KR101651037B1

KR101651037B1 - 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치

Info

Publication number: KR101651037B1
Application number: KR1020150040673A
Authority: KR
Inventors: 히로카즈 히와타시
Original assignee: 아반스트레이트 가부시키가이샤
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-08-24
Also published as: CN104944747B; JP6346485B2; CN104944747A; JP2015196606A; KR20150113864A; TW201536697A; TWI613158B

Abstract

본 발명은 설계된 온도 프로파일을 고정밀도로 재현할 수 있으며, 또한 시트 유리를 반송하는 롤러의 회전축에 발생하는 응력을 저하시킨다.
본 발명의 유리 기판의 제조 장치는, 용융 유리를 오버플로시켜 연속된 시트 유리를 성형하는 성형체를 갖는 성형로와, 시트 유리를 협지하여 하방으로 반송하면서 서냉하는 서냉로를 갖는다. 서냉로는, 시트 유리가 반송되는 노내와 외공간인 노외를 구획하는 벽과, 벽을 관통하는 회전축과, 회전축의 선단부에 설치되어 회전축에 의해 캔틸레버 지지되는 롤러와, 회전축의 길이 방향의 온도 구배를 작게 하도록 조절하는 온도 조절 수단을 구비한다.

Description

유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판의 제조 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MAKING GLASS SHEET}

본 발명은, 유리 기판을 제조하는 유리 기판의 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.

액정 디스플레이나 플라즈마 디스플레이 등의 평판 디스플레이에 사용하는 유리 기판(이하, 「FPD용 유리 기판」이라 함)에는, 두께가 예를 들어 0.5 내지 0.7mm로 얇은 유리판이 사용되고 있다. FPD용 유리 기판은 예를 들어 제1세대에서는 300×400mm의 크기이지만, 제10세대에서는 2850×3050mm의 크기로 되어 있다.

FPD용 유리 기판을 제조하는데 오버플로 다운드로법이 사용되는 경우가 있다. 오버플로 다운드로법은, 성형로에 있어서 용융 유리를 성형체의 상부로부터 흘러 넘치게(오버플로) 함으로써 성형체의 하방에 있어서 시트 유리(판상 유리)를 성형하는 공정과, 시트 유리를 서냉로에 있어서 서냉하는 냉각 공정을 포함한다. 서냉로에서는, 쌍으로 된 롤러간에 시트 유리를 인입하고, 롤러에 의해 시트 유리를 하방으로 반송하면서 원하는 두께로 잡아늘인 후, 시트 유리를 서냉한다. 이 후, 시트 유리를 소정의 치수로 절단함으로써 유리 기판이 형성된다.

오버플로 다운드로법에 있어서는, 시트 유리의 서냉은 변형점보다도 높으며 서냉점보다도 낮은 온도에서 행해지고, 시트 유리를 반송하는 롤러 부근의 온도는 비교적 높은 상태(높은 부분에서는 600℃ 이상)로 유지되어 있다. 일반적으로 롤러를 회전시키는 회전축은 금속제이기 때문에, 온도 상승에 따라 강도가 저하되고, 허용 응력이 저하되어 축이 변형될 리스크가 높아진다. 축이 변형된 상태에서 회전하면, 축의 선단 가까이에 장착된 롤러가 유리 기판을 보내는 속도에 주기적인 변동이 일어나, 세로(인장) 방향에서의 두께 편차나 휨을 발생시키는 원인이 된다. 특허문헌 1에서는 이러한 회전축의 변형을 방지하기 위해, 예를 들어 축을 중공으로 하고, 이 중공 공간 내에 열 매체를 흘림으로써 회전축을 냉각시키는 것이 개시되어 있다.

일본 특허 공개 (평)5-124826호 공보

그런데, 성형체로부터 오버플로된 용융 유리는 휨 및 변형이 필요 이상으로 커지지 않도록, 용융 유리의 흐름 방향에 따라 시트 유리의 폭 방향의 온도 프로파일이 미리 설계되고 있으며, 시트 유리가 설계된 온도 프로파일이 되도록 냉각 장치나 히터 등을 사용하여 엄밀한 온도 관리를 행하고 있다. 이로 인해, 시트 유리와 접촉하는 롤러를 일정한 온도로 유지할 필요가 있다.

