JP2005097033A

JP2005097033A - 板状体の加熱方法

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Publication number: JP2005097033A
Application number: JP2003331916A
Authority: JP
Inventors: Akira Sugano; 亮菅野; Tomohiro Suwa; 智裕諏訪; Toshimitsu Sato; 俊光佐藤; Ken Nomura; 謙野村
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 2003-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: JP4400158B2

Abstract

【課題】板状体の加熱処理にあたって、板状体の変形を防止することにより、均一に加熱処理を行う。
【解決手段】加熱炉１０内に設置された複数のローラ１４と、このローラ１４の下方に設置された輻射加熱手段１３と、ローラ１４の上方に設置されて加熱エアを噴射するための対流加熱手段２０とを用いる。板状体Ｇの搬送方向と直交する方向に沿って複数の領域を設定するステップと、対流加熱手段２０から噴射される加熱エアの熱量を領域毎に調整するステップとを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、板状体の加熱方法に関し、特に強化ガラスの製造に用いられる板状体の加熱方法に関する。

従来、自動車のドアガラスおよびリアガラスには、風冷強化処理によって強度の増強されたいわゆる強化ガラスが用いられている。強化ガラスとは、表面に残留圧縮応力層が形成されるとともに、内部に残留引張応力層が形成されることにより、これらの層における残留応力のバランスによって強度が増強されたガラスである。すなわち、フロート法等で作られた板ガラスを、所望の形状に切断および面取りしてから加熱炉内で軟化点（６８０℃程度）まで加熱し、プレス成形等により所望の湾曲形状に成形した後、冷却エアを吹き付けて急冷することにより作られる。

図１０は、従来の加熱炉を示す模式図である。同図に示すように、従来においては加熱炉内に設置された輻射加熱装置のみでガラス板の加熱処理を行っていた。このような従来設備で強化ガラスを製造した場合、ローラ搬送されるガラス板の下面を輻射加熱する際にローラも一緒に加熱されるため、熱せられたローラからの再放射によってガラス板下面の受熱量が上面よりも大きくなってしまう。その結果、ガラス板の下面側が上面側よりも膨張して下凸形状に反り、凸状部分が局所的にローラと強く接触して接触傷が生じやすくなるという問題があった。

一方、図１１（ａ）は、特許文献１に開示された加熱炉の概略を示す断面図である。この文献には、上部対流加熱および下部輻射加熱を利用した加熱炉が開示され、特にガラス板上方に設置された加熱エアを噴射するための対流加熱手段（ノズル１１４，１１５）がガラス板の移動方向を横切って設置されている点に特徴を有する。

加熱炉１１０は炉壁１１１によって構成されるとともに、炉床に複数の輻射加熱手段１１２が設置されている。輻射加熱手段１１２の上方には、複数のローラ１１３と、ガラス板Ｇの搬送方向を横切るようにして長尺管状のノズル１１４および１１５とが設置されている。ノズル１１４および１１５は、炉外に設置されたブロワ１１７と接続され、炉内の空気が図中の矢印で示される向きに循環するように構成されている。ノズル１１４および１１５内に取り込まれたエアは、電気加熱体１１６によって加熱されてから、各ノズルの下面からガラス板Ｇの上面に向けて噴射される。このように特許文献１には、板ガラスの移動方向を横切ってノズルを配設することで、ガラス板を均一に加熱できる旨開示されている。

米国特許第６，３６３，７５２号明細書

しかしながら、自動車のリアクオータとして用いられるような三角形状の小型のガラス板を加熱するような場合、上記従来技術では種々の問題が生じる。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、ガラス板の鋭角部分は表面積が小さく、他の領域と比べて受熱量が大きいため、高温になって変形し易いという問題がある。これは上記従来の加熱炉では、搬送方向と横切る方向に沿ってガラス板Ｇに温度分布を作ることが困難であり、上述のような角部における受熱量が過大になり易いことによる。

