技術 板ガラスの成形装置

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本発明は板ガラスの成形装置に関し、特に液晶ディスプレイ基板として使用する板ガラスを成形するのに適したオーバーフローダウンドロー方式の板ガラス成形装置に関するものである。

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一般にオーバーフローダウンドロー方式のガラス板成形装置は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、上面が開口した樋形状をなすガラス供給溝１ａを頂部に有し、このガラス供給溝１ａの両端壁頂部を溢流堰１ｂ、１ｂとし、かつ両側壁の外面１ｃ、１ｃ同士を下方に向けて相互に接近させて下端１ｄで終結させた成形体１を備えている。そして供給パイプ２により溶融ガラス３をガラス供給溝１ａの一端から連続的に供給すると、ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅから溢流し、さらに両側壁のガイド１ｆ、１ｆに挟まれた外面１ｃ、１ｃ上を流下して下端１ｄで融合し、これを下方に引き延ばすことによって板ガラス４が成形される。こうして得られる板ガラス４は、その表面が溶融時の自由溶融表面に相当するため、高い平滑性を有し、また図２（ｃ）に示すように、中央領域４ａと両端部４ｂ、４ｂとの厚みが略均一となる。

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この成形体１は、ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅを全長に亘って略直線状とし、溶融ガラスが均等に溢流するように設計されている。ところが、この種の成形体１は、溶融ガラス３に対して耐食性のある耐火物から作製されるため重量が大きく、その両端が支持レンガ５で支持されるように設置され、かつ、生産時には高温条件下に曝されるため、長時間稼動している間に重力Ｆによって徐々に下方に撓んで変形するという現象が起こる。この変形はクリープ変形と呼ばれ、特に大面積の板ガラス製品（例えば１０００×１２００ｍｍ）を得る目的で、有効幅の大きい板ガラス４を成形する場合には、成形体１を長く（例えば１５００ｍｍ以上に）する必要があるため、クリープ変形が大きくなりやすい。

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図３（Ａ）（Ｂ）は、長時間の稼働によってクリープ変形した成形体１を示すものであるが、このように成形体１がクリープ変形すると、ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅも下方に撓んで、大きな曲線状となり、ここから溢れる溶融ガラス３の量は、成形体１の長さ方向の中央領域１ｇが多く、両端領域１ｈ、１ｈでは少なくなる。その結果、図３（ｃ）に示すように、成形される板ガラス４は、中央領域４ａが厚く、両端部４ｂ、４ｂが薄くなり、肉厚が不均一となる。

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ところで現在、液晶ディスプレイ基板に使用される板ガラスは、主に０．７ｍｍの厚みを有しているが、厚みに対する要求スペックは非常に厳しく、０．７±０．０１ｍｍである。そのため、上記のように成形体１がクリープ変形した場合には、板ガラス４の肉厚が不均一となりやすいため、生産留まりが著しく低下する。

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そこで従来より、この種の板ガラスを成形する場合には、成形体１の下端１ｄ付近で板ガラス４の両端領域１ｈ、１ｈを加熱したり、冷却する方法が採られ、これによって板ガラス４の肉厚が均一となるように調整している。

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しかしながら、板ガラス４の肉厚調整は、このような加熱や冷却の調整では十分に制御できないというだけではなく、成形体１の両側壁の外面１ｃ、１ｃを溶融ガラスが流下する際に、流れが不均一となり、その結果、板ガラス４の両端部４ｂ、４ｂの肉厚が変動しやすい。極端な場合には、この両端部４ｂ、４ｂで溶融ガラス同士が十分に融合されないまま成形され、その結果、板ガラス４に割れが頻発するという問題があった。

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このような事情から、成形体１の長さ方向に貫通孔を形成し、その貫通孔に支持部材を貫挿することによって、成形体１のクリープ変形を抑える板ガラスの成形装置が提案されている。（例えば特許文献１参照）

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【特許文献１】
特開平１１−２４６２３０号公報

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しかし特許文献１に開示されている板ガラスの成形装置は、部品点数が多く、成形体の構造が複雑となるため、材料コストが高く、また据え付け作業が煩雑になるという問題がある。

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本発明の目的は、部品点数を増やすことなく、長時間の使用によって成形体がクリープ変形しても、肉厚の均一な板ガラスを成形することが可能なオーバーフローダウンドロー方式の板ガラスの成形装置を提供することである。

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本発明の板ガラスの成形装置は、上面が開口した樋形状をなすガラス供給溝を頂部に有し、このガラス供給溝の両端壁頂部を溢流堰とし、かつ両側壁の外面同士を下方に向けて相互に接近させて下端で終結させた成形体を備え、溶融ガラスをガラス供給溝の一端から連続的に供給して両側壁頂部稜線から溢流させ、両側壁外面を流下させて下端で融合させて板ガラスを成形する板ガラスの成形装置において、上記ガラス供給溝の溢流堰は、両端壁頂部稜線が溶融ガラスの流れ方向の始端領域及び／又は終端領域で下方に曲がるように形成されてなることを特徴とする。

