JP4785731B2 - ガスクッション発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、予加熱したガラスシートを支持するガスクッションを発生するため、圧縮ガス源に接続したチャンバを設け、このチャンバの上側壁の外形寸法をガラスシートの輪郭に適合させ、また上側壁にガスが通過する複数個の開孔を設けたガスクッション発生装置に関するものである。

この装置は、予加熱したガラスシート例えば、強化すべきガラスシートを支持する方法がどのようなものであっても使用することができる。しかし、主要な用途は、とくに、自動車製造における湾曲ラミネートガラスパネルの生産に適用する。自動車のラミネートウインドウは、通常、２層ガラスにより構成し、一方の層は、ウインドウ内面（すなわち、車内側）であり、他方の層はウインドウの外側すなわち、外面をなす。

ウインドウ製造中、ガラスシート対を、予加熱炉内で曲げ温度まで加熱し、つぎにプレス曲げステーションに移送する。シート対の各部ガラスシートは、個別に加熱し、例えば、内側層と外側層を個別に炉に移送し、内側層および外側層を順次に処理する。代案として、ガラス対を互いに入れ子対として加熱する。例えば、一方の層（通常内側層）を他方の層上に重ね合わせて加熱する。

ガスクッションを発生する装置は、プレス曲げステーションにおける一つの構成要素をなす。各ガラスシートまたは入れ子にしたガラスシート対を、予加熱炉のローラを通過させてガスクッション上に達せしめ、このガスクッションで停止させ、曲げ成形型に対して心決めする。このガスクッションでもローラを使用する場合、ローラ上における不可避的ドウェル（滞留）時間により、ガラスシートの光学的特性を相当損なう痕跡を生じてします。

チャンバは、ガスを充填する内部空間を画成する壁を有し、とくに、上側壁すなわち、チャンバの「天井」とみなすことができる上向き外面を有する壁が存在する。チャンバの上側壁の外形寸法は、ガラスシートのアウトライン（外形寸法）に適合し、ただし原則的には支持すべきガラスシートの外形寸法よりも若干小さくし、ガラスシートの最終位置では、チャンバの上側壁の端縁から、若干の側辺、とくに、すべての側辺において数センチメートル突出するようにし、チャンバを包囲する環状の成形型によって取り出すことができるようにする。

欧州特許第０５７８５４２号明細書には、上述のようなタイプの装置について記載されている。この場合、ガス通過用の開孔を、チャンバの上側壁に列状に配列し、隣接するライン対間に溝孔形状の排出チャンネルを生じ、これらチャンネルがチャンバの上側から下側まで延在し、ガスクッションのガスが乱れることなく排出されるようにする。

しかし、これにより得られるガラスシートの光学的特性を改善できることが分かっており、本発明が解決しようとする問題は、このような改善をもたらすことである。

この問題を解決するため、本発明ガスクッション発生装置は、開孔を、入口ボアと徐々に拡開する出口孔とを有するノズルとして設計し、孔開口度を、上側壁の各ゾーンの総面積に対するノズル出口領域の面積の合計の割合としたとき、前記チャンバの上側壁）の端縁ゾーンにおける孔開口度を中心ゾーンにおける孔開口度よりも大きくしたことを特徴とする。

本発明は、上述の既知の装置ではガラスシートに対して、互いに局部的に重ね合わさって現れる２つの現象に由来して若干の光学的損傷を発生するという知見に基づくものである。

一方では、溝孔形状のチャンネルの端縁がいわゆる冷却端縁をなし、ガラス表面上に冷却シャドーを生ずる点である。他方では、ガス通路の開孔から流出するガスジェットが照射するゾーンで、いわゆる噴流マークが発生する点である。双方の場合、均一でない冷却速度、したがって、不均一な熱分布をもたらし、不均一な応力分布を生ずる。

