JP2015187070A - フロート板ガラスを製造するためのフロート法及びフロート板ガラス - Google Patents

フロート板ガラスを製造するためのフロート法及びフロート板ガラス Download PDF

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Abstract

【課題】高度に化学強化可能なフロート板ガラスを製造するためのフロート法に基づく方法を提供する。
【解決手段】溶融ガラスを連続的に溶融金属上に送り出し、引き出し方向に引き出して錫浴側と上側を有する厚さDのガラスリボンを形成し、これをフロートバスに亘り冷却し、溶融金属から持ち上げて徐冷炉へ移送し、ガラスリボンはその長手方向の辺に沿って2つの周縁領域を有し、これらは長手方向の辺から出発してリボン中央に延び、これらの間には有効領域が配置され、ガラスリボンは上側で温度Ttop及び錫浴側で温度Tbottomを有し、徐冷炉の床温度はTfloor、天井温度はTceilingであるフロート法において、TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる引き出しゾーンの部分Aで、有効領域の任意の箇所xでの温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomが0Kより高い方法によって解決される。
【選択図】図1

Description

本発明は、フロート板ガラスを製造するためのフロート法及びフロート板ガラスに関する。
化学硬化してなるアルミノシリケート板ガラスが、ここ数年、1mm未満の小さい板厚でのそれらの高い機械的強度のために、殊に携帯端末装置、例えばラップトップ及びスマートフォンのディスプレイ用のガラスカバーとして使用されている。アルミノシリケート板ガラスの製造には、他の引き出し法に加えて、殊に当業者によく知られたフロート法が考慮に入れられる。しかしながら、フロート法が使用される場合、化学強化(chemical tempering)後に、アルミノシリケート板ガラスは、当業者に歪み(warp)としても知られている湾曲若しくは反りを有していることが観察される。この歪みは、フロート法が非対称性の引き出し法であり、並びに錫浴側として知られているフロート板ガラスの側とフロート板ガラスの反対の上側とが異なり、かつ同じ強化条件下で強化度合いが異なり、これが歪みにつながるという事実に起因している。
DE3607404によれば、歪みの形成は、例えば、板ガラスの表面を化学強化前に研削及び研磨することにより回避されることができるが、しかしながら、これは非常に煩雑である。
同じく、化学強化時にイオン交換を変化させ、かついかなる歪みも起きないように作られている層を、化学強化前に、浮上させられた板ガラスに備える技術的な取り組みが存在する。この技術的な解決手段も非常に煩雑であり、かつこれは適用された層が後続の工程段階に不利な影響を及ぼさない特別な場合においてのみ可能である。
WO13146438は、一方の側のナトリウム含有率が意図的に他方の側より0.2〜1.2質量%低く調整され、それによって同様に化学強化時にフロート板ガラスが歪み難くされている板ガラスを開示している。欠点なのは、板ガラスの2つの表面が化学的に互いに著しく異なっており、この相違によってディスプレイ用のガラスカバーへの更なる加工時に問題が生じる可能性があることである。殊にそのとき板ガラスの適正な配向も、更なる加工プロセス時に保証されていなければならず、すなわち、この更なる加工時に増大した労力を伴う。
DE3607404 WO13146438
本発明の課題は、高度に化学強化可能なフロート板ガラスを製造するためのフロート法に基づく方法を提供することであり、ここで、本方法に従って製造されたフロート板ガラスは、化学強化プロセス後の追加的な工程段階、例えば表面のコーティング又は研削を省いているにも関わらず、歪みを少ししか有さないことになる。そのうえ本発明の課題は、相応する高度に化学強化可能な板ガラスを提供することである。そのうえフロート板ガラスは、両側の化学組成に関して非対称性を少ししか有さないことになる。
この課題は、独立請求項によって解決される。好ましい態様は、従属請求項に示している。
フロートバス及び徐冷炉(annealing lehr)を有する引き出しゾーンにおいてフロート板ガラスを製造するための本発明によるフロート法の場合、溶融ガラスを連続的に溶融金属上に送り出し、そして引き出し方向に引き出して、溶融金属に面する錫浴側と、溶融金属とは逆向きに面する上側とを有する、厚さDのガラスリボンを形成し、ここで、ガラスリボンをフロートバスに亘り冷却し、溶融金属から持ち上げ、そして徐冷炉へさらに移送し、ここで、ガラスリボンは上側で温度Ttopを有し、かつ錫浴側で温度Tbottomを有し、ここで、ガラスリボンは、その長手方向の辺に沿って2つの周縁領域を有し、これらは長手方向の辺から出発してリボン中央の方向に向かって延び、かつこれらの間には有効領域(useful region)が配置されており、並びに、ここで、徐冷炉の床温度はTfloorであり、かつ徐冷炉の天井温度はTceilingである。本発明によるフロート法は、上側の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる引き出しゾーンの部分Aで、ガラスリボンの有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomが0Kより高いことを特徴としている。
本発明者は、ガラス転移温度Tg近傍の温度領域においてガラスリボンの上側がガラスリボンの錫側より高い温度を有する場合は(ここで、温度Ttop及びTbottomは、それぞれガラスリボンの同じ箇所xに関する)、ガラスリボンの非対称の冷却が化学強化後の歪みの大きな減少につながることを突き止めた。ここで、Tgは、ISO 7884−8に準拠した当業者に公知のガラス転移温度である。通常、ガラスリボンがガラス転移温度Tgを下回る引き出しゾーンの相応する部分Aは徐冷炉に存在する。
他方で、先行技術によれば、徐冷炉でガラスリボンが冷却されるとき、冷却されるべきガラスリボンを引き出しゾーンの箇所xでその断面全体にわたって可能な限り一定の温度に保つことが求められ、その際、温度は引き出し方向に向かってゆっくりと下げられる。それゆえ、徐冷炉での加熱を、可能な限り僅かな温度不均一性が、引き出し方向に垂直なガラスリボンの断面に存在するように調整することが試みられる。殊に、先行技術によれば、徐冷炉の箇所で、ガラスリボンの上側の温度Ttopは、ガラスリボンの錫浴側の温度Tbottomに相当することが望ましいとされる。これは、通例、徐冷炉内での同じ床温度Tfloor及び天井温度Tceilingによって達成される。
