JP5045667B2 - 溶融ガラスをフロートバス上に移送するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融ガラスを作製領域からフロートバスへ移送するための装置であって、フロートバスの高さよりも高い位置にある供給パイプと、この供給パイプからフロートバスへのトランジションランプ（移行傾斜路）とを備える装置に関する。

類似の装置は、長年にわたり、窓ガラスの生産において周知である。フロートバスは、溶融ガラスよりもかなり高密度の加熱された液体スズを含み、その液体スズ上に、トランジションランプから液状の溶融ガラスが滑り落ち、この溶融ガラスがそれに相応して低粘度の時は、フロートバス上に薄い均一な層を形成する。この溶融ガラスは、フロートバス上に流れ込みながら継続的に冷却され、トランジションランプからの遠端部では、十分に固化した窓ガラスの形状で引き出され、その後、それぞれの部分に切断して、さらに冷却される。

近年、このプロセスが、ＬＣＤガラス、すなわち、フラットスクリーンに要求されるような液晶ディスプレイ用の基板ガラスの生産にも応用されてきている。このような基板ガラスは、それに対応する、いわゆるマイクロフロートガラス製法でも生産され、それに関して、図１に、トランジションランプを前面に配置したフロートバス、及びそのフロートバス上のガラス層を最新技術に従って図示する。

ＬＣＤスクリーン（液晶ディスプレイ）用の基板ガラスは、窓ガラスと比べて、光学的品質の点で非常に高い要求を満たす必要がある。この種の基板ガラスは、通常、窓ガラスと比べて著しく薄く、また、フラットスクリーンの光学的品質に悪影響を及ぼす可能性がある不純物やストリーク（筋模様）を可能な限り含んではならない。

このような特性を得るために、ＬＣＤフラットスクリーン用の基板ガラスは、窓ガラスとは顕著に異なる組成を有する。特に、ＬＣＤフラットスクリーン用のガラスは、比較的高濃度（１０％超）の酸化ホウ素、及び酸化アルミニウム、さらに酸化バリウムを含み、それとは対照的に極めて低濃度の酸化ナトリウムを含み、あるいは全く酸化ナトリウムを含まず、また、特に二酸化シリコンも低濃度でしか含まない。その異なる組成のために、ＬＣＤ基板ガラスの温度は、フロートバスに到達する直前に十分に低い粘度を得るために１３５０℃から１４００℃でなければならないが、これに対して、その領域（装置の）での窓ガラスの温度は、典型的にはわずかに約１１００℃から１１５０℃の間である。このような高温は、ある状況下のストリーク形成という高いリスクも伴う。つまり、冷たい表面との接触のため、あるいはまた、より冷たい周囲への熱の放射散逸のために、同温、より低温及びより高温のガラス流がそれぞれ形成され、これは、特にガラスの温度が低下して粘度が増加するに従って必然的にストリークの形成につながる。さらに、ストリークは、ガラス組成による、また最終的には、例えばホウ酸などの気体成分の蒸発による融液容器の材料腐食によって生じる。

従って、従来のフロートガラス装置で、十分に高い品質のＬＣＤフラットスクリーン用基板ガラスを生産することは比較的困難なことである。

その最新技術と比較して、本発明の目的は、本明細書の最初の部分に記載したこの種の装置を、熱的及び化学的に均一で、かつ高い光学的品質水準で、ＬＣＤフラットスクリーンに用いるより顕著に高温で溶融するホウケイ酸ガラスも生産できるように設計することである。

この目的は、装置が、流れ方向に漏斗状で広がり、かつ電流をそこに流すことによって直接加熱できる壁を持つトランジションパイプを供給パイプとトランジションランプとの間に有することにより達成する。

溶融ガラスがトランジションランプ上に流れだす際に、トランジションランプに到達する前に、この漏斗状の広がりによって、ガラス流の個々の領域またはストランドの冷却を同時に起こしながら、溶融ガラスの流れを、トランジションランプ上で、流れの主方向に対して横方向へのガラス流のそれ以上の広がりが生じることなく、漏斗状の広がりに対応するように広げることを可能にする。同時に、トランジションパイプの壁が加熱できるため、溶融ガラス中で、十分に高く均一な温度を維持することが可能になるので、溶融ガラスは、適度に低い粘度となり、絡まり合うことなく流れてフロートバス上に均一で薄い層を形成する。

