JP7363796B2 - 板ガラスの製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、板ガラスの製造装置に関する。

板ガラスは、主に、ダウンドロー法およびフロート法などの連続成形プロセスにより製造されている（例えば特許文献１、２）。

ダウンドロー法の代表例は、フュージョン法である。

この方法では、まずガラス原料を溶解することにより得られた溶融ガラスが、成形用の部材（以下、「成形部材」と称する）の上部に供給される。成形部材は、断面が下向きに尖った略くさび状となっており、溶融ガラスは、この成形部材の対向する２つの側面に沿って流下される。両側面に沿って流下する溶融ガラスは、成形部材の下端（「合流点」という）で合流、一体化され、これによりガラスリボンが成形される。その後、このガラスリボンは、ローラーなどの牽引部材により、徐冷されながら下向きに牽引され、所定の寸法で切断される。

一方、フロート法では、溶融ガラスを溶融スズ上で搬送させることにより、ガラスリボンが成形される。その後、ガラスリボンは、徐冷され、所定の寸法で切断される。

特開２０１６－０２８００５号公報 特公昭４８－２０７６１号公報

従来の板ガラスの製造装置は、同一組成の板ガラスを大量生産することには適しているものの、組成の異なる複数種類の板ガラスを生産することには不向きである。板ガラスは、その組成によって、温度特性および粘度特性などが異なり、それぞれの組成によって、適正な使用設備および製造条件等が異なるためである。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、組成の異なる複数種類の板ガラスを適正に製造することが可能な、板ガラスの製造装置を提供することを目的とする。

本発明では、１０ｋｇ／時間以上のガラスリボンの生産能力を有する、板ガラスの製造装置であって、
原料を溶解し、溶融ガラスを形成する溶解ユニットと、
前記溶融ガラスを成形して、ガラスリボンを形成する成形ユニットと、
前記ガラスリボンを徐冷する徐冷ユニットと、
前記ガラスリボンを切断する切断ユニットと、
を有し、
前記各ユニットは、それぞれに対応する別のユニットと入れ替え可能である、板ガラスの製造装置が提供される。

本発明では、組成の異なる複数種類の板ガラスを適正に製造することが可能な、板ガラスの製造装置を提供することができる。

本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置の模式的なブロック図である。 選定されたユニットを既設のユニットと入れ替える際の様子を、模式的に示した図である。 選定されたユニットを既設のユニットと入れ替える際の様子を、模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置において、成形ユニットに設けられた成形手段の構成の一例を模式的に示した断面図である。

前述のように、従来の板ガラスの製造装置では、組成の異なる複数種類の板ガラスを適正に製造することは難しいという問題がある。

これに対して、本発明の一実施形態では、
１０ｋｇ／時間以上のガラスリボンの生産能力を有する、板ガラスの製造装置であって、
原料を溶解し、溶融ガラスを形成する溶解ユニットと、
前記溶融ガラスを成形して、ガラスリボンを形成する成形ユニットと、
前記ガラスリボンを徐冷する徐冷ユニットと、
前記ガラスリボンを切断する切断ユニットと、
を有し、
前記各ユニットは、それぞれに対応する別のユニットと入れ替え可能である、板ガラスの製造装置が提供される。

ここで、「各ユニットは、それぞれに対応する別のユニットと入れ替え可能である」とは、ある溶解ユニットを別の溶解ユニットと入れ替えることが可能であり、ある成形ユニットを別の成形ユニットと入れ替えることが可能であり、ある徐冷ユニットを別の徐冷ユニットと入れ替えることが可能であり、ある切断ユニットを別の切断ユニットと入れ替えることが可能であることを意味する。

このような板ガラスの製造装置では、溶解ユニット、成形ユニット、徐冷ユニット、および切断ユニットのそれぞれを、製造される板ガラスに応じて、適宜適正なものに切り換えることができる。

