JP2013184877A - 薄板ガラスの成形装置及びその成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】成形装置の複雑化を伴うことなく、成形される薄板ガラスの製品部の幅方向寸法の増大を確実に図る薄板ガラス成形方法を提供する。
【解決手段】オーバーフロー溝１から溶融ガラスＧを溢れ出させ、頂部平面部２を介して、垂直面部４と逆斜面部５からなる楔状の外側面部３に沿って溶融ガラスＧを流下させ、逆斜面部５の下端の収束部５ａで溶融ガラスＧを融合一体化して一枚の薄板ガラスを連続成形する薄板ガラスの成形装置であって、外側面部３を流下する溶融ガラスＧの流路幅を規制するガイド壁部６を有し、溶融ガラスＧを誘導する誘導溝８を、垂直面部４の幅方向両端部のそれぞれにガイド壁部６に沿って設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、オーバーフローダウンドロー法により薄板ガラスを製造するための技術の改良に関する。

周知のように、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（ＦＰＤ）用のガラス基板や、有機ＥＬ照明用のカバーガラスに代表されるように、各種分野に利用される薄板ガラスには、表面欠陥やうねりに対して厳しい製品品位が要求される場合がある。

そこで、この種の薄板ガラスの製造方法として、平滑で欠陥のないガラス表面を得るために、オーバーフローダウンドロー法が利用される場合がある。この方法は、成形装置の頂部のオーバーフロー溝に溶融ガラスを流し込み、両側に溢れ出た溶融ガラスを成形装置の略楔状をなす両外側面部に沿って流下させながらその下端部で融合一体化し、その融合一体化した溶融ガラスを下方に延伸しながら１枚の薄板ガラス（ガラスリボンともいう。）を連続成形するというものである（例えば、特許文献１）。

詳細には、両外側面部は、上部平面部と下部平面部とから構成される。上部平面部は、互いに対向する略垂直な平面をなし、下部平面部は、互いに下方に向かうに連れて接近するような逆斜面状の平面をなす。また、外側面部の幅方向両端部には、溶融ガラスの流路幅を規制するガイド壁部が設けられる。

特開２０１１−１９５４１９号公報

しかしながら、成形装置の外表面部に沿って溶融ガラスを流下させる過程において、溶融ガラスが重力および表面張力の影響を受けて幅方向に収縮し、成形される薄板ガラスの幅方向寸法が小さくなるという問題がある。

また、このような収縮に伴って、成形された薄板ガラスの幅方向両端部に相対的に厚くなった耳部（非製品部）が形成されるという問題がある。このような耳部は、成形された薄板ガラスの幅方向中央部の厚みが一定となる製品部の面積を小さくするだけでなく、成形装置の下方で溶融ガラスを延伸する際の弊害にもなり得る。

本発明は、溶融ガラスの幅方向の収縮を抑制して、成形される薄板ガラスの製品部の幅方向寸法の増大を確実に図ることを技術的課題とする。

本発明等は、鋭意研究を重ねた結果、外側面部を流下する溶融ガラスと、外側面部に設けられたガイド壁部との間に生じる接触が、溶融ガラスの幅方向の収縮の原因の一つとなっていることを知見するに至った。詳細には、溶融ガラスの幅方向両端部は、ガイド壁部と接触しながら外表面部に沿って流下する。このため、溶融ガラスの流れに対してガイド壁部が抵抗となり、溶融ガラスの幅方向両端部の流れが遅くなるという事態が生じる。この場合、溶融ガラスの幅方向両端部は、溶融ガラスの幅方向中央部の速い流れに引き寄せられ、溶融ガラスの幅方向両端部が収縮する原因の一つとなっている。

そこで、本発明では、上記課題を解決するために、薄板ガラスの成形装置を次のように創案するに至った。すなわち、本発明は、頂部に形成されたオーバーフロー溝から溶融ガラスを溢れ出させ、前記オーバーフロー溝の両側に形成された頂部平面部を介して、形状の異なる上部平面部と下部平面部とからなる楔状の外側面部に沿って溶融ガラスを流下させ、前記下部平面部の下端で溶融ガラスを融合一体化して一枚の薄板ガラスを連続成形するものであって、前記外側面部を流下する溶融ガラスの流路幅を規制するガイド壁部を有する薄板ガラスの成形装置において、前記上部平面部の幅方向両端部に上下方向に延在し、溶融ガラスを誘導する誘導溝を設けたことに特徴づけられる。

