JP7413379B2 - 薄型ガラスおよび薄型ガラスリボンを製造するための方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、全体として、熱間成形法による板状のガラスエレメントの製造に関する。特に本発明は、非常に薄型のガラスの製造に関する。
厚みが２５０μｍ未満の非常に薄型のガラスの大規模生産は、特に表面品質や最大厚み偏差に高い要求が課せられる場合には、依然として特別な課題となっている。
非常に薄型のガラスを製造する方法の１つに、比較的厚い板ガラスを所望の厚みにまで薄くする方法がある。例えばエッチングにより薄くすることができる。これを行うための装置および方法は、例えば韓国公開特許第１０２０１４０００７２５３号公報に記載されている。
しかし、このような後処理には、コストおよび時間がかかる。
国際公開第２００８／０９３１５３号には、中空のプリフォームを膨張させる製造方法が記載されている。しかし、このようにして製造された薄型ガラスは、ともかく中空の円筒形であり、多くの用途で求められるような平坦状ではない。
したがって本発明は、非常に薄型のガラスの製造を簡便化し、製造プロセスの安定性を高め、それによって薄型ガラスの品質も向上させるという課題に基づく。
本課題は、独立請求項の主題によって解決される。本発明の有利な実施形態は、それぞれの従属請求項に記載されている。
それに応じて本発明は、平坦な薄型ガラスリボンの製造方法であって、ガラスを溶融し、ガラスが、ガラス溶融物を案内する容器から排出され、ガラスを、長手方向に作用する張力を加えながら容器から離れて下向きに引き出して、厚みが最大２５０μｍの薄型ガラスリボンとし、薄型ガラスリボンを、排出後にガラス温度Ｔｇを下回るまで冷却し、張力は、少なくとも２対の延伸ローラによって薄型ガラスリボンに伝達され、２対の延伸ローラは、薄型ガラスリボンの両面をその長手方向の辺の領域でそれぞれ２つの延伸ローラの間で把持するために延伸方向に対して横方向に離間して配置されており、薄型ガラスリボンと延伸ローラとを、ガラスの温度が最大５００℃以下となる位置で初めて接触させる方法を提供する。
それに応じて、平坦な薄型ガラスリボンを製造するための装置であって、
－ ガラス溶融物を収容するための容器であって、容器から溶融ガラスが排出され、溶融ガラスを下向きに引き抜くことができる容器と、
－ 容器から排出された薄型ガラスリボンを制御下に冷却するための冷却ユニットと
を備えた装置も提供される。この装置は、
－ 薄型ガラスリボンに張力をかけて薄型ガラスリボンを引き出し、厚みを最大２５０μｍとするための延伸ユニット
をさらに備え、延伸ユニットは、張力をかけるために、
－ 少なくとも２対の延伸ローラを備え、少なくとも２対の延伸ローラは、薄型ガラスリボンをそれぞれ２つの延伸ローラの間で把持するために延伸方向に対して横方向に互いに離間して配置されており、延伸ローラは、冷却ユニットの下流側に配置されており、かつガラスの温度が最大５００℃になってから薄型ガラスリボンと延伸ローラとが接触するようにスリットから離間して配置されている。
－ ガラス溶融物を収容するための容器であって、容器から溶融ガラスが排出され、溶融ガラスを下向きに引き抜くことができる容器と、
－ 容器から排出された薄型ガラスリボンを制御下に冷却するための冷却ユニットと
を備えた装置も提供される。この装置は、
－ 薄型ガラスリボンに張力をかけて薄型ガラスリボンを引き出し、厚みを最大２５０μｍとするための延伸ユニット
をさらに備え、延伸ユニットは、張力をかけるために、
－ 少なくとも２対の延伸ローラを備え、少なくとも２対の延伸ローラは、薄型ガラスリボンをそれぞれ２つの延伸ローラの間で把持するために延伸方向に対して横方向に互いに離間して配置されており、延伸ローラは、冷却ユニットの下流側に配置されており、かつガラスの温度が最大５００℃になってから薄型ガラスリボンと延伸ローラとが接触するようにスリットから離間して配置されている。
ここで重要となる温度は、延伸ローラとガラスリボンとが接触する箇所の温度である。
さらに延伸ローラ対は、該延伸ローラ対がガラスリボンの品質エリア内あるいは品質領域内には存在せずにこのエリアの外側（後の工程で切断して除去される）で作動するように互いに離間しているため、ガラスの品質エリアに延伸ローラが接触することはない。つまり延伸ローラは、後に耳部として切断される縁部側領域にしか接触しないように離間して配置されている。
ガラス温度は転移点とも呼ばれ、ガラスが粘性域から固体域へと移行する温度である。ガラス温度Ｔｇは、約１０１２Ｐａ・ｓのガラス粘度で、典型的には上側の冷却点の近傍にある。ガラスを延伸ローラと接触させる５００℃という温度は、処理に供されるガラスについては下側の冷却点の温度を下回り、ひいてはガラス温度も下回る。
方法または装置には、ダウンドロープロセスおよびオーバーフローフュージョンプロセスを適用することができる。オーバーフローフュージョンプロセスでは、容器をオーバーフロー流路として形成し、ガラス溶融物が上方で排出されて、オーバーフロー流路の上方を両側で２つのガラス流の状態で流れ、これら２つのガラス流がオーバーフロー流路の下方で合流してガラスリボンとなる。このまだ高温で粘性のあるガラスリボンが、次いで引き出されて薄型ガラスリボンとなる。ダウンドロープロセスでは、容器が細長いスリットを備え、そこからガラス溶融物が下向きに流れ出る、つまり排出する。
本明細書に記載された手法により、特に極めて薄型のガラスであっても厚みのばらつきを抑えて確実に延伸させることができる。そのため、薄型ガラスリボンを、最大１００μｍ、特に最大７０μｍ、好ましくは最大５０μｍの厚みで延伸させる方法が特に注目される。厚みが３０μｍ以下のさらに薄型のガラスも製造可能である。
