JP4369695B2 - 結晶化ガラスの連続成形装置 - Google Patents
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- C03B32/02—Thermal crystallisation, e.g. for crystallising glass bodies into glass-ceramic articles
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルター、あるいはイメージセンサー用基板等のハイテク製品用基板、電子部品焼成用セッター、電磁調理用トッププレート、光部品、電子レンジ用棚板、防火戸用窓ガラス、石油ストーブ、薪ストーブの前面窓、建築用等の材料として、広く使用されている結晶化ガラスを、ガラス原料から連続的に成形加工する結晶化ガラスの連続成形加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶化ガラスは通常のガラスに比して、熱膨張係数が低く、機械的強度が高いことから、近年、上述したような各分野に使用されてきている。このような結晶化ガラスにおいては、ガラスから微細な結晶を析出させるために、ガラス原料中に結晶核の生成を促進する核形成成分を添加しておくことが必要である。従って、結晶化ガラスを製造する場合、前記核形成成分の添加効果を確実にするため、原料の前溶解等の工夫がなされ、溶解されたガラスを板状にした後、結晶化熱処理を施されるという工程で製造されるのが一般的である。
【０００３】
図４及び図５は、従来の、結晶化ガラスを製造する工程の一例を示すものである。これらの図において符号１は溶解装置を示す。この溶解装置１で溶解されたガラス原料は、フォーアハース２で溶融ガラスの粘度を調整した後、成形用ロール３に供給され、このロール３で板状に形成される。ロール３によって形成された板状ガラスは徐冷炉４に輸送され、この徐冷炉４によってアニールされて歪が除去されるとともに、ガラスの均一化がなされる。
【０００４】
次いで、アニールされた板状ガラスは、次工程である切断工程５に輸送され、この切断工程５で所定寸法に切断されて、板状ガラス６になる。これら板状ガラス６は一時的に棚積され、７のようになる。一時的に棚積された板状ガラス６が一定量になると、離れた結晶化処理炉８に搬送され、結晶化処理炉８内で板状ガラス６の結晶化が行われる。結晶化が終了した板状ガラス９は一時的棚に積まれ、１０のようになる。この後、離れた二次加工工程に搬送され、厚み研削や表面研磨が施されて製品となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２９５８１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の結晶化ガラスの製造工程では、工程の大部分が別々の単位工程として成り立っている、即ち、切断工程５で所定寸法に切断されてなる板状ガラス６は、切断工程５から離れた位置にある結晶化処理炉８に搬送されて結晶化がなされるので、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化するのが困難であり、品質の安定性も不十分であるといった問題がある。
また、従来の製法は、成形時に硝子リボンに働く力によって以下に述べる問題が生じ易い。即ち、硝子溶融炉から支持体上に流下された硝子リボンの搬送方向（長手方向）では、成形装置の下流側に配置された搬送ローラやピンチローラにより硝子リボンに引っ張り張力が与えられるが、この引っ張り張力により、硝子リボンの上流側が支持体から浮き上がってしまうという問題がある。この浮き上がった硝子リボン部分は、支持体に支持されずに空中を飛ぶようになるため、硝子リボンの形状が不安定になると共に、硝子リボンに皺や凹凸になり易いという欠点がある。そして、硝子リボンの搬送が不安定になり蛇行等の原因になるという欠点もある。（特許文献１）
そして、結晶化ガラスには、核形成成分添加しているので、溶融ガラスの温度が低くなると失透しやすいという性質を持っているのは周知のことである。実際の生産工程において、フォーアハース２から流出して、成形ロール３に導入される前、溶融ガラスの温度が低くなると、失透しやすい。失透し始まった溶融ガラスの失透量は、時間の経過に従って増加する。溶融ガラス失透量の増加に従って、成形ロール３での成形加工が段々難しくなり、終に成形が出来なくなって、成形作業を中止せざるをえない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、原料溶解から直ちに所定形状に成形加工し、付形するとともに結晶化処理工程も連続化することにより、上述した課題を一挙に解決することが出来る結晶化ガラスの連続成形加工装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、ガラスの原料を溶解する溶解装置と、この溶解装置に接続されて、溶解装置で溶解された溶融ガラスを導入する調整装置と、調整装置から流出した溶融ガラスを失透防止装置を通過して、帯状板に圧延成形するロールアウト装置と、このロールアウト装置の後段に設けられて帯状板ガラスを結晶化させる結晶化装置と、この結晶化装置の後段に設けられて、帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置と、を具備してなることを特徴とする結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【０００９】
請求項２の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、請求項１において、調整装置は、溶融ガラスを均質化する均質化装置と、溶融ガラスの粘度を制御する粘度制御装置と、溶融ガラスの液面を制御する液面制御装置とからなり、均質化装置が、溶融ガラスを攪拌する装置を備え、粘度制御装置が溶融ガラスを加熱する加熱装置を備え、液面制御装置が、溶解装置から調整装置に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号をガラス原料を投入するガラス原料投入装置にフィードバックして、溶解装置に投入される原料投入量を補正するようにした結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【００１０】
請求項３の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、請求項１または請求項２において、ロールアウト装置と、結晶化装置との間に、ロールアウト装置から帯状に成形された板状ガラスを押える押えロールを備えた結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【００１１】
