JP2008105882A - ガラスリボンの製造装置及びその製造方法 - Google Patents

ガラスリボンの製造装置及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ダウンドロー法によって薄板のガラスリボンを成形する場合であっても、成形体から流下されたガラスリボンの幅方向中間部の表面品位を阻害することなく、成形時に生じるガラスリボンの姿勢の乱れを的確に規制する。
【解決手段】溶融ガラスYを成形体3に供給すると共に、該成形体3から溶融ガラスYを流下させて板状のガラスリボンGを成形するガラスリボンの製造装置1であって、流下されたガラスリボンGの搬送経路上に、ガラスリボンGの厚み方向にその幅方向両端部の板厚よりも大きな寸法の隙間を有し、該隙間の範囲内でガラスリボンGの幅方向両端部のみを案内するガイド手段6を配設した。
【選択図】図1

Description

本発明は、ガラスリボンの製造装置及びその製造方法に関し、詳しくは、成形体から溶融ガラスを流下させてガラスリボンを成形する、所謂ダウンドロー法によるガラスリボンの製造技術の改良に関する。
周知のように、板ガラスの製造に際しては、成形体から溶融ガラスを流下させて板ガラスの元板となるガラスリボンを成形する、所謂ダウンドロー法が公知となっており、その代表的なものとしては、オーバーフローダウンドロー法(フュージョン法)や、スロットダウンドロー法が挙げられる。前者のオーバーフローダウンドロー法は、楔状の断面形状を有する成形体に連続的に供給される溶融ガラスを、成形体の頂部からその両側面に沿って流下させることにより、成形体の下端部で融合させて一枚の板状形態とし、この形態となった板状のガラスリボンを成形体の下端部から流下させて、最終的に固化されたガラスリボンを成形する方法である。他方、後者のスロットダウンドロー法は、成形体に連続的に供給される溶融ガラスを、成形体の下端部に形成された長孔状のスリットから流下させて板状形態とし、この形態となった板状のガラスリボンを搬送方向に沿って流下させた後、最終的に固化されたガラスリボンを成形する方法である。なお、これらの方法によって成形されたガラスリボンを所定の大きさに分離することで、ガラスリボンから板ガラスが採取される。
そして、近年、この種のダウンドロー法においては、高品質・高品位なガラスリボンを成形するために種々の対策が講じられている。例えば、下記の特許文献1には、ガラスリボンの成形炉内に生じる空気の対流からガラスリボンを保護するために、成形体から流下されたガラスリボンの少なくとも幅方向中間部の表裏面の両側に、ガラスリボンと平行に金属製又は耐火物製の遮断板を近接させて配設することが開示されている。
また、下記の特許文献2には、成形体から流下された直後のガラスリボンが幅方向に収縮するのを防止するために、以下に示す対策を講じることが提案されている。すなわち、成形体から流下されたガラスリボンを引張りローラで下方に引き抜くと共に、成形体の直下方でガラスリボンの幅方向両端部を、ガラスリボンから離間して配設された冷却器で冷却することで、ガラスリボンの幅方向の収縮を規制することが開示されている。そして、この冷却器の具体例としては、冷媒が循環される板状部材をガラスリボンの幅方向両端部を挟むように左右2個ずつ計4個配設することにより構成することが開示されている。なお、冷却器をガラスリボンから離間して配設することにより、冷却器を熱変形しない程度の十分低い温度に保持するようにしている。
特開平2−225326号公報 特開平5−124827号公報
ところで、近年、液晶用ディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ用のガラス基板や、CCDやCMOS等の固体撮像素子用のカバーガラス等に利用される各種板ガラスにおいては、薄板化が要請されており、これに伴って、ダウンドロー法によって成形されるガラスリボンにも薄板化が要請されるに至っているのが実情である。そして、この種のダウンドロー法においては、成形体から流下する溶融ガラスの流量を少なくしたり、或いはガラスリボンの流下速度を速めたりするなど、種々の対策を講じることで、上記のガラスリボンの薄板化の要請に応じている。
