KR20160115737A - 지지 롤, 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법 - Google Patents

지지 롤, 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법 Download PDF

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야스하루 히라바라
유지 이치카와
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아사히 가라스 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 높은 온도 영역에서 회전체의 냉각을 적절하게 관리하여 탈열을 저감할 수 있고, 또한 회전체가 유리를 적절하게 보유 지지할 수 있는 지지 롤을 제공한다.
열처리로 내에 반송되는 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤이며, 열처리로의 측벽의 개구부에 삽입 관통되는 중공 구조의 회전축부와, 회전축부의 선단부에 설치되어, 용융 유리 리본을 지지하면서 내부가 중공 구조로 되는 회전체를 갖고 있으며, 회전축부 및 회전체의 중공부 내에 고열매체가 유통되는 구조이다.

Description

지지 롤, 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법 {SUPPORT ROLL, GLASS MANUFACTURING DEVICE AND GLASS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 지지 롤, 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법에 관한 것이다.
띠형 유리를 성형하는 방법으로서, 예를 들어 플로트법이 널리 이용되고 있다. 이 플로트법은, 욕조 내에 수용되는 용융 금속(예를 들어 용융 주석)의 표면 상에 도입된 용융 유리를 소정의 방향으로 유동시켜, 띠형체의 용융 유리 리본을 성형하는 방법이다.
또한, 다른 성형 방법으로서 퓨전법도 알려져 있다. 퓨전법은, 통형 부재의 좌우 양측의 상부 테두리로부터 넘쳐 나온 용융 유리를, 통형 부재의 좌우 양측면을 따라 유하시켜, 좌우 양측면이 교차하는 하부 엣지에서 합침으로써, 띠형체의 용융 유리 리본을 성형하는 방법이다.
평형 두께보다 얇은 상태에 있는 용융 유리 리본은, 폭 방향으로 수축하려고 하는 경향이 있다. 가령 용융 유리 리본이 폭 방향으로 수축하면, 최종적으로 제품으로서 얻어지는 유리판의 두께가 목표 두께보다 두꺼워져 버린다. 최근, 목표 두께가 얇은 유리판이 실용에 제공되고 있어, 이 문제는 유리판의 품질로 직결되게 된다.
종래부터, 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축을 억제하기 위하여, 용융 유리 리본을 지지하는 지지 롤이 사용되고 있다. 즉, 지지 롤은 선단 지점에 회전체가 설치되어 있고, 회전체를 용융 유리 리본의 양측 테두리부의 표면에 접촉시켜, 용융 유리 리본을 단단히 누름과 함께 회전체를 회전시켜, 그 그립력에 의해 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축을 억제하고 있다.
상기와 같은 지지 롤은, 선단부에 위치하는 회전체가 고온의 용융 유리 리본과 직접 접촉하기 때문에, 무냉각 상태에서는 사용시에 회전체의 온도가 현저하게 상승하여, 회전체에 용융 유리 리본이 감길 우려가 있다. 그로 인해, 통상 지지 롤의 중공 구조로 된 회전체 내에 냉각수를 유통시킴으로써, 회전체를 냉각하고 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
국제 공개 제2010/147189호
특허문헌 1의 기술은 회전체의 온도를 냉각수에 의해 냉각하고 있다. 냉각수의 온도는, 통상 20℃ 내지 30℃ 정도로 비교적 낮게 설정해야 한다. 이것은 60℃ 이상의 냉각수를 사용하면, 회전체 내의 냉각수가 증발되어 버리기 때문이다.
최근, 예를 들어 액정 디스플레이용 유리 기판 등의 두께가 얇은 유리판을 제조할 때, 욕조 내를 유동하는 용융 유리 리본의 두께도 얇아지고 있다.
두께가 얇은 용융 유리 리본은, 두께가 두꺼운 용융 유리 리본보다 열용량이 작아, 용융 유리 리본 상에 냉각수에 의해 냉각된 회전체가 접촉하면, 용융 유리 리본의 표면이 국소적으로 과도하게 냉각(탈열)되어 단단해져 버린다. 그로 인해, 회전체의 용융 유리 리본에의 그립력이 저하되어, 폭 방향의 수축 억제력이 저감되어 버리는 문제가 있다.
특히 욕조 내의 비교적 온도가 낮은 하류 영역에 있어서는, 용융 유리 리본이 상류 영역에 비하여 단단하게 되어 있기 때문에, 상기 과도한 냉각의 문제는 유리판의 품질에 크게 영향을 미쳐 버린다.
또한, 플로트 배스 내에 수냉된 회전체가 삽입되면, 회전체에 의한 탈열이 커져, 소비 에너지가 커지는 문제도 있다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 높은 온도 영역에서 회전체의 냉각을 적절하게 관리하여 탈열을 저감할 수 있고, 또한 회전체가 유리를 적절하게 보유 지지할 수 있는 지지 롤, 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 따르면, 열처리로 내에 반송되는 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤이며, 상기 열처리로의 측벽의 개구부에 삽입 관통되는 중공 구조의 회전축부와, 상기 회전축부의 선단부에 설치되어, 상기 용융 유리 리본을 지지하면서 내부가 중공 구조로 되는 회전체를 갖고 있으며, 상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에 고열매체가 유통되는 구조인 것을 특징으로 하는 지지 롤이 제공된다.
