WO2012169430A1 - ガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法 - Google Patents

ガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法 Download PDF

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WO2012169430A1
WO2012169430A1 PCT/JP2012/064181 JP2012064181W WO2012169430A1 WO 2012169430 A1 WO2012169430 A1 WO 2012169430A1 JP 2012064181 W JP2012064181 W JP 2012064181W WO 2012169430 A1 WO2012169430 A1 WO 2012169430A1
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glass
forming roll
roll
forming
thermal conductivity
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PCT/JP2012/064181
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Inventor
高橋　邦尚
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旭硝子株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B13/00—Rolling molten glass, i.e. where the molten glass is shaped by rolling
    • C03B13/04—Rolling non-patterned sheets continuously
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B13/00—Rolling molten glass, i.e. where the molten glass is shaped by rolling
    • C03B13/16—Construction of the glass rollers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • C03B17/06—Forming glass sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B17/00—Forming molten glass by flowing-out, pushing-out, extruding or drawing downwardly or laterally from forming slits or by overflowing over lips
    • C03B17/06—Forming glass sheets
    • C03B17/068—Means for providing the drawing force, e.g. traction or draw rollers

Definitions

  • the present invention relates to a glass forming roll and a method for producing a glass plate, and more particularly, to a glass forming roll and a method for producing a glass plate, which are applicable to roll-out molding of molten glass and have excellent temperature control characteristics.
  • a molten glass substrate called casting method is poured onto a movable table or mold such as a plate-like fixed table or conveyor, and extruded into a slow cooling zone while solidifying the glass by cooling from the table or mold. It is made from.
  • a rolling roll is widely used for the purpose of cooling and film thickness adjustment when extruding.
  • the molding conditions such as the amount of molten glass supplied, the molding temperature, and the time, and the molding is performed while the glass substrate surface is exposed to the atmosphere over a wide range.
  • the active component volatilizes from the surface of the glass substrate during the molding, resulting in non-uniform components, and the occurrence of striae and distortion due to these has been a problem.
  • Patent Document 1 describes a technique for controlling the forming temperature of molten glass by the surface temperature of a rolling roll.
  • Patent Document 2 discloses a technique for controlling the speed of a conveyor in accordance with a change in the amount of molten glass supplied.
  • Patent Document 3 discloses a technique for controlling a supplied amount of molten glass. Techniques relating to temperature control of a mold to which molten glass is supplied are described. However, even if these methods are directly applied to roll forming of low-viscosity and highly volatile glass, the occurrence of the striae and distortion is not sufficiently suppressed.
  • the plate thickness is uniquely determined by the surface tension, it is difficult to reduce the thickness, and even if attempts are made to reduce the thickness using a member such as a squeegee or a rolling roll, Further, since the thickness is returned, it is difficult to form a thin plate with a uniform thickness. Therefore, the obtained plate glass needs to be removed by mechanical polishing at a portion having a non-uniform thickness or a portion where a defect has occurred, and an improvement in the product yield is also required.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and is applicable to roll-out molding of molten glass, particularly low-viscosity molten glass.
  • the purpose is to provide.
  • the glass forming roll of the present invention (hereinafter referred to as “forming roll”) is a forming roll used for forming molten glass, and is arranged such that the rotation axes thereof are parallel to each other at a predetermined interval.
  • a pair of forming rolls, the forming rolls are made of a low thermal conductivity material having a Young's modulus of 50 GPa or more, and have a cylindrical center member having a coolant channel in the longitudinal direction at the center, and concentric on the center member
  • a heat conductive layer made of a high heat conductive material formed concentrically and having heating means disposed concentrically along the longitudinal direction, and a peripheral surface formed concentrically on the heat conductive layer.
  • a coating layer having a glass molding surface.
  • the molten glass to be molded by the molding roll of the present invention include molten glass having a viscosity of 0.01 to 100 dPa ⁇ s.
  • the thermal conductivity of the high thermal conductivity material may be a value that is more than 1 time and less than 18 times that of the low thermal conductivity material.
  • the forming roll of the present invention preferably further includes a disc-shaped flange made of a low thermal conductivity material having a Young's modulus of 50 GPa or more, covering the end of the thermal conductive layer and contacting the central member at the center.
  • the forming roll of the present invention may further include a tubular heating means disposed in the vicinity of both end portions so as to replace the surface layer portion of the heat conductive layer and the coating layer.
  • the forming roll of the present invention can be suitably used when the molten glass is fluorophosphate glass, phosphate glass, or borate glass.
  • the softening point temperature region is 250 to 700 ° C.
  • the low thermal conductivity in the molding roll is used.
  • a material with K or less is preferred.
  • an alloy with a metal selected from iron, chromium, cobalt, niobium, tungsten, molybdenum and manganese, and a metal material selected from stainless steel, which are mainly composed of nickel are preferable.
  • a metal material selected from iron, low carbon steel, high carbon cast iron, copper, an alloy containing copper as a main component, aluminum and an alloy containing aluminum as a main component is preferable.
  • the coating layer is made of Ni—B—W
  • An alloy plating layer is preferred.
  • the glass plate manufacturing method of the present invention is composed of a pair of forming rolls arranged so that their rotation axes are parallel to each other at a predetermined interval, and the forming roll has a Young's modulus of 50 GPa or more.
  • a cylindrical center member having a coolant channel in the longitudinal direction at the center, and a high heat conductive material concentrically formed on the center member, and concentrically inside and Using a glass forming roll having a heat conductive layer provided with a heating means along the longitudinal direction, and a coating layer having a peripheral surface formed concentrically on the heat conductive layer as a glass forming surface It is characterized by forming molten glass.
  • the molten glass used in the production method of the present invention include molten glass having a viscosity of 0.01 to 100 dPa ⁇ s.
  • the softening point temperature range of molten glass means the temperature range from the molten state at the time of shaping
  • the present invention it is possible to provide a glass forming roll excellent in temperature control characteristics and a method for producing a glass plate, which can be applied to roll-out molding of molten glass, particularly low-viscosity molten glass.
  • FIG. 3A It is an external view of an example of the apparatus which shape
  • FIG. 3B It is a top view of an example of an embodiment of a forming roll of the present invention. It is sectional drawing of the longitudinal direction of the forming roll shown to FIG. 3A.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line YY of the forming roll shown in FIG. 3A. It is a figure which shows arrangement
  • the forming roll of the present invention is intended for forming molten glass, and is composed of a pair of forming rolls arranged so that their rotation axes are parallel to each other at a predetermined interval. Is made of a low thermal conductive material having a Young's modulus of 50 GPa or more, a cylindrical central member having a coolant channel in the longitudinal direction at the center, and a high thermal conductive material concentrically formed on the central member. A heat conductive layer in which heating means are concentrically arranged along the longitudinal direction, and a coating layer in which a peripheral surface formed concentrically on the heat conductive layer is a glass molding surface. It is characterized by having.
  • the forming roll of the present invention is used in a so-called glass roll-out forming method in which a molten glass is passed through a pair of rotating forming rolls to form a plate, and the molten glass to be formed has a low viscosity. It is suitable for molding molten glass having a viscosity, particularly low viscosity of 0.01 to 100 dPa ⁇ s, and more effective in molding molten glass having a viscosity of 0.1 to 100 dPa ⁇ s.
  • the molding process using the molding roll of the present invention is suitable for a molten glass having a steep relationship between temperature and viscosity in the molten glass and having extremely low viscosity from the molten state to just before solidification. .
  • it is required to appropriately control the surface temperature of the forming roll with respect to the supply of the molten glass. .
  • the surface of the forming roll can be appropriately controlled with respect to the supply of the molten glass by adopting the above-described configuration of the forming roll, and the molten glass, particularly the low-viscosity molten glass is obtained by the roll-out forming method.
  • due to the roll-out molding method when the molten glass used has a highly volatile component, the exposure time to the atmosphere is shortened and the uneven component due to the volatilization of the volatile component is suppressed. It is also possible to do.
  • FIG. 1 is an external view of an example of an apparatus for forming molten glass by a roll-out forming method.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the forming roll schematically showing a state in which molten glass passes between a pair of forming rolls in the forming apparatus shown in FIG. In FIG. 2, details of the cross section of the forming roll 2 are omitted.
  • 3A to 3C are diagrams showing an example of the embodiment of the forming roll of the present invention
  • FIGS. 5A to 5C are diagrams showing another example of the embodiment of the forming roll of the present invention.
  • the forming roll of the present invention is used, for example, as a forming roll of the forming apparatus shown in FIG.
  • the forming apparatus 1 includes a pair of forming rolls 2 and a pair of molten glass damming members (hereinafter, “damming members”) 3 disposed between the pair of forming rolls 2. Between the pair of weir members 3, for example, a nozzle 5 is provided for flowing down molten glass Gm having a viscosity of 0.01 to 100 dPa ⁇ s. Further, under the pair of forming rolls 2, for example, a slow cooling means 6, a drawing roll 7, a cutting means 8 and the like are provided in this order.
  • a pair of forming rolls 2 having the same outer diameter are horizontally arranged so that their rotation axes X are parallel to each other, and glass having a desired thickness is formed.
  • a gap S having a predetermined width is provided between the forming rolls 2.
  • the pair of damming members 3 are arranged so as to be in sliding contact with the forming roll 2 with a distance L in the longitudinal direction.
  • the molten glass Gm is formed in the space region surrounded by the pair of forming rolls 2 and the pair of weir members 3 (hereinafter, this space region is referred to as “reservoir”). It is continuously supplied from an external melting kiln through the nozzle 5 and stored.
  • a material with low thermal conductivity preferably a material with a thermal conductivity at 250 to 700 ° C. of 10 W / m ⁇ K or less, more preferably 1 W / m ⁇ K or less.
  • a material with a thermal conductivity at 250 to 700 ° C. 10 W / m ⁇ K or less, more preferably 1 W / m ⁇ K or less.
  • it is configured.
  • a material for example, an inorganic composite material in which a reinforcing material such as glass fiber or aramid fiber is combined, and a ceramic material are preferably exemplified.
  • the inorganic composite material examples include those made of a reinforcing material such as glass fiber or aramid fiber and an inorganic binder such as cement or calcium silicate.
  • a reinforcing material such as glass fiber or aramid fiber
  • an inorganic binder such as cement or calcium silicate.
  • Rosna board (trade name, manufactured by Nikko Kasei Co., Ltd.) is particularly preferably used from the viewpoint of releasability.
  • As the ceramic material boron nitride is particularly preferably used from the viewpoint of releasability.
  • the nozzle 5 is disposed between the pair of damming members 3, and particularly on the central portion between the pair of damming members 3 from the viewpoint of uniformly spreading and storing the molten glass Gm in the width direction of the forming roll 2. It is preferable to arrange
  • a plurality of nozzles 5 may be provided with equal intervals between the members 3.
  • the shape of the nozzle 5 is not particularly limited, and examples thereof include a single tube shape and a slit shape.
  • the inner diameter is preferably 2 to 12 mm.
  • the molten glass Gm supplied from the nozzle 5 and stored in the storage portion is, as the pair of forming rolls 2 rotate, downward from the gap S between the forming rolls 2, ie, the width of the storage portion, that is, between the weir members 3.
