JP2021151946A - フロートガラス製造装置、及びフロートガラス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】浴槽の上方空間に設けられるヒータの耐クリープ性を改善する、技術を提供する。【解決手段】フロートガラス製造装置は、浴槽と、スパウトリップと、トップロールと、カーボンヒータと、を備える。前記浴槽は、溶融金属を収容する。前記スパウトリップは、前記溶融金属の上に溶融ガラスを供給する。前記トップロールは、前記溶融金属の上で前記溶融ガラスを所定方向に流動させながら帯板状のガラスリボンに成形する。前記カーボンヒータは、前記浴槽の上方空間に配置されるカーボン製の発熱部と、前記発熱部を支持する電極部と、を含む。前記発熱部の近傍の雰囲気は、露点が−３５℃以下、且つ酸素濃度が１００体積ｐｐｍ以下である。【選択図】図５

Description

本開示は、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。

フロートガラス製造装置は、浴槽内の溶融金属の上に溶融ガラスを連続的に供給し、溶融金属の上で溶融ガラスを流動させながら帯板状のガラスリボンに成形する。浴槽の上方空間は、仕切壁によって上流側のスパウト空間と、下流側のメイン空間とに仕切られる。メイン空間は、スパウト空間よりも十分に大きく、溶融金属の酸化を防止すべく、還元性ガスで満たされる。

スパウト空間には、溶融ガラスの流動性を高めるべく、炭化珪素（ＳｉＣ）ヒータが設けられる（例えば特許文献１参照）。また、メイン空間には、ガラスリボンの温度分布を制御すべく、炭化珪素ヒータが設けられる（例えば特許文献２参照）。特許文献２の炭化珪素ヒータは、メイン空間の上方から吊り下げられる。

特開２０１５−１３４６９１号公報 特開２００６−２１９３４１号公報

従来、浴槽の上方空間には、炭化珪素ヒータが設けられていた。炭化珪素ヒータは、高温下でクリープ変形しやすいという問題があった。

本開示の一態様は、浴槽の上方空間に設けられるヒータの耐クリープ性を改善する、技術を提供する。

本開示の一態様に係るフロートガラス製造装置は、浴槽と、スパウトリップと、トップロールと、カーボンヒータと、を備える。前記浴槽は、溶融金属を収容する。前記スパウトリップは、前記溶融金属の上に溶融ガラスを供給する。前記トップロールは、前記溶融金属の上で前記溶融ガラスを所定方向に流動させながら帯板状のガラスリボンに成形する。前記カーボンヒータは、前記浴槽の上方空間に配置されるカーボン製の発熱部と、前記発熱部を支持する電極部と、を含む。前記発熱部の近傍の雰囲気は、露点が−３５℃以下、且つ酸素濃度が１００体積ｐｐｍ以下である。

本開示の一態様によれば、浴槽の上方空間に設けられるヒータの耐クリープ性を改善できる。

図１は、一実施形態に係るフロートガラス製造装置を示す断面図である。 図２は、図１のII−II線に沿ったフロートガラス製造装置の断面図である。 図３は、スパウト空間におけるカーボンヒータの配置の一例を示す平面図である。 図４は、スパウト空間及びメイン空間におけるカーボンヒータの配置の一例を示す平面図である。 図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿ったフロートガラス製造装置の断面図である。 図６は、変形例に係るカーボンヒータの平面図である。 図７は、変形例に係るカーボンヒータをＹ軸方向から見た図である。 図８は、変形例に係るフロートガラス製造装置の断面図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略することがある。各図面において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向は互いに垂直な方向であって、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は水平方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。Ｘ軸方向が溶融ガラスＧ及びガラスリボンＧＲの流動方向、Ｙ軸方向が溶融ガラスＧ及びガラスリボンＧＲの幅方向である。明細書中、数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含むことを意味する。

図１に示すように、フロートガラス製造装置１は、浴槽１０内の溶融金属Ｍの上に溶融ガラスＧを連続的に供給し、溶融金属Ｍの上で溶融ガラスＧを所定方向（Ｘ軸方向）に流動させながら帯板状のガラスリボンＧＲに成形する。ガラスリボンＧＲは、浴槽１０の下流域において溶融金属Ｍから引き上げられた後、不図示の徐冷装置で徐冷され、不図示の加工装置で所定の寸法に切断される。加工装置は、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向両端部を切除する。加工装置でガラスリボンＧＲを加工することで、製品であるフロートガラスが得られる。

フロートガラスのガラスの種類としては、例えば無アルカリガラス、アルミノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス又はソーダライムガラスなどが挙げられる。無アルカリガラスとは、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しないガラスを意味する。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。

フロートガラスの用途は、特に限定されないが、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）や有機ＥＬディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）であり、例えばＦＰＤのガラス基板である。フロートガラスの用途がＦＰＤのガラス基板である場合、フロートガラスのガラスの種類は無アルカリガラスである。

フロートガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２：５４％〜６６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０％〜２３％、Ｂ_２Ｏ_３：６％〜１２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８％〜２６％を含有する無アルカリガラス基板であることが好ましい。

フロートガラスは、高歪点とするには、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２：５４％〜６８％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０％〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１％〜５．５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８％〜２６％を含有する無アルカリガラス基板であることが好ましい。

フロートガラスの厚みは、フロートガラスの用途に応じて選択される。フロートガラスの用途がＦＰＤのガラス基板である場合、フロートガラスの厚みは好ましくは０．７ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．３ｍｍ以下、さらにより好ましくは０．２ｍｍ以下、特に好ましくは０．１ｍｍ以下である。

フロートガラスの厚みは、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部を切除した後に、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向全域にて測定する。

