JP2012091995A - ガラス曲板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い形状精度で安定してガラス曲板を製造することができる方法を提供する。
【解決手段】横断面曲線状の配置面１１を有するトチ１の配置面１１の上に、水平方向に対して傾斜するように平面視矩形状のガラス平板２０を配置する。ガラス平板２０を加熱することにより軟化させ、配置面１１に沿った形状に変形させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガラス曲板の製造方法に関する。

結晶化ガラス板は、高い耐熱性を有すると共に、熱膨張率を小さくできるという利点を有する。このため、従来、例えばストーブや暖炉などの暖房装置の熱線透過部品などとして、結晶化ガラス板が広く用いられている（例えば、下記の特許文献１など）。

このような用途に使用される結晶化ガラス板には、暖房装置の意匠性を向上させるため、暖房装置に応じた形状に形成されていることが求められる。例えば、暖房装置の内部に配置されている燃焼装置の視認性を高めるために、横断面円弧状である結晶化ガラス板（以下、「円弧状結晶化ガラス曲板」と称する。）が求められることもある。

特開平５−２２９８５１号公報

円弧状結晶化ガラス曲板を製造する方法としては、横断面円弧状の配置面を有するトチ（ｓｅｔｔｅｒ）の上に、結晶性ガラス平板を水平に配置し、その状態で結晶性ガラス平板を熱処理する方法が挙げられる。この製造方法では、熱処理工程において、結晶性ガラス平板が軟化してトチの表面に沿う。その結果、横断面円弧状に形成される。その後、結晶性ガラス板を結晶化させることにより円弧状結晶化ガラス曲板が得られる。

しかしながら、この製造方法により円弧状結晶化ガラス曲板を製造した場合、得られる円弧状結晶化ガラス曲板にねじれが生じる場合があるという問題がある。すなわち、上記製造方法では、高い形状精度で安定して円弧状結晶化ガラス曲板を製造することが困難であるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い形状精度で安定してガラス曲板を製造することができる方法を提供することにある。

本発明に係るガラス曲板の製造方法は、横断面曲線状の配置面を有するトチの配置面の上に、水平方向に対して傾斜するように平面視矩形状のガラス平板を配置する配置工程と、ガラス平板を加熱することにより軟化させ、配置面に沿った形状に変形させる変形工程とを備えている。

本発明に係るガラス曲板の製造方法では、ガラス平板を水平方向に対して傾斜するように配置するため、変形工程において、ガラス平板の幅方向一方側端部が実質的に固定され、他方側端部が移動する。また、変形工程において、ガラス平板がスムーズに変形する。このため、ガラス平板がねじれた形状に変形しにくい。従って、本発明に係るガラス曲板の製造方法によれば、高い形状精度で安定してガラス曲板を製造することができる。

配置工程において、ガラス平板の水平方向に対する傾斜角が５°以上となるようにガラス平板を配置することが好ましい。この場合、ガラス平板がねじれた形状に変形することをより効果的に抑制することができる。従って、高い形状精度でより安定してガラス曲板を製造することができる。

配置工程において、ガラス平板の水平方向に対する傾斜角が４５°以下となるようにガラス平板を配置することが好ましい。この場合、ガラス平板がねじれた形状に変形することをより効果的に抑制することができる。従って、高い形状精度でより安定してガラス曲板を製造することができる。

本発明においては、ガラス平板として結晶性ガラス平板を用い、変形したガラス平板を結晶化させる結晶化工程をさらに行うことが好ましい。そうすることにより、耐熱性や剛性に優れた円弧状結晶化ガラス曲板を製造することができる。

なお、変形工程を行った後に、一旦冷却し、その後、結晶化工程を行ってもよいが、変形工程と結晶化工程とを連続して行うことが好ましい。すなわち、変形工程を行った後に実質的に冷却することなく結晶化工程を行うことが好ましい。そうすることにより、円弧状結晶化ガラス曲板の製造工程を簡略化できるばかりか、高い均一性で結晶化した円弧状結晶化ガラス曲板を製造することが可能となる。

配置面は、横断面円弧状であってもよい。その場合、配置面は、曲率半径が相互に異なる横断面円弧状の部分を複数含んでいてもよい。

また、配置面の横断面形状は、楕円弧状または放物線状であってもよい。

本発明において、「結晶性ガラス」とは、熱処理により結晶化し、結晶化ガラスとなり得るガラスのことをいう。

「ガラス曲板」とは、少なくとも一部の横断面形状が曲線状であるガラス板のことをいう。ガラス曲板には、円弧状ガラス曲板が含まれる。「円弧状ガラス曲板」とは、横断面が円弧状であるガラス板のことをいう。円弧状ガラス曲板には、曲率半径が相互に異なる横断面円弧状である複数の部分を有するガラス曲板が含まれるものとする。

