレキシブルガラスシートにわたって高温加圧ガスを、差分を有するように配向する、図３に示すような流路構造体は、指向性流路構造体と呼んでよい。
【００４９】
いくつかの実施形態では、高温加圧ガス４６を圧力キャビティ２０内に送達する前に、圧力キャビティ２０を密閉しなくてよい。図３における流路構造体６０等の指向性流路構造体は、フレキシブルガラスシート１２から短い距離（例えば約５ｍｍ以下）内に位置決めしてよい。上記短い距離は、高圧力成形を必要とするフレキシブルガラスシート１２の所望の領域に限定される指向性流路構造体を通して印加される指向性ジェットを提供できる。この指向性ジェットの高い速度を用いて、フレキシブルガラスシート１２の所望の領域内にポイント又はライン圧力を生成してよい。この場合圧力キャビティ２０は密閉されていないため、圧力キャビティ２０内の平衡圧力は確立されない。従ってフレキシブルガラスシート１２の所望の領域のみが、高速ガス噴射圧力を受承できる。
【００５０】
図２に示すように、金型組立体１４は、真空チャック７０上に配置してよい。他の実施形態では、真空チャック７０を使用しなくてよい。加圧ガス４６及び圧力キャップ本体７４を加熱するために、加熱要素７２を圧力キャップ組立体１６に配置してよい。圧力キャップ本体７４を加熱することにより、フレキシブルガラスシート１２の放射加熱が可能となる。いくつかの実施形態では、ヒータは、直接的に、又は圧力キャップ本体７４を通して間接的にフレキシブルガラスに放射熱を送達するよう位置決めされたＩＲヒータであってよい。いくつかの実施形態では、金型表面２４において、フレキシブルガラスシート１２と金型本体２２との間に温度差が提供される。例えば上記温度差は、ガラス物品成形プロセス中、少なくとも約２５℃、例えば少なくとも約５０℃、例えば約２５℃〜約１００℃である。ＩＲ又は抵抗ヒータ等のいずれの好適なヒータを使用してよい。
【００５１】
図４を参照すると、３Ｄガラス物品を成形する例示的な方法１００が示されている。この実施形態では、フュージョンドロープロセス等のいずれの好適なプロセスを用いて、ステップ１０２において、連続的なフレキシブルガラスリボンを成形してよい。ステップ１０４において、レーザ切断、スコーリング及び破壊等のいずれの好適な切断プロセスを用いて、フレキシブルガラスシートを連続的なフレキシブルガラスリボンから取り外してよい。ステップ１０６において、例えば特に切断縁部における研磨、エッチング、縁部コーティング等によってフレキシブルガラスシートを縁部強化することが望ましい場合がある。ステップ１０８において、フレキシブルガラスシートを金型組立体１４内に配置する前に、フレキシブルガラスシートを（例えば成形温度未満の温度に）予熱してよい。他の実施形態では、フレキシブルガラスシートを金型組立体１４内で予熱してよい。ステップ１１０において、フレキシブルガラスシートを、金型組立体１４と圧力キャップ組立体１６との間の圧力キャビティ２０内に配置してよい。いくつかの実施形態では、金型本体２２上にフレキシブルガラスシートを配置する前に、金型本体２２を予熱してよい。いくつかの実施形態では、位置合わせピン３０を使用して、フレキシブルガラスシートを金型本体２２上に配置してよい。フレキシブルガラスシートを金型上に配置した後、中赤外線加熱要素又はエミッタプレートを使用して、上述したように所望のガラスの粘度又は粘度範囲に対応する成形温度に、フレキシブルガラスシートを加熱してよい。金型組立体１４はその後、圧力キャップ組立体１６の下に移動される又は送られる。図５は、０．１３ｍｍ、０．２ｍｍ及び０．７ｍｍ厚のガラスシートに関する、成形にかかる時間と、３ｍｍの曲げ半径を有する皿形状のガラスの粘度との例示的な関係を示す。図に示すように、比較的薄いガラスシートは、比較的厚いガラスシートに比べて、より高い粘度で改質できる。
【００５２】
一実施形態では、フレキシブルガラスシート及び金型本体２２は、これらの両方が、フレキシブルガラスシートの３Ｄガラス物品への成形を開始する時点までに同一の温度となるように、加熱される。このタイプの加熱のために、金型本体２２は、グラファイト等の非反応性炭素材料で、又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作製してよい。加熱は、不活性雰囲気において実施してよい。別の実施形態では、フレキシブルガラスシートを金型本体２２上にある間に加熱してよく、これにより、金型本体２２の温度はフレキシブルガラスシートの温度より低くなり、例えば金型本体２２の温度はフレキシブルガラスシートの温度より２５℃〜１００℃低くなり得る。この加熱のために中赤外線ヒータを使用してよい。金型本体２２は、硬質セラミックコーティングを有する超合金で作製してよい。この材料を用いた場合、加熱を不活性又は不活性でない雰囲気において実施できる。
【００５３】
