KR101264479B1 - 플로트 판유리의 제조방법 - Google Patents

Abstract

판두께 0.1~2 ㎜의 플로트 판유리의 제조방법에 있어서, 톱롤에 의해 유리 리본의 폭을 조정하는 위치보다 상류인 성형로 또는 유리원료 용융로에 있어서, 용융된 유리 소지의 표층부를 로 안으로부터 유출(流出)하는 플로트 판유리의 제조방법.

Description

플로트 판유리의 제조방법{Process for producing float plate glass}

본 발명은 플로트 판유리의 제조방법에 관한 것이다.

플로트 판유리를 제조하는 데 있어서, 용융한 유리원료를 용융금속 상에 띄우면, 용융유리의 표면장력과 중력의 평형에 의해, 자연히 퍼져 안정된 두께가 된다. 이때의 두께를 평형 두께라 부르고, 유리의 조성과 용융온도에 의해 결정되는 점도에 따라 상이하나, 통상 7 ㎜ 정도이다. 용융유리는 일방향으로 리본 상에 인출되어 유리 리본이 되나, 목적하는 두께가 평형 두께와 상이한 경우는, 일반적으로는 유리 리본의 폭방향 양단부에, 톱롤로 불리는 홈이나 톱니가 부착된 회전하는 롤을 압압(押壓)하고, 유리 리본을 폭방향으로 압축하여 두껍게 하거나, 또는 잡아늘여서 얇게 하는 방법이 취해지고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

유리 리본은 용융금속욕 상에 부유되어 있기 때문에, 톱롤의 압압력 및 방향과, 유리 리본의 양 및 점도를 제어하면, 원리적으로는 평형 두께와 상이한, 임의의 두께의 판유리가 얻어져야만 한다.

그러나, 특히 얇은 판을 얻는 경우는, 전체적인 두께의 제어가 가능해도, 국소적으로 보면 제품 판유리 표면에는 미소한 요철이 존재한다. 이 원인은 판두께 불균일이 그 상태로 요철이 되어 있는 경우(소위 두께 불균일(偏肉))와, 판의 두께는 일정하나 판 전체가 물결치고 있는 경우를 생각할 수 있으나, 미소한 요철의 경우, 전자가 일반적이다. 그 미소한 요철은 유리 리본을 폭방향으로 톱롤로 얇게 잡아늘이는 과정에서 발생하는 것으로 생각된다.

즉, 유리 리본의 톱롤로 잡아당겨진 직선상의 부분은 얇아지려고 하나, 그 사이에서는, 평형 두께로 돌아가려고 하여 두꺼워지려고 한다. 또한, 유리 리본 자체는 폭방향과 직각방향으로 이동해 가는 것에 반하여, 톱롤은 이동하지 않기 때문에, 톱롤에 의해 잡아당겨지는 장소는 유리 리본에서 본 경우, 시시각각 옮겨 간다. 즉, 유리 리본은 시간과 함께 변화하는 이들 복잡한 응력을 받고 있어, 이것에 의해 특히 박판의 경우는 미세한 변형과 그것에 기인하는 판두께 불균일이 발생하는 것은 쉽게 이해된다.

이와 같은 판두께 불균일을 없애고자 하는 시도는 이전부터 이루어지고 있어, 예를 들면 톱롤이 이산(離散)된 점에서만 장력을 부여하는 것이 이 원인이라고 하여, 톱롤 대신에, 유리 리본 단부를 따라 연속적으로 장력을 부여한다는 제안도 나타났다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).

또한, 톱롤에서 장력을 부여하는 유리 리본의 단부분은 롤 자국이 생겨 제품으로는 되지 않으나, 이 단부분의 두께를 중앙부 0.1~1.5 ㎜에 대해 3 ㎜ 이하 정도까지 두껍게 하고, 또한 폭도 크게 취함으로써, 응력 변형을 완화시켜, 유리 표면의 요철을 감소시킨다는 제안도 나타났다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

이들 방법은, 두꺼운 유리 리본을 톱롤에 의해 무리하게 잡아늘림으로써 발생하는 문제를 해결하고자 하는 것이나, 기타 방법으로서, 성형로 내에서 톱롤보다도 상류에 있어서 위쪽으로부터 둑을 설치하여, 유리 리본의 일부를 막음으로써 균일하게 얇은 유리 리본을 얻고자 하는 제안도 나타났다(예를 들면 특허문헌 4, 5 참조).

