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特許7404881フロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-18
(45)【発行日】2023-12-26
(54)【発明の名称】フロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法
(51)【国際特許分類】
   C03B 35/16 20060101AFI20231219BHJP
   C03B 18/02 20060101ALI20231219BHJP
【FI】
C03B35/16
C03B18/02
【請求項の数】 12
(21)【出願番号】P 2020004522
(22)【出願日】2020-01-15
(65)【公開番号】P2021109817
(43)【公開日】2021-08-02
【審査請求日】2022-08-04
(73)【特許権者】
【識別番号】000000044
【氏名又は名称】AGC株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】隅田 和明
(72)【発明者】
【氏名】川崎 直哉
(72)【発明者】
【氏名】中野 勝之
(72)【発明者】
【氏名】山本 陽平
(72)【発明者】
【氏名】早坂 光真
【審査官】若土 雅之
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2019/221084(WO,A1)
【文献】国際公開第2011/152529(WO,A1)
【文献】特開2009-028944(JP,A)
【文献】特表2008-545990(JP,A)
【文献】特開平11-199922(JP,A)
【文献】国際公開第2014/069372(WO,A1)
【文献】特開2016-204248(JP,A)
【文献】特開平06-227831(JP,A)
【文献】GUO, YanJie et al.,Properties of Ceramic Substrate materials for High-Temperature Pressure Sensors for Operation above 1000℃,Adv. Mater. Sci. Eng.,英国,Hindawi Publishing Co.,2017年04月03日,Vol. 2018,2317295-1-2317295-6,DOI: 10.1155/2018/2317295
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C03B 18/00-18/22
23/00-35/26
40/00-40/04
C04B 33/00-44/91
F27B 9/00-9/40
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶融金属を収容するフロートバスと、前記溶融金属上で帯板状に成形されたガラスリボンが搬入される徐冷炉と、前記フロートバスと前記徐冷炉との間に設けられるドロスボックスとを備えたフロートガラス製造装置であって、
前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、
前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、
前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が20GPa以上100GPa以下である非金属材料であり、
前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とするフロートガラス製造装置。
【請求項2】
前記非金属材料は、室温での曲げ強度が90MPa以上である、請求項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項3】
前記非金属材料は、室温での引張強度が90MPa以上である、請求項1又は2に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項4】
前記非金属材料は、室温での引張強度が300MPa以下である、請求項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項5】
前記非金属材料は、室温での嵩密度が3g/cm以下である、請求項1~のいずれか1項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項6】
前記カーボン材は、CIP材又はC/Cコンポジットである、請求項1~5のいずれか1項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項7】
前記カーボン材は、外表面にコーティングが施され、
前記コーティングの成分は、炭化ケイ素、又はアルミ及びリンを含む酸化物である、請求項1~6のいずれか1項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項8】
前記シート部は、0.8~15mmの厚みを有している、請求項1~のいずれか1項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項9】