このようにすれば、上部平面部の幅方向両端部に設けられた誘導溝に沿って溶融ガラスが誘導され、誘導溝周辺の溶融ガラスの流量が相対的に増加する。この結果、上部平面部において、ガイド壁部周辺を流下する溶融ガラスの幅方向両端部の流速が増加し、幅方向中央側へ接近する流れを抑制することができる。そして、このように上部平面部において予め溶融ガラスの幅方向端部の流速を増加させることで、下部平面部における溶融ガラスの幅方向両端部の流速低下も抑制することができる。このため、下部平面部においても溶融ガラスの幅方向両端部に幅方向中央側へ接近するような流れが生じ難くなる。したがって、外側面部全体で溶融ガラスの幅方向の収縮が抑制され、成形される薄板ガラスの製品部の幅方向寸法の増大を図ることが可能となる。

上記の構成において、前記誘導溝の溝深さが、幅方向端部側に向かうに連れて増加することが好ましい。

このようにすれば、誘導溝の中でも、幅方向端部側に向かうに連れて溶融ガラスの流量が増加傾向を示すことから、溶融ガラスの幅方向中央側に接近する流れをより効果的に抑制することができる。

上記の構成において、前記誘導溝の上下方向両端部が、前記頂部平面部と、前記下部平面部にそれぞれ開口していることが好ましい。

このようにすれば、誘導溝の一端部が頂部平面部に開口していることから、頂部平面部から誘導溝内に溶融ガラスが直接流入することになる。このため、誘導溝周辺、すなわち、溶融ガラスの幅方向両端部の流量を効率よく増加させることができる。そして、誘導溝の他端部は下部平面部に開口していることから、溶融ガラスの幅方向両端部の流量を確保したまま、下部平面部に溶融ガラスを確実に供給することができる。したがって、外側面部全体で、溶融ガラスの幅方向の収縮をより確実に抑制することができる。

上記の構成において、前記誘導溝が、前記ガイド壁部に接していることが好ましい。

このようにすれば、誘導溝により流量を増加させた溶融ガラスを、ガイド壁部に確実に作用させることができることから、ガイド壁部との接触による溶融ガラスの流速の低下を可及的に低減することができる。

以上のように本発明によれば、外側面部の上部平面部の幅方向両端部に設けられた誘導溝によって、溶融ガラスの幅方向両端部における幅方向中央側に接近する流れを規制して、溶融ガラスの幅方向の収縮を確実に抑制することができる。したがって、成形される薄板ガラスの製品部の幅方向寸法の増大を確実に図ることが可能となる。

本発明の実施形態に係る薄板ガラス成形装置を示す概略斜視図である。 図１に示す成形装置の上面図である。 図１に示す成形装置の側面図である。 図１に示す成形装置の底面図である。 図２のＸで示す誘導溝周辺の領域の拡大図である。 誘導溝の変形例を示す図である。 誘導溝の変形例を示す図である。 誘導溝の変形例を示す図である。 誘導溝の変形例を示す図である。 実施例における解析モデルを示す図であって、（ａ）は比較例１、（ｂ）は比較例２、（ｃ）は実施例１の解析モデルをそれぞれ示す。 比較例１のシミュレーション結果を示す図である。 比較例２のシミュレーション結果を示す図である。 実施例１のシミュレーション結果を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る薄板ガラス成形装置を示す概略斜視図である。この成形装置は、オーバーフロー溝１から両側に溢れ出た溶融ガラスＧを、頂部平面部２を介して外側面部３に沿って流下させ、外側面部３同士が交わるルートと称される部分で融合一体化して、一枚の薄板ガラスを連続成形するものである。

外側面部３は、上部平面部を構成する垂直面部４と、下部平面部を構成する逆斜面部５とを有する。逆斜面部５は一定の傾斜角で傾斜している。逆斜面部５は下方に移行するに連れて互いに接近し、その下端で収束部５ａを形成している。すなわち、収束部５ａがルートと称される部分となる。なお、上部平面部は、垂直面に限らず、傾斜面や曲面などで構成されていてもよい。

外側面部３には、外側面部３を流下する溶融ガラスＧの流路幅を規制するガイド壁部６が設けられている。このガイド壁部６は、例えば、外側面部３の幅方向両端部に外嵌された状態で取り付けられる。また、オーバーフロー溝１の一端側には、その内部に溶融ガラスＧを連続供給するための供給パイプ７が設けられている。なお、オーバーフロー溝１に溶融ガラスＧを供給する方法は、このようにオーバーフロー溝１の一端側から供給する場合に限定されず、例えば、オーバーフロー溝１の両端側から溶融ガラスＧをそれぞれ供給するようにしてもよいし、オーバーフロー溝１の上方から溶融ガラスＧを供給するようにしてもよい。