또한, 본 발명의 일 형태에 따르면, 열처리로 내에 반송되는 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤을 사용하여 상기 용융 유리 리본을 성형하는 공정을 갖는 유리 제조 방법이며, 상기 지지 롤은, 상기 열처리로의 측벽의 개구부에 삽입 관통되는 중공 구조의 회전축부와, 상기 회전축부의 선단부에 설치되어, 상기 용융 유리 리본을 지지하면서 내부가 중공 구조로 되는 회전체를 갖고 있으며, 상기 지지 롤로 상기 용융 유리 리본을 지지할 때, 상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에 고열매체를 유통시키는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 높은 온도 영역에서 회전체의 냉각을 적절하게 관리하여 탈열을 저감할 수 있고, 또한 회전체가 유리를 적절하게 보유 지지할 수 있는 지지 롤, 유리 제조 장치 및 유리 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 띠형 유리 제조 장치를 도시하는 일부 단면도이다.
도 2는 도 1의 II-II선을 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 띠형 유리 제조 장치를 구성하는 지지 롤의 선단부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 지지 롤의 전체 구성을 도시하는 개략도이다.
도 5는 지지 롤의 외주면을 피복하는 냉각 케이싱과 단열 케이싱의 연결 지점의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 6은 지지 롤을 구성하는 회전체의 표면 온도를 측정하는 시험로를 설명하는 도면이다.
도 7은 실시예 1 내지 실시예 5와 비교예 1에서의 회전체의 표면 온도와 고열매체의 온도와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 지지 롤을 구성하는 회전체의 유리 접촉 평가를 행하는 시험로를 설명하는 도면이다.
도 9는 실시예 6 내지 실시예 8과 비교예 2 내지 비교예 4에서의 유리 접촉 평가 결과를 나타내는 표이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 각 도면에 있어서, 동일하거나 또는 대응하는 구성에는, 동일하거나 또는 대응하는 부호를 붙여 설명을 생략한다. 본 명세서에 있어서, 수치 범위를 나타내는 「내지」는 그 전후의 수치를 포함하는 범위를 의미한다. 또한, 본 발명의 유리 제조 장치는 플로트법이나 퓨전법 등의 제조 방법에 있어서 적용 가능하지만, 이하, 플로트법을 예로 들어 설명한다. 따라서, 이하, 유리 제조 장치를 띠형 유리 제조 장치라고 표기한다.
(띠형 유리 제조 장치 및 띠형 유리 제조 방법)
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 띠형 유리 제조 장치를 도시하는 일부 단면도이다. 도 2는 도 1의 II-II선을 따른 단면도이다.
띠형 유리 제조 장치(10)는 플로트 배스(20)를 갖고 있다. 플로트 배스(20)(열처리로에 상당)는 용융 금속(예를 들어, 용융 주석)(S)을 수용하는 욕조(22), 욕조(22)의 외주 상부 테두리를 따라 배치되는 측벽(24), 측벽(24)과 연결되어 욕조(22)의 상방을 덮는 천장(26) 등으로 구성된다. 욕조(22)에는 복수의 벽돌(22a)이 부설되어 있다. 천장(26)과의 사이에 형성되는 공간(28)에는, 환원성 가스를 공급하는 가스 공급로(30)가 설치되어 있다. 가스 공급로(30)에는 가열원으로서의 히터(32)가 삽입 관통되어 있고, 히터의 발열부(32a)가 욕조(22)의 상방에 배치되어 있다.
상기 제조 장치(10)를 사용한 제조 방법은, 용융 금속(S)의 표면 상에 도입된 용융 유리(G)를 소정 방향으로 유동시킴으로써, 띠형의 용융 유리 리본을 성형하는 방법이다. 용융 유리 리본은, 소정 방향(도 2 중, 화살표 X 방향)으로 유동하는 과정에서 냉각된 후, 리프트 아웃 롤에 의해 용융 금속(S)으로부터 끌어 올려져, 서냉로 내에서 서냉되어 띠형 유리(판유리)가 된다.
플로트 배스(20) 내의 공간(28)은, 용융 금속(S)의 산화를 방지하기 위하여 가스 공급로(30)로부터 공급되는 환원성 가스로 채워져 있다. 환원성 가스는, 예를 들어 수소 가스를 1 내지 15체적％, 질소 가스를 85 내지 99체적％ 포함하고 있다. 플로트 배스(20) 내의 공간(28)은, 욕조(22)와 측벽(24)의 간극 등으로부터 대기가 혼입되는 것을 방지하기 위하여, 대기압보다 높은 기압으로 설정되어 있다.
플로트 배스(20) 내의 온도 분포를 조절하기 위하여, 히터(32)는, 예를 들어 용융 유리 리본의 유동 방향(화살표 X 방향) 및 폭 방향(화살표 Y 방향)으로 간격을 두고 복수 설치되어, 매트릭스 상에 배치되어 있다. 히터(32)의 출력은, 용융 유리 리본의 유동 방향(화살표 X 방향)에 있어서, 용융 유리 리본의 온도가 상류측으로부터 하류측을 향하여 서서히 낮아지도록 제어되어 있다. 또한, 히터(32)의 출력은, 용융 유리 리본의 온도가 폭 방향(화살표 Y 방향)으로 균일해지도록 제어된다.