이 판두께 불균일은, 어느 정도까지 감소시키면 용도에 따라서는 그다지 문제가 되지 않는다. 예를 들면 건축용이나 차량용의 창유리 등에 있어서는, 육안으로 투과상이 일그러져 보이지 않는 정도이면, 전혀 문제가 없다. 그러나 최근, PDP 기판·액정 기판·태양전지 기판 등의 전자공학용도의 품질 요구는 점점 엄격해지고 있어, 이 기준에 합격하는 것은, 공지 기술을 사용하여 얻는 것은 곤란해지고 있다. 유리 표면에 요철이 있는 것으로서 이것을 미소 연마하는 기술도 알려져 있으나, 제품으로서는 당연히 고비용이 된다. 이와 같은 상황으로부터, 미소한 판두께 불균일이 없는 판유리를 얻을 수 있는 간편하고 용이한 방법이 요구되고 있다.

또한, 판두께 불균일 이외에 전자공학용도에서는, 두께방향에서의 균질성도 강하게 요구되고 있다. 이것은, 표면에 많은 이물질의 혼입 뿐 아니라, 유리성분이 표면과 내부에서 다르지 않은 것이 중요하다.

특허문헌 1: 일본국 특허공고 소44-23828호 공보

특허문헌 2: 일본국 특허공고 소49-5206호 공보

특허문헌 3: 일본국 특허공개 평7-10569호 공보

특허문헌 4: 일본국 특허공고 소54-31012호 공보

특허문헌 5: 일본국 특허공고 소59-39377호 공보

전술한 예를 들면 일본국 특허공고 소49-5206호 공보에 기재된 정보는, 문제가 되는 판두께 불균일을 감소시킬 수는 있으나, 전자공학용도 등의 품질 요구를 충족시킬 정도로 감소되었다고는 말하기 어렵다. 이것은, 유리 리본이 하류를 향해 이동하고 있는 것으로부터, 장력은 폭방향에 평행이 아닌 진행방향을 향해 약간 기울어진 방향이 될 수 밖에 없어, 그 때문에, 장력이 유리 리본을 균등하게 잡아늘리도록 작용하지 않기 때문이라 생각된다(일반적인 톱롤은, 이것을 고려하여 조금 기울이고 있다). 또한, 장력을 가하는 연속선상의 각 점에서 상이한 힘을 가해야만 하기 때문에, 실제로는 제어가 곤란하다. 또한 이와 같은 연속으로 힘을 가하는 장치를 도입한 경우, 유리 리본의 부유상태를 감시하는 창이 장치에 가로막혀, 감시에 곤란을 초래할 뿐 아니라, 유리 리본의 양단부 부근의 온도가 저하되어, 서냉로(徐冷爐) 내부에서 유리 리본이 파손되기 쉬워진다는 우려가 생긴다.

또한, 일본국 특허공개 평7-10569호 공보에 기재된 것은, 유리 리본의 단부분의 두께를 중앙부 이상, 3 ㎜ 이하 정도까지 두껍게 하고, 또한 폭도 크게 취함으로써, 응력 변형을 완화시켜, 미소 요철을 해결하고자 하는 것이나, 이 단부분은 제품으로 되지 않기 때문에, 폭을 크게 할수록 제품으로서 얻어지는 부분은 적어져 버린다. 즉, 양품을 얻고자 할수록 제품량이 감소해버린다는 문제가 있다. 또한, 이 단부분의 두께가 중앙부분과 크게 상이하면, 당연히 열용량에 차가 생기기 때문에, 서냉로 내부에서 유리 리본이 파손되기 쉬워질 뿐 아니라, 이 부분 부근의 열변형이 새로운 요철의 원인으로 될 우려도 있다. 또한, 이 방법은 변형을 완화시키는 것이기 때문에, 앞서 기술한 표면의 미소 요철 중, 변형을 원인으로 하는 판유리 전체가 물결치는 것에는 유효하나, 금번 문제로 하고 있는 원료의 치우침에 의한 판두께 불균일(偏肉)에는 반드시 유효하지는 않다고 생각된다.

