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技術 結晶化ガラスの連続成形方法および結晶化ガラスの連続成形装置

出願人 湖州大享玻璃制品有限公司大享容器工業股分有限公司
発明者 許國銓姜岩浜曲超
出願日 2011年5月16日 (9年1ヶ月経過) 出願番号 2011-109738
公開日 2012年12月10日 (7年6ヶ月経過) 公開番号 2012-240857
状態 拒絶査定
技術分野 ガラスの再成形、後処理、切断、輸送等 ガラスの成形
主要キーワード 運搬ローラ 耐熱ローラ 徐冷領域 運搬速度 液面制御装置 所定流速 製品用基板 連結式
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (2)

課題

帯状板ガラス結晶化に要する熱処理時間が短縮された結晶化ガラス連続成形方法、及び帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理領域が短縮された結晶化ガラスの連続成形装置を提供する。

解決手段

ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、溶融ガラスを帯状圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、前記結晶化工程が、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む。

概要

背景

結晶化ガラスは、結晶核形成成分を含有するガラス原料を溶解し、溶融ガラスを板状に成形して結晶性ガラスを得て、この結晶性ガラスに結晶化熱処理を施して製造するのが一般的である。これまで、結晶化ガラスの製造効率を上げるために、製造方法および製造装置の開発が進められてきた。例えば、ガラス原料の溶解から、成形、結晶化、アニール、切断までを連続的に行うことができる、結晶化ガラスの連続成形装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。

ガラス原料の溶解から、成形、結晶化、アニール、切断までを連続的に行う結晶化ガラスの製造方法において、律速段階となるのは、結晶化の工程である。なぜなら、結晶化のための熱処理は、ガラス板波うちや変形、割れひびが生じることを抑制するため、急激な温度変化をガラス板に及ぼさないよう多段階温度処理が必要とされていたからである。
例えば、特許文献1記載の連続成形装置においては、その結晶化装置は、帯状板ガラスガラス転移点近傍の温度に保持する保温領域と、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第1昇温領域と、帯状板ガラスを結晶核形成温度に保持する核形成領域と、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第2昇温領域と、帯状板ガラスを結晶成長温度に保持する結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板の歪みを除去するアニール領域とを備える。

概要

帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理時間が短縮された結晶化ガラスの連続成形方法、及び帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理領域が短縮された結晶化ガラスの連続成形装置を提供する。ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、溶融ガラスを帯状圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、前記結晶化工程が、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む。なし

目的

本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理時間が短縮された結晶化ガラスの連続成形方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、溶融ガラスを帯状圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、前記結晶化工程が、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む、結晶化ガラス連続成形方法

請求項2

更に、前記溶解工程と前記成形工程との間に、前記溶解工程で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整工程と、前記調整工程を経た溶融ガラスの失透を防止する失透防止工程とを含む、請求項1に記載の結晶化ガラスの連続成形方法。

請求項3

ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解装置と、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形装置と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化装置と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置とを備え、前記結晶化装置が、前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する、結晶化ガラスの連続成形装置

請求項4

更に、前記溶解装置と前記成形装置との間に、前記溶解装置で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置と、前記調整装置から流出した溶融ガラスの失透を防止する失透防止装置とを備えた、請求項3に記載の結晶化ガラスの連続成形装置。

技術分野

0001

本発明は、結晶化ガラス連続成形方法および結晶化ガラスの連続成形装置に関する。

背景技術

0002

結晶化ガラスは、結晶核形成成分を含有するガラス原料を溶解し、溶融ガラスを板状に成形して結晶性ガラスを得て、この結晶性ガラスに結晶化熱処理を施して製造するのが一般的である。これまで、結晶化ガラスの製造効率を上げるために、製造方法および製造装置の開発が進められてきた。例えば、ガラス原料の溶解から、成形、結晶化、アニール、切断までを連続的に行うことができる、結晶化ガラスの連続成形装置が開示されている(例えば、特許文献1参照)。

0003

ガラス原料の溶解から、成形、結晶化、アニール、切断までを連続的に行う結晶化ガラスの製造方法において、律速段階となるのは、結晶化の工程である。なぜなら、結晶化のための熱処理は、ガラス板波うちや変形、割れひびが生じることを抑制するため、急激な温度変化をガラス板に及ぼさないよう多段階温度処理が必要とされていたからである。
例えば、特許文献1記載の連続成形装置においては、その結晶化装置は、帯状板ガラスガラス転移点近傍の温度に保持する保温領域と、帯状板ガラスを結晶核形成温度まで昇温する第1昇温領域と、帯状板ガラスを結晶核形成温度に保持する核形成領域と、帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する第2昇温領域と、帯状板ガラスを結晶成長温度に保持する結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板の歪みを除去するアニール領域とを備える。