「矩形」には、４つの角部の少なくとも一つが面取り状またはＲ面取り状に形成されているものも含まれる。

本発明に係るガラス曲板の製造方法によれば、高い形状精度で安定してガラス曲板を製造することができる。

本発明の一実施形態に係るトチの略図的斜視図である。 本発明の一実施形態に係るトチの略図的側面図である。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。 本発明の一実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための略図的側面図である。 本発明の一実施形態における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための略図的側面図である。 比較例における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための略図的側面図である。 比較例における円弧状ガラス曲板の製造工程を説明するための略図的側面図である。 比較例において製造される円弧状ガラス曲板の略図的斜視図である。 本発明の一実施形態において製造される円弧状ガラス曲板の略図的斜視図である。 第１の変形例に係るトチの略図的側面図である。 第２の変形例に係るトチの略図的側面図である。 第３の変形例に係るトチの略図的側面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

図１は、本実施形態に係るトチの略図的斜視図である。図２は、本実施形態に係るトチの略図的側面図である。図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。

まず、図１〜図３を参照しながら、本実施形態において使用するトチ１の構成について説明する。

トチ１は、ガラス平板を軟化させて、自重により変形させることにより円弧状ガラス曲板を製造する際に使用されるトチである。図１に示すように、トチ１は、複数の板状部材１０を有する。複数の板状部材１０のそれぞれは、ｘ方向及びｚ方向に平行に配置されている。複数の板状部材１０は、ｙ方向に沿って等間隔に配置されている。複数の板状部材１０のそれぞれは、一部が円弧状である頂面１０ａを有する。これら複数の板状部材１０の頂面１０ａによって、ガラスの配置面１１（図２を参照）が構成されている。このため、配置面１１のｙ方向に垂直な横断面形状は、円弧状である。配置面１１では、ｙ方向において曲率半径が一定である。配置面１１の曲率半径は、特に限定されないが、例えば、１５０ｍｍ〜５００ｍｍ程度とすることができる。配置面１１の中心角は、１８０°以下であることが好ましく、１２０°〜１８０°であることがより好ましい。配置面１１の中心角が大きすぎる場合も、小さすぎる場合も、共に、製造可能な円弧状ガラス曲板の中心角が小さくなる傾向にあるためである。

配置面１１には、複数の開口を有する。ここで、配置面１１には、頂面１０ａが位置している部分のみならず、隣り合う頂面１０ａ間の開口も含まれるものとする。隣り合う板状部材１０の間隔は、軟化したガラス板が開口に入り込まない程度の大きさである限りにおいて特に限定されない。隣り合う板状部材１０の間隔は、例えば、０ｍｍ〜５０ｍｍ程度とすることができる。なお、開口に、他の部材を充填して開口を閉鎖してもよい。その場合の充填材は、セラミックスからなる多孔体であることが好ましい。

板状部材１０の材質は特に限定されない。板状部材１０は、例えば、耐火セラミックスや結晶化ガラスにより形成することができる。結晶化ガラスの具体例としては、β−スポジュメン固溶体やβ−石英固溶体を主結晶とする結晶化ガラスが挙げられる。耐火セラミックスの具体例としては、コーディエライトやムライトなどが挙げられる。

次に、上記トチ１を用いた円弧状ガラス曲板の製造方法の一例について、図４及び図５を参照しながら説明する。なお、ここでは、円弧状ガラス曲板が結晶化ガラスからなる例について説明する。但し、本発明において、円弧状ガラス曲板は、円弧状結晶化ガラス曲板に限定されない。

まず、円弧状ガラス曲板の基となる平面視矩形状の結晶性ガラス平板２０を用意する。ここで、例えば、円弧状結晶化ガラス曲板ではなく、円弧状非結晶化ガラス曲板を製造する場合は、非結晶性ガラス平板を用意する。結晶性ガラス平板２０の寸法は特に限定されない。結晶性ガラス平板２０の幅及び厚みは、例えば、それぞれ、５０ｍｍ〜２０００ｍｍ程度、３ｍｍ〜８．５ｍｍ程度とすることができる。

なお、結晶性ガラス平板２０の角部や稜線部は、面取り形状またはＲ面取り形状に加工されていてもよい。

次に、その結晶性ガラス平板２０を配置面１１の上に配置する（配置工程）。この配置工程においては、ｙ方向から視た際に、結晶性ガラス平板２０を水平方向に対して傾斜するように配置する。結晶性ガラス平板２０と水平方向とのなす角の大きさである傾斜角θは、５°以上であることが好ましい。また、傾斜角θは、４５°以下であることが好ましい。傾斜角θは、１０°〜３０°であることがより好ましい。