例えば、ある組成の板ガラスＡを製造する際には、溶解ユニットＡ、成形ユニットＡ、徐冷ユニットＡ、および切断ユニットＡを使用して製造ラインを構築し、別の組成の板ガラスＢを製造する際には、溶解ユニットＢ、成形ユニットＢ、徐冷ユニットＢ、および切断ユニットＢを使用して製造ラインを構築するなど、製造される板ガラスに応じて、適切な製造ラインを構築することができる。

従って、本発明の一実施形態では、組成の異なる複数種類の板ガラスを適正に製造することが可能となる。

（本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置）
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置について、より詳しく説明する。

図１には、本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置（以下、「第１の製造装置」と称する）の模式的なブロック図を示す。

図１に示すように、第１の製造装置１００は、溶解ユニット１１０、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０を有する。溶解ユニット１１０、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０は、この順に一体化されて板ガラスの製造ライン１２を構成する。

溶解ユニット１１０は、第１の製造装置１００において、原料を溶解し、溶融ガラスを形成する機能を有する場所である。成形ユニット１３０は、溶解ユニット１１０から供給される溶融ガラスを成形して、ガラスリボンを形成する機能を有する場所である。徐冷ユニット１５０は、成形ユニット１３０から供給されるガラスリボンを徐冷する機能を有する場所である。また、切断ユニット１７０は、徐冷されたガラスリボンを切断する機能を有する場所である。

ここで、第１の製造装置１００において、溶解ユニット１１０、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０は、それぞれ、製造ライン１２から取り外し可能に構成される。

また、第１の製造装置１００は、溶解ユニット１１０、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０を、それぞれ複数有する。

例えば、図１に示した例では、第１の製造装置１００は、４つの溶解ユニット、すなわち、第１の溶解ユニット１１０Ａ、第２の溶解ユニット１１０Ｂ、第３の溶解ユニット１１０Ｃ、および第４の溶解ユニット１１０Ｄを有する。また、第１の製造装置１００は、４つの成形ユニット、すなわち、第１の成形ユニット１３０Ａ、第２の成形ユニット１３０Ｂ、第３の成形ユニット１３０Ｃ、および第４の成形ユニット１３０Ｄを有する。また、第１の製造装置１００は、４つの徐冷ユニット、すなわち、第１の徐冷ユニット１５０Ａ、第２の徐冷ユニット１５０Ｂ、第３の徐冷ユニット１５０Ｃ、および第４の徐冷ユニット１５０Ｄを有する。さらに、第１の製造装置１００は、４つの切断ユニット、すなわち、第１の切断ユニット１７０Ａ、第２の切断ユニット１７０Ｂ、第３の切断ユニット１７０Ｃ、および第４の切断ユニット１７０Ｄを有する。

以下、各ユニットに含まれる候補の数を、「選択数」と称する。上記の例では、溶解ユニット１１０、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０の選択数は、いずれも４である。

ただし、これらの例は、単なる一例であって、各ユニットの選択数は、２以上のいかなる数であっても良い。また、それぞれのユニットにおいて、選択数は異なっていても良い。

このような構成の第１の製造装置１００は、以下のように使用される。

まず、第１の製造装置１００を用いて、ある組成を有する第１の板ガラスを製造する場合、溶解ユニット１１０、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０の各々として、候補の中から最適なユニットが選定される。また、選定されたユニットが相互に組み合わされて、製造ライン１２が構築される。

例えば、図１に示した例では、溶解ユニット１１０として、第１の溶解ユニット１１０Ａが選定され、成形ユニット１３０として、第１の成形ユニット１３０Ａが選定され、徐冷ユニット１５０として、第１の徐冷ユニット１５０Ａが選定され、切断ユニット１７０として、第１の切断ユニット１７０Ａが選定される。

