JP2020045261A - 成形装置及び板ガラスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制する。【解決手段】成形装置１は、溶融ガラスＧを板状に成形する成形体２を備える。成形体２は、溶融ガラスＧが供給されるオーバーフロー溝５が形成される上部４と、オーバーフロー溝５から溢れ出た溶融ガラスＧを流下させる一対の側壁面６ａ，６ｂと、一対の側壁面６ａ，６ｂを流下する溶融ガラスＧを合流させる下端部８とを備える。一対の側壁面６ａ，６ｂは、その中途部に凹部１０を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、オーバーフローダウンドロー法によって溶融ガラスを板状に成形する装置及び板ガラスを製造する方法に関する。

液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板に代表されるように、各種分野に利用される板ガラスには、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のが実情である。

このような要求を満たすために、板ガラスの製造方法としてオーバーフローダウンドロー法が広く利用されている。オーバーフローダウンドロー法は、断面が略楔形の成形体の上部に設けられたオーバーフロー溝に溶融ガラスを流し込み、このオーバーフロー溝から両側に溢れ出た溶融ガラスを成形体の両側の側壁面に沿って流下させた後、成形体の下端部で融合一体化し、一枚の板ガラスを連続成形するというものである。

成形体は、高温状態の溶融ガラスに対して耐食性の高い耐火物によって構成される必要がある。しかも、大型の板ガラスを製造する場合には、板ガラスの寸法に応じて成形体も長尺化することになる。さらに、成形体は、板ガラスを連続的に製造するために長期間にわたり高温化で所定の姿勢で支持され続ける。このような状況下において、成形体には、自重によって下方に撓むと共にクリープ変形が生じ、その結果、板ガラスの成形精度が低下するという問題があった。

その対策として、特許文献１には、長尺状に構成される成形体の長手方向端部に二以上の挿入孔を形成し、各挿入孔に支持部材を挿入することで当該成形体のクリープ変形を抑制する成形装置が開示されている。

特開２００６−２４８８５５号公報

しかしながら、上記の成形装置では、成形体に挿入される支持部材を必要とすることから、部品点数の増加による構造の複雑化を招き、成形装置の組み立て作業も煩雑化するおそれがある。

そこで本発明は、部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制することが可能な成形装置及び板ガラスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、溶融ガラスを板状に成形する成形体を備える成形装置において、前記成形体は、前記溶融ガラスが供給されるオーバーフロー溝が形成される上部と、前記オーバーフロー溝から溢れ出た前記溶融ガラスを流下させる一対の側壁面と、前記一対の側壁面を流下する前記溶融ガラスを合流させる下端部とを備え、前記一対の側壁面は、その中途部に凹部を有することを特徴とする。

一般に、成形体のクリープ変形に係るクリープ速度（ひずみ速度）は、当該成形体に作用する応力に比例することが知られている（ノートン則）。本発明では、成形体の側壁面に凹部を形成することで、当該成形体の重量を低減できる。これにより、成形体に作用する単位長さ当たりの荷重を低減でき、当該成形体に作用する応力を低く抑えることができる。凹部は、側壁面の中途部に形成されることから、成形体の図心に近い領域に形成されることになる。したがって、凹部を形成しても成形体の強度（断面係数）を低下させることはない。これにより、成形体の強度を低下させずにクリープ速度を低下させることができる。以上によれば、成形装置は、部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制できる。

上記構成の成形装置において、前記凹部は、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する一対の上部案内面と、前記一対の上部案内面と繋がる一対の平行な直線状の中間案内面と、前記中間案内面と繋がるとともに下方に向かうにつれて間隔が広くなるように傾斜する一対の下部案内面と、を備え得る。

かかる構成によれば、中間案内面を上部案内面と下部案内面とによって繋ぐことで、側壁面を流下する溶融ガラスが当該側壁面に接触し続けるように凹部を構成できる。

前記成形体は、長尺状に構成されており、前記成形体の長手方向両端部を挟んで押圧する押圧部を備えてもよい。

かかる構成によれば、押圧部によって成形体を長手方向に圧縮することで、成形体に作用する応力を低減できる。これにより、成形体のクリープ変形をより一層抑制できる。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、溶融ガラスを成形体によって板状に成形する工程を備える板ガラスの製造方法において、前記成形体は、前記溶融ガラスが供給されるオーバーフロー溝が形成される上部と、前記オーバーフロー溝から溢れ出た前記溶融ガラスを流下させる一対の側壁面と、前記一対の側壁面を流下する前記溶融ガラスを合流させる下端部とを備え、前記一対の側壁面は、その中途部に凹部を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、成形体における側壁面の中途部に凹部を形成することで、当該成形体の強度を低下させることなく、その重量を低減できる。これにより、成形体のクリープ速度を低下させ、板ガラスを精度良く長期に亘って製造できる。