한편, 롤러를 캔틸레버 지지하는 회전축은 성형로의 노벽을 관통하여 설치되어 있어, 노벽의 내외에서 온도 구배가 발생한다. 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 커지면 회전축에 발생하는 응력이 커져, 회전축에 변형이 발생할 우려가 있다는 문제가 있다. 온도 구배에 의한 응력보다도 허용 응력이 큰 재료를 회전축에 사용하는 것도 생각할 수 있지만, 선택할 수 있는 재료는 한정되어 있다. FPD에 사용되는, 저온 폴리실리콘 TFT 액정용의 유리 기판을 제조하는데 사용되는 유리는 변형점이나 서냉점 등의 유리 특이점이 높기 때문에, 성형시의 온도가 높고, 성형 후에 서냉할 때의 온도도 높아지고, 서냉로의 내외에서 온도 구배가 커져, 상기 과제가 현저해진다.

따라서 본 발명은, 시트 유리의 온도 프로파일을 설계된 대로 고정밀도로 재현할 수 있으며, 또한 시트 유리를 반송하는 롤러의 회전축에 발생하는 응력을 저하시킬 수 있는 유리 기판의 제조 방법 및 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 제1 형태는, 성형로에 있어서 용융 유리를 성형체로부터 오버플로시켜 연속된 시트 유리를 성형하고, 서냉로에 있어서 상기 시트 유리를 롤러에 의해 협지하여 하방으로 반송하면서 서냉하는 유리 기판의 제조 방법이며,

상기 서냉로는, 상기 시트 유리가 반송되는 노내와 외공간인 노외를 구획하는 벽을 갖고,

상기 롤러는 상기 성형로의 상기 벽을 관통하는 회전축에 의해 캔틸레버 지지되고,

상기 서냉로에 설치된 온도 구배 조절 수단이 상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배를 작게 하도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 온도 구배 조절 수단은, 상기 회전축을 보온하는 보온 수단, 또는 상기 회전축을 가열하는 가열 수단일 수도 있다.

상기 보온 수단은, 상기 성형로의 내벽면으로부터 상기 회전축의 상기 롤러측으로 연재(延在)되는 단열재에 의해 상기 회전축을 보온할 수도 있다.

상기 가열 수단은, 상기 회전축의 상기 롤러가 설치된 부분으로부터 상기 벽을 관통하는 부분으로 열을 반송하는 매체를 상기 회전축의 내부에 공급함으로써 상기 회전축을 가열할 수도 있다.

상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배의 최댓값이 2500℃/m 이하가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하다.

상기 단열재의 상기 롤러측의 단부 위치에 있어서의 상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 1300℃/m 이하가 되도록 조정되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 형태는, 유리 기판의 제조 장치이며,

용융 유리를 오버플로시켜 연속된 시트 유리를 성형하는 성형체를 갖는 성형로와,

상기 시트 유리를 협지하여 하방으로 반송하면서 서냉하는 서냉로를 갖고,

상기 서냉로는, 상기 시트 유리가 반송되는 노내와 외공간인 노외를 구획하는 벽과,

상기 벽을 관통하는 회전축과,

상기 회전축의 선단부에 설치되어 상기 회전축에 의해 캔틸레버 지지되는 롤러와,

상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 작아지도록 조절하는 온도 구배 조절 수단

을 구비하고 있다.

본 발명에 따르면, 시트 유리를 반송하는 롤러를 지지하는 회전축의 길이 방향의 온도 구배를 작게 함으로써, 온도 구배에서 기인하여 회전축에 발생하는 응력을 저하시킬 수 있고, 회전축의 변형을 방지할 수 있다.

도 1은 유리 기판의 제조 방법의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 2는 유리 기판의 제조 장치의 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 성형 장치의 개략도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 5는 도 3, 도 4에 도시하는 반송 부재의 단면도이다.
도 6은 반송 롤러의 회전축의 길이 방향의 위치와 온도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 반송 롤러의 회전축의 길이 방향의 위치와 응력의 관계를 도시하는 도면이다.

이하, 본 발명의 유리 기판의 제조 방법 및 유리 기판 제조 장치에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 유리 기판의 제조 방법의 공정의 일례를 도시하는 도면이다.

(유리 기판의 제조 방법의 전체 개요)

유리 기판의 제조 방법은, 용해 공정(ST1), 청징 공정(ST2), 균질화 공정(ST3), 공급 공정(ST4), 성형 공정(ST5), 서냉 공정(ST6) 및 절단 공정(ST7)을 주로 갖는다. 그 이외에, 연삭 공정, 연마 공정, 세정 공정, 검사 공정, 곤포 공정 등을 가질 수도 있다. 제조된 유리 기판은 필요에 따라 곤포 공정에서 적층되어, 납입처의 업자에게 반송된다.

용해 공정(ST1)에서는, 유리 원료를 가열함으로써 용융 유리를 제조한다. 용융 유리의 가열은, 용융 유리 자체에 전기를 흘려서 발열시켜 가열하는 통전 가열에 의해 행할 수 있다. 또한, 버너의 화염에 의해 보조적으로 가열하여 유리 원료를 용해할 수도 있다.