次に、選定された各ユニットが相互に組み合わされ、図１に示すような、第１の板ガラス用の製造ライン１２が構築される。

なお、必要な場合、隣接するユニットは、相互に「連結」されても良い。

本願において、「連結」とは、２つのユニット同士が機械的につなぎ合わされることを意味する。

例えば、溶解ユニット１１０Ａが溶融ガラスの排出口を有し、成形ユニット１３０Ａが溶融ガラスの受容部を有する場合、溶解ユニット１１０Ａの排出口と、成形ユニット１３０Ａの受容部とが、相互に「連結」されても良い。また、成形ユニット１３０Ａおよび徐冷ユニット１５０Ａが、それぞれ、ガラスリボンの搬送路を有する場合、両方の搬送路が「連結」されても良い。

このような製造ライン１２を用いて、第１の板ガラスが製造される。

その後、別の組成を有する第２の板ガラスを製造する際には、例えば、溶解ユニット１１０として、第２の溶解ユニット１１０Ｂが選定され、成形ユニット１３０として、第２の成形ユニット１３０Ｂが選定され、徐冷ユニット１５０として、第２の徐冷ユニット１５０Ｂが選定され、切断ユニット１７０として、第２の切断ユニット１７０Ｂが選定される。

また、選定されたユニット１１０Ｂ、１３０Ｂ、１５０Ｂ、１７０Ｂが相互に組み合わされ、第２の板ガラス用の製造ラインが構築される。そして、この新たに構築された製造ラインを用いて、第２の板ガラスが製造される。

このような方法により、第１の製造装置１００では、従来は適正に製造することが難しかった、組成の異なる複数種類の板ガラスを適正に製造することができる。

ところで、既設の第１の板ガラス用の製造ラインから、新たに第２の板ガラス用の製造ラインを構築するためには、第１の板ガラス用の製造ライン１２を構成している各既設のユニット（例えば、第１の溶解ユニット１１０Ａ、第１の成形ユニット１３０Ａ、第１の徐冷ユニット１５０Ａ、第１の切断ユニット１７０Ａ）を、一度、現位置から移動させる必要がある。また、既設のユニット１１０Ａ、１３０Ａ、１５０Ａ、１７０Ａの移動によって空いたスペースに、新たに選定されたユニット（例えば、第２の溶解ユニット１１０Ｂ、第２の成形ユニット１３０Ｂ、第２の徐冷ユニット１５０Ｂ、第２の切断ユニット１７０Ｂ）を設置する必要がある。

以下、図２および図３を参照して、このような「入れ替え操作」を実施するための一例について説明する。なお、ここでは、溶解ユニット１１０を例に、その入れ替え操作について説明する。

図２および図３には、既設のユニットを選定されたユニットと入れ替える際の様子を、模式的に示す。

図２に示すように、第１の製造装置１００が設置される一画（以下、「区画１０」と称する）内に、第１の待機領域１１５および第２の待機領域１１７が設けられる。

両待機領域１１５、１１７は、両者の間に設置領域１１１が介在されるように配置される。

なお、設置領域１１１は、板ガラスの製造ライン１２において、選定された溶解ユニット１１０が配置される領域である。また、第１の待機領域１１５および第２の待機領域１１７は、選定されなかった溶解ユニットを待避させる場所を確保するために設けられた領域である。

例えば、図２に示した例では、第１の溶解ユニット１１０Ａが設置領域１１１に配置され、その他の溶解ユニット１１０Ｂ～１１０Ｄは、いずれも第１の待機領域１１５に待機されている。

区画１０内には、第１の待機領域１１５から第２の待機領域１１７にわたって（図２に示した例では、上下方向に沿って）、２本のレール１０２が相互に平行に配設されている。また、図２からは明確ではないが、各ユニットには、底部に車輪が取り付けられている。このような車輪によって、該車輪が取り付けられたユニットを、レール１０２に沿って所定の位置まで移動させたり、所定の位置で停止させたりすることができる。

