JP6036192B2

JP6036192B2 - 板ガラスの成形ノズル

Info

Publication number: JP6036192B2
Application number: JP2012247421A
Authority: JP
Inventors: 高橋　邦尚; 邦尚高橋
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: JP2014094861A

Description

本発明は、板ガラスの成形ノズルに関し、特に、厚みが２．０ｍｍ以下の板ガラスを成形する板ガラスの成形ノズルに関する。

板ガラスの成形方法として、細長い開口（スリット）から溶融したガラス（以下、溶融ガラスと記載）を流出させてロールアウトにて板ガラスを成形する手法が従来から用いられている。通常、ガラスの溶融状態を保つため、スリットには電流が流され、高温に保たれている。

しかしながら、スリットは、その形状により均一に加熱することが難しく、また、場所により放射冷却による効果が異なる。このため、スリットから流出する溶融ガラスの温度がスリットの長さ方向において不均一となる。特に、スリット端部は、冷却されやすい。このため、スリット端部において、溶融ガラスの温度が低下し、粘性が増大しやすい。この結果、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じ、板ガラスの品質が低下していた。

従来の板ガラスの製造方法では、スロットノズル（スリット）へ溶融ガラスを供給する配管内での圧力低下を一定とし、スロットノズルの長手方向における溶融ガラスの流量を均一にすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１で提案される手法では、溶融ガラスの温度による粘性の変化が考慮されておらず、スリットから流出する溶融ガラスの温度分布を均一にすることが難しい。成形ノズルは、側方外周面からの熱の逃げやバスバーを介した放熱があるため、溶融ガラスはスリットの端部に向かうにつれて冷却量が相対的に多くなる。このため、溶融ガラスの温度を高精度に制御しようとしても、実際に溶融ガラスの温度を均一に制御しスリットからの流出量を幅方向に均一にすることは難しい。

また、ロールアウト法により、板厚２．０ｍｍ以下のガラス板を成形する場合、スリットから流出した溶融ガラスが大気中に滞留すると温度低下によりガラスの粘性が高くなり変形能が低下する。このため、ロールとスリットとの間隔は出来るだけ近接させる必要がある。そのため、たとえ成形ノズルの壁面からの圧力損失を均一にできたとしても、スリットや溶融ガラスは冷却源となるロールに熱を奪われてしまい、端部に行くにつれて冷却される。この結果、スリットから流出する溶融ガラスの粘性を均一とすることができず、スリットから流出する溶融ガラスの流量にばらつきが生じる。このため、却って、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じたりしていた。

特開２００５−２３１９９２号公報

本発明は、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じ、板ガラスの品質が低下するのを抑制した板ガラスの成形ノズルを提供することを目的とする。

本発明に係る板ガラスの成形ノズルは、垂直方向に延伸した第１の流路と、記第１の流路の下端部において第１の流路と連通し、下端部から左右に分岐する第２の流路と、第２の流路から下方に延伸するスリット状の第３の流路と、を備え、第２の流路は、中空パイプで構成され、第２の流路の両端は、流路の径が細くなる先細り形状であって、両端部に内部が閉塞された筒状体を備えることを特徴とする。

本発明によれば、第２の流路の両端が、流路の径が細くなる先細り形状となっているので、スリット状の第３の流路の長手方向における溶融ガラスの流量及び温度分布を均一とすることができる。このため、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じ、板ガラスの品質が低下するのを抑制することができる。

実施形態に係る板ガラスの成形ノズルの斜視図である。実施形態に係る板ガラスの成形ノズルの正面図である。実施形態に係る板ガラスの成形ノズルの断面形状を示す図である。実施形態に係る板ガラスの成形ノズルの開口の形状を示す図である。比較例に係る板ガラスの成形ノズルの正面図である。実施例及び比較例に係るシミュレーション結果である。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る板ガラスの成形ノズル１００（以下、成形ノズル１００と記載）の斜視図である。図２は、成形ノズル１００の正面図である。図３は、成形ノズルの断面形状を示す図である。図３（ａ）は、図１の線分Ｘ−Ｘにおける断面形状を、図３（ｂ）は、図１の線Ｙ−Ｙにおける断面形状を、図３（ｃ）は、図１の線分Ｚ−Ｚにおける断面形状を、それぞれ示している。図４は、成形ノズル１００の開口（スリット）の形状である。以下、図１〜図４を参照して、成形ノズル１００の構成について説明する。なお、成形ノズル１００は、厚みが２．０ｍｍ以下の板ガラスを主に成形する。