띠형 유리 제조 장치(10)는, 플로트 배스(20) 내의 용융 유리 리본이 폭 방향(화살표 Y 방향)으로 수축하는 것을 억제하는 지지 롤(40)을 갖고 있다. 지지 롤(40)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 용융 유리 리본의 폭 방향 양측에 복수 쌍 배치되어, 용융 유리 리본에 대하여 폭 방향(화살표 Y 방향)으로 장력을 가한다. 본 실시 형태의 지지 롤(40)은, 특히 용융 유리 리본의 온도가 저하되어 단단해진 하류측에 사용하는 것이 적합하다. 물론, 상류측에 있어서도 사용할 수 있다.
(지지 롤)
이어서, 지지 롤(40)에 대하여, 도 1 내지 도 3에 기초하여 구체적으로 설명한다.
여기에서는 지지 롤로서, 플로트 성형법에 있어서 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤을 예로 들어 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 있어서 지지 롤이란, 소정 방향으로 반송되는 용융 유리 리본과 접촉하여 용융 유리 리본을 지지하는 것을 말한다. 지지 롤은, 용융 유리 리본과 상시 접촉하지 않아도 되며, 용융 유리 리본의 흐름이 흐트러졌을 때 용융 유리 리본과 접촉해도 된다.
또한, 지지 롤은, 용융 유리 리본을 원하는 형상으로 성형하는 기능, 용융 유리 리본의 반송을 보조하는 기능, 용융 유리 리본의 반송 방향에 대하여 직각인 방향의 위치를 규제하는 기능 중 적어도 하나의 기능을 가져도 된다. 여기서, 용융 유리 리본의 반송 방향은 수평 방향, 수직 방향 혹은 경사 방향이어도 된다. 또한, 용융 유리 리본의 반송 방향에 대하여 직각인 방향이란, 용융 유리 리본의 주면에 대하여 수직인 방향, 유리의 주면에 대하여 평행한 방향(측면 방향) 중 어느 것이어도 된다.
도 3은 띠형 유리 제조 장치를 구성하는 지지 롤의 선단부의 구성을 개략적으로 도시한 단면도이다.
지지 롤(40)은, 플로트 배스(20)의 측벽(24)의 개구부에 삽입 관통되는 중공 구조의 회전축부(50)와, 회전축부(50)의 선단부에 설치된 회전체(60)를 갖고 있다. 회전체(60)는, 용융 유리 리본의 상면을 파고 들거나 혹은 접촉함으로써, 용융 유리 리본이 폭 방향으로 수축하지 않도록 용융 유리 리본의 폭 방향 단부를 지지한다. 따라서, 회전축부(50)가 회전함으로써 용융 유리 리본을 소정 방향으로 송출할 수 있다. 회전체(60)가 용융 유리 리본과 접촉하는 것에 반해, 회전축부(50)는 용융 유리 리본과는 접촉하지 않는다.
회전체(60)는, 도 3에 도시하는 바와 같이 탄소강이나 내열 합금 등의 금속 재료가 대략 원반형으로 형성되고, 내부가 후술하는 고열매체를 유통시키는 공간(600)을 갖는 중공 구조이다. 또한, 회전체(60)는 원반의 외주 전체 둘레를 따라 기어 형상이 2열 형성되어, 외주에 2열의 돌기부를 갖고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 또한, 도면에 있어서, 돌기부는 삼각 형상의 단면을 갖지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 직사각 형상이나 반원 형상 등이어도 된다.
회전축부(50)는 탄소강이나 내열 합금 등의 금속 재료로 형성되며, 내부에 열매체 유로를 갖고 있다. 열매체 유로에는 고열매체가 공급된다.
즉, 회전축부(50)는, 예를 들어 2중관 구조이며, 중심축(J)의 방향을 따라 신장되는 내관(51)과 외관(52)으로 구성된다.
내관(51)과 외관(52)은 중공 구조이며, 내관(51)의 내측 공간(510)과, 내관(51)의 외주면과 외관(52)의 내주면의 사이에 형성되는 외측 공간(520)으로 열매체 유로가 구성된다.
또한, 회전축부(50)의 회전체(60)와 반대측의 단부에는, 기어, 풀리, 타이밍 벨트 등의 감속 기구, 모터 등의 구동 장치를 갖는 구동 제어 장치(400)가 연결되어 있다(도 4 참조). 따라서, 구동 제어 장치(400)는, 구동 장치에 의해 감속 기구를 제어하여, 회전축부(50)의 외관(52)을 통하여 회전체(60)를 소정의 회전수로 회전시킬 수 있다.
상기 구성의 지지 롤(40)은, 고열매체에 의해 회전체(60)가 냉각된다. 고열매체는, 예를 들어 내관(51)의 내측 공간(510) 내를 통과하여, 회전체(60)의 공간(600)에 이르고, 그 후 외측 공간(520)을 통하여 유통된다. 물론, 고열매체는 전술한 역방향으로 유통해도 된다. 지지 롤(40)의 내부에는, 내관(51)의 내측 공간(510)과, 회전체(60)의 공간(600)과, 외측 공간(520)을 통한 유로로 고열매체의 열매체 유로가 형성된다.
