JP5190558B2 - ガラス板製造装置およびガラス板冷却方法 - Google Patents
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Description
図1に、本発明の第1実施形態に係るガラス板製造装置100の概略構成図を示す。ガラス板製造装置100は、フュージョン法を採用してガラス板91を製造する装置である。ガラス板製造装置100によって製造されるガラス板91は、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイなどのフラットパネルディスプレイのガラス基板に用いられる。また、本実施形態において、ガラス板製造装置100は、G5サイズのガラス基板に用いるガラス板91を製造する。ガラス板製造装置100は、帯状のガラス板91を連続的に製造する。
(2−1)成形体
成形体10は、溶融ガラス90をオーバーフローさせることによって、溶融ガラス90を板状のガラス(ガラス板91)へと成形する。成形体10は、流し込み口12を有する(図3参照)。溶解槽200および清澄槽300を経由した溶融ガラス90は、流し込み口12から流し込まれる。
上下雰囲気仕切り部材20,20は、溶融ガラス90の合流ポイントの近傍に配置されている。また、図2に示すように、上下雰囲気仕切り部材20,20は、ガラス板91の厚み方向両側に配置される。上下雰囲気仕切り部材20,20は、断熱材である。すなわち、上下雰囲気仕切り部材20,20は、溶融ガラス90の合流ポイントの上側雰囲気および下側雰囲気を仕切ることにより、上下雰囲気仕切り部材20,20の上側から下側への熱の移動を遮断する。
冷却ローラ30,30,・・・は、成形体10の下端部で合流して板状になった溶融ガラス90(ガラス板91)に接触して、ガラスを冷却するために設置される。
冷却調整ユニット40a−40fは、ガラス板91の冷却速度を調整するユニットである。本実施形態では、6つの冷却調整ユニット40a−40fが設けられている。冷却調整ユニット40a−40fは、図2および図3に示すように、上下雰囲気仕切り部材20,20の下方に配置される。また、冷却調整ユニット40a−40fは、ガラス板91の流下方向に沿って並列して配置されている。複数の冷却調整ユニット40a−40fは、隙間なく並べられる。各冷却調整ユニット40a−40fは、独立して制御可能な構成になっている。本実施形態では、冷却調整ユニット40a−40fは、ガラス板91の流下方向に沿って、ガラス板91を段階的に冷却できるようにそれぞれ制御される。
冷却調整板41aは、ガラス板91の表面近傍に配置され、ガラス板91の冷却速度を調整する部材である。冷却調整板41aは、溶融ガラス90(ガラス板91)の流れ方向に交差する方向(すなわち、水平方向)に延びる。冷却調整板41aの長手方向の長さは、ガラス板91の幅方向の長さよりもわずかに短い。本実施形態では、冷却調整板41aの長手方向の長さは1,500mmである。
温度制御ユニット50aは、冷却調整板41aの温度を調整する。具体的には、温度制御ユニット50aは、ガラス板91の流下方向に沿ってガラス板91が段階的に冷却されるように、対応する冷却調整板41aの温度を調整する。
パイプ51aは、冷却調整板41aの全体を冷却するための流体を流す。ここで、パイプに流される流体とは、ガス(例えば、空気や、窒素等の不活性ガス)である。パイプ51aには、メインパイプ52aと、サブパイプ531a,532aとが含まれる。
サーミスタ56は、冷却調整板41aの温度を測定する。サーミスタ56は、冷却調整板41aの長手方向に複数取り付けられている。サーミスタ56で測定された冷却調整板41aの温度は、後述する制御装置80に送られる。