前記シート部は、前記ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が、平面視において直線状である、請求項1~のいずれか1項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項10】
前記シート部は、前記ガラスリボンの搬送方向の下流側の面が、平面視において直線状である、請求項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項11】
前記シート部は、平面視における断面形状が矩形状である、請求項1~のいずれか1項に記載のフロートガラス製造装置。
【請求項12】
フロートバスの溶融金属上で帯板状のガラスリボンを成形し、ドロスボックスに設けられたリフトアウトロールによって前記ガラスリボンを前記フロートバスから引き出し、徐冷炉で前記ガラスリボンを徐冷するフロートガラス製造方法であって、
前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、
前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、
前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が20GPa以上100GPa以下である非金属材料であり、
前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とするフロートガラス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
フロートガラス製造装置は、溶融金属を収容するフロートバスと、溶融金属上で帯板状に成形されたガラスリボンが搬入される徐冷炉と、フロートバスと徐冷炉との間に設けられるドロスボックスとを備える。
【0003】
ドロスボックス内には、ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープが配置される。ドレープは、ドロスボックス及びフロートバス内の圧力が変動すること、並びに徐冷炉内の酸素及び徐冷炉内に供給されるSOガスがドロスボックス及びフロートバスに侵入することを防止する機能を果たす。
【0004】
ドレープは、ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が常にフロートバスからの雰囲気の圧力を受けている状態にある。そのため、ドレープは、時間の経過とともに、ガラスリボンの搬送方向の下流側の面が膨れて変形し、上記の機能を充分に果たせないことがあった。
【0005】
そこで、ドレープが変形するのを防止するため、フレーム部とコルゲート鉄板部とを有し、ガラスリボンの搬送方向の下流側に補強手段を設けているドレープが提案されている(特許文献1参照)。ここで、コルゲート鉄板部(本発明のシート部に対応)は、ステンレス製で波形形状を有するコルゲート鉄板であり、厚みが0.1mm~0.2mmの薄厚のものが使用され、剛性がある程度高く、かつ、軽量なものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開2016-204248号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかし、ドロスボックス内の雰囲気温度は550℃以上であるため、特許文献1のステンレス製のコルゲート鉄板は、ステンレスに含まれるクロムと炭素とが結合してクロム炭化物が結晶粒界に生じる現象(いわゆる鋭敏化)により、結晶粒界に沿って腐食が進行しやすい。そして、ドロスボックス内には、徐冷炉内の酸素及びSOガスが侵入してくるため、コルゲート鉄板は、酸素及びSOの腐食により、剛性が低下して変形することがあった。
【0008】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ドロスボックス内に配置されるドレープのシート部の変形を防止できるフロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法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】
【0009】
上記課題を解決するため、本発明のフロートガラス製造装置は、溶融金属を収容するフロートバスと、前記溶融金属上で帯板状に成形されたガラスリボンが搬入される徐冷炉と、前記フロートバスと前記徐冷炉との間に設けられるドロスボックスとを備えたフロートガラス製造装置であって、前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が20GPa以上100GPa以下である非金属材料であり、前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明のフロートガラス製造方法は、フロートバスの溶融金属上で帯板状のガラスリボンを成形し、ドロスボックスに設けられたリフトアウトロールによって前記ガラスリボンを前記フロートバスから引き出し、徐冷炉で前記ガラスリボンを徐冷するフロートガラス製造方法であって、前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が20GPa以上100GPa以下である非金属材料であり、前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明のフロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法によれば、ドロスボックス内に配置されるドレープのシート部の変形を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