次に、結晶性ガラス平板２０をトチ１ごと加熱炉に投入し、結晶性ガラス平板２０を、結晶性ガラス平板２０のガラス転移温度以上の温度にまで加熱し、軟化させる。そうすることにより、図５に示すように、結晶性ガラス平板２０は、自重により、配置面１１に沿うように変形し、横断面円弧状の結晶性ガラス曲板２１が成形される（変形工程）。

次に、結晶化工程を連続的に行うことにより、結晶性ガラス曲板２１を結晶化させ、円弧状結晶化ガラス曲板を完成させることができる。すなわち、本実施形態では、変形工程後、温度を実質的に低下させることなく、さらに昇温し、結晶化工程を行う。このように、変形工程と結晶化工程とを連続的に行うことによって、結晶を高い均一性で析出させることができる。従って、高い形状精度を有し、かつ高剛性な円弧状結晶化ガラス曲板を製造することができる。

なお、結晶化工程において結晶核が生成すると共に結晶が成長するようにしてもよいし、変形工程において結晶核を生成させ、その後の結晶化工程において結晶を成長させてもよい。

ところで、従来、円弧状ガラス曲板を製造するに際しては、図６に示すように、トチ１００の横断面円弧状の配置面１０１の上に、ガラス平板１０２を水平に配置し、ガラス平板１０２を軟化変形させるのが通常であった。しかしながら、このようにした場合、軟化工程において、ガラス平板１０２がスムーズに変形せず、例えば、図８に示すように、ねじれ形状の円弧状ガラス曲板１０３が成形されてしまう場合がある。円弧状ガラス曲板１０３では、周方向両端の端縁１０３ａ、１０３ｂが互いに非平行であり、ねじれの位置にある。

このようになる原因としては、以下の原因が考えられる。図６に示すように、ガラス平板１０２を水平に配置した場合、ガラス平板１０２の端部１０２ａと配置面１０１との接触角と、端部１０２ｂと配置面１０１との接触角とが等しくなる。このため、端部１０２ａと配置面１０１との間の摩擦係数と、端部１０２ｂと配置面１０１との間の摩擦係数とは、理論的には、等しくなる。よって、理論的には、変形工程において、端部１０２ａ、１０２ｂが、配置面１０１に対して均等にかつ平行に移動しながらガラス平板１０２が変形していくこととなる。

しかしながら、実際上は、ガラス平板１０２を正確に水平に配置することは困難であり、また、端部１０２ａ、１０２ｂの表面状態にもばらつきがあるため、端部１０２ａ、１０２ｂ間で摩擦係数に差が生じる。このため、変形工程において、端部１０２ａ、１０２ｂの移動速度に差が生じる。従って、図７に示すように、端部１０２ａ、１０２ｂの位置が、変形工程開始前の位置Ｃ，Ｄから不均一にずれることとなる。また、端部１０２ａ、１０２ｂのそれぞれにおいても、ｙ方向の一方側と他方側とで差が生じやすい。また、ガラス平板１０２を水平に配置した場合、端部１０２ａ、１０２ｂと配置面１０１とのなす角度が大きくなる。このため、端部１０２ａ、１０２ｂの摩擦係数が大きい。従って、端部１０２ａ、１０２ｂの移動抵抗が大きい。よって、端部１０２ａ、１０２ｂの両端で移動むらが特に生じやすくなる。その結果、図８に示す円弧状ガラス曲板１０３のようなねじれ形状のガラス曲板が成形されてしまうこととなるものと考えられる。

それに対して本実施形態では、図４に示すように、ガラス平板２０を水平方向に対して傾斜するように配置する。このように、ガラス平板２０を傾斜して配置した場合は、端部２０ａと配置面１１との摩擦係数と、端部２０ｂと配置面１１との摩擦係数とが大きく異なる。具体的には、相対的に下側に位置している端部２０ａと配置面１１との間の摩擦係数よりも、相対的に上側に位置している端部２０ｂと配置面１１との間の摩擦係数の方が小さくなる。

従って、本実施形態では、図５に示すように、変形工程において、ガラス平板２０の端部２０ａの位置は、変形工程開始前の位置Ａから実質的に移動せず、端部２０ｂが、変形工程開始前の位置Ｂから実質的に移動することとなる。すなわち、変形工程において、ガラス平板２０の端部２０ａの位置は、固定された状態となる。従って、ｙ方向において、端部２０ｂの移動にむらが生じにくい。その結果、図９に示すように、端部１５ａ、１５ｂが平行な、ねじれの少ない円弧状ガラス曲板１５を安定して製造することができるものと考えられる。