気体制御ユニット57aは、冷却調整板41aに吹き付けられたガスの流れを制御するユニットである。具体的には、気体制御ユニット57aは、冷却調整板41aに吹き付けられたガスが、冷却調整板41aの長手方向に流れないように制御する。より具体的には、気体制御ユニット57aは、図6に示すように、メインパイプ52aの吹出口521から吹き出されたガスが、冷却調整板41aに吹き付けられた後、冷却調整板41aの長手方向に流れる前に、吹き出し方向d1と真逆の方向d2へ流れるようにガスの流れを制御する。気体制御ユニット57aは、吹出口521から吹き出されたガスを方向d2に流れるように制御することにより、一の吹出口521から吹き出されるガスが、他の吹出口5212から吹き出されるガスの流れ方向d1に影響を与えないように構成されている。方向d2に流されたガスは、炉外へ放出される。
囲み部材70a,70b,70c,・・・は、冷却調整板41a,41b,41cの温度を制御するための空間72a,72b,72c,・・・を形成する部材である。囲み部材70a,70b,70c,・・・は、冷却調整板41a,41b,41cの折り曲げ部42a,42b,42cに接続されている。冷却調整板41a,41b,41cと、冷却調整板41a,41b,41cに接続された囲み部材70a,70b,70c,・・・とが、パイプ51a,51b,51c,・・・を取り囲む空間72a,72b,72c,・・・を形成する。
断熱部材71,71,・・・は、隣接する空間72a,72b,72cの熱の移動を遮断する部材である。具体的には、断熱部材71,71,・・・は、隣接する空間72a,72b,72cを形成する囲み部材70a,70b,70c,・・・の間に配置される。より具体的には、図5に示すように、断熱部材71は、第1の空間72aを形成する第1の囲み部材70aと、第1の空間72aに隣接する第2の空間72bを形成する第2の囲み部材70bとの間に配置され、第1の空間72aと第2の空間72bとの間の熱の移動を遮断する。また、断熱部材71は、第2の空間72bを形成する第2の囲み部材70bと、第2の空間72bに隣接する第3の空間72cを形成する第3の囲み部材70cとの間に配置され、第2の空間72bと第3の空間72cとの間の熱の移動を遮断する。
引下げローラ60,60,・・・は、冷却調整ユニット40a−40fに対して、ガラス板91の流下方向下流に配置され、ガラス板91を下方向へ引き下げる。引下げローラ60,60,・・・は、ガラス板91の厚み方向両側(図2参照)、および、ガラス板91の幅方向両側(図3参照)に配置される。
制御装置80は、CPU、RAM、ROM、およびハードディスク等から構成されている。制御装置80は、図8に示すように、冷却ローラ30,30、引下げローラ60,60,・・・、気体制御ユニット57a、ガス供給ユニット54、ガス供給弁55、およびサーミスタ56等と接続されている。
成形体10からオーバーフローした溶融ガラス90は、成形体10の両側面を沿って流下し、成形体10の下端部で合流する。成形体10の下端部で合流した溶融ガラス90は、その後、板状(ガラス板91)になってさらに流下する。ガラス板91は、冷却ローラ30によって幅方向両端部が挟み込まれ、両端部が冷却される。また、ガラス板91の幅方向両端部を除く部分は、複数の冷却調整ユニット40a−40fによって、流下方向に沿って段階的に冷却速度が調整される。具体的には、第1の冷却調整板41aと、当該第1の冷却調整板41aに対応する第1の温度制御ユニット50aとによって、ガラス板91の幅方向の温度が一定になるように制御される。その後、ガラス板91は、第1の冷却調整板41aに並列して配置された第2の冷却調整板41bと、第2の冷却調整板41bに対応する第2の温度制御ユニット50bとによって、さらに冷却される。この時、第2の温度制御ユニット50bもまた、第2の冷却調整板41bの長手方向の温度を一定にし、ガラス板91の幅方向の温度を均一にするように制御される。このように、複数の冷却調整ユニット40a−40fは、ガラス板91の幅方向の温度を均一にしながら、ガラス板91の流下方向に沿って、ガラス板91を段階的に冷却する。その後、引下げローラ60によってガラス板91は、さらに下方へ引き下げられ、その後、所定の長さ毎に切断されていく。
(4−1)