  • the supply amount of the molten glass is adjusted so as to be the same as the amount of glass that is molded and extruded. Thereby, the quantity of the molten glass Gm stored in the storage part is also constant.
  • the storage portion serves as a buffer, so that the shape dimension of the glass plate GS is stable.
  • the molten glass Gm supplied to the storage part reaches the gap S by the rotation of the forming roll 2 while lowering the temperature by contacting the forming roll 2, passes through the forming rolls 2 at an appropriate forming temperature, and is pushed out of the roll. It is.
  • the thickness T of the glass plate Gs is not necessarily the same as the gap S between the forming rolls 2. If the rotation speed of the forming roll 2 is slow, the thickness T of the glass plate Gs becomes thicker than the gap S, and if the rotation speed is fast, the thickness T of the glass sheet Gs becomes the same thickness as the gap S.
  • a preferable rotation speed is a rotation speed at which the thickness T and the gap S of the glass plate Gs are the same.
  • phosphate glass, borate glass, or fluorophosphate glass is usually melted at a melting temperature of 600 to 1200 ° C. in the melting furnace, and is continuously stored in the molding apparatus 1 at a constant supply rate from the nozzle 5. Supplied to the department.
  • the storage amount of the molten glass is the stored melt
  • the storage width W is preferably in the range of 2 to 40 mm, preferably in the range of 5 to 15 mm. The amount is more preferred.
  • the peripheral speed of the forming roll 2 is preferably 300 to 2000 mm / min, more preferably 800 to 1500 mm / min.
  • the surface temperature of the forming roll 2 is preferably 250 to 700 ° C, more preferably 280 to 480 ° C. As shown in FIG. 2, the surface temperature of the forming roll 2 is 90 °, and the forming roll 2 has an angle ⁇ formed with the surface opposite to the reservoir, specifically, a vertical straight line passing through the center of the forming roll. The temperature measured at the position of the middle part in the longitudinal direction.
  • the gap S between the forming rolls 2 is 1 mm
  • W is 10 mm
  • the contact time between the molten glass Gm and the forming roll 2 is calculated as 1.6 seconds.
  • W is 30 mm under the above conditions
  • the contact time between the molten glass Gm and the forming roll 2 is calculated as 2.9 seconds.
  • the forming roll of the present invention is used for forming such molten glass, and has the above-described configuration of the present invention in order to perform the above functions.
  • the configuration of the forming roll of the present invention will be described below using a forming roll 2A as an example of an embodiment of the forming roll of the present invention shown in FIGS. 3A to 3C.
  • FIG. 3A is a plan view of the forming roll 2A of the present invention.
  • 3B is a cross-sectional view in the longitudinal direction of the forming roll A
  • FIG. 3C is a cross-sectional view taken along line YY in FIG. 3A of the forming roll 2A.
  • a forming roll 2A shown in FIGS. 3A to 3C includes a cylindrical center member 21 made of a low thermal conductivity material having a Young's modulus of 50 GPa or more, and a high thermal conductivity material concentrically formed on the center member 21. It has the heat conductive layer 22, and the coating layer 23 by which the surrounding surface formed concentrically on the heat conductive layer 22 was made into the glass molding surface.
  • the forming roll 2 ⁇ / b> A has a refrigerant flow path 24 through which the refrigerant flows in the longitudinal direction inside the center member 21, and is concentrically and longitudinally around the center member 21 inside the heat conductive layer 22.
  • a heating means 25 is disposed along the line.
  • a disk-shaped flange 26 is provided.
  • the flange 26 is not an essential component of the forming roll of the present invention, but is preferably included as a component.
  • the pair of molding rolls 2 have the same size, but the outer diameter of the molding roll 2 may be the same between the pair of molding rolls 2. There may be a difference in size. Even if the outer diameters of the pair of forming rolls 2 are different, the peripheral speeds are made constant.
  • a driving device is connected to each forming roll 2 for independent control, and the peripheral speed of each forming roll 2 is adjusted by adjusting the gear ratio using only one driving device. The method of doing is mentioned.
  • the driving device include those equipped with a continuously variable transmission mechanism and variable motors such as servo motors.
  • the outer diameter of the forming roll 2 refers to the outer diameter of a portion of the forming roll 2 where the molten glass reservoir is formed.
  • the driving device is normally connected to the end of the central member 21, and a straight line penetrating the center of the central member 21 in the longitudinal direction becomes the rotation axis X so that the central member 21 rotates. The whole is rotating.
  • the outer diameter of the forming roll 2A can be reduced by reducing the thickness of the glass molded body, but the heating means 25 and the refrigerant flow path 24 incorporated in the forming roll 2A are not pressed. 30 to 200 mm is preferable, and 50 to 100 mm is more preferable.
  • the length of the pair of forming rolls 2 may be the same as or different from the outer diameter, but at least the width of the glass plate Gs obtained by forming. It is essential that the length of the pair of damming members 3 is longer than that of the pair of damming members 3. In order to efficiently control the temperature, the length of the pair of forming rolls 2 is preferably 1 to 20 mm longer than the width of the glass plate to be formed.
  • the length of the portion excluding the flange 26 is preferably 1 to 20 mm longer than the width of the sheet glass to be formed.
  • the length of a forming roll means the length of the part which has the said outer diameter in a forming roll.
  • the length of the part except a flange is said.
  • the outer diameter and length of the pair of molding rolls are preferably the same from the viewpoint of controlling the surface temperature.
  • the center member 21 is connected to external driving means as described above. Since the central member 21 has a mechanism for rotating the entire forming roll, a material having high rigidity and toughness is used as the material constituting the central member 21. Specifically, it is made of a material having a Young's modulus of 50 GPa or more. Preferably, the Young's modulus is 100 GPa or more, and particularly preferably 200 GPa or more. The central member 21 is made of a material having low thermal conductivity for the following reason.
  • the thermal conductivity of the high thermal conductivity material constituting the thermal conduction layer 22 described below in the solidification temperature region of the molten glass used is the heat of the low thermal conductivity material constituting the central member 21. It is preferable to select a value that is 2 to 18 times the conductivity.
  • the heat removal amount of a molten glass can be suppressed by comprising the center part of 2 A of shaping
  • the roll diameter can be reduced and the roll cross-sectional area can be increased.
  • the heating means 25 bears. It is possible to minimize the amount of energy applied, and to improve the temperature control performance of the surface temperature of the forming roll 2A.
  • the softening point temperature range of the glass is 250 to 700 ° C.
  • the low thermal conductivity material is in this temperature range.
  • a material having a thermal conductivity of 10 to 100 W / m ⁇ K is preferable, and a material having a thermal conductivity of 15 to 40 W / m ⁇ K is more preferable.
  • Such a material is selected from iron-based steel types such as stainless steel, nickel-based alloys, specifically, high melting point metals such as iron, chromium, cobalt, niobium, tungsten, molybdenum, and manganese.
  • a heat-resistant and corrosion-resistant metal such as an alloy of metal and nickel is preferable.
  • stainless steel specifically, SUS310S (15 to 25 W / m ⁇ K), SUS304 (15 to 25 W / M ⁇ K), and the like are alloys having nickel as a main component, specifically, Inconel. 600 (15 to 25 W / m ⁇ K).
  • the thermal conductivity shown in parentheses after each material is the thermal conductivity in the solidification temperature range of 250 to 700 ° C. of phosphate glass, borate glass, or fluorophosphate glass.
  • the outer diameter of the central member 21 is preferably 1/10 to 6/10 of the outer diameter of the forming roll 2A, and more preferably 2/10 to 5/10.
  • the center member 21 preferably has an outer diameter of 20 mm or more in order to provide the refrigerant flow path 24 described below.
  • the coolant channel 24 may be formed so as to penetrate the central member 21, but as shown in FIG. 3B, the inside of the central member 21 formed in a cylindrical shape with one end opened and the other end closed. Further, the refrigerant may be circulated by forming the following refrigerant flow path 24 by further including an inner tube 27 having both ends opened.
  • the refrigerant is supplied to the refrigerant flow path 24 formed by the inner wall of the inner tube 27 from the opening end of the inner tube 27 on the opening end side of the center member 21, and the opening end of the inner tube 27 on the closing end side of the center member 21 is
  • the refrigerant that has reached the closed end of the central member 21 is folded back, passes through the refrigerant flow path 24 composed of the outer wall of the inner tube 27 and the inner wall of the central member 21, and is discharged to the outside from the same end as the supply side. Good.
  • the discharged refrigerant is repeatedly circulated such that heat is exchanged outside the forming roll 2A and supplied again to the forming roll 2A.
  • the flow rate of the refrigerant is adjusted by the size of the forming roll 2A, the set surface temperature, and the like.
  • the refrigerant flow path 24 is preferably designed so that the variable range of the refrigerant flow rate is wide.
  • the central member 21 has a hollow configuration by having the refrigerant flow path 24, but it is preferable that the wall thickness of the central member 21 is designed to be 2 mm or more from the viewpoint of maintaining strength.
  • the heat conductive layer 22 formed concentrically on the central member 21 of the forming roll 2A is made of a high heat conductive material as described above.
  • the thermal conductivity of the high thermal conductivity material constituting the thermal conduction layer 22 is the heat of the low thermal conductivity material constituting the central member 21. It is preferable to select a value that is greater than 1 time and less than or equal to 18 times the conductivity.
  • the softening point temperature range of the glass corresponds to a roll surface temperature of 250 to 700 ° C.
  • a material having a thermal conductivity of more than 10 W / m ⁇ K and not more than 400 W / m ⁇ K in this temperature region is preferable, and a material having a temperature of 40 to 380 W / m ⁇ K or more is more preferable.
  • This highly heat-conductive material is required to disperse the latent heat of the molten glass Gm that is intensively supplied from the nozzle 5 in the central portion of the storage portion of the forming roll 2A in the longitudinal direction of the forming roll 2A.
  • the heat conductive layer 22 is used.
  • the high thermal conductivity material has a thermal conductivity lower than the above lower limit value, only the central portion may be heated to cause glass seizure due to local overheating of the central portion of the forming roll 2A.
  • Such high thermal conductivity materials include iron (25 to 55 W / m ⁇ K) or low carbon steel (25 to 45 W / m ⁇ K), high carbon cast iron (20 to 55 W / m ⁇ K), Copper (340 to 380 W / m ⁇ K) or a copper alloy reinforced with chromium, zirconia, alumina or the like (alloy whose composition is adjusted to 280 to 320 W / m ⁇ K), aluminum (220 to 240 W / m K) or an aluminum alloy reinforced with copper, zinc, magnesium, beryllium or the like (an alloy whose composition is adjusted to 100 to 200 W / m ⁇ K) or the like is preferable.
  • thermal conductivity shown in parentheses after each material is the thermal conductivity in the softening point temperature range of 250 to 700 ° C. of phosphate glass, borate glass or fluorophosphate glass.
