JP4281107B2

JP4281107B2 - 板ガラスの成形装置

Info

Publication number: JP4281107B2
Application number: JP2003111073A
Authority: JP
Inventors: 幸司西村
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2004315286A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は板ガラスの成形装置に関し、特に液晶ディスプレイ基板として使用する板ガラスを成形するのに適したオーバーフローダウンドロー方式の板ガラスの成形装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にオーバーフローダウンドロー方式のガラス板の成形装置は、図２に示すように、上面が開口した樋形状をなすガラス供給溝１ａを頂部に有し、このガラス供給溝１ａの両端壁頂部を溢流堰１ｂ、１ｂとし、かつ両側壁の外面１ｃ、１ｃ同士を下方に向けて相互に接近させて下端１ｄで終結させた成形体１を備えている。そして供給パイプ２により溶融ガラス３をガラス供給溝１ａの一端から連続的に供給すると、ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅから溢流し、さらに両側壁の外面１ｃ、１ｃ上を流下して下端１ｄで融合し、これを下方に引き延ばすことによって板ガラス４が成形される。こうして得られる板ガラス４は、その表面が溶融時の自由溶融表面に相当するため、高い平滑性を有し、しかも均一な肉厚を有するため、液晶ディスプレイパネルのガラス基板として好適である。
【０００３】
従来から、上記成形体の全長Ｌは、生産しようとする板ガラス４の幅によって決定され、また全高Ｔは、液体力学に基づいて設計されたガラス供給溝１ａと、溶融ガラス３が良好に流動する両側壁の外面１ｃ、１ｃが形成できるように決定され、さらに全幅Ｗは、液体力学に基づいて設計されたガラス供給溝１ａの大きさによって決定され、例えば特許文献１には、長さ８００ｍｍ、高さ１９０ｍｍの成形体が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２６０２３８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら特許文献１に示された成形体は、その長さが短いため、液晶ディスプレイパネルメーカーの要求を満足させることが困難となってきている。すなわち液晶ディスプレイパネルメーカーでは、ガラスメーカーで成形された板ガラス（素板）の上に複数個のデバイスを作製した後、デバイス毎に分割切断して製品とすることによって、生産性の向上、コストダウンを図っている。近年、ＴＶやパソコンのモニター等の用途においては、デバイスそのものに大型のものが要求されており、これらのデバイスを多面取りするために、１０００×１２００ｍｍといった大面積の板ガラス製品が要求されている。
【０００６】
このような大面積の板ガラス製品を製造するためには、成形体の長さを１５００ｍｍ以上の長さにすることが必要である。ところが、この種の成形体は、溶融ガラスに対して耐食性のある耐火物から作製されるため重量が大きく、その両端が支持レンガで支持されるように設置されている。そして高温下において、溶融ガラスの荷重と成形体の自重、さらに下方で板ガラスを牽引するローラーから印加される応力が、成形体に経時的に加わる結果、成形体が下方に撓んで変形する、所謂クリープ変形と呼ばれる現象が生じる。
【０００７】
そして成形体が許容範囲を越えてクリープ変形すると、ガラス供給溝の両側壁頂部稜線も下方に撓んで、大きな曲線状となり、ここから溢れる溶融ガラスの量は、成形体の長さ方向の中央領域が多く、両端領域では少なくなる。その結果、成形される板ガラスは、中央領域が厚く、両端部が薄くなり、肉厚が不均一となる。
【０００８】
本発明の目的は、長さが１５００ｍｍ以上でありながら、クリープ変形が小さいため、長時間に亘って肉厚の均一な板ガラスを成形することが可能なオーバーフローダウンドロー方式の板ガラスの成形装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、数々の実験を繰り返した結果、オーバーフローダウンドロー方式で使用する成形体の全長を長くすると、クリープ変形が起こりやすくなるが、成形体の全長と高さの比率を一定値以上に規制することによってクリープ変形を抑えることができることを見いだし、本発明を提案するに至った。
【００１０】
すなわち本発明の板ガラスの成形装置は、上面が開口した樋形状をなすガラス供給溝を頂部に有し、このガラス供給溝の両端壁頂部を溢流堰とし、かつ両側壁の外面同士を下方に向けて相互に接近させて下端で終結させた成形体を備え、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稜線から溢流させ、両側壁外面を流下させて下端で融合させて板ガラスを成形する板ガラスの成形装置において、上記成形体は、全長Ｌが１５００〜２７００ｍｍであり、全長Ｌと全高Ｔの比率Ｔ／Ｌが０．３〜０．３５であることを特徴とする。