このような状態において、例えば、設置領域１１１に設置された第１の溶解ユニット１１０Ａを第４の溶解ユニット１１０Ｄと入れ替える場合、まず、第１の溶解ユニット１１０Ａが、レール１０２に沿って、矢印Ａの方向に移動され、第２の待機領域１１７内に移設される。次に、第２の溶解ユニット１１０Ｂおよび第３の溶解ユニット１１０Ｃも同様に、レール１０２に沿って、矢印Ａの方向に移動され、第１の待機領域１１５から、第２の待機領域１１７に移設される。

次に、第４の溶解ユニット１１０Ｄも、同様にレール１０２に沿って、矢印Ａの方向に移動される。ただし、第４の溶解ユニット１１０Ｄは、第２の待機領域１１７までは移動されず、設置領域１１１で停止される。これにより、第１の待機領域１１５にあった第４の溶解ユニット１１０Ｄを、設置領域１１１に移設することができる。

図３には、第４の溶解ユニット１１０Ｄが、設置領域１１１に移設された状態を模式的に示す。

このようにして、製造ライン１２において、第１の溶解ユニット１１０Ａを、第４の溶解ユニット１１０Ｄと入れ替えることができる。

なお、上記例では、第１の溶解ユニット１１０Ａを第４の溶解ユニット１１０Ｄと入れ替える方法について説明したが、別のユニット同士の入れ替えも、同様に行えることは当業者には明らかである。

また、成形ユニット１３０、徐冷ユニット１５０、および切断ユニット１７０においても、同様の方法により、既設のユニットと選定ユニットとを入れ替えることができる。

ただし、本発明の一実施形態では、入れ替えの際に、必ずしも製造ライン１２を構成する４つ全てのユニットを入れ替える必要はない。例えば、製造ライン１２を構成するユニットのうち、３つ以下のユニットのみを、選定したものと入れ替えても良い。

また、上記入れ替え方法は、単なる一例であって、既設のユニットと選定ユニットは、いかなる方法で入れ替えられても良い。

例えば、上記のような、レールを用いたまたは用いない水平方向におけるスライドの代わりに、油圧ジャッキのような、各ユニットを上昇／下降させることが可能な手段を用いて、各ユニットを上下方向にスライドさせることにより、ユニットを入れ替えても良い。あるいは、水平方向と上下方向の移動の組み合わせを利用しても良い。また、ターンテーブルを用いて、各ユニットを水平に回転させることにより、ユニットを入れ替えても良い。

（各ユニットについて）
次に、本発明の一実施形態による製造装置に含まれる各ユニットの構成について、より詳しく説明する。なお、ここでは、第１の製造装置１００を例に、各ユニットについて説明する。従って、各ユニットを説明する際には、図１～図３に使用した参照符号を使用する。

（溶解ユニット１１０）
溶解ユニット１１０は、前述のように、原料を溶解し、溶融ガラスを形成する機能を有する。溶融ガラスの生成量は、例えば、１０ｋｇ／時間以上であっても良い。

溶解ユニット１１０は、例えば、原料を溶解する溶解炉を有しても良い。そのような溶解炉は、通常、原料の投与口および溶融ガラスの排出口を有する。

溶解炉は、いわゆる「連続炉」であっても良い。ここで、「連続炉」とは、原料の供給量と溶融ガラスの排出量を、略等しくすることができる溶解炉を意味する。

各溶解ユニット１１０Ａ～１１０Ｄにおいて、溶解炉の構成、例えば、炉の材質および／または容量などは、異なっていても良い。

（成形ユニット１３０）
成形ユニット１３０は、前述のように、溶解ユニット１１０から供給される溶融ガラスを成形して、ガラスリボンを形成する機能を有する。ガラスリボンの生成量は、例えば、１０ｋｇ／時間以上であっても良い。

