ガラスの成形方法
【課題】ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるガラスの成形方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係るガラスの成形方法は、流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化して棒形状のガラスを成形する工程と、棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程と、加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧し、加熱した棒形状のガラスを所望の形状に成形する工程と、を有する。
【解決手段】本発明に係るガラスの成形方法は、流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化して棒形状のガラスを成形する工程と、棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程と、加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧し、加熱した棒形状のガラスを所望の形状に成形する工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスの成形方法に関し、特に、携帯端末等の電子機器の筐体として使用されるガラスの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、スマートフォン（Smart Phone）等の携帯端末やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のモニタの筐体には、加工性やコスト性の観点から、樹脂もしくは金属が使用されている。しかしながら、近年では、筐体に意匠性を求められることが多くなっており、筐体にガラスを使用することが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、携帯電話の裏面に搭載された透明太陽電池の裏面ガラスを好みの色に着色することが提案されている。
【０００３】
ところで、電子機器の内部には、電子部品や液晶パネル等（以下、電子部品等と称する）が収容される。このため、電子機器の筐体の形状は、箱形状もしくは、箱形状に近い形状となっており、内部に電子部品等を収容する空間が確保されている。
【０００４】
このように、箱形状もしくは、箱形状に近い形状にガラスを加工する方法として、厚板ガラスや塊状ガラス（ゴブ）を用意し、このガラスを箱形状もしくは、箱形状に近い形状に切削工具（例えば、切削バイト）で加工したり、エッチング液で化学的に加工することが一般的に行われている。しかしながら、厚板ガラスや塊状ガラスを切削工具やエッチング液で加工する場合、単位時間当たりの加工量が低いことや、電子部品を収容する凹部を形成する必要があるために加工量が多く生産性が低いという問題がある。
【０００５】
このため、プレス成形により、箱形状もしくは、箱形状に近い形状にガラスを加工することが提案されており、例えば、所望の重量に成形した塊状ガラスを金型でプレスして、箱形状もしくは、箱形状に近い形状にガラスを加工することが行われている。また、近年では、板ガラスをプレス成形可能な温度まで加熱し、該加熱した板ガラスを金型でプレスする成形方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２９９８７号公報
【特許文献２】米国公開２０１０−０１２６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、所望の重量に成形した塊状ガラスを金型でプレスする場合、塊状ガラスを所望の重量に成形する際に、塊状ガラスにシャーマーク（はさみ痕）が生じる。このシャーマークは、通常、プレス成形では除去できないため、プレス成形後に切削や研磨等により除去する必要がある。この場合、切削や研磨を行う分、筐体の製造に必要な工程数が増えるため製造コストが増加してしまう。また、電子機器では、意匠性を持たせるために、筐体を曲面形状としたものがあるが、この場合、平面ではなく、曲面に生じたシャーマークを除去しなければならないため、切削や研磨が難しくなる。
【０００８】
また、板ガラスを金型でプレスする方法では、板ガラスを折り曲げて箱形状もしくは、箱形状に近い形状にする必要がある。しかしながら、折り曲げ角度を深く（大きく）した場合、折り曲げた部分に「しわ」が生じ意匠性を損なう虞がある。また、折り曲げ部にしわが生じるのを防止するため、折り曲げ部を引き伸ばしながら折り曲げることも考えられる。しかしながら、一般に、板ガラスは、フュージョン法で製造されるため厚みが薄い。このため、折り曲げ部を引き伸ばすと、折り曲げ部の厚みが薄くなりすぎて必要な強度を確保できない虞がある。
【０００９】
また、溶融したガラスを、ガラスより比重の重い溶融金属が入っているフロートバスの上を浮かせながら流すフロート法では、厚い板ガラスを製造することができるが、大量生産用の製造方法であり、多品種少量生産されることが多い電子機器の筐体向けには不向きである。また、溶融したガラスを２本の水平なロールの間に通してから、冷却、切断するロールアウト法では、平滑な表面のガラスを製造することが難しいため、意匠性を求められる電子機器の筐体用として適さない。また、ガラス表面を研磨することも考えられるが、筐体の製造に必要な工程数が増えるため製造コストが増加してしまう。
【００１０】
本発明は、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるガラスの成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のガラスの成形方法は、流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化して棒形状のガラスを成形する工程と、棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程と、加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧し、加熱した棒形状のガラスを所望の形状に成形する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化したガラスロッドをプレス成形可能な温度まで加熱し、この加熱したガラスロッドの火造り面を金型の成形面で押圧して所望の形状に成形するようにしたので、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるガラスの成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１のガラスの成形装置の構成図。
【図２】第２のガラスの成形装置の構成図。
【図３】実施形態に係るガラスの成形装置により成形されたガラス成形体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態）
図１は、第１のガラスの成形装置１０の構成図である。図２は、第２のガラスの成形装置２０の構成図である。この実施形態に係るガラスの成形装置１（以下、単にガラスの成形装置１と称する）は、ガラス原料を溶融し、溶融状態のガラスＧを流出ノズルから流出させて固化して棒形状のガラス（ガラスロッド）に成形する第１のガラスの成形装置１０（図１参照）と、ガラスロッドＲをプレス成形可能な温度にまで加熱して、金型で箱形状もしくは箱形状に近い形状に成形する第２のガラスの成形装置２０（図２参照）とから構成される。以下、図１及び図２を参照して、実施形態に係るガラスの成形装置１について説明する。
【００１５】
（第１のガラスの成形装置１０）
図１に示すように第１のガラスの成形装置１０は、溶融窯１０１と、清澄槽（リファイナ）１０２と、撹拌手段１０３と、成形容器１０４と、ローラ１０５と、徐冷装置１０６とを備える。
【００１６】
溶融窯１０１は、ガラス原料である珪砂(けいしゃ)、ソーダ灰、石灰石などを加熱して溶融する。清澄槽１０２は、ガラス化反応により発生するＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｏ２などの気体あるいは溶融時に巻き込まれた空気が原因で、溶融状態のガラスＧ中に生じた気泡を取り除く。
【００１７】
撹拌手段１０３は、溶融状態のガラスＧを収容する撹拌槽１０３ａと、図示しないモータにより駆動されて回転する回転軸１０３ｂと、この回転軸１０３ｂに取り付けられ、撹拌槽１０３ａ内に収容されている溶融状態のガラスＧを撹拌する撹拌翼１０３ｃとを備える。撹拌手段１０３は、清澄槽１０２から送出される清澄後のガラスＧを撹拌して均質化する。
【００１８】
成形容器１０４は、撹拌手段１０３で撹拌された溶融状態のガラスＧを収容する筒形状の容器１０４ａと、容器１０４ａの底部に設けられた流出ノズル１０４ｂとを備える。容器１０４ａ内に収容された溶融状態のガラスＧは、流出ノズル１０４ｂから流出する。流出ノズル１０４ｂの流出口は、円形状となっており、容器１０４ａ内の溶融状態のガラスＧは、円柱形状、すなわち棒形状となって流出ノズル１０４ｂから流出する。なお、流出ノズル１０４ｂから流出したガラスＧは、空中で徐々に熱を奪われ、溶融状態から軟化状態へと変化する。
【００１９】
ローラ１０５は、成形容器１０４の流出ノズル１０４ｂから流出し、軟化状態となった棒形状のガラスＧの側面の一部と当接した状態で図示しないモータにより回転駆動され、軟化状態のガラスＧを一定の速度で後述の徐冷装置１０６へ送出する。
【００２０】