또한, 용융 유리는 청징제를 함유한다. 청징제로서, 산화주석, 아비산, 안티몬 등이 알려져 있지만, 특별히 제한되지 않는다. 그러나 환경 부하 감소의 관점에서, 청징제로서 산화주석을 사용하는 것이 바람직하다.

청징 공정(ST2)에서는, 용융 유리가 승온됨으로써 용융 유리 중에 포함되는 산소, CO₂ 또는 SO₂를 포함한 거품이 발생한다. 이 거품이 청징제의 환원 반응에 의해 발생한 산소를 흡수하여 성장하고, 용융 유리의 액면에 부상하여 방출된다. 그 후 청징 공정에서는, 용융 유리의 온도를 저하시킴으로써, 청징제의 환원 반응 에 의해 얻어진 환원 물질이 산화 반응을 한다. 이에 따라, 용융 유리에 잔존하는 거품 중의 산소 등의 가스 성분이 용융 유리 중에 재흡수되어, 거품이 소멸된다. 청징제에 의한 산화 반응 및 환원 반응은 용융 유리의 온도를 제어함으로써 행해진다.

또한, 청징 공정은 용융 유리에 존재하는 거품을 감압 분위기에서 성장시켜 탈포시키는 감압 탈포 방식을 사용할 수도 있다. 감압 탈포 방식은 청징제를 사용하지 않는 점에서 유효하다. 그러나, 감압 탈포 방식은 장치가 복잡화 및 대형화된다. 이로 인해, 청징제를 사용하여 용융 유리 온도를 상승시키는 청징 방법을 채용하는 것이 바람직하다.

균질화 공정(ST3)에서는, 교반기를 사용하여 용융 유리를 교반함으로써, 유리 성분의 균질화를 행한다. 이에 따라, 맥리 등의 원인인 유리의 조성 불균일을 감소시킬 수 있다.

공급 공정(ST4)에서는, 교반된 용융 유리가 성형 장치에 공급된다.

성형 공정(ST5) 및 서냉 공정(ST6)은 성형 장치에서 행해진다.

성형 공정(ST5)에서는 용융 유리를 시트 유리로 성형하고, 시트 유리의 흐름을 형성한다. 성형에는 오버플로 다운드로법이 사용된다.

서냉 공정(ST6)에서는, 성형되어 흐르는 시트 유리가 원하는 두께가 되고, 내부 변형이 발생하지 않도록, 또한 휨이 발생하지 않도록 냉각된다.

절단 공정(ST7)에서는 서냉 후의 시트 유리를 소정의 길이로 절단함으로써, 판상의 유리 기판을 얻는다. 절단된 유리 기판은 소정의 크기로 더 절단되어, 목표 크기의 유리 기판이 제조된다.

도 2는, 본 실시 형태에 있어서의 용해 공정(ST1) 내지 절단 공정(ST7)을 행하는 유리 기판의 제조 장치의 개략도이다. 유리 기판의 제조 장치는, 도 2에 도시한 바와 같이 주로 용해 장치(100)와, 성형 장치(200)와, 절단 장치(300)를 갖는다. 용해 장치(100)는, 용해조(101)와, 청징관(120)과, 교반조(103)와, 이송관(104, 105)과, 유리 공급관(106)을 갖는다.

도 2에 도시하는 용해조(101)에는, 도시되지 않은 버너 등의 가열 수단이 설치되어 있다. 용해조에는 청징제가 첨가된 유리 원료가 투입되어 용해 공정(ST1)이 행해진다. 용해조(101)에서 용융된 용융 유리는 이송관(104)을 통하여 청징관(120)에 공급된다.

청징관(120)에서는, 용융 유리 MG의 온도를 조정하여, 청징제의 산화 환원 반응을 이용하여 용융 유리의 청징 공정(ST2)이 행해진다. 청징 후의 용융 유리는 이송관(105)을 통하여 교반조에 공급된다.

교반조(103)에서는, 교반기(103a)에 의해 용융 유리가 교반되어 균질화 공정(ST3)이 행해진다. 교반조(103)에서 균질화된 용융 유리는 유리 공급관(106)을 통하여 성형 장치(200)에 공급된다(공급 공정(ST4)).

성형 장치(200)에서는, 오버플로 다운드로법에 의해 용융 유리로부터 시트 유리가 성형되고(성형 공정(ST5)), 서냉된다(서냉 공정(ST6)).

절단 장치(300)에서는, 시트 유리로부터 잘라내진 판상의 유리 기판이 형성된다(절단 공정(ST7)).