또한, 일본국 특허공고 소54-31012호 공보에서는, 유리 리본을 무리하게 막는 것에 의한, 박판에서는 비교적 나타나지 않는 커다란 꾸불꾸불함이 발생한다는 문제가 있다. 도 4a는 동 공보에 기재된 둑 부분의 확대도이나, 둑(41)에 의해, 유리 리본(1)이 막혀, 용융금속(3) 상에 얇은 리본을 얻고자 하는 것이다. 유리 리본의 흐름은, 하류로부터의 톱롤의 인장응력과 상류로부터의 원료의 투입량의 미소한 변화 등에 의해 복잡한 것으로 되어 있어, 둑 하류측의 유리 리본에 꾸불꾸불함을 일으키는 원인으로 된다.

일본국 특허공고 소59-39377호 공보에 기재된 것은, 도 4b에 나타낸 바와 같이, 이 하류의 흐름을 청정하게 하고자, 하류에 또 하나의 둑(42)을 하측에 설치한 것이다. 그러나, 이 방법에 의해 꾸불꾸불함을 대폭 억제할 수는 있었으나, 만족스러운 레벨에까지 도달하였다고는 할 수 없다.

또한, 이들 방법으로 박판을 만들 수 있었다고 해도, 최근 강하게 요구되고 있는, 두께방향에서의 균질성에 대해서는 해결할 수 없다. 표면에 많은 이물질의 혼입이나, 표면과 내부에서의 성분의 차이는 표면 연마함으로써 해결할 수 있으나, 고비용이 될 뿐 아니라, 얇은 유리판의 연마는 곤란하다.

이와 같이, 최근의 품질 요구를 충족시키는, 판두께 불균일이 없고 균질성이 높은 박판유리를, 간편하고 용이하게 얻는 방법은 아직 개발되어 있다고는 할 수 없다.

본 발명에 의한 하나의 태양은, 판두께 0.1~2 ㎜의 플로트 판유리의 제조방법에 있어서, 용융된 유리 소지(素地)의 표층부를 로 안으로부터 로 밖으로 유출(流出)하는 위치가, 유리원료 용융로 또는 용융 성형로 내의 톱롤에 의해 유리 리본의 폭을 조정하는 위치보다 상류에 있는, 플로트 판유리의 제조방법이다.

도 1은 본 발명을 실시하기 위한 장치의 수평 단면도이다.
도 2는 톱롤의 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명에 있어서, 유리 소지를 유출하고 있는 상태를 나타내고 있는 도면이다.
도 4a는 기존의, 유리 리본의 두께 조정수단을 설명하는 도면이다.
도 4b는 기존의, 유리 리본의 두께 조정수단을 설명하는 도면이다.

본 발명은, 플로트 판유리의 제조방법에 있어서, 성형로 또는 유리원료 용융로에서 용융된 유리 소지의 표층부를 로 안으로부터 로의 밖으로 유출하는 위치를, 톱롤에 의해 유리 리본의 폭을 조정하는 위치보다 상류로 함으로써, 판두께 불균일과 휨이 적은, 이물질이 없고 균질성이 높은 플로트 판유리를 얻는 것이다.

이하 도면을 토대로 하여 설명한다. 도 1은 본 발명을 실시하기 위한 플로트 유리 제조장치의 수평 단면도이다.

