JP2006182622A - 板ガラス製造装置及び板ガラス製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 供給管の下流端から成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量の急激な変化を抑制した上で、溶融ガラスの部分的な流速低下や停滞に起因する失透或いは泡の発生を回避する。
【解決手段】 溶融窯から流出した溶融ガラスを成形炉1の成形槽1aに導く供給経路の下流側端部に配置される溶融ガラスの供給管2が、流路面積の小さな上流側の小径管部2aと、その下流側に配置された流路面積の大きな大径管部2cとを有し、且つ小径管部2aと大径管部2cとの間に、下流側に移行するに連れて流路面積が漸次拡径する拡径管部2bを介在させる。好ましくは、小径管部2a、拡径管部2b及び大径管部2cは、一体的に連続して連なってなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、板ガラスの製造装置及び製造方法に係り、特に成形炉で溶融ガラスから板ガラスを連続的に成形する際に該溶融ガラスを成形炉の成形槽に適切に供給するための技術に関する。
一般に、液晶ディスプレイに代表される平面ディスプレイ等の製作に用いられる板ガラスを溶融ガラスから連続的に成形する手法としては、ダウンドロー法やアップドロー法が公知となっており、またダウンドロー法は、大別すると、オーバーフローダウンドロー法とスロットダウンドロー法とに区分される。
その一例として、オーバーフローダウンドロー法により板ガラスを製造する手段について説明すると、溶融窯でガラス原料を加熱することにより得られた溶融ガラスを、成形に適した粘度になるまで温度低下させた後、その供給経路の下流側端部で、図4(a)に示す供給管62を流下させて、成形炉11における断面が略くさび形の成形体11bの上部に形成された成形槽(溝状のオーバーフロー槽)11aに一側方から連続的に供給する。尚、供給管62の上端には、溶融ガラスを成形に適した温度付近に均熱化するための槽(ポット)が配備されるのが通例である。そして、成形炉11においては、図4(b)に示すように、オーバーフロー槽11aから溢流した溶融ガラスGが、成形体11bの両側面11baに沿って流下して下端11bcで融合し、これを下方に引き延ばすことにより板ガラス13が連続的に成形される。
しかしながら、このような従来の手法では、以下に示すような問題を招来していた。即ち、溶融窯から流出した溶融ガラスは、供給経路の下流側に移動するに連れて徐々に温度が低下し、成形に適した温度となった時点で成形炉に供給されるように温度制御がなされる。そして、溶融ガラスは、温度低下に伴って粘性が高くなるため、供給経路の下流側に移行するに連れて、溶融ガラスが流れる際の抵抗が大きくなる。従って、図4(a)に示すように、供給管62が成形炉11(オーバーフロー槽11a)に直結され且つその管径(流路面積)が一定であると、成形炉11への溶融ガラスの供給量は、供給管62の最も下流側である成形炉11付近の管から溶融ガラスが受ける抵抗に支配されることになる。このため、板ガラス13の肉厚分布等を変更する場合に、供給管62の成形炉11付近の温度を変更してその粘度を適正値に調整せねばならないが、このような手法では、供給管62の長い通路部分に存する全ての溶融ガラスの流れが上記の温度変更の影響を受けるため、成形炉11に供給される溶融ガラスの流量が急激に変化し易く、その流量が定常状態となるまでには、比較的長時間を要し、その間は良品の板ガラスを得ることができないという問題点がある。
このような問題に対処するものとして、上記の供給管を、上流側の小径管と下流側の大径管とに分離すると共に、小径管の下端部を大径管の上端部に挿入し、小径管から大径管に流入した溶融ガラスを成形炉の成形槽に供給する構成が公知となっている(例えば下記の特許文献1、2参照)。詳述すると、図5にその概略構成を示すように、溶融窯から成形炉21に至る溶融ガラスの供給経路の下流側端部に配置される供給管72が、上流端が例えば溶融ガラスを均熱化する槽に通じる小径管72aと、下流端72caが成形炉21のオーバーフロー槽21aの一側方に通じる大径管72cとを備え、この大径管72cの上流端部内側に、小径管72aの下流端部を挿入した構成である。このような構成によれば、板ガラス23の肉厚分布等を変更する際に大径管72cの下流端72ca付近の温度を変更した場合であっても、大径管72cの上流端部における溶融ガラスの液面Lが上下に変化するに留まり、小径管72aの溶融ガラスの流れには殆ど影響を与えなくなるため、溶融ガラスの流量の急激な変化が防止される。この結果、安定した流量を保ちながら板ガラス23の肉厚分布等の変更を行うことができる。