徐冷装置１０６は、ローラ１０５から送出される軟化状態のガラスＧを徐冷する。軟化状態のガラスＧは、徐冷装置１０６により徐冷されて固化し、棒形状のガラスであるガラスロッドＲを得る。徐冷することでガラスＧの表面近傍と内部との間で生じる熱歪みが緩和される。
【００２１】
（第２のガラスの成形装置２０）
図２に示すように第２のガラスの成形装置２０は、切断手段２０１と、加熱手段２０２と、成形手段２０３と、除去手段２０４とを備える。切断手段２０１は、第１のガラスの成形装置１０で得られたガラスロッドＲを所定の長さに切断する。ガラスロッドＲの切断は、適宜の切断方法を用いることができる。なお、以下の説明では、所定の長さに切断したガラスロッドＲをガラスブランクＢと称する。
【００２２】
加熱手段２０２は、例えば、ガスバーナーであり、ガラスブランクＢをプレス成形可能な温度（例えば、軟化点温度）まで加熱する。本発明におけるプレス成形可能な温度とは、ガラスの成形開始に必要な粘性を示すガラスの温度をいい、具体的には、ガラスの粘性η（ｄＰａ・ｓ）がｌｏｇη表示で３〜５（η＝１×１０３〜１×１０５ｄＰａ・ｓ）を示すガラスの温度をいう。
【００２３】
成形手段２０３は、所望の形状（この実施形態では、電子機器の筐体の形状）に加工された成形面を有する金型２０３ａと、加熱手段２０２によりプレス成形可能な温度まで加熱されたガラスブランクＢの側面に金型２０３ａを押し当て、所定の圧力まで加圧するプレス手段２０３ｂとを備える。
【００２４】
プレス成形可能な温度まで加熱されたガラスブランクＢの側面に金型２０３ａを押し当て、所定の圧力まで加圧することにより、金型２０３ａの成形面の形状がガラスブランクＢに転写され、所望の形状に成形されたガラス成形体Ｃを得る。なお、ガラスブランクＢの側面に金型２０３ａを押し当てる際は、ガラスブランクＢの切断面が金型２０３ａの成形面と接触しないように留意する。除去手段２０４は、ガラス成形体Ｃから余剰部分、すなわち金型２０３ａの成形面からはみ出した部分を除去する。
【００２５】
図３は、実施形態に係るガラスの成形装置１により成形されたガラス成形体Ｃの形状を示す図である。図３（ａ）は、ガラス成形体Ｃの上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）における線分Ｉ−Ｉでの断面図である。
【００２６】
次に、成形手段２０３におけるガラスの成形について説明する。
成形時のガラスブランクＢは、軟化状態であるため、成形により金型２０３ａの微小な表面形状まではガラスブランクＢに転写されない。すなわち、ガラス成形体Ｃ表面の平滑性は、金型２０３ａ表面の平滑性ではなく、成形前のガラスブランクＢ表面の平滑性に依存する。
【００２７】
特に、金型２０３ａの温度がガラスブランクＢの温度より低い状態でプレス加工を行う非等温プレスでは、軟化状態のガラスブランクＢが金型２０３ａに触れた瞬間から金型２０３ａに熱を奪われガラスロッドＲの伸展性が低下する。このため、ガラスブランクＢの表面は、金型２０３ａの微小な表面形状に追従することができない。つまり、成形後のガラス成形体Ｃ表面の平滑性は、金型２０３ａの成形面の平滑性ではなく、成形前のガラスブランクＢ表面の平滑性に影響される。この実施形態では、ガラスブランクＢの側面、すなわち平滑性に優れる火造り面を金型２０３ａの成形面で押圧してガラスブランクＢを所望の形状に成形している。
【００２８】
このため、成形後のガラス成形体Ｃ表面の平滑性を得るために、ガラス成形体Ｃの表面を研磨加工する必要がなく、電子機器の筐体として使用されるガラス成形体を効率よく生産することができる。また、ガラスブランクＢの切断面が金型２０３ａの成形面と接触しないようにして成形しているの。このため、切断面が粗面であってもガラス成形体Ｃの成形面の平滑性に影響がない。
【００２９】
さらに、成形対象として厚みのあるガラスブランクＢを使用しているので、板ガラスを成形する場合と異なり、折り曲げ部に「しわ」が生じたり、折り曲げ部の厚みが薄くなりすぎて必要な強度を確保できない虞を低減することができる。
【００３０】
（表面粗さについて）
ここで、本発明における表面粗さについて説明する。図１を参照して説明した第１のガラスの成形装置１０で成形される棒形状のガラスの側面の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下であることが好ましい。中心線平均粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下とすることで、プレス成形後に、表面が平滑なガラス成形体Ｃを得ることができる。
【００３１】
そして、表面が平滑なガラス成形体Ｃを得ることができるので、プレス成形後にガラス成形体Ｃの表面を研磨する必要がなく、生産性の高いガラスの成形が可能となる。棒形状のガラスの側面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）において１μｍを超えると、プレス成形後に、表面が平滑なガラス成形体Ｃを得ることができない。この場合、ガラス成形体Ｃの表面を研磨して平滑化する研磨工程等が別途必要となり、製造工程数が増加するので好ましくない。
【００３２】
なお、棒形状のガラスをプレス成形可能な温度よりも高い温度まで加熱した後に、プレス成形することで、ガラスの側面の表面粗さが上記範囲（中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下）でなくてもプレス成形後に平滑な表面が得ることができる。しかしながら、この場合には、ガラスの加熱に、より多くの時間とエネルギーが必要となり、生産性が著しく悪化する。このため、ガラスの側面の表面粗さは、上記範囲（中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下）とするのが好ましい。
【００３３】
なお、棒形状のガラスの側面とは、平滑性に優れる火造り面のことであり、棒形状のガラスの軸線方向に平行な外表面のことをいう。また、上述したように、ガラスロッドＲを所定の長さのガラスブランクＢに切断する際に、割断を用いて切断することで切断面を鏡面とすることができる。このような切断方法としては、例えば側圧切断法があるが、これには限らず公知の方法を用いることができる。このように、切断面が鏡面、すなわち、表面粗さが、上記範囲（中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下）であれば、切断面もプレスによる成形面とすることができる。なお、表面粗さが、例えば、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以下でない面を粗面とする。
【００３４】
なお、ガラスの成形装置１で成形したガラス成形体Ｃをスマートフォン等の情報端末やＬＣＤ（（Liquid Crystal Display））等の電子機器の筐体として用いる場合、使用時の落下衝撃による破損や長期間の使用による接触傷を考慮し、高い強度が求められる。そこで、ガラス成形体Ｃの表面を強化処理してもよい。
【００３５】
ガラスの強度を高める強化処理方法として、ガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法が一般的に知られている。ガラス表面に圧縮応力層を形成させる代表的な手法としては、軟化点付近まで加熱したガラス板表面を風冷などにより急速に冷却する風冷強化法（物理強化法）や、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス板表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）をイオン半径のより大きいアルカリイオン（典型的にはＬｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオン）に交換する化学強化法がある。
【００３６】
化学強化法は、例えば、ソーダ石灰ガラスを３８０℃程度に加熱した硝酸カリ溶融塩に浸漬することで、アルカリイオンのイオン交換（ガラスの成分であるナトリウムイオン（Ｎａ＋）をよりイオン半径の大きい溶融塩中のカリウムイオン（Ｋ＋）とイオン交換）を行い、ガラス表面に圧縮応力を形成する方法であり、ガラス成形体Ｃに高い強度を付与することができる。
【００３７】
（ガラスの組成）
本発明のガラスの成形方法に用いるガラスとしては、下記酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）を５５〜８０％、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を３〜１６％、Ｂ２Ｏ３（酸化ホウ素）を０〜１２％、Ｎａ２Ｏ（酸化ナトリウム）を５〜１６％、Ｋ２Ｏ（酸化カリウム）を０〜４％、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を０〜１５％、ＣａＯ（酸化カルシウム）を０〜３％、ΣＲＯ（Ｒは、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｚｎ（亜鉛））を０〜１８％、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）を０〜１％を含有するガラスを使用することが好ましい。
【００３８】
以下、上記ガラスの各組成について説明するが、特に断らない限りモル百分率表示含有量を用いて説明する。ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり必須の成分である。ＳｉＯ２の含有量が５５％未満ではガラスとしての安定性または耐候性が低下する。このため、ＳｉＯ２の含有量の下限は、６０％以上であることが好ましく、６５％以上であることがより好ましい。また、ＳｉＯ２の含有量が８０％超ではガラスの粘性が増大するため溶融性が著しく低下する。このため、ＳｉＯ２の含有量の上限は、７５％以下であることが好ましく、７０％以下であることがより好ましい。
