JP6638381B2 - 板ガラス製造装置及び板ガラス製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダウンドロー法によって板ガラスを成形する製造技術の改良に関する。

周知のように、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ）などのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）用のガラス基板に代表されるように、各種分野に利用される板ガラスには、表面欠陥やうねりに対して厳しい製品品位が要求されるのが実情である。

このような要求を満たすために、板ガラスの製造方法としてダウンドロー法が広く利用されている。このダウンドロー法としては、オーバーフローダウンドロー法やスロットダウンドロー法が公知である。

オーバーフローダウンドロー法は、断面が略くさび形の成形体の上部に設けられたオーバーフロー溝に溶融ガラスを流し込み、このオーバーフロー溝から両側に溢れ出た溶融ガラスを成形体の両側の側壁部に沿って流下させながら、成形体の下端部で融合一体化し、一枚の板ガラスを連続成形するというものである。また、スロットダウンドロー法は、溶融ガラスが供給される成形体の底壁にスロット状の開口部が形成され、この開口部を通じて溶融ガラスを流下させることにより一枚の板ガラスを連続成形するというものである。

例えば、オーバーフローダウンドロー法を用いる板ガラス製造装置としては、特許文献１に開示されるように、溶融炉と、撹拌装置と、成形体（オーバーフロー成形構造）と、成形体を覆う隔壁部（マッフル）と、成形体の下方に配置される温度調整部材（マッフル扉）とを備えたものがある。

この板ガラス製造装置は、溶融炉から供給される溶融ガラスを、撹拌装置によって十分に均質化した後に、隔壁部内に配置される成形体のオーバーフロー溝（樋）に供給する。その後、溶融ガラスは、オーバーフロー溝の両側に設けられる堰から溢れ出て、成形体における一対の側壁部を伝って流下する。さらに溶融ガラスは、成形体の下端部（エッジ）にて融合一体化し、これによって板ガラスとして連続成形される。板ガラスは、温度調整部材の間を通過することによって、板厚が一定となるように、その幅方向における温度分布が調整される。

特表２００９−５１９８８４号公報

従来の板ガラス製造装置では、温度調整部材として金属製のものが使用されている。しかしながら、金属製の温度調整部材は、成形体の近傍位置で高温に曝されるため、熱変形を生じ得る。このように温度調整部材に熱変形が生じると、板ガラスに対する温度調整が適切に行われず、板ガラスの品質を低下させてしまうという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、温度調整部材の熱変形を防止することにより、高品質の板ガラスを成形することが可能な板ガラス製造装置及び板ガラス製造方法を提供することを目的とする。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、ダウンドロー法により溶融ガラスを板ガラスに成形する成形体と、前記成形体の下方で前記板ガラスの温度を調整する中空状の一対の温度調整部材と、前記温度調整部材の下方で前記板ガラスを徐冷する徐冷炉と、を備える板ガラス製造装置において、前記温度調整部材は、炭化ケイ素を含むとともに、その内部に連通する複数の開口部を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、成形体によって成形された板ガラスを一対の温度調整部材の間に通過させることで、成形炉から徐冷炉にかけて適切な温度勾配を構成するように、板ガラスの温度を調整することができる。また、温度調整部材は、板ガラスの幅方向における温度分布が均一となるように温度調整を行うものである。この温度調整部材は、炭化ケイ素を含むことから、金属製のものよりも耐火性に優れ、熱変形を生じ難い。また、温度調整部材に複数の開口部を形成することにより、断熱材や温度制御ユニットを温度調整部材の内部に配置できる。したがって、板ガラスの温度調整を精度良く行うことができ、厚さの均一な高品質の板ガラスを製造できる。

本発明に係る板ガラス製造装置では、前記温度調整部材は、上壁部と、下壁部と、前記上壁部と前記下壁部とを連結する側壁部と、前記側壁部から所定の間隔をおいて前記上壁部と前記下壁部とを連結する複数の支柱とを備えることが望ましい。このように、上壁部と下壁部とを側壁部及び支柱によって連結支持することにより、温度調整部材を熱変形し難い構造体とすることができる。

本発明に係る板ガラス製造装置では、前記温度調整部材は、前記上壁部と、前記下壁部と、前記側壁部と、前記支柱とが一体に構成されてなることが望ましい。これにより、上壁部、下壁部、側壁部及び支柱を接着、溶接等によって接合する場合と比較して、温度調整部材を熱変形が生じ難い高強度の構造体とすることができる。温度調整部材は、例えば押出成形により筒状体を構成し、この筒状体を焼成した後にその一部を切除することで、支柱及び開口部を形成することにより形成される。