噴流マークが生ずるのを回避するため、入口ボア並びに徐々に拡開する出口孔を有するノズルからガスジェットを流出させることが、欧州特許第０５２３０１６号に記載されている。これらノズルは、チャンバの上側壁内にねじ込んで上方に突出するノズル本体により構成する。ガスクッションのガスは、ノズル本体間で下向きに反転し、側方に案内される。ノズル本体の上方端部は排出端縁をなし、冷却端縁として作用し、これに対応して冷却シャドーを発生する。

これに対して、本発明によれば、噴流マークや冷却シャドーも生じない。ガス流は、ノズルを通過する間に相応の圧力に上昇して速度が減速され、大きな面積にわたる均一なガス出口が保証される。ノズルは、チャンバの上側壁に一体であるため、ノズル出口でガスが下向きに転向することはなく、冷却作用を有する排出端縁も生じない。さらに、排出チャンネルから延びる入口ボアをチャンバの上側壁に設けない。この点に関して、冷却シャドー発生も排除される。

ガスクッションのガス排出は、ガラスシートとチャンバの上側壁との間において水平に生ずる。驚くべきことに、ガスクッションのガスの乱れのない排出を保証するためには、チャンバの上側壁における中心ゾーンの孔開口度を減少するだけで十分であることが分かった。この手法は、効率が高く、しかも極めて構成簡単である。ガラスシートは、中心ゾーンでアーチ状に湾曲することなく、または端縁でたるみゾーンを形成することなく、平坦の水平方向アライメントを維持する。このようにして、曲げツールに心決めすることに対する悪影響が抑制される。

全体として、本発明による装置は、最も高い光学的品質のガラスシートを生産することができるようになる。このことは、とくに、自動車製造に関して重要である。すなわち、ガラスシートの形状公差に対する要求に厳しさが増しているのみならず、フロントガラスに情報を表示しようとする（ヘッドアップディスプレイ）傾向が増しているからである。この前提条件としては、光学的に最高品質がフロントガラスに求められている。

本発明の特許請求の範囲内で孔開口度の条件を決定するために決定的なチャンバ上側壁の中心ゾーンの面積を、端縁ゾーンの面積合計にほぼ等しいものとすると好適である。

好適な結果は、チャンバの上側壁の端縁ゾーンにおける孔開口度に対する中心ゾーンにおける孔開口度の比を約０．５〜０．９、好適には、約０．７〜０．８とするときに得られる。これらの値は、厳密に規定された限界値と理解すべきではなく、個々のケースにおいて、２つのゾーン間には孔開口度に相当大きな差が存在すると理解されたい。実験によれば、チャンバの上側壁の中心ゾーンにおける孔開口度を、最大で約０．３、好適には、０．２５以下とすると、ガラスシートの好ましくない上向きアーチ形状を確実に回避できることか分かった。

さらに、チャンバの上側壁の長辺側における端縁ゾーンの孔開口度を、短辺側における端縁ゾーンの孔開口度よりも大きくすると有利である。このようにすると、ガラスシートのジオメトリに関する条件に最適に適合させることができるようになる。短辺側の端縁ゾーンにおけるより軽微な支持要件にすることにより、ガスクッションのガス排出を促進できる。

チャンバの上側壁は、原則として、ほぼ鏡対称となるよう設計し、チャンバの設計および製造を簡素化する。鏡対称の中心軸線の左右における孔開口度は、ほぼ一致する。好適な実施例においては、チャンバの上側壁の孔開口度を、通常チャンバの短辺側の一方であるガラスシートの供給側から反対の短辺側に向かって減少させる。ガラスシートをチャンバの上側壁上の所定位置に押し込むとき、ガスクッションに向かってこのガスクッションを押し込む現象を考慮すると、転送操作の終了時には、より少ないガスをチャンバに供給しなければならない。代案として、孔開口度を鏡対称中心軸線の周りに対称的にした場合にはノズル断面を適切に適合させることによって、供給側から反対側に向かってガス圧力を減少させることもできる。

各ノズルは、フレアの付いた、すなわち、流れの方向に拡開する出口孔に連通する入口ボアを有する。これにより、低速の均一なガス流出流がノズルの拡開出口孔によって生ずる。しかし、この効果は、ノズルの入口ボアを、流れの方向に少なくとも一回急激に拡大するものとすると向上する。

