JP5664375B2 - ガラス板製造装置、及びガラス板製造方法 - Google Patents
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ガラス流を流動させるための溶融金属で満たされた溶融金属浴と、不活性ガス又は不活性ガスと還元性ガスとの混合ガスが導入される上部構造と、前記溶融金属浴と前記上部構造とを接続する側壁部とを備えたガラス板製造装置であって、
稼働中に前記側壁部に設けられた排気口からガスが排気され、
前記溶融金属浴の入口から出口までの範囲において、前記入口からの距離が全体の30〜80%となる範囲の所定位置に、上流区間と下流区間とを画定する境界部を設定し、
前記上流区間を、ガラス流の流動方向の長さが3.4m以下の複数の仮想領域で分割し、全ての仮想領域における前記排気口へのガス平均引込み速度を、常時0.03〜5m/秒に設定してある点にある。
そこで、本構成のガラス板製造装置では、溶融金属浴の入口から出口までの範囲において、入口からの距離が全体の30〜80%となる範囲の所定位置に、上流区間と下流区間とを画定する境界部を設定し、上流区間を、ガラス流の流動方向の長さが3.4m以下の複数の仮想領域で分割し、全ての仮想領域における排気口へのガス平均引込み速度を、常時0.03〜5m/秒に設定してある。ここで、排気口へのガス平均引込み速度とは、上流区間における総排気量(炉内温度でのガス流量であり、単位はm3/秒で表わされる)を、当該区間の断面積(当該区間の長さに内部空間Kの高さを乗じた値であり、単位はm2で表わされる)の2倍により除した値で求められる。なお、断面積を2倍にするのは、ガラス流に対して両側に側壁部が存在するためである。
このような設定とすれば、溶融金属の表面から揮発した揮発物を含むガスは、内部空間の気流の移動に打ち勝って側壁部に設けられた排気口に引き込まれ、効率よく外部へと排出することができる。その結果、内部空間の雰囲気ガスは常に揮発物の少ない清浄な状態に保たれ、フロート法において問題となっていた揮発物の凝縮及び還元に起因するガラス板上の微小欠点の生成を低減又は防止することができ、トップスペックのない高品位なガラス板を得ることができる。
なお、排気口を溶融金属スズの液面付近に設けるように構成すれば、液面付近から発生した揮発物を含むガスを選択的に、且つ効率よく排出することができる。
ここでのガス平均引込み速度は、上述の上流区間におけるガス平均引込み速度を導出する際に用いる上流区間の長さを、仮想領域の長さで置き換えることで求められる。すなわち、仮想領域1単位における排気量を仮想領域1単位の断面積の2倍により除した値で求められる。
このような設定とすれば、上流区間の全域に亘って、溶融金属の表面から揮発した揮発物を含むガスは、内部空間の気流の移動に打ち勝って側壁部に設けられた排気口に引き込まれ、より効率よく外部へと排出することができる。
前記ガス平均引込み速度を、常時0.05〜5m/秒に設定してあることが好ましい。
前記境界部に前記上部構造の下面から垂下される区画部を設け、
前記区画部の下端部が、前記下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して前記下面から50〜95%の距離に位置することが好ましい。
さらに、前記上流区間の圧力が前記下流区間の圧力より大きくなるように、ガス導入量及び前記ガス平均引込み速度を調整してあることが好ましい。
この点、本構成のガラス板製造装置であれば、境界部に上部構造の下面から垂下される区画部を設けているので、内部空間の上方においてガラス流の流軸方向に対流によって雰囲気ガスが移動することを抑制することができる。また、区画部を挟んだ上流区間の圧力が下流区間の圧力より大きくなるように、ガス導入量及びガス平均引込み速度を調整してあるので、下流区間のガスが上流区間に侵入することが防止される。ここで、区画部の下端部は下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して下面から50〜95%の距離に位置しているので、上流区間と下流区間との隔離性が確保され、上流区間と下流区間との間で気流の逆流を防止するに充分な圧力差を発生させることができる。また、下流区間においては、区画部を設けることにより内部空間から出口に向かうスムーズな気流が形成されるため、出口における逆流や酸素の侵入を確実に防止することができる。
なお、区画部の下端部を下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して下面から50〜95%、さらに好ましくは85〜95%の距離に位置するように設定すると、ガラス流が区画部に接触することなく区画部下の風速を低下させることができ、上流区間と下流区間との間の乱気流の発生を防止することができる。
ガラス流を流動させるための溶融金属で満たされた溶融金属浴と、不活性ガス又は不活性ガスと還元性ガスとの混合ガスが導入される上部構造と、前記溶融金属浴と前記上部構造とを接続する側壁部とを備えたガラス板製造装置を用いてガラス板を製造するガラス板製造方法であって、