フレキシブルガラスシート及び金型本体２２を加熱した後、ステップ１２２において、金型キャビティ２６に真空を印加して、フレキシブルガラスシートの底面を金型表面２４に対して引き込み、フレキシブルガラスシートを金型表面２４に対して密閉する。真空が印加される前に、フレキシブルガラスシートを既に、重力により金型表面２４に対して落とし込み始めてよい。一実施形態では、印加される真空は、２〜１０（Ｈｇ）の範囲で印加してよい。高温加圧ガス４６は、プレナム４０及び圧力チャンバ４２を通して、部分的に成形されたフレキシブルガラスシートの頂面に対して印加される。高温加圧ガス４６は、フレキシブルガラスシートを金型表面２４に完全に適合させるのに必要な圧力を提供する。高温加圧ガスの温度は、１０７Ｐｏｉｓｅ（１０６Ｐａ・ｓ）〜１０１１Ｐｏｉｓｅ（１０１０Ｐａ・ｓ）のガラスの粘度範囲に対応する上述の温度範囲内である。圧力キャップ組立体１６及び／又はＮ２温度が８００℃超、例えば８７０℃〜９５０℃となることが望ましい場合があり、これにより、圧力成形中にフレキシブルガラスシートを放射加熱して、フレキシブルガラスシートを低粘度にとどめ、比較的速い速度で金型の形状に適合させることを可能とする。高温加圧ガスの温度は、フレキシブルガラスシートの温度と同一であっても、異なっていてもよい。一実施形態では、高温加圧ガスの温度は、フレキシブルガラスシートの温度の８０℃以内である。高温加圧ガスの温度は、フレキシブルガラスシートの温度と同一であるか、又はこれより高いか、又は低くてよい。フレキシブルガラスシートの温度より高い温度における高温加圧ガスの噴出は、フレキシブルガラスシートに選択的に印加してよい。流路構造体６０は、高温加圧ガスの噴出が指向的に、即ち噴出が必要なフレキシブルガラスシートの領域にのみ印加されるように設計してよい。３Ｄ形状を成形するためのガス圧力は、接触成形に用いられるプランジャ圧力に相当し得る。成形されることになる３Ｄ形状及びガラスの粘度に応じて、この圧力を１０ｐｓｉ〜６０ｐｓｉの範囲内としてよい。
【００５４】
既に上述したように、高温加圧ガス４６をフレキシブルガラスシートに印加する前に、圧力キャビティ２０を密閉してよい。フレキシブルガラスシートが圧力キャップ組立体１６からの放射によって加熱される場合、フレキシブルガラスシートの加熱前、加熱中又は加熱後に、圧力キャビティ２０を密閉してよい。あるいは、圧力キャビティ２０が密閉されることになる場合、圧力キャビティ２０は、フレキシブルガラスシートが放射を用いて金型本体２２上で直接的に加熱される場合は、フレキシブルガラスシートの加熱後に密閉するべきである。高温加圧ガス４６をフレキシブルガラスシートに印加する数秒前に、真空を金型キャビティ２６に印加できる。高温加圧ガス４６をガラスシートに印加する期間の一部又は全体にわたって真空を維持でき、この場合、真空は金型本体２２上のフレキシブルガラスシートの位置を維持でき、これにより高温加圧ガス４６が印加されたときにフレキシブルガラスシートは移動せず、また加圧ガスはフレキシブルガラスシートの真下を流れることができない。開始時のフレキシブルガラスシートが金型キャビティ２６より大きく、これが金型キャビティ２６を覆っている場合、真空を用いることなく、フレキシブルガラスシートを３Ｄガラス物品へと成形できる。真空を用いて又は用いずに成形する間、金型キャビティ２６内のポートを使用して金型キャビティ２６内に閉じ込められたガスを排出してよい。
【００５５】
３Ｄガラス物品を成形した後、ステップ１３０において、高温加圧ガス４６の圧力キャビティ２０への流れは、停止されるか、又は比較的低温の加圧ガス流に置き換えられる。続いて３Ｄガラス物品は、比較的低温の加圧ガスを用いて又は用いずに、アニール点付近まで冷却される。この比較的低温の加圧ガスは、３Ｄガラス物品のより急速な冷却を支援できる。一実施形態では、上記比較的低温の加圧ガスが３Ｄガラス物品の冷却に使用される場合、上記比較的低温の加圧ガスの温度は、ガラス転移温度プラス又はマイナス０℃に対応する温度範囲から選択される。別の実施形態では、上記比較的低温の加圧ガスが３Ｄガラス物品の冷却に使用される場合、上記比較的低温の加圧ガスの温度は、冷却中の金型本体２２の温度に一致するよう調整される。これは、熱電対等のセンサを用いて金型本体２２の温度を監視し、センサの出力を使用して上記比較的低温の加圧ガスの温度を調整することにより、達成してよい。上記比較的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これと同一であってよい。３Ｄガラス物品の冷却は、ガラス物品の厚さにわたる、ガラス物品の長さに沿った、及びガラス物品の幅に沿った温度差（デルタＴ）を、最小化するものである。また、金型組立体を加圧ガスによって冷却して、金型の冷却を加速してもよい。
【００５６】
デルタＴは、ガラス物品の厚さにわたり、並びにガラス物品の長さ及び幅に沿って１０℃未満であってよい。冷却中のデルタＴが小さくなればなるほど、ガラス物品内中の応力も低くなる。冷却中にガラス物品中に高い応力が生成された場合、ガラス物品は応力に応答して歪み得る。従って、冷却中にガラス物品中に高い応力が生成されることを回避することが望ましい場合がある。３Ｄガラス物品の両側に温度制御されたガス流を印加することにより、３Ｄガラス物品を対流冷却できる。上述のように、比較的低温の加圧ガスは、プレナム４０及びプレナムチャンバ４２を通して３Ｄガラス物品の頂面に印加でき、上記比較的低温の加圧ガスと同様の特性を有し得る温度制御されたガス流は、金型キャビティ２６内のポートを通して３Ｄガラスの底面に印加できる。ポートを通して供給されたガスの圧力は、ステップ１３２における冷却中に３Ｄガラス物品を金型キャビティ２６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。金型本体２２は、金型本体２２がガラスより大きな熱質量を有するため、ガラスより遥かに遅い速度で冷却できる。金型本体２２のこの徐冷は、ガラスの厚さにわたって大きなデルタＴを生成できる。冷却中にガラスを金型本体２２から持ち上げることにより、この大きなデルタＴを回避するのを助けることができる。
