JP2013053062A - 強化ガラス製造方法及び強化ガラス製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、強化ガラス製造方法及び強化ガラス製造装置に関し、より詳細には、ヒーター及び高周波を利用した強化ガラス製造方法及び強化ガラス製造装置に関するものである。
【解決手段】このために、本発明は、加熱部にガラスを装入する移送ステップ；前記ガラスを、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）及び高周波発生器を利用して加熱する加熱ステップ；及び、前記ガラスをクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する冷却ステップ；を含むことを特徴とする強化ガラス製造方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、強化ガラス製造方法及び強化ガラス製造装置に関し、より詳細には、ヒーター及び高周波を利用した強化ガラス製造方法及び強化ガラス製造装置に関する。
ガラス素材は、太陽電池カバー、薄膜液晶表示装置（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ‐ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ， ＴＦＴ‐ＬＣＤ）、プラズマディスプレイパネル（ｐｌａｓｍａ ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）、有機ＥＬ（ｏｒｇａｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏ ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ）等といった平板ディスプレイ、各種モバイル電子機器カバー等、多様な産業分野において使用が急増している。
このようなガラス素材は、軽量化及び薄型化が要求されており、これにより脆性の大きいガラス素材の特性上、安定性の確保が問題となっている。
このようなガラスの安定性を確保するために、多様な強化方法が研究されている。
従来のガラス強化技術としては、ガラスの表面と水溶液（溶融塩）との間のイオン交換による化学強化技術とガラスの熱処理を通じた熱強化技術がある。
しかし、化学強化の場合、ガラスと水溶液との間のイオン交換に必要な工程時間、ガラスのサイズ、及び水溶液の再活用（汚染及び濃度制御）等の側面において活用価値が低下するという短所がある。
また、従来の熱強化技術は、高温の水平炉に板ガラスを移動させながら昇温した後にクエンチングを進行するが、ガラスが強化炉内部に入っている時間が限定的であり、加熱時にガラス表面から温度が上昇するため、ガラスの内・外部温度の均一化に限界があり、また、ガラスの強化可能最小厚さが３．２ｔで制限的であるという問題がある。
そこで、均質加熱を図るための空気循環システム（ａｉｒ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）及び新たなクエンチング技術（ｗａｔｅｒ ｍｉｓｔ、圧縮空気の流量調節等）を利用して、また、搬送方式の改善（ａｉｒ ｆｌｏａｔｉｎｇ）を通じて、過熱（ｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ）時にもガラスが変形（ｒｏｌｌｅｒ ｗａｖｅ， ｗａｒｐ等）することを防止して、従来技術に比べて高いクエンチング開始温度を確保する等の方法を通じて前記問題を解決しようと努力している。
しかし、このような方法等によっても、強化可能なガラスの最小厚さが２．８ｔ程度に制限され、強化ガラスの軽量化及び薄板化の限界を有するという問題点を有する。
また、このような強化技術の改善にもかかわらず、対流や輻射加熱を利用する従来の強化技術はガラス表面から加熱されるので、クエンチング時に確保できるガラス内・外部温度の差が制限的であり、特に、温度が内部温度よりも高く形成されてガラスの強化のための表面圧縮応力の確保に不利であるという問題点を有する。
本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであり、本発明の目的は、ガラスの内・外部温度を制御して、強化後に大きな形成応力を有するガラスを提供することである。