지지 롤(40)의 열매체 유로에 공급하는 고열매체는, 열매체유를 사용한다. 열매체유는 종래의 냉각수와 같이 열매체 유로 내에서 증발해 버릴 우려가 매우 적다. 따라서. 종래에 비하여 높은 온도로 설정할 수 있고, 예를 들어 50℃ 내지 300℃의 높은 온도 영역으로 설정한 열매체유를 열매체 유로 내에 유통시켜, 지지 롤(40)을 적절하게 냉각할 수 있다.
또한, 고열매체는 열매체유만으로 한정되지 않고, 사용하는 온도 영역에서 분리되거나, 증발되거나 하지 않는 고온 매체라면 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 열매체유 이외의 고온 매체로서는 나프탈렌 등의 유기 고온 매체, 각종 염이나 용융 금속 등의 무기 열매체를 들 수 있다.
지지 롤(40)은 공급되는 고열매체의 온도 조절을 행하는 온도 조정 수단을 갖고 있으며, 지지 롤(40)의 배치 지점(플로트 배스(20)의 상류측 또는 하류측)에 따라, 적절한 온도로 조정된 고열매체가 공급된다. 온도 조절 수단은 상류 영역, 하류 영역마다 설치되어도 되고, 지지 롤(40)마다 설치되어도 된다.
상기한 바와 같이 본 실시 형태의 지지 롤(40)은, 고열의 열매체유로 회전체(60)를 냉각할 수 있으므로, 회전체(60)의 외주면이 과도하게 냉각되는 일이 없고, 적절한 온도를 유지할 수 있다.
따라서, 회전체(60)의 외주면이 1000℃ 전후의 용융 유리 리본의 표면과 접촉했을 때, 탈열이 발생하여 단단해지는 것을 방지하고, 회전체(60)의 용융 유리 리본에의 그립력의 저하, 회전체(60)에의 감김(밀착)이나, 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제력이 저감되는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 회전체(60)가 과도하게 냉각되지 않기 때문에, 플로트 배스 분위기 중에 포함되는 용융 금속의 증기가 회전체(60)와 접촉, 응고하여 용융 유리 리본 표면에 낙하함으로써 발생하는 결함을 저감할 수 있다.
특히 플로트 배스(20) 내의 비교적 온도가 낮은 하류측 영역에 있어서는, 용융 유리 리본이 상류측 영역에 비하여 단단해져 있기 때문에, 유효하다.
이어서, 지지 롤(40)을 구성하는 회전축부(50)의 외주면의 구성에 대하여, 도 3 내지 도 5에 기초하여 설명한다. 도 4는 지지 롤(40)의 전체 구성을 개략적으로 도시한다. 도 5는 지지 롤(40)의 냉각 케이싱과 단열 케이싱의 연결 지점을 도시하는 확대 단면도이다.
지지 롤(40)의 외주면은, 도 2를 함께 보면 알 수 있는 바와 같이, 일부가 플로트 배스(20) 내에 배치되고, 단부에 회전체(60)가 설치된 고열 영역(40A)과, 플로트 배스(20) 외에 배치되고, 회전체(60)와는 반대측의 단부에 구동 제어 장치(400)가 설치된 저열 영역(40B)이 존재한다. 지지 롤(40)의 회전축부(50)의 외주면 중 고열 영역(40A)은, 일부가 플로트 배스(20) 내에 배치되기 때문에, 적절하게 냉각할 필요가 있다. 한편, 저열 영역(40B)은 작업자 등이 지지 롤(40)에 접촉할 우려가 있는 작업 영역이다. 따라서, 본 실시 형태에서는 저열 영역(40B)의 50℃ 내지 300℃의 고온의 열매체유가 유통되고 있는 부위는, 단열 구조 등에 의해 사람이 접촉해도 문제없는 온도로 관리된다. 이에 의해, 저열 영역(40B)의 지점에 사람이 접촉하여 화상을 입는 등의 재해를 방지할 수 있음과 함께, 유지 보수 작업이 용이해진다. 또한, 저열 영역(40B)에는 단열 구조 이외에 수냉이나 풍냉 등의 냉각 수단을 전체 또는 그 일부에 설치해도 된다.
상기 점에 비추어, 본 실시 형태의 지지 롤(40)의 회전축부(50)는, 그 외주면을 중공 구조의 냉각 케이싱(70)과, 중공 구조의 단열 케이싱(80)에 의해 피복되는 구성으로 하고 있다.
냉각 케이싱(70)은 회전축부(50)의 외주면의 고열 영역(40A)에 설치되고, 단열 케이싱(80)은 회전축부(50)의 외주면의 저열 영역(40B)에 설치된다.
