JP4076053B2 - チャネルをもつガラス物品及びその作製方法 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明はネオン照明装置のようなチャネルをもつガラス物品に関する。本発明はまたそのようなガラス物品を作製するための延伸シール形成法にも関する。
【０００２】
発明の背景
ネオン照明装置は、米国特許第４,５８４,５０１号（コックス（Cocks）等），米国特許第４,９９０,８２６号（コックス等），米国特許第５,０３６,２４３号（コックス等）に開示されている。全般的にこれらの特許は、互いに気密に封止されて複数本のチャネルが内部に封入された装置を形成する、ガラスのあるいはその他のガラス質材料の板を含む多面型照明装置を開示している。これらのチャネルは後に排気されてネオンのような不活性ガスで再充填され、その後チャネル毎に一組の電極を与えることにより不活性ガスがイオン化される。
【０００３】
全般的に、これらの従来技術のネオン照明装置のガラス部品を形成する方法には、底板ガラスにチャネルを彫り込み、続いてチャネルが彫り込まれた底板ガラスに上板ガラスを、ガラスフリットを用いることにより、気密にシールすることが含まれる。底板ガラスにチャネルを彫り込むには、研削、エッチング及び、所望のチャネルパターンと同じ形状のパターンをもつ、粘着性ゴムが引かれたマスクを介したサンドブラストを含む、様々な方法が用いられる。
【０００４】
最近、放電照明装置として使用するガラス体を形成するための改良された方法が、本発明の現譲受人に同じく譲渡され、本明細書に参照として含まれる、米国特許出願第０８/６３４,４８５号（アレン（Allen）等）で開示された。 簡単にいえばこの方法は、２枚の別々に送出されて付着させられる溶融ガラスリボン、すなわち既に付着されているチャネル形成リボンとその上に載せられるシールリボンを含む。非常に薄型の製品、したがって薄いリボンに関して、この方法にともなう困難は、時間効率の高いプロセスを維持するために、ローラを互いに近接して配置しなければならず、またローラを非常に高速で走行させなければならないことにある； 例えば、ローラ間隔は１２インチ（約３０５ｍｍ）とされ、ローラは約１７インチ/秒（約４３２ｍｍ/秒）で動かされる。
【０００５】
放電照明装置として使用するガラス体を形成するためのまた別の改良された方法が、本発明の現譲受人に同じく譲渡され、本明細書に参照として含まれる、米国特許出願第０８/８５１,３２０号（アレン等）で開示された。簡単にいえば、溶融ガラスリボンの第１の長さ部分が、ローラから送出されながら、金型上に付着され、この金型は前もって定められた行路に沿って、好ましくは金型の幅に沿う方向に、移動する；ただし、溶融ガラスリボンは金型の長さに沿う方向に配置させることもできる。
【０００６】
重力成形または真空成形のいずれかあるいはこれら２つの組合せにより、金型キャビティに溶融ガラスリボンの第１の長さ部分を合致させた後、金型は第１の方向とは反対の、第２の前もって定められた行路に沿って戻される。言い換えれば、溶融ガラスリボンの第２の長さ部分は実質的に、溶融ガラスリボンの第１の長さ部分の上に折り重ねられる。
【０００７】
これらのガラス物品及び方法が改良されているように、市場の需要は改良されたガラス物品及びそのようなガラス物品をつくるための改良された方法を必要としている。ある種の照明用途では可能な限り光学干渉がないことが要求される。発光体コーティングは発光体がとれて照明灯に暗点が生じるような領域にはなじまない。これらのガラス物品は、真空管、白熱電球、蛍光灯、ＣＲＴ、車内照明等で有用である。
【０００８】
発明の概要
