JP4568616B2 - 薄い板ガラスを製造するための装置及び引き出しタンク - Google Patents

Description

本発明は、溶解タンクと、均質化装置と、入口と、少なくとも１つのスロットノズルからなるノズル装置を有する引き出しタンクとからなる、薄い板ガラス、特に３ｍｍ未満の厚さの板ガラスを製造するための装置に関する。さらに、この発明は適切な引き出しタンクに関する。

下向き引き出しプロセスとして公知のものでは、溶解タンクから出たガラスは、先ず攪拌坩堝に送られ、その中でガラスが機械的に均質化される。次にガラス溶融物は送り管を介して、引き出しノズルが固定されている引き出しタンクに送られる。この引き出しノズルはスロットを有し、このスロットを通してガラスリボンが引き下ろされる。引き出しノズルを伴うこの引き出しタンクは実際の成形コンポーネントである。該引き出しタンクの幅は、引き出し予定の所望のガラスリボン幅に少なくとも同じである。適切な加熱装置が引き出しタンク内のガラスを所望の成形温度に加熱する。さらに、該引き出しタンクでは、ガラスが、供給管の概略円形断面からノズルの全幅に亘って均一に分布されている。ガラスの流れを円形断面から細長い断面に亘り分布させるために引き出しタンクには、水平に走る円筒内部容積を有する構成要素が垂直に走る供給管へ一般に連結されている。そのような装置がＤＥ−Ｂ１５９６４８４に既に記載されている。

３ｍｍ未満の厚さ、特に１ｍｍ未満の厚さを有する板ガラスが電子器具用、例えばディスプレー（携帯電話、フラットスクリーン等）及びコンピュータのディジタルマスメモリー用の基板ガラスとして使用される。従って、極めて高度な要求がガラスの内部品質に課せられるが、このような内部品質は、泡や封入物、清浄度、波打ち度及び平坦度からのずれ（そり）により実質的に判断される表面形態の品質、破断強度並びに、ある場合には軽量性によって決まる。
従来の引き出しタンクでは、ガラスがノズルの中心に優先して流れることが観察された。対照的に、引き出しタンクの外部領域には十分なガラスが供給されない。さらに、上方の角部では流れの無いゾーンができる場合があり、このゾーンはその大きさが一定でないためプロセスに変動をきたす。

これまで、特定温度分布をノズル部位の引き出し方向に対して横方向に使用して板ガラスの品質改良をすることが試みられている。この目的のため、例えば、ＤＥ１００６４９７７Ｃ１では、入口、引き出しタンク及びノズル装置が密閉装置として、該入口が対称的な管セクションを備えた円形管を有し、また該引き出しタンクが垂直方向及び横方向に分けられている加熱装置を有して設計することが提案されている。
ＪＰ２００２−２１１９３４Ａは別のアプローチを選択し、引き出しタンクの内径がスロットノズルに合致するように、スロットが外側両端部より中央で細くなったスロット形状となるように形成することを提案している。これにより中央で流れ抵抗が増大し、それにより相対的に外側両端部のガラスの流れが増大することになる。

本発明の目的は、一定の厚さと平坦度に関して高度な要求を満足するガラスリボンの製造を可能にする薄い板ガラスを製造するための装置及び適切な引き出しタンクを提供することである。

この目的は請求項１に係る装置及び請求項８に係る適切な引き出しタンクによって達成される。有利な形状は請求項２ないし請求項７及び請求項９ないし請求項１３で与えられる。
この発明によれば、引き出しタンクは、各々が異なる断面を有する少なくとも２つのセクションからなっているが、この該断面はガラス溶融物の主流れ方向に垂直に測定されたものである。入口とスロットノズルとの間のガラス溶融物で覆われている道程（道のり）は、少なくとも２つの部分、すなわち、１セクションの部分と他のセクションの部分からなっている。部分道程当たりの圧力低下はこの場合、このセクション内の流れ抵抗を乗じた部分道程の長さに比例する。少なくとも２つのセクションが、異なった部分道程と流れ抵抗に関して互いに適応されている結果として、少なくとも２つのセクションで覆われる距離に亘る全体の圧力低下が、特にスロットノズル内ではどの場所でも一定であることを確保することが可能である。これによりガラスの流れが全幅に亘り均一に分布し、それによりガラスの定量的流れがスロット幅のどの場所でも同じになることが確実となる。これにより非常に一定した厚さと平坦度を全体のリボン幅に亘って備えた引き出しガラスリボンとなる。