図1】本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置の一部断面図である。
図2図1のドレープの概略構成図であり、(A)は(B)及び(C)のI-I矢視断面図であり、(B)はドレープの正面図であり、(C)は(A)のII-II矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。本明細書において、数値範囲を表す「~」はその前後の数値を含む範囲を意味する。なお、以下の説明において、「上流側」とはガラスリボンの搬送方向の上流側を指し、「下流側」とはガラスリボンの搬送方向の下流側を指す。
【0014】
(フロートガラス製造装置)
図1を用いて本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置について説明する。図1は、本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置の一部断面図である。
【0015】
フロートガラス製造装置1は、溶融金属Mを収容するフロートバス10と、溶融金属M上で帯板状に成形されたガラスリボンGが搬入される徐冷炉20と、フロートバス10と徐冷炉20との間に設けられるドロスボックス30とを備える。ドロスボックス30は、ガラスリボンGを搬送する複数のリフトアウトロール4の上部にドレープ6を有する。
【0016】
所望の幅や厚みに成形されたガラスリボンGは、リフトアウトロール4や搬送ロール21の牽引力によって溶融金属Mの浴面12から引き揚げられる。そして、ガラスリボンGは、フロートバス10の出口13からドロスボックス30内に搬入された後、リフトアウトロール4によって徐冷炉20内に搬入され、搬送ロール21によって搬送されながら徐冷される。その後、ガラスリボンGは、徐冷炉20外に搬出され、室温付近まで冷却された後、所定寸法に切断され、製品であるガラス板となる。
【0017】
ガラス組成は、ガラス板の用途等に応じて適宜選定される。例えば、ガラス板の用途が液晶ディスプレイ用ガラス基板の場合、アルカリ金属が液晶ディスプレイの品質に悪影響を及ぼすので、Na2O、K2O等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスが用いられる。ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、アルカリ金属酸化物の含有量の合量が0.1質量%以下を意味する。
【0018】
フロートバス10内の上部空間は、溶融金属Mの酸化を防止するため、窒素及び水素を含む還元性混合ガスで満たされている。また、フロートバス10内の上部空間は、外部からの空気の流入を防止するため、大気圧よりも高く設定されている。フロートバス10内の還元性雰囲気は、フロートバス10の出口13からドロスボックス30に向けて流出している。フロートバス10の出口13付近には、ガラスリボンGを塑性変形可能な温度に調節するヒータ18が設けられている。なお、溶融金属Mに用いられる金属は、例えば錫又は錫合金である。
【0019】
徐冷炉20は、下流側の出口が外部に開放されている。また、徐冷炉20内のガラスリボンGの下面は、緩衝膜を形成するため、SOガスが供給される。そのため、徐冷炉20の内部は、酸素及びSOガスを含む雰囲気になっている。徐冷炉20の内部は、ドロスボックス30の内部を介して、フロートバス10の内部と連通している。
【0020】
徐冷炉20内には、搬送ロール21の他にヒータ28等が設けられている。複数の搬送ロール21は、それぞれ、モータ等の駆動装置によって回転駆動され、その駆動力によってガラスリボンGを水平方向に搬送する。
【0021】
ドロスボックス30は、上部の外壁31が断熱材33で覆われ、下部の内壁32が断熱材34で覆われている。断熱材33、34を用いることで、ドロスボックス30からの放熱を抑制し、ガラスリボンGの温度分布を安定化させることができ、製品の反りを抑制することができる。
【0022】
ドロスボックス30内には、リフトアウトロール4の他に、接触部材5、ドレープ6、ヒータ8等が設けられている。複数のリフトアウトロール4は、それぞれ、モータ等の駆動装置によって回転駆動され、その駆動力によってガラスリボンGを斜め上方に向けて搬送する。リフトアウトロールの数は、複数である限り、特に限定されない。
【0023】
接触部材5は、リフトアウトロール4の下部に設けられる。複数の接触部材5は、それぞれ、対応するリフトアウトロール4の外周面に摺接して、ガラスリボンGの下方を複数の空間35~38に仕切っている。
【0024】
ドレープ6は、ガラスリボンGの上方及びリフトアウトロール4の上部位置に設けられ、ガラスリボンGの上方空間を遮蔽する。ドレープ6は、外壁31によって吊持され、ガラスリボンGの搬送方向に間隔を空けて複数設けられる。フロートバス10の出口13から流出した還元性雰囲気は、ドロスボックス30内のガラスリボンGの上方空間を通って、徐冷炉20の入口23(ドロスボックス30の出口39)に向けて流れている。
【0025】