【００１１】
また本発明における成形体は、全幅Ｗが２１０〜２４０ｍｍであることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明で使用する成形体は、全長Ｌが１５００〜２７００ｍｍであるが、全長Ｌと全高Ｔの比率Ｔ／Ｌが０．３〜０．３５であるため、流体力学的に決定されるガラス供給溝の形状やガラスが流下する側壁を無理なく形成できる条件を満たしつつ、大面積の板ガラスを作製でき、しかもクリープ変形を最少限度に抑えることができる。
【００１３】
すなわち、成形体が短すぎると、例えば１０００×１２００ｍｍ程度の大面積の板ガラスを成形することが困難となり、また長すぎると、クリープ変形を抑えることが困難となるため、その全長Ｌは、１５００〜２７００ｍｍ、好ましくは１９００〜２６００ｍｍに規制するべきである。また全長Ｌと全高Ｔの比率Ｔ／Ｌが０．３より小さいと、クリープ変形が大きくなり、０．３５より大きいと、クリープ変形は小さくなるが、成形体が巨大になり、その製造作業や据付作業が困難となる。Ｔ／Ｌの好ましい比率は、０．３１〜０．３４である。
【００１４】
また成形体の全幅Ｗを小さくするほど、クリープ変形が小さくなるため、２１０〜２４０ｍｍに規制することが好ましい。すなわち成形体の全幅Ｗが、２１０ｍｍより小さいと、ガラス供給溝の大きさが制限され、実用的なガラス流量を得ることが困難となり、２４０ｍｍより大きいと、クリープ変形が大きくなりやすい。尚、本発明における成形体の全長Ｌとは、長手方向の最大長さのことであり、全高Ｔとは、供給パイプに近接する両側壁頂部稜線から下端までの長さのことであり、全幅Ｗとは、両側壁頂部稜線の最大幅のことを意味する。成形体の全幅のより好ましい値は、２１５〜２３５ｍｍである。
【００１５】
本発明で使用する成形体の材料としては、耐熱性や高強度を有する焼成耐火物、不焼成耐火物、不定形耐火物等が適当である。焼成耐火物としては、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等が使用できる。不焼成耐火物としては、黒鉛質煉瓦、炭化珪素黒鉛質耐火物、高アルミナ耐火物等が使用できる。不定形耐火物としては、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る。また、これらの材料以外にも、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を使用することができ、さらに白金、白金合金等の耐熱貴金属類も使用場所を選択して併用できる。
【００１６】
また成形体は、高密度を有する材料から作製することが好ましい。すなわち成形体の密度が高いほど、構造的な欠陥が少なく、その結果として長期間に亘って高温下での使用に耐え得る成形体が得られるからである。よって成形体の密度は、好ましくは３．０ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは３．４ｇ／ｃｍ^３以上である。さらに１５００℃以上の高温下で成形体が使用される場合には、密度が３．６ｇ／ｃｍ^３以上であることが望ましく、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／ｃｍ^３以上であることが望ましい。ただし成形体の密度が大きくなりすぎると自重が大きくなりすぎ、成形体を支持するのが困難となるため、１０ｇ／ｃｍ^３以下に規制するべきである。
【００１７】
さらに成形体は、高ヤング率を有する材料から作製することが好ましい。ヤング率とは、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り、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。よって成形体のヤング率が高い程、成形体の変形が小さくなり、成形する板ガラスの肉厚の調整が行いやすくなる。よって成形体のヤング率は、好ましくは９．８×１０^１０Ｐａ以上、より好ましくは１０．８×１０^１０Ｐａ以上である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の板ガラスの成形装置を詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施例を示す説明図である。成形体１は、溶融ガラス３に対して耐蝕性のあるジルコン質耐火物（密度４．０ｇ／ｃｍ^３、ヤング率１４．２×１０^１０Ｐａ）から形成され、一様な溝幅で上面が開口した断面Ｖ字形樋形状のガラス供給溝１ａを頂部に持ち、このガラス供給溝１ａの両側壁頂部を溢流堰１ｂ、１ｂとし、かつ両側壁の外面１ｃ、１ｃを下方に向けて相互に接近させて下端１ｄで終結させた形状を有している。この成形体１の大きさは、全長Ｌが１９００ｍｍ、全高Ｔが６１０ｍｍ、Ｔ／Ｌが０．３２、全幅Ｗが２２０ｍｍであり、その両端が支持レンガ５で支持されるように設置されている。