【００５７】
緩やかな輪郭は、比較的高いガラスの粘度、例えば１０９Ｐｏｉｓｅ（１０８Ｐａ・ｓ）〜１０１１Ｐｏｉｓｅ（１０１０Ｐａ・ｓ）において成形でき、きつい屈曲及び鋭い角は比較的低い粘度１０７Ｐｏｉｓｅ（１０６Ｐａ・ｓ）〜１０８Ｐｏｉｓｅ（１０７Ｐａ・ｓ）において成形し得る。この比較的低い粘度により、ガラスは金型により良好に適合できる。しかしながら、低粘度では良好なガラス表面化粧を達成することが困難になり得る。というのは、これによりガラス表面により容易に欠陥が刻まれ得るためである。低粘度における成形は例えば、オレンジピールを生成し得るガラスの再沸騰を引き起こし得る。比較的低いガラスの粘度では、金型表面内の真空又は排出ポートをガラス中に押し込むことができる。その一方で、高いガラスの粘度では、良好な表面化粧を達成できる。従って、３Ｄガラスにおいて良好なガラス表面化粧及び厳しい寸法公差の両方を達成するために、高温加圧ガスによってガラスに印加される圧力、ガラスの粘度、及び上記高温加圧ガスの圧力が印加される場所を最適化できる。良好な表面化粧を維持しながら厳しい寸法公差を得るための、複数の選択肢が存在する。
【００５８】
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ってよい。例えば、きつい屈曲を有する３Ｄ形状を成形するために、金型を、最終的な形状よりきつい曲げ半径及び急な側壁接線角度の壁を有して設計できる。例えば、成形されることになる皿の側壁接線角度が６０°である場合、そして良好なガラス表面化粧を維持するために皿をｌｏｇ粘度９．５において皿を成形することが望まれる場合、成形プロセスは、金型の輪郭が補正されない場合は側壁接線角度が４６°の、即ち所望の角度より１４°小さい皿を製造してよい。ガラスの粘度を低下させることなく側壁接線角度を増大させるために、金型の輪郭を補償して、理想の形状と成形された物品において測定された角度との差だけ、側壁接線角度を増大させることができる。上述の例では、補償された金型は７４°の側壁接線角度を有し得る。形状を成形するために必要な圧力が高温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物品を達成することが可能である。
【００５９】
別の選択肢は、金型に対して高程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、表面粗度Ｒａ＜１０を有するよう作製でき、また非粘着性又は非反応性となるよう作製できる。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対して使用してよい。また、真空又は排出ポートを、金型の角のみに、即ち圧力成形中にガラスが最後に金型に接触する場所に配置できる。
【００６０】
別の選択肢は、図３に示すもの等のように、指向性プレナムを使用することであり、ここで高温ガスの圧力は、複雑な領域、例えばガラスの屈曲又は角を含む領域に向かって配向される。ガラスの温度より高い５０℃〜１５０℃の温度の加圧ガスの噴出を、指向性吐出として印加することにより、上記複雑な領域においてガラスの温度を優先的に上昇させてガラスの粘度を低下させることができる。
【００６１】
更に別の選択肢は、ガラスシートの３Ｄ領域（即ち屈曲、角及び湾曲のいずれの組み合わせを含む３Ｄ形状に成形されることになる領域）の上方で小型ヒータを使用することである。例えば、３Ｄ領域におけるガラスは、ガラスシートの２Ｄ領域（即ち３Ｄ形状へと成形されない残留領域）におけるガラスより１０〜３０℃高く加熱してよい。これは、上述の指向性ジェットの使用と組み合わせることができる。
【００６２】
別の選択肢は、金型内にヒータを設けて、金型の３Ｄ領域（即ちガラスシートの３Ｄ領域の成形に使用されることになる領域）を、金型の２Ｄ領域の温度より高い温度まで加熱することである。金型の３Ｄ領域は、金型の２Ｄ領域（又は平坦領域）の温度より１０〜３０℃高い温度まで加熱してよい。これは、上述の指向性ジェットの使用と組み合わせることができる。別の選択肢は、ガラスシートの上方及び近くに放射ヒータを設けて、ガラスシートの３Ｄ領域に放射加熱を施すことであり、これによって、ガラスシートの２Ｄ領域を比較的低温に維持しながら、３Ｄ形状へと加工する必要があるガラスシートの小さな領域を優先的に軟化させる。２Ｄ領域を３Ｄ領域より低温に維持することにより、２Ｄ領域における美しい表面仕上げを維持できる。
【００６３】