延伸ローラは容器の下方に配置されているため、この延伸ローラによって、下向きに移動する薄型ガラスリボンに垂直方向の張力がかけられる。
本方法で製造されるような非常に薄型のガラスリボンの場合、スリットと、ガラス温度に達する位置との間の冷却距離を短く抑えることができる。このことは、薄型ガラスリボンに沿って伝搬する振動などの、ガラスリボンの厚みに対する外部からの影響を制限するのに有利である。さらなる一実施形態によれば、このために、温度Ｔｇの位置とガラスが容器から分かれる地点との間の距離が２ｍ未満であることが提供される。ダウンドロープロセスでは、ガラスが容器から分かれる地点とは、スリット開口部であるか、またはスリットに挿入されたソードの端部であり、その端部でガラスが流れ落ちる。オーバーフローフュージョンプロセスでは、この地点とは容器底面であり、この容器底面でガラス流が集まって合流し、下向きに流れ出る。
さらに、ガラスが容器から分かれる地点と、延伸ローラと薄型ガラスリボンとの接触地点との間の距離が、２～４ｍの範囲内であると有利である。
好ましい延伸速度は、０．４ｍ／分～５０ｍ／分である。薄型ガラスリボンが薄いほどリボンが速く延伸されるため、一実施形態によれば、加工されるガラスの量がほぼ一定に保たれる。延伸速度をガラスの厚みに適合させることは、特に厚みのばらつきを抑える点でも有利であることが判明した。したがって本発明の一実施形態によれば、ｍ／分単位で示される延伸速度とμｍ単位で示されるガラスの厚みとの積が２００～１０００（２×１０４ｍ２／分～１０×１０４ｍ２／分に相当）となるように、薄型ガラスリボンの厚みに応じた速度で薄型ガラスリボンを延伸させることが提供される。好ましくは、前述の積は、２００～９００の範囲内である。
図１は、薄型ガラスリボン１の製造装置２の好ましい実施形態を概略的に示す。平坦な薄型ガラスリボン１の製造装置２は、ガラス溶融物４を収容するための容器１７を備えている。この容器から溶融ガラスが排出され、これが下向きに引き抜かれる。好ましい一実施形態によれば、容器１７は、その底面にスリット５を備え、このスリット５からガラス溶融物４が排出される。
拡張された薄型ガラスリボン１を得るために、スリット５は、細長く、あるいはスロット状に形成されている。図１は、ガラスリボンの端部に視線を向けた場合の配置である。したがって、長手方向でのスリット５の延在は、ここでは図示面に対して垂直であり、したがって図面では視認できない。図示の例のように、下向きに開いたスリット５からガラスを引き抜く場合、これをダウンドロープロセスと呼ぶ。
ダウンドロープロセスの一変形例では、スリットに、スリット５から突出したソード５０が挿入されている。この場合、ガラス溶融物はソード５０の両側に沿って流れ、これらの２つの部分流がソードの下端で合流する。この引出しにより、ガラスリボン１の厚みは、同時に行われる冷却の過程でガラス３が十分に固くなってそれ以上変形しなくなるまで、ソード５０の端部から始まる領域で減少する。この厚みが減少する領域を、ドローイングバルブ６ともいう。ガラス３を制御下に冷却するために、冷却ユニット２１が設けられている。ここで重要であるのは、冷却ユニット２１が必ずしも能動冷却を行うわけではないということである。そうではなく、これは冷却プロセスを制御し、必要に応じて遅らせる役割をも果たす。そのため冷却ユニットは、冷却炉の場合と同様に、急激な冷却に抵抗するための加熱ユニットを備えていてもよい。ここで、冷却を、延伸方向だけでなく延伸方向に対して横方向にも制御できると有利である。なぜなら、特にガラスリボン内の温度の横方向の勾配が、厚み偏差および残留応力の原因であるからである。そのため一実施形態によれば、冷却ユニット２１内に、横方向の最大サイズが１００ｍｍ、より良好には５０ｍｍ、好ましくは２５ｍｍである加熱冷却モジュールが設置されている。これらを個別に制御して、温度分布に影響を及ぼすことができる。これにより、冷却プロセスにおいて、ガラスリボンに対して横方向の温度勾配を低減させることができる。これらの勾配を制御するために、さらなる一実施形態によれば、冷却ユニットの下流側にサーモカメラを設置し、ガラスリボンの延伸方向に対して横方向のガラス温度を測定することができる。ガラスリボンの温度勾配は、例えば最大０．１Ｋ／ｃｍに調整される。このようにして、ガラスリボンは、端部での厚みの均一性が良好であり、応力が少なく、破損せずにさらに加工可能である。
したがって、薄型ガラスリボン１のガラス３は、スリット５から離れて延伸方向に移動する間に、位置３０でガラス温度Ｔｇに達するまで冷却される。
装置２は、薄型ガラスリボン１に張力をかけるための延伸ユニット１９をさらに備えている。張力は、薄型ガラスリボン１に沿って成形ゾーンあるいはドローイングバルブ６まで達し、それによって薄型ガラスリボン１が引き出されて、厚みが最大２５０μｍとなる。特に、薄型ガラスリボン１を、最大７０μｍ、またはさらには最大５０μｍの厚みで延伸させることもできる。このようにして、薄型ガラスリボン１は、例えばエッチングされた薄型のガラスとは異なり、相応する粗さの低い火炎研磨された表面を有する。特に、ガラス表面の粗さは、５ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以下、より好ましくは最大１ｎｍ、またはさらにはわずか最大０．５ｎｍであり得る。
延伸ユニット１９は、張力をかけるため、延伸方向に対して横方向に互いに離間して配置された少なくとも２対の延伸ローラ７，９，１１，１３を備えている。ガラスの端部を見た図１の図解に基づくと、ローラは図示面に対して垂直に離間しているため、一方の延伸ローラ対１１，１３が他方の延伸ローラ対７，９によって視認できなくなっている。この図解からわかるように、延伸ローラ７，９，１１，１３は、冷却ユニット２１の下流側に配置されており、かつガラスの温度がガラス温度Ｔｇを下回ってから薄型ガラスリボン１と延伸ローラ７，９，１１，１３のいずれかとが接触するようにスリット５から離間して配置されている。したがって延伸ローラは、薄型ガラスリボン１の移動方向に見て、位置３０の後になってから配置されている。
