JP2017119584A - ガラス搬送用搬送ロール及びそれを用いたガラス製造方法、ガラス製造装置 - Google Patents

ガラス搬送用搬送ロール及びそれを用いたガラス製造方法、ガラス製造装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ガラスリボンの表面に疵が発生することを抑制し、歩留まりを向上させることが可能なガラス搬送用搬送ロール及びそれを用いたガラス製造方法、ガラス製造装置の提供。【解決手段】溶融ガラスからガラス成形手段によりガラスリボン12を成形する成形工程と、ガラスリボン12を搬送ロール13によって搬送しながらガラスの歪点温度以下まで徐冷する搬送工程とを有し、前記搬送工程は、搬送ロール13の少なくとも一部に(例えばX又はYの地点で)、硫酸カリウムを含む無機塩の溶液を直接吹付け、搬送ロール13に付着した前記溶液が乾燥することで、硫酸カリウムを含む無機塩のビッカース硬度30以上である緩衝層を形成する緩衝層形成工程を含むガラス製造方法。【選択図】図1

Description

本発明は、ガラス搬送用搬送ロール及びそれを用いたガラス製造方法、ガラス製造装置に関する。
板ガラスの製造方法において、フロート法などにより成形されたガラスリボンの急激な収縮による割れ、平坦度の低下を防止するため、徐冷炉において搬送ロール上を搬送させ、徐々に冷却させる方法が採られている。
このようにガラスリボンを搬送する際、搬送ロールの表面に疵や付着物等による凹凸があると、該搬送ロールと接触するガラスリボン表面に疵が生じる場合がある。
このため従来は、徐冷炉内部にSOガス(二酸化硫黄、亜硫酸ガス)を導入したり、ガラスリボンの搬送ロールと対向する面にSOガスを吹付けたりして、高温のガラスリボン表面のNaとSOとを反応させることにより、ガラスリボン表面に疵防止用保護層を形成し、またガラスリボン表面の疵防止用保護層からの転写により搬送ロール表面に緩衝層を形成させる方法が用いられていた(例えば特許文献1〜5)。また、搬送ロール表面に炭素膜からなる緩衝層を形成していた(特許文献6)。
国際公開第2009/148141号 国際公開第2002/051767号 特開2011−121834号公報 特開2011−251893号公報 特開2009−227471号公報 国際公開第2009/014028号 国際公開第2008/120535号
しかしながら、特許文献1〜5の発明によると、ガラスリボン表面のNaとSOガスとが反応し、疵防止用保護層や緩衝層が形成されるまでには時間を要する。このため、疵防止用保護層や緩衝層が十分に形成されていない間にガラスリボンと搬送ロールとが接触してガラスリボン表面に疵が生じ、歩留まりが低下する場合があった。また、特許文献6の発明によると、炭素膜は数μmの高さの緩衝膜しか形成できず、凸状の欠陥をすべて覆うことができず、ガラスリボンの表面の疵の発生を抑制するには不十分であった。
本発明は上記従来技術が有する問題に鑑み、ガラスリボンの表面に疵が発生することを低減し、歩留まりを向上させることが可能なガラス搬送用搬送ロール及びそれを用いたガラス製造方法、ガラス製造装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため本発明は、ガラスリボンまたはガラス板を搬送する搬送ロールであって、前記搬送ロールの表面に、ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層が形成されたことを特徴とするガラス搬送用搬送ロールを提供する。
本発明のガラス製造方法によれば、ガラスリボンの表面に疵が発生することを抑制し、歩留まりを向上させることが可能になる。
図1は、本発明の実施形態に係るガラスの製造工程の説明図である。 図2は、本発明の実施形態に係る緩衝層形成工程の説明図である。 図3は、本発明の実施形態に係る搬送工程、緩衝層形成工程の他の構成例の説明図である。 図4は、本発明の実施形態に係るガラス製造方法のフロー図である。 図5は、実験例1、2の評価に用いた試験装置を説明するための概略図である。 図6は、実験例1の外周側及び内周側のガラス板の写真である。 図7は、実験例2の外周側及び内周側のガラス板の写真である。 図8は、ガラスへの粒子転写率を評価する試験装置を示す概略図である。 図9は、粒子転写率と緩衝膜のビッカース硬度の関係を示す図である。 図10は、緩衝層の寿命を評価する試験装置を示す概略図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
本実施形態では、本発明のガラス製造方法の構成例について説明する。
ここでまず、ガラスの製造工程についてフロート法による板ガラスの製造方法を例に図1を用いて説明する。なお、ここでは、フロート法によるガラスの製造方法を例に挙げているが、本実施形態のガラス製造方法は、フロート法による板ガラスの製造方法に限定されるものではなく、成形工程後に搬送ロールによるガラスリボンの搬送を伴うものであれば、例えばロールアウト法やフュージョン法などの各種ガラスの製造方法にも適用できる。
図1に示すように、溶融ガラスが、フロートバス10の溶融金属11上に連続的に供給され、溶融金属11上でガラスリボン12が成形される(成形工程)。本実施形態においては、フロートバス10をガラス成形手段とする。なお、図示しないが、溶融ガラスは、図1の上流側の原料溶融工程においてガラス原料を溶融して得られたり、場合によっては更に脱泡処理等が施されたものである。
次いでガラスリボン12を、フロートバス10の出口よりフロートバス10外へ引き出す。溶融金属11からのガラスリボン12の引き出しは、リフトアウトロール13(以後、搬送ロールの下位概念として、ガラスリボン12を引き出す役割を持つ搬送ロールを特にリフトアウトロールという)によってガラスリボンをフロートバス10の出口で持ち上げて搬送することにより行われる。このリフトアウトロール13が存在する場所をドロスボックス14という。
フロートバスから引き出されたガラスリボンは、急激な収縮による割れや平坦度の低下を防止するため、徐冷炉15において搬送ロールR1〜R10上を搬送しながら、ガラスの歪点温度以下まで徐々に冷却される。徐冷後のガラスリボンは、必要に応じて所望のサイズに切断される。
