JP2008050173A - 板ガラス成形装置 - Google Patents

Abstract

【課題】成形される板ガラスの反りや周縁部の波打を解消することができ、かつ板ガラスの板幅に対する有効な板ガラス製品の板幅の割合を大幅に向上させることができる板ガラス成形装置を提供する。
【解決手段】本発明の板ガラス成形装置は、外周面１９が溶融ガラス１５に接する成形面であり、内部に冷媒流路１２が形成された金属製の成形ロール１０と、成形ロール１０の一対が所定の隙間を開けて平行に対向配置された成形部と、成形部の成形ロール１０を回転駆動する駆動手段とを備え、成形部の回転する成形ロール１０の隙間に溶融ガラス１５を供給して圧延し、冷却して所定の厚さの板ガラスＰに成形するものであって、成形ロール１０は、その内部のロール両端面１０ａの近傍に、同軸状に断熱層１１を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、板ガラス成形装置に関するものである。

板ガラスの成形方法として、内部に冷媒を通じて冷却した金属製の成形ロールの一対を、所定の間隙を設けて対向配置し、この一対の成形ロールの間隙に溶融ガラスを供給して圧延し、冷却して所定の厚さの板ガラスに成形する、いわゆるロール成形法が知られている。ロール成形を行う際に、溶融ガラスと接している成形ロールの表面温度が高くなりすぎると、成形ロール表面からの成形された板状ガラス帯の離型性が悪くなり、成形ロールに溶融ガラスが巻きつきやすくなる。

特許文献１には、成形ロール表面の温度をコントロールして板ガラスの成形を行う方法として、成形ロール内部に冷媒を流し成形ロールを内面から冷却する方法が開示されている。また、特許文献２には、搬送用ロールではあるが金属製の成形ロール内に間隙を介して内管を同心状に配設し、該内管の内部を冷媒で満たした提案がなされている。これとは別に、特許文献３には、成形ロール表面に常時水をかけて外部から冷却し成形ロール表面の温度が上がらないようにする方法も提案されている。
特開平３−１３７０３３号公報 実開平５−９６０３１号公報 特開平９−３０１７２４号公報

金属製の成形ロールを用いたロール成形法では、溶融ガラスと接する成形ロールの中央部分では温度が高いが、溶融ガラスと接していない成形ロールの両端部近傍は溶融ガラスによる熱の供給がなく、成形ロールの保持するフランジなどからの放熱が多くなり温度が低くなるため、成形ロールで成形された板ガラスも中央部に比べ成形ロール両端部近傍に近い周縁部温度が低くなり、成形後の板ガラスが反ったり波打ったりしやすくなる問題が発生する。この問題を解決するためには、熱伝導が大きい金属製の成形ロールにおいて、高温の溶融ガラスと接している中央部分と、溶融ガラスと接していない両端部近傍の冷却の程度を変えて、中央部分の冷却を強く両端部近傍の冷却を弱くしてやらなければならない。

特許文献１では、成形ロールの内部に冷媒を流して成形ロールを内部から冷却するとともに、両端部近傍が成形ロール肉厚を厚くして中央部分に比べ冷却されにくくなっているが、ロール材質が金属で、伝熱性が比較的高いため成形ロールの中央部分と両端部近傍に効果的な温度差をつけることは難しい。さらに、同じ成形ロールで異なる板厚や板幅を成形したり、成形温度の異なるガラス材質を成形する場合への対応は困難である。

特許文献２の、金属製の成形ロール内に間隙を介して内管を同心状に配設して内管の内部を冷媒で満たす方法では、成形ロールと内管との間の空隙が成形ロールのほぼ全長にわたって存在するので、成形ロールに用いた場合には高温の溶融ガラスと接している中央部分の冷却を十分に行うことができず、成形ロール表面からの板状ガラスの離型性が悪くなり、成形ロールに軟らかいガラスが巻きつくという問題が起こりやすくなる。

成形ロールの表面に水をかける方法は、板幅が広くなると幅方向に均一に成形ロールを冷却することが困難であり、成形ロール周辺に飛散した水や高温の成形ロールに散布され蒸発した水で作業環境が悪くなる。また、飛散した水や水蒸気により成形された板ガラスが急冷されて板ガラスの表面に微小なビリやクラックが発生する恐れもある。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、成形される板ガラスの反りや周縁部の波打を解消することができ、かつ成形される板ガラスの板幅に対する有効な板ガラス製品の板幅の割合を大幅に向上させることができる板ガラス成形装置の提供を課題とする。