図１に示すように、フロートガラス製造装置１は、浴槽１０を備える。浴槽１０は、溶融金属Ｍを収容する。溶融金属Ｍとしては、例えば溶融スズが用いられる。溶融スズの他に、溶融スズ合金なども使用可能であり、溶融金属Ｍは溶融ガラスＧを浮かばせることができるものであればよい。

浴槽１０は、上方に開放された箱状のボトムケーシング１１と、ボトムケーシング１１の側壁を溶融金属Ｍから保護するサイドレンガ１２と、ボトムケーシング１１の底壁を溶融金属Ｍから保護するボトムレンガ１３と、を有する。

フロートガラス製造装置１は、スパウトリップ１４を備える。スパウトリップ１４は、浴槽１０内の溶融金属Ｍの上に溶融ガラスＧを供給する。図２に示すように、サイドジャム１６、１７は、スパウトリップ１４をＹ軸方向に挟み、スパウトリップ１４の上を流れる溶融ガラスＧがＹ軸方向にこぼれるのを防止する。

図１に示すように、フロートガラス製造装置１は、ツイール１８を備える。ツイール１８は、スパウトリップ１４に対して上下に移動自在であり、スパウトリップ１４の上を流れる溶融ガラスＧの流量を調整する。ツイール１８とスパウトリップ１４との間隔が狭くなるほど、スパウトリップ１４の上を流れる溶融ガラスＧの流量が少なくなる。

ツイール１８は、耐火物で構成される。ツイール１８には、ツイール１８と溶融ガラスＧとの接触を防止する保護膜１９が形成されてよい。保護膜１９は、例えば白金又は白金合金で形成される。

フロートガラス製造装置１は、タイル２０を備える。タイル２０は、スパウトリップ１４の下方に配設され、溶融金属Ｍの上の溶融ガラスＧと接触する。タイル２０は、図３に示すように、溶融ガラスＧの上流端に接触するウェットバックタイル２２と、ウェットバックタイル２２から下流に向けて延びるリストリクタータイル２４、２５と、を有する。リストリクタータイル２４、２５は、ウェットバックタイル２２から下流に向けて斜めに延び、下流に向けて拡開する。

溶融ガラスＧは、溶融金属Ｍの上に供給された後、Ｘ軸正方向に流れる本流Ｆ１と、ウェットバックタイル２２に向けてＸ軸負方向に逆流する支流Ｆ２とを形成する。支流Ｆ２は、ウェットバックタイル２２に達すると、ウェットバックタイル２２に沿って左右に分かれて流れた後、左右のリストリクタータイル２４、２５に沿って流れ、本流Ｆ１のＹ軸方向端部に合流する。それゆえ、スパウトリップ１４及びタイル２０と、溶融ガラスＧとの接触によって発生した異質成分は、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向両端部に集まる。ガラスリボンＧＲのＹ軸方向両端部は、徐冷後に切除され、製品の一部にはならないので、品質の良いフロートガラスが得られる。

図１に示すように、フロートガラス製造装置１は、浴槽１０の上方空間Ｓを備える。側壁２６（図５参照）が、浴槽１０の上方空間の側面を形成する。また、天井２７が、浴槽１０の上方空間Ｓの上面を形成する。更に、仕切壁２８が、浴槽１０の上方空間Ｓを上流側のスパウト空間Ｓ１と下流側のメイン空間Ｓ２とに仕切る。仕切壁２８は、フロントリンテルとも呼ばれる。

スパウト空間Ｓ１での溶融ガラスＧの温度範囲は、溶融ガラスＧの粘度換算で例えば１０^３．８ｄＰａ・ｓ〜１０^４．６５ｄＰａ・ｓに相当する範囲であり、好ましくは溶融ガラスＧの粘度換算で１０^４．１ｄＰａ・ｓ〜１０^４．３ｄＰａ・ｓに相当する範囲である。

メイン空間Ｓ２は、スパウト空間Ｓ１よりも十分に大きい。メイン空間Ｓ２は、溶融金属Ｍの酸化を防止するため、還元性ガスで満たされる。還元性ガスは、例えば窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであり、窒素ガスを８５体積％〜９８．５体積％、水素ガスを１．５体積％〜１５体積％含んでいる。還元性ガスは、天井２７のレンガ同士の目地及び天井２７の孔から供給される。

図４に示すように、フロートガラス製造装置１は、トップロール３０を備える。トップロール３０は、溶融金属Ｍの上で溶融ガラスＧをＸ軸方向に流動させながら帯板状のガラスリボンＧＲに成形する。トップロール３０は、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部を押さえながら回転し、Ｘ軸方向にガラスリボンＧＲを送り出す。ガラスリボンＧＲは、Ｘ軸方向に移動しながら、徐々に冷却され、固くなる。

一対のトップロール３０は、Ｙ軸方向に間隔をおいて設けられ、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向の収縮を抑制する。ガラスリボンＧＲの厚みを平衡厚みよりも薄くできる。一対のトップロール３０は、Ｘ軸方向に間隔をおいて複数設けられる。これにより、複数対のトップロール３０が設けられる。

トップロール３０は、少なくとも成形域Ａ１にてガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部を押さえる。成形域Ａ１は、ガラスリボンＧＲの粘度が１０^４．５ｄＰａ・ｓ〜１０^７．５ｄＰａ・ｓの領域である。成形域Ａ１において、ガラスリボンＧＲはトップロール３０によって所定の厚みに成形される。なお、ガラスリボンＧＲの粘度は、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向中心にて測定した温度を粘度換算した値である。

