JP2006016291A - フロートバスおよびフロート成形方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 フロートバス10は、溶融スズ11がたたえられているボトム12と当該ボトム12を覆うルーフ14とを有し、ルーフ14内の空間がルーフレンガ層16によって上方空間20と下方空間21とに二分され、ルーフレンガ層16に設けられた貫通孔17を貫通してヒータ18が設置されている。ルーフレンガ層16の厚みは320mm以上である。
【選択図】 図3
Description
溶融状態のソーダライムシリカガラスをフロート成形する方法は1952年に英国のピルキントン社社員によって発明され、1959年に工業化され、その後世界各国のガラス板メーカーにライセンスされた。その結果、フロート成形によってソーダライムシリカガラス板を製造する設備(フロートバス)の数は1996年時点で150以上となり、現在ではフロート成形がソーダライムシリカガラス板の主要な製造方法となった(非特許文献1参照)。
すなわち、フロートバスを含むフロートガラス製造設備の金額は莫大であり、製造開始後の不具合発生による製造中止は莫大な損失をもたらす。したがって、順調な製造を確実に見込める基本仕様の変更は通常行われず、設備運転条件の調整等によって可能な範囲で製造効率、製品品質の改善等が図られる。その結果、基本仕様は変更されず世界共通になったと考えられる。
山根正之他編集、「ガラス工学ハンドブック」、初版、(株)朝倉書店、1999年7月5日、p.358−362
そのような問題の一つに、以下に述べるような前記上方空間(以下、単に上方空間ということがある。)の雰囲気温度上昇が挙げられる。
これら電気配線部材のうち最も温度が高くなるのは、発熱部からの熱伝導等によって温度が高くなっているヒータ給電部に直接取付けられるアルミニウム製ストラップである。
Tの管理上限温度の300℃は、長年のソーダライムシリカガラスへのフロート法適用によって得られた実績/経験に基づき、ストラップ損傷が長期間たとえば10年間起こらないことを保証する温度として確立されたものである。
Tが300℃を超えそうな場合、通常は雰囲気ガス(典型的には窒素と水素の混合ガス)の体積流量Vgを増加させる。なお、雰囲気ガスはルーフケーシング上面等に設けられた孔から上方空間に導入され、電気配線部材等を冷却後、ルーフレンガ層の孔を通じて下方空間に流入して溶融スズの酸化を防止する。
近年TFT−LCD用ガラス基板はその大型化が進み、またその高品質化の要求が強くなっているが、先に述べたようなトップスペックの増加は製造効率、特に大型の前記ガラス基板の製造効率を低下させる。
その結果、TFT−LCD基板用ガラスをフロート成形するに際し、Vg増加によるトップスペックの発生もしくは増加をもたらすことなくTを300℃以下とすることが求められるようになった。
無アルカリガラスAN635(旭硝子社商品名。成形温度=1210℃。)はTFT−LCD用ガラスとして長く使用されていたが、先に述べたようなガラス特性に対するより高度の要求に対応できる無アルカリガラスとしてAN100(旭硝子社商品名。成形温度=1268℃。)が開発された。
ところが、AN635をフロート成形していたフロートバスを用いてAN100をフロート成形しようとすると、ヒータの単位面積あたりの負荷が大きくなりすぎ、長期間の製造が困難であることが判明した。
この計算モデルは上方空間20の熱収支モデルである。
入熱は下方空間21からの熱移動Qinである。
出熱は、ルーフケーシング19のうち上方空間20に接する部分(以下、壁面部分という。)から外界への放熱Qout1、および上方空間20に供給される雰囲気ガスの温度上昇に費やされる熱量Qout2であり、Qin=Qout1+Qout2が成り立つ。
Qout1=hcAw(T−Ta)
hcは、Qout1、TaおよびTの実測値とAwとから決められる。なお、Qout1は、Ta、Aw、壁面部分の外面温度Tw、熱伝達係数hwから、Qout1=hwAw(Tw−Ta)の関係式を用いて知ることができる。
Qout2=VgρgCg(T−Ta)
Qin=hrAr(Tl−T)
kを係数としてhr=k/tとすると、
Qin=(k/t)Ar(Tl−T)
となる。kはTlおよびTの実測値とQinとtとArとから決められ、QinはQout1とQout2の和として求められる。即ち、Qin=Qout1+Qout2より、
(k/t)Ar(Tl−T)=hcAw(T−Ta)+VgρgCg(T−Ta)
=(hcAw+VgρgCg)(T−Ta)・・・(1)
が成り立ち、上式(1)からtとTの関係式を求めることができる。
(k/292)Ar(Tl−320)=(hcAw+VgρgCg)(320−Ta)
・・・(2)
一方、厚みがt、雰囲気温度がTlのときは式(1)であるので、式(1)および式(2)の左辺、右辺を各々割ると、
[(k/292)Ar(Tl−320)]/[(k/t)Ar(Tl−T)]
=[(hcAw+VgρgCg)(320−Ta)]/[(hcAw+VgρgCg)(T−Ta)]
となり、上式を整理すると、
(t/292)[(Tl−320)/(Tl−T)]=(320−Ta)/(T−Ta)
となり、上式をさらに整理すると、
t/292=[(Tl−T)/(Tl−320)][(320−Ta)/(T−Ta)]
が得られる。
図2から、ルーフレンガ層16の厚みtを320mm以上とすれば上方空間20の雰囲気温度Tを300℃以下にできることがわかり、本発明に至った。
図3は本発明のフロートバスの断面(部分)を概念的に示す図である。フロートバス10は、溶融スズ11がたたえられているボトム12と、ボトム12を覆うルーフ14とを有している。