薄型ガラスリボン１は、特に有利には水平に偏向させ、そして水平に送って後加工することができる。このことは、ガラスに作用する重力を利用して、水平支持ユニット３３、例えば、搬送ローラや図示されているような１本以上の搬送ベルトにスムーズかつ簡単に収納するために、総じて有利である。
後加工とは例えば、薄型ガラスリボンの延伸時に生じる耳部３７を耳部切断ユニット３５で切断することである。耳部３７は、ガラスリボン１の肥厚化された縁部ストリップとして現れる。これらは、例えば薄型ガラスリボン１をロール状に巻く際に耳部があると曲げにくくなるなど、後加工には望ましくないことが多い。耳部３７を、例えば亀裂の割断により切断して、カレットサイロに収容することができる。次いで、この耳部のガラスをガラス溶融物に再供給して再利用することができる。図示されている例でもそうであるように、薄型ガラスリボン１が延伸ユニット１９を通過した後に耳部の切断が行われる場合に、あるいは薄型ガラスリボン１の移動方向において延伸ユニット１９の下流側に配置された耳部切断ユニット３５が設けられていることが、総じて有利である。上記ですでに説明したように、延伸ローラ７，９，１１，１３は好ましくは、ガラスリボンの品質エリアには接触せずに、作動方向において延伸ローラの下流側に配置された耳部切断ユニット３５によって切断されるそれぞれの縁部側ストリップ、あるいは耳部３７のみに接触するように、縁部側に配置されている。図示の例に限定されるものではないが、２対の延伸ローラ７，９，１１，１３は、耳部３７、あるいはより全般的には後で耳部切断ユニット３５により薄型ガラスリボン１から切断される領域でしか薄型ガラスリボン１と接触しないように、延伸方向に対して横方向に離間して配置されている。
ガラスリボンの厚み偏差を低くするには、ガラスがすでに固化している領域へと延伸ローラを移動させることが特に有利であることが判明した。これは驚くべきことであり、なぜならば、ローラをドローイングバルブ６の近傍に配置すれば、それだけでフラッターを回避して瞬間的な延伸速度を良好に制御できるはずだからである。しかし、ガラスがまだ成形可能である位置で延伸されると、延伸ローラの下流側で生じる引張応力が、厚みや、より全般的にはガラスの品質に影響を与えるおそれがある。
したがって、薄型ガラスリボン１と延伸ローラ７，９，１１，１３とを、ガラスの温度が最大５００℃以下となる位置で初めて接触させることが提供される。ガラスリボンが、この延伸ローラの上方でも装置の部品と接触することが考えられるが、この接触は、ガラスリボンの形状や表面が実質的に影響を受けないほどわずかなものでなければならない。例えば、水平方向のガラスリボンの位置を安定させるための簡素なガイド体が考えられる。しかし、これらが大きな力を発揮することは望ましくない。そのため、ガラスリボンに伝達される張力の少なくとも９０％は、５００℃以下のガラス温度で接点を有する１対以上の延伸ローラによって発揮されることが望ましい。
図示の例に限定されるものではないが、総じては、ガラス３の温度がＴｇ以下でありかつ１００℃未満でもある位置で延伸ローラが薄型ガラスリボン１を把持することが特に好ましい。この位置も、図１に同様に例示的に書き込まれている。
このような位置に延伸ローラ７，９，１１，１３を配置することで、延伸ローラの、金属や特にセラミック材料といった通常の耐火性材料以外の材料を使用することが可能になる。金属製の延伸ローラは、ガラス表面を損傷させたり、付着力が弱いためにスリップスティック運動を招いたりすることがあり、これは薄型ガラスリボン１における厚みのばらつきとして認められる。本発明の一実施形態によれば、延伸ローラは、エラストマー材料製の表面を備えている。フッ素系エラストマーやシリコーンなどの高温耐久性エラストマー材料も知られているため、本実施形態において、ガラスの温度は必ずしも最大１００℃に限定されるものではない。エラストマーの表面は、総じてガラスとの密着性が良好である。さらにこれらの材料は、ドローイングバルブ６に伝播することで厚みのばらつきを招き得る振動を減衰させることもできる。延伸ローラの接点を１００℃以下の温度とすることのもう１つの利点は、この温度では、総じてガラス温度だけでなく、ガラスの上側および下側の冷却点も下回ることにある。これにより、冷却プロセス時に延伸ローラが押し付けられる際にガラスに応力が導入されて保存されることが回避される。総じて、最大１００℃でのローラ接触を有する実施形態に限定されるものではないが、本発明のもう１つの実施形態によれば、延伸ローラ７，９，１１，１３が薄型ガラスリボン１と接触する位置では、ガラス３の下側の冷却点の温度を下回ることが提供される。
もう１つの実施形態によれば、延伸ローラを通じて薄型ガラスリボン１へと振動が伝達されるのを抑制するために、延伸ユニット１９は、ダンピングエレメント３９上におかれている。もう１つの実施形態によれば、延伸ユニット１９は、特に可能な限り重くなるように設計されている。これにより、特に１ヘルツ以下の周波数を有する特に低周波の振動を減衰させることができる。この振動は、厚みのばらつきについて特に顕著であることが判明している。一実施形態によれば、ユニットの重量として、少なくとも３００ｋｇの質量が提供される。このために、例に示すように、延伸ローラ７，９，１１，１３の駆動部２７を延伸ユニット１９に統合してもよい。製造用建築物の床に設置されたダンピングエレメント上に延伸ユニット１９を設置することで、装置２の支持構造における振動のデカップリングが達成される。