しかしながら、ガラスリボンの板厚が薄くなればなるほど、成形体から流下されたガラスリボンが、その搬送経路上で揺動等を来たし易く、所定の姿勢を維持することが困難となる。そして、流下されたガラスリボンの姿勢が乱れた場合には、最終的に成形されるガラスリボンに不当な形状変化が生じ、ガラスリボンとしての実用に耐え得ないという致命的な問題を招くおそれがある。特に、ガラスリボンの板厚が、0.5mm以下の場合には、ガラスリボンの姿勢の乱れや、姿勢の乱れに起因した形状変形がより顕著に現れる。
したがって、薄板のガラスリボンを成形する上では、成形されるガラスリボンの表面品位を阻害することなく、既述のガラスリボンの姿勢の乱れを規制することが重要となるが、このような観点から何ら対策が講じられていないのが実情である。すなわち、上記の特許文献1に開示されているように、ガラスリボンの少なくとも幅方向中間部を覆うように遮断板を配設した場合には、ガラスリボンに姿勢の乱れが生じたときに、ガラスリボンの幅方向中間部が遮断板に接触することになるので、ガラスリボンの幅方向中間部の表裏面に傷が生じたり、異物が付着するおそれがある。一般に、ダウンドロー法によって成形されるガラスリボンは、幅方向両端部を耳部として切除して、幅方向中間部から製品となる板ガラスが採取されるのが通例である。特にオーバーフローダウンドロー法を採用する場合は、板ガラスの表裏面を研磨せずに使用することから、上記のように幅方向中間部に傷が生じたり、異物が付着している場合には、採取される板ガラスの製品価値の低下を招くばかりでなく、ひいては製品としての実用に耐え得ないという致命的な問題を招くおそれがある。
また、上記の特許文献2には、ガラスリボンの幅方向両端部に、ガラスリボンから離間して板状の冷却器を配設することが開示されているが、ガラスリボンと冷却器との離間距離は、冷却器を熱変形しない程度の十分低い温度に保持可能な距離であることから、流下されるガラスリボンが冷却器と接触することはない。したがって、この冷却器によってガラスリボンの姿勢の乱れが規制されることはない。また、同文献に開示されているように、ガラスリボンを、搬送方向に沿って間隔を空けて配設された複数のローラ(引張りローラ)によって挟持することで、ガラスリボンの姿勢の乱れを規制することも考えられるが、この場合には、ローラがガラスリボンを挟持することになるため、ローラによって、ガラスリボンに傷や割れ等の破損が生じるという致命的な問題を招くおそれがある。しかも、ガラスリボンを挟持するローラがガラスリボンの幅方向中間部と接触しているので、上記の特許文献1と同様の問題も生じ得る。
以上の実情に鑑み、本発明は、ダウンドロー法によって薄板のガラスリボンを成形する場合であっても、成形体から流下されたガラスリボンの幅方向中間部の表面品位を阻害することなく、成形時に生じるガラスリボンの姿勢の乱れを的確に規制することを技術的課題とする。
上記課題を解決するために創案された本発明に係る装置は、溶融ガラスを成形体に供給すると共に、該成形体から溶融ガラスを流下させて板状のガラスリボンを成形するガラスリボンの製造装置において、流下されたガラスリボンの搬送経路上に、ガラスリボンの厚み方向にその幅方向両端部の板厚よりも大きな寸法の隙間を有し、該隙間の範囲内でガラスリボンの幅方向両端部のみを案内するガイド手段を配設したことに特徴づけられる。
このような製造装置によれば、ガラスリボンは、その幅方向両端部がガイド手段の隙間の範囲内で案内されながら、この隙間を通過して下方へ円滑に流下されることになるので、この隙間の範囲内で、流下されるガラスリボンの姿勢の乱れを確実に規制することが可能となる。しかも、ガラスリボンの幅方向両端部のみをガイド手段で案内しているので、ガイド手段でガラスリボンを案内している間、ガラスリボンの幅方向中間部は非接触状態が維持される。したがって、ガイド手段によってガラスリボンの幅方向中間部に傷が発生したり、異物が付着するということはなく、板ガラスが採取されるガラスリボンの幅方向中間部の表面品位を良好に確保することも可能となる。