請求項４に記載の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、結晶化装置が、帯状板ガラスをガラス転移点近傍の温度に維持する保温領域と、この保温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第１昇温領域と、この第１昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する核形成領域と、この核形成領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第２昇温領域と、この第２昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持する結晶成長領域と、この結晶成長領域の後段に位置し、帯状結晶化ガラス板の歪を除去するアニール領域と、により構成されている結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【００１２】
【作用】
請求項１及び請求項２に記載の結晶化ガラスの連続成形加工装置にあっては、ガラス原料が溶解装置で溶解され、この溶融ガラスが粘度制御装置と液面制御装置によって所定流速で失透防止装置を通過して、ロールアウト装置に導入され、圧延成形されて帯状板ガラスとなり、この帯状板ガラスを直接連続的に自動的に結晶化装置に輸送され、この結晶化装置によって結晶化させる。結晶化された帯状結晶化ガラス板を直接連続的に自動的に切断装置に輸送され、この切断装置によって所定の長さに自動的に切断される。つまり、原料溶解から切断までの工程が連続的に自動的に行われる。
【００１３】
請求項３の結晶化ガラスの連続成形加工装置にあっては、ロールアウト装置から帯状に成形された板状ガラスの表面は、押えロールによって平らなロール面を形成する。
【００１４】
請求項４の結晶化ガラスの連続成形加工装置にあっては、結晶化装置を、保温領域、第１昇温領域、核形成領域、第２昇温領域、結晶成長領域、アニール領域の６つの領域によって構成することによって、ガラスの結晶化に必要とされる熱処理サイクルを実現して、ガラスの結晶化を連続的に自動的に行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置の一実施例を説明する。図１において符号１１は溶解装置を示す。この溶解装置１１は、ガラス原料を溶解する装置で、ガラス原料の溶解、清澄、均質化までの機能を持った間欠式の間欠炉または、各々の機能をユニット型に連結した連結式の連結炉の少なくとも一方を有する装置である。
【００１６】
この溶解装置１１には、溶解された溶融ガラスの均質度と粘度と液面を調整するフォーアハース１２が溶解装置１１に接続されている。このフォーアハース１２は溶解装置１１で溶解された溶融ガラスを清澄、均質化する機能を持つとともに、ガラスの粘度と液面高さを調整する機能を持つ装置である。１２ａは液面制御装置であり、液面制御装置が、溶解装置から調整装置に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号を溶解装置にガラス原料を投入するガラス原料投入装置にフィードバックして、ガラス原料投入量を補正するようにしたことによって液面高さを所定の値に調節するようになっている。１２ｂは撹拌装置であり、撹拌装置が溶融ガラスを均質するように撹拌する。１２ｃは発熱体で、１２ｄは熱電対であり、１２ｃ、１２ｄによって溶融ガラスの温度を調節して、溶融ガラスの粘度を所定の値に調節するようになっている。
【００１７】
前記フォーアハース１２の後段には、フォーアハース１２から流出した溶融ガラスの失透を防止するための失透防止装置１３がフォーアハース１２に接続されている。失透防止装置１３は、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから構成される。１３ａはフォーアハース１２から流出した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４に導入される前の溶融ガラスを所定温度に維持する保温装置である。１３ｂはフォーアハース１２から流出した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４にスムースに導入できるもので、リップとよばれている。１３ｃはリップを支持するサポーターであるとともに、１３ｄは発熱ユニットで、サポーター１３ｃを貫通しており、この発熱ユニット１３ｄによってサポーター１３ｃとリップ１３ｂとを加熱する装置である。なお、加熱方法はこれに限ることはなく、すべてのサポーターとリップとを加熱する方法を含む。保温装置１３ａの保温と発熱ユニット１３ｄの加熱によってフォーアハース１２から流出した溶融ガラスがロールアウト成形装置１４に導入される前の溶融ガラスを所定温度に維持することによって溶融ガラスの失透を防止する。
【００１８】
前記失透防止装置１３の後段には、前記フォーアハース１２から流出して失透防止装置１３を通過した溶融ガラスを帯状の板に圧延加工するロールアウト成形装置１４が設けられている。このロールアウト成形装置１４は、上下ローラ１４ａ、１４ｂと冷却水箱１４ｃによって構成される。ローラは、市販で、耐熱性、耐熱衝撃性、高温強度、耐ヒートクラック性に優れている材料で作られたものである。前記溶融ガラスはフォーアハース１２の先端の出口から溶融ガラスが所定流速で失透防止装置１３を通過して、ロールアウト成形装置１４の上下ローラ１４ａと１４ｂの間に導入され、溶融ガラスを帯状板に圧延成形され、冷却水箱１４ｃで帯状板の形状を維持し、さらに、押さえローラ１６によって、平らな帯状板ガラスＡとなる。フォーアハース１２の先端の出口から失透防止装置１３を通過した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４の上下ローラ１４ａと１４ｂの間に導入される流速は１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのコントロールによって制御できる、そして、流速の制御によって帯状板ガラスの厚さを希望するように成形できる。
【００１９】
前記ロールアウト成形装置１４の後段には、該ロールアウト成形装置１４から成形された帯状板ガラスを輸送する輸送装置１５が設けられている。この輸送装置１５は、数本のローラや耐熱ベルト等の帯状板ガラスを輸送できるものから構成されている。
【００２０】
