JP4193115B2 - 板ガラス成形装置及び板ガラス成形方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーバーフローダウンドロー方式の板ガラス製造装置とその装置による板ガラス成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板ガラスの成形方法は、これまで多くの方法が考案され、実践されてきた。現在利用されている板ガラス成形方法の一つとしてオーバーフローダウンドロー法がある。この方法は、成形された板ガラスの表面が溶融時の自由溶融表面に相当するため、高い平滑性を有する板ガラスを製造する方法として利用されている。従来から、この方法では図３に示したような成形装置が使用されて板ガラスの成形が行われている。
【０００３】
すなわち、ガラス溶融炉から耐火性供給管によって連続的に流量調節構造体の上部が開口した桶形状である均一分配溝に溶融ガラスを供給する。そして、流量調節構造体の両側壁頂部より溶融ガラスをオーバーフローさせて、両側壁外表面に沿って流下させ、断面形状が略楔形をなす調節構造体の下端で合流させて１枚の板ガラス成形体を得るというものである。この方法については、板ガラスの反りや歪みについての改善方法を開示した特許文献１や特許文献２があり、また成形体の厚み調整方法として特許文献３も開示されている。
【０００４】
しかし、高精度な表面性状を有する板ガラスについては、このような板ガラスが使用される液晶表示デバイスや次世代表示デバイス用途等の電子部品や撮像素子用途等の光関連部品等からの需要の増大に伴い大型化された板ガラスを要求される傾向があり、それに伴って従来の製造装置や製造方法では成形が困難な寸法と表面精度を満足する板ガラスの必要性が高くなってきた。それに対応すべく、製造方法、製造装置の大幅な見直しが行われ、かかる需要を満足し、しかもこれまで以上の高い品位を有する板ガラス製品の製造を可能とする研究が行われてきている。その中で、特に問題となっているのは、前述の流量調節構造体が大型の板ガラスの成形を想定していないことに起因する事項である。
【０００５】
効率的な大量生産を可能とするためには、長期に亘って生産可能な設備が必要であるが、今後の生産を大きく左右する要素として流量調節構造体の寿命の短いことが重要視されている。具体的には、流量調節構造体を長期間使用すると溶融ガラスそのものの荷重と流量調節構造体の自重、そして板ガラスを牽引するローラーから印加される応力が経時的に加わり続ける結果、流量調節構造体の下端中央部にクラックが生じたり、許容範囲を超える変形が生じる。これによって高精度な寸法を有する板ガラスを製造することができなくなるというものである。
【０００６】
そこで、この問題を改善するために、特許文献４では図４に示すように、装置下中央部を構造的に強化するため、流量調節構造体の構成材内部に支持部材を貫挿する孔２５を形成し、流量調節構造体の下端２３等、装置下方の応力集中部へ大きな荷重が加わっていても、それに耐えうる構造とすることで問題を解消可能とする発明が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１４３４号公報（第２頁−第４頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１０６５３９号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【特許文献３】
特開平９−１１０４４３号公報（第２頁−第６頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１１−２４６２３０号公報（第２頁−第５頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の解決方法を採用した流量調節構造体を採用した場合であっても、予想困難な種々の要因が重なることで長期間に亘る高温状態ではその構造的な対応、すなわち耐クリープ変形に対する強度等が不充分となって、流量調節構造体の断面が略楔形である長手方向の下端中央部付近が湾曲するなどの問題が発生した。そこで、これに対する対策として流量調節構造体の下端中央部を予め上方にある程度湾曲させることでこの問題を回避しようとした。
【０００９】
すなわち、それは流量調節構造体の断面を略楔形である下端が直線性のない曲線のみにより構成し、下端中央部に生じるクリープ変形寸法の０．３〜２倍である上方に窪んだ形状で、その長手方向の両側から押圧支持してなる板ガラス成形装置を実現するというものである。その結果、ある程度の期間は改善が行えたものの、当初予想していたほどの改善は認められなかった。板ガラスの板厚を調整する場合に、当初から流量調節構造体の下端を湾曲させた構造とすることで、成形できる板ガラス寸法等の制約が生じることによって、成形する板ガラスの板厚の寸法精度や表面うねり等の改善について、より高精度な表面寸法精度を実現するための枷となったのである。さらに、それに加えて、板ガラス寸法増大等に伴う生産流量の増加が一段と進み、その結果としてこれまで行われてきたような対応をだけでは寸法精度の高い板ガラスを長期に亘って大量に生産するためには、不充分な状況となったためでもある。
【００１０】
そこで板ガラス成形装置の全体的な構造や材料等についての見直しを計り、さらに効果的な装置の構造に関する各種の調査を行った。そして本発明者は、寸法の大きい板ガラスをより長期間に渡って製造することができる高温耐熱性や高温強度等の諸特性を満足する耐火性のガラス板製造装置とその装置を使用する製造方法を発明し、ここに提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の板ガラス成形装置は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性の板ガラス製造装置において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなることを特徴とする。
【００１２】
ここで、流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなるとは、溶融ガラスがオーバーフローして流下する断面が略楔形の流量調節構造体について溶融ガラスの流下する２つの表面に対して長手方向の端面に相当する側面の下半分の一部が傾斜面であって、その傾斜面が側方及び下方から各々押圧しつつ支持され続けていることを意味している。
【００１３】
下半分の一部が傾斜面というのは、少なくとも側面下半分の一部が傾斜面であるということであって、全てが傾斜面であっても差し支えはない。またこの傾斜面とは、必ずしも平面である必要性はなく、曲面や湾曲面であっても支障はない。ただし、傾斜面は側方及び下方からそれぞれ押圧して支持し続けることができる、つまり支保できるような形状であることが必要であって、下方から流量調節構造体を長期間支えることができないような形状であれば採用することはできない。
【００１４】
さらに、この傾斜面は、その傾斜角が両側面について同じ傾斜角であってもよく、また必要に応じて異なる傾斜角であっても差し支えない。さらに傾斜面の形状についても、両方の面の形状が異なっていてもよいし同じであってもよい。そして傾斜面の材質についても所望の機能を有するものであるならば、特に限定されるものではない。
