JP2015536293A - 薄板ガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、平板ガラスを製造する方法であって、（ａ）溶融ガラスを含浸させたガラス布帛を得るようにガラス布帛を溶融ガラス浴に浸漬させる工程であって、当該ガラス布帛の繊維を構成するガラスは当該溶融ガラス浴の軟化温度より高い軟化温度を有する、ガラス布帛を溶融ガラス浴に浸漬させる工程、（ｂ）含浸した布帛を溶融ガラス浴から取り出す行程、及び（ｃ）溶融ガラス浴から取り出した含浸したガラス布帛を冷却してガラス板を得る工程、を連続して含む平板ガラスの製造方法に関する。本発明はまた当該方法を用いて製造されたガラス板にも関する。

Description

本発明は、薄板ガラス、特にガラスマトリックス中に組み込まれたガラス布帛を含む薄板ガラスの、新しい製造方法に関する。

多くのガラス製造業者が、厚さが数十ミクロン〜約２００μｍの超薄型ガラス（フランス語でｖｅｒｒｅ ｐｅｌｌｉｃｕｌａｉｒｅ又はｖｅｒｒｅ ｕｌｔｒａｍｉｎｃｅ）と呼ばれるものをここ数年にわたって製造している。フロート法又は溶融延伸法によって製造されるこのガラスは、大型シート又は連続ストリップの形で入手することができる。最も薄い超薄型ガラスは可撓性であり、巻き上げることができる。この可撓性は、従来はプラスチック製のフィルム及びシートのために用意された工業プロセス、特にロール・ツー・ロール処理でそれを使用するのを可能にする。

溶融延伸法は、透明な薄型ガラスをもたらす。このガラスは、高度先端技術用途、例えばＬＣＤスクリーンにおいて特に重要な、並外れた表面平滑性を特徴とする。しかしながら、溶融延伸法は複雑であり、非生産的であり、そして制御が難しく、この方法で生産するガラスの高いコストは多くの用途にとって手が出せないほどである。

本発明は、周知の薄型及び超薄型ガラスの代替製品、及び溶融延伸法よりもかなり単純な製造方法を提供する。

本発明の薄型ガラスのほとんどは、既知の薄型ガラスよりも光学的品質（透明性）が低い。しかし、それらの表面品質は申し分がなく、既知の超薄型ガラスのものと同等でさえある。それらは、大量にそして様々な品質で入手可能な低廉な原材料から製造される。

本発明の基本的な考えは、ガラス布帛と超薄型ガラスとの類似性をうまく利用することである。具体的に言えば、これら２つの種類の製品は類似の化学組成、形状寸法、及び機械的性質を有しており、そして主に、流体浸透性及び透明性が異なる。

本発明の方法は、ガラス布帛の流体浸透性を低減し、場合によってはこれをなくし、そしてそれらの光に対する透明性を高め、ひいてはそれらを薄型及び超薄型ガラスにより類似したものにする。

この目的を達成するために、ガラス布帛は、溶融したガラスの浴へそれを浸漬させることによりガラスマトリックス中にそれを取り込むことによって、埋められた開口、数の減少した散乱界面、及び平滑化された表面を有する。この浸漬による含浸の間に、ガラス布帛は完全には溶融されず、したがってこの集成体が冷却工程中に充分な機械強度を維持することを保証し、ひいては均一な引張力が加えられ良好な平面性が得られるのを可能にする。

本発明の方法は、処理の極めて高い柔軟性を特徴とする。具体的に言えば、ガラス布帛もガラスマトリックスも、市販されている極めて数多くの製品から独立して選択することができる。唯一の制約は、マトリックス材料がガラス布帛よりも低い軟化温度を有しなければならないことである。本発明の方法は、比較的わずかな投資しか必要としない手段で実施することができ、このことはフロート法及び溶融延伸法を凌ぐ注目に値する利点となる。

