JP5565062B2 - フロートガラス製造装置およびフロートガラス製造方法 - Google Patents

フロートガラス製造装置およびフロートガラス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、フロートガラス製造装置およびフロートガラス製造方法に関する。
フロートガラス製造装置は、溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを浴面に沿って前進させる装置である。この装置では、溶融金属(代表的には、溶融錫)の平滑な浴面を利用して、ガラスリボンを帯板状に成形する。その際、ガラスリボンの温度分布を制御するため、ガラスリボンの上方に設けられる複数のヒータの発熱量を制御している。
複数のヒータは、ガラスリボンの前進方向に複数列設けられ、各列のヒータは、ガラスリボンの幅方向に複数設けられている。これらのヒータの発熱量を個別に制御して、ガラスリボンの温度分布を制御することにより、板厚のバラツキが小さい板ガラスを製造できる。
しかしながら、複数のヒータの発熱量を個別に制御すると、ヒータの制御器の数が多くなり、装置が大型になると共に、装置の管理が煩雑になる。
そこで、複数のヒータを設けるヒータ領域をガラスリボンの前進方向および幅方向に区画し、各区画に複数のヒータを設け、1つの区画内に設けた複数のヒータを対応する1つの制御器で一括制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開平8−325024号公報 国際公開第09/054411号パンフレット
ところで、ガラスリボンは、自然状態では、表面張力や重力等によって決定される板厚(以下、「平衡板厚」という)まで広がる。平衡板厚は、上述の如く、表面張力に依存するので、ガラスの種類や温度等によって異なるが、例えば6〜7mmである。
一般的に、ガラスリボンの厚さを平衡板厚よりも薄くする場合、ガラスリボンの引き出し速度を上げて、ガラスリボンを薄く引き延ばしている。この際、ガラスリボンの幅が狭くなるのを防止するため、ガラスリボンの幅方向端部をトップロールと呼ばれる回転部材で支持している。
特に近年では、液晶ディスプレイ(LCD)などのフラットパネルディスプレイ(FPD)向けに、厚さが薄い(例えば、厚さが0.7mm以下の)ガラス基板が製造されている。このような厚さが薄い板ガラスの場合、ガラスリボンをこれまで以上に薄くする必要があるので、多数のトップロールが必要になる。また、このような厚さが薄い板ガラスの場合、板厚のバラツキによる影響が大きくなる。
このような、トップロールを用いる場合においては、フロートガラス製造装置は従来と異なるものとする必要がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、トップロールの使用に適したフロートガラス製造装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを前記浴面に沿って前進させるフロートガラス製造装置において、
前記ガラスリボンの幅方向端部を支持する複数のトップロール本体と、前記ガラスリボンの上方に設けられる複数のヒータと、複数の制御器とを備え、
前記複数のヒータを設けるヒータ領域を前後方向に複数の列に分割し、各列を前記幅方向に区割りしてなる各区画には、それぞれ、複数の前記ヒータが設けられ、対応する1つの前記制御器で一括制御され、
前記ヒータ領域を前後方向に分割する分割部位のうち、最下流の前記トップロール本体の回転中心に最も近い前記分割部位と、前記回転中心との間の前後方向における距離が110cm以内に設定される、フロートガラス製造装置が提供される。
本発明によれば、トップロールの使用に適したフロートガラス製造装置を提供することができる。
