JP2005206417A

JP2005206417A - 板ガラスの成形方法及び板ガラスの成形装置

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Publication number: JP2005206417A
Application number: JP2004014239A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Morigami; 弘昭森上; Nobutoshi Ito; 伸敏伊藤
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: JP4438084B2

Abstract

【課題】結晶性ガラスを実質的に失透を起こさず効率的に液晶プロジェクター用途等で使用可能な脈理品位の良い幅広い板状に成形することが可能な板ガラスの成形方法及び成形装置を提供する。
【解決手段】本発明は、導管１から溶融ガラスＧを回転する一対の耐熱性成形ローラー５の間に供給し、帯状ガラスを固化させて板ガラス６を成形する方法であって、供給部２が白金を含有する金属から作製され、成形ローラー５に近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、供給部２に通電加熱し、同時に供給部２上の溶融ガラスＧを上方空間Ｓから加熱してガラスの液相温度よりも５０〜１００℃高く保持し、かつ粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅである溶融ガラスＧをローラー５間に供給する成形方法。及び供給部２に通電加熱して溶融ガラスＧの幅方向に温度制御が可能な電力供給器３が接続され、かつ、供給部２の上方が開放された部位の溶融ガラスＧを上方空間Ｓから加熱して温度制御する加熱手段４を具備している板ガラスの成形装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融ガラスを回転する一対の成形ローラーの間に供給して板ガラスを成形する板ガラスの成形方法及び板ガラスの成形装置に関し、特に、結晶性ガラスからなる板ガラスに適する板ガラスの成形方法及び板ガラスの成形装置に関する。

近年、情報化の進展に伴い、耐熱性に優れた透明基板の需要が増大してきている。このような高い性能を有するものとして、石英ガラスが知られている。石英ガラスは耐熱性及び透明性ともに高いレベルで満足するものである。しかし、フォトマスク等での実績はあるものの量産性に限界があり、透明度の高いものを得るには高価な設備を要する問題がある。

このような石英ガラスに比べて、ホウケイ酸系ガラスやアルミノシリケート系ガラス等は、耐熱性に関しては石英ガラスには及ばないものの、透明性は同等であり、量産性に関しては大幅に優れている。このようなガラスを板状に成形する方法として、特許文献１には導管から供給された溶融ガラスが、上方に加熱ヒーターが配設されたガラス槽に導かれた後、ガラス流出方向に向かって徐々に幅広くなり、通電加熱が可能なオーバーフローリブ上を流れ、板ガラスに成形されるようになっている板ガラス成形装置及び成形方法が記載されている。また、特許文献２には導管から供給された溶融ガラスが、白金を使用したガラス流出方向に向かって徐々に幅広くなるガラス槽に導かれ、一対の成形ローラーによる引き抜きにより板ガラスに成形する板ガラス成形装置及び成形方法が記載されている。また、特許文献３には断面が円形の導管から供給された溶融ガラスが、ガラス流出方向に向かって徐々に幅広くなり、通電加熱が可能なスリット状オリフィスから流出し、延べ板ガラスを成形する板ガラス成形装置及び成形方法が記載されている。また、特許文献４には、断面が円形の導管から供給された溶融ガラスが、矩形状の通電加熱が可能な容器内に流入させ、矩形のスリットから押し出すことにより板ガラスに成形する板ガラス成形装置及び成形方法が記載されている。また、特許文献５、６にはガラス溶融炉のフィーダーから供給された帯状の溶融ガラスが、一対の成形ローラーに供給され板ガラスに成形する板ガラス成形装置及び成形方法が記載されている。
特開平６−９２６６０号公報特開平３−１７４３３２号公報特開２００２−２１１９３４号公報特開昭６３−５５１２７号公報特許７１２８９号公報特許７１２８５号公報