薄いガラス物品の成形方法が開発された。この結果、ガラス物品は薄い壁体を有し、２枚の貼り合わされたシートの間の薄いガラス接合部も有する。溶融ガラス層を金型に与え、次いで第２のガラス層を与えると、ガラス層の間にチャネルがつくられる。本プロセスにより物品の形状が変えられ、ガラスシートが離れてチャネルをつくる接合点において接合部が改変される。上記の変化をおこさせるために、プランジャー真空及び内部ガス圧と組み合わせたプランジャーの機械的運動が使用される。プランジャーの滞留時間を短縮することにより、ガラスシールをつくることができ、またガラスを柔軟にするのに十分な熱を保持できる。これにより、第２のガラス層が薄く、ガラス層間の接合部も薄いガラス物品が得られる。次いでプランジャーを徐々に引き込み、２枚のガラス層を接合部で互いに引っ張ることによりガラスの柔軟性が利用される。この運動によりガラス接合部が延伸され、ガラス接合部表面がまっすぐになる。
【０００９】
本明細書で用いられる滞留時間は、初期接触時間と引き続く成形時間との組合せである。プランジャーがガラス層に接触するやいなや、プランジャーは直ちに接合部から引き戻され、接合部から離れた位置に保持される。初期接触時間は１秒より短く、可能な限りゼロに近い。引き戻しすなわち成形時間の長さは２ないし３秒である。
【００１０】
延伸されたシールはより強固な機械的シール、したがってより堅固な製品をつくる。本プロセスの別の利点は発光体コーティングを施す場合に生じる。本発明の薄い接合部は実質的に凹凸あるいは傾斜を全くもたない。従来技術で通常の“ｕ”または“ｖ”形状の接合部では、くぼみに厚い発光体領域が残される。従来技術の図４を参照のこと。照明灯が点灯されると、厚い発光体領域は残りの照明灯領域よりも暗くなる。シールが本プロセスにより延伸される場合は、上記問題が排除される。本技法の別の用途は、ガラス層間の接触面積を縮小することである。縮小された接触面積により、２枚のガラス層の接合により生じる光学干渉を低減できる。ガラスシート間の接触面積を縮小するかあるいは最小限に抑えられれば、一様な光分布が必要な製品に対して光学上の性能を改善できる。
【００１１】
本発明は従来技術の“ｕ”または“ｖ”形状の接合部を排除する。一実施形態において、本発明のガラス物品は接合部に緩やかな肩を有する。別の実施の形態において、本発明のガラス物品は事実上接合部に肩をもたない。この実施形態においては、接合部には若干の傾斜しかみられない。図３を参照のこと。
【００１２】
本発明の最も重要な価値は、蛍光灯用途に関する。蛍光体コーティングは蛍光体が集まって照明灯に暗点が生じるような領域にはなじまない。ガラス厚を低減して複雑な形状寸法をもつより薄い製品をつくることもできる。バックライト用途ではレンズ領域に可能な限り光学干渉がないことが要求される。本プロセスにより、照明灯内に邪魔にならない程度の薄い支持構造体をつくり込むことができ、光学干渉を最小限に抑えることができる。
【００１３】
発明を実施する最良の態様
図１は、本明細書に開示される形成方法を用いてつくることができるガラス物品１０の一般的な実施形態を示す。ガラス物品１０は、少なくとも１本の内部すなわち封入されたチャネル１２をもつ。すなわちガラス物品１０はガラス容器である。チャネル１２はチャネルの対向する両端に配された、それぞれが外部環境と通じる、管状ポート１４をもつ。管状ポートは将来、ガラス物品のチャネルが排気され、その後ネオンまたはその他の不活性ガスで再充填される拠点である。さらにガラス物品１０は、それぞれのチャネルの対向する両端に配された少なくとも一対の管状ポートをそれぞれがもつ、前もって定められたパターンの複数本の内部チャネルをもつことができる。
【００１４】
図２は図１に描かれたものと同じガラス物品１０の断面図である。シート１６の厚さは一般に０.０６０インチから０.０８０インチ（約１.５２ｍｍから約２.０３ｍｍ）の範囲にある。 延伸されたシート１８の厚さは０.０６０インチより薄い。シート１８の厚さは０.０２０インチ（約０.５０８ｍｍ）まで薄くなっていることが望ましい。理論上は、シート１８の厚さを０.００１インチ(約０.０２５４ｍｍ)まで薄くできるが、成形装置及び製造プロセスの実用限界により、厚さは少なくとも０.００５インチ（約０.１２７ｍｍ）までしか薄くできない。シート１８の薄さの他に、図２は接合部２０及び２２の緩やかな肩も示す。
