JP2010013291A - ガラス成形型及びガラス成形体の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より低粘度の溶融ガラスから所望の形状を有するガラス成形体を安定して成形することが可能なガラス成形型及びガラス成形体の製造装置を提供する。
【解決手段】ガラス成形型は、成形面の一端側に設けられた傾斜面を有する傾斜体と、前記成形面の両側に設けられた側壁と、を備えるものであって、流下した溶融ガラスと接触する接触領域を前記傾斜面に有し、前記接触領域の少なくとも一部を冷却する冷却手段を備えるものである。ガラス成形体の製造装置は、ガラス成形型と、前記傾斜面の上方に設けられる溶融ガラスの供給手段と、を備えるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス成形型及びガラス成形体の製造装置に関する。

通常、溶融ガラスを板状或いは棒状に連続して成形する場合、溶融ガラスを成形ロール間に流してその周速度と同じ速度で成形ガラスを送り出す方法（複ロール法）や予め用意された成形型の一端に溶融ガラスを引き出し速度に合わせて成形ガラスを引き出す方法等が行われている。

例えば、特許文献１及び２には、溶融ガラスをパイプで成形型の近くまで導いて、成形型の一端に溶融ガラス流出口と鋳込面との距離をできる限り近づけて溶融ガラスを流し込み、成形型を固定したままガラスを連続的に引き出して成形する方法について記載されている。
特公昭４５−１９９８７号公報 特開昭５０−５１５１６号公報

しかしながら、特許文献１及び２に記載された成形型を用いた場合、温度が高く粘度が低い溶融ガラスを成形型に供給すると、溶融ガラスが液面の近傍及び成形型の近傍から徐々に冷却されていく。このとき、粘度が低いガラスの固化が遅いことが多く、ガラスを冷却してガラスの固化を促進しようとしても、ガラスが不均一に冷却されてしまい、ガラスの過剰に冷却された部分でクラックが発生し易かった。この傾向は、希土類ガラスのように、溶融したときの粘度が低くなり易く、適度な粘度を有する温度領域が狭いガラスにおいて特に顕著であった。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、より低粘度の溶融ガラスから所望の形状を有するガラス成形体を、安定して成形することが可能なガラス成形型及びガラス成形体の製造装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意試験研究を重ねた結果、ガラス成形型のうち流下した溶融ガラスと接触する領域（以下、接触領域とする）が傾斜面上にあることにより、傾斜面と鉛直な方向について溶融ガラスの厚さが薄くなり、さらに、前記接触領域の少なくとも一部を冷却することにより、溶融ガラスにおける温度差が低減されつつ溶融ガラスが冷却され、溶融ガラスの粘度が高められ、その結果としてガラス成形体を安定して成形できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１） 成形面の一端側に設けられた傾斜面を有する傾斜体と、前記成形面の両側に設けられた側壁と、を備えるガラス成形型であって、
流下した溶融ガラスと接触する接触領域を前記傾斜面に有し、
前記接触領域の少なくとも一部を冷却する冷却手段を備えるガラス成形型。

（２） 前記冷却手段が、前記接触領域を前記傾斜面の幅方向について均等に冷却する（１）記載のガラス成形型。

（３） 前記冷却手段が、前記傾斜体に熱伝導可能に設けられて冷媒を流通する流路を有する（１）又は（２）記載のガラス成形型。

（４） 前記流路に供給された冷媒を前記傾斜面の幅方向に発散する発散手段が設けられている（３）記載のガラス成形型。

（５） 前記成形面と平行な方向に切断した前記傾斜面の断面が、前記成形面に向かって広がっている（１）から（４）のいずれか記載のガラス成形型。

（６） 前記傾斜面と前記成形面とが滑らかに連続する（１）から（５）のいずれか記載のガラス成形型。

（７） （１）から（６）のいずれか記載のガラス成形型と、前記傾斜面の上方に設けられる溶融ガラスの供給手段と、を備えるガラス成形体の製造装置。

本発明によれば、ガラス成形型に傾斜面を設けることにより、傾斜面と鉛直な方向について溶融ガラスの厚さが薄くなり、さらに、溶融ガラスが接触する接触領域の少なくとも一部を冷却することにより、溶融ガラスにおける温度差が低減されつつ溶融ガラスが冷却され、溶融ガラスの粘度が高められる。このため、より低粘度の溶融ガラスから所望の形状を有するガラス成形体を安定して成形することが可能なガラス成形型及びガラス成形体の製造装置を提供することができる。