先行技術

0004

特開2005−41726号公報

発明が解決しようとする課題

0005

結晶化ガラスの連続成形方法において、結晶化の熱処理の工程を改良することができれば、結晶化に要する熱処理時間が短縮され、製造効率は向上する。
本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理時間が短縮された結晶化ガラスの連続成形方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理領域が短縮された結晶化ガラスの連続成形装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明者は、結晶化ガラスの連続成形方法に関し、圧延成形して得た帯状板ガラスを、ガラス転移温度近傍に保持する熱処理工程を経ることなく、結晶核形成温度に投入することから熱処理を開始して、結晶化ガラスの連続成形が可能であることを見出した。
前記課題を解決するための具体的手段は以下のとおりである。

0007

<1>ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、
前記結晶化工程が、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む、結晶化ガラスの連続成形方法。
<2> 更に、前記溶解工程と前記成形工程との間に、前記溶解工程で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整工程と、前記調整工程を経た溶融ガラスの失透を防止する失透防止工程とを含む、<1>に記載の結晶化ガラスの連続成形方法。
<3> ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解装置と、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形装置と、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化装置と、帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置とを備え、
前記結晶化装置が、前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する、結晶化ガラスの連続成形装置。
<4> 更に、前記溶解装置と前記成形装置との間に、前記溶解装置で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置と、前記調整装置から流出した溶融ガラスの失透を防止する失透防止装置とを備えた、<3>に記載の結晶化ガラスの連続成形装置。

発明の効果

0008

本願発明によれば、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理時間が短縮された結晶化ガラスの連続成形方法を提供することができる。
また、本発明は、帯状板ガラスの結晶化に要する熱処理領域が短縮された結晶化ガラスの連続成形装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の結晶化ガラスの連続成形装置の一実施の形態を示す概略図である。
(A)及び(B)はそれぞれ、本発明の結晶化ガラスの連続成形装置の一実施の形態における、結晶化装置内の雰囲気温度勾配を示すグラフである。

0010

<結晶化ガラスの連続成形方法>
第一の本発明は、
ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解工程と、
溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形工程と、
帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化工程と、
帯状結晶化ガラス板を切断する切断工程とを含み、
前記結晶化工程が、
前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、
帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む、
結晶化ガラスの連続成形方法である。

0011

本発明の結晶化ガラスの連続成形方法は、前記溶解工程と、前記成形工程と、前記結晶化工程と、前記切断工程とをこの順で含むことにより、ガラス原料の溶解から、成形、結晶化、アニール、切断までを連続的に行うことができる。

0012

前記溶解工程は、ガラス原料を加熱により溶解し溶融ガラスを得る工程である。加熱温度は、ガラス原料を溶解させる温度であればよく、特に制限されない。前記溶解工程は、ガラス原料を溶解することの前に、ガラス原料を調合することを含んでもよく、ガラス原料の調合から溶解を連続して行うことが、製造効率の観点から好ましい。
前記成形工程は、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る工程である。圧延成形方法は公知の方法でよく、例えば、一組のローラ対によって溶融ガラスを圧延加工するロールアウト成形法を適用することができる。
前記結晶化工程は、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る工程である。前記結晶化工程については、後で詳述する。
前記切断工程は、帯状結晶化ガラス板を所定の長さに切断する工程である。切断方法は公知の方法でよく、例えば、ダイヤモンド製カッターによる切断法ウォータージェットによる切断法を適用できる。

0013

前記結晶化工程は、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温工程と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長工程と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷工程とを含む。
前記結晶化工程は、帯状板ガラスを結晶化するための熱処理を、帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に投入することから開始する。即ち、本発明は、従来の連続成形方法が含んでいた、ガラス転移温度近傍に保持させるための熱処理工程を含まない。
なお、本発明において、ガラス転移温度近傍とは、ガラス転移温度±10℃以下の範囲を言う。

0014

前記結晶核形成工程は、前記成形工程で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に直接投入し、結晶核形成温度に保持して、帯状板ガラスに結晶核を形成させる工程である。結晶核形成温度の雰囲気中に投入された帯状板ガラスは、前記成形工程と前記結晶化工程との間にあったときの温度から、結晶核形成温度まで連続的に昇温され、結晶核形成温度に保持され、結晶核が形成される。

0015

前記結晶核形成温度は、結晶核の形成が可能な温度であればよい。前記結晶核形成温度は、ガラス組成に応じて適切な温度を選択する。なお、ガラス組成によっては、帯状板ガラスにおいて、結晶核の形成と結晶の成長とが同時に進行することがあるが、結晶核形成温度において結晶が成長しても構わない。
前記結晶核形成温度は、好ましくは、ほぼ一定の温度である。

0016

前記結晶核形成工程の、保持温度、保持時間は特に制限されず、所望の結晶核が充分に形成される条件を適宜選択することができる。
前記結晶核形成工程の保持温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶核形成温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶核形成工程の保持温度は、通常600℃〜1000℃であり、好ましくは650℃〜900℃であり、より好ましくは700℃〜850℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。
前記結晶核形成工程の保持時間は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶核形成に要していた時間でよい。前記結晶核形成工程の保持時間は、通常10分間〜3時間程度である。
結晶核の形成は、ガラス原料中に、例えばTiO2、ZrO2、P2O5、F2等の核形成成分が予め添加されることによって容易に行える。