本発明は、このような課題を解決するためのものであり、板状体の変形を防止することにより、均一加熱処理を実現する板状体の加熱方法を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するために本発明は、加熱炉内に設置された複数のローラと、このローラの下方に設置された輻射加熱手段と、前記ローラの上方に設置されて加熱エアを噴射するための対流加熱手段とを用い、前記ローラによって搬送される板状体をこれらの加熱手段で加熱する方法において、前記板状体の搬送方向と直交する方向に沿って複数の領域を設定するステップと、前記対流加熱手段から噴射される加熱エアの熱量を前記領域毎に調整するステップとを有することを特徴とする板状体の加熱方法を提供する。

また、本発明の一態様において、前記対流加熱手段は、電気加熱手段と複数のエア噴射孔を備えた複数のノズルとを備えていることが好ましい。また、本発明の一態様において、同一のノズルに設けられた複数のエア噴射孔は、隣接する２つのエア噴射孔同士を結ぶ線分が、前記板状体の搬送方向と平行とならないように配置されていることが好ましい。また、本発明の一態様において、前記ノズルは、複数のエア噴射孔を備えた長尺の管で構成され、その長手方向が水平面上における前記ガラス板の搬送方向に対して９０°未満の角度だけ傾斜していることが好ましい。

また、本発明の一態様において、前記対流加熱手段は、各ノズルに供給される前のエアを予備加熱する少なくとも１台の主ヒータと、各ノズルに設置された複数の補助ヒータとを備えていることが好ましい。また、本発明の一態様において、前記板状体は、ガラス板であることが好ましい。さらに、本発明の一態様において、前記ガラス板は、自動車用窓ガラスの製造に用いられることが好ましい。

本発明は、このように構成することにより、加熱処理時における板状体の面内での受熱量を均一にすることができる。よって、加熱むらによって生じる板状体の反りを防ぐことができ、ローラとの接触傷等を防ぎ、自動車の窓ガラス等に使用される強化ガラスの製造歩留まりを従来よりも向上させることができる。

次に、本発明の一つの実施の形態について図を用いて説明する。
図１（ａ）は加熱炉の一実施形態を示すブロック図、同図（ｂ）は対流加熱装置のレイアウト（例１）を示す平面図、および同図（ｃ）は対流加熱装置のレイアウト（例２）を示す平面図である。これらの図に示す加熱炉は、その内部に耐熱性部材（例えばシリカ等）で作られたローラを複数備えたローラコンベアが設置されるとともに、ガラス板を加熱するための対流加熱装置および輻射加熱装置が設置されている。

また、加熱炉は複数のゾーンで構成され、前半のゾーン１〜Ｍ（Ｍは任意の自然数）には上部対流加熱装置および下部輻射加熱装置が設置され、ゾーンＭ＋１〜Ｍ＋Ｎ（Ｎは０または任意の自然数）には上部および下部輻射加熱装置が設置されている。ゾーンＭ＋Ｎ以降は、曲げ成形ゾーンおよび風冷強化ゾーンへ順次つながっている。

ここで、図１（ｂ）に示すように対流加熱装置は、ガラス板の搬送方向と直交する方向に沿って設けられた複数の加熱領域毎に（ここでは領域１〜５）、加熱温度を調整できるように構成されている。すなわち、加熱領域毎に独立して板状体の上面に与える受熱量を制御でき、板状体の搬送方向と直交して板状体に温度分布を作ることができる。加熱エアの噴射によって板状体に与えられる熱量は、例えば文献「（社）日本機械学会，伝熱工学資料（改訂第４版），第６６−６７頁に開示されている「円形ノズル群による衝突噴流の平均ヌセルト数」に基づいて予測することができる。また、各加熱領域の大きさおよび形状は任意に設定され、例えば図１（ｃ）に示すようにゾーン毎に領域数を増減したり、領域の大きさを変えたりするなどしてもよい。