本発明の一実施形態におけるフロートガラス製造装置の内部構造の平面図である。 フロートガラス製造装置10の内部構造の側面図である。 最下流のトップロール本体25Aの回転中心と、分割部位17との位置関係の平面図(1)である。 最下流のトップロール本体25Aの回転中心と、分割部位17との位置関係の平面図(2)である。 ヒータ領域の区画の説明図(1)である。 ヒータ領域の区画の説明図(2)である。 ヒータ領域の区画の説明図(3)である。 ヒータ領域の区画の説明図(4)である。
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て説明する。なお、本発明は、後述の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、後述の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
(フロートガラス製造装置)
図1は、本発明の一実施形態におけるフロートガラス製造装置の内部構造の平面図である。図2は、フロートガラス製造装置10の内部構造の側面図である。
フロートガラス製造装置10(以下、単に「装置10」ともいう)は、例えば、図1および図2に示すように、溶融ガラス11を溶融金属12の浴面13に連続的に供給してガラスリボン14を形成し、該ガラスリボン14を浴面13に沿って矢印X1方向に前進させる装置である。この装置10では、溶融金属(代表的には、溶融錫)12の平滑な浴面13を利用して、ガラスリボン14を帯板状に成形する。成形されたガラスリボン14は、徐冷炉に搬送され徐冷された後、切断機によって所定寸法に切断され、板ガラスとなる。
フロートガラス製造装置10は、複数のトップロール21〜30と、複数のヒータ41〜48と、複数の制御器51〜58とを備える。複数のトップロール21〜30は、ガラスリボン14の幅方向端部を支持する回転部材である。複数のヒータ41〜48は、ガラスリボン14の上方に設けられ、複数の制御器51〜58の制御下で、下方を通過するガラスリボン14を加熱する。
複数のトップロール21〜30は、ガラスリボン14の幅方向両側に対向配置され、ガラスリボン14の幅が、表面張力によって狭まるのを防止している。トップロールの設置数は、ガラスの種類や目標厚さ等の成形条件に応じて適宜設定されるが、例えば4対〜30対、好ましくは10対〜30対である(図1には、5対のみ図示してある)。板ガラスの目標厚さが薄くなくなるほど、トップロールの設置数が多くなる傾向にある。
これらのトップロール21〜30(正確には、後述のトップロール本体)は、ガラスリボン14の成形域(ガラスリボン14の粘度が104.5〜107.5dPa・sとなる領域)に設けられる。最下流のトップロール25(正確には、後述のトップロール本体25A)は、成形域の下流部分(ガラスリボン14の粘度が105.7〜107.5dPa・sとなる領域)に設けられる。
最下流のトップロール25は、ガラスリボン14の幅方向端部を支持するトップロール本体25Aと、トップロール本体25Aに連結される回転軸25Bとで構成される。回転軸25Bが電気モータ等の駆動装置で回転駆動されると、トップロール本体25Aが回転しながらガラスリボン14の幅方向端部を下流側に送り出す。
トップロール本体25Aは、円板状であって、その外周面がガラスリボン14の幅方向端部に接触するように構成されている。トップロール本体25Aの外周面には、滑り止めのため、周方向に沿って複数の突起が設けられている。
なお、他のトップロール21〜24、26〜30の構成については、最下流のトップロール25の構成と同様であるので、説明を省略する。
複数のヒータ41〜48は、ガラスリボン14の上方に設けられる。例えば、複数のヒータ41〜48は、図2に示すように、溶融金属12の浴槽15の天井16から吊持される。これらのヒータ41〜48は、例えば、ガラスリボン14の前進方向(矢印X1方向)および幅方向(Y1−Y2方向)にマトリックス状に設けられる。
各ヒータ41〜48には、例えば、通電加熱される電気ヒータが使用される。各ヒータ41〜48の形状は、特に限定されないが、例えば棒状であって良い。各ヒータ41〜48の発熱量を制御することによって、ガラスリボン14の温度分布が制御される。