特に、好適な実施例においては、ノズルの入口ボアを、直径約２〜４ｍｍ、好適には、約３ｍｍの第１部分と、直径約２０ｍｍの第２部分とを有するものとして構成し、この第２部分に対して出口孔が連続するものとする。またノズルの入口ボアは、第１部分と第２部分との間に、直径約１０ｍｍの第３部分を有するものとして構成することができる。好適には、第１部分、第２部分、第３部分を、互いに整列する円筒形軸線を有する円筒形形状に形成する。ノズルの出口孔は、約６０ｍｍの直径となるノズル出口領域まで円錐状に拡開させるとよい。上述の数値は、単に例示的な値であり、本発明の特許請求の範囲から逸脱しないで、正負いずれかの方向にずれたものでもよい。重要なことは、局部的圧力ピークなしで、したがって、噴流マークを回避するようガスがガラス表面に当たるようにノズルを設計することである。

本発明の重要な発展形態として、チャンバの上側壁を、耐熱材料で形成した薄くかつ多孔性のクロスによってカバーするとよい。このクロスは、チャンバの上側壁の領域にわたりガス流を均一にする点で大きく寄与する。このクロスは、さらに、均一温度領域を形成し、このことは、冷却速度、熱分布および応力分布を均一にする。この観点から、クロスは、熱伝導材料、好ましくは耐蝕性スチール（ステンレス鋼）で形成すると、とくに有利である。

チャンバに関しては、原則的に、任意の十分耐熱性のある材料によって形成することを考慮すきである。しかし、好適には、チャンバをセラミック材料で形成する。さらに、好適には、とくに、電気的加熱とする加熱素子をチャンバ内に設置する。

入口ボアの第１部分は、約３ｍｍの直径にすると好適であると上述した。この値は、セラミックチャンバに関連するものであり、これは、セラミックでは、この値より小さい直径の孔をドリル形成することはできないからである。チャンバとして他の材料を使用する場合、所要に応じて、より小さい直径にすることができ、これにより、ガスクッションの支持挙動および温度分布をより好ましいものに設計できるようになる。しかし、全体として、セラミック設計の方が優位性がある。

この場合、チャンバを一体ピースの成形型として設計するとよい。

以下に、添付図面につき本発明の好適な実施例を詳細に説明する。

図１および図２に基づくプラントは、ガラスシート対のガラスシート２を予め加熱するのに使用する予加熱炉１を有する。ガラスシート２はローラ３上で炉内に進入するが、加熱されたガラスシートは変形し易く、したがって、よりしっかりとした支持を必要とするため、これらローラ３の間隔を炉の出口領域では減少させる。予加熱炉１に続いて曲げ加工ステーション４を設け、この曲げ加工ステーション４には、曲げ加工後にガラスシートのアウトラインおよび立面図で見た所要形状に適合するリングの形式のガラス曲げ成形型５と、全面接触真空成形型６とを設ける。

本発明は、とくに、図１に線図的に示すようなガスクッションを発生するガスチャンバ７に関連する。チャンバ７は、図３および図４の部分的な平面図に示すような上側壁１０を有し、またリング状の成形型５によって包囲される。上側壁は、さらに、広義な意味で製造すべきガラスシートのアウトラインおよび立面図で見た所要形状に適合し、上述したように、チャンバ７をリング状の成形型５よりも僅かに小さくし、リング状の成形型にチャンバが通過できるようにする。代案として、チャンバの上側壁は、湾曲ガラスシートの形状に全般的に近似する形状を有し、異なる幾つかの車種の湾曲ガラスシート生産に使用できるようにする。適度な曲げのみが要求される場合、チャンバの上側壁をフラットにすることができる。

