JPWO2013118564A1 - 板ガラス製造装置、及び板ガラス製造方法 - Google Patents

板ガラス製造装置、及び板ガラス製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、溶融金属を収容する浴槽を備え、前記溶融金属上に連続的に供給される溶融ガラスを前記溶融金属上で流動させてガラスリボンに成形する板ガラス製造装置において、前記浴槽がカーボン又は窒化ホウ素で形成される板ガラス製造装置に関する。

Description

本発明は、板ガラス製造装置、及び板ガラス製造方法に関する。
板ガラス製造装置は、溶融金属（例えば溶融スズ）を収容する浴槽を備え、溶融金属上に連続的に供給される溶融ガラスを溶融金属上で流動させてガラスリボンに成形する（例えば、特許文献１参照）。成形されたガラスリボンは、溶融金属から斜め上方に引き上げられ、徐冷炉に送られる。徐冷炉内で徐冷されたガラスリボンは、切断装置によって所定の寸法形状に切断され、製品である板ガラスが得られる。板ガラスは研磨されていてもよい。
日本国特開２０１０−２０２５０７号公報
浴槽は、上方に開放された箱状に形成され、複数のレンガで構成される。浴槽の上方には、ガラスリボンや溶融金属を加熱するヒータが設けられる。一方、浴槽の下方には、レンガ同士の間の目地（隙間）からの溶融金属の流出を抑制するため、溶融金属の融点以下の温度に浴槽の下面全体を冷却するクーラが設けられる。従って、ヒータが与えた熱をクーラで取り除くので、エネルギーの使用効率が悪かった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、エネルギーの使用効率が良い板ガラス製造装置、及び板ガラス製造方法の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一の態様による板ガラス製造装置は、
溶融金属を収容する浴槽を備え、前記溶融金属上に連続的に供給される溶融ガラスを前記溶融金属上で流動させてガラスリボンに成形する板ガラス製造装置において、
前記浴槽がカーボン又は窒化ホウ素で形成される。
本発明の一の態様による板ガラス製造装置において、前記浴槽はカーボンで形成され、前記浴槽の表面の露出部分の少なくとも一部は酸化防止膜で覆われていることが好ましい。
本発明の一の態様による板ガラス製造装置において、前記浴槽の側方を囲む側壁部と、前記浴槽の下方に配置される底壁部とで構成される断熱部材を備えることが好ましい。
前記浴槽の底壁部と前記断熱部材の底壁部との間に空間を形成する空間形成部材を備えることが好ましい。
前記空間に配置される発熱体を備えることが好ましい。
前記断熱部材の側方を囲む側壁部と、前記断熱部材の下方を覆う底壁部とで構成される気密性を有するケースを備えることが好ましい。
また、本発明の他の態様による板ガラス製造方法は、
浴槽内の溶融金属上に連続的に供給される溶融ガラスを前記溶融金属上で流動させてガラスリボンに成形する工程を有する板ガラス製造方法であって、
前記浴槽がカーボン又は窒化ホウ素で形成される。
本発明の他の態様による板ガラス製造方法において、前記浴槽はカーボンで形成され、前記浴槽の表面の露出部分の少なくとも一部は酸化防止膜で覆われていることが好ましい。
本発明の他の態様による板ガラス製造方法において、前記浴槽の外側には、前記浴槽の側方を囲む側壁部と、前記浴槽の下方に配置される底壁部とで構成される断熱部材が配置されていることが好ましい。
前記浴槽の底壁部と前記断熱部材の底壁部との間に空間が形成されていることが好ましい。
前記空間に発熱体が配置されていることが好ましい。
前記断熱部材の外側には、前記断熱部材の側方を囲む側壁部と、前記断熱部材の下方を覆う底壁部とで構成される気密性を有するケースが配置されていることが好ましい。
本発明の他の態様による板ガラス製造方法において、前記板ガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５０〜６６％、Ａｌ２Ｏ３：１０．５〜２４％、Ｂ２Ｏ３：０〜１２％、ＭｇＯ：０〜８％、ＣａＯ：０〜１４．５％、ＳｒＯ：０〜２４％、ＢａＯ：０〜１３．５％、ＺｒＯ２：０〜５％を含有し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９〜２９．５％である無アルカリガラスからなることが好ましい。