0017

前記昇温工程は、帯状板ガラスの周囲の雰囲気温度を、結晶核の形成が可能な温度から、結晶の成長が可能な温度まで、昇温する工程である。前記昇温工程において、昇温の温度勾配は、特に制限されず、帯状板ガラスのガラス組成や寸法に応じて選択する。例えば、0.5℃/分〜10℃/分の昇温速度で昇温することが好ましい。勿論、昇温速度が遅いほど、帯状板ガラスに波うちや変形、割れ、ひびが生じにくい。

0018

前記結晶成長工程は、帯状板ガラスの周囲の雰囲気温度を結晶の成長が可能な温度(好ましくは、ほぼ一定の温度)に保ち、結晶の成長を進行させ帯状結晶化ガラス板とする工程である。
前記結晶成長工程の、保持温度、保持時間は特に制限されず、所望の結晶が充分に成長し得る条件を適宜選択することができる。
前記結晶成長工程の保持温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶成長工程の保持温度は、通常750℃〜1100℃であり、好ましくは800℃〜1000℃であり、より好ましくは850℃〜950℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。
前記結晶成長工程の保持時間は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長に要していた時間でよい。前記結晶成長工程の保持時間は、通常10分間〜3時間程度である。

0019

前記徐冷工程は、帯状結晶化ガラス板から残留歪みを除去するとともにガラスの均一化をなすために、帯状結晶化ガラス板を徐冷する工程である。なお本発明において、徐冷とは歪みがとれる程度の降温速度で冷却することを言う。前記徐冷工程において、冷却の温度勾配は、特に制限されず、帯状板ガラスのガラス組成や寸法に応じて選択する。例えば、0.5℃/分〜20℃/分の降温速度で冷却することが好ましい。勿論、降温速度が遅いほど、残留歪みが少なくなる。

0020

本発明は、従来、結晶化ガラスの連続成形方法において必要と考えられていた、帯状板ガラスをガラス転移温度近傍に保持する熱処理工程を経ずに、圧延成形により得た帯状板ガラスを結晶核形成温度に直接投入する。そのため、前記結晶化工程全体の処理時間を短縮することが可能であるし、また、前記結晶化工程全体の処理時間を延長することなく、前記昇温工程および前記徐冷工程にかける時間を長くすることが可能である。前記昇温工程にかける時間を長くすれば、昇温の温度勾配を緩やかにすることができ、よって、帯状板ガラスに波うちや変形、割れ、ひびが生じにくい点で有利である。また、前記徐冷工程にかける時間を長くすれば、徐冷の温度勾配を緩やかにしたり、温度勾配を多段階にすることができ、よって、結晶が形成された帯状結晶化ガラス板の歪みをよく除去できる点で有利である。その結果、本発明は、得られる結晶化ガラスの平坦度衝撃強度等が優れる点で有利である。

0021

本発明の結晶化ガラスの連続成形方法は、更に、前記溶解工程と前記成形工程との間に、前記溶解工程で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整工程と、前記調整工程を経た溶融ガラスの失透を防止する失透防止工程とを含むことが好ましい。
本発明は、前記調整工程と前記失透防止工程とを含むことによって、溶融ガラスを均質化し、溶融ガラスの粘度を制御し、溶融ガラスの失透を防止し、かつ一定の流速で溶融ガラスを前記成形工程に供給することができる。

0022

前記調整工程は、溶融ガラスを攪拌して均質化すること、溶融ガラスを加熱して粘度を制御すること、及び溶融ガラスの液面を制御することから構成される。溶融ガラスの液面を制御することは、前記溶解工程から前記調整工程に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号をガラス原料を投入するガラス原料投入装置フィードバックして、前記溶解装置に投入される原料投入量補正することにより行う。
前記失透防止工程は、溶融ガラスを保温すること、及び溶融ガラスを加熱することから構成されることが好ましい。保温と加熱によって、前記成形工程に導入される前の溶融ガラスを所定温度に保持し、溶融ガラスの失透を防止する。

0023

以上に説明した各工程を経て得られた結晶化ガラスに対しては、必要に応じて、厚さの調整や表面仕上げ等を目的として表面を研磨する研磨工程や、所定のサイズや形状となるように加工する加工工程を実施してもよい。

0024

本発明の結晶化ガラスの連続成形方法には、以下に説明する、本発明の結晶化ガラスの連続成形装置が好適である。

0025

<結晶化ガラスの連続成形装置>
第二の本発明は、
ガラス原料を溶解して溶融ガラスを得る溶解装置と、
溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る成形装置と、
帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る結晶化装置と、
帯状結晶化ガラス板を切断する切断装置とを備え、
前記結晶化装置が、
前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、
結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、
帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する、
結晶化ガラスの連続成形装置である。

