JP4178444B2 - 薄板ガラスの製造装置及び製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄板ガラスの製造装置及び製造方法、特に失透温度の高いガラスを薄板に製造するための製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高品質な薄板ガラスの製造方法として、従来からオーバーフローフュージョン法と称される製法が知られている。
【０００３】
オーバーフローフュージョン法は、下方に向けて収斂する断面くさび形状の成形体の両側面に沿って溶融ガラスを流下させるとともに、これらの溶融ガラスを成形体の下端縁部直下で合流させて一体化してガラスリボンを形成し、このガラスリボンを徐々に冷却しながら下方に引っ張ることによりガラス中に残留する歪みを取り除きながら薄板ガラスに成形する方法である。
【０００４】
このような成形方法では、断面くさび形状の成形体の下端縁部直下でガラスが合流した直後に成形が完了し、それ以降で変形させないようにする必要がある。そのため、断面くさび形状の成形体の下端縁部付近でのガラスの粘度が低すぎても高すぎても、高精度な板ガラスを得ることが難しく、従来のオーバーフローフュージョン法による成形では、成形体の下端縁部でのガラス粘度が３００００〜１００００００ポイズの範囲となるようにして薄板ガラスの製造を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、オーバーフローフュージョン法で成形するときの断面くさび形状の成形体の下端縁部付近でのガラス粘度には制限があるので、成形可能なガラスの失透粘度（すなわちガラスが失透する温度における粘度）には制約があった。すなわち、失透温度における粘度が３００００ポイズ未満のガラスのように、失透を開始する粘度が低い（失透温度が高い）ガラスは本質的に失透を生じさせずに成形することができなかった。仮に、失透温度における粘度が３００００ポイズ未満のガラスをオーバーフローフュージョン法で成形した場合、失透は防止できても、成形体の下端縁部付近でのガラスリボンの粘度が低いためにガラスリボン自体の自重や下方への引っ張り力によって急激に伸びてしまう。この結果、ガラスリボンが途中で破断したり、破断しないまでもガラス厚みが薄くなり過ぎたりするので、厚みが均一となる成形ができない。従って、従来のオーバーフローフュージョン法による製造装置では、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラスは成形できないという欠点があった。
【０００６】
また、従来のオーバーフローフュージョン法では、ガラスリボンが完全に固化し、切断するまで鉛直に引き下げる必要があり、高い建屋と上下に長い作業スペースが必要であった。また、建屋の高さの制約のために、十分な徐冷時間がとれず、これによりガラス中に残留する歪みの除去が不十分になるという欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、オーバーフローフュージョン法において、失透し易いガラスを成形できない、という従来のガラスに対する粘度の制約を大幅に緩和し、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラスでも容易に成形できる薄板ガラスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、高い建屋や上下に長い作業スペースを必要とせずに徐冷時間を十分に確保することができるので、ガラス中に残留する歪みを確実に除去することができる薄板ガラスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、下方に向けて収斂する断面形状を有し、収斂した下端縁部で両表面を流下した溶融ガラスを一体化してリボン状にする本体と、該本体の両側端に設けられ、溶融ガラスの幅を規制する側端部材とからなる成形体を備え、該成形体で形成したガラスリボンを下方に引っ張ることにより薄板ガラスを成形する薄板ガラスの製造装置において、前記本体の下端縁部近傍に、ローラ周面部に気体薄層を形成する１つの回転ローラを設けると共に回転方向を前記ガラスリボンが下方に引っ張られる方向と逆回転とし、前記ガラスリボンを下方に引っ張る途中で、前記ガラスリボンの下面側を前記ローラ周面部の上部でガラスリボンの幅全体にわたって非接触支持することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項１によれば、オーバーフローフュージョン法の成形体で形成されたガラスリボンを、気体薄層を介して非接触状態で支持する非接触支持部材を経由して下方に引っ張るようにしたので、成形体の下端縁部付近の低粘度なガラスリボン部分に加わる力を小さくすることができる。これにより、失透温度における粘度が３００００ポイズ未満のガラスをオーバーフローフュージョン法で成形しても、ガラスリボンが自重や引っ張り力によって急激に伸びてしまうことがない。また、熱伝導性の小さな気体薄層を介してガラスリボンを支持するので、ガラスリボンが急激に冷却されることがないと共に、ガラスリボンに傷が付くこともない。
【００１１】
このように、本発明は、ガラスリボンの粘度の制約を受けずにオーバーフローフュージョン法を適用することができるので、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラス（失透温度における粘度が３００００ポイズ未満）でも成形することができる。
【００１２】
請求項２は、請求項１において、前記回転ローラは、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、前記ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記ガラスリボン下面の高熱で前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して前記ガラスリボンを支持する。
【００１４】
