JP5565127B2 - ガラス板の製造装置および製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ガラス板の製造装置および製造方法に関する。
フロート法によるガラス板の製造装置は、溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを浴面上で上流側から下流側に移動させる装置である。この製造装置では、溶融金属(代表的には、溶融錫)の平滑な浴面を利用して、ガラスリボンを帯板状に成形する。その際、ガラスリボンの温度分布を制御するため、浴面の上方に設けられる複数のヒータの発熱量を制御している。
複数のヒータは、ガラスリボンの移動方向に複数列設けられ、各列のヒータは、ガラスリボンの幅方向に複数設けられている。これらのヒータの発熱量を個別に制御して、ガラスリボンの温度分布を制御することにより、板厚のバラツキが小さいガラス板を製造できる。
しかしながら、複数のヒータの発熱量を個別に制御すると、ヒータの制御器の数が多くなり、製造装置が大型になると共に、製造装置の管理が煩雑になる。
そこで、複数のヒータを設けるヒータ領域をガラスリボンの移動方向および幅方向に区画し、各区画に複数のヒータを設け、1つの区画内に設けた複数のヒータを対応する1つの制御器で一括制御する技術が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特開平8−325024号公報 国際公開第09/054411号パンフレット
ところで、ガラスリボンは、自然状態では、表面張力や重力等によって決定される板厚(以下、「平衡板厚」という)まで広がる。平衡板厚は、上述の如く、表面張力に依存するので、ガラスの種類や温度等によって異なるが、例えば6〜7mmである。
一般的に、ガラスリボンの厚さを平衡板厚よりも薄くする場合、ガラスリボンの引き出し速度を上げて、ガラスリボンを薄く引き延ばしている。この際、ガラスリボンの幅が狭くなるのを防止するため、ガラスリボンの幅方向端部をトップロールと呼ばれる回転部材で支持している。
特に近年では、液晶ディスプレイ(LCD)などのフラットパネルディスプレイ(FPD)向けに、厚さが薄い(例えば、厚さが0.7mm以下の)ガラス基板が製造されている。このような厚さが薄いガラス板の場合、ガラスリボンをこれまで以上に薄くする必要があるので、多数のトップロールが必要になる。また、このような厚さが薄いガラス板の場合、板厚のバラツキによる影響が大きくなる。
このような、トップロールを用いる場合においては、ガラス板の製造装置および製造方法は従来と異なるものとする必要がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、トップロールの使用に適したガラス板の製造装置および製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを前記浴面上で上流側から下流側に移動させてガラス板を製造する装置において、前記浴面の上方に設けられる複数のヒータと、複数の制御器とを備え、前記複数のヒータを設けるヒータ領域を前記ガラスリボンの移動方向に複数の列に分割し、各列を前記ガラスリボンの幅方向に区割りしてなる各区画には、それぞれ、複数のヒータが設けられ、対応する1つの制御器で一括制御されるガラス板の製造装置において、
前記ガラスリボンの移動方向に沿って設けられ、前記ガラスリボンの幅方向両端部を支持する複数対のトップロールを備え、
最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの隣接する2列の間では、各列を前記幅方向に区割りする区割り部位が1箇所以上で不連続であり、
最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの連続する2以上の列が、前記ガラスリボンの所定の流線に沿って、前記幅方向に区割りされている、ガラス板の製造装置が提供される。
本発明の別の一態様によれば、
溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを前記浴面上で上流側から下流側に移動させてガラス板を製造する方法において、前記浴面の上方に設けられる複数のヒータと、複数の制御器とによって温度分布を調整し、前記複数のヒータを設けるヒータ領域を前記ガラスリボンの移動方向に複数の列に分割し、各列を前記ガラスリボンの幅方向に区割りしてなる各区画にそれぞれ設けられる複数のヒータを対応する1つの制御器で一括制御するガラス板の製造方法において、
前記ガラスリボンの移動方向に沿って設けられる複数対のトップロールによって前記ガラスリボンの幅方向両端部を支持し、
最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの隣接する2列の間では、各列を前記幅方向に区割りする区割り部位が1箇所以上で不連続であり、
最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの連続する2以上の列が、前記ガラスリボンの所定の流線に沿って、前記幅方向に区割りされている、ガラス板の製造方法が提供される。
本発明によれば、トップロールの使用に適したガラス板の製造装置および製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態におけるガラス板の製造装置の内部構造の平面図である。 図1の側面図である。 ヒータ領域の区画の説明図(1)である。 ヒータ領域の区画の説明図(2)である。 ヒータ領域の区画の説明図(3)である。 ヒータ領域の区画の説明図(4)である。 ヒータ領域の区画の説明図(5)である。 比較例におけるヒータ領域の区画の説明図である。
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て説明する。なお、本発明は、後述の実施形態に制限されることはなく、本発明の領域を逸脱することなく、後述の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
図1は、本発明の一実施形態におけるガラス板の製造装置の内部構造の平面図である。図2は、図1の側面図である。
フロート法によるガラス板の製造装置10(以下、単に「製造装置10」ともいう)は、例えば、図1および図2に示すように、溶融ガラス2を溶融金属(代表的には、溶融錫)12の浴面13に連続的に供給してガラスリボン4を形成し、該ガラスリボン4を浴面13上で上流側から下流側に矢印X1方向に移動させる装置である。この製造装置10では、溶融金属12の平滑な浴面13を利用して、ガラスリボン4を帯板状に成形する。成形されたガラスリボン4は、徐冷炉に搬送され徐冷された後、切断機によって所定寸法に切断され、製品であるガラス板となる。
この製造装置10は、溶融金属12を収容する浴槽15と、浴槽15の上方に設けられる天井16と、複数のヒータ41〜48と、複数の制御器51〜58とを備える。浴槽15内の領域は、幅の広い上流域17(以下、「ワイドバス領域17」という)、幅の狭い下流域19、および上流域17と下流域19との間に介在する中流域18からなる。
複数のヒータ41〜48は、複数の制御器51〜58の制御下で、下方を通過するガラスリボン4を加熱する。複数のヒータ41〜48は、溶融金属12の浴面13の上方に設けられ、例えば図2に示すように、天井16から吊持される。複数のヒータ41〜48は、例えば、ガラスリボン4の移動方向(X1−X2方向)および幅方向(Y1−Y2方向)にマトリックス状に設けられる。
各ヒータ41〜48には、例えば、通電加熱される電気ヒータが使用される。各ヒータ41〜48の形状は、特に限定されないが、例えば棒状であって良い。各ヒータ41〜48の発熱量を制御することによって、ガラスリボン4の温度分布が制御される。
複数の制御器51〜58は、複数のヒータ41〜48の発熱量を制御する機器である。各制御器51〜58は、マイクロコンピュータなどで構成される。
複数のヒータ41〜48を設けるヒータ領域は、詳しくは後述するが、複数の区画に区画されている。各区画には、それぞれ、複数のヒータが設けられており、対応する1つの制御器によって一括制御される。これにより、制御器の数を削減することができる。
なお、1つの区画に設けられる複数のヒータは、それぞれの発熱量が略同一となるように、対応する1つの制御器によって一括制御されて良い。
