JP2011057522A - 無機熱可塑性材料の成形方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熔融状態にある無機熱可塑性材料を板状に成形する方法ならびにそれを具現化する装置を提供する。
【解決手段】気体を一様に噴出する一対の多孔質基材が形成する、該基材の長尺方向に対称かつ水平な間隙を通して、該間隙の幅４、材料のたまり（バンク）と該基材との間に噴出する気体層の平均厚み５、間隙部分からバンク上面までの高さ７、該バンクの上面の中央からバンク上面の端部までの距離８、バンクの奥行きおよび形成される該材料の幅、間隙を通して成形される該材料に掛かる引き出しの力１１、該材料の密度、該材料の粘度、該材料の表面張力、該多孔質基材の表面による該材料を駆動する力および重力の加速度に従って該材料のバンクへの供給速度（dw/dt）が条件設定されることを特徴とする無機熱可塑材料の板状成形の方法ならびにそれを具現化する装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、熔融状態にある無機熱可塑性材料の板状成形品への成形方法および成形装置に関する。

熔融状態にある熱可塑性材料の成形方法としては種々のものが知られている。代表的なものとしては、射出法、押出法、プレス法、スリットダウン法、ロールアウト法などがあり、広くプラスティック、金属、複合材等の成形に用いられている。

これらのうち、プラスティック等の有機熱可塑材料に関しては射出成形法や押出成形法において、熔融状態にある熱可塑性材料をスクリュー等による高い背圧をかけてノズル、ダイ、ブッシング、スリットなどの孔や間隙などを通して成形する際に、成形される材料と出口基材との直接の接触を避けて円滑かつ表面状態の良好な成形品を得る目的で出口周辺から気体を圧入する方法も知られている。しかし、このような機械的に高い背圧をかける方法は金属やガラスのような熔融に高温を要する材料には適用できない。

無機熱可塑性材料の内、金属のように延展性に優れる材料では、ロールアウトや圧延、引き抜きなどの方法によって板状成形品の成形が行われている。
熔融に高温を要し、熔融状態では粘着性が高く、ガラス化した後には延展性を示さないガラスを板状に成形する方法としては、スズフロート法、フュージョン法、スリットダウン、ロールアウト法などが知られている。

スズフロート法は、現在板ガラスの大量生産法として最も広く普及しているが、常温では固体である金属スズを常時溶融状態に保たなければならないため、窯の保温に要するエネルギーは莫大である。また、スズと溶融ガラス界面からガラス内にスズイオンが拡散し、ガラス品質に悪影響を及ぼすことがある。

フュージョン法では、表面は非接触状態が保たれるため、高品質な板ガラスが得られるが、耐火物と溶融ガラスの接触面に失透が生じた場合、連続的に欠陥が生じてしまうため、耐火物を交換しなければならず、ガラスの板幅が大きくなる程、この耐火物の製造コストは莫大になっている。また、失透を起こさないためには耐火物とガラス組成の相性を考慮する必要があることから、使用できるガラス組成は限定的となっている。

スリットダウン法は簡便に板状のガラス製品を得る方法として知られているが、この方法ではガラスとスリットとの接触により、温度歪みや表面の傷、スリットから流出する時の脈動、白化などの欠点や問題を生じることが多く、高品質の板状ガラスを安定して生産することが困難である。

ロールアウト法は、一般に金属ロールにより溶融ガラスを挟み、成形するもので、スズフロート法、フュージョン法と比較して低コストで簡易な装置構成でガラス成形が行える長所がある。しかし、金属ロールとの接触により溶融ガラスが急冷されるため、成形されたガラスにロールとの接触痕、しわ、うねりが残ることが避けがたく、直接高品質な板ガラス製品を得ることはできない。

これらの状況を鑑みて、蒸気を発生させるロール基材を用いて成形することでロール痕が残らない高品質ガラスを得る方法が提案されている(特許文献１参照)。この方法では、ロール表面材質と成形に供される材料とが直接接触せず、またロール基材とガラスとの間の熱流束も小さいので、表面の傷や冷え皺は発生し難い。