本発明によれば、部品点数を増加させることなく成形体のクリープ変形を抑制することが可能になる。

本発明に係る成形装置の第一実施形態を示す側面図である。 成形体の側面図である。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ矢視線断面図である。 本発明に係る成形装置の第二実施形態を示す断面図である。 本発明に係る成形装置の第三実施形態を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。図１乃至図３は、本発明に係る板ガラスの成形装置及び製造方法の第一実施形態を示す。

図１に示すように、成形装置１は、成形体２と、成形体２を支持する支持装置３とを備える。

成形体２は、デンスジルコンやアルミナ系、ジルコニア系等の耐火煉瓦により構成される。成形体２は、成形される板ガラスの幅方向に沿って長尺状に構成される。図２及び図３に示すように、成形体２は、上部４に形成されるオーバーフロー溝５と、オーバーフロー溝５から溢れ出た溶融ガラスＧを流下させるための一対の側壁面６ａ，６ｂと、長手方向における一対の端面７ａ，７ｂと、溶融ガラスＧを合流させる楔状の下端部８とを有する。成形体２は、オーバーフロー溝５から溢れ出た溶融ガラスＧを、一対の側壁面６ａ，６ｂに沿って下方に流下させ、下端部８で合流させることで、板状に成形する。なお、図３は、成形体２の長手方向の中央位置での断面図である。

オーバーフロー溝５は、成形体２の頂面に設けられ、凹状である。オーバーフロー溝５は、成形体２の長手方向に沿って長尺状に形成される。オーバーフロー溝５の底面は、成形体２の一方の端面７ａから他方の端面７ｂに向かうにつれて、その深さが徐々に浅くなるように傾斜する。

図３に示すように、一対の側壁面６ａ，６ｂは、成形体２の幅方向（長手方向に直交する水平方向）における中央部を通る中心線Ｘに対して対称に構成される。各側壁面６ａ，６ｂの上下長さ寸法（高さ寸法）Ｈは、５００〜１１００ｍｍとされることが好ましい。各側壁面６ａ，６ｂの長さ寸法Ｌ１（図２参照）は、１７００〜４０００ｍｍとされることが好ましい。なお、本明細書において、側壁面６ａ，６ｂの上下長さ寸法Ｈ（ｍｍ）は、成形体２の長手方向の中央位置における寸法を意味する。

各側壁面６ａ，６ｂは、溶融ガラスＧを流下させるための第一案内部９、第二案内部１０及び第三案内部１１を備える。各案内部９〜１１は、成形体２における一方の端面７ａから他方の端面７ｂに亘って形成されている。

図３に示すように、第一案内部９は、一対の案内面９ａ，９ｂを有する。各案内面９ａ，９ｂは、側壁面６ａ，６ｂの最上部に形成される。案内面９ａ，９ｂは、断面視において上下方向に直線状に形成される平坦面である。一対の案内面９ａ，９ｂは平行に構成される。各案内面９ａ，９ｂは、オーバーフロー溝５を構成する壁部の外面に相当する部分である。側壁面６ａ，６ｂの上下長さ寸法Ｈ（ｍｍ）と、案内面９ａ，９ｂの上下長さ寸法Ｈ１（ｍｍ）との比（Ｈ１／Ｈ）は、０．１５〜０．３０（１５〜３０％）とされることが好ましい。なお、本明細書において、案内面９ａ，９ｂの上下長さ寸法Ｈ１（ｍｍ）は、成形体２の長手方向の中央位置における寸法を意味する。

第二案内部１０は、第一案内部９と第三案内部１１との間に形成される。第二案内部１０は、一対の側壁面６ａ，６ｂの中途部に形成される凹部である。第二案内部１０は、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する一対の上部案内面１０ａ，１０ｂと、一対の上部案内面１０ａ，１０ｂと繋がる一対の平行な中間案内面１０ｃ，１０ｄと、中間案内面１０ｃ，１０ｄと繋がるとともに下方に向かうにつれて間隔が広くなるように傾斜する一対の下部案内面１０ｅ，１０ｆと、を有する。