ヒータ領域は、まず、ガラスリボン4の移動方向(X1−X2方向)に沿って複数の列A〜列Hに分割される。この列の数は、ガラスの種類や浴槽15の大きさ等の成形条件に応じて適宜設定されるが、ワイドバス領域17の上方における列の数が4〜15であることが好ましい。この列の数が少な過ぎると、ガラスリボン4の移動方向の温度分布を十分に制御するのが難しい。一方、この列の数が多すぎると、制御器51〜58の数が多くなり、製造装置10が大型化すると共に、製造装置10の管理が煩雑になる。
各列A〜Hは、例えば図3に示すように、ガラスリボン4の幅方向(Y1−Y2方向)に複数の区画に区割りされる。この区割りは、ガラスリボン4の幅方向中心線に対して対称に行われることが望ましい。各列における区画の数は、ガラスの種類や浴槽15の大きさ等の成形条件に応じて適宜設定されるが、ワイドバス領域17の上方にある少なくとも1つの列の区画の数が4〜30であることが好ましく、4〜20であることがより好ましく、4〜15であることがさらに好ましい。区画の数が少な過ぎると、ガラスリボン4の幅方向の温度分布を十分に制御するのが難しい。一方、区画の数が多すぎると、制御器51〜58の数が多くなり、製造装置10が大型化すると共に、製造装置10の管理が煩雑になる。
ここで、隣接する2列は、分割部位110で分割されている。分割部位110は、ガラスリボン4の移動方向に隣り合う実際のヒータ間のほぼ中央に位置する。一方、ガラスリボン4の幅方向に隣接する2つの区画は、区割り部位120(図3等参照)で区割りされている。区割り部位120は、ガラスリボン4の幅方向に隣り合う実際のヒータ間のほぼ中央に位置する。
また、この製造装置10は、複数対のトップロール21〜25をさらに備える。複数対のトップロール21〜25は、ガラスリボン4の移動方向(X1−X2方向)に沿って設けられ、ガラスリボン4の幅方向両端部を支持する回転部材である。
複数対のトップロール21〜25は、ワイドバス領域17に設けられている。複数対のトップロール21〜25(正確には、後述のトップロール本体)は、ガラスリボン4の成形域(ガラスリボン4の粘度が104.5〜107.5dPa・sとなる領域)に設けられて良い。
各対のトップロール21〜25は、ガラスリボン4の幅方向両側に対向配置され、ガラスリボン4の幅が、表面張力によって狭まるのを防止している。以下、最上流のトップロール21の構成について説明するが、他のトップロール22〜25の構成も同様である。
トップロール21は、ガラスリボン4の幅方向端部を支持するトップロール本体211と、トップロール本体211に連結される回転軸212とで構成される。回転軸212が電気モータなどの駆動装置で回転駆動されると、トップロール本体211が回転しながらガラスリボン4の幅方向端部を下流側に送り出す。
トップロール本体211は、円板状であって、その外周面がガラスリボン4の幅方向端部に接触するように構成されている。トップロール本体211の外周面には、滑り止めのため、周方向に沿って複数の突起が設けられている。
トップロールの設置数は、ガラスの種類や目標厚さ等の成形条件に応じて適宜設定されるが、例えば4対〜30対、好ましくは10対〜30対である(図1には、5対のみ図示してある)。ガラス板の目標厚さが薄くなくなるほど、トップロールの設置数が多くなる傾向にある。
本実施形態では、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、いずれかの隣接する2列の間では、各列を幅方向(Y1−Y2方向)に区割りする区割り部位120が1箇所以上で不連続である。
ここで、ガラスリボン4の所定領域6とは、図3に点模様のハッチングで示すように、最上流の一対のトップロール21と、最下流の一対のトップロール25との間の領域を意味する。より詳細には、最上流の一対のトップロール21がガラスリボン4に接触する接触位置と、最下流の一対のトップロール25がガラスリボン4に接触する接触位置との間の領域をいう。また、隣接する2列の間とは、隣接する2列を分割する分割部位110を意味する。