上記の製造装置において、前記ガイド手段は、前記隙間の範囲内でガラスリボンの変位又は反りを規制するように構成されていることが好ましい。
このようにすれば、流下されるガラスリボンに生じ得る変位や反りが、ガイド手段の隙間の範囲内で規制されるので、不当に大きな変位や反りの影響を受けた状態のまま、ガラスリボンが固化されるという事態を防止することができる。したがって、実質的に反りのない平坦性に優れたガラスリボンを製造することが可能となる。
上記の製造装置において、前記ガイド手段は、ガラスリボンの幅方向両端部を冷却する冷却手段の下方に配設されていることが好ましい。
このようにすれば、ガラスリボンの下方部における姿勢の乱れが規制されるので、この下方部における姿勢の乱れの影響を受けてガラスリボンの上方部が変形を来たすという事態が抑制され、結果としてガラスリボン全体としての姿勢の乱れをより確実に規制することが可能となる。
上記の製造装置において、前記ガイド手段は、ガラスリボンの幅方向両端部のそれぞれに、ガラスリボンの板厚よりも大きな寸法の隙間を介して対向配置された状態で回転するガイドローラで構成されていることが好ましい。
このようにすれば、ガイドローラが、ガラスリボンの幅方向両端部と接触して、ガラスリボンを実際案内する際に、ガイドローラは回転しているので、ガラスリボンを下方に円滑に案内することができる。したがって、ガイドローラによって案内されるガラスリボンの幅方向両端部に、傷等の破損が生じるという事態も好適に抑制される。なお、このようにガラスリボンを円滑に案内するという観点からは、ガイドローラの回転速度は、ガラスリボンの流下速度と同期していることが好ましい。
上記課題を解決するために創案された本発明に係る方法は、溶融ガラスを成形体に供給すると共に、該成形体から溶融ガラスを流下させて板状のガラスリボンを成形するガラスリボンの製造方法において、流下されたガラスリボンの幅方向両端部のみを、その板厚よりも大きな寸法を有するようにガイド手段に設けられた隙間を通過させ、該隙間の範囲内でガラスリボンを案内するガイド工程を含むことに特徴づけられる。
このような製造方法によれば、既述の段落[0011]に記載した事項と同様の作用効果を享受することができる。
上記の製造方法において、前記ガイド工程で、前記ガイド手段の隙間の範囲内でガラスリボンの変位又は反りを規制するようにすることが好ましい。
このような製造方法によれば、既述の段落[0013]に記載した事項と同様の作用効果を享受することができる。
上記の製造方法において、前記ガイド工程を、ガラスリボンの幅方向両端部の冷却工程後に行うことが好ましい。
このような製造方法によれば、既述の段落[0015]に記載した事項と同様の作用効果を享受することができる。
上記の製造方法において、成形後におけるガラスリボンの幅方向中間部の板厚は、0.5mm以下、更には0.2mm以下であることが好ましい。なお、「成形後におけるガラスリボン」とは、下方へ引き出されても、それ以上肉厚が減少することがない程度に十分冷却固化された状態のガラスリボンを意味する。
すなわち、以上の本発明に係る製造方法によれば、例えば、CCDやCMOS等の固体撮像素子用のカバーガラスや、液晶ディスプレイ用のガラス基板等に近年要請されているような極めて薄い板ガラスを適正に製造することができる。
以上のように本発明によれば、流下されるガラスリボンが薄板の場合であっても、ガラスリボンは、その幅方向両端部がガイド手段の隙間の範囲内で案内されながら、この隙間を通過して下方へと円滑に流下される。したがって、このようにガラスリボンの幅方向両端部を案内することで、この隙間の範囲内で、ガラスリボンの姿勢の乱れを確実に規制すると共に、ガラスリボンの姿勢の乱れに起因して生じるガラスリボンの形状変形を的確に防止することが可能となる。しかも、ガイド手段は、ガラスリボンの幅方向両端部のみを案内することから、ガラスリボンの幅方向中間部は非接触状態で維持されるので、ガイド手段によってガラスリボンの幅方向中間部に傷が生じたり、異物が付着することはない。したがって、板ガラスが採取されるガラスリボンの幅方向中間部の表面品位を良好に維持しつつ、流下されるガラスリボンの姿勢の乱れ、或いはこの姿勢の乱れに起因するガラスリボンの形状変形を的確に規制することが可能となる。換言すれば、平坦性に優れ且つ幅方向中央部の表面品位が良好な薄板のガラスリボンを製造することが可能となる。