【００１５】
そしてこの傾斜角の大きさについては垂直に対して、０°より大きく、６０°以下の角度であることが好ましい。そしてさらに好ましくは４５°以下とすることである。これは、６０°より大きくするならば装置本体の大きさに比較して、成形可能な板ガラスの幅寸法が小さいため、効率的な生産が行える装置ではなくなることがある。また、流量調節構造体の長手方向の側方から押圧する際の微調整をおこなう必要があるためである。そしてより圧力の調整がおこない易く、安定したガラスの成形が行える状態とするためには、４５°以下とするべきである。さらに、この角度は０°より大きくかつ３５°以下である方が、いっそう好ましい。ただし、角度０°に近づくにつれて長手方向から加える加圧値をいっそう大きくする必要性が生じるため、流量調節構造体を構成する材料の構造的な強度や寿命、そして耐熱性等も含めて最適な形状を選定する必要性がある。
【００１６】
また、流量調節構造体の長手方向の側面部全体の高さに対するこの傾斜面部の高さは、１０％以上の範囲にあることが必要である。この値が１０％より低いと、流量調節構造体にうまく力を加えることができない。すなわち、流量調節構造体の下端部のみに強い応力が印加される結果、下端部の剥離やクラック等の破損、欠陥の発生する可能性が高くなる。そしてこの値は１５％以上であることがより好ましい。
【００１７】
また、本発明の板ガラスの成形装置は、上述に加えて流量調節構造体の密度が３ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であることを特徴とする。
【００１８】
ここで、流量調節構造体の密度が３．０ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であるとは、流量調節構造体を構成する材料の密度が３．０以上であって、しかもこの材料はヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上という性質を併せ持つ必要のあることを意味している。
【００１９】
ここで、流量調節構造体は、必ずしも１つの構成材料である必要はなく、複数の構成材料によって構成されていても差し支えない。２種類以上の構成材料によってこの流量調節構造体が構成されている場合は、流量調節構造体の長手方向中央断面積の５０％以上を構成する構造材料を対象とするものであって、さらにこの流量調節構造体の下端中央部が２種以上の材料で構成される場合は、それぞれの構成材料の算術平均値による値が上記の密度とヤング率の値を満たしていればよいものである。
【００２０】
そして、流量調節構造体の密度とは、構造体を構成する材料の嵩密度を意味しており、この嵩密度が高い程、構造的な欠陥等が少なく、その結果として長期的な高温状態での使用に耐えうる流量調節構造体となりうるものである。よってこの流量調節構造体の密度は、少なくとも３．０ｇ／ｃｍ3以上であることが必要であって、より好ましくは３．４ｇ／ｃｍ3以上であることである。さらに、１５００℃以上の高温で流量調節構造体が利用される場合には、３．６ｇ／ｃｍ3以上である方がよく、より確実に安定した強度等を維持し続けるためには、３．８ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。ただし、流量調節構造体の密度は、大きくなりすぎると自重が重くなり、構造体を支持するのが困難となる虞があるため、好ましくは１０ｇ／ｃｍ3以下とするべきである。
【００２１】
さらに、流量調節構造体のヤング率とは、密度と同様にこの構造体を構成する材料の縦弾性係数、すなわち応力が印加された方向に対して垂直方向の材料変形の度合いを表す係数であって、この値が大きい程、同じ大きさの応力が印加されても、それに呼応する材料の変形量は小さくなる。流量調節構造体については、このヤング率の値が小さい程、ガラス流量によって構造体に発生する歪み量が大きくなる割合が高くなり、成形する板ガラスの板厚の調整をスムーズに行いにくくなるばかりでなく、構造体の下端保持材との整合性にも支障をきたす場合もあって、流量調節構造体自体の寿命を短くする要因になる場合もあるものである。このため、流量調節構造体のヤング率は、大きければ大きい程良いこととなる。
【００２２】
よって、この流量調節構造体のヤング率は、少なくとも９．８×１０10Ｐａ以上である方がよく、より好ましくは１０．８×１０10Ｐａ以上を有する材料である方がよい。そして、流量調節構造体が６ヶ月以上連続して１０００℃以上の温度域に保持され、密度２．３ｇ／ｃｍ3以上の溶融ガラスを成形するために使用される場合には、流量調節構造体は１１．８×１０10Ｐａ以上のヤング率を有する方がよく、さらに好ましくは１２．７×１０10Ｐａ以上である方がよい。
【００２３】
また、本発明の流量調節構造体に採用する材料としては、溶融するガラス材質にもよるが、必要に応じて適宜複数の材料を選択することができるものである。このような材料は、特に所望の特性を満足するならば限定されるものではないが、具体例を示せば、焼成耐火物として珪石耐火物、粘土質耐火物、高アルミナ質耐火物、炭化珪素質耐火物、クロム質耐火物、マグネシア質耐火物、ドロマイト系耐火物、シリマナイト系耐火物、シアン化合物アルミナ質耐火物、ムライト質耐火物、ジルコニア質耐火物、アランダム質耐火物、不焼成耐火物として黒鉛質煉瓦、炭化珪素黒鉛質耐火物、高アルミナ耐火物、不定形耐火物としてキャスタブル耐火物、プラスチック耐火物、耐火モルタル等が使用でき、また溶融石英耐火物、各種ファイバーボード、不定形耐火物繊維材料、さらに白金等の耐熱貴金属類も使用場所を選択することで使用可能であって、複数の材料の併用が可能である。
【００２４】
また、本発明の板ガラス成形装置は、上述に記載の内容に加えて流量調節構造体の長手方向の寸法が、２．０ｍ以上であることを特徴とする。
【００２５】
ここで、流量調節構造体の長手方向の寸法が、２．０ｍ以上であるとは、本発明の板ガラス成形装置の一部をなす流量調節構造体の長手方向の長さが２．０ｍ以上であることを意味している。ここで、長手方向の長さとは流量調節構造体のみの長さのことである。すなわち、ガラス供給管部は含まず、ガラス供給溝とガラス供給管との接合された箇所より反対側の端面までの長さを意味している。
【００２６】
本発明の板ガラスの成形装置は、前述したように大型の板ガラスを生産する装置であるが、具体的にその板ガラスの厚みが０．５〜１．５ｍｍであって、板ガラスの幅が２〜４ｍに適応するものであって、密度２．２〜２．６ｇ／ｃｍ3の板ガラスをオーバーフローさせて成形するために必要となる流量調節構造体としての強度や経時的な耐久性等を考慮するならば、流量調節構造体のガラス供給溝の幅方向寸法、すなわち厚さに相当する長さに対して長手方向の長さが１８倍以下であることが好ましい。
【００２７】