例えば、図3に示すように、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、隣接する列Cと列Dとの間では、区画C2と区画C3とを区割りする区割り部位120と、区画D2と区画D3とを区割りする区割り部位120とが連続せずずれている。そのため、上流の列Cにおいて、区画C2と区画C3とを区割りする区割り部位120の下方を通過したガラスリボン4の部位は、下流の列Dでは、区画D3(即ち、区割り部位120と区割り部位120との間)の下方を通過することになる。
ある列において、幅方向に隣接する区画の間で、単位面積あたりの発熱量が異なると、その隣接する区画を区割りする区割り部位120付近において、幅方向に急激な温度差が生じる。この温度差は、その区割り部位120の下方を通過するガラスリボン4の対応する部位にも生じる。ガラスリボン4は、下流の列の下方を通過する際、温度差の生じた部位が区画の下方を通過し、その際、ガラスリボン4の上記温度差が緩和される。その結果、ガラスリボン4の板厚のバラツキを小さくすることができる。
本実施形態では、区割り部位120の不連続である箇所が所定領域6の上方に少なくとも1つ存在することに加え、所定領域6において、ガラスリボン4は、複数対のトップロール21〜25によって幅が狭くなるのが制限されているので、板厚のバラツキを小さくする効果を効果的に得ることができる。ガラスリボン4は、自然状態では、幅方向に縮む傾向にあるので、板厚が変動しやすいからである
この効果は、ガラスリボン4の厚さが薄いほど顕著である。ガラスリボン4の厚さが薄いほど、ガラスリボン4の幅が表面張力によって縮みやすいからである。従って、本発明は、ガラス板の厚さが3mm以下の場合に適しており、2mm以下の場合に好適であり、1.5mm以下の場合により好適であり、0.7mm以下の場合に特に好適である。なお、ガラス板の厚さは、ハンドリング性の観点から、0.1mm以上であることが望ましい。
区割り部位120が不連続である箇所は、ガラス板の板厚が平均値から大きく乖離している部位に対応する箇所であることが望ましい。また、区割り部位120が不連続である箇所は、下方を通過するガラスリボン4の粘度が104.5〜106.5dPa・sの範囲にある領域が好ましい。さらに、所定領域6の上方において、全ての隣接する2列の間で、全ての区割り部位120が不連続であることが望ましい。
このようにして得られるガラス板は、従来のフロート法では製造困難であった均一な厚さを有しており、幅方向(Y1−Y2方向)の任意の2000mm間における最大板厚と最小板厚の差を30μm以下に設定することができる。また、幅方向(Y1−Y2方向)の任意の3000mm間における最大板厚と最小板厚の差を45μm以下に設定することができ、35μm以下に設定することも可能である。よって、フォトリソグラフィ技術などを用いて、このガラス板の表面にTFT(薄膜トランジスタ)やCF(カラーフィルター)などを精度良くパターンニングすることができる。
次に、図4〜図5に基づいて、図3の変形例について説明する。各図(図3も含む)における区割りは、ガラスリボン4の幅方向中心線に対して対称に行われている。
図4に示す例では、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、幅方向に偶数の区画に区割りされる列と、幅方向に奇数の区画に区割りされる列とが交互に配置されている。よって、図3に示す例と同様に、区割り部位120aが不連続である箇所が所定領域6の上方に少なくとも1箇所あるので、同様の効果が得られる。
図5に示す例では、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、各列B〜Gが幅方向に不均等に区割りされている。具体的には、各列B〜Gにおいて、少なくとも1つの区画の幅W1が、他の区画の幅W2と異なる。加えて、図3に示す例と同様に、区割り部位120bが不連続である箇所が所定領域6の上方に少なくとも1箇所あるので、同様の効果が得られる。
次に、図6〜図7に基づいて、図3の別の変形例について説明する。各図における区割りは、ガラスリボン4の幅方向中心線に対して対称に行われている。
図6に示す例では、図3に示す例と同様に、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、複数の列B〜Gのうち、いずれかの隣接する2列の間では、区割り部位120cが1箇所以上で不連続であるので、図3に示す例と同様の効果が得られる。