このトランジションパイプの望ましい広がりは、実質的に水平方向に限定される。つまり、垂直方向には、供給パイプに対してトランジションパイプの広がりはなく、場合によっては、狭くさえなっている。その一方、水平方向には著しく広がる。その結果、供給パイプとの接続領域では、トランジションパイプは、それに対応する円形断面であるが、その断面は、トランジションパイプのその先の形状では、楕円断面、あるいは選択的に矩形断面にも変化し、その楕円の長軸、または矩形の長辺は、水平方向に伸びる。当然のことながら、楕円断面、または矩形断面は、ここでは、厳密な幾何学的観点からは意味を持たないが、これら２つの基本的形状間を推移するあらゆる形状が出口の断面として可能であり、その意味で、円形の出口断面を持つトランジションパイプも、好ましくはないが可能である。

このトランジションパイプは、白金または白金合金から成ることが好ましく、あるいは他の材料の場合では、例えば、セラミックまたはモリブデンなどの耐熱材料を用い、少なくともパイプの内側に適切な皮膜を具備する。

好適な実施形態では、供給パイプに隣接するトランジションパイプの一方の端部、及びトランジションパイプの断面が少なくとも１方向、好ましくは水平方向に広がる反対側の端部の両方にフロー接続部またはフランジを設ける。

その点で、特に好適な変形形態は、電流源用の複数の接続フランジを、トランジションパイプの漏斗状広がり部に対向して配置した壁にさらに設ける形態であり、電流は、例えば、供給パイプとの境界部の端部フランジと、側面の接続フランジの１つまたは２つとの間を、トランジションパイプの壁を通して、また、溶融ガラスが導電性であれば、その溶融ガラスも通して流れることができる。また、電流源用の複数の接続フランジを、他方（広がった側）の端部の両側にさらにそれぞれ設けるので、電流は、両側に設けたこれらフランジ間を、トランジションパイプ壁の前方部の広がった部分を通して流れる。その結果、それらを通して直接流れる電流がトランジションパイプを比較的均一に加熱するので、溶融ガラスの温度を、トランジションパイプ領域で維持し、あるいは制御することができる。

望ましくは、関連する電流源は調整可能なものであり、それによって、溶融ガラスの温度、及びそれぞれのスループットに応じて熱の供給を調整できる。

白金、または白金合金（特に、ロジウム−白金からなる）に対する代替材料としては、トランジションパイプの壁材料として電気伝導性セラミックの使用を想定することも可能である。

本発明の好適な実施形態は、トランジションパイプの一方の端部、つまり、漏斗状に広がった端部に、トランジションパイプの放出流断面を上から半径方向に区切るスライダを設けた形態である。この好適な実施形態では既に楕円であるトランジションパイプ断面の変形によって、放出溶融ガラスは、いずれにせよ既に比較的幅広で平坦な断面形状であり、その断面は、楕円断面を上からさらに制御するスライダによって、さらに平坦になり、また、より均一にもなる。

このスライダもまた、望ましくは、白金または白金合金で被覆された金属であり、さらに、このスライダ自身、またはこのスライダの表面を加熱することができる電気接続フランジを有するので、融液に接触するスライダの下部は、溶融ガラスに対するヒートシンクとはならない。

さらに、本発明の好適な実施形態では、トランジションパイプに隣接するトランジションランプも、端部の供給流開口部と放出流開口部とを除いて、全ての側面が閉じている流路として設けられる。このトランジションランプは、溶融ガラスが、その表面上を、トランジションパイプの高さから、より低いフロートバスの高さまで下向きに移動する傾斜移行面を通常は有する。その結果、溶融ガラスは、重力のみによって連続的に供給され、これが、十分に冷却された他方の端部での平板ガラスの回収分を補う。

その点で、放出流路の端部も、可能であれば、その上部領域が閉じられ、その結果、ホウ酸は、ホウケイ酸ガラスから、ほとんど、あるいは全く蒸発せず、そのため、高いガラス品質には必須であるガラスの化学組成は維持される。

さらに好適な実施形態では、トランジションランプの上面にさらに複数の電流供給フランジを設ける。なお、このランプの上部カバーは、その領域で、上記フランジに接続される。また、このカバーは、詳細にはスライダの後部で溶融ガラスに面する側のカバーが、これらフランジ間を通過する電流によって加熱されるように白金または白金合金で被覆される。これによって、スライダの下を溶融ガラスが通過後に、溶融ガラスは再びその表面が加熱され、その結果、その表面が特に流動的になる。それにより、スライダがその下を通過する溶融ガラスと接触することによって生じる全てのしわ状表面構造が合わさることになるので、その結果、再び、溶融ガラス上が完全に平滑で均一な表面となる。