本実施形態においては、リフトアウトロールを含む搬送ロールによってガラスリボン(ガラス板)が搬送される工程を搬送工程とする。なお、図1ではリフトアウトロール及び徐冷炉内の搬送ロールを示しているが、搬送工程は図1に示したリフトアウトロール又は搬送ロールにより搬送されている工程に限定されるものではない。ガラス成形手段の出口よりも下流側に配置された、ガラスリボン、ガラス板を搬送するリフトアウトロール又は搬送ロールによりガラスリボン、ガラス板を搬送する工程を全て含む。
ここで、ガラスリボンをリフトアウトロール13および搬送ロールR1〜R10(以下合わせて搬送ロールということがある)により搬送する際に、該搬送ロールの表面に疵や付着物等による凹凸部分(例えば先端部分が鋭角な凸形状を有する部分等)があると、搬送ロールはガラスの下面と接触しているため、凹凸部分の形状によってはガラスの表面に疵を生じさせる場合がある。本実施形態のガラス製造方法によれば、このような搬送ロール表面に凹凸部分を有する場合であってもガラス表面に疵が発生することを低減し、歩留まりを向上させることが可能である。以下に本実施形態のガラス製造方法について説明する。
本実施形態のガラス製造方法は、上記の搬送工程において、回転している搬送ロールの少なくとも一部に、緩衝層を構成する物質である無機塩を溶媒と混ぜ合わせた無機塩の溶液を直接吹付ける緩衝層形成工程を有する。搬送ロールに付着した無機塩の溶液は成形工程後の高温雰囲気下で溶媒が気化して乾燥するため、搬送ロールの所定の箇所に無機塩の緩衝層が短時間で形成される。従来の搬送ロールへの緩衝層の形成はガラスリボン表面に形成された疵防止保護層からの転写であったために時間を要していたが、このように無機塩の溶液を搬送ロールに直接吹付けることにより、非常に短時間で搬送ロールへの緩衝層の形成が実現できる。また、ガラスの製造を中断することなく緩衝層を形成できることから、生産性の観点でも好ましい。
図2を用いて緩衝層形成工程を具体的に説明する。
図2は、搬送ロール21に対して、緩衝層を構成する物質である無機塩を含む溶液(分散液)を、(緩衝層原料溶液)供給ノズル22から、噴霧しているところの断面図を示したものである。
係る方法によれば、搬送ロール21の表面に対して、均一に緩衝層原料溶液を供給することができるため、搬送ロールの所望の部分について、均一な緩衝層を形成することができる。また、搬送ロール表面に供給した緩衝層原料溶液中の液体が蒸発することにより、搬送ロール上に緩衝層の物質が析出するため、搬送ロールとの密着性の高い緩衝層23を形成することができる。
さらに、ガラスの製造工程中であっても、所望の搬送ロールの位置に供給ノズル22を移動させ、緩衝層原料を噴霧することにより均一な緩衝層を形成することができる。このため、ガラスの製造を中断することなく実施できるため好ましい。
なお、係る緩衝層の形成方法はガラスの製造を行っていないときであっても当然に行うことができる。
上記の様にして緩衝層を形成する場合、供給ノズル22は、ガラス搬送ロール21の長さ方向(図2の紙面に垂直な方向)に可動に構成しておくことが好ましい。このように構成しておくことにより、搬送ロール21の所望の箇所に、所望の幅で緩衝層を形成することが可能になるためである。また、搬送ロール21の供給ノズル22により緩衝層を構成する物質を含む溶液(分散液)を吹きつけた部分からガラスと接触するまでの間に、緩衝層の表面の形状を整えるための緩衝層の表面押圧部材等を設け、該表面押圧部材等により緩衝層の表面形状を整える構成とすることもできる。
緩衝層形成工程により、成形工程後、すなわちガラス成形手段であるフロートバス10の出口よりも下流側の搬送ロールの少なくとも一部に緩衝層を形成し、接触するガラスリボンに対して疵を発生させないようにすることが可能となる。なお、緩衝層の形状は特に限定されるものではなく、疵が発生しなくなるような形状に形成すればよい。
緩衝層を構成する物質としては特に限定されるものではないが、搬送ロール表面の凹凸部を覆い、搬送するガラスに疵が生じないものを用いることが重要である。
特に搬送しているガラスリボンに疵を発生させたり、変質させたりしないため、緩衝層は、モース硬度が、ガラスリボンのモース硬度よりも低く、かつ、ガラスリボン搬送時の温度においてガラスリボンと反応しない物質を含むことが好ましい。これらの物質は緩衝層に含まれていることが好ましいが、緩衝層の少なくとも表面部分を構成する物質の主成分であることがより好ましく、緩衝層を構成する物質の主成分であることがさらに好ましい。なお、ここでのガラスリボンのモース硬度とは、ガラスリボンの室温におけるモース硬度を意味している。このため、上記緩衝層に含まれる物質のモース硬度は、例えば6.5以下であることが好ましく、4.5以下であることがより好ましい。
また、緩衝層を構成する粒子が剥離してガラスに付着しないためには、緩衝層はビッカース硬度が、30以上、より好ましくは35以上、さらに好ましくは40以上、さらに好ましくは50以上、さらに好ましくは60以上であると望ましい。ビッカース硬度が高いと、緩衝層を構成する粒子同士の結合力や付着力が強く、粒子が剥離しにくいためガラスに転写されにくい。そのため、緩衝層が長寿命化する。
また、緩衝層を構成する物質は無機塩からなることが好ましく、特には硫酸塩、炭酸塩、フッ化物から選択される少なくとも1つ以上の物質を含有することが好ましい。これらの材料は緩衝機能を有するため、ガラスリボンと搬送ロールとの間に介在することによりガラスリボンに疵が発生することを防止する。中でも、高温の状態にあるガラスリボンと接触しても安定であることから、緩衝層は硫酸塩および/または炭酸塩を含有することがより好ましい。なお、副成分として有機塩を含有させても良い。
また、無機塩と混ぜ合わせる溶媒としては、搬送ロールに付着後に気化するものであれば特に限定されない。例えば、水、または有機溶剤などが挙げられる。
さらに、搬送ロールに形成された緩衝層は水溶性の物質を含有することが好ましい。