そして、外側面部３の垂直面部４の幅方向両端部には、特徴的な構成として、外側面部３を流下する溶融ガラスＧを誘導するための誘導溝８が設けられている。ここで、垂直面部４の幅方向両端部は、両側のガイド壁部６により挟まれた垂直面部４の流路形成領域内に含まれるものとする。

図２〜図４に示すように、この誘導溝８は、ガイド壁部６に沿って上下方向に形成されており、その上端部が頂部平面部２に開口し、その下端部が逆斜面部５に開口している。この実施形態では、誘導溝８の溝幅は一定とされている。また、図５に示すように、誘導溝８の底部８ａは、垂直面部４に対して傾斜した傾斜平面で構成されており、誘導溝８の溝深さが、幅方向端部側（ガイド壁部６側）に向かうに連れて増加するようになっている。

ここで、図２に示すように、誘導溝８の幅方向寸法Ｗ１は、例えば、５０〜１５０ｍｍであることが好ましい。

次に、以上のように構成された成形装置による薄板ガラスの製造方法を説明する。

図１〜図４に示すように、オーバーフロー溝１から両側（図１及び図２の矢印Ａ１，Ｂ１を参照）に溢れ出させた溶融ガラスＧを、頂部平面部２を介して両外側面部３に連続的に供給する。両外側面部３では、溶融ガラスＧを垂直面部４の表面に沿って流下させた後、逆斜面部５の表面に沿って流下させる。そして最終的に、両外側面部３を流下する溶融ガラスＧを逆斜面部５の収束部５ａで融合一体化し、然る後に、下方に延伸することで一枚の薄板ガラスを連続成形する。

この際、垂直面部４を流下する溶融ガラスＧの一部が誘導溝８に沿って誘導され、誘導溝８周辺の溶融ガラスＧの流量が相対的に増加する。この結果、垂直面部４において、溶融ガラスＧの幅方向両端部の流速が増加することから、溶融ガラスＧとガイド壁部６との接触によって、溶融ガラスＧの流速が大幅に減少するという事態を回避することができる。このため、溶融ガラスＧの幅方向両端部の流れ（図１及び図３の矢印Ｂ２を参照）が、ガイド壁部６の影響を受けない幅方向中央部の流れ（図１及び３の矢印Ａ２を参照）に引き寄せられ難く、溶融ガラスＧの幅方向両端部に幅方向中央側へ接近する流れが生じるのを抑制することができる。

そして、このように垂直面部４において予め溶融ガラスＧの幅方向端部の流速を増加させることで、逆斜面部５における溶融ガラスＧの幅方向両端部の流速低下も抑制することができる。このため、逆斜面部５においても、溶融ガラスＧの幅方向両端部の流れ（図１及び図３の矢印Ｂ３を参照）が、ガイド壁部６の影響を受けない幅方向中央部の流れ（図１及び３の矢印Ａ３を参照）に引き寄せられ難く、溶融ガラスＧの幅方向両端部に幅方向中央側へ接近する流れが生じるのを抑制することができる。

したがって、外側面部３全体で溶融ガラスＧの幅方向の収縮が抑制され、成形される薄板ガラスの製品部の幅方向寸法の増大を確実に図ることが可能となる。

そして、このように成形された薄板ガラスの製品部（耳部を除く幅方向中央部）の厚みは、例えば、１０〜１０００μｍとなる。また、その製品部の板幅は、例えば、０．５〜４ｍとなる。

なお、図１〜図３において矢印で示す溶融ガラスＧの流れは、厳密な流れ方向を示すものではない。

ここで、溶融ガラスＧの幅方向両端部の表面流速は、例えば、溶融ガラスＧの幅方向中央部の表面流速と同等以上とすることが好ましく、１．２〜５倍、特に１．５〜３倍程度にすることが望ましい。

上記の実施形態では、誘導溝８の幅が一定である場合について説明したが、このように誘導溝８の幅を一定にすれば、誘導溝８の周辺の溶融ガラスＧの流れが安定し、薄板ガラスの成形が安定することが期待できる。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えば、誘導溝８を一定幅で形成したものを説明したが、下方に向かうに連れて幅が拡大するようにしてもよいし、下方に向かうに連れて幅が縮小するようにしてもよい。

