JPWO2013187179A1 - 板ガラスの製造装置、及び板ガラスの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、浴槽内に収容された溶融金属上で成形されたガラスリボンを前記溶融金属から引き上げ徐冷炉内に搬送するリフトアウトロールと、前記徐冷炉内で前記ガラスリボンを所定方向に搬送する複数の搬送ロールとを備え、該複数の搬送ロールのうち、ガラスリボンの温度が600〜800℃の領域に配設された一部、又は全ての搬送ロールは、前記ガラスリボンとの間に隙間を形成する非接触部としての軸部と、前記ガラスリボンの幅方向端部と接触する接触部とを含む、板ガラスの製造装置に関する。

Description

本発明は、板ガラスの製造装置、及び板ガラスの製造方法に関する。
従来から、板ガラスの製造方法として、フロート法が広く用いられている。フロート法は、浴槽内に収容された溶融金属(例えば溶融スズ)上に溶融ガラスを連続的に供給し、溶融金属上で帯状のガラスリボンに成形する方法である。成形したガラスリボンは、リフトアウトロールで溶融金属から引き上げられ、徐冷炉内に搬送される。徐冷炉内で徐冷されたガラスリボンは切断機で所定のサイズに切断され、板ガラスが得られる。徐冷炉内の温度は入口から出口に向かうほど低温となっており、徐冷炉内にはガラスリボンを所定方向に搬送する複数の搬送ロールが設けられている(例えば特許文献1参照)。
日本国特開2009−155164号公報
複数の搬送ロールのうち搬送方向上流域の搬送ロールは、フロートバスから流入した溶融金属の蒸気に曝されやすく、上流域の搬送ロールの外表面に溶融金属が付着しやすい。上流域とは、徐冷炉の最上流部から下流にかけての一定領域であり、ガラスリボンの温度が600〜800℃である領域をいう。付着した溶融金属は、徐冷炉内の酸素と反応して酸化し、搬送ロールの表面に固体物として強固に付着する。
この付着物が回転する搬送ロールとガラスリボンとの間に噛み込むと、ガラスリボンが傷付くことがある。ガラスリボンは上流域の搬送ロール近傍で完全には固化しておらず、柔らかい。
上流域の搬送ロールによってガラスリボンが傷付くようになると、定期的なメンテナンスを待たずして、上流域の搬送ロールを交換せざるを得ない場合があり、板ガラス製造の生産性を落とすことが問題となっていた。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、品質の良好な板ガラスが得られる板ガラスの製造装置、及び板ガラスの製造方法の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の態様による板ガラスの製造装置は、
浴槽内に収容された溶融金属上で成形されたガラスリボンを前記溶融金属から引き上げ徐冷炉内に搬送するリフトアウトロールと、
前記徐冷炉内で前記ガラスリボンを所定方向に搬送する複数の搬送ロールとを備え、
該複数の搬送ロールのうち、ガラスリボンの温度が600〜800℃の領域に配設された一部、又は全ての搬送ロールは、前記ガラスリボンとの間に隙間を形成する非接触部としての軸部と、前記ガラスリボンの幅方向端部と接触する接触部とを含む。
また、本発明の他の態様による板ガラスの製造方法は、
浴槽内に収容された溶融金属上で成形されたガラスリボンをリフトアウトロールで前記溶融金属から引き上げ徐冷炉内に搬送する工程と、
前記徐冷炉内に配置された複数の搬送ロールで前記ガラスリボンを所定方向に搬送する工程とを備え、
該複数の搬送ロールのうち、ガラスリボンの温度が600〜800℃の領域に配設された一部、又は全ての搬送ロールは、前記ガラスリボンとの間に隙間を形成する非接触部としての軸部と、前記ガラスリボンの幅方向端部と接触する接触部とを含む。
本発明によれば、品質の良好な板ガラスが得られる板ガラスの製造装置、及び板ガラスの製造方法が提供される。
図1は、本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置を示す断面図である。 図2は、非接触部としての軸部と接触部を有する搬送ロール及びそのスライド機構の一例を示す図(1)である。 図3は、非接触部としての軸部と接触部を有する搬送ロール及びそのスライド機構の一例を示す図(2)である。 図4は、非接触部としての軸部と接触部を有する搬送ロールの変形例を示す図である。 図5(a)〜5(e)は、搬送方向上流域の搬送ロールの組み合わせ例を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して、説明を省略する。