トランジションランプの壁と、場合によっては上部カバー及び底面も、より具体的には、かつ好ましくは、そこに電流が直接流れることによって電気的に加熱でき、この移行流路の壁、カバー、及び底面が、できれば白金または白金合金で配線されることが望ましい。白金及び白金合金は、溶融ガラスの高い温度でも実質的にガラス材料とは反応せず、そのため、ガラスの化学組成に悪影響を及ぼすことはない。

本発明の方法によって、トランジションランプからフロートバス上への移行部で、均一で薄い、または薄い層厚の比較的幅広な流れとして、溶融ガラス流の放出が可能となるので、この溶融ガラスは、フロートバス上で、極めて容易に均一な分布を生じる。溶融ガラスの流れは、トランジションパイプ内で、既に広がっており、そのため、幅広で均一な流れとしてトランジションランプ上に流れ込み、さらに、強調すべきことには、温度勾配なしでトランジションランプ上を流れ落ちる。溶融ガラスの温度は、本発明の方法によって実質的に均一に保つことができ、また同時に、溶融ガラスは、周囲空気から遮蔽されるので、個々の成分、特にホウ酸が実質的にほとんど蒸発せず、ガラスは極めて均一な状態を保持し、このため、高い水準の光学的品質を達成する。

本発明のそれ以外の利点、特徴、及び潜在的用途は、以下に述べる好適な実施形態の説明、及び添付図面から明らかとなろう。

図１を参照すると、耐熱性の耐火石材からなる桶状容器１３‘に収められた液体スズ融液１２’を含むフロートバス４’が示されている。溶融ガラス１１‘は、トランジションランプ２’から液体スズ融液１２‘の表面上に流れ込み、そこで、薄く浅い層状に均一に広がり、さらに、比較的長い容器１３‘の端部（図１には示さず）で、十分に冷却され硬くなった後に連続的に引き出される。

ランプ２‘の供給部（図の左上部）にあるスライダ（図示せず）は、ランプ２’に供給される溶融ガラスの量を調整し、それによって、溶融ガラスの連続的引き出しと併せて、溶融ガラス１１‘層の厚さが調整される。

図２に、本発明に従って設計した、上記に対応する移行部領域を示す。個々の構成要素が図１の構成要素に対応している限りは、その構成要素は同じ参照番号で示すが、ダッシュ記号は付していない。図２では、まず、図１のフロートバス４‘と全く同じ性質を持つフロートバス４を示す。このフロートバス４も、桶状容器１３に液体スズ１２を実質的に含み、溶融ガラス１１が、トランジションランプ２から液体スズ融液１２上に流れ込む。ただし、図１の実施形態との基本的な違いは、トランジションランプ２の特定的な構成、及び溶融ガラスをランプ２に供給するための配置にある。本発明によるフロートバスは、主として、１ｍｍ未満の比較的薄い層状で生産される必要がある高い光学的品質のＬＣＤ基板ガラス用であり、その点で、溶融ガラスは、フロートバス４上を通過する際は、窓ガラス用の通常の溶融ガラスよりも約２５０度高い温度である。

図２の左上部に供給パイプ１を示す。この供給パイプ１は、その中に含まれる溶融ガラスを、ここでは詳細には説明しない上流に配置した作製領域から、フロートバス４に、より正確にはフロートバス４までの移行部領域に供給する。このパイプ１は、好ましくは、ここでは線１５で図示する上流に配置した作製領域における溶融ガラスの高さよりも完全に下に配置する。これは、パイプ１が、空気の混入を全く生じることなく完全に溶融ガラスで満たされることを意味する。また、このパイプ１は、パイプ１に対応する円形断面を入り口に持つが、トランジションランプ２に向かって漏斗状に広がるトランジションパイプ３に対して開口し、また、トランジションパイプ３の直径は、特に水平方向に増加する一方、垂直方向には実質的に同じ状態か、減少する。ただし、このトランジションパイプ３の全体的な断面積は、好ましくは、その入口開口部から出口開口部に向かって実質的に減少してはならないし、また、即座に広げることもできる。この点で、所望の生産速度の維持を可能にするために十分な溶融ガラスが流れることができる限りは、この出口断面の大きさは実質的に重要な問題ではない。このトランジションパイプ３も、それに続くトランジションランプ２全体と同様、作製領域における溶融ガラスの高さ１５よりも下に配置する。

トランジションパイプ３の出口、またはそのトランジションランプ２との境界に配置されているのがスライダ１０であり、このスライダは、関連する設定に応じて、程度の差はあれ、トランジションパイプ３の出口断面積を上から制御する。そこから、溶融ガラスは、全ての側面が閉じられ、かつスライダ領域の入口開口部、及びフロートバス４への移行部の出口開口部または出口ギャップのみが開いている流路形態を持つトランジションランプ２上に流れ込む。従って、溶融ガラスが、トランジションランプ２上をフロートバス４上に流れ落ちる際には、この溶融ガラスは、周囲空気から遮蔽もされる。供給パイプ１、及びトランジションパイプ３は、スライダ１０の位置までは溶融ガラスで完全に満たされている。

