WO2006064674A1 - 板ガラスの製法 - Google Patents

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Gen Kojima
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • C03B17/06—Forming glass sheets
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    • C03B35/24—Transporting hot glass sheets or ribbons, e.g. by heat-resistant conveyor belts or bands on a fluid support bed, e.g. on molten metal on a gas support bed
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B17/06—Forming glass sheets
    • C03B17/061—Forming glass sheets by lateral drawing or extrusion
    • C03B17/062—Forming glass sheets by lateral drawing or extrusion combined with flowing onto a solid or gaseous support from which the sheet is drawn
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a high quality sheet glass having a nano level surface smoothness with few surface defects and impurities.
  • Sheet glass for construction and vehicles is produced by the tin float method, in which almost all molten glass flows out on a tin bath and is gradually formed into a flat plate shape in developed countries.
  • platinum on both sides of the platinum crucible is made to flow over the molten glass to make platinum After flowing down along the guides, the glass from both sides is put together into a single sheet, often using the so-called fusion method.
  • a netted glass it is manufactured by laminating and forming while applying pressure with a metal roll to sandwich a net such as stainless steel between.
  • the glass having a large heat flux between the glass and the metal tin because the high temperature glass has high thermal conductivity, and is in direct contact with the metal tin is tin.
  • Temperature control is a very important technical issue as it is directly affected by temperature.
  • the molten glass is made to overflow on both sides of a special repulsive force, and this is allowed to flow down along both sides of the platinum guide, and joined at the lower end of the guide to form a sheet of glass ribbon.
  • a so-called fusion method in which down-draw molding is performed after that.
  • the surface of the sheet glass product is only exposed to air during the manufacturing process, so there is no concern about surface defects as described above, and it is highly regarded as a high-end product especially for display applications. There is.
  • the glass at the tip of the platinum guide is subjected to maximum load, and temperature control of the glass is used to reduce it. It becomes complicated and not suitable for the production of thick products.
  • the quality of the product which is hard to avoid leaving traces of contact with the metal rolls in the form of wrinkles or irregularities, is not as durable as flat glass sheet applications.
  • the maximum temperature range at which the glass is molded is between 1300 ° C. and 700 ° C. per minute. It is preferable to cool at a speed of at least 00 ° C., preferably at least 200 ° C., and apply tension parallel to the glass surface to form the required thickness during this process, in order to achieve uniform forming. And have been proposed (see Patent Document 2).
  • the above proposal is limited to partial improvement as a pre-process of the tin bath method, and can not be expected as a drastic solution including defects and problems of the fusion method and the water vapor thin film method.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 9 295819
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-47017
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-247320
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-33456
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-146675
  • Patent Document 6 Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-345467
  • Patent Document 7 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-300739
  • the present invention solves or improves the drawbacks, limitations, and the like of the conventionally known techniques such as the above-described tin bath method and down draw method represented by the fusion method and metal rolling method, and is simple and energy-efficient.
  • Providing a technology that can significantly reduce environmental problems and provide high quality plate-like glass without surface defects, and fundamentally fundamentally missing important technical aspects in the method of using a vapor film And elements are clarified, and a new technology for manufacturing high-quality flat glass excellent in macro thickness uniformity and flatness, etc. together with smoothness on the order of nanometers, is provided through the forming method of flat glass using a wider range of gases. It is an issue to do.
  • the present inventors have conducted various studies based on the recognition of the above problems and problems, and as a result, a high quality plate glass having a level sufficient for practical use in terms of macro flatness and thickness uniformity over the entire product.
  • the gas generated from the supporting member and in particular, both sides of the high temperature glass having a viscosity suitable for forming are placed in the gaseous environment. While supporting the glass with gas on one side and controlling the action of gravity acting on the glass, partial displacement and deformation of the glass are repeatedly given changing its position, and it is propagated and spread throughout the glass We found that it was important.
  • the term “displacement” as used herein means that the glass changes position as it is lifted, lowered or moved.
  • This dynamic gravity control provides partial displacement and deformation of the glass due to the gravity over the entire surface of the high temperature glass to be subjected to molding, and controls the size and location of the gravity by changing over time. It is a thing. In other words, changing the magnitude of gravity locally exerted on the glass to be formed momentarily under a certain order, in other words, dynamically controlling the gravity applied to the glass, locally and temporally It is through the discovery that it is important to apply varying displacements and deformations.
  • This dynamic gravity control makes it possible to bring about a uniform expansion (stretching) over the entire glass provided during molding, and can realize an improvement in thickness uniformity and flatness.
  • Dynamic gravity control is important especially when trying to form a wide sheet glass, when the glass is at a sufficiently high temperature and its viscosity as a viscous fluid is close to that of a so-called Uton fluid.
  • the viscosity and rigidity of the glass to be provided are sufficiently high. It is necessary and important for achieving a high degree of uniformity and smoothness' flatness by continuously applying tensile stress to the glass and stretching and forming it to a temperature region where the lath does not deform.
  • continuous means that there is no obvious time or place, or disconnection. For example, even if partial tensile stress is applied to a glass by a pin embedded in a jig at a fixed interval of about 5 mm, it can be regarded as continuous as long as it is always performed in this manufacturing process. It is a forgiveness.
  • dynamic gravity control member a plurality of members generating a plurality of gases spaced apart on a supporting plate for supporting glass
  • the dimensions, shape, installation position, etc. of the dynamic gravity control member are designed so that optimal displacement and deformation due to gravity occur locally in the glass according to the type, shape, application, etc. of the material of the glass to be manufactured. It is necessary to Therefore, it should be understood that this can be suitably modified as shown in the drawings to be described later, and not in a fixed size and shape.
  • this dynamic gravity control member can be installed at a right angle or at a constant angle with respect to the direction of movement of the glass. It becomes possible to give displacement and deformation. Furthermore, it is also effective to variably adjust the height of the support plate force of the dynamic gravity control member. This makes it possible to arbitrarily adjust the magnitude, displacement and deformation of gravity acting on the glass.