しかしながら、本発明によれば、ガラスリボンの冷却は、上側の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる引き出しゾーンの部分Aにおける温度TtopがTbottomより高くなるように行われる。その際、温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomが増大するにつれて化学強化後の歪みは減少することがわかった。ガラスリボンの上側は、化学強化後に温度差がΔTglass=0であると凸状の上側を形成する傾向にあるのに対して、化学強化後の上側の凸状の反りは温度差ΔTglassの増大とともに減少させることができ、かつ最終的に上側はそれどころか凹状の反りを有する可能性がある。
ここで、本発明による非対称の温度制御が化学強化後の歪みに及ぼす正確な作用メカニズムは知られていない。いかなる特定の理論にも縛られることなく、化学強化の後続プロセスにおいてフロート板ガラスの上側でより少ないイオンが交換されるように、カリウムイオン及び/又はナトリウムイオンの拡散性に影響を及ぼす上側及び錫浴側の非対称の温度制御によってガラス構造における規則正しい違いが生まれると推測される。
フロート法は、一般的には、溶融ガラスを溶融金属上に送り出し、引き出してガラスリボンを形成し、そして冷却することを特徴とする。本発明によるフロート法は、基本的な点においては、ソーダ石灰−板ガラスを製造するための標準フロート法に相当するが、しかしながら、より小規模で10〜50トン/日の典型的な体積処理量をともなう。溶融錫が、有利には溶融金属として使用される。フロート法により製造されたフロート板ガラスは、他の引き出し法により製造された板ガラスとは、例えば、板のフロートバス側の錫の僅かな残留物が非常に薄い表面層において残留し、そうしてフロート板ガラスが常にフロートバス側で板の中央又は上側より高い錫含有量を有することによって区別されることができる。
溶融金属上に送り出される溶融ガラスは、一般的には溶融アルミノシリケートガラスである。アルミノシリケートガラスは、市販のソーダ石灰ガラス及び、例えばSchott AGの商標Borofloat(R)の低Al23ボロシリケートガラスと比べて、非常に良好な化学強化性によって際立ち、それゆえ本発明に従って好ましい。ガラスは、例えば表1に記載の以下の組成の範囲における組成又は特定の組成を有してよい。
フロートバスにおいて始まる引き出しゾーンは、引き出し方向においてフロートバスの下流で、通常、少なくとも1つのドロスボックス、徐冷炉、並びにガラスリボンを分離しかつさらに加工する領域を包含する。溶融金属の端で、ガラスリボンを溶融体から取り出し、そして、例えばローラーによりさらに移送する。ガラスリボンが第一のローラーを通る領域は、通常、ドロスボックスと呼ばれる。ドロスボックスは、通常、少なくとも1つの仕切りによってフロートバスと隔てられ、同様に少なくとも1つの仕切りによって後続の徐冷炉と隔てられる。
ガラスリボンは、その長手方向の辺に沿って2つの周縁領域を有し、これらは長手方向の辺から出発してリボン中央の方向に向かって延び、かつこれらの間には有効領域が配置されている。周縁領域において、ガラスリボンは、通常、引き出し方向に向かってガラスリボンを移送するのに用いられるトップローラーと接触する。さらにトップローラーは、ガラスリボンの幅の横調整に用いられる。耳(selvedges)とも呼ばれるガラスリボンの周縁領域は、一般的には、より大きい厚さを有し、かつ少なくとも外縁に沿ってずっと大きい厚さを有する。ガラスリボンの有効領域は、ガラスリボンが均一な厚さを有する、周縁領域間のガラスリボンの領域を包含する。本発明によれば、ガラスリボンの上側と錫浴側との間の温度差が作り出される。他方で、上側と錫浴側とが出会うガラスリボンの周縁領域では、温度差はより僅かであるか又は完全になくなっていてよい。それゆえ、本発明による温度差は、少なくともガラスリボンの有効領域で作り出されるか、若しくは有効領域であって、周縁領域ではないガラスリボンの任意の箇所で作り出される。
ガラスリボンの温度Ttop及びTbottom並びにその差Tglassは、引き出し方向における位置に依存する。さらに、引き出し方向に対して横方向のガラスリボンの温度Ttop及びTbottomの低い依存性も存在することになるが、ここで、これらの温度差は非常に小さく、普段は無視して構わない。温度差ΔTglassは、有利には、引き出し方向におけるx座標及び引き出し方向に対して横方向のz座標によって定められたガラスリボンのある位置でTtop及びTbottomを測定し、かつ差を出すことにより求められるべきである。有利には、温度Ttop及びTbottomは、ガラスリボンの中央における上側及び下側での温度である。
ドロスボックスにおいて、ガラスリボンの温度Ttopは、早くも短時間でTgを下回る可能性がある。したがって、上側の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる部分又は部分の始めがドロスボックスにあってもよい。しかしながら、通常、徐冷炉の入口での温度はTg+20Kより高く、そのため、上側の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる少なくとも1つの部分が徐冷炉に配置されている。したがって、上側の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる複数の部分も引き出し方向において存在してよい。上側の温度が、本発明に従って、錫浴側の温度Tbottomより高い引き出しゾーンの部分Aは、有利には、引き出し方向に見て、上側の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる最後の部分であり、そのため、ガラスリボンはこの部分Aの下流ではもはやTgにさらに加熱されることはない。