(성형 장치의 설명)

도 3은, 유리 기판의 성형 장치(200)의 개략도이며, 도 4는 도 3의 IV-IV 화살표 방향으로 본 단면도이다.

성형 장치(200)의 노벽은 내화 벽돌, 내화 단열 벽돌, 파이버계 단열재 등의 내화물에 의해 형성되어 있다. 성형 장치(200)의 내부 공간은 성형로(201)(상부 성형로(201A) 및 하부 성형로(201B))와, 성형로(201)의 하부 서냉로(202)로 구분되어 있다. 성형로(201)에서는 성형 공정(ST5)이 행해지며, 서냉로(202)에서는 서냉 공정(ST6)이 행해진다.

상부 성형로(201A)에는 성형체(210)가 설치되어 있다.

성형체(210)에는, 도 2에 도시하는 유리 공급관(106)을 통해 용해 장치(100)로부터 용융 유리가 공급된다.

성형체(210)는 내화 벽돌 등으로 구성된 가늘고 긴 구조체이며, 도 4에 도시한 바와 같이 단면이 쐐기형 형상을 이루고 있다. 성형체(210)의 상부에는, 용융 유리 MG를 유도하는 유로가 되는 홈(212)이 형성되어 있다. 홈(212)은 제3 배관(106)과 접속되고, 제3 배관(106)을 통해 흘러오는 용융 유리 MG는 홈(212)을 타고 흐른다. 홈(212)의 깊이는, 용융 유리 MG의 흐름의 하류일수록 얕아지고 있기 때문에, 홈(212)을 흐르는 용융 유리 MG는 서서히 홈(212)으로부터 넘치기 시작하여, 성형체(210)의 양측 측벽을 타고 유하하고, 성형체(210)의 하방 단부(213)에서 합류하여, 연직 하방으로 유하한다. 이에 따라, 성형 장치(200) 내에서 성형체(210)로부터 연직 하방을 향하는 시트 유리 SG가 제조된다.

또한, 성형체(210)의 하방 단부(213)의 직하에 있어서의 시트 유리 SG의 온도는, 10^5.7 내지 10^7. ⁵poise의 점도에 상당하는 온도이며, 예를 들어 1000 내지 1130℃이다.

분위기 구획 부재(220)는 성형체(210)의 하방 단부(213)의 하방 근방에 설치되어 있으며, 성형로(201A)의 내부 공간을 상부 성형로(201A)와 하부 성형로(201B)로 구분한다. 분위기 구획 부재(220)는 한 쌍의 판상 단열재이며, 시트 유리 SG를 두께 방향(도면 중 X 방향)의 양측으로부터 사이에 두도록, 시트 유리 SG의 두께 방향의 양측에 설치되어 있다. 시트 유리 SG와 분위기 구획 부재(220) 사이에는, 분위기 구획 부재(220)가 시트 유리 SG에 접촉하지 않을 정도로 간극이 형성되어 있다. 분위기 구획 부재(220)는 성형 장치(200)의 내부 공간을 구획함으로써, 분위기 구획 부재(220)의 상방의 성형로(201)와 하방의 서냉로(202) 사이의 열 이동을 차단한다.

하부 성형로(201B)에는 한 쌍의 냉각 롤러(230)와 냉각 수단(240)이 설치되어 있다.

냉각 롤러(230) 및 냉각 수단(240)은 분위기 구획 부재(220)의 하방에 설치되어 있다.

한 쌍의 냉각 롤러(230)는 도 3, 도 4에 도시한 바와 같이, 시트 유리 SG를 두께 방향의 양측으로부터 사이에 두도록, 시트 유리 SG의 두께 방향의 양측에 설치되어 있다. 냉각 롤러(230)는 시트 유리 SG의 폭 방향 양단부를 약 10^9. ⁰poise 이상의 점도에 상당하는 온도(예를 들어 900℃) 이하의 온도로 저하되도록 냉각한다. 냉각 롤러(230)는 중공이며, 내부에 냉각 매체(예를 들어 공기 등)가 공급됨으로써 급냉되어 있다. 냉각 롤러(230)는 후술하는 반송 부재(2501, 2502, …, 250n)보다도 직경이 작고, 노내에 대한 삽입 길이도 짧고, 또한 급냉되어 있기 때문에 변형(편심)이 발생할 우려가 적다.

냉각 수단(240)은 복수의 냉각 유닛(단부 냉각 유닛(241) 및 중앙 냉각 유닛(242))을 포함하고, 시트 유리 SG를 냉각한다.

단부 냉각 유닛(241)은 시트 유리 SG의 폭 방향 양단부를 10^14. ⁵poise 이상의 점도에 상당하는 온도로 저하되도록 냉각한다.

