JP5516538B2

JP5516538B2 - 板ガラスの製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP5516538B2
Application number: JP2011206571A
Authority: JP
Inventors: 幸司西村; 英孝織田; 智典加埜; 幹雄檜山
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP2012036086A

Description

本発明は、板ガラスの製造方法及び製造装置に係り、特に溶解室から流出した溶融ガラスを成形体に供給する供給流路の改良に関する。

近年においては、各種フラットパネルディスプレイの普及、とりわけ液晶ディスプレイの普及に伴って、例えば肉厚が０．３〜１．２ｍｍ程度の薄肉の液晶板ガラスが多量に製造されるに至っている。この液晶板ガラスは、オーバーフローダウンドロー法やスロットダウンドロー法に代表される各種の方法で成形されているのが実情であるが、その成形により得られた板ガラスは、表面のうねりや粗さが小さく面精度が優れているばかりでなく気泡等の異物が混入されていないことが要求される。

例えば、上記のオーバーフローダウンドロー法は、断面が略くさび形の成形体の上部に形成されたオーバーフロー槽に溶融ガラスを連続して供給し、この溶融ガラスをオーバーフロー槽から溢れさせて成形体の両側の側壁面に沿って流下させた後、成形体の下頂部で融合させて一枚の板状形態にし、この形態の板状ガラス成形体が固化した段階で、これを引張りローラが挟持しつつ下方に引き抜くことによって、最終的に製品となるべき液晶板ガラスを得る方法である。

この場合、上記の成形体には、溶解室でガラス原料を溶融することにより得られた溶融ガラスが、連続的に供給流路を流下して供給されるが、この供給流路を備えてなる板ガラスの製造装置は、以下に示すような構成とされているのが通例である。すなわち、図７に示すように、板ガラスの製造装置１は、上流端に配備された溶解室２の下流側に、清澄室３を介して攪拌槽４が通じており、この攪拌槽４と、その下流側で溶融ガラスの粘度調整を主として行う容積部であるポット６とが連結パイプ５を介して接続されている。更に、
ポット６の下部には、下方に移行するに連れて径が漸次縮小する流路面積絞り部７が形成され、この流路面積絞り部７の下流端に小径パイプ８が接続されると共に、この小径パイプ８の下流側には、途中に曲成部９を有する大径パイプ１０が通じている。そして、この大径パイプ１０の下流端部１１から成形体１２に溶融ガラスが供給され、この成形体１２にて溶融ガラスＧが板状の形態とされる（例えば、特許文献１、２、３参照）。

米国特許出願公開第２００４／０１７７６４９号公報特表２００５―５１２９２６号公報特公昭４２―２３３５６号公報

ところで、上記の溶解室２及び清澄室３においては、ガラス原料を溶融させることに加えて、清澄剤が投入されたり或いは溶融ガラスの温度分布の均一化作用が行われることから、清澄室３及びその周辺のパイプ３ａ内を溶融ガラスが流下する際には、溶融ガラス中に泡が発生する確率は極めて低く、それによる問題は生じ難い。しかしながら、溶融ガラスの供給流路の清澄室３周辺よりも下流側では、流路周面の近傍における溶融ガラス中の酸素濃度が高く、その一方で、流路の中央部分（流路の中心軸線付近）における溶融ガラ
ス中の酸素濃度が低くなるという現象が生じる。このような現象は、流路周面の近傍（特に界面）では、溶融ガラスに含まれている水分中の水素が流路周面を通じて外気中に放出され、酸素のみが流路内（流路周面の近傍）に残存することが一要因となって生じる。

しかも、溶融ガラスの流速は、流路周面の近傍では低いことから、上記の酸素が溜まっていく傾向にあり、そのため流路周面の近傍における溶融ガラス中の酸素濃度が更に高くなる。そして、この酸素濃度が飽和状態に達した時点で泡が発生し、溶融ガラス中に泡が混入された状態となり、そのような溶融ガラスが成形体に供給されたならば、最終的に得られる板ガラスの品位低下を招き、不良品の発生確率が高くなる。

このような事項を勘案すれば、上記の清澄室３周辺よりも下流側の供給流路の全領域で泡が発生し得ることになるが、本発明者等は、上記のような問題を招来する程までに泡が発生する部位は、清澄室３周辺よりも下流側の供給流路の一部のみの領域であるということを推認するに至った。しかしながら、図７からも明らかなように、清澄室３周辺よりも下流側の供給流路は、複雑な構造ないしは形状を有しているため、いかなる部位で泡の発生が問題となるかを的確に見い出すことは極めて困難なことであると共に、そのような泡の発生に対しては何ら対策が講じられていないのが実情である。