上記実施形態に係るガラス板製造装置100では、成形装置101においてガラス板91(溶融ガラス90)の流下方向に沿って複数の冷却調整ユニット40a−40fが並列して配置される。冷却調整ユニット40a−40fに含まれる冷却調整板41a,41b,41c,・・・の温度は、対応する温度制御ユニット50a,・・・によって調整される。すなわち、ガラス板91の上下方向(長手方向)の冷却速度の制御の自由度が、ガラス板製造装置100では向上している。
また、上記実施形態に係るガラス板製造装置100では、成形装置101において、複数の冷却調整ユニット40a−40fを用いている。一の冷却調整ユニット40aに含まれる冷却調整板41aは、ガラス板91の幅方向に延びている。そして、温度制御ユニット50aは、冷却調整板41aの全体の温度制御を行う。したがって、ガラス板91の幅方向の温度を均一に保った状態で、ガラス板91の流下方向に沿って、ガラス板91の温度を段階的に下げていくことができる。これにより、ガラス板91の有効幅内の平面度品質を良好に保つことができる。
上記実施形態に係るガラス板製造装置100では、上下雰囲気仕切り部材20,20の下方に、複数の冷却調整ユニット40a−40fが設けられる。上下雰囲気仕切り部材20,20の下方は、上下雰囲気仕切り部材20,20によって成形体10の熱が遮断された空間になっている。冷却調整ユニット40a−40fは、成形体10の熱が遮断された空間で、溶融ガラス90の冷却速度を制御する。これにより、成形体上を流れる溶融ガラスの温度に与える影響を低減し、温度制御を効率よく行うことができる。
上記実施形態では、冷却調整板41a,41b,41c,・・・にガスを吹き付けるメインパイプ52a,・・・が、冷却調整板41a,41b,41c,・・・と同様、水平方向に延びている。また、メインパイプ52a,・・・は、冷却調整板41a,41b,41c,・・・に対向し、所定の距離間隔を空けて設けられた吹出口を有する。吹出口は、サブパイプが連結された側部からの位置によって大きさが設定されている。冷却調整板41a,41b,41cの温度は、吹出口から吹き付けられるガスによって調整される。これにより、冷却調整板41a,41b,41c,・・・の幅方向の温度を均一に近づけるように、温度制御を行うことができる。
また、上記実施形態では、メインパイプ52aが有する吹出口521は、側部からの距離に応じて幅方向の中心線Cを対称に異なる大きさを有している。ループ配管により両側部から等しい圧力の冷却ガスを供給しているため、側部(サブパイプからメインパイプへのガスの供給位置)から吹出口521までの距離が遠くなればなるほど圧力損失が大きくなる。すなわち、吹出口521の位置が側部から離れれば離れるほど、吹出口521から吹き出されるガスの圧力が下がり、全ての吹出口521で十分な流量を確保することが困難である。そこで、上記実施形態では、各吹出口の大きさ(開口面積)を、側部からの距離に応じて変更している。具体的には、側部から離れれば離れるほど吹出口521の開口面積を大きくしている。また、吹出口521は、中心線Cに対して対称となる位置に形成されている。その結果、冷却調整板41aの長手方向の温度が均一になるように、メインパイプ52aからガスが吹き出される。これによりそれぞれの冷却調整板41a,41b,41c,・・・は幅方向でほぼ均一な温度に保たれ好適な平面度のガラス板91を製造することができる。
さらに、上記実施形態では、冷却調整板41a,41b,41c,・・・がチャンネルである。すなわち、冷却調整板41aは、折り曲げ部42aと、主部43aとを有し、折り曲げ部42aは、水平方向に延びる金属部材の上下の折り曲げられた部分であり、主部43aは、水平方向に延びる金属部材のうち折り曲げ部42aを除く部分であり、ガラス板91に対向する平坦な面である。したがって、冷却調整板41a,41b,・・・は、この折り曲げ構造を採ることにより、平面方向の曲げ応力に対する断面二次モーメントが大きくなるため、主部43aの表面と裏面の温度差による変形が抑えられる。すなわち、冷却調整板41a,41b,・・・の湾曲を抑え、ガラス板(ガラスリボン)91と冷却調整板41a,41b,・・・との距離が特にガラス板の引き下げ方向において場所により大きく異なることを防ぐことができる。これにより、ガラスリボンの冷却過程における平面度の悪化を抑制することができる。