これは、搬送ロールの所定の場所に形成した緩衝層はガラスリボンと接触することによりその一部が剥離等して、ガラスの表面に付着する場合があるが、少なくともガラスを出荷する前に、ガラス表面に付着した緩衝層の物質を除去する必要がある。このような場合に緩衝層が水溶性の物質を含有している場合、ガラス表面を水で洗浄するのみで、ガラス表面に付着した緩衝層の物質を除去することができるため好ましい。緩衝層が水溶性の物質を含有する場合、少なくともガラスリボンと接触する部分、すなわち、緩衝層の表面部分に水溶性の物質が含まれていることがより好ましく、少なくとも緩衝層の表面部分の主成分が水溶性の物質であることがさらに好ましい。
緩衝層は、特に硫酸ナトリウムを含有することが好ましい。これは、硫酸ナトリウムは緩衝機能を有するため、ガラスリボンと搬送ロールとの間に介在することによりガラスリボンに疵が発生することを特に防止することが可能となるためである。また、硫酸ナトリウムは、ビッカース硬度が高いため、粒子が剥離しにくく緩衝層が長寿命化する。また、ガラスと反応しにくく、ガラスよりもモース硬度も低く、水溶性も示すことから、特に好ましく用いられる。
硫酸ナトリウムは、上記のように緩衝層に含まれていることが好ましいが、少なくとも緩衝層の表面部分の主成分であることが好ましく、緩衝層の主成分であることがさらに好ましい。
なお、本明細書において、「主成分」とは、70質量%以上含まれていることを意味している。
また、緩衝層は、特に硫酸カリウムを含有することが好ましい。これは、硫酸カリウムは緩衝機能を有するため、ガラスリボンと搬送ロールとの間に介在することによりガラスリボンに疵が発生することを特に防止することが可能となるためである。また、硫酸カリウムを含有することで、さらに緩衝層のビッカース硬度を上昇させることができるため、粒子が剥離しにくく緩衝層が長寿命化する。特に、高温かつガラスリボンから受ける面圧が大きいため緩衝層にとって他の搬送ロールよりも過酷な条件である、リフトアウトロールにおいても、長寿命で好適に用いられる。また、ガラスと反応しにくく、モース硬度も低く、水溶性も示すことから、特に好ましく用いられる。
緩衝層における硫酸カリウムの含有率は、少なくとも5vol%以上含まれ、より好ましくは少なくとも10vol%以上、より好ましくは20vol%以上、さらに好ましくは50vol%以上含まれていることが望ましいが、さらに好ましくは少なくとも緩衝層の表面部分の主成分であることが好ましく、緩衝層の主成分であることがさらに好ましい。
また、緩衝層は、特に四ホウ酸ナトリウムやケイ酸ナトリウムを含有することが好ましい。これらを含有することで、さらに緩衝層のビッカース硬度を上昇させることができるため、粒子が剥離しにくく緩衝層が長寿命化する。特に、高温かつガラスリボンから受ける面圧が大きいため緩衝層にとって他の搬送ロールよりも過酷な条件である、リフトアウトロールにおいても、長寿命で好適に用いられる。
本実施形態のガラス製造方法における他の構成例として、搬送工程は、さらに、徐冷した後のガラスについて疵の検出を行い、疵発生箇所を特定する疵発生箇所検出工程と、搬送ロールのうち疵発生の原因となった対象ロールを特定する対象ロール特定工程とを含んでいることが好ましい。そして、緩衝層形成工程が、対象ロール特定工程で特定された対象ロールの、疵発生箇所検出工程により検出された疵発生箇所に対応する部分を含む緩衝層形成領域に緩衝層を形成することが好ましい。
以下、疵発生箇所検出工程及び対象ロール特定工程について図1〜図3を用いて説明する。
まず、疵発生箇所検出工程について説明する。
疵発生箇所検出工程は、徐冷した後のガラスについて疵の検出を行う工程である。疵の検出方法は具体的に限定されるものではなく、製造するガラスにおいて許容されるサイズ以上の疵を検出できる方法であればよい。例えば、ガラス表面に光をあて、その際、疵部分が原因で生じる光学的な変化(例えば影や光の反射)を、ラインセンサー等の光学素子により撮影し、得られた画像に基づいて疵のサイズや位置を検出する方法等が挙げられる。
疵発生検出工程は徐冷した後のガラスについて行えばよく、ガラスリボンの状態、切断してガラス板となった状態、いずれの状態のガラスについて行ってもよい。すなわち、請求項の徐冷した後のガラスとは、ガラスリボンの状態に限定されない。ただし、切断工程時に疵を生じる可能性があり、また、疵の発生を早期に発見できたほうが歩留まりをより向上することができるため、ガラスリボンの状態(切断を行う前の状態)において疵発生箇所検出工程を行うことが好ましい。
疵発生箇所検出工程において疵が検出された場合には、そのガラスの幅方向位置を記録しておき、緩衝層形成工程においてその位置情報を利用する。
次に対象ロール特定工程について説明する。
本工程は、搬送ロールのうち疵発生の原因となった緩衝層を形成させる対象となる対象ロールを特定する工程である。
上記のようにガラス(ガラスリボン)は成形工程後、複数の搬送ロール上を搬送されており、その表面に疵や付着物による凹凸部分を有する対象ロールを通過することにより上記疵発生箇所検出工程で検出した疵が付与されていると考えられる。そして、ここで説明している本実施形態の好ましいガラス製造方法においては、上述の緩衝層形成工程によって対象ロールの当該凹凸部分に緩衝層を形成しようとするものである。このため、本工程では、凹凸部分を有する対象ロールを特定(検出)するものである。
その具体的手順については限定されるものではなく、上記のように疵発生の原因となった凹凸部分を有する対象ロールを特定できる方法であればよい。
図1を例に、疵の発生原因となった凹凸部を有する対象ロールの特定方法の一例を説明する。
該凹凸部を有する対象ロールの特定方法としては、搬送ロールR1〜R10を高さ方向(図中矢印aで示した方向)に変位可能に構成しておき、ガラスリボンと接触する搬送ロールを変化させ、その際にガラスリボンに疵が生じたかにより特定する方法が挙げられる。
具体的な手順としては、例えば、最初に奇数番号(R1、R3・・・)の搬送ロールの位置を下げ、偶数番号の搬送ロールのみがガラスリボンと接触するように構成する。この状態でガラスの製造を行い、ガラスに疵が発生していなければ、奇数番号の搬送ロールに疵の発生原因となった凹凸部分があることとなり、疵が依然として発生していれば偶数番号の搬送ロールに疵の発生原因となった凹凸部分があることとなる。