すなわち、流量調節構造体の厚さに相当する長さに対して長手方向の長さが１８倍より大きくなると、構造体自体に長手方向のたわみが発生し易くなり、６ヶ月以上の長期間の生産を実現することは困難となる虞が高くなる。そして流量調節構造体の厚さに相当する長さに対しての長手方向の長さの比率は、厚さを固定して長手方向長さが長くなる場合、長手方向長さを固定して厚さが短くなる場合、さらに厚さも長手方向長さも変化させた場合のいずれの場合であっても、流量調節構造体の厚さに相当する長さに対して長手方向の長さの比率が１８倍以下であることが好ましい。さらに、長期的により安定した強度を維持できる流量調節構造体であるためには、好ましくは流量調節構造体の厚さに相当する長さに対して長手方向の長さが１６倍以下であるほうがよい。
【００２８】
また、本発明の板ガラスの成形方法は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性のガラス板製造装置を使用してガラス板を成形する板ガラスの成形方法において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなる板ガラス成形装置を使用してガラス板を成形することを特徴とする。
【００２９】
ここで、流量調節構造体の長手方向の両端にある側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなる板ガラス成形装置を使用してガラス板を成形するとは、溶融ガラスを板ガラスに成形する流量調節構造体と流量調節構造体に流入する溶融ガラスの両方を支える位置が少なくとも流量調節構造体の長手方向側に位置する２つの側面の下半分の一部を含む箇所であって、その２カ所を支持された状態で溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給し、両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する成形方法であることを意味している。
【００３０】
また、本発明を適用できるガラス材質としては、特に限定されるものではないが、好適なものとしては、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＦＥＤ等の情報表示用ディスプレイに使用される板ガラス、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子用途のカバーガラスとして利用される板ガラス、レーザーダイオードの窓として利用される板ガラス、光学フィルター用途の板ガラス、ハードディスク等の磁気ディスクや光ディスク等の情報記録用板ガラス、センサー用基板ガラス、薄膜太陽電池用基板ガラス等の高い表面精度を必要とする板ガラスの製造装置として使用することが可能である。
【００３１】
【作用】
以上のように本発明の板ガラス成形装置は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性の板ガラス製造装置において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなるため、流量調節構造体の最下端の中央が変形したり割れたりすることなく、高温状態で長期間安定した寸法品位を有する薄板ガラスの生産を行うことができるものである。
【００３２】
さらに、本発明の板ガラス成形装置は、流量調節構造体は、密度が３ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であるため、長期的に溶融ガラスを流下しながら寸法精度の高い薄板ガラスを製造し続けることを可能とする基本的な構造特性を満足するものである。
【００３３】
また、本発明の板ガラス成形装置は、流量調節構造体の長手方向の寸法が、２．０ｍ以上であるため、大型の薄板ガラスを偏肉や表面うねり等によって表面品位を損なうことなく効率的に高速生産することが可能となるものである。
【００３４】
また、本発明の板ガラスの製造方法は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性のガラス板製造装置を使用してガラス板を成形する板ガラスの成形方法において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなるため、板ガラスの寸法精度を維持し続けるために行われる温度条件等の変更や付随する設備、装置の拡充、増補等の対処が不要であって、高精度な寸法を有する板ガラスの良品率向上を実現できる効率的な成形方法である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の板ガラス製造装置について、その実際の形態の一例を以下に説明する。
【００３６】
（実施例１）図１に本発明の板ガラスの成形装置である流量調節構造体１０の平面図を示す。ガラス溶融炉のフィーダー等で均質化された溶融ガラスは、溶融ガラス供給管１１から流量調節構造体１０のガラス供給溝１２に流れ込む。そしてそのガラス供給溝１２の両側の頂部よりオーバーフローした溶融ガラスは、流量調節構造体１０の両側面１３に沿って流下し、流量調節構造体１０の下端１８で合流することによって１枚の板ガラスに成形される。そして、本発明の流量調節構造体１０は、その長手方向の両端にある傾斜面１０ａ、１０ｂから台形部材１４によって支持されており、台形部材１４は耐熱性板部材１５を介して、長手方向の一方側を歯止め部材１６で保持され、長手方向の他方側をエアシリンダー等の加圧装置１７によって押圧されて支保されている。
【００３７】
そして加圧装置１７は、流量調節構造体１０そのものの自重と溶融ガラスによって生じる負荷に耐え、しかも流量調節構造体１０の微細なクリープによる変位や温度条件による膨張によって生じる変動を計測に基づいて補正できるように設計されており、耐熱性板部材１５は、耐熱性であれば特に限定されるものではないが、ここでは耐熱性金属材料の板が採用されている。
【００３８】
また、流量調節構造体１０の長手方向の両端傾斜面１０ａ、１０ｂを支持している台形部材１４と接触している流量調節構造体１０の傾斜面１０ａ、１０ｂの角度αは、垂直に対して０°より大きくかつ４５°以下であるならば支障はないが、ここでは垂直に対して１６°である。また流量調節構造体１０の長手方向の側面部全体の高さに対するこの傾斜面１０ａ、１０ｂの高さは、１０％以上の範囲であれば支障はないが、ここでは、６０％である。
【００３９】
（実施例２）次いで発明者が行ったモデル装置による調査について説明する。ここで行った調査は、流量調節構造体の長手方向両側傾斜面の傾斜角度α等の形状を変更して、その効果について確認をおこなうものである。すなわち、ジルコン耐火物製（密度４．０ｇ／ｃｍ3、ヤング率１４．２×１０10Ｐａ）の板ガラス成形装置の１０分の１サイズの形状モデルを製作して、１２００℃の高温状態にて大気雰囲気中で８ヶ月間保持し、初期形状からの変形等の異常発生が認められないかについての比較調査を実施した。その結果を図２によって説明する。試験に使用したのは、図２（Ａ）〜（Ｄ）の４種類の流量調節構造体１０であって、（Ａ）は本発明の流量調節構造体１０であって、流量調節構造体１０の長手方向両側傾斜面１０ａ、１０ｂの傾斜角度αは１８°である。そして（Ｂ）も本発明の流量調節構造体１０であって、流量調節構造体１０の長手方向両側傾斜面１０ａ、１０ｂの傾斜角度αを４５°より大きい５４°に設定したものである。また比較例として調査した（Ｃ）は、この流量調節構造体の長手方向両側面の傾斜角度αを０°にしたものである。さらに比較例の（Ｄ）については、流量調節構造体の長手方向両側面の傾斜角度αは（Ａ）同様の１８°であるが、流量調節構造体の長手方向の側面部全体の高さＨに対するこの傾斜面の高さＬが８．２％となっているものである。