  • the layer thickness of the heat conductive layer 22, that is, (outer diameter ⁇ inner diameter) / 2 of the heat conductive layer 22 is preferably 10 to 80 mm from the above viewpoint and from the point of incorporating the following heating means, and preferably 20 to 50 mm. It is more preferable that
  • Examples of the heating means 25 disposed concentrically with the central member 21 in the heat conductive layer 22 along the longitudinal direction include a small combustion burner, a heat medium, a cartridge heater, and the like. Among these, a cartridge heater having excellent temperature controllability and easy handling is preferable.
  • the cartridge heater 25 is attached to, for example, the flange 26 so that the main body is disposed in the heat conductive layer 22 as described above, and a power supply outside the forming roll 2A, preferably a power supply capable of adjusting the output, by the wiring 28. Connected.
  • the cartridge heater 25 is concentrically arranged when a virtual equilateral triangle having the center of the cartridge heater 25 as one vertex is drawn in the heat conduction layer 22 of the forming roll 2 ⁇ / b> A. It is preferable that the other two vertices of the regular triangle are on the outer periphery of the forming roll, and the gap is not formed between the vertices on the outer periphery of the adjacent regular triangle. With such an arrangement, it is possible to prevent the influence of local heating of the cartridge heater 25 from causing a temperature distribution on the surface of the forming roll 2A.
  • the isosceles triangle When an isosceles triangle having an apex angle of 40 ° to 80 ° instead of the regular triangle is arranged so that the apex having the apex angle is located at the center of the cartridge heater 25, these two triangles are arranged.
  • the cartridge heaters 25 are arranged concentrically so that there is no gap between the other two vertices of the equilateral triangle on the outer periphery of the forming roll and the apex on the outer periphery of the adjacent isosceles triangle. May be.
  • the isosceles triangle preferably has an apex angle of 50 ° to 70 °, and most preferably an equilateral triangle having an apex angle of 60 °.
  • the surface temperature of the forming roll 2A is appropriately set depending on the type of glass used, the size of the forming roll, the interval between forming rolls, the amount of molten glass stored, the peripheral speed of the forming roll, and the like.
  • the set surface temperature can be favorably controlled by having the said structure for temperature adjustment.
  • the forming roll 2 ⁇ / b> A further includes the coating layer 23 that is formed concentrically on the heat conductive layer 22 and whose peripheral surface is a glass forming surface.
  • the coating layer 23 is formed of a material that has good releasability from the molten glass Gm and does not react with the components of the molten glass Gm. Moreover, since it contacts directly with the molten glass Gm, heat resistance is required. Materials include various heat-resistant plating layers, such as Ni—B—W alloy plating layers, hard chrome plating layers, thermal spray layers, such as Cr 3 C 2 thermal spray layers, Y—Zr thermal spray layers, chromium / copper alloy layers, SUS420J2 layers. And iron layers.
  • Ni—B—W alloy plating layer Ni—B—W alloy plating layer, hard chrome plating layer, SUS420J2 layer and the like are preferable, and further, properties such as releasability, heat resistance, and non-reaction with molten glass Gm are preferable.
  • a good Ni—B—W alloy plating layer is more preferably used.
  • the surface of the coating layer 23 layer may be subjected to a treatment for adjusting the surface roughness by sandblasting, etching, or the like in order to obtain releasability.
  • the thickness of the covering layer 23 is not particularly limited as long as the above function can be achieved, but is preferably 0.001 to 1.0 mm, and more preferably 0.01 to 0.05 mm.
  • a low heat conductive material having a Young's modulus of 50 GPa or more is used as its constituent material. It is done. Specifically, the characteristics required for the constituent material of the flange 26 are the same as the material of the central member 21. That is, the flange 26 is made of a material having heat insulation and high rigidity and toughness. When the flange 26 is made of such a material, the temperature control performance of the surface temperature of the molding roll 2A is enhanced, and the mechanical strength of the molding roll 2A is sufficient.
  • the materials exemplified as the constituent material of the central member 21 can be applied as they are, including a preferable aspect.
  • the thickness of the flange 26 depends on the size of the forming roll 2A, it is preferably 2 to 30 mm, more preferably 5 to 20 mm.
  • the flange 26 and the central member 21 can be made of the same material, one or both of the pair of flanges 26 may be integrally formed with the central member 21 depending on the design. .
  • one in which one side of the flange 26 is integrally formed with the central member 21 is used.
  • the side of the central member 21 where the refrigerant flow path 24 is closed is formed integrally with the flange 26, and a cartridge heater 25 as heating means is attached to the flange 26.
  • the integrally formed center member 21 with the flange 26 can also be designed to be detachable from the forming roll 2A, whereby the combination of the center member 21 and the heat conduction layer 22 can be easily changed. Furthermore, it becomes easy to change the output of the cartridge heater 25 and the type of the heating means. Even when the flange 26 and the central member 21 are not integrally formed, the central member 21 can be designed to be detachable, and in this case, the same effect as described above can be obtained.
  • the structure of the forming roll 2A has been specifically described in one unit. However, the description of one of the one pair is also applied to the other, and these structures also have the same structure in one pair. It is preferable.
  • the molten glass Gm in the storage portion is usually stored in the storage portion unless the supply of the molten glass is performed uniformly over the entire storage portion.
  • a temperature difference occurs depending on the position. For example, as shown in FIG. 1, when the molten glass Gm is supplied from one nozzle 5 to the central portion of the storage portion, a large temperature distribution is generated in the axial direction of the forming roll 2.
  • the temperature of the molten glass Gm in the storage part is as high as the temperature at the time of supply in the central part, and tends to gradually decrease toward the interface with the damming member 3.
  • the heating means is preferably one that effectively cools the portion immediately below the nozzle, that is, the portion where the molten glass Gm is first flowed down.
  • a forming roll for example, in the forming roll 2A shown in FIGS. 3A to 3B, the thickness of the intermediate layer 22 is reduced by increasing the diameter of the refrigerant flow path 24 in the above portion, and the cooling of this portion is performed.
  • the forming roll 2B is the same as the forming roll 2A shown in FIGS. 3A to 3C except that the forming roll 2B has a tubular heating means 30 in the form of replacing the surface layer portion of the heat conductive layer 22 and the covering layer 23 in the vicinity of both ends. It is the same structure as 2A.
  • the tubular heating means 30 is disposed so that the outer end surface thereof is in contact with the inner surface of the flange 26, and when the inner end surface is used for the molding apparatus 1 shown in FIG. It arrange
  • the tubular heating means 30 is disposed such that there is no step between the surface where the tubular heating means 30 is disposed and the surface where the tubular heating means 30 is not disposed, that is, the outer peripheral surface. There may be a step between the portion where the tubular heating means 30 is disposed and the portion where the tubular heating means 30 is not disposed.
  • the range does not hinder the maintenance of a predetermined distance between the pair of rolls.
  • the position where the tubular heating means is disposed when the tubular heating means is provided in the vicinity of the end thereof as in the forming roll 2B is preferably the above position, but is not limited to the above position.
  • the inner end surface of the tubular heating means may be located on the inner side of the inner surface of the damming member 3 or may be located on the outer side of the outer surface of the damming member 3.
  • the vicinity of the end portion of the forming roll refers to the position from the end portion of the forming roll to 1/4 of the length of the forming roll.
  • the end of the forming roll is the outer end of the flange.
  • providing near the end does not necessarily mean providing the end. If necessary, it is provided so that the entire width can be accommodated in the region from the end of the forming roll to the inner side of the length of the forming roll.
  • the thickness of the tubular heating means 30 is designed in an appropriate range depending on the outer diameter of the forming roll 2B, the size and arrangement of the center member 21 and the heating means 25, or the configuration of the tubular heating means 30 itself. . Further, the width of the tubular heating means 30 indicated by the distance from the inner end face to the outer end face of the tubular heating means 30 is the length of the forming roll 2B, the width of the flange 26, and the molding apparatus 1 shown in FIG. At this time, the position is appropriately designed in consideration of the disposition position of the damming member 3 and the like.
  • the tubular heating means 30 includes a heating means body 30a and a heating means coating layer 30b formed concentrically on the outer peripheral surface of the heating means body 30a.
  • the heating means coating layer 30b can be the same as the coating layer 23 in the forming roll 2A shown in FIGS. 3A to 3C, including a preferable mode.
  • the heating means main body 30a is, for example, an inner ring member in which a heating wire is wound along the outer peripheral surface, and an outer ring member that is concentrically disposed so as to cover the entire outer peripheral surface of the inner ring member together with the heating wire. Composed. In this configuration, both ends of the heating wire are connected to wiring that leads to an external power source, preferably a power source capable of adjusting the output.
  • the output of the tubular heating means 30 can be adjusted by the winding density of the heating wire in the heating means body 30a, and when it is desired to provide an output distribution in the width direction of the tubular heating means 30, that is, the axial direction of the forming roll,
  • the winding density may be adjusted in the width direction.
  • the inner diameter of the inner ring member matches the inner diameter of the heating means main body 30a
  • the outer diameter of the outer ring member matches the outer diameter of the heating means main body 30a.
  • the thicknesses of the outer ring member and the inner ring member are appropriately adjusted according to, for example, the thickness of the heating wire, the winding density, etc. within the range of the thickness of the heating means main body 30a.
  • the inner ring member and the outer ring member are made of a material similar to the material constituting the heat conductive layer from the viewpoint of, for example, reducing distortion caused by a difference in thermal expansion coefficient. .
  • the structure of the forming roll 2B was specifically demonstrated in one unit, the description about one which comprises one pair is applied also to the other, and these structures also make the same structure by one pair. It is preferable.
  • the glass sheet Gs extruded from the forming roll 2 passes through the drawing roll 7 through the slow cooling region by the slow cooling means 6, and is then cut by the cutting means 8.
  • the slow cooling means 6 is provided in order to suppress the occurrence of cracks due to rapid cooling of the glass plate Gs, and is provided, for example, along the traveling direction so as to cover both main surfaces of the glass plate Gs.
  • the slow cooling means 6 is preferably provided in a range of about 200 to 20000 mm downward from a position of 0 to 300 mm in the vertical direction from the lower end of the forming roll 2.
  • the temperature is preferably set so that the temperature gradually decreases.
  • the temperature on the inlet side that is, the molding roll 2 side
  • the temperature on the outlet side is preferably 25 to 400 ° C.
  • the drawing roll 7 is disposed at the lower part of the slow cooling means 6 and rotates so as to be pulled downward while sandwiching the glass plates Gs discharged from the slow cooling means 6 from both main surface sides. By providing such a drawing roll 7, a glass plate Gs closer to a flat plate shape can be obtained.
  • the draw roll 7 is preferably one that can be securely clamped so that the glass plate Gs does not slip and is not damaged.
  • the surface of the core made of stainless steel or the like is an intermediate coating layer made of felt of heat-resistant fibers.
  • the intermediate coating layer may be coated with a surface protective layer made of silica cloth.
  • the intermediate coating layer for example, a felt made of carbon fiber, polyparaphenylene benzoxazole (PBO) fiber, aramid fiber or the like is preferably used.
  • the surface protective layer for example, a woven fabric made of silica fiber coated with a heat treatment agent or the like is preferably used. According to such a thing, it can clamp reliably, suppressing the slip of the glass plate Gs.
  • the size of the drawing roll 7 is not necessarily limited.