ドレープ6は、徐冷炉20から酸素が侵入することを制限し、ドロスボックス30内の酸素濃度の増加を規制する。これにより、還元性雰囲気に含まれる水素の燃焼が抑制され、水素の燃焼炎によるガラスリボンGの温度変動や局部加熱を抑制することができる。また、ドレープ6は、徐冷炉20からSOガスが侵入することを制限し、ドロスボックス30内の還元性雰囲気に含まれる水素とSOが反応してHSが生成することを抑制する。これにより、ドロスボックス30の炉殻を構成する金属材料の腐食を抑制することができる。そして、ドレープ6は、ガラスリボンGの搬送を妨げないように、ガラスリボンGの上面からわずかに(例えば1cm)離間するように配置されている。
【0026】
複数のヒータ8は、ガラスリボンGの上下両側に離間して設けられ、それぞれ、ガラスリボンGの搬送方向に複数列設けられている。各列のヒータ8は、ドレープ6同士の間や接触部材5同士の間に設けられている。各列のヒータ8は、ガラスリボンGの幅方向の温度分布を均一にするため、ガラスリボンGの幅方向に分割されていることが好ましい。ドロスボックス30内の雰囲気温度は、ガラス組成によって異なるが、550℃以上に調節される。
【0027】
なお、フロートガラス製造装置1は、ドレープ6の高さの管理、ドレープ6とガラスリボンGとの隙間の管理、ガラスリボンGの割れの検出等を実施するため、監視カメラを備えることが好ましい。監視カメラは、ドロスボックス30の側壁部の外側に設けられ、該側壁部の窓からドロスボックス30内のドレープ6及びガラスリボンGを撮影する。そして、監視カメラが撮影した画像は、画像処理が施される。これにより、ガラスリボンGの幅方向におけるドレープ6とガラスリボンGとの隙間の距離を経時的に計測できる。
【0028】
そして、ドレープ6の高さを調節してドレープ6とガラスリボンGとの隙間の距離を一定に保つことで、該隙間を流れる還元性雰囲気の流量が一定になるため、ガラスリボンGの品質を安定させることができる。
【0029】
また、ドレープ6は、後述するように、シート部の変形を防止できるので、ドレープ6とガラスリボンGとの隙間の距離を計測することにより、ガラスリボンGの反りを定量的に評価できる。これにより、早期にドロスボックス30内のヒータ8を調節できるようになるので、フロートガラスの反りが悪化することを抑制できる。
【0030】
(ドレープ)
次に、図2を用いてフロートガラス製造装置を構成するドレープについて説明する。
【0031】
図2は、図1のドレープの概略構成図であり、(A)は(B)及び(C)のI-I矢視断面図であり、(B)はドレープの正面図であり、(C)は(A)のII-II矢視断面図である。ここで、図2(B)は、ドレープを上流側から下流側に向けて見たときの正面図である。
【0032】
図2(A)に示すように、ドレープ6は、シート部62と、シート部62の上部を挟持するフレーム部61とを有する。ドレープ6は、シート部62及びフレーム部61を締結するボルト63と、ボルト63を固定するナット64とをさらに有する。
【0033】
フレーム部61は、ドロスボックスの上部の外壁31(図1参照)によって吊持されるために、断面形状が逆L字状のフレーム材61A、61Bを有する。フレーム材61Aはシート部62の上流側面に配置され、フレーム材61Bはシート部62の下流側面に配置される。
【0034】
フレーム材61A、61Bの貫通孔は丸孔である。フレーム材61Bの貫通孔はさらにねじ孔であってもよい。この場合、ナット64がなくてもボルト63を固定できる。これにより、ドレープ6を組み立てる作業が容易になる。なお、フレーム材61A、61Bの貫通孔は、後述するシート部62の貫通孔65(図2(C)参照)と同様に、長孔であってもよい。この場合、フレーム材61Bとボルト63とは、ナット64や溶接等で固定される。
【0035】
フレーム材61A、61Bの材質は、耐熱性、加工性、強度等の観点から、ステンレス(JIS G4304:2012に記載のSUS304、SUS410、SUS430等)が好ましい。また、フレーム材61A、61Bの材質は、ステンレスに限定されず、上記の観点から、セラミック、カーボン材等の非金属材料であってもよい。なお、SUS304、SUS410、SUS430の熱膨張係数は、それぞれ17.3×10-6/K、9.9×10-6/K、10.4×10-6/Kである。
【0036】
フレーム材61A、61Bの厚みは、2mm~10mmが好ましく、2mm~7mmがより好ましく、2mm~4mmがさらに好ましい。また、フレーム材61A、61Bの高さは、70mm~110mmが好ましく、80mm~100mmがより好ましい。
【0037】
シート部62は、図2(A)の断面における形状が矩形状である。なお、ここでの矩形状は、矩形の角をC面取りした形状、及び矩形の角をR面取りした形状(角丸矩形状)を含む。
【0038】
シート部62の材質は、室温での曲げ弾性率が20GPa以上である非金属材料である。室温とは25℃のことである。
【0039】
シート部62の材質が非金属材料だと、徐冷炉内の酸素及びSOガスがドロスボックス内に侵入してきても、金属組織の鋭敏化による腐食が生じない。そのため、シート部62は、従来のコルゲート鉄板部とは異なり、酸素及びSOの腐食によって剛性が低下するという問題が生じない。ここで、非金属材料は、ドロスボックス内の雰囲気温度が550℃以上であるため、これに耐えられる耐熱性を有することが前提となる。
【0040】
また、非金属材料の室温での曲げ弾性率が20GPa以上だと、シート部62の剛性を高めることができるので、フロートバスからの雰囲気の圧力を受けても、シート部62が変形しにくい。そのため、非金属材料の室温での曲げ弾性率は、30GPa以上が好ましく、35GPa以上がより好ましい。
【0041】