次に、対流加熱装置の詳細について説明する。
図２（ａ）は図１の加熱炉のゾーン１〜Ｍを示す断面図、同図（ｂ）はＡ−Ａ’線矢視図、および同図（ｃ）はＢ−Ｂ’線矢視図を示す。これらの図に示す加熱炉１０は、耐火煉瓦等で構成された炉壁１１内に設置された対流加熱装置２０と、ガラス板Ｇを搬送するためのシリカ製の円柱状ローラ１４と、炉床１２に設置され電気ヒータ等からなる輻射加熱装置１３とを備えている。

対流加熱装置２０は、ガラス板Ｇの搬送方向（図中の矢印）に沿って配設された長尺管状の金属製ノズル２２と、このノズル２２の両端部に加熱エアを供給するためのダクト２１と、ダクト２１の吸気口に設置されたダンパ２４と、ノズル２２内に設置された補助ヒータ２３と、ダクト２１の吸気口近傍に設置されたＲＣファン２６と、ＲＣファン２６によって吸引されたエアを予備加熱するための主ヒータ２５とを備えている。図３に示すように、ガラス板Ｇ近傍のエアは、隣接するノズル同士の隙間からＲＣファン２６によって吸い上げられてからダクト２１の内部に供給され、ノズル２２の下面に設けられたエア噴射孔２２ａからガラスＧ上面に対して噴射される。また、ノズル２２がガラス板の搬送方向と直交する方向に沿って複数台配設されているため（この実施形態では５台）、ガラス板Ｇの搬送方向に横切って設定された領域毎にガラス板に与えられる熱量を可変でき、各部における熱量を低減することでガラス板Ｇを均一に加熱することができる。

また、図４（ａ）に示すように、ノズル２２のエア噴射面はノズル２２の長手方向を基準軸として湾曲するとともに、複数のエア噴射孔２２ａが設けられている。そして、図４（ｂ）に示すようにその長手方向がガラス板Ｇの搬送方向に対して９０°未満の所定角度（Ａ°（例えば４５°未満とすることが好ましい））だけ傾斜して設置され、または図４（ｃ）に示すようにその長手方向がガラス板Ｇの搬送方向に対してほぼ一致して設置されている。何れの場合も、隣接するエア噴射孔同士を結ぶ線分がガラス板の搬送方向と平行にならないように、エア噴射孔のレイアウトが決定されている。エア噴射孔の配列がガラス板の搬送方向と平行になってしまうと、局所的にガラス板を加熱してしまい加熱むらが生じてしまうが、上記のようなレイアウトを採用することでこのような問題を容易に回避できる。また、図５に示すように、ノズル２２はあるゾーンにおいてＡ°の傾きを持つ場合、隣接するゾーンにおいては−Ａ°の傾きを持つように設置されている。

次に、本発明に係るガラス板の加熱手順の一実施形態について説明する。
図６は、本発明に係る加熱方法の一実施形態を示すフローチャートである。まず、加熱炉外においてガラス板の搬送を開始し、ガラス板Ｇを加熱炉１０内に搬入する（ステップＳ１）。次いで、ゾーン１〜Ｍにおいて、ガラス板Ｇの上部を対流加熱装置２０により強制対流加熱し、下部を輻射加熱装置１３により輻射加熱する（ステップＳ２）。ステップＳ２の詳細は図７に示すとおりであり、ＲＣファン２６の回転数を適宜制御することにより所望の流量のエアを吸引し（ステップＳ２１）、主ヒータ２５を適宜温度制御してエアを予備加熱する（ステップＳ２２）。予備加熱されたエアは各ダクト２１に供給され、補助ヒータ２２ａの温度制御により所望の温度まで加熱されてから（ステップＳ２３）、ノズル２２に設けられたエア噴射孔２２ａからガラス板Ｇの上面に噴射される（ステップＳ２４）。