さらに同様の要領で、例えば上記段階で奇数番号の搬送ロールに該凹凸部分があることが分かった場合には、次いで、同様にして、奇数番号の搬送ロールの中から凹凸部分を有する対象ロールを特定する。すなわち、奇数番号の搬送ロールのうち選択した数本の搬送ロールのみをガラスリボンと接触させない状態として、ガラスに疵が発生しているかを検査し、疵の発生がなければ当該接触していない搬送ロールに該凹凸部があることになる。また、疵の発生があれば奇数番号の搬送ロールのうち接触していた搬送ロールに該凹凸部があることとなる。
このような手順を繰り返していくことにより、疵の原因となった凹凸部分を有する対象ロールを特定することができる。
なお、接触する搬送ロールを変化させた際にガラスに疵が発生しているかを検出する方法は、疵発生箇所検出工程において説明した方法と同様方法により行うことができる。また、ここでは、搬送ロールR1〜R10を対象とした対象ロール特定工程について説明したが、対象ロール特定工程においてリフトアウトロール13に関してもその対象とすることができ、この場合も上記した方法と同様の方法、手順により特定することができる。
次に、疵発生箇所検出工程と対象ロール特定工程とを有する場合の緩衝層形成工程について説明する。
緩衝層形成工程は、対象ロール特定工程で特定された対象ロールのうち、疵発生箇所検出工程により検出された疵発生箇所を含む緩衝層形成領域に緩衝層を形成する工程である。
図3を用いて説明する。図3中左側の図は、ガラス(ガラスリボン)12を複数の搬送ロールR31〜R34により搬送しているところを上面側から見た図である。そして、右側の図は、徐冷後の疵発生箇所検出工程において、ガラス(ガラスリボン)12に疵31を発生したところを上面側から見た図である。
まず、疵発生箇所検出工程において、疵31を検出した場合、搬送ロールR31〜R34のいずれかの表面であって、疵31の位置に対応する点線Aと点線Bで挟まれた部分内に疵の発生原因となった凹凸部(疵や付着物等)があることが分かる。
次いで、対象ロール特定工程において、疵の原因となった凹凸部分を有する対象ロールが例えばR32であると特定した場合には、R32の搬送ロールであって、点線Aと点線Bに囲まれた部分321に凹凸部があることとなる。つまり係る部分321が、ガラス搬送ロール特定工程で特定されたガラス搬送ロールの、疵発生箇所検出工程により検出された疵発生箇所に対応する部分となる。
そこで、本工程においては、係る部分321を含む領域に上述した方法によって緩衝層を形成し、接触するガラスに対して疵を発生させないようにするものである。
なお、緩衝層の形状は特に限定されるものではなく、検出された疵が発生しなくなるような形状に疵の発生の原因となった凹凸部を覆うように形成すればよい。例えば、搬送ロール表面のうち、疵を発生させる箇所に局所的に緩衝層を形成させてもよい。
緩衝層を形成する範囲としては、上記のように対象ロール特定工程で特定された対象ロールの、疵発生箇所検出工程により検出された疵発生箇所に対応する部分321を含む緩衝層形成領域であればよく特に限定されるものではない。
例えば、少なくとも疵発生箇所に対応する部分321について(疵の幅にあわわせて)対象ロール周面にわたって帯状に設けられていることが好ましい。この場合、帯状の緩衝層の数は、単数であっても良く、複数であっても良い。
ただし、緩衝層は一定程度の幅を有しているほうが剥離しにくくなること、また、疵発生箇所検出手段の検出精度を考慮すると、少なくとも疵発生箇所検出工程により検出された疵発生箇所に対応する部分よりも広い範囲(幅)に渡って緩衝層を形成することがより好ましい。特に、緩衝層を形成する緩衝層形成領域が、疵発生箇所に対応する部分の対象ロールの軸方向に±50mm以上の範囲であることがより好ましい。
この点について、図3を用いて説明する。特定した所定の対象ロールの、疵発生箇所に対応する部分321の対象ロールの軸方向に±50mm以上とは、図3の対象ロールの疵発生箇所に対応する部分321の両端部からの対象ロールの幅方向の距離を示すW1、W2の長さが50mm以上であることを意味している。このため、図3の場合、少なくとも幅322の範囲にわたって緩衝層が形成されることが好ましい。
このように疵の幅よりも広い幅に渡って緩衝層を形成する場合でも、緩衝層は上述したような幅について、搬送ロールの周面全体に形成されていることがより好ましい。
ここで、あらかじめ疵を防止するという観点から、あらかじめ搬送ロールに緩衝層を形成しても良い。この場合は、特定の箇所に緩衝層を形成することで足り、緩衝層を形成する範囲は特に限定されるものではないが、緩衝層を形成した搬送ロールにおいて、緩衝層の幅が、搬送ロールのガラスに接する幅の85%以上あることが好ましい。緩衝層の幅の上限値については特に限定されるものではないが、例えば緩衝層の幅は搬送ロールのガラスに接する幅の100%以下とすることが好ましい。
また、ガラスの製造工程中であっても、上述の方法により搬送ロール上の凹凸部を検知し、該凹凸部を含む周辺に図2に示す供給ノズル22を移動させ、緩衝層原料を噴霧することにより均一な緩衝層を形成することができる。このため、ガラスの製造を中断することなく実施できるため好ましい。
ここまで説明してきたように、本実施形態のガラス製造方法において、疵発生箇所検出工程、対象ロール特定工程を行う場合、ガラス表面の疵を検出し、その原因となった搬送ロールの該当箇所に緩衝層を形成するため、より確実に疵が発生することを抑制することができる。また、ガラス表面の疵の発生を抑制できるため、歩留まりを向上させることが可能になる。
また、本実施形態のガラス製造方法の搬送工程は、搬送ロールと対向するガラスリボンの面にSOガスを吹付け、ガラスリボン表面に疵防止用保護層を形成する保護層形成工程を有することが好ましい。
そして、保護層形成工程を行う場合において、上述の様に疵発生箇所検出工程と、対象ロール特定工程とを行う場合、対象ロール特定工程が、ガラス成形手段の出口から下流側に3m以内に配置された搬送ロールから対象ロールを特定することが好ましい。さらには、ドロスボックスの出口から下流側1.5mまでの範囲に配置された搬送ロールから対象ロールを特定することが好ましい。
ガラスリボンを搬送ロールにより搬送する際にガラスリボン表面に疵が発生することを防止、抑制する方法としては、SOガス(亜硫酸ガス、二酸化硫黄)とガラスリボンとを接触させてガラスリボン表面に疵防止用保護層を形成する方法が知られている。これは、徐冷を行う際に、好ましくは成形工程直後に、搬送ロールと対向するガラスリボンの面にSOガスを吹付けることにより、ガラスリボン表面に疵防止用保護層を形成するものである。