上記の問題を解決するため、本発明に係る板ガラス成形装置は、外周面が溶融ガラスに接する成形面であり、内部に冷媒が通される金属製の成形ロールと、該成形ロールの一対が所定の隙間を開けて平行に対向配置された成形部と、該成形部の成形ロールを回転駆動する駆動手段とを備え、成形部の回転する成形ロールの隙間に溶融ガラスを供給して圧延し、冷却して所定の厚さの板ガラスに成形する板ガラス成形装置において、前記成形ロールは、その内部の両端部近傍に、同軸状に断熱層を設けたものであることを特徴とする。

本発明の板ガラス成形装置で、成形ロールに設けられる断熱層としては、成形ロール内部の両端部近傍、すなわち、外周面が溶融ガラスと接する領域の内部に設けられ、溶融ガラスが接している境界から、外側に約５０ｍｍの位置から内側に１００ｍｍ程度オーバーラップした位置まで使用可能であり、なかでも内側に５０ｍｍ程度オーバーラップしていることが、成形ロール外周面の最適温度分布を得るうえで好ましい。特に本発明の板ガラス成形装置により大寸法の板ガラスを成形する場合、例えば、成形ロールへのガラス供給幅よりも板幅が２００ｍｍを超えるような寸法になる板ガラスを成形する際には、成形される板ガラスの板幅に対する有効な板ガラス製品の板幅の割合、すなわち有効幅効率を高めるために成形ロール外周面の最適温度分布を得ることが、成形装置の能力を最大限に発揮させるうえで重要となる。

また、金属製の成形ロールとしては、クロムやニッケル、コバルト等を含んだ耐熱鋼が適しており、熱強度が高いことがヒートチェックと呼ばれる欠陥の発生を防止するうえで好ましい。その外周面が溶融ガラスに接する成形面は、キズの無い平滑な表面であることが平滑なクリアーな板ガラスを生産するうえで好ましい。また、成形部の成形ロールを回転駆動する駆動手段としては、駆動ムラが生じにくいものであれば使用可能であり、減速歯車等を使用しない手段であることが平滑な板ガラスを得るうえで好ましい。

本発明の板ガラス成形装置で、成形ロールの断熱層が、成形ロールの成形面と同心円状に形成された環状空間であるとは、円周方向で、温度が均一であることを意味しており、円周方向で温度が均一であることは、板ガラスの板引き方向の平滑性を向上させるという点で好ましい。

本発明の板ガラス成形装置で、成形ロールの断熱層が、成形ロール内表面に装着した断熱材であるとは、成形ロールの使用条件によって、断熱層の長さを変更できることを意味しており、使用状況により、断熱層の長さを最適寸法にすることが、ロール成形の安定化の点で好ましい。また、断熱材がブッシング形状であると、メンテナンス時に交換が容易になりさらに好ましい。

本発明の板ガラス成形装置で、成形ロールの断熱層が、成形ロール内表面に装着したブッシング材と成形ロール内表面との間に形成された液密の空間であるとは、円周方向で温度が均一であることを意味しており、断熱性のブッシング材が耐熱材料からなり、２００℃程度の耐熱性を有することが、安定して断熱層を維持する点で好ましい。

本発明の板ガラス成形装置では、成形ロールの両端部近傍に同軸状に断熱層を設けることにより、金属性の成形ロール中央部分に必要な冷却を行いながら成形ロール両端部近傍の冷却による表面温度の低下を抑えて中央部分と両端部近傍の差が小さくなり、板ガラスの反りや周縁部の波打を解消することができ、成形された板ガラスの板幅に対する有効な板ガラス製品の板幅の割合、すなわち有効幅効率を飛躍的に向上させることができる。

金属製の成形ロールで成形された板ガラスが成形後に反ったり、周縁部が波打ったりすしやすくなるのは、成形ロールの両端部近傍が冷却されすぎていることで板ガラスの周縁部の温度が中央部に対して低くなるためである。したがって、成形ロールの中央部と両端部近傍の表面温度の差をなくしてやれば成形された板ガラスが成形後に反ったり周縁部が波打ったりすることがなくなる。