前記板ガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５８〜６６％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜２２％、Ｂ２Ｏ３：５〜１２％、ＭｇＯ：０〜８％、ＣａＯ：０〜９％、ＳｒＯ：３〜１２．５％、ＢａＯ：０〜２％を含有し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９〜１８％である無アルカリガラスからなることが好ましい。
本発明によれば、エネルギーの使用効率が良い板ガラス製造装置、及び板ガラス製造方法が提供される。
図１は、本発明の一実施形態による板ガラス製造装置の一部を示す断面図である。 図２は、隣り合う底壁用ブロック同士の連結態様を示す断面図である。 図３は、第１変形例による隣り合う底壁用ブロック同士の連結態様を示す断面図である。 図４は、第２変形例による隣り合う底壁用ブロック同士の連結態様を示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、同一のまたは対応する構成には、同一のまたは対応する符号を付して、説明を省略する。また、ガラスリボンの搬送方向上流側を上流側とし、ガラスリボンの搬送方向下流側を下流側として説明する。
図１は本発明の一実施形態による板ガラス製造装置の一部を示す断面図である。
板ガラス製造装置１０は、溶融金属（例えば溶融スズ）Ｍを収容する浴槽２１を備え、溶融金属Ｍ上に連続的に供給される溶融ガラスＧ１を溶融金属Ｍ上で流動させてガラスリボンＧ２に成形する。成形されたガラスリボンＧ２は、溶融金属Ｍから斜め上方に引き上げられ、徐冷炉に送られる。徐冷炉内で徐冷されたガラスリボンは、切断装置によって所定の寸法形状に切断され、製品である板ガラスが得られる。板ガラスは研磨されていてもよい。
板ガラス製造装置１０は、浴槽２１の上方を覆う天井２２を更に備える。天井２２には、天井２２と浴槽２１との間の空間に還元性ガスを供給するガス供給路２４が設けられている。また、ガス供給路２４にはヒータ２５が挿通されており、ヒータ２５の発熱部２５ａが浴槽２１の上方に配置されている。
ガス供給路２４は、浴槽２１内の溶融金属Ｍの酸化を防止するため、浴槽２１と天井２２との間の空間に還元性ガスを供給する。還元性ガスは、例えば、水素ガスを１〜１５体積％、窒素ガスを８５〜９９体積％含んでいる。浴槽２１と天井２２との間の空間は、外部から大気が混入するのを防止するため、大気圧よりも高い気圧に保たれている。
ヒータ２５は、例えば、ガラスリボンＧ２の流動方向および幅方向に間隔をおいて複数配列されている。ヒータ２５の出力は、ガラスリボンＧ２の流動方向上流側ほど、ガラスリボンＧ２の温度が高くなるように制御される。また、ヒータ２５の出力は、ガラスリボンＧ２の厚さが幅方向に均一になるように制御される。
板ガラス製造装置１０は、下部構造４０に特徴がある。以下、板ガラス製造装置１０の下部構造４０について説明する。下部構造４０は、浴槽２１、断熱部材４１、空間形成部材４２、発熱体４３、ケース４４、及び支持部材４５等を含む。
（浴槽）
浴槽２１は、上方に開放された箱状であって、複数の側壁用ブロック２６、及び複数の底壁用ブロック２７で構成される。各側壁用ブロック２６及び各底壁用ブロック２７は、カーボン（グラファイト、非晶質カーボンを含む）又は窒化ホウ素（ＢＮ）で形成される。
このように、浴槽２１は、カーボン又は窒化ホウ素（ＢＮ）で形成されているので、従来のレンガで形成される場合に比べて、浴槽２１内に収容される溶融金属Ｍとの濡れ性が低い。よって、浴槽２１の目地（隙間）から溶融金属Ｍが流出し難いので、溶融金属Ｍの融点以下の温度に浴槽２１の下面全体を冷却するクーラが不要である。そのため、エネルギーの使用効率が良い。
浴槽２１がカーボンで形成される場合、カーボンの焼失を防止するため、浴槽２１の表面の露出部分（溶融金属Ｍと接触していない部分）の少なくとも一部は酸化防止膜で覆われてよい。酸化防止膜は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やシリカ（ＳｉＯ２）等のセラミックス膜であってよい。酸化防止膜の形成方法としては、例えば溶射法が用いられる。
図２は、隣り合う底壁用ブロック同士の連結態様を示す断面図である。尚、隣り合う底壁用ブロック２７と側壁用ブロック２６との連結態様は同様であるので、図示を省略する。
隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂは、ボルト２８によって連結されてよい。ボルト２８は、一方の底壁用ブロック２７Ａを貫通し、他方の底壁用ブロック２７Ｂにねじ止めされる。ボルト２８は、底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂと同じカーボンで形成されてよい。
隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂの対向面２９Ａ、２９Ｂは、それぞれ、鉛直な平面であって、互いに接触してよい。
隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂの間には、溶融金属Ｍの流出を確実に防止するため、隙間をシールする耐熱性シール部材３１が配置されてよい。耐熱性シール部材３１は、溶融金属Ｍに対する耐食性が高い材料で形成され、使用時に変形可能な材料で形成されてよい。具体例としては、使用温度で軟化するガラスが挙げられる。耐熱性シール部材３１は、隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂの対向面２９Ａ、２９Ｂの少なくとも一方（図２では両方）に形成される溝部３２Ａ、３２Ｂに支持されてよい。
（断熱部材）
断熱部材４１は、浴槽２１の外側に配置される。断熱部材４１は、浴槽２１とは異なり、溶融金属Ｍと接触しないので、溶融金属Ｍに対する耐食性は要求されない。断熱部材４１の材料としては、例えば熱伝導率の低いセラミックウール、ガラスウール等の繊維状の断熱材が使用可能である。
断熱部材４１は、上方に開放された箱状であって、浴槽２１の側方を囲む環状の側壁部４１ａ、及び浴槽２１の下方に配置される底壁部４１ｂで構成される。このように、浴槽２１の外側に断熱部材４１が配置されることによって、浴槽２１を効率良く加熱することができる。
断熱部材４１の底壁部４１ｂの厚さは、上流部分４１ｃが厚く、下流部分４１ｄが薄くてよい。下流部分４１ｄにおいて放熱が進むので、ガラスリボンＧ２の温度を溶融金属Ｍから引き上げ可能な温度に低下するためのガラスリボンＧ２の流動距離を短縮することができる。
（空間形成部材）
空間形成部材４２は、浴槽２１から断熱部材４１への熱伝導を抑えるため、浴槽２１の底壁部２１ｂと断熱部材４１の底壁部４１ｂとの間に空間Ｓを形成する。尚、浴槽２１の環状の側壁部２１ａは断熱部材４１の環状の側壁部４１ａよりも小さく、浴槽２１の側壁部２１ａと断熱部材４１の側壁部４１ａとの間にも空間が形成されている。
空間形成部材４２は、断熱部材４１が繊維材料で形成され柔らかい場合、図１に示すように断熱部材４１を貫通して、ケース４４の底壁部４４ｂに固定されてよい。空間形成部材４２は、間隔をおいて複数設けられてよい。尚、空間形成部材４２は、断熱部材４１がブロック状の焼結体であって硬い場合、断熱部材４１の底壁部４１ｂと、浴槽２１の底壁部２１ｂとの間にスペーサとして配置されてよい。
空間形成部材４２には、浴槽２１の荷重がかかると共に、浴槽２１の熱が伝達する。そのため、空間形成部材４２は、耐荷重強度及び耐熱性が高い材料（例えば、炭化ケイ素、耐熱合金等）で形成される。空間形成部材４２は、複数種類の材料で形成されてもよく、例えば空間形成部材４２の上部分が炭化ケイ素で形成され、空間形成部材４２の下部分が耐熱合金で形成されてもよい。
（発熱体）
発熱体４３は、ヒータ等で構成され、浴槽２１の底壁部２１ｂと断熱部材４１の底壁部４１ｂとの間の空間Ｓに配置される。浴槽２１を下方から効率良く加熱することができる。
発熱体４３は、水平方向に間隔をおいて複数配列されてよい。各発熱体４３の出力は、下流側ほど高くなるように設定されてよい。
（ケース）
ケース４４は、上方に開放された箱状であって、断熱部材４１の外側に配置され、断熱部材４１の側方を囲む環状の側壁部４４ａ、及び断熱部材４１の下方を覆う底壁部４４ｂで構成される。ケース４４は、気密性を有し、外気の浸入による溶融金属Ｍの酸化を抑制する。ケース４４は、例えば複数枚の金属板（ステンレス鋼板、又は鉄板等）を溶接で継ぎ合わせて形成される。ケース４４の内側に断熱部材４１が貼り付けられてよい。
（支持部材）
支持部材４５は、床Ｆｒに固定され、ケース４４を支持する柱状の部材である。支持部材４５は、床Ｆｒから熱を奪われるので、高い耐熱性は要求されない。支持部材４５は、耐荷重強度の高い材料で構成される。支持部材４５の材料としては、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）や鋳鉄等が挙げられる。
（板ガラス製造方法）
板ガラス製造方法は、図１に示すように、浴槽２１内の溶融金属（例えば溶融スズ）Ｍ上に連続的に供給される溶融ガラスＧ１を溶融金属Ｍ上で流動させてガラスリボンＧ２に成形する工程を有する。成形されたガラスリボンＧ２は、溶融金属Ｍから斜め上方に引き上げられ、徐冷炉に送られる。徐冷炉内で徐冷されたガラスリボンは、切断装置によって所定の寸法形状に切断され、製品である板ガラスが得られる。板ガラスは研磨されていてもよい。