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るガラスリボンの製造装置の内部状態を模式的に示す概略縦断側面図、図2は、その製造装置の内部状態を模式的に示す概略縦断正面図である。これらの各図に示すように、この製造装置1は、耐火煉瓦からなる炉2の内部に、上方から順に、成形体3と、冷却手段4と、再加熱手段5と、ガイド手段6とを備えている。
成形体3は、断面形状が楔状をなし且つ頂部にオーバーフロー溝3aを有するものであって、オーバーフロー溝3aに供給された溶融ガラスYを頂部から溢れ出させると共に、その溢れ出た溶融ガラスYを成形体3の両側面3bに沿って流下させて成形体3の下端部3cで融合させて板状形態とし、この形態となった溶融ガラスYを板状のガラスリボンGとして上下方向に沿って流下するようになっている。
冷却手段4は、成形体3の直下方でガラスリボンGの幅方向の熱収縮を規制するもので、成形体3の頂部から両側面3bに沿って溶融ガラスYが流下して、成形体3の下端部3cで融合することにより、一枚の板状となった直後のガラスリボンGを挟持するように配設された冷却ローラ(エッジローラ)4aによって構成されている。詳述すると、この冷却ローラ4aは、ガラスリボンGの幅方向のそれぞれの端部に一対ずつ計4個配設されており、ガラスリボンGの幅方向両端部のみを挟持しながら、ガラスリボンGの流下速度に同期した回転速度で回転するようになっている。
再加熱手段5は、成形体3から流下されながら一旦冷却されたガラスリボンGを再加熱して軟化させるものであって、ガラスリボンGの表裏面にそれぞれ、空間を介して対面するように配設されたヒータ5aによって構成されている。詳述すると、このヒータ5aは、図2に示すように、ガラスリボンGの幅方向寸法よりも長尺であり、ガラスリボンGの全幅に亘ってガラスリボンGを再加熱して軟化させるようになっている。また、図示は省略するが、このヒータ5aは、ガラスリボンGの幅方向に沿って複数個に分割されており、ガラスリボンGの軟化状態が幅方向で略等しくなるように加熱温度を幅方向で個別に制御し得る構成となっている。なお、この実施形態では、既述の成形体3の直下方に配設された冷却ローラ4aと同様に、ヒータ5aの直下方にも、ヒータ5aにより再加熱されたガラスリボンGの幅方向の熱収縮を規制する冷却手段としての冷却ローラ4bが配設されている。この冷却ローラ4bは、上記の冷却ローラ4aと同様の構成を備え、再加熱されたガラスリボンGの幅方向両端部を挟持しながら回転するようになっている。
ガイド手段6は、ガラスリボンの厚み方向にその幅方向両端部の板厚よりも大きな寸法の隙間を有し、この隙間の範囲内でガラスリボンの変位又は反りを規制しながらガラスリボンの幅方向両端部のみを案内するものである。詳述すると、このガイド手段6は、ガラスリボンGの幅方向両端部のそれぞれに、ガラスリボンGの幅方向両端部の板厚よりも大きな寸法の隙間を介して対向配置された状態で回転するガイドローラ6aによって構成されている。そして、このガラスリボンGの厚み方向に対向するガイドローラ6aの対向間隔αは、10mm以下、特に5mm以下に設定することが好ましい。なお、この対向間隔αの下限値は、ガラスリボンGの幅方向両端部の板厚等によって適宜調整されるものであるが、例えば、0.2mm以上、特に1mm以上であることが好ましい。さらに、このようにガラスリボンGの幅方向のそれぞれの端部に一対ずつ計4個配設されたガイドローラ6aは、ガラスリボンGの搬送方向で見た場合には、搬送経路上の一又は複数箇所(図例では上下方向の3箇所)に配設されている。また、各ガイドローラ6aは、ガラスリボンGの流下速度に同期した回転速度で回転するようになっている。なお、ガイドローラ6aをガラスリボンGの搬送方向の複数箇所に配設した場合には、最下部のガイドローラ6aは、必要に応じてその対向間隔αを狭くすることで、ガラスリボンGを挟持しながら下方に引き抜く引張りローラとして使用してもよい。