そして、係るSOガスによりガラスリボン表面に疵防止用保護層を形成する方法は本実施形態のガラスの製造方法において併用することができる。
SOガスをガラスリボン表面に吹付ける範囲は特に限定されるものではないが、搬送しているガラスの温度が500℃以上の領域においてSOガスを吹付けることが好ましい。これは係る範囲で吹付けることにより疵防止用保護層が形成しやすくなるためである。このため、例えばガラス成形手段の出口からガラスリボンを取り出した直後、すなわち、図1の場合、図中Yで示したフロートバス10の出口または図中Xで示したドロスボックス14の直後(出口)及びその近傍のガラス(ガラスリボン)に対してSOガスを吹付けることが好ましい。例えばドロスボックスの直後から1.0m以内の領域においてSOガスを吹付けることが好ましい。また、ドロスボックスの直後から0.7m以内の領域においてSOガスを吹付けることがさらに好ましい。
SOガスとガラスリボンとを接触させてガラスリボン表面に疵防止用保護層を形成することによって、搬送ロールにガラスリボン表面の疵防止用保護層を転写した緩衝層を形成することができる。このため、下流側の広い範囲にわたって搬送ロールの表面に緩衝層が形成されるので、ガラスに疵が生じることをさらに抑制することができる。
しかし、ガラスリボンに疵防止用保護層が形成されるには時間を要するため、上流側の搬送ロールには疵防止用保護層が転写された緩衝層が形成され難い。このように保護層形成工程を行う場合であって、上記のように対象ロール特定工程を行う場合には、ガラス成形手段の出口からSOガスとガラスリボンとの反応により疵防止用保護層が形成されそれが転写された緩衝層が形成される搬送ロールまでの範囲に配置された搬送ロールから対象ロールを特定することが好ましい。
具体的には、ガラスリボンの搬送速度や反応条件等にもよるが、通常、ガラス成形手段の出口から3m離れた部分、特にはドロスボックスの出口から1.5m離れた部分ではSOガスとガラスリボン表面との反応により疵防止用保護層が形成できている。このため、対象ロール特定工程において、ガラス成形手段の出口から下流側に3m以内に配置された搬送ロールについてのみ凹凸部の有無を調べる搬送ロールとすることが好ましい。特には、ドロスボックスの出口から下流側1.5mまでの範囲に配置された搬送ロールについてのみ凹凸部の有無を調べる搬送ロールとすることがより好ましい。ここでガラス成形手段の出口からの距離とは、ガラスの成形手段が例えばフロート法の場合、フロートバスの出口からの距離を意味している。
このように構成することにより、対象ロール特定工程の対象とする(検査の対象とする)搬送ロールが絞り込めるため、より早期にその表面に凹凸部を有する対象ロールを特定することが可能になり、生産性や歩留まりを向上させることができ、好ましい。
以上、本実施形態のガラス製造方法の各工程について説明してきたが、上記の本実施形態のガラスの製造方法において、上述の疵発生箇所検出工程及び対象ロール特定工程を実施する場合には、図4に示すフローチャートに従って実施することができる。
まず、所定のタイミングで図4に示すフローを開始する。開始するタイミングについては特に限定されるものではなく、所定の時間や、所定の生産量に達した毎に行うように予め規定しておくこともできる。また、製品のガラス(ガラスリボン)の疵の検査を継続的に行っている場合には、常に本フローを実施している状態と考えることもできる。
そして、まず、上述のようにS41に示した疵発生箇所検出工程を行う。係る工程において所定の検出時間内に疵が検出されなかった場合には、フローを終了することとなる。疵を検出した場合には、S42に移り、対象ロール特定工程を行う。そして、疵等による凹凸部を有する対象ロールを特定した後に、S43に移る。
S43では、上記S41で検出した疵発生箇所と、S42で特定した対象ロールの対応する箇所に対して緩衝層を形成する。
緩衝層を形成すると本フローを終了する。
以上に説明してきた本実施形態のガラス製造方法においては、搬送ロールに無機塩を含む溶液を直接吹付け、搬送ロールに付着した溶液が乾燥して無機塩の緩衝層を形成することで、ガラスの表面に疵が発生することを抑制することができる。
次に、本発明のガラス製造装置の構成例について説明する。
本実施形態のガラス製造装置としては例えば以下の構成を有することができる。
溶融金属上でガラスリボンを成形するフロートバスと、前記フロートバスに隣接し、前記ガラスリボンを引き上げるリフトアウトロールを備えるドロスボックスとを有することができる。そして、前記ドロスボックスに隣接し、無機塩を含む溶液を乾燥して形成された緩衝層を有する搬送ロールを備え、前記ガラスリボンを前記搬送ロールによって搬送しながらガラスの歪点温度以下まで徐冷する徐冷炉と、を備えることができる。
具体的には、例えば図1に示した構成を有するガラス製造装置とすることができる。図1においては既述のように、溶融金属11上でガラスリボン12を成形するフロートバス10を備えている。そして、フロートバス10に隣接してガラスリボン12を引き上げるリフトアウトロール13を備えたドロスボックス14が配置されている。さらにドロスボックス14に隣接して徐冷炉15が配置され、徐冷炉15は、ガラスリボン12を搬送ロールR1〜R10により搬送しながらガラスの歪点温度以下まで徐冷することができる。
そして、徐冷炉15内に配置された搬送ロールR1〜R10の任意に選択した搬送ロールは無機塩を含む溶液を乾燥して形成された図示しない緩衝層を有することができる。なお、徐冷炉15内の搬送ロールR1〜R10以外にも、例えばドロスボックス14内のリフトアウトロール13にも緩衝層を形成してもよい。また、搬送ロールR1〜R10に緩衝層を形成せず、任意に選択したリフトアウトロール13に緩衝層を形成してもよい。
緩衝層は既述のように、例えば無機塩を含む溶液または分散液を、供給ノズルから、搬送ロールの表面に対して噴霧し、乾燥することにより形成することができる。このため、本実施形態のガラス製造装置は、無機塩を含む溶液を搬送ロールに吹き付ける供給ノズルを備えていることが好ましい。供給ノズルの構成や、緩衝層の具体的な形成方法や形状等については例えば既述のガラス製造方法の場合と同様に構成できるため、ここでは説明を省略する。