  • the core has a diameter of 30 to 100 mm
  • the intermediate coating layer has a thickness of 2 to 20 mm
  • the surface protective layer has a thickness of 1 to 5 mm.
  • the cutting means 8 is provided to cut the long glass plate Gs to make it short.
  • Examples of the cutting means 8 include those that are cut using a diamond cutter or a laser cutter after cooling. Moreover, after cutting with a diamond blade in the middle of cooling, distortion may be generated by cooling by blowing air or the like to cut.
  • the method for producing a glass plate of the present invention is a method for forming molten glass into a glass plate, and is composed of a pair of forming rolls arranged so that their rotation axes are parallel to each other at a predetermined interval.
  • the forming roll is made of a low thermal conductive material having a Young's modulus of 50 GPa or more, and has a cylindrical central member having a coolant channel in the longitudinal direction at the center, and a high thermal conductivity concentrically formed on the central member.
  • a heat conductive layer made of a conductive material, concentrically inside and provided with heating means along the longitudinal direction, and a coating in which the peripheral surface formed concentrically on the heat conductive layer is a glass molding surface
  • a glass forming roll having a layer is a layer.
  • the method for producing a glass plate of the present invention is suitably used for forming a low-viscosity molten glass having a viscosity of 0.01 to 100 dPa ⁇ s, and moreover in forming a molten glass having a viscosity of 0.1 to 100 dPa ⁇ s. Used effectively. In particular, it is preferably used in the case of a glass having a steep temperature-viscosity relationship in a molten glass and having an extremely low viscosity from the molten state to just before solidification, such as phosphate glass, borate glass, or fluorophosphate glass. .
  • the glass forming roll of the said this invention is specifically used as a glass forming roll.
  • the preferred embodiment of the glass forming roll used in the production method of the present invention is as described above.
  • Example 1 As the molding apparatus 1, the one shown in FIG. 1 was prepared.
  • the forming roll 2 was constituted by a forming roll 2A shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the pair of forming rolls 2A has an outer diameter of 100 mm, a length of 200 mm, and an inner diameter of the central member 21 made of SUS304 having a Young's modulus of 210 GPa (the following thermal conductivity at a forming roll surface temperature of 280 ° C. is 18 W / m ⁇ K).
  • the outer diameter is 40 mm
  • the layer thickness of the heat conduction layer 22 made of chromium copper with a Young's modulus of 80 GPa (the following heat conductivity at a molding roll surface temperature of 280 ° C. is 280 W / m ⁇ K) is 30 mm
  • the thickness of the Ni—B—W alloy plating layer as the coating layer 23 was 0.015 mm.
  • One end of the central member 21 is closed and the other end is open, and the inner end of the central member 21 from the opened end has an inner diameter of 6 mm, an outer diameter of 10 mm, and a length of 600 mm (200 mm of which includes a flange) Part) is formed, and a refrigerant flow path 24 through which water flows as a refrigerant is formed.
  • a pair of disk-shaped flanges 26 having a thickness of 20 mm that cover the end portions of the heat conductive layer 22 and contact the center member 21 at the center are disposed. Is integrally formed with the central member 21.
  • the material of the flange 26 was the same as that of the central member 21.
  • cooling water was circulated at a flow rate of 8 L / min at an inlet water temperature of 20 ° C.
  • the heat conductive layer 22 was disposed by attaching 12 cartridge heaters 25 having an output of 700 W / 200 mm along the longitudinal direction to the flange 26 so as to be concentric with the central member 21 as the center.
  • the cartridge heater 25 is arranged so that there is no gap between adjacent cartridges when a virtual equilateral triangle with the center portion as the base point is drawn.
  • the distance of the cartridge heater 25 from the surface of the forming roll 2A was 10 mm.
  • molding rolls was adjusted to 280 degreeC.
  • the pair of forming rolls 2 were arranged in parallel with an interval of 1 mm, and the peripheral speed was 1000 mm / min.
  • the pair of damming members 3 were arranged with an interval of 180 mm in the width direction of the forming roll 2A, and had a substantially inverted triangular shape as shown in FIG.
  • Each dam member 3 was manufactured by processing a fiber-based heat insulation board MD16 (manufactured by NICHIAS Corporation, trade name). More specifically, the shape of each dam member 3 is 10 mm in thickness, 40 mm in height from the bottom to the top of the inverted triangle, and is in a shape that is in sliding contact with the pair of forming rolls 2A.
  • the substantially inverted triangular shape is a shape having an acute angle on the lower side, and indicates a shape having two arc-shaped sides along the curvature of the forming rolls on both sides.
  • the slow cooling mechanism 6 was provided from 100 mm to 800 mm in the vertical direction from the lower end of the forming roll 2A, the inlet side temperature was 500 ° C., and the outlet side temperature was 200 ° C.
  • the surface of a core material having a diameter of 80 mm made of stainless steel or the like was coated with a 10 mm thick intermediate coating layer made of PBO fiber felt and a 2 mm thick surface protective layer made of silica cloth.
  • fluorophosphate glass heated to about 900 ° C. as molten glass Gm having a viscosity of 10 dPa ⁇ s was caused to flow down from a single tubular nozzle 5 having an inner diameter of 5 mm at a rate of 30 kg / Hr.
