JP2006513118A - 減少した欠損密度を有するフロートガラスを生成するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する温セクションと、冷セクションとを含む、フロートガラスチャンバおよび関連方法が、本出願において開示される。この温セクションとこの冷セクションとの間の境界線は、ガラスの温度が閾値温度より下である、線である。本発明において、温セクション中の低水素含量は、特にガラスが酸素燃料炉中で溶融する場合に、オープンボタンバブルの数を減少することを補助する。
Description
（関連出願）
本願は、２００２年９月２７日出願の米国特許仮出願６０／４１４，５１６号の利益を主張する。この仮出願は、本明細書中でその全体が参考として援用される。
本願は、２００２年９月２７日出願の米国特許仮出願６０／４１４，５１６号の利益を主張する。この仮出願は、本明細書中でその全体が参考として援用される。
（発明の分野）
本発明は、フロートガラスプロセスにより平坦なガラスを生成するために使用されるフロートガラスチャンバに関し、より具体的には、減少した欠損密度を有するガラスを生じるために使用され得るフロートガラスチャンバに関する。
本発明は、フロートガラスプロセスにより平坦なガラスを生成するために使用されるフロートガラスチャンバに関し、より具体的には、減少した欠損密度を有するガラスを生じるために使用され得るフロートガラスチャンバに関する。
（背景）
フロートガラスプロセスは、ガラスシートを生成するために周知である。代表的なフロートガラスプロセスにおいて、バッチ材料は、溶融ガラスを形成するように加熱される。その後、この溶融ガラスは、溶融スズの浴上に注がれる。この溶融ガラスは、溶融スズの浴に沿って引かれ、同時に冷却され、そして熱なましされて、寸法的に安定な連続ガラスシート（代表的には、ガラスリボンと呼ばれる）が形成される。その後、このシートは、さらなる処理のために浴から取り出される。
フロートガラスプロセスは、ガラスシートを生成するために周知である。代表的なフロートガラスプロセスにおいて、バッチ材料は、溶融ガラスを形成するように加熱される。その後、この溶融ガラスは、溶融スズの浴上に注がれる。この溶融ガラスは、溶融スズの浴に沿って引かれ、同時に冷却され、そして熱なましされて、寸法的に安定な連続ガラスシート（代表的には、ガラスリボンと呼ばれる）が形成される。その後、このシートは、さらなる処理のために浴から取り出される。
２つの型の炉（空気燃料炉および酸素燃料炉）が、フロートガラスプロセスにおいて使用される。空気燃料炉において、燃料は、温空気と混合され、そしてガラスバッチ材料を溶融するための熱を提供するために燃焼される。
酸素燃料炉において、酸素（空気ではない）が、燃焼を支持する。結果として、酸素燃料炉は、空気燃料炉よりもかなり効率がよい溶融物を提供する。なぜなら、エネルギーが、もはや加熱されて浪費されず、酸素燃料炎および酸素燃料炎中の窒素は、より効率良く照射する高い炎温度を有するからである。増加した溶融効率は、同様の大きさの空気燃料炉を通して処理されるよりも多くが酸素燃料炉を通して処理されることを可能にする。
空気燃料炉および酸素燃料炉の両方は、その雰囲気中に水を有する。酸素燃料炉中のヘッドスペース（炉の溶融ガラスの上の領域）は、酸素燃料炉中よりも高濃度の水を有する。なぜなら、酸素燃料雰囲気は、空気発火炉中で提供されて、燃焼により形成される水全体を希釈する窒素を欠くからである。化学量論的には、その水は、代表的には、空気発火炉中の１８％に対して、酸素燃料炉中のヘッドスペースの容積により約６６％を構成する。上記ガラス溶融物中の水の量は、上記ヘッドスペース中の水の濃度の平方根に比例するので、酸素燃料炉中で溶融したガラスは、従来の酸素燃料炉中で溶融したガラスよりも１．７〜２倍高い水分濃度を有する。代表的には、酸素燃料炉中で溶融したガラスは、その組成物の総重量に基づいて０．０４５重量％より多い水を含む。