また、上記実施形態では、囲み部材70a,70b,70c,・・・と、断熱部材71,71,・・・とを用いることにより、一の冷却調整ユニット40aが、隣接する冷却調整ユニット40bに影響を与え難い構成にしている。具体的に、第1の冷却調整ユニット40aの冷却調整板(第1の冷却調整板)41aに接続された囲み部材70aと、第2の冷却調整ユニット40bの冷却調整板(第2の冷却調整板)41bに接続された囲み部材70bとの間に、断熱部材71を配置しているため、第1の冷却調整板41aの温度を調整するための第1の空間72aと、第2の冷却調整板41bの温度を調整するための第2の空間72bとの間での熱の移動が遮られる。
さらに、上記実施形態では、気体制御ユニット57aによって、冷却調整板41aに吹き付けられた後のガスの流れが制御される。気体制御ユニット57aは、パイプから冷却調整板41aへのガスの吹き出し方向d1と真逆の方向d2へ流す。これにより、一の吹出口521から吹き出されたガスが、他の吹出口521から吹き出されるガスの流れ方向d1に与える影響を低減させることができる。
(5−1)変形例A
上記実施形態では、フュージョン法を用いてガラス板91を製造する場合の例を説明したが、複数の冷却調整ユニット40a−40fを用いた構成は、スロットダウンドロー法を用いてガラス板91を製造する場合にも採用することができる。
上記実施形態では、熱伝導率の高い材料として、純ニッケルを採用したが、熱伝導率の高い材料として、他の材料を用いても構わない。例えば、モリブデン、焼結SiC、再結晶SiC、人造黒鉛、鉄、タングステン等であっても構わない。但し、モリブデンを採用する場合には、非酸化雰囲気で使用することが好ましい。また、モリブデンを酸化雰囲気で使用する場合には、耐酸化コートを施すことが好ましい。また、焼結SiCは、酸化雰囲気で採用することができ、人造黒鉛、鉄、およびタングステンは、非酸化雰囲気で使用される場合に採用することができる。また、冷却調整板とガラス板の熱輻射による熱交換を促進するため、放射率があまり高くない材料を用いる場合は、その耐熱性の部材表面に放射率を上げる材料をコーティングしたものを冷却調整板41a,41b,41c,・・・として用いることが望ましい。
上記実施形態では、冷却調整板41a,41b,41c,・・・としてチャンネル(溝形鋼形状)を用いたが、冷却調整板41a,41b,41c,・・・は、上記形状に限定されず、他の形状であっても構わない。このとき、隣接する冷却調整板41a,41b同士の接触を最小限にし、隣接する冷却調整板41a,41b同士の熱伝導を抑えるような構成にすることが好ましい。例えば、冷却調整板41a,41b,41c,・・・は、丸棒(円柱)形状や、奇数の多角柱形状などであってもよい。
上記実施形態において、メインパイプ52aには複数の吹出口521が均等に形成されていたが、当該複数の吹出口521は、側部からの距離および吹出口521の大きさに基づいた距離間隔で形成されていてもよい。
上記実施形態では、G5サイズのガラス基板に用いるガラス板91を製造する際の例として、冷却調整板41a,41b,41c,・・・の長手方向の長さや、冷却調整ユニット40a−40fの数(6つ)を例示したが、製造するガラス板91の大きさに応じて、長手方向の長さや冷却調整ユニットの数を調整してもよい。
また、上記実施形態において、冷却調整板41aの主部43aは、幅方向には高い真直度を保つことが望ましいが、高さ方向には凸凹であってもよい。これにより、ガラス板91に沿って発生する上昇気流の流れを抑制し、場所による冷却速度差の発生を抑えることができる。
上記実施形態に係るガラス板製造装置100において、一のガス供給ユニット54が、一の冷却調整ユニット40aに対してガスを供給する構成であってもよく、また、一のガス供給ユニット54が複数の冷却調整ユニット40a−40fに対してガスを供給する構成であってもよい。