  • the height of the dynamic gravity control member generally has a certain height of 1 mm or more and 50 mm or less with respect to the reference surface of the support plate.
  • the preferred range is various factors such as the thickness of the glass and the angle of the support member to the horizontal plane * The force that can be optimized by the conditions If the height is less than this range, the effect of gravity is expected 1, conversely If it exceeds the range
  • the influence of gravity may act excessively, which may disturb gas generation near the top of the projection.
  • Dynamic gravity control member can be used for independent movement without joining with the support plate or type of glass to be used for forming by joining or interlocking with the support plate. It can be selected as appropriate according to the product shape, molding conditions and the like, which is desirable. As described above, it is also effective to have a structure in which the height of the dynamic gravity control member from the support plate is variably adjusted.
  • the support member can itself be stationary or move in the same direction at a different speed than the glass or move in a different direction with respect to the moving glass.
  • the viscosity of the glass suitable for normal forming is less than 10 7 boise, and the deformable stiffness of the glass is about 50 GPA or less. It is also very effective to apply tensile stress continuously in the direction of movement of the glass and in the direction perpendicular to it in the temperature range which is at the level of rigidity, in order to improve the flatness and thickness uniformity. It is.
  • These jigs are suitably used upstream and downstream of the flow of the glass ribbon to Desirable to be placed according to the rigidity.
  • the glass when applying tensile stress in the direction orthogonal to the flow of the glass ribbon, the glass is always moved in the downstream direction, so the size, shape, and stress of the jig in consideration of such factors are considered.
  • a design that measures optimization such as the direction of application is also desired.
  • the present invention also covers the step of causing molten glass to flow down onto a support member inclined downward in the flow direction of the glass.
  • Support plate force at least the lower surface of continuously moving low viscosity glass support plate with force generating gas, spaced apart to generate gas constant dimensions
  • a gauze also serving as a gas generating substrate at both ends in the width direction of the lip, to hold the glass ribbon within a certain width or to guide the flow of glass in a certain direction.
  • the shape of the molten glass supply port to the previous process may be circular, oval, rectangular, etc.
  • the cross section may be any shape such as a circle or oval. But it is also applicable in the form that overflows from the top or the side.
  • forming of glass requires that the glass to be formed be placed in a gaseous environment, and the gas used is substantially lost to the glass under the forming conditions. There is no damage or negative effects! /, although it can be used if it is a gas, air or water vapor is usually recommended in terms of availability and safety of operation and operation.
  • the water When water is used as a raw material for water vapor generation, the water is evaporated from the surface of the support plate or the dynamic gravity control member by the heat of the high-temperature glass, so trace inorganic substances and inorganic ions contained in the water are accumulated near the surface. 'It is desirable for the purity of the water to be high to avoid or reduce the deposition, and in particular the content of the above mentioned inorganic substances and inorganic ions to be as low as possible.
  • displacement gas also has a continuous porous structure or fiber structure, etc., and has a necessary and sufficient micro void inside, and the dimensional change such as swelling by passing or occluding gas or liquid that generates gas. It is difficult to bring in, and it is desirable to use the material as its generating support member. Force point of view Metals, ceramics, carbon, heat-resistant resin etc. are suitably used. Furthermore, the pressure of the gas supporting the glass is excessive. The presence of grooves and holes that facilitate them is important and essential, and it is important to provide supporting grooves and holes with appropriate size and distribution in the support plate and dynamic gravity control member.
  • the glass ribbon supported by a gas may be horizontal or vertical, as long as the horizontal force has a constant angle, It does not matter if it is in a sloping state. Also, the movement of the support member that generates gas does not force in the same direction as the glass ribbon nor in the opposite direction. In addition, the support member does not move when it is formed in a state in which the glass ribbon moves at a sufficient speed, and it may be a fixed floor. In short, there is no problem if there is a relatively sufficient difference with the moving speed of the glass ribbon.
  • the consistent processing of the pre-forming process force can eliminate defects due to the pre-process and non-uniform flow of glass or non-uniform flow of glass near the wall surface. It is possible to manufacture quality sheet glass with high productivity.
  • FIG. 1 is a formed cross-sectional view of a sheet glass using a gas support member by dynamic gravity control.
  • FIG. 2 It is a front view front view using a gas supporting member by dynamic gravity control.
  • FIG. 3 is a partial plan view using a gas support member with dynamic gravity control.
  • FIG. 4 is a partial view of a forming crucible using a gas support member with dynamic gravity control.
  • soda lime silicate glass formed of yarn and used for ordinary building applications and the like.
  • Silica 70 wt%), Sani ⁇ aluminum (2 wt%), sodium Sani ⁇ (13 wt%), Sani ⁇ calcium (10 weight 0/0), magnesium oxide (4 wt 0/0) and other
  • iron such as acid iron Soda-lime-silicate glass, which also has a component power, is melted at sufficient temperature and time so that bubbles and compositional non-uniformity become practically unproblematic, and is formed into a sheet glass as shown in FIG.
  • the glass 2 melted in the melting furnace 1 is supplied to the lip 6 as the glass melt 5 at a constant flow rate controlled by the twill 4 at a constant temperature in the temperature range of 1100 to 1300 ° C. from the discharge port 3 .
  • the lip 6 is composed of a gas component supply unit 7, a support plate 8 made of a porous base material from which a gas component is supplied, and a plurality of dynamic gravity control members 9.
  • the glass melt 5 is expanded and thinned in the width direction by the dynamic gravity member 9 to form a flat glass ribbon of uniform thickness.
  • the lip has an inclination of about 15 ° to 30 ° downward in the flow direction of the glass, and is set in accordance with the temperature, the flow rate of the glass, and the like.
  • the shape, size, installation position, etc. of the dynamic gravity control member are designed and mounted in conjunction with these factors.