フロート法の有利な実施形態においては、部分Aにおけるガラスリボンの有効領域の任意の箇所xでの温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomは、少なくとも0.25K、有利には少なくとも0.5K、さらに有利には少なくとも1K、特に有利には少なくとも1.5Kである。温度差ΔTglassの有利な値は、温度の絶対水準と比べて比較的低い。しかしながら、ガラスリボンが、このように小さい温度差を達成するために、大いに非対称の温度プロファイル若しくは大いに非対称の加熱にもたらされなければならないことを考慮すべきであり、それというのも、ガラスリボンは、有利には小さい厚さDしか有さず、そのため、上側と錫浴側との温度差ΔTglassは非常に素早く均一になるからである。温度差ΔTglassは、Ttop及びTbottomの直接的な測定からは多くの手間を伴ってしか確実に測定されることができず、それというのも、表面温度Ttop及びTbottomの測定(これらは、例えば高温温度計により測定されることができる)に際して、計測誤差が温度差Tglassのオーダーで発生する可能性が終始あるからである。それゆえ、温度差Tglassは、有利には炉の温度Tceiling及びTfloorから間接的に測定される。
ここで、炉の温度Tceiling及びTfloorに由来するガラスリボンの温度は、例えば二次元FEM解析によって測定されることができる。ここで、徐冷炉における温度場は、次の等式によって表される:
式中、ρは密度であり、cpは比熱容量であり、νzは引き出し速度であり、λはガラスの熱伝導率であり、かつxはガラスリボンの引き出し方向における空間座標である。そのうえ、熱伝導による及び表面放射によるガラスとその周囲との熱交換が行われると推測されることができ、これによって以下の式の境界条件が生まれる:
ここで、TUは周囲温度を表し、これは徐冷炉における温度Tceiling又はTfloorに相当し、σはシュテファン=ボルツマン定数を表し、αはガラスと空気の界面での熱伝達率を表し、εは放射率を表し、かつyは引き出し方向に対して垂直かつガラスリボンに対して垂直な空間座標を表す。
ここで、経験則としてFEM解析から、約0.55mmの厚さの板ガラスに関して、徐冷炉における温度差ΔTlehr=Tceiling−Tfloorは、ガラスリボンにおける温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomの15〜30倍であることがわかる。0.5mm及び0.62mmのガラスリボンの厚さに関しては、シミュレーション計算から以下の近似式を定めることができる:
フロート法の有利な実施形態においては、部分Aのガラスリボンの有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTlehr=Tceiling−Tfloorは、少なくとも15K、有利には少なくとも30K、さらに有利には少なくとも50K、特に有利には少なくとも75Kである。徐冷炉における非対称の温度制御が、ガラスリボンにおいて非対称の温度プロファイルを作り出すための有利な方法である。通例、ガラスリボン用の徐冷炉は、複数の続けざまに配置されたセグメントを有し、その際、各セグメントには加熱セグメントがガラスリボンの上下に配置されている。各セグメントにおいて、通例、上方及び下方の加熱セグメントは別個に制御可能であり、そうして非対称の温度プロファイルを調整することができる。実際に徐冷炉において生じる温度プロファイルは、当然の事ながら、更に別のファクターにも依存している可能性があり、所定の温度プロファイルと必ずしも一致している必要はない。
温度Tceilingは、可能な限りガラスリボンと僅かに隔たって配置されており、かつ加熱セグメントとは十分に隔たって配置されている熱電対により測定してよい。それゆえ、Tceilingは、ガラスリボンより約10〜100mm上に隔たった位置での徐冷炉における温度であって、例えば徐冷炉の天井の温度ではない。当然の事ながら、温度Tceilingは、引き出しゾーンに沿った箇所に依存する。温度Tceilingは、有利には、引き出し方向に沿ってガラスリボンの上側から30〜60mm隔たった位置に配置されている熱電対により測定される。同じことが温度floorにも相応して当てはまり、それゆえ、この温度は、ガラスリボンより約10〜100mm下に隔たった位置での徐冷炉における温度であり、かつ有利には、引き出し方向に沿ってガラスリボンの錫浴側から30〜60mm隔たった位置に配置されている多数の熱電対により測定される。
温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomとは異なり、温度Tceiling及びTfloorひいてはΔTlehrは測定により適切に得られ、かつ徐冷炉において可能な限り高い温度均一性を調整できるように、先行技術に従って標準的に徐冷炉において測定される。
フロート法の有利な実施形態においては、ΔTglass/D比は、少なくとも0.5K/mm、有利には少なくとも1K/mm、さらに有利には少なくとも2K/mm、特に有利には少なくとも3K/mmである。先行技術に従った2mm超の厚さを有する厚い板ガラスを冷却する場合、上側と下側との小さい温度差を一般に排除することはできず、それというのも、より大きい厚さの板ガラスは、より高い遮熱効果を有し、かつ上側と下側との温度差を促進するからである。しかしながら、小さい板厚に関しては、有利な温度差は極端に大きい。
フロート法の有利な実施形態においては、ΔTlehr/D比は、少なくとも30K/mm、有利には少なくとも60K/mm、さらに有利には少なくとも100K/mm、特に有利には少なくとも150K/mmである。先行技術に従った2mm超の厚さを有する厚い板ガラスを冷却する場合、10K以上の温度差を一般に排除することはできず、それというのも、より大きい厚さの板ガラスは、より高い遮熱効果を有し、かつ天井温度Tceilingと床温度Tfloorとの温度差を促進するからである。しかしながら、小さい板厚に関しては、有利な温度差は極端に大きい。
フロート法の有利な実施形態においては、溶融ガラスは、少なくとも5質量%、有利には少なくとも10質量%のAl23割合を有する。そのようなガラスの場合の化学強化性は特に高い。
フロート法の有利な実施形態においては、フロート板ガラスは、少なくとも600MPaの表面の圧縮応力CS及び少なくとも30μmの強化層の深さDoLに高度に化学強化されることができる。CS及びDoLは、例えば、Luceo社の装置FSM 6000を用いて応力光学的に測定してよい。特に有利には、フロート板ガラスは、KNO3溶融塩中でTg−200Kの温度にて4時間以内に、少なくとも600MPaの表面の圧縮応力CS及び少なくとも30μmの強化層の深さDoLに強化されることができる。