総じて、図示された例や上記の実施形態に限定されるものではないが、さらなる実施形態において、１ヘルツ未満の周波数を有する振動の薄型ガラスリボン１への伝達が、薄型ガラスリボン１と接触するエレメントの機械的な減衰によって少なくとも１０ｄＢ減衰されることが提供され得る。
本発明の好ましい一実施形態において、図示のように、延伸ユニット１９は床上に設置されている。床は、図示のようにシーリング２９であってもよい。
図２は、図１に示した実施形態の一変形例である。この変形例は、主に薄型ガラスリボン１の成形方法が異なる。図１の例では、容器１７の下向きに開いたスリット５によって、前述のようにダウンドロープロセスで成形される。図２に示す例では、いわゆるオーバーフローフュージョンプロセスでリボンが成形される。この場合、容器１７は上方が開いた流路として構成されている。ガラス溶融物４は連続的に供給されるため、ガラス溶融物４は、最終的には上縁部１８を通って容器の外側に沿って両側で下向きに流れる。容器１７の下端部では、２つの部分流がドローイングバルブにおいて合流し、その後、延伸ローラによりかけられた張力の作用下に引き出されて薄型ガラスリボン１となる。図２に示す実施形態においても、薄型ガラスリボン１を垂直方向から水平方向へと偏向させるが、その際、ここでは偏向ローラ３４が用いられる。しかし、特に本開示により製造されるような薄型ガラスの場合には、図１に示すように、垂直方向から水平方向への移行領域において薄型ガラスリボンが自由に吊り下げられている偏向が生じてもよい。この実施形態は、水平方向の加工領域における振動や運動が延伸領域、特にドローイングバルブ６に伝達されるのを回避するために特に有利である。したがって、好ましい実施形態において、図示された特定の実施例に限定されるものではないが、薄型ガラスリボン１が、自由に吊り下げられた状態で垂直方向から偏向され、水平方向にさらに案内されることが提供される。さらに特に、薄型ガラスリボン１の水平位置で、振動や動きを発生させる可能性のある処理ステップを実施することが提供される。また、このために特に提供される処理ステップは、図示もされているように、耳部の切断である。したがって、本発明のさらなる実施形態において、薄型ガラスリボン１が、好ましくは自由に吊り下げられた状態で垂直方向から偏向され、水平方向にさらに案内され、その際、薄型ガラスリボン１の水平位置で、薄型ガラスリボン１から耳部３７が切断されることが提供される。
図３は、わかりやすくするために、薄型ガラスリボン１上のローラ対７，９および１１，１３の配置を透視図で示している。薄型ガラスリボン１は、駆動された延伸ローラによってかけられた張力により、リボンの長手方向において移動方向４０に移動する。延伸ローラ対は、移動方向４０に対して横方向に、あるいはひいては薄型ガラスリボン１の長手方向に対しても横方向に、離間して配置されている。特に、長手方向の辺２３，２５の領域のうち、延伸プロセスによって耳部３７が形成された領域において、延伸ローラはリボンを把持することができる。
非常に薄型のガラスの延伸は、素材の剛性の点からも困難であるが、この剛性は、巨視的スケールではもはや重大なものではない。これに関連して、延伸ローラと薄型ガラスリボンとの接触幅４２が狭いと非常に有利であることがわかっている。接触幅とは、張力が薄型ガラスリボン１に伝達される幅をいう。これは、図示された例では、ローラ７の幅と一致する。この幅は、必ずしもすべてのローラの幅と一致する必要はない。例えば、異なる延伸ローラの対を使用することも可能である。仮に延伸ローラ９の幅が約２倍になったとしても、張力は、実質的には、対向する２つの延伸ローラと接触する領域でのみ伝達されるため、接触幅４２は増加しない。
好ましい一実施形態によれば、延伸ローラ７，９，１１，１３は、薄型ガラスリボン１に張力を伝達する一対の延伸ローラの接触幅が１０ｍｍ～５０ｍｍの範囲内となるように形成および配置されている。上記範囲内の接触幅４２に沿って対向配置された一対の延伸ローラ７，９，１１，１３により薄型ガラスリボン１に張力が伝達されれば、ガラスリボンにおけるせん断応力を回避することができる。このようなせん断応力は、通常であれば、ガラスリボンの剛性が低いことから、シワのような膨らみを招くことがある。それに付随して生じる張力の不均一性はドローイングバルブ６にまで伝播し、そこで薄型ガラスリボン１の厚みの不均一性を招くおそれがある。
延伸ローラの直径については、実施例に限定されるものではなく、また上述の接触幅に関係なく、４０ｍｍ～２５０ｍｍの範囲内の値が総じて有利である。ここで好ましくは、直径は最大２００ｍｍである。特に、４０ｍｍ～１５０ｍｍの範囲内の直径が好ましい。
薄型ガラスリボンのガラスの厚みに対する、特に振動の形での低周波の外乱の影響を、図４に示す。図４では、厚みの応答を延伸速度のばらつきの周期の関数としてプロットしている。応答の振幅はμｍ単位で示されており、これは、周期的な変化によって生じたガラスの厚みの最大値と最小値との差を表す。周期は分単位で示されている。周期が長くなるにつれ、最初は急激な増加が見られ、これが１０秒～０．５分の周期長の間にプラトーに達する。ここでは、応答は周期長に大きく依存しない。さらに期間の長さが長くなると、応答は再び大きくなり、延伸速度を常に２％高めたときの厚みの変化を表す値（ｖ延伸＋２％）に収束する。この値は、延伸速度が一度だけ２％低下した場合の厚みの変化（ｖ延伸－２％）よりも、まだわずかに小さい。
しかし、これらの長い周期長は、総じてはもはや振動が原因ではなく、プロセス制御が原因である可能性がある。機械的な振動の減衰には、厚みのばらつきの最初の増加からプラトーまでの範囲、つまり約１０秒の周期長までが特に重要である。
特に薄型ガラスでは、長手方向に薄型ガラスリボン１に沿って伝達するゆっくりとした振動による厚みのばらつきが問題となる。この場合、周期の短い障害となる厚みのばらつきを抑えるためには、薄型ガラスリボン１のガラスの厚みに延伸速度を適合させることが有利である。以下の表に３つの実施例を示し、ここでは延伸ローラの距離も示す：