  • the molten glass base supplied to the lip floats on the gas that also generates lip power, so it flows down without adhering to the lip surface at all, and a glass ribbon supplied to the forming zone from the lower end of the lip.
  • the temperature and thickness of 10 are substantially uniform except for a few parts at both ends.
  • the glass ribbon 10 is moved onto the gas generating support member 11 of the forming zone at a constant temperature in the temperature range of 1000 to 100 ° C. and is formed into a smooth, flat glass sheet.
  • the gas generation support member 11 is composed of a gas component supply unit 12, a gas generation support plate 13 supplied with gas components therefrom, and a plurality of dynamic gravity control members 14.
  • the glass ribbon 10 is expanded in a uniform width direction by the action of the dynamic gravity member 14 as in the lip. At the same time, the glass ribbon is tensioned in the flow direction of the glass ribbon and in the direction perpendicular thereto by the pinch roll 19 and tensile stress application jig 15 downstream, and as the thinning progresses and the glass is cooled, the glass is flat. It is molded to plate 16.
  • FIGS. 2, 3 and 4 are enlarged views of members and devices used in the above steps.
  • Fig. 2 is a frontal view of the flow of the glass melt in the lip and the resulting widening of the surface. Force is exerted by the dynamic gravity control member 9 on the glass melt 5 supplied from the glass melt supply port 3. Is controlled, the displacement and deformation are repeated, and stretching of the glass is performed.
  • the glass with low viscosity causes the displacement in the width direction by the function of gravity in this shallow moat, and the dynamic control member Because gravity and surface tension work to approach a constant thickness even when passing the top of the glass, while passing through this, the glass spreads laterally and leveling of the thickness occurs, and by repeating this, the thickness distribution A small, wide, molten glass ribbon is formed.
  • a wall 22 is also provided on both sides in the width direction of the lip, which also serves as a gas generating member for containing the glass within a certain width.
  • grooves 20 for venting gas and holes 21 are provided as appropriate, and the gas is designed to escape through them behind the support member.
  • FIG. 3 is a plan view of a portion for forming a glass ribbon to be supplied with a lip force into a flat glass sheet having a uniform thickness
  • FIG. 4 shows an installation state of a dynamic gravity member.
  • the glass ribbon 10 causes displacement and deformation repeatedly by the action of gravity by the dynamic gravity control member 14 installed on the support plate 13 and at the same time the movement of the glass ribbon and the influence of gravity in the width direction by the dynamic gravity control member 14 And the glass is stretched in the width direction.
