JP6700604B2 - ガラス板製造装置及びガラス板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス板製造装置及びガラス板の製造方法に関する。

ガラス板の製造方法の一種として溶融ガラスを圧延する成形用ロールを用いる方法が知られている。特許文献１には、成形用ロールの表面温度を調整するために成形用ロールに冷却水を流通させる構成が開示されている。

特開２００３−１７１１２７号公報

上記のようにガラス板を成形する成形用ロールが、その内部を流通する冷却液によって過剰に冷却されると、例えば、圧延時にガラス板にクラックが生じる場合があり、ガラス板の品質に影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、成形用ロールの過剰な冷却を抑えることを容易にしたガラス板製造装置及びガラス板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するガラス板製造装置は、冷却液を流通する冷却流路を有するとともに溶融ガラスを圧延する成形用ロールと、前記成形用ロールに供給される冷却液の温度を調整する温度調整部と、を備えるガラス板製造装置であって、前記温度調整部は、第１熱交換流路及び第２熱交換流路を有するとともに前記第１熱交換流路と前記第２熱交換流路との間で熱交換する熱交換器と、前記第１熱交換流路を流通した冷却液を前記成形用ロールに供給する供給流路と、前記成形用ロールの前記冷却流路を流通した冷却液を排出液として流通する排出流路と、を備え、前記排出流路は、前記排出液の少なくとも一部を前記第２熱交換流路に流入させる構成を有する。

この構成によれば、温度調整部において、熱交換器の第１熱交換流路を流通した冷却液を成形用ロールに供給することができる。また、温度調整部において、成形用ロールの冷却流路から排出された排出液の少なくとも一部を熱交換器の第２熱交換流路に流通させることができる。このとき、熱交換器の第１熱交換流路を流通する冷却液の温度を熱交換器の第２熱交換流路を流通する排出液により上昇させることができる。このため、温度が上昇された冷却液を成形用ロールに供給することができる。

上記ガラス板製造装置において、前記熱交換器は、多管式熱交換器であることが好ましい。
熱交換器の一種である多管式熱交換器は、比較的小型であっても、熱交換器内の伝熱面積を広く確保することができるため、省スペースで効率的な熱交換を行うことが可能となる。従って、例えば、既存のガラス板製造設備に温度調整部を増設することが容易となる。

上記ガラス板製造装置において、前記熱交換器は、プレート式熱交換器であることが好ましい。
熱交換器の一種であるプレート式熱交換器は、例えば、より省スペースで効率的な熱交換を行うことが可能となるため、既存のガラス板製造設備に温度調整部を増設することがさらに容易となる。

上記ガラス板製造装置において、前記温度調整部は、前記熱交換器の前記第１熱交換流路に供給される冷却液、及び前記供給流路を流通する冷却液の少なくとも一方を電気又は燃料ガスを用いて加熱する加熱器をさらに備えることが好ましい。

例えば、装置の立ち上げ時では、熱交換器による冷却液の加熱が不足するおそれがある。上記構成によれば、このような冷却液の加熱不足を加熱器によって補うことができる。
上記ガラス板製造装置において、前記温度調整部は、前記供給流路を流通する冷却液の温度に基づいて前記第２熱交換流路に流入させる前記排出液の流入量を制御する制御部を備えることが好ましい。

この構成によれば、成形用ロールに供給される冷却液の温度制御を自動で行うことができる。
上記ガラス板製造装置において、前記成形用ロールは、前記溶融ガラスを挟み込んで圧延する第１成形用ロール及び第２成形用ロールから構成され、前記温度調整部は、前記第１成形用ロールに供給される冷却液の温度を調整する第１温度調整部と、前記第２成形用ロールに供給される冷却液の温度を調整する第２温度調整部とから構成されることが好ましい。

この構成によれば、第１温度調整部と第２温度調整部によって、第１成形用ロールの状態及び第２成形用ロールの状態に応じた個別の温度制御を行うことができる。
上記ガラス板製造装置は、前記第１成形用ロールと第２成形用ロールとの間で成形された帯状ガラスを前記第１成形用ロール側に湾曲させて搬送する搬送部を備えてもよい。