また、誘導溝８の底部を傾斜させて、溝深さを幅方向端部に向かって大きくする場合を説明したが、この場合、図６に示すように、誘導溝８の底部は、平面に限らず、曲面（凹状、凸状のいずれか）で形成してもよい。もちろん、図７に示すように、誘導溝８の底部８ａを傾斜させずに平面で構成し、溝深さを一定としてもよい。また、図８に示すように、誘導溝８の底部８ａを半円筒面で構成し、溝深さが幅方向端部に向かって増加した後に、減少するようにしてもよい。また、この場合、図９に示すように、誘導溝８の底部８ａをＶ字状の平面で構成してもよい。

また、誘導溝８をガイド壁部６と接するように形成する場合を説明したが、ガイド壁部６から離反させて形成してもよい。

また、誘導溝８の上下方向両端部をそれぞれ頂部平面部２と逆斜面部５にそれぞれ開口させた場合を説明したが、誘導溝８の上下方向両端部のいずれか一方のみを、頂部平面部２又は逆斜面部５に開口させてもよい。もちろん、誘導溝８の上下方向両端部は、頂部平面部２と逆斜面部５のいずれにも開口させずに、誘導溝８を垂直面部４の上下方向中間部にのみ形成してもよい。

なお、誘導溝８が垂直面部４から逆斜面部５に亘って形成されると、溶融ガラスＧが幅方向に収縮し易くなり好ましくない。

図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように成形装置のガイド壁部から３００ｍｍの範囲を簡略化した解析モデルにおいて、外側面部を流下する溶融ガラスの挙動を解析し、溶融ガラスの流れ及び厚み分布を求めた。なお、シミュレーションに際して、成形装置下方における板引きは考慮していない。

解析モデルの概要は、以下のようなものである。
（１）比較例１：図１０（ａ）に示すように、ルート角が４０°をなす標準的な成形装置。
（２）比較例２：図１０（ｂ）に示すように、ルート角が３０°をなす標準的な成形装置。
（３）実施例１：図１０（ｃ）に示すように、ルート角が４０°をなし、誘導溝の幅が５０ｍｍ、その最大溝深さが１０ｍｍの成形装置。

次に、以上のような解析モデルを用いたシミュレーションの結果を図１１〜１３に示す。なお、図中において、矢印は溶融ガラスの流れを示し、色の濃淡は溶融ガラスの厚みを示し、濃くなるに連れて厚みが大きくなるものとする。

図１１〜１２に示すように、比較例１〜２では、ルート先端付近において、溶融ガラスが幅方向の中央側（ガイド壁部と反対側）に接近するような流れが確認でき、シミュレーション上も溶融ガラスの幅方向の収縮が認められる。付言すれば、比較例１よりもルート角の小さい比較例２の方が、溶融ガラスの収縮が小さくなるという結果を得たが、その差は僅かであった。そして、いずれの場合も、ルート先端における溶融ガラスの厚みのばらつきが大きく、局所的な偏肉が生じていることが確認できる。

これに対して、図１３に示すように、実施例１では、垂直面部に設けられた誘導溝によって、溶融ガラスが幅方向の中央側に接近するような流れは抑制されており、シミュレーション上も溶融ガラスの幅方向の収縮が改善していることが認められる。また、ルート先端における厚みのばらつきも小さく、偏肉の発生も抑制されていることが確認できる。

１ オーバーフロー溝
２ 頂部平面部
３ 外側面部
４ 垂直面部
５ 逆斜面部
５ａ 収束部
６ ガイド壁部
７ 供給パイプ
８ 誘導溝
Ｇ 溶融ガラス

Claims (5)

1. 頂部に形成されたオーバーフロー溝から溶融ガラスを溢れ出させ、前記オーバーフロー溝の両側に形成された頂部平面部を介して、形状の異なる上部平面部と下部平面部とからなる楔状の外側面部に沿って溶融ガラスを流下させ、前記下部平面部の下端で溶融ガラスを融合一体化して一枚の薄板ガラスを連続成形するものであって、前記外側面部を流下する溶融ガラスの流路幅を規制するガイド壁部を有する薄板ガラスの成形装置において、
   前記上部平面部の幅方向両端部に上下方向に延在し、溶融ガラスを誘導する誘導溝を設けたことを特徴とする薄板ガラスの成形装置。
2. 前記誘導溝の溝深さが、幅方向端部側に向かうに連れて増加することを特徴とする請求項１に記載の薄板ガラスの成形装置。
3. 前記誘導溝の上下方向両端部が、前記頂部平面部と前記下部平面部にそれぞれ開口していることを特徴とする請求項１又は２に記載の薄板ガラスの成形装置。
4. 前記誘導溝が、前記ガイド壁部に接していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄板ガラスの成形装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄板ガラスの成形装置を用いて、薄板ガラスを成形することを特徴とする薄板ガラスの成形方法。