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【作用】
本発明における板ガラスの成形装置は、ガラス供給溝の溢流堰は、両側壁頂部稜線が、溶融ガラスの流れ方向の始端領域及び／又は終端領域で下方に曲がるように形成されてなるため、長時間の使用によって成形体がクリープ変形し、両側壁頂部稜線の中央領域が下方に撓んだ場合でも、大きな曲線状とはならず、そこから溢れる溶融ガラスの量は、成形体の中央領域と端部領域との間で大きな差は生じない。その結果、長さが１５００ｍｍ以上、さらには１９００ｍｍ以上の成形体を使用し、有効幅の大きい板ガラスを成形する場合でも、端部から中央領域に亘って均一な肉厚を有する板ガラスを成形することができる。

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また本発明の装置を使用すれば、板ガラスの両端部を加熱したり、冷却する必要がないため、端部の肉厚が変動したり、端部でガラスが融合されないという問題もなく、安定して板ガラスを成形することができる。

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両側壁頂部稜線の下方に曲がった部分の形状は、板ガラスの材質や寸法などに応じて適宜決定すれば良いが、長さ（稜線の曲がり始めから、ガイドまでの稜線の長さ）が２０〜５００ｍｍ（より好ましくは５０〜１５０ｍｍ）で、最大深さ（真っ直ぐの稜線を引いたと仮定した時の最大高低差）が１〜２０ｍｍ（より好ましくは１〜１０ｍｍ）となるように規制するのが望ましい。すなわち曲がった部分が長すぎたり、深すぎると、成形体がクリープ変形する前後を通じて端部領域におけるガラス流量が多くなりすぎ、一方、曲がった部分が短すぎたり、浅すぎると、クリープ変形後に端部領域におけるガラス流量が、中央領域におけるガラス流量に比べて少なくなり、板ガラスの肉厚が不均一となりやすいからである。

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尚、クリープ変形に起因する成形体の両端領域と中央領域で溢流する溶融ガラスの量の差異は、特に溶融ガラスの流れ方向の始端領域と中央領域との間で大きいため、ガラス供給溝の両側壁頂部稜線は、少なくとも始端領域で下方に曲がっていることが望ましい。

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本発明で使用する成形体の材料としては、耐熱性に優れ、高強度を有する焼成耐火物、不焼成耐火物、不定形耐火物等が適当である。焼成耐火物としては、珪石耐火物、粘土質耐火物、高アルミナ質耐火物、炭化珪素質耐火物、クロム質耐火物、マグネシア質耐火物、ドロマイト系耐火物、シリマナイト系耐火物、シアン化合物アルミナ質耐火物、ムライト質耐火物、ジルコニア質耐火物、アランダム質耐火物等が使用できる。不焼成耐火物としては、黒鉛質煉瓦、炭化珪素黒鉛質耐火物、高アルミナ耐火物等が使用できる。不定形耐火物としては、キャスタブル耐火物、プラスチック耐火物、耐火モルタル等が使用できる。また、これらの材料以外にも、溶融石英耐火物、各種ファイバーボード、不定形耐火物繊維材料を使用することができ、さらに白金、白金合金等の耐熱貴金属類も使用場所を選択して併用できる。

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また成形体は、高密度を有する材料から作製することが好ましい。すなわち成形体の密度が高いほど、構造的な欠陥がなく、その結果として長期間に亘って高温下での使用に耐え得る成形体が得られるからである。よって成形体の密度は、好ましくは３．０ｇ／ｃｍ３以上、より好ましくは３．４ｇ／ｃｍ３以上である。さらに１５００℃以上の高温下で成形体が使用される場合には、密度が３．６ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましく、より確実に安定した強度等を維持し続けるためには、３．８ｇ／ｃｍ３以上であることが望ましい。ただし成形体の密度が大きくなりすぎると自重が大きくなりすぎ、成形体を支持するのが困難となるため、１０ｇ／ｃｍ３以下に規制するべきである。

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さらに成形体は、高ヤング率を有する材料から作製することが好ましい。ヤング率とは、材料の縦弾性係数、すなわち応力が印加された方向に対して垂直方向の材料変形の度合いを表す係数であり、この値が大きい程、同じ大きさの応力が印加されても、それに呼応する材料の変形量は小さくなる。よって成形体のヤング率が高い程、成形体の変形が小さくなり、成形する板ガラスの肉厚の調整が行いやすくなる。よって成形体のヤング率は、好ましくは９．８×１０１０Ｐａ以上、より好ましくは１０．８×１０１０Ｐａ以上である。