非金属材料は、室温での曲げ弾性率が100GPa以下であることが好ましい。曲げ弾性率が100GPa以下だと、仮にシート部62が変形したとしても、シート部62の復元力を抑制できるので、ドレープ6を吊持する外壁31(図1参照)が変形することを抑制できる。そのため、室温での曲げ弾性率は、80GPa以下がより好ましく、70GPa以下がさらに好ましく、65GPa以下が特に好ましい。
【0042】
なお、曲げ弾性率は、3点曲げ試験を用いて室温で測定した。非金属材料がC/Cコンポジットである場合、曲げ弾性率はJIS K 7078のせん断試験(試験片:60mm×10mm×厚み3mm)を用いて室温で測定した。また、非金属材料がCIP材である場合、曲げ弾性率はJIS R 7222の曲げ強さの測定方法を用いて室温で測定した。また、非金属材料がセラミックである場合、曲げ弾性率はJIS R 1602の静的弾性率試験方法を用いて室温で測定した。
【0043】
非金属材料は、室温での曲げ強度が90MPa以上であることが好ましい。曲げ強度が90MPa以上だと、シート部62が破損しにくく、シート部62の変形をより良く防止できる。そのため、室温での曲げ強度は、120MPa以上がより好ましく、140MPa以上がさらに好ましい。
【0044】
非金属材料は、室温での曲げ強度が300MPa以下であることが好ましい。曲げ強度が300MPa以下だと、仮にシート部62が変形したとしても、ドレープ6を吊持する外壁31(図1参照)が変形することを抑制できる。そのため、室温での曲げ強度は、270MPa以下がより好ましく、250MPa以下がさらに好ましい。
【0045】
なお、曲げ強度は、前述した曲げ弾性率と測定方法が同じである。
【0046】
非金属材料は、室温での嵩密度が3g/cm以下であることが好ましい。嵩密度が3g/cm以下だと、ドロスボックスの上部の外壁31(図1参照)を補強する改造をしなくても、シート部62の厚みを増やしてシート部62の剛性を高めることができる。そのため、室温での嵩密度は、2.5g/cm以下がより好ましく、2g/cm以下がさらに好ましく、1.7g/cm以下が特に好ましい。なお、嵩密度は、アルキメデス法を用いて室温で測定した。
【0047】
非金属材料は、室温での圧縮強度が90MPa以上であることが好ましい。圧縮強度が90MPa以上だと、シート部62が破損しにくく、シート部62の変形をより良く防止できる。そのため、室温での圧縮強度は、120MPa以上がより好ましく、140MPa以上がさらに好ましい。
【0048】
非金属材料は、室温での圧縮強度が300MPa以下であることが好ましい。圧縮強度が300MPa以下だと、仮にシート部62が変形したとしても、ドレープ6を吊持する外壁31(図1参照)が変形することを抑制できる。そのため、室温での圧縮強度は、270MPa以下がより好ましく、250MPa以下がさらに好ましい。
【0049】
なお、非金属材料がC/Cコンポジットである場合、圧縮強度はJIS K 7076の面内圧縮試験を用いて室温で測定した。また、非金属材料がCIP材である場合、圧縮強度はJIS R 7222の圧縮強さの測定方法を用いて室温で測定した。また、非金属材料がセラミックである場合、圧縮強度はJIS R 1608の圧縮強さ試験方法を用いて室温で測定した。
【0050】
非金属材料は、室温での引張強度が90MPa以上であることが好ましい。引張強度が90MPa以上だと、シート部62が破損しにくいことに加え、シート部62が自重変形しにくい。そのため、室温での引張強度は、120MPa以上がより好ましく、140MPa以上がさらに好ましい。
【0051】
非金属材料は、室温での引張強度が300MPa以下であることが好ましい。引張強度が300MPa以下だと、仮にシート部62が変形したとしても、ドレープ6を吊持する外壁31(図1参照)が変形することを抑制できる。そのため、室温での引張強度は、270MPa以下がより好ましく、250MPa以下がさらに好ましい。
【0052】
なお、非金属材料がC/Cコンポジットである場合、引張強度は、モノフィラメント試験を用いて室温で測定した。また、非金属材料がCIP材である場合、引張強度はJIS R 7222の引張強さの測定方法を用いて室温で測定した。また、非金属材料がセラミックである場合、引張強度はJIS R 1606の室温引張強さ試験方法を用いて室温で測定した。
【0053】
非金属材料は、セラミックであることが好ましい。セラミックは、耐熱性、剛性等に優れるため、ドロスボックス内のシート部62の材質として好適である。
【0054】
セラミックは、炭化ケイ素質又は窒化ケイ素質であることが好ましい。炭化ケイ素質又は窒化ケイ素質は、耐熱性、耐酸化性等に優れるため、酸素が侵入してくるドロスボックス内のシート部62の材質として好適である。
【0055】
セラミックは、シリカ質、アルミナ質、マグネシア質、カルシア質からなる群から選ばれる1以上であることが好ましい。具体的には、シリカ質、マグネシア質及びカルシア質を含むセラミックファイバーを板状に成型したセラミックボード、アルミナ質及びシリカ質を含むムライト等が用いられる。セラミックボードは、耐熱性、耐酸化性、加工性等に優れ、軽量である点で好ましい。また、ムライトは、耐熱性、耐熱衝撃性等に優れる点で好ましい。
【0056】
非金属材料は、カーボン材であることが好ましい。カーボン材は、耐熱性、剛性、加工性等に優れ、軽量であるため、ドロスボックス内のシート部62の材質として好適である。
【0057】