溶融ガラスが溶融スズ上に注がれるフロートガラスプロセスの段階において、フロート浴中の溶融スズ温度は、１８００°Ｆ〜１９００°Ｆ（９８１℃〜１０３７℃）の範囲である。１８００°Ｆにおいて、ガラス−スズ界面にて、溶融ガラスから出て拡散する水は、水素と酸素とに解離する。水素は、１８００°Ｆのスズ中で非常に溶解性ではないので、その水素のうちの多くは、そのスズ中に溶解しないが、その浴の雰囲気中に残る。溶融ガラスと溶融スズとの間の界面において捕捉された水ゲルの解離から生じる水素のうちのいくらかは、最終的には、ガラスリボンの下部表面に衝突し、そしてオープンボタンバブルと代表的には呼ばれる、リボン表面に沿った欠損を形成する。そのオープンボタンバブルは、概して逆Ｕ字型断面を有する、ガラス中の間隙として記載され得る。オープンボタンバブルの存在は、そのガラスの全体的欠損密度を増加する。
消費者は、特定の適用のために、ガラスの欠損密度について要件を設定する。その標準は、オープンボトムバブル（ｏｐｅｎ ｂｏｔｔｏｍ ｂｕｂｂｌｅ）の存在に起因して、従来のフロートガラスプロセスを用いて満たすことが非常に困難である。
本発明は、減少したオープンボタン欠損の結果として低い総欠損密度を有する、フロートガラスを生じる新規な装置および放置を提供する。
（発明の要旨）
一実施形態において、本発明は、フロートガラスチャンバである。このフロートガラスチャンバは、
体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する温セクション；および
冷セクション
を備え、上記温セクションと上記冷セクションとの間の境界線は、上記ガラスの温度が閾値温度より下である線である。
一実施形態において、本発明は、フロートガラスチャンバである。このフロートガラスチャンバは、
体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する温セクション；および
冷セクション
を備え、上記温セクションと上記冷セクションとの間の境界線は、上記ガラスの温度が閾値温度より下である線である。
別の実施形態において、減少した欠損密度を有するフロートガラスを生成するための方法である。この方法は、
ａ．ガラス組成物を溶融してガラス溶融物を形成する工程；および
ｂ．温セクションと冷セクションとを有するフロートチャンバ中にそのガラス溶融物を注ぐ工程であって、その温セクションとその冷セクションとの間の境界線は、そのガラスの温度が閾値温度より下である線であり、その温セクションは、体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する、工程、
を包含する。
ａ．ガラス組成物を溶融してガラス溶融物を形成する工程；および
ｂ．温セクションと冷セクションとを有するフロートチャンバ中にそのガラス溶融物を注ぐ工程であって、その温セクションとその冷セクションとの間の境界線は、そのガラスの温度が閾値温度より下である線であり、その温セクションは、体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する、工程、
を包含する。
（本発明の説明）
本明細書中で使用される場合、空間的または方向的な用語（例えば、「左」、「右」、「内側」、「外側」、「上」、「下」、「上部」、「下部」など）は、図面において示される本発明に関連する。しかし、本発明は、種々の代替的方向を採り得、従って、そのような用語は、限定するものとして解釈されるべきではないことが、理解されるべきである。
本明細書中で使用される場合、空間的または方向的な用語（例えば、「左」、「右」、「内側」、「外側」、「上」、「下」、「上部」、「下部」など）は、図面において示される本発明に関連する。しかし、本発明は、種々の代替的方向を採り得、従って、そのような用語は、限定するものとして解釈されるべきではないことが、理解されるべきである。