また、本発明の請求項３は、請求項１又は２において、前記回転ローラを経由して下方に引っ張られるガラスリボンを気体薄層を介して非接触状態で横引きする非接触横引き装置を設けたものである。これにより、横引きされるガラスリボンの一方面側は空気に接触し他方面側は非接触支持部材で形成する気体薄層に接触し、空気及び気体薄層ともに熱伝導性が小さいので、ガラスリボンを横引きしても、ガラスリボンを徐々に冷却することができる。従って、従来のオーバーフローフュージョン法のように高い建屋や上下に長い作業スペースを必要とせずに徐冷時間を十分に確保することができるので、ガラス中に残留する歪みを確実に除去することができる。また、下方に引っ張られるガラスリボンの幅全体が回転ローラのローラ周面の上部で支持された後、ローラ周面を滑り降りて再び下側方向或いは横方向に引っ張られるので、ガラスリボンが非接触支持部材上に滞留することなく、スムーズな移動が可能になる。
【００１５】
本発明の請求項４は、請求項３の非接触横引き装置の具体的な態様を示したもので、非接触横引き装置は、方向転換ローラと搬送支持体とを有する。そして、方向転換ローラは、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、前記ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記ガラスリボンの高熱で前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して下方に引っ張られるガラスリボンを横方向に方向転換する。また、搬送支持体は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成した支持体基材中に、常温付近では気体ではなく、該ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の薄層を介して方向転換ローラで方向転換したガラスリボンを搬送支持する。
【００１６】
本発明の請求項５は前記目的を達成するために、下方に向けて収斂する断面形状を有し、収斂した下端縁部で両表面を流下した溶融ガラスを一体化してリボン状にする本体と、該本体の両側端に設けられ、溶融ガラスの幅を規制する側端部材とからなる成形体を備え、該成形体で形成したガラスリボンを下方に引っ張ることにより薄板ガラスを成形する薄板ガラスの製造方法において、前記ガラスリボンを下方に引っ張る途中で、前記ガラスリボンの下面側を、該ガラスリボンが下方に引っ張られる方向と逆回転する１つの回転ローラのローラ周面上部において気体薄層を介してガラスリボンの幅全体にわたって非接触支持することを特徴とする。
【００１７】
請求項５は本発明を方法として構成したものである。
【００１８】
本発明の請求項６は請求項５において、前記本体の下端縁部におけるガラスの粘度が３００００ポイズ未満である。
【００１９】
本発明の請求項６のように成形体の下端縁部におけるガラスの粘度を３００００ポイズ未満にするようにしたので、ガラスリボンの粘度の制約を受けずにオーバーフローフユージョン法を適用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明に係る薄板ガラスの製造装置及び製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２１】
図１は、本発明の薄板ガラスの製造装置の全体構成図であり、図２は、成形体の正面図であり、図３は成形体の断面図である。
【００２２】
本発明の薄板ガラスの製造装置１０は、成形体１２と、成形体１２から下方に引っ張られるガラスリボンＧＲの幅全体にわたって非接触状態で支持する非接触支持部材１４と、下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを非接触状態で横引きする非接触横引き装置１６と、で構成される。
【００２３】
成形体１２は、図２及び図３に示すように、下方に向けて収斂する断面くさび形状の本体１８と、本体１８の両側端に設けられ溶融ガラスＧの幅を規制する側端部材２０、２１とから構成される。側端部材２０には溶融ガラスの導入孔２２が設けられている。この導入孔２２は、図面には省略したが、清澄された溶融ガラスＧが収容された槽窯に接続され、溶融ガラスＧを槽窯より本体１８の溝部２４に供給するためのものである。
【００２４】
溝部２４に供給された溶融ガラスＧは、図３において溝部２４に沿って左側から右側へ流動するとともに上端２６よりオーバーフローする。オーバーフローした溶融ガラスＧは、図４の如く本体１８の両表面２８に沿って流下し、下端縁部３０において一体化されてリボン状のガラスリボンＧＲに形成される。ガラスリボンＧＲには、後記する搬送駆動ローラ６０によって下側への引っ張り力が与えられ、これにより、ガラスリボンＧＲが目標の薄板ガラスに成形される。本体１８は、例えばアルミナ質やジルコニア質等の耐火物または白金あるいは白金合金のような耐熱金属で被覆された耐火物で構成されている。
【００２５】
非接触支持部材１４は、気体薄層３２を介してガラスリボンＧＲの幅全体にわたって非接触状態で支持でき、且つガラスリボンＧＲが非接触支持部材１４に滞留しないでスムーズに下方に移動できるものであればよく、例えば図４の回転ローラ３４や図６の傾斜板３６を好適に使用できる。
【００２６】
図４の非接触支持部材１４は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、ガラスリボンＧＲの高熱で蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介してガラスリボンＧＲを支持する回転ローラ３４の場合である。回転ローラ３４は、図５に示すように、ローラ胴体の周面部３７が蒸気膜形成剤を内部に包含可能なローラ基材で形成されると共に、ローラ両端部３８、３８が蒸気膜形成剤が含有されない基材で形成され、ローラ基材中に導入された蒸気膜形成剤がガラスリボンＧＲの高熱でローラ表面４０から気化する。また、回転ローラ３４は図示しないモータにより回転される。これにより、ガラスリボンＧＲと回転ローラ３４との間に蒸気膜の気体薄層３２を安定的に形成した状態で、ガラスリボンＧＲを支持することができる。回転ローラ３４の回転方向は、ガラスリボンＧＲの下側に引っ張られる方向と逆回転にする。
【００２７】