次いで、ゾーンＭまで搬送されたガラス板Ｇは約５８０℃まで充分に昇温され、反りが生じにくくなるので、その後のゾーンＭ＋１〜Ｍ＋Ｎにおいては、対流加熱装置よりも構成がシンプルかつ安価な輻射加熱装置のみで加熱処理を行う（ステップＳ３）。その後、図示しない成形ゾーンにおいてガラス板Ｇの曲げ成形処理を行ってから（ステップＳ４）、図示しない冷却ゾーンにおいて冷却処理が行われ、強化ガラスができあがる（ステップＳ５）。

なお、ステップＳ４における曲げ成形処理は、既存の各種手法を用いることができる。すなわち、湾曲ローラ上を搬送することでガラス板自身の自重で曲げ成形したり、ローラ上のガラス板をリングに載せ換えてからプレス曲げを行ったりしてもよい。また、ガラス板を搬送するローラ１４を独立して上下動させることにより、ガラス板Ｇの搬送面を波が伝播するように変化させることで曲げ成形処理を実施してもよい。このような曲げ成形処理の詳細は、米国特許第６，３９７，６３４号明細書に開示されている。

さらに、ガラス板の搬送速度を図８に示すように制御するとよい。すなわち、炉前において速度Ｖ_０で搬送していたものを、加熱炉に進入する直前で速度Ｖ１まで減速し、ゾーン１〜Ｍにおいては速度Ｖ_１で搬送し、ゾーンＭ＋１に進入すると同時に速度Ｖ_２まで加速し、ゾーンＭ＋Ｎまでは速度Ｖ_２で搬送する。その後、成形ゾーンに進入すると同時に速度Ｖ_３まで加速し、成形ゾーン以降においては速度Ｖ_３で搬送する。

ゾーン１〜Ｍにおいては、ガラス板が充分に加熱されておらず熱処理の最中にガラス板の上面と下面に温度の差が生じやすく反りが生じやすいため、低速Ｖ_１で搬送することでガラス板にローラとの接触傷が生じることを防ぐ。その後、ゾーンＭ＋１に達する頃には、充分に加熱されてガラス板が柔らかくなり、ローラに馴染みやすくなっているので、速度Ｖ_１よりも高速の速度Ｖ_２で搬送する。このように搬送速度を適宜制御することにより、ガラス板の炉内における滞在時間を自由に可変でき、ガラス板の傷を付けることなく曲げ成形ゾーンに進入する際のガラス板の温度を容易に調整できる。

次に、本発明に係る加熱炉のその他の実施形態について説明する。
図９（ａ）〜（ｆ）は、本発明に係る加熱炉のその他の実施形態を示す模式図である。同図（ａ）に示す加熱炉は、図４に示した加熱炉と同様の構成を有する。すなわち、ＲＣファン２６によって吸引されたエアを予備加熱するための主ヒータ２５と、ダクト２１の吸気口近傍に設置されたダンパ２４と、管状のノズル２２内に設置された補助ヒータ２３とを加熱炉１０内に備えている点に特徴がある。ダンパ２４の開閉を制御することにより、各ノズル２２から噴射される加熱エアの流量を制御でき、ノズル２２毎に噴射されるエアの対流熱伝達係数を制御できる。

また、同図（ｂ）に示す加熱炉は、同図（ａ）に示した主ヒータ２５を取り去り、代わりにダクト２１内に個別ヒータ２３ａを設置した。ノズル２２毎に個別ヒータ２３ａおよび２３ｂの発熱量を可変することにより、ノズル２２毎に噴射されるエアの対流熱伝達係数を制御できる。また、同図（ｃ）に示す加熱炉は、同図（ｂ）の構成をさらにシンプルにしたものであり、各ダクト２１からダンパを取り去ったものである。また、同図（ｄ）に示す加熱炉は、同図（ａ）においてノズル２２に接続されている２本のダクト２１のうち１本を取り去ったものである。

また、同図（ｅ）に示す加熱炉は、同図（ｄ）に示す加熱炉をシンプルにしたものであり、各ダクト２１からダンパ２４を取り去るとともにダクト２１に個別ヒータ２３ａを設置したものである。さらに、同図（ｆ）に示す加熱炉は、同図（ｅ）において個別ヒータ２３ａを取り去り、ＲＣファン２６の吸気口近傍に主ヒータ２５を設置し、ダクト２１の吸気口近傍にダンパ２４を設置したものである。以上の変形例が本発明に含まれることは明らかである。