カーボン材は、CIP材又はC/Cコンポジット材であることがより好ましい。ここで、CIP材とは、冷間等方圧加圧法(CIP法)を用いて成形されたカーボン材のことである。また、C/Cコンポジット材とは、高強度炭素繊維で補強された炭素複合材料のことである。両部材とも、剛性、加工性等に優れている。特にC/Cコンポジット材は、強度、剛性に優れており、シート部の変形を防止するのに好適である。なお、C/Cコンポジット材は、熱膨張係数が繊維に平行な方向で1.0×10-6/K以下であるものが多い。
【0058】
カーボン材は、ドロスボックス内に侵入した酸素によって酸化されるのを防止するため、その外表面にコーティングを施すことが好ましい。コーティングの成分としては、炭化ケイ素、又はアルミ及びリンを含む酸化物等が挙げられる。コーティングの厚みは、例えば10μm~1mmである。
【0059】
シート部62の厚みは、0.8mm~15mmが好ましく、1mm~10mmがより好ましく、1mm~7mmがさらに好ましく、1.5mm~4mmが特に好ましい。シート部62の厚みが0.8mm以上だと、シート部62の剛性を高めることができるので、シート部62の変形を抑制できる。また、シート部62の厚みが15mm以下だと、シート部62を成型及び加工しやすいことに加え、仮にシート部62が変形したとしても、ドレープ6を吊持する外壁31(図1参照)が変形することを抑制できる。
【0060】
シート部62の高さは、リフトアウトロールの上端と、ドロスボックスの上部の外壁31(図1参照)の下端との距離に応じて、250mm~500mmが好ましく、300mm~400mmがより好ましい。
【0061】
シート部62は、ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が、平面視において直線状であることが好ましい。ここで、平面視における「平面」は、鉛直方向に対して垂直な面を指す。従来のコルゲート鉄板部は、ガラスリボンの搬送方向の上流側及び下流側の面が、平面視において波形状であるため、局所的に強い圧力が加わると、その部分が変形しやすいという問題があった。これに対して、ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が平面視において直線状だと、局所的に強い圧力が加わっても、上流側の面全体に向けて圧力が分散されるため、その部分の変形を抑制できる。
【0062】
シート部62は、ガラスリボンの搬送方向の下流側の面が、平面視において直線状であることがより好ましい。これにより、特にシート部62の厚みが薄い場合に、シート部62に局所的に強い圧力が加わっても、上流側及び下流側の面全体に向けて圧力が分散されるため、その部分の変形をより抑制できる。ここで、直線状とは、ドレープをドロスボックスに設置する前の状態で直線状であることを意味する。シート部62は、フロートバスからの雰囲気の圧力を受けるため、厳密にいうと、平面視において直線状であるとは言い難いからである。
【0063】
シート部62は、平面視における断面形状が矩形状であることが好ましい。これにより、前述したシート部62の局所変形を抑制できるとともに、シート部62を成型及び加工しやすい。なお、ここでの矩形状は、矩形の角を面取りした形状、及び矩形の角をR面取りした形状(角丸矩形状)を含む。
【0064】
図2(B)に示すように、上下に2個あるボルト63は、ドレープ6の長手方向に間隔を空けて複数設けられる。なお、ボルト63は、上下に3個以上あってもよい。
【0065】
シート部62は、複数のシート材を有する。図2(C)には、2枚のシート材が図示されている。これは、ドレープ6の長手方向の長さが例えば5m以上もあり、1枚のシート材でシート部62を作製するのが困難なためである。シート部62は、フロートバスからの雰囲気の圧力に耐えられるように、ドレープ6の長手方向に隣り合うシート材が接していることが好ましい。もっとも、シート部62は、前記の圧力に耐えられるのであれば、隣り合うシート材の間に隙間が設けられてもよい。
【0066】
このため、ドレープ6は、ドレープ6の長手方向にシート材を接合するための接合板67と、シート部62及び接合板67を締結するボルト68と、ボルト68を固定するナットとをさらに有する。接合板67は、シート部62との熱膨張係数の差をなくすために、シート部62と同じ材質であることが好ましい。
【0067】
上下方向に一列に並ぶ3個のボルト68は、ドレープ6の長手方向におけるシート材の端部又はその近傍に設けられる。なお、上下方向に一列に並ぶボルト68の数は、2個又は4個以上あってもよい。
【0068】
図2(C)に示すように、シート部62は、ボルト63が挿通される貫通孔65をさらに有する。貫通孔65は、ボルト63に対応する貫通孔であり、ドレープ6の長手方向に間隔を空けて複数設けられる。
【0069】
ここで、ドレープ6は、フロートガラスの製造を開始する前に、室温から550℃以上に加熱される。また、フロートガラスの製造を開始してからドレープ6を交換する際に、新たに設置されるドレープ6は、室温から550℃以上に加熱される。
【0070】
このため、ドレープを構成するフレーム部61とシート部62との材質が異なるのに、貫通孔65が丸孔だと、両材質の熱膨張係数の差により、シート部がボルト63を介して貫通孔に拘束される。そうすると、シート部がドレープ6の長手方向(ガラスリボンの幅方向)に均一に膨張せずに変形し、シート部の下端とガラスリボンとの隙間がガラスリボンの幅方向で不均一になる。
【0071】
そこで、貫通孔65は、ドレープ6の長手方向が長辺である長孔であることが好ましい。これにより、フレーム部61とシート部62との材質が異なっても、シート部62は、ボルト63を介して貫通孔65に拘束されず、ドレープ6の長手方向に移動可能である。そのため、シート部62がドレープ6の長手方向(ガラスリボンの幅方向)に均一に変形せずに膨張し、シート部62の下端とガラスリボンとの隙間がガラスリボンの幅方向で均一になる。