このために、本発明は、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）及び高周波発生器を利用してガラスを加熱する加熱ステップ；及び、前記ガラスをクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する冷却ステップ；を含むことを特徴とする強化ガラス製造方法を提供する。
ここで、前記加熱ステップは、前記ガラスが第１ヒーターにより加熱された第１加熱段階；及び、前記第１加熱段階により加熱された前記ガラスを、第２ヒーター及び前記高周波発生器を利用して加熱する第２加熱ステップ；からなっていてよい。前記第１加熱ステップにより前記ガラスが３００℃〜８００℃（ガラス表面温度）に加熱され、前記第２加熱ステップにより前記ガラスが３５０℃〜８５０℃（ガラス表面温度）に加熱されてよい。
また、前記加熱ステップにより加熱された前記ガラスの内部温度は、前記ガラスの外部温度よりも大きい、又は等しくてよい。
そして、前記ガラスは、厚さが２．８ｔ以下であってよい。
また、前記高周波発生器は、０．９８ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの振動数を有する高周波を発生させてよい。好ましくは、前記高周波発生器は、２．４ＧＨｚ又は５．８ＧＨｚの振動数を有する高周波を発生させてよい。
そして、前記冷却ステップは、空気、微噴霧（ｗａｔｅｒ‐ｍｉｓｔ）、及びクール（ｃｏｏｌ）ローラーにより前記ガラスをクエンチングするものであってよい。
また、本発明は、ガラスを熱強化する強化ガラス製造装置において、前記ガラスを移送する移送部、前記ガラスを加熱するためのヒーター及び高周波発生器を含む加熱部；並びに、加熱された前記ガラスをクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）するための冷却部；を含むことを特徴とする強化ガラス製造装置を提供する。
ここで、前記加熱部は、前記第１ヒーターにより前記ガラスを加熱する予熱炉；並びに、前記第２ヒーター及び前記高周波発生器により前記ガラスを加熱する本加熱炉；を含んでなっていてよい。
そして、前記移送部は、前記加熱部における前記ガラスの移送時、前記ガラスが損傷することを防止するエア供給器を含んでよい。
本発明によれば、ガラスの加熱過程においてガラス内・外部温度の差が正の値を有するようにして、強化後にガラスが大きな形成応力を確保できるようにすることにより、ガラスの強度をさらに向上させることができる。
本発明の一実施例に係る強化ガラス製造方法の概略的な流れ図である。 従来のヒーターによる加熱に伴うガラスの内・外部温度の差を図示したグラフである。 ガラスの外部温度が一定温度に到達した後の内・外部温度の変化を図示したグラフである。 ガラスの内・外部温度が６００℃となるように加熱した後、高周波出力によるガラスの内・外部温度の変化を示したグラフである。 高周波の出力及び稼働を制御してガラスの内・外部温度を調節したグラフである。 ガラスの初期温度に応じた高周波加熱後の、ガラスの内・外部温度の差を示したグラフである。 ガラスの厚さに応じたガラスの内部温度の変化を示したグラフである。 本発明の他の実施例に係る強化ガラス製造装置の概略的な構成図である。 本発明の他の実施例に係る強化ガラス製造装置の一構成部である加熱部の概略的な構成図である。
以下では、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る強化ガラス製造方法及び強化ガラス製造装置について詳細に説明する。
なお、本発明を説明するにあたり、関連する公知の機能或いは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
図１は、本発明の一実施例に係る強化ガラス製造方法の概略的な流れ図である。
図１を参照すると、本発明に係る強化ガラス製造方法は、移送ステップ（Ｓ１１０）、加熱ステップ（Ｓ１２０）、及び冷却ステップ（Ｓ１３０）を含んで構成されてよい。
強化ガラスを製造するために、まず、強化するガラスを加熱部へ移送する（Ｓ１１０）。
ガラスは、厚さが２．８ｔ以下の薄板ガラスであってよい。
その後、加熱部に装入されたガラスを、ヒーター及び高周波発生器を介して加熱する（Ｓ１２０）。