【００４０】
調査は間接加熱電気抵抗炉を利用して、流量調節構造体の上部に５００Ｋｇの耐火物を乗せ、荷重を加え続けながら構造体長手方向からも加圧した状態で保持し、流量調節構造体に認められる変化を調査することによって、長期的な耐久性に関して充分な機能を有するかどうかを評価した。その結果、試料（Ａ）については、８ヶ月後に電気炉より取り出した流量調節構造体の形状や外観等を調査したところ全く問題の認められないことが判明した。
【００４１】
一方、試料（Ｂ）は傾斜角度αが４５°より大きい試料であるが、電気炉から取り出したところ、当初設定した位置から流量調節構造体１０の長手方向の一方がやや浮き上がったような状態となっており、実際の生産にこの形状を採用すると経時的に長手方向からの加圧力を調節するなどの細かい対応をしなければならなくなる等の問題点が発生する可能性が高いといった弱点が認められた。このため、試料（Ｂ）は、本発明として採用できるが、より好ましくは試料（Ａ）のように４５°以下の傾斜角度αに設定するべきであることが判明した。また、試料（Ｃ）については、傾斜角度αが０°の試料であるが、８ヶ月の経過後の調査によって、流量調節構造体１０の下端１８の箇所のゆがみが認められ、長期的な使用には耐えられないものであることが確認できた。さらに試料（Ｃ）については、８ヶ月経過後の試料の観察によって、流量調節構造体１０の側面部にクラックＣが認められた。このことから、流量調節構造体の長手方向の側面部全体の高さＨに対するこの傾斜面の高さＬが８．２％であって１０％未満であることから、構造的に過度な負荷が加わる結果、流量調節構造体を構成するジルコン製耐火物に剪断応力が横方向に作用してクラックＣが形成されたものと推測できた。
【００４２】
以上のように、本発明の流量調節構造体は、８ヶ月間の保管条件に耐えうるものであるが、それ以外の試料（Ｃ）及び試料（Ｄ）については、無理のある構造体となっていることが確認できた。
【００４３】
（実施例３）以上のような結果を踏まえ、さらに実際の溶融炉での構造体の評価と成形した薄板ガラスの性能評価を実施した。この調査には実際の溶解室で溶融した溶融ガラスを利用して無アルカリガラスの薄板ガラス成形をおこない、その性能に関する比較調査を実施した。調査には、図２（Ａ）のような構造を有する流量調節構造体１０を採用して、約１２ヶ月の試験的に板ガラスの成形をおこなった。
【００４４】
その結果、流量調節構造体１０を備えた本発明の板ガラス成形装置を利用することによって、約１２ヶ月の間、うねりや偏肉等の寸法精度に支障のない、薄板ガラスの成形を実現することが可能となり、この試験期間の良品率は従来より３％も向上した。
【００４５】
さらに、板ガラス製造後の流量調節構造体１０について、装置下端部の性状、寸法の調査を行うと、装置下端部１８の中央位置は、製造当初の寸法から０．１ｍｍ下方にクリープ変形した状態であり、クラック等の異常も認められなかった。これに対して従来形状の板ガラス成形装置を使用すると、同条件で生産された場合には、装置下端部中央位置は１５〜２０ｍｍの変形量であって、製造終期には、板ガラスの表面うねりが大きくなるという問題が認められ、しかも下端の先端部にクラックも発生した。この様に、本発明の板ガラス製造装置を採用し、成形を行うことによって、板ガラス成形品位が向上し、長期に亘って安定した寸法精度を有する板ガラスの製造が可能となることが判明した。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように本発明の板ガラス成形装置は、流量調節構造体の最下端の中央が変形したり割れたりすることなく、高温状態で長期間安定した寸法品位を有する薄板ガラスの生産を行うことができるものであるため、大型表示デバイスに対応する大型薄板ガラスの成形を確実に実現することが可能であって、高性能な表示デバイスに搭載することのできる高精度な表面を有する板ガラスを市場に潤沢に供給することによって、情報産業のさらなる発展に大きく寄与するものである。
【００４７】
さらに、本発明の板ガラス成形装置は、長期的に溶融ガラスを流下しながら寸法精度の高い薄板ガラスを製造し続けることを可能とする基本的な構造特性を満足するものであるため、高い寸法精度以外にも、高い化学的耐久性等を有し、さらに構造欠陥等の許されない高品位薄板ガラスを生産するために好適な装置であって、この装置によって製造された薄板ガラスは、広範囲の用途の開拓が可能となるものである。
【００４８】
また、本発明の板ガラス成形装置は、偏肉や表面うねり等によって表面品位を損なうことなく大型の薄板ガラスを効率的に高速生産することが可能となるものであるために、高性能な大型の表示装置用途の薄板ガラスの生産原価の低減と必要充分な数量の生産を実現することによって、大型表示装置用薄板ガラスを必要とする分野への薄板ガラスの供給を滞りなく行うことができるものである。
【００４９】
また、本発明の板ガラスの成形方法は、流量調節構造体のクリープ変形に対応して板ガラスの寸法精度を維持し続けるために行われる温度条件等の変更や付随する設備、装置の拡充、増補等の対処が不要であり、高精度な寸法を有する板ガラスの良品率向上を実現できる効率的な成形方法であるため、表面精度等の高度な性能を必要とする表示デバイス用途で利用される無アルカリガラス等が採用される液晶用板ガラスの製形方法として、特に好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板ガラス成形装置についての流量調節構造体の部分平面図。
【図２】板ガラス成形装置の流量調節構造体の説明図であって、（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例を示す平面図、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明の比較例を示す平面図。
【図３】従来の板ガラス成形装置の斜視図。
【図４】従来の板ガラス成形装置の平面図。
【符号の説明】
１０ 本発明のガラス板成形装置の流量調節構造体
１０ａ、１０ｂ 傾斜面
１１ 溶融ガラス供給管
１２ 流量調節構造体のガラス供給溝
１３ 流量調節構造体の側面部
１４ 流量調節構造体の台形支持部材
１５ 耐熱性板部材
１６ 耐熱性歯止め材
１７ 加圧装置
１８、２３ 流量調節構造体の下端
２４ 支持台
２５ 貫通穴
α 流量調節構造体の長手方向の側面にある傾斜面の垂直に対する傾斜角
Ｈ 流量調節構造体の高さ
Ｌ 流量調節構造体の長手方向の傾斜側面部の高さ
Ｃ クラック
Ｇ 板ガラス
【発明の属する技術分野】
本発明は、オーバーフローダウンドロー方式の板ガラス製造装置とその装置による板ガラス成形方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
板ガラスの成形方法は、これまで多くの方法が考案され、実践されてきた。現在利用されている板ガラス成形方法の一つとしてオーバーフローダウンドロー法がある。この方法は、成形された板ガラスの表面が溶融時の自由溶融表面に相当するため、高い平滑性を有する板ガラスを製造する方法として利用されている。従来から、この方法では図３に示したような成形装置が使用されて板ガラスの成形が行われている。