（成形ノズル１００の構成）
成形ノズル１００は、第１の中空パイプ１１０（第１の流路）と、第２の中空パイプ１２０（第２の流路）と、スリットノズル１３０（第３の流路）とを備える。第１の中空パイプ１１０は、垂直方向に延伸している。第１の中空パイプ１１０の上端１１０Ａは、図示しない溶融ガラスの供給機構（例えば、ガラスの溶融炉や撹拌槽）に接続されている。第１の中空パイプ１１０の内部は、第１の流路ＦＣ１を形成する。

第２の中空パイプ１２０は、中央部１２０Ａが第１の中空パイプ１１０の下端１１０Ｂと接続され、第１の中空パイプ１１０の下端１１０Ｂから左右下方向に向かって延伸する。第２の中空パイプ１２０は、第１の中空パイプ１１０の下端１１０Ｂと接続される中央部１２０Ａを中心として左右対称の形状をしている。

さらに、第２の中空パイプ１２０は、中央部１２０Ａから左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうに従い径が細くなる先細りの形状となっている。つまり、図３に示すように、第２の中空パイプ１２０は、中央部１２０Ａから左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうに従い断面積が小さくなっている。このため、第２の中空パイプ１２０は、中央部１２０Ａから左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうに従い電気抵抗が高くなっている。第２の中空パイプ１１０の内部は、第２の流路ＦＣ２を形成し、第１の中空パイプ１１０の下端１１０Ｂにおいて、第１の流路ＦＣ１と連通している。

第２の中空パイプ１２０の左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃには、第２の流路ＦＣ２を塞ぐ蓋Ｃ１，Ｃ２が設けられている。さらに、蓋Ｃ１，Ｃ２の端部１２０Ｂ，１２０Ｃには、中空パイプＰ１，Ｐ２がそれぞれ設けられている。中空パイプＰ１，Ｐ２の断面積は、端部１２０Ｂ，１２０Ｃの断面積よりも小さくなっている。つまり、中空パイプＰ１，Ｐ２の電気抵抗は、第２の中空パイプ１２０よりも高くなっている。

第２の中空パイプ１２０の左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃに設けられた中空パイプＰ１，Ｐ２には、通電用のバスバーＢ１，Ｂ２がそれぞれ接続される。該バスバーＢ１，Ｂ２は、図示しない電極に接続され、バスバーＢ１，Ｂ２を介して成形ノズル１００に電流が流れる（通電される）。この通電により、電気抵抗に応じたジュール熱が発生して、成形ノズル１００が加熱される。

スリットノズル１３０は、図４に示すように、第２の中空パイプ１２０の下側に設けられて下方に延伸し、幅Ｗが０．５ｍｍ〜８．０ｍｍ、長さＬが１００．０ｍｍ〜１０００．０ｍｍのスリット状の開口１３０Ａを有する。スリットノズル１３０は、第３の流路ＦＣ３を形成し、第２の流路ＦＣ２と連通している。第２の流路ＦＣ２から流れてきた溶融ガラスは、この第３の流路ＦＣ３により板状となり、開口１３０Ａから流出する。

なお、成形ノズル１００は、導電性でかつ耐火性の材料で構成することが好ましい。このような材料として、例えば、白金（Ｐｔ）や白金合金（例えば、白金とロジウム（Ｒｈ）との合金））を使用することができる。

（成形ノズル１００の放熱）
次に、成形ノズル１００の放熱について説明する。
図１を参照してもわかるように、第２の中空パイプ１２０の中央部１２０Ａでは、前方（矢印α）、後方（矢印β）、上方（矢印γ）、下方（矢印δ）の４方向において放射冷却が発生するのに対して、第２の中空パイプ１２０の左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃでは、前方（矢印α）、後方（矢印β）、上方（矢印γ）、下方（矢印δ）の４方向に加え、側方（矢印ε、矢印ζ）の５方向において放射冷却が発生する。さらに、第２の中空パイプ１２０の左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃでは、バスバーＢ１，Ｂ２への熱伝導による熱損失が発生する。