選択的に、トランジションランプ２の出口領域にあるトランジションランプ２の端部カバー１７は、垂直に移動可能なスライダの形態を取ることもでき、そのスライダが、トランジションランプの出口断面積を調整し、また、それによって、フロートバス４上に流れ込む溶融ガラス１１の量を調整できる。このようにして、トランジションランプ２を形成する閉流路もまた、確実に、溶融ガラスで完全に満たすことができ、その結果、溶融ガラスは、フロートバスの位置まで、周囲空気となんら接触することがない。

従って、本発明の特徴の１つは、スライダ１０を上部に、または間に配したトランジションパイプ３及びトランジションランプ２の完全に閉じられた構成にあり、それが、高温の融液と周囲空気との接触を妨げ、それによって、特に、高温の溶融ガラスの化学変化とガス抜けを回避する。第２の特徴は、移行部領域にある部品を加熱できることにあり、適切に調整した加熱出力によって、溶融ガラス中に均一な温度分布が与えられる。トランジションパイプ３及びトランジションランプ２のどちらも、スライダ１０と同様に加熱することができる。

そのために、トランジションパイプ３は、電気伝導材料から作製され、供給パイプ１側の端部、及び移行流路２側の端部に、それぞれ電流フランジ６、５を有する。これらの間に、さらに、複数の電流フランジ７を、トランジションパイプ３の側壁に固定する。トランジションパイプ３の壁を通過する高電流により、その温度は、広い範囲で調整することができるので、そのパイプ内の融液も、実質的に一定の温度に保たれ、加熱されていないパイプ壁との接触による大きな温度勾配にも全く曝されない。同様に、スライダも、電気伝導材料から作製されるか、あるいは電気伝導皮膜を有し、その場合は、そのスライダ１０またはその上の皮膜に流すことができるように適切な加熱電流を発生させる複数の電流フランジ８を備えるので、このスライダもまた、このスライダと接触する融液にとってのヒートシンクとはならない。

最後に、同じことが移行流路２にも当てはまる。本発明の好適な実施形態では、この移行流路２は、電気伝導材料を含み、あるいは電気伝導材料で被覆され、この電気伝導材料はまた、同時に、溶融ガラスに対して耐熱性を持ち、かつ化学的に不活性でなければならない。電流フランジ９および１４は、ここでは、電流を適切に供給する。このうちの電流フランジ１４は、既に述べたように、スライダ１０の下を通過した後の溶融ガラスの表面を過熱するために、上部カバー１６への電流供給用に設けられる。これにより、溶融ガラスは、供給パイプ１から直接フロートバス４に流れ込む位置までの全経路で一定の温度に保たれ、そうでなければ容易にストリークの形成につながるいかなる温度勾配にも曝されることはない。一方、温度の低下は、溶融ガラスが、フロートバス４の液体スズ１２上に非常に薄い層で均一に分散する、あるいは分散した際にのみ生じる。トランジションランプの端部遮蔽板１７にも、具体的には、融液側であるその下側にも電流を流すことができるので、融液の表面は、再び非常に流動的となり、このため、フロートバス上への移行部で平滑かつ均一になる。

図３に、供給パイプ１に隣接するトランジションパイプ３の平面図を再び示す。ここでは、スライダ及び移行流路２を図３の右側にはもはや示していないことに留意されたい。ただし、図３は、トランジションパイプが、その入口、出口、及びその間に備える個々のフランジ５、６、及び７を示す。さらに図３は、トランジションパイプ３の壁にそれぞれ電流を流す高電流源１５、１６を示す。なお、図３には、図に示すように、フランジ５、６、及び７の間に電流源１５、１６を接続した際にパイプ３の壁面内に生じる電界線、または電流経路も図示する。

図から分かるように、漏斗状に広がるトランジションパイプ３の壁には、かなり均一な電流が流れる。その点では、当然のことながら、電流がより均一にトランジションパイプ３の壁を流れるようにトランジションパイプ３にさらに多くの電流フランジを配置することも可能である。

本発明の好適な実施形態では、トランジションパイプ３は、白金、または白金合金、具体的には、最大２０％のロジウムが入った白金合金を含む。スライダ１０、及びトランジションランプまたは移行流路２は、例えば、セラミック材料で作製し、白金または白金合金で被覆することができ、それは電気伝導性であるために、そこに電流を流すことによって直接加熱することができる。

