(57)【要約】  ガラス板の成形装置は、ガラス板が支持される第１成形型と、第１成形型に型締めされる少なくとも１つの第２成形型と、第１成形型に支持されたガラス板を加熱する少なくとも１つの予熱ステージと、加熱されたガラス板を第１成形型と第２成形型との間で成形する少なくとも１つの成形ステージと、成形後のガラス板を徐冷する少なくとも１つの冷却ステージと、第１成形型を予熱ステージ、成形ステージ、冷却ステージの順に搬送する型搬送部とを備える。成形ステージの第２成形型は、第１成形型との間でガラス板にガラス外周部だけで接触する。
2020162467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス板を加熱して所望の形状に成形するガラス板の成形装置であって、
少なくとも一部に曲面形状を有する成形面が形成され、前記成形面に前記ガラス板が支持される第１成形型と、
前記第１成形型に型締めされる少なくとも１つの第２成形型と、
前記第１成形型に支持された前記ガラス板を加熱する少なくとも１つの予熱ステージと、
前記第１成形型に対面して前記第２成形型が配置され、加熱された前記ガラス板を前記第１成形型と前記第２成形型との間で成形する少なくとも１つの成形ステージと、
成形後の前記ガラス板を徐冷する少なくとも１つの冷却ステージと、
前記第１成形型を前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの順に搬送する型搬送部と、を備え、
前記ガラス板は、ガラス形状外周縁よりも内側のガラス中央部、及び前記ガラス中央部の外周から前記ガラス形状外周縁までの間のガラス外周部を有し、
前記成形ステージの前記第２成形型は、前記第１成形型との間で前記ガラス板に前記ガラス外周部だけで接触するガラス板の成形装置。
【請求項２】
前記第１成形型は、前記成形面に開口する真空成形用の吸引孔を有する請求項１に記載のガラス板の成形装置。
【請求項３】
前記第２成形型は、前記第１成形型に向けて突出する環状の突起部と、前記環状の突起部の内側に配置され、圧空成形用のガスを噴出するガス噴出孔と、を有する請求項１又は２に記載のガラス板の成形装置。
【請求項４】
前記第１成形型は、前記第２成形型の鉛直方向下側に配置された請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項５】
前記予熱ステージに設けられ、前記第１成形型と前記ガラス板とを所望の加熱温度に加熱する昇温用加熱部と、
前記成形ステージに設けられ、前記第２成形型と前記第１成形型の温度を前記加熱温度に保持し、前記ガラス板を所望の成形温度に保持する保温用加熱部と、
前記冷却ステージに設けられ、前記第１成形型と前記ガラス板の温度を、前記第１成形型と前記ガラス板を加熱しながら前記加熱温度より低い温度にする降温用加熱部と、を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項６】
前記昇温用加熱部、前記保温用加熱部、前記降温用加熱部の少なくともいずれかは、複数の輻射加熱用のランプヒータを熱源とする請求項５に記載のガラス板の成形装置。
【請求項７】
前記昇温用加熱部、前記保温用加熱部、前記降温用加熱部の少なくともいずれかは、複数の接触加熱用のステージヒータを熱源とする請求項５に記載のガラス板の成形装置。
【請求項８】
前記保温用加熱部と前記降温用加熱部の少なくともいずれかは、前記ステージヒータと前記第1成形型との間に熱拡散板が配置された請求項７に記載のガラス板の成形装置。
【請求項９】
前記冷却ステージでは、前記降温用加熱部が前記第１成形型に直接接触しない位置に配置された、請求項５〜７のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１０】
前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの少なくともいずれかは、それぞれのステージ外周を囲み、ステージ内に配置される前記第１成形型に支持された前記ガラス板の側方を覆う断熱枠体が配置された請求項１〜９のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１１】
前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの全てに、前記断熱枠体が配置され、
前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージを内部空間に収容するチャンバを備える請求項１０に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１２】
前記チャンバの内部空間は、不活性ガスで満たされる請求項１１に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１３】
前記第１成形型及び前記第２成形型は、カーボン製である請求項１〜１２のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１４】
複数の前記予熱ステージが前記第１成形型の搬送方向に沿って配置され、前記搬送方向に沿って段階的に前記予熱ステージの加熱温度が高く設定される請求項１〜１３のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１５】
複数の前記冷却ステージが前記第１成形型の搬送方向に沿って配置され、前記搬送方向に沿って段階的に前記冷却ステージの加熱温度が低く設定される請求項１〜１４のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１６】
前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージに沿って複数の前記第１成形型が配置され、
前記型搬送部は、複数の前記第１成形型を、前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージのそれぞれに同時に搬入及び搬出させる請求項１〜１５のいずれか１項に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１７】
前記型搬送部の前記第１成形型の搬送方式がウォーキングビーム方式である請求項１６に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１８】
前記予熱ステージと、前記成形ステージと、前記冷却ステージとを含む複数の成形ラインを備え、
前記成形ラインのそれぞれは、前記予熱ステージに前記第１成形型と成形前の前記ガラス板とが搬入されるローディング部と、前記冷却ステージから前記第１成形型と成形後の前記ガラス板とが搬出されるアンローディング部と、を更に備え、
いずれかの前記成形ラインの前記ローディング部と、当該成形ラインとは異なる他の成形ラインの前記アンローディング部とが接続されて、前記第１成形型が複数の前記成形ラインで循環して使用される請求項１６又は１７に記載のガラス板の成形装置。
【請求項１９】
前記ローディング部と前記アンローディング部における、前記第１成形型の上に前記ガラス板を受け渡す際の前記第１成形型の温度は３００℃以上である、請求項１８に記載のガラス板の成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板の成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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用いられている。例えば、板状のガラス素材を、チャンバ内に設けた加熱、プレス及び冷却の各ステージへ順次搬送し、各ステージでプレス成形品を連続的に成形する成形装置が提案されている（特許文献１）。【０００３】
このような成形装置において、ガラス素材は、プレス時において成形型が規定の温度にされることで、ガラス素材の加工に十分な加熱温度に維持される。また、成形後のガラス素材は、冷却、固化され、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。上記のように、ガラス素材は、プレス時に成形型の形状が正確に転写され、この成形形状を冷却、固化より保持することで、形状精度の高いプレス成形品となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１０３１０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のような成形装置においては、ガラス素材の成形形状の複雑化や量産化に伴い、成形品の生産性、形状や表面性状の品質等、様々な面において改善の余地があった。【０００６】
本発明は、複雑な形状を有する成形品であっても、設備コストを低減しつつ、高い形状精度及び高いスループットで成形できるガラス板の成形装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は下記の構成からなる。