しかし、熔融ガラスとロールとの間の摩擦や粘着による相互作用が無い上に、熔融ガラスの高い表面張力によってロールによる送り込みが阻害され、実質的に安定かつ円滑なロールアウト成形は必ずしも容易ではない。上記文献には、溶解温度を制御して成形に好適な粘度範囲と温度範囲のガラスメルトを調製すること、対をなすロールの間隙、ロールの回転数、ガラスの温度や粘度等の成形要因が有機的に関連しあって高品質の板硝子を製造するものであって、ロールの間隙、ロールの温度や回転数、ガラスの温度や粘度等を成形する板ガラスの種類や板厚に応じて適宜設定すること、ならびにこれらの成形要因をコンピューター制御することが望ましいことなどが記述されているが、これらの要因の重要性や有機的関連および制御の必要性は通常のロールアウト成形について認識されていることに他ならない。問題は、蒸気発生ロール基材を用いる当該成形法においては、成形要因の有機的関連とは具体的にどのような関連を指すのか、また成形要因を具体的にどのように設定し、制御するのかであって、特に蒸気発生ロール基材を用いることによる固有の技術要因を特定して具体的にこれらの設定・制御を行う方法が明示されていなければ技術ないし発明とは言えない。上記特許文献ではこれらが示されておらず、このままでは安定かつ円滑な溶融ガラスの蒸気発生ロール基材を用いるロール成形を実現することは困難である。

また、特許文献２には、ガラスリボンとロールとの間に蒸気膜が介在することによる、回転するロールがガラスリボンに対してスリップし易いという欠点と、ガラスリボンに対して適切な搬送力を付与し難いと言う問題が指摘され、この問題を解決するために、ロール表面において部分的に蒸気を発生しない表面領域を分散状に設けたロールを使用する方法が提案されている。この方法ではガラスリボンのロールによる円滑な搬送をロール表面上に設けた非蒸気発生領域によって実現するものであるが、その場合にはガラスリボンとロールの非蒸気発生領域とが短時間ではあるが直接に接触し、同期して移動するか或いは摺動的に接触移動するかいずれかの状態を生じるので、ガラス面に発生する欠点の問題を完全には払拭できない。逆に蒸気発生領域から発生する蒸気が非蒸気発生領域を覆う可能性もあるが、その場合にはガラスリボンの円滑な搬送に支障を来たすことになる。何れにしても二律背反的な問題を完全には払拭できない。特許文献３にはガラスとロールとの線状の部分的な接触が可能な程度に気体発生圧力を調節する方法が提案されているが、その考え方や問題点は実質的に特許文献２の方法と同様もしくは類似である。

特許文献４は一対の間隔をおいてS字型に設置した蒸気発生ロールを成形の前処理工程として用い、機械的な引張り応力によってガラスリボンにロールに対する面圧を付与して処理する方法の提案であり、その安定・円滑な稼動については不明である。
また特許文献５では気体の加圧噴出と減圧吸引の動的均衡を利用して吸着浮上と言う現象を実現して成形に利用する考えであるが、装置が複雑かつ高価になると言う問題点を有している。

特開２００１−１８０９４９号公報 特開２００２−４７０１９号公報 特開２００６−２８００８号公報 特開２００４−２６５３４号公報 WO２００７/１３２７９７A１号公報

上記のような従来技術ならびに提案されている公知の技術や知見の問題点を解決し、熔融に高温を要する金属やガラス等の無機熱可塑性材料に容易に適用可能で、設備投資生産性や生産コストに優れ、安定かつ円滑な、良好な表面状態や品質を有する板状の成形品の成形を可能とする、気体を介在させる成形方法の確立を図ることが課題である。

発明者は、熱可塑性材料の気体を介在させる成形の原理についての理論的な考究と実験検討を通して、以下のような課題達成の手段を見出すに至った。
すなわち、熔融に高温を必要とする金属やガラス等の無機熱可塑性材料の場合、背圧をかけるための特段の設備を必要とせず、主として重力を材料の駆動力として利用して、気体を噴出する基材で熔融状態の材料を受け止めつつ基材が形成する間隙を通して熱可塑性材料を板状に成形することが望ましい。ここで言う熔融状態とは、無機材料が結晶性の材料の場合にはその融点以上にある状態であって、無機材料が非結晶性材料の場合にはそのガラス転移点以上にある状態を指す。その際、気体上に保持される流動性の熔融状態にある材料が主として重力の働きによって安定かつ円滑に板状に成形されるためには、下記のような特定の条件を満たすような操作とそれを実現するための装置が課題を解決することを見出すに至った。

ここに言う特定の条件とは、図１，２に示すような本発明技術の形態において、気体を噴出する一対の基材が形成する間隙（d）、該基材上の材料のたまり（バンク）と該基材との間に発生する気体層の平均厚み（δ）、間隙部分からバンク上面までの高さ（H）、該バンクの上面の中央からバンク上面の端部までの距離（X）、間隙から流出する該材料に掛かる引き出しの力（f_d）、該材料の密度（ρ）、該材料の粘度（η）、該材料の表面張力（σ）、重力の加速度（g）および該材料のバンクへの供給速度（dW/dt）が実質的に一定の関係を満たすことである。