また、ガラス(ガラスリボン)は成形工程後、複数の搬送ロール上を搬送されており、表面に疵や付着物による凹凸部分を有する搬送ロールを通過することにより疵が付与されていると考えられる。このため、本実施形態のガラス製造装置においては、緩衝層を疵の発生の原因となっている搬送ロールの、疵発生箇所に対応する部分、すなわち、上記凹凸部分を含む領域に形成することもできる。
そこで本実施形態のガラス製造装置において、徐冷した後のガラスについて疵の検出を行う疵検出手段を設けることができる。疵検出手段としては特に限定されるものではなく、製造するガラスにおいて許容されるサイズ以上の疵を検出できる手段であればよい。例えば、ガラス表面に光をあて、その際、疵部分が原因で生じる光学的な変化(例えば影や光の反射)を、ラインセンサー等の光学素子により撮影し、得られた画像に基づいて疵のサイズや位置を検出する手段等が挙げられる。なお、疵検出手段を設置する位置は特に限定されるものではないが、後述のガラス切断手段を設ける場合、ガラス切断手段よりも上流側に疵検出手段を設けることが好ましい。
そして、疵検出手段により検出した疵の原因となった搬送ロールの、疵発生箇所に対応する部分に緩衝層を形成することができる。疵検出手段により検出した疵の箇所から、疵発生の原因となった搬送ロールを特定し、該搬送ロールの疵発生箇所に対応する部分に緩衝層を形成する手段の構成例についてはガラス製造方法において既に説明したため、ここでは説明を省略する。なお、搬送ロールの疵発生箇所を検出するため、例えばリフトアウトロール13や、搬送ロールR1〜R10を高さ方向に変位可能に構成しておくこともできる。
本実施形態のガラス製造装置においては、上記構成に限定されるものではなく、任意の各種手段を設けることができる。具体的には例えば、図1のフロートバス10の上流側にガラス原料を溶融して溶融ガラスを製造する原料溶融手段を配置したり、更に溶融ガラス中の気体を除去するため脱泡処理手段等を配置したりすることもできる。
また、ガラスリボン12の搬送方向下流側にはガラスリボンを所望のガラス板のサイズに切断するためのガラス切断手段等を設けることができる。さらに、ドロスボックス14または徐冷炉15において、搬送ロールと対向するガラスリボンの面にSOガスを吹き付けるSO吹き付け手段を設置することもできる。
本実施形態のガラス製造装置においては、既述のガラス製造方法を好適に実施することができる。このため、本実施形態のガラス製造装置においては、上述した以外の構成について、ガラス製造方法において説明した構成を採用することもできる
なお、ここではフロート法のガラス製造装置を例に説明したが、係る形態に限定されるものではない。例えば、ロールアウト法やフュージョン法のガラス製造装置において、成形手段の後に搬送ロールによりガラスリボンを搬送するガラスリボン搬送手段を有し、該搬送ロールの少なくとも一部について無機塩を含む溶液を乾燥して形成された緩衝層を有するガラス製造装置とすることもできる。
以上に説明した本実施形態のガラス製造装置においては、搬送ロールに無機塩を含む溶液を乾燥して形成された緩衝層が形成されているため、ガラスの表面に疵が発生することを抑制することができる。
以下に実験例を用いて本発明の無機塩による緩衝層の塗布方法をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実験例に限定されるものではない。
[実験例1]
まず、25質量%程度のCrと20%質量%程度のNiを含有するステンレス(SUS310相当、高温用)からなるロール母材を用意した。
ロール母材の形状は、後述する試験に用いるために便宜上、外径150mm×厚み20mmの円板状とし、ロール外周面の半径方向断面は外方に凸状の曲面とし、該曲面の曲率半径は50mmとした。耐水性ペーパーを用いてロール外周面を手研磨にて研磨した。研磨後の表面粗さ(Ra)は0.5μmであった。
係るロールを用いて以下の疵の評価の試験を行った。
[実験例2]
実験例2は実験例1と同様、25質量%程度のCrと20質量%程度のNiを含有するステンレスからなるロール母材を使用し、ロール外周面を手研磨にて研磨した。研磨後の表面粗さ(Ra)は0.5μmであった。
次に、上記ロールを300℃に加熱し、ロールの外周面に対して、蒸留水によって溶かした10質量%の硫酸ナトリウム水溶液を20cc/minで吹き付けた。吹き付けた水溶液はロールの温度が100℃以上のため、水分は蒸発し硫酸ナトリウムだけが外周面に残存し、膜を形成した。ロール外周面に形成した硫酸ナトリウムの膜を高周波電磁膜厚計(株式会社ケツト科学研究所製)で測定したところ厚みは100μmであった。
係るロールを用いて以下の疵の評価の試験を行った。
ロール表面に形成した無機塩による緩衝層の効果を評価するため、下記の方法で、高温におけるガラス板への疵抑制効果を評価した。
図5はこの評価に用いた試験装置を説明するための概略図である。この試験装置はロール・オン・ディスク型転動摩擦試験機510(高千穂精機社製)と電気炉(図示略)とを組み合わせて構成されている。
ロール・オン・ディスク型転動摩擦試験機510は、周方向に回転する円板状のガラス板520の上面に、ガラス搬送ロール(以下、単にロールということもある。)530の周面が接触するように設けられている。ロール530は周方向に回動自在であり、回転軸方向がガラス板520の径方向と同じであり、かつ回転軸方向に進退可能に設けられている。
該試験機510において、ガラス板520の上面とロール530の周面とを接触させ、ロール530に対して、ロール530の中心からガラス板520へ向かう方向に一定の荷重をかけた状態で、ガラス板520を回転させると、その回転に伴ってロール530がガラス板520上を転がるように回転する。そしてガラス板520を回転させつつ、ロール530をその回転軸方向にガラス板520の中心に向かって前進させることにより、ロール530はガラス板520上面に螺旋状の摩擦痕を描きながら転がる。また実験例1、2ではロールの外周面を、外方に凸状の曲面としたため、ガラス板520の上面とロール530の周面との接触は点接触となり、摩擦痕は線状となる。試験機510は電気炉内に収容されており試験機510の雰囲気温度が所定の温度に制御されるようになっている。