特開2001−80922号公報 米国特許出願公開第2003/0110804号明細書
しかしながら、上記の図5に示すような構成、特に上記の特許文献1に開示された構成によれば、小径管72aから大径管72cに流入した溶融ガラスは、矢印aで示す経路に沿って主として流れることから、大径管72cと小径管72aとの重なり部に存在している溶融ガラスG1の流速が著しく低下し、或いは一時的に停滞が生じる。
このような事態が発生することに起因して、流速が低下し或いは停滞した溶融ガラスG1に失透が生じ、板ガラス23中に欠陥として残存することになるので、板ガラス23の品位の低下ひいては製品歩留まりの低下を招く。しかも、大径管72cの内面(小径管72aの内面も同様)は白金で形成されているのが通例であるため、溶融ガラスGIが停滞した場合には、その溶融ガラスG1と白金との接触時間が不当に長くなることに起因して、白金界面での発泡が生じ易くなり、板ガラスに気泡が混入されるおそれが生じ、これによっても板ガラス23の品位の低下や歩留まりの低下を招く。
尚、上記の特許文献2には、小径管72aの下端を大径管72cの上端部における溶融ガラスの自由表面付近に配置することが開示されているが、既述のように大径管72cの上流端部における溶融ガラスの液面Lが上下に変化することを勘案すれば、このような調整は極めて困難であり、上記のような溶融ガラスG1の流速の著しい低下や停滞を完全に除去できないことによる問題を招来するばかりでなく、小径管72aの下端での雰囲気気体の巻き込みによる泡の発生により、板ガラスの品位低下や製品歩留まりの低下も懸念される。
そして、以上のような問題は、オーバーフローダウンドロー法により板ガラスを成形する場合に限らず、スロットダウンドロー法により板ガラスを成形する場合にも、同様に生じ得る。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、供給管の下流端から成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量の急激な変化を抑制した上で、溶融ガラスの部分的な流速低下や停滞に起因する失透或いは泡の発生を回避し、もって板ガラスの品位の向上並びに製品歩留まりの改善を図ることを技術的課題とする。
上記技術的課題を解決するために創案された本発明は、溶融窯から流出した溶融ガラスを供給経路を通じて連続的に成形炉の成形槽に導いて板ガラスを連続的に成形するように構成された板ガラス製造装置において、前記供給経路の下流側端部に配置され且つ前記成形炉の成形槽に通じる溶融ガラスの供給管が、流路面積の小さな上流側の小径管部と、その下流側に配置された流路面積の大きな大径管部とを有し、且つ前記小径管部と大径管部との間に、下流側に移行するに連れて流路面積が漸次拡径する拡径管部を介在させたことを特徴とするものである。
このような構成によれば、溶融窯から流出した溶融ガラスは、その供給経路の下流側端部まで移動した時点で、供給管の小径管部を流下し、更に拡径管部及び大径管部を通過して、成形炉の成形槽に連続的に供給される。この場合、溶融ガラスが拡径管部を通過する際、つまり溶融ガラスが小径管部から大径管部に流入していく過程では、溶融ガラスの流れとして、下流側に移動するに連れて漸次拡径する方向性を持った流れが生じる。そして、この流れは、拡径管部の内面に沿うものであることから、従来のように小径管から大径管に流入する際に溶融ガラスに生じていた流れ(つまり下流側に移動するに連れて漸次拡径する方向性を持った流れ)が管内面に沿わないことに起因する部分的な流速の低下や停滞を抑制できることになる。これにより、溶融ガラスの流速低下や停滞を原因とする失透の発生や、溶融ガラスと管内面の例えば白金との長時間接触による泡の発生が可及的に抑制されて、板ガラスの品質向上や製品歩留まりの改善が図られる。
上記の構成において、小径管部、拡径管部及び大径管部は、一体的に連続して連なっていることが好ましい。