11 溝
20 上下雰囲気仕切り部材
30 冷却ローラ
40a−40f 冷却調整ユニット
41a,41b,41c,・・・ 冷却調整板
42a,42b,42c,・・・ 折り曲げ部
43a,43b,・・・ 主部
50a 温度制御ユニット
51a,51b,51c,・・・ パイプ
52a メインパイプ
55 ガス供給弁
57a 気体制御ユニット
60 引下げローラ
90 溶融ガラス
91 ガラス板
100 ガラス板製造装置
101 成形装置
521 吹出口
531a,532a サブパイプ
Claims (6)
- 成形体(10)からオーバーフローした溶融ガラス(90)を、前記成形体の両側面に沿って流下させた後、前記成形体の下端部近傍で合流させてガラス板(91)を製造する、ガラス板製造装置(100)であって、
前記溶融ガラスの合流ポイントの近傍に配置される断熱材(20)と、
前記断熱材の下方に配置され、前記ガラス板の冷却速度を調整する複数の冷却調整ユニット(40a,40b,40c,・・・)と、
を備え、
前記冷却調整ユニットは、
前記ガラス板と対向する面を有し、かつ、前記溶融ガラスの合流ポイントより下方で、前記ガラス板の流れ方向に沿って並列して配置され、前記ガラス板の冷却速度を調整する冷却調整板(41a,41b,41c,・・・)と、
前記冷却調整板に対応して設けられ、前記冷却調整板を冷却する温度制御ユニット(50a,・・・)と、
を有し、
前記ガラス板は、前記温度制御ユニットによって冷却されて冷却源となった前記冷却調整板により、冷却速度が調整されて段階的に冷却される、
ガラス板製造装置。 - 前記各冷却調整板は、前記ガラス板の流れ方向に沿って、隣接して配置されている、
請求項1に記載のガラス板製造装置。 - 前記各冷却調整板の前記ガラス板と対向する面の反対側の空間は、断熱部材(71)により、前記各冷却調整板に対応した空間に区切られている、
請求項1または2に記載のガラス板製造装置。 - 前記断熱材は、前記溶融ガラスの合流ポイントの上側雰囲気および下側雰囲気を仕切る、
請求項1から3のいずれか1項に記載のガラス板製造装置。 - 前記冷却調整板は、チャンネルであり、
前記チャンネルの主部が、前記ガラス板と対向する、
請求項1から4のいずれか1項に記載のガラス板製造装置。 - 成形体(10)からオーバーフローした溶融ガラス(90)を、前記成形体の両側面に沿って流下させた後、前記成形体の下端部近傍で合流させて形成するガラス板(91)を、冷却調整板および温度制御ユニットを有し前記ガラス板の冷却速度を調整する複数の冷却調整ユニットによって冷却する、ガラス板冷却方法であって、
前記溶融ガラスの合流ポイントより下方に配置され、前記ガラス板と対向する面を有し前記ガラス板の冷却速度を調整する第1の前記冷却調整板と、前記第1の冷却調整板に対応して設けられ前記第1の冷却調整板を冷却する第1の前記温度制御ユニットとによって前記ガラス板を冷却する第1冷却ステップと、
前記ガラス板の流れ方向に対して、前記第1の冷却調整板および前記第1の温度制御ユニットの下流に配置され、前記第1の冷却調整板および前記第1の温度調整ユニットにそれぞれ並列する第2の前記冷却調整板および第2の前記温度制御ユニットであって、前記ガラス板と対向する面を有し前記ガラス板の冷却速度を調整する前記第2の冷却調整板と、前記第2の冷却調整板に対応して設けられ前記第2の冷却調整板を冷却する前記第2の温度制御ユニットとによって前記ガラス板を冷却する第2冷却ステップと、
を備え、
前記冷却調整ユニットは、前記溶融ガラスの合流ポイントの近傍に配置される断熱材の下方に配置され、
前記ガラス板は、前記第1冷却ステップおよび前記第2冷却ステップにおいて、前記温度制御ユニットによって冷却されて冷却源となった前記冷却調整板により、冷却速度が調整されて段階的に冷却される、
ガラス板冷却方法。
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