ローラ基材に蒸気膜形成剤を供給する方法としては、回転ローラ３４の回転軸４４と周面部３７との間に形成される中心空洞部４６に供給することで、ローラ基材全体に浸透するようにしてもよく、或いは回転ローラ３４のガラスリボンＧＲに面していない側に湿潤ローラ（図示せず）を接触配置して、湿潤ローラに供給した蒸気膜形成剤が回転ローラに転写されるようにしてもよい。また、ノズルを用いて蒸気膜形成剤を回転ローラ３４の表面にスプレーするスプレー方式でもよい。要は、回転ローラ３４のローラ基材中に蒸気膜形成剤が十分に含有されるように供給できる方法であればよい。
【００２８】
ローラ基材は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成し、例えば多孔質体や繊維質体の材料のものを好適に使用できる。多孔質体の場合には、連通孔であることが好ましい。また、多孔質体の表面は、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下の孔径の微細な孔を有している。また、蒸気膜形成剤と親和性の高い材質であることが好ましい。
【００２９】
ローラ基材の基本となる材料としては、多孔質親水性カーボンが特に好適であるが、その他の例えば、セルロース、紙、木、竹等の天然物由来の高分子材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム等の合成高分子系材料、炭素系材料等が好適に使用できる。また、鉄、ステンレス鋼、白金等の金属材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物を主成分とするセラミックス材料等も使用できる。
【００３０】
蒸気膜形成剤としては、常温において液体で、且つ少なくともガラス転移点では気体である有機物、無機物の各種の物質を使用することができる。また、成形体１２への供給の操作性の点から、融点が４０°Ｃ以下で、大気圧下における沸点が５０〜５００°Ｃ、更に好ましくは３００°Ｃ以下のものがよい。更に、蒸気膜形成剤が気化した蒸気が硝子及び回転ローラに悪影響を与える程に化学的に反応せず、毒性が低く、使用される温度で不燃性であることが好ましく、代表的なものとして水を使用することができる。このように、蒸気膜形成剤としては、ガラスリボンＧＲの高熱によって瞬間的に気化し、安定な蒸気膜を形成することのできる液体を適切に選択することが必要である。高熱で瞬間的に気化することにより形成された蒸気膜の気体薄層３２の熱伝導性は、液体や固体の熱伝導性に比べて著しく小さいため、ガラスリボンＧＲに対して断熱的な環境を効果的に形成することができる。
【００３１】
図６の非接触支持部材１４は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成した板基材中に、常温付近では気体ではなく、ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、ガラスリボンＧＲの高熱で蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層３２を介してガラスリボンＧＲを支持すると共に、ガラスリボンＧＲの引っ張り方向に対して支持面３６Ａが直交しないように傾斜した傾斜板３６の場合である。傾斜板３６を形成する板基材、板基材の基本となる材料、蒸気膜形成剤、及び傾斜板３６に蒸気膜形成剤を形成する方法は、上述した回転ローラ３４と同様である。これにより、板基材中に導入された蒸気膜形成剤がガラスリボンＧＲの高熱で傾斜板３６から気化するので、ガラスリボンＧＲと傾斜板３６との間に蒸気膜の気体薄層３２を安定的に形成した状態で、ガラスリボンＧＲを支持することができる。傾斜板３６の水平方向に対してどの程度傾斜させるかは、傾斜板３６で支持されるガラスリボンＧＲが、傾斜板上に滞留することなく、スムーズな移動が可能になるための角度であれば良い。この場合、傾斜板上におけるガラスリボンＧＲの移動がスムーズか否かは、ガラスリボンＧＲの粘度及び厚みに影響されるので、粘度及び厚みに応じて傾斜板３６の傾斜角度を可変できるようにするとよい。また、傾斜板３６のガラスリボンＧＲを支持する支持面３６Ａを凹状に湾曲させると、ガラスリボンＧＲを支持し易いので好ましい。
【００３２】
非接触横引き装置１６は、図１に示すように、非接触支持部材１４を経由して下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを気体薄層３２を介して非接触状態で横引きするもので、例えば、下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを非接触状態で横方向に方向転換する方向転換ローラ４８と、横引きされたガラスリボンＧＲを非接触状態で搬送支持する搬送支持体５０とで構成される。尚、方向転換ローラ４８の構造は、上述した回転ローラ３４と同様なので説明は省略する。
【００３３】
図１の搬送支持体５０は、固定床式のものであり、矩形状の支持体５２がガラスリボンＧＲの搬送方向と平行な方向には少なくとも移動しない状態で複数配列されると共に、該支持体５２同士の間に蒸気膜形成剤が気化した蒸気を逃がす溝５４がそれぞれ形成された固定床で構成される。この溝５４は支持体５２とガラスリボンＧＲとの間に形成される蒸気膜の気体薄層３２の蒸気を逃がすために重要であり、これにより、ガラスリボンＧＲと支持体５２との間に安定な蒸気膜の気体薄層３２を形成する。それぞれの支持体５２は、支柱５６を介して基台５８に支持される。支持体５２を形成する支持体基材、支持体基材の基本となる材料、蒸気膜形成剤、及び支持体に蒸気膜形成剤を形成する方法は、上述した回転ローラ３４と同様である。また、支持体５２上のガラスリボンＧＲを搬送方向に引っ張る張力は、複数の搬送駆動ローラ６０とガラスリボンＧＲとの抵抗によって発生する。
【００３４】