【００１５】
本発明の鍵は、シート１６と１８が合する接合部２０及び２２の薄さである。延伸シールすなわち接合部２０はより強固な機械的シール、したがってより堅固な製品をつくる。本プロセスの別の利点は発光体コーティングを施す場合に生じる。従来技術で通常の“ｕ”または“ｖ”形状のガラス接合部２２では、くぼみに厚い発光体領域が残される。照明灯が点灯されると、厚い発光体領域は残りの照明灯領域よりも暗くなる。シールが本プロセスにより延伸される場合は、上記問題が排除される。本技法の別の用途は、ガラス層間の接合部２２の接触面積を縮小することである。縮小された接触面積により、２枚のガラス層の接合により生じる光学干渉を低減できる。ガラスシート間の接触面積を縮小するかあるいは最低限に抑えることができれば、一様な光分布が必要な製品に対して光学上の性能を改善できる。
【００１６】
図３は接合部２２の緩やかな肩が事実上凹凸のない若干の傾斜で示されることを除き図２と同じである。接合部２２には事実上いかなる寸法の凹凸もない。
【００１７】
図４は従来技術のガラス物品１０の断面図である。ここで物品１０のシート１６及び１８の一般的な厚さはいずれも０.０６０インチから０.０８０インチである。従来技術の接合部２０は従来の厚さであり、従来技術の接合部２２は“ｖ”形状で示されている。
【００１８】
内部に封入されたチャネルを持つガラス物品、すなわち本明細書で開示される方法を利用するガラス容器を形成するための装置は、本明細書に参照として含まれる、米国特許第４,３６１,４２９号（アンダーソン（Anderson）等）に開示されている装置と同様のものである。本方法は：（ａ）金型キャビティとともに形成された少なくとも１本のチャネル形成溝及び周辺表面領域をもつ金型キャビティを有する金型の表面に、溶融ガラスの第１のリボン、すなわちチャネル形成リボンを送出して付着させる工程；ここでチャネル形成リボンは金型キャビティ領域および金型の周辺表面領域の上に載る；（ｂ）溶融ガラスのチャネル形成リボンを金型キャビティの外形と実質的に合致させ、よって、付着された溶融ガラスのリボンに少なくとも１本のチャネルを形成する工程；（ｃ）溶融ガラスのチャネル形成リボンの外表面に溶融ガラスの第２のリボン、すなわちシールリボンを送出して付着させる工程；ここでシールリボンの粘度は、シールリボンが（ｉ）チャネル形成リボンのチャネルの表面に架橋するが垂れ下がってチャネル形成リボンのチャネルの表面に完全に接触するには至らず、また（ｉｉ）シールリボンがチャネル形成リボンと接触するところでは必ず気密シールを形成し、よって少なくとも１本の封入されたチャネルをもつガラス物品が得られる、粘度である；及び（ｄ）金型からガラス容器を取り出す工程；を含む。
【００１９】
本方法はまた第１のリボンの下部表面に真空を与える付加工程も含む。金型領域が溶融ガラスリボンの第１の長さ部分で完全に覆われるとすぐに、金型と溶融ガラスリボンの第１の長さ部分との間に真空ラインを介して真空が与えられる。チャネル形成溝の底にあり、金型のガラス表面上のいくつかの位置で開口し、そこから金型本体内を通っている一組の真空通気孔が真空源に通じる。真空は溶融ガラスリボンの第１の長さ部分が付着された後すぐに与えられてもよいし、あるいは真空は溶融ガラスリボンの第１の長さ部分が初め金型キャビティのチャネル形成溝内にある程度垂れ下がった後すぐに与えられてもよい。ガラスと金型との間に真空が与えられると、ガラスは直ちにまた緊密に金型と強制的に接触させられ、よってガラスに所望の形状をとらせることができ、同時に溶融ガラスリボンの第１の長さ部分の冷却及び固化が開始する。
【００２０】