本発明は、上記事情に鑑み、清澄室周辺よりも下流側の供給流路で、真に必要とする部位に改良を加えて、泡の発生による問題を回避することを技術的課題とする。

本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、溶解室から成形体に至る溶融ガラスの供給流路のうち、清澄室周辺よりも下流側の供給流路における特定の部位で泡の発生による問題が生じることを見い出し、これに基づいて本発明が完成するに至った。

すなわち、上記技術的課題を解決するためになされた本発明に係る方法は、溶解室から流出した溶融ガラスを、清澄室を通過させて、攪拌槽から連結パイプを介してポットに流下させた後、溶融ガラス流れ方向が下方向である該ポットの流路面積絞り部を流下させ、更にその下流側に接続された小径パイプを流下させた後、その下流側に通じ且つ途中に溶融ガラス流れ方向を下方向から横方向に変換する部位である曲成部を有する大径パイプを流下させて成形体に供給し、該成形体にて溶融ガラスを板状に成形する板ガラスの製造方法において、前記清澄室の周辺よりも下流側で、少なくとも、前記大径パイプの曲成部を、流路中心軸線を含む垂直断面において、屈曲部を有することなく内周側から外周側に亘って湾曲した形状にして、溶融ガラスの流れを調整し、前記大径パイプの曲成部を流下する溶融ガラスの流路周面の近傍における酸素濃度が飽和状態に達することを抑制すると共に、前記大径パイプの下流端部から前記成形体に通じる流路の上面部を、流路中心軸線を含む垂直断面において、成形体側に向かって３０度以下の角度で上昇させつつ傾斜させ、または曲率半径が３０ｍｍ以上で滑らかに上昇させつつ湾曲させて、溶融ガラスの流れを調整し、前記大径パイプの下流端部から前記成形体に通じる流路を流下する溶融ガラスの流路周面の近傍における酸素濃度が飽和状態に達することを抑制することに特徴づけられる。

本発明に係る方法の説明に先立って、従来の問題点を説明しておく。すなわち、大径パイプの曲成部は、直線上に沿って延びる複数の管を連結してなるため、既述の図７に示すように、屈曲度合いの大きな複数の屈曲部９ａを有しており（既述の特許文献２の図２、図８、図１１にも記載）、これらの屈曲部９ａの存在により溶融ガラスの流れに停滞（淀み）が生じ、流路周面の近傍で酸素が溜まることにより、酸素濃度が飽和状態に達し、溶融ガラス中に泡となって混在する事態を招いていた。

そこで、本発明では、屈曲部等が多数箇所に存在する複雑な形態の供給流路において、大径パイプの曲成部に着目した。そして、この大径パイプの曲成部を、流路中心軸線を含む断面において、屈曲部を有することなく内周側から外周側に亘って湾曲した形状としたことにより、大径パイプ内を方向変換しながら流れる溶融ガラスに不当な停滞が生じなくなり、この大径パイプの曲成部での泡の発生確率が可及的に低減することになる。したがって、この大径パイプの曲成部の流路形状は、その部位を流下する溶融ガラスの流路周面の近傍における酸素濃度が飽和状態に達することを抑制するような流路形状とされていることになる。尚、溶融ガラスとしては、１０００ポイズの粘度に相当する温度が１３５０℃以上となる特性を有するもの（以下、高粘性ガラスともいう）であれば、上記の利点を享受する上で好適である。

この場合、前記連結パイプの流路周面は、流路中心軸線を含む断面において、深さが３ｍｍを超える凹部または凸部を有していないことが好ましい。

このようにすれば、連結パイプの流路周面の近傍を流れる溶融ガラスに、周溝の形成に起因する不当な停滞が生じなくなり、この連結パイプ内での泡の発生確率が可及的に低減することになる。

また、前記ポットの流路面積絞り部は、流路中心軸線を含む断面において、絞り角度が２０度以下で屈曲し、または曲率半径が５０ｍｍ以上で滑らかに湾曲していることが好ましい。

このようにすれば、ポットの流路面積絞り部の始端における屈曲部の屈曲度合いが小さくなり、或いは屈曲することなく緩やかに湾曲することになるので、ポットの流路面積絞り部を流下する溶融ガラスに不当な停滞が生じなくなり、この部位での泡の発生確率が可及的に低減することになる。