ガラス板を加熱して所望の形状に成形するガラス板の成形装置であって、
少なくとも一部に曲面形状を有する成形面が形成され、前記成形面に前記ガラス板が支持される第１成形型と、
前記第１成形型に型締めされる少なくとも１つの第２成形型と、
前記第１成形型に支持された前記ガラス板を加熱する少なくとも１つの予熱ステージと、
前記第１成形型に対面して前記第２成形型が配置され、加熱された前記ガラス板を前記第１成形型と前記第２成形型との間で成形する少なくとも１つの成形ステージと、
成形後の前記ガラス板を徐冷する少なくとも１つの冷却ステージと、
前記第１成形型を前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの順に搬送する型搬送部と、を備え、
前記ガラス板は、ガラス形状外周縁よりも内側のガラス中央部、及び前記ガラス中央部の外周から前記ガラス形状外周縁までの間のガラス外周部を有し、
前記成形ステージの前記第２成形型は、前記第１成形型との間で前記ガラス板に前記ガラス外周部だけで接触するガラス板の成形装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複雑な形状を有する成形品であっても、設備コストを低減しつつ、高い形状精度及び高いスループットで成形できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、ガラス板を曲面形状に成形する手順を示す概略工程図である。
【図２】図２は、成形装置の概略構成図である。
【図３】図３は、複数のランプヒータの断面図である。
【図４】図４は、図２に示すIII−III線断面を上方から見た模式的な平面図である。
【図５】図５は、下型を予熱ステージから冷却ステージに向かう搬送方向に沿って搬送する様子を示す模式的な説明図である。
【図６】図６は、成形ステージの拡大断面図である。
【図７】図７の（Ａ）は上型の断面図、（Ｂ）は下型の成形面を含む断面図である。
【図８】図８は、上型を図７の（Ａ）のＢ方向から見た背面図である。
【図９】図９は、ガラス板の平面図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、図７の（Ａ）、（Ｂ）に示す下型と上型とを互いに接近させてガラス板を成形加工する様子を段階的に示す概略工程説明図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、図７の（Ａ）、（Ｂ）に示す下型と上型とを互いに接近させてガラス板を成形加工する様子を段階的に示す概略工程説明図である。
【図１０Ｃ】図１０Ｃは、図７の（Ａ）、（Ｂ）に示す下型と上型とを互いに接近させてガラス板を成形加工する様子を段階的に示す概略工程説明図である。
【図１１】図１１は、第２の成形方法によりガラス板を成形加工する様子の概略を示す工程説明図である。
【図１２】図１２は、複数の予熱ステージと、成形ステージと、複数の冷却ステージとを備える成形装置の概略構成図である。
【図１３】図１３は、予熱ステージ、成形ステージ、冷却ステージにおける下型とガラス板の温度変化の一例を示すグラフである。
【図１４】図１４は、参考例としての従来の成形装置の概略構成図である。
【図１５】図１５は、図１２に示す成形装置の他の構成例を示す成形装置の概略構成図である。
【図１６】図１６の（Ａ）は試験例１、２の成形形状、（Ｂ）は試験例３の成形形状、（Ｃ）は試験例４の成形形状を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。
ここでは、ガラス板を、少なくとも一部に曲面形状を有する形状に成形する成形装置及び成形方法の具体例を提示して説明するが、本発明は、使用する材料、成形形状、サイズ等の各種製造条件に応じて、適宜に装置の構成や手順を変更することも可能である。
【００１１】
また本明細書において数値範囲を示す「〜」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
【００１２】
＜ガラス板の成形手順の概要＞
図１はガラス板を曲面形状に成形する手順を示す概略工程図である。
ガラス板の成形装置１００は、予熱ステージ１１と、成形ステージ１３と、冷却ステージ１５とが、この順で配置され、さらに、予熱ステージ１１に成形前のガラス板１７を搬入するローディング部１９と、冷却ステージ１５から成形後のガラス板１７Ａを搬出するアンローディング部２１とを備える。
【００１３】
予熱ステージ１１では、搬入されたガラス板１７を加熱して軟化させる。成形ステージ１３では、予熱ステージ１１で加熱されて軟化したガラス板１７にプレス成形等を施し、所望の形状に成形させる。冷却ステージ１５では、成形ステージ１３で成形されたガラス板１７を、変形が抑制される程度の温度まで徐冷する。
【００１４】
上記各ステージには、ローディング部１９とアンローディング部２１からガラス板１７が搬入・搬出される。つまり、ローディング部１９では、成形前のガラス板１７が下型（第１成形型）２３上に載置される。ガラス板１７が載置された下型２３は、予熱ステージ１１に搬送されて、予熱ステージ１１において所定温度に加熱される。加熱されたガラス板１７は、下型２３と共に成形ステージ１３に搬送される。
【００１５】
成形ステージ１３では、成形ステージ１３に搭載された上型（第２成形型）２５と、下型２３と、の間にガラス板１７を挟んで型締めする。これにより、ガラス板１７が曲面形状に成形される。成形後、上型２５が下型２３と分離され、下型２３に残る加工後のガラス板１７Ａが下型２３と共に冷却ステージ１５に搬送される。
【００１６】
冷却ステージ１５では、加熱されたガラス板１７Ａが徐冷される。徐冷後のガラス板１７Ａは、アンローディング部２１で下型２３から取り出されて、搬出される。
【００１７】
本構成の成形装置においては、成形ステージ１３において、加熱により軟化したガラス板１７を、下型２３と上型２５によりプレスするプレス成形に加えて、ガラス板の自重による曲がり（自重曲げ成形）と、ガラス板の成形型の成形面への吸着（真空吸着）と、ガラス板の成形型の成形面への圧着（圧空成形）とを、目的に応じて組み合わせて実施する。このような複数の加圧源を選択的に用いることにより、高い形状精度の曲面成形を可能にしている。なお、自重曲げ成形については、下型２３の上にガラス板１７を配置して加熱すれば、ガラス板１７に自重曲げが生じるが、これに可制御性を持たせることができる。例えば、自重による曲げ開始温度とプレス成形温度とが、ほとんど乖離がなく、プレス温度までの加熱による自重曲げの影響が少ない場合には、自重曲げ成形の適用はない。一方、プレス前後の自重成形時間を十分に取る場合には、重力が成形後の形状に影響するため、自重曲げ成形が適用される。このように、プレス成形を実施する前の待機時間と待機温度に応じて、自重曲げ成形をコントロールできる。
【００１８】
上記した各成形方法は、それぞれ次に示す成形手法である。
（１）プレス成形とは、所定の成形型（下型、上型）間にガラス板を設置し、ガラス板を軟化させた状態で、上下の成形型間にプレス荷重を加えて、ガラス板を曲げて成形型になじませて、所定の形状に成形する方法である。
（２）自重曲げ成形とは、所定の成形型上に板状ガラスを設置した後、ガラス板を加熱して軟化させて、重力によりガラス板を曲げて成形型になじませて、所定の形状に成形する方法である。
（３）真空成形とは、所定の成形型上にガラス板を設置し、例えば、ガラス板上にクランプ成形型を設置して、ガラス板の周辺をシールする。その後、成形型とガラス板との間の閉鎖空間をポンプ等で減圧することにより、ガラス板の表裏面に差圧を与えて成形する。
（４）圧空成形法では、所定の成形型上にガラス板を設置し、例えば、ガラス板上にクランプ成形型を設置して、ガラス板の周辺をシールする。その後、ガラス板の上面に対して圧力を圧縮空気によって陽圧を付与し、ガラス板の表裏面に差圧を与えて成形する。
【００１９】
＜被成形体のガラス材料＞
被成形体であるガラス板は、例えば、厚さが０．５ｍｍ以上であり、０．７ｍｍ以上が好ましい。また、ガラス板の厚さは、５ｍｍ以下であり、３ｍｍ以下が好ましく、２ｍｍ以下がより好ましい。この範囲であれば、最終製品において割れにくい強度が得られる。
【００２０】
ガラス板を構成するガラス組成としては、無アルカリガラス、ソーダライムガラス、ソーダライムシリケートガラス、アルミノシリケートガラス、ボロシリケートガラス、リチウムアルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラスを使用できる。特に本構成のガラスの成形装置では、ガラス板にアルミノシリケート、アルミノボロシリケートを使用した場合に優れている。これらのガラス板は、高ヤング率、高膨張係数を有し、ガラス板の加熱によって高い熱応力が発生する。このため、ガラス板の所望の屈曲形状からの偏差が大きくなり、更にガラス板を強化処理した場合に、圧縮応力の値がばらつくことがある。本構成のガラスの成形装置では、ガラス板がこれらのガラス組成であることで、屈曲形状でも形状偏差を小さくでき、圧縮応力のばらつきを抑制できる。
【００２１】
