JP5921742B2 - ガラス板の製造方法、及び、ガラス板の製造装置 - Google Patents
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Description
ガラス原料を熔解して熔融ガラスを生成する熔解工程と、
前記熔融ガラスを、移送管を通して前記成形体に供給する供給工程と、
前記成形体の溝部に前記熔融ガラスを流しつつダウンドロー法により前記熔融ガラスからガラス板を成形する成形工程と、を備え、
前記供給工程において、前記熔融ガラスを前記移送管から前記成形体の溝部に供給するとき、上流より下流の静圧が高い逆圧力勾配の区間を特定し、前記逆圧力勾配の区間の上流側端である剥離点から、前記逆圧力勾配の区間の下流側端である再付着点までの範囲において、前記熔融ガラスを加熱して、前記剥離点の静圧と前記再付着点の静圧との差を、基準値以下になるよう制御する、
ことを特徴とする。
ガラス原料を熔解して熔融ガラスを生成する熔解装置と、
前記熔融ガラスを通して前記成形体に供給する移送管と、
前記移送管を加熱して、前記移送管を流れる熔融ガラスを加熱する加熱装置と、
前記移送管内の圧力を測定する測定装置と、
前記成形体の溝部に前記熔融ガラスを流しつつダウンドロー法により前記熔融ガラスからガラス板を成形する成形装置と、を備え、
前記測定装置は、前記移送管において上流より下流の静圧が高い逆圧力勾配の区間を特定し、
前記加熱装置は、前記逆圧力勾配の区間の上流側端である剥離点から、前記逆圧力勾配の区間の下流側端である再付着点までの範囲において、前記熔融ガラスを加熱して、前記逆圧力勾配を、基準値以下になるよう制御する、
ことを特徴とする。
ガラス板の製造方法は、熔解工程(ST1)と、清澄工程(ST2)と、均質化工程(ST3)と、供給工程(ST4)と、成形工程(ST5)と、徐冷工程(ST6)と、切断工程(ST7)と、を主に有する。この他に、研削工程、研磨工程、洗浄工程、検査工程、梱包工程等を有し、梱包工程で積層された複数のガラス板は、納入先の業者に搬送される。
熔解槽の熔融ガラスの加熱は、熔融ガラス自身に電気が流れて自ら発熱し加熱する方法に加えて、バーナーによる火焔を補助的に与えてガラス原料を熔解することもできる。なお、ガラス原料には清澄剤が添加される。清澄剤として、SnO2、As2O3、Sb2O3等が知られているが、特に制限されない。しかし、環境負荷低減の点から、清澄剤としてSnO2(酸化錫)を用いることができる。
供給工程(ST4)では、攪拌槽から延びる配管を通して熔融ガラスが成形装置に供給される。
成形工程(ST5)では、熔融ガラスをシートガラス(ガラス板)に成形し、シートガラスの流れを作る。成形は、オーバーフローダウンドロー法が用いられる。
徐冷工程(ST6)では、成形されて流れるシートガラスが所望の厚さになり、内部歪が生じないように、さらに、反りが生じないように冷却される。
切断工程(ST7)では、切断装置において、成形装置から供給されたシートガラスを所定の長さに切断することで、板状のガラス板を得る。切断されたガラス板はさらに、所定のサイズに切断され、目標サイズのガラス板が作られる。この後、ガラス板の端面の研削、研磨が行われ、ガラス板の洗浄が行われ、さらに、気泡や脈理等の異常欠陥の有無が検査された後、検査合格品のガラス板が最終製品として梱包される。
図2に示す熔解装置101では、ガラス原料の投入がバケット101dを用いて行われる。清澄槽102では、熔融ガラスMGの温度を調整して、清澄剤の酸化還元反応を利用して熔融ガラスMGの清澄が行われる。さらに、攪拌槽103では、スターラ103aによって熔融ガラスMGが攪拌されて均質化される。成形装置200では、成形体210を用いたオーバーフローダウンドロー法により、熔融ガラスMGからシートガラスSGが成形される。