図１につき説明すると、チャンバ７は、参照符号２１で線図的に示した圧縮ガス源により圧縮ガス（例えば、空気）を供給されてガスクッションを形成する。ガラスシート２は、予加熱炉１を出ると即座にガスクッション上に転送される。つぎに、チャンバ７は、各ガラスシート２をリング状の成形型５上に降下および配置させる。同時に、真空型を下方に移送し、吸引により各ガラスシート２に掛合させ、ガラスシートを所要形状にする。転送装置８例えば、ローラコンベヤ（図２参照）により湾曲ガラスシート２をリア（ガラス焼き鈍し炉）９に移送する。

図３に示すように、チャンバ７の上側壁１０は、中心ゾーン１１並びに端縁ゾーン１２，１３を有し、これらゾーンの境界を二点鎖線で示す。端縁ゾーン１２を長辺側、端縁ゾーン１３を短辺側に割り当てる。中心ゾーン１１の面積は、端縁ゾーン１２，１３の面積の合計にほぼ対応させ、中心ゾーン１１の境界がチャンバ７の上側壁１０の端縁における輪郭にほぼ類似する形状となる。

ノズル１４（図５および図６参照）はチャンバ７の上側壁１０に通過し、図３および図４にはノズル出口領域１５のみを示す。上側壁１０の中心ゾーン１１の孔開口度は、端縁ゾーン１２，１３の孔開口度よりも小さくする。特許請求の範囲内で孔開口度は、各ゾーン１１，１２，１３の全面積合計に対するノズル出口領域１５における面積の合計の割合と定義する。端縁ゾーン１２，１３の孔開口度に対する中心ゾーン１１の孔開口度の比は、約０．７５であり、中心ゾーンの孔開口度は、０．２である。

本発明装置によれば、均一ガスクッションを発生し、中心ゾーン１１における低い孔開口度により、ガスは、乱れることなく端縁ゾーンを介して確実に排出される。ノズル１４を上側壁１０に一体に組み込み、また上側壁１０には排出開口または排出溝孔を省いたため、ガラスシート２には冷却シャドーが形成されないようにすることができる。

図４に示す実施例では、端縁ゾーン１２，１３の孔開口度に対する中心ゾーン１１の孔開口度の比を約０．８とし、中心ゾーンの孔開口度を０．２５とした点で図３に示す実施例とは若干異なる。この場合でも、図３に示す実施例で説明したと同様の理由で冷却シャドーは生じない。

さらに、ノズル１４の設計自体も、噴流マークを確実に回避するのに役立っている。ノズル設計の第１の実施形態を図５に示す。この形態によれば、ノズル１４は、流れの方向に突然拡大して出口孔１６につながる入口ボア２２を有する。入口ボアは、第１円筒形部１７を有し、図示の実施例では、この第１円筒形部１７の直径は、４ｍｍとする。この第１円筒形部の後に直径２０ｍｍの第２円筒形部が続く。この第２円筒形部に続いて出口孔１６が、直径６０ｍｍのノズル出口領域１５に向かって円錐形をなすよう拡開する。このノズル設計により、第１円筒形部１７から流入するガス流を減速して相応の圧力上昇にし、出口孔１６を経て、ガスクッションの対応領域上に均一な圧力上昇したガス圧を分配することができる。

図６に示す実施の形態は、入口ボア２２の第１円筒形部の直径が単に３ｍｍであり、この第１円筒形部と第２円筒形部１８との間に、直径１０ｍｍの第３円筒形部１９を設け、第１円筒形部１７と第３円筒形部１９との間、並びに第３円筒形部１９と第２円筒形部１８との間に短い円錐形の遷移ゾーンを設けた点で、図５に示す実施形態とは異なる。この設計のノズルによれば、ガスクッションへのガス流入をより一層円滑にする。

さらに、図６は、ステンレス鋼で形成したクロス２０の配置を示し、このクロス２０によれば、ガス流を均一にし、かつとくに、ガスクッションの下側面全体の温度を均一に調整するのに役立つ。