そして、少なくとも、前記大径パイプの流路周面は、白金または白金合金で形成されていることが好ましい。

このようにすれば、上述の高粘性ガラスを溶融ガラスとして供給する場合に、充分な耐熱性ひいては耐久性を有する流路周面を得ることができる。

以上の構成を備えた成形方法は、例えばオーバーフローダウンドロー法またはスロットダウンドロー法の何れにより板ガラスを成形する場合であっても好適である。

また、オーバーフローダウンドロー法のみにより板ガラスを成形する場合には、以下に示すような構成を更に備えていることが好ましい。

すなわち、前記大径パイプの下流端部から前記成形体に通じる流路を、溶融ガラスが流下する際に、その流路周面の近傍に存する溶融ガラス中の酸素濃度が飽和状態に達することを抑制すべく、溶融ガラスの流れを調整することが好ましい。

このようにすれば、オーバーフローダウンドロー法を採用した場合に、既述の部位以外での泡の発生確率が高い部位、つまり大径パイプの下流端部から成形体に通じる流路についても、その流路周面の近傍における溶融ガラス中の酸素濃度が飽和状態に達することを抑制するために、溶融ガラスの流れが調整されることになり、適切な部位を選択した上で泡の発生の問題を回避することが可能となる。詳述すると、大径パイプの下流端部から成形体に通じる流路は、既述の図７に示すように、成形体側に向かって４５度程度の角度で上昇しつつ傾斜する上面部１１ａを有しており（既述の特許文献１のＦＩＧ．１及び特許文献２の図２等にも記載）、この上面部１１ａの存在により溶融ガラスの流れに停滞が生じ、上記と同様にして泡の発生による問題を招くおそれがあった。そこで、この上面部１１ａにも着目し、その周面の近傍で溶融ガラス中の酸素濃度が飽和状態となることを抑制するためにその流れを調整するという簡単な手法によって、上述の如く広い領域で問題とされていた泡の発生の問題を容易に且つ低コストで回避できることになる。

このような観点から本発明に係る方法は、既述のように、前記大径パイプの下流端部から成形体に通じる流路については、その上面部が、流路中心軸線を含む垂直断面において、成形体側に向かって３０度以下の角度で上昇しつつ傾斜し、または曲率半径が３０ｍｍ以上で滑らかに上昇しつつ湾曲している。

このようにすれば、上記成形体に通じる流路の上面部における傾斜度合い（屈曲度合い）が小さくなり、或いは屈曲することなく緩やかに湾曲することになるので、その上面部に沿って流れる溶融ガラスに不当な停滞が生じなくなり、この部位での泡の発生確率が可及的に低減する。

以上のように本発明によれば、清澄室周辺よりも下流側で、少なくとも、大径パイプの曲成部と、大径パイプの下流端部から成形体に通じる流路の上面部との流路形状を、既述の形状に特定したから、それらの部位を流下する溶融ガラスの流路周面の近傍における酸素濃度が飽和状態に達することを抑制するように、溶融ガラスの流れが調整される。これにより、供給流路における泡の発生による問題を効率良く回避することが可能となる。

本発明の実施形態に係る板ガラスの製造装置を示す概略図である。図２（ａ）は、前記製造装置の構成要素である連結パイプを示す要部拡大縦断正面図、図２（ｂ）は、前記製造装置の構成要素である連結パイプの他の例を示す要部拡大縦断正面図である。前記製造装置の構成要素であるポットを示す要部拡大縦断正面図である。前記製造装置の構成要素であるポットの他の例を示す要部拡大縦断正面図である。前記製造装置の構成要素である大径パイプの曲成部を示す要部拡大縦断正面図である。図６（ａ）は、前記製造装置の構成要素である大径パイプの下流端部を示す要部拡大縦断正面図、図６（ｂ）は、前記製造装置の構成要素である大径パイプの下流端部の他の例を示す要部拡大縦断正面図である。従来の板ガラスの製造装置を示す概略図である。前記従来の製造装置の構成要素である連結パイプを示す要部拡大縦断正面図である。前記従来の製造装置の構成要素であるポットを示す要部拡大縦断正面図である。前記従来の製造装置の構成要素であるポットの他の例を示す要部拡大縦断正面図である。前記従来の製造装置の構成要素である大径パイプの曲成部を示す要部拡大縦断正面図である。前記従来の製造装置の構成要素である大径パイプの下流端部を示す要部拡大縦断正面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