0026

本発明の結晶化ガラスの連続成形装置は、前記溶解装置と、前記成形装置と、前記結晶化装置と、前記切断装置とをこの順で備えることにより、ガラス原料の溶解から、成形、結晶化、アニール、切断までを連続的に行うことができる。

0027

前記溶解装置は、ガラス原料を加熱により溶解し溶融ガラスを得る装置である。前記溶解装置は、ガラス原料を溶解するための加熱手段を有する炉として構成することができ、従来公知のあらゆるガラス溶解炉を適用できる。前記溶解装置は、ガラス原料を溶解するための加熱手段の前段に、ガラス原料を調合する調合手段を含んでもよい。
前記成形装置は、溶融ガラスを帯状に圧延成形して帯状板ガラスを得る装置である。前記成形装置において、圧延成形方法は特に制限されず、例えば、一組のローラ対によって圧延加工するロールアウト成形法を実施する構成とすることができる。
前記結晶化装置は、帯状板ガラスを熱処理して結晶化させて帯状結晶化ガラス板を得る装置である。前記結晶化装置については、後で詳述する。
前記切断装置は、帯状結晶化ガラス板を所定の長さに切断する装置である。前記切断装置において、切断方法は公知の方法でよく、例えば、ダイヤモンド製のカッターによる切断やウォータージェットによる切断を実施する構成とすることができる。

0028

前記結晶化装置は、前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、前記帯状板ガラスに結晶核を形成させる結晶核形成領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度まで昇温する昇温領域と、結晶核が形成された帯状板ガラスを結晶成長温度に保持し結晶化させて帯状結晶化ガラス板とする結晶成長領域と、帯状結晶化ガラス板を徐冷する徐冷領域とを有する。
前記結晶化装置は、前記結晶核形成領域を最上流に有するものであり、従来の連続成形装置が有していたガラス転移温度近傍に保持する熱処理領域を有しない。

0029

前記結晶核形成領域は、前記成形装置で得た帯状板ガラスを結晶核形成温度の雰囲気中に収容し、結晶核形成温度に保持して、帯状板ガラスに結晶核を形成させる領域である。前記結晶核形成領域に収容された帯状板ガラスは、前記結晶核形成領域を通過する間に、前記成形装置と前記結晶化装置との間にあったときの温度から結晶核形成温度まで連続的に調整され、結晶核形成温度に保持され、結晶核が形成される。

0030

前記結晶核形成温度は、結晶核の形成が可能な温度であればよい。前記結晶核形成温度は、ガラス組成に応じて適切な温度を選択する。なお、ガラス組成によっては、帯状板ガラスにおいて、結晶核の形成と結晶の成長とが同時に進行することがあるが、前記結晶核形成領域において結晶が成長しても構わない。
前記結晶核形成領域は、ほぼ一定の温度に保たれることが好ましい。

0031

前記結晶核形成領域の雰囲気温度は、特に制限されず、所望の結晶核が充分に形成し得る温度を適宜選択することができる。前記結晶核形成領域の雰囲気温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶核形成温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶核形成領域の雰囲気温度は、通常600℃〜1000℃であり、好ましくは650℃〜900℃であり、より好ましくは700℃〜850℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。

0032

前記結晶核形成領域の長さ及び前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度は、特に制限されず、所望の結晶核が充分に形成する時間を確保できるように、条件を適宜選択することができる。当該時間は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶核形成に要していた時間でよく、通常は10分間〜3時間程度である。
また、前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度は、前記溶解装置又は/及び前記成形装置の処理量に応じて適宜選択することができる。そして、前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度が遅い場合は、それに応じて前記結晶核形成領域の長さは短くしてよく、前記結晶核形成領域内の帯状板ガラスの運搬速度が速い場合は、それに応じて前記結晶核形成領域の長さは長くすればよい。

0033

前記昇温領域は、帯状板ガラスの周囲の雰囲気温度を、結晶核の形成が可能な温度から、結晶の成長が可能な温度まで昇温する領域である。昇温領域内には、所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスが結晶化装置の出口方向に運搬されるに従って、徐々に昇温されるようになっていることが好ましい。前記昇温領域において、領域内の温度勾配は、特に制限されず、帯状板ガラスのガラス組成や寸法に応じて選択する。勿論、温度勾配が緩やかなほど、帯状板ガラスに波うちや変形、割れ、ひびが生じにくい。

0034

前記結晶成長領域は、その領域内の雰囲気温度が、結晶の成長が可能な温度に(好ましくは、ほぼ一定に)保たれた領域である。帯状板ガラスは、前記結晶成長領域を通過する間に結晶が成長し、帯状結晶化ガラス板となる。
前記結晶成長領域の雰囲気温度は、特に制限されず、所望の結晶が充分に成長し得る温度を適宜選択することができる。前記結晶成長領域の雰囲気温度は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長温度またはその近傍に設定することが好ましい。前記結晶成長領域の雰囲気温度は、通常750℃〜1100℃であり、好ましくは800℃〜1000℃であり、より好ましくは850℃〜950℃であり、温度をほぼ一定(±5℃以下)に保つことが好ましい。