【００３９】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの耐候性および化学強化特性を向上させる成分であり、必須の成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が、３％未満では耐候性が低下する。このため、Ａｌ２Ｏ３の含有量の下限は、４％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１６％超ではガラスの粘性が高くなり均質な溶融が困難になる。このため、Ａｌ２Ｏ３の含有量の上限は、１４％以下であることが好ましく、１２％以下であることがより好ましい。
【００４０】
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの耐候性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。Ｂ２Ｏ３の含有量が、４％未満では耐候性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、Ｂ２Ｏ３の含有量の下限は、５％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が、１２％超では、揮散による脈理が発生し、歩留まりが低下するおそれがある。このため、Ｂ２Ｏ３の含有量の上限は、１１％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。
【００４１】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、またイオン交換により表面圧縮応力層を形成するために必須の成分である。Ｎａ２Ｏの含有量が、５％未満では溶融性が悪く、またイオン交換により所望の表面圧縮応力層を形成することが困難となる。このため、Ｎａ２Ｏの含有量の下限は、７％以上であることが好ましく、８％以上であることがより好ましい。また、Ｎａ２Ｏの含有量が、１６％超では耐候性が低下する。このため、Ｎａ２Ｏの含有量の上限は、１５％以下であることが好ましく、１４％以下であることがより好ましい。
【００４２】
Ｋ２Ｏは、ガラスの溶融性を向上させる成分であるとともに、化学強化におけるイオン交換速度を大きくする作用がある。このため、必須ではないが含有することが好ましい成分である。Ｋ２Ｏの含有量が、０．０１％未満では溶融性向上またはイオン交換速度向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、Ｋ２Ｏの含有量の下限は、０．３％以上であることが好ましい。また、Ｋ２Ｏの含有量が、４％超では耐候性が低下する。このため、Ｋ２Ｏの含有量の上限は、３％以下であることが好ましく、２％以下であることがより好ましい。
【００４３】
ＭｇＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＭｇＯの含有量が、３％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＭｇＯの含有量の下限は、４％以上であることが好ましい。また、ＭｇＯの含有量が、１５％超では耐候性が低下する。このため、ＭｇＯの含有量の上限は、１３％以下であることが好ましく、１２％以下であることがより好ましい。
【００４４】
ＣａＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＣａＯの含有量が、０．０１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られない。このため、ＣａＯの含有量の下限は、０．１％以上であることが好ましい。また、ＣａＯの含有量が、ＣａＯが３％超では化学強化特性が低下する。このため、ＣａＯの含有量の上限は、１％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。
【００４５】
ＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）は、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じていずれか１種以上を含有することができる。ΣＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）が１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られない。このため、ΣＲＯの下限は、３％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。また、ΣＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）が１８％超では耐候性が低下する。このため、ΣＲＯの上限は、１５％以下であることが好ましく、１３％以下であることがより好ましく、１１％以下であることがさらに好ましい。なお、ΣＲＯとは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯの合量を示すものである。
【００４６】
ＺｒＯ２は、イオン交換速度を大きくする成分であり、必須ではないが必要に応じて含有してもよい。ＺｒＯ２の含有量が１％超では溶融性が悪化して未溶融物としてガラス中に残る場合が起こるおそれがある。このため、ＺｒＯ２の含有量は、１％以下とすることが好ましい。
【００４７】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）／（ΣＲ２Ｏ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）はガラスのネットワークを形成する網目状酸化物の合計量と主たる修飾酸化物の合計量との比率を示すものであり、この比が４未満であると化学強化処理後に圧痕をつけた時の破壊する確率が大きくなるおそれがある。このため、この比の下限は、４．２以上であることが好ましく、４．４以上であることがより好ましい。また、この比が、６を超えると、ガラスの粘性が増大し溶融性が低下する。このため、この比の上限は、５．５以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。なお、ΣＲ２Ｏとは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏの合量を示すものである。
【００４８】
ＳｒＯ（酸化ストロンチウム）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳｒＯの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＳｒＯの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、ＳｒＯの含有量が、１５％超では、耐候性や化学強化特性が低下するおそれがある。このため、ＳｒＯの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００４９】
ＢａＯ（酸化バリウム）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＢａＯの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＢａＯの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、ＢａＯの含有量が、１５％超では耐候性や化学強化特性が低下するおそれがある。このため、ＢａＯの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００５０】
ＺｎＯ（酸化亜鉛）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＺｎＯの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＺｎＯの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、ＺｎＯの含有量が、１５％超では耐候性が低下するおそれがある。このため、ＺｎＯの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００５１】
なお、目的を損なわない範囲で、ガラスの清澄剤として、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ、Ｆ、その他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は１％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。
その他、ガラスには以下の成分含有してもよい。
【００５２】
ＳＯ３（酸化硫黄）は、清澄剤として作用する成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳＯ３の含有量が、０．００５％未満では期待する清澄作用が得られない。このため、ＳＯ３の含有量の下限は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０２％以上であることがより好ましく、０．０３％以上であることがさらに好ましい。また、ＳＯ３の含有量が、０．５％超では逆に泡の発生源となり、ガラスの溶け落ちが遅くなったり、泡個数が増加するおそれがある。このため、ＳＯ３の含有量の上限は、０．３％以下であることが好ましく、０．２％以下であることがより好ましく。０．１％以下であることがさらに好ましい。
【００５３】