複数の制御器51〜58は、複数のヒータ41〜48の発熱量を制御する機器である。複数のヒータ41〜48を設けるヒータ領域は、詳しくは後述するが、複数の区画に区画されている。各区画には、それぞれ、複数のヒータが設けられており、対応する1つの制御器によって一括制御される。これにより、制御器の数を削減することができる。
なお、1つの区画に設けられる複数のヒータは、それぞれの発熱量が略同一となるように、対応する1つの制御器によって一括制御されて良い。
ヒータ領域は、まず、ガラスリボン14の前進方向、即ち、前後方向(X1−X2方向)に沿って複数の列A〜列Hに分割される。この列の数は、ガラスの種類や浴槽15の大きさ等の成形条件に応じて適宜設定されるが、4〜15であることが好ましい。この列の数が少な過ぎると、ガラスリボン14の前進方向の温度分布を十分に制御するのが難しい。一方、この列の数が多すぎると、制御器51〜58の数が多くなり、装置10が大型化すると共に、装置10の管理が煩雑になる。
各列A〜Hは、ガラスリボン14の幅方向(Y1−Y2方向)に複数の区画に区割りされる。この区割りは、ガラスリボン14の幅方向中心線に対して対称に行われることが望ましい。各列における区画の数は、ガラスの種類や浴槽15の大きさ等の成形条件に応じて適宜設定されるが、3〜30であることが好ましく、4〜30であることがより好ましく、4〜20であることがさらに好ましく、4〜15であることが特に好ましい。各列における区画の数が少な過ぎると、ガラスリボン14の幅方向の温度分布を十分に制御するのが難しい。一方、各列における区画の数が多すぎると、制御器51〜58の数が多くなり、装置10が大型化すると共に、装置10の管理が煩雑になる。
ここで、前後方向に隣接する2列は、分割部位17で分割されている。分割部位17は、前後方向に隣接する実際のヒータ間のほぼ中央に位置する。一方、ガラスリボン14の幅方向に隣接する2つの区画は、区割り部位18(図5等参照)で区割りされている。区割り部位18は、ガラスリボン14の幅方向に隣接する実際のヒータ間のほぼ中央に位置する。
本実施形態では、複数の分割部位17のうち、最下流のトップロール本体25Aの回転中心に最も近い分割部位17(以下、単に「直近の分割部位17」という)と、該回転中心との間の前後方向(X1−X2方向)における距離L(図3、図4参照)が110cm以内(好ましくは90cm以内、より好ましくは80cm以内)に設定される。
例えば、図3や図4に示す距離Lが110cm以内の場合、直近の分割部位17に隣接する2列(列F、列G)(列G、列H)の間で単位面積あたりの発熱量に十分な差をつけることによって、ガラスリボン14の温度を最下流のトップロール本体25Aの周辺において最適化することができる。即ち、ガラスリボン14の温度を、最下流のトップロール本体25A近傍において所望の温度に維持しつつ、最下流のトップロール本体25A近傍よりも下流側において十分に低下させることができる。
これに対し、図3や図4に示す距離Lが110cm超の場合、直近の分割部位17に隣接する2列の間で単位面積あたりの発熱量を最適化しても、上記効果を得ることができない。即ち、この場合、ガラスリボン14の温度を、最下流のトップロール本体25A近傍において所望の温度に維持しようとすると、最下流のトップロール本体25A近傍よりも下流側において十分に低下させることができない。
本実施形態によれば、上述の如く、ガラスリボン14の温度を、最下流のトップロール本体25A近傍において所望の温度に維持しつつ、最下流のトップロール本体25A近傍よりも下流側において十分に低下させることができる。よって、最下流のトップロール本体25A近傍よりも下流側において、トップロールによる拘束から解放されたガラスリボン14が表面張力によって幅方向に狭まるのを抑制することができ、ガラスリボン14が幅方向に波打つのを抑制することができる。従って、ガラスリボン14の板厚のバラツキを適切な範囲に保つことができる。この効果は、ガラスリボン14の厚さが薄くなるほど、ガラスリボン14が変形しやすいので、顕著である。従って、本発明は、板ガラスの厚さが3mm以下の場合に適しており、2mm以下の場合に好適であり、1.5mm以下の場合により好適であり、0.7mm以下の場合に特に好適である。なお、板ガラスの厚さは、ハンドリング性の観点から、0.1mm以上であることが望ましい。