このようにすれば、溶融ガラスを流下させる際のヘッド長、即ち溶融ガラスの上端の液面から成形槽での溶融ガラスの流出位置(オーバーフローダウンドロー法による場合は溶融ガラスのオーバーフロー面)までの距離が、十分に確保できることになり、溶融ガラスの上端の液面高さの変化に対する流量の変化が小さくなるため、大径管部の下流端から成形炉の成形槽に安定して溶融ガラスを供給することが可能となる。加えて、溶融ガラスの部分的な流速低下や停滞を招く余地がなくなることから、これらを原因とする失透の発生確率や泡の発生確率が、より一層確実に低下することになる。しかも、この供給管は、上流側の管径が下流側の管径よりも小さくなっているために、溶融ガラスが移動する際に管から受ける抵抗が上流側の小径管部で大きく、下流側の大径管部では小さい。その結果、成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量は、小径管部の溶融ガラスの粘度に支配される。そのため、図4(a)に示すように供給管62が一定の管径である場合に比して、成形炉付近の温度変化に対して、より安定した流量が得られる。このことは、オーバーフローダウンドロー法を採用している場合に、特に有利に働く。即ち、この成形法では、板ガラスの肉厚分布は成形炉内の溶融ガラスの流量と粘度に支配されるが、これに大きな影響を与えるのが成形炉直近での供給管内の溶融ガラスの粘度や流量である。そして、この手段では、成形炉付近での溶融ガラスの流量を安定させることができるため、板ガラスの肉厚分布の安定化に貢献できる。また、板ガラスの肉厚分布等を変更する場合にも、成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量の急激な変化が抑制される。
上記の構成において、小径管部に、大径管部を通じて成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量を制御する加熱手段が付設されていることが好ましい。
このようにすれば、加熱手段により小径管部を流れる溶融ガラスの粘性が調整され、これに伴って大径管部を通じて成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量が制御される。この小径管部での加熱は、流路面積が小さいことから溶融ガラスの流れの中心部まで全体に亘って熱が伝わり易く、迅速に粘性の調整を行えることから、良好な応答性を確保した上で容易に且つ効率良く成形槽に供給される溶融ガラスの流量を制御することが可能となる。
上記の構成において、成形炉の成形槽は、断面が略くさび形の成形体の上部に形成された溝状のオーバーフロー槽とすることができる。
このようにすれば、オーバーフローダウンドロー法によって好適に板ガラスを成形することができ、品質に優れた液晶ディスプレイ用等の板ガラスを提供することが可能となる。
この場合、小径管部の管径は、成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量に的確に対応するようにして選択することが好ましく、また大径管部の管径は、溝状のオーバーフロー槽の入口部分と略同一の面積となるように設定されていることが好ましい。
また、上記技術的課題を解決するために創案された本発明に係る方法は、溶融窯から流出した溶融ガラスを供給経路を通じて連続的に成形炉の成形槽に導くことにより板ガラスを連続的に成形する板ガラス製造方法において、溶融ガラスが、前記供給経路の下流側端部で、流路面積の小さな小径管部内を流下した後、前記成形炉の成形槽に連通された流路面積の大きな大径管部内に流入するまでの間に、下流側に移行するに連れて流路面積が漸次拡径する拡径管部内を通過することを特徴とするものである。
このような方法によっても、溶融窯から流出した溶融ガラスは、供給経路の下流側端部まで移動した時点で、供給管の小径管部を流下し、更に拡径管部及び大径管部を通過して、成形炉の成形槽に連続的に供給されることになるので、上記の装置に係る説明でこれに対応する動作について既に述べた事項と同様の作用効果を享受することができる。
この方法において、小径管部、拡径管部及び大径管部が一体的に連続して連なってなる供給管内を溶融ガラスが流れることが好ましい。