上記のように帯状ガラスを搬送した場合、例えば、第１成形用ロールは、第２成形用ロールよりも、帯状ガラスの熱を受け易い。すなわち、第１成形用ロールと第２成形用ロールとの温度環境が異なるため、第１成形用ロール及び第２成形用ロールの各冷却流路に、同じ温度の冷却液を同じ流量で供給した場合、第１成形用ロールと第２成形用ロールの温度差が大きくなるおそれがある。この場合、第１温度調整部と第２温度調整部によって、それぞれ第１成形用ロールと第２成形用ロールを独立して温度調整することで、例えば、帯状ガラスの搬送を一因とする第１成形用ロールの温度上昇を好適に抑えることが可能となる。

上記課題を解決するガラス板の製造方法は、上記ガラス板製造装置を用いてガラス板を製造する。

本発明によれば、成形用ロールの過剰な冷却を抑えることが容易となる。

実施形態におけるガラス板製造装置を示す概略図である。 ガラス板製造装置の変更例を示す概略図である。

以下、ガラス板製造装置及びガラス板の製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、ガラス板製造装置１１は、成形用ロール１２と温度調整部１３とを備えている。成形用ロール１２は、冷却液を流通する冷却流路１４を有するとともに溶融ガラスＭＧを圧延する。温度調整部１３は、成形用ロール１２に供給される冷却液の温度を調整する。

本実施形態の成形用ロール１２は、溶融ガラスＭＧを挟み込んで圧延する第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６から構成され、ロールアウト成形法によりガラス板を製造するように構成されている。各成形用ロール１５，１６は、溶融ガラスＭＧの温度に耐え得る耐熱性を有する外周面を有し、各成形用ロール１５，１６の冷却流路１４は、周知のように各成形用ロール１５，１６の内部において軸方向に沿って形成された往路と復路とから構成されている。各成形用ロール１５，１６は、冷却流路１４に冷却液を流入する流入口及び冷却流路１４を流通した冷却液を排出する排出口を有するロータリージョイントを備えている。各成形用ロール１５，１６は、図示を省略したモーター等の駆動源が連結され、各成形用ロール１５，１６で挟み込んだ溶融ガラスＭＧを押し出すように互いに逆方向に回転駆動される。

本実施形態のガラス板製造装置１１は、第１成形用ロール１５と第２成形用ロール１６との間で成形された帯状ガラスＧを第１成形用ロール１５側に湾曲させて搬送する搬送部１７を備えている。搬送部１７は、複数の搬送用ロール１８，１８を備え、図示を省略した徐冷部に向けて帯状ガラスＧを搬送する。徐冷された帯状ガラスＧを所定の寸法に切断することで、ガラス板が得られる。

ガラス板製造装置１１の温度調整部１３は、第１成形用ロール１５に供給される冷却液の温度を調整する第１温度調整部１９と、第２成形用ロール１６に供給される冷却液の温度を調整する第２温度調整部２０とから構成されている。

ガラス板製造装置１１の第１温度調整部１９は、熱交換器２１を備えている。熱交換器２１は、第１熱交換流路２１ａ及び第２熱交換流路２１ｂを有するとともに第１熱交換流路２１ａと第２熱交換流路２１ｂとの間で熱交換する。本実施形態の熱交換器２１は、多数の伝熱管が胴内に配置された多管式熱交換器（シェルアンドチューブ式熱交換器）であり、固定管板式熱交換器である。なお、例えば、Ｕチューブ式熱交換器、遊動頭式熱交換器等の多管式熱交換器を用いてもよい。第１熱交換流路２１ａは、伝熱管の管内側の流路であり、第２熱交換流路２１ｂは、伝熱管の外側である胴側の流路である。第１熱交換流路２１ａには、ガラス板の製造設備の外部から冷却液が供給される。

第１温度調整部１９は、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａを流通した冷却液を第１成形用ロール１５に供給する供給流路２２と、第１成形用ロール１５の冷却流路１４を流通した冷却液を排出液として流通する排出流路２３とを備えている。排出流路２３は、排出液の少なくとも一部を第２熱交換流路２１ｂに流入させる構成を有している。

詳述すると、第１温度調整部１９の排出流路２３は、熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流入される排出液の流入量を調節可能とする調節弁２４を備えている。調節弁２４としては、排出流路２３の上流部２３ａを流通する排出液を排出流路２３の第１下流部２３ｂと第２下流部２３ｃとに分流可能に構成された三方調節弁を用いることができる。第１下流部２３ｂを流通する排出液は、第２熱交換流路２１ｂに流入する。第２下流部２３ｃを流通する排出液は、製造設備の外部に排出される。