前記輸送装置１５の上には、ロールアウト成形装置１４から成形された帯状板ガラスを押える押さえローラ１６が設けられている。この押さえローラ１６は、１本乃至数本から構成されている。ローラの材質は、市販されているＪＩＳ ＳＵＳ ４１０のような耐熱性に優れた鋼が用いられる。なお、ロールアウト成形装置１４から成形された帯状板ガラスの表面性状によって必ずしも押えロール１６は必要ではなく、省略することも可能である。
【００２１】
前記輸送装置１５の後段には、帯状板ガラスを結晶化させる結晶化装置１７が設けられている。結晶化装置１７は、市販のローラハースキルンであり、加熱ユニット１８と、帯状板ガラスを停滞することなく連続的に結晶化装置（ローラハースキルン１７）内を輸送させる輸送系１９とを主体として構成されており、輸送系１９には耐熱ローラが使用されている。加熱ユニット１８は電気やガス等を使用できる。また、結晶化装置１７内の温度分布は、帯状板ガラスをガラス転移点近傍の温度に維持する保温領域２１と、この保温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第１昇温領域２２と、この第１昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する核形成領域２３と、この核形成領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第２昇温領域２４と、この第２昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持する結晶成長領域２５と、この結晶成長領域の後段に位置し、帯状結晶化ガラス板の歪を除去するアニール領域２６とにより構成されている。ヒートカーブは、図３に示すように、所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスがローラハースキルンの出口方向に輸送されるに従って、各領域が所定温度になるように制御される。また、２１〜２６の各領域の温度を均一にするため、攪拌装置２８を設けている。
【００２２】
前記第１昇温領域２２の後段には、核形成領域２３が設けられている。この核形成領域２３は、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する領域であり、一定温度に保たれ、この領域で帯状板ガラス中に核が形成されるようになっている。核形成はガラス原料中に、例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｆ2等の核形成成分が予め添加されることによって行われるものである。核形成領域２３の後段には、第２昇温領域２４が設けられている。この第２昇温領域２４は核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する領域であり、図３に示すように、所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスが輸送されるに従って、徐々に昇温されるようになっている。
【００２３】
前記第２昇温領域２４の後段には、結晶成長領域２５が設けられている。この結晶成長領域２５は、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持して結晶を成長させる領域であり、一定温度に保たれ、この領域で帯状板ガラス中に結晶を形成するようになっている。結晶成長領域２５の後段には、アニール領域２６が設けられている。このアニール領域２６は、結晶が形成された帯状結晶化ガラス板から残留歪みを除去するとともにガラスの均一化をなす領域であり、図３に示すように、所定の温度勾配が設けられ、帯状結晶化ガラス板が輸送されるに従って、徐々に冷却されるようになっている。
【００２４】
上記構成の各加熱ユニット１８は、それぞれの領域において、輸送ローラ上下の炉の側壁に配設され、各領域ごとに熱電対２０を設けて単独の温度制御が行えるようになっており、その精度も±３℃以下のものである。これによって、結晶化工程の熱処理サイクルを確実に確保することができ、圧延成形された帯状板ガラスの結晶化を容易かつ確実に行うことができる。なお、前記加熱源としては、ＳｉＣ発熱体、カンタルヒータ、ガス等、結晶化温度によって適宜選択される。
【００２５】
上記構成の結晶化装置１７の後段には、切断装置２７が設けられている。この切断装置２７は、結晶化装置１７で結晶化されて完成した結晶化ガラス板Ｂを切断する装置である。この切断装置２７で所定寸法に切断する。切断された結晶化ガラス板Ｃを二次加工工場に搬送されて、二次加工によって完成品となる。
【００２６】
そして、上記構成の結晶化ガラスの連続成形加工装置では、ガラス原料が溶解装置１１で溶解されて溶融ガラスになる。この溶融ガラスが調整装置１２で、その粘度と液面とが調整されて、所定流速で失透防止装置１３を通過し、ロールアウト成形装置１４に導入され、ロールアウト成形装置１４で圧延成形されて帯状板ガラスとなる。成形された帯状板ガラスは、押さえローラ１６によって平らな帯状板ガラスＡになるように制御しながら、結晶化装置１７に直接連続的に自動的に輸送され、この結晶化装置１７によって、順次、保温、第１昇温、核形成、第２昇温、結晶成長、アニール等の工程を経て最終製品に近い帯状結晶化ガラス板Ｂとして結晶化装置１７から輸出される。この帯状結晶化ガラス板Ｂが切断装置２７で所定寸法に切断されて、最終製品に近い板状結晶化ガラスＣとなる。その後、二次加工工場に搬送される。
【００２７】
従って、この実施例の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、原料溶解から結晶化、アニール、切断までの工程を連続的に自動的に行うことができるので、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができる。また、フォーアハース１２に設けてある粘度と液面との制御装置によって所定流速で失透防止装置を通過した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４に導入するとともに、液面制御装置によって、フォーアハース１２を通過する溶融ガラスの液面高さを測定して、液面高さの変化量に対応する信号を原料投入装置にフィードバックして、原料投入量を補正するようにしたので、ロールアウト成形装置１４で成形された帯状板ガラスは、結晶化装置１７による結晶化、アニール、そして、切断装置で切断後、二次加工を行えばよく、従来、成形、アニール、切断後、離れた結晶化装置に搬送して結晶化処理するのような搬送工程を省略することができる。従って、従来の搬送工程に要していた多大の労力を全く必要とせず、このため、製品コストの大幅な低減を図ることができる。
【００２８】