0035

前記結晶成長領域の長さ及び前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度は、特に制限されず、所望の結晶が充分に成長する時間を確保できるように、条件を適宜選択することができる。当該時間は、従来の結晶化ガラスの製造方法における結晶成長に要していた時間でよく、通常は10分間〜3時間程度である。
また、前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度は、前記溶解装置又は/及び前記成形装置の処理量に応じて適宜選択することができる。そして、前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度が遅い場合は、それに応じて前記結晶成長領域の長さは短くしてよく、前記結晶成長領域内の帯状板ガラスの運搬速度が速い場合は、それに応じて前記結晶成長領域の長さは長くすればよい。

0036

前記徐冷領域は、帯状結晶化ガラス板から残留歪みを除去するとともにガラスの均一化をなすために、帯状結晶化ガラス板を徐冷する領域である。前記徐冷領域において、領域内の温度勾配は、特に制限されず、帯状板ガラスのガラス組成や寸法に応じて選択する。勿論、温度勾配が緩やかなほど、残留歪みが少なくなる。

0037

本発明は、従来、結晶化ガラスの連続成形装置において必要と考えられていた、帯状板ガラスをガラス転移温度近傍に保持する熱処理領域を有さず、前記成形装置から引き出された帯状板ガラスを直接、結晶核形成温度に収容する。そのため、前記結晶化装置全体の長さを短縮することが可能であるし、また、前記結晶化装置全体の長さを延長することなく、前記昇温領域および前記徐冷領域を長くすることが可能である。前記昇温領域を長くすれば、昇温の温度勾配を緩やかにすることができ、よって、帯状板ガラスに波うちや変形、割れ、ひびが生じにくい点で有利である。また、前記徐冷領域を長くすれば、徐冷の温度勾配を緩やかにしたり、徐冷の温度勾配を多段階にすることができ、よって、結晶が形成された帯状結晶化ガラス板から歪みをよく除去できる点で有利である。その結果、本発明は、得られる結晶化ガラスの衝撃強度が優れる点で有利である。

0038

本発明の結晶化ガラスの連続成形装置は、更に、前記溶解装置と前記成形装置との間に、前記溶解装置で得た溶融ガラスの均質度と粘度と液面とを調整する調整装置と、前記調整装置から流出した溶融ガラスの失透を防止する失透防止装置とを備えることが好ましい。
本発明は、前記調整装置と前記失透防止装置とを備えることによって、溶融ガラスを均質化し、溶融ガラスの粘度を制御し、溶融ガラスの失透を防止し、かつ所定流速で溶融ガラスを前記成形装置に供給することができる。

0039

前記調整装置は、溶融ガラスを均質化する均質化装置と、溶融ガラスの粘度を制御する粘度制御装置と、溶融ガラスの液面を制御する液面制御装置とから構成される。前記均質化装置は、溶融ガラスを攪拌する装置を備える。前記粘度制御装置は、溶融ガラスを加熱する加熱装置を備える。前記液面制御装置は、前記溶解装置から前記調整装置に導入された溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号をガラス原料を投入するガラス原料投入装置にフィードバックして、前記溶解装置に投入される原料投入量を補正する。前記液面制御装置によって、前記調整装置を通過する溶融ガラスの液面高さを測定して、原料投入量を補正することができるので、前記成形装置で成形された帯状板ガラスの厚さを所定の厚さに制御することができる。したがって、結晶化ガラスの製造を自動化、量産化することができるとともに、品質の安定化を図ることができ、工程管理も極めて容易に行うことができる。

0040

前記失透防止装置は、溶融ガラスを保温する保温装置と、溶融ガラスを加熱する加熱装置とから構成されることが好ましい。前記保温装置による保温と前記加熱装置による加熱によって、前記成形装置に導入される前の溶融ガラスを所定温度に保持し、溶融ガラスの失透を防止する。

0041

本発明の結晶化ガラスの連続成形装置は、更に、前記成形装置と前記結晶化装置との間に、前記成形装置から搬出された帯状板ガラスを押え押えロールを備えることが好ましい。前記成形装置から搬出された帯状板ガラスの表面は、前記押えロールによって平らロール面を形成する。前記押えロールを備えることにより、前記成形装置で成形された帯状板ガラスを平坦化して結晶化装置に導入することができる。

0042

本発明の結晶化ガラスの連続成形装置は、カラーフィルター用基板イメージセンサー用基板等のハイテク製品用基板電子部品焼成用セッター電磁調理器トッププレート光部品電子レンジ棚板防火戸用窓ガラス石油ストーブ薪ストーブ前面窓建築用の材料等として広く使用されている結晶化ガラスを、ガラス原料から連続的に成形加工する結晶化ガラスの製造装置として好適である。