냉각 케이싱(70)은, 도 3에 도시하는 바와 같이 회전축부(50)를 내관으로서 갖고, 내부에 공간(700)을 갖고 있다. 이 공간(700)에는 고열매체가 공급된다. 도시한 예에서는 상측이 왕로, 하측이 귀로인데, 이것은 도 5에 도시하는 바와 같이 공간(700) 내로의 고열매체의 공급 수단(72)이 냉각 케이싱(70)의 상부 위치에 설치되고, 배출 수단(73)이 하부 위치에 설치되어 있기 때문이다. 따라서, 공급 수단(72)과 배출 수단(73)의 위치를 반대로 설치하여, 왕로와 귀로를 반대로 하는 구성으로 실시해도 된다. 공급되는 고열매체는, 지지 롤(40)에 공급되는 고열매체와 동일하며, 50℃ 내지 300℃ 이내의 열매체유이다.
냉각 케이싱(70)에 공급되는 고열매체를, 지지 롤(40)을 냉각하는 고열매체와 동일하게 함으로써, 회전축부(50)와 회전체(60)에 형성된 열매체 유로 내를 유통하는 고열매체의 온도가 내려가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 회전체(60)에 일정한 고온의 열매체를 공급할 수 있어, 플로트 배스(20)로부터의 탈열을 저감할 수 있다.
또한, 냉각 케이싱(70)은 베어링(71)을 선단부에 보유 지지해도 된다. 베어링(71)이 회전축부(50)의 외관(52)을 회전 가능하게 지지함으로써, 회전축부(50)의 중력에 의한 휨을 억제할 수 있다. 냉각 케이싱(70)의 선단부란, 냉각 케이싱(70)의 길이 방향 양단부 중 회전체(60)측의 단부를 말한다. 이와 관련하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전체(60)는 냉각 케이싱(70)의 외부에 배치된다.
상기 단열 케이싱(80)은, 도 4, 도 5에 도시하는 바와 같이 회전축부(50)를 내관으로서 갖고, 내부에 공간(800)을 갖고 있다. 이 공간(800)에는 단열 부재(81)가 충전되어도 된다. 냉각 케이싱(70)과 단열 케이싱(80)은 탄소강이나 내열 합금 등의 금속이며, 회전축부(50)마다 배치된다.
냉각 케이싱(70)과 단열 케이싱(80)은 중심 어긋남 방지 수단(90)에 의해 연결되어 있다. 중심 어긋남 방지 수단(90)은, 냉각 케이싱(70)과 단열 케이싱(80)의 연결부에 있어서, 냉각 케이싱(70)의 회전체(60)와는 반대측의 단부의 외주에 연접된 플랜지 부재(91)와, 단열 케이싱(80)의 회전체(60)측의 단부에 연접된 플랜지 부재(92)를 구비한다. 플랜지 부재(91)와 플랜지 부재(92)는 연결부에서 서로 접촉하는 면의 형상에 대응한 테이퍼 구조를 구비하며, 볼트(93) 및 너트(94)로 끼워 맞춰짐으로써 중심 어긋남을 방지한다.
중심 어긋남 방지 수단(90)은 이것에 한정되지 않고, 통례적으로 강관의 연결 등에 사용되고 있는 다른 중심 어긋남 방지 수단을 적용할 수 있다. 또한, 단열 케이싱(80)은, 회전체(60)와는 반대측의 단부에 구동 제어 장치(400)가 연결되어 있다. 이 구동 제어 장치(400)의 감속 기구나 구동 장치 등은 노출되어 있기 때문에, 냉각수를 섞거나, 또는 공기 공급 팬의 바람을 쏘이는 등의 냉각이 적절히 행해지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 지지 롤(40)의 회전축부(50)의 외주면을, 냉각 케이싱(70)과 단열 케이싱(80)으로 분할하여 피복하는 구성으로 함으로써, 고열매체의 온도를 적정하게 유지하면서, 작업자의 안전을 확보할 수 있다.
<유리 제조 방법>
이어서, 도 1 및 도 2를 다시 참조하여, 상기 구성의 띠형 유리 제조 장치(10)를 사용한 띠형 유리 제조 방법에 대하여 설명한다.
띠형 유리 제조 방법은, 욕조(22) 내의 용융 금속(S)의 표면 상에 용융 유리(G)를 연속적으로 공급하고, 용융 금속(S)의 표면 상에 있어서 띠형의 용융 유리 리본을 성형하는 성형 공정을 갖는다.
용융 유리 리본은, 용융 금속(S)의 액면 위를 유동하면서 서서히 단단해진다. 용융 유리 리본은, 플로트 배스(20)의 하류역에 있어서 용융 금속(S)으로부터 끌어 올려져, 하류측에 설치된 서냉로를 향하여 반송된다. 용융 유리 리본은 서냉로 내에서 서냉되어, 띠형 유리(판유리)가 된다. 띠형 유리의 양쪽 측연부는, 그 내측의 평탄부보다 두껍기 때문에, 서냉 후에 절제된다.
본 실시 형태에 따르면, 성형 공정에 있어서, 지지 롤(40)을 구성하는 중공 구조의 회전축부(50), 및 중공 구조의 회전체(60)의 중공부 내에 고열매체를 유통시키는 공정이 실시되어 있다.