さらに、結晶化装置１７内は、保温領域２１、第１昇温領域２２、核形成領域２３、第２昇温領域２４、結晶成長領域２５、アニール領域２６によって構成されているので、ガラスの結晶化に必要とされる熱処理サイクルを容易に実現することができる。そして、各領域の温度とローラ回転速度とともに各領域ごとに単独制御できるので、昇温、核形成、結晶成長、アニール等の工程で発生するガラスの膨張、収縮を制御でき、平らな帯状結晶化ガラス板を製造することができる。よってロールアウト成形装置１４によって成形された帯状板ガラスの自動化を容易かつ確実に結晶化することができる。
【００２９】
加えて、ロールアウト成形装置１４で成形された帯状板ガラスを速やかに結晶化装置１７内の保温領域２１に直接連続的に自動的に輸送され、ロールアウト成形された帯状板ガラスの温度をガラス転移点近傍の温度に容易に保持することができ、よってロールアウト成形工程から結晶化工程に移る際に、帯状板ガラスに歪が生じることがなく、従来要していた結晶化前のアニール工程を省略することができ、工程の簡略化、コスト低減を図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、ガラス原料を溶解する溶解装置、溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置、溶融ガラスをロールアウト成形するロールアウト成形装置、帯状板ガラスを結晶化する結晶化装置、及び帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置を備えているので、ガラス原料を溶解から結晶化、アニール、切断されるまでの工程を連続的に自動的に行うことができるので、従来要していた結晶化前のアニール工程を省略することができ、工程の簡略化、コスト低減を図ることができる。そして、従来のような切断後の搬送工程を省略することができるから、従来の搬送工程に要していた多大な労力を全く必要とせず、このため、製品コストの大幅な低減も図ることができる。また、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができ、工程管理も極めて容易に行うことができる。
【００３１】
また、請求項２に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、調整装置によって溶融ガラスを均質化し、また溶融ガラスの粘度を制御し、かつ所定流速で溶融ガラスをロールアウト成形装置に送入するとともに、液面制御装置によって、調整装置を通過する溶融ガラスの液面高さを測定して、液面高さの変化量に対応する信号を原料投入装置にフィードバックして、原料投入量を補正するようにしたので、ロールアウト成形装置で成形された帯状板ガラスは、所定の厚さに制御することができ、よって結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができ、工程管理も極めて容易に行うことができる。
【００３２】
さらに、請求項３に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、ロールアウト成形装置で成形された帯状板ガラスを平坦化して結晶化装置に導入することができる。
【００３３】
請求項４に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、結晶化装置が、保温領域、第１昇温領域、核形成領域、第２昇温領域、結晶成長領域、アニール領域の６つの領域によって構成されているので、ガラスの結晶化に必要とされる熱処理サイクルを容易に実現することができる。また、各領域の温度とローラ回転速度とともに各領域ごとに単独制御できるので、昇温、核形成、結晶成長、アニール等の工程で発生するガラスの膨張、収縮を制御でき、平らな帯状結晶化ガラス板等を製造することができる。よってロールアウト成形装置によって成形された帯状板ガラス等の結晶化を連続的に自動的に容易かつ確実に図ることができる。
【００３４】
加えて、ロールアウト成形装置で成形された帯状板ガラスを速やかに結晶化装置内の保温領域に直接連続的に自動的に輸送され、ロールアウト成形された帯状板ガラスの温度をガラス転移点近傍の温度に容易に保持することができ、よってロールアウト成形工程から結晶化工程に移る際に、帯状板ガラスに歪が生じることがなく、従来要していた結晶化前のアニール工程を省略することができ、工程の簡略化、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態の結晶化ガラスの連続成形加工装置による結晶化ガラスの製造工程図である。
【図３】本発明の一実施の形態の結晶化ガラスの連続成形加工装置における結晶化装置の温度勾配を示すグラフである。
【図４】従来の結晶化ガラスの製造工程の一例を示す装置の概略図である。
【図５】従来の結晶化ガラスの製造工程の一例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１１．溶解装置
１２．調整装置
１２ａ．液面制御装置
１２ｂ．撹拌棒
１２ｃ．発熱体
１２ｄ．熱電対
１３．失透防止装置
１３ａ．保温耐火物
１３ｂ．リップ
１３ｃ．サポーター
１３ｄ．発熱体
１４．ロールアウト成形装置
１４ａ．ロールアウト成形装置上側ローラ
１４ｂ．ロールアウト成形装置下側ローラ
１４ｃ．冷却水箱
１５．輸送装置
１６．押さえローラ
１７．結晶化装置
１８．加熱ユニット
１９．輸送系統
２０．熱電対
２１．保温領域
２２．第一昇温領域
２３．核形成領域
２４．第二昇温領域
２５．結晶成長領域
２６．アニール領域
２７．切断装置
２８．攪拌装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラーフィルター、あるいはイメージセンサー用基板等のハイテク製品用基板、電子部品焼成用セッター、電磁調理用トッププレート、光部品、電子レンジ用棚板、防火戸用窓ガラス、石油ストーブ、薪ストーブの前面窓、建築用等の材料として、広く使用されている結晶化ガラスを、ガラス原料から連続的に成形加工する結晶化ガラスの連続成形加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶化ガラスは通常のガラスに比して、熱膨張係数が低く、機械的強度が高いことから、近年、上述したような各分野に使用されてきている。このような結晶化ガラスにおいては、ガラスから微細な結晶を析出させるために、ガラス原料中に結晶核の生成を促進する核形成成分を添加しておくことが必要である。従って、結晶化ガラスを製造する場合、前記核形成成分の添加効果を確実にするため、原料の前溶解等の工夫がなされ、溶解されたガラスを板状にした後、結晶化熱処理を施されるという工程で製造されるのが一般的である。