フロート法の有利な実施形態においては、ガラスリボンは、有効領域において、2.0mm以下、有利には1.0mm以下、特に有利には0.3mmから0.7mmの間の厚さDを有する。ここで、厚さDは、ガラスリボンの有効領域におけるガラスリボンの厚さを意味すべきである。これは、例えばガラスリボンの真ん中で測定してよく、かつフロート板ガラスの目標とされる板厚にほぼ相当する。当然の事ながら、ガラスリボンは、例えば耳に関してそのつどより大きい厚さを有してよい。このような小さい厚さの板ガラスは、フロート法によって特に良好に製造されることができ、化学強化されることができ、かつ僅かな重みを有する。
フロート法の有利な実施形態においては、上側の温度TtopがTg+50KからTg+20Kに下がる引き出しゾーンの部分B1において、又は上側の温度TtopがTg−20KからTg−50Kに下がる引き出しゾーンの部分B2において、ガラスリボンの有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTglassは、少なくとも0.25K、有利には少なくとも0.5K、さらに有利には少なくとも1.0K、特に有利には少なくとも1.5Kである。したがって、板ガラスの上側及び錫浴側での非対称の温度制御は、有利にはちょうど部分Aにわたるのみならず、引き出し方向に見て、早くも部分Aの上流で始まるか、又は部分Aの下流に続く。それによって、歪みを低減する効果はさらに高められることができる。
フロート法の有利な実施形態においては、部分B1又はB2において、ガラスリボンの有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTlehrは、少なくとも15K、有利には少なくとも30K、特に有利には少なくとも50Kである。それによって、歪みを低減する効果はさらに高められることができる。
フロート法の有利な実施形態においては、少なくとも2m、有利には少なくとも5mの長さを有する徐冷炉の任意の部分Cにおいて、ガラスリボンの有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTlehr=Tceiling−Tfloorは、少なくとも15K、有利には少なくとも30K、特に有利には少なくとも50Kである。
フロート法の有利な実施形態においては、ガラスリボンを徐冷炉で下方から加熱出力Pbelow及び上方から加熱出力Paboveの影響下におき、その際、少なくとも2m、有利には少なくとも5mの長さを有する徐冷炉の部分Dにおいて、Pbelow/Pabove比は、0.5未満、有利には0.3未満、特に有利には0.1未満である。ガラスリボンの均一な温度分布を徐冷炉において達成するために、先行技術に従った通常の冷却プロセスにおいて、ガラスリボンを同様に上方と下方から同じ加熱出力の影響下におく。他方で、徐冷炉の本発明による有利な運転様式においては、部分Dにおいて、ガラスリボンを上方からより高い加熱出力の影響下におく。特に有利には、それどころか下方の加熱エレメントを完全にオフにしてもよい。その際、部分Dは、有利には部分Aに相当するが、しかしこれは部分B1及び/B2も包含するか又は最初の半分若しくは徐冷炉全体にわたってよい。
フロート法の更なる有利な実施形態においては、ガラスリボンは徐冷炉において上方から熱源によって加熱され、その放出された熱は、有利にはガラスリボンの上半分で、特に有利には最大50μmの厚さの表面層において吸収される。ガラスリボンにおける温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomは、上方から供給された熱エネルギーがガラスリボンの薄い表面層で直接吸収され、かつ伝達されない場合、特に効果的に高められることができる。これは、T〜600K及び高い2〜4μm放射成分を有する黒体放射には一般に当てはまらず、それというのも、アルミノシリケートガラスはこの波長領域中で不透明ではないからである。他方で、上方からの加熱が、高温空気流を対流させて、又は>4μm、有利には>10μmの波長の赤外線放射、例えばCO2レーザーにより行われる場合、熱はガラスリボンの表面に直接導入される。有利にはガラスリボンの上半分で、特に有利には最大50μmの厚さの表面層において吸収される放出された熱の熱源は、徐冷炉の唯一の上方の熱源であってよいか、さもなければ慣用の熱源に加えて存在していてよい。
フロート法の有利な実施形態においては、ガラスリボンは徐冷炉において下方から冷却され、それによって、ガラスリボンにおける温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomは、同様に特に効果的に高められることができる。例えば、下側は空気流で冷却してよいか、又は水浴が徐冷炉の床に備えられていてよい。空気流は、冷却出力が大きくなり過ぎないように、場合により予熱される必要がある。水浴を用いて、大面積の特に均一な冷却が達成されることができる。
さらに、本発明の対象はまた、化学強化後の標準化された歪みWsが、300μm未満、有利には200μm未満、特に有利には100μm未満であり、かつ化学強化前の板が、+20μm未満、有利には0μm未満、特に有利には−20μm未満の初期歪み(pre-warp)を有するフロート板ガラスである。
ここで、フロート板ガラスは、フロート法において製造されており、錫浴側が、研削、研磨又はエッチングのようないかなる表面除去処理にも供されていない板である。有利には、フロート板ガラスは、少なくとも5質量%のAl23割合を有する。
有利には、フロート板ガラスは、少なくとも600MPaの表面の圧縮応力CS(Compressive stress)及び少なくとも30μmの強化層の深さDoL(Depth of Layer)に高度に化学強化されることができ、特に有利には、フロート板ガラスは、KNO3溶融塩中でTg−200Kの温度で4時間以内に、少なくとも600MPaの表面の圧縮応力CS(Compressive stress)及び少なくとも30μmの強化層の深さDoL(Depth of Layer)に高度に化学強化されることができる。
有利には本発明によるフロート板ガラスは、1.5mm未満、有利には1.0mm未満、特に有利には0.6mm未満の典型的な厚さを有する。