0043

以下、図面を参照して、本発明の結晶化ガラスの連続成形装置の一実施の形態を説明する。ただし、本発明はその実施の形態に限定されない。

0044

図1に示す連続成形装置は、溶解装置11と、調整装置12と、失透防止装置13と、ロールアウト成形装置14と、結晶化装置17(ローラハースキルン17)と、切断装置27とを備えている。
溶解装置11は、ガラス原料を溶解させ溶融ガラスとする装置であり、ガラス原料の溶解、清澄、均質化の機能を持った間欠式の間欠炉、または、上記の各機能をユニット型に連結した連結式の連結炉であってよい。

0045

溶解装置11で得た溶融ガラスは、運搬方向下流に配置された調整装置12に運ばれる。調整装置12は、溶融ガラスの均質度と粘度と液面高さを調整する装置である。調整装置12には、液面制御装置12a、撹拌装置12b(撹拌棒12b)、発熱体12c及び熱電対12dが取り付けられている。
液面制御装置12aは、溶融ガラスの液面高さを検知して、液面高さの変化量に対応する信号を溶解装置11にガラス原料を投入するガラス原料投入装置(不図示)にフィードバックし、ガラス原料投入量を補正する。このようにして、調整装置12内の液面高さは所定の値に調節される。
撹拌装置12bは、溶融ガラスを撹拌して均質化する。発熱体12cと熱電対12dは、溶融ガラスの温度を調節して、溶融ガラスの粘度を所定の値に調節する。

0046

調整装置12から流出した溶融ガラスは、運搬方向下流に配置された失透防止装置13に流入する。防止装置13には、保温装置13a(保温耐火物13a)、リップ13b及びサポーター13cが取り付けられている。保温装置13aは、溶融ガラスを保温して所定温度に保持する。リップ13bは、溶融ガラスをロールアウト成形装置14に誘導する。サポーター13cは、リップ13bを支持する支持体である。また、必須ではないが、失透防止装置13に発熱ユニット13dが取り付けられていてもよい。発熱ユニット13dは、サポーター13cを貫通して設けられた加熱装置であり、発熱ユニット13dによってサポーター13cとリップ13bとは加熱される。
失透防止装置13は、保温装置13aによる保温によって、ロールアウト成形装置14に導入される前の溶融ガラスを所定温度に保持し、溶融ガラスの失透を防止する。失透防止装置13に発熱ユニット13dが取り付けられている場合には、発熱ユニット13dによる加熱も、溶融ガラスの失透防止に寄与する。

0047

調整装置12から流出して失透防止装置13を通過した溶融ガラスは、運搬方向下流に配置されたロールアウト成形装置14に供給される。ロールアウト成形装置14は、溶融ガラスを帯状の板ガラスに圧延成形する。ロールアウト成形装置14には、上側ローラ14a、下側ローラ14b、及び冷却水箱14cが取り付けられている。上側ローラ14aと下側ローラ14bを構成するローラは、市販品でよく、耐熱性耐熱衝撃性高温強度耐ヒートクラック性に優れる材料で作られたものである。
上側ローラ14aと下側ローラ14bとは互いに対向して配置され、このローラ対の間に供給された溶融ガラスを帯状に圧延成形する。冷却水箱14cは、その内部に溶融ガラスを冷却するための水が連続的に供給されており、帯状に圧延成形されたガラスを冷却して帯状の形状を維持する。

0048

ロールアウト成形装置14で帯状に圧延成形されたガラスは、運搬方向下流に配置された運搬装置15に載置される。運搬装置15は、複数本のローラが配列されて構成されており、圧延成形された帯状板ガラスを運搬する。運搬装置15は、ローラのほか、耐熱ベルト等の帯状板ガラスを運搬できる手段から構成されてもよい。
運搬装置15の運搬方向上流の上側には、ロールアウト成形装置14によって圧延成形された帯状板ガラスを押える押さえローラ16が設けられている。押さえローラ16は、耐熱性に優れた鋼で作られた、1本乃至数本のローラから構成されている。ロールアウト成形装置14で帯状に圧延成形されたガラスは、押さえローラ16によって押さえられ、平らな帯状板ガラスAとなる。なお、ロールアウト成形装置14によって圧延成形された帯状板ガラスの表面性状によっては、必ずしも押えロール16は必要ではなく、省略することも可能である。

0049

帯状板ガラスAは、運搬装置15により運搬され、結晶化装置17に導入される。結晶化装置17は、運搬方向上流から順に、帯状板ガラスAを結晶核形成温度に保持し結晶核を形成させる結晶核形成領域23と、結晶核形成温度から結晶成長温度まで雰囲気温度を昇温させる昇温領域24と、帯状板ガラスAを結晶成長温度に保持し結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板Bとする結晶成長領域25と、帯状結晶化ガラス板Bを徐冷する徐冷領域26とから構成されている。結晶核形成領域23と昇温領域24と結晶成長領域25と徐冷領域26とは、例えば図2(A)又は(B)に示す温度勾配になるように、各領域の雰囲気温度が制御される。図2(A)に示す温度勾配は、徐冷の温度勾配を緩やかに設定したものである。図2(B)に示す温度勾配は、徐冷の温度勾配を、急冷−保温−急冷の多段階に設定したものである。

