JP5075395B2 - 平坦ガラス、特にガラスセラミックになり易いフロートガラスの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は平坦ガラス、特にガラスセラミックになり易いフロートガラスの製造方法関する。

平坦ガラスを製造する方法はここ何十年間も前から周知である。従来の方法によれば、液体ガラスは、注入口リップを超えてフロート浴の溶融金属上に流される。そこでガラスの平衡厚みが約７ｍｍになる迄、ガラスは該フロート浴上に広がる。薄いガラスを必要とすれば、ガラスリボンはそのフロート浴上で更に伸ばされる。
液体ガラスがフロート浴に合流する場所で、肩部（球根部、踵部）が形成される。大抵の液体ガラスはフロート浴出口の方向に前方に流れるが、その一部は後方へ、そしてそこから横方向へも流れる。ガラスが後方へ流れるフロートタンクの部分はウェットバック領域と称される。このフロートガラスのウェットバック領域は略漏斗形状であり、フロートタンク出口方向に開いている。この漏斗の両側面は、通常、レストリクタータイルとして公知のセラミックタイルからなっている。この漏斗の狭い部分は、フロートタンクの前壁によって、あるいはその前に配置され、ウェットバックタイルと称されるセラミックタイルによって、形成されている。

後方へ流れるガラスは、そのウェットバックタイルとレストリクタータイルに当たり、それらによってそらされて、主要なガラス部と共にフロートタンク出口の方向に流れる。
ウェットバック領域に見られるガラス溜まりはガラスに欠陥を生じる場合があることは以前から分かっていた。このガラス溜まりでは、フロート浴上のガラスの滞留時間が直接出口へ流れるガラスの滞留時間より長い。これにより、ガラスがより冷却して違った粘度をもたらしたり、失透やと分解を生ずる場合がある。

従って、このウェットバック領域のガラスリボンの縁ストリップを、電流を用いて加熱することによりこの領域の粘度を下げることが既に公知である（ドイツ特許ＤＥ１５９６５９０又はＵＳ３，８５０，７８７）。この方法の欠点は、ガラスのエッジが電解効果を受けることである。また、ＤＥ１５９６６２７Ａから、特に厚いガラスの製造に関して、注入口リップの下だがガラス液面上方でウェットバックタイルに近接するウェットバック領域内に発熱体を組み込むことが公知である。しかし、熱損失を補償する加熱電力は、フロートタンクの側壁に特定の観察窓を設けることが必要でもあるように、非常に高精度に制御される必要がある。更に、この種の加熱は実際の臨界点、すなわち耐火材／ガラス接触あるいは耐火材／ガラス／錫接触の領域に非常に間接的で不十分にしか影響を及ぼさない。

さらに、ＤＥ−Ｃ１５９６６３６及びそれに対応するＵＳ３，４９２，１０７には、導電性耐火材料で作られた複数境界壁（レストリクタータイル及びウェットバックタイル）が記載されており、その境界壁は、浴金属に浸漬されている部分上の、それら上部で電極に接続されており、一方、浴金属は第２電極を形成し、それにより該第２電極が電源に接続されれば、電流が耐火材料を流れてそれを加熱する。ここでまた、加熱することで該耐火材料の直ぐ近くのガラス層を低粘度にする。この種の加熱の欠点は、その加熱によって、浴金属の流れにマイナスの効果となる迷走電流が発生する場合があり、またその接触部でガラスが電解的に変化することがあることである。その双方とも高品質ガラスを製造しようとする場合には望ましくない。

他の方法がＤＥ−Ａ−２２１８２７５から公知であり、それによれば、全体のガイド装置を特殊な形態にすることによって液体ガラスの流速を改善することができる。
多種の結晶化可能なガラスに対して上記方法を実施しても、通常、増大した要件に合致しない製品を生み出す。実際、ガラスリボンを伸ばす目的で、比較的低い冷却速度で加工することが必要である温度範囲においては結晶化が起き易く、ガラスが続いてセラミック化される際、すなわち核形成のために、ガラスを正確に決められた時間、正確に規定された温度に保持され、それから形成された核からより高い温度で結晶を成長させる際に、ガラスリボンの延伸時に不所望に形成された結晶によってマイナスに影響を受ける。