ステップ１３８で示されるようないくつかの実施形態では、３Ｄガラス物品の成形後に、３Ｄガラス物品にポリマー層を設けてよい。例えば予め成形されたポリマーシートを用いて、又はポリマー層をガラス層上にオーバモールドする若しくは別の方法で塗布する（例えばコーティングする、噴霧する等）ことにより、ポリマー層を積層してよい。ガラスは本質的に強靭な材料であるが、その強度（信頼性）は、ガラスの表面欠陥又はひびのサイズ密度分布、及び長期にわたる材料に対する応力の累積曝露の関数である。いくつかの実施形態では、１つ若しくは複数の追加のガラス層及び／又は１つ若しくは複数のポリマー層等の非ガラス層を追加することにより、３Ｄガラス物品を強化してよい。例として図６を参照すると、３Ｄガラス物品１５０は、再成形済みフレキシブルガラスシートで成形されたガラス層１５２と、ガラス層１５２の内面１５６（及び／又は外面１５７）に対して積層されるポリマー層１５４とを含んでよい。いくつかの実施形態では、接着層１５８を用いて、ポリマー層１５４とガラス層１５２とを積層してよい。いくつかの実施形態では、ポリマー層とフレキシブルガラス層との熱膨張係数（ＣＴＥ）ミスマッチを利用して、ポリマー層を昇温させたフレキシブルガラス基板に積層した後、徐冷してよい。このような昇温積層アプローチは、積層構造体が冷却されると、フレキシブルガラス基板の厚さにわたって均一に分布した残留圧縮応力を生成できる。
【００６４】
フレキシブルガラス基板を強化するためのプロセスは、ポリマー層と３Ｄガラス物品とを昇温下で積層した後に徐冷して、３Ｄガラス物品の厚さにわたる残留圧縮応力を生成することにより、ポリマー層と３Ｄガラス物品との大きなＣＴＥミスマッチ（例えば約２倍以上、例えば約５倍以上、例えば約１０倍以上）を利用してよい。いくつかの実施形態では、ＣＴＥミスマッチは少なくとも約３ｐｐｍ／℃以上、例えば約６ｐｐｍ／℃以上、例えば約９ｐｐｍ／℃以上、例えば約１２ｐｐｍ／℃以上、例えば約１５ｐｐｍ／℃以上、例えば約２０ｐｐｍ／℃以上、例えば約２７ｐｐｍ／℃以上、例えば約５０ｐｐｍ／℃以上であってよい。
【００６５】
ここで図７を参照すると、３Ｄガラス物品を成形する方法２００の別の実施形態が示されている。この実施形態では、フレキシブルガラスシートはステップ２０２において提供される。この実施形態では、フレキシブルガラスシートを、図８の金型キャビティ２０４及び２０６等の複数の金型キャビティにわたって延在するよう、サイズ設定してよい。フレキシブルガラスシートは、フュージョンドロープロセス等のいずれの好適なプロセスを用いて成形してよい。ステップ２０５において、フレキシブルガラスシートを、金型組立体２０８と圧力キャップ組立体との間の圧力キャビティ内に配置してよい。いくつかの実施形態では、金型組立体２０８上にフレキシブルガラスシートを配置する前に、金型組立体２０８を予熱してよい。フレキシブルガラスシートを圧力キャビティ内に配置した後、ステップ２１０において、上述したように、圧力キャップ組立体を用いて、所望のガラスの粘度又は粘度範囲に対応する成形温度まで、フレキシブルガラスシートを加熱してよい。
【００６６】
再び図７を参照すると、フレキシブルガラスシートを加熱した後、ステップ２１２において、金型キャビティに真空を印加して、フレキシブルガラスシートの底面を金型表面に対して引き込み、フレキシブルガラスシートを金型表面に対して密閉する。圧力キャップ組立体から、部分的に成形されたガラスシートの頂面に、高温加圧ガスが印加される。高温加圧ガスは、フレキシブルガラスシートを金型表面に完全に適合させるために必要な圧力を提供する。成形後、ステップ２１４において、高温加圧ガスの圧力キャビティへの流れは、停止されるか、又は比較的低温の加圧ガス流に置き換えられ、ステップ２１６において、ガラスはガラスの歪み点未満まで冷却され、ガラスは金型キャビティから取り外される。
【００６７】
図９も参照すると、ステップ２２２において、ガラスシート２２０の成形された領域２１８の周りを切断することによって、３Ｄガラス物品を成形してよい。レーザ切断、機械的及びウォータージェット切断等のいずれの好適な切断方法を用いてよい。ステップ２２４において、例えば研磨、エッチング、縁部コーティング等によって３Ｄガラス物品を縁部強化することが望ましい場合がある。ステップ２２６で示されるようないくつかの実施形態では、３Ｄガラス物品の成形後、３Ｄガラス物品にポリマー層を設けてよい。例えば予め成形されたポリマーシートを用いて、又はポリマー層をガラス層状にオーバモールドすることにより、ポリマー層を積層してよい。ポリマー層とガラス層との間に接着層を使用してよい。他の実施形態では、成形された領域２１８の周りを切断する前に、ポリマー層をガラスシート２２０に塗布してよい。このようにして、成形された領域の周りを切断することにより、ガラス物品を、その個々のポリマーと共に取り外すことができる。
【００６８】