第１温度調整部１９は、供給流路２２を流通する冷却液の温度に基づいて第２熱交換流路２１ｂに流入させる排出液の流入量を制御する第１制御部を備えている。詳述すると、第１温度調整部１９の供給流路２２は、供給流路２２を流通する冷却液の温度を検出する温度センサ２５を備えている。第１制御部は、温度センサ２５からの入力信号に基づき、調節弁２４の開度を調節する。第１制御部は、メモリに記憶されたプログラムに従ってＣＰＵが各種制御を行うように構成されている。

本実施形態の第１制御部は、予め設定された目標値（目標温度）に近づけるように調節弁２４の開度を変更するフィードバック制御を行うように構成されている。すなわち、第１制御部は、温度センサ２５で検出される温度が目標温度よりも低い場合、熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流入させる排出液の流入量を増大させるように調節弁２４を制御する。また、第１制御部は、温度センサ２５で検出される温度が目標温度よりも高い場合、熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流入させる排出液の流入量を減少させるように調節弁２４を制御する。

ガラス板製造装置１１の第２温度調整部２０についても、第１温度調整部１９と同様に、熱交換器、供給流路、排出流路、及び第２制御部を備えている。すなわち、第１温度調整部１９及び第１温度調整部１９は、互いに独立してそれぞれ第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６を制御することができる。

なお、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａに供給される冷却液の供給量についても、例えば、第１熱交換流路２１ａよりも上流側に装備した絞り弁と制御部とにより制御することも可能であるが、制御の複雑化を回避するという観点から、第１熱交換流路２１ａに供給される冷却液の供給量は実質的に一定とされることが好ましい。

次に、ガラス板製造装置１１の主な作用について説明する。
ガラス板製造装置１１の第１温度調整部１９は、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａを流通した冷却液を第１成形用ロール１５に供給する供給流路２２と、第１成形用ロール１５の冷却流路１４を流通した冷却液を排出液として流通する排出流路２３とを備えている。第１温度調整部１９の排出流路２３は、排出液の少なくとも一部を第２熱交換流路２１ｂに流入させる構成を有している。

この構成によれば、第１温度調整部１９において、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａを流通した冷却液を第１成形用ロール１５に供給することができる。また、第１温度調整部１９において、第１成形用ロール１５の冷却流路１４から排出された排出液の少なくとも一部を熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流通させることができる。このとき、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａを流通する冷却液の温度を熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂを流通する排出液により上昇させることができる。このため、温度が上昇された冷却液を第１成形用ロール１５に供給することができる。なお、本実施形態のガラス板製造装置１１では、第２温度調整部２０においても第１温度調整部１９と同様の構成を有するため、温度が上昇された冷却液を第２成形用ロール１６に供給することができる。

以上詳述した実施形態によれば、次のような作用効果が発揮される。
（１）本実施形態のガラス板製造装置１１は、冷却液を流通する冷却流路１４を有するとともに溶融ガラスＭＧを圧延する成形用ロール１２と、成形用ロール１２に供給される冷却液の温度を調整する温度調整部１３とを備えている。ガラス板製造装置１１の温度調整部１３は、第１熱交換流路２１ａ及び第２熱交換流路２１ｂを有するとともに第１熱交換流路２１ａと第２熱交換流路２１ｂとの間で熱交換する熱交換器２１を備えている。また、温度調整部１３は、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａを流通した冷却液を成形用ロール１２に供給する供給流路２２と、成形用ロール１２の冷却流路１４を流通した冷却液を排出液として流通する排出流路２３とをさらに備えている。温度調整部１３の排出流路２３は、排出液の少なくとも一部を熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流入させる構成を有している。

この構成によれば、上述した作用が得られるため、成形用ロール１２の過剰な冷却を抑えることが容易となる。従って、例えば、成形されるガラス板にクラックが生じることを抑えることができるため、ガラス板の品質を安定化することができる。

また、ガラス板の製造設備の外部からガラス板製造装置１１に供給される冷却液の温度は、例えば、冬場や夜間に過剰に低下し易くなる。すなわち、本実施形態のガラス板製造装置１１によれば、成形用ロール１２に供給される冷却液の温度を年間又は昼夜を通じて安定させることが可能となるため、ガラス板の品質を安定化することができる。

また、ガラス板製造装置１１の温度調整部１３は、排出液の熱を熱交換器２１により熱交換して利用するため、例えば、冷却液を電気又は燃料ガスを用いて加熱する加熱器を省略したり、そうした加熱器のエネルギー使用量を削減したりすることができる。従って、ガラス板の生産コストを削減することが可能となる。