他の変形形態には、例えば、モリブデンからなる基本的な中空壁構造が含まれる。このモリブデンも高温に対する耐性があるが、白金またはその合金は、高温の溶融ガラスに対して化学的には実質的に不活性な反応を示すために、少なくとも溶融ガラスと接触する領域を白金または白金合金で被覆する。

本発明による装置は、基本的に２つの目的を達成する。つまり、１つは、溶融ガラスがフロートバスに流れ込むまで、周囲空気に対して高温の溶融ガラスを完全に遮蔽することであり、他の１つは、溶融ガラスがフロートバス４までの途上で接触する全てのパイプ壁、流路、及び他の部品を加熱することによって、あらゆる温度勾配を避けることである。これら両者を併せることによって、本フロートバスプロセスを用いる装置で生産し、かつ適切な組成を有してＬＣＤ基板ガラスとして用いることができる光学的に非常に高品質なガラスが得られる。

フロートバスに直接到達する位置まで高温を維持できるので、溶融ガラスは、適度に低粘度であり、そのため、フロートバス上では、ストリークのない状態で、薄い層として極めて均一に広がる。

本開示が独創的であることを示すために、当業者の観点から、本明細書、図面、及び請求項において分かる全ての特徴は、それらが、任意の更なる特徴部との関連で、特定の用語でのみ説明されたとしても、それが明確に除外されていたり、以下の組み合わせが技術的に不可能または無意味とならない限りは、個々に、また本明細書で開示した特徴または特徴群の他の部分と一緒に組み合わせることができることを指摘する。さらに、様々な特徴の考えられる全ての組み合わせが、本明細書において包括的で明快に説明されていないのは、単に、明細書を簡潔にし、かつ読みやすくするためである。

最新技術によるフロートバスへの移行部領域を示す。 本発明による供給パイプからフロートバスまでの移行部を示す。 本発明による漏斗状に広がるトランジションパイプの平面図を示す。

符号の説明

１ 供給パイプ
２ トランジションランプ
３ トランジションパイプ
４ フロートバス
５，６，９，１４ 電流フランジ
１０ スライダ
１６ カバー

Claims (13)

1. フロートバス（４）の高さよりも高い位置にある供給パイプ（１）と、この供給パイプ（１）の高さから前記フロートバス（４）の高さまでのトランジションランプ（２）とを具備する、溶融ガラス（１１）を作製領域から前記フロートバス（４）まで移送するための装置であって、前記供給パイプ（１）と前記トランジションランプ（２）との間に、前記溶融ガラス（１１）の流れ方向に漏斗状に広がり、かつそこを通過する電流によって直接加熱することができるトランジションパイプ（３）を設けることを特徴とする装置。
2. 前記トランジションパイプ（３）の前記漏斗状の広がりは、水平方向に限定される一方で、前記トランジションパイプ（３）の出口開口部での直径は、垂直方向において、前記トランジションパイプ（３）の入口開口部での直径よりも小さい、または変化しない状態であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記トランジションパイプ（３）は、白金若しくは白金合金、または白金若しくは白金合金で被覆された材料から成ることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記トランジションパイプ（３）は、電気伝導性であって直接加熱可能なセラミックより成ることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記トランジションパイプ（３）は、その端部、及び漏斗状に広がる領域の対向しあう側壁に電流フランジ（５、６）をそれぞれ有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記トランジションパイプ（３）は、円形の入口開口部と、楕円形の出口開口部とを有し、この楕円形の長軸は、水平に伸びることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記トランジションパイプ（３）は、円形の入口開口部と、円形の出口開口部とを有する円錐台形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記トランジションパイプ（３）は、円形の入口開口部と、矩形の出口開口部とを有し、この矩形の長辺は水平に伸びることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記トランジションパイプ（３）と前記トランジションランプ（２）との境界部にスライダ（１０）を設け、このスライダ（１０）は、前記トランジションパイプ（３）の出口断面積を上から垂直に制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記スライダ（１０）は、白金または白金合金の皮膜を有するという事実によって直接加熱できることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記トランジションランプ（２）は、端部供給流開口部と端部放出流開口部とを除いて、全ての側面が閉じている流路であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記トランジションランプ（２）は、前記スライダ（１０）の直後の領域に、電流フランジ（１４）に接続した加熱可能な上部カバー（１６）を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
13. 前記トランジションランプ（２）は、白金若しくは白金合金を含み、または白金若しくは白金合金で被覆され、かつ電流によって直接過熱するための電流フランジ（９）を備えるという事実によって加熱可能であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。

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