(ヒータ領域の区画)
次に、図5〜図8に基づいて、ヒータ領域の区画の具体例について説明する。図5〜図8は、図1に相当する平面図である。各図における区割りは、ガラスリボン14の幅方向中心線に対して対称に行われている。
図5に示す例では、いずれか2列の間では、区割り部位18が、幅方向で1箇所以上ずれている。例えば、列Cと列Dとの間では、区画C2と区画C3とを区割りする区割り部位18と、区画D2と区画D3とを区割りする区割り部位18とがずれている。そのため、上流の列Aにおいて、区画C2と区画C3とを区割りする区割り部位18の下方を通過したガラスリボン14の部位は、下流の列Dでは、区画D3(即ち、区割り部位18と区割り部位18との間)の下方を通過することになる。
ある列において、幅方向に隣接する区画の間で、単位面積あたりの発熱量が異なると、その隣接する区画を区割りする区割り部位18付近において、幅方向に急激な温度差が生じる。この温度差は、その区割り部位18の下方を通過するガラスリボン14の対応する部位にも生じる。ガラスリボン14は、下流の列の下方を通過する際、温度差の生じた部位が区画の下方を通過し、その際、ガラスリボン14の上記温度差が緩和される。その結果、ガラスリボン14の板厚のバラツキを小さくすることができる。
ここで、区割り部位18がずれている箇所は、ガラス板の板厚が平均値から大きくずれている部位に対応する箇所であることが望ましい。また、区割り部位18がずれている箇所は、2箇所以上あることが好ましい。さらに、区割り部位18は隣接する2列の間でずれていることが望ましい。
また、区割り部位18がずれている箇所の領域としては、下方を通過するガラスリボン14の粘度が104.5〜106.5dPa・sの範囲にある領域が望ましい。
図6に示す例では、連続する2以上の列が、ガラスリボン14の所定の流線に沿って幅方向に区割りされている。
ここで、ガラスリボン14の所定の流線とは、ガラスリボン14の幅方向の所定部位が定常的に通過する流路を意味する。また、ガラスリボン14の所定の流線は、ガラス板の板厚が平均値から大きくずれている部位に対応する流路であることが望ましい。
また、ガラスリボン14の所定の流線に沿って区画が形成される領域としては、下方を通過するガラスリボン14の粘度が105.3〜105.7dPa・sの範囲にある領域が望ましい。この範囲でのガラスリボン14の形状によって、ガラスリボン14の板厚のバラツキが大きく左右されるからである。
図6に示す例では、連続する4つの列B〜列Eが、ガラスリボン14の複数の所定の流線61、62に沿って幅方向に区割りされている。これらの区割り部位18は、直線状に形成されている。上流の列Bの区画B2の下方を通過するガラスリボン14の部位は、その大部分が下流の列C〜Eでは区画C2〜E2の下方を通過する。同様に、上流の列Bの区画B4の下方を通過するガラスリボン14の部位は、その大部分が下流の列C〜Eでは区画C4〜E4の下方を通過する。
このように、ガラスリボン14の幅方向の所定部位は、連続する2列の間で前後方向に隣接する区画の下方を通過する。前後方向に隣接する区画の間で、単位面積あたりの発熱量が異なると、その隣接する区画の間で温度差が生じる。この温度差はその隣接する区画の下方を通過するガラスリボン14の所定部位にも生じるので、この所定部位の板厚はその隣接する区画の下方を通過する際に変わる。よって、ガラスリボン14の幅方向の所定部位の板厚を、流路に沿って、所望の板厚に設定することができ、ガラスリボン14の板厚のバラツキを適切な範囲内に保つことができる。
図7に示す例では、図6に示す例と同様に、連続する2以上の列が、ガラスリボン14の複数の所定の流線に沿って幅方向に区割りされているが、これらの区割り部位18が、列Bおよび列Cにおいて、階段状に形成されている点で異なる。これによって、列Bおよび列Cにおいて、ガラスリボン14の幅方向の所定の部位をより厳密に温度制御することができる。