  • the molten glass Gm spread in the width direction and was stored between the pair of weir members 3 and was molded through the pair of molding rolls 2A. It was recognized that the molded glass plate Gs was continuous in the width direction and also suppressed the occurrence of striae and distortion due to volatilization loss.
  • molding was about 7 mm
  • variety of the obtained glass plate Gs was 180 mm
  • board thickness was 1 mm
  • board thickness deviation of the width direction was 0.1 mm.
  • the glass forming roll of the present invention limits the high spatial frequency component of subject light in molten glass, particularly low-viscosity molten glass, for example, a solid-state imaging device such as a CCD or CMOS, and the light from the subject accompanying generation of a pseudo signal. It is suitably used for the production of a glass plate for an optical low-pass filter that removes different color light components. Moreover, it is suitably used for the production of substrate glass for bonding in color filters of video cameras and digital cameras, and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems).

Landscapes

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Abstract

　溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラスのロールアウト成形に適用可能な、温度制御特性に優れるガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法を提供する。溶融ガラスの成形に用いられるガラス成形ロールであって、所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、前記成形ロールが、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、を有することを特徴とするガラス成形ロールおよびこれを用いたガラス板の製造方法。

Description

ガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法
　本発明は、ガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法に係り、詳しくは溶融ガラスのロールアウト成形に適用可能な、温度制御特性に優れるガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法に関する。
　フツリン酸ガラスやリン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスのような、温度と粘性の関係が急峻なガラス、すなわち、溶融状態から固化直前まで極めて低粘度である溶融ガラスを板状に成形する方法としては、キャスティング法とよばれる溶融したガラス素地を板状の固定テーブルまたはコンベアのような可動テーブルや鋳型上に流し出し、テーブルや鋳型からの冷却によりガラスを固化させながら徐冷帯に押し出す方法が従来から行われている。この方法では、押し出す際に冷却や膜厚調整の目的で、圧延ロールを使用することも広く行われている。
　しかしながら、上記キャスティング法では、溶融ガラスの供給量や成形温度、時間等の成形条件の制御が困難であり、また、ガラス素地表面を広範囲に大気に曝しながら成形が行われることから、揮発性の高い成分からなるガラス組成の場合、成形途中でガラス素地表面から有効成分が揮発して成分の不均一が生じ、これらに起因する脈理や歪の発生が問題であった。
　一方で各種可塑性材料のロール成形技術においてはさまざまな技術開発が行われており、例えば、特許文献１には、溶融ガラスの成形温度を圧延ロールの表面温度により制御する技術が記載されている。また、特許文献２には、溶融ガラスの供給量の変化に合わせてコンベアの速度を制御する技術が、特許文献３には、溶融ガラスの供給量を制御する技術が、特許文献４には、溶融ガラスが供給される鋳型の温度制御に関する技術がそれぞれ記載されている。しかしながら、これらの方法をそのまま低粘度の高揮発性ガラスのロール成形に適用させてみても上記脈理や歪の発生を十分に抑えられていないのが現状であった。
　さらに、上記キャスティング法では、板厚は表面張力により一義的に決まるため、薄板化することが難しく、スキージや圧延ロールのような部材を用いて薄板化を試みても、スキージ通過後に表面張力でまた厚みが戻ってしまうため、厚さが均一な薄板の成形が困難であった。したがって、得られた板ガラスについて、板厚の不均一部分や不具合の発生した部分を機械研磨によって除去する必要があり製品歩留まりの点でも改善が必要とされた。
　一方、ソーダライムガラス等からなる高粘度の溶融ガラスを板状に生産性よく成形する方法の一つとして、従来から、二本の近接平行配置されたロールの間に溶融ガラスを供給し、該ロール間出口からのガラス素地を流下するロールアウト法（例えば、特許文献５、特許文献６、特許文献７を参照）が適用されている。
　このロールアウト法を、上記低粘度の溶融ガラスの板状成形における上記問題を改善するために利用することが考えられるが、上記高粘度の溶融ガラスにおける方法や装置を低粘度の溶融ガラスにそのまま適用しても、溶融ガラスのロールへの均一供給、ロールの適切な温度制御等が十分に行えず、得られる板ガラスは不均一なものになるため、現在のところ実用化にはいたっていない。
特開２００３－１７１１２７号公報 特開２００３－１９２３６１号公報 特開２００６－１４３５６９号公報 特開２００７－２６９５００号公報 特開２０００－２０３８５３号公報 特開平１０－２９７９２８号公報 特開平１１－１３９８３７号公報
　本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラスのロールアウト成形に適用可能な、温度制御特性に優れるガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法の提供を目的とする。
　本発明のガラス成形ロール（以下、「成形ロール」という）は、溶融ガラスの成形に用いられる成形ロールであって、所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、前記成形ロールが、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、を有することを特徴とする。
　本発明の成形ロールが成形の対象とする溶融ガラスとして、具体的には、粘度が０．０１～１００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスが挙げられる。
　本発明の成形ロールにおいては、前記溶融ガラスの軟化点温度領域において、前記高熱伝導性材料の熱伝導率が前記低熱伝導性材料の熱伝導率１倍を超え１８倍以下の値であることが好ましい。
　本発明の成形ロールにおいては、前記熱伝導層の端部を覆い中央部で前記中心部材と接する、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなる円盤状のフランジをさらに有することが好ましい。
　本発明の成形ロールは、さらに、両端部近傍に前記熱伝導層の表層部および前記被覆層を置き換えるかたちに配設された管状加熱手段を備えてもよい。
　本発明の成形ロールは、前記溶融ガラスがフツリン酸ガラス、リン酸ガラス、またはホウ酸塩ガラスである場合に好適に使用できる。なお、これらのガラスにおいては軟化点温度領域は２５０～７００℃である。また、フツリン酸ガラス、リン酸ガラス、またはホウ酸塩ガラスなどの溶融ガラス、すなわち、該ガラスの軟化点温度領域が２５０～７００℃のガラスを成形する際には、成形ロールにおける前記低熱伝導性材料として前記軟化点温度領域における熱伝導率が１０～１００Ｗ／ｍ・Ｋである材料を、前記高熱伝導性材料として同様の温度領域における熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋを超え４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下ある材料が好ましい。
　このような低熱伝導性材料としては、ニッケルを主成分とする、鉄、クロム、コバルト、ニオブ、タングステン、モリブデンおよびマンガンから選ばれる金属との合金およびステンレス鋼から選ばれる金属材料が好ましく、高熱伝導性材料としては、鉄、低炭素鋼、高炭素鋳鉄、銅、銅を主成分とする合金、アルミニウムおよびアルミニウムを主成分とする合金から選ばれる金属材料が好ましい。
　さらに、リン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスの溶融ガラス、すなわち、該ガラスの軟化点温度領域が２５０～７００℃のガラスを成形する際には、前記被覆層はＮｉ－Ｂ－Ｗ合金メッキ層であることが好ましい。
　また、本発明のガラス板の製造方法は、所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、前記成形ロールが、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、を有するガラス成形ロールを用いて溶融ガラスを成形することを特徴とする。
　本発明の製造方法に用いる溶融ガラスとして、具体的には、粘度が０．０１～１００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスが挙げられる。
　なお、本明細書において、溶融ガラスの軟化点温度領域とは、溶融ガラスの成形時における溶融状態から固化する直前までの温度領域をいう。
　本発明によれば、溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラスのロールアウト成形に適用可能な、温度制御特性に優れるガラス成形ロールおよびガラス板の製造方法が提供できる。
溶融ガラスをロールアウト成形法で成形する装置の一例の外観図である。 図１に示す成形装置において溶融ガラスが１対の成形ロール間を通過する状態を模式的に示す図である。 本発明の成形ロールの実施形態の一例の平面図である。 図３Ａに示す成形ロールの長手方向の断面図である。 図３Ａに示す成形ロールのＹ－Ｙ線に沿う断面図である。 図３に示す成形ロールにおける加熱手段の配置を示す図である。 本発明の成形ロールの実施形態の別の一例の平面図である。 図５Ａに示す成形ロールの長手方向の断面図である。 図５Ａに示す成形ロールのＹ－Ｙ線に沿う断面図である。
　以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。なお本発明は、下記説明に限定して解釈されない。
　本発明の成形ロールは、溶融ガラスの成形を対象とするものであり、所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、前記成形ロールが、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、を有することを特徴とする。
　本発明の成形ロールは、溶融ガラスを回転する１対の成形ロール間を通過させることで板状に成形する、いわゆるガラスのロールアウト成形法に用いられ、成形される溶融ガラスは、粘度が低粘度、特に０．０１～１００ｄＰａ・ｓの低粘度の溶融ガラスの成形に好適であり、さらに粘度が０．１～１００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスの成形においてより高い効果が発揮される。
　ここで、本発明の成形ロールを用いた成形加工は、上記の通り、溶融ガラスにおける温度と粘度の関係が急峻で、溶融状態から固化直前まで極めて低粘度である溶融ガラスの場合に好適である。ロールアウト成形法により、溶融ガラスを脈理や歪の発生を抑制しながら生産性よく成形するためには、溶融ガラスの供給に対して成形ロールの表面温度を適正に制御することが要求される。
　本発明においては、成形ロールの構成を上記構成とすることで、溶融ガラスの供給に対して成形ロールの表面温度を適正に制御可能とし、ロールアウト成形法で溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラスを脈理や歪の発生を抑制しながら生産性よく成形することを可能とするものである。また、ロールアウト成形法によることで、用いる溶融ガラスが揮発性の高い成分からなるガラス組成の場合には、大気に曝される時間が短くなり揮発性成分の揮散による成分の不均一化を抑制することも可能となる。