他のように示されない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用される、寸法、物理的特徴、成分の量、反応条件などを表すすべての数字は、すべての場合において用語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。従って、反対に示されない限り、以下の明細書および特許請求の範囲において示される数値は、本発明によって得られるように努力される望ましい特性に依存して、変化し得る。少なくとも、均等論の原則を特許請求の範囲に適用することを限定しようとする試みではなく、各数的パラメーターは、報告される重要な数字を考慮し、そして通常の丸め技術を適用することによって、少なくとも解釈されるべきである。さらに、本明細書中に開示されるすべての範囲は、その範囲中に包含される任意およびすべての部分範囲を包含することが、理解されるべきである。例えば、記載される範囲「１〜１０」とは、最小値１と最大値１０との間（両端をふくむ）の任意およびすべての部分範囲（すなわち、最小値１以上で始まり、最大値１０未満で終了するすべての部分範囲（例えば、５．５〜１０または３．２〜７．８））を包含すると解釈されるべきである。
従来のフロートガラスプロセスは、代表的には、図１に示されるようなフロートチャンバを使用して実行される。フロートガラスプロセスの非限定的例は、米国特許第３，０８３，５５１号、米国特許第３，９６１，９３０号および米国特許第４，０９１，１５６号（これらはすべて、参考として本明細書中に援用される）に開示される。
従来のフロートガラスプロセスにおいて、ガラスバッチ組成物が、溶融状態になるまで加熱され、そしてフロートチャンバ中に注がれる。代表的には、そのフロートチャンバは、耐火屋根３を有し、この耐火屋根は、そのチャンバを、上部プレナム１と下部プレナム２とに分割する。この下部プレナムは、ガラス４およびスズ５を含む。上部プレナムは、液体金属フロート浴および形成したガラスリボンの制御された加熱を提供するためのオーバーヘッド電子加熱エレメントをすべて含む。制御された雰囲気は、ガス入口６およびガス出口７を介して、そのチャンバ中に維持される。
本発明の新規なフロートガラスチャンバは、少なくとも２つのセクション（温セクションおよび冷セクション）を含む。その温セクションと冷セクションとの間の境界線は、そのガラスの温度が、その温セクション中のガラスが必要とする所定温度（本明細書中では以後「閾値温度」と呼ばれる）より下である線である。本発明の非限定的例において、温セクションと冷セクションとの間に、物理的障壁は存在しない。
本発明のある非限定的実施形態において、その閾値温度は、２１００°Ｆである。本発明の別の非限定的実施形態において、その閾値温度は、１８００°Ｆである。本発明の別の非限定的実施形態において、その閾値温度は、１６００°Ｆである。温セクションの閾値温度が低い程、温セクションは大きく冷セクションは小さい。逆もまた同様である。
本発明の非限定的実施形態において、上記チャンバの温セクションは、溶融ガラスが上記スズ上に注がれる点から約９０〜１００フィート離れている。上記チャンバの冷セクションは、温セクションの後ろのチャンバの次の約７０〜１４０フィートであり、それは、浴の大きさに依存する。
本発明の非限定的実施形態において、多数のガス入口およびガス出口が、フロートチャンバの上部プレナムおよび下部プレナム中に存在する。種々のガス状混合物が、ガス入口を通ってチャンバ中に注がれるかまたはガス出口を通ってチャンバから外に注がれて、チャンバ中の雰囲気を制御し得る。
本発明の非限定的実施形態において、チャンバの温セクションの上の少なくとも下部プレナムに対するガス入口は、体積に基づいて１重量％未満の水素を含むガス中で送達する。そのガスの残りは、不活性ガス（例えば、窒素であるが、それに限定はされない）であり得る。通常の操作条件下で、本発明の１つの非限定的実施形態において、上記チャンバの温セクションの上の下部プレナムの雰囲気は、体積に基づいて３％の水素を含み得る。本発明の別の非限定的実施形態において、上記チャンバの温セクションの上の下部プレナムの雰囲気は、体積に基づいて１％の水素を含み得る。