成形ロールの表面温度は、大きくは成形ロールに供給される溶融ガラスによる加熱と、成形ロールの内部を流れる冷媒による冷却と、溶融ガラスと接していない成形ロール両端部からの放熱と、成形ロールを保持しているフランジからの熱伝導による伝熱ロスとによって決まってくる。このうち溶融ガラスによる加熱は一定であり、また成形ロール端部の温度が決まればフランジからの伝熱ロスも一定の割合で決まってくる。そこで、成形ロールの内部を流れる冷媒による冷却の度合いを調整し、成形ロール中央部に対し両端部近傍の冷却を少なくしてやればよい。

本発明では、熱伝導の大きい金属製の成形ロールの両端部近傍に同軸状に断熱層を設けることで、成形ロール内部を流れる冷媒による冷却を抑制し、成形ロールの両端部近傍の表面温度の低下を少なくして、成形ロールの両端部近傍と中央部分との温度差を小さくすることができる。

以下に本発明の実施例について述べる。

図１（ａ）は本実施例に係る成形装置の概念図であり、図１（ｂ）に、概略寸法で直径がφ２００ｍｍ×長さ１４００ｍｍの金属製成形ロール１０に同軸状に環状空間１１を形成し、この環状空間１１の空間を断熱層とした成形ロール１０の端部近傍の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。本実施例の成形ロール１０は、耐熱鋼であるロール本体の内部に冷媒流路１２が形成され、成形ロール１０のロール端面１０ａから成形ロール１０と同軸状に、外径がφ１００ｍｍ×内径がφ９０ｍｍ×長さ５０ｍｍの環状空間１１が加工されている。環状空間１１の深さは、溶融ガラス１５の端部１５ａとロール端面１０ａとの距離と略同じとした。成形ロール１０はその両端面１０ａでフランジ１７により保持されている。

実施例１の板ガラスの成形装置は、図１（ａ）に示すように、成形部の成形ロール１０が２本一対で構成され、これらの成形ロール１０は図示しない駆動手段により対向方向に回転駆動されており、フィーダーＦから２本の成形ロール１０の隙間に供給された溶融ガラス１５がロールアウトされて板ガラスＰに成形されるようになっている。冷媒通路１２に冷媒として水を流しロール内面１８を冷却することによりロール外周面１９が冷却されるが、環状空間１１のところでは空間が断熱層の役割を果たすため環状空間１１の位置では冷却が緩やかになるので、成形ロール１０の外周面の温度が下がりにくくなり、ロール外周面１９の中央部と端部近傍の表面温度の差が小さくなる。環状空間１１の深さは、成形する板ガラスＰの板幅や供給される溶融ガラス１５の温度によって調整が必要な場合があるが、溶融ガラス１５の端部１５ａと成形ロール１０の端面１０ａとの距離よりも深くしておいて、環状空間１１の深さ方向の全体あるいは一部に適当な断熱性能を有する材料を充填することで環状空間１１の深さを調整することと同じ効果が得られる。また環状空間１１は、金属製成形ロール１０のロール外周面１９に耐熱耐蝕性皮膜を形成しているものについても断熱の効果を得ることができる。

上記板ガラスの成形装置を使用して板幅１３００ｍｍ×厚さ４ｍｍの板ガラスＰを成形したところ、放射温度計で板ガラスＰ表面の中央部と周縁部の温度との差が４０℃と従来の成形ロールを使用した場合に比べて８０℃程度小さくなり、成形された板ガラスＰが成形後に反ったり、周縁部が波打ったりすることがなく、かつ成形ロール１０の表面からの板状ガラスの離型性に関しても何ら問題は生じなかった。また、成形された板ガラスＰの板幅に対する有効な板ガラス製品の板幅の割合である有効幅効率の値も９６％となり、断熱層として作用する環状空間１１が設けられていない従来の成形ロールを使用した装置に比べて１１％向上させることができた。

図２（ａ）は断熱層としてブッシング形状の断熱材２１を用いた他の実施例の断面図である。なお、図２（ａ）では成形ロール２０を保持しているフランジは省略している。また図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施例の成形ロール２０は、概略寸法が成形ロール１０と同様であり、特殊合金からなる耐熱鋼の内部に冷媒流路２２が形成され、かつロール内面２８は両端部近傍で長さ５０ｍｍにわたって内径が中央部よりも＋φ２０ｍｍに拡径されており、その拡径部２８ａに断熱材２１が嵌合されている。断熱材２１の内径は拡径されていないロール内面２８と同じである。なお、断熱材２１の内径と拡径されていないロール内面２８とは著しい偏流が起こらない範囲であれば同じでなくともよい。