図７の搬送支持体５０は、コンベア式のもので、複数の支持体５２がベルトコンベア６１の無端状ベルト６２の表面に一定の間隔をもって長手方向に配列固定され、支持体５２同士の間にはガラスリボンＧＲの搬送方向に対し直交する溝５４が形成される。無端状ベルト６２は、駆動ローラ６４及び従動ローラ６６からなる一対のローラの間に張設され、図７の時計回り方向６８または反時計回り方向７０に移動する。更に、無端状ベルト６２の移動速度は、支持体５２上のガラスリボンＧＲの搬送速度と異なるように設定される。これにより、支持体５２とガラスリボンＧＲとは蒸気膜の気体薄層３２を介して摺動運動する。また、ベルトコンベア６１には、無端状ベルト６２の上側移動経路をガイドするガイド板７２が設けられ、無端状ベルト６２の上面の移動はこのガイド板７２にガイドされて安定して移動する。支持体５２を形成する支持体基材、支持体基材の基本となる材料、蒸気膜形成剤は、上述した回転ローラ３４と同様である。また、このコンベア式の場合には、無端状ベルト６２の下側移動経路に蒸気膜形成剤の供給槽７４を設けて、支持体５２が下側移動経路に移動したときに供給槽７４内を通過することにより、蒸気膜形成剤が支持体５２に供給される。
【００３５】
以上の如く構成された薄板ガラスの製造装置１０によって、失透温度の高いガラス（粘度が３００００ポイズ未満のガラス）を成形する場合について説明する。
【００３６】
成形体１２の下端縁部３０で形成されたガラスリボンＧＲは、非接触支持部材１４を経由して下方に引っ張られた後、非接触横引き装置１６によって非接触状態で水平方向に横引きされて、薄板ガラスに成形される。
【００３７】
この薄板ガラスの成形において、成形体１２で形成されたガラスリボンＧＲは、気体薄層３２を介して非接触状態でガラスリボンＧＲの幅全体にわたって支持されるので、図４又は図６に示すように、非接触支持部材１４から上側のガラスリボン部分ＧＲ1 の自重を非接触支持部材１４で支えると共に、非接触支持部材から下側のガラスリボン部分ＧＲ2 の自重や引っ張り力が上側のガラスリボン部分ＧＲ1 に加わるのを抑制することができる。この結果、成形体１２の下端縁部付近の低粘度なガラスリボン部分に加わる力が小さくなるので、成形体１２の下端縁部における粘度が３００００ポイズ未満のガラスをオーバーフローフュージョン法で成形しても、ガラスリボンＧＲが自重や引っ張り力によって急激に伸びてしまうことがない。また、ガラスリボンＧＲの歪みを精度良く除去するには、ガラスリボンＧＲを徐々に冷却しながら下方に引っ張る必要があるが、本発明では、ガラスリボンＧＲを熱伝導度の小さな気体薄層３２を介して支持するので、ガラスリボンＧＲが急激に冷却されることがない。更に、ガラスリボンＧＲの幅全体にわたって気体薄層３２を介して支持し、ガラスリボンＧＲと非接触支持部材１４とが直接接触しないので、ガラスリボンＧＲに傷が付くこともない。
【００３８】
また、ガラスリボンＧＲを横引きする場合にも、非接触支持部材１４を経由して下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを、方向転換ローラ４８で熱伝導性の小さな気体薄層３２を介してガラスリボンＧＲを方向転換すると共に、方向転換されたガラスリボンＧＲを搬送支持体５０で熱伝導性の小さな気体薄層３２を介して搬送支持できるようにした。これにより、ガラスリボンＧＲが横引きされている間も、ガラスリボンＧＲを徐々に冷却することができるので、ガラスリボンＧＲの歪みを精度良く除去することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る薄板ガラスの製造装置及び製造方法によれば、失透し易いガラスを成形できない、という従来のガラスに対する粘度の制約を大幅に緩和し、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラスでも容易に成形できる。また、本発明は、高い建屋や上下に長い作業スペースを必要とせずに徐冷時間を十分に確保することができるので、ガラス中に残留する歪みを確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の薄板ガラスの製造装置の全体構成図
【図２】 成形体の正面図
【図３】 成形体の斜視図
【図４】 非接触支持部材の一態様で回転ローラの説明図
【図５】 回転ローラの断面図
【図６】 非接触支持部材の別態様で傾斜板の説明図
【図７】 搬送支持体の別態様を説明する説明図
【符号の説明】
１０…薄板ガラスの製造装置、１２…成形体、１４…非接触支持部材、１６…非接触横引き装置、１８…成形体の本体、２０、２１…側端部材、２２…導入孔、２４…溝部、２８…本体表面、３０…本体の下端縁部、３２…気体薄層、３４…回転ローラ、３６…傾斜板、４８…方向転換ローラ、５０…搬送支持体、５２…支持体、５４…溝、５６…支柱、５８…基台、６０…搬送駆動ローラ、６２…無端状ベルト、６４…駆動ローラ、６６…従動ローラ、７４…供給槽
【発明の属する技術分野】
本発明は薄板ガラスの製造装置及び製造方法、特に失透温度の高いガラスを薄板に製造するための製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高品質な薄板ガラスの製造方法として、従来からオーバーフローフュージョン法と称される製法が知られている。
【０００３】
オーバーフローフュージョン法は、下方に向けて収斂する断面くさび形状の成形体の両側面に沿って溶融ガラスを流下させるとともに、これらの溶融ガラスを成形体の下端縁部直下で合流させて一体化してガラスリボンを形成し、このガラスリボンを徐々に冷却しながら下方に引っ張ることによりガラス中に残留する歪みを取り除きながら薄板ガラスに成形する方法である。
【０００４】