　以下、本発明の成形ロールについて、溶融ガラスをロールアウト成形法により成形する成形装置とともに具体的に説明する。
　図１は、溶融ガラスをロールアウト成形法で成形する装置の一例の外観図である。図２は図１に示す成形装置において溶融ガラスが１対の成形ロール間を通過する状態を模式的に示す成形ロール長手方向に垂直な断面図である。なお、図２では成形ロール２の断面の詳細を省略している。図３Ａ～図３Ｃは本発明の成形ロールの実施形態の一例を示す図であり、図５Ａ～図５Ｃは本発明の成形ロールの実施形態の別の一例を示す図である。本発明の成形ロールは、例えば、図１に示される成形装置の成形ロールとして使用される。
　成形装置１は、１対の成形ロール２と、これら１対の成形ロール２間に配置される１対の溶融ガラス堰止め部材（以下、「堰止め部材」）３とを有する。１対の堰止め部材３間上には、例えば粘度が０．０１～１００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスＧｍを流下するノズル５が設けられる。また、１対の成形ロール２の下部には、例えば、徐冷手段６、引出ロール７、切断手段８等がこの順に設けられる。
　図１、図２に示す通り、本例においては外径の等しい１対の成形ロール２が、互いの回転軸Ｘが平行となるように水平に配置されるとともに、所望の厚さのガラスを得るために成形ロール２間に所定の幅の隙間Ｓを設けて配置されている。この１対の成形ロール２間の上部側の空間部に、長手方向に間隔Ｌをあけて１対の堰止め部材３が成形ロール２と摺接するように配置される。
　溶融ガラスの成形に際して、上記１対の成形ロール２と１対の堰止め部材３で囲まれた空間領域（以下、この空間領域を「貯留部」という。）に、溶融ガラスＧｍが成形装置１外部の溶融窯よりノズル５を介して連続的に供給され貯留される。
　成形ロール２については後述するが、溶融ガラスＧｍと接する１対の堰止め部材３は、供給される溶融ガラスＧｍに対して反応性がなく、耐熱性や離型性に優れるとともに、溶融ガラスＧｍの急冷による部分的な固化を抑制する観点から、熱伝導率が低い材料、好ましくは２５０～７００℃における熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、より好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材料で構成されることが好ましい。このような材料として、例えば、ガラス繊維もしくはアラミド繊維等の補強材が複合化された無機系複合材料、セラミックス材料が好適に挙げられる。無機系複合材料としては、例えばガラス繊維やアラミド繊維等の補強材とセメントやケイ酸カルシウム等の無機質結合材とからなるものが挙げられる。無機系複合材料としては、市販品を使用でき、特に離型性の観点からロスナボード（日光化成株式会社製、商品名）が好適に用いられる。セラミックス材料としては、特に離型性の観点から窒化ホウ素が好適に用いられる。
　ノズル５は、１対の堰止め部材３間上に配置され、特に成形ロール２の幅方向に溶融ガラスＧｍを均等に広げて貯留させる観点から、１対の堰止め部材３間の中央部上に配置されることが好ましい。継ぎ目のないガラス板Ｇｓを成形する場合、１つのノズル５のみを設けることが好ましいが、成形後に小片に切断する場合等、ガラス板Ｇｓに継ぎ目があっても構わない場合、１対の堰止め部材３間に均等な間隔を設けて複数のノズル５を設けても構わない。ノズル５の形状は、特に限定されず、例えば、単管状、スリット状等が挙げられる。例えば、単管状の場合、その内径は２～１２ｍｍが好ましい。
　ノズル５から供給され貯留部に貯留された溶融ガラスＧｍは、１対の成形ロール２の回転に伴い成形ロール２間の隙間Ｓから下方に向かって、貯留部の幅、すなわち堰止め部材３間の間隔Ｌと同じ幅の板状に成形され、ガラス板Ｇｓとして連続的に押し出される。上記溶融ガラスの供給量は、成形して押し出されるガラスの量と同量となるように調整される。これにより、貯留部に貯留される溶融ガラスＧｍの量も一定となる。なお、ノズル５から供給される溶融ガラスＧｍに若干の供給変動があった場合においても貯留部がバッファーとなるため、ガラス板ＧＳの形状寸法は安定する。貯留部に供給された溶融ガラスＧｍは成形ロール２に接触することで温度を降下させながら成形ロール２の回転により隙間Ｓに達し適正な成形温度で成形ロール２間を通過し該ロール外へ押し出される。
　なお、成形ロール２間の隙間Ｓの調整はエアーシリンダー等で行うため、ガラス板Ｇｓの厚さＴは、必ずしも成形ロール２間の隙間Ｓと同じ厚さにはならない。成形ロール２の回転速度が遅ければ、ガラス板Ｇｓの厚さＴは隙間Ｓよりも厚くなり、回転速度が速ければガラス板Ｇｓの厚さＴは隙間Ｓと同じ厚さとなる。好ましい回転速度は、ガラス板Ｇｓの厚さＴと隙間Ｓが同じ厚さになる回転速度である。
　このような溶融ガラスのロールアウト成形においては、得られるガラス板の品質を良好なものとして維持するためには、溶融ガラスの温度を供給から成形まで管理することが必要である。この温度管理は上記貯留部における溶融ガラスＧｍの貯留量、上記１対の成形ロール２の回転速度およびその表面温度を制御することで行われる。すなわち、これらを適正に制御することで、脈理や歪の発生を抑制しながら溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラスからガラス板を生産性よく成形できる。なお、実際の成形では成形ロールの外径が各種ありうるので、以下の説明においては、回転速度に替えて周速度を用いる。
　例えば、リン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスでは、上記溶融窯において通常６００～１２００℃の溶融温度で溶融ガラスとされ、ノズル５から一定の供給量で連続的に成形装置１の貯留部に供給される。
　ここで、上記１対の成形ロール２の外径が３０～２００ｍｍであり、成形ロール２間の隙間Ｓが０．１～２．０ｍｍである場合、溶融ガラスの貯留量は、貯留された溶融ガラスの空気との界面が１対の成形ロール２に接する線の間隔を貯留幅Ｗとすれば、その貯留幅Ｗが概ね２～４０ｍｍの範囲となる量が好ましく、５～１５ｍｍの範囲となる量がより好ましい。
　この場合、成形ロール２の周速度は、３００～２０００ｍｍ／分が好ましく、８００～１５００ｍｍ／分がより好ましい。成形ロール２の表面温度は、２５０～７００℃が好ましく、２８０～４８０℃がより好ましい。なお、成形ロール２の表面温度は、図２に示すように貯留部と反対側の表面、具体的には成形ロール中心を通る鉛直方向の直線とのなす角度θが９０°、かつ成形ロール２の長手方向の中間部の位置で測定された温度をいう。
　なお、例えば１対の成形ロール２の外径が１００ｍｍであり、成形ロール２間の隙間Ｓが１ｍｍであり、溶融ガラスＧｍの貯留量を貯留幅Ｗで示した際にＷが１０ｍｍである場合、成形ロール２の周速度を８００ｍｍ／分とすれば、溶融ガラスＧｍと成形ロール２との接触時間は１．６秒と算出される。また、同様に上記条件でＷが３０ｍｍである場合、成形ロール２の周速度を８００ｍｍ／分とすれば、溶融ガラスＧｍと成形ロール２との接触時間は２．９秒と算出される。この、接触時間において溶融ガラスＧｍは冷却され成形ロール２から押し出される際には固化してガラス板Ｇｓとなる。
　本発明の成形ロールは、このような溶融ガラスの成形に用いられるものであり、上記機能を果たすために、上記本発明の構成を有する。本発明の成形ロールの構成を、図３Ａ～図３Ｃに示される本発明の成形ロールの実施形態の一例としての成形ロール２Ａを用いて以下に説明する。図３Ａは本発明の成形ロール２Ａの平面図である。図３Ｂは成形ロールＡの長手方向の断面図であり、図３Ｃは成形ロール２Ａの図３ＡにおけるＹ－Ｙ線に沿う断面図である。
　図３Ａ～図３Ｃに示される成形ロール２Ａは、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなる円柱状の中心部材２１と、中心部材２１上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなる熱伝導層２２と、熱伝導層２２上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層２３と、を有する。
　さらに、成形ロール２Ａは、中心部材２１の内部を長手方向に冷媒が流通するための冷媒用流路２４を有するとともに、熱伝導層２２の内部に中心部材２１を中心として同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段２５が配設されている。
　図３Ａ～図３Ｃに示される成形ロール２Ａにおいては、さらに上記熱伝導層２２の端部を覆い中央部で前記中心部材２１と接する、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなる１対の円盤状のフランジ２６を有する。このフランジ２６は、本発明の成形ロールの必須構成要件ではないが、構成要件として含まれることが好ましい。
　ここで、図１に示す成形装置１においては、１対の成形ロール２は互いに同じ大きさであるが、成形ロール２の外径については、１対の成形ロール２間で同じであっても、大きさの差異があってもよい。なお、１対の成形ロール２の外径が異なる場合であっても、周速度は互いに等速とする。周速度を等速にする方法としては、各成形ロール２に駆動装置を接続して独立に制御する方法、１つの駆動装置のみを用いてギヤ比の調整によって各成形ロール２の周速度を調整する方法が挙げられる。駆動装置としては、例えば無段階変速機構を備えるものや、サーボモータ等の可変モータが挙げられる。なお、本明細書において成形ロール２の外径とは、成形ロール２において上記溶融ガラスの貯留部が形成される部分の外径をいう。
　成形ロール２Ａにおいて、駆動装置は、通常、中心部材２１の端部に接続され、中心部材２１の中心を長手方向に貫通する直線が回転軸Ｘとなり中心部材２１が回転することで成形ロール２Ａの全体が回転するものである。また、成形ロール２Ａの外径に関しては、小径とすることで、ガラス成形体の板厚を薄くできるが、成形ロール２Ａ内に内装される加熱手段２５や冷媒用流路２４が圧迫されないように、３０～２００ｍｍの範囲が好ましく、さらに、５０～１００ｍｍがより好ましい。
　また、図１に示す成形装置１において、１対の成形ロール２の長さは、上記外径と同様に同じであっても異なってもよいが、少なくとも成形して得られるガラス板Ｇｓの幅に上記の１対の堰止め部材３の幅を加えた長さより長いことが必須である。効率よく温度制御するために、１対の成形ロール２の長さは、成形されるガラス板の幅より１～２０ｍｍ長いことが好ましい。成形ロール２Ａのように、フランジ２６を有する場合には、フランジ２６を除く部分の長さが、成形される板状ガラスの幅より１～２０ｍｍ長いことが好ましい。なお、本明細書において成形ロールの長さとは、成形ロールにおいて上記外径を有する部分の長さをいう。ここで、成形ロールがフランジを有する場合はフランジを除く部分の長さをいう。本発明の成形ロールにおいて、１対の成形ロールの外径および長さは、その表面温度制御の観点から同一であることが好ましい。
　中心部材２１は、上記の通り外部の駆動手段と連結されている。中心部材２１が回転することで成形ロール全体が回転する機構を有することから、中心部材２１を構成する材料としては、剛性や靱性が高い材料が用いられる。具体的には、ヤング率が５０ＧＰａ以上の材料からなる。好ましくは、ヤング率は１００ＧＰａ以上であり、特に好ましくは２００ＧＰａ以上である。また、中心部材２１は、以下の理由から熱伝導性の低い材料により構成される。
　この低熱伝導性の材料については、用いる溶融ガラスの固化温度領域において、以下の熱伝導層２２を構成する高熱伝導性材料の熱伝導率が、この中心部材２１を構成する低熱伝導性材料の熱伝導率の２～１８倍の値となるように選択することが好ましい。
　このように成形ロール２Ａの中心部を外周部より高断熱性の材料で構成することで、溶融ガラスの脱熱量を抑えることができるため、中心部材２１の内側に配置される冷媒用流路２４の径を小さく、ロール断面積を大きくできる。これにより、ロール剛性の向上と温度制御用の加熱手段２５の内装空間を担保できる。また、溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラス、例えばリン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスおよびフツリン酸ガラス等のロールアウト時の脱熱量を最適な表面温度付近に維持できるため、加熱手段２５が負担することになるエネルギー付与量を最小にでき、成形ロール２Ａにおける表面温度の温度制御性能を高めることが可能となる。
　例えば、上記溶融ガラスとしてリン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスを用いた場合には、該ガラスの軟化点温度領域は２５０～７００℃であり、低熱伝導性材料としてはこの温度領域において、熱伝導率が１０～１００Ｗ／ｍ・Ｋである材料が好ましく、１５～４０Ｗ／ｍ・Ｋである材料がより好ましい。