このようにした場合にも、失透や泡の発生確率の低減など、上記の装置に係る説明でこれに対応する動作について既に述べた事項と同様の作用効果を享受することができる。
上記の方法において、小径管部内を流下する溶融ガラスの温度制御を行うことにより、大径管部を通じて成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量を制御することが好ましい。
このようにした場合にも、小径管部を流下する溶融ガラスの温度制御により粘性が調整され、これに伴って大径管部を通じて成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量が制御されることになるため、上記の装置に係る説明でこれに対応する動作について既に述べた事項と同様の作用効果を享受することができる。
以上のように本発明によれば、溶融ガラスが小径管部から拡径管部を通過して大径管部に流入していく過程では、溶融ガラスの流れとして、下流側に移動するに連れて漸次拡径する方向性を持った流れが生じ、この流れは、拡径管部の内面に沿うものであることから、溶融ガラスの部分的な流速の低下や停滞を抑制することが可能となる。これにより、溶融ガラスの流速低下や停滞を原因とする失透の発生確率や泡の発生確率が大幅に低下して、板ガラスの品質向上や製品歩留まりの改善が図られる。しかも、小径管部、拡径管部及び大径管部を一体的に連続して連ならせた場合には、溶融ガラスが移動する際に管から受ける抵抗が上流側の小径管部で大きく、下流側の大径管部で小さいため、成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量が小径管部の溶融ガラスの粘度に支配される。そのため、成形炉付近の温度変化の流量に対する影響が小さい。その結果、板ガラスの肉厚分布等を変更する場合にも、成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量の急激な変化が抑制される。
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
先ず、図1に基づいて、本発明の第1実施形態に係る板ガラス製造装置について説明する。同図に示す成形炉1の成形槽(溝状のオーバーフロー槽)1aに通じる供給管2は、図外の溶融窯からそのオーバーフロー槽1aに至る溶融ガラスの供給経路(全供給経路)の下流側端部に配置されるものである。この供給管2は、上流端が例えば溶融ガラスを均熱化する槽(図示略)に通じる流路面積の小さな小径管部2aと、該小径管部2aの下流端に一体的に連続して連なり且つ下流側に移行するに連れて流路面積(管径)が漸次拡径する拡径管部2bと、該拡径管部2bの下流端に一体的に連なり且つ成形炉1のオーバーフロー槽1aの一側方に連結された大径管部2cとを備えてなる。
この場合、小径管部2aと拡径管部2bとは、縦方向に延びるように配列されているのに対して、大径管部2cは、上流側端部が縦方向に延び且つ中間部で方向が変換されて下流側端部が横方向に延びている。そして、小径管部2a内を流下した溶融ガラスは、拡径管部2bを通過して、大径管部2cの下流端2caから成形炉1のオーバーフロー槽1aに連続的に供給され、更にオーバーフロー槽1aから溢流した溶融ガラスは、成形体1bの両側面に沿って流下して下端で融合し、これを下方に引き延ばすことにより板ガラス3が連続的に成形される。
また、小径管部2a、拡径管部2b、及び大径管部2cの外周には、温度センサ(熱電対)4からの信号に基づいて温度制御を行う複数の加熱手段(ヒータ)5が付設されている。この場合、小径管部2aの外周に付設された加熱手段5と温度センサ4とは、大径管部2cの下流端2caから成形炉1のオーバーフロー槽1aに供給される溶融ガラスの流量を制御するものであって、その他の管部外周に付設された加熱手段5と温度センサ4とは、補助的に溶融ガラスの粘性を調整するものである。従って、オーバーフロー槽1aへの溶融ガラスの供給量は、小径管部2aに対する温度制御、つまり小径管部2aにおける溶融ガラスの粘度に主として支配されることになる。