중앙 냉각 유닛(242)은, 시트 유리 SG의 폭 방향의 중앙부를 연화점보다 높은 온도로부터 서냉점 근방까지 냉각한다. 여기서 시트 유리 SG의 중앙부란, 시트 유리 성형 후에 절단되는 대상을 제외한 영역이며, 시트 유리 SG의 판 두께가 균일해지도록 제조되는 영역이다.

중앙 냉각 유닛(242)은, 예를 들어 상하 방향으로 3단의 유닛(상단 유닛(242a), 중단 유닛(242b), 하단 유닛(242c))을 포함한다. 상단 유닛(242a)은 성형체(210)의 하단(213)으로부터 이격된 시트 유리 SG를 연화점 근방까지 급냉하고, 중단 유닛(242b) 및 하단 유닛(242c)은 완만한 냉각에 의해 시트 유리 SG를 서냉 점 근방까지 냉각한다.

서냉로(202)는 벽(203)을 갖고 있다. 벽(203)은 서냉로(202)의 시트 유리 SG가 반송되는 노내와 외공간인 노외를 구획하고 있다. 서냉로(202)에는, 복수의 반송 부재(2501, 2502, …, 250n)와, 복수의 온도 조정 장치(2701, 2702, 270n)와, 복수의 구획판(2021, 2022, …, 202n)이 설치되어 있다.

서냉로(202)는 구획판(2021)에 의해 하부 성형로(201B)와 구획되어 있으며, 서냉로(202)의 내부 공간은 구획판(2021) 이외의 복수의 구획판(2022, …, 202n)에 의해 높이 방향으로 복수의 공간으로 구획되어 있다. 복수의 구획판(2021, 2022…, 202n)에 의해 구획된 각 공간에 각각 반송 부재(2501, 2502, …, 250n), 복수의 온도 조정 장치(2701, 2702, …, 270n)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 구획판(2021) 및 구획판(2022)에 의해 구획된 공간에 반송 부재(2501) 및 온도 조정 장치(2701)가 설치되고, 구획판(2022) 및 구획판(2023)에 의해 구획된 공간에 반송 부재(2502) 및 온도 조정 장치(2702)가 설치되어 있다.

구획판(2022)과 구획판(202n) 사이도 도시되지 않은 구획판에 의해 구획되어 있으며, 구획된 각 공간에 다른 도시되지 않은 반송 부재 및 온도 조정 장치가 마찬가지로 설치되어 있다. 또한, 가장 하부의 반송 부재(250n) 및 온도 조정 장치(270n)는 가장 하부의 구획판(202n)의 하부 공간에 설치되어 있다.

각 반송 부재(2501, 2502, …, 250n)는 시트 유리 SG의 두께 방향의 양측에 설치되고, 노벽의 외부에 있어서 도시하지 않은 베어링에 의해 캔틸레버 지지되는 한 쌍의 회전축과, 각 회전축의 선단에 설치된 한 쌍의 반송 롤러를 구비한다. 각 온도 조정 장치(2701, 2702, …, 270n)는 시트 유리 SG의 두께 방향의 양측에 설치된 한 쌍의 히터를 포함한다. 각 히터는 시트 유리 SG의 폭 방향으로 복수의 열원을 구비하고, 각각 가열량을 조정 가능하다. 복수의 열원은 예를 들어 크롬계 발열선 등이다.

상기 냉각 부재(230), 냉각 장치(240) 및 온도 조정 장치(2701, 2702, …, 270n)에 의해, 예를 들어 이하와 같이 시트 유리 SG가, 미리 설계된 온도 프로파일에 대응한 온도 분포를 갖도록 냉각한다.

점성 영역에서는, 예를 들어 시트 유리의 폭 방향의 단부 온도가 중앙 영역의 온도보다 낮고, 또한 중앙 영역의 온도가 균일해지는 온도 프로파일(제1 프로파일)로 설계된다. 이에 따라, 폭 방향의 수축을 억제하면서, 시트 유리의 판 두께를 균일하게 할 수 있다.

점탄성 영역에서는, 예를 들어 시트 유리의 온도가 중앙부로부터 단부를 향해 폭 방향으로 점차 감소하는 온도 프로파일(제2 프로파일)로 설계된다.

유리 변형점 근방의 온도 영역에서는, 시트 유리의 폭 방향의 단부 온도와 중앙부의 온도가 대략 균일해지는 온도 프로파일로 설계된다.

상기 설계된 온도 프로파일에 따르도록 시트 유리의 온도를 관리함으로써, 시트 유리의 휨 및 변형(잔류 응력)을 감소시킬 수 있다. 또한, 시트 유리의 중앙 영역은 판 두께를 균일하게 하는 대상의 부분을 포함하는 영역이며, 시트 유리의 단부는 제조 후에 절단되는 대상의 부분을 포함하는 영역이다.