ガラス組成の具体例としては、酸化物基準のモル％で表示した組成で、ＳｉＯ2を５０〜８０％、Ａｌ2Ｏ3を０．１〜２５％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏを３〜３０％、ＭｇＯを０〜２５％、ＣａＯを０〜２５％及びＺｒＯ2を０〜５％含むガラスが挙げられるが、特に限定されない。より具体的には、以下のガラスの組成が挙げられる。なお、例えば、「ＭｇＯを０〜２５％含む」とは、ＭｇＯは必須ではないが２５％まで含んでもよい、の意である。（ｉ）のガラスはソーダライムシリケートガラスに含まれ、（ｉｉ）及び（ｉｉｉ）のガラスはアルミノシリケートガラスに含まれる。（ｖ）のガラスはリチウムアルミのシリケートガラスに含まれる。
（ｉ）酸化物基準のモル％で表示した組成で、ＳｉＯ2を６３〜７３％、Ａｌ2Ｏ3を０．１〜５．２％、Ｎａ2Ｏを１０〜１６％、Ｋ2Ｏを０〜１．５％、Ｌｉ2Ｏを０〜５％、ＭｇＯを５〜１３％及びＣａＯを４〜１０％を含むガラス。
（ｉｉ）酸化物基準のモル％で表示した組成が、ＳｉＯ2を５０〜７４％、Ａｌ2Ｏ3を１〜１０％、Ｎａ2Ｏを６〜１４％、Ｋ2Ｏを３〜１１％、Ｌｉ2Ｏを０〜５％、ＭｇＯを２〜１５％、ＣａＯを０〜６％及びＺｒＯ2を０〜５％含有し、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3の含有量の合計が７５％以下、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの含有量の合計が１２〜２５％、ＭｇＯ及びＣａＯの含有量の合計が７〜１５％であるガラス。
（ｉｉｉ）酸化物基準のモル％で表示した組成が、ＳｉＯ2を６８〜８０％、Ａｌ2Ｏ3を４〜１０％、Ｎａ2Ｏを５〜１５％、Ｋ2Ｏを０〜１％、Ｌｉ2Ｏを０〜５％、ＭｇＯを４〜１５％及びＺｒＯ2を０〜１％含有するガラス。
（ｉｖ）酸化物基準のモル％で表示した組成が、ＳｉＯ2を６７〜７５％、Ａｌ2Ｏ3を０〜４％、Ｎａ2Ｏを７〜１５％、Ｋ2Ｏを１〜９％、Ｌｉ2Ｏを０〜５％、ＭｇＯを６〜１４％及びＺｒＯ2を０〜１．５％含有し、ＳｉＯ2及びＡｌ2Ｏ3の含有量の合計が７１〜７５％、Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの含有量の合計が１２〜２０％であり、ＣａＯを含有する場合その含有量が１％未満であるガラス。
（ｖ）酸化物基準のモル％で表示した組成が、ＳｉＯ2を５６〜７３％、Ａｌ2Ｏ3を１０〜２４％、Ｂ2Ｏ3を０〜６％、Ｐ2Ｏ5を０〜６％、Ｌｉ2Ｏを２〜７％、Ｎａ2Ｏを３〜１１％、Ｋ2Ｏを０〜２％、ＭｇＯを０〜８％、ＣａＯを０〜２％、ＳｒＯを０〜５％、ＢａＯを０〜５％、ＺｎＯを０〜５％、ＴｉＯ2を０〜２％、ＺｒＯ２を０〜４％含有するガラス。
【００２２】
＜成形装置の構成＞
以下、上記した成形装置の一構成例を詳細に説明する。
図２は成形装置１００の概略構成図である。図３は図２に示すIII−III線断面を上方から見た模式的な平面図である。
以下の説明において、同じ作用を奏する部材や部位には同じ符号を付与することで、その説明を省略、又は簡略化することがある。また、図面に記載の態様は、本構成の説明を明瞭にするように模式化されており、実際の製品のサイズや縮尺どおりに正確に表したものではない。
【００２３】
図２に示す成形装置１００は、水平方向左側から右側に向かう方向を、ガラス板の搬送方向ＴＤとしており、搬送方向ＴＤの上流側から順に予熱ステージ１１、成形ステージ１３、冷却ステージ１５が配置される。また、予熱ステージ１１、成形ステージ１３、冷却ステージ１５は、チャンバ２７の内部空間に収容される。チャンバ２７内は窒素ガス等の不活性ガスによりパージされ、ガラス成形時に悪影響を及ぼすガスのガス濃度を低下させている。
【００２４】
チャンバ２７は、ガラス板及び下型２３をチャンバ２７内に搬入する搬入口２９と、成形後のガラス板及び下型２３を搬出する搬出口３１とを有する。搬入口２９には図１に示すローディング部１９が接続され、同様に搬出口３１には図１に示すアンローディング部２１が接続される（図示省略）。また、搬入口２９と搬出口３１には不図示のシャッタが設けられ、ガラス板の搬入、搬出時以外はシャッタを閉じることで、チャンバ２７内の雰囲気が一定に維持される。チャンバ２７には、複数の開口部１０１が形成され、それぞれの開口部１０１には、後述する支持軸３７が挿入される。支持軸３７とチャンバ２７との間は、不図示の蛇腹構造で密封される。チャンバ２７は、不活性ガスを密閉する密閉構造の他、不活性ガスを常時供給して、チャンバ２７内を陽圧にした半密閉構造であってもよい。
【００２５】
図２に示す予熱ステージ１１は、ガラス板の搬送面より上方に、ガラス板及び下型２３を所望の加熱温度に加熱する上部ヒータ（昇温用加熱部）３５が配置される。上部ヒータ３５は、下型２３に対面して配置され、不図示の固定枠に支持された複数のランプヒータ３６を熱源として備えた構成であることが好ましい。ランプヒータ３６としては、例えば、赤外線ランプヒータが用いられる。赤外線ランプヒータの中には、例えば、カーボンランプ、ハロゲンランプ等の公知の各種ヒータが使用可能であり、輻射加熱が可能な発熱体であればよい。
【００２６】
図３は複数のランプヒータ３６の断面図である。
ランプヒータ３６は、通電により発熱する発熱線材３６Ａと、発熱線材３６Ａの周囲を囲む石英等の管材３６Ｂとを有する。管材３６Ｂの内周面又は外周面には、照射窓３８を残してセラミックコート層４０が形成される。照射窓３８の発熱線材３６Ａを中心とする開口角（中心角）θは、ランプヒータ３６の中心から被加熱体である下型２３までの距離Ｌｄ、ランプヒータ３６の配置ピッチＬｃに応じて決定され、下型２３に均等に熱線が照射されるようにする。ここでは一例として、開口角θを６０°としている。
【００２７】
また、上部ヒータ３５のよる加熱領域（ランプヒータ３６が配列された領域）は、下型２３の水平面における外縁よりも広いことが好ましく、その場合、下型２３の全体を均一に加熱できる。
【００２８】
上部ヒータ３５の上方には、前述した支持軸３７により支持された水冷板３９が配置される。上部ヒータ３５と対向する水冷板３９の表面には反射膜が設けられることが望ましい。水冷板３９には冷却水の流路が形成され、支持軸３７を通じて供給及び排出される冷却水が循環される。この水冷板３９は、上部ヒータ３５による下型２３やガラス板以外の周囲部材への不要な加熱を抑制する。
【００２９】
下型２３の下方には、隙間を有して熱拡散板４１が配置される。また、熱拡散板４１の下方には下部ヒータ（昇温用加熱部）４３が配置される。熱拡散板４１は、熱伝導性に優れた材質からなり、下部ヒータ４３の発熱を下型２３に均一に輻射伝熱させる。熱拡散板４１の材質としては、例えば、炭化タングステン、カーボン、超硬合金、銅、鉄、ステンレス鋼材等が使用可能である。下部ヒータ４３は、接触加熱式のステージヒータ等が利用可能であるが、上部ヒータ３５と同じ輻射加熱式の構成にしてもよい。
【００３０】
また、下部ヒータ４３の下方には水冷板４７が配置される。水冷板４７は、チャンバ２７の下部に固定された支持体４５により支持され、下部ヒータ４３による熱拡散板４１と下型２３以外の周囲部材への不要な加熱を抑制する。水冷板４７は、前述した水冷板３９と同様な構成であり、支持体４５から冷却水が供給及び排出される。
【００３１】
冷却ステージ１５において下型２３と熱拡散板４１との間の隙間は、特に限定はされないが、大きすぎると加熱効率が低下し、小さすぎるとガラス板の温度偏差の抑制が困難となるため、隙間の下限値としては１ｍｍとする。また、隙間の上限値としては１０ｍｍとする。
【００３２】
下型２３のガラス板が載置される上面側と、上部ヒータ３５、水冷板３９及び支持軸３７の側方のステージ外周と、を囲むように、断熱枠体５１が配置される。断熱枠体５１は、ステージ内に配置される下型２３に載置されたガラス板の側方を覆う。
【００３３】
断熱枠体５１は、例えば、珪酸カルシウムを主体とする材料を抄造した断熱ボード等が使用できる。その他にも、例えば、ステンレス鋼材等の金属板であってもよい。断熱枠体は、図４に示すように、下型２３の外周よりも外側の広い範囲を囲む、水平断面が長方形の枠体であることが好ましい。断熱枠体５１には、枠上部を覆う蓋体を備えていてもよい。
【００３４】
また、成形ステージ１３、冷却ステージ１５においても、同様の構成の断熱枠体５３，５５が配置されることが好ましい。得られるガラス板の成形品質を向上させるには、各ステージ内におけるガラス板の温度偏差を低減することが特に重要である。そのため、各ステージの全てに断熱枠体を備えさせることが好ましい。これによれば、断熱枠体５１，５３，５５に覆われた内部空間の温度分布をそれぞれ均一にできる。さらに、断熱枠体５１，５３，５５の外側がチャンバ２７によって囲まれるため、断熱枠体５１，５３，５５内では、外部との熱の流入及び流出が生じにくくなり、より均一な温度分布が得られる。これにより、熱効率が向上して、各ステージにおける処理時間を短縮でき、また、各ステージにおけるガラス板の温度偏差を低減できる。
【００３５】