本発明のガラス成形型は、成形面の一端側に設けられた傾斜面を有する傾斜体と、前記成形面の両側に設けられた側壁と、を備えるガラス成形型であって、流下した溶融ガラスと接触する接触領域を前記傾斜面に有し、前記接触領域の少なくとも一部を冷却する冷却手段を備える。

また、本発明のガラス成形体の製造装置は、ガラス成形型と、前記傾斜面の上方に設けられる溶融ガラスの供給手段と、を備える。

以下、本発明のガラス成形型及びガラス成形体の製造装置の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。なお、説明が重複する箇所については、適宜説明を省略する場合があるが、発明の趣旨を限定するものではない。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るガラス成形型１は、成形面１０と、成形面１０の一端側に設けられる傾斜面１１１を有する傾斜体１１と、傾斜面１１１のうち溶融ガラスＬが接触する接触領域１１２を冷却する冷却手段１２と、成形面１０の両側に設けられる側壁１３と、を備える。図１は、ガラス成形型１のガラスＧの引出方向に沿った断面図である。図２はガラス成形型１を他端側から傾斜体１１に向かって見たときの斜視図である。また、図３は、図１のＤ−Ｄ’面で切断したときの断面図である。

〔成形面〕
成形面１０は、一端側から供給される溶融ガラスＬと接し、この溶融ガラスＬを所望の形状に成形する。成形面１０によって成形されたガラスＧは、成形面１０の形状に沿って成形面１０の他端側より取り出される。ここで、成形面１０の形状は、引き出されるガラスＧの形状に対応することが好ましく、例えば平板状のガラスＧを引き出す場合には、図１のような平坦面であることが好ましい。

なお、成形面１０の他端側から引き出したガラスＧを効率良くアニール（徐冷）するために、図示しないアニール装置をガラス成形型１の他端部の付近に設けてもよい。

〔傾斜体〕
傾斜体１１は、成形面１０の一端側に設けられており、傾斜面１１１を有するものである。この傾斜面１１１は、成形面１０に向かって傾斜している。供給手段２０から傾斜面１１１上に連続的に流下された溶融ガラスＬは、重力の作用によって傾斜面１１１から、成形面１０へと流れる。傾斜体１１を設けることにより、傾斜面１１１と鉛直な方向についての溶融ガラスＬの厚さが、成形面１０と鉛直な方向についての溶融ガラスＬの厚さに比べて薄くなるため、溶融ガラスＬのうち傾斜面１１１と接する部分と傾斜面１１１から離れた部分との温度差を低減することができ、粘度のばらつきを低減することができる。

〔冷却手段〕
冷却手段１２は、傾斜面１１１のうち溶融ガラスＬが接触する接触領域１１２を冷却する。冷却手段１２を設けることにより、傾斜面１１１を流れる溶融ガラスＬから熱が効率良く奪われるため、溶融ガラスＬの粘度を効率良く調節することができる。このとき、傾斜面１１１を流れる溶融ガラスＬでは、傾斜面１１１と接する部分と傾斜面１１１から離れた部分との温度差が低減される。そして、溶融ガラスＬにおける温度差が低減されつつ溶融ガラスＬが冷却されるため、溶融ガラスＬが適度な粘度を有する状態でガラス成形体に迅速に成形することができ、引き出されたガラスＧの粘度の偏りを小さくすることができる。

この冷却手段１２は、接触領域１１２の少なくとも一部を冷却するような位置に、接触領域１１２を傾斜面１１１の幅方向Ｗについて略均等に冷却するように設けられていることが好ましい。幅方向Ｗについて略均等に冷却することで、幅方向Ｗについて溶融ガラスＬの粘度の差が小さくなり、溶融ガラスＬをより成形し易くなるため、ガラスＧへの脈理の発生を低減することができる。接触領域１１２を幅方向Ｗについて略均等に冷却するには、例えば図２に示すように、冷却手段１２を傾斜面１１１の幅方向Ｗの全体に設ければよい。なお、本明細書において「略均等」であることは、所望の形状を有するガラスＧを成形することができる範囲で、溶融ガラスＬの組成によって適宜認められるものであるが、例えば希土類ガラスでは、接触領域１１２の最高温度と最低温度との温度差が１００℃以内であることを指す。また、図１では冷却手段１２が傾斜面１１１の略全体を冷却しているが、これに限定されず、傾斜面１１１において溶融ガラスＬが流れる領域である接触領域１１２のうち、少なくとも一部を冷却していればよい。