ウェットバックタイル及びレストリクタータイルは、ウェットバック領域での長い滞留時間のために、その縁部で結晶生成を乱すことにつながる場合がある不均一核として作用することがある。後続のセラミック化時には、今度はこれがガラスリボンに、むら、特に著しい歪を招き、これがガラスを徐冷炉で破壊することがある。
従って、この問題はこれまで２つのやり方で対処されてきた。一つは、そのような問題部位をほとんど形成しにくい種類のガラスを開発することであり、他は、望ましくない結晶化あるいは核形成が、浴金属中に流れを意図的に形成することで無くすることである。

ＵＳ−Ａ−３，６８４，４７５によれば、リサイクルポンプによって、金属浴の層流が作られ、これが浴金属上の金属リボンの速度を等しくし、その結果として浴金属の縁領域の不均一速度や、これに伴う、特に縁領域での不均一結晶化を防止する。ＷＯ２００５／０７３１３８Ａ１によれば、また、浴金属の流れが、「球根部」の逆方向広がりを防止するよう意図されたウェットバック領域内に導入されてガラスがウェットバックに固定点を形成できないようにしている。しかし、この固定点が無いと、ガラスリボンの位置を安定に保持することは困難であり、ガラスリボンを規定形状にすることが困難となる。

この発明の目的は、実施が容易であり、結晶化し易いガラスのフローティング（すなわちガラスセラミックプレートを製造するための未加工ガラス）でも、ガラスリボン中で歪が増大せず、しかも徐冷炉でガラスが割れないような程度まで縁領域の好ましくない失透を防止する、フロート方法を提供することである。この方法では、特にガラスリボンの付形を確保するため、ウェットバック領域内でガラスリボンの一定位置を確保するのに実績のあるウェットバックタイルやレストリクタータイルを該ウェットバック領域内で引き続いて使用することができる。

液体ガラスと接触している境界壁を、関連するガラスの上失透限度（ＵＤＬ）より高い温度まで間接加熱することは、結晶核あるいは結晶の形成をかなり防止し、あるいはこの形成があまりに僅かであるためフロート方法の後続段階の過程で何ら妨害作用を引き起こさないことが分かった。

フロート方法を実施する条件により、該ウェットバック領域では、ガラスは前壁とあるいは造形要素と、すなわち該前壁の前に配置されたウェットバックタイルとのみ接触している。しかし、そのウェットバックタイルに加えてガラス溶融物の流れ方向に延びつつ開いた配置の２つの造形要素（レストリクタータイル）を用いる方法が非常に多い。液体ガラスに接触している境界面のすべてを、結晶形成（核形成）がその面に生じないようにＵＤＬ以上の温度まで加熱しなければならない。境界面により、ガラス溶融物に接触する全ての面、造形要素などが意味される。これら境界面はセラミックからなる必要はないが、適切な金属から製造でき、あるいは金属クラッドを備えた造形セラミック要素は、例えば薄板金クラッド又はガルバーニ電気的に塗布された金属コーティングを用いて使用することができる。しかし、一般にコストに関係した理由から防火セラミック材料から作られた造形要素が使用される。

境界面の間接加熱は電流を用いた抵抗加熱により実施される。
この境界面の間接加熱は境界壁又は造形要素を、電気抵抗発熱体を用いた熱伝導による。
好ましくはセラミック製の造形要素使用の場合、この造形要素には、好ましくは内部に配置された抵抗発熱体が設けられている。適切な抵抗発熱体は所定の温度に耐えることが可能な全ての金属及び化合物、例えばタングステン、モリブデン、白金、イリジウム、液体錫、白金金属の合金から作られた金属導体及び炭素、炭化珪素あるいは溶融ガラスである。漏れ電流あるいは迷走電流を防止するため、該抵抗発熱体は、（造形要素が導電性であれば）あるいは造形要素自体が電気絶縁体を構成すれば、コーティング又はジャケットによって造形要素から好適に電気的に絶縁される。