成形ユニット１３０は、例えば、従来のフロート法で使用されるような、溶融金属（例えば溶融スズ）が収容されたフロートバスを有しても良い。この場合、成形ユニット１３０は、さらに、ガラスリボンを溶融金属上で搬送するための搬送手段、フロートバスを含む空間の雰囲気制御手段、および／またはガラスリボンの温度制御手段などを有しても良い。

あるいは、成形ユニット１３０は、例えば従来のフュージョン法で使用されるような、ガラスリボンの成形手段を有しても良い。

図４には、そのような成形手段の構成の一例を模式的に示す。

図４に示すように、成形手段１３８は、収容部材１４０を有する。

収容部材１４０は、上部部材１４２と、底部部材１４５とを有する。

上部部材１４２は、上面１４２ａと、該上面１４２ａを取り囲む４つの側面１４２ｂとを有する。上面１４２ａには上側が開放された凹部１４４が形成されている。また、対向する２つの側面１４２ｂは、鉛直方向（紙面の下向きの方向）、および紙面に対して垂直な方向に沿って、相互に平行に延在している。

一方、収容部材１４０の底部部材１４５は、断面略逆三角形状となっており、２つの斜面１４６ａ、１４６ｂと、両斜面をつなぐ頂点１４６ｃとを有する。第１の斜面１４６ａ、第２の斜面１４６ｂ、および頂点１４６ｃは、それぞれ、紙面に対して垂直な方向にも延伸しており、従って、収容部材１４０の下部は、略三角柱形状を有する。

第１の斜面１４６ａの上部は、上部部材１４２の一つの側面１４２ｂと接続されており、第２の斜面１４６ｂの上部は、上部部材１４２の一つの側面１４２ｂと接続されている。

このような成形手段１３８を有する成形ユニット１３０を使用して、ガラスリボンを形成する場合、収容部材１４０の上部部材１４２の凹部１４４に、溶融ガラス１８０が供給される。溶融ガラス１８０は、溶解ユニット１１０から供給される。

凹部１４４は、溶融ガラス１８０を収容する。ただし、凹部１４４の収容容積を超える溶融ガラス１８０が供給されると、溶融ガラス１８０は、収容部材１４０の対向する側面１４２ｂに沿って溢れ出し、第１の溶融ガラス部分１８２ａおよび第２の溶融ガラス部分１８２ｂとなる。

その後、第１の溶融ガラス部分１８２ａは、収容部材１４０の第１の斜面１４６ａに沿って、さらに下方に流れる。同様に、第２の溶融ガラス部分１８２ｂは、収容部材１４０の第２の斜面１４６ｂに沿って、さらに下方に流れる。

その結果、第１の溶融ガラス部分１８２ａおよび第２の溶融ガラス部分１８２ｂは、頂点１４６ｃに至り、ここで一体化される。

その後、合体した溶融ガラスは、ガラスリボン１８４となり、ローラーなどの牽引手段（図示されていない）によって、さらに鉛直方向に引き延ばされる。その後、ガラスリボン１８４は、徐冷ユニット１５０（図４には示されていない）に供給される。

成形ユニット１３０は、このような構成を有しても良い。

この場合、成形ユニット１３０は、さらに、成形手段１３８の雰囲気制御手段、および／またはガラスリボン１８４の温度制御手段などを有しても良い。

成形ユニット１３０で製造されるガラスリボン１８４の幅は、例えば、２００ｍｍ以上であっても良い。

なお、成形ユニット１３０Ａ～１３０Ｄは、製造される板ガラスの種類（例えば、組成、厚さ、および／または幅）に応じて、付属部品および／または寸法などを変化させても良い。

（徐冷ユニット１５０）
徐冷ユニット１５０は、前述のように、成形ユニット１３０から供給されるガラスリボンを徐冷する機能を有する。

徐冷ユニット１５０は、例えば、ガラスリボンを搬送する搬送手段、例えばローラーおよび／またはベルトコンベア等を有しても良い。

徐冷ユニット１５０は、例えば従来のフロート法で使用されるような、略水平方向に延伸する徐冷炉を有しても良い。そのような徐冷炉の全長は、例えば、１０００ｍｍ～３００００ｍｍの範囲であっても良い。あるいは、徐冷ユニット１５０は、例えば従来のフュージョン法で使用されるような、略鉛直方向に延伸する徐冷炉を有しても良い。そのような徐冷炉の全長は、例えば、１０００ｍｍ～２００００ｍｍの範囲であっても良い。