先ず、図１に基づいて、本発明の第１実施形態に係る板ガラスの製造装置の概略構成を説明する。この図１に示す製造装置１が、既述の図７に示す製造装置１と相違しているところは、連結パイプ５の構造、ポット６の流路面積絞り部７の形状、大径パイプ１０の曲成部９の形状、及び大径パイプ１０の下流端部１１の形状である。その他の構成については実質的に同一であるので、共通する構成要件については同一符号を付し、その説明を省略する。また、この製造装置１の供給流路を流下する溶融ガラスは、１０００ポイズの粘度に相当する温度が１３５０℃以上となる特性を有し、成形体１２にてオーバーフローダウンドロー法により板ガラスが成形されると共に、最終的に得られる板ガラスは、液晶ディスプレイ用パネルの製作に用いられるガラス基板である。

図２（ａ）は、この実施形態に係る連結パイプ５（直径２３０ｍｍ）の流路中心軸線を含む断面形状を示すものであり、この連結パイプ５には、従来のような周溝が全く形成されていない。したがって、この連結パイプ５の流路周面５ｘの近傍には、溶融ガラスＧの停滞が生じず、これに伴って流路周面５ｘの近傍における溶融ガラスＧ中の酸素濃度が飽和状態に達することはなく、その結果、溶融ガラスＧ中に泡が発生するという事態が生じ難くなる。

図２（ｂ）は、この実施形態に係る連結パイプ５の他の例の同断面形状を示すものであり、この連結パイプ５には周溝（凹部）５ａが形成されているものの、その凹部５ａの深さＬ１は、３ｍｍ以下とされている。このように、凹部５ａの深さＬ１が３ｍｍ以下と浅ければ、上記と同様に流路周面５ｘの近傍に溶融ガラスＧの停滞が生じず、問題となるような泡の発生を招くことが回避される。

これに対して、図８に示す従来例のように、凹部５ａの深さＬ１が５ｍｍ程度であって３ｍｍを超えていると、流路周面５ｘの近傍における凹部５ａの直上流側と直下流側とに溶融ガラスＧの停滞部分Ｇｘが生成され、これに起因して不当な泡の発生を招くことになるが、この実施形態に係る図２（ａ）、（ｂ）に示す何れの構造であっても、従来例に比して顕著に優れたものとなる。

図３は、この実施形態に係るポット６（最大径５０ｍｍ）の下部に形成された流路面積絞り部７の流路中心軸線を含む断面形状を示すものであり、流路面積絞り部７の絞り角度（非傾斜部７ｂに対する傾斜部７ｃの傾斜角度）α１が、３０度以下好ましくは２０度以下とされている。このような形態であると、溶融ガラスＧが下方向に流れる際に、流路面積絞り部７の流路周面７ｘの近傍には、溶融ガラスＧの停滞が生じず、これに伴って溶融ガラスＧ中に泡が発生するという事態が生じ難くなる。

これに対して、図９に示す従来例のように、流路面積絞り部７の絞り角度α１が３５〜４０度程度であって３０度を超えていると、その絞り部７の流路周面７ｘの近傍に溶融ガラスＧの停滞部分Ｇｘが生成され、これに起因して不当な泡の発生を招くことになるが、この実施形態に係る図３に示す形態であれば、従来例に比して顕著に優れたものとなる。

図４は、この実施形態に係るポット６の下部に形成された流路面積絞り部７の他の例を示す同断面形状であり、流路面積絞り部７（その始端部）が湾曲しており、その湾曲部の曲率半径Ｒ１が３０ｍｍ以上好ましくは５０ｍｍ以上とされている。このような形態であっても、流路面積絞り部７の流路周面７ｘの近傍には、溶融ガラスＧの停滞が生じず、したがって溶融ガラスＧ中に泡が発生するという事態が生じ難くなる。

これに対して、仮に図１０に示すように、流路面積絞り部７の湾曲部の曲率半径Ｒ１が２０ｍｍ程度であって３０ｍｍ未満であると、その絞り部７の流路周面７ｘの近傍に溶融ガラスＧの停滞部分Ｇｘが生成され、これに起因して不当な泡の発生を招くことになるが、この実施形態に係る図４に示す形態であれば、顕著に優れたものとなる。

図５は、この実施形態に係る大径パイプ１０の曲成部９の流路中心軸線を含む断面形状を示すものであり、この曲成部９は屈曲部を有することなく内周側から外周側に亘って湾曲した形状とされている。このような形状であると、溶融ガラスＧの流れ方向を下方向から横方向に変換する部位である曲成部９の流路周面９ｘの近傍には、溶融ガラスＧの停滞が生じず、したがって溶融ガラスＧ中に泡が発生するという事態が生じ難くなる。