특히 고열매체를 50℃ 내지 300℃ 이내의 열매체유로 함으로써, 회전체(60)를 적당한 온도를 유지시키면서 냉각할 수 있다. 플로트 배스(20)의 하류측에 배치되는 지지 롤(40)에 있어서는, 예를 들어 100℃ 내지 250℃의 열매체유가 보다 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 실시 형태의 지지 롤(40)은, 고열의 열매체유로 회전체(60)를 냉각할 수 있으므로, 회전체(60)의 외주면이 과도하게 냉각되는 일 없이 적절한 온도를 유지할 수 있다.
따라서, 회전체(60)의 외주면이 1000℃ 전후의 용융 유리 리본의 표면과 접촉했을 때, 탈열이 발생하여 단단해지는 것을 방지하여, 회전체(60)의 용융 유리 리본에의 그립력의 저하나, 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제력이 저감되는 문제를 해결할 수 있다.
특히 플로트 배스(20) 내의 비교적 온도가 낮은 하류 영역에 있어서는, 용융 유리 리본이 상류 영역에 비하여 단단해져 있기 때문에, 유효한 냉각 방법이다.
제조되는 플로트 유리의 판 두께는, 예를 들어 1.0mm 이하, 바람직하게는 0.7mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이다. 즉, 띠형 유리의 평탄부의 두께는, 예를 들어 1.0mm 이하, 바람직하게는 0.7mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5mm 이하이다.
제조되는 플로트 유리는, 예를 들어 디스플레이용 유리 기판, 디스플레이용 커버 유리, 창 유리로서 사용된다.
제조되는 플로트 유리는, 디스플레이용 유리 기판으로서 사용되는 경우, 무알칼리 유리여도 된다. 무알칼리 유리는, Na2O, K2O, Li2O 등의 알칼리 금속 산화물을 실질적으로 함유하지 않는 유리이다. 무알칼리 유리는, 알칼리 금속 산화물의 함유량의 합량이 0.1질량％ 이하여도 된다.
본 실시 형태의 지지 롤(40)은, 플로트 배스(20) 내의 비교적 온도가 낮은 하류 영역에서 사용되는 것이 바람직하다. 하류 영역이란, 용융 유리 리본의 점도가 106. 5dPaㆍs 내지 1013dPaㆍs인 영역, 즉 무알칼리 유리의 경우에는, 용융 유리 리본의 온도가 800℃ 내지 1000℃의 영역이다. 종래의 지지 롤을 하류 영역에서 사용한 경우, 용융 유리 리본이 상류 영역에 비하여 단단해져 있기 때문에, 회전체(60)의 용융 유리 리본에의 그립력의 저하가 문제가 되었다.
이에 비해, 본 실시 형태의 지지 롤(40)을 사용함으로써, 하류 영역이라도 그립의 저하가 억제되어, 용융 유리 리본을 안정되게 성형할 수 있다.
[실시예]
이하에, 실시예 등에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다.
우선, 도 6에 도시하는 시험로(100)에 의해, 시험로(100) 내에서의 지지 롤(40)의 회전체(60)의 표면 온도와, 고열매체의 온도와의 관계를 조사하였다.
시험로(100)는 용융 금속(예를 들어, 용융 주석)(S)을 수용하는 욕조(102)를 갖고 있다. 욕조(102)는 복수의 벽돌이 부설되어 구성되어 있다. 도시에서는 설명의 관계상, 욕조(102)의 외주 상부 테두리를 따라 배치되는 측벽, 및 측벽과 연결되어 욕조(102)의 상방을 덮는 천장은 생략하였다. 또한, 도 1, 도 2에서 설명한 바와 같이, 천장과의 사이에 형성되는 공간에는 환원성 가스를 공급하고, 가열원으로서의 히터가 욕조(102)의 상방에 배치되어 있다.
시험로(100)의 측벽측으로부터 삽입 관통되는 지지 롤(40)은, 도 1 내지 도 5에서 설명한 실시 형태의 것이 사용된다. 지지 롤(40)의 선단에 접속된 회전체(60)에는, 그 표면 온도를 측정하는 온도 측정기(41)를 설치하였다.
지지 롤(40) 내에 공급하는 열매체유의 온도는 50℃ 내지 70℃, 150℃, 250℃의 3단계로 하였다.
또한, 노 내 온도는 850℃, 900℃, 950℃, 1000℃, 1050℃의 5단계로 설정하였다. 이때, 시험로(100) 내의 용융 금속(S)의 온도는 노 내 온도와 거의 동일한 온도이다.
그리고, 노 내 온도마다 3단계의 온도로 설정한 열매체유를 각각 공급한 지지 롤(40)을 시험로(100) 내에 삽입하고, 지지 롤(40)의 회전체(60)의 표면 온도를 측정하였다. 이와 관련하여 냉각 케이싱(70)에도 마찬가지 온도대의 열매체유를 순차적으로 공급하고 있다.
도 7에 노 내 온도와 고열매체의 온도에서의 회전체(60)의 표면 온도의 측정 결과를 나타낸다. 또한, 비교예 1로서, 통상 사용되고 있는 지지 롤을 사용하여, 노 내 온도 1000℃, 냉각수 온도 30℃로 했을 때의 회전체 표면의 온도 결과도 함께 나타냈다. 이 지지 롤은, 본 실시 형태의 지지 롤(40)과 대략 마찬가지의 구조이며, 회전축부의 외주면에는 냉각 가스 등의 냉각 수단이 구비된 케이싱에 피복되어 있는 점 등이 상이하다.