一対の上部案内面１０ａ，１０ｂは、第一案内部９における一対の案内面９ａ，９ｂの下方位置で当該案内面９ａ，９ｂと連続的に繋がっている。中心線Ｘ（上下方向）に対して上部案内面１０ａ，１０ｂが為す傾斜角度θ１は、２０°〜３０°とされることが好ましい。

中間案内面１０ｃ，１０ｄは、上部案内面１０ａ，１０ｂの下方位置で当該上部案内面１０ａ，１０ｂと連続的に繋がっている。中間案内面１０ｃ，１０ｄは、上下方向に沿って直線状に形成される平坦面である。中間案内面１０ｃ，１０ｄは、第一案内部９の案内面９ａ，９ｂと平行に構成される。一対の中間案内面１０ｃ，１０ｄの幅方向における離間距離（幅寸法）Ｗ１（ｍｍ）と、第一案内部９における一対の案内面９ａ，９ｂの離間距離（幅寸法）Ｗ（ｍｍ）とを比較すると、Ｗ１＜Ｗとされ、その比（Ｗ１／Ｗ）は、０．２０〜０．７５とされることが好ましい。

下部案内面１０ｅ，１０ｆは、中間案内面１０ｃ，１０ｄの下方位置で当該中間案内面１０ｃ，１０ｄと連続的に繋がっている。中心線Ｘに対して下部案内面１０ｅ，１０ｆが為す傾斜角度θ２は、２０°〜４５°とされることが好ましい。

第二案内部１０の上下長さ寸法Ｈ２（ｍｍ）と側壁面６ａ，６ｂの上下長さ寸法Ｈ（ｍｍ）との比（Ｈ２／Ｈ）は、０．２５〜０．６０とされることが好ましい。上部案内面１０ａ，１０ｂの上下長さ寸法Ｈ２１（ｍｍ）と、中間案内面１０ｃ，１０ｄの上下長さ寸法Ｈ２２（ｍｍ）と、下部案内面１０ｅ，１０ｆの上下長さ寸法Ｈ２３（ｍｍ）とを比較すると、成形体２の強度を低下させることなく、その重量をさらに低減する観点では、Ｈ２１＜Ｈ２２，Ｈ２２＞Ｈ２３とされることが好ましい。また、上部案内面１０ａ，１０ｂから溶融ガラスＧが剥離するのを防止する観点では、Ｈ２３＜Ｈ２１，Ｈ２３＜Ｈ２２とされることが好ましい。

第三案内部１１は、一対の案内面１１ａ，１１ｂを有する。各案内面１１ａ，１１ｂは、第二案内部１０に係る下部案内面１０ｅ，１０ｆの下方位置で当該下部案内面１０ｅ，１０ｆと連続的に繋がっている。

一対の案内面１１ａ，１１ｂは、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜するテーパ状の面である。中心線Ｘに対して各案内面１１ａ，１１ｂが為す傾斜角度θ３は、１０°〜３０°とされることが好ましい。一対の案内面１１ａ，１１ｂは、下部で交差しており、その交差点に下端部８が形成されている。

一対の案内面１１ａ，１１ｂの最大離間距離（第三案内部１１の最大幅寸法）Ｗ２（ｍｍ）と、第一案内部９に係る案内面９ａ，９ｂの離間距離（第一案内部９の幅寸法）Ｗ（ｍｍ）とを比較すると、Ｗ２≦Ｗとされることが好ましく、その比（Ｗ２／Ｗ）は、０．３〜０．９とされることがより好ましい。

第三案内部１１の上下長さ寸法Ｈ３（ｍｍ）と、第一案内部９の上下長さ寸法Ｈ１（ｍｍ）及び第二案内部１０の上下長さ寸法Ｈ２（ｍｍ）とを比較すると、Ｈ３＜Ｈ１、Ｈ３＜Ｈ２とされることが好ましい。第三案内部１１の上下長さ寸法Ｈ３と、側壁面６ａ，６ｂの上下長さ寸法Ｈとの比（Ｈ３／Ｈ）は、０．１〜０．３とされることが好ましい。

成形体２の端面７ａ，７ｂは、成形体２の長手方向に突出する一対の突出部１２ａ，１２ｂを有する。各突出部１２ａ，１２ｂは、支持装置３により支持されている。各端面７ａ，７ｂには、一対の側壁面６ａ，６ｂを流れる溶融ガラスＧを規制する鍔状のガイド部材１３が設けられている。