重力成形または真空成形のいずれかあるいはこれら２つの組合せにより、金型キャビティに溶融ガラスリボンの第１の長さ部分を合致させた後、金型は第１の方向とは反対の、第２の前もって定められた行路に沿って戻される。前と同様に、溶融ガラス流がガラスオリフィスから互いに反対方向に回転している複数の水冷ローラに送出され続ける。これらのローラは溶融ガラスを絞り出して連続リボン形状、すなわち溶融ガラスリボンの第１の長さ部分の露出された表面上に載せて付着される溶融ガラスリボンの第２の長さ部分にする。溶融ガラスリボンの第２の長さ部分は単に溶融ガラスリボンの第１の長さ部分の上に載り、溶融ガラスリボンの粘度が比較的高いことにより、形成されたチャネルにかけて架橋する。言い換えれば、溶融ガラスリボンの第２の長さ部分は実質的に溶融ガラスリボンの第１の長さ部分の上に折り重ねられる。
【００２１】
第１及び第２の長さ部分のリボンの溶融ガラスの、送出時における、バルク粘度は以下の：（１）溶融ガラスリボンの第２の長さ部分は先に付着された溶融ガラスリボンの第１の長さ部分のチャネル部に架橋するが、垂れ下がってチャネル部の溶融ガラスリボンの第１の長さ部分に完全に接触するには至らないこと；および（２）溶融ガラスリボンの第１及び第２の長さ部分が接触するところでは必ず、特定のガラスの固有の流動粘度特性により、気密シールが形成されること；が達成されるような粘度でなければならない。送出時に、溶融ガラスがもつバルク粘度は、約１０００〜５０００ポアズであることが好ましい。しかし先に述べた２−シート法とは異なり、溶融ガラスリボンの第２の長さ部分の送出前の作業時間を補償する必要がないので、溶融ガラスリボンの第１の長さ部分を溶融ガラスリボンの第２の長さ部分より若干低い初期バルク粘度で送出する必要はない。
【００２２】
本明細書に参照として含まれる、米国特許第５,６３２,７９４号のガラス押込プランジャーのようなプランジャーが用いられる。溶融ガラスリボンの第２の長さ部分をチャネル間の接続部２０以外の位置に押し込まないように注意が払われなければならない。
【００２３】
“深絞り成形”ポケットはエアライン／オリフィスと通じ、溶融ガラスリボンの第１の長さ部分を付着させている間、少なくともある程度の真空が保たれ、よってキャビティ内のガラスを開いたままにしておく。すなわち、“深絞り成形”ポケットに付着され、引き込まれたガラスは冷却時に閉じずに口を開いている。溶融ガラスリボンの第２の長さ部分の付着後、空気がエアライン／オリフィスに吹き込まれ、エアライン／オリフィスを通ってガラス物品の内部と接触する。この空気は溶融ガラスリボンの第２の長さ部分が溶融ガラスリボンの第１の長さ部分のチャネル内にかなり垂れ下がるかあるいは完全にまたは部分的に陥没することを防ぐのに役立つ。重要な点は、リボン１８並びに接合部２０及び２２を延伸する空気圧及びプランジャー滞留時間を用いることである。用いられる空気圧及び滞留時間の範囲は狭くはない。本発明の薄く平滑な接合部を得るためのプロセス条件の制御は厳密である。 例えば、空気圧は０.０１から５０ｐｓｉ（約６８.９から３４４,７００Ｐａ）の範囲とすることができる。空気流量が多すぎるとガラス物品は破損し、チャネルは形成されない。空気流量が少なすぎるとチャネルは初めから形成されない。滞留時間は１０秒まで、一般には２ないし３秒までの範囲とすることができる。さらに進んで、重要な点は、チャネルを形成させるプランジャー初期接触時間を非常に短くし続いてプランジャーを引き戻すことである。本プロセスは、空気流量、空気圧、滞留時間、金型の移動速度、ガラス軟化温度等のバランスの上になりたっている。ある与えられたガラス組成に対してこれらの条件を適合させる必要がある。
【００２４】
本明細書で上に開示されたガラス容器は、ソーダ石灰珪酸塩ガラス、硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、硼アルミノ珪酸塩ガラス等からなる群から選ばれる、優れた熱膨張特性を示す硬質ガラスであることが好ましい、透明ガラス材料からなることが好ましい。例えば、酸化物について重量％で表した、 以下の組成：７７.４％のＳｉＯ_２，５.３％のＮａ_２Ｏ，１５.４％のＢ_２Ｏ_３，１.９％のＡｌ_２Ｏ_３，０.４８％のＣｌから実質的になる、コーニング（Corning）社の製品コード７２５１のガラスでガラス容器を作製した。