【０００３】
すなわち、ガラス溶融炉から耐火性供給管によって連続的に流量調節構造体の上部が開口した桶形状である均一分配溝に溶融ガラスを供給する。そして、流量調節構造体の両側壁頂部より溶融ガラスをオーバーフローさせて、両側壁外表面に沿って流下させ、断面形状が略楔形をなす調節構造体の下端で合流させて１枚の板ガラス成形体を得るというものである。この方法については、板ガラスの反りや歪みについての改善方法を開示した特許文献１や特許文献２があり、また成形体の厚み調整方法として特許文献３も開示されている。
【０００４】
しかし、高精度な表面性状を有する板ガラスについては、このような板ガラスが使用される液晶表示デバイスや次世代表示デバイス用途等の電子部品や撮像素子用途等の光関連部品等からの需要の増大に伴い大型化された板ガラスを要求される傾向があり、それに伴って従来の製造装置や製造方法では成形が困難な寸法と表面精度を満足する板ガラスの必要性が高くなってきた。それに対応すべく、製造方法、製造装置の大幅な見直しが行われ、かかる需要を満足し、しかもこれまで以上の高い品位を有する板ガラス製品の製造を可能とする研究が行われてきている。その中で、特に問題となっているのは、前述の流量調節構造体が大型の板ガラスの成形を想定していないことに起因する事項である。
【０００５】
効率的な大量生産を可能とするためには、長期に亘って生産可能な設備が必要であるが、今後の生産を大きく左右する要素として流量調節構造体の寿命の短いことが重要視されている。具体的には、流量調節構造体を長期間使用すると溶融ガラスそのものの荷重と流量調節構造体の自重、そして板ガラスを牽引するローラーから印加される応力が経時的に加わり続ける結果、流量調節構造体の下端中央部にクラックが生じたり、許容範囲を超える変形が生じる。これによって高精度な寸法を有する板ガラスを製造することができなくなるというものである。
【０００６】
そこで、この問題を改善するために、特許文献４では図４に示すように、装置下中央部を構造的に強化するため、流量調節構造体の構成材内部に支持部材を貫挿する孔２５を形成し、流量調節構造体の下端２３等、装置下方の応力集中部へ大きな荷重が加わっていても、それに耐えうる構造とすることで問題を解消可能とする発明が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１４３４号公報（第２頁−第４頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−１０６５３９号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【特許文献３】
特開平９−１１０４４３号公報（第２頁−第６頁、第１図）
【特許文献４】
特開平１１−２４６２３０号公報（第２頁−第５頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の解決方法を採用した流量調節構造体を採用した場合であっても、予想困難な種々の要因が重なることで長期間に亘る高温状態ではその構造的な対応、すなわち耐クリープ変形に対する強度等が不充分となって、流量調節構造体の断面が略楔形である長手方向の下端中央部付近が湾曲するなどの問題が発生した。そこで、これに対する対策として流量調節構造体の下端中央部を予め上方にある程度湾曲させることでこの問題を回避しようとした。
【０００９】
すなわち、それは流量調節構造体の断面を略楔形である下端が直線性のない曲線のみにより構成し、下端中央部に生じるクリープ変形寸法の０．３〜２倍である上方に窪んだ形状で、その長手方向の両側から押圧支持してなる板ガラス成形装置を実現するというものである。その結果、ある程度の期間は改善が行えたものの、当初予想していたほどの改善は認められなかった。板ガラスの板厚を調整する場合に、当初から流量調節構造体の下端を湾曲させた構造とすることで、成形できる板ガラス寸法等の制約が生じることによって、成形する板ガラスの板厚の寸法精度や表面うねり等の改善について、より高精度な表面寸法精度を実現するための枷となったのである。さらに、それに加えて、板ガラス寸法増大等に伴う生産流量の増加が一段と進み、その結果としてこれまで行われてきたような対応をだけでは寸法精度の高い板ガラスを長期に亘って大量に生産するためには、不充分な状況となったためでもある。
【００１０】
そこで板ガラス成形装置の全体的な構造や材料等についての見直しを計り、さらに効果的な装置の構造に関する各種の調査を行った。そして本発明者は、寸法の大きい板ガラスをより長期間に渡って製造することができる高温耐熱性や高温強度等の諸特性を満足する耐火性のガラス板製造装置とその装置を使用する製造方法を発明し、ここに提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の板ガラス成形装置は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性の板ガラス製造装置において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなることを特徴とする。
【００１２】
ここで、流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなるとは、溶融ガラスがオーバーフローして流下する断面が略楔形の流量調節構造体について溶融ガラスの流下する２つの表面に対して長手方向の端面に相当する側面の下半分の一部が傾斜面であって、その傾斜面が側方及び下方から各々押圧しつつ支持され続けていることを意味している。
【００１３】
下半分の一部が傾斜面というのは、少なくとも側面下半分の一部が傾斜面であるということであって、全てが傾斜面であっても差し支えはない。またこの傾斜面とは、必ずしも平面である必要性はなく、曲面や湾曲面であっても支障はない。ただし、傾斜面は側方及び下方からそれぞれ押圧して支持し続けることができる、つまり支保できるような形状であることが必要であって、下方から流量調節構造体を長期間支えることができないような形状であれば採用することはできない。
【００１４】
さらに、この傾斜面は、その傾斜角が両側面について同じ傾斜角であってもよく、また必要に応じて異なる傾斜角であっても差し支えない。さらに傾斜面の形状についても、両方の面の形状が異なっていてもよいし同じであってもよい。そして傾斜面の材質についても所望の機能を有するものであるならば、特に限定されるものではない。
【００１５】
そしてこの傾斜角の大きさについては垂直に対して、０°より大きく、６０°以下の角度であることが好ましい。そしてさらに好ましくは４５°以下とすることである。これは、６０°より大きくするならば装置本体の大きさに比較して、成形可能な板ガラスの幅寸法が小さいため、効率的な生産が行える装置ではなくなることがある。また、流量調節構造体の長手方向の側方から押圧する際の微調整をおこなう必要があるためである。そしてより圧力の調整がおこない易く、安定したガラスの成形が行える状態とするためには、４５°以下とするべきである。さらに、この角度は０°より大きくかつ３５°以下である方が、いっそう好ましい。ただし、角度０°に近づくにつれて長手方向から加える加圧値をいっそう大きくする必要性が生じるため、流量調節構造体を構成する材料の構造的な強度や寿命、そして耐熱性等も含めて最適な形状を選定する必要性がある。