이상 설명한 바와 같이, 시트 유리는 휨 및 변형이 허용값을 초과하지 않도록 상술한 서냉 공정이 실시된다. 이 서냉 공정에 있어서, 시트 유리와의 접촉부로부터의 열 전도, 시트 유리로부터의 복사열, 서냉로(202) 내의 분위기로부터의 열 전도에 의해, 반송 롤러의 회전축의 노벽으로부터 서냉로(202) 내에 돌출된 부분이 가열된다. 한편 노벽은 단열성이 높기 때문에, 서냉로(202)의 외부는 서냉로(202) 내보다도 저온으로 유지되어 있다.

본원 발명자는, 노벽의 근방에 있어서 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 커지고, 온도 구배의 크기에 따라 회전축에 발생하는 응력이 커진다는 지견을 얻어, 회전축에 발생하는 응력을 사용 환경하에 있어서의 허용 응력 이하로 하기 위해, 회전축의 온도 구배를 조정하는 것을 검토하였다.

본 발명에서는, 설계된 온도 프로파일에 미치는 영향이 가능한 한 작아지고, 또한 회전축의 길이 방향의 온도 구배의 최댓값이 소정값 이하가 되도록, 구체적으로는 2500℃/m 이하가 되도록 회전축의 온도를 제어하고 있다. 이하, 실시 형태 에 기초하여 설명한다.

도 5는, 반송 부재(2501, 2502, …, 250n)의 1개의 단면도이다.

반송 롤러(30)는 서냉로(202) 내에 있어서 시트 유리 SG와 접촉하고, 시트 유리 SG를 하방으로 반송한다. 반송 롤러(30)는 회전축(31)의 선단부에 고정되어 있다. 반송 롤러(30)는 예를 들어 무기 섬유를 단단하게 하여 형성할 수 있다.

회전축(31)은 중공의 관상이다. 회전축(31)의 일단부는 폐색되어 있으며, 회전축(31)의 폐색 단부의 외주부에는 반송 롤러(30)가 고정되어 있다. 회전축(31)의 중간부는 서냉로(202)의 벽(203)에 설치된 관통 구멍에 회전 가능하도록 삽입 관통되어 있다. 즉, 회전축(31)은 벽(203)을 관통하고 있다. 회전축(31)의 반송 롤러(30)와 반대측의 단부는 벽(203)의 외부에 있어서 도시하지 않은 베어링에 의해 캔틸레버 지지됨과 동시에, 도시하지 않은 배출관에 접속되어 있다. 배출관은 후술하는 바와 같이, 회전축(31)에 공급된 열 매체를 배출하는데 사용된다.

회전축(31)에는, 내열성이 우수하고 경도도 높은 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어 오스테나이트계 스테인리스강을 회전축(31)에 사용할 수 있다. 구체적으로는, SUS310S, SUS303, SUS304, SUS316을 사용할 수 있다. 또한, 회전축(31)의 전체 길이는 예를 들어 1500mm 이하이고, 노내에 대한 삽입량은 예를 들어 500mm 이하, 외경을 예를 들어 50mm 이하, 내경을 예를 들어 외경의 50 내지 80％로 할 수 있다.