횡축은 고열매체(열매체유)의 온도를 가리키며, 종축은 회전체 표면의 온도를 나타낸다. 5단계로 설정한 노 내 온도를 각각 실시예 1 내지 실시예 5로 하여, 고열매체의 각 온도대에서의 회전체(60)의 표면 온도를 각각 그래프에 나타냈다.
우선, 고열매체의 온도를 50℃ 내지 70℃로 한 경우(도시 상좌측 단부)의 회전체 표면의 온도는, 실시예 1 내지 실시예 5에 있어서 약 370℃ 내지 550℃의 고온임을 알 수 있다.
고열매체의 온도를 150℃로 한 경우(도시 중앙)의 회전체 표면의 온도는, 실시예 1 내지 실시예 5에 있어서 약 420℃ 내지 570℃의 고온임을 알 수 있다.
고열매체의 온도를 250℃로 한 경우(도시 우측 단부)의 회전체 표면의 온도는, 실시예 1 내지 실시예 5에 있어서 약 480℃ 내지 640℃의 고온임을 알 수 있다.
특히 노 내 온도 1000℃ 부근의 영역(실시예 3 내지 실시예 5)에 있어서는, 회전체 표면의 온도가 500℃ 내지 600℃라고 하는 높은 온도로 되어 있다.
비교예 1에 있어서는, 냉각수의 온도를 30℃로 한 경우의 회전체 표면의 온도는, 약 120℃ 정도의 저온이다.
상기 시험에 의해, 본 발명의 지지 롤(40)은, 열매체유의 온도를 50℃ 내지 300℃ 이내로 하면, 회전체 표면 온도를 350℃ 이상의 고온으로 유지할 수 있음을 알 수 있었다.
이어서, 도 8에 도시하는 시험로(100)에 의해, 회전체(60)의 용융 유리(G)에 대한 유리 접촉 평가를 조사하였다.
사용한 시험로(100)는 도 6에 도시한 것과 대략 동일하며, 사용한 지지 롤(40)도 동일하다. 또한, 비교예용으로 종래의 지지 롤(H)을 준비하였다. 지지 롤(H)은 본 실시 형태의 지지 롤(40)과 대략 마찬가지의 구조이며, 회전축부의 외주면에는 냉각 가스 등의 냉각 수단이 구비된 케이싱에 피복되어 있는 점, 또한 회전체의 냉각에 사용되는 냉각 매체가 30℃의 물(냉각수)인 점이 상이하다.
욕조(102) 내에는 용융 주석(S)의 상면에, 용융 유리(G)를 수용하는 점이 도 6과 상이하다. 용융 주석(S) 상에 용융 유리(G)를 도입함으로써, 플로트 배스에서의 용융 유리 리본의 유동 상태를 재현할 수 있다. 또한, 본 실시예에서 사용한 용융 유리(G)는 알루미노실리케이트 유리이다.
지지 롤(40) 내에 공급하는 고열매체(열매체유)의 온도는 60℃, 150℃, 250℃의 3단계로 하였다. 또한, 노 내 온도는 플로트 배스(20)의 하류측을 상정하여 870℃, 930℃, 990℃의 3단계로 설정하였다. 이때, 시험로(100) 내의 용융 금속(S) 및 용융 유리(G)의 온도는 노 내 온도와 거의 동일한 온도이다. 3단계로 설정한 노 내 온도를 각각 실시예 6 내지 실시예 8로 하고, 열매체유의 온도별로 이하의 유리 접촉 평가 시험을 실시하였다.
유리 접촉 평가 시험은, 노 내 온도마다 3단계의 온도로 설정한 열매체유를 각각 공급한 지지 롤(40)을 시험로(100) 내에 삽입한다. 그리고, 지지 롤(40)의 회전체(60)의 표면이 용융 유리(G)에 10mm 정도 가라앉은(묻힌) 상태에서 회전체(60)를 회전시켜 밀착 유무와 그립성을 확인하였다. 밀착 유무의 확인이란, 용융 유리(G)가 회전체(60)에 들어 올려지는 현상이 있는지 여부를 확인함을 의미한다. 그립성의 확인이란, 용융 유리(G)의 표면에 회전체(60)의 궤적이 남는지를 확인함을 의미한다.
비교예 2 내지 비교예 4로서, 통상의 지지 롤(H)을 사용하고, 3단계로 설정한 노 내 온도를 각각 비교예 2 내지 비교예 4로 하고, 냉각수의 온도를 30℃로 했을 때의 유리 접촉 평가 시험을 각각 행하였다.
도 9에 노 내 온도와 고열매체의 온도에서의 본 발명의 지지 롤(40)과 종래의 지지 롤의 유리 접촉 평가의 측정 결과를 나타냈다.
실시예 6 내지 실시예 8에 주목하면, 고열매체(열매체유)의 어느 온도대에 있어서도, 밀착이 발생하는 일은 없고, 그립성을 발휘하고 있음을 알 수 있다. 표 중의 ※(주의 표시) 기호는 회전체(60)의 궤적이 얇게 남은 것을 의미하고 있다. 이때의 노 내 온도는 870℃의 저온 영역이다.