トップロール３０は、成形域Ａ１と低温域Ａ２の両方にてガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部を押さえてもよい。低温域Ａ２は、成形域Ａ１よりも低温の領域であり、ガラスリボンＧＲの粘度が１０^７．５ｄＰａ・ｓ超〜１０^７．６５ｄＰａ・ｓの領域である。低温域Ａ２でもガラスリボンＧＲのＹ軸方向の収縮を抑制できる。

トップロール３０は、更に、徐冷域Ａ３にてガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部を押さえてもよい。徐冷域Ａ３は、ガラスリボンＧＲの粘度が１０^７．６５ｄＰａ・ｓ超の領域である。この場合、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部は、後述するカーボンヒータ５０によって局所的に加熱される。それゆえ、徐冷域Ａ３にて、トップロール３０がガラスリボンＧＲをグリップすることが可能である。

トップロール３０は、回転部材３１と、回転軸３２と、を有する。回転部材３１は、例えば円盤状であって、その外周にて、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部を押さえ、ガラスリボンＧＲのＸ軸方向にガラスリボンＧＲを送り出す。回転軸３２は、不図示の駆動装置によって回転駆動され、回転部材３１を回転させる。回転軸３２は金属で形成され、金属の耐熱性は低いので、回転軸３２の内部に冷媒流路が形成される。

図３に示すように、フロートガラス製造装置１は、カーボンヒータ５０を備える。カーボンヒータ５０は、浴槽１０の上方空間Ｓに配置されるカーボン製の発熱部５１と、発熱部５１を支持する電極部５２、５３と、を含む。電極部５２、５３の材質は、本実施形態ではカーボンである。電極部５２、５３の断面積は発熱部５１の断面積よりも大きいので、電極部５２、５３の電気抵抗は発熱部５１の電気抵抗よりも低い。そのため、電極部５２、５３はほとんど発熱しない。ここで、断面積は、電流の流れに直交する断面の面積である。

なお、電極部５２、５３の材質は、耐クリープ性に優れるモリブデンやタングステンであってもよい。また、電極部５２、５３は、本実施形態では一対であるが、複数対であってもよい。

浴槽１０の上方空間Ｓは、上記の通り、溶融金属Ｍの酸化を防止するため、還元性ガスで満たされる。但し、浴槽１０の上方空間Ｓには、サイドレンガ１２と側壁２６との空間を塞ぐシール部から、大気が侵入する。それゆえ、浴槽１０の上方空間Ｓは、酸素ガスを含む。酸素ガスと水素ガスとが反応すると、水蒸気が生成する。酸素ガス及び水蒸気は、カーボンを酸化させてしまう。カーボンが酸化されると、二酸化炭素ガスが生成され、カーボンの重量が減少してしまう。それゆえ、従来、浴槽１０の上方空間Ｓで、カーボンヒータ５０を使用することは考えられなかった。

本発明者は、カーボンヒータ５０の使用可能な条件を検討し、カーボンヒータ５０の発熱部５１の近傍の雰囲気に着目した。発熱部５１の近傍とは、発熱部５１からの距離が１０ｃｍ以下の領域を意味する。本発明者は、後述する実験等によって、下記の条件を見出した。見出した発熱部５１の近傍の雰囲気は、露点が−３５℃以下であって、且つ酸素濃度が１００体積ｐｐｍ以下である。露点は、雰囲気の水蒸気濃度を把握する上での指標になる。露点が低いほど、水蒸気濃度が低い。

露点が−３５℃以下であって、且つ酸素濃度が１００体積ｐｐｍ以下であれば、水蒸気濃度及び酸素濃度が低いので、発熱部５１の重量減少が小さく、発熱部５１の交換頻度が通常のメンテナンスの頻度程度、例えば３か月に１回程度で済む。従って、カーボンヒータ５０の使用が可能である。

発熱部５１の近傍の雰囲気の露点は、発熱部５１の耐久性の観点から、好ましくは−４５℃以下、より好ましくは−５０℃以下である。また、発熱部５１の近傍の雰囲気の露点は、露点の制御性の観点から、好ましくは−１００℃以上である。

また、発熱部５１の近傍の雰囲気の酸素濃度は、発熱部５１の耐久性の観点から、好ましくは６０体積ｐｐｍ以下、より好ましくは５０体積ｐｐｍ以下である。また、発熱部５１の近傍の雰囲気の酸素濃度は、酸素濃度の制御性の観点から、好ましくは５体積ｐｐｍ以上である。

カーボンヒータ５０は、従来のＳｉＣヒータに比べ、比剛性（剛性／密度）が高いので、重力によるクリープ変形が小さい。それゆえ、耐クリープ性を改善できる。また、カーボンヒータ５０は、従来のＳｉＣヒータに比べて、最高使用温度が高く、例えば１３００℃以上での使用が可能である。

発熱部５１は、例えば、互いに平行に並ぶ複数の直線部５１ａと、隣り合う直線部５１ａを接続するＵ字状の折返部５１ｂと、を含むことが好ましい。直線部５１ａ及び折返部５１ｂは、水平に配置される。折返部５１ｂによって、平面視で単位面積当たりの発熱面積を大きくできる。また、折返部５１ｂによって、電流経路の全長を長くでき、電気抵抗を大きくできる。

発熱部５１の材質は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材であることが好ましい。ＣＩＰ材は、ＣＩＰ（Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法によって得られる。ＣＩＰ法では、ゴム型にカーボン原料を入れ、ゴム型全体に圧力をかけて成形する。ＣＩＰ材は、Ｃ／Ｃコンポジット材に比べて、電気伝導率が高い。