ヒーターは、電気抵抗により熱を発生させて、ガラスをガラス外部から内部へ加熱し、高周波発生器は、高周波を発生させて、ガラス内部のイオンを振動させることによりガラス内・外部全体を加熱させる。
ここで、高周波発生器は、０．９８ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの振動数を有する高周波を発生させ、好ましくは、２．４ＧＨｚ又は５．８ＧＨｚの振動数を有する高周波を発生させる。
加熱されるガラスの内・外部温度の差は、加熱時の雰囲気温度、高周波の出力、ガラスの嵩等の制御を通じて制御してよく、好ましくは、加熱されるガラスの内部温度が外部温度よりも大きく、又は等しくなるときまで加熱されてよい。
一般的に、強化ガラスは、ガラスの応力を誘導してガラスの機械的強度を向上させたガラスをいい、強化後のガラスの形成応力は、下記式により表される。
Figure 2013053062
 （ここで、σ：ガラスの強化後の応力、ν：Ｐｏｉｓｓｏｎ´ｓ ｒａｔｉｏ、α：熱膨張係数、Ｅ：Ｙｏｕｎｇ´ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ、ΔＴ（ΔＴ加熱＋ΔＴクエンチング）：ガラスの内部温度−外部温度）
従来のヒーターによる加熱の場合（ΔＴ加熱）、輻射・対流・伝導方式の加熱により、ガラスの内・外部温度の差が負の値を有する。これに対し、クエンチング（ΔＴクエンチング）時には、内・外部温度の差が正の値を有するので、強化後に確保可能な応力が小さくなるという問題点を有している。
そこで、本発明は、ヒーター及び高周波発生器を利用して、ガラスを加熱する。
ヒーターによる加熱は、ガラスの外側（表面）から行われることになり、高周波による加熱は、ガラスの内・外部全体（体積）にわたって行われることになる。
したがって、ガラスは、ヒーター及び高周波により加熱されるのに対し、加熱部の温度雰囲気はヒーターによる加熱温度のみによるので、加熱部の温度がガラスの温度よりも低くなり、これによりガラスの表面温度は、外気による表面温度の奪取により、ガラスの内部温度よりも低い温度勾配を形成することになる。
すなわち、加熱過程において、ガラスの内・外部温度の差（ΔＴ加熱）が正の値を有するようになるので、強化後のガラスは、大きな形成応力を確保することができ、ガラスの強度をさらに向上させることができる。
加熱部に装入されたガラスの加熱ステップは、第１ヒーターによる第１加熱ステップと、第２ヒーター及び高周波により加熱される第２加熱ステップとからなってよい。
このように、第１ヒーターによりガラスを加熱した後、第２ヒーター及び高周波によりガラスを加熱することにより、高周波加熱によりガラスの内部温度を高めながらも、高周波によるガラス加熱時に発生する温度制御の難易及び局部加熱現象を改善することができる。
すなわち、高周波加熱の場合、ガラス温度の非線形的な上昇による熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎｗａｙ）現象、及びガラス上の高周波をよく吸収する点（ｓｐｏｔ）における局部加熱現象が発生するようになる。
しかし、ヒーターによる抵抗加熱を通じて高周波加熱による熱暴走現象が発生する一定温度以上に加熱した後に、高周波加熱をすることにより、ガラスの熱暴走現象を防止し、局部加熱現象を緩和することができる。
このとき、第１加熱ステップは、ガラスを３００℃以上、第２加熱のステップにおいてガラスを加熱する加熱温度以下の温度にガラスを加熱してよい。
第１加熱ステップにおける加熱温度と第２加熱ステップにおける加熱温度が同一である場合であっても、第２加熱ステップの場合、高周波加熱を含むので、ガラスの内部温度が第１加熱ステップによるガラスの内部温度よりも高く形成される。
好ましくは、第１加熱ステップは、ガラスを３００℃以上、８００℃以下に加熱し、第２加熱ステップは、ガラスを３５０℃以上、８５０℃以下に加熱することが望ましい。
最後に、加熱されたガラスをクエンチングすることにより、強化ガラスを製造することができる（Ｓ１３０）。
このとき、クエンチングは、冷却された圧縮空気及び微噴霧（ｗａｔｅｒ‐ｍｉｓｔ）を加熱されたガラスに噴射し、クール（ｃｏｏｌ）ローラーを介して加熱されたガラスを移送することにより行われてよい。
図２〜図７は本発明に係る高周波加熱によるガラスの効果を説明するためのグラフである。