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以下、本発明を詳細に説明する。

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図１は、本発明の実施例を示す説明図である。成形体１は、溶融ガラス３に対して耐蝕性のあるジルコン質耐火物（密度４．０ｇ／ｃｍ３、ヤング率１４．２×１０１０Ｐａ）から形成され、一様な溝幅で上面が開口した断面Ｖ字形樋形状のガラス供給溝１ａを頂部に持ち、このガラス供給溝１ａの両側壁頂部を溢流堰１ｂ、１ｂとし、かつ両側壁の外面１ｃ、１ｃを下方に向けて相互に接近させて下端１ｄで終結させた形状を有している。この成形体１の大きさは、長さ２５００ｍｍ、高さ７００ｍｍ、幅２５０ｍｍであり、その両端が支持レンガ５で支持されるように設置されている。

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上記ガラス供給溝１ａの始端側Ｓには、溶融ガラス３を供給するための供給パイプ２が接続され、まず溶融ガラス３が始端側Ｓに供給され、終端側Ｅに向けて流れるようになっている。またガラス供給溝１ａの底面１ｉは、溶融ガラス３の流れ方向の始端側Ｓで低く、終端側Ｅで高くなるように勾配が設けられている。さらにガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅは、中央領域では略直線状であるが、溶融ガラス３の流れ方向の始端領域１ｊと終端領域１ｋでは下方に曲がっている。

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また成形体１の側壁面１ｃ、１ｃが交わる下端１ｄは、側壁面１ｃ、１ｃを流下した各々の溶融ガラス３が泡等を介在させることなく融合して１枚の板ガラス４になるように尖った形状にされている。ガイド１ｆ、１ｆは、白金またはその合金からなり、成形体１のガラス供給溝１ａ、側壁面１ｃ、１ｃ及び下端１ｄの各々の両端部に配置され、溶融ガラス３の流下する幅を規定する作用を有している。

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次に、上記の装置を使用して板ガラスを成形する方法の一例を説明する。

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まず、ガラス溶融窯（図示省略）で無アルカリガラス（日本電気硝子社製ＯＡ−１０）を溶融し、この溶融ガラス３を供給パイプ２から成形体１のガラス供給溝１ａに供給して、始端側Ｓから終端側Ｅに向けて流し、ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅから溶融ガラス３を溢れさせた。ガラス供給溝１ａの両側壁頂部稜線１ｅ、１ｅの始端領域１ｊと終端領域１ｋにおいて下方に曲がった部分の形状は、いずれも長さ１００ｍｍ、最大深さ２ｍｍで、その稜線が直線状に傾斜するように設計した。尚、この曲がった部分の稜線は、必ずしも直線状である必要はなく、曲線状であっても良い。

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上記成形体１がクリープ変形していない時、成形体１の両側壁の外面１ｃ、１ｃ上を流れる溶融ガラス３は、その中央領域で略均一な厚さとなり、両端領域では中央領域より若干厚くなった。この溶融ガラス３を、成形体１の両側壁の外面１ｃ、１ｃ上を流下させ、成形体１の下端１ｄで各溶融ガラス３を融合させ、下方に設けたローラー対等の牽引手段（図示省略）により引き延ばすことによって板ガラス４を成形した。その後、長時間の使用によって成形体１がクリープ変形したが、成形体１の両側壁の外面１ｃ、１ｃ上を流れる溶融ガラス３は、その端部が中央領域と同じか多少薄い程度であり、中央領域ではその中央部分が若干厚くなったが、成形された板ガラス４は、全工程を通して、肉厚が０．７ｍｍ±０．０１ｍｍ、有効幅が２０００ｍｍ程度であり、液晶ディスプレイ基板として好適であった。

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以上のように、本発明の板ガラスの成形装置は、成形体のクリープ変形が進行しても、長期にわたって肉厚分布のよい板ガラスを製造することが可能である。そのため高い表面精度と均一な厚みが要求される液晶ディスプレイ基板を始めとして、ＰＤＰ、ＦＥＤ等のフラットディスプレイに使用される板ガラス、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の固体撮像素子やレーザーダイオードの窓ガラスとして使用される板ガラス、ハードディスク等の磁気ディスクや光ディスク等の板ガラス、センサー用基板ガラス、薄膜太陽電池用基板ガラス等として好適である。

【図１】
本発明に係る板ガラスの成形装置を示す説明図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【図２】
従来の板ガラスの成形装置（クリープ変形前）の説明図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【図３】
従来の板ガラスの成形装置（クリープ変形後）の説明図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図、（Ｃ）はＹ−Ｙ断面図である。
【符号の説明】
１ 成形体
１ａガラス供給溝
１ｂ溢流堰
１ｃ 両側壁の外面
１ｄ下端
１ｅ 両側壁頂部稜線
１ｊ始端領域
１ｋ終端領域
２供給パイプ
３溶融ガラス
４ 板ガラス
４ａ 板ガラスの中央領域
４ｂ 板ガラスの端部
５ 支持レンガ
Ｓ ガラス供給溝の始端部側
Ｅ ガラス供給溝の終端部側
Ｆ 重力