JP2020045262A - 成形装置及び板ガラスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制することが可能な成形装置及び板ガラスの製造方法を提供する。【解決手段】成形装置1は、溶融ガラスGを板状に成形する成形体2を備える。成形体2は、溶融ガラスGが供給されるオーバーフロー溝5が形成される上部4と、オーバーフロー溝5から溢れ出た溶融ガラスGを流下させる一対の側壁面6a,6bと、一対の側壁面6a,6bを流下する溶融ガラスGを合流させる下端部8とを備える。成形体2は、高さHと幅Wとの比H/Wが2.8〜6となるように構成される。【選択図】図3
Description
本発明は、オーバーフローダウンドロー法によって溶融ガラスを板状に成形する装置及び板ガラスを製造する方法に関する。
液晶ディスプレイ(LCD)、有機ELディスプレイ(OLED)などのフラットパネルディスプレイ(FPD)用のガラス基板に代表されるように、各種分野に利用される板ガラスには、表面欠陥やうねりに対して厳しい製品品位が要求されるのが実情である。
このような要求を満たすために、板ガラスの製造方法としてオーバーフローダウンドロー法が広く利用されている。オーバーフローダウンドロー法は、断面が略楔形の成形体の上部に設けられたオーバーフロー溝に溶融ガラスを流し込み、このオーバーフロー溝から両側に溢れ出た溶融ガラスを成形体の両側の側壁面に沿って流下させた後、成形体の下端部で融合一体化し、一枚の板ガラスを連続成形するというものである。
成形体は、高温状態の溶融ガラスに対して耐食性の高い耐火物によって構成される必要がある。しかも、大型の板ガラスを製造する場合には、板ガラスの寸法に応じて成形体も長尺化することになる。さらに、成形体は、板ガラスを連続的に製造するために長期間にわたり高温化で所定の姿勢で支持され続ける。このような状況下において、成形体には、自重によって下方に撓むと共にクリープ変形が生じ、その結果、板ガラスの成形精度が低下するという問題があった。
その対策として、特許文献1には、長尺状に構成される成形体の長手方向端部に二以上の挿入孔を形成し、各挿入孔に支持部材を挿入することで当該成形体のクリープ変形を抑制する成形装置が開示されている。
しかしながら、上記の成形装置では、成形体に挿入される支持部材を必要とすることから、部品点数の増加による構造の複雑化を招き、成形装置の組み立て作業も煩雑化するおそれがある。
そこで本発明は、部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制することが可能な成形装置及び板ガラスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、溶融ガラスを板状に成形する成形体を備える成形装置において、前記成形体は、前記溶融ガラスが供給されるオーバーフロー溝が形成される上部と、前記オーバーフロー溝から溢れ出た前記溶融ガラスを流下させる一対の側壁面と、前記一対の側壁面を流下する前記溶融ガラスを合流させる下端部とを備え、前記成形体は、高さ(H)と幅(W)との比(H/W)が2.8〜6であることを特徴とする。
一般に、成形体のクリープ変形に係るクリープ速度(ひずみ速度)は、当該成形体に作用する応力に比例することが知られている(ノートン則:ε=Aσn)。また、成形体を単純梁としてみた場合、当該成形体に作用する最大曲げ応力(σmax)は、その最大曲げ応力(Mmax)に比例し、その断面係数(Z)に反比例する(σmax=Mmax/Z)。本発明では、成形体の高さ寸法を幅寸法に比して大きく設定することで、当該成形体の断面係数を増加させることができる。これにより、成形体に作用する応力(最大曲げ応力)を低減し、当該成形体のクリープ速度を低下させることが可能になる。以上によれば、成形装置は、部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制できる。
前記成形体は、長尺状に構成されており、成形装置は、前記成形体の長手方向両端部を挟んで押圧する押圧部を備えてもよい。
かかる構成によれば、押圧部によって成形体を長手方向に圧縮することで、成形体に作用する応力を低減できる。これにより、成形体のクリープ変形をより一層抑制できる。
前記一対の側壁面は、その中途部に凹部を有していてもよい。このように、成形体の側壁面に凹部を形成することで、当該成形体の重量を低減できる。これにより、成形体に作用する単位長さ当たりの荷重を低減でき、当該成形体に作用する応力を低く抑えることができる。凹部は、側壁面の中途部に形成されることから、成形体の図心に近い領域に形成されることになる。したがって、凹部を形成しても成形体の強度(断面係数)を低下させることはない。これにより、成形体の強度を低下させずにクリープ速度を低下させることができる。