회전축(31)의 중공의 내부에는, 회전축(31)의 내경보다도 소직경의 이너 파이프(inner pipe)(32)가 회전축(31)의 내벽과 이격하여 배치되어 있다. 이너 파이프(32)의 반송 롤러(30)측의 단부는 개구되어 있으며, 그 개구 단부는 회전축(31)의 폐색 단부로부터 이격되어 있다. 이너 파이프(32)의 개구 단부와 반대측의 단부는 벽(203)의 외부에 있어서 도시하지 않은 공급관에 접속되어 있다. 공급관은 후술하는 바와 같이, 이너 파이프(32)로부터 회전축(31)에 열 매체를 공급하는데 사용된다. 열매체는 기체일 수도 액체일 수도 있지만, 액체는 열 용량이 크고, 회전축(31)의 온도를 지나치게 낮출 우려가 있기 때문에, 기체인 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서는, 벽(203)의 외부로부터 이너 파이프(32)에 열 매체가 공급된다. 열 매체는 회전축(31)의 반송 롤러(30)측의 단부로부터 이너 파이프(32)의 외측면과 회전축(31)의 내벽면 사이의 간극을 통해 벽(203)측으로 흘러, 서냉로(202)의 외부로 배출된다. 열 매체는, 회전축(31)의 반송 롤러(30)측의 단부의 열을 반송 롤러(30)와 반대측의 단부로 이동시키기 위한 매체이다. 즉, 회전축(31)의 반송 롤러(30)측의 단부에 있어서 열 매체가 열을 흡수하여 회전축의 온도를 저하시킴과 동시에, 온도 상승한 열 매체가 서냉로(202)의 외부를 향해 회전축(31)의 길이 방향으로 흐름으로써, 회전축(31)의 반송 롤러(30)측의 단부로부터 회전축(31)의 길이 방향으로 열이 이동한다. 이에 따라, 반송 롤러(30)의 시트 유리 SG와의 접촉부로부터의 열 전도에서 기인하는 회전축(31)의 길이 방향의 온도 구배를 낮게 억제할 수 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 열 매체의 유량을 제어함으로써 회전축(31)의 길이 방향의 온도 구배가 작아지도록 조정한다. 이에 따라, 온도 구배에서 기인하여 회전축(31)에 작용하는 응력을 저하시킬 수 있으며, 회전축(31)의 변형을 방지할 수 있다. 여기서, 회전축(31)의 길이 방향의 온도 구배의 최댓값이 2500℃/m 이하가 되도록 조정하는 것이 바람직하다. 서냉로(202) 내의 분위기 온도(700℃ 내지 850℃)에 있어서의 회전축(31)의 허용 응력보다도, 온도 구배가 2500℃/m 이하일 때에 회전축(31)에 작용하는 응력이 작기 때문이다.

또한, 도시하지 않은 히터 등의 열원에 의해 회전축(31)을 가열함으로써, 회전축(31)의 온도 구배를 작게 할 수도 있다.

서냉로(202)의 회전축이 삽입 관통되는 관통 구멍으로부터 회전축(31)의 롤러(30)측으로 연재되어, 회전축(31)의 외측면을 피복하는 단열재(33)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 단열재(33)는 회전축(31)이 배치되는 서냉로(202) 내의 분위기 온도에 있어서의 내열성을 구비하는 재료(예를 들어 내열 벽돌, 내화 단열 벽돌, 무기 섬유 등)를 사용할 수 있다. 단열재(33)는 회전축(31)의 외측면을 피복하도록 원통형으로 형성할 수 있지만, 원통 형상일 필요는 없다. 또한, 단열재(33)는 회전축(31)의 외측 전체면을 피복할 필요는 없고, 원하는 온도 구배가 얻어지도록, 회전축(31)의 서냉로(202) 내측 부분에 있어서 적어도 벽(203)측의 단부를 피복하는 것이 바람직하다.

단열재(33)를 설치함으로써, 시트 유리로부터의 복사열이나 서냉로(202) 내의 분위기로부터의 열 전도에 의한 회전축(31)의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이에 따라, 단열재(33)에 의해 피복된 부분에 있어서의 회전축(31)의 길이 방향의 온도 구배를 낮게 할 수 있다.

단열재(33)의 롤러(30)측의 단부 위치에 있어서의 회전축(31)의 온도 구배는 1300℃/m 이하인 것이 바람직하다. 단열재(33)의 롤러(30)측의 단부 위치에서는, 회전축(31)의 단열재(33)에 의해 피복되어 있는 부분과 피복되어 있지 않은 부분에서 온도차가 커지고, 온도 구배가 커지는 경향이 있다. 또한, 회전축(31)의 단열재(33)에 의해 피복되어 있지 않은 부분은 서냉로(202) 내의 분위기 온도(700℃ 내지 850℃)에 노출되어 고온이 되므로, 허용 응력이 작아지기 때문이다. 온도 구배가 1300℃/m 이하일 때에 회전축(31)에 작용하는 응력은, 서냉로(202) 내의 시트 유리 SG의 하단부 근방의 분위기 온도(700℃ 이상)에 있어서의 허용 응력보다도 작다.

[실시예]

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.

서냉로에 있어서의 반송 부재의 회전축을 상술한 도 5에 도시하는 구조로 하였다. 회전축의 길이 방향에 있어서의, 단열재의 노벽으로부터의 길이를 0.26m로 하고, 서냉로 내의 온도를 800℃로 하고, 서냉로의 외부 온도를 30℃로 하고, 회전축의 열 전도율은 SUS304를 상정하여 열 전도율 W/(m·K)=0.013*온도(℃)+15로 하고, 단열재의 열 전도율을 0.1W/(m·K)로 하여 회전축의 허용 응력을 계산하였다.

<비교예>

회전축의 길이 방향에 있어서의, 단열재의 노벽으로부터의 길이를 0.26m로 하고, 서냉로 내의 온도를 800℃로 하고, 서냉로의 외부 온도를 30℃로 하고, 회전축의 열 전도율은 SUS304를 상정하여 열 전도율 W/(m·K)=0.013*온도(℃)+15, 단열재의 열 전도율을 (0.1)W/(m·K)로 하여 회전축의 허용 응력을 계산하였다.