【００１６】
また、流量調節構造体の長手方向の側面部全体の高さに対するこの傾斜面部の高さは、１０％以上の範囲にあることが必要である。この値が１０％より低いと、流量調節構造体にうまく力を加えることができない。すなわち、流量調節構造体の下端部のみに強い応力が印加される結果、下端部の剥離やクラック等の破損、欠陥の発生する可能性が高くなる。そしてこの値は１５％以上であることがより好ましい。
【００１７】
また、本発明の板ガラスの成形装置は、上述に加えて流量調節構造体の密度が３ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であることを特徴とする。
【００１８】
ここで、流量調節構造体の密度が３．０ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であるとは、流量調節構造体を構成する材料の密度が３．０以上であって、しかもこの材料はヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上という性質を併せ持つ必要のあることを意味している。
【００１９】
ここで、流量調節構造体は、必ずしも１つの構成材料である必要はなく、複数の構成材料によって構成されていても差し支えない。２種類以上の構成材料によってこの流量調節構造体が構成されている場合は、流量調節構造体の長手方向中央断面積の５０％以上を構成する構造材料を対象とするものであって、さらにこの流量調節構造体の下端中央部が２種以上の材料で構成される場合は、それぞれの構成材料の算術平均値による値が上記の密度とヤング率の値を満たしていればよいものである。
【００２０】
そして、流量調節構造体の密度とは、構造体を構成する材料の嵩密度を意味しており、この嵩密度が高い程、構造的な欠陥等が少なく、その結果として長期的な高温状態での使用に耐えうる流量調節構造体となりうるものである。よってこの流量調節構造体の密度は、少なくとも３．０ｇ／ｃｍ3以上であることが必要であって、より好ましくは３．４ｇ／ｃｍ3以上であることである。さらに、１５００℃以上の高温で流量調節構造体が利用される場合には、３．６ｇ／ｃｍ3以上である方がよく、より確実に安定した強度等を維持し続けるためには、３．８ｇ／ｃｍ3以上であることが好ましい。ただし、流量調節構造体の密度は、大きくなりすぎると自重が重くなり、構造体を支持するのが困難となる虞があるため、好ましくは１０ｇ／ｃｍ3以下とするべきである。
【００２１】
さらに、流量調節構造体のヤング率とは、密度と同様にこの構造体を構成する材料の縦弾性係数、すなわち応力が印加された方向に対して垂直方向の材料変形の度合いを表す係数であって、この値が大きい程、同じ大きさの応力が印加されても、それに呼応する材料の変形量は小さくなる。流量調節構造体については、このヤング率の値が小さい程、ガラス流量によって構造体に発生する歪み量が大きくなる割合が高くなり、成形する板ガラスの板厚の調整をスムーズに行いにくくなるばかりでなく、構造体の下端保持材との整合性にも支障をきたす場合もあって、流量調節構造体自体の寿命を短くする要因になる場合もあるものである。このため、流量調節構造体のヤング率は、大きければ大きい程良いこととなる。
【００２２】
よって、この流量調節構造体のヤング率は、少なくとも９．８×１０10Ｐａ以上である方がよく、より好ましくは１０．８×１０10Ｐａ以上を有する材料である方がよい。そして、流量調節構造体が６ヶ月以上連続して１０００℃以上の温度域に保持され、密度２．３ｇ／ｃｍ3以上の溶融ガラスを成形するために使用される場合には、流量調節構造体は１１．８×１０10Ｐａ以上のヤング率を有する方がよく、さらに好ましくは１２．７×１０10Ｐａ以上である方がよい。
【００２３】
また、本発明の流量調節構造体に採用する材料としては、溶融するガラス材質にもよるが、必要に応じて適宜複数の材料を選択することができるものである。このような材料は、特に所望の特性を満足するならば限定されるものではないが、具体例を示せば、焼成耐火物として珪石耐火物、粘土質耐火物、高アルミナ質耐火物、炭化珪素質耐火物、クロム質耐火物、マグネシア質耐火物、ドロマイト系耐火物、シリマナイト系耐火物、シアン化合物アルミナ質耐火物、ムライト質耐火物、ジルコニア質耐火物、アランダム質耐火物、不焼成耐火物として黒鉛質煉瓦、炭化珪素黒鉛質耐火物、高アルミナ耐火物、不定形耐火物としてキャスタブル耐火物、プラスチック耐火物、耐火モルタル等が使用でき、また溶融石英耐火物、各種ファイバーボード、不定形耐火物繊維材料、さらに白金等の耐熱貴金属類も使用場所を選択することで使用可能であって、複数の材料の併用が可能である。
【００２４】
また、本発明の板ガラス成形装置は、上述に記載の内容に加えて流量調節構造体の長手方向の寸法が、２．０ｍ以上であることを特徴とする。
【００２５】
ここで、流量調節構造体の長手方向の寸法が、２．０ｍ以上であるとは、本発明の板ガラス成形装置の一部をなす流量調節構造体の長手方向の長さが２．０ｍ以上であることを意味している。ここで、長手方向の長さとは流量調節構造体のみの長さのことである。すなわち、ガラス供給管部は含まず、ガラス供給溝とガラス供給管との接合された箇所より反対側の端面までの長さを意味している。
【００２６】
本発明の板ガラスの成形装置は、前述したように大型の板ガラスを生産する装置であるが、具体的にその板ガラスの厚みが０．５〜１．５ｍｍであって、板ガラスの幅が２〜４ｍに適応するものであって、密度２．２〜２．６ｇ／ｃｍ3の板ガラスをオーバーフローさせて成形するために必要となる流量調節構造体としての強度や経時的な耐久性等を考慮するならば、流量調節構造体のガラス供給溝の幅方向寸法、すなわち厚さに相当する長さに対して長手方向の長さが１８倍以下であることが好ましい。
【００２７】
すなわち、流量調節構造体の厚さに相当する長さに対して長手方向の長さが１８倍より大きくなると、構造体自体に長手方向のたわみが発生し易くなり、６ヶ月以上の長期間の生産を実現することは困難となる虞が高くなる。そして流量調節構造体の厚さに相当する長さに対しての長手方向の長さの比率は、厚さを固定して長手方向長さが長くなる場合、長手方向長さを固定して厚さが短くなる場合、さらに厚さも長手方向長さも変化させた場合のいずれの場合であっても、流量調節構造体の厚さに相当する長さに対して長手方向の長さの比率が１８倍以下であることが好ましい。さらに、長期的により安定した強度を維持できる流量調節構造体であるためには、好ましくは流量調節構造体の厚さに相当する長さに対して長手方向の長さが１６倍以下であるほうがよい。
【００２８】
また、本発明の板ガラスの成形方法は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性のガラス板製造装置を使用してガラス板を成形する板ガラスの成形方法において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなる板ガラス成形装置を使用してガラス板を成形することを特徴とする。
【００２９】