また、本実施形態における端部２０ｂと配置面１１との間の摩擦係数は、ガラス平板を水平に配置したときのガラス平板端部と配置面１１との間の摩擦係数よりも小さい。このため、端部２０ｂは、ガラス平板が水平に配置したときよりもスムーズに移動する。従って、よりねじれの少ない円弧状ガラス曲板１５を安定して製造することができるものと考えられる。

ねじれの少ない円弧状ガラス曲板１５を製造する観点からは、ガラス平板２０の水平方向に対する傾斜角θが大きい方が好ましい。このため、傾斜角θは、５°以上であることが好ましく、１０°以上であることがより好ましい。しかしながら、傾斜角θが大きすぎると、成形される円弧状ガラス曲板にねじれがかえって発生しやすくなる場合がある。従って、傾斜角θは、４５°以下であることが好ましく、３０°以下であることがより好ましい。なお、傾斜角θが大きすぎると、成形される円弧状ガラス曲板にねじれが発生しやすくなる理由としては、変形工程におけるガラス平板の一方側端部の移動距離が大きくなりすぎることや、ガラス平板の両端部間の摩擦係数の差が大きくなりすぎることが考えられる。

ガラス平板を傾斜させて配置することにより、ねじれの少ない円弧状ガラス曲板の安定的な製造を可能にするという技術は、製造しようとする円弧状ガラス曲板の形状や寸法によらず適用できるものである。しかしながら、この技術は、製造しようとする円弧状ガラス曲板の中心角が大きい場合、幅が大きい場合に特に有効である。このような場合は、変形工程におけるガラス平板の端部の移動距離が長くなるためである。

具体的には、この技術は、製造しようとする円弧状ガラス曲板の中心角が５７°以上であるとき、円弧状ガラス曲板の曲率半径（ｒ）に対する幅（Ｗ）の比（Ｗ／ｒ）が１以上であるとき、幅（Ｗ）が３００ｍｍ以上であるときに特に有効である。

なお、上記実施形態では、トチ１が複数の板状部材１０により構成されており、配置面１１に開口が形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図１０に示すように、複数の板状部材１０の上に、曲板１６を配置し、その曲板１６の表面により、開口の形成されていない配置面１１を構成してもよい。

以下、本発明について、具体的な実験例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実験例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実験例１〜６）
曲率半径が３６０ｍｍであり、中心角が１８０°であり、長さが５５０ｍｍである円弧状の配置面を有するトチを用意した。そのトチに、幅が３６６ｍｍ、長さが４４８ｍｍ、厚みが４ｍｍである結晶性ガラス平板を、下記の表１に示す傾斜角で配置した。なお、配置した結晶性ガラス平板は、結晶化させることにより、β−スポジュメン固溶体を主結晶として析出させる結晶性ガラス平板である。

次に、３０分かけて８００℃まで昇温した後に、８００℃で１時間保持した。その後、さらに、３０分かけて９００℃まで昇温し、９００℃で３０分間保持し、その後、室温にまで徐冷した。この熱処理により、結晶性ガラス平板の変形と結晶化とを連続して行い、中心角が、５８°である円弧状結晶化ガラス曲板を得た。なお、結晶性ガラス平板は、主として８００℃に保持されている期間に変形し、９００℃に保持されている期間に結晶化が進行した。

本実験例では、上記作成条件で、各条件につき、１０個のサンプルを作製した。

作製された円弧状結晶化ガラス曲板を凹部が下を向くように平坦な基板上に配置し、円弧状結晶化ガラス曲板の周方向両端の端面と基板との間の最大距離を、隙間ゲージを用いて測定した。その結果、円弧状結晶化ガラス曲板の端面と基板との最大距離が２ｍｍ以下であったものを良品と判断し、２ｍｍより大きかったものを不良として判断し、各条件における良品率を算出した。結果を下記の表１に示す。

上記表１に示す結果から、ガラス平板を傾斜させて配置して変形工程を行うことで、製造される円弧状ガラス曲板にねじれが生じることを抑制できることが分かる。また、傾斜角を５°〜４５°とすることで、製造される円弧状ガラス曲板にねじれが生じることをさらに効果的に抑制できることが分かる。