支持装置３は、成形体２の上部４に形成される突出部１２ａ，１２ｂ（図２参照）に取り付けられる覆設部材１４と、成形体２を支持する一対の支持部１５とを備える。覆設部材１４は白金材料により構成され、支持部１５は耐火煉瓦により構成される。

覆設部材１４の一方は、溶融ガラスＧを供給するための供給管１６を成形体２のオーバーフロー溝５に連通させている。

覆設部材１４が支持部１５の上面に載置されることにより、覆設部材１４を介して成形体２が支持部１５で支持される。支持部１５は、成形体２の長手方向に沿って位置変更可能に構成される。支持部１５は、成形体２の端面７ａ，７ｂにおける下部（主に第三案内部１１に対応する部位）に接触している。一対の支持部１５は、成形体２に係る端面７ａ，７ｂの下部に押圧力Ｆを加える押圧部として機能する。すなわち、一対の支持部１５は、成形体２の長手方向両端部（両端面７ａ，７ｂ）を挟み込み、押圧力Ｆを加えることで、当該成形体２の下部を圧縮している。

以下、上記構成の成形装置１によって板ガラスを製造する方法（成形方法）について説明する。

まず、供給管１６を通じて溶融ガラスＧがオーバーフロー溝５に供給される。溶融ガラスＧは、オーバーフロー溝５を満たすと、当該オーバーフロー溝５から溢れ出し、一対の側壁面６ａ，６ｂを伝って流下する。具体的には、溶融ガラスＧは、第一案内部９の案内面９ａ，９ｂ、第二案内部１０の上部案内面１０ａ，１０ｂ、中間案内面１０ｃ，１０ｄ、下部案内面１０ｅ，１０ｆ、及び第三案内部１１の案内面１１ａ，１１ｂを順に伝って流下する。

溶融ガラスＧは、側壁面６ａ，６ｂを流れる際に、ガイド部材１３によって一定幅に規制される。一対の側壁面６ａ，６ｂを流下する溶融ガラスＧは、成形体２の下端部８で合流する。これにより、溶融ガラスＧは、所定の厚み及び幅を有する板状に成形される。その後、溶融ガラスＧは冷却工程を経て板ガラスとなる。

以上説明した本実施形態に係る板ガラスの成形装置１及び製造方法によれば、成形体２の側壁面６ａ，６ｂに第二案内部１０（凹部）を形成することで、成形体２のクリープ変形を抑制できる。

一般に、成形体２のクリープ速度（ひずみ速度）εは、当該成形体２に作用する応力σに比例することが知られている（ε＝Ａσ^ｎ：ノートン則）。

本実施形態において、成形体２を単純支持梁としてみた場合、当該成形体２の最大曲げ応力σｍａｘは、以下の式（１）により求められる。
σｍａｘ＝Ｍｍａｘ／Ｚ ・・・（１）
ここで、Ｍｍａｘは成形体２の最大曲げモーメントであり、Ｚは断面係数である。

成形体２の最大曲げモーメントＭｍａｘは、以下の式（２）により求められる。
Ｍｍａｘ＝ｗＬ^２／８ ・・・（２）
ここで、ｗは単位長さ当たりの荷重であり、Ｌは支点間距離（図２参照）である。

本実施形態では、成形体２に係る側壁面６ａ，６ｂの中途部に第二案内部１０を形成して軽量化することで、当該成形体２の単位長さ当たりの荷重ｗを低減させることができる。ここで、通常、軽量化に応じて断面係数Ｚが減少するので、軽量化は最大曲げモーメントＭｍａｘが増加する要因となるが、本実施形態では、断面係数Ｚへの寄与が大きい重心から離れた部分（成形体２の上部４及び下部（下端部８））で形状を維持し、断面係数Ｚへの寄与が小さい重心に近い部分（中途部）に第二案内部１０を形成する。このため、本実施形態では、軽量化による断面係数Ｚの減少を抑制することができる。

したがって、本実施形態では、第二案内部１０が形成されていない場合と比較して、成形体２における強度を損なうことなく最大曲げ応力σｍａｘを低減することで、成形体２のクリープ速度εを可及的に低下させることができる。これにより、成形体２のクリープ変形を抑制し、その長寿命化を実現できる。したがって、高精度の板ガラスを長期に亘って効率良く製造することができる。