つまり、第２の中空パイプ１２０の端部１２０Ｂ，１２０Ｃは、第２の中空パイプ１２０の中央部１２０Ａに比べて非常に冷却されやすいことがわかる。このため、成形ノズル１００を均一に加熱する従来の加熱方法では、第２の中空パイプ１２０の中央部１２０Ａに比べて、第２の中空パイプ１２０の端部１２０Ｂ，１２０Ｃの温度が低くなる。

この結果、スリットノズル１３０から流出する溶融ガラスの粘性が、長手方向における端部において上昇し、開口１３０Ａから溶融ガラスの流量が、開口１３０Ａの長手方向において均一とならず、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じ、板ガラスの品質が低下してしまう。

これに対して、本発明の成形ノズル１００では、第２の中空パイプ１２０を、中央部１２０Ａから左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうに従い径が細くなる先細りの形状とし、第２の中空パイプ１２０は、中央部１２０Ａから左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうに従い断面積が小さくしている。このため、第２の中空パイプ１２０は、中央部１２０Ａから左右の端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうに従い電気抵抗が高くなり、中央部１２０Ａから端部１２０Ｂ，１２０Ｃへ向かうほど、通電により発生する熱量を多くしている。

さらに、最も冷却されやすい端部１２０Ｂ，１２０Ｃに、端部１２０Ｂ，１２０Ｃよりも断面積よりも小さい中空パイプＰ１，Ｐ２を設けて、端部１２０Ｂ，１２０Ｃを加熱するようにしている。このため、スリットノズル１３０の開口１３０Ａから流出する溶融ガラスの温度分布を、開口１３０Ａの長手方向において略均一にすることができる。

この結果、スリットノズル１３０の開口１３０Ａから流出する溶融ガラスの流量分布が開口１３０Ａの長手方向において略均一となり、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じ、板ガラスの品質が低下するのを効果的に抑制することができる。

また、第２の中空パイプ１２０の端部１２０Ｂ，１２０Ｃに、薄板ではなく中空パイプＰ１，Ｐ２を設けているので剛性が向上し、かつ、放熱面が小さく発熱性が高いというメリットがある。

なお、バスバーＢ１，Ｂ２からの放熱を抑制するために、バスバーＢ１，Ｂ２を耐熱性及び保温性に優れる部材（例えば、シリカアルミナファイバーからなる断熱ボード（例）ニチアス製ＭＤ１６ボード）で覆うようにしてもよい。さらに、第２の中空パイプ１２０の端部１２０Ｂ，１２０Ｃを加熱する加熱手段（例えば、加熱コイル）をさらに備えるようにしてもよい。なお、加熱手段は、第２の中空パイプ１２０の両端部１２０Ｂ、１２０Ｃを互いに独立して加熱することができることが好ましい。

（ロールアウト成形）
本発明の成形ノズル１００は、対向して配置された一対の圧延ローラー上に溶融状態のガラスを供給し、その溶融ガラスを圧延ローラーにて板状に成形する、いわゆるロールアウト成形に用いられるノズルであることが好ましい。本発明の成形ノズル１００を用いて圧延ローラー上に溶融ガラスを供給することで、幅方向の溶融ガラスの供給量が均一となる。そのため、幅方向の厚みが均一で平坦性の高いガラス板を一対の圧延ローラーにてロールアウト成形することが可能である。

（その他の実施形態）
以上のように、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。

次に、計算結果による実施例と比較例を参照してより具体的に本発明の成形ノズル１００について説明する。

（実施例の成形ノズル）
初めに実施例に係る成形ノズルを説明する。実施例に係る成形ノズルには、図１〜図４を参照して説明した成形ノズル１００を用いた。

（比較例の成形ノズル）
次に、比較例に係る成形ノズルを説明する。比較例に係る成形ノズルには、図５に示す成形ノズル２００（長さＬが３４０ｍｍ、幅Ｗが６ｍｍ）を用いた。以下の比較例に係る成形ノズルの説明では、図１〜図４を参照して説明した成形ノズルと同一の構成には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図５に示すように、比較例に係る成形ノズルは、第２の中空パイプ２２０が端部２２０Ｂ，２２０Ｃに向かって先細りとなっておらず、第２の中空パイプ２２０内にて壁面圧力損失が一定となるように構成されている。また、第２の中空パイプ２２０の端部２２０Ｂ，２２０Ｃに中空パイプＰ１，Ｐ２が設けられていない。