このように、本発明の１つの対象は、平板ガラスを製造する方法であって、
（ａ）溶融ガラスを含浸させたガラス布帛を得るようにガラス布帛を溶融ガラス浴に浸漬させる工程であって、当該ガラス布帛の繊維を構成するガラスは当該溶融ガラス浴の軟化温度より高い軟化温度を有する、ガラス布帛を溶融ガラス浴に浸漬させる工程、
（ｂ）含浸した布帛を溶融ガラス浴から取り出す行程、及び
（ｃ）溶融ガラス浴から取り出した含浸したガラス布帛を冷却してガラス板を得る工程、
を連続して含む、平板ガラスの製造方法である。

単位面積当たりの重量が１６５ｇ／ｃｍ²のガラス布帛を示す図である。 ほとんど完全に透明なガラスマトリックスを示す図である。

本出願において、「軟化温度」という表現は、ＡＳＴＭ Ｃ３３８標準規格にしたがって測定される、リトルトン温度と呼ばれ、リトルトン点とも呼ばれるものを意味する。これは、この方法にしたがって測定したガラス繊維の粘度が１×１０^6.6Ｐａ・ｓに等しくなる温度である。

「溶融ガラス組成物」又は「溶融ガラス浴」という表現は、本出願においては、リトルトン軟化点より高い温度に加熱した流体ガラス組成物を意味するものと理解される。

ガラス布帛を溶融ガラス組成物に浸漬させる以前か又はその時点で、溶融ガラス組成物は、そのリトルトン軟化点よりも少なくとも１００℃、好ましくは少なくとも２００℃高い温度まで加熱されることが好ましい。

本発明の方法の工程（ａ）の前に、ガラスは、充分に低い粘度、好ましくは１０Ｐａ・ｓと１×１０⁶Ｐａ・ｓの間、より好ましくは１×１０²Ｐａ・ｓと１×１０⁵Ｐａ・ｓの間、特に１×１０³Ｐａ・ｓと１×１０⁴Ｐａ・ｓの間の粘度を有するガラス浴の形でもって使用できるように、その軟化温度よりも充分に高い温度まで加熱される。

工程（ａ）は、ガラス布帛を溶融ガラス浴中へ浸漬させること、あるいは場合によっては別の方法により溶融ガラス組成物のフィルムをガラス布帛へ適用することを含む。好ましくは、このようにしてガラス布帛の全体を液状ガラスで被覆する。溶融ガラス組成物が充分粘性があってガラス布帛の単一側に適用される場合、得られた製品は、片側で支持体の布帛組織が完全に平坦化されガラスフィルムで覆われているのに対し、他方の側では組織が依然としてはっきりと見えむき出しになっている非対称の構造を有する。言うまでもなく、ガラス布帛をガラス浴中を通過させると、製品の両側がガラス層によって平坦化された対称性を持った構造が得られる。

その後、溶融ガラスを含浸したガラス布帛を、過剰なガラスを除去して最終のガラス板の全体的厚さを制限するようにして、ガラス浴から取り出す。過剰なガラスは含浸したガラス布帛から自由に流れ出してもよく、あるいは含浸したガラス布帛をスリット又はドクターブレードシステムを通過させてもよい。好ましくは、溶融ガラスは含浸したガラス布帛から自然に流れ出るのに充分流動性である。

本発明の方法によって得られる製品は、布帛の幾何学的形状を全体的に維持し、２つの主面が互いに平行な状態にあることを特徴とするという意味で「平たい」製品ではあるものの、本発明の方法は完全に平たい製品に限定されるものでは全くない。具体的に言えば、出願人が行った最初の試行の結果もたらされた材料は審美的な観点から極めて申し分のないものであったのであって、それらを種々の形状の装飾品、例えばランプのかさ、チューブ、波形の壁などを製造するために使用することを全面的に考えることができる。

とは言え、より多くの技術的応用に関しては、本発明の方法によって得られる製品は平らで且つ平面的な形状を有することが好ましい。申し分のない平面性を有する最終製品を得るためには、少なくとも冷却工程の間に、好ましくは処理工程の全体にわたって、ガラス布帛を延伸することが重要である。