図1は、本発明の一実施形態による板ガラスの製造装置を示す断面図である。
板ガラスの製造装置100は、ガラス原料10を溶解し溶融ガラス12を作製する溶解装置200と、溶解装置200から供給される溶融ガラス12を帯状に成形してガラスリボン14を作製する成形装置300とを備える。また、板ガラスの製造装置100は、成形装置300で成形されたガラスリボン14を徐冷装置500に搬送するリフトアウト装置400と、ガラスリボン14を徐冷する徐冷装置500とを備える。
溶解装置200は、ガラス原料10を溶解し溶融ガラス12を作製する。溶解装置200は、溶融ガラス12を収容する溶解槽210と、溶解槽210内に収容される溶融ガラス12の上方に火炎を形成するバーナ220とを備える。溶解槽210内に投入されたガラス原料10は、バーナ220が形成する火炎からの輻射熱によって溶融ガラス12に徐々に溶け込む。溶融ガラス12は、溶解槽210から成形装置300に連続的に供給される。
成形装置300は、フロート成形装置であって、溶融金属(例えば、溶融スズ)310を収容する浴槽320を備える。浴槽320の上方には、天井330が配設される。天井330には、溶融金属310の酸化を防止するため、溶融金属310の上方空間に還元性ガスを供給する供給口331が形成されている。還元性ガスとしては、窒素と水素との混合ガスが用いられる。供給口331には、ヒータ340が挿通されている。
成形装置300は、溶融金属310上に連続的に供給される溶融ガラス12を溶融金属310上で所定方向に流動させることにより帯状に成形し、ガラスリボン14を作製する。ガラスリボン14は、所定方向に流動しながら徐々に低温となり、溶融金属310から引き上げ可能な温度となる。ガラスリボン14は、リフトアウト装置400によって溶融金属310から引き上げられ、徐冷装置500に搬送される。
リフトアウト装置400は、成形装置300と徐冷装置500との間に配設される断熱構造体410と、断熱構造体410の内部空間に配設されるリフトアウトロール420とを備える。
断熱構造体410は、ガラスリボン14の搬送経路を囲繞する。断熱構造体410の内部には、ガラスリボン14の温度を調節するため、ヒータやクーラが設けられてもよい。断熱構造体410の内部には、成形装置300から還元性ガスが流入する。断熱構造体410の上部には、成形装置300と徐冷装置500との間の気流を遮断するため、ドレープ430が吊り下げられる。また、断熱構造体410の下部には、成形装置300と徐冷装置500との間の気流を遮断するため、グラファイト製のシールブロック440が設置される。シールブロック440は、断熱構造体410に固定されており、回転するリフトアウトロール420の外周面と接触することで、リフトアウトロール420の外周面を清浄化する。
各リフトアウトロール420の中心軸は、ガラスリボン14の幅方向と平行となっている。リフトアウトロール420は、図示されない回転モータによって回転され、ガラスリボン14を溶融金属310から引き上げる。その後、ガラスリボン14は、複数のリフトアウトロール420上を斜め上方に向けて搬送され、徐冷装置500に供給される。
徐冷装置500は、ガラスリボン14を徐冷する。徐冷装置500は、例えば、断熱構造の徐冷炉(レア)510と、徐冷炉510内に配設され、ガラスリボン14を所定方向に搬送する複数の搬送ロール520、530とを含む。徐冷炉510内の雰囲気温度は、徐冷炉510の入口から出口に向かうほど低温となっている。徐冷炉510内の雰囲気温度は、徐冷炉510内に設けられるヒータ540で調整されてよい。なお、徐冷炉510内にクーラが設置されてもよい。
ヒータ540は、徐冷炉510の天井、炉床、又は側壁に固定される。ヒータ540は、ガラスリボン14の搬送方向に間隔をおいて複数設けられ、それぞれ独立に制御される。ヒータ540は、ガラスリボン14の幅方向における温度分布を均一にするため、ガラスリボン14の幅方向に間隔をおいて複数設けられ、それぞれ独立に制御されてよい。