図3(a)は、成形体210とガラス供給管106との接続部分を示す分解斜視図であり、図3(b)は、管拡張部106bの開口端が溝部210aの開口端と接続するときの接続領域Z1と溝部210aとの間の相対位置を示す図である。
成形体210は、その上部に溝部210aが形成された一方向(図中X方向)に延びる長尺状の構造体である。溝部210aは、X方向に進むにつれて溝深さが浅くなっている。このため、溝部210aに供給された熔融ガラスMGは、溝部210aから溢れ出して、成形体210の両側に設けられた側壁210bを鉛直下方に流れる。両側の側壁210bを流下する熔融ガラスMGは、成形体210の鉛直下方に設けられた下方先端210cで合流し、1つに張り合わされてシートガラス(ガラス板)SGとなる。このような成形体210の溝部210aには、熔融ガラスMGが円滑に供給される(熔融ガラスMGの流れが停留(滞留)し難い)ことが、失透や脈理を生じさせない点で好ましい。特に、液相温度が高く、液相粘度が成形工程時の熔融ガラスの粘度(成形粘度)に近づき、あるいは、液相粘度が成形粘度より小さくなるような失透し易いガラスでは、ガラス供給管106から溝部210aに供給される熔融ガラスMGの流れが停留することを避けなければならない。
さらに、溝部210aと接続する管拡張部106bの開口端における断面形状は、溝部210aの開口端における側面(側壁面)の縁形状(直線形状)の一部に一致する形状を有している。
なお、ガラス供給管106における熔融ガラスMGの流路断面の幅あるいは断面積の変化は、連続的にあるいは段階的に行われてもよいが、連続的な幅あるいは断面積の変化が、熔融ガラスMGの流れを可能な限り停留させない点で好ましい。
また、成形体210の溝部210aとガラス供給管106(管拡張部106b)との接続については、例えば、特開2013―234107号公報に記載される内容を含み、当該内容が参酌される。
なお、図3(b)に示すように、成形体210の溝部210aには、熔融ガラスMGが溝部210aの底面を含む溝下部から供給され、接続位置において、溝部210aのうち溝下部の上方に位置する溝上部は、図3(a)に示すように板状部材を用いて閉塞されている。このため、熔融ガラスMGは溝部210aの溝下部から供給され、しかも、底面において熔融ガラスMGが停留することなく滑らかに流れるので溝部210aから熔融ガラスMGは滑らかに溢れ出す。
熔融ガラスMGの流れの停留は、流路断面が拡大することによって発生する場合があるが、停留が発生しやすいガラス供給管106の径方向の外周付近(例えば、頭頂部、底部)の熔融ガラスMGの温度が、ガラス供給管106の径方向の中心付近の熔融ガラスMGの温度と比較して、一定以上低くなっている(温度差が一定以上ある)場合についても、停留が発生しやすい。熔融ガラスMGの温度と熔融ガラスMGの粘性とは相関関係があり、熔融ガラスMGの温度差が一定以上ある場合、つまり、熔融ガラスMGの圧力差が一定以上ある場合に、停留が発生する可能性がある。ガラス供給管106内においては、上流から下流に向かって圧力が低下する圧力勾配となる場合、停留は発生せず、上流から下流に向かって圧力が上昇する逆圧力勾配となる場合、停留が発生する可能性がある。熔融ガラスMGが逆圧力勾配となる位置、つまり、停留が発生する可能性がある位置は、熔融ガラスMGの流線によって判断できる。図6は、熔融ガラスMGの流線220を模式的に示した図である。流路が拡大するガラス供給管本体106aと管拡張部106bの頭頂部108bとの接合部付近、管拡張部106bと溝部210aの頭頂対応部211aとの接合部付近において、熔融ガラスMGの停留、よどみが発生しやすいが、特に、図6に示すように、剥離点221付近(近傍)から再付着点222付近(近傍)の間で発生する可能性が高い。ここで、剥離点とは、熔融ガラスMGの流線220が、物体(ガラス供給管本体106a、管拡張部106b)表面から離れる点をいい、上流より下流の静圧が高くなる逆圧力勾配の区間の上流側端点をいう。