この一定の関係とは、下記の理論的考察と実験に基づく近似式（１）を示す。
［式１］
気体上に保持される流動性の熔融状態にある材料が主として重力の働きによって安定かつ円滑に定常的に板状に成形されるためには、バンク上に滞留する材料の重量による下方への力（f_b）と基材の形成する間隙から流下する材料にかかる下方への力（f_d）に対して基材から噴出する気体による上方への圧力分力（f_v）と材料の表面張力による流下抵抗（f_σ）との差分が材料の間隙からの流下を与え、それが動力学的にはバンクで発生する材料の下方への流れのせん断応力（f_s）となって動的にバランスして定常状態を実現する。
［式２］
ここで、間隙から下方への材料にかかる力は主として重力となるが、場合によっては、下方で材料に機械的な外力を加える場合もある。

また、基材の形成する間隙が回転ロール等であって可動の場合には、その動きによって生じる気体の流れ（クェット流）の影響も考慮する必要がある。
上式で、f_bはバンクに滞留する材料の量に依存し、f_dは特定の下方への外力を掛けなければ間隙の下の材料の形成するリボンの厚みと長さによる。f_σは材料固有の値であり、厳密には温度依存性がある。f_sは材料のバンクにおける中央部の下方への流れの速度と材料の粘度に依存する。この流れの速度がバンクへの材料供給速度との物質収支を定めることになり、下式で近似的（間隙を流下する速度は気体に挟まれているので厚み方向に流れの速度の分布は無いと仮定しても差し支えない）に表現できる。
［式３］
ここで、v_maxおよびＹはそれぞれ基材間隙部分の材料の流下速度およびバンクの奥行きと間隙から流下する材料リボンの幅（後二者は大略等しい）である。

以下、幾つかの仮定（間隙は左右対称など）を入れてそれぞれの力を表すができる。
［式４］
［式５］
［式６］
［式７］
［式８］
ここでせん断速度は、
［式９］
ここで、Ｌは図１および２に示されるように間隙から間隙を通して成形された材料を保持する設備までの材料の長さであるが、間隙下方の材料にアテニュエーション等による厚みや幅の変化が顕著な場合にはそれを間隙部分の厚みと幅に換算した場合の長さを充てる。また、f_outは形成されるリボンに加えるギアロール等による外力であるが、特にそのような外力を加えない場合はリボンの自重だけを考慮すればよい。ｐ(θ)はロール状の基材から発生する気体の中心から角度θにおける圧力、Rはロールの半径を表す。

これらの式の物理量はいずれもMKS単位で表示しているが、適宜CGS単位に換算することも可能である。
（７）式には文献１にある式を適用して厳密に表すことができるが（文献１：G.Kojima and Kunito Okuyama, J.Non-Crystaline Solids, 345&346, P762-770, 2004）、ここではロール間隙以外の部分のバンク重力はスチーム圧力の上向き成分とバランスするとして簡単化を図る。また、バンク上の材料の流速vは中心部のd-2δ部分では幅方向の分布は無くそれ以外では幅方向に対して線形として（９）式を得る。以上（３）から（８）までの式を（２）に入れると（１０）式が得られる。
［式１０］
基材の形成する間隙が可動する場合には、その影響Ｆを加えて（１）式が得られる。
［式１１］
基材間隙から形成される材料に重力以外の力が働かない場合には、（１）式は（５）式のf_outを割愛して次の（１‘）式で表される。
［式１２］
Fは対面する多孔質基材の少なくとも一方の表面が可動する場合に、
［式１３］
で表される式で定義され、uおよびAはそれぞれMKS単位で表示される可動表面の動く速度および該基材の表面の微細な凹凸の山谷の差高の平均値であって、Aは０．００１以下、０．００００１以上の範囲にあり、またｋ_１とｋ_２は実験的に求められた係数であって、それぞれ０．０５および５００である。Fは該多孔質基材の表面のいずれもが可動しない場合には考慮しない物理量である。

式（１）は理論的考察と実験で得られた知見に基づく近似式であり、実際の条件設定においては、dw/dtに±２５％程度の誤差が許容され、それ以上設定がずれると運転・操作が不安定に陥り易い。
また、熔融状態にある材料をバンクに留まっている間もその状態に維持するためには、一定の時間以上バンクに留まることは望ましくないことは言うまでもない。そのために材料の供給速度でバンクの量を除した平均滞留時間に相当する時間と材料が周囲の環境によって冷却される時間とを推算し、考慮して条件を定める必要があることも有用かつ重要である。