浴槽２１は、カーボン又は窒化ホウ素で形成されているので、従来のレンガで形成される場合に比べて、浴槽２１内に収容される溶融金属Ｍとの濡れ性が低い。よって、浴槽２１の目地から溶融金属Ｍが流出し難く、溶融金属Ｍの融点以下の温度に浴槽２１の下面全体を冷却するクーラが不要である。そのため、エネルギーの使用効率が良い。
浴槽２１の外側には、熱の流出を抑制するため、浴槽２１の側方を囲む環状の側壁部４１ａと、浴槽２１の下方を覆う底壁部４１ｂとで構成される断熱部材４１が配置されてよい。浴槽２１の底壁部２１ｂと断熱部材４１の底壁部４１ｂとの間には、浴槽２１から断熱部材４１への熱伝導を抑えるため、空間Ｓが形成されてよい。
空間Ｓには発熱体４３が配置されてよい。浴槽２１を下方から効率良く加熱することができる。発熱体４３は、水平方向に間隔をおいて複数配列されてよい。各発熱体４３の出力は、下流側ほど高くなるように設定されてよい。
断熱部材４１の外側には、外気（酸素）の混入を防止するため、断熱部材４１の側方を囲む環状の側壁部４４ａと、断熱部材４１の下方を覆う底壁部４４ｂとで構成される気密性を有するケース４４が配置されてよい。溶融金属Ｍの酸化を抑制することができる。ケース４４は、例えば複数枚の金属板を溶接で継ぎ合わせて形成される。ケース４４の内側に断熱部材４１が貼り付けられてよい。
（板ガラス）
板ガラスのガラスの種類は、板ガラスの用途に応じて選択される。例えばＬＣＤ用のガラス基板の場合、無アルカリガラスが用いられる。また、ＰＤＰ用のガラス基板の場合、車両用の窓ガラス、建築物用の窓ガララスの場合、ソーダライムガラスが用いられる。ディスプレイ用のカバーガラスの場合、化学強化可能なアルカリシリケートガラスが主に用いられる。フォトマスク用の基板の場合、熱膨張係数の低い石英ガラスが主に用いられる。
無アルカリガラスは、例えば、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５０〜６６％、Ａｌ２Ｏ３：１０．５〜２４％、Ｂ２Ｏ３：０〜１２％、ＭｇＯ：０〜８％、ＣａＯ：０〜１４．５％、ＳｒＯ：０〜２４％、ＢａＯ：０〜１３．５％、ＺｒＯ２：０〜５％を含有し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９〜２９．５％である。無アルカリガラスは、アルカリ金属酸化物の含有量の合量が０．１％以下であってよい。
無アルカリガラスは、好ましくは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５８〜６６％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜２２％、Ｂ２Ｏ３：５〜１２％、ＭｇＯ：０〜８％、ＣａＯ：０〜９％、ＳｒＯ：３〜１２．５％、ＢａＯ：０〜２％を含有し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９〜１８％である。
板ガラスの化学組成は、市販の蛍光Ｘ線分析装置（例えば、理学電気工業株式会社製、ＺＳＸ１００ｅ）で測定される。
［第１変形例］
上記実施形態では隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂの対向面２９Ａ、２９Ｂがそれぞれ鉛直な平面であるのに対し、本変形例では対向面の一方に凸部が形成され、他方に凹部が形成されている点で相違する。以下、相違点を中心に説明する。
図３は、第１変形例による隣り合う底壁用ブロックの連結態様を示す断面図であって、図２に相当する図である。
隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂは、図３に示すように、一方の対向面２９Ａに形成される凸部３３Ａを、他方の対向面２９Ｂに形成される凹部３４Ｂに挿入して連結されてよい。本変形例では、図２に示すボルト２８が不要である。
［第２変形例］
上記実施形態では隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂの対向面２９Ａ、２９Ｂがそれぞれ鉛直な平面であるのに対し、本変形例では対向面２９Ａ、２９Ｂがそれぞれ水平な部分を有する点で相違する。以下、相違点を中心に説明する。
図４は、第２変形例による隣り合う底壁用ブロックの連結態様を示す断面図であって、図２に相当する図である。