流体力学上の理由から、流速に依存して、流れのデッドゾーンが狭い断面から広い断面への移行部位に生じる可能性があること、そしてこれらのデッドゾーンが、不定のプロセス変動をもたらすことがあることから、小断面を有するセクションが後続する、大断面を有するセクションに入口が開けられれば有利である。
特に、円形断面を備えた入口を使用する時に、該入口が、同様に円形断面に開口することが好ましい。
全体のノズルに亘るガラス溶融物の特に均一な分布は、入口がタンクの長さに対し、その半分の長さで開口しており、かつ、そこから外側に走る２本の管が大断面を有するセクションとして配置されている場合に得られる。この２本の管は同じ断面を有し、それにより質量流量が、全体の幅に亘り中央から外側に各々均一に分けられる２つの部分に一様に分けられる。特に、そこでの流れの状態がスロットノズルと管の間で５°〜４５°の角度になっていることが有利であることが分かった。

１つの好ましい実施形態では、小断面を有するセクションが矩形断面を有している。これは、略円形断面を有する大断面のセクションと組み合わせて、大断面を有するセクションとして管が特に使用された場合に、特に好都合であることが分かった。この場合、管はその周壁に、管軸に平行なスロットを有しており、そのスロットが小断面を形成するように平行壁と隣接している。これらの壁がスロットノズルに開いている。スロットノズルの長手方向に平行な壁間の距離はこの場合、前記管の断面より短い必要がある。
引き出しタンクに発熱体を設けることが有利であることが分かった。これは引き出しタンクの幅と高さに亘り、ガラスがノズル部位で引き出しプロセスに最適な温度分布を有するように引き出しタンクを加熱することができることを意味している。
この引き出しタンクは耐火材からなる必要がある。白金あるいは白金合金が特に好ましい。
この発明を、図面を参照してさらに詳細に説明する。

発明を実施するために最良の形態

図１に示された溶融タンク１で得られるガラス溶融物Ａは、短い通路２を介して容器３に入り、その容器３でガラス溶融物Ａはローター４により均質化される。ローター４は伝動装置５によって駆動され、その速度は調整可能である。均質化された溶融物Ａは、チャンネル６を介して引き出しタンク７に供給される。このタンク７には白金から作られたノズル８を装備しており、また下スロットが設けられている。
通路２、容器３及び引き出しタンク７には、壁に組み込まれた加熱巻線９，１０，１１がそれぞれ装備されている。チャンネル６内の溶融物の加熱は、電極１２，１３，１４，１５によるジュール熱で行われる。加熱巻線に供給された電流強度と電極に供給された電流強度の双方共制御可能であり、それによって極端に微小な温度差を実現することができる。
引き出しタンク７の底部分に配置されたノズル８は、同様に白金又は白金合金でライニングされており、また、そのノズル８は、制御可能な電源１９から引き出しタンク７を加熱するのと無関係に支持コア及び／又は白金クラッドを介して電流を直接流して加熱することができる。

図１ａは、ローター４の直上の溶融物表面を除いて全体設備とノズル８が全面で密閉されて溶融物が解放表面を持たないことを示している。加熱巻線１６を装備したガス抜き管１７だけが設けられている。
溶融物はノズルから下向きにガイドされ、ガラスＢの流れは凝固の後、公知の引き出し装置、例えば駆動ロール、によって引き出される。このガラスリボンは次に所定の長さに切断されることができる。

図１ａの断面Ｄ−Ｄに対応する図１ｂは、入口２０とノズル８を有する引き出しタンク７の特定構造を示している。入口２０と引き出しタンク７の双方は、入口を形成する管に対して引き出しタンク７を形成する管が直角に配置され管状設計である。水平に走る管には、この管軸に平行に走り、かつ、引き出しノズル８を形成するために細くなっているスロットが隣接している。ここで図示された引き出しタンク７では、ガラスがノズルの中央に向かって主に流れるが、引き出しタンク７の外側部位には十分なガラスが供給されない。さらに、ガラスは左上角部及び右上角部に流れず、その結果、流れのデッドゾーンがここで形成され、その大きさが不定のためプロセス変動を招く。

図２は本発明に係る引き出しタンク７’を示している。引き出しタンク７は、より大きな断面を有する管２１ａと管２１ｂから形成されるセクションと、小断面を有し、管２１ａと管２１ｂとに隣接する平行プレートで形成されるセクション２２を有する。セクション２２を形成する平行プレート間の間隔はこの場合、管２１ａと管２１ｂの断面より小さい。