【００２５】
成形作業を完了すると、ガラス物品の周辺から余分のガラスを除去し、その後ガラス物品を取り出さなければならなくなる。適当な除去作業は、金型に支持されている製品を金型の周囲を取り囲んでいる余分の高温ガラスから切り離せるだけでなく、両ガラス層の外部端面を確実にシールできる作業である。従来の、１つは“雄型”で１つは“雌型”の２つの適当な除去作業が、それぞれ米国特許第４,６０５,４２９号（レイニック（Rajnik））及び第３,５２８,７９１号（ギッフェン（Giffen））に開示されている。これらの特許はいずれも本明細書に参照として含まれる。さらに、ラップ仕上タイプの動作により材料を除去する研磨水噴射、あるいはレーザ切断法を除去作業に利用することもできる。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態をここで説明したが、当業者には、特許請求の範囲に表明される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、好ましい実施形態に様々な変更及び改変がなされ得ることが明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の形成方法によりつくることができるガラス物品の一実施形態を、一部を切断して示す斜視図である
【図２】 本発明のガラス物品を形成する延伸シールを示す
【図３】 ガラス接合部に事実上傾斜がないことを示す
【図４】 通常の厚さと通常の“ｖ”形状の接合部をもつ従来技術のガラス物品を示す
【符号の説明】
１０ ガラス物品
１２ チャネル
１６，１８ ガラスシート
２０，２２ 接合部

Claims (18)

1. 内部にチャネルをもつ光放射ディスプレイガラス容器を製造する方法において：
   （ａ）少なくとも１本のチャネル形成溝を備えた金型キャビティと周辺表面とを有する金型装置の表面に、溶融ガラスの、第１のリボン、すなわちチャネル形成リボンを、該チャネル形成リボンが前記金型装置の前記金型キャビティおよび前記周辺表面の上に載るように、送出して付着させる工程；
   （ｂ）溶融ガラスの前記チャネル形成リボンを前記金型キャビティの外形と実質的に合致させ、よって、前記チャネル形成リボンに少なくとも１本のチャネルを形成する工程；
   （ｃ）溶融ガラスの前記チャネル形成リボンの外表面に、溶融ガラスの、第２のリボン、すなわちシールリボンを送出して付着させる工程であって、その際に前記シールリボンの粘度は、前記シールリボンが（ｉ）前記チャネル形成リボンの前記少なくとも１本のチャネルに架橋するが垂れ下がって前記チャネルの表面に完全に接触するには至らず、かつ（ｉｉ）前記シールリボンが前記チャネル形成リボンと接触するところでは必ず気密シールを形成して少なくとも１本の封入チャネルをもつガラス物品を形成する、粘度である、シールリボンを送出して付着させる工程；
   （ｄ）前記シールリボンの断面が薄くなるように、かつ前記シールリボンと前記チャネル形成リボンとの間の気密シールの断面が薄くなるように、前記シールリボンを延伸させる工程；及び
   （ｅ）前記金型から前記ガラス物品を取り出す工程；