チャンバ７は、セラミックにより一体ピースの成形型として設計する。このことによって、ノズル１４の入口ボアの第１円筒形部１７における実現可能な最小直径を約３ｍｍに制限することができる。他の材料を使用して、第１円筒形部１７の直径を一層減少できる利点を有するようにすることもできる。さらに、チャンバ７を、とくに、チャンバの上側壁１０に近接させてもしくは上側壁１０自体に設けた電気加熱素子によって加熱することもできる。この構成により、ガスクッションの温度調整を正確にすることができる。ガスは、適当な圧縮ガス源から発生させ、予め加熱した状態で供給することもできる。

本発明による装置を一体化したプラントの線図的縦断面図である。 図１のプラントの平面図である。 本発明による装置の第１実施例の部分平面図である。 本発明による装置の第２実施例の部分平面図である。 ノズルの第１実施例の断面図である。 ノズルの第２実施例の断面図である。

Claims (15)

1. 予加熱したガラスシート（２）を支持するガスクッションを発生するため、圧縮ガス源（２１）に接続したチャンバ（７）を設け、このチャンバの上側壁（１０）の外形寸法をガラスシート（２）の輪郭に適合させ、また上側壁（１０）にガスが通過する複数個の開孔（１５）を設けたガスクッション発生装置において、
   前記開孔（１５）を、入口ボア（２２）と徐々に拡開する出口孔（１６）とを有するノズル（１４）として設計し、孔開口度を、上側壁の各ゾーン（１１；１２；１３）の総面積に対するノズル出口領域（１５）の面積の合計の割合としたとき、前記チャンバ（７）の上側壁（１０）の端縁ゾーン（１２，１３）における孔開口度を中心ゾーン（１１）における孔開口度よりも大きくしたことを特徴とするガスクッション発生装置。
2. 前記チャンバ（７）の上側壁（１０）の中心ゾーン（１１）を、端縁ゾーン（１２，１３）の合計面積に相当する面積となるようにした請求項１記載のガスクッション発生装置。
3. 前記チャンバ（７）の上側壁（１０）の前記端縁ゾーン（１２，１３）における孔開口度に対する前記中心ゾーン（１１）における孔開口度の比を０．５〜０．９とした請求項１または２記載のガスクッション発生装置。
4. 前記チャンバ（７）の上側壁（１０）の中心ゾーン（１１）における孔開口度を、最大で０．３以下とした請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。
5. 前記チャンバ（７）の上側壁（１０）の長辺側における端縁ゾーン（１２）の孔開口度を、短辺側における端縁ゾーン（１３）の孔開口度よりも大きくした請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。
6. 前記チャンバ（７）の上側壁（１０）の孔開口度を、ガラスシート（２）の供給側から反対側に向かって減少させた請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。
7. 前記ノズル（１４）の少なくとも１個における入口ボア（２２）を、流れの方向に少なくとも一回急激に拡大するものとした請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。
8. 前記ノズル（１４）の入口ボアは、直径２〜４ｍｍの第１部分と、直径２０ｍｍの第２部分とを有するものとし、この第２部分に対して出口孔（１６）が連続するものとした請求項７記載のガスクッション発生装置。
9. 前記ノズル（１４）の入口ボアは、第１部分（１７）と第２部分（１８）との間に、直径１０ｍｍの第３部分（１９）を有するものとして構成した請求項８記載のガスクッション発生装置。
10. 少なくとも第１部分、第２部分、第３部分（１７，１８，１９）を、互いに整列する円筒形軸線を有する円筒形形状に形成した請求項９記載のガスクッション発生装置。
11. 前記チャンバ（７）の上側壁（１０）を、耐熱材料で形成した薄くかつ多孔性のクロス（２０）によってカバーした請求項１乃至１０のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。
12. 前記クロス（２０）を、熱伝導材料の耐蝕性スチール（ステンレス鋼）により形成した請求項１１記載のガスクッション発生装置。
13. 前記チャンバ（７）をセラミック材料で形成した請求項１乃至１２のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。
14. 前記チャンバ（７）を一体ピースの成形型として設計した請求項１３記載のガスクッション発生装置。
15. 前記チャンバ（７）に加熱素子を設けた請求項１乃至１４のうちのいずれか一項に記載のガスクッション発生装置。

Images