本明細書に記載する３Ｄガラス物品において使用するためのポリマー層としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）又はサーモポリマーポリオレフィン（ＴＰＯ（商標）−ポリエチレン、ポリプロピレン、ブロックコポリマーポリプロピレン（ＢＣＰＰ）又はゴムのポリマー／フィラー混合物）、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリビニルブテラート、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン及び置換ポリエチレン、ポリヒドロキシブチラート、ポリヒドロキシビニルブチラート、ポリエーテルイミド、ポリアミド、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリエーテル、ポリスルホン、ポリビニルアセチレン、透明熱可塑性物質、透明ポリブタジエン、ポリシアノアクリレート、セルロース系ポリマー、ポリアクリレート及びポリメタクリレート、ポリビニルアルコール、ポリスルフィド、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート並びにポリシロキサンのうちのいずれの１つ以上である、様々なポリマーが挙げられる。また、プレポリマー又はプレコンパウンドとして堆積／コーティングでき、その後変質できる、エポキシ樹脂、ポリウレタン、フェノールホルムアルデヒド樹脂、及びメラミンホルムアルデヒド樹脂等のポリマー類を使用することもできる。多くのディスプレイ及び電気的用途には、アクリル系樹脂、シリコーン、及びこのような構造補助層、例えばＤｕＰｏｎｔから市販されているＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ（登録商標）が好まれる場合が多い。ポリマー層は、一部の用途に関しては透明であってよいが、他の用途に関しては透明である必要はない。
【００６９】
ポリマー層を昇温させた３Ｄガラス物品に積層するための接着材の非限定的な例としては、Ｎｏｒｌａｎｄ（商標）  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｄｈｅｓｉｖｅｓ（例えばＮＯＡ６０、ＮＯＡ６１、ＮＯＡ６３、ＮＯＡ６５、ＮＯＡ６８、ＮＯＡ６８Ｔ、ＮＯＡ７１、ＮＯＡ７２、ＮＯＡ７３、ＮＯＡ７４、ＮＯＡ７５、ＮＯＡ７６、ＮＯＡ７８、ＮＯＡ８１、ＮＯＡ８４、ＮＯＡ８８、ＮＯＡ８９）、Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（商標）（例えばＳｙｌｇａｒｄ  １８４及び他の熱硬化性シリコーン）、Ｄｙｍａｘ（商標）等によって製造されるものといった、ＵＶ硬化性光学接着剤又は光学接合剤が挙げられる。熱活性化接着材（例えばＮＯＡ８３Ｈ）に関して、事前選択した温度（例えば約５０℃以上（約７０℃以上、８０℃以上、１００℃以上等））より高い活性化温度を有する接着材を使用してよく、これにより、ポリマー層に、ガラス層への積層に先立ってガラス層に対して膨張する機会を与えることができる。いくつかの実施形態では、接着材は、３Ｍ（商標）（例えば８２１２、８２６０３、８１７２Ｃ）、Ｆｌｅｘｃｏｎｎ（商標）（例えばＤＦ１３２３１１）等によって製造されるものといった、圧力感受性接着剤を含む。
【００７０】
いくつかの実施形態では、ポリマー層としての使用に好適なポリマーを、接着材として使用できる。例えばいくつかの実施形態では、ポリマー層（例えばＥＶＡ又はＳｅｎｔｒｙＧｌａｓ）を、２つの材料間（例えばガラス層とポリマー層との間、又は２つのガラス層間）の接着材として使用できる。更に、各ポリマー層自体は、異なるヤング率、異なるポワソン比、及び／又は層厚さを有する異なるタイプのポリマーで作製された、積層又は複合構造体であってよい。この場合、当業者は、化合物層を均質化して、ガラス‐ポリマー積層体を有益に構成するために本明細書に記載されているように使用してよい有効な厚さ、有効なヤング率及び有効なポワソン比を含む、層全体に関する有効値を得ることができるだろう。例えば複合体は、ステンレス鋼、ニッケル、銅、貴金属、酸化金属等といった、上述の材料及び／又は金属のいずれの組み合わせで形成してよい。
【実施例】
【００７１】
０．２ｍｍのフレキシブルガラスシートを、９ジオプター（曲率半径５８．１１ｍｍ）のレンズブランクに圧縮成形した。まず、平坦な円形ガラスプリフォームをフレキシブルガラスシートから切り抜き、６６０℃の金型組立体上に配置した。金型組立体及びガラスを、金型表面よりもガラスを優先的に加熱する中赤外線炉内で予熱した。金型温度プロファイル、真空及び圧力成形を図１０に示す。金型温度が７６１℃（１０１２．２Ｐ（１０１１．１Ｐａ・ｓ））のとき、真空を印加し、続いて金型組立体を圧力成形ステーションに移し、この圧力成形ステーションでは圧力成形キャップ組立体を、金型組立体を覆うように配置した。フレキシブルガラスプリフォームを、４０ｐｓｉの高温窒素を用いて３０秒間加圧して、金型表面に完全に適合させた。圧力キャップ組立体の温度は８７０℃（１０９．５Ｐ（１０８．５Ｐａ・ｓ））であり、ピーク金型温度は７７３℃（１０１１．９Ｐ（１０１１．９Ｐａ・ｓ））であった。冷却中に元の形に戻るのを防止するために、及び良好な形状制御を保証するために、真空を冷却の初期段階にわたって維持した。金型温度が６８１℃（１０１４．５Ｐ（１０１３．５Ｐａ・ｓ））のとき、成形された３Ｄガラス物品を、アニール点未満の金型から取り外した。
【００７２】
比較のために、真空成形金型温度プロファイルも図１０に示す。成形物に真空を引くために利用可能な力は１４ｐｓｉ未満であるため、真空成形は比較的高い金型温度（７９２℃、１０１１．３Ｐ）を必要とし得る。金型温度を上昇させる必要があるため、サイクル時間が増加し、モールドガラスにより多くの欠陥が付与され得る。真空成形用の金型は、ガラス表面にわたり真空圧力を分配して完全な成形を達成するために、圧力成形よりも多くの真空孔を必要とし得る。