비교예 2 내지 4에 주목하면, 어느 노 내 온도에 있어서도 밀착은 발생하지 않았지만, 노 내 온도 870℃, 930℃에 있어서 그립성을 발휘하지 못하였다.
상기 유리 접촉 평가 시험으로부터, 본 발명의 지지 롤(40)은 통상의 지지 롤(H)과 비교하면, 보다 저온 영역에서도 그립성을 발휘할 수 있음을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 지지 롤(40)은, 그립성이 약해지는 플로트 배스(20)의 하류측에 있어서도 적절하게 실시할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 관한 지지 롤(40)은, 높은 온도 영역에서 회전체(60)의 냉각을 적절하게 관리하여 탈열을 저감할 수 있고, 또한 회전체(60)의 그립력을 확실하게 유지할 수 있다.
이상, 지지 롤, 띠형 유리 제조 장치 및 띠형 유리 제조 방법의 실시 형태 등을 설명했지만, 본 발명은 상기 실시 형태 등에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 다양한 변형, 개량이 가능하다.
예를 들어, 본 발명은 그 밖의 띠형 유리에 의한 성형법에 있어서 적절하게 적용할 수 있다. 띠형 유리의 성형법의 예로서, 예를 들어 다운드로우법, 퓨전법, 슬롯 다운드로우법, 롤 성형법, 롤 아웃법이나 인상법 등을 들 수 있다.
퓨전법은 오버플로우 다운드로우법이라고도 불리며, 홈통으로부터 좌우 양측으로 넘치기 시작한 용융 유리를 홈통의 좌우 양측면을 따라 유하시켜, 홈통의 하단부에 있어서 합류시킴으로써 띠형 유리로 성형한다. 본 발명은 퓨전법의 성형실 등에 적절하게 사용할 수 있다.
10: 띠형 유리 제조 장치
20: 플로트 배스
40: 지지 롤
50: 회전축부
60: 회전체
70: 냉각 케이싱
80: 단열 케이싱
90: 중심 어긋남 방지 수단
100: 시험로
G: 용융 유리
S: 용융 금속

Claims (12)

  1. 열처리로 내에 반송되는 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤이며,
    상기 열처리로의 측벽의 개구부에 삽입 관통되는 중공 구조의 회전축부와,
    상기 회전축부의 선단부에 설치되어, 상기 용융 유리 리본을 지지하면서 내부가 중공 구조로 되는 회전체를 갖고 있으며,
    상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에, 고열매체가 유통되는 구조인 것을 특징으로 하는 지지 롤.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에 공급되는 상기 고열매체는 50℃ 내지 300℃ 이내로 되는, 지지 롤.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에 공급되는 상기 고열매체의 온도 조정을 행하는 온도 조정 수단을 갖고 있는, 지지 롤.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회전축부의 외주면은, 중공 구조의 냉각 케이싱과 중공 구조의 단열 케이싱에 의해 피복되어 있고,
    상기 냉각 케이싱은,
    일부가 상기 열처리로 내에 삽입되는 상기 회전체측의 영역에 배치되고, 또한 중공부 내에 상기 고열매체가 공급되는 구성으로 되고,
    상기 단열 케이싱은,
    상기 냉각 케이싱과 연결되고, 또한 중공부 내에 단열재가 충전되는 구성으로 되어 있는, 지지 롤.
  5. 제4항에 있어서, 상기 회전축부 및 상기 회전체에 공급되는 상기 고열매체와, 상기 냉각 케이싱에 공급되는 상기 고열매체는 동일한, 지지 롤.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고열매체는 열매체유인, 지지 롤.
  7. 제4항에 있어서, 상기 냉각 케이싱과 상기 단열 케이싱의 연결 지점에는 중심 어긋남 방지 수단이 설치되어 있는, 지지 롤.
  8. 제4항에 있어서, 상기 단열 케이싱의 적어도 일부에 냉각 수단을 구비하는, 지지 롤.
  9. 용융 금속의 상면에서 용융 유리 리본이 반송되는 플로트 배스와, 상기 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤을 구비하는 유리 제조 장치이며,
    상기 지지 롤은, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 지지 롤인 것을 특징으로 하는 유리 제조 장치.
  10. 열처리로 내에 반송되는 용융 유리 리본의 폭 방향의 수축 억제에 사용되는 지지 롤을 사용하여 상기 용융 유리 리본을 성형하는 공정을 갖는 유리 제조 방법이며,
    상기 지지 롤은,
    상기 열처리로의 측벽의 개구부에 삽입 관통되는 중공 구조의 회전축부와,
    상기 회전축부의 선단부에 설치되어, 상기 용융 유리 리본을 지지하면서 내부가 중공 구조로 되는 회전체를 갖고 있으며,
    상기 지지 롤로 상기 용융 유리 리본을 지지할 때, 상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에, 고열매체를 유통시키는 것을 특징으로 하는 유리 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 회전축부 및 상기 회전체의 중공부 내에 공급되는 상기 고열매체는 50℃ 내지 300℃ 이내로 되는, 유리 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 지지 롤은 용융 유리 리본의 점도가 106.5dPaㆍs 내지 1013dPaㆍs의 영역에서 사용되는, 유리 제조 방법.
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