混合ガスの代わりに、水素と、窒素またはアルゴンまたはアンモニアとの種々の混合物が、上記チャンバの冷セクションの上の少なくとも下部プレナムの雰囲気中にポンピングされ得る。本発明の非限定的実施形態において、ガス状混合物は、体積に基づいて、１０％までの水素を含み得る。上記ガスの残りは、窒素であり得る。
上記フロートチャンバ中のガス出口は、上記チャンバからガスを除去するために使用され得る。本発明の１つの非限定的実施形態において、上記のチャンバ中にポンピングされるガスの全流れのうちの体積に基づいて４０％までが、温セクションから除去され得る。この実施形態において、上記チャンバの上流から温セクション中へと水素が流れるのを防ぐように、上記雰囲気中の窒素のレベルを調整することが、必要であり得る。
フロートチャンバの温セクション中の水素を減少することによって、本発明は、溶融錫の飽和のレベルを、特に、水素に関して、フロートチャンバの温セクションにて減少させる。この溶融スズは、水の解離からよりも多くの水素を溶解可能であり、その結果、ガラス中のオープンボトムバブル欠損（ｏｐｅｎ−ｂｏｔｔｏｍ ｂｕｂｂｌｅ ｄｅｆｅｃｔ）が減少される。
本発明はまた、ガラスを生成するための方法を包含する。本発明によると、ガラスは、以下の工程：ガラスバッチ材料を炉に添加する工程；上記バッチ材料を溶融する工程；上記炉からフロートチャンバ中へと溶融ガラスを注ぐ工程；および上記フロートチャンバからフロートガラスを取り出す工程；を介して、生成され得る。
本発明の最初の工程は、ガラスバッチ材料を炉に添加する工程を包含する。この炉は、空気燃料炉であっても、酸素燃料炉であってもよい。上記ガラスバッチ材料は、従来の任意の型（従来のソーダ石灰−シリカガラスのバッチ材料が挙げられるが、これに限定されない）のものであり得る。従来のガラス組成物は、
６５〜７５重量％のＳｉＯ２；
１０〜２０重量％のＮａ２Ｏ；
５〜１５重量％のＣａＯ；
０〜５重量％のＭｇＯ；
０〜５重量％のＡｌ２Ｏ３；
０〜５重量％のＫ２Ｏ；および
０〜２重量％のＦｅ２Ｏ３
により特徴付けられ得る。
６５〜７５重量％のＳｉＯ２；
１０〜２０重量％のＮａ２Ｏ；
５〜１５重量％のＣａＯ；
０〜５重量％のＭｇＯ；
０〜５重量％のＡｌ２Ｏ３；
０〜５重量％のＫ２Ｏ；および
０〜２重量％のＦｅ２Ｏ３
により特徴付けられ得る。
全ての値は、上記ガラス組成物の総重量に基づく重量％で示される。
本発明の第２の工程は、上記バッチ材料を上記炉において溶融する工程を包含する。上記溶融プロセスは、当該分野で周知である技術を使用して達成され得る。例えば、酸素燃料炉において、上記バッチ材料は、酸素および燃料を供給して上記バッチ材料を溶融することによって、溶融され得る。
本発明の第３の工程は、上記炉から上記フロートチャンバ中へと溶融ガラスを注ぐ工程を包含する。当該分野で周知であるように、上記溶融ガラスは、溶融スズの頂部へと流れ、上記チャンバの温セクションから上記チャンバの冷セクションへとそのスズの頂部に沿って移動する。上記チャンバの温セクションおよび冷セクションにおけるガラスの温度は、上記で考察される通りである。また、上記チャンバの温セクションおよび冷セクションにおけるガラスの上の環境は、上記で考察される通りである。
スズ浴中に入るガラス溶融物は、水を含み得る。上記溶融ガラスは、上記組成物の全重量％に基づいて、０．０４５重量％以上の水分含量を有し得る。
本発明の次の工程は、当該分野で周知であるように、浴からフロートガラスを取り出す工程を包含する。
上記フロートガラスをフロートチャンバから取り出した後、そのガラスを、制御可能に冷却して、ガラスシートへと切断する。そのシートは、さらに処理（例えば、切断して形作り、熱処理）して、望ましいガラス物品が形成され得る。