図8に示す例では、図6に示す例と同様に、連続する2以上の列が、ガラスリボン14の複数の所定の流線に沿って幅方向に区割りされているが、これらの区割り部位18が、列B〜列Eにおいて、湾曲状に形成されている点で異なる。これによって、列B〜列Eにおいて、ガラスリボン14の幅方向の所定の部位をより厳密に温度制御することができる。
(フロートガラス製造方法)
次に、上記装置10を用いたフロートガラス製造方法について説明する。
本実施形態のフロートガラス製造方法は、溶融ガラス11を溶融金属12の浴面13に連続的に供給してガラスリボン14を形成し、該ガラスリボン14を複数のヒータで加熱しつつ浴面13に沿って前進させる。この際、溶融金属(代表的には、溶融錫)12の平滑な浴面13を利用して、ガラスリボン14を帯板状に成形する。また、この際、ヒータ領域をガラスリボン14の前進方向におよび幅方向に区画し、各区画に複数のヒータを設け、1つの区画内に設けた複数のヒータを対応する1つの制御器で一括制御する。
本実施形態では、最下流のトップロール本体25Aの回転中心に直近の分割部位17に隣接する2列において、下流側の列における単位面積あたりの発熱量W2を、上流側の列における単位面積あたりの発熱量W1の85%以下(好ましくは20〜85%、より好ましくは40〜80%)に制御する。即ち、W2/W1×100は、85以下(好ましくは、20〜85、より好ましくは40〜80)である。
ここで、例えば図4に示すように、最下流のトップロール本体25Aの回転中心に直近の分割部位17が該回転中心に対して下流側にある場合、下流側の列Hにおける単位面積あたりの発熱量W2を、上流側の列Gにおける単位面積あたりの発熱量W1の60%以下に制御することが特に好ましい。即ち、この場合、W2/W1×100は、60以下であることが特に好ましい。
また、例えば図3に示すように、最下流のトップロール本体25Aの回転中心に直近の分割部位17が該回転中心に対して上流側にある場合、下流側の列Gにおける単位面積あたりの発熱量W2に対し、さらに下流側の列Hにおける単位面積あたりの発熱量W3を60%以下に制御することが特に好ましい。即ち、この場合、W3/W2×100は、60以下であることが特に好ましい。なお、この場合、W1>W2>W3の関係が成立することが好ましい。
これにより、ガラスリボン14の温度を、最下流のトップロール本体25A近傍において所望の温度に維持しつつ、最下流のトップロール本体25A近傍よりも下流側において十分に低下させることができる。よって、最下流のトップロール本体25A近傍よりも下流側において、トップロールによる拘束から解放されたガラスリボン14が表面張力によって幅方向に狭まるのを抑制することができ、ガラスリボン14が幅方向に波打つのを抑制することができる。従って、ガラスリボン14の板厚のバラツキを適切な範囲に保つことができる。この効果は、ガラスリボン14の厚さが薄くなるほど、ガラスリボン14が変形しやすいので、顕著である。従って、本発明は、板ガラスの厚さが3mm以下の場合に適しており、2mm以下の場合に好適であり、1.5mm以下の場合により好適であり、0.7mm以下の場合に特に好適である。なお、板ガラスの厚さは、ハンドリング性の観点から、0.1mm以上であることが望ましい。
以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
[例1〜例4]
例1〜例4では、図1および図2に示す装置10と同様の装置を用いて板ガラスを製造した。ここで、板ガラスの平均板厚は0.7mmとし、トップロールの設置数は16対(合計、32本)とした。また、最下流のトップロール本体の回転中心と、直近の分割部位との間の前後方向における距離L、および、直近の分割部位に隣接する2列のうち、上流の列の単位面積あたりの発熱量W1に対する、下流の列の単位面積あたりの発熱量W2の割合(W2/W1×100)を表1に示す。