上記構成の成形装置において、前記凹部は、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する一対の上部案内面と、前記一対の上部案内面と繋がる一対の平行な直線状の中間案内面と、前記中間案内面と繋がるとともに下方に向かうにつれて間隔が広くなるように傾斜する一対の下部案内面と、を備え得る。
かかる構成によれば、中間案内面を上部案内面と下部案内面とによって繋ぐことで、側壁面を流下する溶融ガラスが当該側壁面に接触し続けるように凹部を構成できる。
本発明は上記の課題を解決するためのものであり、溶融ガラスを成形体によって板状に成形する工程を備える板ガラスの製造方法において、上記いずれかの成形体を用いることを特徴とする。
本発明によれば、部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制することが可能になる。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図1乃至図3は、本発明に係る板ガラスの成形装置及び製造方法の第一実施形態を示す。
図1に示すように、成形装置1は、成形体2と、成形体2を支持する支持装置3とを備える。
成形体2は、デンスジルコンやアルミナ系、ジルコニア系等の耐火煉瓦により構成される。成形体2は、成形される板ガラスの幅方向に沿って長尺状に構成される。図2及び図3に示すように、成形体2は、上部4に形成されるオーバーフロー溝5と、オーバーフロー溝5から溢れ出た溶融ガラスGを流下させるための一対の側壁面6a,6bと、長手方向における一対の端面7a,7bと、溶融ガラスGを合流させる楔状の下端部8とを有する。成形体2は、オーバーフロー溝5から溢れ出た溶融ガラスGを、一対の側壁面6a,6bに沿って下方に流下させ、下端部8で合流させることで、板状に成形する。なお、図3は、成形体2の長手方向の中央位置(図2において矢視線III―IIIで示す位置)での断面図である。
オーバーフロー溝5は、成形体2の頂面に設けられ、凹状である。オーバーフロー溝5は、成形体2の長手方向に沿って長尺状に形成される。オーバーフロー溝5の底面は、成形体2の一方の端面7aから他方の端面7bに向かうにつれて、その深さが徐々に浅くなるように傾斜する。
図3に示すように、一対の側壁面6a,6bは、成形体2の幅方向(長手方向に直交する水平方向)における中央部を通る中心線Xに対して対称に構成される。各側壁面6a,6bの上下長さ寸法(高さ寸法)Hは、500〜1100mmとされることが好ましい。なお、本明細書において、成形体2の上下長さ寸法H(mm)は、当該成形体2の長手方向の中央位置における寸法を意味する。
成形体2の長さ寸法L1(端面7a,7b間の距離、図2参照)は、1700〜4000mmとされることが好ましい。成形体2の幅寸法Wは、170〜350mmとされることが好ましい。なお、本明細書において、成形体2の幅寸法W(mm)は、後述する第一案内部9における案内面9a,9b間の距離を意味する。
図3に示すように、成形体2の側壁面6a,6bは、溶融ガラスGを成形体2の上部4から下端部8へと案内する第一案内部9及び第二案内部10を有する。各案内部9,10は、成形体2における一方の端面7aから他方の端面7bに亘って形成されている。
第一案内部9は、一対の案内面9a,9bを有する。各案内面9a,9bは、側壁面6a,6bの上部に形成される。案内面9a,9bは、断面視において上下方向に沿って直線状に形成される平坦面である。一対の案内面9a,9bは平行に構成される。各案内面9a,9bは、オーバーフロー溝5を構成する壁部の外面に相当する部分である。
第二案内部10は、側壁面6a,6bの下部に形成される。第二案内部10は、一対の案内面10a,10bを有する。一対の案内面10a,10bは、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する面である。成形体2の中心線Xに対して案内面10a,10bが為す傾斜角度θは、10°〜30°とされることが好ましい。
成形体2の端面7a,7bは、成形体2の長手方向に突出する一対の突出部11a,11bを有する(図2参照)。各突出部11a,11bは、支持装置3により支持されている。各端面7a,7bには、一対の側壁面6a,6bを流れる溶融ガラスGを規制する鍔状のガイド部材12が設けられている。