ここで言う熱可塑性材料とは、加熱により、融点以上の温度で流動性を持った状態となるもの、ガラス転移点以上の温度で流動性を持った状態となるもの等を指し、水のような低粘度のものから粘稠な高粘度のものまでを含み、粘度で１０^−３ Pa・secから１０^６Pa・secまでの広い範囲を含む。これらの材料としては、鉄、銅、アルミ、シリコン等の金属やガラス並びにそれらの複合組成物が例示される。

熔融状態にある無機熱可塑性材料を一定速度、一定温度で供給する設備としては、開口部調節可能なノズル、スリットや連続的に溶融・供給可能な傾斜管状坩堝や回転坩堝などが用いられ、温度を一定に保つための電気や燃焼ガス等による加熱機器や保温機器等が用いられる。

また、ここで言う気体とは、空気、窒素、アルゴン等の常温で気体状態のものに限らず、常温では液体であるが、成形に必要な温度領域では蒸発気化する媒体も含み、水は種々の観点から使用しやすい媒体である。用いる水はできるだけ非揮発性のミネラル等を含まないものが望ましい。気体は基本的には材料と当該成形温度で反応等を起こさない不活性なものが用いられるが、場合により必要に応じて適量の反応性の成分等を含んでいても良い。

該基材表面から気体を噴出させるための気体もしくは液体の供給設備としては、気体が空気等の常温で気体状態のものはポンプ・コンプレッサー等からの圧送、水蒸気の場合には、多孔質基材に水を供給するためのスプレー、浸漬、滴下、接触等の方法があり、またその移送の方法としては基材の外部からだけではなく、内部に注入する方法もあり、それに必要な散水設備、貯槽、配管、ポンプ等の設備を用いる。

また、気体を噴出する多孔質基材とは、孔径数ミクロン以下の極微小孔径のものから、数十ミクロン程度の微小孔径のもの、1〜2mm程度の孔径のものまで各種の孔径の材料を含むが、実質的に均一、一様に気体を噴出することが必要要件である。そのため、微小孔径による流量抵抗や渦巻き流抵抗等による気体噴出の均一一様化を可能とする材料と構造、あるいは水等の液体を充分な量を吸蔵可能で、高温の成形材料に接面することによって突沸を伴わずに水蒸気を発生する親水性多孔質材料等が好適に使用できる。基材には気体を介して熱可塑性材料や加熱設備から受ける熱に対する耐熱性を必要とする場合もあるが気体として水蒸気を用いる場合にはこの限りではない。基材の表面は一般的にはマクロな平坦性が望ましいが、目的によってはその限りではない。全体に局面を形成していてもよい。またマクロな表面状態に加えて表面のミクロな状態も重要であり、微小な表面凹凸も有効な場合がある。特に基材がロールなどの回転体の場合には、基材表面の微小な凹凸は基材から噴出する気体のポアズイユ流れに加えてクェット流れに影響を与え、式（１）で示す関係を通して成形の条件設定に働く。基材表面のミクロな凹凸の差高は平均１０μ程度から５０００μ程度、好ましくは５０μ以上１０００μ以下が望ましい。また、上記のごとく、微小な凹凸はその表面からも気体の発生を伴うものであるか、或いは気体が形成する層の中に埋もれるものであって、凸部が気体の発生を伴わないで直接材料と接触する状態は本発明の趣旨ではない。

材質としては、鉄、ステンレス鋼、アルミニューム等の金属、シリカ、アルミナ等のセラミックス、カーボン、グラファイト、各種プラスティックス、繊維、紙、木材等各種の材料が例示される。

一対の基材が形成する間隙とは、一対の板状の基材が形成する間隙でもよく、或いは一対のロールが形成する間隙でもよく、また全体が矩形のすり鉢状をなし、その底部に細長い間隙のある一体ものでもよい。要するに板状成形に即した実質的に一定の幅とそれよりも相当程度長いスリット状の隙間を言う。該間隙の幅（対面する基材間の距離：ｄ）を、式（１）に従ってその他の各種の要因や材料の物理特性に応じて設定することが必要かつ重要である。また、該間隙の幅は場合により中央部から両端部にかけて対称を保ちつつ若干の変化を持たせることも有用な場合がある。

