JP2013100196A - ガラス強化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】化学強化の作業を長時間停止することなく処理液を交換することができると共に、板ガラス全体を均一に強化処理することができるガラス強化装置の提供。
【解決手段】板ガラスを、処理剤の融点〜融点+70℃の温度範囲に調節された処理液に浸漬して化学強化するガラス強化装置。該装置は、少なくとも、前記板ガラスを前記処理液の温度近辺まで加熱する予熱炉、処理液の温度を保持するための制御手段、ヒーター及び処理液を排出するドレンバルブを有する化学処理槽、化学処理された板ガラスの温度を120〜80℃に冷却する徐冷炉、冷却された板ガラスを洗浄する水洗槽、乾燥手段；前記板ガラスを前記予熱炉、化学処理槽、徐冷炉、水洗槽、乾燥手段の順に搬送する手段、及び、前記化学処理槽に処理液を供給する供給槽を有すると共に、前記化学処理槽が処理液を攪拌する手段を有し、前記供給槽が、処理剤を融解する手段及び該手段によって得られた処理液を前記化学処理槽に供給する手段を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、板ガラスの化学強化装置に関し、特に、化学処理用の処理液の交換を迅速に行なえるガラス強化装置に関する。

従来、強化ガラスは窓ガラス等の他、コンピューターのディスク等の電子機器にも用いられていたが、特に最近ではコンピューターのモニター、携帯電話の画面等のタッチパネル化が進んでいることから、これらにも強化ガラスが使用されるようになり、強化ガラスの需要が更に高くなっている。

ガラスの強化方法としては、主に化学強化が採用されている。この方法は、硝酸カリウム等の処理剤を加熱融解してなる処理液を満たした槽に板ガラスを浸漬して、ガラス内部のナトリウムイオンをカリウムイオン等のイオン半径がより大きいイオンに置換してガラスを強化する方法である。
しかしながら、この処理を繰り返すと、処理液中のカリウムイオンの濃度が低下し、ガラス内部のイオン交換が困難になる傾向があるので、ガラス強化がなされ難くなる。

従って、例えば、硝酸カリウム溶融液を処理液として使用したガラスの化学強化においては、化学処理液のカリウムイオンの濃度が低くなり過ぎる前に、処理液を交換する必要がある。
従来の処理液の交換においては、劣化した処理液を全て化学処理槽から排出した後、硝酸カリウム等の処理剤を化学処理槽内に投入し、槽を加熱して融解していたが、硝酸カリウム等の無機化合物を加熱して融解するには長時間を要するので、処理剤を交換して処理を再開するのに１〜２日掛かる。従って、その間は化学処理を停止しなければならず、非効率的であった。

また、処理液中のカリウムイオン濃度の低下を抑制し、常に新鮮な処理液を供給するために、硝酸カリウム等の溶融塩を保持する２以上の槽を、上流の槽から下流の槽へ溶融塩が移動することができるように配置し、前記上流端に配置された槽に溶融塩を供給する手段が配置されているイオン交換処理装置が提案されている（特許文献１）。

この装置は、板ガラスを最初に下流側の槽（第1槽）に浸漬して、板ガラス中のイオンをリチウムイオン等のイオン半径が小さいイオンに置換し、その後、上流側の槽（第2槽）に移動して、板ガラス中のリチウムイオンをカリウムイオン等のイオン半径が大きいイオンに更に置換して強化するものである。これは、強化処理によって、前記第2槽中に増加したリチウムイオンがオーバーフローによって下流の第1槽に移送されるので、処理液の交換頻度を小さくすることができるというものである。

この装置によるガラス強化処理は、交換する必要がある劣化した処理液をも使用するので効率がよいようにも見える一方、所望の処理をするために長時間を要するという欠点があった。また、個々の処理槽が小型となるので、処理能力も十分ではなかった。
従って、前記イオン交換処理装置によるガラス強化は、全体としてのコストが高くなるという問題点があった。

また、ガラス内部をイオン交換する場合、処理液の温度の影響が大きいので、板ガラス全体を均一に強化処理するために処理液の温度分布を均一にする必要がある。しかしながら、前記装置の場合にはオーバーフローさせるため、槽の下部における処理液の交換が不十分となる上、温度も不均一となるという欠点もあった。