徐冷炉510の出口付近でのガラスリボン温度は、ガラスの歪点以下の温度となっている。ガラスの歪点以下の温度では温度ムラによって残留歪みがほとんど生じないので、徐冷炉510の出口から搬出されたガラスリボン14は放冷される。
複数の搬送ロール520、530は、各搬送ロール520、530の中心軸を中心に回転自在である。各搬送ロール520、530の中心軸は、ガラスリボン14の幅方向と平行となっている。複数の搬送ロール520、530は、図示されない回転モータによって回転され、ガラスリボン14を所定方向に搬送する。ガラスリボン14は、搬送ロール520、530上を水平に搬送されながら徐冷され、徐冷炉510の出口から搬出される。
徐冷炉510の出口から徐冷炉510の内部に大気が流入する。そのため、大気雰囲気で焼失するグラファイト製のブロックは徐冷炉510内で使用できず、徐冷炉510内に配設される搬送ロール520、530の外周面の清浄化が困難である。
搬送方向上流域の搬送ロール520は溶融金属310の蒸気に曝されやすく、上流域の搬送ロール520の外表面に液化した溶融金属が付着しやすい。この付着物が回転する搬送ロール520とガラスリボン14との間に噛み込むと、ガラスリボン14が傷付くことがある。特に、最上流の搬送ロール520は、溶融金属の付着が顕著であるため、ガラスリボン14が傷付きやすい。ガラスリボン14は上流域の搬送ロール520近傍で完全には固化しておらず、柔らかい。
上流域の搬送ロール520の一部又は全部は、ガラスリボン14との間に隙間を形成する非接触部としての軸部521、及びガラスリボン14の幅方向端部と接触する接触部522等で構成される搬送ロール520−1である。
図2及び図3は、非接触部としての軸部と接触部を有する搬送ロール及びそのスライド機構の一例を示す図である。図2及び図3は、ガラスリボンの搬送方向から見たときの図である。図3は、図2の搬送ロールが図中左方向にスライドしたときの図である。図3において、図2の状態を2点鎖線で示す。尚、図2の搬送ロールは図中右方向にスライドすることも可能である。
非接触部としての軸部521は、2つの接触部522と一体的に形成され、2つの接触部522の間を連結する。軸部521の外径は、接触部522の外径よりも小さくなっている。また、軸部521は、搬送ロール520−1の両端部から延びる回転軸526と同軸的に形成される。回転軸526は、搬送ロール520−1と一体的に形成される。
接触部522は、ガラスリボン14の幅方向に間隔をおいて2つ設けられ、ガラスリボン14の幅方向両端部を下方から支持する。ガラスリボン14の幅方向両端部は、成形時に表面張力によって肉厚となる傾向にあるので、徐冷後の切断によって除去される。ガラスリボン14の幅方向両端部は傷付いても板ガラスの一部とならないので、板ガラスの品質は損なわれない。
2つの接触部522の互いに対向する面522a、522bと、各接触部522の外周面522cとの角部が面取りされている。面取りは、例えば図2等に示すようにR面取り、又はC面取りであってよい。接触部522がガラスリボン14に食い込みにくく、ガラスリボン14が破損しにくい。尚、各接触部522の対向面522a、522bと反対側の面と、各接触部522の外周面522cとの角部は、図2等に示すように面取りされていてもよいし、面取りされていなくてもよい。
非接触部521及び接触部522を有する搬送ロール520−1は、板ガラスの品質を損なうことなく、板ガラス製造時にガラスリボン14を支持できる。その結果、上流域の搬送ロール520とガラスリボン14との接触が抑制されることで、ガラスリボン14の損傷が抑えられ、上流域の搬送ロール520の交換頻度を低減することができる。特に、非接触部521及び接触部522を有する搬送ロール520−1を最上流の搬送ロール520に用いると、ガラスリボン14の損傷が顕著に抑えられる。