ＳｎＯ２（酸化スズ）は、清澄剤として作用する成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳｎＯ２の含有量が、０．００５％未満では期待する清澄作用が得られない。このため、ＳｎＯ２の含有量の下限は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。また、ＳｎＯ２の含有量が、１％超では逆に泡の発生源となり、ガラスの溶け落ちが遅くなったり、泡個数が増加するおそれがある。このため、ＳｎＯ２の含有量の上限は、０．８％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましく、０．３％以下であることがさらに好ましい。
【００５４】
ＴｉＯ２（酸化チタン）は、ガラスの耐候性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＴｉＯ２の含有量が、０．００５％未満では耐候性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＴｉＯ２の含有量の下限は、０．０１％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましい。また、ＴｉＯ２の含有量が、１％超ではガラスが不安定になり、失透が生じるおそれがある。このため、ＴｉＯ２の含有量の上限は、０．８％以下であることが好ましく、０．６％以下であることがより好ましい。
【００５５】
Ｌｉ２Ｏ（酸化リチウム）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。Ｌｉ２Ｏの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、Ｌｉ２Ｏの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、Ｌｉ２Ｏの含有量が、１５％超では耐候性が低下するおそれがある。このため、Ｌｉ２Ｏの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００５６】
また、ガラスを着色する目的で、着色成分として、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｂｉ、Ｅｒ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ａｇの金属酸化物からなる群より選択された少なくとも１成分を、酸化物基準のモル百分率表示で、０．１〜１０％含有してもよい。
【００５７】
本発明のガラスの成形方法にて成形したガラスの厚みの最大値が、１．５ｍｍ以上であることが好ましい。これによれば、例えばスマートフォン等の携帯端末の筐体のような高い強度が要求される用途において、ガラスの厚みを一定以上にプレス成形できるため、ガラス成形体の形状の制約が少なく、ガラス成形体に所望の形状と高い強度を付与することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
以上のように、本発明を上記実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、第２のガラスの成形装置２０にてガラスロッドＲを切断したガラスブランクＢを金型２０３ａで成形しているが、ガラスロッドＲの先端部を加熱して金型２０３ａで成形した後、ガラス成形体ＣをガラスロッドＲから切り離すようにしてもよい。
【００５９】
また、第１のガラスの成形装置１０の変形例として、ダウンドロー法やベロー法で棒形状のガラスを成形してもよい。これらの方法にて棒形状に成形されたガラスは、側面が火造り面となるため、プレス成形後のガラス成形体Ｃ表面を平滑とすることができる。
【００６０】
また、上述したように、本発明のガラスの成形方法で成形されたガラス成形体は、スマートフォン等の携帯端末の筐体等の用途があるが、これに限るものではない。例えば、携帯端末のディスプレイ装置に用いられるタッチパネルのカバーガラスを平板形状以外の形状に成形する方法として用いることができる。平板形状以外の形状とは、例えば、曲面形状、凹凸形状、波型形状、段付形状等である。これにより、タッチパネルを供えたデバイスに対し、特殊形状のカバーガラスを適用することができる。
【実施例】
【００６１】
次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００６２】
この実施例では、ガラスの組成が下記組成となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択した。この実施例におけるガラス組成は、モル百分率表示で、ＳｉＯ２が６２．１％、Ｎａ２Ｏが１２．０％、Ｋ２Ｏが３．９％、ＭｇＯが１０．１％、Ａｌ２Ｏ３が７．７％、ＺｒＯ２が０．５％、Ｃｏ３Ｏ４が０．３８％、Ｆｅ２Ｏ３が３．２％、ＳＯ３が０．３８％である。なお、ＳＯ３の含有量は、ガラス原料にボウ硝（Ｎａ２ＳＯ４）を添加してボウ硝が分解された後にガラス中に残る残存ＳＯ３の含有量であり、モル比率から計算により求めた値である。
【００６３】
この実施例では、以下の２つの試料（試料Ａ（実施例）及び試料Ｂ（比較例））を作成した。以下、試料Ａ及び試料Ｂについて説明する。
【００６４】
（試料Ａ）
図１を参照して説明した第１のガラスの成形装置１０を使用して、上記組成のガラスロッドＲを成形し、このガラスロッドＲを側圧切断法により所定の長さに切断してガラスブランクＢとしたものを試料Ａ（実施例）とした。
【００６５】
（試料Ｂ）
ガラス原料混合物を白金製るつぼに入れ、加熱溶融、脱泡した後、予熱した箱型の型材に流し込み、徐冷して得た上記組成のガラスブランクを試料Ｂ（比較例）とした。
【００６６】
次に、上記試料Ａ及び試料Ｂについて、プレス成形前の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）を測定した。プレス成形前の表面粗さの測定位置は、プレス成形にて成形型と接触する面（成形予定面）とした。なお、表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）の測定には、レーザー顕微鏡（キーエンス社製、形状測定レーザマイクロスコープ ＶＫ−Ｘ１００）を使用した。
【００６７】
次に、図２を参照して説明した第２のガラスの成形装置２０を使用し（但し、加熱手段を除く）、上記試料Ａ及び試料Ｂからガラス成形体を作成した。なお、プレス成形にもちいた金型は、ガラス接触面にクロムメッキを設けており、表面は鏡面状態であった。また、プレス成形の条件（温度、圧力等）は、試料Ａ、試料Ｂともに同じである。
【００６８】
試料Ａ（実施例）及び試料Ｂ（比較例）のガラス成形体について、プレス成形にて成形型と接触した面（ガラスブランクにて測定した箇所と同一箇所）の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）を、前記触針式表面粗さ測定器を用いて測定した。また、試料Ａ及び試料Ｂについてガラス成形体のプレス成形面の表面状態を目視にて観察した。
【００６９】
試料Ａ（実施例）及び試料Ｂ（比較例）の表面粗さの測定結果を表１に示す。なお、表面粗さは、試料Ａ及び試料Ｂともに各５か所測定した表面粗さの平均値である。
【表１】
【００７０】
表１の結果より、プレス成形前のガラスブランクの成形予定面の表面粗さが、中心線平均粗さで１μｍ以下であれば、平滑なプレス成形面が得られることがわかる。これに対し、プレス成形前の成形予定面の表面粗さが中心線平均粗さで１μｍを超えると、プレス成形に用いる金型の表面状態が平滑であったとしても、平滑なプレス成形面が得られないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のガラスの成形方法は、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるので、意匠性が求められるガラス、例えば、スマートフォン等の携帯端末やＬＣＤ等のモニタの筐体に使用されるガラスの成形に好適である。
【符号の説明】
【００７２】
１…ガラスの成形装置、１０…第１のガラスの成形装置、２０…第２のガラスの成形装置、１０１…溶融窯、１０２…清澄槽、１０３…撹拌手段、１０３ａ…撹拌槽、１０３ｂ…回転軸、１０３ｃ…撹拌翼、１０４…成形容器、１０４ａ…容器、１０４ｂ…流出ノズル、１０５…ローラ、１０６…徐冷装置、２０１…切断手段、２０２…加熱手段、２０３…成形手段、２０３ａ…金型、２０３ｂ…プレス手段、２０４…除去手段、Ｂ…ガラスブランク、Ｃ…ガラス成形体、Ｒ…ガラスロッド。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラスの成形方法に関し、特に、携帯端末等の電子機器の筐体として使用されるガラスの成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、スマートフォン（Smart Phone）等の携帯端末やＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等のモニタの筐体には、加工性やコスト性の観点から、樹脂もしくは金属が使用されている。しかしながら、近年では、筐体に意匠性を求められることが多くなっており、筐体にガラスを使用することが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１では、携帯電話の裏面に搭載された透明太陽電池の裏面ガラスを好みの色に着色することが提案されている。
【０００３】
ところで、電子機器の内部には、電子部品や液晶パネル等（以下、電子部品等と称する）が収容される。このため、電子機器の筐体の形状は、箱形状もしくは、箱形状に近い形状となっており、内部に電子部品等を収容する空間が確保されている。
【０００４】