したがって、好ましい実施態様では、工程（ａ）と（ｂ）の全体を通して、ガラス布帛の平面内の少なくとも１つの方向でガラス布帛に引張力を加え、そして好ましくはこの引張力を工程（ｃ）の間、少なくとも得られた製品が硬化するまで、維持する。

ガラス布帛を浸漬させ取り出す工程及び冷却工程の間ガラス布帛を引張力下におくことは、本発明の好ましい実施態様である連続プロセスの実施と完全に相性がよく、またそのために必要でもある。

このような連続プロセスでは、ガラス布帛が連続ストリップであるとともに、工程（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は処理ラインの上流側及び下流側で実施される連続工程であり、引張力の方向はガラス布帛の連続ストリップの走行方向と平行である。

ガラス布帛は不織布であっても、場合によっては織布であってもよい。それが織布である場合には、縦糸の数及び／又は横糸の数は一般に３本／ｃｍと１００本／ｃｍの間、好ましくは１０本／ｃｍと８０本／ｃｍの間に含まれる。

本発明の目的は、ガラス布帛の孔の全てを埋めることである。この目的を達成するためには、出発材料の布帛の開口が過度に大きくないことを確実にすることが不可欠である。したがって、平均相当直径が１ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ未満である開口を有するガラスの織布又は不織布を選択することが好ましい。

使用するガラス布帛の単位面積当たりの重量は一般に、５０ｇ／ｍ²と５００ｇ／ｍ²の間、好ましくは８０ｇ／ｍ²と４００ｇ／ｍ²の間、特に１００ｇ／ｍ²と２００ｇ／ｍ²の間に含まれる。

溶融ガラス組成物の形で適用されるガラスの量は、１００〜２０００ｇ／ｍ²、好ましくは２００〜１５００ｇ／ｍ²の範囲内に含まれる。

所望される量の溶融ガラスを適用後に、溶融ガラスを含浸したガラス布帛を冷却する（工程（ｃ））。この冷却は、受動的に又は制御されたやり方で行うことができ、含浸した布帛を例えば高温環境内に保持することができる。冷却工程全体を通して良好な温度均一性を確保するためには、他のゾーンよりも速く冷めやすい特定のゾーンを加熱することが有用なこともある。

溶融ガラス組成物を構成するガラスの軟化温度より少なくとも５０℃、好ましくは少なくとも１００℃低い温度まで冷却する以前には、工程（ｂ）で得られた高温のガラス布帛はいかなる固形物又は液体とも接触しないことが好ましい。

出願人が作製した一部の試料は、高散乱性であることが判った。この高い散乱性は、一方において、布帛を構成するガラスの屈折率とマトリックスを構成するガラスの屈折率との差が大きいことに起因していた。例えばＯＬＥＤ基材の分野において、高い散乱性を得ることが求められる場合には、マトリックスを構成するガラスの屈折率がガラス布帛の屈折率よりも少なくとも０．０１だけ、好ましくは少なくとも０．０５だけ確実に高くなるよう注意が払われる。

反対に、最終製品の透明性をできる限り高めることを求められる場合には、ガラス浴を構成するガラスの屈折率はガラス布帛を構成するガラスの屈折率と実質的に同一である必要がある。

下記の例で説明するようにして作製した製品の散乱性が高いことを説明するもう一つの現象は、多数の気泡が存在することである。ガラスに清澄な溶融ガラス組成物を含浸すると、これらの散乱性の気泡の数を減らすことが可能になる。

製品の断面を顕微鏡で観察して、高い散乱性は、少なくとも一部分は、液状ガラスによるガラス繊維の濡れが不十分であり、マトリックスがマルチフィラメント繊維の中心へ申し分なく浸透するのが妨げられることにも起因することが示された。出願人は、この問題は、液状ガラスの粘度を１×１０⁴Ｐａ・ｓ未満、あるいは場合によっては１×１０³Ｐａ・ｓ未満の値に制限することによって、及び／又はガラス布帛が溶融ガラス浴中にとどまる時間を長くすることによって軽減し、克服することさえ可能であると考える。