尚、徐冷炉510の上流域に配設される全ての搬送ロールが、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1であってもよい(図5(a))。また、徐冷炉510の上流域には、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1と、非接触部を有しない外径が一定の搬送ロール520−2とが交互に配設されてもよい(図5(b))。また、徐冷炉510の上流域には、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1と、複数(例えば2本、3本)の非接触部を有しない搬送ロール520−2からなるロール群とが交互に配設されてもよい(図5(c),(d))。また、徐冷炉510上流域には、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1と、非接触部を有しない搬送ロール520−2とがランダムに配設されても良い。さらに、最上流の搬送ロール520のみに、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1を用い、上流より2番目以降の搬送ロール520には、非接触部を有しない搬送ロール520−2を用いてもよい(図5(e))。図5(a)に示すように、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1が連続して配置されると、ガラスリボン14の中央部が撓んでしまうことがある。そのため、図5(b)〜(e)に示すように、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1と、非接触部を有しない直棒の搬送ロール520−2とを組み合わせることは、ガラスリボン14の撓みを防ぐ上で好ましい。
尚、上流域の搬送ロール520よりも下流に配置される搬送ロール530は、溶融金属310の蒸気に曝され難いので、ガラスリボン14を幅方向全体にわたって支持してよい。
接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1は、一般構造用圧延鋼(SS材)等の金属、又は炭化ケイ素(SiC)等のセラミックで形成される。金属はコストの点で、セラミックは耐熱性等の点で優れている。
徐冷炉510内には、ガラスリボン14の下面に防傷膜を形成するため、ガラスリボン14の下面に向けて亜硫酸ガス(SO)を噴出するノズルが設けられることがある。
接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1は、金属材をセラミックでコーティングして形成されてもよい。コーティング方法としては、例えば溶射法が用いられる。この搬送ロール520によれば、耐熱性等と、コストとを両立できる。
コーティングに用いる上記セラミックは、酸化物からなる母材がシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、イットリア、セリア、酸化ランタンの群から選ばれる少なくとも一種からなるものであり、アルカリ土類金属酸化物、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化希土類金属などが含有されていてもよい。
接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1の両端部から延びる回転軸526は、該回転軸526を中心に回転自在に、且つ該回転軸526の軸方向に移動自在にロール支持部材550で支持されている。ロール支持部材550は、徐冷炉510に固定されている。
徐冷装置500は、図2及び図3に示すように、接触部と非接触部を有する搬送ロール520−1を軸方向にスライドさせるスライド機構560を備えてよい。ガラスリボン14の幅方向への変位に応じて、上流域の搬送ロール520−1の位置を最適化することができる。
スライド機構560は、一方のロール支持部材550に設けられる。スライド機構560は、ベアリングBrを介して搬送ロール520−1の回転軸526に取り付けられるスライド部材561、スライド部材561に固定されるボールねじナット562、ボールねじナット562に螺合されるボールねじ軸563等で構成される。ボールねじナット562及びボールねじ軸563でボールねじ機構564が構成される。
スライド部材561はベアリングBrの外輪に固定されており、ベアリングBrの内輪は回転軸526に固定される。そのため、スライド部材561は、搬送ロール520−1の回転軸526と共にロール支持部材550に対して進退可能となっている。
スライド部材561は、搬送ロール520−1の回転軸526が回転するときに回転軸526と共に回転しないように、複数のボールねじ機構564で回り止めされている。