図４に示すように、予熱ステージ１１、成形ステージ１３、冷却ステージ１５には、それぞれ下型２３が配置される。各下型２３には、搬送方向ＴＤに直交する両脇側の側面２３ａ、２３ｂに、一対の型支持用ロッド６１がそれぞれ外側に突出して設けられる。それぞれの型支持用ロッド６１は、下型２３を挟んだ両脇に配置された型搬送部６３Ａ，６３Ｂに支持される。型搬送部６３Ａ，６３Ｂは、詳細な機構の説明は省略するが、搬送方式がウォーキングビーム方式の搬送機構により、各ステージに沿って配置される複数の下型２３を、搬送方向ＴＤに沿って搬送する。
【００３６】
図５は下型２３を予熱ステージ１１から冷却ステージ１５に向かう搬送方向ＴＤに沿って搬送する様子を示す模式的な説明図である。
型搬送部６３Ａ，６３Ｂは、複数の下型２３のそれぞれから突出した型支持用ロッド６１を支持し、ウォーキングビーム方式により、複数の下型２３を予熱ステージ１１から成形ステージ１３へ、成形ステージ１３から冷却ステージ１５へ同時に搬送する。この搬送時における下型２３の上下方向の変位は、断熱枠体５１，５３，５５や熱拡散板４１等の固定側部材と干渉しない範囲で行われる。
【００３７】
次に、図２に示す冷却ステージ１５を説明する。
冷却ステージ１５の下型２３の上方には、熱拡散板６５と、予熱ステージ１１と同様の上部ヒータ（降温用加熱部）６７、水冷板５９がこの順に配置される。熱拡散板６５は、前述した熱拡散板４１と同様の構成である。水冷板５９は、チャンバ２７の上部に固定され、冷却水の流路が形成された支持軸７１によって支持される。
【００３８】
冷却ステージ１５の下型２３の下方には、予熱ステージ１１と同様に、熱拡散板７３、下部ヒータ（降温用加熱部）７５、水冷板７７が配置される。水冷板７７は、チャンバ２７の下部に固定された支持体７９により支持され、下部ヒータ７５による熱拡散板７３と下型２３以外の周囲部材への不要な加熱を抑制する。水冷板７７は、前述した水冷板３９と同様な構成であり、支持体７９から冷却水が供給及び排出される。
【００３９】
冷却ステージ１５の下型２３と熱拡散板６５との間、及び下型２３と熱拡散板７３との間は、それぞれ密着させてもよいが、隙間を設けることで下型２３の温度分布をより均一にできるため好ましい。
【００４０】
次に、図２に示す成形ステージ１３を説明する。
図６は成形ステージ１３の拡大断面図である。
成形ステージ１３の下型２３の上方には、上型２５、熱拡散板８１、上部ヒータ（保温用加熱部）８３、断熱板８５、水冷板８７がこの順で配置される。
【００４１】
上型２５は不図示のプランジャに接続され、下型２３に型締めされる成形位置と、成形位置上方の退避位置との間で昇降移動可能に支持される。上型２５は、下型２３の搬送時等、成形時以外は退避位置に配置される。また、上型２５を成形ステージ１３内に固定して、下型２３の搬送時に、下型２３が上昇することで型締めする構成にしてもよい。その場合、上型移動機構を省略でき、設備コストを低減できる。
【００４２】
水冷板８７は、チャンバ２７の上部に固定された支持軸８９により支持され、上部ヒータ８３による上型２５と熱拡散板８１以外の周囲部材への不要な加熱を抑制する。水冷板８７は、前述した水冷板３９と同様な構成であり、支持軸８９から冷却水が供給及び排出される。
【００４３】
断熱板８５は、例えばセラミックス、ステンレス鋼、ダイス鋼、高速度鋼（ハイス鋼）などの公知の断熱材を用いることができる。金属系の材料を用いる場合には、表面にＣｒＮ、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ等のコーティング処理を施すことが好ましい。また、断熱板８５の表面を粗面構造にしてもよい。その場合、水冷板３９との間に微小な隙間が生じ、より高い断熱効果が得られる。
【００４４】
成形ステージ１３の下型２３の下方には、熱拡散板９１、下部ヒータ（保温用加熱部）９３、断熱板８５、水冷板９７がこの順で配置される。水冷板９７は、チャンバ２７の下部に固定された支持体９９により支持され、下部ヒータ９３による熱拡散板９１と下型２３以外の周囲部材への不要な加熱を抑制する。水冷板９７は、前述した水冷板３９と同様な構成であり、支持体９９から冷却水が供給及び排出される。
【００４５】
成形ステージ１３の上型２５は、上下方向に駆動される不図示のシリンダに取り付けられ、シリンダの駆動によって、上下動可能に支持される。シリンダとしては、エアシリンダ、油圧シリンダ、電動サーボモータ等を使用したサーボシリンダ等を使用できる。
【００４６】
成形ステージ１３の上型２５は、熱拡散板８１に面接触されており、上部ヒータ８３からの熱が均等に上型２５に伝わるようになっている。また、成形ステージ３の下型２３は、熱拡散板９１に面接触されており、下部ヒータ９３からの熱が均等に下型２３に伝わるようになっている。なお、成形条件等によっては、上型２５と熱拡散板８１との間、及び下型と熱拡散板９１との間を離間させてもよい。
【００４７】
図７の（Ａ）は上型２５の断面図、（Ｂ）は下型２３の成形面１１１を含む断面図である。図８は上型２５を図７の（Ａ）のＢ方向から見た背面図である。
図７の（Ａ）及び図８に示すように、上型２５は環状の突起部１１３を有する。突起部１１３は、図７の（Ｂ）に示す下型２３の成形面１１１の外縁部に対応する上型２５に、下型２３に向けて突出して設けられる。突起部１１３は、上型２５の外周から中心に向けて徐々に突出量が大きくなる傾斜面１１３ａを有する。成形面１１１は、ガラス板の成形形状に合わせた形状にされる。
【００４８】
図７の（Ｂ）に示すように、下型２３は、成形面１１１に開口する複数の真空成形用の吸引孔１１５を有する。吸引孔１１５は、不図示の吸引ポンプ等の吸引源に接続される。吸引ポンプの駆動により、所定のタイミングで下型２３とガラス板１７との間の空間内のガスを吸引し、ガラス板１７を成形面１１１に密着させる。
【００４９】
下型２３及び上型２５は、カーボン、ステンレス鋼、セラミックス、超硬合金等の素材で構成できる。特に、熱分布を均一化する観点からはカーボンを用いることが好ましい。
【００５０】
そして、図２に示す予熱ステージ１１、成形ステージ１３、冷却ステージ１５における各上部ヒータ３５，６７，８３及び各下部ヒータ４３，７５，９３は、いずれも不図示の温度制御部に接続され、それぞれ個別の設定温度にセットされる。温度制御部は、例えば比例制御、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御等の制御動作により、各ステージで加熱、保温、徐冷処理を実現する。
【００５１】
なお、上記した成形装置１００は、ガラス板の搬送方向ＴＤを水平方向にしているが、例えば鉛直方向等、水平方向から傾斜した方向としてもよい。その場合、下型２３と上型２５とが上下に配置されないことがあるが、ガラス板の加熱温度を調整し、ガラス板の粘度を下げすぎなくすることで、重力の影響を抑えながら下型２３と上型２５との間で成形できる。
【００５２】
＜ガラス板材の成形手順＞
次に、上記構成の成形装置１００を用いて、ガラス板１７を曲面形状に成形する具体的な手順と、その作用を説明する。
【００５３】
図１に示すローディング部１９の下型２３に、成形前のガラス板１７を、不図示のロボットアーム等の移送手段、又は作業者の人手によって載置する。
【００５４】
ローディング部１９の下型２３は、図４に示す型搬送部６３Ａ，６３Ｂによって、ガラス板１７を載置したまま予熱ステージ１１に搬送される。下型２３は、ガラス板１７が載置される前に常温よりも高い温度に予め加熱されていると、予熱ステージ１１での加熱時間を短縮できるため好ましい。例えば、ガラス板１７が載置される際の下型２３の温度は、３００℃以上であることが好ましく、５００℃以上であることがより好ましい。
【００５５】
（予熱工程）
図２に示す予熱ステージ１１では、上部ヒータ３５及び下部ヒータ４３により、下型２３上のガラス板１７を目標加熱温度（例えば、５００℃〜７００℃）になるまで加熱する。
【００５６】
ガラス板１７のプレス成形に適した温度は、ガラス板１７自体の組成によって異なるが、温度が低すぎるとガラス板１７が十分に軟化しない。そのため、予熱ステージ１１では、好ましくはガラス板１７のガラス転移点Ｔｇ以上、より好ましくはＴｇ＋４０℃以上、更に好ましくはＴｇ＋８０℃以上となるように加熱する。一方、ガラス板１７の温度が高すぎるとガラス板１７が過剰に軟化して形状維持に適さない状態となる。したがって、予熱ステージ１１では、ガラス板１７を、好ましくはＴｇ＋２００℃以下、より好ましくはＴｇ＋１５０℃以下、更に好ましくはＴｇ＋１２０℃以下となるように加熱する。
【００５７】
また、上記と同様の観点から、予熱ステージ１１では、ガラス板１７の粘度が、好ましくは５．２２×１０１１Ｐａ・ｓ以上、より好ましくは１．９７×１０１０Ｐａ・ｓ以上、更に好ましくは１．８１×１０９Ｐａ・ｓ以上となるように加熱する。また、予熱ステージ１１では、ガラス板１７の粘度が好ましくは５．９４×１０６Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは４．１６×１０７Ｐａ・ｓ以下、更に好ましくは１．６５×１０８Ｐａ・ｓ以下となるように加熱する。
【００５８】