【0072】
一方で、ボルト68に対応する貫通孔は丸孔である。これは、シート部62と接合板67とが同じ材質であることを前提とする。そのため、シート部62と接合板67との材質が異なる場合、前記貫通孔は、貫通孔65と同様に、長孔であることが好ましい。
【0073】
なお、1枚のシート材でシート部62を作製できる場合、ドレープは、前述した接合板67、ボルト68、ナット69及びボルト68に対応する貫通孔を有しない。
【0074】
(フロートガラス製造方法)
次に、再度図1及び図2を参照の上、本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造方法について説明する。
【0075】
フロートガラス製造方法は、溶解窯(不図示)に供給されるガラス原料を加熱して溶融ガラスを得た後、その溶融ガラスをフロートバス10に流し込む。そして、図1に示すように、フロートバス10の溶融金属M上で帯板状のガラスリボンGを成形し、ドロスボックス30に設けられたリフトアウトロール4によってガラスリボンGをフロートバス10から引き出し、徐冷炉20でガラスリボンGを徐冷する。
【0076】
ドロスボックス30は、ガラスリボンGを搬送する複数のリフトアウトロール4の上部にドレープ6を有する。
【0077】
図2(A)に示すように、ドレープ6は、シート部62と、シート部62の上部を挟持するフレーム部61とを有する。ドレープ6は、シート部62及びフレーム部61を締結するボルト63と、ボルト63を固定するナット64とをさらに有する。
【0078】
シート部62の材質は、室温での曲げ弾性率が20GPa以上である非金属材料である。
【0079】
シート部62の材質が非金属材料だと、シート部62は、従来のコルゲート鉄板部とは異なり、酸素及びSOの腐食によって剛性が低下するという問題が生じない。また、非金属材料の曲げ弾性率が20GPa以上だと、シート部62の剛性を高めることができる。
【0080】
したがって、シート部62は、酸素及びSOが存在するドロスボックス内で、フロートバスからの雰囲気の圧力を受けても、シート部62の変形を防止できる。
【0081】
非金属材料は、室温での曲げ弾性率が100GPa以下であることが好ましい。曲げ弾性率が100GPa以下だと、仮にシート部62が変形したとしても、シート部62の復元力を抑制できるので、ドレープ6を吊持する外壁31(図1参照)が変形することを抑制できる。
【0082】
製造されるフロートガラスは、例えばディスプレイ用のガラス基板、ディスプレイ用のカバーガラス、窓ガラスとして用いられる。
【0083】
製造されるフロートガラスは、ディスプレイ用のガラス基板として用いられる場合、無アルカリガラスであることが好ましい。また、建築用、車両用として用いられる場合、ソーダライムガラスであることが好ましい。また、カバーガラス用として用いられる場合、化学強化ガラスであることが好ましい。
【0084】
無アルカリガラスは、例えば、酸化物基準の質量%表示で、SiO:50%~73%、Al:10.5%~24%、B:0%~12%、MgO:0%~10%、CaO:0%~14.5%、SrO:0%~24%、BaO:0%~13.5%、MgO+CaO+SrO+BaO:8%~29.5%、ZrO:0%~5%を含有する。
【0085】
無アルカリガラスは、高い歪点と高い溶解性とを両立する場合、好ましくは、酸化物基準の質量%表示で、SiO:58%~66%、Al:15%~22%、B:5%~12%、MgO:0%~8%、CaO:0%~9%、SrO:3%~12.5%、BaO:0%~2%、MgO+CaO+SrO+BaO:9%~18%を含有する。
【0086】
無アルカリガラスは、特に高い歪点を得たい場合、好ましくは、酸化物基準の質量%表示で、SiO:54%~73%、Al:10.5%~22.5%、B:0%~5.5%、MgO:0%~10%、CaO:0%~9%、SrO:0%~16%、BaO:0%~2.5%、MgO+CaO+SrO+BaO:8%~26%を含有する。
【0087】
上記のガラス組成を有する無アルカリガラスは、いずれも窓ガラスに用いられるソーダライムガラスよりも歪点が100℃以上高いため、ドロスボックス30内の雰囲気温度が650℃以上であり、ガラス組成によっては700℃以上に達することもある。そのため、従来のコルゲート鉄板部だと、酸素及びSOの腐食による剛性の低下の問題が生じやすい。これに対して、前述したフロートガラス製造方法は、ドロスボックス30内の雰囲気温度が高くても、酸素及びSOの腐食による剛性の低下の問題が生じないため、無アルカリガラスの製造に好適である。
【0088】
製造されるフロートガラスの板厚は、カバーガラス用途で0.1mm~2.0mmであり、ディスプレイ用ガラス基板用途で0.1mm~0.7mmである。
【0089】
製造されるフロートガラスの基板サイズは、液晶ディスプレイ用ガラス基板用途で短辺2100mm以上、長辺2400mm以上が好ましく、短辺2800mm以上、長辺3000mm以上がより好ましく、短辺2900mm以上、長辺3200mm以上がさらに好ましい。
【実施例
【0090】
次に、図1及び図2を参照の上、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例及び比較例によって限定されるものではない。
【0091】