実施例では、室温での線熱膨張係数がα＝９×１０－６Ｋ－１であるガラスを引き出して薄型ガラスリボンとした。熱間成形ゾーンの距離、すなわちドローイングバルブ６から上側の冷却点までの距離は、すべての実施例で１ｍであった。
これらの実施例からわかるように、ｍ／分単位で示される延伸速度とμｍ単位で示されるガラスの厚みとの積は、２００～９００である。特にこのパラメータは、実施例では６００の値で一定である。
延伸ローラからドローイングバルブ６までの距離、すなわち延伸ガラスリボン１の熱間成形領域までの距離が可変となるように、延伸方向に沿って、あるいは薄型ガラスリボン１の移動方向に沿って、延伸ユニット１９の延伸ローラ７，９，１１，１３の位置が調整可能となるように形成されていてよい。表の実施例では、ドローイングバルブまでの距離を２．２ｍ～３ｍの範囲で変化させている。具体的には、表からわかるように、ガラスの厚みが小さい場合には、短い距離が選択される。この距離は、特にリボンに沿った温度プロファイルに適合させることができる。表からわかるように、上側の冷却点と、ガラスが１００℃の温度を有する位置３１との間の距離が短くなっている。したがって総じて、特定の実施例に限定されるものではないが、延伸ローラの位置が、薄型ガラスリボンの移動方向に沿って調整され、その結果、薄型ガラスリボン１が冷却時に所定の温度に達する位置に適合されることが提供される。この位置は、例えば転移点Ｔｇ、下側の冷却点、またはさらにはガラスが１００℃の温度に達する位置と相関し得る。ここで、延伸ローラの位置は、前述の位置と一致する必要はない。また、これらの位置と相関するということは、延伸ローラの接触点からこれらの位置のいずれかまでの所定の距離が維持されるということでもある。
図５および図６は、プロセスに起因する厚み偏差を有する薄型ガラスリボン１の透視図を示す。図５は、薄型ガラスリボン１を、該リボンに作用する延伸ローラとともに図３に対応する図で示す。薄型ガラスリボン１は、肥厚部の形の２つの厚み偏差を有する。肥厚部の最大は、一方の長手方向の辺２３から他方の長手方向の辺２５への方向に、薄型ガラスリボン１に対して横方向に延在している。その結果、薄型ガラスリボン１の長手方向に厚み偏差４５が生じている。これらの長手方向の厚み偏差は、特に上記で説明した低周波振動や延伸速度のばらつきによって生じる可能性がある。
図６は別のケースである。この概略図では、薄型ガラスリボン１を長手方向に対して垂直な断面で透視している。この図では、耳部３７が、薄型ガラスリボン１の中央品質領域３８に対して肥厚化された縁部領域としてはっきりとわかる。リボンの長手方向に沿って、肋骨状の肥厚部が延在している。その場合、このような肥厚部は、薄型ガラスリボン１の横方向の厚み偏差４６となって現れる。この方法と延伸ローラの配置とによって、長手方向の厚み偏差４５および横方向の厚み偏差４６のどちらも良好に低減させることができる。全体的に、特に均一で損傷のないガラスリボンが、説明した方法によって製造される。総じて、特定の実施例に限定されるものではないが、この点において、本開示のもう１つの態様として、本明細書に記載の方法あるいは装置により製造可能な薄型ガラスリボン１であって、最大２５０μｍの一定の厚みを有する品質領域と、該薄型ガラスリボン１の縁部を形成しかつ品質領域３８に対して肥厚化された２つの耳部３７とを有し、耳部３７は、痕、特に延伸ローラの押圧痕および／またはセラミック製の延伸ローラに由来する擦過痕を有しない薄型ガラスリボン１が提供される。したがって、ガラスリボン１は、延伸ローラによる損傷や残留物を有しない。ガラスリボンの延伸に使用されるセラミック製のローラには、セラミックファイバーや層状ケイ酸塩、例えばマイカなどが含まれていることがある。そのため、ガラスリボンの表面にはこれらの成分が含まれておらず、特に層状ケイ酸塩の痕跡もない。延伸ローラの繊維をまとめるための耐熱性バインダーによって、さらなる残留物が生じることがある。これらの残留物は、以下の材料の１つ以上を含み得る：カオリン、アルミナ、ベントナイト、コーディエライト、マイカ。
特にガラスとの密着性が良好であるソフトローラを用いた冷間延伸では、スリットからの引抜量を制御でき、延伸速度が低くて済む。また、このような低い延伸速度によって、分離後のガラスリボンの横方向の収縮も抑えられる。これにより、品質領域３７の幅と耳部３８の幅との比が改善される。耳部の絶対幅もそれに応じて小さくなる。このため、本発明のもう１つの態様によれば、総じて、損傷のない耳部の上述の特徴に限定されるものではないが、本明細書に記載の方法あるいは装置により製造することができる薄型ガラスリボン１であって、最大２５０μｍの一定の厚みを有する品質領域と、該薄型ガラスリボン１の縁部を形成しかつ品質領域３８に対して肥厚化された２つの耳部３７とを有し、以下の特徴の少なくとも１つが耳部３７および品質領域の寸法に適用される薄型ガラスリボン１が提供される：
－ 耳部３７の合計の幅が、２０ｃｍ以下であること、
－ 品質領域３８の幅と耳部の合計の幅との比が、少なくとも１．５：１、好ましくは少なくとも３：１であること。この場合、好ましい一実施形態によれば、薄型ガラスリボンは、少なくとも５０ｃｍ、好ましくは少なくとも６０ｃｍの幅を有する。
－ 耳部３７の合計の幅が、２０ｃｍ以下であること、
－ 品質領域３８の幅と耳部の合計の幅との比が、少なくとも１．５：１、好ましくは少なくとも３：１であること。この場合、好ましい一実施形態によれば、薄型ガラスリボンは、少なくとも５０ｃｍ、好ましくは少なくとも６０ｃｍの幅を有する。