また、再付着点とは、剥離点以降(下流)において、熔融ガラスMGの流線220が、物体(ガラス供給管本体106a、管拡張部106b)表面に再び沿う点をいい、逆圧力勾配の区間の下流側端点をいう。また、静圧とは、流体の流れで作られる動圧に対する圧力であり、静止している流体の圧力をいう。また、熔融ガラスMGの流線220とは、熔融ガラスMGの速度ベクトルを接線とする曲線(群)をいい、熔融ガラスMGの流れを示すものである。また、付近(近傍)とは、対象(剥離点221、再付着点222)の位置から30cmの範囲内を意味する。剥離点221付近では、熔融ガラスMGは、ガラス供給管106(ガラス供給管本体106a、管拡張部106b)の内壁表面から離れる向きに流れる。このため、剥離点221付近では、他の部分(例えば、ガラス供給管106の径方向の中心部、ガラス供給管106の底面107等)の圧力より低い、負圧状態にある。これに対し、再付着点222付近では、他の部分の圧力より高い、正圧状態にある。ここで、粘度(粘性)は、分子運動論によれば、圧力と相関関係がある。圧力が高くなった状態(正圧状態)では、粘度は高くなり、圧力が低くなった状態(負圧状態)では、粘度は低くなる。このような圧力差がある部分、言い換えると、粘度に差が生じた部分、さらに、言い換えると、温度差が生じた部分において、熔融ガラスMGの停留、よどみが発生しやすい。このため、本実施形態では、剥離点221付近から再付着点222付近までの範囲において、加熱装置212を用いて熔融ガラスMGを加熱することにより、剥離点221付近から再付着点222付近までの熔融ガラスMGの温度差を低減させる。温度差が低減することにより、粘度差、圧力差(逆圧力勾配)も解消され、熔融ガラスMGの停留、よどみの発生を抑制することができる。
また、管拡張部106bの頭頂部108bに、上流から下流まで複数の温度計、流速計を備え、実測した温度、流速から流速分布を求めることにより、管拡張部106bの頭頂部108bの内壁表面の圧力、圧力勾配を求めることもできる。これにより、上流より下流の静圧が高くなる逆圧力勾配の区間を特定することもできる。剥離点221は、逆圧力勾配の区間の上流側の位置であり、逆圧力勾配の区間の中で相対的に圧力の低い位置である。再付着点222は、逆圧力勾配の区間の下流側の位置であり、逆圧力勾配の区間の中で相対的に圧力の高い位置である。なお、上述したように、ガラス供給管106内の圧力、熔融ガラスMGの粘度、熔融ガラスMGの温度は相関関係があるため、熔融ガラスMGの粘度、熔融ガラスMGの温度を測定することによっても、剥離点221、再付着点222の位置を特定することができる。
このように、本実施形態では、ガラス供給管106は、その端部に管拡張部106bを含む。このとき、ガラス供給管106を流れる熔融ガラスMGの流路断面の幅が、ガラス供給管106の開口端と成形体210の溝部210aの開口端の接続位置に近づくにつれて徐々に広がって、接続位置で溝部210aの溝幅になっている。しかも、この接続位置において、ガラス供給管106(管拡張部106b)の開口端の縁は、成形体210の溝部210aの開口端における少なくとも底面の縁形状に一致する形状を有し、ガラス供給管106の壁面は溝部210aの底面と段差なく接続されている。さらに、この接続位置、より具体的には、熔融ガラスMGが停留する可能性がある剥離点221付近から再付着点222付近に対向する位置に加熱装置212を備えている。このため、本実施形態は、ガラス供給管106から成形体210の溝部210aへの熔融ガラスMGの流れを滑らかにすることができ、熔融ガラスMGの溝部210aにおける滞在時間を比較的一定範囲内に揃えて溝部210aから熔融ガラスMGを溢れ出させることができる。このため、ガラスの失透や異質な熔融ガラスが生じ難く、脈理がなく、均一な板厚の高品質なガラス板を製造することができる。