支持装置3は、成形体2の上部4に形成される突出部11a,11bに取り付けられる覆設部材13と、成形体2を支持する一対の支持部14とを備える。覆設部材13は白金材料により構成され、支持部14は耐火煉瓦により構成される。
覆設部材13の一方は、溶融ガラスGを供給するための供給管15を成形体2のオーバーフロー溝5に連通させている。
覆設部材13が支持部14の上面に載置されることにより、覆設部材13を介して成形体2が支持部14で支持される。支持部14は、成形体2の長手方向に沿って位置変更可能に構成される。支持部14は、成形体2の端面7a,7bにおける下部(主に第二案内部10に対応する部位)に接触している。一対の支持部14は、成形体2に係る端面7a,7bの下部に押圧力Fを加える押圧部として機能する。すなわち、一対の支持部14は、成形体2の長手方向両端部(両端面7a,7b)を挟み込み、押圧力Fを加えることで、当該成形体2の下部を圧縮している。
以下、上記構成の成形装置1によって板ガラスを製造する方法(成形方法)について説明する。
まず、供給管15を通じて溶融ガラスGがオーバーフロー溝5に供給される。溶融ガラスGは、オーバーフロー溝5を満たすと、当該オーバーフロー溝5から溢れ出し、一対の側壁面6a,6bを伝って流下する。具体的には、溶融ガラスGは、第一案内部9の案内面9a,9b、及び第二案内部10の案内面10a,10bを順に伝って流下する。
溶融ガラスGは、側壁面6a,6bを流れる際に、ガイド部材12によって一定幅に規制される。一対の側壁面6a,6bを流下する溶融ガラスGは、成形体2の下端部8で合流する。これにより、溶融ガラスGは、所定の厚み及び幅を有する板状に成形される。その後、溶融ガラスGは冷却工程を経て板ガラスとなる。
本実施形態に係る板ガラスの成形装置1及び製造方法では、成形体2の上下長さ寸法(高さ寸法)Hを幅寸法Wよりも一定以上大きく設定することで、成形体2のクリープ変形を抑制できる。
一般に、成形体2のクリープ速度(ひずみ速度)εは、当該成形体2に作用する応力σに比例することが知られている(ε=Aσn:ノートン則)。
本実施形態において、成形体2を単純支持梁としてみた場合、当該成形体2の最大曲げ 応力σmaxは、以下の式(1)により求められる。
σmax=Mmax/Z ・・・(1)
ここで、Mmaxは成形体2の最大曲げモーメントであり、Zは断面係数である。
σmax=Mmax/Z ・・・(1)
ここで、Mmaxは成形体2の最大曲げモーメントであり、Zは断面係数である。
成形体2の最大曲げモーメントMmaxは、以下の式(2)により求められる。
Mmax=wL2/8 ・・・(2)
ここで、wは単位長さ当たりの荷重であり、Lは支点間距離(図2参照)である。
Mmax=wL2/8 ・・・(2)
ここで、wは単位長さ当たりの荷重であり、Lは支点間距離(図2参照)である。
本実施形態において、成形体2の高さH(mm)と、成形体2の幅W(mm)との比(H/W)は、2.8〜6とされる。このように、成形体2の高さHを成形体2の幅Wの2.8倍以上とすることで、成形体2を縦長形状に構成し、当該成形体2の断面係数Zを増加させることができる。したがって、成形体2の最大曲げ応力σmaxを低減し、当該成形体2のクリープ速度εを可及的に低減できる。成形体2のクリープ速度εをさらに低減する観点から、比(H/W)は4以上とすることが好ましい。一方、製造コストの増大を防止する観点から、比(H/W)は6以下とすることが好ましい。
さらに、成形装置1は、成形体2に係る長手方向の両端部(端面7a,7b)を支持部14(押圧部)によって押圧(圧縮)することで、当該成形体2の自重により下端部8(長手方向の中央部)に作用する引張応力(曲げモーメント)を低減できる。これにより、成形体2のクリープ変形をより一層抑制できる。両端部(端面7a,7b)を支持部14(押圧部)によって押圧(圧縮)する場合、成形体2の下部を押圧することが好ましい。これにより、成形体2のクリープ変形をさらに抑制できる。
図4は、本発明に係る成形装置の第二実施形態を示す。図4は、成形体2の長手方向の中央位置での断面図である。
本実施形態において、成形体2の各側壁面6a,6bは、溶融ガラスGを流下させるための第一案内部9、第二案内部10及び第三案内部16を備える。各案内部9,10,16は、成形体2の長手方向に両端面まで延びている。
第一案内部9は、第一実施形態と同様な一対の案内面9a,9bを有する。各案内面9a,9bは、側壁面6a,6bの最上部に形成される。側壁面6a,6bの上下長さ寸法H(mm)と、案内面9a,9bの上下長さ寸法H1(mm)との比(H1/H)は、0.15〜0.30(15〜30%)とされることが好ましい。成形体2の上下長さ寸法(高さ寸法)Hと、第一案内部9の幅寸法Wとの比H/Wは、第一実施形態と同様に2.8〜6とされる。