  • a tensile stress application jig with pins etc. on the surface of the glass ribbon 15 In addition, tensile stress is applied in a direction parallel to the flow direction of the glass by the downstream transport rolls etc., and thinning and flattening of the glass ribbon are performed.
  • the glass is supported only on the top of the dynamic gravity control member, and it becomes less likely to generate a thermal strain, and the tension with tension promotes planarization. Be done.
  • the gas generation support member is appropriately provided with a groove 23 and a hole 24 for gas discharge, and the pressure of the gas ejected from the support plate 13 and the dynamic gravity control member 14 is It is designed not to be excessive.
  • the gas component in the present embodiment may be either air or water, which is easily gasified by the heat of the glass.
  • the present technology in combination with other method of manufacturing glass sheet, and it may be useful.
  • the composition range of the adaptive glass is not limited to soda lime silicate glass, and it is possible to use porosilicate glass, so-called alkali-free glass for display, glass having improved acid resistance and brittle resistance, various color glasses, and partial crystallization.
  • Suitable for various glass compositions such as glass It is usable. In that case, depending on the physical properties of the glass according to the composition, conditions such as dynamic gravity control and application of tensile stress, temperature, degree, and speed of molding range of basic requirements of this technology. It can be selected and set within.
  • the present invention is a high-quality sheet glass which is free from defects and spots on the surface, exhibits smoothness on the nano level, and flatness of the entire product, and is substantially free of tin and the like. Information can be produced inexpensively and simply, and the complexity in terms of equipment and process control is eliminated, and the supply of high-quality sheet glass suitable for display applications can be made inexpensively and easily. It is expected that the effects on advanced industries such as association will be very large.

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Abstract

　ガラスを連続的に板状に成形する方法において、連続的に移動する固化前のガラスの少なくとも下面を支持部材から発生する気体で支持するとともに、ガラスにかかる重力の作用を制御してガラスに部分的な変位と変形を、その位置を変えながら繰り返し与え、ガラス全体に伝播させて展伸させることを特徴とする板ガラスの製法。従来技術の欠点や制約等を解決乃至改良し、簡便でエネルギー、資源及び環境問題を大幅に軽減でき、表面の欠点のない高品質の板状ガラスを与える技術を提供すると共に、蒸気膜を利用する方法における原理的かつ根本的に欠落している重要な技術的観点と要素を明らかにし、より広範な気体を利用する板ガラスの成形方法にわたる、ミクロな平滑性と共にマクロな厚み均一性や平坦度等に優れる高品質の板ガラスを製造する新たな技術を提供する。

Description

明 細 書
板ガラスの製法
技術分野
[0001] 本発明は、表面欠陥や不純物が少なぐナノレベルの表面平滑性を備えた高品質 の板状ガラスの製法に関するものである。
背景技術
[0002] 建築用や車両用の板状ガラスは先進国では殆ど錫浴上に溶融状態のガラスを流 出して、徐々に平板状に成形する錫フロート法によって生産されている。
ディスプレー用等の表面に錫等の不純物の混入が許容されない、高品質 ·高平坦 性が求められる薄板を製造する場合には、白金の樋の両側カゝら溶融ガラスをオーバ 一フローさせて白金のガイドにそって流下させた後、両側からのガラスを合わせて一 枚にする 、わゆるフュージョン法が用いられることも多 、。
[0003] また、網入りガラス等の場合には間にステンレス等の網をサンドイッチするために金 属ロールにより圧力をかけながらラミネート成形して製造される。
錫フロート法による板ガラスの製造に際しては、成形は高温の錫浴内で行うので、 錫の酸ィ匕を防ぐために密閉空間内で水素等の還元性雰囲気下に保つ必要があり、 水素等のコストや安全対策が問題となる。