一方、Ｃ／Ｃコンポジット材は、炭素繊維と炭素又は黒鉛との複合材料であり、含浸法又はＣＶＤ法によって得られる。含浸法では、炭素繊維を基材に樹脂あるいはピッチを含浸させ、焼成して炭素化又は黒鉛化する。ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法では、炭素繊維基材に炭化水素を熱分解して得られる炭素を沈着させる。Ｃ／Ｃコンポジット材は、ＣＩＰ材に比べて、電気抵抗率が高く、強度が高い。

発熱部５１の材質は、本実施形態では、電気抵抗率の高いＣ／Ｃコンポジット材である。

電極部５２、５３は、発熱部５１の両端部に電圧を印可し、発熱部５１に電流を流す。電極部５２、５３は、例えば棒状であって、水平に配置される。電極部５２、５３の材質は、発熱部５１の材質と同様に、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材であることが好ましい。電極部５２、５３は発熱部５１の片持ち梁であるので、電極部５２、５３の材質は本実施形態では強度の高いＣ／Ｃコンポジット材である。

図３に示すように、発熱部５１は、平面視で、一対のリストリクタータイル２４、２５の間に配置され、溶融ガラスＧに重なるように配置される。一対のリストリクタータイル２４、２５の間の温度領域は、溶融ガラスＧの失透が生じうる温度領域である。失透とは、結晶が析出し、透明度が低下する現象である。発熱部５１によって溶融ガラスＧを局所的に加熱すれば、結晶の析出を抑制でき、失透を抑制できる。

溶融ガラスＧの失透は、溶融ガラスＧの流れの停滞部位に生じやすく、リストリクタータイル２４、２５の下流端の近傍にて生じやすい。リストリクタータイル２４、２５の下流端近傍とは、その下流端からの距離が１０ｃｍ以内の領域を意味する。

そこで、発熱部５１は、平面視で、一対のリストリクタータイル２４、２５の下流端近傍に配置され、溶融ガラスＧに重なるように配置されることが好ましい。これにより、溶融ガラスＧの失透をより抑制できる。

また、図４に示すように、発熱部５１は、平面視で、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部に重なるように配置されることが好ましい。この配置は、少なくとも成形域Ａ１において採用され、低温域Ａ２又は徐冷域Ａ３において採用されてもよい。

この配置により、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部は、発熱部５１によって局所的に加熱され、柔らかくなる。それゆえ、ガラスリボンＧＲに対するトップロール３０のグリップ性を向上できる。その結果、ガラスリボンＧＲの成形性を向上できるとともに、フロートガラスの平坦性を向上できる。

また、上記配置を徐冷域Ａ３において採用すると、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部の加熱不足が解消されるため、フロートガラス製造装置１の出口（浴槽１０の上方空間Ｓの出口）でガラスリボンＧＲが割れるトラブルの発生を防止できる。なお、発熱部５１は、平面視で、ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部の内側に重なるように配置されてもよい。

発熱部５１は、平面視で、Ｘ軸方向に隣り合うトップロール３０の間に配置されることが好ましい。ガラスリボンＧＲのＹ軸方向端部をトップロール３０によって押さえる直前に加熱でき、ガラスリボンＧＲに対するトップロール３０のグリップ性をより向上できる。

カーボンヒータ５０は、一対の電極部５２、５３と発熱部５１とを連結する一対の連結部５４、５５を有することが好ましい。一の連結部５４は一の電極部５２と発熱部５１とを連結し、別の連結部５５は別の電極部５３と発熱部５１とを連結する。これにより、一対の電極部５２、５３と発熱部５１とを別々に製造でき、これらの製造コストを低減できる。

図５に示すように、連結部５４は、例えばＬ字状に形成され、電極部５２の一端が連結される鉛直部５４ａと、発熱部５１の一端が連結される水平部５４ｂと、を含む。別の連結部５５も、同様にＬ字状に形成される。連結部５４、５５の材質は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材である。連結部５４、５５の材質は、本実施形態では電気伝導率の高いＣＩＰ材である。

カーボンヒータ５０は、電極部５２と連結部５４とを締結する第１ボルト５６を更に含む。第１ボルト５６は、連結部５４の鉛直部５４ａの貫通穴を通り、電極部５２のねじ穴にねじ込まれることが好ましい。第１ボルト５６を緩めれば、連結部５４ひいては発熱部５１の交換が可能である。発熱部５１の交換は、発熱部５１の消耗時に行われる。発熱部５１の交換後、第１ボルト５６が再び締められる。なお、カーボンヒータ５０は、電極部５３と連結部５５とを連結する不図示の第１ボルトをも更に含む。

カーボンヒータ５０は、発熱部５１と連結部５４とを締結する第２ボルト５８を更に含む。第２ボルト５８は、連結部５４の水平部５４ｂの貫通穴を通り、発熱部５１のねじ穴にねじ込まれることが好ましい。第２ボルト５８を緩めれば、発熱部５１の交換が可能である。発熱部５１の交換は、発熱部５１の消耗時に行われる。発熱部５１の交換後、第２ボルト５８が再び締められる。なお、カーボンヒータ５０は、発熱部５１と連結部５５とを連結する不図示の第２ボルトをも更に含む。

図５に示すように、カーボンヒータ５０の電極部５２、５３は、側壁２６の開口部２６ａに配置されることが好ましい。これにより、作業者は、側壁２６の外側に立って、カーボンヒータ５０の取り付け、及び取り外しを実施できる。従って、カーボンヒータ５０の追加設置、位置変更及び交換などが容易である。