本発明は上記の課題を解決するためのものであり、ダウンドロー法により溶融ガラスを板ガラスに成形する成形工程と、前記成形工程後に中空状の一対の温度調整部材の間に、前記板ガラスを通過させることにより前記板ガラスの温度を調整する温度調整工程と、を備える板ガラス製造方法において、前記温度調整部材は、炭化ケイ素を含むとともに、その内部に連通する複数の開口部を備えることを特徴とする。

かかる構成によれば、成形工程によって成形された板ガラスを、温度調整工程において一対の温度調整部材の間に通過させることで、成形工程から徐冷炉にかけて適切な温度勾配を構成するように、板ガラスの温度を調整することができる。また、温度調整部材は、板ガラスの幅方向における温度分布が均一となるように温度調整を行うものである。この温度調整部材は、炭化ケイ素を含むことから、金属製のものよりも耐火性に優れ、熱変形を生じ難い。また、温度調整部材に複数の開口部を形成することにより、断熱材や温度制御ユニットを温度調整部材の内部に配置できる。したがって、板ガラスの温度調整を精度良く行うことができ、厚さの均一な高品質の板ガラスを製造できる。

本発明によれば、温度調整部材の熱変形を防止することにより、高品質の板ガラスを成形できる。

板ガラス製造装置の一実施形態における縦断側面図である。 図１の板ガラス製造装置における縦断正面図である。 温度調整部材及び支持部材の斜視図である。 温度調整部材の縦断側面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 温度調整部材の他の例を示す斜視図である。

以下、本発明に係る板ガラス製造装置および板ガラス製造方法を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。

図１乃至図６は、本発明に係る板ガラス製造装置の一実施形態を示す。図１及び図２に示すように、板ガラス製造装置１は、溶融ガラスＧＭを板ガラスＧＲに成形する成形炉２と、成形炉２の下方で板ガラスＧＲを徐冷する徐冷炉（アニーラ）３と、成形炉２及び徐冷炉３を覆うケーシング４を主に備える。加えて、図示はしないが、板ガラス製造装置１は、徐冷炉３の下方に、徐冷炉３を通過した板ガラスＧＲを室温付近まで冷却する冷却炉を備えている。

成形炉２は、オーバーフローダウンドロー法を実行可能な成形体５と、成形体５を覆う隔壁部６と、成形体５の下方に配置される温度調整部材７と、隔壁部６及び温度調整部材７を支持する支持部材８と、温度調整部材７の下方に配置される冷却ローラ（エッジローラ）９とを備える。

成形体５は、長尺状に構成されるとともに、頂部にその長手方向に沿って形成されたオーバーフロー溝１０と、一対の側壁部を構成する垂直面部１１及び傾斜面部１２を備える。一対の傾斜面部１２は、下方に向かって漸次接近することで交差し、成形体５の下端部１３を構成している。成形体５のオーバーフロー溝１０から溢れ出て、垂直面部１１及び傾斜面部１２を伝って流下する溶融ガラスＧＭは、加熱装置１４により加熱されることでその粘度が調整されつつ、成形体５の下端部１３で融合して一枚の板ガラスＧＲに成形される。

隔壁部６は、マッフル（ｍｕｆｆｌｅ）とも呼ばれ、内部に収容する成形体５から溢れ出る溶融ガラスＧＭを所定の温度に維持するためのものである。隔壁部６は、その外面に加熱装置１４を備える。図１に示すように、加熱装置１４は、成形体５の両側の垂直面部１１及び傾斜面部１２に対向するように配置されている。具体的には、加熱装置１４は、垂直面部１１に対向する位置と、傾斜面部１２に対向する位置との上下２列で、複数個が隣接配置されている。

温度調整部材７は、隔壁部６の内側で支持部材８に支持されている。温度調整部材７は、上下方向Ｐにおいて成形体５と徐冷炉３との間に位置しており、徐冷炉３による徐冷が適切に行われるように、成形炉２の冷却ローラ９を通過して下降する板ガラスＧＲの温度を調整する。温度調整部材７は、隔壁部６と併せてマッフル炉と呼ばれる場合があり、成形炉２における板ガラスＧＲの出口としてマッフル扉（ｍｕｆｆｌｅ ｄｏｏｒ）とも呼ばれる。一対の温度調整部材７は、板ガラスＧＲの温度を調整すべく、その間隔を変更することが可能である。これに限らず、温度調整部材７は、一定の間隔を維持すべく支持部材８に固定されてもよい。