以上のような構成を備えた製造装置1によれば、次のようにしてガラスリボンGが製造される。
まず、成形体3の下端部3cから流下した直後のガラスリボンGは、冷却ローラ4aによって幅方向の収縮が規制されながら下方へ引き伸ばされてある程度の厚み(以下、初期厚みという)まで薄くなる。すなわち、ガラスリボンGは、冷却ローラ4aや、炉2内の雰囲気によって冷却されて固化状態へと近づいていき、前記初期厚みに達した段階で板厚の実質的な変化が生じなくなる。次に、このように一旦冷却されて前記初期厚みに達したガラスリボンGをヒータ5aで再加熱することで軟化させる。このようにガラスリボンGを再加熱することで、一旦冷却されたガラスリボンGが、再度下方へ引き伸ばされ、ガラスリボンGの板厚が、前記初期厚みよりもさらに薄くなる。具体的には、ヒータ5aによって再加熱されたガラスリボンGの幅方向中間部の板厚は、最終的には、例えば幅方向中間部の初期厚みの1/2以下となる。
このようにすれば、ガラスリボンの板厚が、成形体3の直下方と、ヒータ5aの直下方とに分けて、段階的に薄くなるので、ガラスリボンGの流下速度を不当に高速化することなく、ガラスリボンGの板厚の薄肉化を好適に図ることができる。なお、このヒータ5aによる再加熱は、ガラスリボンGの軟化点以上の温度(例えば1000〜1300℃)で、ガラスリボンGの全幅に亘って行われ、且つ幅方向でのガラスリボンGの軟化状態が均一になるように幅方向に加熱温度の調整がなされる。したがって、ヒータ5aによる再加熱によってガラスリボンGの搬送方向の変位量にばらつきが生じ難くなることから、ガラスリボンGの板厚の薄肉化を的確に行うことが可能となる。
また、以上のようにガラスリボンGを再加熱することで、板厚0.5mm以下、さらには板厚0.2mm以下のガラスリボンGを容易に製造することができる。このように極めて板厚の薄いガラスリボンGは、CCDやCMOS等の固体撮像素子用のカバーガラスや、液晶ディスプレイに代表される各種フラットパネルディスプレイ用のガラス基板として好適に利用することができる。
さらに、ヒータ5aによる再加熱により板厚が薄くなったガラスリボンGは、ガラスリボンGの幅方向両端部の板厚よりも大きな寸法の隙間を介して対向配置されたガイドローラ6aの間を通って下方へと案内される。一般にガラスリボンGの板厚が薄くなればなるほど、成形体3の下端部3cから流下されたガラスリボンGは、その搬送経路上で揺動して所定の姿勢から変位を来たし易くなるが、冷却されたガラスリボンGの下方部は、ガイドローラ6aの隙間を通過することで、その隙間の範囲内で変位が規制されながら案内されることになる。したがって、成形体3の直下方や、ヒータ5aの直下方等の軟化状態にあるガラスリボンGの一部が、変位の影響を受けて変形した状態のまま固化されるという事態が防止されるので、ガイドローラ6aの隙間の範囲内で、ガラスリボンGの反りも規制される。そのため、平坦性に優れた薄板のガラスリボンGを製造することが可能となる。なお、各ガイドローラ6aは、ガラスリボンGの流下速度に同期した回転速度で回転していることから、ガラスリボンGがガイドローラ6aに実際に接触して案内される場合であっても、ガラスリボンGが下方へと円滑に案内されるので、ガラスリボンGの幅方向両端部に傷等の破損が生じる確率を的確に低減することができる。
また、成形体3の下端部3cから流下されるガラスリボンGの搬送経路上で、冷却ローラ4a、4bや、ガイドローラ6aは、ガラスリボンGの幅方向両端部のみと接触し、幅方向中間部は非接触とされることから、ガラスリボンGの幅方向中間部には高い表面品位が維持されることになる。そして、最終的に固化されたガラスリボンGから板ガラスを採取する際には、ガラスリボンGの幅方向両端部は耳部として切除され、その幅方向中間部から板ガラスが採取されるのが通例であることから、高い表面品位を有する薄板の板ガラス(例えば板厚0.5mm以下の板ガラス)を製造することができる。また、成形体3の直下方と、ヒータ5aの直下方とに冷却手段としての冷却ローラ4a、4bを配設したことにより、ガラスリボンGの幅方向寸法の縮小を規制することができる。したがって、板ガラスが採取されるガラスリボンGの幅方向中間部の幅方向寸法を大きく確保しつつ、ガラスリボンGの板厚の薄肉化を図ることができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、再加熱手段をガラスリボンの搬送経路上の一箇所に配設したものを説明したが、必要に応じて、成形体の直下方に配設された冷却手段からガイド手段に至るまでのガラスリボンの搬送経路上に、再加熱手段を上下方向に間隔を空けて複数配設してもよい。