冷却手段１２は、冷媒Ｃを用いたものであることが好ましい。冷媒Ｃを用いた冷却方法は、溶融ガラスＬの組成等に応じて適宜変更することができるが、例えば、空冷、油冷、水冷等公知の冷却方法が挙げられる。冷媒Ｃを用いて冷却を行うことにより、溶融ガラスＬから効率良く熱を排出することができる。冷媒Ｃを用いた冷却方法の中では、熱伝導可能に設けた流路１２２を傾斜面１１１の内部に設け、この流路１２２に冷媒Ｃを流通することが好ましい。傾斜面１１１の内部を流通する冷媒Ｃによって接触領域１１２が間接的に冷却されるため、冷媒Ｃによる溶融ガラスＬへの汚染を低減することができ、かつ溶融ガラスＬの局所的な冷却による割れ等の不利益を生じ難くすることができる。なお、冷却手段１２が設けられる位置は、傾斜体１１の内部に限定されず、傾斜体１１の外部に設けられていてもよい。

流路１２２を用いて冷媒Ｃを流通する場合、成形面１０から遠い側に設けられた供給部１２１から流路１２２に冷媒Ｃを供給し、成形面１０に近い側に設けられた排出部１２３から冷媒Ｃを排出することが好ましい。これにより、流路１２２の内部において成形面１０から遠い側から成形面１０に近い側へと向かう冷媒Ｃの流れが形成されるため、冷媒Ｃが成形面１０の側に向かうに従って溶融ガラスＬの熱で温められていき、成形面１０の近傍で溶融ガラスＬが急激には冷却され難くなる。このため、ガラス成形型１から引き出されるガラスＧへのクラックの発生を低減することができる。

このとき、供給部１２１は、溶融ガラスＬが供給手段２０から流下する位置に冷媒Ｃが当るように設けられることが好ましい。溶融ガラスＬが流下する位置は高温になり易いため、この位置に供給部１２１から供給されたばかりの冷媒Ｃを当てることで、溶融ガラスＬの冷却効率を高めることができる。このとき、供給部１２１が、傾斜体１１の幅方向Ｗの中央に冷媒Ｃが当たるように設けられることで、溶融ガラスＬが流れる傾斜面１１１を短くしつつ、溶融ガラスＬの冷却効率を高めることができる。

しかしながら、溶融ガラスＬが流下する位置に冷媒Ｃを直接当てると、冷媒Ｃによる冷却作用が強くなり過ぎ、溶融ガラスＬの流動性が小さくなり過ぎる。そこで、図３に示すように、供給部１２１から流路１２２に供給される冷媒Ｃを傾斜面１１１の幅方向Ｗに発散する発散手段１２４が設けられてもよい。供給部１２１から流れＲに沿って導入された冷媒Ｃを、幅方向Ｗのベクトルを持った流れＲ１及びＲ２に分けることで、流れＲの延長線上の接触領域１１２における過剰な冷却が抑制される。このため、ガラス成形型１から引き出されるガラスＧへのクラックや脈理の発生を低減することができる。発散手段１２４としては、図３に示すような、供給部１２１の近傍に配置され、かつ幅方向Ｗに向かって広がる、例えばＶ字形状の部材を用いることができるが、これに限定されるものではなく、供給部１２１からの冷媒の流れＲを幅方向Ｗに発散することのできる部材であればよい。なお、冷媒の流れＲを幅方向Ｗに発散するために、流路１２２の側に向けて幅広になるような供給部１２１を設けてもよい。

〔側壁〕
側壁１３は、成形面１０の両側に設けられる部材である。側壁１３を設けることにより、溶融ガラスＬがガラス成形型１の幅方向Ｗについて流動する範囲が規定されるため、所望の幅を有する溶融ガラスを作製することができる。側壁１３の形状は、引き出されるガラスＧの形状によって適宜設定されるが、より少ない力でガラスＧを引き出すことができるため、図２に示すように両側壁が互いに平行に設けられていることが好ましい。

〔材質等〕
このガラス成形型１の材質は、溶融ガラスＬに溶け込みにくく、かつ溶融ガラスＬを保持することのできる材質であれば特に限定されず、例えば鉄、クロム、ニッケル、コバルト等からなる公知の鋳物が好ましく用いられる。