さらに重要なことは、その間隙が水平で長尺方向の中央部から対称をなしていることである。このことは気体を介在させない通常のロールアウト等の成形においては必ずしも重要なことではない。また、特許文献等の提案においても、技術的な要件として取り扱われていない。発明者らの実験検討によって、重力を主たる駆動力として材料を気体上に保持しつつ間隙を通して成形する方法において、初めてその重要性が見出されたものである。

成形に供する材料と多孔質基材との間に介在する気体の薄膜は、材料の量（バンク）や温度と気体の噴出量や噴出圧力等によって定まるが概ね多孔質基材の特性に基づいて実験的に求めることができる。通常は数十ミクロンから数百ミクロンの間にあり、好適には１００〜３００ミクロン程度が用いられる。

バンクとは、溶融状態の熱可塑性材料が気体を介して多孔質基材の上に形成する溜りを指す。熱可塑性材料が高温・低粘度の場合には、流下する材料は多孔質基材が形成する間隙を狭めることによりバンクを形成し、バンクは長尺方向に重力の働きによって流動し、ほぼ均一な高さ（H）と幅（２X）となる。該材料が高粘度の場合にも間隙を調節することにより適度のバンクを形成する。バンクを適正な高さに保つためには、バンクに供給される材料の粘度と供給量を式（１）に従って設定することが重要である。さらに間隙の大きさだけでなく、間隙の下の成形された材料に掛かる応力、可動基材の場合にはその動く速さ、基材表面の形状、可動がロールの回転の場合にはその半径等を、材料の密度、表面張力等の物理量を加味して、式（１）に従って設定することが重要である。また、バンクの幅（２X）はバンクの高さ（H）と関係するが、間隙を形成する基材の傾斜角度や回転ロールの場合にはロールの半径にもよるので、材料の特性を勘案して式（１）によって装置設計することが望ましい。

間隙の下の成形された材料に掛かる引き出しの力f_dとしては、重力に加えて外部から力を印加することも可能である。重力は該成形材料の厚み（d’）、幅（Y）および長さ（L）に材料の密度（ρ）と重力定数（g）を乗じたもの（d’YLρg）が間隙部分の材料に印加されるので、該重力は既述のように
［式１４］
と近似できる。厚み、幅、等を成形品として所望の条件設定とする場合も式（１）を用いて設定することが可能であり、重要である。外部から印加する力も同様に式（１）に導入して用いる。

間隙を通して成形された無機熱可塑性材料を保持する設備としては、気体発生ロール、気体発生ベッド、ガイドロールなどが上げられ、板状成形材料の全面を保持するタイプや両端部を保持するタイプがある。何れの場合にも材料の温度・温度分布や応力分布に与える影響を考慮して構造や材質等を選ぶことが必要となる。

式（１）における基材の可動の寄与Fの第１項は可動基材の動く速度（u）を反映するが、気体を介在させる本技術においてその寄与は必ずしも大きくない。
一方、基材表面の凹凸の指標（A）は記述のように気体の流れに影響を与え、熔融ガラスのロールを通しての送り込みに影響を与える。両者の寄与を実験的に求め、
［式１５］
として表現し、係数（ｋ_１およびｋ_２）の大きさも実験的にそれぞれ０．０５（kg/m*sec）および５００（kg/m*sec2）と定めた。また、可動基材が回転ロールの場合には
［式１６］
となる（Rはロール半径、ωは回転速度）。上記係数は気体の種類、温度、密度、流速等の因子によって上記の範囲内で変動するが、本寄与の厳密な物理的構成や表現については今後の学術検討に待つことにし、本発明では技術要因としての実験的把握に留まる。

無機熱可塑性材料を所定の温度に維持する設備としては、バーナー、電気ヒーター、輻射部材、断熱部材等が用いられ、加えて部分的な冷却設備も有用な場合がある。
式（１）を満たすような条件設定は、それを可能とする制御・調節設備を必要とする。これらの設備は図１，２に図示していないが、溶融状態にある材料の温度と流量を制御・調節するための機構を備えたノズル、スリット、バルブ、ツィールや坩堝・加熱炉、供給されバンクにある材料や間隙を通った後の材料等の温度を制御・調節する設備、多孔質基材の位置と振動、移動、回転等の動きを制御・調節する設備、間隙の水平性や対称性を制御・調節する設備、間隙を通った後の材料に掛かる重力や引張力を制御・調節する設備等が例示される。これらの設備と装置全体の機能を発揮させるための各種の測定器具やコンピューター等も必要である。

成形する材料の形状は板状であるが、その厚みは10μから数mmまでを対象として、所謂フィルム状の形状も含まれる。また基材の表面形状、間隙の温度の制御や気体中に含ませる反応性成分等によって得られる板状材料の表面形状の制御、結晶構造の制御や複合材料への転換も可能であり、そのような成形材料の製法や製造装置も本発明の範囲に含まれる。