試験条件は、雰囲気温度600℃、ロール530に対する荷重500gf、ガラス板520の半径90mm、ガラス板520の回転速度0.5rps、摩擦痕の幅(ガラス板520とロール530との点接触直径に相当する)0.12mm、ガラス板520の径方向における摩擦痕の間隔(摩擦痕の幅方向の中心間距離)0.125mmとした。
具体的な試験の手順及び各実験例の結果について以下に説明する。
まず、ガラス板520と各実験例のロール530を試験機510にセットした。ガラス板520とロール530とが接触しない状態として、電気炉内の温度を600℃に昇温した。
600℃で30分保持後、ガラス板520およびロール530の温度が充分に均一になったところで、ガラス板520の上面の端縁にロール530の周面を接触させた。なお、実験例2においては外周面に硫酸ナトリウムの膜を形成しているため、ガラス板520と、ロール530と、の間に緩衝層として機能する硫酸ナトリウムの膜が配置されている。これに対して、実験例1においては、ガラス板520と、ロール530の外周面と、が直接接触する。そして、ロール530に所定の荷重をかけた状態で、ガラス板520を図中、ブロック矢印Aの方向への回転と、ロール530の図中、ブロック矢印Bで示した軸方向への前進(軸送り)と、を同時に開始した。ロール530の軸送り速度は、摩擦痕の間隔が所定の値となるように設定する。ロール530がガラス板520の中心に達したらロール530と、ガラス板520との接触を解除し、ガラス板520の回転を止めた。そしてガラス板520が割れないように電気炉内の温度を徐々に降下させ、室温まで下げてからガラス板520を取り出した。なお、実験例2においては、ガラス板520を取り出した際、ロール530の外周面に硫酸ナトリウムの膜が残っていることが確認できた。
図6(a)は実験例1の外周側のガラス板表面の写真を、図6(b)は実験例1の内周側のガラス板表面の写真をそれぞれ示す。図7(a)は実験例2の外周側のガラス板表面の写真を、図7(b)は実験例2の内周側のガラス板表面の写真をそれぞれ示す。見た目の通り、緩衝層を形成していない実験例1に比べ、緩衝層を形成した実験例2は、ガラス板の疵が抑制されていることがわかる。
こうして得たガラス板520の上面にどの程度の疵が発生したかを、以下の方法で評価した。
得られたガラス板520の上面において、端縁から中心に向かう径方向に沿って、20mmと80mmの位置で観察点を決めた。そして、該観察点が中心に位置する2.12mm×1.59mm四方の大きさの観察領域でそれぞれ撮影し、各撮影像(観察領域)中に存在する疵の面積と撮影像の全面積に基づき、下式(1)により各観察領域における疵を算出した。
疵発生率(%)=(疵の面積合計/撮影像の全面積)×100・・・(1)
このようにして得られた実験例1、2における、ガラス板への疵発生率を測定した結果を表1に示す。なお、表1において、端縁から20mmの観察点を中心とした観察領域における疵発生率を外周として示している。また、端縁から80mmの観察点を中心とした観察領域における疵発生率を内周として示している。
表1に示されるように、実験例1では疵が多く生じたのに対して、実験例2では、ガラス板の内周、外周に関わらず、疵の発生率が実験例1の場合と比較して約1/1000に抑制されることが確認できた。すなわち、ロールとガラスとの間に緩衝層を配置することによりガラスの表面に疵が発生することを抑制することができることが確認できた。
Figure 2017119584
次に、緩衝層のビッカース硬度を上昇させることによる緩衝層の長寿命化について説明する。
図8は、ガラスへの粒子転写率を評価する試験装置を説明するための概略図である。金属製の治具801で20mm角のガラス板802を保持し、その下に緩衝層803をコ−ティングしたSUS310の基板804を配置した。
緩衝層803は、実験例2と同様の方法で吹き付けた。ただし、蒸留水に溶かす10質量%の溶質の内訳(緩衝層の組成)を変化させ、緩衝層の組成が、硫酸ナトリウム100Vol%(A)、硫酸ナトリウム90Vol%かつ硫酸カリウム10Vol%(B)、硫酸ナトリウム75Vol%かつ硫酸カリウム25Vol%(C)、硫酸ナトリウム50Vol%かつ硫酸カリウム50Vol%(D)の4種類のものを用意し、それぞれ比較した。
なお、それぞれの緩衝層803の厚みは100μmであり、ビッカース硬さ試験機を用いてそれぞれのビッカース硬度を測定した。
また、図8の状態から治具801を上下動させ、ガラス板802を基板804に自重で接触させた。100回接触後、ガラス板802に対する転写した粒子の面積を光学顕微鏡で観察し、定量化した。
図9は、前述の粒子転写率と緩衝膜のビッカース硬度の関係を示す図である。図中のプロットは、ビッカース硬度が低いものから順に、前述のA、B、C、Dとなっている。図9より、硫酸カリウムの添加に伴い、ビッカース硬度が上昇し、粒子転写率も減少していることが分かった。以上のことから、ビッカース硬度が30以上の無機塩の緩衝層を用いることで従来の炭素膜よりも長寿命化されているが、さらに硫酸カリウムを添加して緩衝層のビッカース硬度を上昇させることで、緩衝層を構成する粒子の剥離を抑制できるため、緩衝層がさらに長寿命化することが確認できた。
[実験例3]
次に、硫酸カリウム添加に伴う緩衝層の長寿命化の効果について検証するため、緩衝層の組成として、硫酸カリウムと硫酸ナトリウムを用いた場合の寿命を比較した結果について述べる。
図10は、緩衝層の寿命を評価する試験装置の概略図である。試験装置は、電気炉1001の中に複数のロール1003を配置し、その中心のロールは、緩衝層1002を有する。
このとき、緩衝層1002の組成は、硫酸ナトリウム100vol%のものと硫酸カリウム100vol%を用意した。なお、緩衝層1002は、その組成によらず実験例2と同様の方法でロールの外周面に形成した。また、緩衝層1002の厚みは100μmとした。
また、ロールは直径60mmのものを使用し、ロール同士はロールの中心間距離が約100mmとなるように配置した。
係るロールを用いて、以下の寿命の評価の試験を行った。まず、電気炉1001内に300mm角のガラス板1004配置し、電気炉1001内を600℃に加熱した。この状態でガラス板1004をストローク200mmで500回往復摺動させ、緩衝層1002が形成された中心のロールと接触させた。