（２）ガラス板製造装置１１の熱交換器２１は、多管式熱交換器である。多管式熱交換器は、比較的小型であっても、熱交換器２１内の伝熱面積を広く確保することができるため、省スペースで効率的な熱交換を行うことが可能となる。従って、例えば、既存のガラス板製造設備に温度調整部１３を増設することが容易となる。

（３）ガラス板製造装置１１の温度調整部１３は、供給流路２２を流通する冷却液の温度に基づいて熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流入させる排出液の流入量を制御する制御部を備えている。

この場合、成形用ロール１２に供給される冷却液の温度制御を自動で行うことができる。従って、成形用ロール１２の温度条件を容易に管理することができる。
また、供給流路２２を流通する冷却液の温度は、成形用ロール１２の冷却流路１４に供給される冷却液の温度に極めて近く、供給流路２２を流通する冷却液の温度により成形用ロール１２の表面温度を比較的精度よく推定することが可能である。従って、成形用ロール１２の表面温度を直接測定することなく、成形用ロール１２の表面温度を管理することが可能となる。

（４）ガラス板製造装置１１の成形用ロール１２は、溶融ガラスＭＧを挟み込んで圧延する第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６から構成されている。ガラス板製造装置１１の温度調整部１３は、第１成形用ロール１５に供給される冷却液の温度を調整する第１温度調整部１９と、第２成形用ロール１６に供給される冷却液の温度を調整する第２温度調整部２０とから構成されている。

この場合、第１温度調整部１９と第２温度調整部２０によって、第１成形用ロール１５の状態及び第２成形用ロール１６の状態に応じた個別の温度制御を行うことができる。従って、より高い精度でガラス板を製造することができる。

（５）ガラス板製造装置１１は、第１成形用ロール１５と第２成形用ロール１６との間で成形された帯状ガラスＧを第１成形用ロール１５側に湾曲させて搬送する搬送部１７を備えている。

上記のように帯状ガラスＧを搬送した場合、例えば、第１成形用ロール１５は、第２成形用ロール１６よりも、帯状ガラスＧの熱を受け易い。すなわち、第１成形用ロール１５と第２成形用ロール１６との温度環境が異なるため、第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６の各冷却流路１４，１４に、同じ温度の冷却液を同じ供給量で供給したとしても、第１成形用ロール１５と第２成形用ロール１６の温度差が大きくなるおそれがある。本実施形態のガラス板製造装置１１では、第１温度調整部１９と第２温度調整部２０によって、それぞれ第１成形用ロール１５と第２成形用ロール１６を独立して温度調整することで、例えば、帯状ガラスＧの搬送を一因とする第１成形用ロール１５の温度上昇を好適に抑えることが可能となる。従って、より高品質のガラス板を製造することが可能となる。

（変更例）
上記実施形態を次のように変更して構成してもよい。
・ガラス板製造装置１１の第１温度調整部１９及び第２温度調整部２０のいずれか一方を省略してもよい。すなわち、第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６のうち、冷却液の過剰な冷却による影響を受け易い成形用ロールのみに対応して温度調整部１３を設けてもよい。

・ガラス板製造装置１１は、第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６に対応して第１温度調整部１９及び第２温度調整部２０を備えているが、第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６に対して共通の温度調整部を備える構成に変更してもよい。すなわち、一つの熱交換器で第１成形用ロール１５及び第２成形用ロール１６に供給される冷却液の温度を調整するように供給流路及び排出流路を変更してもよい。

・図２に示すように、ガラス板製造装置１１の温度調整部１３（例えば、第１温度調整部１９）は、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａに供給される冷却液を電気又は燃料ガスを用いて加熱する加熱器２６を備えていてもよい。加熱器２６としては、電熱器又はガスバーナーが挙げられる。加熱器２６は、制御部（例えば、第１制御部）により制御するように構成することができる。すなわち、制御部は、供給流路２２を流通する冷却液の温度に基づき加熱器２６の出力を制御するように構成することができる。

ここで、例えば、成形用ロール１２を交換した後など、装置の立ち上げ時では、熱交換器２１による冷却液の加熱が不足するおそれがある。上記変更例によれば、冷却液の加熱不足を加熱器２６によって補うことができる。従って、成形用ロール１２の過剰な冷却を抑えることがさらに容易となる。