電気絶縁材料、例えば焼結石英（溶融シリカ）からなる適切な材料から作られた造形要素（ウェットバックタイルや抵抗体タイル）の使用が好ましい。望ましくない結晶又は結晶核の形成や、フロート方法の後続段階時に、ガラスリボンの特に縁領域に制御されていない結晶化を引き起こす問題部位を確実に防止するため、液体がガラスと接触しているウェットバック領域の表面あるいはタイルを、ＵＤＬ、すなわち、問題のガラスの上失透限度、以上の温度まで加熱する。この温度では、該表面との接触部に結晶核又は結晶は形成できない。このＵＤＬはガラスの加工温度の範囲の最も低い温度であり、この温度でガラスを５時間放置しても結晶がガラス内には生じない。フローティングガラスのＵＤＬは以下の方法で決めることができる。すなわちガラスを白金坩堝内で溶融する。それから該坩堝を加工温度範囲の種々の温度で５時間保持し、そして急速に冷却する。まだ結晶が見えない最も低い温度がＵＤＬである。このＵＤＬはガラスの種類に依存している。該ＵＤＬは一般的に約９５０℃以上の範囲にあると言える。しかし、当然のことながら、伴うエネルギーコストのために、加熱されたウェットバックタイルやレストリクタータイルは、少なくとも１０００℃のＵＤＬのガラスに対してのみ使用される。

実際の作業では、接触面を所定のＵＤＬより僅かに高い温度に保持して該接触面での熱の不均一性を補償することが有利である。ＵＤＬより１０〜３０℃高い温度が満足できることが分かった。いずれにしても、ＵＤＬを本の少ししか超えてはならない。その理由はそれを越えると、このＵＤＬが改善する成果以上にエネルギー消耗が増大され、発熱体と境界タイルの摩耗が増大され、接触面でのガラスの過剰な蒸発を招くことがあるためである。従って、該ＵＤＬより１００℃以上の温度は経済的な理由から超えてはならない。
この発明を図面により更に詳細に説明する。

図１はフロートガラスユニットの入口ゾーン（ウェットバック領域）を概略的に示す。液体ガラス１は、タンク４で保持されている金属３上に注入口リップ２を超えて流れる。浴３に達するガラスの量はスライダー５で調整される。図示されたように、該浴上に流れているガラスは、セラミックタイル７で形成された壁８に当接するヒール６を形成する。壁８は、この壁８に結晶又は結晶核が形成されないように、発熱体９でＵＤＬ以上のある温度まで加熱される。

図２はより分かりやすくするため、注入口リップを省略したウェットバック領域の上面図を示す。この図は、発熱体用の２つの電源ライン１０，１０’を有するウェットバックタイル７を示している。この電源ラインは銅製であり、冷却されている。レストリクタータイル１１，１２は、開放部がガラス流の方向に開放した漏斗形状でウェットバックタイル７の両側に隣接している。前記タイルは更に溶融ガラスに接触しており、それの発熱体は電源ライン１３，１３’及び１４，１４’によりエネルギーが供給される。図３はレストリクタータイル１２の上面図を示し、図４はそのレストリクタータイル１２の断面図を示す。レストリクタータイル１２の本体には、その上側に、蓋１５で閉じられている四角形窪みが設けられている。蓋１５の下には溝１６が設けられ、その溝１６内に電気抵抗発熱体が配置されている。蓋１５には開口１７，１７’が設けられており、その開口を介して該抵抗発熱体が電源ライン１４，１４’と接触させることができる。この場合、電気抵抗発熱体は、作動時に液状である錫からなっている。レストリクタータイルに使用される材料はこの場合焼結シリカである。

幾つかの場合では、冷却を省略できるよう電源ライン１０，１０’， １３，１３’，１４，１４’を熱的に遮断すれば十分である。Ｗ，Ｐｔ，Ｉｒ，Ｃあるいは白金合金製の耐熱給電ラインを使用することも可能であり、これらは必要があれば内部抵抗発熱体に直接浸される。内部抵抗発熱体（例えばＳｎあるいはＳｉＣ）に電気的に接触している未冷却電極（例えばＷ）との水冷給電ライン(例えばＣｕ)の組み合わせは１つの選択枝である。