ガラスの厚みを低くすると同時にガラスの厚み偏差も低くするために、本方法には所定のガラスが特に適している。好ましいクラスのガラスは、重量パーセント単位で以下の成分を含む：
ＳｉＯ２ ５８～６８
Ｂ２Ｏ３ ７～９
Ａｌ２Ｏ３ ２～６
Ｎａ２Ｏ ５～８
Ｋ２Ｏ ６～９
ＺｎＯ ４．５～６．５
ＴｉＯ２ ２～６。
ＳｉＯ２ ５８～６８
Ｂ２Ｏ３ ７～９
Ａｌ２Ｏ３ ２～６
Ｎａ２Ｏ ５～８
Ｋ２Ｏ ６～９
ＺｎＯ ４．５～６．５
ＴｉＯ２ ２～６。
任意に、Ｓｂ２Ｏ３が０．４～０．８重量％、かつ／またはＣｌ－が０．０５～０．１５重量％の量で含まれていてもよい。ガラスは、アルカリ土類金属酸化物を含まないことが好ましい。
また、無アルカリガラスあるいは低アルカリガラスの加工も可能である。このようなガラスの好ましいクラスは、重量パーセント単位で以下の成分を含む：
ＳｉＯ２ ５５～６５
Ｂ２Ｏ３ ５～１５
Ａｌ２Ｏ３ １２～２２
ＭｇＯ ２～４
ＣａＯ ３～６
ＢａＯ ２～４。
ＳｉＯ２ ５５～６５
Ｂ２Ｏ３ ５～１５
Ａｌ２Ｏ３ １２～２２
ＭｇＯ ２～４
ＣａＯ ３～６
ＢａＯ ２～４。
もう１つの好ましい実施形態によれば、本方法または装置により、その組成が重量パーセント単位で以下の成分を含む薄型ガラスリボン１が製造される：
ＳｉＯ２ ５５～６８
Ａｌ２Ｏ３ １３～２２
Ｂ２Ｏ３ ０～８
Ｌｉ２Ｏ ０～６
Ｎａ２Ｏ ８～１５
Ｋ２Ｏ ０～７
ＭｇＯ ０～７
ＣａＯ ０～３、好ましくは０～１
ＺｎＯ ０～４、好ましくは０～１
ＺｒＯ２ ０～４
ＴｉＯ２ ０～１、好ましくは実質的にＴｉＯ２不含。
ＳｉＯ２ ５５～６８
Ａｌ２Ｏ３ １３～２２
Ｂ２Ｏ３ ０～８
Ｌｉ２Ｏ ０～６
Ｎａ２Ｏ ８～１５
Ｋ２Ｏ ０～７
ＭｇＯ ０～７
ＣａＯ ０～３、好ましくは０～１
ＺｎＯ ０～４、好ましくは０～１
ＺｒＯ２ ０～４
ＴｉＯ２ ０～１、好ましくは実質的にＴｉＯ２不含。
さらに、ガラスは、０～１重量％のＰ２Ｏ５、ＳｒＯ、ＢａＯ；および０～１重量％の清澄剤：ＳｎＯ２、ＣｅＯ２またはＡｓ２Ｏ３などの清澄剤を含んでいてもよい。上記の組成範囲を有するガラスは化学強化に良好に適しているため、高破断強度の薄型ガラスエレメントの製造に使用することができる。
図１を参照してすでに説明したように、ガラスがすでに少なくとも部分的に冷却されている領域に延伸ローラを配置することで、延伸ローラにエラストマー材料を使用することができる。図７は、エラストマー材料製の摺動面７を有する延伸ローラ７を示す。しかし、エラストマーには、張力の増加に伴ってスリップが大きくなるというある種の欠点もある。これにより延伸速度に変化が生じ、それがまたも厚みのばらつきに現れる。この作用を小さく抑えるために、一実施形態による延伸ローラは、エラストマー材料製のシース７１が施与された剛性材料製のコア７２を備えている。シースの厚みは、１０ｍｍ以下、特に８ｍｍ未満が好ましい。延伸ローラあるいは摺動面７０の直径に関しては、シース７１の厚みは、もう１つの実施形態によれば、この直径の１／８以下である。例えば、ローラの直径が８０ｍｍの場合には、厚み５ｍｍのシース７１を設けることができる。
まだ高温の、またはまだ少なくとも温かい薄型ガラスリボン１によるエラストマー材料の損傷または急速な劣化を避けるために、摺動面７０を冷却するための冷却ユニット７３が設けられてもよく、この冷却は例えば、冷却ユニット７３によって摺動面に冷却流体ジェット７４を吹き付けることによって行われる。
薄型ガラスリボンから切り出された薄型ガラスエレメントは、様々な用途に有利に利用することができる。用途の１つに、国際公開第２０１５／１９７５９７号に記載されているような薄膜電池の製造がある。薄型ガラス基材を使用したそのような電池の製造に関連して、本出願は完全に本開示のすべての主題にもなる。同様に、本ガラスは、ディスプレイ、特にフレキシブルディスプレイに、単独で、または複合材料において使用することができる。
１ 薄型ガラスリボン
２ 薄型ガラスリボンの製造装置
３ ガラス
４ ガラス溶融物
５ スリット
６ ドローイングバルブ
７，９，１１，１３ 延伸ローラ
１７ 容器
１８ １７の上縁部
１９ 延伸ユニット
２１ 冷却ユニット
２３，２５ １の長手方向の辺
２７ 駆動部
２９ シーリング
３０ ガラス温度Ｔｇに達する位置
３１ １００℃の温度に達する位置
３３ 水平支持ユニット
３４ 偏向ローラ
３５ 耳部切断ユニット
３７ 耳部
３８ 品質領域
３９ ダンピングエレメント
４０ １の移動方向
４２ 延伸ローラの接触幅
４５ １の長手方向の厚み偏差
４７ １の横方向の厚み偏差
５０ ソード
７０ ７の摺動面
７１ シース
７２ コア
７３ 摺動面７０用の冷却ユニット
７４ 冷却流体ジェット
２ 薄型ガラスリボンの製造装置
３ ガラス
４ ガラス溶融物
５ スリット
６ ドローイングバルブ
７，９，１１，１３ 延伸ローラ
１７ 容器
１８ １７の上縁部
１９ 延伸ユニット
２１ 冷却ユニット
２３，２５ １の長手方向の辺
２７ 駆動部
２９ シーリング
３０ ガラス温度Ｔｇに達する位置
３１ １００℃の温度に達する位置
３３ 水平支持ユニット
３４ 偏向ローラ
３５ 耳部切断ユニット
３７ 耳部
３８ 品質領域
３９ ダンピングエレメント
４０ １の移動方向
４２ 延伸ローラの接触幅
４５ １の長手方向の厚み偏差
４７ １の横方向の厚み偏差
５０ ソード
７０ ７の摺動面
７１ シース
７２ コア
７３ 摺動面７０用の冷却ユニット
７４ 冷却流体ジェット
Claims (25)