出願人の知る限りでは、ガラス布帛と溶融ガラス組成物とを組み合わせることによって得られる平板状の製品を記載したものは現時点では存在しない。広く認められているように国際公開第８８／０５３０３１号に布帛構造体、特にガラス布帛で補強したガラススラブが開示されているが、これらのスラブの厚さは本発明の薄板ガラスのものよりもかなり大きい。

したがって、上記のような方法によって製造することができる上記のような平板状製品、又はガラス板は、本発明の別の対象である。

このガラス板は、厚さが５０μｍと１０００μｍの間、特に１００μｍと８００μｍの間に含まれることが好ましい。

このガラス板においては、その透明性のために、ガラス布帛の構造を肉眼で見ることができる。この構造は高散乱性ガラス膜によって隠してもよく、或いは布帛材料とこれを被覆するエナメルとの界面をなくすことによってもはや目に見えないようにしてもよい。

図１は、単位面積当たりの重量が１６５ｇ／ｃｍ²のガラス布帛を示している。この布帛は溶融ガラスの浴に浸漬させ、取り出し、そして冷却したものである。図２は、形成したガラスマトリックスがほとんど完全に透明であり、布帛の構造がはっきりと見えることを示している。

Claims (14)

1. 平板ガラスを製造する方法であって、
   （ａ）溶融ガラスを含浸させたガラス布帛を得るようにガラス布帛を溶融ガラス浴に浸漬させる工程であって、当該ガラス布帛の繊維を構成するガラスは当該溶融ガラス浴の軟化温度より高い軟化温度を有する、ガラス布帛を溶融ガラス浴に浸漬させる工程、
   （ｂ）含浸した布帛を溶融ガラス浴から取り出す行程、及び
   （ｃ）溶融ガラス浴から取り出した含浸したガラス布帛を冷却してガラス板を得る工程、
   を連続して含む、平板ガラスの製造方法。
2. 前記ガラス布帛の繊維を構成するガラスの軟化温度が、前記溶融ガラス浴を構成するガラスの軟化温度よりも少なくとも１００℃、好ましくは少なくとも２００℃高いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 工程（ａ）及び（ｂ）の全体を通して、前記ガラス布帛の平面内の少なくとも１つの方向で前記ガラス布帛に引張力を加えること、そしてこの引張力を工程（ｃ）の間、少なくとも得られた製品が硬化するまで、維持することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記ガラス布帛の単位面積当たりの重量が５０ｇ／ｍ²と５００ｇ／ｍ²の間、好ましくは８０ｇ／ｍ²と４００ｇ／ｍ²の間、特に１００ｇ／ｍ²と２００ｇ／ｍ²の間であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記溶融ガラス組成物の形で適用するガラスの量が１００〜２０００ｇ／ｍ²、好ましくは２００〜１５００ｇ／ｍ²の範囲内であることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ガラス布帛の開口の平均相当直径が、１ｍｍ未満、好ましくは０．１ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記ガラス布帛が、縦糸の数及び／又は横糸の数が３本／ｃｍと１００本／ｃｍの間、好ましくは１０本／ｃｍと８０本／ｃｍの間である織布であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 前記ガラス布帛が不織布であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
9. 工程（ｂ）で得られた高温のガラス布帛を、前記溶融ガラス組成物を構成するガラスの軟化温度より少なくとも５０℃、好ましくは少なくとも１００℃低い温度まで冷却する以前には、いかなる固形物又は液体とも接触させないことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
10. 前記ガラス浴を構成するガラスの屈折率が、前記ガラス布帛を構成するガラスの屈折率と実質的に同一であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 前記ガラス浴を構成するガラスの屈折率が、前記ガラス布帛の屈折率よりも少なくとも０．０１、好ましくは少なくとも０．０５だけ高いことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
12. 請求項１から１１までのいずれか１項に記載の方法によって製造することができるガラス板。
13. 厚さが５０μｍと１０００μｍの間、好ましくは１００μｍと８００μｍの間であることを特徴とする、請求項１２に記載のガラス板。
14. その透明性のため、前記ガラス布帛の構造を肉眼で見ることができることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のガラス板。

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