JP2012240857A - 結晶化ガラスの連続成形方法および結晶化ガラスの連続成形装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、前記結晶化工程が、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む。
【選択図】なし
Description
例えば、特許文献1記載の連続成形装置においては、その結晶化装置は、帯状板ガラスをガラス転移点近傍の温度に保持する保温領域と、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第1昇温領域と、帯状板ガラスを結晶核形成温度に保持する核形成領域と、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第2昇温領域と、帯状板ガラスを結晶成長温度に保持する結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板の歪みを除去するアニール領域とを備える。
本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理時間が短縮された結晶化ガラスの連続成形方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理領域が短縮された結晶化ガラスの連続成形装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。
前記結晶化工程が、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む、結晶化ガラスの連続成形方法。
<2> 更に、前記溶解工程と前記成形工程との間に、前記溶解工程で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整工程と、前記調整工程を経た溶融ガラスの失透を防止する失透防止工程とを含む、<1>に記載の結晶化ガラスの連続成形方法。
<3> ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解装置と、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形装置と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化装置と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置とを備え、
前記結晶化装置が、前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する、結晶化ガラスの連続成形装置。
<4> 更に、前記溶解装置と前記成形装置との間に、前記溶解装置で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置と、前記調整装置から流出した溶融ガラスの失透を防止する失透防止装置とを備えた、<3>に記載の結晶化ガラスの連続成形装置。
また、本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理領域が短縮された結晶化ガラスの連続成形装置を提供することができる。
第一の本発明は、
ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、
溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、
帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、
帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、
前記結晶化工程が、
前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、
帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む、
結晶化ガラスの連続成形方法である。
前記成形工程は、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る工程である。圧延成形方法は公知の方法でよく、例えば、一組のローラ対によって溶融ガラスを圧延加工するロールアウト成形法を適用することができる。
前記結晶化工程は、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る工程である。前記結晶化工程については、後で詳述する。
前記切断工程は、帯状結晶化ガラス板を所定の長さに切断する工程である。切断方法は公知の方法でよく、例えば、ダイヤモンド製のカッターによる切断法やウォータージェットによる切断法を適用できる。
前記結晶化工程は、帯状板ガラスを結晶化するための熱処理を、帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入することから開始する。即ち、本発明は、従来の連続成形方法が含んでいた、ガラス転移温度近傍に保持させるための熱処理工程を含まない。
なお、本発明において、ガラス転移温度近傍とは、ガラス転移温度±10℃以下の範囲を言う。
前記結晶核形成温度は、好ましくは、ほぼ一定の温度である。
前記結晶核形成工程の保持温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶核形成温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶核形成工程の保持温度は、通常600℃〜1000℃であり、好ましくは650℃〜900℃であり、より好ましくは700℃〜850℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。
前記結晶核形成工程の保持時間は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶核形成に要していた時間でよい。前記結晶核形成工程の保持時間は、通常10分間〜3時間程度である。
結晶核の形成は、ガラス原料中に、例えばTiO2、ZrO2、P2O5、F2等の核形成成分が予め添加されることによって容易に行える。
前記結晶成長工程の、保持温度、保持時間は特に制限されず、所望の結晶が充分に成長し得る条件を適宜選択することができる。
前記結晶成長工程の保持温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶成長工程の保持温度は、通常750℃〜1100℃であり、好ましくは800℃〜1000℃であり、より好ましくは850℃〜950℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。
前記結晶成長工程の保持時間は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長に要していた時間でよい。前記結晶成長工程の保持時間は、通常10分間〜3時間程度である。
本発明は、前記調整工程と前記失透防止工程とを含むことによって、溶融ガラスを均質化し、溶融ガラスの粘度を制御し、溶融ガラスの失透を防止し、かつ一定の流速で溶融ガラスを前記成形工程に供給することができる。
前記失透防止工程は、溶融ガラスを保温すること、及び溶融ガラスを加熱することから構成されることが好ましい。保温と加熱によって、前記成形工程に導入される前の溶融ガラスを所定温度に保持し、溶融ガラスの失透を防止する。
