JP2012041244A - ガラス板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アニール工程におけるガラスリボンの姿勢の乱れを可及的に低減し、ガラスリボンの内部歪や反りを確実に除去する。
【解決手段】ガラス板の製造工程に含まれる徐冷ゾーン３において、ガラスリボンＧを幅方向で湾曲させて湾曲部５を形成するとともに、ガラスリボンＧの幅方向の少なくとも一部領域の上下で、湾曲部５の表裏方向の凹凸の向きを反転させる。これにより、ガラスリボンＧの上下方向及び幅方向における折り曲げ抵抗を大きくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガラス板の製造技術に関し、詳しくは、成形体から溶融ガラスを流下させて成形されるガラスリボンを所定寸法に切断してガラス板を製造するダウンドロー法を利用したガラス板の製造技術の改良に関する。

ガラス板の製造技術としては、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し、そのガラスリボンを所定寸法に切断してガラス板を製造するダウンドロー法が公知となっている。このダウンドロー法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、リドロー法、スロットダウンドロー法などが挙げられる。

この種のダウンドロー法による成形方法は、ガラス板が製造されるまでの基本的な工程として、所定寸法の板状（帯状）のガラスリボンに成形する成形工程と、ガラスリボンを徐冷して内部歪を除去するアニール工程と、ガラスリボンを室温付近まで冷却する冷却工程と、ガラスリボンを所定寸法に切断する切断工程とを含んでいる。

これら各工程のうち、少なくとも成形工程とアニール工程は、ガラスリボンを下方へと移動させながら行われる。

そして、このうち、アニール工程は、ガラスリボンの内部歪を除去する工程であることからガラス板の製品品質（性能）を決定づける重要な工程となる。すなわち、アニール工程を経たガラスリボンに内部歪が残存していると、このガラスリボンを切断して製造されるガラス板にもそのまま内部歪が残存し、ガラス板の機械的強度が著しく低下したり、或いは、意図しない複屈折が生じるなどの諸特性の不安定化を招くことがある。特に、液晶ディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ用のガラス板の場合には、内部歪が残存していると、複屈折などによって画質の著しい悪化を招くので問題が大きくなる。

このような内部歪が残存する問題は、アニール炉内に形成される上昇気流によって、ガラスリボンが振動しながらばたついて、ガラスリボンの姿勢が不安定になった場合に顕著に生じる。これは、アニール炉内において、ガラスリボンの姿勢が不安定になると、ガラスリボンを所期の温度分布をもって徐冷することが困難になるためである。

また、アニール炉内において、ガラスリボンの姿勢が不安定になると、内部歪の問題以外にも、ガラスリボンに不当な反りが生じ、最終製品となるガラス板の平坦度が大きく損なわれるという問題も生じ得る。

そこで、例えば、特許文献１には、アニール炉内に上昇気流を阻止する対流防止板を配置することが開示されているが、対流防止板とガラスリボンとの間の隙間を完全になくすことはできないので、ガラスリボンに対して上昇気流の影響が少なからず生じる。しかも、ガラスリボンと対流防止板とを近接させると、上昇気流によってガラスリボンが振動して姿勢が乱れた場合に、ガラスリボンが対流防止板に接触して破損するという新たな問題も生じ得る。

また、特許文献２には、対流防止板を使用することなくアニール炉内の上昇気流の発生を防止するために、アニール炉の外部雰囲気の気圧を加圧することが開示されているが、このような対策を講じても上昇気流を完全に防止することは難しい。

なお、特許文献３では、上記の上昇気流に直接対処するものではないが、成形体から流下したガラスリボンを幅方向に亘って部分円筒面状に積極的に湾曲させることが開示されている。

特開平５−１２４８２６号公報 特開２００９−１７３５２５号公報 特表２０１０‐５１１５８１号公報

ところで、特許文献３に開示のように、ガラスリボンを予め幅方向に亘って部分円筒面状に湾曲させた場合、完全に平坦なガラスリボンよりも変形が生じ難い。そのため、アニール炉内に形成される上昇気流によって、ガラスリボンの姿勢が不安定になるという事態を低減する上でも、ある程度の効果が期待できる。

しかしながら、ガラスリボンを幅方向に亘って部分円筒面状に湾曲させた場合、その湾曲によってガラスリボンは上下方向に折れ曲がり難いが、幅方向には依然として折れ曲がり易い状態にある。その結果、当該湾曲を有するガラスリボンに対して上昇気流が作用したとき、ガラスリボンが幅方向に変形を繰り返しながら振動し、ガラスリボンの姿勢が乱れるおそれがある。