なお、表1に示す距離Lは、最下流のトップロール本体の回転中心と、直近の分割部位との位置関係を表すため、便宜的に、正負で表した。正は、最下流のトップロール本体の回転中心に直近の分割部位が該回転中心に対して下流側にあることを表す(例えば、図4参照)。一方、負は、最下流のトップロール本体の回転中心に直近の分割部位が該回転中心に対して上流側にあることを表す(例えば、図3参照)。
ここでは、例1〜例2が実施例であり、例3〜例4が比較例である。
まず、上記構成とした装置をそれぞれ用いて、ガラスリボンを帯板状に成形した。成形したガラスリボンを徐冷し、幅方向および長手方向に切断してトップロールが接触していた部分(即ち、ガラスリボンの幅方向両端部)を切除した。このようにして、板ガラスを得た。
次いで、得られた板ガラスの幅方向の板厚分布を測定した。測定点は、板ガラスの中心点を基準点として、幅方向両側に向けてそれぞれ2cmピッチで75箇所ずつ設け、合計で151箇所設けた。この測定結果から、最大板厚T1と最小板厚T2との差(T1−T2)(以下、「板厚偏差」という)を調べた。この調査を100枚の板ガラスのそれぞれについて行い、板厚偏差の平均値および最大値を測定した。なお、プラズマディスプレイ用や液晶ディスプレイ用のフラットパネルディスプレイに対して近年求められる高品質な表示品質を考慮すると、板厚偏差の平均値は20μm以下であることが好ましく、板厚偏差の最大値は38μm以下であることが好ましい。結果を表1に示す。
Figure 0005565062
表1に示すように、例1および例2では、板厚偏差の平均値が20μm以下であり、板厚偏差の最大値が38μm以下であり、例3および例4と比較して、板厚偏差が小さいことがわかる。
10 フロートガラス製造装置
11 溶融ガラス
12 溶融金属
13 浴面
14 ガラスリボン
15 浴槽
16 天井
17 分割部位
18 区割り部位
21〜30 トップロール
25 最下流のトップロール
25A トップロール本体
25B 回転軸
41〜48 ヒータ
51〜58 制御装置

Claims (7)

  1. 溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを前記浴面に沿って前進させるフロートガラス製造装置において、
    前記ガラスリボンの幅方向端部を支持する複数のトップロール本体と、前記ガラスリボンの上方に設けられる複数のヒータと、複数の制御器とを備え、
    前記複数のヒータを設けるヒータ領域を前後方向に複数の列に分割し、各列を前記幅方向に区割りしてなる各区画には、それぞれ、複数の前記ヒータが設けられ、対応する1つの前記制御器で一括制御され、
    前記ヒータ領域を前後方向に分割する分割部位のうち、最下流の前記トップロール本体の回転中心に最も近い前記分割部位と、前記回転中心との間の前後方向における距離が110cm以内に設定される、フロートガラス製造装置。
  2. 前記距離が90cm以内に設定される請求項1に記載のフロートガラス製造装置。
  3. 前記距離が80cm以内に設定される請求項1に記載のフロートガラス製造装置。
  4. 最下流の前記トップロール本体は、前記ガラスリボンの粘度が105.7〜107.5dPa・sとなる領域に設けられる請求項1〜のいずれかに記載のフロートガラス製造装置。
  5. いずれか2列の間では、前記ヒータ領域を前記幅方向に区割りする区割り部位が、前記幅方向で1箇所以上ずれている請求項1〜のいずれかに記載のフロートガラス製造装置。
  6. 連続する2以上の列は、前記ガラスリボンの所定の流線に沿って、前記幅方向に区割りされている請求項1〜のいずれかに記載のフロートガラス製造装置。
  7. 請求項1〜のいずれかに記載のフロートガラス製造装置を用いたフロートガラス製造方法であって、
    最下流の前記トップロール本体の回転中心に最も近い前記分割部位に隣接する2列において、下流の列における単位面積あたりの発熱量を、上流の列における単位面積あたりの発熱量の85%以下に制御するフロートガラス製造方法。
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