（実験例７，８）
曲率半径が２２９ｍｍであり、中心角が１８０°であり、長さが５００ｍｍである円弧状の配置面を有するトチを用い、幅が４３２ｍｍ、長さが４２０ｍｍ、厚みが４ｍｍである結晶性ガラス平板の成形及び結晶化を、下記の表２に示す各傾斜角で上記実験例１〜６と同様にして行うことにより、中心角が１０８°である円弧状結晶化ガラス曲板を作製し、良品率を算出した。結果を下記の表２に示す。

表２に示すように、作製される円弧状ガラス曲板の中心角が大きい場合であっても、ガラス平板を傾斜して配置した状態で変形工程を行うことにより、製造される円弧状ガラス曲板にねじれが生じることを抑制できることが分かる。

また、表１に示す結果と、表２に示す結果との比較により、製造される中心角が５８°である場合よりも、中心角が１０８°である場合の方が、ガラス平板を傾斜して配置することによる効果が大きいことが分かる。

（第２及び第３の変形例）
図１１は、第２の変形例に係るトチの略図的側面図である。図１２は、第３の変形例に係るトチの略図的側面図である。

上記実施形態では、配置面１１が、曲率半径が一定である横断面円弧状である例について説明した。但し、本発明において、配置面は曲面である限りにおいて特に限定されない。配置面は、例えば、楕円弧状、放物線状などであってもよい。また、配置面は、曲率半径が相互に異なる横断面円弧状の部分を複数含んでいてもよい。すなわち、配置面が横断面円弧状である場合においても、配置面全体において曲率半径が一定である必要は必ずしもない。配置面において、曲率半径は連続的に変化していてもよい。

例えば図１１に示す第２の変形例では、配置面１１は、ｘ方向における中央に位置する第１の部分１１ａと、第１の部分１１ａの両側に位置する第２及び第３の部分１１ｂ、１１ｃとを有する。第１の部分１１ａの曲率半径は、第２及び第３の部分１１ｂ、１１ｃの曲率半径とは異なる。本変形例では、具体的には、第１の部分１１ａの曲率半径は、第２及び第３の部分１１ｂ、１１ｃの曲率半径よりも大きい。第２の部分１１ｂの曲率半径と、第３の部分１１ｃの曲率半径とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。本変形例では、具体的には、第２の部分１１ｂの曲率半径と、第３の部分１１ｃの曲率半径とは同じである。

図１２に示す第３の変形例では、配置面１１は、横断面楕円弧状に設けられている。

以上のように、配置面１１は、種々の横断面形状を有するものとすることができる。配置面１１の横断面が曲線状であれば、配置面１１の形状に関わらず、上記実施形態と同様の効果が得られる。

配置面の横断面形状が、曲率半径が相互に異なる複数の部分からなる場合や、楕円弧状、放物線状である場合等、曲率半径が一定である横断面円弧状でない場合には、結晶性ガラス平板の端部の位置が移動してしまうと所望の形状が得られなくなる。このため、結晶性ガラス平板２０の端部２０ａの位置Ａが移動しにくい上記実施形態及び変形例の技術は、配置面の横断面形状が曲率半径が一定である横断面円弧状でない場合に特に有効である。

１…トチ
１０…板状部材
１０ａ…頂面
１１…配置面
１５…円弧状ガラス曲板
１５ａ、１５ｂ…端部
１６…曲板
２０…結晶性ガラス平板
２０ａ…端部
２０ｂ…端部
２１…結晶性ガラス曲板

Claims (8)

1. 横断面曲線状の配置面を有するトチの前記配置面の上に、水平方向に対して傾斜するように平面視矩形状のガラス平板を配置する配置工程と、
   前記ガラス平板を加熱することにより軟化させ、前記配置面に沿った形状に変形させる変形工程と、
   を備えるガラス曲板の製造方法。
2. 前記配置工程において、前記ガラス平板の水平方向に対する傾斜角が５°以上となるように前記ガラス平板を配置する、請求項１に記載のガラス曲板の製造方法。
3. 前記配置工程において、前記ガラス平板の水平方向に対する傾斜角が４５°以下となるように前記ガラス平板を配置する、請求項１または２に記載のガラス曲板の製造方法。
4. 前記ガラス平板として結晶性ガラス平板を用い、
   前記変形したガラス平板を結晶化させる結晶化工程をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガラス曲板の製造方法。
5. 前記変形工程と前記結晶化工程とを連続して行う、請求項４に記載のガラス曲板の製造方法。
6. 前記配置面は、横断面円弧状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス曲板の製造方法。
7. 前記配置面は、曲率半径が相互に異なる横断面円弧状の部分を複数含む、請求項６に記載のガラス曲板の製造方法。
8. 前記配置面の横断面形状は、楕円弧状または放物線状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のガラス曲板の製造方法。

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