上記ガラスはまた、コートされ得る。本発明の非限定的実施形態において、上記ガラスは、コートされる。このコーティングは、１種以上のコーティング層および／またはコーティングフィルムを含み得る。このコーティングは、任意の望ましい型であり得る。例えば、限定するものとしては見なされないが、上記コーティングは、導電性コーティング、加熱可能なコーティング、アンテナコーティング、または太陽制御コーティング（例えば、低放射率コーティング）であり得る。太陽制御コーティングおよびアンテナコーティングの非限定的例は、米国特許第４，８９８，７８９号；同第５，８２１，００１号；同第４，７１６，０８６号；同第４，６１０，７７１号；同第４，９０２，５８０号；同第４，７１６，０８６号；同第４，８０６，２２０号；同第４，８９８，７９０号；同第４，８３４，８５７号；同第４，９４８，６７７号；同第５，０５９，２９５号；および同第５，０２８，５７９号（これらの特許は、本明細書中で参考として援用される）に開示される。導電性コーティングの非限定的例は、米国特許第５，６５３，９０３号および同第５，０２８，７５９号（これらは、本明細書中で参考として援用される）に開示される。
フロートプロセスにより生成されるガラスは、代表的には、２ｍｍ〜２０ｍｍのシート厚の範囲である。上記の厚さを有するガラスは、１分間当たり１００インチ〜８００インチの範囲のライン速度を有する、従来のフロートラインにて調製され得る。上記ガラスの必要とされる厚さは、上記ガラスの最終用途によって決定される。
本発明は、減少した欠損密度（特に、オープンボトムバブル（ｏｐｅｎ−ｂｏｔｔｏｍ ｂｕｂｂｌｅ））を有するガラスを提供する。ガラス中のそのような欠損は、オンライン方法およびオフライン方法を使用して測定され得る。Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．により製造されるＡｕｔｏｍａｔｉｃ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍは、欠損をオンラインで測定するために使用され得る。欠損は、目視によりオフラインで測定され得る。ガラスの欠損密度は、１００平方フィート当たりの欠損の数として測定される。ガラス中の欠損を測定するための標準は、当該分野で周知である。例えば、欠損は、＜０．０６インチから＞０．２５インチまでのカテゴリーで測定され得る。
本発明により生成されるガラスは、欠損密度についての種々の商業的標準を満たし得る。例えば、自動車製品は、自動車のフロントガラスについての欠損密度についての標準を設定している。ある自動車製品は、自動車のフロントガラスのガラス生成が、１００平方フィート当たり合計１個未満の欠損しか有さないことを必要とする。
本発明により生成されるガラスは、当該分野で周知であるように、自動車の透明物質として、着色ガラスの状態で、積層製品の状態などで使用され得る。積層製品は、本発明に従って生成される少なくとも一片のガラスを含み得る。そのような積層製品は、フロントガラスであり得る。
本発明は、以下の非限定的実施例によって例証される。以下は、水素が温端部の下部プレナム中にあったコントロール作業、および本発明に従う作業の例である。
本発明の装置および方法は、従来のフロートガラスと比較した場合に実質的に減少したオープンボトムバブル（ｏｐｅｎ−ｂｏｔｔｏｍ ｂｕｂｂｌｅ）欠損を有するフロートガラスを生成することを可能にする。
上記の実施例は、本発明を例示するためだけに提供される。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。
Claims (19)
- フロートガラスチャンバであって、
体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する温セクション；および
冷セクション