例えば、液晶プロジェクターの光学系等では石英ガラスと同等以上の耐熱性が要求される場合があり、これに耐えうるものとして透明な結晶性ガラスがある。しかしながら、透明な結晶性ガラスを板状に成形する際に、上記従来の板ガラスの成形装置及び成形方法では、非常に高温となる溶融ガラス中の結晶析出性が考慮されておらず、部分的に所望しない結晶が析出するいわゆる失透現象が起き、部分的に透明性に欠けガラス製品としての外観、透光性、均質性、等の性能が得られない問題がある。また、不透明な結晶性ガラス製の板状製品を作製する場合でも、この失透が生じた部位は周囲と異なり所望の物理的特性・化学的特性が得られず、良品が得られないという問題がある。

また、成形前の溶融ガラス中に失透が生じると、その部分が局部的に周囲の溶融ガラスよりも高粘度または高硬度となり、成形ローラーの表面を損傷し、板ガラス表面に所望しない模様が入り、所定の有効幅の板ガラスが得られなくなる問題がある。

一方、一対の成形ローラーへ供給される生地の幅が、成形ローラーで成形される板の幅より大幅に狭いと、成形される板の脈理が悪化するという問題があり、脈理品位の良い広幅の結晶性板ガラスを得るには、成形ローラーへ失透することなく、幅広い生地を供給する装置の考案が必要であった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、結晶性ガラスを４００ｍｍから２０００ｍｍを超えるような幅広い板状に成形する際に、実質的に失透を起こさせず、脈理品位の良い、大きい板幅の結晶性ガラス板を効率的に成形することが可能な板ガラスの成形方法及び成形装置を提供することを技術課題とする。

本発明に係る板ガラスの成形方法は、ガラス溶融炉の供給部から溶融ガラスを所定の板厚を得るための間隔に設けられた回転する一対の耐熱性ローラーの間に供給し、該成形ローラーの間から引き出した帯状ガラスを平面状に固化させて板ガラスを成形する板ガラスの成形方法であって、前記供給部が白金を含有する金属から作製され、前記成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、該供給部に通電して加熱し、同時に供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱することによりガラスの液相温度よりも５０〜１００℃高く保持され、かつ粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅである溶融ガラスを前記成形ローラー間に供給することを特徴とする。

本発明では、供給部は白金を含有する金属製であって、成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有していることが重要である。特許文献１、２に記載されているような溶融ガラスを溜める構造であると、その位置で溶融ガラスの流れ方向に乱れが生じ、上流のガラス溶融炉内でせっかく高度に均質化した溶融ガラスが不均質になるが、本発明のように連続的に拡開する形状にすることにより、溶融ガラスの流れ方向に乱れ生じ難く、均質性を維持することができる。また、溶融ガラスの導管と溶融ガラスの拡開部位との間に不連続な形状の部位が在ると、その位置で溶融ガラスの流れ方向に乱れが生じるので、供給部は導管のパイプ状部位から段差なく連通していることが好ましい。さらに、特許文献５、６のように供給部が白金を含有する金属製でない場合には、効率的な通電加熱ができず、結晶性ガラスのような高温の溶融ガラスの場合には耐火煉瓦等が浸食されて異物不良が多発すると共に、耐火物との境界面で失透不良が発生する。供給部は白金を含有する金属製であることが重要である。

また、本発明では、供給部に通電加熱することによりガラスの液相温度よりも５０〜１００℃高く保持され、かつ粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅである溶融ガラスを一対の成形ローラー間に供給することが失透を防止する上で重要であり、安定して失透を防止する上で１０^3.0〜１０^3.5ｐｏｉｓｅが好ましい。一方、溶融ガラスの温度が高くなりすぎると、成形ローラー表面の劣化が激しくなり、頻繁にローラー交換が必要になって、結果として板ガラスの製造コストが上昇する。また、間接的な加熱手段のみでは、溶融ガラスを瞬時に昇温させることが困難となり、何らかの外乱により幅が広がった溶融ガラスが局部的に温度が下がった場合に昇温速度が追いつかず、失透が生じるおそれがあるので、供給部は通電して加熱が可能であることが重要となる。