また、部分円筒面状に湾曲させたガラスリボンは、平面状に容易に展開可能であることから、上昇気流の影響を受けて平面状に戻るおそれもある。このような事態が生じれば、ガラスリボンは、再び上昇気流の影響を受け易くなり、姿勢の乱れは顕著になる。

本発明は、以上の実情に鑑み、アニール工程におけるガラスリボンの姿勢の乱れを可及的に低減し、ガラスリボンの内部歪や反りを確実に除去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は、板状のガラスリボンに成形する成形工程と、ガラスリボンを徐冷してその内部歪を除去するアニール工程と、ガラスリボンを室温付近まで冷却する冷却工程と、ガラスリボンを所定寸法に切断する切断工程とを含み、少なくとも前記成形工程と前記アニール工程をガラスリボンの下方への移動を伴いながら行うガラス板の製造方法において、前記アニール工程で、ガラスリボンを幅方向で湾曲させて湾曲部を形成するとともに、ガラスリボンの幅方向の少なくとも一部領域の上下で、前記湾曲部の表裏方向の凹凸の向きを反転させることにより、ガラスリボンの上下方向及び幅方向における折り曲げ抵抗を大きくしたことに特徴づけられる。

このような方法によれば、ガラスリボンを徐冷してその内部歪を除去するアニール工程において、ガラスリボンは、幅方向に湾曲した湾曲部を有すると共に、その幅方向の少なくとも一部領域の上下で、湾曲部の表裏方向の凹凸の向きが反転する。これにより、ガラスリボンの上下方向及び幅方向における折り曲げ抵抗が大きくなる。したがって、アニール工程でガラスリボンに対して上昇気流が作用したとしても、折り曲げ抵抗が大きくなったガラスリボンは変形し難く、安定した姿勢を維持することが可能となる。

上記の方法において、ガラスリボンの幅方向で、前記湾曲部の表裏方向の凹凸の向きを反転させることが好ましい。

このようにすれば、ガラスリボンの上下方向及び幅方向の折り曲げ抵抗がより大きくなるので、上昇気流によるガラスリボンの姿勢の乱れが生じ難くなる。

上記の方法において、ガラスリボンの幅方向両端部を結ぶ仮想直線を湾曲量零の基準位置とし、該仮想直線からの垂直離間距離で湾曲量を表した場合に、前記湾曲部の最大湾曲量が、１〜５０ｍｍであることが好ましく、５〜３０ｍｍであることがより好ましく、１０〜２０ｍｍであることが更に好ましい。

すなわち、湾曲部の最大湾曲量が１ｍｍ未満であると、ガラスリボンが平坦に近づいて、折り曲げ抵抗の向上効果が十分に得られないおそれがある。一方、湾曲部の最大湾曲量が５０ｍｍを越えると、ガラスリボンの湾曲が大きくなって、折り曲げ抵抗の向上効果が確実に得られるものの、ガラスリボンを切断して製造されるガラス板に残存する湾曲が大きくなりすぎるおそれがある。そこで、ガラスリボンの湾曲部の最大湾曲量は、上記の数値範囲内であることが好ましく、この範囲内であれば、ガラスリボンの折り曲げ抵抗を十分大きく保ちつつ、製造されるガラス板に残存する湾曲も製品として問題のないレベルに抑えることができる。

上記の方法において、前記湾曲部を、ガラスリボンに機械的な外力を加えることで形成してもよいし、前記湾曲部は、ガラスリボンの表面側と裏面側の徐冷温度を異ならせることで形成してもよい。

以上の方法において、ガラスリボンの肉厚は、２ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、７００μｍ以下であることが更に好ましい。

すなわち、ガラスリボンの肉厚が厚くなるに連れて、ガラスリボン自体に変形が生じ難くなるので、アニール工程で形成される上昇気流による姿勢の乱れは小さくなる。換言すれば、ガラスリボンの肉厚が薄くなるに連れて、アニール工程での徐冷温度の乱れの影響を受けて、ガラスリボンに内部歪や反りの問題が生じ易くなる。そして、このような問題は、ガラスリボンの肉厚が、上記数値範囲である場合に特に生じ易く、本願発明の有用性が増すことになる。更に、上記数値範囲までガラスリボンの肉厚が薄いと、凹凸の向きを無理なく反転させることができるという利点もある。