도 6은 회전축의 길이 방향의 위치와 온도의 관계를 도시하는 도면이다. 회전축의 길이 방향의 위치를 횡축, 온도를 종축으로 하였다. 회전축의 길이 방향의 위치는 노벽을 기준으로 하여 서냉로측을 양으로 하였다. 실시예를 실선, 비교예를 파선으로 나타낸다.

실시예에서는, 단열재의 노벽의 위치에서 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 최대가 되고, 그 최댓값은 2500℃/m였다. 또한, 단열재의 롤러측의 단부 위치에 있어서의 회전축의 길이 방향의 온도 구배는 1250℃/m였다.

비교예에서는, 단열재의 노벽의 위치에서 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 최대가 되고, 그 최댓값은 3600℃/m였다. 또한, 단열재의 롤러측의 단부 위치에 있어서의 회전축의 길이 방향의 온도 구배는 2350℃/m였다.

도 7은 도 6의 회전축 온도에 있어서의, 회전축의 길이 방향의 위치와 회전축의 응력의 관계를 도시하는 도면이다. 실시예에서는 비교예보다도 온도 구배의 최댓값이 작기 때문에, 회전축에 작용하는 응력이 작아지는 것을 알 수 있었다.

이상, 본 발명의 유리 기판 제조 방법에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 개량이나 변경을 할 수도 있는 것은 물론이다.

30 롤러
31 회전축
32 이너 파이프
33 단열재
100 용해 장치
101 용해조
102 청징조
103 교반조
104, 105 이송관
106 유리 공급관
200 성형 장치
201 성형로
202 서냉로
210 성형체
212 홈
213 하방 단부
220 분위기 구획 부재
230 냉각 부재
240 냉각 장치
241 단부 냉각 유닛
242 중앙 냉각 유닛
242a 상단 유닛
242b 중단 유닛
242c 하단 유닛
2501, 2502, …, 250n 반송 부재
2701, 2702, 270n 온도 조정 장치
300 절단 장치

Claims

성형로에 있어서 용융 유리를 성형체로부터 오버플로시켜 연속된 시트 유리를 성형하고, 서냉로에 있어서 상기 시트 유리를 롤러에 의해 협지하여 하방으로 반송하는 유리 기판의 제조 방법이며,
상기 서냉로는, 상기 시트 유리가 반송되는 노(爐)내와 외공간인 노외를 구획하는 벽을 갖고,
상기 롤러는 상기 벽을 관통하는 회전축에 의해 캔틸레버 지지되고,
상기 서냉로에 설치된 온도 구배 조절 수단이 상기 회전축의 상기 벽 측 부분을 선택적으로 단열하여 상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배를 작게 하도록 조정하는, 유리 기판의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 온도 구배 조절 수단은, 상기 회전축을 보온하는 보온 수단, 또는 상기 회전축을 가열하는 가열 수단인, 유리 기판의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 보온 수단은, 상기 성형로의 내벽면으로부터 상기 회전축의 상기 롤러측으로 연재(延在)되는 단열재에 의해 상기 회전축을 보온하는, 유리 기판의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 회전축의 상기 롤러가 설치된 부분으로부터 상기 벽을 관통하는 부분으로 열을 반송하는 매체를 상기 회전축의 내부에 공급함으로써 상기 회전축을 가열하는, 유리 기판의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배의 최댓값이 2500℃/m 이하가 되도록 조정되어 있는, 유리 기판의 제조 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 단열재의 상기 롤러측의 단부 위치에 있어서의 상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배가 1300℃/m 이하가 되도록 조정되어 있는, 유리 기판의 제조 방법.
유리 기판의 제조 장치로서,
용융 유리를 오버플로시켜 연속된 시트 유리를 성형하는 성형체를 갖는 성형로와,
상기 시트 유리를 협지하여 하방으로 반송하면서 서냉하는 서냉로를 갖고,
상기 서냉로는, 상기 시트 유리가 반송되는 노내와 외공간인 노외를 구획하는 벽과,
상기 벽을 관통하는 회전축과,
상기 회전축의 선단부에 설치되어 상기 회전축에 의해 캔틸레버 지지되는 롤러와,
상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배를 작게 하도록 조절하는 온도 조절 수단을 구비하고,
상기 온도 구배 조절 수단은, 상기 회전축의 상기 벽 측 부분을 선택적으로 단열하여 상기 회전축의 길이 방향의 온도 구배를 작게 하도록 조정하는, 유리 기판의 제조 장치.