【００２０】
上記ガラス供給溝１ａの始端部側Ｓには、溶融ガラス３を供給するための供給パイプ２が接続され、まず溶融ガラス３が始端部側Ｓに供給され、終端部側Ｅに向けて流れるようになっている。またガラス供給溝１ａの底面となる流路床１ｆは、溶融ガラス３の流れ方向の始端部側Ｓで低く、終端部側Ｅで高くなるように勾配が付けられている。
【００２１】
また両側壁の外面１ｃ、１ｃ同士が交わる下端１ｄは、両側壁の外面１ｃ、１ｃを流下した各々の溶融ガラス３が泡等を介在させることなく融合して１枚の板ガラス４になるように尖った形状にされている。ガイド１ｇ、１ｇは、白金またはその合金からなり、成形体１のガラス供給溝１ａ、両側壁の外面１ｃ、１ｃ及び下端１ｄの各々の両端部に配置され、溶融ガラス３の流下する幅を規定する作用を有している。
【００２２】
次に、上記の装置を使用して板ガラスを成形する方法の一例を説明する。
【００２３】
まず、ガラス溶融窯（図示省略）で無アルカリガラス（日本電気硝子社製ＯＡ−１０）を溶融し、この溶融ガラス３を供給パイプ２から成形体１のガラス供給溝１ａに供給して、始端部側Ｓから終端部側Ｅに向けて流し、ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅから溶融ガラス３を溢れさせた。成形体１の両側壁の外面１ｃ、１ｃ上を流れる溶融ガラス３は、均一な厚さとなった。この溶融ガラス３を、成形体１の両側壁の外面１ｃ、１ｃ上を流下させ、成形体１の下端１ｄで各溶融ガラス３を融合させ、下方に設けたローラー対等の牽引手段（図示省略）により引き延ばすことによって板ガラス４を成形した。この板ガラス４の製造を１年間継続したところ、成形体１のクリープ変形は小さく、全工程を通して得られる板ガラス４の肉厚は均一であった。
【００２４】
これに対し、比較例として、全長Ｌが１９００ｍｍ、全高Ｔが５００ｍｍ、Ｔ／Ｌが０．２６、全幅が２５０ｍｍの成形体を使用し、その他の条件は実施例と同じ条件で板ガラスを成形した。この装置の場合も、成形体の両側壁の外面上を流れる溶融ガラスは、均一な厚さとなり、得られる板ガラスの肉厚は均一であったが、１０ヶ月経過した頃からクリープ変形の影響が顕著となり、肉厚分布が悪化し、装置の更新を余儀なくされた。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の板ガラスの成形装置は、オーバーフローダウンドロー方式の成形体の長さＬが１５００ｍｍ以上でありながら、ガラス供給溝の形状やガラスが流下する側壁を無理なく形成できる条件を満たしつつ、大面積の板ガラスを作製でき、しかもクリープ変形を最少限度に抑えることことができるため、長期にわたって肉厚分布のよい板ガラスを製造することが可能である。そのため高い表面精度と均一な厚みが要求される液晶ディスプレイ基板を始めとして、ＰＤＰ、ＦＥＤ等のフラットディスプレイに使用される板ガラス、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子やレーザーダイオードの窓ガラスとして使用される板ガラス、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を成形する装置として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る板ガラスの成形装置を示す説明図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
【図２】オーバーフローダウンドロー方式の板ガラスの成形装置を示す要部概略斜視図である。
【符号の説明】
１成形体
１ａガラス供給溝
１ｂ溢流堰
１ｃ両側壁の外面
１ｄ下端
１ｅ両側壁頂部稜線
２供給パイプ
３溶融ガラス
４板ガラス
５支持レンガ
Ｓガラス供給溝の始端部側
Ｅガラス供給溝の終端部側

Claims

上面が開口した樋形状をなすガラス供給溝を頂部に有し、このガラス供給溝の両端壁頂部を溢流堰とし、かつ両側壁の外面同士を下方に向けて相互に接近させて下端で終結させた成形体を備え、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稜線から溢流させ、両側壁外面を流下させて下端で融合させて板ガラスを成形する板ガラスの成形装置において、上記成形体は、全長Ｌが１５００〜２７００ｍｍであり、全長Ｌと全高Ｔの比率Ｔ／Ｌが０．３〜０．３５であることを特徴とする板ガラスの成形装置。
成形体は、全幅Ｗが２１０〜２４０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の板ガラスの成形装置。