“化学強化後の標準化された歪みWs”又は略して“標準化された歪みWs”は、強化されていないフロート板ガラスが化学強化後に歪みを形成する固有の特性を表し、ここで、標準化された歪みWsは、217mmの長さl0及び130mmの幅b0を有する所定の板寸法、0.70mmの所定の板厚さD0を有するフロート板ガラスが、既定の化学強化法後に有する歪みである。他に明示していない限り、本明細書中で規定される歪み値は、原則的に、強化された状態に関するものであり、強化されていない状態に関するものではない。強化前の歪み値は、本明細書中では初期歪みとも呼ぶ。それゆえ、“化学強化後の標準化された歪みWs”は、本明細書中では略して“標準化された歪みWs”とも呼び、かつ強化されていない板の固有の特性を表す。
化学強化後の標準化された歪みWsの測定のために、有利には0.70mmの板厚さD0を有するフロート板ガラスを、217mmの有利な長さl0及び130mmの有利な幅b0を有する板に切断し、しかしながら、洗浄、研削若しくは研磨プロセスのような更なる任意の処理には供さない。硫黄含有コーティングも取り除かれないが、しかしながら、これは標準化された歪みWsにごく僅かな影響しか及ぼさないことがわかった。板の化学強化は、標準化された化学強化法に従って行われ、ここで、板は、強化前に>99.9%のKNO3を有する硝酸カリウム溶融塩中でTg−200Kの温度で4時間の期間にわたって硬化される。フロート板ガラスの上側及び錫浴側は、それによって同じ温度−時間分布下にあるため、上側及び錫浴側の化学強化における非対称性が強化プロセスに起因することはあり得ない。標準化された化学強化法の後、表面の圧縮応力CSは、典型的には少なくとも800MPaであり、かつ強化層の深さDoLは少なくとも30μmである。板を、引き続き溶融塩から取り出して洗浄する、引き続き、歪みをDIN 50441−5;1998−05に従って測定し、これは原則的に正記号を有する。DIN 50441−5:1998−05における記載によれば、DIN50441−5:1998−05における「歪み」との用語の定義は、ASTM F 1390−92において定義された歪みに相当する。値に関して、標準化された歪みWsは、DIN50441−5:1998−05に従った歪みを有する。しかしながら、さらに、標準化された歪みWsには、フロート板ガラスの上側が化学強化後に凸面であるときは正記号が付され、かつフロート板ガラスの錫浴側が凸面であるときは負記号が付される。それゆえ、標準化された歪みにおいては、フロート法におけるフロート板ガラスの向きに対する反りの向きが、DIN 50441−5:1998−05に従った歪みとは異なり考慮に入れられる。
他の板厚さのフロート板ガラスにおいては、化学強化後の標準化された歪みWsは、歪みWを上記記載の方法に応じて測定し、かつ次式:
s=W・(D/D02、ここで、D0=0.70mm
に基づき、標準化された歪みWsのために所定の板厚さD0に換算することにより近似的に測定されることができる。
同じく、長さl及び幅bを有する他の板寸法のフロート板ガラスの化学強化後の標準化された歪みWsも、上記記載の方法に応じて近似的に測定されることができ、かつ次式:
s=W・[(b2+l2)/(b0 2+l0 2)]1/2
に基づき、標準化された歪みWsのために所定の板厚さ寸法に換算されることができる。
しかしながら、板の寸法は、標準化された寸法からあまりにも逸れすぎるべきではない。なぜなら、これらは近似数式だからである。板の幅b、長さl及び厚さDは、標準化された寸法b0、l0及びD0に対してそれぞれ50%から200%の間にあるべきである。
フロート板ガラスは、化学強化前にも、本明細書中で初期歪みと呼ぶ歪みを有してよい。初期歪みは、上記方法に基づき、DIN 50441−5:1998−05に従って、約10インチの対角線に相当する217mm×130mmのサイズの板について測定する。場合により、サンプルの形状が異なる場合、標準化された板形状に換算される。標準化された歪みWsの場合とちょうど同じように、初期歪みにもフロート板ガラスの上側が凸面であるときは正記号が付され、かつフロート板ガラスの錫浴側が凸面であるときは負記号が付される。それゆえ、フロート法におけるフロート板ガラスの向きに対する反りの向きが、DIN 50441−5:1998−05に従った歪みとは異なり、初期歪みにおいて考慮に入れられる。
先行技術に従って製造されるフロート板ガラスの初期歪みは、通常は正であり、すなわち、フロート板ガラスの上側は僅かな凸状の反りを有し、フロートバス側は僅かな凹状の反りを有する。本発明によるフロート板ガラスの場合、反りはちょうど逆に向けられており、すなわち、上側は凹状の反りを有し、かつ下側は凸状の反りを有し、それによって、初期歪みには負記号が付される。
有利には、フロート板ガラスは、20μm未満、有利には0μm未満、特に有利には−20μm未満の初期歪みを有する。
フロート板ガラスの有利な実施形態においては、標準化された化学強化後のフロート板ガラスの上側のNa2O含量Na2topと錫浴側でのNa2O含量の差ΔNa2O=Na2top−Na2bottomは−0.2質量%より大きく、かつ0.2質量%より小さい。本発明者は、本発明により、なかでも、フロート板ガラスの上側の化学組成がごく僅かにしか錫浴側の化学組成と異ならないことを特徴とし、かつ同時に化学強化後の非常に低い標準化された歪みWsを有するフロート板ガラスを提供できることに気付いた。そのため、化学強化後の標準化された歪みWsの非常に低い値が達成され、その際、化学強化後のフロート板ガラスの上側のNa2O含量Na2topと錫浴側でのNa2O含量の差ΔNa2O=Na2top−Na2bottomは−0.2質量%より大きく、かつ0.2質量%より小さい。したがって、有利には、化学強化後の歪みの形成が非常に起こり難く、並びに同時に両側の化学組成に関して非常に僅かな非対称性しか有していないフロート板ガラスを提供することができる。更なる加工プロセスにおけるフロートバス側とフロート板ガラスの上側との区別は必要ではなく、これは方法が大いに簡素化したことを意味する。
例えば、Na2O濃度は、20kVの加速電圧及び50mAの電流で、Bruker社のS8 Tiger測定装置を用いた蛍光X線分析測定によって測定されることができる。硫黄含有コーティングは、測定を実施する前に取り除かれるべきである。
当業者は、フロート板ガラス自体を明確に同定し、かつフロート板ガラスの錫浴側と上側とを区別することができる様々の方法を知っている。例えば、錫浴側は、紫外線の照射による蛍光発光に基づき同定することができ、又は表面の錫含量を測定してよい。錫浴側は、原則的に、フロート板ガラスの上側より高い錫含量を有する。