本実施例では断熱材の幅を拡径部２８ａの幅Ｌと略同じとしているが、拡径部２８ａの幅Ｌと拡径寸法Ｄを大きくしておいて、その空間に合わせた断熱性能の異なる断熱材２１を適宜使い分けることで成形する板幅や供給される溶融ガラス２５の温度に対応した調整を行うことで、成形ロール２０の中央部と両端部近傍の表面温度を略均一にすることが可能である。断熱材２１は耐熱性があり、冷媒と接する面では冷媒を吸収しない材質が好ましいが、単一材質でない例えば冷媒側が低吸水性材料で、成形ロール２０側が耐熱材料の２層構造や、断熱材２１を低吸水性材料で覆った構造のものでもよい。

図３（ａ）は断熱層としてブッシング３１を挿入し断熱空間３４を設けた他の実施例の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本実施例では、成形ロール３０は、概略寸法が成形ロール１０と同様であり、特殊合金からなる耐熱鋼の内部に冷媒流路３２が形成され、かつロール内面３８の両端部近傍で長さ５０ｍｍにわたって内径が中央部よりも＋φ３５ｍｍの拡径部３８ａを設けており、その拡径部３８ａに外表面を縮径したブッシング３１を挿入し、成形ロール３０の拡径部３８ａの内表面とブッシング３１の外表面の縮径部３１ａとの間に空間３４を形成しこれを断熱層としている。ブッシング３１の内径は拡径されていないロール内面３８と同じである。なお、ブッシング３１の内径と拡径されていないロール内面３８とは著しい偏流が起こらない範囲であれば同じでなくともよい。なお、ブッシング３１と成形ロール３０との隙間は図示していないがＯリングで密閉されている。

この場合も、成形ロール３０の拡径部３８ａを大きく取っておくと、断熱層となる空間３４の幅設定の自由度が増し期待する効果が得やすくなる。なお、空間３４全体あるいは一部に適当な断熱性能を有する物質を充填して空間３４の熱伝導率を変え、成形する板幅や供給される溶融ガラス３５の温度に対応した調整を行うことも可能である。

板ガラス成形装置の説明図断面図であって、（ａ）は成形装置の概念図、（ｂ）は断熱層として環状空間を用いた成形ロールの軸方向断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ断面図。 断熱層として断熱材を用いた成形ロールの断面図であって、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。 断熱層としてブッシングで形成した空間を用いた成形ロールの断面図であって、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。

符号の説明

１０、２０、３０ 成形ロール
１０ａ、２０ａ、３０ａ ロール端面
１１ 環状空間（断熱層）
１２、２２、３２ 冷媒流路
１５、２５、３５ 溶融ガラス
１５ａ 溶融ガラスの端部
１７ フランジ
１８、２８、３８ ロール内面
２８ａ、３８ａ 拡径部
１９、２９、３９ ロール外周面
２１ 断熱材（断熱層）
３１ ブッシング（断熱層）
３１ａ ブッシング縮径部
３４ 空間
Ｆ フィーダー
Ｐ 板ガラス

Claims (4)

1. 外周面が溶融ガラスに接する成形面であり、内部に冷媒が通される金属製の成形ロールと、該成形ロールの一対が所定の隙間を開けて平行に対向配置された成形部と、該成形部の成形ロールを回転駆動する駆動手段とを備え、成形部の回転する成形ロールの隙間に溶融ガラスを供給して圧延し、冷却して所定の厚さの板ガラスに成形する板ガラス成形装置において、
   前記成形ロールは、その内部の両端部近傍に、同軸状に断熱層を設けたものであることを特徴とする板ガラス成形装置。
2. 断熱層が、成形ロールの成形面と同心円状に形成された環状空間であることを特徴とする請求項１に記載の板ガラス成形装置。
3. 断熱層が、成形ロール内表面に装着した断熱材であることを特徴とする請求項１に記載の板ガラス成形装置。
4. 断熱層が、成形ロール内表面に装着したブッシング材と成形ロール内表面との間に形成された液密の空間を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の板ガラス成形装置。

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