第二案内部10は、第一案内部9と第三案内部16との間に形成される。第二案内部10は、一対の側壁面6a,6bの中途部に形成される凹部である。第二案内部10は、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する一対の上部案内面10a,10bと、一対の上部案内面10a,10bと繋がる一対の平行な中間案内面10c,10dと、中間案内面10c,10dと繋がるとともに下方に向かうにつれて間隔が広くなるように傾斜する一対の下部案内面10e,10fと、を有する。
一対の上部案内面10a,10bは、第一案内部9における一対の案内面9a,9bの下方位置で当該案内面9a,9bと連続的に繋がっている。中心線X(上下方向)に対して上部案内面10a,10bが為す傾斜角度θ1は、20°〜30°とされることが好ましい。
中間案内面10c,10dは、上部案内面10a,10bの下方位置で当該上部案内面10a,10bと連続的に繋がっている。中間案内面10c,10dは、上下方向に沿って直線状に形成される平坦面である。中間案内面10c,10dは、第一案内部9の案内面9a,9bと平行に構成される。一対の中間案内面10c,10dの幅方向における離間距離(幅寸法)W1(mm)と、第一案内部9における一対の案内面9a,9bの離間距離(幅寸法)W(mm)とを比較すると、W1<Wとされ、その比(W1/W)は、0.20〜0.75とされることが好ましい。
下部案内面10e,10fは、中間案内面10c,10dの下方位置で当該中間案内面10c,10dと連続的に繋がっている。中心線Xに対して下部案内面10e,10fが為す傾斜角度θ2は、20°〜45°とされることが好ましい。
第二案内部10の上下長さ寸法H2(mm)と側壁面6a,6bの上下長さ寸法H(mm)との比(H2/H)は、0.25〜0.60とされることが好ましい。上部案内面10a,10bの上下長さ寸法H21(mm)と、中間案内面10c,10dの上下長さ寸法H22(mm)と、下部案内面10e,10fの上下長さ寸法H23(mm)とを比較すると、成形体2の強度を低下させることなく、その重量をさらに低減する観点では、H21<H22,H22>H23とされることが好ましい。また、上部案内面10a,10bから溶融ガラスGが剥離するのを防止する観点では、H23<H21,H23<H22とされることが好ましい。
第三案内部16は、一対の案内面16a,16bを有する。各案内面16a,16bは、第二案内部10に係る下部案内面10e,10fの下方位置で当該下部案内面10e,10fと連続的に繋がっている。
一対の案内面16a,16bは、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜するテーパ状の面である。中心線Xに対して各案内面16a,16bが為す傾斜角度θ3は、10°〜30°とされることが好ましい。一対の案内面16a,16bは、下部で交差しており、その交差点に下端部8が形成されている。
一対の案内面16a,16bの最大離間距離(第三案内部16の最大幅寸法)W2(mm)と、第一案内部9に係る案内面9a,9bの離間距離(第一案内部9の幅寸法)W(mm)とを比較すると、W2≦Wとされることが好ましく、その比(W2/W)は、0.3〜0.9とされることがより好ましい。
第三案内部16の上下長さ寸法H3(mm)と、第一案内部9の上下長さ寸法H1(mm)及び第二案内部10の上下長さ寸法H2(mm)とを比較すると、H3<H1、H3<H2とされることが好ましい。第三案内部16の上下長さ寸法H3と、側壁面6a,6bの上下長さ寸法Hとの比(H3/H)は、0.1〜0.3とされることが好ましい。
図示していないが、支持装置3の支持部14は、第一実施形態と同様に、成形体2の端面7a,7bにおける下部を支持している。具体的には、支持部14は、成形体2の端面7a,7bにおいて、主に第三案内部16に対応する部位に接触し、当該部位を押圧している。
本発明に係る成形装置1を使用して板ガラスを製造(成形)する場合、オーバーフロー溝5から溢れ出た溶融ガラスGは、第一案内部9の案内面9a,9b、第二案内部10の上部案内面10a,10b、中間案内面10c,10d、下部案内面10e,10f、及び第三案内部16の案内面16a,16bを順に伝って流下する。溶融ガラスGは、成形体2の下端部8で合流し、所定の厚み及び幅を有する板状に成形される。