【０００３】
図４及び図５は、従来の、結晶化ガラスを製造する工程の一例を示すものである。これらの図において符号１は溶解装置を示す。この溶解装置１で溶解されたガラス原料は、フォーアハース２で溶融ガラスの粘度を調整した後、成形用ロール３に供給され、このロール３で板状に形成される。ロール３によって形成された板状ガラスは徐冷炉４に輸送され、この徐冷炉４によってアニールされて歪が除去されるとともに、ガラスの均一化がなされる。
【０００４】
次いで、アニールされた板状ガラスは、次工程である切断工程５に輸送され、この切断工程５で所定寸法に切断されて、板状ガラス６になる。これら板状ガラス６は一時的に棚積され、７のようになる。一時的に棚積された板状ガラス６が一定量になると、離れた結晶化処理炉８に搬送され、結晶化処理炉８内で板状ガラス６の結晶化が行われる。結晶化が終了した板状ガラス９は一時的棚に積まれ、１０のようになる。この後、離れた二次加工工程に搬送され、厚み研削や表面研磨が施されて製品となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−２９５８１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の結晶化ガラスの製造工程では、工程の大部分が別々の単位工程として成り立っている、即ち、切断工程５で所定寸法に切断されてなる板状ガラス６は、切断工程５から離れた位置にある結晶化処理炉８に搬送されて結晶化がなされるので、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化するのが困難であり、品質の安定性も不十分であるといった問題がある。
また、従来の製法は、成形時に硝子リボンに働く力によって以下に述べる問題が生じ易い。即ち、硝子溶融炉から支持体上に流下された硝子リボンの搬送方向（長手方向）では、成形装置の下流側に配置された搬送ローラやピンチローラにより硝子リボンに引っ張り張力が与えられるが、この引っ張り張力により、硝子リボンの上流側が支持体から浮き上がってしまうという問題がある。この浮き上がった硝子リボン部分は、支持体に支持されずに空中を飛ぶようになるため、硝子リボンの形状が不安定になると共に、硝子リボンに皺や凹凸になり易いという欠点がある。そして、硝子リボンの搬送が不安定になり蛇行等の原因になるという欠点もある。（特許文献１）
そして、結晶化ガラスには、核形成成分添加しているので、溶融ガラスの温度が低くなると失透しやすいという性質を持っているのは周知のことである。実際の生産工程において、フォーアハース２から流出して、成形ロール３に導入される前、溶融ガラスの温度が低くなると、失透しやすい。失透し始まった溶融ガラスの失透量は、時間の経過に従って増加する。溶融ガラス失透量の増加に従って、成形ロール３での成形加工が段々難しくなり、終に成形が出来なくなって、成形作業を中止せざるをえない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、原料溶解から直ちに所定形状に成形加工し、付形するとともに結晶化処理工程も連続化することにより、上述した課題を一挙に解決することが出来る結晶化ガラスの連続成形加工装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、ガラスの原料を溶解する溶解装置と、この溶解装置に接続されて、溶解装置で溶解された溶融ガラスを導入する調整装置と、調整装置から流出した溶融ガラスを失透防止装置を通過して、帯状板に圧延成形するロールアウト装置と、このロールアウト装置の後段に設けられて帯状板ガラスを結晶化させる結晶化装置と、この結晶化装置の後段に設けられて、帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置と、を具備してなることを特徴とする結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【０００９】
請求項２の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、請求項１において、調整装置は、溶融ガラスを均質化する均質化装置と、溶融ガラスの粘度を制御する粘度制御装置と、溶融ガラスの液面を制御する液面制御装置とからなり、均質化装置が、溶融ガラスを攪拌する装置を備え、粘度制御装置が溶融ガラスを加熱する加熱装置を備え、液面制御装置が、溶解装置から調整装置に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号をガラス原料を投入するガラス原料投入装置にフィードバックして、溶解装置に投入される原料投入量を補正するようにした結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【００１０】
請求項３の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、請求項１または請求項２において、ロールアウト装置と、結晶化装置との間に、ロールアウト装置から帯状に成形された板状ガラスを押える押えロールを備えた結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【００１１】
請求項４に記載の結晶化ガラスの連続成形加工装置は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、結晶化装置が、帯状板ガラスをガラス転移点近傍の温度に維持する保温領域と、この保温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第１昇温領域と、この第１昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する核形成領域と、この核形成領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第２昇温領域と、この第２昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持する結晶成長領域と、この結晶成長領域の後段に位置し、帯状結晶化ガラス板の歪を除去するアニール領域と、により構成されている結晶化ガラスの連続成形加工装置である。
【００１２】
【作用】
請求項１及び請求項２に記載の結晶化ガラスの連続成形加工装置にあっては、ガラス原料が溶解装置で溶解され、この溶融ガラスが粘度制御装置と液面制御装置によって所定流速で失透防止装置を通過して、ロールアウト装置に導入され、圧延成形されて帯状板ガラスとなり、この帯状板ガラスを直接連続的に自動的に結晶化装置に輸送され、この結晶化装置によって結晶化させる。結晶化された帯状結晶化ガラス板を直接連続的に自動的に切断装置に輸送され、この切断装置によって所定の長さに自動的に切断される。つまり、原料溶解から切断までの工程が連続的に自動的に行われる。