図２は、従来のヒーターによる加熱に伴うガラスの内・外部温度の差を図示したグラフであり、図３は、ガラスの外部温度が一定温度に到達した後の内・外部温度の変化を図示したグラフである。
図２を参照すると、従来のヒーターによる加熱の場合、ガラスの外部温度が内部温度に比べて高く形成されることが分かり、よって、上述したところのように、ガラス強化のための応力形成に不利な効果を有することが分かる。
また、図３を参照すると、ガラスの外部温度が内部温度と等しくなるのに長い時間がかかるので、従来の方法を使用して一定の工程時間内にガラスの内・外部温度を一定に調節・維持することが困難であることが分かる。すなわち、従来のヒーターによる加熱後に、ガラスの内・外部温度を等しくして高い形成応力を持たせる方法は、インライン（ｉｎ‐ｌｉｎｅ）工程に適用することが難しいのである。
図４は、ガラスの内・外部温度が６００℃となるように加熱した後、高周波出力によるガラスの内・外部温度の変化を示したグラフである。
図４を参照すると、高周波を利用してガラスを加熱する場合、ガラスの内部が先に加熱されることが分かる。これにより、強化後のガラスは、上述したところのように、大きな圧縮応力を形成することができるのである。
図５は、高周波の出力及び稼働を制御してガラスの内・外部温度を調節したグラフである。すなわち、本発明は、高周波出力制御を通じてガラスの内・外部温度を調節することにより、強化後のガラスの応力を効率的に制御することができる。
図６は、ガラスの初期温度に応じた高周波加熱後の、ガラスの内・外部温度の差を示したグラフである。
図６を参照すると、ガラスの初期温度が異なるガラスの内・外部温度の変化は大きな差を持たないため、一定温度以上においては、ガラスの温度制御が容易であることが分かる。
図７は、ガラスの厚さに応じたガラスの内部温度の変化を示したグラフである。
図７を参照すると、ガラスの厚さが薄くなるほどガラス内部温度の上昇速度が増加することが分かる。すなわち、薄板ガラスの場合も、高周波を利用した加熱が可能であるだけでなく、強化工程時間を減らして高い生産性を見せ得ることを示す。
図８は、本発明の他の実施例に係る強化ガラス製造装置の概略的な構成図である。
図８を参照すると、本発明に係る強化ガラス製造装置は、移送部１００、加熱部２００、及び冷却部３００を含んで構成されてよい。
移送部１００は、強化させようとするガラス１０を移送する。図８には、移送部１００がローラーを含むことを例示しているが、本発明はこれに限定されず、ガラスの表面が非接触方式で移送されるように具現されてもよい。
また、移送部１００は、加熱部２００におけるガラス１０の移送時、ガラスが損傷することを防止するためのエア供給器（図示せず）を含んでよい。
加熱部２００の高温環境でローラーを利用してガラス１０を移送する場合、ガラス表面とローラーとが接触する過程においてガラスの反り、垂れ、スクラッチ、又は波模様の溝（別名、ローラーウェーブ）等といったガラスの表面が損傷する問題が発生する。
そこで、エア供給器（図示せず）を介してガラスとローラーとが接触し、熱により反ったり垂れたりするガラスの下面に空気を供給してエアクッションを形成させることにより、反ったり垂れたりするガラスを支え、ガラスの表面が損傷することを防止してよい。ここで、ガラスに供給される空気は、高温の空気であってよい。
加熱部２００は、ガラスを加熱するためのヒーター２０１及び高周波発生器２０２を含んで構成される。図８においては、ヒーターと高周波発生器をそれぞれ１つずつのみ図示したが、一般的に、ガラスのサイズに対応してそれぞれ複数のヒーターと高周波発生器が具備される。この場合、ヒーターと高周波発生器は、互いに交互に配置されることが好ましい。
上述したところのように、ヒーター２０１は、電気抵抗により熱を発生させてガラス１０をガラスの外部から内部へ加熱し、高周波発生器２０２は、高周波を発生させてガラス１０内部のイオンを振動させることで摩擦熱によりガラス内・外部全体を加熱させる。
図９は本発明の他の実施例に係る強化ガラス製造装置の一構成部である加熱部の概略的な構成図である。
加熱部２００は、図９に図示されたところのように、第１ヒーター２１１によりガラス１０を加熱する予熱炉２１０と、第２ヒーター２２１及び高周波発生器２２２によりガラス１０を加熱する本加熱炉２２０を含んで構成されてよい。
実施例に応じて、前記第１ヒーターと第２ヒーターは、同一のヒーターであってよい。たとえば、ガラス１０が加熱部において一時停止した状態で加熱され、又はヒーターがガラスに沿って移動する形態の強化ガラス製造装置においては、同一のヒーターを使用して余熱及び本加熱を行ってもよい。