【００７３】
４面屈曲（皿）及び２面屈曲（そり）形状を有する３Ｄガラス物品もまた、家庭用電化製品に関して関心を引くものである。一般に、ガラスの屈曲は、粘度及びガラス厚さの３乗に比例する：
【００７４】
【数１】
2017528406.tif 000003
【００７５】
ここで、
ｔ＝ガラスを曲げるのにかかる時間
ｈ＝ガラス粘度（Ｐａｓ）
ｓ＝ガラスシート厚さ（ｍ）
Ｐ＝曲げ圧力（Ｐａ）
υ＝ポワソン比
Ｒ＝曲げ半径（ｍ）
Ｈ＝曲げ高さ（ｍ）
である。
従って、他のパラメータ（粘度、ガラスのジオメトリ）が同一である場合、０．２ｍｍ厚のガラスシートの成形は、０．７ｍｍのガラスシートより約４０倍速く行うことができ、あるいはガラスシートを同一の成形時間で比例的に低い粘度で成形できる。薄いフレキシブルガラスから家庭用電化製品のカバーのための形状を圧力成形し、プラスチックを積層して、０．５５〜１．０ｍｍの所望の厚さを達成することは、最終的なガラスシートの形状を単純に成形するよりも有利であり得る。というのは、薄いガラスはより高い粘度で成形できるため、歪み及び表面欠陥レベルが低減され、金型上にある時間が削減され、従って金型の寿命及びスループットを増大させることができるためである。２面屈曲形状は、４面屈曲形状から屈曲側部を切断することによって成形できることに留意されたい。
【００７６】
図１１は、２Ｄフレキシブルガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための連続的システム４００を示す。システム４００は、成形ステーション４０２を含む。成形ステーション４０２は、装置１０（図２）を含む。システム４００は、成形ステーション４０２の上流に予熱ステーション４０４を含む。フレキシブルガラスシート４０５を支持する金型組立体１４は、予熱ステーション４０４において予熱される。金型組立体１４は、コンベヤ４０６上で、予熱ステーション４０４に沿って成形ステーション４０２に輸送される。予熱ステーション４０４は、金型組立体１４によって支持されるフレキシブルガラスシート４０５を加熱するためのヒータ４０８を含む。ヒータ４０８は、上述のように中赤外線ヒータであってよいか、又はフレキシブルガラスシート及び金型組立体１４に熱を送達して、フレキシブルガラスシート４０５と金型組立体１４との間に温度差を提供できる、他のタイプのヒータであってよい。システム４００は、成形ステーション４０２の下流に冷却ステーション４１０を含んでよい。成形ステーション４０２において成形された３次元ガラス物品４０７は、冷却ステーション４１０に運ばれ、３次元ガラス物品４０７を形状の歪みなしに金型から取り外すことができる温度まで冷却できる（即ちガラスの温度はガラスの転移温度未満である）。冷却ステーション４１０において、金型組立体１４に能動的な冷却を施すことができ、これにより、金型組立体１４を熱伝達流体又はガスによって底から冷却して、金型の温度をガラスの上方の空気の温度に一致させ、ガラスの厚さにわたるデルタＴを最小化できる。３Ｄガラス物品４０７の初期冷却もまた、成形ステーション４０２において実施してよい。金型組立体１４を、コンベヤ４１２上で冷却ステーション４１０に沿って輸送してよい。システム４００はまた、冷却ステーション４１０の下流に、アニールステーション４１４を含んでよい。アニールステーション４１４は高温空気軸受４１６を含んでよく、３Ｄガラス物品４０７を、高温空気軸受４１６上で浮かせることによってアニールできる。ピックアップ器具を使用して、３Ｄガラス物品４０７を金型組立体１４から取り上げ、ガラス物品４０７を高温空気軸受４１６上に配置してよい。
【００７７】
ここで図１２を参照すると、２Ｄフレキシブルガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための別の連続的システム４５０が示されている。システム４５０は一般に、予熱炉モジュール４５２、圧力成形ステーション４５４及び制御冷却炉モジュール４５６を含む。この実施形態では、その中にガラスを有しない状態で予熱された金型組立体４５８を連続炉ループ４５０上で送ることにより、ガラスに沿って予熱されるのを回避する。フレキシブルガラスシート４６０は、コンベヤのように移動する空気軸受４６２によって、又は空気軸受を有する金型ステム上で、予熱炉モジュール４５２を通るように運ぶことができ、上記予熱炉モジュール４５２は、フレキシブルガラスシート４６０を所望の温度まで加熱するためのＩＲヒータを含んでよい。金型アセンブリ４５８は、物品成形操作のための圧力成形ステーション４５４において空気軸受４６２に係合してよい。図１３を一時的に参照すると、ここでは金型キャビティが下向きになっている金型組立体４５８が、空気軸受４６２と係合して、これらの間に金型キャビティ４６６を成形している状態で示されている。真空を用いてフレキシブルガラスシート４６０を金型キャビティ４６６へと引き込み、金型キャビティ４６６の形状に適合させてよく、ここでフレキシブルガラスシート４６０は、金型組立体４５８の温度より高い成形温度まで加熱されている。図１２に戻ると、成形ステーション４５４において成形された３次元ガラス物品は、金型組立体４５８上で冷却ステーション４５６に運ばれ、３次元ガラス物品を形状の歪みなしに金型組立体４５８から取り外すことができる温度まで冷却される。