- 平坦な薄型ガラスリボン（１）の製造方法であって、ガラス（３）を溶融し、前記ガラス（３）が、ガラス溶融物を案内する容器（１７）から排出され、前記ガラス（３）を、前記薄型ガラスリボン（１）の長手方向に作用する張力を加えながら前記容器から離れて下向きに引き出して、厚みが最大２５０μｍの薄型ガラスリボン（１）とし、前記薄型ガラスリボン（１）を、前記排出後にガラス温度Ｔｇを下回るまで冷却し、前記張力は、少なくとも２対の延伸ローラ（７，９，１１，１３）のみによって前記薄型ガラスリボン（１）に伝達され、前記２対の延伸ローラ（７，９，１１，１３）は、前記薄型ガラスリボン（１）の両面をその長手方向の辺（２３，２５）の領域でそれぞれ２つの延伸ローラ（７，９，１１，１３）の間で把持するために延伸方向に対して横方向に離間して配置されており、前記薄型ガラスリボン（１）と前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）とを、前記ガラスの温度が最大５００℃以下となる位置で初めて接触させる、方法。
- 前記薄型ガラスリボン（１）を、最大７０μｍ、好ましくは最大５０μｍの厚みで延伸させる、請求項１記載の方法。
- 前記容器（１７）が、オーバーフロー流路として形成されており、前記ガラス溶融物（４）が上方で排出されて、前記オーバーフロー流路の上方を両側で２つのガラス流の状態で流れ、前記２つのガラス流が前記オーバーフロー流路の下方で合流してガラスリボンとなるか、または
－ 前記容器（１７）が、細長いスリット（５）を備え、前記スリット（５）から前記ガラス溶融物（４）が下向きに流れ出る、
請求項１または２記載の方法。 - 前記ガラス（３）を、前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）との接触前に最大１００℃の温度に冷却する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
- 前記薄型ガラスリボンを、前記延伸ローラの通過後に垂直から水平へと偏向させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
- 前記薄型ガラスリボン（１）を、自由に吊り下げられた状態で垂直方向から偏向させて水平方向にさらに案内し、前記薄型ガラスリボン（１）の水平位置で、前記薄型ガラスリボン（１）から耳部（３７）を切断する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
- 延伸速度に関する以下の条件：
－ 前記薄型ガラスリボン（１）の前記延伸速度が、０．４ｍ／分～５０ｍ／分の範囲内にあること、
－ 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）により、１．５回転／分～１８０回転／分の範囲内の回転速度で前記薄型ガラスリボン（１）を延伸させること、
－ ｍ／分単位で示される前記延伸速度とμｍ単位で示される前記ガラスの厚みとの積が２００～１０００、好ましくは５００～９００の範囲内となるように、前記薄型ガラスリボン（１）の厚みに応じた速度で前記薄型ガラスリボン（１）を延伸させること
のうち少なくとも１つが満たされる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。 - 以下の条件：
－ 前記ガラス（３）の温度が、ガラスの下側の冷却点を下回ること、
－ 前記ガラス（３）の温度が、１００℃未満であること
のうち少なくとも１つが満たされる位置で前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）が前記薄型ガラスリボン（１）を把持する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。 - １ヘルツ未満の周波数を有する振動の前記薄型ガラスリボン（１）への伝達を、前記薄型ガラスリボン（１）と接触するエレメントの機械的な減衰によって少なくとも１０ｄＢ減衰させる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
- １０ｍｍ～５０ｍｍの範囲内の接触幅（４２）に沿って対向配置された一対の延伸ローラ（７，９，１１，１３）により前記薄型ガラスリボン（１）に前記張力を伝達させる、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
- 前記延伸ローラの前記位置を、前記薄型ガラスリボンの移動方向に沿って調整し、前記薄型ガラスリボン（１）が冷却時に所定の温度に達する位置に適合させる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
- 平坦な薄型ガラスリボン（１）を製造するための装置（２）であって、
－ ガラス溶融物（４）を収容するための容器（１７）であって、前記容器（１７）から溶融ガラス（３）が排出され、前記溶融ガラス（３）を下向きに引き抜くことができる容器（１７）と、
－ 前記容器（１７）から排出された前記薄型ガラスリボン（１）を制御下に冷却するための冷却ユニット（２１）と
を備え、ここで前記装置（２）は、
－ 前記薄型ガラスリボン（１）に張力をかけて前記薄型ガラスリボン（１）を引き出し、厚みを最大２５０μｍとするための延伸ユニット（１９）
を備え、前記延伸ユニット（１９）は、前記張力をかけるために、
－ 少なくとも２対の延伸ローラ（７，９，１１，１３）を備え、前記少なくとも２対の延伸ローラ（７，９，１１，１３）は、前記薄型ガラスリボン（１）をそれぞれ２つの延伸ローラ（７，９，１１，１３）の間で把持するために延伸方向に対して横方向に互いに離間して配置されており、前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）は、前記冷却ユニット（２１）の下流側に配置されており、かつ前記薄型ガラスリボン（１）の温度が最大５００℃になってから前記薄型ガラスリボン（１）と前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）とのみが接触するように、前記容器（１７）に備えられた細長いスリット（５）から離間して配置されている、装置（２）。 - 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）が前記容器（１７）の下方に配置されているため、前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）によって、下向きに移動する前記薄型ガラスリボン（１）に垂直方向の張力がかけられる、請求項１２記載の装置（２）。