このような成形方法では、断面くさび形状の成形体の下端縁部直下でガラスが合流した直後に成形が完了し、それ以降で変形させないようにする必要がある。そのため、断面くさび形状の成形体の下端縁部付近でのガラスの粘度が低すぎても高すぎても、高精度な板ガラスを得ることが難しく、従来のオーバーフローフュージョン法による成形では、成形体の下端縁部でのガラス粘度が３００００〜１００００００ポイズの範囲となるようにして薄板ガラスの製造を行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、オーバーフローフュージョン法で成形するときの断面くさび形状の成形体の下端縁部付近でのガラス粘度には制限があるので、成形可能なガラスの失透粘度（すなわちガラスが失透する温度における粘度）には制約があった。すなわち、失透温度における粘度が３００００ポイズ未満のガラスのように、失透を開始する粘度が低い（失透温度が高い）ガラスは本質的に失透を生じさせずに成形することができなかった。仮に、失透温度における粘度が３００００ポイズ未満のガラスをオーバーフローフュージョン法で成形した場合、失透は防止できても、成形体の下端縁部付近でのガラスリボンの粘度が低いためにガラスリボン自体の自重や下方への引っ張り力によって急激に伸びてしまう。この結果、ガラスリボンが途中で破断したり、破断しないまでもガラス厚みが薄くなり過ぎたりするので、厚みが均一となる成形ができない。従って、従来のオーバーフローフュージョン法による製造装置では、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラスは成形できないという欠点があった。
【０００６】
また、従来のオーバーフローフュージョン法では、ガラスリボンが完全に固化し、切断するまで鉛直に引き下げる必要があり、高い建屋と上下に長い作業スペースが必要であった。また、建屋の高さの制約のために、十分な徐冷時間がとれず、これによりガラス中に残留する歪みの除去が不十分になるという欠点がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、オーバーフローフュージョン法において、失透し易いガラスを成形できない、という従来のガラスに対する粘度の制約を大幅に緩和し、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラスでも容易に成形できる薄板ガラスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、高い建屋や上下に長い作業スペースを必要とせずに徐冷時間を十分に確保することができるので、ガラス中に残留する歪みを確実に除去することができる薄板ガラスの製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は前記目的を達成するために、下方に向けて収斂する断面形状を有し、収斂した下端縁部で両表面を流下した溶融ガラスを一体化してリボン状にする本体と、該本体の両側端に設けられ、溶融ガラスの幅を規制する側端部材とからなる成形体を備え、該成形体で形成したガラスリボンを下方に引っ張ることにより薄板ガラスを成形する薄板ガラスの製造装置において、前記本体の下端縁部近傍に、ローラ周面部に気体薄層を形成する１つの回転ローラを設けると共に回転方向を前記ガラスリボンが下方に引っ張られる方向と逆回転とし、前記ガラスリボンを下方に引っ張る途中で、前記ガラスリボンの下面側を前記ローラ周面部の上部でガラスリボンの幅全体にわたって非接触支持することを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項１によれば、オーバーフローフュージョン法の成形体で形成されたガラスリボンを、気体薄層を介して非接触状態で支持する非接触支持部材を経由して下方に引っ張るようにしたので、成形体の下端縁部付近の低粘度なガラスリボン部分に加わる力を小さくすることができる。これにより、失透温度における粘度が３００００ポイズ未満のガラスをオーバーフローフュージョン法で成形しても、ガラスリボンが自重や引っ張り力によって急激に伸びてしまうことがない。また、熱伝導性の小さな気体薄層を介してガラスリボンを支持するので、ガラスリボンが急激に冷却されることがないと共に、ガラスリボンに傷が付くこともない。
【００１１】
このように、本発明は、ガラスリボンの粘度の制約を受けずにオーバーフローフュージョン法を適用することができるので、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラス（失透温度における粘度が３００００ポイズ未満）でも成形することができる。
【００１２】
請求項２は、請求項１において、前記回転ローラは、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、前記ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記ガラスリボン下面の高熱で前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して前記ガラスリボンを支持する。
【００１４】
また、本発明の請求項３は、請求項１又は２において、前記回転ローラを経由して下方に引っ張られるガラスリボンを気体薄層を介して非接触状態で横引きする非接触横引き装置を設けたものである。これにより、横引きされるガラスリボンの一方面側は空気に接触し他方面側は非接触支持部材で形成する気体薄層に接触し、空気及び気体薄層ともに熱伝導性が小さいので、ガラスリボンを横引きしても、ガラスリボンを徐々に冷却することができる。従って、従来のオーバーフローフュージョン法のように高い建屋や上下に長い作業スペースを必要とせずに徐冷時間を十分に確保することができるので、ガラス中に残留する歪みを確実に除去することができる。また、下方に引っ張られるガラスリボンの幅全体が回転ローラのローラ周面の上部で支持された後、ローラ周面を滑り降りて再び下側方向或いは横方向に引っ張られるので、ガラスリボンが非接触支持部材上に滞留することなく、スムーズな移動が可能になる。
【００１５】
本発明の請求項４は、請求項３の非接触横引き装置の具体的な態様を示したもので、非接触横引き装置は、方向転換ローラと搬送支持体とを有する。そして、方向転換ローラは、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、前記ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記ガラスリボンの高熱で前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して下方に引っ張られるガラスリボンを横方向に方向転換する。また、搬送支持体は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成した支持体基材中に、常温付近では気体ではなく、該ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の薄層を介して方向転換ローラで方向転換したガラスリボンを搬送支持する。