以上のように本発明によれば、アニール工程で、ガラスリボンを幅方向で湾曲させて湾曲部を形成し、且つ、ガラスリボンの幅方向の少なくとも一部領域の上下で、湾曲部の表裏方向の凹凸の向きを反転させることで、ガラスリボンの上下方向及び幅方向における折り曲げ抵抗を大きくすることができる。そのため、当該曲げ抵抗の向上により、アニール工程におけるガラスリボンの姿勢の乱れを可及的に低減することができる。したがって、アニール工程において、ガラスリボンに対して安定した温度条件でもって徐冷を施すことが可能となり、ガラスリボンの内部歪や反りを確実に除去することができる。

本発明の一実施形態に係るガラス板の製造方法を体現するためのガラス板の製造装置の要部を示す縦断面図である。 図１の徐冷ゾーンにおけるガラスリボンの状態を示す斜視図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）〜（ｂ）は、徐冷ゾーンにおけるガラスリボンの横断面の変形例を示す図である。 徐冷ゾーンにおけるガラスリボンの縦断面の変形例を示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係るガラス板の製造方法を体現するための製造装置の要部を示す縦断面図である。この製造装置は、オーバーフローダウンドロー法によって、炉１内で、ガラス板の元となる板状のガラスリボンＧを成形するものである。なお、ガラスリボンＧの肉厚は、２ｍｍ（好ましくは１ｍｍ、より好ましくは７００μｍ）以下であって、このガラスリボンＧを切断して製作されるガラス板は、例えば、液晶ディスプレイ・プラズマディスプレイ・有機ＥＬディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ、太陽電池、リチウムイオン電池、デジタルサイネージ、タッチパネル、電子ペーパーなどのデバイスのガラス基板や、有機ＥＬ照明などのカバーガラス、医薬品のガラス容器、窓板ガラス、積層軽量窓ガラスなどに利用される。

詳細には、炉１内には、上方から順に、成形工程を行う成形ゾーン２、アニール工程を行う徐冷（アニール）ゾーン３、冷却工程を行う冷却ゾーン４が設けられており、図外に切断工程を行う切断ゾーンが設けられている。

成形ゾーン２では、楔状の断面形状を有する成形体２１に溶融ガラスＧｍを供給するとともに、この成形体２１の頂部から溢れ出た溶融ガラスＧｍをその下端部で融合させて流下させることで、溶融ガラスＧｍから板状のガラスリボンＧを成形する。徐冷ゾーン３では、成形ゾーン２で成形されたガラスリボンＧを徐冷しながらその内部歪を除去する。冷却ゾーン４では、徐冷ゾーン３で徐冷されたガラスリボンＧを室温付近まで冷却する。そして、このように冷却されたガラスリボンＧが図外の切断ゾーンにて、所定の大きさに切断され、ガラス板が連続的に製作される。

なお、徐冷ゾーン３と冷却ゾーン４において、ガラスリボンＧの搬送経路の上流側から下流側に至る複数個所に、図中の矢印方向に回転する一対のローラＲを有するローラ群が配置されている。個々のローラ群は、図２に示すように、ガラスリボンＧの幅方向両端部をそれぞれ挟持する２対のローラＲによって構成され、この実施形態では、ガラスリボンＧの一方側に存する２個のローラＲと、他方側に存する２個のローラＲとがそれぞれ、２本のローラ軸Ｒａに連結固定されている。勿論、一方側のローラＲと、他方側のローラＲとを、ローラ軸Ｒａで相互に連結固定せず、個々のローラＲをローラ軸で片持支持するようにしてもよい。

ここで、炉１内には、いわゆる煙突効果によって炉１の下端開口から外気が吸引され、上昇気流が少なからず形成されてしまう。この上昇気流を防止するために、炉１の外側の圧力を炉１の内側の圧力よりも高めるなど、従来から種々の対策が講じられているが、このような対策を講じても上昇気流を完全に防止することは難しい。そして、このような上昇気流が生じると、炉１内のガラスリボンＧは、ばたつきながら振動して姿勢を乱すおそれがある。仮に、徐冷ゾーン３でガラスリボンＧの姿勢が乱れると、ガラスリボンＧの徐冷不良が生じ、このガラスリボンＧを冷却後、切断することよって製作されるガラス板の性能に悪影響を及ぼすおそれがある。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、徐冷ゾーン３において、ガラスリボンＧを平坦ではなく多少湾曲させ、上記の上昇気流によってガラスリボンＧの姿勢が乱されるのを防止するようにしている。