を備え、該温セクションと該冷セクションとの間の境界線は、該ガラスの温度が閾値温度より下である線である、フロートチャンバ。 - 請求項１に記載のフロートチャンバであって、該フロートチャンバの閾値温度は、１６００°Ｆである、フロートチャンバ。
- 請求項１に記載のフロートチャンバであって、該フロートチャンバの閾値温度は、１８００°Ｆである、フロートチャンバ。
- 請求項１に記載のフロートチャンバであって、該フロートチャンバの閾値温度は、２１００°Ｆである、フロートチャンバ。
- 請求項１に記載のフロートチャンバであって、前記冷セクションの少なくとも下部プレナム中の雰囲気は、体積に基づいて１０％までの水素を含む、フロートチャンバ。
- フロートチャンバであって、
体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する温セクション；および
冷セクション
を備え、該温セクションと該冷セクションとの間の境界線は、該ガラスの温度が１６００°Ｆより高い閾値温度より下である線である、フロートチャンバ。 - 請求項６に記載のフロートチャンバであって、前記冷セクションの少なくとも下部プレナム中の雰囲気は、体積に基づいて１０％までの水素を含む、フロートチャンバ。
- 減少した欠損密度を有するフロートガラスを生成するための方法であって、該方法は、
ａ．ガラス組成物を溶融してガラス溶融物を形成する工程；および
ｂ．温セクションと冷セクションとを有するフロートチャンバ中に該ガラス溶融物を注ぐ工程であって、該温セクションと該冷セクションとの間の境界線は、該ガラスの温度が閾値温度より下である線であり、該温セクションは、体積に基づいて３％未満の水素を含む少なくとも下部プレナム中の雰囲気を有する、工程、
を包含する、方法。 - 請求項８に記載の方法であって、前記フロートチャンバの閾値温度は、１６００°Ｆである、方法。
- 請求項８に記載の方法であって、前記フロートチャンバの閾値温度は、１８００°Ｆである、方法。
- 請求項８に記載の方法であって、前記フロートチャンバの閾値温度は、２１００°Ｆである、方法。
- 請求項８に記載の方法であって、前記冷セクションの少なくとも下部中の雰囲気は、体積に基づいて１０％までの水素を含む、方法。
- 請求項８に記載の方法であって、前記ガラス溶融物は、前記組成物の総重量％に基づいて０．０３５重量％以上の水分含量を有する、方法。
- 請求項８に記載の方法であって、前記生成したフロートガラスは、積層生成物中の少なくとも一片のガラスを含む、方法。
- 請求項１４に記載の方法であって、前記積層生成物は、風防ガラスである、方法。
- 減少した欠損密度を有するフロートガラスを生成するための方法であって、該方法は、
ａ．ガラス組成物を溶融したガラス溶融物を形成する工程；および
ｂ．温セクションと冷セクションとを有するフロートチャンバ中に該ガラス溶融物を注ぐ工程であって、該温セクションと該冷セクションとの間の境界線は、該ガラスの温度が閾値温度より下である線である、工程；および
ｃ．体積に基づいて３％未満の水素を含むガス混合物を、該温セクションの少なくとも下部プレナム中に注入する工程、
を包含する、方法。 - 請求項１６に記載の方法であって、前記注入する工程は、体積に基づいて１％未満の水素を含むガス混合物を、前記温セクションの少なくとも下部プレナム中に注入する工程を包含する、方法。
- 請求項１６に記載の方法であって、前記ガラス組成物は、
６５〜７５重量％のＳｉＯ２；
１０〜２０重量％のＮａ２Ｏ；
５〜１５重量％のＣａＯ；
０〜５重量％のＭｇＯ；
０〜５重量％のＡｌ２Ｏ３；
０〜５重量％のＫ２Ｏ；および
０〜２重量％のＦｅ２Ｏ３；
を含み、該重量％は、該ガラス組成物の総重量に基づく、方法。 - 請求項１６に記載の方法であって、前記溶融する工程は、酸素燃料炉中で生じる、方法。
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