本発明で得られる製品の特徴はその表面状態であるが、特にガラスの場合、耐水性、耐候性並びに表面平滑性に優れた、板状若しくはフィルム状のガラス製品が得られ、各種の基板ガラスやガラスフィルムとして特に有用である。

本発明により、熔融に高温を要する金属やガラス等の無機熱可塑性材料を、従来の大規模な生産装置或いは複雑で高価な生産装置を必要とせず、省資源、省エネルギーで、設備投資や生産コストを抑えて、容易に安定かつ円滑に、良好な表面状態や品質を有する板状の成形品に成形することが可能となる。特に従来困難であった、気体を介在させるスリットや回転ロール等による成形方法の確立を図ることができ、関連産業の発展に貢献する。また、ガラス製品においては、耐水性、耐候性並びに表面平滑性に優れた、板状若しくはフィルム状のガラス製品が得られ、各種の基板ガラスやガラスフィルムとして関連産業に資する。

本発明を実施するための基材固定装置例の側面図である。 本発明を実施するための基材可動装置例の側面図である。

以下、ソーダライムガラスを例にとって、実施の最良の形態を示すが、本発明の範囲はこの例示に留まらず、重力を主たる駆動力として材料を移送・処理し、材料を気体介在下に基材が形成する間隙を通して板状に成形する技術であれば、他の種類のガラスやシリコン等の金属等の無機熱可塑性材料を対象として取り扱う技術も含まれることは言うまでもない。

以下図１に示すスリット型の成形装置を用いてソーダライムガラスを板状に成形する場合について述べる。１４００℃以上の温度で充分熔融し、均一な素地となっている溶融ソーダライムガラスをノズルから１０００℃〜１３５０℃の間の一定温度、一定の流速で、水を充分含浸させた多孔質基材からな一対の傾斜壁の最下端部に形成されるスリットの間に供給する。スリットは長尺方向の水平が確保されるような測定と制御の可能な機構を有する。スリットの間隙は傾斜壁をその傾斜角を維持したまま上下にスライドさせることにより調節可能な仕組みを有する。またスリットの長尺方向両端は同様に含水多孔質基材からなる壁面を設ける。イオン交換と蒸留を施された水をスリット形成壁面の多孔質基材の背面から供給する。溶融ソーダライムガラスの供給を始める際にはスリットの間隙は広めに設定し、以後適宜スリットの間隙を狭めて調節し、ガラスの供給量、密度、粘度、表面張力、水蒸気膜の厚み、バンクの高さ、幅、スリットの下方に形成される板状ガラスリボンの長さ等が式（１）を満たすように供給量とスリットの間隙を制御する。必要があればスリットを形成する壁面を循環可動式にすることも有用である。

また、図２に示す回転ロール型の成形装置を用いてソーダライムガラスを板状に成形する場合について述べる。１４００℃以上の温度で充分熔融し、均一な素地となっているソーダライムガラスをノズルから１０００℃〜１３５０℃の間の一定温度、一定の流速で、水を充分含浸させた多孔質基材からなる一対の回転ロールの間に供給する。回転ロールは半径５〜２０cm、平均孔径５〜５０μｍ、平均表面粗さ１００〜５００μｍの親水性繊維状材料からなる。ロールは回転しながら、ガラスと対面していない部位で水槽に浸かり水を補給される。用いる水はイオン交換と濾過によって無機イオンと固体不純物を除いた水である。ロール間隙は０．１mm単位で１mmから１０mmの間で制御できるように制御され、長尺方向の水平が確保されるように制御される。ロール***部に供給された溶融ガラスは粘度、ロール間隙、供給速度に応じてバンクを形成する。さらにロール直下５〜２０cmの距離にロール間隙を通って成形された板状ガラスを保持する水蒸気発生多孔質基材が置かれ、成形された板状ガラスのロール間隙部分に掛る重力を制御する。これらの、溶融ガラス供給速度（dw/dt）、多孔質基材からなるロールが形成する間隙（d）、バンクの高さ（H）とそれによってロール半径（R）に応じて定まるバンクの幅（２X）、供給する水の量とガラスの温度によって定まる水蒸気層の厚み（δ）、ロールの回転速度（ω）、ロール基材の凹凸（A）、ならびにロール間隙を通って成形される板状ガラスの重力の掛かる長さ（l）を式（１）に従って調整し、板状ガラスを連続的に成形する。通常は所望の板状ガラスの厚みを与件として設定し、逐次それ以外の条件を設定した後にガラスの供給速度を設定するが、式（１）にしたがって条件設定をする限り、これ以外の順序や与件設定でも差し支えない。また、その際、基材間隙の下に板状に成形される材料のリボンの保持、温度制御等は上記条件に合わせて、的確に設定することが重要であり、本技術に従えば予めその設定が可能となる。