【００１３】
請求項３の結晶化ガラスの連続成形加工装置にあっては、ロールアウト装置から帯状に成形された板状ガラスの表面は、押えロールによって平らなロール面を形成する。
【００１４】
請求項４の結晶化ガラスの連続成形加工装置にあっては、結晶化装置を、保温領域、第１昇温領域、核形成領域、第２昇温領域、結晶成長領域、アニール領域の６つの領域によって構成することによって、ガラスの結晶化に必要とされる熱処理サイクルを実現して、ガラスの結晶化を連続的に自動的に行う。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置の一実施例を説明する。図１において符号１１は溶解装置を示す。この溶解装置１１は、ガラス原料を溶解する装置で、ガラス原料の溶解、清澄、均質化までの機能を持った間欠式の間欠炉または、各々の機能をユニット型に連結した連結式の連結炉の少なくとも一方を有する装置である。
【００１６】
この溶解装置１１には、溶解された溶融ガラスの均質度と粘度と液面を調整するフォーアハース１２が溶解装置１１に接続されている。このフォーアハース１２は溶解装置１１で溶解された溶融ガラスを清澄、均質化する機能を持つとともに、ガラスの粘度と液面高さを調整する機能を持つ装置である。１２ａは液面制御装置であり、液面制御装置が、溶解装置から調整装置に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号を溶解装置にガラス原料を投入するガラス原料投入装置にフィードバックして、ガラス原料投入量を補正するようにしたことによって液面高さを所定の値に調節するようになっている。１２ｂは撹拌装置であり、撹拌装置が溶融ガラスを均質するように撹拌する。１２ｃは発熱体で、１２ｄは熱電対であり、１２ｃ、１２ｄによって溶融ガラスの温度を調節して、溶融ガラスの粘度を所定の値に調節するようになっている。
【００１７】
前記フォーアハース１２の後段には、フォーアハース１２から流出した溶融ガラスの失透を防止するための失透防止装置１３がフォーアハース１２に接続されている。失透防止装置１３は、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから構成される。１３ａはフォーアハース１２から流出した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４に導入される前の溶融ガラスを所定温度に維持する保温装置である。１３ｂはフォーアハース１２から流出した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４にスムースに導入できるもので、リップとよばれている。１３ｃはリップを支持するサポーターであるとともに、１３ｄは発熱ユニットで、サポーター１３ｃを貫通しており、この発熱ユニット１３ｄによってサポーター１３ｃとリップ１３ｂとを加熱する装置である。なお、加熱方法はこれに限ることはなく、すべてのサポーターとリップとを加熱する方法を含む。保温装置１３ａの保温と発熱ユニット１３ｄの加熱によってフォーアハース１２から流出した溶融ガラスがロールアウト成形装置１４に導入される前の溶融ガラスを所定温度に維持することによって溶融ガラスの失透を防止する。
【００１８】
前記失透防止装置１３の後段には、前記フォーアハース１２から流出して失透防止装置１３を通過した溶融ガラスを帯状の板に圧延加工するロールアウト成形装置１４が設けられている。このロールアウト成形装置１４は、上下ローラ１４ａ、１４ｂと冷却水箱１４ｃによって構成される。ローラは、市販で、耐熱性、耐熱衝撃性、高温強度、耐ヒートクラック性に優れている材料で作られたものである。前記溶融ガラスはフォーアハース１２の先端の出口から溶融ガラスが所定流速で失透防止装置１３を通過して、ロールアウト成形装置１４の上下ローラ１４ａと１４ｂの間に導入され、溶融ガラスを帯状板に圧延成形され、冷却水箱１４ｃで帯状板の形状を維持し、さらに、押さえローラ１６によって、平らな帯状板ガラスＡとなる。フォーアハース１２の先端の出口から失透防止装置１３を通過した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４の上下ローラ１４ａと１４ｂの間に導入される流速は１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのコントロールによって制御できる、そして、流速の制御によって帯状板ガラスの厚さを希望するように成形できる。
【００１９】
前記ロールアウト成形装置１４の後段には、該ロールアウト成形装置１４から成形された帯状板ガラスを輸送する輸送装置１５が設けられている。この輸送装置１５は、数本のローラや耐熱ベルト等の帯状板ガラスを輸送できるものから構成されている。
【００２０】
前記輸送装置１５の上には、ロールアウト成形装置１４から成形された帯状板ガラスを押える押さえローラ１６が設けられている。この押さえローラ１６は、１本乃至数本から構成されている。ローラの材質は、市販されているＪＩＳ ＳＵＳ ４１０のような耐熱性に優れた鋼が用いられる。なお、ロールアウト成形装置１４から成形された帯状板ガラスの表面性状によって必ずしも押えロール１６は必要ではなく、省略することも可能である。
【００２１】
前記輸送装置１５の後段には、帯状板ガラスを結晶化させる結晶化装置１７が設けられている。結晶化装置１７は、市販のローラハースキルンであり、加熱ユニット１８と、帯状板ガラスを停滞することなく連続的に結晶化装置（ローラハースキルン１７）内を輸送させる輸送系１９とを主体として構成されており、輸送系１９には耐熱ローラが使用されている。加熱ユニット１８は電気やガス等を使用できる。また、結晶化装置１７内の温度分布は、帯状板ガラスをガラス転移点近傍の温度に維持する保温領域２１と、この保温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第１昇温領域２２と、この第１昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する核形成領域２３と、この核形成領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第２昇温領域２４と、この第２昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持する結晶成長領域２５と、この結晶成長領域の後段に位置し、帯状結晶化ガラス板の歪を除去するアニール領域２６とにより構成されている。ヒートカーブは、図３に示すように、所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスがローラハースキルンの出口方向に輸送されるに従って、各領域が所定温度になるように制御される。また、２１〜２６の各領域の温度を均一にするため、攪拌装置２８を設けている。