この方法によってフロートガラス製造で一般的な寸法、すなわち６ｍ以下及びそれ以上の幅と０．３ｍｍ〜２５ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍ〜６ｍｍの厚み、を有するガラスリボンが製造される。
使用ウェットバックタイルは、例えば、寸法１０００×８０×８０ｍｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）を有し、焼結シリカからなるバーとすることができ、このウェットバックタイルには寸法９６０×５×２０ｍｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）を有する錫抵抗発熱体が設けられている。このバー状の抵抗発熱体はカバーされており、原則として実施形態に対応する設計が図３及び図４に示されている。このバーには約２０００Ａの加熱電流が流され、１２ｋＷの加熱電力が製造された。結果としてガラス接触領域のバーの壁の温度は約１３００℃であった。
上記要素の各々、及び２つあるいはそれ以上の要素を、上記種類と異なる他の種類の構造に有効に応用できることが分かるだろう。

この発明は平坦ガラスを製造する方法として具体化するように例示し、記載したが、種々の改良や構造変化が本発明の精神から何ら逸脱せずに行われるため、この発明は図示された詳細への限定を意図するものではない。
更なる分析無しで、上記内容が本発明の趣旨を非常に十分に明示しているため、当業者は、今の知識を応用することにより、先行技術の観点からこの発明の一般的なあるいは特定の態様の本質的な特徴をかなり構成する特徴部を省略せずに種々の用途にこの発明を容易に適応することができる。
新規として請求され、また特許で保護を望むものを請求項に述べる。

この発明に係るフロートユニットのウェットバック領域の長手方向断面図を示す。 ウェットバックタイル及びレストリクタータイルを有するフロートタンクのウェットバック領域の上面図を示す。 レストリクタータイルの拡大図を示す。 図３のレストリクタータイルの断面図を示す。

符号の説明

１ 液体ガラス
２ 注入口リップ
３ 金属
４ タンク
５ スライダー
６ ヒール
７ セラミックタイル（ウェットバックタイル）
８ 壁
９ 発熱体
１０，１０’, １３，１３’ ，１４，１４’ 電源ライン
１１，１２ レストリクタータイル
１５ 蓋
１６ 溝
１７，１７’開口

Claims (8)

1. フロートガラスユニットであって、所定の幅と厚みのリボンに付形する注入ゾーン内の金属浴に、ガラス流の形態の液体ガラスが注入されるものにおいて、前記注入ゾーン領域内のガラス流が少なくとも１つの加熱境界壁に当接するようにすること、前記注入された液体ガラスはガラスセラミックの前駆体ガラスであること、少なくとも１つの加熱境界壁をガラスの上失透限界（ＵＤＬ）以上の温度まで加熱すること、及び少なくとも１つの加熱境界壁を間接的に加熱する工程を含む、平坦ガラスを製造する方法。
2. セラミックタイルを少なくとも１つの境界壁として使用する、請求項１に記載の平坦ガラスを製造する方法。
3. 電気的絶縁セラミックタイルを使用する、請求項２に記載の平坦ガラスを製造する方法。
4. ３つの境界壁を使用する、請求項１に記載の平坦ガラスを製造する方法。
5. 前記少なくとも１つの境界壁をＵＤＬ〜ＵＤＬ＋１００℃の温度まで加熱する、請求項１に記載の平坦ガラスを製造する方法。
6. 少なくとも１つの境界壁を電気的に加熱する、請求項１に記載の平坦ガラスを製造する方法。
7. 少なくとも１つの境界壁を、該境界壁内に導入された抵抗発熱体によって加熱する、請求項１に記載の平坦ガラスを製造する方法。
8. 前記抵抗発熱体を、カバーされた溝内に配置する、請求項７に記載の平坦ガラスを製造する方法。

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