【００１６】
本発明の請求項５は前記目的を達成するために、下方に向けて収斂する断面形状を有し、収斂した下端縁部で両表面を流下した溶融ガラスを一体化してリボン状にする本体と、該本体の両側端に設けられ、溶融ガラスの幅を規制する側端部材とからなる成形体を備え、該成形体で形成したガラスリボンを下方に引っ張ることにより薄板ガラスを成形する薄板ガラスの製造方法において、前記ガラスリボンを下方に引っ張る途中で、前記ガラスリボンの下面側を、該ガラスリボンが下方に引っ張られる方向と逆回転する１つの回転ローラのローラ周面上部において気体薄層を介してガラスリボンの幅全体にわたって非接触支持することを特徴とする。
【００１７】
請求項５は本発明を方法として構成したものである。
【００１８】
本発明の請求項６は請求項５において、前記本体の下端縁部におけるガラスの粘度が３００００ポイズ未満である。
【００１９】
本発明の請求項６のように成形体の下端縁部におけるガラスの粘度を３００００ポイズ未満にするようにしたので、ガラスリボンの粘度の制約を受けずにオーバーフローフユージョン法を適用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下図面に基づいて本発明に係る薄板ガラスの製造装置及び製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２１】
図１は、本発明の薄板ガラスの製造装置の全体構成図であり、図２は、成形体の正面図であり、図３は成形体の断面図である。
【００２２】
本発明の薄板ガラスの製造装置１０は、成形体１２と、成形体１２から下方に引っ張られるガラスリボンＧＲの幅全体にわたって非接触状態で支持する非接触支持部材１４と、下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを非接触状態で横引きする非接触横引き装置１６と、で構成される。
【００２３】
成形体１２は、図２及び図３に示すように、下方に向けて収斂する断面くさび形状の本体１８と、本体１８の両側端に設けられ溶融ガラスＧの幅を規制する側端部材２０、２１とから構成される。側端部材２０には溶融ガラスの導入孔２２が設けられている。この導入孔２２は、図面には省略したが、清澄された溶融ガラスＧが収容された槽窯に接続され、溶融ガラスＧを槽窯より本体１８の溝部２４に供給するためのものである。
【００２４】
溝部２４に供給された溶融ガラスＧは、図３において溝部２４に沿って左側から右側へ流動するとともに上端２６よりオーバーフローする。オーバーフローした溶融ガラスＧは、図４の如く本体１８の両表面２８に沿って流下し、下端縁部３０において一体化されてリボン状のガラスリボンＧＲに形成される。ガラスリボンＧＲには、後記する搬送駆動ローラ６０によって下側への引っ張り力が与えられ、これにより、ガラスリボンＧＲが目標の薄板ガラスに成形される。本体１８は、例えばアルミナ質やジルコニア質等の耐火物または白金あるいは白金合金のような耐熱金属で被覆された耐火物で構成されている。
【００２５】
非接触支持部材１４は、気体薄層３２を介してガラスリボンＧＲの幅全体にわたって非接触状態で支持でき、且つガラスリボンＧＲが非接触支持部材１４に滞留しないでスムーズに下方に移動できるものであればよく、例えば図４の回転ローラ３４や図６の傾斜板３６を好適に使用できる。
【００２６】
図４の非接触支持部材１４は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、ガラスリボンＧＲの高熱で蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介してガラスリボンＧＲを支持する回転ローラ３４の場合である。回転ローラ３４は、図５に示すように、ローラ胴体の周面部３７が蒸気膜形成剤を内部に包含可能なローラ基材で形成されると共に、ローラ両端部３８、３８が蒸気膜形成剤が含有されない基材で形成され、ローラ基材中に導入された蒸気膜形成剤がガラスリボンＧＲの高熱でローラ表面４０から気化する。また、回転ローラ３４は図示しないモータにより回転される。これにより、ガラスリボンＧＲと回転ローラ３４との間に蒸気膜の気体薄層３２を安定的に形成した状態で、ガラスリボンＧＲを支持することができる。回転ローラ３４の回転方向は、ガラスリボンＧＲの下側に引っ張られる方向と逆回転にする。
【００２７】
ローラ基材に蒸気膜形成剤を供給する方法としては、回転ローラ３４の回転軸４４と周面部３７との間に形成される中心空洞部４６に供給することで、ローラ基材全体に浸透するようにしてもよく、或いは回転ローラ３４のガラスリボンＧＲに面していない側に湿潤ローラ（図示せず）を接触配置して、湿潤ローラに供給した蒸気膜形成剤が回転ローラに転写されるようにしてもよい。また、ノズルを用いて蒸気膜形成剤を回転ローラ３４の表面にスプレーするスプレー方式でもよい。要は、回転ローラ３４のローラ基材中に蒸気膜形成剤が十分に含有されるように供給できる方法であればよい。
【００２８】
ローラ基材は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成し、例えば多孔質体や繊維質体の材料のものを好適に使用できる。多孔質体の場合には、連通孔であることが好ましい。また、多孔質体の表面は、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下、更に好ましくは１００μｍ以下の孔径の微細な孔を有している。また、蒸気膜形成剤と親和性の高い材質であることが好ましい。
【００２９】
ローラ基材の基本となる材料としては、多孔質親水性カーボンが特に好適であるが、その他の例えば、セルロース、紙、木、竹等の天然物由来の高分子材料、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴム等の合成高分子系材料、炭素系材料等が好適に使用できる。また、鉄、ステンレス鋼、白金等の金属材料、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素等の金属酸化物、金属炭化物、金属窒化物を主成分とするセラミックス材料等も使用できる。