【００２２】
前記第１昇温領域２２の後段には、核形成領域２３が設けられている。この核形成領域２３は、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する領域であり、一定温度に保たれ、この領域で帯状板ガラス中に核が形成されるようになっている。核形成はガラス原料中に、例えばＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｐ2Ｏ5、Ｆ2等の核形成成分が予め添加されることによって行われるものである。核形成領域２３の後段には、第２昇温領域２４が設けられている。この第２昇温領域２４は核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する領域であり、図３に示すように、所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスが輸送されるに従って、徐々に昇温されるようになっている。
【００２３】
前記第２昇温領域２４の後段には、結晶成長領域２５が設けられている。この結晶成長領域２５は、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持して結晶を成長させる領域であり、一定温度に保たれ、この領域で帯状板ガラス中に結晶を形成するようになっている。結晶成長領域２５の後段には、アニール領域２６が設けられている。このアニール領域２６は、結晶が形成された帯状結晶化ガラス板から残留歪みを除去するとともにガラスの均一化をなす領域であり、図３に示すように、所定の温度勾配が設けられ、帯状結晶化ガラス板が輸送されるに従って、徐々に冷却されるようになっている。
【００２４】
上記構成の各加熱ユニット１８は、それぞれの領域において、輸送ローラ上下の炉の側壁に配設され、各領域ごとに熱電対２０を設けて単独の温度制御が行えるようになっており、その精度も±３℃以下のものである。これによって、結晶化工程の熱処理サイクルを確実に確保することができ、圧延成形された帯状板ガラスの結晶化を容易かつ確実に行うことができる。なお、前記加熱源としては、ＳｉＣ発熱体、カンタルヒータ、ガス等、結晶化温度によって適宜選択される。
【００２５】
上記構成の結晶化装置１７の後段には、切断装置２７が設けられている。この切断装置２７は、結晶化装置１７で結晶化されて完成した結晶化ガラス板Ｂを切断する装置である。この切断装置２７で所定寸法に切断する。切断された結晶化ガラス板Ｃを二次加工工場に搬送されて、二次加工によって完成品となる。
【００２６】
そして、上記構成の結晶化ガラスの連続成形加工装置では、ガラス原料が溶解装置１１で溶解されて溶融ガラスになる。この溶融ガラスが調整装置１２で、その粘度と液面とが調整されて、所定流速で失透防止装置１３を通過し、ロールアウト成形装置１４に導入され、ロールアウト成形装置１４で圧延成形されて帯状板ガラスとなる。成形された帯状板ガラスは、押さえローラ１６によって平らな帯状板ガラスＡになるように制御しながら、結晶化装置１７に直接連続的に自動的に輸送され、この結晶化装置１７によって、順次、保温、第１昇温、核形成、第２昇温、結晶成長、アニール等の工程を経て最終製品に近い帯状結晶化ガラス板Ｂとして結晶化装置１７から輸出される。この帯状結晶化ガラス板Ｂが切断装置２７で所定寸法に切断されて、最終製品に近い板状結晶化ガラスＣとなる。その後、二次加工工場に搬送される。
【００２７】
従って、この実施例の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、原料溶解から結晶化、アニール、切断までの工程を連続的に自動的に行うことができるので、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができる。また、フォーアハース１２に設けてある粘度と液面との制御装置によって所定流速で失透防止装置を通過した溶融ガラスをロールアウト成形装置１４に導入するとともに、液面制御装置によって、フォーアハース１２を通過する溶融ガラスの液面高さを測定して、液面高さの変化量に対応する信号を原料投入装置にフィードバックして、原料投入量を補正するようにしたので、ロールアウト成形装置１４で成形された帯状板ガラスは、結晶化装置１７による結晶化、アニール、そして、切断装置で切断後、二次加工を行えばよく、従来、成形、アニール、切断後、離れた結晶化装置に搬送して結晶化処理するのような搬送工程を省略することができる。従って、従来の搬送工程に要していた多大の労力を全く必要とせず、このため、製品コストの大幅な低減を図ることができる。
【００２８】
さらに、結晶化装置１７内は、保温領域２１、第１昇温領域２２、核形成領域２３、第２昇温領域２４、結晶成長領域２５、アニール領域２６によって構成されているので、ガラスの結晶化に必要とされる熱処理サイクルを容易に実現することができる。そして、各領域の温度とローラ回転速度とともに各領域ごとに単独制御できるので、昇温、核形成、結晶成長、アニール等の工程で発生するガラスの膨張、収縮を制御でき、平らな帯状結晶化ガラス板を製造することができる。よってロールアウト成形装置１４によって成形された帯状板ガラスの自動化を容易かつ確実に結晶化することができる。
【００２９】
加えて、ロールアウト成形装置１４で成形された帯状板ガラスを速やかに結晶化装置１７内の保温領域２１に直接連続的に自動的に輸送され、ロールアウト成形された帯状板ガラスの温度をガラス転移点近傍の温度に容易に保持することができ、よってロールアウト成形工程から結晶化工程に移る際に、帯状板ガラスに歪が生じることがなく、従来要していた結晶化前のアニール工程を省略することができ、工程の簡略化、コスト低減を図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、ガラス原料を溶解する溶解装置、溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置、溶融ガラスをロールアウト成形するロールアウト成形装置、帯状板ガラスを結晶化する結晶化装置、及び帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置を備えているので、ガラス原料を溶解から結晶化、アニール、切断されるまでの工程を連続的に自動的に行うことができるので、従来要していた結晶化前のアニール工程を省略することができ、工程の簡略化、コスト低減を図ることができる。そして、従来のような切断後の搬送工程を省略することができるから、従来の搬送工程に要していた多大な労力を全く必要とせず、このため、製品コストの大幅な低減も図ることができる。また、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができ、工程管理も極めて容易に行うことができる。