以上説明したとおり本発明は、板状体の搬送方向と直交する方向に沿って板状体に温度分布が生じるように、対流加熱手段から噴射される加熱エアの熱量を制御している。そのため、自動車のドアガラスに使われるような三角形状のガラス板を加熱する場合などにおいて、鋭角な部分における受熱量が過大になることを容易に防ぐことができ、加熱時におけるガラス板の反りを抑制できる。

なお、以上においては、車輌用窓ガラスの例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、鉄道、船舶、航空機または建築物等に使用されるガラス板の加熱処理にも適用できる。また、鉄等の金属またはセラミックス製の板状体の加熱処理にも適用できる。

（ａ）本発明に係る加熱炉の一実施形態を示す模式図、（ｂ）対流加熱装置のレイアウト（例１）を示す平面図、および（ｃ）対流加熱装置のレイアウト（例２）を示す平面図である。（ａ）図１のゾーン１〜Ｍに設置された加熱炉を示す断面図、（ｂ）Ａ−Ａ’線矢視図、および（ｃ）Ｂ−Ｂ’線矢視図である。ダクトおよびノズルを示す斜視図である。（ａ）ノズルの先端部を示す側面図、（ｂ）ノズルを示す下面図（例１）、および（ｃ）ノズルを示す下面図（例２）である。ノズルのレイアウトを示す平明図である。本発明に係る加熱方法の一実施形態を示すフローチャートである。ステップＳ２の詳細を示すフローチャートである。ガラス板の搬送速度を説明するためのグラフである。（ａ）〜（ｆ）本発明に係る加熱炉のその他の実施形態を示す模式図である。従来の加熱炉を示す模式図である。（ａ）従来の加熱炉を示す断面図、（ｂ）同上面図である。

符号の説明

１０：加熱炉
１１：炉壁
１２：炉床
１３：電気ヒータ
１４：ローラ
２０：対流加熱装置
２１：ダクト
２２：ノズル
２２ａ：エア噴射孔
２３：補助ヒータ
２３ａ、２３ｂ：個別ヒータ
２４：ダンパ
２５：主ヒータ
２６：ＲＣファン

Claims

加熱炉内に設置された複数のローラと、このローラの下方に設置された輻射加熱手段と、前記ローラの上方に設置されて加熱エアを噴射するための対流加熱手段とを用い、前記ローラによって搬送される板状体をこれらの加熱手段で加熱する方法において、
前記板状体の搬送方向と直交する方向に沿って複数の領域を設定するステップと、前記対流加熱手段から噴射される加熱エアの熱量を前記領域毎に調整するステップとを有することを特徴とする板状体の加熱方法。
前記対流加熱手段は、電気加熱手段と複数のエア噴射孔を備えた複数のノズルとを備えている請求項１に記載の板状体の加熱方法。
同一のノズルに設けられた複数のエア噴射孔は、隣接する２つのエア噴射孔同士を結ぶ線分が、前記板状体の搬送方向と平行とならないように配置されている請求項２に記載の板状体の加熱方法。
前記ノズルは、複数のエア噴射孔を備えた長尺の管で構成され、その長手方向が水平面上における前記ガラス板の搬送方向に対して９０°未満の角度だけ傾斜している請求項１〜３の何れか一項に記載の板状体の加熱方法。
前記対流加熱手段は、各ノズルに供給される前のエアを予備加熱する少なくとも１台の主ヒータと、各ノズルに設置された複数の補助ヒータとを備えている請求項３〜４の何れか一項に記載の板状体加熱方法。
前記板状体は、ガラス板である請求項１〜５の何れか一項に記載の板状体の加熱方法。
前記ガラス板は、自動車用窓ガラスの製造に用いられる請求項６に記載の板状体の加熱方法。