これに対して、図１１に示す従来例のように、大径パイプ１０の曲成部９が３つの直線状パイプを連結させて相互間の傾斜角βが４５度程度で屈曲していると、その曲成部９の屈曲する流路周面９ｘの近傍に溶融ガラスＧの停滞部分Ｇｘが生成され、これに起因して不当な泡の発生を招くことになるが、この実施形態に係る図５に示す形態であれば、従来例に比して顕著に優れたものとなる。

図６（ａ）は、この実施形態に係る大径パイプ１０の下流端部１１の流路中心軸線を含む垂直断面形状を示すものであり、この下流端部１１における流路の上面部１１ａの傾斜角度α２は、３０度以下好ましくは２０度以下とされている。このような形状であると、大径パイプ１０の下流端部１１における上面部１１ａの流路周面１１ｘの近傍には、溶融ガラスＧの停滞が生じず、したがって溶融ガラスＧ中に泡が発生するという事態が生じ難くなる。

図６（ｂ）は、この実施形態に係る大径パイプ１０の下流端部１１の他の例の同断面形状を示すものであり、この下流端部１１における流路の上面部１１ａは、曲率半径Ｒ２が３０ｍｍ以上好ましくは５０ｍｍ以上の湾曲部を介して滑らかに連なっている。このような形態であると、上記と同様に流路周面１１ｘの近傍に溶融ガラスＧの停滞が生じず、問題となるような泡の発生を招くことが回避される。

これに対して、図１２に示す従来例のように、大径パイプ１０の下流端部１１における上面部１１ａの傾斜角度α２が４５度程度であって３０度を超え且つ湾曲することなく屈曲していると、その上面部１１ａの流路周面１１ｘの近傍に溶融ガラスＧの停滞部分Ｇｘが生成され、これに起因して不当な泡の発生を招くことになるが、この実施形態に係る図６に示す形態であれば、従来例に比して顕著に優れたものとなる。

尚、以上の実施形態は、オーバーフローダウンドロー法により板ガラスを成形する場合に本発明を適用したが、例えばスロットダウンドロー法により板ガラスを成形する場合にも同様にして本発明を適用することができるが、その場合には、図６（ａ）、（ｂ）に示すような大径パイプ１０の下流端部１１の改良は不要である。

１板ガラスの製造装置
２溶解室
４攪拌槽
５連結パイプ
５ａ凹部
６ポット
７流路面積絞り部
８小径パイプ
９大径パイプの曲成部
１０大径パイプ
１１大径パイプの下流端部
１１ａ大径パイプの下流端部の上面部
１２成形体
Ｇ溶融ガラス

Claims

溶解室から流出した溶融ガラスを、清澄室を通過させて、攪拌槽から連結パイプを介してポットに流下させた後、溶融ガラス流れ方向が下方向である該ポットの流路面積絞り部を流下させ、更にその下流側に接続された小径パイプを流下させた後、その下流側に通じ且つ途中に溶融ガラス流れ方向を下方向から横方向に変換する部位である曲成部を有する大径パイプを流下させて成形体に供給し、該成形体にて溶融ガラスを板状に成形する板ガラスの製造方法において、
前記清澄室の周辺よりも下流側で、少なくとも、前記大径パイプの曲成部を、流路中心軸線を含む垂直断面において、屈曲部を有することなく内周側から外周側に亘って湾曲した形状にして、溶融ガラスの流れを調整し、前記大径パイプの曲成部を流下する溶融ガラスの流路周面の近傍における酸素濃度が飽和状態に達することを抑制すると共に、前記大径パイプの下流端部から前記成形体に通じる流路の上面部を、流路中心軸線を含む垂直断面において、成形体側に向かって３０度以下の角度で上昇させつつ傾斜させ、または曲率半径が３０ｍｍ以上で滑らかに上昇させつつ湾曲させて、溶融ガラスの流れを調整し、前記大径パイプの下流端部から前記成形体に通じる流路を流下する溶融ガラスの流路周面の近傍における酸素濃度が飽和状態に達することを抑制することを特徴とする板ガラスの製造方法。
前記大径パイプの流路周面は、白金または白金合金で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の板ガラスの製造方法。
オーバーフローダウンドロー法により板ガラスを成形することを特徴とする請求項１または２に記載の板ガラスの製造方法。