本実施形態のガラス板をフラットパネルディスプレイ用ガラス板に用いる場合、以下のガラス組成を有するようにガラス原料を混合するものが例示される。
SiO2:50〜70質量%、
Al2O3:0〜25質量%、
B2O3:1〜15質量%、
MgO:0〜10質量%、
CaO:0〜20質量%、
SrO:0〜20質量%、
BaO:0〜10質量%、
RO:5〜30質量%(ただし、RはMg、Ca、Sr及びBaの合量)、
を含有する無アルカリガラス。
なお、本実施形態では無アルカリガラスとしたが、ガラス板はアルカリ金属を微量含んだアルカリ微量含有ガラスであってもよい。アルカリ金属を含有させる場合、R’2Oの合計が0.10質量%以上0.5質量%以下、好ましくは0.20質量%以上0.5質量%以下(ただし、R’はLi、Na及びKから選ばれる少なくとも1種であり、ガラス板が含有するものである)含むことが好ましい。勿論、R’2Oの合計が0.10質量%より低くてもよい。
また、本発明のガラス板の製造方法を適用する場合は、ガラス組成物が、上記各成分に加えて、SnO2:0.01〜1質量%(好ましくは0.01〜0.5質量%)、Fe2O3:0〜0.2質量%(好ましくは0.01〜0.08質量%)を含有し、環境負荷を考慮して、As2O3、Sb2O3及びPbOを実質的に含有しないようにガラス原料を調製しても良い。
また、液相粘度が6000Pa・s以下のガラス、さらには、液相粘度が5000Pa・s以下のガラス、特に、液相粘度が4500Pa・s以下のガラスを用いたガラス板にも本発明のガラス板の製造法を適用でき、失透は生じ難い。
SiO2:52〜78質量%、
Al2O3:3〜25質量%、
B2O3:3〜15質量%、
RO(但し、RはMg、Ca、Sr及びBaから選ばれる、ガラス板が含有する全ての成分であって、少なくとも1種である)3〜20質量%、を含み、
質量比(SiO2+Al2O3)/B2O3は7〜20の範囲にある無アルカリガラスまたはアルカリ微量含有ガラスであることが、好ましい。
さらに、歪点をより上昇するために、質量比(SiO2+Al2O3)/ROは7.5以上であることが好ましい。さらに、歪点を上昇させるために、β−OH値を0.1〜0.3mm−1とすることが好ましい。さらに、高い歪点を実現しつつ液相粘度の低下を防止するためにCaO/ROは0.65以上とすることが好ましい。環境負荷を考慮して、As2O3、Sb2O3及びPbOを実質的に含有しないようにガラス原料を調製してもよい。
管拡張部106b内の圧力を測定することにより、剥離点221の位置、及び、再付着点222の位置を特定した。成形体210の入り口での、熔融ガラスMGの流量が100kg/1day、ガラス供給管本体106aから管拡張部106bに流れ込む熔融ガラスMGの温度が1235℃になるよう設定した。また、幅の比率W2/W1、W4/W3が1.8、管拡張部106bの長さが0.5mである管拡張部106bを、ガラス供給管本体106aと溝部210aとの間に設けた。管拡張部106bの頭頂部108bに、上流から下流まで複数の圧力計を備え、各圧力計により、管拡張部106bの頭頂部108bの内壁表面の圧力を測定した。そして、各圧力計が測定した圧力の平均値より低い圧力位置を剥離点221とし、平均値より高い圧力位置を再付着点222とした。その結果、剥離点221は、ガラス供給管本体106aと管拡張部106bの頭頂部108bとの接合部であり、再付着点222は、剥離点221から下流に100mm〜120mmの位置であった。
実施例1で特定した剥離点221から再付着点222までの範囲内に加熱装置212を設け、成形体210で成形したガラス板における歪み、板厚偏差、脈理等の発生を確認した。熔融ガラスMGの加熱量は、3000Wとした。他の条件においては、実施例1と同一に設定した。この条件において成形したガラス板における歪み、板厚偏差、脈理の発生結果を表1に示す。