ここで、流量調節構造体の長手方向の両端にある側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなる板ガラス成形装置を使用してガラス板を成形するとは、溶融ガラスを板ガラスに成形する流量調節構造体と流量調節構造体に流入する溶融ガラスの両方を支える位置が少なくとも流量調節構造体の長手方向側に位置する２つの側面の下半分の一部を含む箇所であって、その２カ所を支持された状態で溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給し、両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する成形方法であることを意味している。
【００３０】
また、本発明を適用できるガラス材質としては、特に限定されるものではないが、好適なものとしては、ＬＣＤ、ＰＤＰ、ＦＥＤ等の情報表示用ディスプレイに使用される板ガラス、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子用途のカバーガラスとして利用される板ガラス、レーザーダイオードの窓として利用される板ガラス、光学フィルター用途の板ガラス、ハードディスク等の磁気ディスクや光ディスク等の情報記録用板ガラス、センサー用基板ガラス、薄膜太陽電池用基板ガラス等の高い表面精度を必要とする板ガラスの製造装置として使用することが可能である。
【００３１】
【作用】
以上のように本発明の板ガラス成形装置は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性の板ガラス製造装置において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなるため、流量調節構造体の最下端の中央が変形したり割れたりすることなく、高温状態で長期間安定した寸法品位を有する薄板ガラスの生産を行うことができるものである。
【００３２】
さらに、本発明の板ガラス成形装置は、流量調節構造体は、密度が３ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であるため、長期的に溶融ガラスを流下しながら寸法精度の高い薄板ガラスを製造し続けることを可能とする基本的な構造特性を満足するものである。
【００３３】
また、本発明の板ガラス成形装置は、流量調節構造体の長手方向の寸法が、２．０ｍ以上であるため、大型の薄板ガラスを偏肉や表面うねり等によって表面品位を損なうことなく効率的に高速生産することが可能となるものである。
【００３４】
また、本発明の板ガラスの製造方法は、上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性のガラス板製造装置を使用してガラス板を成形する板ガラスの成形方法において、前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなるため、板ガラスの寸法精度を維持し続けるために行われる温度条件等の変更や付随する設備、装置の拡充、増補等の対処が不要であって、高精度な寸法を有する板ガラスの良品率向上を実現できる効率的な成形方法である。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の板ガラス製造装置について、その実際の形態の一例を以下に説明する。
【００３６】
（実施例１）図１に本発明の板ガラスの成形装置である流量調節構造体１０の平面図を示す。ガラス溶融炉のフィーダー等で均質化された溶融ガラスは、溶融ガラス供給管１１から流量調節構造体１０のガラス供給溝１２に流れ込む。そしてそのガラス供給溝１２の両側の頂部よりオーバーフローした溶融ガラスは、流量調節構造体１０の両側面１３に沿って流下し、流量調節構造体１０の下端１８で合流することによって１枚の板ガラスに成形される。そして、本発明の流量調節構造体１０は、その長手方向の両端にある傾斜面１０ａ、１０ｂから台形部材１４によって支持されており、台形部材１４は耐熱性板部材１５を介して、長手方向の一方側を歯止め部材１６で保持され、長手方向の他方側をエアシリンダー等の加圧装置１７によって押圧されて支保されている。
【００３７】
そして加圧装置１７は、流量調節構造体１０そのものの自重と溶融ガラスによって生じる負荷に耐え、しかも流量調節構造体１０の微細なクリープによる変位や温度条件による膨張によって生じる変動を計測に基づいて補正できるように設計されており、耐熱性板部材１５は、耐熱性であれば特に限定されるものではないが、ここでは耐熱性金属材料の板が採用されている。
【００３８】
また、流量調節構造体１０の長手方向の両端傾斜面１０ａ、１０ｂを支持している台形部材１４と接触している流量調節構造体１０の傾斜面１０ａ、１０ｂの角度αは、垂直に対して０°より大きくかつ４５°以下であるならば支障はないが、ここでは垂直に対して１６°である。また流量調節構造体１０の長手方向の側面部全体の高さに対するこの傾斜面１０ａ、１０ｂの高さは、１０％以上の範囲であれば支障はないが、ここでは、６０％である。
【００３９】
（実施例２）次いで発明者が行ったモデル装置による調査について説明する。ここで行った調査は、流量調節構造体の長手方向両側傾斜面の傾斜角度α等の形状を変更して、その効果について確認をおこなうものである。すなわち、ジルコン耐火物製（密度４．０ｇ／ｃｍ3、ヤング率１４．２×１０10Ｐａ）の板ガラス成形装置の１０分の１サイズの形状モデルを製作して、１２００℃の高温状態にて大気雰囲気中で８ヶ月間保持し、初期形状からの変形等の異常発生が認められないかについての比較調査を実施した。その結果を図２によって説明する。試験に使用したのは、図２（Ａ）〜（Ｄ）の４種類の流量調節構造体１０であって、（Ａ）は本発明の流量調節構造体１０であって、流量調節構造体１０の長手方向両側傾斜面１０ａ、１０ｂの傾斜角度αは１８°である。そして（Ｂ）も本発明の流量調節構造体１０であって、流量調節構造体１０の長手方向両側傾斜面１０ａ、１０ｂの傾斜角度αを４５°より大きい５４°に設定したものである。また比較例として調査した（Ｃ）は、この流量調節構造体の長手方向両側面の傾斜角度αを０°にしたものである。さらに比較例の（Ｄ）については、流量調節構造体の長手方向両側面の傾斜角度αは（Ａ）同様の１８°であるが、流量調節構造体の長手方向の側面部全体の高さＨに対するこの傾斜面の高さＬが８．２％となっているものである。
【００４０】
調査は間接加熱電気抵抗炉を利用して、流量調節構造体の上部に５００Ｋｇの耐火物を乗せ、荷重を加え続けながら構造体長手方向からも加圧した状態で保持し、流量調節構造体に認められる変化を調査することによって、長期的な耐久性に関して充分な機能を有するかどうかを評価した。その結果、試料（Ａ）については、８ヶ月後に電気炉より取り出した流量調節構造体の形状や外観等を調査したところ全く問題の認められないことが判明した。
【００４１】