このように、箱形状もしくは、箱形状に近い形状にガラスを加工する方法として、厚板ガラスや塊状ガラス（ゴブ）を用意し、このガラスを箱形状もしくは、箱形状に近い形状に切削工具（例えば、切削バイト）で加工したり、エッチング液で化学的に加工することが一般的に行われている。しかしながら、厚板ガラスや塊状ガラスを切削工具やエッチング液で加工する場合、単位時間当たりの加工量が低いことや、電子部品を収容する凹部を形成する必要があるために加工量が多く生産性が低いという問題がある。
【０００５】
このため、プレス成形により、箱形状もしくは、箱形状に近い形状にガラスを加工することが提案されており、例えば、所望の重量に成形した塊状ガラスを金型でプレスして、箱形状もしくは、箱形状に近い形状にガラスを加工することが行われている。また、近年では、板ガラスをプレス成形可能な温度まで加熱し、該加熱した板ガラスを金型でプレスする成形方法も提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１２９９８７号公報
【特許文献２】米国公開２０１０−０１２６２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、所望の重量に成形した塊状ガラスを金型でプレスする場合、塊状ガラスを所望の重量に成形する際に、塊状ガラスにシャーマーク（はさみ痕）が生じる。このシャーマークは、通常、プレス成形では除去できないため、プレス成形後に切削や研磨等により除去する必要がある。この場合、切削や研磨を行う分、筐体の製造に必要な工程数が増えるため製造コストが増加してしまう。また、電子機器では、意匠性を持たせるために、筐体を曲面形状としたものがあるが、この場合、平面ではなく、曲面に生じたシャーマークを除去しなければならないため、切削や研磨が難しくなる。
【０００８】
また、板ガラスを金型でプレスする方法では、板ガラスを折り曲げて箱形状もしくは、箱形状に近い形状にする必要がある。しかしながら、折り曲げ角度を深く（大きく）した場合、折り曲げた部分に「しわ」が生じ意匠性を損なう虞がある。また、折り曲げ部にしわが生じるのを防止するため、折り曲げ部を引き伸ばしながら折り曲げることも考えられる。しかしながら、一般に、板ガラスは、フュージョン法で製造されるため厚みが薄い。このため、折り曲げ部を引き伸ばすと、折り曲げ部の厚みが薄くなりすぎて必要な強度を確保できない虞がある。
【０００９】
また、溶融したガラスを、ガラスより比重の重い溶融金属が入っているフロートバスの上を浮かせながら流すフロート法では、厚い板ガラスを製造することができるが、大量生産用の製造方法であり、多品種少量生産されることが多い電子機器の筐体向けには不向きである。また、溶融したガラスを２本の水平なロールの間に通してから、冷却、切断するロールアウト法では、平滑な表面のガラスを製造することが難しいため、意匠性を求められる電子機器の筐体用として適さない。また、ガラス表面を研磨することも考えられるが、筐体の製造に必要な工程数が増えるため製造コストが増加してしまう。
【００１０】
本発明は、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるガラスの成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のガラスの成形方法は、流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化して棒形状のガラスを成形する工程と、棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程と、加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧し、加熱した棒形状のガラスを所望の形状に成形する工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化したガラスロッドをプレス成形可能な温度まで加熱し、この加熱したガラスロッドの火造り面を金型の成形面で押圧して所望の形状に成形するようにしたので、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるガラスの成形方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１のガラスの成形装置の構成図。
【図２】第２のガラスの成形装置の構成図。
【図３】実施形態に係るガラスの成形装置により成形されたガラス成形体を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態）
図１は、第１のガラスの成形装置１０の構成図である。図２は、第２のガラスの成形装置２０の構成図である。この実施形態に係るガラスの成形装置１（以下、単にガラスの成形装置１と称する）は、ガラス原料を溶融し、溶融状態のガラスＧを流出ノズルから流出させて固化して棒形状のガラス（ガラスロッド）に成形する第１のガラスの成形装置１０（図１参照）と、ガラスロッドＲをプレス成形可能な温度にまで加熱して、金型で箱形状もしくは箱形状に近い形状に成形する第２のガラスの成形装置２０（図２参照）とから構成される。以下、図１及び図２を参照して、実施形態に係るガラスの成形装置１について説明する。
【００１５】
（第１のガラスの成形装置１０）
図１に示すように第１のガラスの成形装置１０は、溶融窯１０１と、清澄槽（リファイナ）１０２と、撹拌手段１０３と、成形容器１０４と、ローラ１０５と、徐冷装置１０６とを備える。
【００１６】
溶融窯１０１は、ガラス原料である珪砂(けいしゃ)、ソーダ灰、石灰石などを加熱して溶融する。清澄槽１０２は、ガラス化反応により発生するＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｏ２などの気体あるいは溶融時に巻き込まれた空気が原因で、溶融状態のガラスＧ中に生じた気泡を取り除く。
【００１７】
撹拌手段１０３は、溶融状態のガラスＧを収容する撹拌槽１０３ａと、図示しないモータにより駆動されて回転する回転軸１０３ｂと、この回転軸１０３ｂに取り付けられ、撹拌槽１０３ａ内に収容されている溶融状態のガラスＧを撹拌する撹拌翼１０３ｃとを備える。撹拌手段１０３は、清澄槽１０２から送出される清澄後のガラスＧを撹拌して均質化する。
【００１８】
成形容器１０４は、撹拌手段１０３で撹拌された溶融状態のガラスＧを収容する筒形状の容器１０４ａと、容器１０４ａの底部に設けられた流出ノズル１０４ｂとを備える。容器１０４ａ内に収容された溶融状態のガラスＧは、流出ノズル１０４ｂから流出する。流出ノズル１０４ｂの流出口は、円形状となっており、容器１０４ａ内の溶融状態のガラスＧは、円柱形状、すなわち棒形状となって流出ノズル１０４ｂから流出する。なお、流出ノズル１０４ｂから流出したガラスＧは、空中で徐々に熱を奪われ、溶融状態から軟化状態へと変化する。
【００１９】
ローラ１０５は、成形容器１０４の流出ノズル１０４ｂから流出し、軟化状態となった棒形状のガラスＧの側面の一部と当接した状態で図示しないモータにより回転駆動され、軟化状態のガラスＧを一定の速度で後述の徐冷装置１０６へ送出する。
【００２０】
徐冷装置１０６は、ローラ１０５から送出される軟化状態のガラスＧを徐冷する。軟化状態のガラスＧは、徐冷装置１０６により徐冷されて固化し、棒形状のガラスであるガラスロッドＲを得る。徐冷することでガラスＧの表面近傍と内部との間で生じる熱歪みが緩和される。
【００２１】
（第２のガラスの成形装置２０）
図２に示すように第２のガラスの成形装置２０は、切断手段２０１と、加熱手段２０２と、成形手段２０３と、除去手段２０４とを備える。切断手段２０１は、第１のガラスの成形装置１０で得られたガラスロッドＲを所定の長さに切断する。ガラスロッドＲの切断は、適宜の切断方法を用いることができる。なお、以下の説明では、所定の長さに切断したガラスロッドＲをガラスブランクＢと称する。
【００２２】
加熱手段２０２は、例えば、ガスバーナーであり、ガラスブランクＢをプレス成形可能な温度（例えば、軟化点温度）まで加熱する。本発明におけるプレス成形可能な温度とは、ガラスの成形開始に必要な粘性を示すガラスの温度をいい、具体的には、ガラスの粘性η（ｄＰａ・ｓ）がｌｏｇη表示で３〜５（η＝１×１０３〜１×１０５ｄＰａ・ｓ）を示すガラスの温度をいう。
【００２３】
成形手段２０３は、所望の形状（この実施形態では、電子機器の筐体の形状）に加工された成形面を有する金型２０３ａと、加熱手段２０２によりプレス成形可能な温度まで加熱されたガラスブランクＢの側面に金型２０３ａを押し当て、所定の圧力まで加圧するプレス手段２０３ｂとを備える。
【００２４】
プレス成形可能な温度まで加熱されたガラスブランクＢの側面に金型２０３ａを押し当て、所定の圧力まで加圧することにより、金型２０３ａの成形面の形状がガラスブランクＢに転写され、所望の形状に成形されたガラス成形体Ｃを得る。なお、ガラスブランクＢの側面に金型２０３ａを押し当てる際は、ガラスブランクＢの切断面が金型２０３ａの成形面と接触しないように留意する。除去手段２０４は、ガラス成形体Ｃから余剰部分、すなわち金型２０３ａの成形面からはみ出した部分を除去する。
【００２５】
図３は、実施形態に係るガラスの成形装置１により成形されたガラス成形体Ｃの形状を示す図である。図３（ａ）は、ガラス成形体Ｃの上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）における線分Ｉ−Ｉでの断面図である。
【００２６】
次に、成形手段２０３におけるガラスの成形について説明する。
成形時のガラスブランクＢは、軟化状態であるため、成形により金型２０３ａの微小な表面形状まではガラスブランクＢに転写されない。すなわち、ガラス成形体Ｃ表面の平滑性は、金型２０３ａ表面の平滑性ではなく、成形前のガラスブランクＢ表面の平滑性に依存する。