フロートガラス製造装置１は、金属ケーシング６０と、第１シール部材７０と、第２シール部材７１と、を備えることが好ましい。金属ケーシング６０は、側壁２６の開口部２６ａに配置される筒部６１と、側壁２６の外側にて筒部６１の開口部を塞ぐ蓋部６２と、蓋部６２の電極部５２が挿通される貫通穴６３と、を含む。一の電極部５２が挿通される貫通穴６３と、別の電極部５３が挿通される不図示の貫通穴とは、別々に、蓋部６２に設けられる。金属ケーシング６０と、カーボンヒータ５０の電極部５２、５３とは、絶縁される。

第１シール部材７０は、金属ケーシング６０の筒部６１と、側壁２６との隙間をシールする。第１シール部材７０として、例えばモルタルが用いられる。

第２シール部材７１は、金属ケーシング６０の蓋部６２と、電極部５２との間をシールする。第２シール部材７１として、例えばＯリングが用いられる。一の電極部５２を囲むＯリングと、別の電極部５３を囲むＯリングとは、別々に用意される。Ｏリング材質は、耐熱性の観点から、例えばフッ素ゴムが用いられる。第２シール部材７１は、絶縁性を有する。

金属ケーシング６０と、第１シール部材７０と、第２シール部材７１とは、側壁２６の開口部２６ａから浴槽１０の上方空間Ｓ（図５ではメイン空間Ｓ２）への大気の侵入を抑制し、カーボンヒータ５０の発熱部５１の酸化消耗を抑制する。

金属ケーシング６０は、蓋部６２に、金属ケーシング６０の内部空間ＩＳに不活性ガスを導入する導入ポート６４を有することが好ましい。不活性ガスは、例えば窒素ガス又はアルゴンガス等である。金属ケーシング６０の内部空間ＩＳに不活性ガスが充てんされるので、浴槽１０の上方空間Ｓの酸素ガス及び水蒸気から電極部５２、５３を保護できる。

金属ケーシング６０は、浴槽１０の上方空間Ｓに向けて開口部を有する。金属ケーシング６０の内部空間ＩＳには、金属ケーシング６０の内部空間ＩＳと、浴槽１０の上方空間Ｓとを区画する断熱部材８０が設けられる。断熱部材８０は、絶縁性を有することが好ましい。断熱部材８０の貫通穴に、カーボンヒータ５０の電極部５２、５３が挿通されることが好ましい。断熱部材８０には、一の電極部５２が挿通される貫通穴８１と、別の電極部５３が挿通される不図示の貫通穴とが形成される。断熱部材８０は、耐熱性の観点から、レンガ、セラミックボード、石英ガラスブロック等が用いられる。これにより、発熱部５１からの輻射熱を遮ることができ、金属ケーシング６０の加熱を抑制できる。レンガは、例えばアルミナ系耐火物が用いられる。

断熱部材８０の貫通穴８１は、導入ポート６４によって金属ケーシング６０の内部空間ＩＳに導入された不活性ガスを、浴槽１０の上方空間Ｓに供給する。その結果、カーボンヒータ５０の発熱部５１の近傍に不活性ガスを供給でき、発熱部５１の酸化消耗をより抑制できる。

フロートガラス製造方法は、浴槽１０内の溶融金属Ｍの上に溶融ガラスＧを連続的に供給することと、溶融金属Ｍの上で溶融ガラスＧをＸ軸方向に流動させながら帯板状のガラスリボンＧＲに成形することと、カーボンヒータ５０で溶融ガラスＧ又はガラスリボンＧＲを加熱することと、を含む。

カーボンヒータ５０で溶融ガラスＧを加熱すれば、溶融ガラスＧの失透を抑制できる。また、カーボンヒータ５０でガラスリボンＧＲを加熱すれば、ガラスリボンＧＲに対するトップロール３０のグリップ性を向上できる。その結果、ガラスリボンＧＲの成形性を向上できるとともに、フロートガラスの平坦性を向上できる。

次に、図６及び図７を参照して、変形例に係るカーボンヒータ５０について説明する。カーボンヒータ５０は、発熱部５１を含む。発熱部５１は、互いに平行に並ぶ３本以上（図６では４本）の直線部５１ａと、隣り合う直線部５１ａを接続するＵ字状の折返部５１ｂと、を含む。直線部５１ａ及び折返部５１ｂは、水平に配置される。直線部５１ａの数は、特に限定されないが、例えば３〜２０である。折返部５１ｂの数は、直線部５１ａの数よりも１つ少ない。

発熱部５１は、ガラスリボンＧＲ又は溶融ガラスＧを上方から加熱する。ガラスリボンＧＲ又は溶融ガラスＧが加熱されると、その上の雰囲気も加熱される。その結果、図７に示すように、発熱部５１の下で上昇気流が発生する。隣り合う直線部５１ａ同士の隙間は狭く、その隙間を上昇気流が抜けにくい。そのため、上昇気流は、発熱部５１を避けるように流れる。従って、発熱部５１の外縁において、上昇気流の流速が高くなりやすく、酸化消耗が進みやすい。発熱部５１の外縁は、例えば、両端の直線部５１ａと、折返部５１ｂと、を含む。

図６に示すように、上方から見て、両端の直線部５１ａの幅Ｗ１が、中央の直線部５１ａの幅Ｗ２よりも大きくてもよい。幅Ｗ１、幅Ｗ２は、電流の経路に直交する方向の寸法である。幅Ｗ１が幅Ｗ２よりも大きい場合、両端の直線部５１ａでの酸化消耗による断線を抑制でき、発熱部５１の耐用寿命を延ばすことができる。幅Ｗ１は、好ましくは幅Ｗ２の１．１倍以上、より好ましくは幅Ｗ２の２倍以上、更に好ましくは幅Ｗ２の３倍以上である。なお、幅Ｗ１は、幅Ｗ２の１０倍以下であってもよい。