〔ガラス成形体の製造装置〕
以上のようなガラス成形型１を用い、ガラス成形型１の傾斜面１１１の上方に溶融ガラスＬを供給する供給手段２０を設けて、ガラス成形体の製造装置を構成することができる。これにより、クラック及び脈理の少ないガラス成形体を製造できるガラス成形体の製造装置を提供することができる。

＜第１変形例＞
本発明の第１実施形態の変形例に係るガラス成形型１Ａは、冷却手段１２Ａとして設けられた流路１２２が設けられており、この流路１２２に供給された冷媒の流れＲを遮蔽する遮蔽手段１２５が設けられる。図４は、ガラス成形型１Ａの成形面１０と平行な面に沿った断面図である。

このガラス成形型１Ａには、図４に示すように、供給部１２１から流路１２２に供給される冷媒の流れＲを遮蔽する遮蔽手段１２５が設けられている。供給部１２１から流れＲに沿って導入された冷媒は遮蔽手段１２５によって遮蔽され、遮蔽手段１２５を交わした流れＲ１及びＲ２によって接触領域１１２が間接的に冷却される。このため、流れＲの延長上にある接触領域が局所的に急激に冷却することが抑制され、ガラスへのクラックや脈理の発生を低減することができる。遮蔽手段１２５としては、例えば図４に示すような、供給部１２１の開口の全面を覆うような平板状の部材を用いることができるが、これに限定されるものではなく、供給部１２１によって形成される流路１２２の開口のうち少なくとも一部を遮蔽するような部材であればよく、この場合、冷媒Ｃは遮蔽手段１２５によって傾斜面１１１の幅方向Ｗに発散される。この遮蔽手段１２５は、結合部材１２６を介して傾斜体１１に取り付けられる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るガラス成形型１Ｂは、成形面１０と平行な方向に切断した傾斜面１１１Ｂの断面が、成形面１０に向かって広がる。図５は、ガラス成形型１Ｂの成形面１０と平行な面に沿った断面図である。

このガラス成形型１Ｂには、曲面形状の傾斜面１１１Ｂを有する傾斜体１１Ｂが設けられている。図５に示すように、この傾斜面１１１Ｂを成形面１０と平行な方向に切断した断面において、成形面１０に近い側の幅Ｗ２が、成形面１０から遠い側の幅Ｗ１に比べて広くなっている。これにより、傾斜面１１１Ｂに供給された溶融ガラスＬが、側壁１３が形成する所望の幅にまで徐々に広げられる。このため、成形面１０へと流れた溶融ガラスＬが急激に広がることによる溶融ガラスＬの傾斜面１１１方向への回り込みを抑えつつ、溶融ガラスＬの温度のばらつきを小さくしたまま、所望の形状に近づけた状態で成形面１０に溶融ガラスＬを供給することができる。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係るガラス成形型１Ｃは、傾斜面１１１と成形面１０とが滑らかに連続する。図６は、ガラス成形型１ＣのガラスＧの引出方向に沿った断面図である。

このガラス成形型１Ｃには、成形面１０と滑らかに連続するような傾斜面１１１を有する傾斜体１１が設けられている。ここで、「滑らかに連続する」とは、ガラス成形型１Ｂを成形面１０及び傾斜面１１１と垂直な平面で切断したときに、成形面１０と傾斜面１１１との間に角が形成されていないことをいう。本実施形態では、図６の点線部分で表されるような、成形面１０に近い側の傾斜面１１１が曲面で構成されている。これにより、傾斜面１１１の接触領域１１２Ｃにおいて冷却され、粘度が高められた溶融ガラスＬが、傾斜面１１１から成形面１０へと円滑に移動し、傾斜面１１１及び成形面１０から浮上し難いため、溶融ガラスＬを冷却する際の温度管理をより確実に行うことができる。

以下、本発明の実施例を説明するが、これら実施例は、本発明を好適に説明するための例示に過ぎず、なんら本発明を限定するものではない。

幅１６０ｍｍ、長さ２００ｍｍの成形面の一端側に傾斜体が設けられ、この成形面の両側に高さ４０ｍｍの側壁が設けられた、鋳物製のガラス成形型を作製した。このガラス成形型の傾斜体は最大傾斜角度を約３０°とし、傾斜体の傾斜面のうち成形面と接する側は、曲率半径２５０ｍｍの曲面で滑らかに連続するようにした。また、成形面と平行な方向に切断した傾斜面の断面が、成形面に向かって広がる半径８０ｍｍの半円形状となるようにした。