【００２７】
特に、金型２０３ａの温度がガラスブランクＢの温度より低い状態でプレス加工を行う非等温プレスでは、軟化状態のガラスブランクＢが金型２０３ａに触れた瞬間から金型２０３ａに熱を奪われガラスロッドＲの伸展性が低下する。このため、ガラスブランクＢの表面は、金型２０３ａの微小な表面形状に追従することができない。つまり、成形後のガラス成形体Ｃ表面の平滑性は、金型２０３ａの成形面の平滑性ではなく、成形前のガラスブランクＢ表面の平滑性に影響される。この実施形態では、ガラスブランクＢの側面、すなわち平滑性に優れる火造り面を金型２０３ａの成形面で押圧してガラスブランクＢを所望の形状に成形している。
【００２８】
このため、成形後のガラス成形体Ｃ表面の平滑性を得るために、ガラス成形体Ｃの表面を研磨加工する必要がなく、電子機器の筐体として使用されるガラス成形体を効率よく生産することができる。また、ガラスブランクＢの切断面が金型２０３ａの成形面と接触しないようにして成形しているの。このため、切断面が粗面であってもガラス成形体Ｃの成形面の平滑性に影響がない。
【００２９】
さらに、成形対象として厚みのあるガラスブランクＢを使用しているので、板ガラスを成形する場合と異なり、折り曲げ部に「しわ」が生じたり、折り曲げ部の厚みが薄くなりすぎて必要な強度を確保できない虞を低減することができる。
【００３０】
（表面粗さについて）
ここで、本発明における表面粗さについて説明する。図１を参照して説明した第１のガラスの成形装置１０で成形される棒形状のガラスの側面の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下であることが好ましい。中心線平均粗さ（Ｒａ）を１μｍ以下とすることで、プレス成形後に、表面が平滑なガラス成形体Ｃを得ることができる。
【００３１】
そして、表面が平滑なガラス成形体Ｃを得ることができるので、プレス成形後にガラス成形体Ｃの表面を研磨する必要がなく、生産性の高いガラスの成形が可能となる。棒形状のガラスの側面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）において１μｍを超えると、プレス成形後に、表面が平滑なガラス成形体Ｃを得ることができない。この場合、ガラス成形体Ｃの表面を研磨して平滑化する研磨工程等が別途必要となり、製造工程数が増加するので好ましくない。
【００３２】
なお、棒形状のガラスをプレス成形可能な温度よりも高い温度まで加熱した後に、プレス成形することで、ガラスの側面の表面粗さが上記範囲（中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下）でなくてもプレス成形後に平滑な表面が得ることができる。しかしながら、この場合には、ガラスの加熱に、より多くの時間とエネルギーが必要となり、生産性が著しく悪化する。このため、ガラスの側面の表面粗さは、上記範囲（中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下）とするのが好ましい。
【００３３】
なお、棒形状のガラスの側面とは、平滑性に優れる火造り面のことであり、棒形状のガラスの軸線方向に平行な外表面のことをいう。また、上述したように、ガラスロッドＲを所定の長さのガラスブランクＢに切断する際に、割断を用いて切断することで切断面を鏡面とすることができる。このような切断方法としては、例えば側圧切断法があるが、これには限らず公知の方法を用いることができる。このように、切断面が鏡面、すなわち、表面粗さが、上記範囲（中心線平均粗さ（Ｒａ）が１μｍ以下）であれば、切断面もプレスによる成形面とすることができる。なお、表面粗さが、例えば、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１．５μｍ以下でない面を粗面とする。
【００３４】
なお、ガラスの成形装置１で成形したガラス成形体Ｃをスマートフォン等の情報端末やＬＣＤ（（Liquid Crystal Display））等の電子機器の筐体として用いる場合、使用時の落下衝撃による破損や長期間の使用による接触傷を考慮し、高い強度が求められる。そこで、ガラス成形体Ｃの表面を強化処理してもよい。
【００３５】
ガラスの強度を高める強化処理方法として、ガラス表面に圧縮応力層を形成させる手法が一般的に知られている。ガラス表面に圧縮応力層を形成させる代表的な手法としては、軟化点付近まで加熱したガラス板表面を風冷などにより急速に冷却する風冷強化法（物理強化法）や、ガラス転移点以下の温度でイオン交換によりガラス板表面のイオン半径が小さなアルカリ金属イオン（典型的にはＬｉイオン、Ｎａイオン）をイオン半径のより大きいアルカリイオン（典型的にはＬｉイオンに対してはＮａイオンまたはＫイオンであり、Ｎａイオンに対してはＫイオン）に交換する化学強化法がある。
【００３６】
化学強化法は、例えば、ソーダ石灰ガラスを３８０℃程度に加熱した硝酸カリ溶融塩に浸漬することで、アルカリイオンのイオン交換（ガラスの成分であるナトリウムイオン（Ｎａ＋）をよりイオン半径の大きい溶融塩中のカリウムイオン（Ｋ＋）とイオン交換）を行い、ガラス表面に圧縮応力を形成する方法であり、ガラス成形体Ｃに高い強度を付与することができる。
【００３７】
（ガラスの組成）
本発明のガラスの成形方法に用いるガラスとしては、下記酸化物基準のモル百分率表示で、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）を５５〜８０％、Ａｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）を３〜１６％、Ｂ２Ｏ３（酸化ホウ素）を０〜１２％、Ｎａ２Ｏ（酸化ナトリウム）を５〜１６％、Ｋ２Ｏ（酸化カリウム）を０〜４％、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）を０〜１５％、ＣａＯ（酸化カルシウム）を０〜３％、ΣＲＯ（Ｒは、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｚｎ（亜鉛））を０〜１８％、ＺｒＯ２（酸化ジルコニウム）を０〜１％を含有するガラスを使用することが好ましい。
【００３８】
以下、上記ガラスの各組成について説明するが、特に断らない限りモル百分率表示含有量を用いて説明する。ＳｉＯ２はガラスの骨格を構成する成分であり必須の成分である。ＳｉＯ２の含有量が５５％未満ではガラスとしての安定性または耐候性が低下する。このため、ＳｉＯ２の含有量の下限は、６０％以上であることが好ましく、６５％以上であることがより好ましい。また、ＳｉＯ２の含有量が８０％超ではガラスの粘性が増大するため溶融性が著しく低下する。このため、ＳｉＯ２の含有量の上限は、７５％以下であることが好ましく、７０％以下であることがより好ましい。
【００３９】
Ａｌ２Ｏ３は、ガラスの耐候性および化学強化特性を向上させる成分であり、必須の成分である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が、３％未満では耐候性が低下する。このため、Ａｌ２Ｏ３の含有量の下限は、４％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。また、Ａｌ２Ｏ３の含有量が１６％超ではガラスの粘性が高くなり均質な溶融が困難になる。このため、Ａｌ２Ｏ３の含有量の上限は、１４％以下であることが好ましく、１２％以下であることがより好ましい。
【００４０】
Ｂ２Ｏ３は、ガラスの耐候性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。Ｂ２Ｏ３の含有量が、４％未満では耐候性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、Ｂ２Ｏ３の含有量の下限は、５％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、Ｂ２Ｏ３の含有量が、１２％超では、揮散による脈理が発生し、歩留まりが低下するおそれがある。このため、Ｂ２Ｏ３の含有量の上限は、１１％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。
【００４１】
Ｎａ２Ｏは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、またイオン交換により表面圧縮応力層を形成するために必須の成分である。Ｎａ２Ｏの含有量が、５％未満では溶融性が悪く、またイオン交換により所望の表面圧縮応力層を形成することが困難となる。このため、Ｎａ２Ｏの含有量の下限は、７％以上であることが好ましく、８％以上であることがより好ましい。また、Ｎａ２Ｏの含有量が、１６％超では耐候性が低下する。このため、Ｎａ２Ｏの含有量の上限は、１５％以下であることが好ましく、１４％以下であることがより好ましい。
【００４２】
Ｋ２Ｏは、ガラスの溶融性を向上させる成分であるとともに、化学強化におけるイオン交換速度を大きくする作用がある。このため、必須ではないが含有することが好ましい成分である。Ｋ２Ｏの含有量が、０．０１％未満では溶融性向上またはイオン交換速度向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、Ｋ２Ｏの含有量の下限は、０．３％以上であることが好ましい。また、Ｋ２Ｏの含有量が、４％超では耐候性が低下する。このため、Ｋ２Ｏの含有量の上限は、３％以下であることが好ましく、２％以下であることがより好ましい。
【００４３】
ＭｇＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＭｇＯの含有量が、３％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＭｇＯの含有量の下限は、４％以上であることが好ましい。また、ＭｇＯの含有量が、１５％超では耐候性が低下する。このため、ＭｇＯの含有量の上限は、１３％以下であることが好ましく、１２％以下であることがより好ましい。