温度調整部材７は、熱伝導性を有する材料、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むセラミックによって構成されることが望ましい。炭化ケイ素は、硬度が高く、耐熱性に優れ（分解温度２５４５℃）、熱伝導率が高く（焼結体の場合で約２７０Ｗ／ｍ・Ｋ）、熱膨張係数が低い（４０〜４００℃において２．０〜６．０×１０^−６／℃）などの特徴を有する。

図１乃至図３に示すように、温度調整部材７は、上壁部１５と、下壁部１６と、上壁部１５と下壁部１６とを連結する側壁部１７と、側壁部１７から所定の間隔をおいて上壁部１５と下壁部１６とを連結する複数の支柱１８と、温度調整部材７の長手方向における両端部を閉塞する蓋体１９と、複数の支柱１８の間に形成される開口部２０とを備える。また、温度調整部材７の内部には、温度制御ユニット２１が収容されている。

上壁部１５、下壁部１６及び側壁部１７は、板ガラスＧＲの幅方向Ｗに沿って長い長方形状に構成されている。上壁部１５と下壁部１６とは互いに対向し、かつ略平行に設けられ、側壁部１７は、上壁部１５及び下壁部１６に直交するように（直角を為すように）設けられている。

上壁部１５、下壁部１６、及び側壁部１７は、長辺の寸法が約５００ｍｍ以上５０００ｍｍ以下、短辺の寸法が約５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下、厚さ寸法が約５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とされているが、これに限定されるものではない。また、上壁部１５、下壁部１６及び側壁部１７は、同じ厚さで構成されているが、これに限らず、これらの厚さを異ならせてもよい。

側壁部１７は、上壁部１５の短辺における一端部と、下壁部１６の短辺における一端部とを連結している。一方、支柱１８は、上壁部１５の短辺における他端部と、下壁部１６の短辺における他端部とを連結している。本実施形態において支柱１８は、四角柱状又は長尺の板状に構成されるが、この形状に限定されるものではない。また、支柱１８は、一端部と他端部にリブ１８ａ，１８ｂを有する。一方のリブ１８ａは、支柱１８と上壁部１５とに一体に形成され、他方のリブ１８ｂは、支柱１８と下壁部１６とに一体に形成される。

蓋体１９は、矩形状の板部材により構成される。本実施形態では、蓋体１９は、炭化ケイ素を含むセラミックにより構成されるが、これに限らず、金属その他の材料により構成され得る。

図２及び図３に示すように、開口部２０は、四角形状に構成されているが、これに限定されるものではない。複数の開口部２０は、温度調整部材７の長手方向に沿って等間隔で形成されている。

なお、温度調整部材７の製造方法には、型成形や押出成形等の任意の成形方法および、任意の切断、孔開け手法を用いて良い。

本実施形態では、温度調整部材７の内部に、各開口部２０に対応して温度制御ユニット２１が配置される。温度制御ユニット２１は、図４及び図５に示すように、加熱器（ヒータ）２２と、加熱器２２を支持する耐火物（支持体）２３とを有する。

加熱器２２は、その先端部が側壁部１７の内面から離間された位置に配置されている。耐火物２３は、加熱器２２の先端部を露出させた状態で、この加熱器２２を支持している。また、耐火物２３は、加熱器２２が温度調整部材７の上壁部１５、下壁部１６、側壁部１７のいずれにも接触しないようにこれを支持する。また、耐火物２３は、温度調整部材７の開口部２０を閉塞している。これにより、温度調整部材７の内部には、耐火物２３、上壁部１５、下壁部１６及び側壁部１７によって囲まれた空間が形成され、加熱器２２の端部がこの空間に配置されることになる。

図５に示すように、温度調整部材７の内部には、温度制御ユニット２１を支持する耐火物２３の間に、耐火ブランケット２４が配置されている。本実施形態では、耐火ブランケット２４は、支柱１８と同位置に配置されているが、この位置に限定されない。耐火ブランケット２４は、上壁部１５、下壁部１６、側壁部１７及び支柱１８に接触している。

耐火ブランケット２４は、温度調整部材７の内部空間を複数のゾーンに区切ることができる。これにより、板ガラスＧＲの温度調整を好適に行うことができる。すなわち、一対の温度調整部材７の間を通過する板ガラスＧＲは、その幅方向Ｗにおける温度が一様ではなく、温度分布に偏りがある。この温度分布の偏りを放置すると、比較的高温の部位の厚さが増大し、比較的低温の部位との間で厚さが異なる状態となる。そうすると、板ガラスＧＲには、その幅方向Ｗに沿って板厚が区々となる偏肉が生じてしまう。板ガラスＧＲの厚さを一定に制御するには、この偏肉を防止する必要がある。