詳細には、ガラスリボンＧを幅方向で湾曲させて湾曲部５を形成するとともに、ガラスリボンＧの幅方向の少なくとも一部の上下で湾曲部５の表裏方向の凹凸の向きを反転させている。

この実施形態では、徐冷ゾーン３の上流側に位置する湾曲部５は、図３に示すように、ガラスリボンＧの幅方向中央部を一方側の面（以下、裏面という）側に凸となるように湾曲させて形成されている。この上流側の湾曲部５の最大湾曲量Ｄ１は、ガラスリボンＧの幅方向両端部を結ぶ仮想直線Ｌ１を湾曲量零の基準位置とし、且つ、その仮想直線Ｌ１からの垂直離間距離で表した場合に、１〜５０ｍｍ（好ましくは５〜３０ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍ）となる。なお、図中の一点鎖線（Ｌ１，Ｌ２）は、湾曲部５を形成しない場合のガラスリボンＧの状態、すなわち、平坦なガラスリボンＧの状態を示す。これは、図４〜図７においても同様とする。

一方、徐冷ゾーン３の下流側に位置する湾曲部５は、図４に示すように、ガラスリボンＧの幅方向中央部を他方側の面（以下、表面という）側に凸となるように湾曲させて形成されている。この下流側の湾曲部５の最大湾曲量Ｄ２も、ガラスリボンＧの幅方向両端部を結ぶ仮想直線Ｌ２を湾曲量零の基準位置とし、且つ、その仮想直線Ｌ２からの垂直離間距離で表した場合に、１〜５０ｍｍ（好ましくは５〜３０ｍｍ、より好ましくは１０〜２０ｍｍ）となる。

そして、この上流側と下流側のそれぞれの湾曲部５は、図３及び図４に示すように、上流側ではガラスリボンＧの裏面側に凸となり、下流側ではガラスリボンＧの表面側に凸となるように、上流側と下流側で凸となる向きが反転するようになっている。すなわち、このようにすることで、図５に示すように、ガラスリボンＧは上下方向にも湾曲することになり、上流側と下流側のそれぞれの湾曲部５の凸となる側の向きが、反転部６を境界に裏面側から表面側に反転するようになっている。

そのため、ガラスリボンＧの上下方向及び幅方向における折り曲げ抵抗が、ガラスリボンＧが平坦である場合や、幅方向にのみ湾曲（例えば、部分円筒面状）している場合に比べて、相対的に大きくなる。これは次の理由による。すなわち、ガラスリボンＧの湾曲部５における幅方向に亘る湾曲によって、ガラスリボンＧの上下方向の曲げ変形を阻止する抵抗として機能するので、上下方向の折り曲げ抵抗が大きくなる。また、ガラスリボンＧの上下で、湾曲部５の凸となる側の向きを反転させたことによって、その反転部６がガラスリボンＧの幅方向の曲げ変形を阻止する抵抗として機能するので、幅方向の折り曲げ抵抗も大きくなる。そのため、徐冷ゾーン３におけるガラスリボンＧの形状が略固定された状態で変形が生じ難くなる。したがって、徐冷ゾーン３で、仮に上昇気流が生じたとしても、その上昇気流によってガラスリボンＧが姿勢を乱すという不具合を確実に低減することができる。その結果、徐冷ゾーン３において、ガラスリボンＧに対して安定した温度条件でもって徐冷を施すことが可能となることから、ガラスリボンＧの内部歪を確実に除去することができる。

ここで、図２に示すように、湾曲部５が形成されたガラスリボンＧは、順次下方へと移動していくので、徐冷ゾーン３では、成形ゾーン２から連続的に供給されるガラスリボンＧに対して順次湾曲部５を形成する必要がある。ガラスリボンＧに湾曲部５（反転部６を含む）を形成する方法としては、例えば、次のようなものが挙げられる。

すなわち、湾曲部５は、機械的な外力によりガラスリボンＧを図２に示した形状に変形させることで形成してもよい。具体的には、例えば、ガラスリボンＧに図示しない接触子を突き当てて、その接触子によってガラスリボンＧを強制的に変形させて湾曲部５を形成してもよい。また、徐冷ゾーン３に配置されたローラ群の一部を、他のローラ群が配列されている直線上からガラスリボンＧの表裏方向のいずれか一方側に偏倚させて配置してガラスリボンＧを蛇行誘導することで、湾曲部５を形成してもよい。さらに、上流側のローラ群による引張速度よりも、下流側のローラ群による引張速度を一時的に遅くし、上流側のローラ群と下流側のローラ群との間で、ガラスリボンＧを撓ませて、湾曲部５を形成してもよい。