また、両端の直線部５１ａの幅Ｗ１が中央の直線部５１ａの幅Ｗ２よりも大きければ、両端の直線部５１ａの電気抵抗が中央の直線部５１ａの電気抵抗よりも低くなる。その結果、両端の直線部５１ａの発熱温度Ｔ１を、中央の直線部５１ａの発熱温度Ｔ２に比べて３０℃以上低くできる。よって、両端の直線部５１ａでの酸化消耗による断線を抑制できる。発熱温度Ｔ１と発熱温度Ｔ２の温度差は、好ましくは１００℃以上、より好ましくは２００℃以上である。なお、発熱温度Ｔ１と発熱温度Ｔ２の温度差は、４００℃以下であってもよい。

図６に示すように、上方から見て、折返部５１ｂの幅Ｗ３が、中央の直線部５１ａの幅Ｗ２よりも大きくてもよい。幅Ｗ３は、電流の経路に直交する方向の寸法である。幅Ｗ３が幅Ｗ２よりも大きい場合、折返部５１ｂでの酸化消耗による断線を抑制でき、発熱部５１の耐用寿命を延ばすことができる。幅Ｗ３は、好ましくは幅Ｗ２の１．１倍以上、より好ましくは幅Ｗ２の１．４倍以上、更に好ましくは幅Ｗ２の２倍以上である。なお、幅Ｗ３は、幅Ｗ２の５倍以下であってもよい。

上方から見て、隣り合う直線部５１ａの間隔Ｇ１は、例えば５ｍｍ以下である。間隔Ｇ１が５ｍｍ以下であれば、隣り合う直線部５１ａの隙間が狭く、その隙間を上昇気流が通り抜けにくくなるため、直線部５１ａの酸化消耗を抑制できる。間隔Ｇ１は、好ましくは４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。また、間隔Ｇ１は、０．５ｍｍ以上であってもよい。

カーボンヒータ５０は、図６に示すように上方から見て発熱部５１を挟み、図７に示すように発熱部５１の下で発生する上昇気流を発熱部５１の外に逸らす一対の風除け部４１、４２を含んでもよい。一対の風除け部４１、４２は、発熱部５１と間隔をおいて配置され、例えば発熱部５１の直線部５１ａに対して平行に配置される。

図６に示すように、一対の風除け部４１、４２は、例えば一対の連結部５４、５５に連結される。風除け部４１は連結部５４の鉛直部５４ａに連結され、風除け部４２は連結部５５の鉛直部５５ａに連結される。上方から見て一対の連結部５４、５５の間には、上昇気流を遮るように、発熱部５１の折返部５１ｂが配置される。

一対の風除け部４１、４２は、発熱部５１と同様に、カーボン製であってもよい。風除け部４１、４２の材質は、好ましくはＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材であり、より好ましくはＣＩＰ材である。風除け部４１、４２の電気抵抗は発熱部５１の電気抵抗に比べて低く、風除け部４１、４２はほとんど発熱しない。

風除け部４１、４２は、発熱部５１の外に上昇気流を逸らすことにより、発熱部５１の酸化消耗を抑制する。また、風除け部４１、４２は、発熱部５１とは異なりほとんど発熱しないので、発熱部５１に比べて低温である。従って、風除け部４１、４２の酸化消耗をも抑制できる。

上方から見て、風除け部４１、４２と発熱部５１との間隔Ｇ２は、例えば５ｍｍ以下である。間隔Ｇ２が５ｍｍ以下であれば、風除け部４１、４２と発熱部５１との隙間が狭く、その隙間を上昇気流が通り抜けにくくなるため、発熱部５１の酸化消耗を抑制できる。間隔Ｇ２は、好ましくは４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。また、間隔Ｇ２は、０．５ｍｍ以上であってもよい。

上方から見て、風除け部４１、４２の幅Ｗ４は、中央の直線部５１ａの幅Ｗ２の１．０倍以上であることが好ましく、幅Ｗ２の３倍以上であることがより好ましい。なお、幅Ｗ４は、幅Ｗ２の１０倍以下であってもよい。

次に、図８を参照して、変形例に係るフロートガラス製造装置１について説明する。フロートガラス製造装置１は、金属ケーシング６０と、第１シール部材７０と、第２シール部材７１と、を備えることが好ましい。金属ケーシング６０と、第１シール部材７０と、第２シール部材７１とは、側壁２６の開口部２６ａから浴槽１０の上方空間Ｓ（図８ではメイン空間Ｓ２）への大気の侵入を抑制し、カーボンヒータ５０の発熱部５１の酸化消耗を抑制する。

フロートガラス製造装置１は、金属ケーシング６０の内部空間ＩＳから浴槽１０の上方空間Ｓ（図８ではメイン空間Ｓ２）に突き出し、カーボンヒータ５０の一部を収容するカーボンボックス９０を備えることが好ましい。カーボンボックス９０は、外部から内部への酸素ガス及び水蒸気の侵入を抑制し、カーボンヒータ５０の酸化消耗を抑制する。カーボンボックス９０は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材であることが好ましい。

金属ケーシング６０は、カーボンボックス９０の内部空間に不活性ガスを導入する導入ポート６４を有することが好ましい。不活性ガスは、例えば窒素ガス又はアルゴンガス等である。カーボンボックス９０の内部空間に不活性ガスが充てんされるので、浴槽１０の上方空間Ｓの酸素ガス及び水蒸気から発熱部５１及び電極部５２、５３を保護できる。