また、供給部が特許文献３、４に記載されているような構造であると、供給される溶融ガラスの温度は、溶融ガラスに接している構造部の通電加熱により決定されてしまうので、特に、幅が広い板ガラスを成形する際には大きい温度差が生じて板厚のバラツキその他の成形性の点で問題になる。本発明では、供給部の通電加熱に加えて上方から加熱することで、通電加熱のみではカバーできない供給部から離れた溶融ガラスの加熱を可能にし、かつ、通電のみの加熱により生じる所望しない温度分布に対応して、その低温部位について上方から加熱することで補完するものである。また、供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱することで、溶融ガラス上方空間の雰囲気温度を容易に安定させることができ、結果として成形ローラー上の溶融ガラスの温度を安定させることができる。

さらに、本発明の板ガラスの成形方法は、板ガラスが結晶性ガラスであることを特徴とする。

一般に、結晶性ガラスは通常のガラスに比べて液相温度がかなり高く、作業温度も高くなっており、僅かでも溶融ガラスに所定温度よりも低くなった部位があると失透を起こしやすい。本発明の板ガラスの成形方法は、このような結晶性ガラスからなる板ガラスの成形に適するものである。

本発明に係る板ガラスの成形装置は、ガラス溶融炉の供給部から溶融ガラスを所定の板厚を得るための間隔に設けられた回転する一対の耐熱性ローラーの間に供給し、該成形ローラーの間から引き出した帯状ガラスを平面状に固化させて板ガラスを成形する板ガラスの成形装置であって、前記供給部が白金を含有する金属から作製され、前記成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、該供給部には、これを通電加熱して溶融ガラスの幅方向に温度制御することが可能な電力供給器が接続されており、かつ、前記供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱して温度制御する加熱手段を具備していることを特徴とする。

本発明で使用する供給部としては、結晶性ガラス等の高温のまま成形される溶融ガラスに対して所望の耐浸食性及び耐熱性を有し、通電加熱が可能な所定厚さ以上の白金または白金合金製であることが重要である。また、供給部の形状は成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開する略扇形の形状を有し、かつその上方が開放されていることが溶融ガラスの温度を調節する上で重要となる。さらに、先記のとおり供給部は導管のパイプ状部位から段差なく連通していることが好ましい。

また、供給部に接続される電力供給器としては、拡開して広がった供給部にある溶融ガラスの温度を失透が起こらない液相温度以上で、かつ作業温度付近に保持できる温度制御機能を有することが必要となる。温度検出器としては、白金製等の熱電対による温度検出と、出力制御器としては、白金または白金合金製の供給部に通電して溶融ガラスの温度を成形に適した粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅの範囲内に制御することができれば使用可能であり、１０^3.0〜１０^3.5ｐｏｉｓｅの範囲内に制御できるものが好ましい。

また、本発明の板ガラスの成形装置は、前記供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱して温度制御する加熱手段を具備している。

本発明で、上方空間の上方及び／または側方から加熱して温度制御する加熱手段としては、発熱体には、炭化珪素（略称：ＳＩＣ）発熱体、ニッケル・クロム合金線（略称：ニクロム線）等が使用可能であり、上方からの加熱構造の点でＵ字型をしたＳＩＣ発熱体が好ましい。また、この加熱手段による温度制御の手段としては、温度検出器は、白金製の熱電対が使用可能であり、温度制御の点でＰＩＤ制御器等が好ましい。

本発明で使用する耐熱性の成形ローラーとしては、溶融ガラスに対する耐食性や耐クリープ変形性を考慮した高クロム鋼その他の耐熱金属等が使用可能である。

本発明に係る板ガラスの成形方法によれば、ガラス溶融炉の供給部から溶融ガラスを所定の板厚を得るための間隔に設けられた回転する一対の耐熱性ローラーの間に供給し、該成形ローラーの間から引き出した帯状ガラスを平面状に固化させて板ガラスを成形する板ガラスの成形方法であって、前記供給部が白金を含有する金属から作製され、前記成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、該供給部に通電して加熱し、同時に供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱することによりガラスの液相温度よりも５０〜１００℃高く保持され、かつ粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅである溶融ガラスを前記成形ローラー間に供給するので、高い液相温度を有するガラスでも失透を起こすことなく従来よりも幅広の板ガラスを成形することが可能となる。