以上のような構成とされた板ガラス製造装置によれば、小径管部2aを流下した溶融ガラスは、拡径管部2bを通過する際に、図1に矢印Aで示すように拡径管部2bの内面に沿う流れが生じ、この後、大径管部2cを通過して成形炉1のオーバーフロー槽1aに供給される。このように、溶融ガラスが小径管部2aから大径管部2cに流入していく過程においては、拡径管部2b内に矢印Aで示すような流れが生じることにより、溶融ガラスの著しい流速低下や一時的な停滞が生じなくなり、これらを原因とする失透や泡の発生が回避される。これにより、製造される板ガラス3の品質が向上すると共に、歩留まりの改善にも寄与することが可能となる。
しかも、小径管部2aの外周に付設された加熱手段5は、その内部を流下する溶融ガラスの流れ中心部までの全体を迅速に温度変更して流量を制御できるので、これに支配されるオーバーフロー槽1aへの溶融ガラスの供給量も、応答性良く制御され、供給される溶融ガラスの粘度の変化等に起因する流量の変化に対して迅速な対応が可能となる。更に、溶融ガラスの上端の液面(例えば小径管部2aの上流端に設置される槽内の溶融ガラスの液面)からオーバーフロー槽1aでの溶融ガラスのオーバーフロー面3aまでの距離、即ちヘッド長を、十分に確保できることになるため、溶融ガラスの液面の変化に対する流量の変化が小さくなり、大径管部2cの下流端2caから成形炉1のオーバーフロー槽1aに安定して溶融ガラスを供給することが可能となる。
図2は、本発明の第2実施形態に係る板ガラス製造装置を例示するものである。この第2実施形態に係る板ガラス製造装置が上述の第1実施形態と相違する点は、小径管部12aの下流端と拡径管部12bの上流端との連なり部を湾曲させると共に、拡径管部12bの下流端と大径管部12cの上流端との連なり部を湾曲させ、且つ大径管部12c自体の方向変換部をも湾曲させた点である。従って、この供給管12には、屈曲部が存在しないことになる。このようにすれば、小径管部12aから拡径管部12bを通過して大径管部12cの下流端12caからオーバーフロー槽1aに供給される溶融ガラスの流れが更に円滑になり、失透や泡の発生確率が極めて低くなる。これ以外の点については、上述の第1実施形態と同様の構成であるので、図2には、その他の構成要素について第1実施形態と同一符号を付し、その説明を省略する。
上記第1実施形態及び第2実施形態に係る板ガラス製造装置は何れも、供給管の構成要素である小径管部、拡径管部及び大径管部が一体的に連続して連なってなるものであるが、本発明はこれに限定されるわけではなく、以下に示すような構成としてもよい。
即ち、図3(a)に示す本発明の第3実施形態は、供給管22を、径が略一様な小径管部22aと、相互間が一体的に連続して連なってなる拡径管部22b及び大径管部22cとに分離すると共に、小径管部22aの下流端部を拡径管部22bの上流端部に重なり合うように挿入したものである。このような構成であっても、大径管部22cの下流端から成形炉のオーバーフロー槽に供給される溶融ガラスの流量の急激な変化を抑制した上で、溶融ガラスの部分的な流速低下や停滞に起因する失透或いは泡の発生を、従来に比して十分に抑制することが可能である。
また、図3(b)に示す本発明の第4実施形態は、供給管32を、相互間が一体的に連続して連なってなる小径管部32a及び拡径管部32bと、径が略一様な大径管部32cとに分離すると共に、拡径管部32bの下流端部を大径管部32cの上流端部に重なり合うように挿入したものである。このような構成によるにしても、上述の第3実施形態と同等の作用効果を享受することができる。
更に、図3(c)に示す本発明の第5実施形態は、上述の第3実施形態と同様に、供給管42を、径が略一様な小径管部42aと、相互間が一体的に連続して連なってなる拡径管部42b及び大径管部42cとに分離した上で、小径管部42aから拡径管部42bに流入する溶融ガラスの表面が自由表面となるように設定したものである。この場合は、小径管部42aの下流端部を拡径管部42bの上流端部に重なり合うように挿入してもよいが、図示例のように両管部42a、42bが重なり合わないようにすることも可能である。このような構成によっても、上述の第3実施形態と略同等の作用効果を享受することができる。
また、図3(d)に示す本発明の第6実施形態は、上述の第4実施形態と同様に、供給管52を、相互間が一体的に連続して連なってなる小径管部52a及び拡径管部52bと、径が略一様な大径管部52cとに分離した上で、拡径管部52bから大径管部52cに流入する溶融ガラスの表面が自由表面となるように設定したものである。この場合にも、拡径管部52bの下流端部を大径管部52cの上流端部に重なり合うように挿入してもよいが、図示例のように両管部52b、52cが重なり合わないようにすることも可能である。このような構成によっても、上述の第3実施形態と略同等の作用効果を享受することができる。