本実施形態では、成形体2に係る側壁面6a,6bの中途部に第二案内部10を形成して軽量化することで、当該成形体2の単位長さ当たりの荷重wを低減させることができる。ここで、通常、軽量化に応じて断面係数Zが減少するので、軽量化は最大曲げモーメントMmaxが増加する要因となるが、本実施形態では、断面係数Zへの寄与が大きい重心から離れた部分(成形体2の上部4及び下部(下端部8))で形状を維持し、断面係数Zへの寄与が小さい重心に近い部分(中途部)に第二案内部10を形成する。このため、本実施形態では、軽量化による断面係数Zの減少を抑制することができる。
したがって、本実施形態では、第二案内部10が形成されていない場合(第一実施形態)と比較して、成形体2における強度を損なうことなく最大曲げ応力σmaxを低減することで、成形体2のクリープ速度εを可及的に低下させることができる。これにより、成形体2のクリープ変形を抑制し、その長寿命化を実現できる。したがって、高精度の板ガラスを長期に亘って効率良く製造することができる。
また、本実施形態では、成形体2を軽量化できることから、成形装置1を組み立てる場合の作業効率を向上させることも可能になる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
上記の第二実施形態では、第二案内部10の中間案内面10c,10dを断面視直線状の平坦面とした成形体2を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。中間案内面10c,10dは、上部案内面10a,10b及び下部案内面10e,10fと連続的に繋がる断面視凹状の曲面により構成されてもよい。
また、上記の第二実施形態において、第二案内部10における一対の中間案内面10c,10dは平行に構成されていたが、本発明はこの構成に限定されない。一対の中間案内面10c,10dは、下方に向かうにつれて間隔が広くなるように構成される傾斜面であってもよく、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように構成される傾斜面であってもよい。
上記の第二実施形態では、成形体2の各側壁面6a,6bに一つの凹部(第二案内部10)を形成したが、本発明はこの構成に限定されない。各側壁面6a,6bには、成形体2の長手方向に沿って長尺状に形成される凹部(第二案内部10)を上下に複数形成してもよい。
1 成形装置
2 成形体
4 上部
5 オーバーフロー溝
6a 側壁面
6b 側壁面
7a 端面(端部)
7b 端面(端部)
8 下端部
10 第二案内部(凹部)
10a 上部案内面
10b 上部案内面
10c 中間案内面
10d 中間案内面
10e 下部案内面
10f 下部案内面
14 支持部(押圧部)
G 溶融ガラス
H 成形体の高さ
W 成形体の幅
2 成形体
4 上部
5 オーバーフロー溝
6a 側壁面
6b 側壁面
7a 端面(端部)
7b 端面(端部)
8 下端部
10 第二案内部(凹部)
10a 上部案内面
10b 上部案内面
10c 中間案内面
10d 中間案内面
10e 下部案内面
10f 下部案内面
14 支持部(押圧部)
G 溶融ガラス
H 成形体の高さ
W 成形体の幅
Claims (5)
- 溶融ガラスを板状に成形する成形体を備える成形装置において、
前記成形体は、前記溶融ガラスが供給されるオーバーフロー溝が形成される上部と、前記オーバーフロー溝から溢れ出た前記溶融ガラスを流下させる一対の側壁面と、前記一対の側壁面を流下する前記溶融ガラスを合流させる下端部とを備え、
前記成形体は、高さ(H)と幅(W)との比(H/W)が2.8〜6であることを特徴とする成形装置。 - 前記成形体は、長尺状に構成されており、
前記成形体の長手方向両端部を挟んで押圧する押圧部を備える請求項1に記載の成形装置。 - 前記一対の側壁面は、その中途部に凹部を有する請求項1又は2に記載の成形装置。
- 前記凹部は、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する一対の上部案内面と、前記一対の上部案内面と繋がる一対の平行な直線状の中間案内面と、前記中間案内面と繋がるとともに下方に向かうにつれて間隔が広くなるように傾斜する一対の下部案内面と、を備える請求項3に記載の成形装置。
- 溶融ガラスを成形体によって板状に成形する工程を備える板ガラスの製造方法において、
前記成形体として、請求項1から4にいずれか一項に記載の成形体を用いることを特徴とする板ガラスの製造方法。
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