特開２０１１−３２１４０号公報

本発明者等は、上述した問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、処理液の交換に際して、硝酸カリウム等の処理剤の融解を化学処理槽内で行なわず、別途設けた供給槽内で行なうことにより、処理液の調整中も化学強化の作業を中止する必要がなく、これによって効率的に作業を行なうことができ、ガラス強化処理のトータルコストを大幅に下げることができること、及び、化学処理槽内にバブリング手段を設け、化学処理槽に板ガラスを浸漬する直前にバブリングによって処理液を攪拌することにより、化学処理槽内の処理液の温度分布を均一にすることができ、これによってガラス強化処理の均一性を改善することができることを見出し、本発明に到達した。

従って、本発明の目的は、化学強化の作業を長時間停止することなく処理液を交換することができると共に、板ガラス全体を均一に強化処理することができる、製造能力の高いガラス強化装置を提供することにある。

即ち本発明は、板ガラスを、処理剤の融点〜融点+70℃の温度範囲に調節された処理液に浸漬して化学強化するガラス強化装置であって、該装置が、少なくとも、前記板ガラスを前記処理液の温度近辺まで加熱する予熱炉、処理液の温度を保持するための制御手段、ヒーター及び処理液を排出するドレンバルブを有する化学処理槽、化学処理された板ガラスの温度を120〜80℃に冷却する徐冷炉、冷却された板ガラスを洗浄する水洗槽、乾燥手段；前記板ガラスを前記予熱炉、化学処理槽、徐冷炉、水洗槽、乾燥手段の順に搬送する手段、及び、前記化学処理槽に処理液を供給する供給槽を有すると共に、前記化学処理槽が処理液を攪拌する手段を有し、前記供給槽が、処理剤を融解する手段及び該手段によって得られた処理液を前記化学処理槽に供給する手段を有することを特徴とするガラス強化装置である。

前記攪拌する手段は、前記化学処理槽の底面及び／又は側面下部から空気又は窒素ガスによるバブリングを行なう手段であることが好ましい。
また、前記処理液を供給する手段は、前記供給槽の側面下部又は底面に設置された供給パイプ及び該供給パイプを開閉するバルブからなる手段であることが好ましい。
また、１つの供給槽は、前記供給パイプを２つ以上有し、該パイプ各々が、対応する各化学処理槽に対して、各々独立に処理液を供給することができる手段であることが好ましい。
更に、前記供給槽は移動可能に配置されていてもよい。
前記予熱炉は、少なくとも、ヒーター、予め設定した昇温速度で炉内の温度を一定の温度から前記処理液の温度近辺まで昇温させる制御手段、及び、外気を導入して炉内の温度を一定の温度まで急冷する手段を有することが好ましい。
また、前記徐冷炉は、少なくともヒーター、及び、予め設定された降温速度で炉内の温度を前記処理液の温度近辺から80〜120℃まで徐冷させる制御手段を有することが好ましく、該徐冷炉の制御手段は、更に前記徐冷炉の何れかの箇所に設置された吸気口及び排気口、並びに、前記吸気口及び排気口の開口度を調節する手段であることが好ましい。
また、前記処理液の温度は、前記処理剤の融点〜処理剤の融点+50℃であることが好ましい。
本発明のガラス強化装置における前記予熱炉は、前記徐冷炉と同一の構造であってもよい。

本装置によれば、板ガラスの強化処理の工程における処理液の交換を短時間で行なうことが可能となり、板ガラスの強化処理を効率よく行なうことができる。

図１は本発明のガラス強化装置の全体を表す概念図である。 図２は化学強化処理時に板ガラスを積載するカセット及びラックの説明図である。 図３は予熱炉の断面図の一例である。 図４は化学強化槽の例を表す断面図である。 図５は化学強化槽及び供給槽の例を表す断面図である。 図６は徐冷炉の断面図の一例である。

本発明のガラス強化装置は、主にソーダガラス又はアルミノシリケートガラスの強化に使用される。板ガラスの寸法は特に制限されることはなく、厚さが0.1mmの薄手の板ガラスから、12mmの厚手の板ガラスの強化にも使用することができる。
また、ガラス強化に使用する処理剤はカリウム等の無機化合物であり、主に硝酸カリウムが使用される。

以下、本発明のガラス強化装置の一例を、図面を用いて説明する。
本発明のガラス強化装置は、図1に示されるように予熱炉、化学処理槽、徐冷炉、水洗槽、乾燥手段、板ガラスを搬送する手段、及び、供給槽を有する。
板ガラスはラック1に積載され、搬送手段2によって予熱炉3、化学処理槽4、徐冷炉5、2つの水洗槽6及び7、乾燥手段8の順に搬送される。