- － 前記容器（１７）が、オーバーフロー流路として形成されており、前記ガラス溶融物（４）が上方で排出されて、前記オーバーフロー流路の上方を両側で２つのガラス流の状態で流れ、前記２つのガラス流が前記オーバーフロー流路の下方で合流してガラスリボンとなるか、または
－ 前記容器（１７）が、細長いスリット（５）を備え、前記スリット（５）から前記ガラス溶融物（４）が下向きに流れ出る、
請求項１２または１３記載の装置。 - 以下の特徴：
－ ガラス温度Ｔｇの位置と、前記溶融ガラス（３）が前記容器（１７）から分かれる地点との間の距離が２ｍ未満であること、
－ 前記溶融ガラス（３）が前記容器（１７）から分かれる地点と、前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）と前記薄型ガラスリボンとの接触地点との間の距離が、２～４ｍの範囲内であること
の少なくとも１つを特徴とする、請求項１２から１４までのいずれか１項記載の装置（２）。 - 前記薄型ガラスリボン（１）から耳部（３７）を切断するための耳部切断ユニット（３５）を備え、前記耳部切断ユニット（３５）は、前記薄型ガラスリボン（１）の移動方向において前記延伸ユニット（１９）の下流側に配置されている、請求項１２から１５までのいずれか１項記載の装置（２）。
- 前記２対の延伸ローラ（７，９，１１，１３）が、後で前記耳部切断ユニット（３５）により前記薄型ガラスリボン（１）から切断される領域でしか前記薄型ガラスリボン（１）と接触しないように、延伸方向に対して横方向に離間して配置されている、請求項１６記載の装置。
- 以下の特徴：
－ 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）が、エラストマー材料製の表面を備えていること、
－ 前記延伸ローラの直径が、４０ｍｍ～２５０ｍｍの範囲内、好ましくは４０ｍｍ～１５０ｍｍの範囲内にあること、
－ 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）が、剛性のコア（７２）とエラストマー材料製のシース（７１）とを備えており、前記シース（７１）が、最大１０ｍｍの厚み、または前記延伸ローラの直径の最大１／８の厚みを有すること、
－ 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）の摺動面（７０）を冷却するための、特に前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）の摺動面（７０）に冷却流体ジェット（７４）を吹き付けるための、冷却ユニット（７３）が設けられること
の少なくとも１つを特徴とする、請求項１２から１７までのいずれか１項記載の装置。 - 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）を通じて前記薄型ガラスリボン（１）へと振動が伝達されるのを抑制するために、前記延伸ユニット（１９）が、ダンピングエレメント（３９）上におかれている、請求項１２から１８までのいずれか１項記載の装置。
- 前記延伸ユニット（１９）が、少なくとも３００ｋｇの質量を有する、請求項１２から１９までのいずれか１項記載の装置。
- 前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）が、前記薄型ガラスリボン（１）に張力を伝達する一対の延伸ローラの接触幅（４２）が１０ｍｍ～５０ｍｍの範囲内となるように形成および配置されている、請求項１２から２０までのいずれか１項記載の装置。
- 前記延伸ローラから前記薄型ガラスリボン（１）の熱間成形領域までの距離が可変となるように、前記薄型ガラスリボン（１）の前記移動方向（４０）に沿って前記延伸ユニット（１９）の前記延伸ローラ（７，９，１１，１３）の位置を調整することができる、請求項１６記載の装置。
- 薄型ガラスリボン（１）であって、最大２５０μｍの一定の厚みを有する品質領域（３８）と、前記薄型ガラスリボン（１）の縁部を形成しかつ前記品質領域（３８）に対して肥厚化された２つの耳部（３７）とを有し、前記耳部（３７）は、痕、特に延伸ローラの押圧痕およびセラミック製の延伸ローラに由来する擦過痕を有しない、薄型ガラスリボン（１）。
- その組成が、重量パーセント単位で以下の成分：
ＳｉＯ２ ５５～６８
Ａｌ２Ｏ３ １３～２２
Ｂ２Ｏ３ ０～８
Ｌｉ２Ｏ ０～６
Ｎａ２Ｏ ８～１５
Ｋ２Ｏ ０～７
ＭｇＯ ０～７
ＣａＯ ０～３、好ましくは０～１
ＺｎＯ ０～４、好ましくは０～１
ＺｒＯ２ ０～４
ＴｉＯ２ ０～１、好ましくは実質的にＴｉＯ２不含
を含む、請求項２３記載の薄型ガラスリボン（１）。 - 以下の特徴：
－ 前記耳部（３７）の合計の幅が、２０ｃｍ未満であること、
－ 前記品質領域（３８）の幅と前記耳部の合計の幅との比が、少なくとも１．５：１、好ましくは少なくとも３：１であること、
－ 前記薄型ガラスリボンが、少なくとも５０ｃｍ、好ましくは少なくとも６０ｃｍの幅を有すること
の少なくとも１つを特徴とする、請求項２３または２４記載の薄型ガラスリボン（１）。
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