得られるガラス板成形品の面品質の観点からは、予熱ステージ１１ではガラス板１７を均一に加熱することが好ましい。つまり、予熱ステージ１１で加熱中のガラス板１７の温度偏差を低減することが好ましい。具体的には、予熱ステージ１１で加熱中のガラス板１７の温度偏差は好ましくは３０℃未満、より好ましくは２０℃未満、更に好ましくは１０℃未満である。
【００５９】
また、加熱時の下型２３のガラス板１７に接触する領域の温度分布は、好ましくは３０℃未満、より好ましくは２５℃未満、更に好ましくは２０℃未満である。
【００６０】
（成形工程）
目標加熱温度に加熱されたガラス板１７は、下型２３と共に成形ステージ１３に搬送される。成形ステージ１３では、加熱されたガラス板１７にプレス等の外力を付与して所望の形状に成形する。
【００６１】
成形ステージ１３では、退避位置に配置された上型２５が下降して、下型２３との間にガラス板１７を挟み、ガラス板１７を成形加工する。この成形加工についての詳細は後述する。成形ステージ１３では、予熱ステージ１１により加熱されたガラス板１７の温度が一定に維持されるように、上部ヒータ８３及び下部ヒータ９３によって保温される。
【００６２】
成形ステージ１３におけるガラス板１７の温度は、上記した予熱ステージ１１における加熱温度からの変動を、２０℃以下に抑えることが好ましい。また、得られるガラス板成形体の面品質の観点からは、成形ステージ１３ではガラス板１７を均一に加熱することが好ましい。具体的には、成形ステージ１３で成形中のガラス板１７の温度偏差は、２０℃以内であることが好ましい。
【００６３】
ガラス板１７が成形加工されると、上型２５が上昇して退避位置に戻る。そして、下型２３は、成形済みのガラス板１７Ａと共に冷却ステージ１５に搬送される。
【００６４】
（冷却工程）
冷却ステージ１５では、上部ヒータ６７及び下部ヒータ７５の設定温度が目標加熱温度より低い温度に設定され、ガラス板１７Ａと下型２３が徐冷される。冷却ステージ１５では、加熱、成形されたガラス板１７Ａの形状が安定するまでガラス板１７を徐冷する。
【００６５】
冷却ステージ１５では、上部ヒータ６７及び下部ヒータ７５による加熱温度を調整しながら、ガラス板１７Ａを徐冷する。冷却ステージ１５における冷却速度が速すぎると、ガラス板１７Ａに変質や温度偏差が生じやすくなる。そのため、冷却ステージ１５におけるガラス板１７Ａの冷却速度は、好ましくは３０ｓで２０℃、より好ましくは３０℃、更に好ましくは４０℃にする。また、冷却時のガラス板１７Ａの温度分布は、好ましくは３０℃以下、より好ましくは２５℃以下、更に好ましくは２０℃以下にする。
【００６６】
徐冷後のガラス板１７Ａは、チャンバ２７の外部に搬送された後、図１に示すように、アンローディング部２１で取り出される。アンローディング部２１では、３００°以上の温度、好ましくは５００℃以上の温度を有する下型に載置された、成形、徐冷後のガラス板１７Ａが、型面から取り出される。ガラス板１７の取り出しは、不図示のロボットアーム等の移送手段による搬出でもよく、作業者の人手による搬出であってもよい。
【００６７】
＜温度分布の均一化効果＞
上記したガラス板１７，１７Ａの均一な温度分布は、断熱枠体５１，５３，５５による熱の閉じ込め効果、及び断熱枠体５１，５３，５５の外側のチャンバ２７による外部からの高い遮熱効果、更に、熱拡散板４１，６５，７３，８１，９１によるヒータの均熱化効果、等の相乗効果によって達成される。また、予熱ステージ１１の上部ヒータ３５による輻射加熱と、下部ヒータ４３からの伝熱加熱、成形ステージ１３の上部ヒータ８３及び下部ヒータ９３からの伝熱加熱、並びに、冷却ステージ時の上部ヒータ６７及び下部ヒータ７５による熱拡散板６５，７３を介した輻射加熱によって、各ステージでそれぞれ異なる加熱形態にしている。また、各ステージの上部ヒータ及び下部ヒータは、それぞれ個別の設定温度で加熱可能であり、きめ細かな温度制御が可能になっている。
【００６８】
このようなステージ毎、ヒータ毎で個別に加熱制御することで、ガラス板１７，１７Ａの温度分布を高いレベルで均一化できる。また、場所に応じた微調整が容易になり、設計通りの加熱処理を正確に実現できる。さらに、加熱雰囲気が断熱枠体５１，５３，５５とチャンバ２７によって覆われることで、外部への熱流出が抑制され、その結果、加熱制御、降温制御の応答性が高められて、所望の温度へ均一に、且つ短時間で到達させることができる。
【００６９】
また、型搬送部６３Ａ，６３Ｂが、ウォーキングビーム方式で下型２３を搬送する構成であるため、ステージ間の移動速度が高められる。よって、ステージ間での放熱による熱損失が抑えられ、これによっても温度分布の均一化が図れる。
【００７０】
なお、上記した熱拡散板４１，６５，７３，８１，９１は、成形条件によっては配置を省略することもできるが、熱拡散板を設けることにより、各ステージにおけるガラス板１７，１７Ａの温度偏差が小さく抑えられる。
【００７１】
＜成形工程の詳細＞
次に、成形ステージ１３におけるガラス板１７の成形方法、及び成形型の構造について詳細に説明する。
【００７２】
まず、成形に用いるガラス板１７の形状について定義する。
図９はガラス板１７の平面図である。
ガラス板１７は、ガラス形状の外周縁１７ａよりも内側のガラス中央部１２１と、ガラス中央部１２１の中央部外周１２１ａから外周縁１７ａまでの間のガラス外周部１２３とを有する。なお、図９においては外周部１２３にハッチを付与している。成形工程では、ガラス中央部１２１の少なくとも一部を曲面形状に成形する。
【００７３】
（第１の成形方法）
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、図７の（Ａ）、（Ｂ）に示す下型２３と上型２５とを互いに接近させてガラス板１７を成形加工する様子を段階的に示す概略工程説明図である。
図１０Ａに示すように、下型２３の成形面１１１には、ガラス板１７の外周縁１７ａが接触した状態でガラス板１７が載置される。この下型２３に向けて上型２５を下降させると、上型２５の突起部１１３が、下型２３に載置されたガラス板１７に接触する。
【００７４】
上型２５は、ガラス板１７に接触する部分と、接触しない部分とを有し、突起部１１３の傾斜面１１３ａだけがガラス板１７のガラス外周部１２３に接触する。そして、図１０Ｂに示すように、上型２５が更に下降すると、突起部１１３の傾斜面１１３ａの傾斜によって、ガラス板１７が下側に凸となる形状にプレスされる。つまり、上型２５は、ガラス板１７に環状に接触するだけでも、ガラス板１７を下型２３に向けて変形させることができる。また、ガラス板１７は、自身の自重によっても下側に撓み、下型２３の成形面１１１に沿うように変形する。
【００７５】
次に、図１０Ｃに示すように、吸引孔１１５から負圧を供給することでガラス板１７を成形面１１１に真空吸着させる。これにより、ガラス板１７が成形面１１１に密着して、ガラス板１７に成形面１１１の曲面形状が転写される。よって、プレス成形のみではガラス板１７と成形面１１１とが密着しにくい部分も、確実に密着させることができ、プレス成形のみでは困難となる複雑な形状であっても容易に成形可能となる。
【００７６】
吸引孔１１５の位置、個数、大きさ等は特に限定されないが、成形面１１１において、プレス成形のみではガラス板１７を密着させにくい部分に吸引孔１１５を形成することが好ましい。また、吸引孔１１５の大きさは、ガラス板１７に吸引孔１１５の痕跡が残存しない、又は残存しても目立たない程度に適宜調整することが好ましい。
【００７７】
通常、ガラス板のプレス成形においては、ガラス板の全面を成形型に接触させた状態で挟み込んで成形する。そのため、得られるガラス板成形品の面品質を確保するため、比較的低い温度で成形している。そのため、ガラス板を所望の形状に変形させるには、比較的長い時間を要していた。そのため、複雑な形状を成形する場合は面品質を確保できる低温域で成形が困難となっていた。一方、上記構成の下型２３と上型２５を用いて成形する場合には、上型２５がガラス板１７のガラス中央部１２１に接触することがない。このため、比較的高い温度で成形しても、ガラス中央部１２１に成形型との接触による面荒れ等の悪影響が及ぶことなく、面品質の優れたガラス板成形品が得られる。このように、本構成の成形ステージ１３では、比較的高温での成形が可能であるため、短時間で成形を完了できる。すなわち、上記の成形型を用いれば、面品質に優れたガラス板成形品が短時間で得られる。
【００７８】
なお、本構成の下型２３及び上型２５は、ガラス中央部１２１の全体が一定の曲率で屈曲したガラス板成形品を得るための型であるが、下型２３及び上型２５の形状は、図示例の形状に限らない。下型２３及び上型２５の形状は、成形する目標形状に応じて、適宜変更が可能である。
【００７９】
本構成の下型２３及び上型２５は、プレス成形、真空成形、及び重力による自重曲げ成形を組み合わせた成形を実現するが、材料や成形条件等によっては、真空成形を除いたプレス成形及び重量による成形だけでも成形が可能である。
【００８０】
（第２の成形方法）
第１の成形方法では、プレス成形、真空成形、自重曲げ成形との３種類の成形を組み合わせているが、第２の成形方法では、更に圧空成形を組み合わせる。
【００８１】