（シミュレーション結果）
図６は、実施例及び比較例に係る成形ノズル１００及び成形ノズル２００から溶融ガラスを流出させた場合のシミュレーション結果である。該シミュレーションでは、成形ノズル１００，２００の開口の形状を、長さＬが３４０ｍｍ、幅Ｗが６ｍｍとした。

なお、図６では、成形ノズルの開口の中心から端部に向けて４．８５ｍｍの等間隔に区切った場合の区間（流出方向に直交する面積：４．８５ｍｍ×６ｍｍ）ごとの溶融ガラスの流量分布を示している。また、図６には、実施例のシミュレーション結果を菱形で、比較例のシミュレーション結果を丸で示している。さらに、図６では、縦軸にガラスの流量（ｍｍ^３／ｓ）を示し、横軸に成形ノズルの中心からの端部への距離を示した。

図６のシミュレーション結果では、実施例に用いた成形ノズル１００の中空パイプ１２０が発熱源として機能しており、オリフィス（スリットノズル１３０）の温度は両端が高い状態になっている。また、図６に示すシミュレーション結果からは、実施例に係る成形ノズルから吐出した溶融ガラスの速流量分布が、オリフィスの長手方向において略均一となり、安定して流下していることがわかった。さらに、図６に示すシミュレーション結果からは、比較例に係る成形ノズルから吐出した溶融ガラスの流量が、中央部と比較し端部において低く、オリフィスの長手方向において流量分布が略均一となっていないことがわかった。

（ガラス板の成形）
次に、上記シミュレーション結果を基にして白金にて実施例に成形ノズル１００を製作し、表面温度１２５０℃にて、スリットノズル１３０の開口１３０Ａ（長さＬが３４０ｍｍ、幅Ｗが６ｍｍ）から溶融ガラスを流出させ、ロールアウト法により、ガラス板を作成したところ、板厚１．５ｍｍで幅３００ｍｍの薄板ガラス得ることができた。

また、上記シミュレーション結果を基にして白金にて比較例に係る成形ノズル２００を製作し、表面温度１２５０℃にて、スリットノズル１３０の開口１３０Ａ（長さＬが３４０ｍｍ、幅Ｗが６ｍｍ）から溶融ガラスを流出させ、ロールアウト法により、ガラス板を作成したところ、ガラス板は、側面に向かうにつれて板厚が減少しており、厚みの均一なガラス板を得ることはできなかった。

本発明の板ガラスの成形ノズルは、成形される板ガラスに波打ちが生じて平坦度が低下したり、温度差によるひび割れ等が生じ、板ガラスの品質が低下することを抑制できるので、特に、厚みの薄い板ガラスをロールアウトで成形する際の成形ノズルに好適である。

１００…成形ノズル、１１０…第１の中空パイプ、１１０Ａ…上端、１１０Ｂ…下端、１２０…第２の中空パイプ、１２０Ａ…中央部、１２０Ｂ，１２０Ｃ…端部、１３０…スリットノズル、１３０Ａ…開口、Ｂ１，Ｂ２…バスバー、Ｃ１，Ｃ２…蓋、ＦＣ１…第１の流路、ＦＣ２…第２の流路、ＦＣ３…第３の流路、Ｐ１，Ｐ２…中空パイプ。

Claims

垂直方向に延伸した第１の流路と、
前記第１の流路の下端部において前記第１の流路と連通し、前記下端部から左右に分岐する第２の流路と、
前記第２の流路から下方に延伸するスリット状の第３の流路と、
を備え、
前記第２の流路は、中空パイプで構成され、
前記第２の流路の両端は、
流路の径が細くなる先細り形状であって、前記両端部に内部が閉塞された筒状体を備えることを特徴とする板ガラスの成形ノズル。
前記中空パイプは、
前記第１の流路の下端部から両端部にかけて電気抵抗が高くなることを特徴とする請求項１に記載の板ガラスの成形ノズル。
前記中空パイプは、
前記両端部に通電用のバスバーを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の板ガラスの成形ノズル。
前記中空パイプの両端部を加熱する加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の板ガラスの成形ノズル。
前記加熱手段は、前記中空パイプの両端部を互いに独立して加熱することができることを特徴とする請求項４に記載の板ガラスの成形ノズル。
前記中空パイプは、前記両端部に電気抵抗の高い高抵抗部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の板ガラスの成形ノズル。
溶融ガラスを圧延してガラス板を成形する一対の圧延ローラー上に前記溶融ガラスを供給することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の板ガラスの成形ノズル。