管拡張部106bを用いずにガラス供給管本体106aを溝部210aに接続し、加熱装置212を設けなかった場合における、成形体210で成形したガラス板における歪み、板厚偏差、脈理等の発生を確認した。他の条件においては、実施例2と同一に設定した。この条件において成形したガラス板における歪み、板厚偏差、脈理の発生結果を表2に示す。
ガラス供給管106、成形体210の溝部210aを流れる熔融ガラスMGの圧力、温度、粘性と、成形体210で成形したガラス板で発生する歪み、板厚偏差、脈理との関係性を調査した。実施例2の条件、実施例3の条件において、剥離点221及び再付着点222における、圧力、熔融ガラスMGの温度、粘性を測定した。圧力、熔融ガラスMGの温度及び粘度は、圧力測定器、温度測定器、粘度測定器を用いてそれぞれ測定した。圧力の測定結果を表3に示す。また、熔融ガラスMGの温度の測定結果を表4に示す。また、熔融ガラスMGの粘性の測定結果を表5に示す。
101 熔解槽
101d バケット
102 清澄槽
103 攪拌槽
103a スターラ
104、105、106 ガラス供給管
106a ガラス供給管本体
106b 管拡張部
200 成形装置
210 成形体
210a 溝部
210b 側壁
210c 下方先端
210d 底面
210e 溝傾斜面
212 加熱装置
300 切断装置
Claims (5)
- 成形体に熔融ガラスを流してガラス板を製造するガラス板の製造方法であって、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスを生成する熔解工程と、
前記熔融ガラスを、移送管を通して前記成形体に供給する供給工程と、
前記成形体の溝部に前記熔融ガラスを流しつつダウンドロー法により前記熔融ガラスから前記ガラス板を成形する成形工程と、を備え、
前記供給工程において、前記熔融ガラスを前記移送管から前記成形体の溝部に供給するとき、上流より下流の静圧が高い前記熔融ガラスの逆圧力勾配の区間を特定し、前記逆圧力勾配の区間の上流側端である剥離点から、前記逆圧力勾配の区間の下流側端である再付着点までの範囲において、前記熔融ガラスを加熱して、前記剥離点の静圧と前記再付着点の静圧との差を、基準値以下になるよう制御する、
ことを特徴とするガラス板の製造方法。 - 前記基準値は、500Paである、
ことを特徴とする請求項1に記載のガラス板の製造方法。 - 前記剥離点から前記再付着点にある熔融ガラスの粘性を、5450Pa・s以下にする、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のガラス板の製造方法。 - 前記剥離点から前記再付着点までの距離を、100mm以下にする、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガラス板の製造方法。 - 成形体に熔融ガラスを流してガラス板を製造するガラス板の製造装置であって、
ガラス原料を熔解して熔融ガラスを生成する熔解装置と、
前記熔融ガラスを通して前記成形体に供給する移送管と、
前記移送管を加熱して、前記移送管を流れる熔融ガラスを加熱する加熱装置と、
前記移送管内の圧力を特定する特定装置と、
前記成形体の溝部に前記熔融ガラスを流しつつダウンドロー法により前記熔融ガラスから前記ガラス板を成形する成形装置と、を備え、
前記特定装置は、前記移送管において上流より下流の静圧が高い前記熔融ガラスの逆圧力勾配の区間を特定し、
前記加熱装置は、前記逆圧力勾配の区間の上流側端である剥離点から、前記逆圧力勾配の区間の下流側端である再付着点までの範囲において、前記熔融ガラスを加熱して、前記逆圧力勾配を、基準値以下になるよう制御する、
ことを特徴とするガラス板の製造装置。
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