図１１は第２の成形方法によりガラス板１７を成形加工する様子の概略を示す工程説明図である。この場合の成形型は、上型２５Ａの環状の突起部１１３の内側に、圧空成形用のガス噴出孔１２５が形成されたこと以外は、第１の成形方法の成形型と同様の構成である。
【００８２】
ガス噴出孔１２５は、通常、上型２５Ａのガラス板１７に接触しない部分に設けられる。ガス噴出孔１２５の個数、大きさ等は特に限定されない。
【００８３】
上記構成の下型２３及び上型２５Ａを用いて、プレス成形と圧空成形を併用する場合は、上型２５Ａの突起部１１３をガラス板１７のガラス外周部１２３に接触させた後、ガス噴出孔１２５からガスを噴出する。すると、ガラス板１７は下型２３の成形面１１１に押し当てられる。つまり、突起部１１３は環状に形成され、ガラス板１７との接触も環状になるため、下型２３の成形面１１１とガラス板１７との間に閉空間１２９が形成される。この閉空間１２９にガスが供給され、閉空間１２９内の圧力が陽圧になる。これによってガラス板１７が成形面１１１に押圧される。
【００８４】
また、上記の圧空成形と共に、前述した真空成形、重力による成形も同時に実施されることで、ガラス板１７を成形面１１１に、より速く、より確実に沿わせることができ、成形完了までの所要時間を短縮できる。このように、プレス成形に、真空成形、圧空成形、自重曲げ成形の少なくともいずれかを組み合わせることにより、複雑な形状の成形が簡単に実現でき、成形時間を更に短縮できる。
【００８５】
また、真空成形、圧空成形は、プレス成形の実施中に、任意のタイミングで行うことができ、実施順は、プレス成形、真空成形、圧空成形の順であってもよく、プレス成形、圧空成形、真空成形の順であってもよい。プレス成形を真空成形と圧空成形より先に実施することで、ガラス板１７の成形面１１１に対する位置決めをより確実に行える。
【００８６】
また、各成形を同時に実施することで、ガラス板１７と成形面１１１との密着性をより向上でき、ガラス板１７にしわが生じやすい形状の加工も容易となる。
【００８７】
＜他の成形装置の構成例＞
上記のガラス板の成形装置１００は、予熱ステージ１１、及び冷却ステージ１５をそれぞれ複数備えた構成にしてもよい。
図１２は複数の予熱ステージ１１と、成形ステージ１３と、複数の冷却ステージ１５とを備える成形装置２００の概略構成図である。
【００８８】
予熱ステージ１１は、下型２３の搬送方向ＴＤに沿って４箇所（ＰＨ１〜ＰＨ４）に設けられ、冷却ステージ１５は、下型２３の搬送方向ＴＤに沿って４箇所（Ｃ１〜Ｃ４）に設けられる。成形ステージ１３は、予熱ステージ１１と冷却ステージ１５との間の１箇所（ＰＭ１）に設けられる。
【００８９】
予熱ステージ１１のＰＨ１〜ＰＨ４は、搬送方向ＴＤに沿って段階的に加熱温度が高く設定される。これにより、下型２３とガラス板１７とは、搬送方向ＴＤへ搬送するにつれて徐々に昇温し、成形温度である目標加熱温度に達するまで加熱される。
【００９０】
冷却ステージ１５のＣ１〜Ｃ４は、搬送方向ＴＤに沿って段階的に加熱温度が低く設定される。これにより、下型２３とガラス板１７とは、搬送方向ＴＤへ搬送するにつれて徐々に降温し、目標加熱温度からの徐冷が施される。
【００９１】
図１３は予熱ステージ１１、成形ステージ１３、冷却ステージ１５における下型２３とガラス板１７の温度変化の一例を示すグラフである。
図１２に示すローディング部１９（ＬＤ）から予熱ステージ１１のＰＨ１に供給されたガラス板１７は、予め所定の温度Ｔｃまで加熱された下型２３に載置され、室温ＴＲＭから加熱される。下型２３とガラス板１７は、ＰＨ２，ＰＨ３，ＰＨ４へ搬送されるにつれて温度が上昇し、成形ステージ１３（ＰＭ）に搬送される前に成形温度である目標加熱温度ＴＰＭに達する。
【００９２】
成形ステージ１３（ＰＭ）では、ガラス板１７が、目標加熱温度ＴＰＭの一定温度で保持されながら成形される。
【００９３】
成形後、冷却ステージ１５のＣ１〜Ｃ４に搬送され、下型２３と成形後のガラス板１７Ａの温度は徐々に低下する。Ｃ４から図１２に示すアンローディング部２１（ＵＬＤ）に搬送されたガラス板１７Ａは、自然放冷される。
【００９４】
予熱ステージ１１と冷却ステージ１５の各ステージでは、それぞれのステージで下型２３とガラス板１７，１７Ａとが均一に設定温度になるように温度管理される。ステージの数は多いほど、温度の変化幅を広くできる。また、タクトタイムの観点からは、ステージの数を減らすことが好ましい。各ステージの数は、加工対象となるガラス板のサイズや、加工形状等に応じて適宜設定される。例えば、ガラス板のサイズが大きい場合や複雑な形状の成形を行う場合は、急激な温度変化を避けるため、予熱ステージ１１及び冷却ステージ１５の数を増やすことが好ましい。
【００９５】
図１４は参考例としての従来の成形装置の概図である。
従来の成形装置では、ガラス板１７を下型１３１と上型１３５とによって全面プレスする構成であり、加熱温度が前述した成形温度（目標設定温度）よりも低く設定される。そのため、ガラス板１７を、成形形状が安定するまで型締め状態で保持させる必要がある。その結果、成形時間ＴＰＭ２が図１３に示す成形時間ＴＰＭ１より長くなる。
【００９６】
一方、図１２に示す本構成の成形装置２００は、ガラス外周のみに接触するプレス成形と、真空成形、圧空成形、重力による成形とを組み合わせてガラス板１７を成形するため、加熱温度を従来よりも高い温度にまで設定でき、しかも、各成形の相乗効果によって成形型の成形面にガラス板が密着し、成形形状がいち早く安定する。つまり、ガラス板のスプリングバックが生じにくくなる。これにより、成形ステージ１３は１つのステージだけで済み、設備コストを削減でき、スループットが向上する。
【００９７】
また、下型２３の温度を予め所定の温度Ｔｃまで加熱しておくことで、目標設定温度までの到達時間をより短縮でき、タクトタイムを短縮できる。
【００９８】
図１５は図１２に示す成形装置２００の他の構成例を示す成形装置３００の概図である。
本構成の成形装置３００は、図１２に示す予熱ステージ１１、成形ステージ１３、及び冷却ステージ１５を有する複数の成形ラインを備える。成形装置３００は、図１５において、第１成形ライン１４１と、第２成形ライン１４３との２ラインを備えた構成を示しているが、３ライン以上備えていてもよい。
【００９９】
成形装置３００の第１成形ライン１４１のローディング部１９は、第２成形ライン１４３のアンローディング部２１に接続され、第１成形ライン１４１のアンローディング部２１は、第２成形ライン１４３のローディング部１９に接続される。そして、第１成形ライン１４１の下型２３と第２成形ライン１４３の各下型２３は、それぞれに共通に使用され、各ラインを循環する。
【０１００】
本構成によれば、一方の成形ラインのアンローディング部２１に搬送された下型２３を、他方の成形ラインのローディング部１９に戻すことで、型温度の低下が抑えられ、成形装置３００の稼働時には、常に所定の温度Ｔｃ以上に維持される。よって、下型２３の温度変化幅が小さくなり、下型２３への温度サイクル負荷を軽減できる。また、加熱のためのエネルギ消費が抑えられ、ランニングコストを低減できる。
【０１０１】
さらに、複数の成形ラインを直列に配置する構成と比較して、成形装置２００の設置スペースを小さくでき、これによっても設備コストを削減できる。
【０１０２】
＜成形工程の詳細＞
次に、成形ステージ１３での成形工程における好ましい成形条件について説明する。
本構成の成形装置１００，２００，３００においては、以下に示す成形条件に基づいてガラス板を成形することが好ましい。
【０１０３】
（加圧条件）
プレス成形では、図９に示すガラス板１７のガラス中央部１２１とガラス外周部１２３のそれぞれの領域に異なる圧力を付与してガラス板１７をプレス成形する。具体的には、真空成形、圧空成形を実施しない場合、ガラス中央部１２１に付与する圧力Ｐctは、０〜０．１ＭＰａであり、ガラス外周部１２３に付与する圧力Ｐegは、０．１〜１０ＭＰａであることが好ましい。
【０１０４】
真空成形、圧空成形を実施しない場合、ガラス板１７のガラス中央部１２１には、重力以外の圧力は作用しない。一方、ガラス板１７のガラス外周部１２３には、ガラス中央部１２１より高い圧力が付与されて、ガラス板１７が成形型に固定される。これにより、ガラス板１７の位置ずれのない安定したプレス成形が行える。また、ガラス板１７と接触する突起部１１３や成形面１１１（図７の（Ａ），（Ｂ）参照）の傾斜方向、傾斜角度によって、プレス成形によるガラス板１７の変形方向（下に凸又は上に凸）、変形量を決定できる。
【０１０５】
ガラス板１７を、プレス成形と真空成形を併用して成形する場合、プレスによりガラス中央部１２１に付与する圧力Ｐctは、０〜０．１ＭＰａであり、ガラス外周部１２３に付与する圧力Ｐegは、０．１〜１０ＭＰａであることが好ましい。そして、プレス成形と真空成形によるガラス板１７へ付与する圧力の合計は、ガラス外周部１２３の圧力Ｐegが、ガラス中央部１２１の圧力Ｐctより高い圧力（Ｐeg＞Ｐct)にする。
【０１０６】