なお、徐冷炉は、製造される板ガラスの種類（例えば、組成、厚さ、および／または幅）に応じて、寸法を変化させても良い。

各徐冷ユニット１５０Ａ～１５０Ｄにおいて、搬送手段および／または徐冷炉は、異なっていても良い。

（切断ユニット１７０）
切断ユニット１７０は、前述のように、徐冷ユニット１５０から供給される、徐冷後のガラスリボンを切断する機能を有する。

切断ユニット１７０は、ガラスリボンを切断する切断手段を有する。そのような切断手段は、例えば、（上）下方向に移動してガラスリボンを切断する裁断カッター、水平方向に移動してガラスリボンを切断するスライド式カッター、およびレーザ切断機などを備えても良い。

各切断ユニット１７０Ａ～１７０Ｄにおいて、これらの切断手段は異なっていても良い。

（第１の製造装置１００）
第１の製造装置１００は、板ガラスを連続的に製造できることが好ましい。

第１の製造装置１００は、例えば、単位時間当たり、１０ｋｇ以上の板ガラスの製造能力を有する。第１の製造装置１００の製造能力は、４０ｋｇ／時間以上であっても良い。

本願は、２０１８年１０月４日に出願した日本国特許出願２０１８－１８９４１８号に基づく優先権を主張するものであり、同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。

１０ 区画
１２ 製造ライン
１００ 第１の製造装置
１０２ レール
１１０ 溶解ユニット
１１０Ａ～１１０Ｄ 第１～第４の溶解ユニット
１１１ 設置領域
１１５ 第１の待機領域
１１７ 第２の待機領域
１３０ 成形ユニット
１３０Ａ～１３０Ｄ 第１～第４の成形ユニット
１３８ 成形手段
１４０ 収容部材
１４２ 上部部材
１４２ａ 上面
１４２ｂ 側面
１４４ 凹部
１４５ 底部部材
１４６ａ、１４６ｂ 斜面
１４６ｃ 頂点
１５０ 徐冷ユニット
１５０Ａ～１５０Ｄ 第１～第４の徐冷ユニット
１７０ 切断ユニット
１７０Ａ～１７０Ｄ 第１～第４の切断ユニット
１８０ 溶融ガラス
１８２ａ 第１の溶融ガラス部分
１８２ｂ 第２の溶融ガラス部分
１８４ ガラスリボン

Claims (5)

1. １０ｋｇ／時間以上のガラスリボンの生産能力を有する、板ガラスの製造装置であって、
   原料を溶解し、溶融ガラスを形成する溶解ユニットと、
   前記溶融ガラスを成形して、ガラスリボンを形成する成形ユニットであって、フロートバスを含む、成形ユニットと、
   前記ガラスリボンを徐冷する徐冷ユニットと、
   前記ガラスリボンを切断する切断ユニットと、
   を有し、
   前記各ユニットは、それぞれに対応する別のユニットと入れ替え可能である、板ガラスの製造装置。
2. 前記各ユニットは、上下方向および／または水平方向に、スライド式に移動可能である、請求項１に記載の製造装置。
3. 前記別のユニットは、対応する前記ユニットと略同じ方向に、スライド式に移動可能である、請求項２に記載の製造装置。
4. 前記成形ユニットで成形される前記ガラスリボンの全幅は、２００ｍｍ以上である、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の製造装置。
5. 前記溶解ユニットは、原料の入力量と溶融ガラスの出力量を略等しくすることが可能な連続炉を有する、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の製造装置。

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