また、傾斜体の傾斜面の内部に、傾斜面の幅方向について全体的に冷却すべく、幅１６０ｍｍの流路を有する冷却手段を設けた。この流路には、成形面から遠い側に冷媒の供給部を、成形面に近い側に冷媒の排出部を、それぞれ設けた。このうち、供給部から流路に冷媒が流れる部分には、供給部に当接し、かつ幅方向Ｗに向かってＶ字形状に広がる部材を発散手段として用いた。なお、この部材は供給部によって形成される流路の開口を遮蔽するものであるため、遮蔽手段としても機能する。

ガラス溶融槽の中にガラス原料を投入し、Ｌａ_２Ｏ_３を主成分とする溶融ガラスを調製して１１９０℃で保持した。そして、供給部から流路に冷媒として空気を流通しつつ、ガラス溶融槽から供給手段となる流出ノズルを通じて溶融ガラスを流下し、傾斜面上で溶融ガラスを受け止めた。それとともに、ガラス成形型の他端側から、溶融ガラスが冷却して形成されるガラスを、一定の厚さになるように引き出した。

比較例として、ガラス成形型の傾斜面に冷却手段を設けなかった場合についても実施例と同様の試験を行った。

その結果、傾斜面に存在し、流下した溶融ガラスと接触する接触領域に冷却手段を設けた場合は、クラックや脈理の形成が低減されたガラス成形体が安定して形成された。一方、ガラス成形型の傾斜面に冷却手段を設けなかった場合は、ガラス成形型の傾斜面のより高い位置に流下しなければガラスを成形することができず、また、成形されたガラスについては、脈理やクラックが多数発生していた。実施例と比較例で形成されたガラスを比較すると、ガラス成形型の傾斜面に冷却手段を設けた場合に、ガラスに脈理やクラックが形成され難くなることがわかる。

第１実施形態におけるガラス成形型のガラスの引出方向に沿った断面図である。 第１実施形態におけるガラス成形型を他端側から傾斜体に向かって見たときの斜視図である。 第１実施形態におけるガラス成形型を図１のＤ−Ｄ’面で切断したときの断面図である。 第１変形例におけるガラス成形型の成形面と平行な面に沿った断面図である。 第２実施形態におけるガラス成形型の成形面と平行な面に沿った断面図である。 第３実施形態におけるガラス成形型のガラスの引出方向に沿った断面図である。

符号の説明

１ ガラス成形型
１０ 成形面
１１ 傾斜体
１１１ 傾斜面
１１２ 接触領域
１２ 冷却手段
１２１ 供給部
１２２ 冷却部
１２３ 排出部
１２４ 発散手段
１２５ 遮蔽手段
１２６ 結合部材
１３ 側壁
２０ 供給手段
Ｃ 冷媒
Ｇ ガラス
Ｌ 溶融ガラス
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２ 冷媒の流れ

Claims (7)

1. 成形面の一端側に設けられた傾斜面を有する傾斜体と、前記成形面の両側に設けられた側壁と、を備えるガラス成形型であって、
   流下した溶融ガラスと接触する接触領域を前記傾斜面に有し、
   前記接触領域の少なくとも一部を冷却する冷却手段を備えるガラス成形型。
2. 前記冷却手段が、前記接触領域を前記傾斜面の幅方向について均等に冷却する請求項１記載のガラス成形型。
3. 前記冷却手段が、前記傾斜体に熱伝導可能に設けられて冷媒を流通する流路を有する請求項１又は２記載のガラス成形型。
4. 前記流路に供給された冷媒を前記傾斜面の幅方向に発散する発散手段が設けられている請求項３記載のガラス成形型。
5. 前記成形面と平行な方向に切断した前記傾斜面の断面が、前記成形面に向かって広がっている請求項１から４のいずれか記載のガラス成形型。
6. 前記傾斜面と前記成形面とが滑らかに連続する請求項１から５のいずれか記載のガラス成形型。
7. 請求項１から６のいずれか記載のガラス成形型と、前記傾斜面の上方に設けられる溶融ガラスの供給手段と、を備えるガラス成形体の製造装置。

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