さらに、ガラス板１７を、プレス成形と真空成形と圧空成形とを併用して成形する場合、プレスによりガラス中央部１２１に付与する圧力Ｐctは、０〜０．１ＭＰａであり、ガラス外周部１２３に付与する圧力Ｐegは、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａであることが好ましい。そして、プレス成形と真空成形と圧空成形によるガラス板１７へ付与する圧力の合計は、ガラス外周部１２３の圧力Ｐegが、ガラス中央部１２１の圧力Ｐctより高い圧力（Ｐeg＞Ｐct）にする。この場合、ガラス中央部１２１には真空成形に加えて圧空成形による圧力も付与されるため、プレス成形と真空成形だけの場合よりもガラス中央部に付与される圧力は大きい。
【０１０７】
上記条件は、プレス成形前後に自重成形による曲げ効果を含んでいてもよく、含まれてなくてもよい。
【０１０８】
（ガラス板の温度）
ガラス板１７を所望の形状に成形する際、成形時の温度の下限値は、好ましくは４００℃、より好ましくはＴｇ＋４０℃、更に好ましくはＴｇ＋８０℃である。また成形時の温度の上限値は、好ましくは７５０℃、より好ましくは６８０℃、更に好ましくは６５０℃である。
【０１０９】
成形温度を上記範囲にすることで、ガラス板１７の成形形状が短時間で保持され、成形時間を短縮できる。
【０１１０】
（ガラス板の粘性）
ガラス板１７を所望の形状に成形する際、成形時のガラス板１７の粘性は、上記したガラス板１７の材種等により異なるが、成形性の観点からは１×１０−５Ｐａ・ｓ以下が好ましい。
【０１１１】
特に、成形性の指標となるφ（＝∫（Ｐ／ρ）dｔ、［Ｐ：面内圧力、ρ：粘性］）が、ガラス板のガラス外周部で１×１０−8.7〜１×１０2.5、ガラス中央部で１×１０−12〜１×１０-0.5egであることが好ましい。
【０１１２】
（ガラス板の寸法精度）
上記した製造装置及び成形方法によれば、形状精度に優れたガラス板成形体が得られる。ガラス板成形体の形状品質の評価指標としては、例えば、設計形状（デザイン面）と比較した面内形状偏差が挙げられる。
【０１１３】
面内形状偏差とは、設計形状に沿って法線を設定したとき、ガラス板成形体の形状を、法線方向におけるデザイン面からの距離の絶対値が面内で最小になるように曲面近似を行い、その曲面近似された面とデザイン面との法線方向のずれ量の偏差値を面内形状偏差と定義する。
【０１１４】
本構成の製造装置及び成形方法により得られるガラス板成形体は、面内形状偏差が好ましくは０．６ｍｍ以下、より好ましくは０．４ｍｍ以下である。
【実施例】
【０１１５】
表１にガラス板の成形条件と、その成形結果を纏めて示す。
図１に示す成形装置を用いて、寸法１００×５０ｍｍ（厚さｔ＝１．１ｍｍ）のガラス板（素材：ドラゴントレイル（登録商標））を、自重曲げのみの成形、全面プレス成形、ガラス外周部をプレスするエッジプレス成形のプレス成形のみ、プレス成形及び真空成形とを組み合わせた成形、の各成形法により成形した。【０１１６】
ガラス板の成形形状は、図１６の（Ａ）に示す単一の曲率半径を有する試験例１、２と、図１６の（Ｂ）に示すＳ字形状の試験例３と、図１６の（Ｃ）に示すＪ字形状の試験例４とした。試験例１の曲率半径Ｒは２０００ｍｍ、試験例２の曲率半径Ｒは８００ｍｍである。また、Ｓ字形の試験例３の曲率半径は、一方の端部から順にＲ１が２０００ｍｍ、Ｒ２が１００ｍｍ、Ｒ３が２０００ｍｍである。Ｊ字形の試験例４は、平坦状から曲率半径Ｒが５０ｍｍの曲面が接続された形状を有する。【０１１７】
それぞれの成形法により得られた成形体を、成形のタクトタイム、形状精度、面品質に関して評価した。評価基準は以下に示す通りである。・タクトタイム（成形に要する時間）
◎：３０ｓ未満
○：３０ｓ以上、１００ｓ未満
△：１００ｓ以上、２００ｓ未満
▲：２００ｓ以上、５００ｓ未満
×：５０１ｓ以上【０１１８】
・形状精度（デザイン形状からの偏差）
◎：０．２ｍｍ未満
○：０．２ｍｍ以上、０．４ｍｍ未満
△：０．４ｍｍ以上、０．６ｍｍ未満
▲：０．６ｍｍ以上、０．８ｍｍ未満
×：１．０ｍｍ以上【０１１９】
・面品質（画像処理による計数される欠点の数）
◎：０〜５個
○：６〜１０個
△：１１〜５０個
▲：５１〜１００個
×：１０１個以上【０１２０】
【表１】
2020162467.tif 000003
【０１２１】
自重曲げ成形だけの場合、いずれの試験例もタクトタイムを速めることができなかった。
全面プレス成形の場合、ガラス板の全面が成形型と接触するため、成形後のガラス表面の表面粗さが増大して、面品質が低下した。【０１２２】
エッジプレス成形の場合は、単曲形の試験例１，２は、タクトタイム、形状精度が良好で、特に面品質に優れる結果になった。しかし、成形形状が比較的複雑となる試験例３，４では、タクトタイム、形状精度、面品質のいずれもＮＧとなった。【０１２３】
一方、エッジプレス成形でプレス成形と真空成形を組み合わせた場合には、全ての試験例１〜４において良好な結果が得られた。【０１２４】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。【０１２５】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）  ガラス板を加熱して所望の形状に成形するガラス板の成形装置であって、
少なくとも一部に曲面形状を有する成形面が形成され、前記成形面に前記ガラス板が支持される第１成形型と、
前記第１成形型に型締めされる少なくとも１つの第２成形型と、
前記第１成形型に支持された前記ガラス板を加熱する少なくとも１つの予熱ステージと、
前記第１成形型に対面して前記第２成形型が配置され、加熱された前記ガラス板を前記第１成形型と前記第２成形型との間で成形する少なくとも１つの成形ステージと、
成形後の前記ガラス板を徐冷する少なくとも１つの冷却ステージと、
前記第１成形型を前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの順に搬送する型搬送部と、を備え、
前記ガラス板は、ガラス形状外周縁よりも内側のガラス中央部、及び前記ガラス中央部の外周から前記ガラス形状外周縁までの間のガラス外周部を有し、
前記成形ステージの前記第２成形型は、前記第１成形型との間で前記ガラス板に前記ガラス外周部だけで接触するガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、第１成形型と第２成形型との間で、ガラス板をガラス外周部だけでプレスするため、第２成形型側のガラス中央部は型面と接触することがない。したがって、ガラス中央部の面品質を高めて成形でき、また、ガラス面に成形型が全面接触するプレス成形と比較して、高い温度での成形が可能となる。これにより、短時間で成形を完了させることができ、タクトタイムを短縮できる。【０１２６】
（２）  前記第１成形型は、前記成形面に開口する真空成形用の吸引孔を有する（１）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、吸引孔からの吸引によってガラス板を成形面に強制的に密着させることができ、ガラス板への成形面の形状転写を、より確実に、しかも高速に実施できる。【０１２７】
（３）  前記第２成形型は、前記第１成形型に向けて突出する環状の突起部と、前記環状の突起部の内側に配置され、圧空成形用のガスを噴出するガス噴出孔と、を有する（１）又は（２）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、ガス噴出孔からのガス圧の供給によってガラス板を成形面に強制的に密着させることができ、ガラス板への成形面の形状転写を、より確実に、しかも高速に実施できる。【０１２８】
（４）  前記第１成形型は、前記第２成形型の鉛直方向下側に配置された（１）〜（３）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、軟化したガラス板を、その自重によって成形面に密着させることができる。【０１２９】
（５）  前記予熱ステージに設けられ、前記第１成形型と前記ガラス板とを所望の加熱温度に加熱する昇温用加熱部と、
前記成形ステージに設けられ、前記第２成形型と前記第１成形型の温度を前記加熱温度に保持し、前記ガラス板を所望の成形温度に保持する保温用加熱部と、
前記冷却ステージに設けられ、前記第１成形型と前記ガラス板の温度を、前記第１成形型と前記ガラス板を加熱しながら前記加熱温度より低い温度にする降温用加熱部と、を備える（１）〜（４）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、各ステージの温度をそれぞれの加熱部により高精度に設定できる。【０１３０】
（６）  前記昇温用加熱部、前記保温用加熱部、前記降温用加熱部の少なくともいずれかは、複数の輻射加熱用のランプヒータを熱源とする（５）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、複数のランプヒータを駆動することで、きめ細かに加熱制御でき、しかも、輻射熱を利用した加熱によってガラス板と成形型とを均一な温度分布に制御できる。【０１３１】