フロート板ガラスの有利な実施形態においては、化学強化されていないフロート板ガラスの上側のNa2O濃度Na2topと錫浴側でのNa2O濃度の差ΔNa2O=Na2top−Na2bottomは−0.2質量%より大きく、かつ0.2質量%より小さい。本発明者は、化学強化前のフロート板ガラスも同様に上側及びフロートバス側の化学組成が非常に僅かな非対称性しか有していないことに気付いた。強化されていない状態は、この場合、表面の圧縮応力が最大でも300MPaであり、かつ強化層の深さ(DoL)が最大でも15μmである状態を意味する。化学強化前のNa2O濃度の差ΔNa2Oは、強化後の基準量より高い傾向にある。
有利には、フロート板ガラスは、本発明による方法により製造される。
引き出しゾーンの一部を断面図で概略的に示した図 引き出しゾーンの一部を平面図で概略的に示した図 部分A、B1及びB2を有する引き出しゾーンにわたる上側の温度のグラフ図を示す図 本発明によるフロート板ガラスを概略的に示す図 0.5mmの厚さDを有するガラスリボン内の温度差ΔTglassを、徐冷炉内での天井温度及び床温度の関数として示した図
本発明を、以下で例示的な態様に基づき説明する。
SiO2 61質量%、Al23 17質量%、B23 12%、Na2O 12%、K2O 4%、MgO 4%、ZrO2 1.3%及び清澄剤SnO2の組成を有する溶融ガラスを溶融錫浴上に送り込み、そして引き出して0.57mmの厚さ及びおよそ2500mmの幅のガラスリボンを形成した。ガラスは616℃のTgを有する。引き出し速度は200〜250m/hであり、処理量は1日当たりおよそ25トンであった。そのうえ、引掻を回避するために、徐冷ベルトの始めの部分でガラスリボンの錫浴側をSO2含有ガス流に50l/h(毎時リットル)のSO2及び250l/hのN2で曝した。
ガラスリボンは、慣用のローラー付き徐冷炉内で冷却し、その際、ローラー付き徐冷炉は、複数の続けざまに配置されたセグメントSnを有し、そこでガラスリボンを発熱体によってそのつど上方からは加熱出力Pn,above及び下方からは加熱出力Pn,belowの影響下においた。ここで、発熱体は従来通り設計されており、かつこの温度の黒体の熱放射にほぼ相当する熱放射を放出する。大部分の放射エネルギーが近赤外域で1〜4μmの波長にて放出される。この放射に対してアルミノシリケートガラスは少なくとも部分的に透過性であり、そのため、熱放射は薄い表面層では吸収されず、かつガラスリボンにおいて比較的僅かに過ぎない温度差を達成することができた。従来の発熱体は、本発明による方法の実施のための有利な熱源ではない。
各セグメントSnの始めと終わりの部分で、ガラスリボンの上方の温度Tceiling及びガラスリボンの下方の温度Tfloorを熱電対によりガラスリボンの真ん中の領域で測定した。ガラスリボンの様々な温度処理を表2に従って行った。徐冷炉の下流でガラスリボンを大型のフロート板ガラスと、歪み測定の実施のために217mm×130mmのサイズの小型のフロート板ガラスに切断した。フロート板ガラスは、化学強化プロセス前に洗浄、研削若しくは研磨プロセスのような更なる任意の処理には供さなかった。
フロート板ガラスは、化学強化前に、これ以降で初期歪みと呼ぶ僅かな歪みを有していた。初期歪みは、上記方法に基づき、DIN 50441−5:1998−05に従って、約10インチの対角線に相当する217mm×130mmのサイズの板について測定した。標準化された歪みWsの場合とちょうど同じように、初期歪みにもフロート板ガラスの上側が凸面であるときは正記号が付され、かつフロート板ガラスの錫浴側が凸面であるときは負記号が付される。それゆえ、フロート法におけるフロート板ガラスの向きに対する反りの向きが、DIN 50441−5:1998−05に従った歪みの定義とは異なり、初期歪みにおいて考慮に入れられる。
板の化学強化は、100%硝酸カリウム中で416℃にて、つまりTgを200K下回る温度で4時間継続して行った。すべてのサンプルについて、化学強化後の表面の圧縮応力CSは850MPa〜950MPaの範囲にあり、強化層の深さDoLは30μm〜45μmであった。CS及びDoLは、Luceo社の装置FSM 6000を用いて通常の手法で応力光学的に測定した。
化学強化後の歪みは、DIN 50441−5:1998−05に従って、約10インチの対角線に相当する217mm×130mmのサイズの板について測定した。板厚が異なることに基づき必要な場合、化学強化後の標準化された歪みWsは、測定された歪みと板厚Dとから算出した。
表2には、徐冷炉の個々のセグメントにおける温度及び加熱出力並びに測定された歪み値及び初期歪み値並びに標準化された歪みWsを表にしてまとめている。
例V1は、ほぼ対称的な冷却をともなう先行技術に従った比較例である。徐冷炉のセグメント1において、0.7mm厚のガラスリボンを上下からそのつど43kWの加熱出力の影響下においた。ガラスリボンの上方の温度Tceilingは、セグメント1の始めの部分で618℃及び終わりの部分で611℃であり、ガラスリボンの下方の温度Tfloorは、セグメント1の始めの部分で613℃及び終わりの部分で602℃であった。それゆえ、温度差ΔTlehrは、セグメントの始めの部分で5Kであり、かつ終わりの部分では9Kであった。その結果、厚さ0.7mmのガラスリボンにおいて、セグメント1の始めの部分で0.18K及び終わりの部分で0.17Kの温度差TΔglassが判明した。板ガラスは24μmの僅かな初期歪みを有し、かつ853μmの非常に高い標準化された歪みを有していた。
例V2も同様に、若干非対称の、しかしながら、依然として本発明による冷却には相当しない冷却をともなう比較例である。徐冷炉のセグメント1において、0.57mm厚のガラスリボンを上下からそのつど24kWの加熱出力の影響下においた。ガラスリボンの上方の温度Tceilingは、セグメント1の始めの部分で652℃及び終わりの部分で611℃であり、ガラスリボンの下方の温度Tfloorは、セグメント1の始めの部分で648℃及び終わりの部分で592℃であった。それゆえ、温度差TΔlehrは、セグメント1の始めの部分で5Kであり、かつ終わりの部分では19Kであった。上下の対称的な加熱にも関わらずセグメント1において増大する温度差Δlehrの原因は、セグメント1に遡及的な作用を及ぼす徐冷炉のセグメント2における非対称性の強い加熱にある。その結果、ガラスリボンにおいて、セグメント1の始めの部分で0.17K及び終わりの部分で0.62Kの温度差TΔglassが判明する。板ガラスは67μmの初期歪みを有し、かつ高い、しかしながら例Aと比べて化学強化後の明らかに低下した799μmの歪みを有し、これにより443μmの化学強化後の標準化された歪みWsが判明した。上側及びフロートバス側でのNa2O濃度の差は、蛍光X線分析測定によって、化学強化前に−0.1±0.1質量%の範囲にあり、かつ化学強化後にこれはさらに減少し、そのとき−0.1質量%〜0.0質量%の範囲にある。それゆえ、Na2O濃度に関して、フロート板ガラスは非常に良好な対称性を有する。