ボールねじ軸563は、その中心軸を中心に回転自在に、且つ、軸方向に移動不能にロール支持部材550に取り付けられている。ボールねじ軸563は、回転モータ等の駆動源又は手動で正逆回転させられる。複数のボールねじ軸563が同期して正逆回転すると、複数のボールねじナット562が軸方向に進退する。これにより、複数のボールねじナット562が固定されるスライド部材561が図中左右方向に進退し、搬送ロール520−1が進退する。このようにして、搬送ロール520−1は、ロール支持部材550に対して図中左右方向に進退する(スライドする)。
上記製造装置100で製造される板ガラスのガラスの種類は、特に限定されないが、例えば無アルカリガラス、ソーダライムガラスなどであってよい。無アルカリガラスは、液晶ディスプレイ(LCD)や有機ELディスプレイなどのフラットパネルディスプレイ(FPD)用のガラス基板やカバーガラスに用いられる。ソーダライムガラスは、自動車の窓ガラスや建物の窓ガラスなどに用いられる。
無アルカリガラスの場合、ソーダライムガラスの場合よりも、ガラスの成形温度が高く、溶融金属310が蒸発しやすい。そのため、上流域の搬送ロール520が溶融金属310の蒸気に曝されやすいので、本願発明を適用する効果が顕著に得られる。
無アルカリガラスは、アルカリ金属酸化物(NaO、KO、LiO)を実質的に含有しない(即ち、不可避的不純物を除き、アルカリ金属酸化物を含有しない)ガラスである。無アルカリガラス中のアルカリ金属酸化物の含有量の合量(NaO+KO+LiO)は、例えば0.1%以下であってよい。
無アルカリガラスは、例えば、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO:50〜66%、Al:10.5〜24%、B:0〜12%、MgO:0〜8%、CaO:0〜14.5%、SrO:0〜24%、BaO:0〜13.5%、ZrO:0〜5%、SnO:0〜3%を含有し、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜29.5%である。
無アルカリガラスは、好ましくは、酸化物基準の質量百分率表示で、SiO:58〜66%、Al:15〜22%、B:5〜12%、MgO:0〜8%、CaO:0〜9%、SrO:3〜12.5%、BaO:0〜2%、SnO:0〜1%を含有し、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜18%である。
板ガラスの化学組成は、市販の蛍光X線分析装置(例えば、理学電気工業株式会社製、ZSX100e)で測定される。板ガラスの化学組成は、ガラスリボン14の化学組成と略同一である。
図4は、接触部と非接触部を有する搬送ロールの変形例を示す図である。この搬送ロールは、ガラスリボン14が幅方向に3箇所以上で切断される場合に使用される。
上流域の搬送ロール520−1Aは、非接触部としての軸部521、2つの接触部522、及び2つの接触部522の間に配設され、ガラスリボン14の切断される部分と接触するリング状部523で構成される。リング状部523は、軸部521と一体的に形成される。以下、リング状部523について詳説する。
リング状部523は、軸部521の外周から突出し、ガラスリボン14の切断される部分を下方から支持する。ガラスリボン14の切断される部分は、切断後に面取り加工され、研削される。ガラスリボン14の切断される部分は傷付いても板ガラスの一部とならないので、板ガラスの品質は損なわれない。よって、リング状部523は、板ガラスの品質を損なうことなく、ガラスリボン14の自重による撓み変形を低減できる。
リング状部523の外周部は、ガラスリボン14を傷付けないように、搬送方向から見たときに丸みを帯びた形状に形成されていてよい。例えば図4に示すように、リング状部523の外周部は、径方向外方に向けて凸の断面形状を有しており、軸方向に沿って両端から中央に向かうほど径方向外方に突出している。
リング状部523は、図4に示すように1つのみ設けられてもよいし、軸方向に間隔をおいて複数設けられてもよい。
以上、本発明の一実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。
例えば、上記実施形態のスライド機構560を、接触部を有しない搬送ロール520−2、上流域よりも下流に設置される搬送ロール530等に適用してもよい。