0050

結晶化装置17は、市販のローラハースキルンであり、加熱ユニット18、運搬ローラ19、熱電対20、及び攪拌装置28が取り付けられている。
加熱ユニット18は、結晶核形成領域23、昇温領域24、結晶成長領域25及び徐冷領域26において、運搬ローラ19上下の炉の側壁に1個若しくは複数個配設され、加熱ユニット18ごとに熱電対20を設けて温度制御が行えるようになっており、その精度も±5℃以下のものである。攪拌装置28は、各領域内の空気を撹拌し、各領域の温度を均一にする。これらによって、結晶化熱処理を確実に実施することができ、圧延成形された帯状板ガラスの結晶化を容易にかつ確実に行うことができる。なお、加熱源としては、SiC発熱体、カンタルヒータガス電気等、所望の温度によって適宜選択される。
運搬ローラ19は、耐熱ローラから構成され、結晶化装置17内を、帯状板ガラスを停滞することなく連続的に運搬する。

0051

結晶核形成領域23は、所定の温度に保たれ、この領域で帯状板ガラスA中に結晶核が形成される。
昇温領域24は、結晶核が形成された帯状板ガラスAを結晶成長温度まで昇温する領域である。昇温領域24内には、例えば図2(A)及び(B)に示すような所定の温度勾配が設けられ、帯状板ガラスAが結晶化装置17の出口方向に運搬されるに従って、徐々に昇温されるようになっている。
結晶成長領域25は、帯状板ガラスAを結晶の成長が進行する温度に保持し、結晶化させて帯状結晶化ガラス板Bとする領域である。
徐冷領域26は、帯状結晶化ガラス板Bから残留歪みを除去するとともにガラスの均一化をなすために、帯状結晶化ガラス板Bを徐冷する領域である。徐冷領域26内には、例えば図2(A)及び(B)に示すような所定の温度勾配が設けられ、帯状結晶化ガラス板Bが結晶化装置17の出口方向に運搬されるに従って、徐々に冷却されるようになっている。

0052

結晶化装置17によって帯状板ガラスAを結晶化させて得た帯状結晶化ガラス板Bは、運搬方向下流に配置された切断装置27に運搬される。切断装置27は、帯状結晶化ガラス板Bを所定のサイズに切断する。切断装置27によって切断されて得た結晶化ガラス板Cは、二次加工工場に搬送されて、二次加工によって完成品となる。

0053

以下に実施例を挙げて、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に示す実施例に限定されるものではない。

0054

以下の実施例および比較例で得た結晶化ガラス板の衝撃強度は、国際電工委員会IEC出版物817「スプリング駆動の衝撃試験装置及びその校正」に記載された衝撃試験装置を使用し、下記の方法で破損率(%)を算出して評価した。
0.5Jの衝撃試験装置を使用して、30cm×30cm×4mmの寸法に切り出した結晶化ガラス板の表面の5箇所に3回ずつ衝撃した。結晶化ガラス板にひびや割れがなければ合格とし、ひびや割れがあれば不合格とし、不合格の比率試験に供した全枚数に対する不合格の枚数)を破損率(%)とした。

0055

実施例は、図1に図示された連続成形装置と同様に構成された装置を用意し、実施した。比較例は、特許文献1に開示された連続成形装置と同様に構成された装置を用意し、実施した。実施例および比較例の結晶化工程における温度は、結晶化装置の各領域内の雰囲気温度である。

0056

[実施例1]
質量百分率でSiO2 63.5%、Al2O3 21.5%、MgO 0.5%、ZnO 1.5%、BaO 1.8%、TiO2 2.8%、ZrO2 1.5%、B2O3 0.3%、P2O5 1.0%、Na2O 0.7%、K2O 0.5%、Li2O 3.6%、As2O3 0.5%、V2O5 0.3%の組成に調合したガラス原料を溶解装置に入れた。1670℃でガラス原料を溶融し、次いで、成形装置にて170cm×250m×4mmに圧延成形して帯状板ガラスを得た。

0057

上記で得た帯状板ガラスを、成形装置から結晶化装置まで運搬し、730℃の結晶核形成領域に投入し、結晶核形成領域内を運搬しながら730℃で20分間保持し、帯状板ガラスに結晶核を形成させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを5℃/分の速度で880℃まで昇温するように、昇温領域を通過させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを、880℃の結晶成長領域に導入し、結晶成長領域内を運搬しながら880℃で30分間保持し、結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板とした。
次いで、帯状結晶化ガラス板を5℃/分の速度で100℃まで徐冷するように、徐冷領域を通過させた。
次いで、切断装置によって、帯状結晶化ガラス板を、運搬方向の長さ100cmに切断した。