例Aは、非対称性の強い冷却をともなう本発明による例である。徐冷炉のセグメント1において、0.57mm厚のガラスリボンを上から144.4kWの加熱出力の影響下におき、かつ下から0kWの加熱出力(すなわち、セグメント1における下方の加熱はオフにしていた)の影響下においた。ガラスリボンの上方の温度Tceilingは、セグメント1の始めの部分で659℃及び終わりの部分で645℃であり、ガラスリボンの下方の温度Tfloorは、セグメント1の始めの部分で635℃及び終わりの部分で622℃であった。それゆえ、温度差TΔlehrは、セグメント1の始めの部分で24K及び終わりの部分で23Kであった。その結果、ガラスリボンにおいて、セグメント1の始めの部分で0.76K及び終わりの部分で0.74Kの温度差TΔglassが判明する。板ガラスは−50μmの初期歪みを有し、かつ化学強化後の明らかに低下した419μmの歪みを有し、これにより231μmの化学強化後の標準化された歪みWsが判明した。注目すべき点は、例Aの場合、化学強化後の歪みとは逆である、反対の符号を有する−50μmの初期歪みが得られることである。
しかしながら、例V2と比較した歪みの減少は、逆の符号を有する初期歪みの形成に帰せられることはできず、それというのも、初期歪みは67μmから−50μmに117μmしか変化していない一方で、歪みは799μmから419μmへと380μm減少しているからである。化学強化後の歪みの変化は、初期歪みの変化の3倍以上である。380μmの歪み低下の最大3分の1が初期歪みの変化に帰せられることができる。
上側及びフロートバス側でのNa2O濃度の差は、蛍光X線分析に従って、化学強化前に−0.1±0.1質量%の範囲にあり、かつ化学強化後にこれはさらに減少し、そのとき−0.1質量%〜0.0質量%の範囲にある。Na2O濃度のこのように低い差は、蛍光X線分析によって一般に殆ど検出可能ではなく、そのため規定の測定誤差がNa2O濃度の差のオーダーで既に存在している。それゆえ、Na2O濃度に関して、フロート板ガラスは非常に良好な対称性を有する。したがって、本発明による板ガラスは、上側及び錫浴側が化学的に非常に似た組成を有することを特徴とし、ここで、実質的にはフロート法によって避けられない相違、例えば錫含有の表面層が存在する。しかしながら、フロート板ガラスは、両側でほぼ同じNa2O濃度を有し、かつ、例えばコーティングといった続く製造処理において、フロートバス側及び錫浴側を考慮しないでさらに加工することができる。錫浴側の僅かなNa2O浸出は、コンベアローラーによる引掻を回避するための錫浴側のSO2コーティングに帰せられる可能性が高い。フロート板ガラスは、化学強化前のみならず化学強化後も、フロート板ガラスの上側でのNa2O濃度Na2topと錫浴側でのNa2O濃度の差が−0.2質量%超0.2質量%未満であることを特徴とする。
図1では、本発明による方法を実施するのに適したフロートガラス装置の関連した一部の断面を概略的に示している。引き出しゾーン(9)は、引き出し方向(8)において、溶融金属(13)を有するフロートバス(10)の端、ドロスボックス(11)、ここで、錫浴側(15)及び上側(16)を有するガラスリボン(14)は、溶融金属(13)から取り出された後に第一のコンベアローラー(17)を通る、並びに徐冷炉(12)、ここで、ガラスリボン(14)は低応力状態に冷却される、を有する。徐冷炉(12)は、複数の続けざまに配置されたセグメント(12a、12b)を有し、各セグメントにおいて、ガラスリボン(14)を、上方の発熱体(31a、31b)により上から加熱出力Pn,aboveの影響下におき、かつ下方の発熱体(32a、32b)によりそれぞれ下から加熱出力Pn,belowの影響下においた。ここで、発熱体(31、32)は従来通り設計されており、かつ炉の温度での黒体の熱放射におよそ相当する熱放射を放出していた。ここで、大部分の放射エネルギーが近赤外域で1〜4μmの波長にて放出される。そのうえ、供給管(34)によって、錫浴側(15)を徐冷炉(12)内でSO2含有ガス流に曝して保護膜を形成することができる。
図2では、図1に示した引き出しゾーンの一部の平面図を概略的に示している。当該平面図において、発熱体(31、32)がそれぞれガラスリボン(14)の幅全体にわたって広がり、そうしてガラスリボン(14)の幅にわたって均一な温度が達成されることを読み取ることができる。
図3では、引き出しゾーンに沿った温度プロファイルを概略的に示しており、ここで、ガラスリボンの上側の温度Ttopがガラス転移温度Tgに対して特定の範囲を通過する引き出しゾーンの領域によって、部分A、B1及びB2を定義している。実際に、温度プロファイルは均一である必要はなく、殊にドロスボックスの領域で局所的若しくは一時的な極大値を有してよい。それゆえ、示した温度プロファイルは単に例示的なものに過ぎない。
図4は、フロート法に際して溶融金属(13)と接触していた錫浴側(15)と、対置する上側(16)とを有する、本発明による板ガラス(1)を示す。板ガラスは、有利には錫浴側(15)に硫黄含有コーティング(2)を有する。
図5では、シミュレーション計算から得られるように、0.5mmの厚さDを有するガラスリボン内の計算された温度差ΔTglassを、徐冷炉内での天井温度及び床温度の関数として示している。605℃の床温度Tfloor、680℃の天井温度Tceiling及び75Kの温度差ΔTlehrにより、例えば、単に2.5Kの温度差ΔTglassが得られる。
1 フロート板ガラス
2 硫黄含有コーティング
8 引き出し方向
9 引き出しゾーン
10 フロートバス
11 ドロスボックス
12 徐冷炉
12a 徐冷炉、セグメント1
12b 徐冷炉、セグメント2
13 溶融金属
14 ガラスリボン
15 ガラスリボン/板ガラスの錫浴側
16 ガラスリボン/板ガラスの上側
17 コンベアローラー
30 フォーミングガス雰囲気
31a 上方の徐冷炉加熱、セグメント1
31b 上方の徐冷炉加熱、セグメント2
32a 下方の徐冷炉加熱、セグメント1
32b 下方の徐冷炉加熱、セグメント2
34 SO2の供給管

Claims (18)