第二の本発明は、
ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解装置と、
溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形装置と、
帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化装置と、
帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置とを備え、
前記結晶化装置が、
前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、
帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する、
結晶化ガラスの連続成形装置である。
前記成形装置は、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る装置である。前記成形装置において、圧延成形方法は特に制限されず、例えば、一組のローラ対によって圧延加工するロールアウト成形法を実施する構成とすることができる。
前記結晶化装置は、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る装置である。前記結晶化装置については、後で詳述する。
前記切断装置は、帯状結晶化ガラス板を所定の長さに切断する装置である。前記切断装置において、切断方法は公知の方法でよく、例えば、ダイヤモンド製のカッターによる切断やウォータージェットによる切断を実施する構成とすることができる。
前記結晶化装置は、前記結晶核形成領域を最上流に有するものであり、従来の連続成形装置が有していたガラス転移温度近傍に保持する熱処理領域を有しない。
前記結晶核形成領域は、ほぼ一定の温度に保たれることが好ましい。
また、前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度は、前記溶解装置又は/及び前記成形装置の処理量に応じて適宜選択することができる。そして、前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度が遅い場合は、それに応じて前記結晶核形成領域の長さは短くしてよく、前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度が速い場合は、それに応じて前記結晶核形成領域の長さは長くすればよい。
前記結晶成長領域の雰囲気温度は、特に制限されず、所望の結晶が充分に成長し得る温度を適宜選択することができる。前記結晶成長領域の雰囲気温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶成長領域の雰囲気温度は、通常750℃〜1100℃であり、好ましくは800℃〜1000℃であり、より好ましくは850℃〜950℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。
また、前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度は、前記溶解装置又は/及び前記成形装置の処理量に応じて適宜選択することができる。そして、前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度が遅い場合は、それに応じて前記結晶成長領域の長さは短くしてよく、前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度が速い場合は、それに応じて前記結晶成長領域の長さは長くすればよい。
本発明は、前記調整装置と前記失透防止装置とを備えることによって、溶融ガラスを均質化し、溶融ガラスの粘度を制御し、溶融ガラスの失透を防止し、かつ所定流速で溶融ガラスを前記成形装置に供給することができる。
溶解装置11は、ガラス原料を溶解させ溶融ガラスとする装置であり、ガラス原料の溶解、清澄、均質化の機能を持った間欠式の間欠炉、または、上記の各機能をユニット型に連結した連結式の連結炉であってよい。
液面制御装置12aは、溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号を溶解装置11にガラス原料を投入するガラス原料投入装置(不図示)にフィードバックし、ガラス原料投入量を補正する。このようにして、調整装置12内の液面高さは所定の値に調節される。
撹拌装置12bは、溶融ガラスを撹拌して均質化する。発熱体12cと熱電対12dは、溶融ガラスの温度を調節して、溶融ガラスの粘度を所定の値に調節する。
失透防止装置13は、保温装置13aによる保温によって、ロールアウト成形装置14に導入される前の溶融ガラスを所定温度に保持し、溶融ガラスの失透を防止する。失透防止装置13に発熱ユニット13dが取り付けられている場合には、発熱ユニット13dによる加熱も、溶融ガラスの失透防止に寄与する。
上側ローラ14aと下側ローラ14bとは互いに対向して配置され、このローラ対の間に供給された溶融ガラスを帯状に圧延成形する。冷却水箱14cは、その内部に溶融ガラスを冷却するための水が連続的に供給されており、帯状に圧延成形されたガラスを冷却して帯状の形状を維持する。
運搬装置15の運搬方向上流の上側には、ロールアウト成形装置14によって圧延成形された帯状板ガラスを押える押さえローラ16が設けられている。押さえローラ16は、耐熱性に優れた鋼で作られた、1本乃至数本のローラから構成されている。ロールアウト成形装置14で帯状に圧延成形されたガラスは、押さえローラ16によって押さえられ、平らな帯状板ガラスAとなる。なお、ロールアウト成形装置14によって圧延成形された帯状板ガラスの表面性状によっては、必ずしも押えロール16は必要ではなく、省略することも可能である。
加熱ユニット18は、結晶核形成領域23、昇温領域24、結晶成長領域25及び徐冷領域26において、運搬ローラ19上下の炉の側壁に1個若しくは複数個配設され、加熱ユニット18ごとに熱電対20を設けて温度制御が行えるようになっており、その精度も±5℃以下のものである。攪拌装置28は、各領域内の空気を撹拌し、各領域の温度を均一にする。これらによって、結晶化熱処理を確実に実施することができ、圧延成形された帯状板ガラスの結晶化を容易にかつ確実に行うことができる。なお、加熱源としては、SiC発熱体、カンタルヒータ、ガス、電気等、所望の温度によって適宜選択される。
運搬ローラ19は、耐熱ローラから構成され、結晶化装置17内を、帯状板ガラスを停滞することなく連続的に運搬する。
昇温領域24は、結晶核が形成された帯状板ガラスAを結晶成長温度まで昇温する領域である。昇温領域24内には、例えば図2(A)及び(B)に示すような所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスAが結晶化装置17の出口方向に運搬されるに従って、徐々に昇温されるようになっている。
結晶成長領域25は、帯状板ガラスAを結晶の成長が進行する温度に保持し、結晶化させて帯状結晶化ガラス板Bとする領域である。
徐冷領域26は、帯状結晶化ガラス板Bから残留歪みを除去するとともにガラスの均一化をなすために、帯状結晶化ガラス板Bを徐冷する領域である。徐冷領域26内には、例えば図2(A)及び(B)に示すような所定の温度勾配が設けられ、帯状結晶化ガラス板Bが結晶化装置17の出口方向に運搬されるに従って、徐々に冷却されるようになっている。