（７）  前記昇温用加熱部、前記保温用加熱部、前記降温用加熱部の少なくともいずれかは、複数の接触加熱用のステージヒータを熱源とする（５）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、接触加熱用のステージヒータを用いることで、高効率で均一な温度制御が行える。【０１３２】
（８）  前記保温用加熱部と前記降温用加熱部の少なくともいずれかは、前記ステージヒータと前記第1成形型との間に熱拡散板が配置された（７）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、熱拡散板を介して第１成形型を加熱するため、ヒータからの熱が熱拡散板の板面内で均一に拡散され、熱拡散板に対面するガラス板や成形型の温度をより均一にできる。【０１３３】
（９）  前記冷却ステージでは、前記降温用加熱部が前記第１成形型に直接接触しない位置に配置された、（５）〜（７）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、降温用加熱部を第１成形型に直接接触させず、輻射熱のみで温度制御することで、より高精度な温度管理が可能となる。【０１３４】
（１０）  前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの少なくともいずれかは、それぞれのステージ外周を囲み、ステージ内に配置される前記第１成形型に支持された前記ガラス板の側方を覆う断熱枠体が配置された（１）〜（９）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、断熱枠体で囲まれた領域内が均一な温度に保持される。また、断熱枠体の内外への熱流出入が抑えられるため、加熱による温度制御の応答性が高くなる。【０１３５】
（１１）  前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージの全てに、前記断熱枠体が配置され、
前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージを内部空間に収容するチャンバを備える（１０）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、各ステージにおける温度制御を正確に実施でき、成形後のガラス板の品質を向上できる。また、チャンバにより各断熱枠体の熱流出入が更に抑えられ、断熱枠体で囲まれた領域内をより均一な温度にできる。【０１３６】
（１２）  前記チャンバの内部空間は、不活性ガスで満たされる（１１）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、成形時にガラス板に悪影響を及ぼすガスのガス濃度を低下でき、ガラス板の変質を防止できる。【０１３７】
（１３）  前記第１成形型及び前記第２成形型は、カーボン製である（１）〜（１２）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、カーボン製の成形型にすることで、型の軽量化、高寿命化が図れる。【０１３８】
（１４）  複数の前記予熱ステージが前記第１成形型の搬送方向に沿って配置され、前記搬送方向に沿って段階的に前記予熱ステージの加熱温度が高く設定される（１）〜（１３）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、各予熱ステージで均一な温度分布状態にしながら段階的に加熱を進められるため、１つの予熱ステージで所望の目標加熱温度まで加熱する場合と比較して、加熱途中の温度ムラを小さくできる。【０１３９】
（１５）  複数の前記冷却ステージが前記第１成形型の搬送方向に沿って配置され、前記搬送方向に沿って段階的に前記冷却ステージの加熱温度が低く設定される（１）〜（１４）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、各冷却ステージで均一な温度分布状態にしながら段階的に冷却を進められるため、１つの冷却ステージで所望の温度まで冷却する場合と比較して、冷却途中の温度ムラを小さくできる。【０１４０】
（１６）  前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージに沿って複数の前記第１成形型が配置され、
前記型搬送部は、複数の前記第１成形型を、前記予熱ステージ、前記成形ステージ、前記冷却ステージのそれぞれに同時に搬入及び搬出させる（１）〜（１５）のいずれか１つに記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、一度に複数の第１成形型とガラス板とを搬送できるため、成形効率を高めて、スループットを向上できる。【０１４１】
（１７）  前記型搬送部の前記第１成形型の搬送方式がウォーキングビーム方式である（１６）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、搬送機構が複雑化せず、安定した第１成形型の搬送が可能となる。【０１４２】
（１８）  前記予熱ステージと、前記成形ステージと、前記冷却ステージとを含む複数の成形ラインを備え、
前記成形ラインのそれぞれは、前記予熱ステージに前記第１成形型と成形前の前記ガラス板とが搬入されるローディング部と、前記冷却ステージから前記第１成形型と成形後の前記ガラス板とが搬出されるアンローディング部と、を更に備え、
いずれかの前記成形ラインの前記ローディング部と、当該成形ラインとは異なる他の成形ラインの前記アンローディング部とが接続されて、前記第１成形型が複数の前記成形ラインで循環して使用される（１６）又は（１７）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、複数の成形ラインで第１成形型を共通に循環させることで、設備コストを低減でき、第１成形型の温度を目標加熱温度から大きく低下するのを抑制できる。これにより、第１成形型の熱ストレスを軽減できる。また、加熱エネルギの増加が抑えられ、ランニングコストを低減できる。【０１４３】
（１９）  前記ローディング部と前記アンローディング部における、前記第１成形型の上に前記ガラス板を受け渡す際の前記第１成形型の温度は３００℃以上である、（１８）に記載のガラス板の成形装置。
このガラス板の成形装置によれば、３００℃以上の高温状態のままガラス板の受け渡しを実施するため、常温近くで受け渡しする場合と比較して、ガラス板の加熱時間や冷却時間を短縮でき、成形のタクトタイムをより短縮できる。【０１４４】
本出願は、２０１９年２月８日出願の日本特許出願（特願２０１９−２１５６１）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
【符号の説明】
【０１４５】
１１  予熱ステージ
１３  成形ステージ
１５  冷却ステージ
１７，１７Ａ  ガラス板
１７ａ  外周縁
２３  下型（第１成形型）
２５，２５Ａ  上型（第２成形型）
２７  チャンバ
３５  上部ヒータ（昇温用加熱部）
３６  ランプヒータ
４１  熱拡散板
４３  下部ヒータ（昇温用加熱部）
５１，５３，５５  断熱枠体
６３Ａ，６３Ｂ  型搬送部
６５  熱拡散板
６７  上部ヒータ（降温用加熱部）
７３  熱拡散板
７５  下部ヒータ（降温用加熱部）
８１  熱拡散板
８３  上部ヒータ（保温用加熱部）
９１  熱拡散板
９３  下部ヒータ（保温用加熱部）
１００  成形装置
１１１  成形面
１１３  突起部
１１３ａ  傾斜面
１１５  吸引孔
１２１  ガラス中央部
１２１ａ  中央部外周
１２３  ガラス外周部
１２５  ガス噴出孔
１３１  下型（第１成形型）
１３５  上型（第２成形型）
１４１  第１成形ライン（成形ライン）
１４３  第２成形ライン（成形ライン）
【図１】
2020162467.tif 000004
【図２】
2020162467.tif 000005
【図３】
2020162467.tif 000006
【図４】
2020162467.tif 000007
【図５】
2020162467.tif 000008
【図６】
2020162467.tif 000009
【図７】
2020162467.tif 000010
【図８】
2020162467.tif 000011
【図９】
2020162467.tif 000012
【図１０Ａ】
2020162467.tif 000013
【図１０Ｂ】
2020162467.tif 000014
【図１０Ｃ】
2020162467.tif 000015
【図１１】
2020162467.tif 000016
【図１２】
2020162467.tif 000017
【図１３】
2020162467.tif 000018
【図１４】
2020162467.tif 000019
【図１５】
2020162467.tif 000020
【図１６】
2020162467.tif 000021
【国際調査報告】
2020162467.tif 000022
2020162467.tif 000023
2020162467.tif 000024
2020162467.tif 000025
2020162467.tif 000026