フロートバス10内における溶融スズ11の幅の最大値は、フロートバス10の大きさにもよるが、典型的には1〜10mである。
ルーフ14内の空間はルーフレンガ層16によって上方空間20と下方空間21に二分されている。
なお、ルーフレンガ層16の側面はサイドウォール15の側面上方部分と接触し、ルーフレンガ層16の上面はサイドウォール15の上面と概ね同じ高さとなるようにされる。
そしてルーフレンガ層16にはヒータ18を貫通させて設置するための孔17が形成されている。
PBA30は、たとえば東京マテリアルス社製インシュレーションボード・ヘミサル(商品名)等の断熱セラミックス板30a、低温用保温レンガ30b、高温用保温レンガ30cおよびシリマナイトレンガ30dを、図示しないハンガー(ルーフケーシング19の天井部分等から吊下げられる前記ハンガーとはまったく別のもの)によって締めて組み上げた組合せレンガブロックである。シリマナイトレンガ30dの左右の異形部分はサポートタイルの上に載る部分である。
tは断熱セラミックス板30aの上面とシリマナイトレンガ30dの下面間の距離すなわちPBA30の厚みであって、これはルーフレンガ層16の厚みとなる。
tは従来、先にも述べたように世界共通で292mmとされていたが、本発明においては320mm以上とされる。このようにすることにより、TFT−LCD用無アルカリガラス等の高粘性ガラスを、雰囲気ガス(N2+H2)流量を顕著に増加させることなくフロート成形することが可能になる。tは、好ましくは340mm以上、より好ましくは360mm以上である。なお、tは典型的には500mm以下である。また、ヒータ18の少なくとも前記下方空間における発熱部18Cにおいては、ヒータの外径は23mm〜50mmが好ましく、さらに好ましくは23mm〜30mm、特に好ましくは約25mmである。
ヒータ18は通常SiC製で、三本一組としてそれらの下端が連結部材25により連結されてユニット化されている。尚、ヒータ18の発熱部18Cは外径25mmの略円筒状に形成されている。
Tは先にも述べたように、ストラップ24の損傷に起因して設備トラブルが起こらないことを第一にして実績ある管理温度すなわち300℃またはそれより低くなるようにされる。そして、この場合に使用される雰囲気ガスの流量は、トップスペックの増加を特にもたらすことがないようなものとすることができる。
なお、上方空間20に供給された雰囲気ガスは孔17とヒータ18(図5の非発熱部18B)との間の隙間g等を通過して下方空間21に流れ込み、溶融スズ11の酸化を抑制する。
すなわち、ガラス溶融窯等で溶融されたガラスをフロートバス10の一端(上流端)に位置する周知のスパウトリップ(図示せず。図3中のたとえば奥側に位置する。)から溶融スズ11の上に連続的に注ぎ込む。溶融スズ11の上に連続的に注ぎ込まれた溶融ガラスは周知の方法により所望の形状のガラスリボン27に成形される。ガラスリボン27はフロートバス10の他の一端(下流端)に隣接して位置するリフトアウトローラ(取り上げローラ)によってフロートバス10から連続的に引き出される。なお、ガラスリボン27は、典型的には1〜200トン/日の速度で連続的に引き出される。
本発明のフロート成形方法を用いることにより、トップスペックの数を特に増大させることなく、また短期間でも製造を中止せざるを得なくなるような事態が生じるおそれを増大させることなく、高粘性ガラスをフロート成形することが可能となる。
また、本発明のフロートバスは高粘性ガラスだけでなくたとえばソーダライムガラスのフロート成形に用いてもよい。
AN100を本発明のフロートバス(ルーフレンガ層厚みt:394mm、ルーフレンガ層のヒータ挿入用孔の内面とヒータの隙間の周方向平均gAV:9mm)を用いてフロート成形した。
雰囲気ガスの体積流量Vgを、前記AN635のフロート成形に用いていたフロートバス(t:292mm、gAV:9mm)でAN100をフロート成形してTが320℃になったときのVgの95%としたところTは270℃となった(図2黒四角)。Vgを少なくしたのでトップスペックの発生は抑制され、またストラップ損傷に起因する設備寿命短命化もまったく問題にならなかった。
11 溶融スズ
12 ボトム
14 ルーフ
16 ルーフレンガ層
17 孔
18 ヒータ
20 上方空間
21 下方空間
Claims (5)
- 溶融スズがたたえられているボトムと当該ボトムを覆うルーフとを有し、前記ルーフ内の空間がルーフレンガ層によって上方空間と下方空間とに二分され、前記ルーフレンガ層に設けられた孔を貫通してヒータが設置されているフロートバスであって、
前記ルーフレンガ層の厚みが320mm以上であることを特徴とするフロートバス。 - 前記ルーフレンガ層に設けられた孔の内面と当該孔内に位置するヒータとの隙間の周方向平均が20mm以下であることを特徴とする請求項1に記載のフロートバス。
- 前記ヒータの少なくとも前記下方空間における発熱部においては、該ヒータの外径が23mm〜50mmとされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のフロートバス。
- 粘度が104ポアズになる温度が1100℃以上であるガラスをフロート法によりガラス板に成形するフロート成形方法であって、
請求項1から請求項3に記載のフロートバスの一端からその溶融スズの上に溶融状態の前記ガラスを連続的に注ぎ込み、溶融スズ上でそのガラスをガラスリボンに成形し、そのガラスリボンをそのフロートバスの他の一端から連続的に引き出すことを特徴とするフロート成形方法。 - ガラスリボンを1〜200トン/日の速度で連続的に引き出す請求項4に記載のフロート成形方法。
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