【００３１】
また、請求項２に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、調整装置によって溶融ガラスを均質化し、また溶融ガラスの粘度を制御し、かつ所定流速で溶融ガラスをロールアウト成形装置に送入するとともに、液面制御装置によって、調整装置を通過する溶融ガラスの液面高さを測定して、液面高さの変化量に対応する信号を原料投入装置にフィードバックして、原料投入量を補正するようにしたので、ロールアウト成形装置で成形された帯状板ガラスは、所定の厚さに制御することができ、よって結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができ、工程管理も極めて容易に行うことができる。
【００３２】
さらに、請求項３に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、ロールアウト成形装置で成形された帯状板ガラスを平坦化して結晶化装置に導入することができる。
【００３３】
請求項４に記載の本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置によれば、結晶化装置が、保温領域、第１昇温領域、核形成領域、第２昇温領域、結晶成長領域、アニール領域の６つの領域によって構成されているので、ガラスの結晶化に必要とされる熱処理サイクルを容易に実現することができる。また、各領域の温度とローラ回転速度とともに各領域ごとに単独制御できるので、昇温、核形成、結晶成長、アニール等の工程で発生するガラスの膨張、収縮を制御でき、平らな帯状結晶化ガラス板等を製造することができる。よってロールアウト成形装置によって成形された帯状板ガラス等の結晶化を連続的に自動的に容易かつ確実に図ることができる。
【００３４】
加えて、ロールアウト成形装置で成形された帯状板ガラスを速やかに結晶化装置内の保温領域に直接連続的に自動的に輸送され、ロールアウト成形された帯状板ガラスの温度をガラス転移点近傍の温度に容易に保持することができ、よってロールアウト成形工程から結晶化工程に移る際に、帯状板ガラスに歪が生じることがなく、従来要していた結晶化前のアニール工程を省略することができ、工程の簡略化、コスト低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の結晶化ガラスの連続成形加工装置の一実施の形態を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施の形態の結晶化ガラスの連続成形加工装置による結晶化ガラスの製造工程図である。
【図３】本発明の一実施の形態の結晶化ガラスの連続成形加工装置における結晶化装置の温度勾配を示すグラフである。
【図４】従来の結晶化ガラスの製造工程の一例を示す装置の概略図である。
【図５】従来の結晶化ガラスの製造工程の一例を示す製造工程図である。
【符号の説明】
１１．溶解装置
１２．調整装置
１２ａ．液面制御装置
１２ｂ．撹拌棒
１２ｃ．発熱体
１２ｄ．熱電対
１３．失透防止装置
１３ａ．保温耐火物
１３ｂ．リップ
１３ｃ．サポーター
１３ｄ．発熱体
１４．ロールアウト成形装置
１４ａ．ロールアウト成形装置上側ローラ
１４ｂ．ロールアウト成形装置下側ローラ
１４ｃ．冷却水箱
１５．輸送装置
１６．押さえローラ
１７．結晶化装置
１８．加熱ユニット
１９．輸送系統
２０．熱電対
２１．保温領域
２２．第一昇温領域
２３．核形成領域
２４．第二昇温領域
２５．結晶成長領域
２６．アニール領域
２７．切断装置
２８．攪拌装置
Claims (3)
- ガラス原料を溶解する溶解装置と、この溶解装置に接続されて、溶解装置で溶解された溶融ガラスの均質度と粘度と液面を調整する調整装置と、調整装置から流出した溶融ガラスの失透を防止する失透防止装置と、この失透防止装置に接続されて、失透防止装置から流出した溶融ガラスを帯状板に圧延成形するロールアウト装置と、このロールアウト装置の後段に設けられて、帯状板ガラスを結晶化させる結晶化装置と、この結晶化装置の後段に設けられて、帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置と、を具備し、
前記結晶化装置が、帯状板ガラスをガラス転移点近傍の温度に維持する保温領域と、この保温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第１昇温領域と、この第１昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶核形成温度に維持する核形成領域と、この核形成領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第２昇温領域と、この第２昇温領域の後段に位置し、帯状板ガラスを結晶成長温度に維持する結晶成長領域と、この結晶成長領域の後段に位置し、帯状結晶化ガラス板の歪を除去するアニール領域と、により構成されている、
結晶化ガラスの連続成形加工装置。 - 調整装置は、溶融ガラスを均質化する均質化装置と、溶融ガラスの粘度を制御する粘度制御装置と、溶融ガラスの液面を制御する液面制御装置とからなり、均質化装置が、溶融ガラスを攪拌する装置を備え、粘度制御装置が溶融ガラスを加熱する加熱装置を備え、液面制御装置が、溶解装置から調整装置に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号をガラス原料を投入するガラス原料投入装置にフィードバックして、溶解装置に投入される原料投入量を補正するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の結晶化ガラスの連続成形加工装置。
- ロールアウト装置と、結晶化装置との間に、ロールアウト装置から帯状に成形された板状ガラスを押える押えロールを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の結晶化ガラスの連続成形加工装置。
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