本発明の装置を使用するガラス強化処理においては、化学強化の処理液として使用される処理液は、供給槽9で調製され、化学処理槽4に供給される。
よって、長時間を要する処理剤の融解が独立に供給槽で行われるため、処理液の交換作業のために化学強化処理を長時間休止する必要がなく、溶融液交換の直前まで化学強化処理を行なうことができる。

板ガラスはラック1に積載されて、各装置へ搬送されるが、強化処理の工程中に板ガラスが破損することを防止するために、図2に示すように、板ガラス11はカセット12に固定される。
カセット12及びラック1は、通常は耐熱性及び耐薬品性に優れたステンレス製であることが好ましい。

また、本発明における、板ガラスを予熱炉、化学処理槽、徐冷炉、水洗槽、乾燥手段の順に搬送する手段2は、特に限定されるものではなく、公知の手段を用いることができる。
図1に示す搬送手段２は、ホイスト21を使用するものであり、フック22を有するホイスト21が、装置の上方からラック1を吊り上げ、装置の上方に設けられたレール23上を移動し、ラック1を予熱炉3から乾燥手段8まで順次搬送する。

板ガラスの化学強化処理は、処理液に板ガラスを浸漬することによってなされるが、処理液としては、通常硝酸カリウム等の無機化合物の溶融液をもちいるので、処理液の温度は、通常300℃〜500℃である。
そのため、室温下に置かれた板ガラスが直接処理液に浸漬されると、急激な温度変化によって破損する。
よって、化学処理を行なう前に、板ガラス自体を処理温度近辺まで徐々に加熱する必要があるため、本発明の装置は予熱炉3を有する。
予熱炉3によって加熱された板ガラスを積載したラック１は、搬送手段2（図1参照）によって、前記化学処理槽4へ搬送される。

予熱炉の1例を図3に示す。予熱炉3は、少なくともヒーター31及び予め設定した昇温速度で、炉内の温度を一定の温度（室温下に置かれた板ガラスを搬入したときに該板ガラスが破損しない温度、以下同じ。）から処理液の温度近辺（処理液の温度〜処理液の温度±30℃程度、以下同じ。）まで昇温させる制御手段を有する。
昇温速度は、ガラスの寸法及び形状等を考慮して公知の手段により適宜設定される。

予熱炉から前記ラックを搬出した後、次のラックを炉内に搬入するため、炉内の温度を一定の温度まで迅速に冷却する必要がある。そのため前記予熱炉は、炉内の空気を排出すると共に、外気を導入して、迅速に炉内の温度を一定の温度まで急冷する手段を有することが好ましい。
急冷する手段としては、ブロワー32等を用いる手段が挙げられる。

化学処理槽の一例を図3に示す。化学強化は硝酸カリウム等を融解してなる処理液を使用して行われるため、化学処理槽4は、耐熱性及び耐薬品性に優れた材質によって製造されていることが好ましい。
また、化学処理槽4はヒーター41を有し、処理液42が常に化学強化処理に適した液温を維持するために、処理液の温度を制御する手段を有する。

処理液の温度は、前記処理剤の融点〜処理剤の融点+70℃の範囲内で設定されるが、処理剤の融点〜処理剤の融点+50℃であることが特に好ましく、処理剤の融点+10℃〜処理剤の融点+50℃であることが特に好ましい。
例えば、処理剤として硝酸カリウムを使用する場合、処理液の温度は340〜400℃であることが好ましい。

化学処理槽には、使用によってカリウムイオンが減少して劣化した処理液を排出するために、ドレンバルブ43が設置されている。
また、処理液の温度分布を均一化するために、公知の方法によって処理液を撹拌することが好ましく、槽内を攪拌する手段としては、ラックの出し入れに支障がない、空気又は窒素ガスを噴出するバブリング手段を使用することが好ましい。

前記空気又は窒素ガスの噴出は公知の方法により化学処理槽4の底面又は側面の下部に設置されたノズル44を介して空気又は窒素ガスを処理槽内部に送り込むことによって行なうことができるが、化学処理中に噴出させると、大量の気泡により、板ガラスと処理液との接触が妨げられる。従って、気泡の噴出は化学処理中には行なわず、化学処理を終えて、板ガラスをセットしたラックを槽から引き上げてから、次のラックを槽内に浸漬するまでの間に行なう。