以下、本発明を具体的に証する実施例と式（１）を満たさない場合とロール間隙が水平に制御されていない場合を比較例として示す。
（実施例１）

汎用ソーダライムガラスを表面平均凹凸５００μｍの多孔質基材からなる半径５cm、長さ５０cm、長さ方向３０cmの間隔で上記と同様の多孔質基材からなる仕切り板を設けた一対の水平に設置された水蒸気発生回転ロールを用いて、厚み２ｍｍの板状ガラスリボンの成形を行なった。ロールはいずれも毎分６０回転（２π/sec）で回転させ、水はイオン交換精製後さらに蒸留したものを用い、ロールのガラスと接面しない部分で水槽に浸して供給した。この条件下での式（１）のロール回転による駆動力Fは０．２６６（kg/sec²）である。また、ロール間隙直下の板状に成形されて流下するガラスリボンの温度を制御すると共にロール間隙から２０ｃｍ下に次工程の設備によってリボンを支持しつつリボンの処理を行なった。別途測定した上記ロール基材と熔融ガラスとの間に形成される水蒸気層の厚みはおよそ２００μであった。

溶解炉から流量調節可能なバルブ付きノズルを通して１２７５℃の溶融状態の該ソーダライムガラス（密度２３５０ｋｇ/ｍ^３、粘度５０Pa・sec、表面張力３１５ｍN/ｍ）を、溶融ガラスのノズルからの供給量が（１）式に従ってバンクの高さが４cmとなるように毎分３kg（式（１）の１０３％）に設定した。
供給開始時にはロールの間隙を４ｍｍに設定し、次第に間隙を狭め、最終的に２ｍｍに設定した。
ロール上のバンクはロール間隙を狭めるに従って徐々に増加し、やがて一定の量で、定常に達し、熔融ガラスは約４cm/secの速さで安定して幅約３０cmの良好な表面状態の板状リボンに成形され続けた。その時の板状リボンのロール間隙直下の厚みの写真観測値は１．９ｍｍ、ロール上の熔融ガラスのバンクの幅は約４ｃｍと観測され、このバンクの幅に相当する熔融バンクの高さは約４ｃｍと設定値に相当した。
（実施例２）

実施例１と同様に、１０８５℃の熔融ソーダライムガラス（密度２３９０ｋｇ/ｍ^３、粘度５００Pa・sec、表面張力３２０ｍN/ｍ）を半径１０ｃｍ、長さ５０ｃｍ、長さ方向２０cmの間隔で上記と同様の多孔質基材からなる仕切り板を設けた表面凹凸５００ミクロンのロールを毎分３０回転で用いて、厚み約５ｍｍの板状リボンへの成形を行なった。ガラスの温度が実施例１よりも低く、粘度が高いことから、バンクの高さを８ｃｍと高い値に設定した。ロール間隙直下のリボン長は実施例１と同様２０ｃｍとした。別途測定した本実験条件下の水蒸気層の厚みは約１５０μであった。式（１）を用いて、熔融ガラスの供給量を毎分２ｋｇ（式（１）の計算値の９５％）と設定した。
ロールの間隙を実施例１と同様に熔融ガラス供給初期には広めに調整し、以後徐々に狭めて５ｍｍに設定した。バンクは徐々に増加してやがて定常状態に達し、安定して幅約２０ｃｍの良好な表面状態の板状のガラスリボンが約１．５cm/secの速さで成形され続けた。その時のバンクの幅はおよそ８．５ｃｍと観測され、相当するバンクの高さは８ｃｍと設定値に相当した。ロール間隙直下のガラスリボンの厚みは４．９ｍｍと写真観測された。

本発明の成形方法によれば、熔融に高温を要する金属やガラス等の無機熱可塑性材料を、従来の大規模な生産装置或いは複雑で高価な生産装置を必要とせず、省資源、省エネルギーで、設備投資や生産コストを抑えて、容易に安定かつ円滑に、良好な表面状態や品質を有する板状の成形品に成形することが可能となる。そのため、ガラスだけでなく、シリコン等の金属をはじめとした各種無機熱可塑性材料の板状若しくはフィルム状の製品の成形に幅広く応用できると考えられる。