冷却部３００は、加熱部により加熱されたガラス１０をクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する。
図９においては、第１ヒーター並びに第２ヒーター及び高周波発生器をそれぞれ１つずつのみ図示したが、一般的に、ガラスのサイズに対応してそれぞれ複数の第１ヒーター並びに第２ヒーター及び高周波発生器が具備される。
以上のように、本発明は、限定された実施例と図面により説明されたが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、こうした記載から多様な修正及び変形が可能である。
そのため、本発明の範囲は、説明された実施例に極限されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。
１０：ガラス
１００：移送部
２００：加熱部
２０１，２１１，２２１：ヒーター
２０２，２２２：高周波発生器
２１０：予熱炉
２２０：本加熱炉
３００：冷却部

Claims (11)

  1. ガラスを、ヒーター（ｈｅａｔｅｒ）及び高周波発生器を利用して加熱する加熱ステップ；及び
    前記ガラスをクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）する冷却ステップ；
    を含むことを特徴とする強化ガラス製造方法。
  2. 前記ヒーターは、第１ヒーター及び第２ヒーターを含み、
    前記加熱ステップは、
    前記第１ヒーターを利用して前記ガラスを加熱する第１加熱ステップ；及び
    前記第１加熱ステップにより加熱された前記ガラスを、前記第２ヒーター及び前記高周波発生器を利用して加熱する第２加熱ステップ；
    からなることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス製造方法。
  3. 前記高周波発生器は、０．９８ＧＨｚ〜６．０ＧＨｚの振動数を有する高周波を発生させることを特徴とする、請求項２に記載の強化ガラス製造方法。
  4. 前記高周波発生器は、２．４ＧＨｚ又は５．８ＧＨｚの振動数を有する高周波を発生させることを特徴とする、請求項３に記載の強化ガラス製造方法。
  5. 前記第１加熱ステップは、前記ガラスを３００℃以上、８００℃以下に加熱し、
    前記第２加熱ステップは、前記ガラスを３５０℃以上、８５０℃以下に加熱することを特徴とする、請求項２に記載の強化ガラス製造方法。
  6. 前記加熱ステップにより加熱された前記ガラスの内部温度は、前記ガラスの外部温度よりも大きい、又は等しいことを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス製造方法。
  7. 前記ガラスは、厚さが２．８ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス製造方法。
  8. 前記冷却ステップは、
    空気、微噴霧（ｗａｔｅｒ‐ｍｉｓｔ）、及びクール（ｃｏｏｌ）ローラーにより前記ガラスをクエンチングすることを特徴とする、請求項１に記載の強化ガラス製造方法。
  9. ガラスを熱強化する強化ガラス製造装置において、
    前記ガラスを移送する移送部；
    前記ガラスを加熱するためのヒーター及び高周波発生器を含む加熱部；及び
    加熱された前記ガラスをクエンチング（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）するための冷却部；
    を含むことを特徴とする強化ガラス製造装置。
  10. 前記ヒーターは、第１ヒーター及び第２ヒーターを含み、
    前記加熱部は、
    前記第１ヒーターにより前記ガラスを加熱した後、
    前記第２ヒーター及び前記高周波発生器により前記ガラスを加熱することを特徴とする、請求項９に記載の強化ガラス製造装置。
  11. 前記移送部は、前記加熱部における前記ガラスの移送時、前記ガラスの下面にエアクッションを提供するエア供給器を含むことを特徴とする、請求項９に記載の強化ガラス製造装置。
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