【００３０】
蒸気膜形成剤としては、常温において液体で、且つ少なくともガラス転移点では気体である有機物、無機物の各種の物質を使用することができる。また、成形体１２への供給の操作性の点から、融点が４０°Ｃ以下で、大気圧下における沸点が５０〜５００°Ｃ、更に好ましくは３００°Ｃ以下のものがよい。更に、蒸気膜形成剤が気化した蒸気が硝子及び回転ローラに悪影響を与える程に化学的に反応せず、毒性が低く、使用される温度で不燃性であることが好ましく、代表的なものとして水を使用することができる。このように、蒸気膜形成剤としては、ガラスリボンＧＲの高熱によって瞬間的に気化し、安定な蒸気膜を形成することのできる液体を適切に選択することが必要である。高熱で瞬間的に気化することにより形成された蒸気膜の気体薄層３２の熱伝導性は、液体や固体の熱伝導性に比べて著しく小さいため、ガラスリボンＧＲに対して断熱的な環境を効果的に形成することができる。
【００３１】
図６の非接触支持部材１４は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成した板基材中に、常温付近では気体ではなく、ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、ガラスリボンＧＲの高熱で蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層３２を介してガラスリボンＧＲを支持すると共に、ガラスリボンＧＲの引っ張り方向に対して支持面３６Ａが直交しないように傾斜した傾斜板３６の場合である。傾斜板３６を形成する板基材、板基材の基本となる材料、蒸気膜形成剤、及び傾斜板３６に蒸気膜形成剤を形成する方法は、上述した回転ローラ３４と同様である。これにより、板基材中に導入された蒸気膜形成剤がガラスリボンＧＲの高熱で傾斜板３６から気化するので、ガラスリボンＧＲと傾斜板３６との間に蒸気膜の気体薄層３２を安定的に形成した状態で、ガラスリボンＧＲを支持することができる。傾斜板３６の水平方向に対してどの程度傾斜させるかは、傾斜板３６で支持されるガラスリボンＧＲが、傾斜板上に滞留することなく、スムーズな移動が可能になるための角度であれば良い。この場合、傾斜板上におけるガラスリボンＧＲの移動がスムーズか否かは、ガラスリボンＧＲの粘度及び厚みに影響されるので、粘度及び厚みに応じて傾斜板３６の傾斜角度を可変できるようにするとよい。また、傾斜板３６のガラスリボンＧＲを支持する支持面３６Ａを凹状に湾曲させると、ガラスリボンＧＲを支持し易いので好ましい。
【００３２】
非接触横引き装置１６は、図１に示すように、非接触支持部材１４を経由して下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを気体薄層３２を介して非接触状態で横引きするもので、例えば、下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを非接触状態で横方向に方向転換する方向転換ローラ４８と、横引きされたガラスリボンＧＲを非接触状態で搬送支持する搬送支持体５０とで構成される。尚、方向転換ローラ４８の構造は、上述した回転ローラ３４と同様なので説明は省略する。
【００３３】
図１の搬送支持体５０は、固定床式のものであり、矩形状の支持体５２がガラスリボンＧＲの搬送方向と平行な方向には少なくとも移動しない状態で複数配列されると共に、該支持体５２同士の間に蒸気膜形成剤が気化した蒸気を逃がす溝５４がそれぞれ形成された固定床で構成される。この溝５４は支持体５２とガラスリボンＧＲとの間に形成される蒸気膜の気体薄層３２の蒸気を逃がすために重要であり、これにより、ガラスリボンＧＲと支持体５２との間に安定な蒸気膜の気体薄層３２を形成する。それぞれの支持体５２は、支柱５６を介して基台５８に支持される。支持体５２を形成する支持体基材、支持体基材の基本となる材料、蒸気膜形成剤、及び支持体に蒸気膜形成剤を形成する方法は、上述した回転ローラ３４と同様である。また、支持体５２上のガラスリボンＧＲを搬送方向に引っ張る張力は、複数の搬送駆動ローラ６０とガラスリボンＧＲとの抵抗によって発生する。
【００３４】
図７の搬送支持体５０は、コンベア式のもので、複数の支持体５２がベルトコンベア６１の無端状ベルト６２の表面に一定の間隔をもって長手方向に配列固定され、支持体５２同士の間にはガラスリボンＧＲの搬送方向に対し直交する溝５４が形成される。無端状ベルト６２は、駆動ローラ６４及び従動ローラ６６からなる一対のローラの間に張設され、図７の時計回り方向６８または反時計回り方向７０に移動する。更に、無端状ベルト６２の移動速度は、支持体５２上のガラスリボンＧＲの搬送速度と異なるように設定される。これにより、支持体５２とガラスリボンＧＲとは蒸気膜の気体薄層３２を介して摺動運動する。また、ベルトコンベア６１には、無端状ベルト６２の上側移動経路をガイドするガイド板７２が設けられ、無端状ベルト６２の上面の移動はこのガイド板７２にガイドされて安定して移動する。支持体５２を形成する支持体基材、支持体基材の基本となる材料、蒸気膜形成剤は、上述した回転ローラ３４と同様である。また、このコンベア式の場合には、無端状ベルト６２の下側移動経路に蒸気膜形成剤の供給槽７４を設けて、支持体５２が下側移動経路に移動したときに供給槽７４内を通過することにより、蒸気膜形成剤が支持体５２に供給される。
【００３５】
以上の如く構成された薄板ガラスの製造装置１０によって、失透温度の高いガラス（粘度が３００００ポイズ未満のガラス）を成形する場合について説明する。
【００３６】
成形体１２の下端縁部３０で形成されたガラスリボンＧＲは、非接触支持部材１４を経由して下方に引っ張られた後、非接触横引き装置１６によって非接触状態で水平方向に横引きされて、薄板ガラスに成形される。
【００３７】