隣り合う底壁用ブロック２７Ａ、２７Ｂの対向面２９Ａ、２９Ｂは、それぞれ、水平な部分３６Ａ、３６Ｂを有してよい。互いに対向する水平な部分３６Ａ、３６Ｂの間では、重力による溶融金属Ｍの流出が緩やかになる。この場合、耐熱性シール部材３１は、水平な部分３６Ａ、３６Ｂの少なくとも一方に形成される溝部３７Ａに支持されてよい。
以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は、上記の実施形態等に制限されることはない。本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
本出願は、２０１２年２月８日出願の日本特許出願２０１２−０２４７５２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１０ 板ガラス製造装置
２１ 浴槽
２１ａ 浴槽の側壁部
２１ｂ 浴槽の底壁部
２６ 側壁用ブロック
２７ 底壁用ブロック
４１ 断熱部材
４１ａ 断熱部材の側壁部
４１ｂ 断熱部材の底壁部
４２ 空間形成部材
４３ 発熱体
４４ ケース
４４ａ ケースの側壁部
４４ｂ ケースの底壁部
Ｇ１ 溶融ガラス
Ｇ２ ガラスリボン
Ｍ 溶融金属
Ｓ 空間

Claims (14)

  1. 溶融金属を収容する浴槽を備え、前記溶融金属上に連続的に供給される溶融ガラスを前記溶融金属上で流動させてガラスリボンに成形する板ガラス製造装置において、
    前記浴槽がカーボン又は窒化ホウ素で形成される板ガラス製造装置。
  2. 前記浴槽はカーボンで形成され、前記浴槽の表面の露出部分の少なくとも一部は酸化防止膜で覆われている請求項１に記載の板ガラス製造装置。
  3. 前記浴槽の側方を囲む側壁部と、前記浴槽の下方に配置される底壁部とで構成される断熱部材を備える請求項１又は２に記載の板ガラス製造装置。
  4. 前記浴槽の底壁部と前記断熱部材の底壁部との間に空間を形成する空間形成部材を備える請求項３に記載の板ガラス製造装置。
  5. 前記空間に配置される発熱体を備える請求項４に記載の板ガラス製造装置。
  6. 前記断熱部材の側方を囲む側壁部と、前記断熱部材の下方を覆う底壁部とで構成される気密性を有するケースを備える請求項３〜５のいずれか１項に記載の板ガラス製造装置。
  7. 浴槽内の溶融金属上に連続的に供給される溶融ガラスを前記溶融金属上で流動させてガラスリボンに成形する工程を有する板ガラス製造方法であって、
    前記浴槽がカーボン又は窒化ホウ素で形成される板ガラス製造方法。
  8. 前記浴槽はカーボンで形成され、前記浴槽の表面の露出部分の少なくとも一部は酸化防止膜で覆われている請求項７に記載の板ガラス製造方法。
  9. 前記浴槽の外側には、前記浴槽の側方を囲む側壁部と、前記浴槽の下方に配置される底壁部とで構成される断熱部材が配置されている請求項７又は８に記載の板ガラス製造方法。
  10. 前記浴槽の底壁部と前記断熱部材の底壁部との間に空間が形成されている請求項９に記載の板ガラス製造方法。
  11. 前記空間に発熱体が配置されている請求項１０に記載の板ガラス製造方法。
  12. 前記断熱部材の外側には、前記断熱部材の側方を囲む側壁部と、前記断熱部材の下方を覆う底壁部とで構成される気密性を有するケースが配置されている請求項９〜１１のいずれか１項に記載の板ガラス製造方法。
  13. 前記板ガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５０〜６６％、Ａｌ２Ｏ３：１０．５〜２４％、Ｂ２Ｏ３：０〜１２％、ＭｇＯ：０〜８％、ＣａＯ：０〜１４．５％、ＳｒＯ：０〜２４％、ＢａＯ：０〜１３．５％、ＺｒＯ２：０〜５％を含有し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９〜２９．５％である無アルカリガラスからなる請求項７〜１２のいずれか１項に記載の板ガラス製造方法。
  14. 前記板ガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５８〜６６％、Ａｌ２Ｏ３：１５〜２２％、Ｂ２Ｏ３：５〜１２％、ＭｇＯ：０〜８％、ＣａＯ：０〜９％、ＳｒＯ：３〜１２．５％、ＢａＯ：０〜２％を含有し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９〜１８％である無アルカリガラスからなる請求項１３に記載の板ガラス製造方法。
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