加えて、図6に示す例では、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、複数の列B〜Gのうち、いずれかの連続する2以上の列B〜Gが、ガラスリボン4の複数の所定の流線61、62に沿って幅方向に区割りされている。流線61、62は湾曲状であって、区割り部位120cは直線状とされている。
ここで、ガラスリボン4の所定の流線とは、ガラスリボン4の幅方向の所定部位が定常的に通過する流路を意味する。
例えば、図6に示すように、上流の列Bの区画B2の下方を通過するガラスリボン4の部位は、その大部分が下流の列C〜Gでは区画C2〜G2の下方を通過する。同様に、上流の列Bの区画B4の下方を通過するガラスリボン4の部位は、その大部分が下流の列C〜Gでは区画C4〜G4の下方を通過する。
連続する2列において、ガラスリボン4の移動方向(X1−X2方向)に隣接する区画の間で、単位面積あたりの発熱量が異なると、その隣接する区画の間で温度差が生じる。この温度差はその隣接する区画の下方を通過するガラスリボン4の所定部位にも生じるので、この所定部位の板厚はその隣接する区画の下方を通過する際に変わる。よって、本発明の実施形態の上述の変形例によれば、ガラスリボン4の幅方向の所定部位の板厚を、流路に沿って、所望の板厚に設定することができ、ガラスリボン4の板厚のバラツキを適切な範囲内に保つことができる。
本実施形態では、所定の流線61、62に沿って区割りされている箇所が、所定領域6の上方に少なくとも1つ存在する。所定領域6において、ガラスリボン4は、複数対のトップロール21〜25によって幅が狭くなるのが制限されているので、板厚のバラツキを小さくする効果を効果的に得ることができる。ガラスリボン4は、自然状態では、幅方向に縮む傾向にあるので、板厚が変動しやすいからである
所定の流線61、62は、ガラス板の板厚が平均値から大きく乖離している部位に対応する流路であることが望ましい。また、所定の流線61、62に沿って区画が形成される領域としては、下方を通過するガラスリボン4の粘度が105.3〜105.7dPa・sの範囲にある領域が好ましい。この領域でのガラスリボン4の形状によって、ガラスリボン4の板厚のバラツキが大きく左右されるからである。さらに、所定領域6の上方において、連続する全ての列が、所定の流線61、62に沿って区割りされていることが望ましい。
図7に示す例では、図6に示す例と同様に、ガラスリボン4の所定領域6の上方において、いずれかの連続する2以上の列B〜Gが、ガラスリボン4の所定の流線61、62に沿って幅方向に区割りされているが、これらの区割り部位120dは、一部の列B、C、F、Gにおいて、階段状になっている点で異なる。これによって、一部の列B、C、F、Gにおいて、ガラスリボン4の幅方向の所定の部位をより厳密に温度制御することができる。なお、区割り部位120dの形状は、所定の流線61、62に沿う形状である限り、制限はなく、曲線状であっても良い。
以下に、実施例などにより本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
実施例1では、図1および図2に示す製造装置10と同様の装置を用いて、ガラスリボンを帯板状に成形した。次いで、成形したガラスリボンを徐冷し、幅方向および長手方向に切断してトップロールが接触していた部分(即ち、ガラスリボンの幅方向両端部)を切除した。このようにして、平均厚さ0.7mmのガラス板を得た。
ここで、トップロールの設置数は16対(合計、32本)とした。また、ヒータを設ける領域の区画を図3と同様に設定した。具体的には、ガラスリボンの所定領域の上方において、ガラスリボンの移動方向(X1−X2方向)に沿ってヒータ領域を4列に分割し、ガラスリボンの幅方向(Y1−Y2方向)に沿って各列を7〜11個の区画に区割りした。また、ガラスリボンの所定領域の上方に存在する分割部位において、前記所定領域の幅方向中央線上に位置するヒータ領域両端の区割り部位を除いた残り全ての区割り部位が不連続であるとした。各区画におけるヒータの出力は、板厚偏差が最も小さくなるように制御した。