【００７８】
本明細書に記載の実施形態は一般に、高温加圧ガスを用いて、２Ｄガラスシートから３Ｄガラス物品を成形することに関し、上記高温加圧ガスは、金型温度より高い温度の圧力キャップ組立体から送達され、これにより成形プロセス中にガラスシートの放射加熱を提供する。３Ｄ物品は、３Ｄ物品の表面に積層される、又は別の方法で塗布されるポリマー層を備えてよい。ガラス層を強化するために、及び／又は他の装飾パターンを提供するため、若しくはＵＶ保護等の他の特性を提供するためといった他の用途のために、ポリマー層を使用してよい。積層の前又は後に、３Ｄ成形されたガラス物品を、好適な誘電性又は有機コーティングでコーティングして、静的疲労に対する耐性、耐引っかき性、又は反射防止特性を増大できる。
【００７９】
上述の実施形態、特にいずれの「好ましい」実施形態は、単なる可能な実装例にすぎず、本開示の様々な原理の明確な理解のための説明に過ぎないことを強調しておく。本開示の精神及び様々な原理から略逸脱することなく、本開示の上述の実施形態に、多数の変形及び修正を行ってよい。全てのこのような修正及び変形は、本開示の範囲内において本明細書に含まれ、以下の特許請求の範囲によって保護されることを意図している。
【００８０】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００８１】
実施形態１
ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形する方法であって、上記方法は：
上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型本体上に、ガラスシートを配置するステップ；
上記ガラスシートを、上記金型本体の温度より高い成形温度まで加熱するステップ；及び
加熱された上記ガラスシートを、上記金型表面に対向する上記ガラスシートの第１の表面に対して加圧ガスを印加することにより、上記金型表面上に押し付けるステップであって、このとき上記ガラスシートは、上記金型本体の温度を超える成形温度にある、ステップ
を含む、方法。
【００８２】
実施形態２
上記ガラスシートは、約０．３ｍｍ以下の厚さを備えるフレキシブルガラスシートである、実施形態１に記載の方法。
【００８３】
実施形態３
上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップは、上記第１の表面に対向する上記ガラスシートの第２の表面に真空を印加するステップを含む、実施形態１又は実施形態２に記載の方法。
【００８４】
実施形態４
上記加圧ガスは加熱される、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の方法。
【００８５】
実施形態５
圧力キャップ組立体を用いて上記金型組立体を密閉して、上記圧力キャップ組立体と上記金型組立体との間に加圧チャンバを形成するステップを更に含み、
上記加圧ガスは約１０ｐｓｉ〜約６０ｐｓｉである、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【００８６】
実施形態６
上記圧力キャップ組立体を約８００℃〜約９５０℃の温度まで加熱し、これによって上記ガラスシートを放射加熱するステップを更に含む、実施形態５に記載の方法。
【００８７】
実施形態７
上記ガラスシートの成形温度は、上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップの間、上記金型表面の温度より少なくとも約２５℃高い、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【００８８】
実施形態８
上記ガラスシートの成形温度は、上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップの間、上記金型表面の温度より約２５℃〜約１００℃高い、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の方法。
【００８９】
実施形態９
上記加熱されたガラスシートを上記金型表面上に押し付ける上記ステップの後に、上記ガラスシートを冷却して、上記３Ｄガラス物品を成形するステップを更に含む、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の方法。
【００９０】
実施形態１０
上記３Ｄガラス物品にポリマー層を塗布するステップを含む、実施形態９に記載の方法。
【００９１】
実施形態１１
ガラスシートから３Ｄガラス物品を成形するための装置であって、上記装置は：
上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える、金型組立体；及び
圧力キャップ組立体であって、上記金型組立体に係合して、上記圧力キャップ組立体と上記金型組立体との間に加圧キャビティを提供する圧力キャップ組立体
を備え、
上記圧力キャップ組立体は、上記ガラスシートを上記金型表面の温度を超える成形温度まで加熱するよう構成されたヒータを備える、装置。
【００９２】