また、本発明の板ガラスの成形方法によれば、板ガラスが結晶性ガラスからなるので、従来にない幅広の失透のない結晶化ガラス製の板ガラスを効率よく製造することができる実用上優れた効果を奏するものである。

本発明に係る板ガラスの成形装置によれば、ガラス溶融炉の供給部から溶融ガラスを所定の板厚を得るための間隔に設けられた回転する一対の耐熱性ローラーの間に供給し、該成形ローラーの間から引き出した帯状ガラスを平面状に固化させて板ガラスを成形する板ガラスの成形装置であって、前記供給部が白金を含有する金属から作製され、前記成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、該供給部には、これを通電加熱して溶融ガラスの幅方向に温度制御することが可能な電力供給器が接続されており、かつ、前記供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱して温度制御する加熱手段を具備しているので、高い液相温度を有するガラスでも失透を起こすことなく従来よりも幅広の板ガラスを成形することが可能となる上記本発明の板ガラスの成形方法を効率よく安定して実施することができる。

また、本発明の板ガラスの成形装置及び成形方法によれば、供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱して温度制御する加熱手段を具備しており、供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱するので、通電加熱のみの加熱により生じる所望しない温度分布に対応して、その低温部位について上方空間から加熱することで補完することができ、さらに上方空間の雰囲気温度を安定化させることできめ細かく溶融ガラスの失透を防止して、従来よりも幅広の帯状の溶融ガラスを成形ローラーの間に供給することができる。このような厳密な温度管理が可能になったことで、溶融ガラスの流量を小さくしても、従来不可能であった幅広の板ガラスの成形が可能になる。

以下、本発明の実施の形態に係る板ガラスの成形装置の一例について図１を用いて詳細に説明する。図中、１はガラス溶融炉からの導管を、２は導管１のパイプ状部位から段差なく連通して一対の成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有する白金を含有する金属製の供給部を、３は供給部２に通電して溶融ガラスの幅方向に温度制御が可能な電力供給器を、４は供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱して温度制御する加熱手段を、５は一対の成形ローラーを、６は成形された板ガラスを、Ｇは溶融ガラスをそれぞれ示している。

図１（Ａ）に示すように、本実施例の板ガラスの成形装置は、内径が５４ｍｍの導管１及び供給部２が厚さ１ｍｍの白金製であり、供給部２は、ガラス溶融炉からの導管１から流れ出る溶融ガラスＧを一対の成形ローラー５に近づくにしたがって徐々に拡開する扇形部２ａを備え、かつ、扇形部２ａの上方が開放されており、その深さは６５ｍｍである。また、図１（Ｂ）に示すように、供給部２の電極部２ｂには通電加熱して溶融ガラスＧの幅方向に±１℃以内の温度制御が可能な温度センサー３ａ及び出力制御部３ｂと電源部３ｃとを使用した電力供給器３が接続されている。また、所定の幅、例えば、約４００ｍｍになった帯状の溶融ガラスＧは、その全幅にわたって、ガラスの液相温度の１３８０℃に対して５０℃高い１４３０℃以上に保持され、かつ粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅ内の１０^3.0〜１０^3.5ｐｏｉｓｅの作業粘度になるように、電力供給器３からの通電加熱と、加熱手段４のＵ字型のＳＩＣからなる複数の発熱体４ａによる上方空間Ｓからの加熱とにより、厳密に作業温度に温度管理がなされるようになっている。このように厳密に温度管理されて作業温度になった約４００ｍｍ幅の帯状の溶融ガラスＧは、所定の板厚を得るための間隔、例えば、２ｍｍが設けられた耐熱金属製の回転する一対の成形ローラー５の間に供給され、一対の成形ローラー５の間から引き出した帯状ガラスを耐熱金属製のローラーコンベア７で平面状に固化させて厚さ２ｍｍで全幅４１０ｍｍ、有効幅４１０ｍｍの板ガラス６を成形するようになっている。

加熱手段４は、電源部４ｂに接続された発熱体４ａで加熱された上方空間Ｓの温度を白金熱伝対の温度センサー４ｄで検出し、出力制御部４ｃに送られた信号により電源部４ｂの出力を制御するようになっている。