このため、耐火ブランケット２４を用いることで、温度調整部材７を長手方向に沿って複数のゾーンに区切ることが望ましい。各ゾーンに温度制御ユニット２１を配置することで、ゾーン毎に独立した温度調整を行うことができる。これによって、板ガラスＧＲの偏肉を防止して、その厚さを均一に維持することが可能になる。

支持部材８は、金属製の板状部材として構成されるとともに、その中央部に、板ガラスＧＲを通過させることが可能な開口部２５を有する。この開口部２５の縁部は、ほぼ四角形状に構成されている。開口部２５に係る縁部の対向する二辺は、温度調整部材７の長さよりも短く設定される。これにより、支持部材８は、温度調整部材７をその開口部２５の一方の縁部から他方の縁部にわたって一対の温度調整部材７を架け渡した状態で、これらを支持できる。換言すれば、支持部材８は、温度調整部材７の端部のみを支持することになる。このように、支持部材８によって、一対の温度調整部材７を支持することにより、これらの温度調整部材７の位置決めを精度良く行うことができる。なお、図１、図２に示すように、支持部材８の周縁部は、ケーシング４に支持されている。

冷却ローラ９は、板ガラスＧＲの収縮を抑制するためのものである。冷却ローラ９は、温度調整部材７の下方に配置されている。この冷却ローラ９は、図１及び図２に示すように、板ガラスＧＲの幅方向Ｗにおける両端部を挟持するように二対のローラ対として構成される。

徐冷炉３は、温度調整部材７を経て下降する板ガラスＧＲを徐冷してその内部歪を除去する。すなわち、徐冷炉３内は、所定の温度勾配を有するように温度設定がなされており、板ガラスＧＲが下降するにつれて徐々に温度が低下し、これによって板ガラスＧＲの内部歪が除去されることになる。徐冷炉３は、内部に配置された上下複数段の案内ローラ２６を介して板ガラスＧＲを鉛直下方に案内する。

ケーシング４は、上下方向Ｐに沿って長い中空構造体として構成される。ケーシング４は、その上部において成形炉２を支持している。具体的には、ケーシング４は、成形炉２の支持部材８をその側壁部において支持する。また、ケーシング４の中途部では、その側壁部が徐冷炉３を区画している。

以下、上記構成の板ガラス製造装置１を用いて板ガラスＧＲを製造する方法について説明する。この製造方法は、オーバーフローダウンドロー法により溶融ガラスＧＭを板ガラスＧＲに成形する成形工程と、成形工程後に板ガラスＧＲの温度を調整する温度調整工程と、温度調整工程後に板ガラスＧＲを徐冷する徐冷工程とを主に備える。

成形工程では、成形炉２の成形体５に供給された溶融ガラスＧＭがオーバーフロー溝１０から溢れ出て、垂直面部１１及び傾斜面部１２を伝って流下する。そして、溶融ガラスＧＭは、成形体５の下端部１３において融合一体化して板ガラスＧＲに成形されるとともに、この板ガラスＧＲの幅方向Ｗにおける各端部が冷却ローラ９によって下方に引き抜かれる。

温度調整工程では、冷却ローラ９を経て下降してきた板ガラスＧＲが一対の温度調整部材７の間を通過する。温度調整部材７は、内部に設けられる複数の温度制御ユニット２１により、板ガラスＧＲの幅方向Ｗにおける温度が一定となるように調整する。また、温度調整部材７は、側壁部１７から板ガラスＧＲの熱を吸収することによって、この板ガラスＧＲの温度を徐冷点付近にまで低下させる。

徐冷工程では、温度調整部材７を通過した板ガラスＧＲが徐冷炉３を通過する。このとき、板ガラスＧＲは、案内ローラ２６によって下方に案内されながら所定の温度勾配に従い徐冷され、その内部歪が除去される。

その後、板ガラスＧＲは、自然冷却によってさらに冷却され（冷却工程）、所定の寸法に切断され（切断工程）、または、切断されることなくロール状に巻き取られる（巻取工程）。