実施形態１２
上記ガラスシートは、約０．３ｍｍ以下の厚さを備えるフレキシブルガラスシートである、実施形態１１に記載の装置。
【００９３】
実施形態１３
上記ヒータは、上記ガラスシートを上記金型表面の温度より少なくとも約２５℃高い成形温度まで加熱するよう構成される、実施形態１１又は形態１２に記載の装置。
【００９４】
実施形態１４
上記ヒータは、上記ガラスシートを上記金型表面の温度より約２５℃〜約１００℃高い成形温度まで加熱するよう構成される、実施形態１１〜１３のいずれか１つに記載の装置。
【００９５】
実施形態１５
上記金型表面は金型キャビティを画定し、
１つ又は複数のポートは、上記金型キャビティ内で負圧を印加するために、上記金型表面を横断する、実施形態１１〜１４のいずれか１つに記載の装置。
【００９６】
実施形態１６
上記圧力キャップ組立体は、加圧ガスを受け取るためのプレナムチャンバと、上記プレナムチャンバに隣接して設置され、上記金型表面から離間した流路構造体とを備える、実施形態１１〜１５のいずれか１つに記載の装置。
【００９７】
実施形態１７
上記圧力キャップ組立体は上記金型組立体から取り外し可能である、実施形態１１〜１６のいずれか１つに記載の装置。
【００９８】
実施形態１８
ガラスシートから成形される３Ｄ物品であって、上記物品は：
非平面構成を有するガラス層であって、上記非平面構成は、上記３Ｄガラス物品の３Ｄ表面プロファイルに対応する３Ｄ表面プロファイルを有する金型表面を備える金型組立体を使用して成形される、ガラス層；及び
上記ガラス層の表面に塗布されたポリマー層であって、上記ガラス層は非平面構成である、ポリマー層
を備え、
上記ガラスシートは、上記金型表面の温度より高い成形温度において非平面構成へと成形される、３Ｄ物品。
【００９９】
実施形態１９
上記ポリマー層は、上記ガラス層上にオーバモールドされるオーバモールド層である、実施形態１８に記載の物品。
【０１００】
実施形態２０
上記ポリマー層は上記ガラス層上に積層される、実施形態１８に記載の物品。
【０１０１】
実施形態２１
上記ポリマー層と上記ガラス層との間に接着層を更に備える、実施形態２０に記載の物品。
【０１０２】
実施形態２２
上記ポリマー層は、上記ガラス層に圧縮応力を導入する、実施形態１８〜２１のいずれか１つに記載の物品。
【０１０３】
実施形態２３
上記ガラス層は約０．３ｍｍ以下の厚さを備える、実施形態１８〜２２のいずれか１つに記載の物品。
【符号の説明】
【０１０４】
２  プランジャ表面
４  金型表面
６  不均一な間隙
８  不均一な間隙
１０  装置
１２  ２Ｄフレキシブルガラスシート
１４  金型組立体
１６  圧力キャップ組立体
２０  加圧成形キャビティ、金型キャビティ、圧力キャビティ
２２  金型本体
２４  金型表面
２６  金型キャビティ
２８  ポート又は孔
３０  位置合わせピン
４０  プレナム
４２  プレナムチャンバ
４４  導管
４６  高温加圧ガス
４８  流路構造体
５０  流路
５６  フレキシブルガラスシートの頂面、表面
６０  流路構造体
６２  プレナムチャンバ
７０  真空チャック
７２  加熱要素
７４  圧力キャップ本体
１５０  ３Ｄガラス物品
１５２  ガラス層
１５４  ポリマー層
１５６  ガラス層の内面
１５７  ガラス層の外面
１５８  接着層
２００  方法
２０４  金型キャビティ
２０６  金型キャビティ
２０８  金型組立体
２１８  成形された領域
２２０  ガラスシート
４００  連続的システム
４０２  成形ステーション
４０４  予熱ステーション
４０５  フレキシブルガラスシート
４０６  コンベヤ
４０７  ３次元ガラス物品
４０８  ヒータ
４１０  冷却ステーション
４１２  コンベヤ
４１４  アニールステーション
４１６  高温空気軸受
４５０  連続的システム、連続炉ループ
４５２  予熱炉モジュール
４５４  圧力成形ステーション
４５６  冷却炉モジュール
４５８  金型組立体
４６０  フレキシブルガラスシート
４６２  空気軸受
４６６  金型キャビティ
Ｒａ    表面粗度
ＣＴＥ  熱膨張係数
【図１Ａ】
2017528406.tif 000004
【図１Ｂ】
2017528406.tif 000005
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2017528406.tif 000009
【図５】
2017528406.tif 000010
【図６】
2017528406.tif 000011
【図７】
2017528406.tif 000012
【図８】
2017528406.tif 000013
【図９】
2017528406.tif 000014
【図１０】
2017528406.tif 000015
【図１１】
2017528406.tif 000016
【図１２】
2017528406.tif 000017
【図１３】
2017528406.tif 000018
【国際調査報告】
2017528406.tif 000019
2017528406.tif 000020
2017528406.tif 000021
2017528406.tif 000022
2017528406.tif 000023