また、上記実施形態では、再加熱手段によってガラスリボンの板厚を薄くする手法を説明したが、例えば、成形体から流下する溶融ガラスの流量を少なくしたり、或いは溶融ガラスガラスリボンの流下速度を速めることによって、ガラスリボンの板厚を十分に薄くできるのであれば再加熱手段を採用しなくてもよい。
また、上記実施形態では、ガイド手段をガイドローラで構成したものを説明したが、ガイド手段は、例えば、ガラスリボンの幅方向両端部を案内する部分が、ガラスリボンの搬送方向に長尺な板状部材で構成されたものであってもよい。
また、上記実施形態は、オーバーフローダウンドロー法で成形されるガラスリボンに本発明を適用したが、これ以外に、例えばスロットダウンドロー法で成形されるガラスリボンについても同様にして本発明を適用することができる。
本発明の実施形態に係るガラスリボンの製造装置を示す概略縦断側面図である。 前記製造装置の概略縦断正面図である。
符号の説明
1 製造装置
2 炉
3 成形体
4 冷却手段
4a 冷却ローラ
5 再加熱手段
5a ヒータ
6 ガイド手段
6a ガイドローラ
Y 溶融ガラス
G ガラスリボン

Claims (8)

  1. 溶融ガラスを成形体に供給すると共に、該成形体から溶融ガラスを流下させて板状のガラスリボンを成形するガラスリボンの製造装置において、
    流下されたガラスリボンの搬送経路上に、ガラスリボンの厚み方向にその幅方向両端部の板厚よりも大きな寸法の隙間を有し、該隙間の範囲内でガラスリボンの幅方向両端部のみを案内するガイド手段を配設したことを特徴とするガラスリボンの製造装置。
  2. 前記ガイド手段は、前記隙間の範囲内でガラスリボンの変位又は反りを規制するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のガラスリボンの製造装置。
  3. 前記ガイド手段は、ガラスリボンの幅方向両端部を冷却する冷却手段の下方に配設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のガラスリボンの製造装置。
  4. 前記ガイド手段は、ガラスリボンの幅方向両端部のそれぞれに、ガラスリボンの板厚よりも大きな寸法の隙間を介して対向配置された状態で回転するガイドローラで構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のガラスリボンの製造装置。
  5. 溶融ガラスを成形体に供給すると共に、該成形体から溶融ガラスを流下させて板状のガラスリボンを成形するガラスリボンの製造方法において、
    流下されたガラスリボンの幅方向両端部のみを、その板厚よりも大きな寸法を有するようにガイド手段に設けられた隙間を通過させ、該隙間の範囲内で案内するガイド工程を含むことを特徴とするガラスリボンの製造方法。
  6. 前記ガイド工程で、前記ガイド手段の隙間の範囲内でガラスリボンの変位又は反りを規制することを特徴とする請求項5に記載のガラスリボンの製造方法。
  7. 前記ガイド工程は、ガラスリボンの幅方向両端部の冷却工程後に行われることを特徴とする請求項5又は6に記載のガラスリボンの製造方法。
  8. 成形後におけるガラスリボンの幅方向中間部の板厚が、0.5mm以下であることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載のガラスリボンの製造方法。
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