また、錫との接触によるガラス中への錫の侵入や錫浴空間に侵入する酸素と錫との 反応による酸ィ匕錫等に起因する製品の表面欠陥が、高品質を求められるディスプレ 一用途で特に問題となる。さらに、錫等を高温に保っために、特に小規模生産では 大きなエネルギーコストが掛かり、炭酸ガス排出等の環境問題への影響も無視できな い。
[0004] また、錫フロート法の場合には、高温のガラスが熱伝導性の高!、金属錫と直接接触 するために、ガラスと金属錫との間の熱流束が大きぐガラスは錫の温度の影響を直 接大きく受けるので、錫の温度制御が非常に重要な技術課題となる。
また、そのような接触伝熱下の成形ではガラスの局部的な過剰変形部分は錫から の熱の供給により周囲と等温に保たれるので、一層異常変形が進行する恐れが大き い。これを避けるために、ガラスの粘性流動を利用して平準 ·均一化を図り、きめ細か い温度調整を図りながら準平衡的にゆっくり成形を行う必要がある。
[0005] また、熔融状態にあるガラスを特殊な樋力 樋の両側にオーバーフローさせ、これ を白金製のガイドの両面に添って流下させ、ガイドの最下端で合流させて一枚のガラ スリボンとした後にダウンドロー成形を施す、所謂フュージョン法がある。この方法は 板状ガラス製品の表面は製造過程で空気にしか触れないので、上記のような表面欠 点の心配がな 、ため、特にディスプレー用途等のノ、ィエンド商品として高 、評価を得 ている。
[0006] しかし、ガラスを垂直下方に引き落とす方法で成形するために、他のダウンドローと 同様、白金ガイドの先端部分のガラスに最大荷重が掛かり、それを軽減するためのガ ラスの温度制御が繁雑になり、また肉厚製品の生産には向かない。また、製品の幅 や厚み等の品種変更のたびに白金製の樋を変える必要があり、いわゆるジョブチェ ンジに手間取り、高価な白金製のリップのコストも無視できない。
さらに、金属ロールによる圧延成形では、金属ロールとの接触の跡が皺や凹凸状に 残ることが避け難ぐ製品の品質はそのまま平坦な板ガラスとしての用途には堪えな い。
[0007] 最近、上記のごとき既存の製法とは異なる方法で、水等の媒体を多孔質の支持体 に含浸させ、その上に溶融ガラスを流出して板状のガラスを連続的に製造する方法 が開発されており、この方法によれば上記のごとき既存の方法の欠点を、改良若しく は解消する可能性が示唆されて 、る (特許文献 1参照)。
また、その中には十分な速さで成形と冷却が行われることが必要でありまた好ましく 、一般的にはガラスが成形を受ける最大温度領域 1300° Cから 700° Cの間を毎分 1 00° C以上、好ましくは 200° C以上の速度で冷却し、この間にガラス面と並行の張力 を掛けて必要な厚みに成形することが均一な成形を実現するために好まし 、と 、うこ とが提案されて ヽる (特許文献 2参照)。
また、上記提案ではガラスの延伸成形にガラスリボンの流れる長軸方向と同時にそ れと直交する短軸方向にも張力を掛けることが望まれており、幾つ力の方法が提案さ れている (特許文献 3参照)。 し力しながら、上記提案に係る方法には原理的かつ根本的に欠落している重要な 技術的観点と要素があるために、製品全体にわたるマクロな平坦度や厚みの均一性 等の点で実用に供するレベルに至らな 、と 、う重大な問題を残して 、る。
[0008] さらに、板ガラスの成形にとっては、熔融窯から成形ゾーンへの熔融ガラスの供給も 重要な工程であって、トウィール等によって流量調節を施された熔融ガラスはスパゥト リップ等を経て各種の成形工程へ供給される。この際、生産歩留まりや製品品質の 向上のために、スパゥトリップ部分の構造 (特許文献 4参照)や材質 (特許文献 5、特 許文献 6、特許文献 7参照)等に関する工夫'提案も行われている。
し力しながら、上記提案は専らスズ浴法の前工程としての部分的改良に留まり、フユ 一ジョン法並びに水蒸気薄膜法の欠点や問題点をも含む抜本的解決法として期待 することはできない。
特許文献 1 :特開平 9 295819号公報
特許文献 2 :特開 2002— 47017号公報
特許文献 3：特開 2001— 247320号公報
特許文献 4：特開平 7— 33456号公報
特許文献 5 :特開 2003— 146675号公報
特許文献 6：特開平 6 - 345467号公報
特許文献 7：特開 2003 - 300739号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 本発明は、上記の錫浴法やフュージョン法に代表されるダウンドロー法並びに金属 ロール圧延法等の従来公知技術の欠点や制約等を解決乃至改良し、簡便でエネル ギー、資源及び環境問題を大幅に軽減でき、表面の欠点のない高品質の板状ガラ スを与える技術を提供すると共に、蒸気膜を利用する方法における原理的かつ根本 的に欠落している重要な技術的観点と要素を明らかにし、より広範な気体を利用する 板ガラスの成形方法にわたる、ナノメートルオーダーの平滑性と共にマクロな厚み均 一性や平坦度等に優れる高品質の板ガラスを製造する新たな技術を提供することを 課題としている。 課題を解決するための手段
[0010] 本発明者は、上記問題と課題の認識に基づき、種々検討を重ねた結果、製品全体 にわたるマクロな平坦度や厚みの均一性等の点でも実用に充分なレベルの高品質 の板ガラスを得るためには、連続的に移動する固化前のガラスの少なくとも下面を支 持部材から発生する気体で支持し、特に成形に供するに適した粘度を有する高温の ガラスの両面を気体環境に置き、片側の気体でガラスを支持すると共に、ガラスにか 力る重力の作用を制御して部分的なガラスの変位と変形を、その位置を変えながら 繰り返し与え、ガラス全体に伝播させて展伸させることが重要であるとの知見を得た。 ここで言う変位とは、ガラスが持ち上げられたり、持ち下げられたり、あるいは流れた りして、位置が変わることを意味する。
このようにガラスに力かる重力の作用を制御すると 、うことは、動的重力制御と言 、 換えることもできる。さらに、この動的重力制御と引張応力とを利用して成形すること 力 課題解決にとって非常に重要なことを見出した。
[0011] この動的重力制御は、成形に供する高温のガラスの全面に亘つて部分的な重力に よるガラスの変位と変形を与え、該重力の大きさと場所等を経時的に変えて制御する ものである。すなわち、成形に供されるガラスに局所的に力かる重力の大きさを一定 の秩序の下に刻々変化させること、言い換えればガラスにかかる重力を動的に制御 しつつ、局部的かつ経時的に変化する変位と変形を与えることが重要であるとの知 見によるものである。
この動的重力制御によって、成形時に供するガラス全体に亘る均一な拡張 (展伸） をもたらすことが可能となり、厚みの均一性及び平坦度の向上を実現することができ る。
動的重力制御は、特に幅広の板ガラスを成形しょうとする場合に、ガラスが充分高 温にあって、その粘性流体としての特性がいわゆる-ユートン流体に近い状態にお いて重要であって、これの実現によって始めて成形に供する高温'低粘度のガラスリ ボンの周辺からの引張応力の伝達不足を補い、ガラスに一様な展伸が掛けられよう になる。