  1. フロートバス(10)及び徐冷炉(12)を有する引き出しゾーン(9)においてフロート板ガラス(1)を製造するためのフロート法であって、ここで、溶融ガラスを連続的に溶融金属(13)上に送り出し、そして引き出し方向(8)に引き出して、溶融金属(13)に面する錫浴側(15)と、溶融金属(13)とは逆向きに面する上側(16)とを有する、厚さDのガラスリボン(14)を形成し、ここで、ガラスリボン(14)をフロートバス(10)に亘り冷却し、溶融金属(13)から持ち上げ、そして徐冷炉(12)へさらに移送し、ここで、ガラスリボン(14)は、その長手方向の辺に沿って2つの周縁領域を有し、これらは長手方向の辺から出発してリボン中央の方向に向かって延び、かつ周縁領域の間には有効領域が配置されており、ここで、ガラスリボン(14)は、上側(16)で温度Ttopを有し、かつ錫浴側(15)で温度Tbottomを有し、ここで、徐冷炉の床温度はTfloorであり、かつ徐冷炉の天井温度はTceilingである前記フロート法において、上側(16)の温度TtopがTg+20KからTg−20Kに下がる引き出しゾーンの部分Aで、ガラスリボン(14)の有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomが0Kより高いことを特徴とする、前記フロート法。
  2. 部分Aにおけるガラスリボン(14)の有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTglass=Ttop−Tbottomが、少なくとも0.25K、有利には少なくとも0.5K、さらに有利には少なくとも1K、特に有利には少なくとも1.5Kである、請求項1記載のフロート法。
  3. 部分Aにおけるガラスリボン(14)の有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTlehr=Tceiling−Tfloorが、少なくとも15K、有利には少なくとも30K、さらに有利には少なくとも50K、特に有利には少なくとも75Kである、請求項1又は2記載のフロート法。
  4. glass/Dの比が、少なくとも0.5K/mm、有利には少なくとも1K/mm、さらに有利には少なくとも2K/mm、特に有利には少なくとも3K/mmである。請求項1から3までのいずれか1項記載のフロート法。
  5. lehr/Dの比が、少なくとも30K/mm、有利には少なくとも60K/mm、さらに有利には少なくとも100K/mm、特に有利には少なくとも150K/mmである。請求項1から4までのいずれか1項記載のフロート法。
  6. 前記溶融ガラスが、少なくとも5質量%、有利には少なくとも10質量%のAl23割合を有する、請求項1から5までのいずれか1項記載のフロート法。
  7. 前記フロート板ガラス(1)が、少なくとも600MPaの表面の圧縮応力CS及び少なくとも30μmの強化層の深さDoLに高度に化学強化されることができる、請求項1から6までのいずれか1項記載のフロート法。
  8. 前記ガラスリボン(14)が、有効領域において、2.0mm以下、有利には1.0mm以下、特に有利には0.3mmから0.7mmの間の厚さDを有する、請求項1から7までのいずれか1項記載のフロート法。
  9. 前記上側の温度TtopがTg+50KからTg+20Kに下がる引き出しゾーンの部分B1において、又は前記上側の温度TtopがTg−20KからTg−50Kに下がる引き出しゾーンの部分B2において、前記ガラスリボン(14)の有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTglassが、少なくとも0.25K、有利には少なくとも0.5K、さらに有利には少なくとも1.0K、特に有利には少なくとも1.5Kである、請求項1から8までのいずれか1項記載のフロート法。
  10. 前記部分B1又はB2において、前記ガラスリボン(14)の有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTlehrが、少なくとも15K、有利には少なくとも30K、さらに有利には少なくとも50Kである、請求項9記載のフロート法。
  11. 少なくとも2m、有利には少なくとも5mの長さを有する前記徐冷炉(12)の任意の部分Cにおいて、前記ガラスリボン(14)の有効領域における任意の箇所xでの温度差ΔTlehr=Tceiling−Tfloorが、少なくとも15K、有利には少なくとも30K、特に有利には少なくとも50Kである、請求項1から10までのいずれか1項記載のフロート法。
  12. 前記ガラスリボン(14)を前記徐冷炉(12)内で、下方から加熱出力Pbelow及び上方から加熱出力Paboveの影響下におき、ここで、少なくとも2m、有利には少なくとも5mの長さを有する前記徐冷炉(12)の部分Dにおいて、Pbelow/Paboveの比が、0.5未満、有利には0.3未満、特に有利には0.1未満である、請求項1から11までのいずれか1項記載のフロート法。
  13. 前記ガラスリボン(14)を前記徐冷炉(12)内で、上方から熱源(20)によって加熱し、その放出された熱(21)を、有利には前記ガラスリボン(14)の上半分で、特に有利には最大50μmの厚さの表面層で吸収する、請求項1から12までのいずれか1項記載のフロート法。
  14. 前記ガラスリボン(14)を前記徐冷炉(12)内で、下方から冷却する、請求項1から13までのいずれか1項記載のフロート法。
  15. 化学強化後の標準化された歪みWsが300μm未満、有利には200μm未満、特に有利には100μm未満のフロート板ガラス(1)であって、ここで、化学強化前の前記板が+20μm未満、有利には0μm未満、特に有利には−20μm未満の初期歪みを有する、前記フロート板ガラス(1)。
  16. 化学強化後の前記フロート板ガラス(1)の上側のNa2O含量Na2topと錫浴側でのNa2O含量の差ΔNa2O=Na2top−Na2bottomが−0.2質量%より大きく、かつ0.2質量%より小さい、請求項15記載のフロート板ガラス(1)。
  17. 化学強化されていない前記フロート板ガラス(1)の上側のNa2O濃度Na2topと錫浴側でのNa2O濃度の差ΔNa2O=Na2top−Na2bottomが−0.2質量%より大きく、かつ0.2質量%より小さい、フロート板ガラス(1)。
  18. 請求項1から14までのいずれか1項記載の方法によって製造された、請求項15から17までのいずれか1項記載のフロート板ガラス(1)。
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