なお、上記加熱器２６を設ける位置は、供給流路２２を流通する冷却液を加熱する位置に変更することもできる。また、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａに供給される冷却液を加熱する加熱器２６と、供給流路２２を流通する冷却液を加熱する加熱器とを併用してもよい。

・ガラス板製造装置１１の温度調整部１３において、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａに供給される冷却液の温度を検出する温度センサを設けてもよい。すなわち、温度調整部１３の制御部は、熱交換器２１の第１熱交換流路２１ａに供給される冷却液の温度に基づいて熱交換器２１の第２熱交換流路２１ｂに流入させる排出液の流入量を制御するように変更することもできる。また、この変更例の制御と上記実施形態の供給流路２２を流通する冷却液の温度に基づく制御とを組み合わせてもよい。

・ガラス板製造装置１１において、供給流路２２を流通する冷却液を補助的に冷却する冷却装置をさらに設けてもよい。この場合、成形用ロール１２の冷却流路１４に供給される冷却液の温度を目標温度に近づけることがさらに容易となる。

・ガラス板製造装置１１の熱交換器２１としては、例えば、二重管式熱交換器やプレート式熱交換器を用いることもできる。但し、設備コストの低減と性能とのバランス等を考慮すると、上記実施形態の多管式熱交換器が好適である。一方、例えば、より省スペースで効率的な熱交換を行うという観点では、プレート式熱交換器が好適である。

・ガラス板製造装置１１の搬送部１７は、第１成形用ロール１５と第２成形用ロール１６との間で成形された帯状ガラスＧを第１成形用ロール１５側に湾曲させることなく、帯状ガラスＧを鉛直下方に搬送した後に側方に搬送する搬送部に変更することもできる。

・ガラス板製造装置１１の成形用ロール１２の数は、複数本に限定されない。すなわち、成形用ロール１２は、所定の位置に配置された成形型上や、所定方向に移動するコンベア上で溶融ガラスを圧延する１本の成形用ロールに変更することもできる。

１１…ガラス板製造装置、１２…成形用ロール、１３…温度調整部、１４…冷却流路、１５…第１成形用ロール、１６…第２成形用ロール、１７…搬送部、１９…第１温度調整部、２０…第２温度調整部、２１…熱交換器、２１ａ…第１熱交換流路、２１ｂ…第２熱交換流路、２２…供給流路、２３…排出流路、２６…加熱器、Ｇ…帯状ガラス、ＭＧ…溶融ガラス。

Claims (8)

1. 冷却液を流通する冷却流路を有するとともに溶融ガラスを圧延する成形用ロールと、前記成形用ロールに供給される冷却液の温度を調整する温度調整部と、を備えるガラス板製造装置であって、
   前記温度調整部は、第１熱交換流路及び第２熱交換流路を有するとともに前記第１熱交換流路と前記第２熱交換流路との間で熱交換する熱交換器と、
   前記第１熱交換流路を流通した冷却液を前記成形用ロールに供給する供給流路と、
   前記成形用ロールの前記冷却流路を流通した冷却液を排出液として流通する排出流路と、を備え、
   前記排出流路は、前記排出液の少なくとも一部を前記第２熱交換流路に流入させる構成を有することを特徴とするガラス板製造装置。
2. 前記熱交換器は、多管式熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載のガラス板製造装置。
3. 前記熱交換器は、プレート式熱交換器であることを特徴とする請求項１に記載のガラス板製造装置。
4. 前記温度調整部は、前記熱交換器の前記第１熱交換流路に供給される冷却液、及び前記供給流路を流通する冷却液の少なくとも一方を電気又は燃料ガスを用いて加熱する加熱器をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のガラス板製造装置。
5. 前記温度調整部は、前記供給流路を流通する冷却液の温度に基づいて前記第２熱交換流路に流入させる前記排出液の流入量を制御する制御部を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のガラス板製造装置。
6. 前記成形用ロールは、前記溶融ガラスを挟み込んで圧延する第１成形用ロール及び第２成形用ロールから構成され、
   前記温度調整部は、前記第１成形用ロールに供給される冷却液の温度を調整する第１温度調整部と、前記第２成形用ロールに供給される冷却液の温度を調整する第２温度調整部とから構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のガラス板製造装置。
7. 前記第１成形用ロールと第２成形用ロールとの間で成形された帯状ガラスを前記第１成形用ロール側に湾曲させて搬送する搬送部を備えることを特徴とする請求項６に記載のガラス板製造装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のガラス板製造装置を用いてガラス板を製造することを特徴とするガラス板の製造方法。