[0012] また、この動的重力制御に加えて、成形に供するガラスの粘度，剛性が充分高くガ ラスが変形を生じない温度領域まで、ガラスに連続的に引張応力を掛け続けて延伸 成形することが高度の均一性や平滑'平坦度の実現に必要かつ重要である。ここで 言う連続的とは、明らかな時間的、場所的な間断や断絶を生じないことを意味するも のである。例えばガラスに対して 5ミリメートル程度の一定の間隔で治具に埋め込まれ たピンによる部分的な引張応力の印加であっても、本製造工程において常時それが 行われている限り、連続的と見做すものである。
[0013] このような動的重力制御を実現する方法としては、ガラスを支持する支持板上に間 隔を開けて配置した複数の気体を発生する複数の部材 (以下「動的重力制御部材」 と称す。）を設けることにより、効果的に達成できる。すなわち、ガラスの支持部材を支 持板と動的重力制御部材力 構成する方法が有効である。
この場合、気体を介在させて単にガラスを浮上あるいは支持するという意味ではな ぐ気体を発生する動的重力制御部材によって、ガラスに局部的に重力による変位と 変形を与えることが重要である。したがって、動的重力制御部材の寸法 ·形状、設置 位置等は、製造するガラスの材料の種類、形状、用途等に応じて、ガラスに局部的に 重力による最適な変位と変形が生ずるように設計することが必要となる。したがって、 これは後述する図面に示すように適宜変えられるものであり、固定された寸法'形状 でな 、ことは理解されるべきである。
特に、この動的重力制御部材はガラスの進行方向に対して直角又は一定の角度を もって設置することが良ぐ該気体を発生する動的重力制御部材によってガラスに局 部的に重力による好適な変位と変形を与えることが可能となる。さらに、動的重力制 御部材の支持板力 の高さを可変調整する構造とすることも有効である。これによつ て、ガラスに力かる重力の大きさ、変位や変形を任意に調節することが可能となる。
[0014] 動的重力制御部材の高さは支持板の基準面に対して一般に lmm以上 50mm以下 の一定の高さを有することが望ましい。さらに、好適な範囲はガラスの厚みや支持部 材の水平面に対する角度等の各種の要因 *条件によって最適化が図られる力 この 範囲に満たない高さでは重力の効果が期待し 1 、逆にこの範囲を超える場合には
、重力の影響が過度に働くと共に凸部頂上付近の気体発生に支障をきたす恐れが ある。 [0015] また、動的重力制御部材を一定間隔で設け、ガラスリボンの流れ方向に対して中央 部から対称若しくは非対称に一定の角度を付けておくことも可能であり、有用である。 力かる畝状の動的重力制御部材をガラスよりも大きな速度でガラスの流れ方向に走 らせることにより、重力の働く場所が逐次移動し、ガラスの展伸及び均一化を達成す ることができる。場合によりガラスの動きに対して、動的重力制御部材を逆行させるこ とも可能であり、有用である。
動的重力制御部材は支持板と接合せずに独立の運動をしても差し支えなぐある いは支持板と接合若しくは一体ィ匕して連動しても差し支えなぐ成形に供するガラス の種類、製造する製品形状、成形の条件等に応じて適宜選択することが可能であり 、望ましい。前記のように、動的重力制御部材の支持板からの高さを可変調整する構 造とすることも有効である。
このように、支持部材は移動するガラスに対してそれ自体は静止させるか又はガラ スと異なる速度で同方向に移動させるか若しくは異なる方向に移動させることができ る。
[0016] 通常成形に適したガラスの粘度は 107ボイズ以下であり、ガラスが変形可能な剛性 はおよそ 50GPA以下である。これらの粘度ある!/、は剛性のレベルにある温度領域で ガラスの移動方向及びそれに直行する方向に連続的に引張り応力をかけることも、 平坦性、厚みの均一性を高める上で、極めて有効である。
特に、この際、ガラスの流れ方向とそれに直交する方向に引っ張り応力を連続的に 掛け続けることが重要であって、引っ張り応力が位置的並びに時間的にも連続して 働くことが必要である。
[0017] これが満たされない場合には、引っ張り応力の不連続 '不均一な影響によって製品 に厚みむらや皺の発生を招く恐れがある。さらにまた、ガラスの粘度や剛性が高くなり 、通常成形に適した範囲を超えた後も曲げ変形や収縮変形の可能性は残るので、こ の領域でのガラスリボン全体に掛けられる引張応力の果たす役割は重要である。 そのためには引張応力を掛ける位置と共にガラスの粘性や剛性に適した治具の設 計、使用、並びにその応力や作動条件等も重要である。
これらの治具を適宜ガラスリボンの流れの上流から下流にかけて、ガラスの粘度と 剛性に合わせて配置することが望ま 、。
[0018] さらに、ガラスリボンの流れに直交する方向の引っ張り応力を掛ける際に、ガラスが 常に下流方向へ移動しているので、このような要因に配慮した治具の大きさ、形状や 応力を掛ける方向等の最適化を測る設計も望まれる。またさらに、ガラスリボンの流れ 方向とそれに直行する方向に掛ける応力成分比は著しく異ならないことが望ましい。
[0019] また、本発明は、熔融ガラスをガラスの流れ方向下向きに傾斜させた支持部材上に 流下させる工程をも対象として含む。連続的に移動する低粘度のガラスの少なくとも 下面を支持板力 発生する気体で支持するに際し、間隔を開けて気体を発生する一 定の寸法 *形状の複数の動的重力制御部材を該支持板上に配置し、ガラスにかかる 重力の作用を制御して部分的な変位と変形を、その位置を変えながら繰り返し与え、 ガラス全体に伝播させて展伸させて、ガラスの温度分布や肉厚分布を極小化するこ とがでさる。
このような工程を経て、成形ゾーンに当該ガラスを移動することによって、高品質の 板ガラスを形成することが可能となる。
[0020] かかる工程としては、所謂スパゥトリップの他、熔融状態にあるガラス素地を成形ゾ ーン等一定の場所や方向に移動したり導いたりするリップ、ガイド等の板ガラス成形 に必要な前工程を示す。
このような工程では、リップの幅方向の両端に気体発生基材カもなる堰を設けること も、一定の幅の中にガラスリボンを保持したり、ガラスの流れを一定方向に誘導するた めに有用である。
[0021] このような動的重力制御を可能とする気体支持による前工程の構造設計によって、 成形ゾーンに供給されるガラスリボンの肉厚や温度の均一性が実現され、高品質の 板ガラスの実現に繋がる。
またさらに、熔融ガラスが流れる傾斜角度も動的重力制御との関連において重要な 働きをするので、熔融ガラスに加わる重力の作用と気体の圧力や流れ等の要因が適 正に働くような設計に当たっての配慮が必要である。
また、リップ等前工程への熔融ガラスの供給口の形は断面が円形、楕円形、矩形等 いずれでもよぐまた熔融ガラスの入っている坩堝や窯の下部力 押し出される様式 でも上部や側面からオーバーフローする様式でも適用可能である。