また、化学処理槽4は、処理液が熱を放出するのを防止するため、及び危険防止のため、断熱材で覆われていることが好ましく、更に、上蓋45を有することが好ましい。

供給槽9は、処理剤を融解するためのヒーター91及び処理液を化学処理槽4に供給する手段からなる。
供給手段としては、通常、供給槽2の側面下部又は底部に設置された供給パイプ92及び開閉バルブ93を用いる（図5参照）。
供給槽9は、硝酸カリウム等の溶融液を取り扱うため、化学処理槽4と同様、耐熱性、耐薬品性に優れた材質によって製造されている必要があると共に、前記化学処理槽と同様、断熱材で覆われていることが好ましい。

また、供給槽9の形状は特に限定されるものではなく、図4に示す通り、上方が開放された形状であっても、上面に原料を投入するための開口部が設けられた密閉型であってもよい。何れの場合も、安全のため、上部又は開口部に蓋94を設けることが好ましい。
また、供給槽9は、化学処理槽4よりも高い位置に設置されることが好ましく、特に、図5に示す通り、供給槽9の底面が化学処理槽4の上端部よりも高くなるように設置されることが好ましい。

硝酸カリウムを使用する場合を例として、図３を参照して処理液交換方法を以下に説明する。
供給槽9に固体の硝酸カリウムを投入した後、ヒーター91で加熱して硝酸カリウムを融解し、処理液を調製する。
次に、処理液を交換する必要がある化学処理槽の工程を停止した後、ドレンバルブ43を開けて、劣化した処理液を排出する。
化学処理槽4のドレンバルブ43を閉めた後、供給槽の開閉バルブ93を開けて化学処理槽4に処理液42を供給する。
化学処理槽4のヒーター41によって、処理液の温度を340〜400℃の範囲内に保持し、化学強化処理を開始する。

また、前記供給槽は、化学処理槽1つに対して1つずつ配置してもよいが、製造コストの観点から、1つの供給槽から2以上の化学処理槽に処理液を供給するように配置してもよい。
2以上の化学処理槽に処理液を供給するための手段としては、供給槽９に２本以上の供給パイプ92を設置し、それぞれ異なる化学処理槽に処理液を供給する、又は、供給槽を移動可能とする、等の方法がある。

高温の処理液に浸漬された板ガラスは、急冷されると破損するので、本発明のガラス強化装置は、板ガラスを徐々に冷却するための徐冷炉を有する。
板ガラスを積載したラックが搬送される前に、予め徐冷炉内を処理液の温度近辺に加熱し、前記ラックが徐冷炉内に搬入された後、予め設定された降温速度で炉内の温度を80〜120℃まで徐冷する。こうすることにより、板ガラスは破損することなく冷却される。

徐冷炉の1例を図6に示す。
徐冷炉5は、少なくともヒーター51及び予め設定した降温速度で、炉内の温度を処理液の温度近辺から80〜120℃まで降温させる制御手段を有する。
降温速度はガラスの寸法及び形状等を考慮して設定される。

前記制御手段としては、ヒーター51の制御の他、更に降温速度を調節するために、外気を取り込むための吸気口52、及び、炉内の熱気を排出する排気口53を開閉する方法による手段を用いることが好ましい。
前記排気口は、徐冷炉の上部に設けられていることが好ましく、前記吸気口は徐冷炉の下部に設けられていることが好ましい。

炉内の温度調整は、アクチュエーター55によりフラップ54を操作して吸気口及び排気口の開口度を調整することによって行なわれる。
徐冷後、前記ラックが搬出されると、次のラックを搬入するため、炉内を処理液の温度近辺に昇温させる。
また本発明においては、徐冷炉は、前述した予熱炉と同一の構造であってもよい。

また、板ガラスの化学強化に要する時間は、予熱及び徐冷に要する時間と比べて極めて長い。従って、作業の効率化を図るためには、各1個の予熱炉及び徐冷炉に対し、化学処理槽を2個以上設置し（図1参照）、１つの化学処理槽で化学強化処理を行っている間に、他のラックに積載された板ガラスの予熱を行い、他の化学処理槽に順次搬入するようにシステム制御することが好ましい。