カーボンボックス９０の下壁には、開口部９１が形成される。下方から見て、開口部９１の大きさは、カーボンヒータ５０の発熱部５１の大きさよりも大きい。開口部９１の開口縁には、下方に突出する不図示のカーボンノズルが設けられてもよい。カーボンノズルは、筒状であり、発熱部５１を取り囲む。なお、カーボンノズルが発熱部５１を取り囲む場合、風除け部４１、４２は不要である。

カーボンボックス９０の内部空間に供給された不活性ガスは、カーボンボックス９０の開口部９１を通り、カーボンヒータ５０の発熱部５１の下方に噴き出す。そのため、発熱部５１の下方に上昇気流が発生するのを抑制できる。不活性ガスが発熱部５１の下方に均等に噴き出すように、開口部９１の開口縁と発熱部５１との間隔Ｇ３は、発熱部５１の直線部５１ａ同士の間隔Ｇ１の９０％〜１１０％であることが好ましい。間隔Ｇ３は、例えば５ｍｍ以下である。間隔Ｇ３が５ｍｍ以下であれば、カーボンボックス９０の外部から内部へのガスの逆流を抑制できる。間隔Ｇ３は、好ましくは４ｍｍ以下、より好ましくは３ｍｍ以下である。また、間隔Ｇ３は、０．５ｍｍ以上であってもよい。

カーボンヒータ５０の発熱部５１とガラスリボンＧＲ（又は溶融ガラスＧ）との間隔Ｇ４は、例えば５０ｍｍ以下である。間隔Ｇ４が５０ｍｍ以下であれば、カーボンボックス９０の外部から内部へのガスの逆流を抑制できるとともに、ガラスリボンＧＲ（又は溶融ガラスＧ）を効率良く加熱できる。間隔Ｇ４は、好ましくは３０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。また、間隔Ｇ４は、０．５ｍｍ以上であってもよい。

下記の実験では、カーボン試験片の酸化消耗速度と、その周辺雰囲気との関係を調べた。カーボン試験片としては、Ｃ／Ｃコンポジット材を用いた。カーボン試験片のサイズは、５０ｍｍ×５０ｍｍ×厚み１０ｍｍである。カーボン試験片の酸化消耗速度は、試験前のカーボン試験片の質量を１００％としたときの、試験前後のカーボン試験片の質量の減少量（単位：％）で求めた。

試験では、まず、容器の内部にカーボン試験片を設置した。そして、酸素濃度が３体積ｐｐｍ以下であって露点が−７５℃以下の窒素ガスを容器の内部に流しながら、容器の内部に設置したカーボン試験片に電流を流し、容器の内部を１４００℃まで３００℃／ｈの昇温速度で加熱した。ここで、酸素濃度計は、株式会社テクネ計測の微量酸素計測ユニットＴＫＺ００５ＡＵを用いた。また、露点計は、株式会社テクネ計測のＴＫ−１００露点トランスミッターを用いた。

次いで、酸素濃度と露点が表１に示す値になるように制御した窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガスを容器の内部に供給しながら、容器の内部に設置したカーボン試験片に電流を流し、容器の内部を１４００℃で２４時間加熱した。

最後に、酸素濃度が３体積ｐｐｍ以下であって露点が−７５℃以下の窒素ガスを容器の内部に流しながら、容器の内部を室温まで冷却し、容器の内部からカーボン試験片を取り出した。

表１に試験の結果を示す。

表１から明らかなように、露点が−３５℃以下であって、且つ酸素濃度が１００体積ｐｐｍ以下であれば、カーボン試験片の酸化消耗速度が０．３質量％／ｈ以下であった。酸化消耗速度が０．３質量％／ｈ以下であれば、３か月に１回程度の交換頻度で、カーボンヒータを使用できる。

以上、本開示に係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について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、及び組み合わせが可能である。それらについても当然に本開示の技術的範囲に属する。

１０ 浴槽
１４ スパウトリップ
３０ トップロール
５０ カーボンヒータ
５１ 発熱部
５２、５３ 電極部
Ｍ 溶融金属
Ｇ 溶融ガラス
ＧＲ ガラスリボン

Claims (26)