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記気密シールの薄い断面に緩やかな傾斜を生じさせる工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記気密シールの薄い断面に実質的に傾斜を生じさせない工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記薄い断面を生じさせる工程が、プランジャー装置を用いて前記シールリボンを所定の位置に押し込み、それによって前記シールリボンは前記チャネル形成リボンに架橋するが前記チャネル形成リボンに完全に接触するまでには至らないようにし；前記チャネル形成リボンと前記シールリボンとの間の前記封入チャネルに空気を吹き込み、よって前記シールリボンを前記プランジャーに接触せしめることにより行われることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記プランジャーが前記気密シールの箇所においてのみ前記シールリボンに接触することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記空気吹込工程が、０.０１ｐｓｉ（約６８.９Ｐａ）から５０ｐｓｉ（約３４４,７００Ｐａ）の範囲の空気圧で行われることを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 前記空気圧が、０.０１ｐｓｉ（約６８.９Ｐａ）から３０ｐｓｉ（約２０６,８００Ｐａ）の範囲にあることを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 前記プランジャーの滞留時間が０.０１秒から１０秒の範囲にあることを特徴とする請求項４記載の方法。
9. 前記プランジャーの前記滞留時間が１秒より短い初期接触時間及びこれに続く３秒までのプランジャー引き戻し及び保持時間を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. いかなるシール材料も実質的に用いずに貼り合わされ、一体化されて単一の容器体を形成する前面及び背面を有すると共に、少なくとも１本のガス放電チャネルを有するガラス容器を備えた、内部にチャネルをもつ光放射装置において、
    各チャネルには、放電またはイオン化が可能なガス、及び前記ガス放電チャネルの対向する両端に配置され、前記ガス放電チャネルと通じる、それらの間にアーク放電を発生させるための少なくとも２つの電極が設けられ、前記チャネルは０ . ０６０インチ（約１ . ５２ｍｍ）より薄い断面をもつ前面を有し、前記ガラス容器の前記前面と前記背面が貼り合わされ一体化された接合部はまっすぐに延伸されて０ . ０６０インチ（約１ . ５２ｍｍ）より薄い断面を有することを特徴とする光放射装置。
11. 前記チャネルの前面および前記接合部の断面の厚さが０.００５インチ（約０.１３ｍｍ）から０.０６０インチ（約１.５２ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする請求項１０記載の光放射装置。
12. 前記チャネルの前面および前記接合部の断面の厚さが０.０２０インチ（約０.５１ｍｍ）から０.０６０インチ（約１.５２ｍｍ）の範囲にあることを特徴とする請求項１０記載の光放射装置。
13. 前記接合部が緩やかな傾斜をもつことを特徴とする請求項１０記載の光放射装置。
14. 前記接合部が実質的に傾斜をもたないことを特徴とする請求項１０記載の光放射装置。
15. 前記接合部に実質的に凹凸がないことを特徴とする請求項１０記載の光放射装置。
16. 前記背面の後面の一部に一体化された反射手段を備えていることを特徴とする請求項１０記載の光放射装置。
17. 前記ガラス容器が硼珪酸ガラス、アルミノ珪酸塩ガラス、硼アルミノ珪酸塩ガラス及びソーダ石灰珪酸塩ガラスからなる群から選択されるガラスを含んでなることを特徴とする請求項１０記載の内部にチャネルをもつ光放射装置。
18. 前記放電ガスが水銀、キセノン、クリプトン、アルゴン、ネオン、ヘリウム及びこれらの混合気からなる群から選ばれることを特徴とする請求項１０記載の内部にチャネルをもつ光放射装置。

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