また、本実施形態では、成形体２を軽量化できることから、成形装置１を組み立てる場合の作業効率を向上させることも可能になる。

さらに、成形装置１は、成形体２に係る長手方向の両端部（端面７ａ，７ｂ）を支持部１５（押圧部）によって押圧（圧縮）することで、当該成形体２の自重により下端部８（長手方向の中央部）に作用する引張応力（曲げモーメント）を低減できる。これにより、成形体２のクリープ変形をより一層抑制できる。両端部（端面７ａ，７ｂ）を支持部１５（押圧部）によって押圧（圧縮）する場合、成形体２の下部を押圧することが好ましく、具体的には、少なくとも下端部８及び第三案内部１１の両端部を押圧することが好ましい。これにより、成形体２のクリープ変形をさらに抑制できる。

図４は、本発明に係る成形装置の第二実施形態を示す。本実施形態では、成形体２の構成が第一実施形態と異なる。すなわち、成形体２の第一案内部９は、中心線Ｘ（上下方向）に対して傾斜する案内面９ａ，９ｂを有する。案内面９ａ，９ｂの傾斜角度θ４は、第二案内部１０における上部案内面１０ａ，１０ｂの傾斜角度θ１よりも小さい。案内面９ａ，９ｂの傾斜角度θ４は、０°〜３０°とされることが好ましい。

図５は、本発明に係る成形装置の第三実施形態を示す。本実施形態では、成形体２の構成が第一実施形態と異なる。すなわち、成形体２では、第一案内部９の案内面９ａ，９ｂと凹部（第二案内部）１０の上部案内面１０ａ，１０ｂとが面一に形成されている。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、第二案内部１０の中間案内面１０ｃ，１０ｄを断面視直線状の平坦面とした成形体２を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。中間案内面１０ｃ，１０ｄは、上部案内面１０ａ，１０ｂ及び下部案内面１０ｅ，１０ｆと連続的に繋がる断面視凹状の曲面により構成されてもよい。

また、上記の実施形態において、第二案内部１０における一対の中間案内面１０ｃ，１０ｄは平行に構成されていたが、本発明はこの構成に限定されない。一対の中間案内面１０ｃ，１０ｄは、下方に向かうにつれて間隔が広くなるように構成される傾斜面であってもよく、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように構成される傾斜面であってもよい。

上記の実施形態では、成形体２の各側壁面６ａ，６ｂに一つの凹部（第二案内部１０）を形成したが、本発明はこの構成に限定されない。各側壁面６ａ，６ｂには、成形体２の長手方向に沿って長尺状に形成される凹部（第二案内部１０）を上下に複数形成してもよい。

１ 成形装置
２ 成形体
４ 上部
５ オーバーフロー溝
６ａ 側壁面
６ｂ 側壁面
７ａ 端面（端部）
７ｂ 端面（端部）
８ 下端部
１０ 第二案内部（凹部）
１０ａ 上部案内面
１０ｂ 上部案内面
１０ｃ 中間案内面
１０ｄ 中間案内面
１０ｅ 下部案内面
１０ｆ 下部案内面
１５ 第二支持部（押圧部）
Ｇ 溶融ガラス

Claims (4)

1. 溶融ガラスを板状に成形する成形体を備える成形装置において、
   前記成形体は、前記溶融ガラスが供給されるオーバーフロー溝が形成される上部と、前記オーバーフロー溝から溢れ出た前記溶融ガラスを流下させる一対の側壁面と、前記一対の側壁面を流下する前記溶融ガラスを合流させる下端部とを備え、
   前記一対の側壁面は、その中途部に凹部を有することを特徴とする成形装置。
2. 前記凹部は、下方に向かうにつれて間隔が狭くなるように傾斜する一対の上部案内面と、前記一対の上部案内面と繋がる一対の平行な直線状の中間案内面と、前記中間案内面と繋がるとともに下方に向かうにつれて間隔が広くなるように傾斜する一対の下部案内面と、を備える請求項１に記載の成形装置。
3. 前記成形体は、長尺状に構成されており、
   前記成形体の長手方向両端部を挟んで押圧する押圧部を備える請求項１又は２に記載の成形装置。
4. 溶融ガラスを成形体によって板状に成形する工程を備える板ガラスの製造方法において、
   前記成形体は、前記溶融ガラスが供給されるオーバーフロー溝が形成される上部と、前記オーバーフロー溝から溢れ出た前記溶融ガラスを流下させる一対の側壁面と、前記一対の側壁面を流下する前記溶融ガラスを合流させる下端部とを備え、
   前記一対の側壁面は、その中途部に凹部を有することを特徴とする板ガラスの製造方法。
   

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