【００４４】
ＣａＯは、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＣａＯの含有量が、０．０１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られない。このため、ＣａＯの含有量の下限は、０．１％以上であることが好ましい。また、ＣａＯの含有量が、ＣａＯが３％超では化学強化特性が低下する。このため、ＣａＯの含有量の上限は、１％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。
【００４５】
ＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）は、ガラスの溶融性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じていずれか１種以上を含有することができる。ΣＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）が１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られない。このため、ΣＲＯの下限は、３％以上であることが好ましく、５％以上であることがより好ましい。また、ΣＲＯ（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）が１８％超では耐候性が低下する。このため、ΣＲＯの上限は、１５％以下であることが好ましく、１３％以下であることがより好ましく、１１％以下であることがさらに好ましい。なお、ΣＲＯとは、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＺｎＯの合量を示すものである。
【００４６】
ＺｒＯ２は、イオン交換速度を大きくする成分であり、必須ではないが必要に応じて含有してもよい。ＺｒＯ２の含有量が１％超では溶融性が悪化して未溶融物としてガラス中に残る場合が起こるおそれがある。このため、ＺｒＯ２の含有量は、１％以下とすることが好ましい。
【００４７】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）／（ΣＲ２Ｏ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ）はガラスのネットワークを形成する網目状酸化物の合計量と主たる修飾酸化物の合計量との比率を示すものであり、この比が４未満であると化学強化処理後に圧痕をつけた時の破壊する確率が大きくなるおそれがある。このため、この比の下限は、４．２以上であることが好ましく、４．４以上であることがより好ましい。また、この比が、６を超えると、ガラスの粘性が増大し溶融性が低下する。このため、この比の上限は、５．５以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。なお、ΣＲ２Ｏとは、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｌｉ２Ｏの合量を示すものである。
【００４８】
ＳｒＯ（酸化ストロンチウム）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳｒＯの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＳｒＯの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、ＳｒＯの含有量が、１５％超では、耐候性や化学強化特性が低下するおそれがある。このため、ＳｒＯの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００４９】
ＢａＯ（酸化バリウム）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＢａＯの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＢａＯの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、ＢａＯの含有量が、１５％超では耐候性や化学強化特性が低下するおそれがある。このため、ＢａＯの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００５０】
ＺｎＯ（酸化亜鉛）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＺｎＯの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＺｎＯの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、ＺｎＯの含有量が、１５％超では耐候性が低下するおそれがある。このため、ＺｎＯの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００５１】
なお、目的を損なわない範囲で、ガラスの清澄剤として、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｌ、Ｆ、その他の成分を含有してもよい。そのような成分を含有する場合、それら成分の含有量の合計は１％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましい。
その他、ガラスには以下の成分含有してもよい。
【００５２】
ＳＯ３（酸化硫黄）は、清澄剤として作用する成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳＯ３の含有量が、０．００５％未満では期待する清澄作用が得られない。このため、ＳＯ３の含有量の下限は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０２％以上であることがより好ましく、０．０３％以上であることがさらに好ましい。また、ＳＯ３の含有量が、０．５％超では逆に泡の発生源となり、ガラスの溶け落ちが遅くなったり、泡個数が増加するおそれがある。このため、ＳＯ３の含有量の上限は、０．３％以下であることが好ましく、０．２％以下であることがより好ましく。０．１％以下であることがさらに好ましい。
【００５３】
ＳｎＯ２（酸化スズ）は、清澄剤として作用する成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＳｎＯ２の含有量が、０．００５％未満では期待する清澄作用が得られない。このため、ＳｎＯ２の含有量の下限は、０．０１％以上であることが好ましく、０．０５％以上であることがより好ましい。また、ＳｎＯ２の含有量が、１％超では逆に泡の発生源となり、ガラスの溶け落ちが遅くなったり、泡個数が増加するおそれがある。このため、ＳｎＯ２の含有量の上限は、０．８％以下であることが好ましく、０．５％以下であることがより好ましく、０．３％以下であることがさらに好ましい。
【００５４】
ＴｉＯ２（酸化チタン）は、ガラスの耐候性を向上させる成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。ＴｉＯ２の含有量が、０．００５％未満では耐候性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、ＴｉＯ２の含有量の下限は、０．０１％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましい。また、ＴｉＯ２の含有量が、１％超ではガラスが不安定になり、失透が生じるおそれがある。このため、ＴｉＯ２の含有量の上限は、０．８％以下であることが好ましく、０．６％以下であることがより好ましい。
【００５５】
Ｌｉ２Ｏ（酸化リチウム）は、ガラスの溶融性を向上させるための成分であり、必須ではないが必要に応じて含有することができる。Ｌｉ２Ｏの含有量が、１％未満では溶融性向上について有意な効果が得られないおそれがある。このため、Ｌｉ２Ｏの含有量の下限は、３％以上であることが好ましく、６％以上であることがより好ましい。また、Ｌｉ２Ｏの含有量が、１５％超では耐候性が低下するおそれがある。このため、Ｌｉ２Ｏの含有量の上限は、１２％以下であることが好ましく、９％以下であることがより好ましい。
【００５６】
また、ガラスを着色する目的で、着色成分として、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ｂｉ、Ｅｒ、Ｓｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕ、Ｎｄ、Ａｇの金属酸化物からなる群より選択された少なくとも１成分を、酸化物基準のモル百分率表示で、０．１〜１０％含有してもよい。
【００５７】
本発明のガラスの成形方法にて成形したガラスの厚みの最大値が、１．５ｍｍ以上であることが好ましい。これによれば、例えばスマートフォン等の携帯端末の筐体のような高い強度が要求される用途において、ガラスの厚みを一定以上にプレス成形できるため、ガラス成形体の形状の制約が少なく、ガラス成形体に所望の形状と高い強度を付与することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
以上のように、本発明を上記実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、第２のガラスの成形装置２０にてガラスロッドＲを切断したガラスブランクＢを金型２０３ａで成形しているが、ガラスロッドＲの先端部を加熱して金型２０３ａで成形した後、ガラス成形体ＣをガラスロッドＲから切り離すようにしてもよい。