次いで、得られたガラス板の幅方向の板厚分布を測定した。測定点は、ガラス板の中心点を基準点として、幅方向両側に向けてそれぞれ2cmピッチで75箇所ずつ設け、合計で151箇所設けた。この測定結果から、最大板厚T1と最小板厚T2との差(T1−T2)(以下、「板厚偏差」という)を調べた。この調査を100枚のガラス板のそれぞれについて行い、板厚偏差の平均値および最大値を測定した。なお前記151箇所の測定点を用いた板厚偏差を3000mm区間の板厚偏差、ガラス板の中心点を基準点とした101箇所の測定点を用いた板厚偏差を2000mm区間の板厚偏差とした。測定の結果、2000mm区間の板厚偏差の平均値は14.4μm、2000mm区間の板厚偏差の最大値は30μmであり、3000mm区間の板厚偏差の平均値は16.9μm、3000mm区間の板厚偏差の最大値は34μmであった。
実施例2では、ヒータと制御器との結線を変え、ヒータを設ける領域の区画を図6のように変更したことを除き、実施例1と同様にして、ガラス板を製造した。その結果、2000mm区間の板厚偏差の平均値は11.5μm、2000mm区間の板厚偏差の最大値は19μmであり、3000mm区間の板厚偏差の平均値は14.5μm、3000mm区間の板厚偏差の最大値は25μmであった。
比較例1では、ヒータと制御器との結線を変え、ヒータを設ける領域の区画を図8のように変更したことを除き、実施例1と同様にして、ガラス板を製造した。各区画には、板厚偏差が最も小さくなるように、ヒータの出力を制御した。その結果、2000mm区間の板厚偏差の最小値は100μmであった。
2 溶融ガラス
4 ガラスリボン
6 所定領域
10 ガラス板の製造装置
12 溶融金属
13 浴面
15 浴槽
16 天井
21 最上流のトップロール
25 最下流のトップロール
41〜48 ヒータ
51〜58 制御装置
61、62 流線
110 分割部位
120 区割り部位

Claims (2)

  1. 溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを前記浴面上で上流側から下流側に移動させてガラス板を製造する装置において、前記浴面の上方に設けられる複数のヒータと、複数の制御器とを備え、前記複数のヒータを設けるヒータ領域を前記ガラスリボンの移動方向に複数の列に分割し、各列を前記ガラスリボンの幅方向に区割りしてなる各区画には、それぞれ、複数のヒータが設けられ、対応する1つの制御器で一括制御されるガラス板の製造装置において、
    前記ガラスリボンの移動方向に沿って設けられ、前記ガラスリボンの幅方向両端部を支持する複数対のトップロールを備え、
    最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの隣接する2列の間では、各列を前記幅方向に区割りする区割り部位が1箇所以上で不連続であり、
    最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの連続する2以上の列が、前記ガラスリボンの所定の流線に沿って、前記幅方向に区割りされている、ガラス板の製造装置。
  2. 溶融ガラスを溶融金属の浴面に連続的に供給してガラスリボンを形成し、該ガラスリボンを前記浴面上で上流側から下流側に移動させてガラス板を製造する方法において、前記浴面の上方に設けられる複数のヒータと、複数の制御器とによって温度分布を調整し、前記複数のヒータを設けるヒータ領域を前記ガラスリボンの移動方向に複数の列に分割し、各列を前記ガラスリボンの幅方向に区割りしてなる各区画にそれぞれ設けられる複数のヒータを対応する1つの制御器で一括制御するガラス板の製造方法において、
    前記ガラスリボンの移動方向に沿って設けられる複数対のトップロールによって前記ガラスリボンの幅方向両端部を支持し、
    最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの隣接する2列の間では、各列を前記幅方向に区割りする区割り部位が1箇所以上で不連続であり、
    最上流の一対のトップロールと、最下流の一対のトップロールとの間の前記ガラスリボンの上方において、いずれかの連続する2以上の列が、前記ガラスリボンの所定の流線に沿って、前記幅方向に区割りされている、ガラス板の製造方法。
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