図1のフロートガラス製造装置1のドロスボックス30内に、実施例及び比較例のドレープを4か月にわたって配置し、シート部の変形の有無、変形量及び腐食の有無を確認した。
【0092】
変形の有無は、ドロスボックス30の側壁部の窓からドロスボックス30内のドレープを目視で観察することで確認した。
【0093】
変形量は、ガラスリボンの搬送方向におけるドレープの下端の最大変位を指す。最大変位は、ドレープの長手方向で比較したときの変位の最大値を意味する。この変形量は、ドロスボックス30の側壁部の窓からドロスボックス30内のドレープ及びガラスリボンを撮影する監視カメラを用いて測定した。監視カメラが撮影した画像は、画像処理が施されるため、ガラスリボンの搬送方向におけるドレープの下端の変位を計測できる。
【0094】
腐食の有無は、ドロスボックス30から抜き出したドレープを目視で観察することで確認した。
【0095】
製造されるフロートガラスは、無アルカリガラス(AGC社製、商品名:AN100)とし、その板厚を0.5mmとした。ドロスボックス30内の雰囲気温度は700℃程度とした。
【0096】
フレーム材61A、61Bは、その材質をステンレス(JIS G4304:2012に記載のSUS304)とし、その厚みを3mmとした。
【0097】
(実施例1及び2)
シート部の材質は、カーボン材であるC/Cコンポジット材とした。実施例1は、東洋炭素社製の商品名CX-741である。実施例2は、東洋炭素社製の商品名CX-761である。実施例1、2の曲げ弾性率は、それぞれ46GPa、55GPaである(表1参照)。なお、曲げ弾性率は、JIS K 7078のせん断試験(試験片:60mm×10mm×厚み3mm)を用いて室温で測定した。
【0098】
シート部は、平面視における断面形状を矩形状とした。シート部の厚みは2.5mmとした。
【0099】
(比較例1)
シート部の材質は、ステンレス(JIS G4304:2012に記載のSUS304)とした。比較例1の曲げ弾性率は、197GPaである(表1参照)。なお、曲げ弾性率は、3点曲げ法を用いて室温で測定した。具体的には、JIS Z 2280の静的ヤング率試験方法を用いて測定した。
【0100】
シート部は、ガラスリボンの搬送方向の上流側及び下流側の面を、平面視において波形状とした。シート部の厚みは0.15mmとした。
【0101】
(まとめ)
実施例及び比較例の結果は、表1に示す通りである。
【0102】
曲げ強度の測定方法は、実施例及び比較例で前述した曲げ弾性率の測定方法と同じである。
【0103】
引張強度は、実施例1及び2はモノフィラメント試験を用いて室温で測定し、比較例1はJIS Z 2241の引張試験方法を用いて室温で測定した。
【0104】
圧縮強度は、実施例1及び2はJIS K 7076の面内圧縮試験を用い、比較例1はJIS Z 2241の引張試験方法を用いて室温で測定した。比較例1の圧縮強度は、JIS Z 2241の降伏応力を指す。
【0105】
嵩密度は、アルキメデス法を用いて室温で測定した。
【0106】
【表1】
表1に示すように、実施例1及び2は、シート部の材質として、非金属材料であるC/Cコンポジット材を選定したため、酸素及びSOによるシート部の腐食が目視で確認されなかった。また、実施例1及び2のC/Cコンポジット材は、いずれも曲げ強度が20GPa以上であることにより、シート部の変形が目視で確認されず、監視カメラで計測したシート部の変形量が0mmであった。さらに、シート部は、平面視における断面形状が矩形状であることにより、シート部の局所変形も目視で確認されなかった。
【0107】
一方で、比較例1は、シート部の材質として、金属材料であるステンレスを選定したため、酸素及びSOによるシート部の腐食が目視で確認された。また、比較例1のステンレスは、シート部の変形が目視で確認され、監視カメラで計測したシート部の変形量が20mmであった。さらに、シート部は、ガラスリボンの搬送方向の上流側及び下流側の面が平面視において波形状であるため、シート部の局所変形も目視で確認された。
【0108】
以上、発明を実施するための形態及び実施例で説明したように、本発明のフロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法は、ドロスボックス内に配置されるドレープのシート部の変形を防止できる。
【0109】
これにより、徐冷炉内の酸素及びSOガスがドロスボックス及びフロートバスに侵入することを抑制でき、ひいてはドロス欠陥の発生及びドロスボックスの炉殻の腐食を抑制できる。また、ドレープの変形が抑制されるので、ドレープの交換作業が不要となり、交換作業時の生産ロスを防止できる。
【0110】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0111】
製造されるフロートガラスの用途としては、建築用、車両用、フラットパネルディスプレイ用、カバーガラス用、又はその他の各種用途が挙げられる。
【符号の説明】
【0112】
1 フロートガラス製造装置
10 フロートバス
12 浴面
13 出口
18 ヒータ
20 徐冷炉
21 搬送ロール
23 入口
28 ヒータ
30 ドロスボックス
31 外壁
32 内壁
33、34 断熱材
35~38 空間
39 出口
4 リフトアウトロール
5 接触部材
6 ドレープ
61 フレーム部
61A、61B フレーム材
62 シート部
63 ボルト
64 ナット
65 貫通孔
67 接合板
68 ボルト
8 ヒータ
G ガラスリボン
M 溶融金属
図1
図2