一方、試料（Ｂ）は傾斜角度αが４５°より大きい試料であるが、電気炉から取り出したところ、当初設定した位置から流量調節構造体１０の長手方向の一方がやや浮き上がったような状態となっており、実際の生産にこの形状を採用すると経時的に長手方向からの加圧力を調節するなどの細かい対応をしなければならなくなる等の問題点が発生する可能性が高いといった弱点が認められた。このため、試料（Ｂ）は、本発明として採用できるが、より好ましくは試料（Ａ）のように４５°以下の傾斜角度αに設定するべきであることが判明した。また、試料（Ｃ）については、傾斜角度αが０°の試料であるが、８ヶ月の経過後の調査によって、流量調節構造体１０の下端１８の箇所のゆがみが認められ、長期的な使用には耐えられないものであることが確認できた。さらに試料（Ｃ）については、８ヶ月経過後の試料の観察によって、流量調節構造体１０の側面部にクラックＣが認められた。このことから、流量調節構造体の長手方向の側面部全体の高さＨに対するこの傾斜面の高さＬが８．２％であって１０％未満であることから、構造的に過度な負荷が加わる結果、流量調節構造体を構成するジルコン製耐火物に剪断応力が横方向に作用してクラックＣが形成されたものと推測できた。
【００４２】
以上のように、本発明の流量調節構造体は、８ヶ月間の保管条件に耐えうるものであるが、それ以外の試料（Ｃ）及び試料（Ｄ）については、無理のある構造体となっていることが確認できた。
【００４３】
（実施例３）以上のような結果を踏まえ、さらに実際の溶融炉での構造体の評価と成形した薄板ガラスの性能評価を実施した。この調査には実際の溶解室で溶融した溶融ガラスを利用して無アルカリガラスの薄板ガラス成形をおこない、その性能に関する比較調査を実施した。調査には、図２（Ａ）のような構造を有する流量調節構造体１０を採用して、約１２ヶ月の試験的に板ガラスの成形をおこなった。
【００４４】
その結果、流量調節構造体１０を備えた本発明の板ガラス成形装置を利用することによって、約１２ヶ月の間、うねりや偏肉等の寸法精度に支障のない、薄板ガラスの成形を実現することが可能となり、この試験期間の良品率は従来より３％も向上した。
【００４５】
さらに、板ガラス製造後の流量調節構造体１０について、装置下端部の性状、寸法の調査を行うと、装置下端部１８の中央位置は、製造当初の寸法から０．１ｍｍ下方にクリープ変形した状態であり、クラック等の異常も認められなかった。これに対して従来形状の板ガラス成形装置を使用すると、同条件で生産された場合には、装置下端部中央位置は１５〜２０ｍｍの変形量であって、製造終期には、板ガラスの表面うねりが大きくなるという問題が認められ、しかも下端の先端部にクラックも発生した。この様に、本発明の板ガラス製造装置を採用し、成形を行うことによって、板ガラス成形品位が向上し、長期に亘って安定した寸法精度を有する板ガラスの製造が可能となることが判明した。
【００４６】
【発明の効果】
上述のように本発明の板ガラス成形装置は、流量調節構造体の最下端の中央が変形したり割れたりすることなく、高温状態で長期間安定した寸法品位を有する薄板ガラスの生産を行うことができるものであるため、大型表示デバイスに対応する大型薄板ガラスの成形を確実に実現することが可能であって、高性能な表示デバイスに搭載することのできる高精度な表面を有する板ガラスを市場に潤沢に供給することによって、情報産業のさらなる発展に大きく寄与するものである。
【００４７】
さらに、本発明の板ガラス成形装置は、長期的に溶融ガラスを流下しながら寸法精度の高い薄板ガラスを製造し続けることを可能とする基本的な構造特性を満足するものであるため、高い寸法精度以外にも、高い化学的耐久性等を有し、さらに構造欠陥等の許されない高品位薄板ガラスを生産するために好適な装置であって、この装置によって製造された薄板ガラスは、広範囲の用途の開拓が可能となるものである。
【００４８】
また、本発明の板ガラス成形装置は、偏肉や表面うねり等によって表面品位を損なうことなく大型の薄板ガラスを効率的に高速生産することが可能となるものであるために、高性能な大型の表示装置用途の薄板ガラスの生産原価の低減と必要充分な数量の生産を実現することによって、大型表示装置用薄板ガラスを必要とする分野への薄板ガラスの供給を滞りなく行うことができるものである。
【００４９】
また、本発明の板ガラスの成形方法は、流量調節構造体のクリープ変形に対応して板ガラスの寸法精度を維持し続けるために行われる温度条件等の変更や付随する設備、装置の拡充、増補等の対処が不要であり、高精度な寸法を有する板ガラスの良品率向上を実現できる効率的な成形方法であるため、表面精度等の高度な性能を必要とする表示デバイス用途で利用される無アルカリガラス等が採用される液晶用板ガラスの製形方法として、特に好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の板ガラス成形装置についての流量調節構造体の部分平面図。
【図２】板ガラス成形装置の流量調節構造体の説明図であって、（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例を示す平面図、（Ｃ）、（Ｄ）は本発明の比較例を示す平面図。
【図３】従来の板ガラス成形装置の斜視図。
【図４】従来の板ガラス成形装置の平面図。
【符号の説明】
１０ 本発明のガラス板成形装置の流量調節構造体
１０ａ、１０ｂ 傾斜面
１１ 溶融ガラス供給管
１２ 流量調節構造体のガラス供給溝
１３ 流量調節構造体の側面部
１４ 流量調節構造体の台形支持部材
１５ 耐熱性板部材
１６ 耐熱性歯止め材
１７ 加圧装置
１８、２３ 流量調節構造体の下端
２４ 支持台
２５ 貫通穴
α 流量調節構造体の長手方向の側面にある傾斜面の垂直に対する傾斜角
Ｈ 流量調節構造体の高さ
Ｌ 流量調節構造体の長手方向の傾斜側面部の高さ
Ｃ クラック
Ｇ 板ガラス
Claims (4)
- 上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性の板ガラス製造装置において、
前記流量調節構造体の長手方向の両端にある側面は、少なくともその下部が下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなることを特徴とする板ガラス成形装置。 - 流量調節構造体は、密度が３ｇ／ｃｍ3以上で、かつヤング率が９．８×１０10Ｐａ以上であることを特徴とする請求項１記載の板ガラス成形装置。
- 流量調節構造体の長手方向寸法が、２．０ｍ以上であることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の板ガラス成形装置。
- 上部が開口した樋形状の溶融ガラス供給溝を頂部に有し、ガラス供給溝の両側壁頂部をオーバーフローの堰とし、両側壁の外面部を断面が略楔形となるように下方へ向けて接近させた溶融ガラスの流量調節構造体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部よりオーバーフローさせ、両側壁外面に沿って流下させて略楔形下端で合流した１枚のガラス板を成形する耐火性のガラス板製造装置を使用してガラス板を成形する板ガラスの成形方法において、
前記流量調節構造体の長手方向の両側側面が、少なくともその下部は下方へ向けて接近させた対向する傾斜面になっており、対向する該傾斜面を側方から各支持体により中央に向けてそれぞれ押圧支持してなる板ガラス成形装置を使用してガラス板を成形することを特徴とする板ガラスの成形方法。
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