上記板ガラスの成形装置を使用した、厚さが５ｍｍで、有効幅が約２ｍの大きい板ガラスを成形する本実施例の成形方法について以下に説明する。

まず、ガラス溶融炉で溶融ガラスＧを十分に攪拌・清澄し、均質化を行った後、図１（Ｂ）に示すように、導管１に導く。この導管１から溶融ガラスＧが電力供給器３で通電加熱された供給部２に流れると、供給部２の扇形部２ａで溶融ガラスＧが成形ローラー５に近づくにしたがって徐々に拡開してその幅を広げ、加熱手段４により１６００℃になっている上方空間Ｓから上部が開放された扇形部２ａ上の溶融ガラスＧが加熱される。この加熱により、帯状の溶融ガラスＧは、その全幅にわたって、ガラスの液相温度の１３８０℃に対して５０℃高い１４３０℃以上に保持され、かつ粘度が１０^3.0〜１０^3.5ｐｏｉｓｅの作業粘度になる。このように厳密に温度管理されて作業温度になった帯状の溶融ガラスＧは、５ｍｍの板厚を得るための間隔に設けられた回転する耐熱性の一対の成形ローラー５の間に供給され、成形ローラー５の間から引き出した帯状ガラスを耐熱性のローラーコンベア７で平面状に固化させて、厚さが５ｍｍで、全幅２．３ｍであり、その両端の変形部位を除いた有効幅が約２ｍの板ガラス６を成形する。

このようにして得られた板ガラス６を、後日、所定の熱処理条件で結晶化し、偏光板を通した検査器やレーザー干渉計を使用して所望しない結晶析出による脈理の観察をしたところ、有効部位には液晶プロジェクター等の光学系での使用に支障となるようなレベルの脈理は全く観察されず、良好な均質性を有するものであった。熱膨張、曲げ強度、透過率、等の特性も全表面に亘って所望の値であった。

本発明は、作業温度の範囲が狭い他の材質を回転する一対の成形ローラーで成形する際に適用可能である。

本発明に係る板ガラスの成形装置の説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ−Ｙ断面図。

符号の説明

１導管
２供給部
２ａ扇形部
２ｂ電極部
３電力供給器
３ａ温度センサー
３ｂ出力制御部
３ｃ電源部
４加熱手段
４ａ発熱体
４ｂ電源部
４ｃ出力制御部
４ｄ温度センサー
５成形ローラー
６板ガラス
７ローラーコンベア
Ｇ溶融ガラス
Ｓ上方空間

Claims

ガラス溶融炉の供給部から溶融ガラスを所定の板厚を得るための間隔に設けられた回転する一対の耐熱性ローラーの間に供給し、該成形ローラーの間から引き出した帯状ガラスを平面状に固化させて板ガラスを成形する板ガラスの成形方法であって、
前記供給部が白金を含有する金属から作製され、前記成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、該供給部に通電して加熱し、同時に供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱することによりガラスの液相温度よりも５０〜１００℃高く保持され、かつ粘度が１０^2.0〜１０^4.5ｐｏｉｓｅである溶融ガラスを前記成形ローラー間に供給することを特徴とする板ガラスの成形方法。
板ガラスが結晶性ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の板ガラスの成形方法。
ガラス溶融炉の供給部から溶融ガラスを所定の板厚を得るための間隔に設けられた回転する一対の耐熱性ローラーの間に供給し、該成形ローラーの間から引き出した帯状ガラスを平面状に固化させて板ガラスを成形する板ガラスの成形装置であって、
前記供給部が白金を含有する金属から作製され、前記成形ローラーに近づくにしたがって徐々に拡開し、且つ上方が開放された形状を有し、該供給部には、これを通電加熱して溶融ガラスの幅方向に温度制御することが可能な電力供給器が接続されており、かつ、前記供給部の上方が開放された部位の溶融ガラスを上方空間から加熱して温度制御する加熱手段を具備していることを特徴とする板ガラスの成形装置。