以上説明した本実施形態に係る板ガラス製造装置１及び板ガラス製造方法によれば、この温度調整部材７は、炭化ケイ素を含むことから、金属製のものよりも耐熱性に優れており、熱変形を防止できる。しかも、温度調整部材７に開口部２０を形成することにより、温度制御ユニット２１をこの開口部２０を通じて温度調整部材７の内部に挿入することができる。このように、温度調整部材７が熱変形を生じることなく、板ガラスＧＲの幅方向Ｗにおける温度を一定に調節することで、板ガラスＧＲの厚さを一定にすることが可能になる。

また、温度調整部材７を、上壁部１５、下壁部１６、側壁部１７及び支柱１８により構成することで、熱変形し難い構造体とすることができる。しかも、上壁部１５、下壁部１６、側壁部１７及び支柱１８を一体に構成することで、これらを接着、溶接等によって接合する場合と比較して、熱変形が生じ難い高強度の構造体とすることができる。

図６は、温度調整部材７の他の例を示す。この例では、温度調整部材７に、開口部２０が上下２段に形成されている。本例では、上下に並ぶ開口部２０を通じて、温度制御ユニット２１を温度調整部材７の内部に配置することで、上下方向Ｐにおいて、板ガラスＧＲの温度を緻密に調整することが可能になる。また、温度調整部材７は、上壁部１５と下壁部１６を支持する複数の支柱１８における中途部同士を繋ぐ連結部２７を備える。このように、温度調整部材７は連結部２７により補強されており、より熱変形し難い高強度のものとして構成される。

なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、また、上記した作用効果に限定されるものでもない。本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上記の実施形態では、オーバーフローダウンドロー法により、板ガラスＧＲを製造する例を示したが、これに限定されない。本発明は、スロットダウンドロー法によって板ガラスＧＲを製造する場合にも適用可能である。

上記の実施形態では、温度調整部材７の内部に温度制御ユニット２１及び耐火ブランケット２４を配置した例を示したが、これに限定されない。温度調整部材７は、成形される板ガラスＧＲの温度に応じて、温度制御ユニット２１を内部に配置することなく板ガラスＧＲの温度調整（保温）を行うことができる。また、温度制御ユニット２１は、加熱器２２の他、冷却器をも含み得る。

上記の実施形態では、一対の温度調整部材７を例示したが、これに限らず、複数対の温度調整部材７を使用してもよい。

１ 板ガラス製造装置
５ 成形体
７ 温度調整部材
１５ 上壁部
１６ 下壁部
１７ 側壁部
１８ 支柱
２０ 開口部
ＧＭ 溶融ガラス
ＧＲ 板ガラス

Claims (4)

1. ダウンドロー法により溶融ガラスを板ガラスに成形する成形体と、前記成形体の下方で前記板ガラスの温度を調整する中空状の一対の温度調整部材と、前記温度調整部材の下方で前記板ガラスを徐冷する徐冷炉と、を備える板ガラス製造装置において、
   前記温度調整部材は、炭化ケイ素を含むとともに、一体成形された筒状体で構成され、かつその内部に連通する複数の開口部を備え、
   前記開口部を通じて前記温度調整部材の内部に、加熱器又は冷却器である温度制御ユニットが配置されることを特徴とする、板ガラス製造装置。
2. 前記温度調整部材は、上壁部と、下壁部と、前記上壁部と前記下壁部とを連結する側壁部と、前記側壁部から所定の間隔をおいて前記上壁部と前記下壁部とを連結する複数の支柱とを備え、
   前記複数の支柱は、前記所定の間隔をおいて前記側壁部に対向する壁部に前記開口部を形成するように設けられ、
   前記開口部は、前記壁部における前記複数の支柱の間に形成される、請求項１に記載の板ガラス製造装置。
3. 前記温度調整部材は、前記上壁部と、前記下壁部と、前記側壁部と、前記支柱とが一体に構成されてなる、請求項２に記載の板ガラス製造装置。
4. ダウンドロー法により溶融ガラスを板ガラスに成形する成形工程と、前記成形工程後に中空状の一対の温度調整部材の間に、前記板ガラスを通過させることにより前記板ガラスの温度を調整する温度調整工程と、前記温度調整工程後に前記板ガラスを徐冷する徐冷工程とを備える板ガラス製造方法において、
   前記温度調整部材は、炭化ケイ素を含むとともに、一体成形された筒状体で構成され、かつその内部に連通する複数の開口部を備え、
   前記開口部を通じて前記温度調整部材の内部に、加熱器又は冷却器である温度制御ユニットが配置されることを特徴とする、板ガラス製造方法。

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