0058

こうして、主結晶としてβ−石英固溶体析出した、黒色の結晶化ガラス板を得た。結晶化ガラス板には、波うち、変形、割れ及びひびはなく、平坦で綺麗な外観であった。結晶化ガラス板の前記破損率は、5%以下であった。

0059

[実施例2]
質量百分率でSiO2 64.0%、Al2O3 22.0%、MgO 0.5%、ZnO 1.0%、BaO 2.0%、TiO2 2.5%、ZrO2 1.5%、B2O3 0.3%、P2O5 0.8%、Na2O 0.8%、K2O 0.3%、Li2O 3.8%、As2O3 0.5%の組成に調合したガラス原料を溶解装置に入れた。1650℃でガラス原料を溶融し、次いで、成形装置にて170cm×250m×4mmに圧延成形して帯状板ガラスを得た。

0060

上記で得た帯状板ガラスを、成形装置から結晶化装置まで運搬し、750℃の結晶核形成領域に投入し、結晶核形成領域内を運搬しながら750℃で20分間保持し、帯状板ガラスに結晶核を形成させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを5℃/分の速度で1000℃まで昇温するように、昇温領域を通過させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを、1000℃の結晶成長領域に導入し、結晶成長領域内を運搬しながら1000℃で30分間保持し、結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板とした。
次いで、帯状結晶化ガラス板を5℃/分の速度で100℃まで徐冷するように、徐冷領域を通過させた。
次いで、切断装置によって、帯状結晶化ガラス板を、運搬方向の長さ100cmに切断した。

0061

こうして、主結晶としてβ−スポジューメンを析出した、白色の結晶化ガラス板を得た。結晶化ガラス板には、波うち、変形、割れ及びひびはなく、平坦で綺麗な外観であった。結晶化ガラス板の前記破損率は、5%以下であった。

0062

[比較例1]
質量百分率でSiO2 63.5%、Al2O3 21.5%、MgO 0.5%、ZnO 1.5%、BaO 1.8%、TiO2 2.8%、ZrO2 1.5%、B2O3 0.3%、P2O5 1.0%、Na2O 0.7%、K2O 0.5%、Li2O 3.6%、As2O3 0.5%、V2O5 0.3%の組成に調合したガラス原料を溶解装置に入れた。1670℃でガラス原料を溶融し、次いで、成形装置にて170cm×250m×4mmに圧延成形して帯状板ガラスを得た。

0063

上記で得た帯状板ガラスを、成形装置から結晶化装置まで運搬し、600℃の温度領域に投入し、この温度領域内を運搬しながら600℃で10分間、ガラス転移温度近傍に保持した。
次いで、帯状板ガラスを10℃/分の速度で730℃まで昇温するように、第一の昇温領域を通過させた。
次いで、帯状板ガラスを730℃の結晶核形成領域に投入し、結晶核形成領域内を運搬しながら730℃で20分間保持し、帯状板ガラスに結晶核を形成させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを5℃/分の速度で880℃まで昇温するように、第二の昇温領域を通過させた。
次いで、結晶核が形成された帯状板ガラスを、880℃の結晶成長領域に導入し、結晶成長領域内を運搬しながら880℃で30分間保持し、結晶を成長させて帯状結晶化ガラス板とした。
次いで、帯状結晶化ガラス板を5℃/分の速度で100℃まで徐冷するように、徐冷領域を通過させた。
次いで、切断装置によって、帯状結晶化ガラス板を、運搬方向の長さ100cmに切断した。

実施例

0064

こうして、主結晶としてβ−石英固溶体を析出した、黒色の結晶化ガラス板を得た。結晶化ガラス板には、波うち、変形、割れ及びひびはなく、平坦で綺麗な外観であった。結晶化ガラス板の前記破損率は、5%以下であった。

0065

11・・・溶解装置
12・・・調整装置
12a・・液面制御装置
12b・・撹拌装置(撹拌棒)
12c・・発熱体
12d・・熱電対
13・・・失透防止装置
13a・・保温装置(保温耐火物)
13b・・リップ
13c・・サポーター
13d・・発熱ユニット
14・・・ロールアウト成形装置
14a・・上側ローラ
14b・・下側ローラ
14c・・冷却水箱
15・・・運搬装置
16・・・押さえローラ
17・・・結晶化装置(ローラハースキルン)
18・・・加熱ユニット
19・・・運搬ローラ
20・・・熱電対
23・・・結晶核形成領域
24・・・昇温領域
25・・・結晶成長領域
26・・・徐冷領域
27・・・切断装置
28・・・攪拌装置
A・・・・帯状板ガラス
B・・・・帯状結晶化ガラス板
C・・・・切断された結晶化ガラス板

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