[0022] 上記のごとき、ガラスの成形は成形に供されるガラスが周囲を気体環境に置かれて いることが要件であって、用いられる気体はガラスに対して成形条件下で実質的に損 傷や負の影響を与えな!/、気体であれば使用可能であるが、通常は空気又は水蒸気 が入手や操作の利便性や安全性の点から推奨される。
水を水蒸気発生の原料として用いる場合には、水は支持板や動的重力制御部材 表面から高温のガラスの熱によって蒸発するので、水に含まれる微量の無機物や無 機イオンが表面近傍に蓄積'沈着することを避け、あるいは軽減するために、水の純 度は高いほうが望ましぐ特に上記の無機物や無機イオンの含量は出来るだけ低い ほうが望ましい。
[0023] V、ずれの気体も、連続多孔構造あるいは繊維構造等からなり内部に必要充分なミ クロ空隙を有し、かつ気体あるいは気体を発生する液体の通過や吸蔵によって膨潤 等の寸法変化をもたらし難 、材料をその発生支持部材として用いることが望まし 、。 力かる観点力 金属、セラミックス、カーボン、耐熱性の榭脂等が好適に用いられる さらに、ガラスを支持する気体の圧力が過度ある ヽは局部的に大き過ぎな、、ように、 気体の排出を円滑に行なわせしめる溝ゃ孔の存在は重要かつ不可欠であって、支 持板や動的重力制御部材に適切な大きさと分布で力かる溝ゃ孔を設けることが重要 である。
[0024] また、このような技術を用いてガラスを成形する際に、気体に支持されるガラスリボン は水平であっても良ぐまた垂直でな 、限り水平力 一定の角度を有して 、る傾斜状 態でも差し支えない。また、気体を発生する支持部材の動きはガラスリボンと同方向 でも差し支えなぐ逆方向でも力まわない。またガラスリボンが充分な速度で移動する 状態で成形される場合には支持部材は移動しな 、、固定床であっても差し支えな 、 。要するにガラスリボンの移動速度との間に相対的に充分な違いがあれば差し支え ない。
発明の効果
[0025] 以上に示す本発明によって、表面に欠点や汚点のない、ナノレベルの表面平滑性 を示す平滑度と製品全体の平坦度に優れ、実質的に錫等を含まない高品質の板ガ ラスの安価かつ簡便な生産が可能となる。特に公知の蒸気膜法では達成が困難で あった製品板ガラスの全幅に亘る肉厚分布の極小化が図れ、波打ち、反り等の欠点 が解消され、ディスプレー用途向け等の所謂ハイエンド製品が多様な寸法や材質に 亘つて汎用的に生産可能となる。
[0026] また、成形の前工程力 の一貫した処理によって、前工程に由来する欠点ならびに ガラスの流れの不均一や壁面近傍におけるガラスの流れの滞りや温度の不均一を解 消できるので、高品質板ガラスを生産性良く製造できる。
本プロセスが空気や水蒸気等の気体をガラスの処理および支持媒体として用いる ことから推量されるように、既存のプロセスと比べて、錫や水素等の貴重な資源を用 いる必要がない。
また、基本的に溶融状態にあるガラスの熱量以外の外部力 の熱エネルギーの供 給が不要で、開放系で簡便かつ小規模の装置で設備投資も節減でき、炭酸ガスや その他の排気ガスの実質的にない、クリーンな操作 '環境で実施可能であるという効 果を有する。そして、品種の切り替え等の簡便かつ迅速で素地の無駄の少ない、少 量多品種から大量生産までの対応の幅の広 、プロセスとなり得るものであって、本発 明は格段に省エネルギー、省資源等の達成される、持続的発展に不可欠の板ガラス 製造プロセスを提供するものでもある。
図面の簡単な説明
[0027] [図 1]動的重力制御による気体支持部材を用いる板ガラスの成形断面図である。
[図 2]動的重力制御による気体支持部材を用いる前工程正面図である。
[図 3]動的重力制御による気体支持部材を用いる成形平面部分図である。
[図 4]動的重力制御による気体支持部材を用いる成形俯瞰部分図である。
発明を実施するための最良の形態
[0028] 以下、通常の建築用途等に用いられる糸且成のソーダライムシリケートガラスを典型 的な例として実施の形態を示す。
シリカ（70重量％)、酸ィ匕アルミニウム (2重量％)、酸ィ匕ナトリウム（13重量％)、酸ィ匕 カルシウム（10重量0 /0)、酸化マグネシウム (4重量0 /0)及びその他の酸ィヒ鉄等の少量 成分力も成るソーダライムシリケートガラスを、泡や組成の不均一性が実質的に問題 にならない程度にまで充分な温度と時間を掛けて熔融し、図 1に示すように板ガラス に成形する。
[0029] 熔融炉 1で熔融されたガラス 2は吐出口 3から 1100〜1300° Cの温度範囲の一定温 度で、トウィール 4で流量調節され一定流量でガラスメルト 5としてリップ 6に供給され る。
リップ 6は気体成分供給部 7、そこから気体成分を供給される多孔質基材からなる 支持板 8及び複数の動的重力制御部材 9から構成されて ヽる。ガラスメルト 5は動的 重力部材 9によって幅方向への拡張と薄肉化を施され、次第に均一な厚みの平坦な ガラスリボンを形成する。
リップはガラスの流れ方向下方に 15° 〜30° 程度の傾斜を有しており、上記温度 やガラスの流量等に応じて設定される。また、動的重力制御部材の形状、大きさ、設 置位置等もこれらの要因と連動して設計'装着される。
[0030] リップに供給された熔融ガラス素地はリップ力も発生する気体上に浮上支持されて いるので、リップ面に一切付着することなく流下し、また、リップ下端から成形ゾーンに 供給されるガラスリボン 10の温度と肉厚は両端の僅かな部分を除いて実質的に均一 の状態となる。
次いで、ガラスリボン 10は 1000〜： L 100°Cの温度範囲の一定温度で成形ゾーンの 気体発生支持部材 11上に移動し、平滑，平坦な板ガラスに成形される。気体発生支 持部材 11は気体成分供給部 12と、そこから気体成分を供給される気体発生支持板 13と、複数の動的重力制御部材 14から構成される。
[0031] ガラスリボン 10はリップにおけるのと同様に動的重力部材 14の働きによって、均一 な幅方向への拡張が行われる。同時にガラスリボンは下流のピンチロール 19及び引 張応力印加治具 15によってガラスリボンの流れ方向及びそれに直行する方向に引 張張力を掛けられ、薄肉化が進むとともにガラスの冷却に伴い、平坦なガラス板 16へ と成形されて行く。
成形を終えたガラス板 16は次 、で徐冷炉 17内で歪や反りを生じな 、ように注意し てロール 18、 19等によって搬送され、徐冷を施される。 [0032] 上記の工程に用いられる部材と装置の拡大図が図 2、図 3及び図 4である。図 2はリ ップにおけるガラスメルトの流れとそれに伴う拡幅の様子を正面力 見た図である力 ガラスメルト供給口 3から供給されたガラスメルト 5は動的重力制御部材 9によって重 力の働きを制御され、変位と変形を繰り返し、ガラスの展伸が行なわれる。
すなわち、動的重力制御部材 9の直前では一種の浅い堀が形成される状態になる ので、粘度の低いガラスはこの浅い堀で重力の働きによって幅方向への変位を起こ し、動的制御部材の頂部を超える時にも一定厚みに近づくように重力と表面張力が 働くので、ここを通過する間に、ガラスは横への広がりや厚みの平準化を生じ、これを 繰り返すことにより、肉厚分布の小さな幅広の熔融ガラスリボンが形成される。