尚、以上の実施形態は、オーバーフローダウンドロー法により板ガラスを成形する場合に本発明を適用したものであるが、これ以外に、スロットダウンドロー法により板ガラスを成形する場合にも、同様にして本発明を適用することが可能である。
本発明は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ等の各種画像表示機器用のガラスパネルの製作に用いられる板ガラスや、各種電子表示機能素子や薄膜を形成するための基材として用いられる板ガラスの製造工程で使用されるのが好適である。
本発明の第1実施形態に係る板ガラス製造装置を示す要部破断概略正面図である。 本発明の第2実施形態に係る板ガラス製造装置を示す要部破断概略正面図である。 図3(a)は、本発明の第3実施形態に係る板ガラス製造装置の要部を示す縦断正面図、図3(b)は、本発明の第4実施形態に係る板ガラス製造装置の要部を示す縦断正面図、図3(c)は、本発明の第5実施形態に係る板ガラス製造装置の要部を示す縦断正面図、図3(d)は、本発明の第6実施形態に係る板ガラス製造装置の要部を示す縦断正面図である。 図4(a)は従来の板ガラス製造装置の要部を示す斜視図、図4(b)は、その装置の作用を示す要部縦断側面図(ハッチングを省略した図)である。 従来の板ガラス製造装置を示す要部破断概略正面図である。
符号の説明
1 成形炉
1a オーバーフロー槽(成形槽)
2、12、22,32,42,52 供給管
2a、12a、22a、32a、42a、52a 小径管部
2b、12b、22b、32b、42b、52b 拡径管部
2c、12c、22c、32c、42c、52c 大径管部
3 板ガラス
4 温度センサ(熱電対)
5 加熱手段(ヒータ)

Claims (8)

  1. 溶融窯から流出した溶融ガラスを供給経路を通じて連続的に成形炉の成形槽に導いて板ガラスを連続的に成形するように構成された板ガラス製造装置において、
    前記供給経路の下流側端部に配置され且つ前記成形炉の成形槽に通じる溶融ガラスの供給管が、流路面積の小さな上流側の小径管部と、その下流側に配置された流路面積の大きな大径管部とを有し、且つ前記小径管部と大径管部との間に、下流側に移行するに連れて流路面積が漸次拡径する拡径管部を介在させたことを特徴とする板ガラス製造装置。
  2. 前記小径管部、拡径管部及び大径管部は、一体的に連続して連なっていることを特徴とする請求項1に記載の板ガラス製造装置。
  3. 前記小径管部に、前記大径管部を通じて前記成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量を制御する加熱手段が付設されていることを特徴とする請求項1または2に記載の板ガラス製造装置。
  4. 前記成形炉の成形槽は、断面が略くさび形の成形体の上部に形成された溝状のオーバーフロー槽であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の板ガラス製造装置。
  5. 溶融窯から流出した溶融ガラスを供給経路を通じて連続的に成形炉の成形槽に導いて板ガラスを連続的に成形する板ガラス製造方法において、
    溶融ガラスが、前記供給経路の下流側端部で、流路面積の小さな小径管部内を流下した後、前記成形炉の成形槽に連通された流路面積の大きな大径管部内に流入するまでの間に、下流側に移行するに連れて流路面積が漸次拡径する拡径管部内を通過することを特徴とする板ガラス製造方法。
  6. 前記小径管部、拡径管部及び大径管部が一体的に連続して連なってなる供給管内を、前記溶融ガラスが流れることを特徴とする請求項5に記載の板ガラス製造方法。
  7. 前記小径管部内を流下する溶融ガラスの温度制御を行うことにより、前記大径管部を通じて前記成形炉の成形槽に供給される溶融ガラスの流量を制御することを特徴とする請求項5または6に記載の板ガラス製造方法。
  8. オーバーフローダウンドロー法により板ガラスを連続的に成形することを特徴とする請求項5に記載の板ガラス製造方法。
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