更に、本発明のガラス強化装置は、前記徐冷炉によって冷却された板ガラスを洗浄する、少なくとも１つの水洗槽を有する。
本発明においては、少なくとも、徐冷後の板ガラスに付着した処理剤の結晶を除去する第1水洗槽6、及び結晶を除去した後、更に板ガラスを洗浄する第2水洗槽7を有することが好ましい。水洗槽は前記した2槽より多くてもよいが、少なくとも最終的な洗浄には、純水を使用することが好ましい。
また、最終洗浄以外の水洗槽には、洗浄水を循環させて使用することができる。

第１水洗層内の水温は、処理後の板ガラスやラック等に付着した処理剤の結晶を除去するという観点から、90〜100℃であることが必要である。第2水洗槽以降の水温は、板ガラスを破損させない限り制限されることはないが、後の乾燥工程を考慮すると、80℃以上であることが好ましい。

更に、本発明は、洗浄後の板ガラスを乾燥する乾燥手段8を有する。使用する乾燥手段は、熱風等の、公知の手段を適宜選択して使用することができる。

本発明のガラス強化装置は、窓ガラス等の他、コンピューターのディスク、モニター、携帯電話の画面等に用いられる強化ガラスの製造にも有効であるので産業上極めて有用である。

１ ラック
２ 搬送手段
３ 予熱炉
４ 化学処理槽
５ 徐冷炉
６ 第1水洗槽
７ 第2水洗槽
８ 乾燥手段
９ 供給槽
１１ 板ガラス
１２ カセット
２１ ホイスト
２２ フック
２３ レール
３１ ヒーター
３２ ブロアー
３３ 上蓋
４１ ヒーター
４２ 処理液
４３ ドレンバルブ
４４ ノズル
４５ 上蓋
５１ ヒーター
５２ 吸気口
５３ 排気口
５４ フラップ
５５ アクチュエーター
５６ 上蓋
９１ ヒーター
９２ 供給パイプ
９３ 開閉バルブ

Claims (8)

1. 板ガラスを、処理剤の融点〜融点+70℃の温度範囲に調節された処理液に浸漬して化学強化するガラス強化装置であって、該装置が、少なくとも、前記板ガラスを前記処理液の温度近辺まで加熱する予熱炉、処理液の温度を保持するための制御手段、ヒーター及び処理液を排出するドレンバルブを有する化学処理槽、化学処理された板ガラスの温度を120〜80℃に冷却する徐冷炉、冷却された板ガラスを洗浄する水洗槽、乾燥手段；前記板ガラスを前記予熱炉、化学処理槽、徐冷炉、水洗槽、乾燥手段の順に搬送する手段、及び、前記化学処理槽に処理液を供給する供給槽を有すると共に、前記化学処理槽が処理液を攪拌する手段を有し、前記供給槽が、処理剤を融解する手段及び該手段によって得られた処理液を前記化学処理槽に供給する手段を有することを特徴とするガラス強化装置。
2. 前記攪拌する手段が、前記化学処理槽の底面及び／又は側面下部から空気又は窒素ガスによるバブリングを行なう手段である、請求項１に記載されたガラス強化装置。
3. 前記処理液を供給する手段が、前記供給槽の側面下部又は底面に設置された供給パイプ及び該供給パイプを開閉するバルブからなる手段である、請求項１又は２に記載されたガラス強化装置。
4. １つの供給槽が、2つ以上の前記パイプを有し、該パイプ各々に対応する各化学処理槽に対して処理液を供給する、請求項３に記載されたガラス強化装置。
5. 更に、前記供給槽が移動可能に配置されている、請求項３又は４に記載されたガラス強化装置。
6. 前記予熱炉が、少なくとも、ヒーター、予め設定した昇温速度で炉内の温度を一定の温度から前記処理液の温度近辺まで昇温させる制御手段、及び、外気を導入して炉内の温度を一定の温度まで急冷する手段を有する、請求項１〜５の何れかに記載されたガラス強化装置。
7. 前記徐冷炉が、少なくともヒーター、及び、予め設定された降温速度で炉内の温度を前記処理液の温度近辺から80〜120℃まで徐冷する制御手段を有する、請求項１〜６の何れかに記載されたガラス強化装置。
8. 前記制御手段が、前記徐冷炉の下部に設置された吸気口、前記徐例炉の上部に設置された排気口、及び、前記吸気口及び排気口の開口度を調節する制御手段である請求項７に記載されたガラス強化装置。