도 1과 같이, 유리원료는 원료 용융로(4)에서 용융되고, 용융원료 투입구(5)로부터 성형 용융로(10) 내의 용융금속욕(3) 상에 공급되어, 성형 용융된다. 용융된 유리는, 고온영역(A)에서 평형 두께에 가까운 유리의 쌓임을 만들어, 유리 리본(1)으로 형성된다. 이 유리 리본(1)은, 리프트 아웃 롤(21), 서냉로(30) 내의 서냉로 롤(31)에 의해, 우측의 서냉로방향으로 진행하여, A보다도 조금 저온인 영역 B로 이동한다. 이 영역 B가 톱롤(2)이 존재하는 구간이다. 톱롤은, 그 수 및 방향, 유리 리본을 누르는 압력, 스피드를 바꿀 수 있게 되어 있어, 평형 두께보다 얇은 두께의 유리 리본을 얻는 경우에는, 유리 리본을 잡아늘리기 위해, 쌍을 이루는 톱롤의 회전축은, 유리 리본(1)의 진행방향으로 조금 기울도록 배치되어 있다.

각 톱롤(2)은, 도 2에 나타내는 바와 같이, 그 톱니부(2B)가 유리 리본(1)의 단부를 압압하고, 유리 리본(1)에 폭방향의 장력을 가해, 유리 리본(1)의 축폭(縮幅)을 억제함으로써 유리 리본(1) 두께를 조정하고 있다.

이 유리 리본(1)은, 이 영역 B를 통과하는 동안에 먼저 상류측의 톱롤에 의해 폭방향으로 잡아늘려지고, 그 후, 하류측의 톱롤에 의해 중앙부를 목적의 두께로 하는 형상으로 되면서, 천천히 압축되어, 성형된다.

이 톱롤의 무리한 잡아늘림에 의해, 유리에 미소한 요철이 발생하는 것은 전술한 바와 같다.

해결책으로서, 애당초 무리한 잡아늘림이 필요하지 않을 정도로 원료를 줄이면 되지 않느냐는 방법을 바로 생각할 수 있다. 그러나, 장치적인 문제로서, 어느 정도 이상의 원료량을 투입하지 않으면 균일하게 용융할 수 없다는 곤란함이 있다. 용융로를 바꾸는 것도 생각할 수 있으나, 유리의 두께에 따라 장치를 하나하나 바꾸는 것은 현실적이지 못하다.

또한, 원료는 동량의 그대로, 이 유리 리본(1)의 진행속도를 올리는 것도 생각할 수 있으나, 유리 리본의 진행속도는 리프트 아웃 롤(21), 서냉로(30) 내의 서냉로 롤(31)에 따른 것이기 때문에, 진행속도를 한도 이상으로 올리는 것은, 무리한 잡아늘림과 동일한 결과가 된다. 또한, 진행속도를 지나치게 올리면, 서냉로에 고온 그대로 유리 리본이 보내어지게 되어, 열변형의 원인이 된다.

또한, 이들의 방법으로는, 표면의 이물질과 유리성분의 불균질성은 해결되지 않는다는 것도 주의하여야 한다. 표면의 이물질은 주로 원료 용융로에 있어서의 로의 천장으로부터의 낙하물로, 원료로부터 증발하여 천장에서 고화된 것이다. 용융로 상류에서는 다시 용융되나, 하류에서는 용융되지 못하고 그대로 남아버린다. 불균질성의 주된 원인은, 원료의 증기압의 차에 의한 것으로, 일반적인 붕규산 유리에 있어서는, 증발하기 쉬운 붕소가 표면에 많이 포함되는 경향이 있다.

이에, 박판유리의 미소한 요철을 방지하고, 또한 표면의 이물질과 불균질성의 문제를 동시에 해결하는 것으로서, 용융 유리 소지의 표면부를 유리 성형부보다 상류에서 제거해버린다는 것이, 본 발명이다. 즉, 용융되어 있는 유리를, 로로부터 가로로 상층부만 유출하는 것이다.

도 3은, 원료 용융로의 최하류의 횡부(橫部)로부터 유리 소지의 일부를 유출하고 있는 것을 나타내는 도면이다. 유출구(7)의 높이 및 원료량을 조정함으로써, 일정량을 유출하는 것이 가능하다.