　このような材料として、ステンレス鋼のような鉄系の鋼種や、ニッケルを主成分とする合金、具体的には、鉄、クロム、コバルト、ニオブ、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属から選ばれる金属とニッケルとの合金等の耐熱耐食金属が好適である。また、ステンレス鋼として、具体的には、ＳＵＳ３１０Ｓ（１５～２５Ｗ／ｍ・Ｋ）、ＳＵＳ３０４（１５～２５Ｗ／Ｍ・Ｋ）等が、ニッケルを主成分とする合金として、具体的には、インコネル６００（１５～２５Ｗ／ｍ・Ｋ）等が挙げられる。なお、各材料の後の括弧内に示す熱伝導率は、リン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスの固化温度領域２５０～７００℃における熱伝導率である。
　中心部材２１の外径としては、成形ロール２Ａの外径の１／１０～６／１０のサイズであることが好ましく、２／１０～５／１０がより好ましい。中心部材２１は、以下に説明する冷媒用流路２４を設けるために外径は２０ｍｍ以上であることが好ましい。
　冷媒用流路２４は中心部材２１を貫通するように形成されてもよいが、図３Ｂに示すように一方の端が開口し他方の端が閉塞した円筒状に成形された中心部材２１の内側に両端が開口した内管２７をさらに有する構成とすることで、以下のような冷媒用流路２４を形成して冷媒を流通させてもよい。
　すなわち、内管２７の内壁で形成される冷媒用流路２４に、中心部材２１の開口端側の内管２７開口端から冷媒を供給し、中心部材２１の閉塞端側の内管２７開口端に達した冷媒が中心部材２１の閉塞端で折り返して内管２７の外壁と中心部材２１の内壁からなる冷媒用流路２４を通過して供給側と同じ端から外部に排出される構造としてもよい。排出された冷媒は成形ロール２Ａの外部で熱交換され、成形ロール２Ａに再度供給されるという循環を繰り返す。
　冷媒の種類としては、合成油や水等が挙げられるが、安全性や耐環境性の観点から水が好ましい。冷媒の流量は、成形ロール２Ａの大きさ、設定される表面温度等により調整される。冷媒用流路２４は、冷媒流量の可変範囲が広く取れる設計とすることが好ましい。ここで、中心部材２１は上記冷媒用流路２４を有することで中空状の構成となるが、強度保持の観点から、中心部材２１の壁厚は２ｍｍ以上となるように設計することが好ましい。
　成形ロール２Ａが有する中心部材２１上に同心的に形成された熱伝導層２２は、上記の通り高熱伝導性材料からなる。高熱伝導性材料としては、上記の通り用いる溶融ガラスの固化温度領域において、この熱伝導層２２を構成する高熱伝導性材料の熱伝導率が、上記中心部材２１を構成する低熱伝導性材料の熱伝導率の１倍を超え１８倍以下の値となるように選択することが好ましい。例えば、上記溶融ガラスとしてリン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスを用いた場合には、該ガラスの軟化点温度領域は、ガラス成形中のロール表面温度２５０～７００℃に相当し、高熱伝導性材料としてはこの温度領域において、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋを超え４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である材料が好ましく、４０～３８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である材料がより好ましい。
　この高熱伝導性材料は、成形ロール２Ａの貯留部の中央部分にノズル５から集中的に供給された溶融ガラスＧｍの持込潜熱を成形ロール２Ａの長手方向に分散させることが要求されているために熱伝導層２２に使用されるものである。高熱伝導性材料が上記下限値より低い熱伝導率である場合には、成形ロール２Ａの中央部の局部過熱により、中央部のみが高温化しガラス焼き付きを起こすことがある。
　このような高熱伝導性材としては、鉄（２５～５５Ｗ／ｍ・Ｋ）もしくはそれに準じた低炭素鋼（２５～４５Ｗ／ｍ・Ｋ）、高炭素鋳鉄（２０～５５Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（３４０～３８０Ｗ／ｍ・Ｋ）もしくは、クロム、ジルコニア、アルミナ等により強化された銅合金（２８０～３２０Ｗ／ｍ・Ｋとなるように組成を調整した合金）、アルミニウム（２２０～２４０Ｗ／ｍ・Ｋ）もしくは、銅、亜鉛、マグネシウム、ベリリウム等により強化されたアルミニウム合金（１００～２００Ｗ／ｍ・Ｋとなるように組成を調整した合金）等が好適である。これらの中でも、銅または、クロム、ジルコニア、アルミナ等により強化された銅合金がより好ましい。なお、各材料の後の括弧内に示す熱伝導率は、リン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスの軟化点温度領域２５０～７００℃における熱伝導率である。
　熱伝導層２２の層厚、すなわち熱伝導層２２の（外径－内径）／２は、上記観点から、また以下の加熱手段を内蔵する点から１０～８０ｍｍであることが好ましく、２０～５０ｍｍであることがより好ましい。
　熱伝導層２２内に中心部材２１を中心として同心状にかつ長手方向に沿って配設される加熱手段２５としては、例えば小型燃焼バーナー、熱媒体、カートリッジヒータ等が挙げられる。これらのうちでも、温度制御性に優れ、取扱いが容易なカートリッジヒータが好ましい。カートリッジヒータ２５は本体が熱伝導層２２内に上記のように配設されるように、例えば、フランジ２６に取り付けられ、配線２８により成形ロール２Ａ外部の電源、好ましくは出力調整が可能な電源と接続される。
　このカートリッジヒータ２５の同心状の配置は、例えば、図４に示すように、成形ロール２Ａの熱伝導層２２内にカートリッジヒータ２５中心部を頂点の一つとした仮想的な正三角形を描いたとき、正三角形の他の２頂点が成形ロールの外周上にあり、隣の正三角形の外周上の頂点との間に隙間ができないような配置とすることが好ましい。このような配置とすることで、カートリッジヒータ２５の局所加熱の影響が、成形ロール２Ａの表面に温度分布をもたらすことを防ぐことができる。
　なお、上記正三角形のかわりに４０°～８０°の頂角を有する二等辺三角形を、その頂角を有する頂点が、カートリッジヒータ２５の中心部に位置するように配置した場合に、これらの二等辺三角形の他の２頂点が成形ロールの外周上にあり、隣の二等辺三角形の外周上の頂点との間に隙間ができないような配置となるように、カートリッジヒータ２５を同心状に配置してもよい。なお、上記二等辺三角形は頂角が５０°～７０°がより好ましく、頂角が６０°の正三角形が最も好ましい。
　ここで、成形ロール２Ａの表面温度は、用いるガラスの種類、成形ロールの大きさ、成形ロール間の間隔、溶融ガラスの貯留量、成形ロールの周速度等により適宜設定される。本発明の成形ロールにおいては、温度調整のための上記構成を有することで、設定される表面温度を良好に制御できる。
　上記の通り成形ロール２Ａは、さらに熱伝導層２２上に同心的に形成され周面がガラス成形面となる被覆層２３を有する。被覆層２３は、溶融ガラスＧｍとの離型性がよく、溶融ガラスＧｍの成分と反応しない材料で形成される。また、溶融ガラスＧｍと直接接触するため耐熱性が要求される。材料としては、各種耐熱性メッキ層、例えばＮｉ－Ｂ－Ｗ合金メッキ層、ハードクロムメッキ層、溶射層、例えばＣｒ３Ｃ２溶射層、Ｙ－Ｚｒ溶射層、クロム・銅合金層、ＳＵＳ４２０Ｊ２層、鉄層等が挙げられる。これらのなかでも、離型性の観点から、Ｎｉ－Ｂ－Ｗ合金メッキ層、ハードクロムメッキ層、ＳＵＳ４２０Ｊ２層等が好ましく、さらに離型性、耐熱性、溶融ガラスＧｍと反応しない等の特性が良好なＮｉ－Ｂ－Ｗ合金メッキ層がより好ましく用いられる。
　なお、被覆層２３層の表面は、離型性を得るためにサンドブラスト加工、エッチング加工等による表面粗さを調整する処理が施されていてもよい。被覆層２３層の厚さとしては、上記機能を果たすことができれば特に制限されないが、０．００１～１．０ｍｍが好ましく、０．０１～０．０５ｍｍがより好ましい。
　成形ロール２Ａが有する熱伝導層２２の端部を覆い中央部で上記中心部材２１と接する１対の円盤状のフランジ２６については、その構成材料としてヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料が用いられる。具体的には、フランジ２６の構成材料に求められる特性は、中心部材２１の材質と同様である。すなわち、フランジ２６には断熱性があり、剛性や靱性が高い材料が用いられる。フランジ２６がこのような材質で構成されることで、成形ロール２Ａにおける表面温度の温度制御性能が高められるとともに、成形ロール２Ａの機械的強度も十分なものとなる。なお、フランジ２６の構成材料として、具体的には、上記中心部材２１の構成材料として例示した材料が、好ましい態様を含めて全てそのまま適用できる。フランジ２６の厚さは、成形ロール２Ａの大きさにもよるが、２～３０ｍｍが好ましく、５～２０ｍｍがより好ましい。
　このように、フランジ２６と中心部材２１を同一の材料で構成することが可能であることから、設計によっては上記１対のフランジ２６の片方また両方が中心部材２１と一体成形されていてもよい。図３Ａ～図３Ｃに示す成形ロールにおいては、フランジ２６の片方が中心部材２１と一体成形されたものを用いている。この例においては、中心部材２１における冷媒用流路２４が閉塞した側がフランジ２６と一体成形されており、さらにフランジ２６に加熱手段であるカートリッジヒータ２５が取り付けられている。この一体成形により、成形ロール２Ａの機械的強度を高めることが可能である。
　ここで、この一体成形されたフランジ２６付き中心部材２１を成形ロール２Ａから着脱可能に設計することもでき、それにより中心部材２１と熱伝導層２２の組合せの変更が容易となる。さらに、カートリッジヒータ２５の出力変更や加熱手段の種類を変更することも容易となる。なお、フランジ２６と中心部材２１を一体成形しない場合であっても、中心部材２１を着脱可能に設計することもでき、その場合にも上記同様の効果が得られるものである。
　以上、成形ロール２Ａの構造について１個の単位で具体的に説明したが、１対を構成する一方についての説明が他方にも適用されるものであり、これら構成も１対で同じ構成とすることが好ましい。
　ここで、ノズルの形状、本数等の溶融ガラスの供給方法にもよるが、通常、溶融ガラスの供給を貯留部全体に亘って均等に行わない限りは、貯留部における溶融ガラスＧｍは貯留部の位置により温度差が発生する。例えば、図１に示すように１本のノズル５から貯留部の中央部に溶融ガラスＧｍを供給する場合には、成形ロール２の軸方向に大きな温度分布が生じることになる。具体的には、貯留部における溶融ガラスＧｍの温度はその中央部において供給時の温度と同等に高く、堰止め部材３との界面に向かって徐々に低くなる傾向がある。
　このような成形ロールの軸方向における溶融ガラスの温度分布を均一化する観点から、溶融ガラスの温度差に対応して成形ロールの表面温度を制御するために、成形ロールが有する冷媒用流路や加熱手段は、特にノズルの直下部分、すなわち溶融ガラスＧｍが最初に流下される部分を効果的に冷却するものが好ましい。このような成形ロールとしては、例えば、図３Ａ～図３Ｂに示す成形ロール２Ａにおいて上記部分の冷媒用流路２４の径を大きくすることで中間層２２の肉厚を薄くし、この部分の冷却能力を調整したものや、加熱手段２５として軸方向に出力分布が可変なカートリッジヒータを有するもの、さらには、成形ロールの端部近傍の表層部を管状加熱手段に置き換えたもの等、軸方向に偏差をもった温度制御が可能な成形ロールが挙げられる。
　図１に示すような成形装置１に用いる場合に、成形ロールの軸方向における溶融ガラスの温度分布を均一化する機能が高い観点から、軸方向に偏差をもった温度制御が可能な成形ロールとして、成形ロールの端部近傍の表層部を管状加熱手段に置き換えたものが好ましい。本発明の成形ロールにおいて、成形ロールの端部近傍の表層部を管状加熱手段に置き換えた構成の成形ロールの例を、成形ロール２Ｂとして図５Ａ～図５Ｃに示す。図５Ａは成形ロール２Ｂの平面図である。図５Ｂは成形ロール２Ｂの長手方向の断面図であり、図５Ｃは成形ロール２Ｂの図５ＡにおけるＹ－Ｙ線に沿う断面図である。
　成形ロール２Ｂは、図３Ａ～図３Ｃに示す成形ロール２Ａにおいて、その両側の端部近傍の熱伝導層２２の表層部および被覆層２３を置き換えるかたちに管状加熱手段３０を有する以外は、成形ロール２Ａと同じ構成である。管状加熱手段３０は、その外側の端面がフランジ２６の内側の面に接するように配置され、その内側の端面が、例えば、図１に示す成形装置１に用いた際に、堰止め部材３の内側の面と外側の面の間に位置するように配設される。また、成形ロール２Ｂにおいて、管状加熱手段３０は、管状加熱手段３０の配設された部分と配設されていない部分の表面すなわち外周面に段差がないように配設されている。管状加熱手段３０の配設された部分と配設されていない部分に段差があってもよいが、例えば、図１に示す成形装置１に用いた際に、堰止め部材３の配設や、１対のロール間の所定の間隔の保持に支障のない範囲とする。
　本発明の成形ロールにおいて、成形ロール２Ｂのように、その端部近傍に管状加熱手段を設ける場合の、管状加熱手段が配設される位置は、上記位置が好ましいが上記位置に限定されない。管状加熱手段の大きさや表面状態にもよるが、成形ロールの表面温度を軸方向に偏差をもって制御するように調整できるのであれば、必要に応じて、例えば、図１に示す成形装置１に用いた際に、管状加熱手段の内側の端面が堰止め部材３の内側の面よりも内側に位置してもよく、堰止め部材３の外側の面のより外側に位置していてもよい。なお、本明細書において、成形ロールの端部近傍とは、成形ロールの端部から内側に成形ロールの長さの１／４の位置までをいう。なお、成形ロールがフランジを有する場合には、成形ロールの端部はフランジの外側端部となる。さらに、端部近傍に設けるとは、必ずしも端部まで設けることを意味しない。必要に応じて成形ロールの端部から内側に成形ロールの長さの１／４の位置までの領域内に、全幅が収まるように設けることをいう。