その後、ガラス板1004を取り出し、中心のロールの緩衝層の残存状態を確認し、中心のロールの金属が露出した時点で寿命を判定した。その結果を以下の表2に示す。
なお、ガラス板1004としては、3mm、4mm、5mmの3種類の厚さのものを用意して同様の実験を行った。
Figure 2017119584
表2より、緩衝膜の組成が硫酸ナトリウム100vol%のものと比較して、硫酸カリウム100vol%のものは、緩衝膜の寿命が約6倍以上となっていることが分かる。したがって、緩衝層のビッカース硬度を上昇させることで、緩衝層がさらに長寿命化することが確認できた。
以上にガラス搬送用搬送ロール及びそれを用いたガラス製造方法、ガラス製造装置を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されず、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
10 フロートバス
11 溶融金属
12 ガラス(ガラスリボン)
13、R1〜R10、21、R31〜R34 搬送ロール
14 ドロスボックス
15 徐冷炉
22 供給ノズル
23、803 緩衝層
31 疵
S41 疵発生箇所検出工程
S42 対象ロール特定工程
S43 緩衝層形成工程
510 ロール・オン・ディスク型転動摩擦試験機
520、802 ガラス板
530 ロール
801 治具
804 基板

Claims (15)

  1. ガラスリボンまたはガラス板を搬送する搬送ロールであって、
    前記搬送ロールの表面に、ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層が形成されたことを特徴とするガラス搬送用搬送ロール。
  2. 前記搬送ロールの表面に、硫酸カリウム、四ホウ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムのうち、少なくとも一つ以上を含む無機塩の緩衝層が形成された請求項1に記載のガラス搬送用搬送ロール。
  3. 前記搬送ロールの表面に、前記硫酸カリウムを含む無機塩の緩衝層が形成された請求項2に記載のガラス搬送用搬送ロール。
  4. 前記硫酸カリウムを含む無機塩の緩衝層の前記硫酸カリウムの含有率は5%以上である請求項2または3のいずれかに記載のガラス搬送用搬送ロール。
  5. 前記硫酸カリウムを含む無機塩の緩衝層の主成分が前記硫酸カリウムである請求項2から4のいずれかに記載のガラス搬送用搬送ロール。
  6. 溶融ガラスからガラス成形手段によりガラスリボンを成形する成形工程と、前記ガラスリボンを搬送ロールによって搬送しながらガラスの歪点温度以下まで徐冷する搬送工程とを有し、
    前記搬送工程は、前記搬送ロールの表面に、無機塩の溶液を直接吹付け、前記搬送ロールに付着した前記溶液が乾燥することで、ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層を形成する緩衝層形成工程を含むことを特徴とするガラス製造方法。
  7. 前記搬送工程は、
    徐冷した後のガラスについて疵の検出を行い、疵発生箇所を特定する疵発生箇所検出工程と、
    前記搬送ロールのうち疵発生の原因となった対象ロールを特定する対象ロール特定工程とを含み、
    前記緩衝層形成工程は、前記対象ロール特定工程で特定された前記対象ロールの、前記疵発生箇所検出工程により検出された疵発生箇所に対応する部分を含む緩衝層形成領域に前記ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層を形成する請求項6に記載のガラス製造方法。
  8. 前記緩衝層形成領域が、前記疵発生箇所に対応する部分の前記対象ロールの軸方向に±50mm以上の範囲である請求項7に記載のガラス製造方法。
  9. 前記搬送工程は、前記搬送ロールと対向するガラスリボンの面にSOガスを吹付け、前記ガラスリボンの面に疵防止用保護層を形成する保護層形成工程を有し、
    前記対象ロール特定工程は、前記ガラス成形手段の出口から3m以内に配置された前記搬送ロールから前記対象ロールを特定する請求項7または8に記載のガラス製造方法。
  10. 前記ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層は、硫酸カリウム、四ホウ酸ナトリウム、ケイ酸ナトリウムのうち、少なくとも一つ以上を含む請求項6から9のいずれかに記載のガラス製造方法。
  11. 前記ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層は、硫酸カリウムを含む請求項6から9のいずれかに記載のガラス製造方法。
  12. 前記ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層の前記硫酸カリウムの含有率は5%以上である請求項6から11のいずれかに記載のガラス製造方法。
  13. 前記ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層の主成分が前記硫酸カリウムである請求項6から12に記載のガラス製造方法。
  14. 溶融金属上でガラスリボンを成形するフロートバスと、
    前記フロートバスに隣接し、前記ガラスリボンを引き上げるリフトアウトロールを有するドロスボックスと、
    前記ドロスボックスに隣接し、引き上げられた前記ガラスリボンを搬送する搬送ロールを有し、前記ガラスリボンを前記搬送ロールによって搬送しながらガラスの歪点温度以下まで徐冷する徐冷炉と、
    を備え、
    前記リフトアウトロールと前記搬送ロールのうち少なくともいずれか一方は、表面にビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層を有する
    ことを特徴とするガラス製造装置。
  15. 前記ビッカース硬度が30以上である無機塩の緩衝層は、前記リフトアウトロールに設けられる請求項14に記載のガラス製造装置。
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