ノズルの全体の長さは１８５０ｍｍである。この小断面を有するセクション２２の幅は５０ｍｍであるが、一方、管２１ａと管２１ｂの直径は８０ｍｍである。管２１ａと管２１ｂはノズル８と３０°の角度αを形成する。特に、特定のガラス成分と温度に依存する約１０^３Ｐａｓの典型的なガラス溶融物粘度では、この特定の外形は、定性的ガラスの流れがノズルの全ての場所で同じであることを保証している。引き出しタンク７’の均し動作は幅方向に温度分布がなければ一般的に粘度とは無関係である。図３に概略図を示したように、Ｌ１ａ×Ｗ１＋Ｌ２ａ×Ｗ２＝Ｌ１ｂ×Ｗ１＋Ｌ２ｂ×Ｗ２＝一定の関係が当てはまる。この関係では、Ｌ１ａとＬ１ｂは大断面を有するセクションの道程であり、結果として低い流れ抵抗Ｗ１となり、Ｌ２ａとＬ２ｂは小断面を有するセクションの道程であり、従って高い流れ抵抗Ｗ２となる。なお、断面はガラス溶融物の流れの方向に垂直に常に測定される。

従来の流れのシミュレーション工具により、管の直径、角度及び壁の間隔を上記式に従うようにすることが可能である。例えば、より鋭角の場合、壁間隔が管の直径に対して増大される。このようなシミュレーション工具の助けにより、管の直径、角度及び壁間隔のパラメータを変えることで幅方向に不均一な温度分布でもガラス溶融物の均一な分布が達成されるように引き出しタンク形状を設計することも可能である。

従来技術による薄い板ガラスを製造するための装置を示す。 従来技術による薄い板ガラスを製造するための装置を示す。 本発明に係る引き出しタンクを示す。 ガラス溶融物で覆われた道程を示す。

１ ・・・ 溶解タンク
２ ・・・ 通路
３ ・・・ 容器
４ ・・・ ローター
５ ・・・ 伝動装置
６ ・・・ チャンネル
７ ・・・ 引き出しタンク
８ ・・・ ノズル
９，１０，１１ ・・・ 加熱巻線
１２，１３，１４，１５ ・・・ 電極

Claims (13)

1. 溶解タンクと、均質化装置と、入口と、平行な間隙を有する少なくとも１つのスロットノズルを備えた引き出しタンク、とを有する薄い板ガラスを製造する装置において、引き出しタンク（７’）が全長に亘りガラス溶融物の主流れ方向に直角方向に互いに異なった断面を備えた少なくとも２つのセクション（２１ａ，２１ｂ，２２）を主流れ方向に有し、前記セクション（２１ａ，２１ｂ，２２）の寸法が、該２つのセクションの各々におけるガラス溶融物で覆われた道程（Ｌ１ａ＋Ｌ２ａ，Ｌ１ｂ＋Ｌ２ｂ）に亘って圧力低下が合計で該スロットノズル（８）の何れの場所でも一定かつ同じであるようにされていることを特徴とする装置。
2. 前記入口（２０）が、より大きい断面を有するセクション（２１ａ，２１ｂ）に対して開いていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記より大きい断面を有するセクション（２１ａ，２１ｂ）が略円形断面を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記入口（２０）が、該引き出しタンク（７’）の全長の中間点に開いており、そこから２つの外側に走る管（２１ａ，２１ｂ）がより大きい断面を有するセクションとして配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. スロットノズル（８）と管（２１ａ，２１ｂ）との間の角度（α）が５°〜４５°であることを特徴とする請求項４に記載の装置。
6. 小断面を有するセクション（２２）が矩形断面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記引き出しタンク（７’）が加熱可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 薄い板ガラスを製造する装置用の引き出しタンクにおいて、全長に亘り前記引き出しタンクは、ガラス溶融物の主流れ方向に直角方向に互いに異なった断面を備えた少なくとも２つのセクション（２１ａ，２１ｂ，２２）を主流れ方向に有し、前記セクション（２１ａ，２１ｂ，２２）の寸法が、該２つのセクションの各々におけるガラス溶融物で覆われた道程（Ｌ１ａ＋Ｌ２ａ，Ｌ１ｂ＋Ｌ２ｂ）に亘って圧力低下が合計で該スロットノズル（８）の何れの場所でも一定で同じであることを特徴とする引き出しタンク。
9. より大きな断面を有するセクション（２１ａ，２１ｂ）が略円形断面を有することを特徴とする請求項８に記載の引き出しタンク。
10. 中央から開始して２つの外側に走る管（２１ａ，２１ｂ）が、より大きな断面を有するセクションとして配置されていることを特徴とする請求項９に記載の引き出しタンク。
11. スロットノズル（８）と管（２１ａ，２１ｂ）との間の角度（α）が５°〜４５°であることを特徴とする請求項１０に記載の引き出しタンク。
12. 小断面を有するセクション（２２）が矩形断面を有することを特徴とする請求項８ないし請求項１１のいずれか１項に記載の引き出しタンク。
13. 前記引き出しタンク（７’）が加熱可能であることを特徴とする請求項８ないし請求項１２のいずれか１項に記載の引き出しタンク。

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