この薄板ガラスの成形において、成形体１２で形成されたガラスリボンＧＲは、気体薄層３２を介して非接触状態でガラスリボンＧＲの幅全体にわたって支持されるので、図４又は図６に示すように、非接触支持部材１４から上側のガラスリボン部分ＧＲ1 の自重を非接触支持部材１４で支えると共に、非接触支持部材から下側のガラスリボン部分ＧＲ2 の自重や引っ張り力が上側のガラスリボン部分ＧＲ1 に加わるのを抑制することができる。この結果、成形体１２の下端縁部付近の低粘度なガラスリボン部分に加わる力が小さくなるので、成形体１２の下端縁部における粘度が３００００ポイズ未満のガラスをオーバーフローフュージョン法で成形しても、ガラスリボンＧＲが自重や引っ張り力によって急激に伸びてしまうことがない。また、ガラスリボンＧＲの歪みを精度良く除去するには、ガラスリボンＧＲを徐々に冷却しながら下方に引っ張る必要があるが、本発明では、ガラスリボンＧＲを熱伝導度の小さな気体薄層３２を介して支持するので、ガラスリボンＧＲが急激に冷却されることがない。更に、ガラスリボンＧＲの幅全体にわたって気体薄層３２を介して支持し、ガラスリボンＧＲと非接触支持部材１４とが直接接触しないので、ガラスリボンＧＲに傷が付くこともない。
【００３８】
また、ガラスリボンＧＲを横引きする場合にも、非接触支持部材１４を経由して下方に引っ張られるガラスリボンＧＲを、方向転換ローラ４８で熱伝導性の小さな気体薄層３２を介してガラスリボンＧＲを方向転換すると共に、方向転換されたガラスリボンＧＲを搬送支持体５０で熱伝導性の小さな気体薄層３２を介して搬送支持できるようにした。これにより、ガラスリボンＧＲが横引きされている間も、ガラスリボンＧＲを徐々に冷却することができるので、ガラスリボンＧＲの歪みを精度良く除去することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る薄板ガラスの製造装置及び製造方法によれば、失透し易いガラスを成形できない、という従来のガラスに対する粘度の制約を大幅に緩和し、フラットパネルディスプレー用や情報記録媒体用基板に用いられるような失透温度の高い特殊なガラスでも容易に成形できる。また、本発明は、高い建屋や上下に長い作業スペースを必要とせずに徐冷時間を十分に確保することができるので、ガラス中に残留する歪みを確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の薄板ガラスの製造装置の全体構成図
【図２】 成形体の正面図
【図３】 成形体の斜視図
【図４】 非接触支持部材の一態様で回転ローラの説明図
【図５】 回転ローラの断面図
【図６】 非接触支持部材の別態様で傾斜板の説明図
【図７】 搬送支持体の別態様を説明する説明図
【符号の説明】
１０…薄板ガラスの製造装置、１２…成形体、１４…非接触支持部材、１６…非接触横引き装置、１８…成形体の本体、２０、２１…側端部材、２２…導入孔、２４…溝部、２８…本体表面、３０…本体の下端縁部、３２…気体薄層、３４…回転ローラ、３６…傾斜板、４８…方向転換ローラ、５０…搬送支持体、５２…支持体、５４…溝、５６…支柱、５８…基台、６０…搬送駆動ローラ、６２…無端状ベルト、６４…駆動ローラ、６６…従動ローラ、７４…供給槽
Claims (6)
- 下方に向けて収斂する断面形状を有し、収斂した下端縁部で両表面を流下した溶融ガラスを一体化してリボン状にする本体と、該本体の両側端に設けられ、溶融ガラスの幅を規制する側端部材とからなる成形体を備え、該成形体で形成したガラスリボンを下方に引っ張ることにより薄板ガラスを成形する薄板ガラスの製造装置において、
前記本体の下端縁部近傍に、ローラ周面部に気体薄層を形成する１つの回転ローラを設けると共に回転方向を前記ガラスリボンが下方に引っ張られる方向と逆回転とし、前記ガラスリボンを下方に引っ張る途中で、前記ガラスリボンの下面側を前記ローラ周面部の上部でガラスリボンの幅全体にわたって非接触支持することを特徴とする薄板ガラスの製造装置。 - 前記回転ローラは、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、前記ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記ガラスリボン下面の高熱で前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して前記ガラスリボンを支持する請求項１の薄板ガラスの製造装置。
- 前記回転ローラを経由して下方に引っ張られるガラスリボンを気体薄層を介して非接触状態で横引きする非接触横引き装置を設ける請求項１又は２の薄板ガラスの製造装置。
- 前記非接触横引き装置は方向転換ローラと搬送支持体とを有し、
前記方向転換ローラは、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成したローラ基材中に、常温付近では気体ではなく、前記ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記ガラスリボン上面の高熱で前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して前記下方に引っ張られるガラスリボンを横方向に方向転換し、
前記搬送支持体は、液体を内部に包含しうる材質の基材で形成するか又は液体を内部に包含しうる構造に形成した支持体基材中に、常温付近では気体ではなく、該ガラスのガラス転移点で気体である蒸気膜形成剤を液体状態で導入し、前記蒸気膜形成剤が気化した蒸気膜の気体薄層を介して前記方向転換ローラで方向転換したガラスリボンを搬送支持する請求項３の薄板ガラスの製造装置。 - 下方に向けて収斂する断面形状を有し、収斂した下端縁部で両表面を流下した溶融ガラスを一体化してリボン状にする本体と、該本体の両側端に設けられ、溶融ガラスの幅を規制する側端部材とからなる成形体を備え、該成形体で形成したガラスリボンを下方に引っ張ることにより薄板ガラスを成形する薄板ガラスの製造方法において、
前記ガラスリボンを下方に引っ張る途中で、前記ガラスリボンの下面側を、該ガラスリボンが下方に引っ張られる方向と逆回転する１つの回転ローラのローラ周面上部において気体薄層を介してガラスリボンの幅全体にわたって非接触支持することを特徴とする薄板ガラスの製造方法。 - 前記本体の下端縁部におけるガラスの粘度が３００００ポイズ未満である請求項５の薄板ガラスの製造方法。
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