【００５９】
また、第１のガラスの成形装置１０の変形例として、ダウンドロー法やベロー法で棒形状のガラスを成形してもよい。これらの方法にて棒形状に成形されたガラスは、側面が火造り面となるため、プレス成形後のガラス成形体Ｃ表面を平滑とすることができる。
【００６０】
また、上述したように、本発明のガラスの成形方法で成形されたガラス成形体は、スマートフォン等の携帯端末の筐体等の用途があるが、これに限るものではない。例えば、携帯端末のディスプレイ装置に用いられるタッチパネルのカバーガラスを平板形状以外の形状に成形する方法として用いることができる。平板形状以外の形状とは、例えば、曲面形状、凹凸形状、波型形状、段付形状等である。これにより、タッチパネルを供えたデバイスに対し、特殊形状のカバーガラスを適用することができる。
【実施例】
【００６１】
次に、実施例を挙げて、本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【００６２】
この実施例では、ガラスの組成が下記組成となるように、酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等一般に使用されているガラス原料を適宜選択した。この実施例におけるガラス組成は、モル百分率表示で、ＳｉＯ２が６２．１％、Ｎａ２Ｏが１２．０％、Ｋ２Ｏが３．９％、ＭｇＯが１０．１％、Ａｌ２Ｏ３が７．７％、ＺｒＯ２が０．５％、Ｃｏ３Ｏ４が０．３８％、Ｆｅ２Ｏ３が３．２％、ＳＯ３が０．３８％である。なお、ＳＯ３の含有量は、ガラス原料にボウ硝（Ｎａ２ＳＯ４）を添加してボウ硝が分解された後にガラス中に残る残存ＳＯ３の含有量であり、モル比率から計算により求めた値である。
【００６３】
この実施例では、以下の２つの試料（試料Ａ（実施例）及び試料Ｂ（比較例））を作成した。以下、試料Ａ及び試料Ｂについて説明する。
【００６４】
（試料Ａ）
図１を参照して説明した第１のガラスの成形装置１０を使用して、上記組成のガラスロッドＲを成形し、このガラスロッドＲを側圧切断法により所定の長さに切断してガラスブランクＢとしたものを試料Ａ（実施例）とした。
【００６５】
（試料Ｂ）
ガラス原料混合物を白金製るつぼに入れ、加熱溶融、脱泡した後、予熱した箱型の型材に流し込み、徐冷して得た上記組成のガラスブランクを試料Ｂ（比較例）とした。
【００６６】
次に、上記試料Ａ及び試料Ｂについて、プレス成形前の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）を測定した。プレス成形前の表面粗さの測定位置は、プレス成形にて成形型と接触する面（成形予定面）とした。なお、表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）の測定には、レーザー顕微鏡（キーエンス社製、形状測定レーザマイクロスコープ ＶＫ−Ｘ１００）を使用した。
【００６７】
次に、図２を参照して説明した第２のガラスの成形装置２０を使用し（但し、加熱手段を除く）、上記試料Ａ及び試料Ｂからガラス成形体を作成した。なお、プレス成形にもちいた金型は、ガラス接触面にクロムメッキを設けており、表面は鏡面状態であった。また、プレス成形の条件（温度、圧力等）は、試料Ａ、試料Ｂともに同じである。
【００６８】
試料Ａ（実施例）及び試料Ｂ（比較例）のガラス成形体について、プレス成形にて成形型と接触した面（ガラスブランクにて測定した箇所と同一箇所）の表面粗さ（中心線平均粗さＲａ）を、前記触針式表面粗さ測定器を用いて測定した。また、試料Ａ及び試料Ｂについてガラス成形体のプレス成形面の表面状態を目視にて観察した。
【００６９】
試料Ａ（実施例）及び試料Ｂ（比較例）の表面粗さの測定結果を表１に示す。なお、表面粗さは、試料Ａ及び試料Ｂともに各５か所測定した表面粗さの平均値である。
【表１】
【００７０】
表１の結果より、プレス成形前のガラスブランクの成形予定面の表面粗さが、中心線平均粗さで１μｍ以下であれば、平滑なプレス成形面が得られることがわかる。これに対し、プレス成形前の成形予定面の表面粗さが中心線平均粗さで１μｍを超えると、プレス成形に用いる金型の表面状態が平滑であったとしても、平滑なプレス成形面が得られないことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明のガラスの成形方法は、ガラス表面が平滑な状態で効率よく成形できるので、意匠性が求められるガラス、例えば、スマートフォン等の携帯端末やＬＣＤ等のモニタの筐体に使用されるガラスの成形に好適である。
【符号の説明】
【００７２】
１…ガラスの成形装置、１０…第１のガラスの成形装置、２０…第２のガラスの成形装置、１０１…溶融窯、１０２…清澄槽、１０３…撹拌手段、１０３ａ…撹拌槽、１０３ｂ…回転軸、１０３ｃ…撹拌翼、１０４…成形容器、１０４ａ…容器、１０４ｂ…流出ノズル、１０５…ローラ、１０６…徐冷装置、２０１…切断手段、２０２…加熱手段、２０３…成形手段、２０３ａ…金型、２０３ｂ…プレス手段、２０４…除去手段、Ｂ…ガラスブランク、Ｃ…ガラス成形体、Ｒ…ガラスロッド。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化して棒形状のガラスを成形する工程と、
前記棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程と、
前記加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧し、前記加熱した棒形状のガラスを所望の形状に成形する工程と、
を有することを特徴とするガラスの成形方法。
【請求項２】
前記側面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの成形方法。
【請求項３】
前記加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧した際に、前記金型の成形面からはみ出たガラスを除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスの成形方法。
【請求項４】
前記棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程の前に、前記棒形状のガラスを所定の長さに切断する工程をさらに有することを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラスの成形方法。
【請求項５】
前記所望の形状に成形したガラスの厚みの最大値が、１．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガラスの成形方法。
【請求項６】
前記所望の形状に成形したガラスを強化処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガラスの成形方法。
【請求項７】
筐体の少なくとも一部に、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の成形方法で成形されたガラスを備えることを特徴とする電子機器。
【請求項１】
流出ノズルから流出する溶融ガラスを固化して棒形状のガラスを成形する工程と、
前記棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程と、
前記加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧し、前記加熱した棒形状のガラスを所望の形状に成形する工程と、
を有することを特徴とするガラスの成形方法。
【請求項２】
前記側面の表面粗さが、中心線平均粗さ（Ｒａ）で１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のガラスの成形方法。
【請求項３】
前記加熱した棒形状のガラスの側面を金型の成形面で押圧した際に、前記金型の成形面からはみ出たガラスを除去する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスの成形方法。
【請求項４】
前記棒形状のガラスをプレス成形可能な温度まで加熱する工程の前に、前記棒形状のガラスを所定の長さに切断する工程をさらに有することを特徴する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のガラスの成形方法。
【請求項５】
前記所望の形状に成形したガラスの厚みの最大値が、１．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のガラスの成形方法。
【請求項６】
前記所望の形状に成形したガラスを強化処理する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のガラスの成形方法。
【請求項７】
筐体の少なくとも一部に、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の成形方法で成形されたガラスを備えることを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−２８５１０（Ｐ２０１３−２８５１０Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６６６８８（Ｐ２０１１−１６６６８８）
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２９日（２０１１．７．２９）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
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