〔図１について〕
１：溶融無機熱可塑性材料供給設備
２：溶融無機熱可塑性材料
３：固定気体噴出多孔質基材
４：間隙（基材間距離d）
５：気体層（厚みδ）
６：バンク
７：バンク高さ（H）
８：バンク中央部から端部までの距離（X）
９：間隙の下の成形された無機熱可塑性材料
１０：溶融無機熱可塑性材料供給速度（dw/dt）
１１：間隙を通して成形された材料に掛かる下向きの力（f_d）
１２：多孔質基材への気体もしくは気体に変換される液体の供給設備
１３：間隙を通して成形された材料を保持する設備
〔図２について〕
１：溶融無機熱可塑性材料供給設備
２：溶融無機熱可塑性材料
３：回転ロール状気体噴出多孔質基材
４：間隙（基材間距離d）
５：気体層（厚みδ）
６：バンク
７：バンク高さ（H）
８：バンク中央部から端部までの距離（X）
９：間隙の下の成形された無機熱可塑性材料
１０：溶融無機熱可塑性材料供給速度（dw/dt）
１１：間隙を通して成形された材料に掛かる下向きの力（f_d）
１２：多孔質基材への気体もしくは気体に変換される液体の供給設備
１３：間隙を通して成形された材料を保持する設備
１４：多孔質基材ロール半径（R）

Claims (10)

1. 熔融状態にある無機熱可塑性材料を板状に成形する方法であって、気体を一様に噴出する一対の多孔質基材が形成する、該基材の長尺方向に対称かつ水平な間隙を通して、該間隙の幅（d）、材料のたまり（バンク）と該基材との間に噴出する気体層の平均厚み（δ）、間隙部分からバンク上面までの高さ（H）、該バンクの上面の中央からバンク上面の端部までの距離（X）、バンクの奥行きおよび形成される該材料の幅（いずれもＹ）、間隙を通して成形される該材料に掛かる引き出しの力（ｆ_ｄ）、該材料の密度（ρ）、該材料の粘度（η）、該材料の表面張力（σ）、該多孔質基材の表面による該材料を駆動する力（F）および重力の加速度（g）に従って該材料のバンクへの供給速度（dw/dt）が式（１）の右辺の±２５％以内に収まるように条件設定することを特徴とする無機熱可塑材料の板状成形の方法。
   ［式１］
   但し、式（１）において、σおよびFはいずれも基材が形成する間隙の長尺方向単位長さ当たりのMKS単位で表示される物理量である。Fは対面する多孔質基材の少なくとも一方の表面が可動する場合に、
   ［式２］
   で表される式で定義され、uおよびAはそれぞれMKS単位で表示される可動表面の動く速度および該基材の表面の微細な凹凸の山谷の差高の平均値であって、またｋ_１およびｋ_２は係数であってそれぞれ０．０５および５００であり、Fは該多孔質基材の表面のいずれもが可動しない場合には考慮しない物理量である。
2. 熔融状態にある無機熱可塑性材料のバンクへの供給および間隙からの送り出しと引き出しの駆動力が主として重力であることを特徴とする請求項１の方法。
3. 表面に１０００ミクロン以下１０ミクロン以上の微小な凹凸を有する一対の多孔質基材からなるロールを用いて成形することを特徴とする請求項１の方法。
4. 無機熱可塑性材料がガラスであることを特徴とする請求項２の方法。
5. 気体が水蒸気を主成分とすることを特徴とする請求項２の方法。
6. 熔融状態にある無機熱可塑性材料を一定速度、一定温度で供給する設備、表面から気体を一様に噴出し、長尺方向に対称かつ水平な間隙を形成する一対の多孔質基材、該基材表面から気体を噴出させるための気体もしくは液体の供給設備、間隙を通して成形された無機熱可塑性材料を保持する設備、該無機熱可塑性材料を所定の温度に維持する設備、ならびに式（１）を満たすような条件設定を可能とする測定・制御・調節設備を設けることを特徴とする熱可塑性材料の成形装置。
7. 多孔質基材が表面に１０００ミクロン以下１０ミクロン以上の微小な凹凸を有し、対面する一対の回転ロールをなすことを特徴とする請求項６の装置。
8. 成形する無機熱可塑性材料がガラスであることを特徴とする請求項７の装置。
9. 多孔質基材に水を供給する設備を備えていることを特徴とする請求項７の装置。
10. 耐水性、耐候性並びに表面平滑性に優れた、請求項１の方法で得られた板状若しくはフィルム状のガラス製品。