本出願は、2012年6月15日出願の日本特許出願2012−136287に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
10 ガラス原料
12 溶融ガラス
14 ガラスリボン
100 板ガラスの製造装置
200 溶解装置
300 成形装置
310 溶融金属
320 浴槽
400 リフトアウト装置
420 リフトアウトロール
500 徐冷装置
510 徐冷炉
520 搬送ロール
521 軸部(非接触部)
522 接触部
523 リング状部
560 スライド機構

Claims (14)

  1. 浴槽内に収容された溶融金属上で成形されたガラスリボンを前記溶融金属から引き上げ徐冷炉内に搬送するリフトアウトロールと、
    前記徐冷炉内で前記ガラスリボンを所定方向に搬送する複数の搬送ロールとを備え、
    該複数の搬送ロールのうち、ガラスリボンの温度が600〜800℃の領域に配設された一部、又は全ての搬送ロールは、前記ガラスリボンとの間に隙間を形成する非接触部としての軸部と、前記ガラスリボンの幅方向端部と接触する接触部とを含む、板ガラスの製造装置。
  2. 少なくとも最上流の搬送ロールが、前記接触部と非接触部を有する搬送ロールである請求項1に記載の板ガラスの製造装置。
  3. 前記接触部と非接触部を有する搬送ロールは、金属材をセラミックでコーティングして形成される請求項1に記載の板ガラスの製造装置。
  4. 前記接触部と非接触部を有する搬送ロールは、セラミックで形成される請求項1に記載の板ガラスの製造装置。
  5. 前記接触部と非接触部を有する搬送ロールを軸方向にスライドさせるスライド機構をさらに備える請求項1〜4のいずれか一項に記載の板ガラスの製造装置。
  6. 2つの前記接触部の互いに対向する面と、各前記接触部の外周面との角部が面取りされている請求項1〜5のいずれか一項に記載の板ガラスの製造装置。
  7. 浴槽内に収容された溶融金属上で成形されたガラスリボンをリフトアウトロールで前記溶融金属から引き上げ徐冷炉内に搬送する工程と、
    前記徐冷炉内に配置された複数の搬送ロールで前記ガラスリボンを所定方向に搬送する工程とを備え、
    該複数の搬送ロールのうち、ガラスリボンの温度が600〜800℃の領域に配設された一部、又は全ての搬送ロールは、前記ガラスリボンとの間に隙間を形成する非接触部としての軸部と、前記ガラスリボンの幅方向端部と接触する接触部とを含む、板ガラスの製造方法。
  8. 少なくとも最上流の搬送ロールが、前記接触部と非接触部を有する搬送ロールである請求項7に記載の板ガラスの製造方法。
  9. 前記接触部と非接触部を有する搬送ロールは、金属材をセラミックでコーティングして形成される請求項7に記載の板ガラスの製造方法。
  10. 前記接触部と非接触部を有する搬送ロールは、セラミックで形成される請求項7に記載の板ガラスの製造方法。
  11. 前記ガラスリボンの幅方向への変位に応じて、前記接触部と非接触部を有する搬送ロールを軸方向にスライドさせる工程をさらに備える請求項7〜10のいずれか一項に記載の板ガラスの製造方法。
  12. 2つの前記接触部の互いに対向する面と、各前記接触部の外周面との角部が面取りされている請求項7〜11のいずれか一項に記載の板ガラスの製造方法。
  13. 前記板ガラスは、無アルカリガラスであって、酸化物基準の質量%表示で、SiO:50〜66%、Al:10.5〜24%、B:0〜12%、MgO:0〜8%、CaO:0〜14.5%、SrO:0〜24%、BaO:0〜13.5%、ZrO:0〜5%、SnO:0〜3%を含有し、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜29.5%である請求項12に記載の板ガラスの製造方法。
  14. 前記板ガラスは、無アルカリガラスであって、酸化物基準の質量%表示で、SiO:58〜66%、Al:15〜22%、B:5〜12%、MgO:0〜8%、CaO:0〜9%、SrO:3〜12.5%、BaO:0〜2%、SnO:0〜1%を含有し、MgO+CaO+SrO+BaO:9〜18%である請求項13に記載の板ガラスの製造方法。
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