1. 溶融金属を収容する浴槽と、
   前記溶融金属の上に溶融ガラスを供給するスパウトリップと、
   前記溶融金属の上で前記溶融ガラスを所定方向に流動させながら帯板状のガラスリボンに成形するトップロールと、
   前記浴槽の上方空間に配置されるカーボン製の発熱部と、前記発熱部を支持する電極部と、を含むカーボンヒータと、
   を備え、
   前記発熱部の近傍の雰囲気は、露点が−３５℃以下であって、且つ酸素濃度が１００体積ｐｐｍ以下である、フロートガラス製造装置。
2. 前記浴槽の上方空間の側面を形成する側壁を備え、
   前記カーボンヒータの前記電極部は、前記側壁の開口部に配置される、請求項１に記載のフロートガラス製造装置。
3. 前記側壁の開口部に配置される筒部と、前記側壁の外側にて前記筒部の開口部を塞ぐ蓋部と、前記蓋部の前記電極部が挿通される貫通穴と、を含む金属ケーシングと、
   前記金属ケーシングの前記筒部と前記側壁との隙間をシールする第１シール部材と、
   前記金属ケーシングの前記蓋部と前記電極部との隙間をシールする第２シール部材と、を備える、請求項２に記載のフロートガラス製造装置。
4. 前記金属ケーシングは、前記蓋部に、前記金属ケーシングの内部空間に不活性ガスを導入する導入ポートを有する、請求項３に記載のフロートガラス製造装置。
5. 前記金属ケーシングは、前記浴槽の前記上方空間に向けて開口部を有し、
   前記金属ケーシングの内部空間に配置され、前記金属ケーシングの内部空間と、前記浴槽の前記上方空間とを区画する断熱部材を備え、
   前記断熱部材の貫通穴に、前記カーボンヒータの前記電極部が挿通される、請求項３又は４に記載のフロートガラス製造装置。
6. 前記金属ケーシングの内部空間から前記浴槽の前記上方空間に突き出し、前記カーボンヒータの一部を収容するカーボンボックスを備える、請求項３又は４に記載のフロートガラス製造装置。
7. 前記カーボンヒータの前記発熱部は、前記溶融金属の上にある前記溶融ガラス又は前記ガラスリボンとの間隔が５０ｍｍ以下となるように配置される、請求項６に記載のフロートガラス製造装置。
8. 前記スパウトリップの下方に、前記溶融金属の上の前記溶融ガラスと接触するタイルを備え、
   前記タイルは、前記溶融ガラスの上流端に接触するウェットバックタイルと、前記ウェットバックタイルから下流に向けて延びる一対のリストリクタータイルと、を有し、
   前記カーボンヒータの前記発熱部は、平面視で、一対の前記リストリクタータイルの間に配置され、前記溶融ガラスに重なるように配置される、請求項１〜７のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
9. 前記カーボンヒータの前記発熱部は、平面視で、前記リストリクタータイルの下流端近傍に配置され、前記溶融ガラスに重なるように配置される、請求項８に記載のフロートガラス製造装置。
10. 前記カーボンヒータの前記発熱部は、平面視で前記ガラスリボンの幅方向端部に重なるように配置される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
11. 前記トップロールは、前記ガラスリボンの幅方向端部を押さえながら回転し、前記所定方向に前記ガラスリボンを送り出し、
    前記カーボンヒータの前記発熱部は、平面視で前記所定方向に隣り合う前記トップロールの間に配置される、請求項１０に記載のフロートガラス製造装置。
12. 前記カーボンヒータの前記発熱部の材質は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
13. 前記カーボンヒータの前記電極部の材質は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
14. 前記カーボンヒータの前記発熱部は、互いに平行に並ぶ複数の直線部と、隣り合う前記直線部を接続するＵ字状の折返部と、を含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
15. 前記カーボンヒータの前記発熱部は、互いに平行に並ぶ３本以上の前記直線部を含み、
    上方から見て、両端の前記直線部の幅が、中央の前記直線部の幅よりも大きい、請求項１４に記載のフロートガラス製造装置。
16. 前記カーボンヒータの前記発熱部は、互いに平行に並ぶ３本以上の前記直線部を含み、
    上方から見て、前記折返部の幅が、中央の前記直線部の幅よりも大きい、請求項１４又は１５に記載のフロートガラス製造装置。
17. 前記カーボンヒータは、一対の前記電極部と前記発熱部とを連結する一対の連結部を有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
18. 前記カーボンヒータは、前記電極部と前記連結部とを締結する第１ボルトを更に含み、
    前記第１ボルトは、前記連結部の貫通穴を通り、前記電極部のねじ穴にねじ込まれる、請求項１７に記載のフロートガラス製造装置。
19. 前記カーボンヒータは、前記発熱部と前記連結部とを締結する第２ボルトを更に含み、
    前記第２ボルトは、前記連結部の貫通穴を通り、前記発熱部のねじ穴にねじ込まれる、請求項１７又は１８に記載のフロートガラス製造装置。
20. 前記カーボンヒータは、上方から見て前記発熱部を挟み、前記発熱部の下で発生する上昇気流を前記発熱部の外に逸らす一対の風除け部を含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
21. 請求項１〜２０のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置を用いる、フロートガラス製造方法であって、
    前記スパウトリップの上を流れる前記溶融ガラスを前記浴槽内の前記溶融金属の上に連続的に供給することと、
    前記溶融金属の上で前記溶融ガラスを前記所定方向に流動させながら帯板状の前記ガラスリボンに成形することと、
    前記カーボンヒータの前記発熱部で、前記溶融ガラス又は前記ガラスリボンを加熱することと、
    を有するフロートガラス製造方法。
22. 請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置を用いる、フロートガラス製造方法であって、
    前記スパウトリップの上を流れる前記溶融ガラスを前記浴槽内の前記溶融金属の上に連続的に供給することと、
    前記溶融金属の上で前記溶融ガラスを前記所定方向に流動させながら帯板状の前記ガラスリボンに成形することと、
    前記カーボンヒータの前記発熱部で、前記溶融ガラス又は前記ガラスリボンを加熱することと、
    を有し、
    両端の前記直線部の発熱温度が、中央の前記直線部の発熱温度に比べて３０℃以上低い、フロートガラス製造方法。
23. 前記発熱部の近傍の雰囲気は、露点が−４５℃以下である、請求項２１又は２２に記載のフロートガラス製造方法。
24. 前記発熱部の近傍の雰囲気は、酸素濃度が６０体積ｐｐｍ以下である、請求項２１〜２３のいずれか１項に記載のフロートガラス製造方法。
25. フロートガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２：５４％〜６６％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０％〜２３％、Ｂ_２Ｏ_３：６％〜１２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８％〜２６％を含有する無アルカリガラス基板である、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のフロートガラス製造方法。
26. フロートガラスは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ_２：５４％〜６８％、Ａｌ_２Ｏ_３：１０％〜２５％、Ｂ_２Ｏ_３：０．１％〜５．５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８％〜２６％を含有する無アルカリガラス基板である、請求項２１〜２４のいずれか１項に記載のフロートガラス製造方法。

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