[0033] し力も、この一連の過程は常に気体によるガラスの支持状態の下に行なわれ、主と してガラスは輻射放熱による温度低下が起きるだけなので、温度分布は生じ難 ヽ。 ガラスの横への広がりや厚みの平準化の程度は、ガラスの粘度と滞留時間等の関 係に左右されるので、リップの勾配や動的重力制御部材の形状，寸法、設置の角度' 間隔'数等の設計によって、好適な肉厚、厚みの極小化、温度分布等を達成できる。 必要に応じて温度低下を制御するための保温を、輻射放熱状態を乱さないように行 なうことも可能である。
[0034] また、リップの幅方向両側にはガラスを一定幅内に納めるための同じく気体発生部 材カもなる壁 22が設けられているが、これにガラスが接触しても、同様に輻射放熱支 配の状態が変わることは無ぐ従来の白金製のリップの場合のように両側のガラスの 流れが滞ったり、接触伝熱による温度低下をきたすことはない。
さらに気体排出用の溝 20と孔 21が適宜施してあり、気体はそれらを通して支持部 材の背後に抜けるように設計されて 、る。
[0035] 図 3はリップ力 供給されるガラスリボンを均一な肉厚の平坦な板ガラスに成形する 部分の平面図であり、図 4は動的重力部材の設置状態を示している。
ガラスリボン 10は支持板 13に設置された動的重力制御部材 14による重力の働き によって変位と変形を繰り返し起こすと同時にガラスリボンの移動と共に動的重力制 御部材 14によって幅方向にその重力の影響を伝播され、幅方向へのガラスの展伸 が行なわれる。同時にガラスリボンには表面にピン等を施した引張応力印加治具 15 と下流の搬送ロール等によるガラスの流れ方向に直行する方向と平行する方向とに 引っ張り応力が掛けられ、ガラスリボンの薄肉化と平坦ィ匕が行なわれる。
さらに、次第にガラスの粘度と剛性が高まるに連れ、ガラスは動的重力制御部材の 頂部のみに支持される状態となり、熱歪の発生し難い状態になり、張力とのノ ランス によって平坦化が促進される。
[0036] 図 4に示すように、気体発生支持部材には、気体排出用の溝 23と孔 24が適宜設け られており、支持版 13と動的重力制御部材 14から噴出する気体の圧力が過度にな らないように設計されている。
本実施形態における気体成分は空気でもよぐガラスの熱によって容易にガス化す る水のようなちのでもよい。
空気の場合にはガラスを浮上させるに必要かつ充分な空気の量と圧力の制御が重 要であって、そのような工夫を施した気体成分供給部、支持版および動的重力制御 部材を用いる。気体が水蒸気の場合には水をガラスの熱によって水蒸気として送り出 すに充分な機能を備えた親水性多孔質カーボンやセラミックス等の部材を用いる。
[0037] 以上にぉ 、て説明した実施形態は、種々の実施形態中の僅かな事例に過ぎず、 本発明の対象範囲を限定するものではない。この他に、移動式のリップや一且樋上 の熔融ガラス溜に溜めた後にリップ等に流出する方法、気体発生支持部材をガラス と異なる速さで同方向に移動させる場合、気体発生支持板のみ移動させる場合、動 的重力制御部材を支持部材の中央力 左右交互に少しずらした中心を持たせた位 置に装着する場合、気体発生支持部材ゃ動的重力制御部材をガラスリボンと逆送す る場合、気体発生支持部材と動的重力制御部材を独立に動かす場合等、種々の形 態が可能であり、また有用である。
[0038] また、本技術を他の板ガラスの製法と組み合わせて用いることも可能であり、また有 用な場合がある。例えば本技術によって一定厚みまで成形した板状のガラスにさらに 延伸応力を付加してリドローを施して薄板ィ匕を図ることも本発明の範囲である。
さらに、適応ガラスの組成範囲はソーダライムシリケートガラスに限らず、ポロシリケ ートガラス、ディスプレー用のいわゆる無アルカリガラス、耐酸性ゃ耐脆性を向上させ たガラス、各種の色ガラス、部分的に結晶化をさせたガラス等各種のガラス組成に適 用可能である。その場合にはその組成に応じたガラスの物理的性質に応じて、動的 重力制御や引張応力の印加等の条件や成形の温度、程度、速さ等を本技術の基本 的な要件の範囲内で選択設定できる。
産業上の利用可能性
本発明は、上記に示すように、表面に欠点や汚点のない、ナノレベルの表面平滑 性を示す平滑度と製品全体の平坦度に優れ、実質的に錫等を含まない高品質の板 ガラスの安価かつ簡便な生産が可能となり、また、設備的並びに工程管理上の煩雑 さも解消され、ディスプレー用途等に適した高品質の板状ガラスの供給を安価 '容易 にする効果を有するので、情報関連等の先端的な産業への効果の非常に大きなこと が期待される。
併せて、錫や水素等の貴重な資源を用いることなぐ溶融ガラスの熱量以外の熱ェ ネルギ一の供給が不要で、簡便かつ小規模の装置で設備投資も節減でき、炭酸ガ スやその他の排気ガスが実質的にない、クリーンな操作'環境で実施でき、さらに品 種の切り替え等を簡便かつ迅速に行うことができ、少量多品種から大量生産まで、幅 の広 、プロセスを提供することができる。

Claims

請求の範囲
[1] ガラスを連続的に板状に成形する方法において、連続的に移動する固化前のガラ スの少なくとも下面を支持部材力 発生する気体で支持するとともに、ガラスにかかる 重力の作用を制御してガラスに部分的な変位と変形を、その位置を変えながら繰り返 し与え、ガラス全体に伝播させて展伸させることを特徴とする板ガラスの製法。
[2] 支持部材が、複数の気体を発生する支持板と該支持板上に間隔を開けて配置した 気体を発生する複数の部材からなり、該部材はガラスの進行方向に対して直角又は 一定の角度をもって設置されており、該気体を発生する部材によってガラスに局部的 に重力による変位と変形を与えることを特徴とする請求項 1に記載の板ガラスの製法
[3] 気体を発生する部材の支持板からの高さを可変調整することを特徴とする請求項 2 記載の板ガラスの製法。
[4] 移動するガラスに対して支持部材を静止させるか又はガラスと異なる速度で同方向 に移動させるか若しくは異なる方向に移動させることを特徴とする請求項 1〜3の 、 ずれかに記載の板ガラスの製法。
[5] ガラスの粘度が 107ボイズ以下又はヤング率が 50GPa以下を示す温度領域でガラス の移動方向及びそれに直行する方向に引張り応力をかけることを特徴とする請求項
1〜4の 、ずれか〖こ記載の板ガラスの製法。
[6] 熔融ガラスをガラスの流れ方向下向きに傾斜させた支持部材上に流下させる工程 を含むことを特徴とする請求項 1〜5のいずれかに記載の板ガラスの製法。
[7] 支持部材に、該支持部材力 噴出する気体を系外に排出させるための溝及び/又 は孔を有することを特徴とする請求項 1〜6記載の板ガラスの連続的製法。
[8] 支持部材が水を含浸する多孔構造又は繊維構造の材料からなることを特徴とする 請求項 1〜7記載の板ガラスの製法。
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