　成形ロール２Ｂにおいて、管状加熱手段３０の厚みは、成形ロール２Ｂの外径や、中心部材２１、加熱手段２５のサイズや配置、あるいは管状加熱手段３０自身の構成により適宜適正な範囲に設計される。また、管状加熱手段３０の内側の端面から外側の端面までの距離で示される、管状加熱手段３０の幅は、成形ロール２Ｂの長さやフランジ２６の幅、図１に示す成形装置１に用いた際には、堰止め部材３の配設位置等を勘案して適宜適正な範囲に設計される。
　成形ロール２Ｂにおいて、管状加熱手段３０は加熱手段本体３０ａと加熱手段本体３０ａの外周面上に同心的に形成された加熱手段被覆層３０ｂからなる。加熱手段被覆層３０ｂは、図３Ａ～図３Ｃに示す成形ロール２Ａにおける被覆層２３と好ましい態様を含めて同様とできる。加熱手段本体３０ａは、例えば、外周面に沿って発熱線が巻き付けられた内側リング部材と、内側リング部材の外周面の全面を発熱線ごと覆う形に同心的に配設された外側リング部材で構成される。この構成において発熱線の両端は外部電源、好ましくは出力調整が可能な電源に通じる配線に接続される。管状加熱手段３０の出力は、加熱手段本体３０ａにおける発熱線の巻き線密度により調整でき、管状加熱手段３０の幅方向、すなわち成形ロールの軸方向に出力分布を設けたい場合には、発熱線の巻き線密度を幅方向に調整すればよい。
　上記内側リング部材の内径は、加熱手段本体３０ａの内径と一致し、外側リング部材の外径は加熱手段本体３０ａの外径と一致する。また、外側リング部材および内側リング部材の厚みは、加熱手段本体３０ａの厚みの範囲で、例えば発熱線の太さや巻き線密度等に応じて適宜調整される。このような加熱手段本体３０ａにおいて、内側リング部材および外側リング部材は、例えば、熱膨張係数の違いから発生する歪み低減の観点から熱伝導層を構成する材料と同様な材料で構成することが好ましい。
　以上、成形ロール２Ｂの構造について１個の単位で具体的に説明したが、１対を構成する一方についての説明が他方にも適用されるものであり、これら構成も１対で同じ構成とすることが好ましい。
　図１に示す成形装置１においては、成形ロール２から押し出されたガラス板Ｇｓは、徐冷手段６による徐冷域を経て引出ロール７を通過した後、切断手段８により切断される。
　徐冷手段６は、ガラス板Ｇｓの急激な冷却によりクラックが発生することを抑制するために設けられ、例えばガラス板Ｇｓの両主面を覆うように、その進行方向に沿って設けられる。徐冷手段６は、成形ロール２の下端部から鉛直方向に０～３００ｍｍの位置から下方に２００～２００００ｍｍ程度の範囲で設けられることが好ましい。また、徐々に温度が低下するように設定されることが好ましく、入口側、すなわち成形ロール２側における温度は２００～５００℃、また出口側における温度は２５～４００℃が好ましい。このような範囲かつ温度勾配とすることで、クラック等の発生を効果的に抑制できる。
　引出ロール７は、徐冷手段６の下部に配置され、徐冷手段６から排出されたガラス板Ｇｓを両主面側から挟持しつつ、下部方向に引っ張るように回転する。このような引出ロール７を設けることで、より平板状に近いガラス板Ｇｓを得ることができる。引出ロール７としては、ガラス板Ｇｓが滑らないようにかつ、傷つけないように確実に挟持できるものが好ましく、例えば、ステンレス鋼等からなる芯材の表面を耐熱性繊維のフェルトからなる中間被覆層で被覆するとともに、この中間被覆層をシリカクロスからなる表面保護層で被覆したものが挙げられる。
　中間被覆層としては、例えば、炭素繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、アラミド繊維等からなるフェルトが好適に用いられる。表面保護層としては、例えばシリカ繊維からなる織布を耐熱処理剤等でコーティングしたものが好適に用いられる。このようなものによれば、ガラス板Ｇｓの滑りを抑制して確実に挟持できる。引出ロール７の大きさは、必ずしも限定されないが、例えば芯材の直径は３０～１００ｍｍ、中間被覆層の厚さは２～２０ｍｍ、表面保護層の厚さは１～５ｍｍである。
　切断手段８は、長尺なガラス板Ｇｓを切断して短尺なものとするために設けられる。切断手段８としては、例えば、冷却後にダイヤモンドカッターやレーザーカッターを用いて切断するものが挙げられる。また、冷却途中でダイヤモンド刃により切り込みを入れた後、送風による冷却等により歪を発生させて切断してもよい。
　本発明のガラス板の製造方法は、溶融ガラスをガラス板に成形する方法であって、所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、前記成形ロールが、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、を有するガラス成形ロールを用いることを特徴とする。
　本発明のガラス板の製造方法は、粘度が０．０１～１００ｄＰａ・ｓの低粘度の溶融ガラスの成形に好適に用いられ、さらに粘度が０．１～１００ｄＰａ・ｓの溶融ガラスの成形においてより効果的に用いられる。また、特に、溶融ガラスにおける温度と粘度の関係が急峻で、溶融状態から固化直前まで極めて低粘度であるガラス、例えば、リン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスの場合に好適に用いられる。
　本発明のガラス板の製造方法においては、ガラス成形ロールとして具体的には、上記本発明のガラス成形ロールが用いられる。本発明の製造方法に用いるガラス成形ロールの好ましい態様については上記説明した通りである。
　以下、実施例を参照して具体的に説明する。
（実施例１）
　成形装置１として、図１に示すものを用意した。なお、成形ロール２は図３Ａ～図３Ｃに示す成形ロール２Ａで構成した。
　１対の成形ロール２Ａは、外径１００ｍｍ、長さ２００ｍｍであり、ヤング率２１０ＧＰａのＳＵＳ３０４（以下の成形ロール表面温度２８０℃における熱伝導率が１８Ｗ／ｍ・Ｋ）製の中心部材２１の内径は１８ｍｍ、外径は４０ｍｍであり、ヤング率８０ＧＰａのクロム銅（以下の成形ロール表面温度２８０℃における熱伝導率が２８０Ｗ／ｍ・Ｋ）製の熱伝導層２２の層厚は３０ｍｍであり、被覆層２３としてのＮｉ－Ｂ－Ｗ合金メッキ層の層厚は０．０１５ｍｍであった。
　中心部材２１の一方の端は閉塞、他方の端は開口しており、開口した端から中心部材２１の内部中央部に内径６ｍｍ、外径１０ｍｍ、長さ６００ｍｍ（うち２００ｍｍがフランジを含むロール胴体部）の内管２７が配設され、冷媒として水が流通する冷媒用流路２４が形成されている。また、熱伝導層２２の端部を覆い中央部で上記中心部材２１と接する１対の円盤状の厚さ２０ｍｍのフランジ２６が配設されているが、中心部材２１の閉塞した側のフランジ２６は、中心部材２１と一体成形されている。なお、フランジ２６の材質は、上記中心部材２１と同様の材質とした。
　なお、以下のガラス成形時においては、冷却用の水を入口部水温２０℃で８Ｌ／分の流速で循環させた。また、熱伝導層２２は、内部に中心部材２１を中心として同心状にかつ長手方向に沿って出力７００Ｗ／２００ｍｍのカートリッジヒータ２５の１２本をフランジ２６に取り付けることで配設した。なお、この際、カートリッジヒータ２５は、その中心部を基点とした仮想的な正三角形を描いたとき、隣の正三角形との間に隙間ができないように配置した。また、カートリッジヒータ２５の成形ロール２Ａの表面からの距離は、１０ｍｍであった。
　これにより、成形ロール２Ａの表面温度を２８０℃に調整した。また、１対の成形ロール２は、１ｍｍの間隔を設けて平行に配置し、周速度は１０００ｍｍ／分とした。
　１対の堰止め部材３は、成形ロール２Ａの幅方向に１８０ｍｍの間隔を設けて配置し、図１に示すような略逆三角形状のものとした。各堰止め部材３は、ファイバー系断熱ボードＭＤ１６（ニチアス株式会社製、商品名）を加工して製造した。各堰止め部材３の形状は、より具体的には、厚さを１０ｍｍ、逆三角形状の底辺から頂点までの高さを４０ｍｍとし、上記1対の成形ロール２Ａと摺接するような形状とした。ここで略逆三角形状とは下側に鋭角となっている形状で、両側の成形ロールの曲率に沿った円弧状の２辺をもつ形を指す。
　徐冷機構６は、成形ロール２Ａの下端部から鉛直方向に１００ｍｍから８００ｍｍまで設け、入口側温度を５００℃、出口側温度を２００℃とした。引出ロール７は、ステンレス鋼等からなる直径８０ｍｍの芯材の表面に、ＰＢＯ繊維のフェルトからなる厚さ１０ｍｍの中間被覆層、およびシリカクロスからなる厚さ２ｍｍの表面保護層を被覆した。
　そして、粘度が１０ｄＰａ・ｓの溶融ガラスＧｍとして９００℃程度に加熱したフツリン酸ガラスを内径が５ｍｍの単管状のノズル５から３０ｋｇ／Ｈｒの割合で流下させた。その結果、溶融ガラスＧｍは、幅方向に広がって１対の堰止め部材３間に貯留されるとともに、１対の成形ロール２Ａを通過して成形された。成形されたガラス板Ｇｓは、幅方向に連続するとともに、揮発損失に起因する脈理や歪の発生も抑制されることが認められた。なお、成形時の溶融ガラスＧｍの貯留巾は、７ｍｍ程度であり、得られたガラス板Ｇｓの幅は１８０ｍｍ、板厚は１ｍｍ、幅方向の板厚偏差は０．１ｍｍであった。
　本発明のガラス成形ロールは、溶融ガラス、特に低粘度の溶融ガラス、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子における被写体光の高空間周波数成分を制限して疑似信号の発生に伴う被写体による光とは異なる色光成分を除去する光学的ローパスフィルタ用のガラス板の製造に好適に用いられる。また、ビデオカメラやデジタルカメラのカラーフィルター、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）における接合用基板ガラスの製造に好適に用いられる。
　１…成形装置、２、２Ａ、２Ｂ…成形ロール、３…堰止め部材、５…ノズル、６…徐冷手段、７…引出ロール、８…切断手段、２１…中心部材、２２…熱伝導層、２３…被覆層、２４…冷媒用流路、２５…加熱手段、２６…フランジ、２７…内管、３０…管状加熱手段、３０ａ…加熱手段本体、３０ｂ…加熱手段被覆層、Ｇｍ…溶融ガラス、Ｇｓ…ガラス板、Ｘ…回転軸、Ｓ…隙間、Ｔ…ガラス板厚。

Claims (11)

  1. 　溶融ガラスの成形に用いられるガラス成形ロールであって、
    　所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、
    　前記成形ロールが、
    　ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、
    　前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、
    　前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、
    を有することを特徴とするガラス成形ロール。
  2. 　前記溶融ガラスの粘度が０．０１～１００ｄＰａ・ｓである請求項１記載のガラス成形ロール。
  3. 　前記溶融ガラスの軟化点温度領域において、前記高熱伝導性材料の熱伝導率が前記低熱伝導性材料の熱伝導率の１倍を超え１８倍以下の値である請求項１または２記載のガラス成形ロール。
  4. 　前記熱伝導層の端部を覆い中央部で前記中心部材と接する、ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなる円盤状のフランジをさらに有する請求項１～３のいずれか１項に記載のガラス成形ロール。
  5. 　さらに、両端部近傍に前記熱伝導層の表層部および前記被覆層を置き換えるかたちに配設された管状加熱手段を備える請求項１～４のいずれか１項に記載のガラス成形ロール。
  6. 　前記溶融ガラスがリン酸ガラス、ホウ酸塩ガラスまたはフツリン酸ガラスであり、該ガラスの軟化点温度領域が２５０～７００℃である請求項１～５のいずれか１項に記載のガラス成形ロール。
  7. 　前記軟化点温度領域における、前記低熱伝導性材料の熱伝導率が１０～１００Ｗ／ｍ・Ｋであり、前記高熱伝導性材料の熱伝導率が、１０Ｗ／ｍ・Ｋを超え４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項６記載のガラス成形ロール。
  8. 　前記低熱伝導性材料が、ニッケルを主成分とする、鉄、クロム、コバルト、ニオブ、タングステン、モリブデンおよびマンガンから選ばれる金属との合金およびステンレス鋼から選ばれ、前記高熱伝導性材料が、鉄、低炭素鋼、高炭素鋳鉄、銅、銅を主成分とする合金、アルミニウムおよびアルミニウムを主成分とする合金から選ばれる請求項６または７記載のガラス成形ロール。
  9. 　前記被覆層がＮｉ－Ｂ－Ｗ合金メッキ層である請求項６～８のいずれか１項に記載のガラス成形ロール。
  10. 　所定の間隔をおいて互いの回転軸が平行となるように配置された１対の成形ロールから構成され、
    　前記成形ロールが、
    　ヤング率が５０ＧＰａ以上の低熱伝導性材料からなり、中心に長手方向に冷媒用流路を有する円柱状の中心部材と、
    　前記中心部材上に同心的に形成された高熱伝導性材料からなり、内部に同心状にかつ長手方向に沿って加熱手段が配設された熱伝導層と、
    　前記熱伝導層上に同心的に形成された周面がガラス成形面とされた被覆層と、
    を有するガラス成形ロールを用いて溶融ガラスを成形することを特徴とするガラス板の製造方法。
  11. 　前記溶融ガラスの粘度が０．０１～１００ｄＰａ・ｓである請求項１０記載のガラス板の製造方法。
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