また、湾曲部５は、徐冷ゾーン３の温度分布をガラスリボンＧの表面側と裏面側で異ならせることで形成してもよい。具体的には、徐冷ゾーン３におけるガラスリボンＧの表面側と裏面側に対応した位置にそれぞれヒータを配置し、表面側のヒータと裏面側のヒータの加熱温度を僅かに異ならせることで、熱変形（膨張・収縮）に差を生じさせ、湾曲部５を形成してもよい。具体的には、湾曲部５の湾曲が凸となる側の面の徐冷温度を、反対側の凹となる側の面の徐冷温度よりも、例えば１〜５０℃低く設定する。

なお、このようにガラスリボンＧに湾曲部５は、少なくともアニールゾーン３で形成されていればよく、アニールゾーン３以降の冷却ゾーン４や切断ゾーンなどでは、湾曲部５は解除されていてもよい。また、仮に、湾曲部５が残存している場合でも、ガラスリボンＧを切断して製作されるガラス板の湾曲量は、ガラスリボンＧの状態での湾曲量よりも小さくなるため、実用上問題とならない。

本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では、図３及び図４に示したように、上下方向の同一位置でガラスリボンＧを幅方向に１回のみ湾曲させた場合を説明したが、図６（ａ），（ｂ）に示すように、上下方向の同一位置でガラスリボンＧを幅方向に複数回湾曲させ、幅方向においても湾曲部５の凸（凹）となる側の向きを１又は複数回反転させてもよい。この場合、ガラスリボンＧの裏面側に凸（凹）となる湾曲部５と、表面側に凸（凹）となる湾曲部５の最大湾曲量を、同図（ａ）に示すように、互いに異ならせてもよいし、同図（ｂ）に示すように、互いに同程度にしてもよい。また、上流側の湾曲部５と、下流側の湾曲部５とで幅方向の湾曲回数を異ならせてもよい。

また、上記の実施形態では、図５に示したように、幅方向の同一位置でガラスリボンＧを上下方向に１回のみ湾曲させて、反転部６を１箇所形成した場合を説明したが、図７に示すように、幅方向の同一位置でガラスリボンＧを上下方向に複数回湾曲させて、反転部６を複数個所に形成してもよい。

また、上記の実施形態では、オーバーフローダウンドロー法によりガラスリボンを成形する場合を説明したが、例えば、スロットダウンドロー法やリドロー法などの他のダウンドロー法によりガラスリボンを成形するようにしてもよい。

１ 炉
２ 成形ゾーン
３ 徐冷ゾーン
４ 冷却ゾーン
５ 湾曲部
６ 反転部
Ｇ ガラスリボン

Claims (6)

1. 板状のガラスリボンに成形する成形工程と、ガラスリボンを徐冷してその内部歪を除去するアニール工程と、ガラスリボンを室温付近まで冷却する冷却工程と、ガラスリボンを所定寸法に切断する切断工程とを含み、少なくとも前記成形工程と前記アニール工程をガラスリボンの下方への移動を伴いながら行うガラス板の製造方法において、
   前記アニール工程で、ガラスリボンを幅方向で湾曲させて湾曲部を形成するとともに、ガラスリボンの幅方向の少なくとも一部領域の上下で、前記湾曲部の表裏方向の凹凸の向きを反転させることにより、ガラスリボンの上下方向及び幅方向における折り曲げ抵抗を大きくしたことを特徴とするガラス板の製造方法。
2. ガラスリボンの幅方向で、前記湾曲部の表裏方向の凹凸の向きを反転させることを特徴とする請求項１に記載のガラス板の製造方法。
3. ガラスリボンの幅方向両端部を結ぶ仮想直線を湾曲量零の基準位置とし、該仮想直線からの垂直離間距離で湾曲量を表した場合に、前記湾曲部の最大湾曲量が、１〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス板の製造方法。
4. 前記湾曲部は、ガラスリボンに機械的な外力を加えることで形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
5. 前記湾曲部は、ガラスリボンの表面側と裏面側の徐冷温度を異ならせることで形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。
6. ガラスリボンの肉厚が、２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス板の製造方法。

Images