0.5Jの衝撃試験装置を使用して、30cm×30cm×4mmの寸法に切り出した結晶化ガラス板の表面の5箇所に3回ずつ衝撃した。結晶化ガラス板にひびや割れがなければ合格とし、ひびや割れがあれば不合格とし、不合格の比率(試験に供した全枚数に対する不合格の枚数)を破損率(%)とした。
質量百分率でSiO2 63.5%、Al2O3 21.5%、MgO 0.5%、ZnO 1.5%、BaO 1.8%、TiO2 2.8%、ZrO2 1.5%、B2O3 0.3%、P2O5 1.0%、Na2O 0.7%、K2O 0.5%、Li2O 3.6%、As2O3 0.5%、V2O5 0.3%の組成に調合したガラス原料を溶解装置に入れた。1670℃でガラス原料を溶融し、次いで、成形装置にて170cm×250m×4mmに圧延成形して帯状板ガラスを得た。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを5℃/分の速度で880℃まで昇温するように、昇温領域を通過させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを、880℃の結晶成長領域に導入し、結晶成長領域内を運搬しながら880℃で30分間保持し、結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板とした。
次いで、帯状結晶化ガラス板を5℃/分の速度で100℃まで徐冷するように、徐冷領域を通過させた。
次いで、切断装置によって、帯状結晶化ガラス板を、運搬方向の長さ100cmに切断した。
質量百分率でSiO2 64.0%、Al2O3 22.0%、MgO 0.5%、ZnO 1.0%、BaO 2.0%、TiO2 2.5%、ZrO2 1.5%、B2O3 0.3%、P2O5 0.8%、Na2O 0.8%、K2O 0.3%、Li2O 3.8%、As2O3 0.5%の組成に調合したガラス原料を溶解装置に入れた。1650℃でガラス原料を溶融し、次いで、成形装置にて170cm×250m×4mmに圧延成形して帯状板ガラスを得た。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを5℃/分の速度で1000℃まで昇温するように、昇温領域を通過させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを、1000℃の結晶成長領域に導入し、結晶成長領域内を運搬しながら1000℃で30分間保持し、結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板とした。
次いで、帯状結晶化ガラス板を5℃/分の速度で100℃まで徐冷するように、徐冷領域を通過させた。
次いで、切断装置によって、帯状結晶化ガラス板を、運搬方向の長さ100cmに切断した。
質量百分率でSiO2 63.5%、Al2O3 21.5%、MgO 0.5%、ZnO 1.5%、BaO 1.8%、TiO2 2.8%、ZrO2 1.5%、B2O3 0.3%、P2O5 1.0%、Na2O 0.7%、K2O 0.5%、Li2O 3.6%、As2O3 0.5%、V2O5 0.3%の組成に調合したガラス原料を溶解装置に入れた。1670℃でガラス原料を溶融し、次いで、成形装置にて170cm×250m×4mmに圧延成形して帯状板ガラスを得た。
次いで、帯状板ガラスを10℃/分の速度で730℃まで昇温するように、第一の昇温領域を通過させた。
次いで、帯状板ガラスを730℃の結晶核形成領域に投入し、結晶核形成領域内を運搬しながら730℃で20分間保持し、帯状板ガラスに結晶核を形成させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを5℃/分の速度で880℃まで昇温するように、第二の昇温領域を通過させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを、880℃の結晶成長領域に導入し、結晶成長領域内を運搬しながら880℃で30分間保持し、結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板とした。
次いで、帯状結晶化ガラス板を5℃/分の速度で100℃まで徐冷するように、徐冷領域を通過させた。
次いで、切断装置によって、帯状結晶化ガラス板を、運搬方向の長さ100cmに切断した。
12・・・調整装置
12a・・液面制御装置
12b・・撹拌装置(撹拌棒)
12c・・発熱体
12d・・熱電対
13・・・失透防止装置
13a・・保温装置(保温耐火物)
13b・・リップ
13c・・サポーター
13d・・発熱ユニット
14・・・ロールアウト成形装置
14a・・上側ローラ
14b・・下側ローラ
14c・・冷却水箱
15・・・運搬装置
16・・・押さえローラ
17・・・結晶化装置(ローラハースキルン)
18・・・加熱ユニット
19・・・運搬ローラ
20・・・熱電対
23・・・結晶核形成領域
24・・・昇温領域
25・・・結晶成長領域
26・・・徐冷領域
27・・・切断装置
28・・・攪拌装置
A・・・・帯状板ガラス
B・・・・帯状結晶化ガラス板
C・・・・切断された結晶化ガラス板
Claims (4)
- ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、
溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、
帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、
帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、
前記結晶化工程が、
前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、
帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む、
結晶化ガラスの連続成形方法。 - 更に、前記溶解工程と前記成形工程との間に、
前記溶解工程で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整工程と、
前記調整工程を経た溶融ガラスの失透を防止する失透防止工程とを含む、
請求項1に記載の結晶化ガラスの連続成形方法。 - ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解装置と、
溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形装置と、
帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化装置と、
帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置とを備え、
前記結晶化装置が、
前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、
帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する、
結晶化ガラスの連続成形装置。 - 更に、前記溶解装置と前記成形装置との間に、
前記溶解装置で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置と、
前記調整装置から流出した溶融ガラスの失透を防止する失透防止装置とを備えた、
請求項3に記載の結晶化ガラスの連続成形装置。
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