또한, 유리 소지를 유출하는 장소는, 유리 리본(1) 성형부보다 상류이면 어디여도 상관없으나, 성형 용융로 내에서는 점도가 지나치게 높아 유출이 어려워지는 동시에 유리 리본(1)의 성형에 악영향을 일으키는 흐름을 만들 우려가 있으며, 또한 원료 용융로의 상류에서는 그것 이후에 이물질 혼입과 불균질화가 일어날 가능성이 있기 때문에, 원료 용융로 최하류가 가장 바람직하다.

또한, 취출(取出)한 유리 소지는 원료로서 다시 사용할 수 있기 때문에, 원료가 낭비되는 경우는 없다. 이물질과 불균질부는, 원료 용융로 상류의 고온부에서 완전히 용해되기 때문에 문제 없다. 오히려, 한번 용해하여 원료성분이 용합(溶合)되어 있기 때문에, 용해하기 쉽다는 이점이 있다.

실시예 1

이하, 실시예에 의해 설명한다.

도 1의 장치와 같은, 냉각 후의 리본의 전체 폭이 약 4 m가 되도록 구축된, 플로트 유리 제조장치에 의해, 박판유리를 제조하였다. 유리 조성은, 건축용 창용 및 일부 액정 기판에 사용되는 범용의 소다석회 조성으로, 중량%로 표시하여, SiO₂ 71%, Al₂O₃ 2%, CaO 9%, MgO 4%, Na₂O 13%, K₂O 1%로 나타내어지는 것이다.

먼저, 기존의 방법으로 두께 2.0~2.5 ㎜의 유리판을 만드는 조건으로서, 유리원료 투입량 250000 kg/일, 원료 용융온도 1120℃, 성형 용융로 투입온도 1000℃, 성형 용융로 출구온도 600℃, 리프트 아웃 롤 스피드 11.9 m/min를 설정하여, 통상의 유리판이 얻어지는 것을 확인하였다.

그 후, 원료 용융로 최하류의 유리 소지 유출구로부터, 100000 kg/일의 유리 소지를 유리 소지 표면으로부터 유출하였다.

유리 소지가 감소하는 것에 수반하는 성형로 내의 온도저하에 따른 로 내 온도의 조정, 유리 리본의 두께의 변화에 따른 톱롤의 조정 등이 필요하였으나, 특히 톱롤의 유리 리본으로의 압력을 변경하지 않고, 유리 리본을 자연히 펴는 것이 가능하여, 두께 0.7 ㎜의 박판을 두께 2.0~2.5 ㎜의 방법과 동일 면적량 얻을 수 있었다.

얻어진 박판유리는, 미소한 요철이나 꾸불꾸불함이 없는 것으로, 전자 기판 등으로의 응용에 관해서도 문제 없는 것이었다.

(발명의 효과)

본 발명에 따르면, 최근의 PDP 기판·액정 기판·태양전지 기판 등의 전자공학용도에 요구되는, 판두께 불균일이 매우 적고, 이물질이 없는, 균질성이 매우 높은 플로트 판유리가 얻어진다. 또한, 플로트법에 있어서의 실제 가마의 조업조건 및 제판조건을 대폭 변경하지 않고, 신규한 설비도 필요 없어 품질과 수율을 높여, 안정 조업으로 제조할 수 있다.

본 발명은, 건축용 창유리나 자동차용 창유리 등의 종래 사용되어 온 판유리분야는 물론이나, 특히 PDP 기판·액정 기판·태양전지 기판 등의 표면의 평활성 및 균질성이 중시되는 전자재료분야에 특히 이용할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 판두께 0.1~2 ㎜의 플로트 판유리의 제조방법에 있어서, 용융된 유리 소지(素地)의 표층부를 로 안으로부터 로 밖으로 유출(流出)하는 위치가, 유리원료 용융로 또는 용융 성형로 내의 톱롤에 의해 유리 리본의 폭을 조정하는 위치보다 상류에 있는, 플로트 판유리의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   유리 소지의 표층부를 제거하는 플로트 판유리의 제조방법.

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