前記側壁部にガスを排気する排気口を設けるとともに、前記溶融金属浴の入口から出口までの範囲において、前記入口からの距離が全体の30〜80%となる範囲の所定位置に、上流区間と下流区間とを画定する境界部を設定し、
前記溶融金属浴の上流側の入口から溶融ガラスを流し込む工程と、
当該溶融ガラスを前記溶融金属上に浮遊させた状態で下流側に流動させて帯状のガラス流を形成する工程と、
当該帯状のガラス流を冷却固化させて前記下流側の出口からガラス板として搬出させる工程と、
前記ガラス板製造装置の稼働中に前記排気口よりガスを排出する工程と、
を包含し、
前記上流区間を、ガラス流の流動方向の長さが3.4m以下の複数の仮想領域で分割し、全ての仮想領域における前記排気口へのガス平均引込み速度を、常時0.03〜5m/秒に設定する点にある。
なお、排気口を溶融金属スズの液面付近に設けるように構成すれば、液面付近から発生した揮発物を含むガスを選択的に、且つ効率よく排出することができる。
また、上流区間の全域に亘って、溶融金属の表面から揮発した揮発物を含むガスは、内部空間の気流の移動に打ち勝って側壁部に設けられた排気口に引き込まれ、より効率よく外部へと排出することができる。
前記ガス平均引込み速度を、常時0.05〜5m/秒に設定することが好ましい。
前記境界部に前記上部構造の下面から垂下される区画部を設け、
前記区画部の下端部は前記下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して前記下面から50〜95%の距離に位置するように構成してあることが好ましい。
さらに、前記上流区間の圧力が前記下流区間の圧力より大きくなるように、ガス導入量及び前記ガス平均引込み速度を調整することが好ましい。
なお、区画部の下端部を下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して下面から50〜95%、さらに好ましくは85〜95%の距離に位置するように設定すると、ガラス流が区画部に接触することなく区画部下の風速を低下させることができ、上流区間と下流区間との間の乱気流の発生を防止することができる。
図1は、本発明の実施形態によるガラス板製造装置100の内部構造を示す概略平面図である。図2は、図1のガラス板製造装置100におけるA−A´位置の部分断面図である。ガラス板製造装置100は、フロート法によって種々のガラス板を製造する設備の一部であり、主要な構成要素として、溶融金属浴10、上部構造20、及び側壁部30を備えている。
図3は、本発明のガラス板製造装置100における仮想領域Xの設定例(実施例1)である。このガラス板製造装置100において、溶融金属浴10の入口11から出口12までの距離は45mである。実施例1では、溶融金属浴10の入口11から30m(約67%)の位置に境界部60を設定し、上流区間KUを3.3mおきにa〜iの9つの領域に区分けし、各領域a〜iを夫々仮想領域Xとした。この例では、全ての領域a〜iにおいて、両側の側壁部30に排気口70が1箇所ずつ、合計2箇所ずつ配置されている。溶融金属スズ40の液面から上部構造20の下面までの距離Hは0.9mである。各排気口70により排気するガス流量を535m3/時間(雰囲気ガスの温度を1000℃とすると、115Nm3/時間に相当)に設定した。このガス流量は、溶融金属スズ40の表面近傍から排気口70に向かうガスのガス平均引込み速度に換算すると、約0.05m/秒である。この場合、溶融金属スズ40の表面から揮発した揮発物を含むガスは、内部空間Kの気流の移動に打ち勝って側壁部30に設けられた排気口70に引き込まれ、効率よく外部へと排出することができた。その結果、内部空間Kの雰囲気ガスは常に揮発物の少ない清浄な状態に保たれ、フロート法において問題となっていた揮発物の凝縮及び還元に起因するガラス板上の微小欠点の生成を低減又は防止することができ、トップスペックのない高品位なガラス板を得ることができた。なお、本実施例では仮想領域の長さが全て等しく設定されているが、3.4m以下の長さであれば仮想領域ごとに長さが異なっていてもよい。
図4は、本発明のガラス板製造装置100における仮想領域Xの他の設定例(実施例2)である。このガラス板製造装置100において、溶融金属浴10の入口11から出口12までの距離は45mである。実施例2では、溶融金属浴10の入口11から15m(約33%)の位置に境界部60を設定し、上流区間KUを3.0mおきにa〜eの5つの領域に区分けし、各領域a〜eを夫々仮想領域Xとした。この例では、全ての領域a〜eにおいて、両側の側壁部30に排気口70が1箇所ずつ、合計2箇所ずつ配置されている。溶融金属スズ40の液面から上部構造20の下面までの距離Hは0.9mである。各排気口70により排気するガス流量を820m3/時間(雰囲気ガスの温度を1000℃とすると、176Nm3/時間に相当)に設定した。このガス流量は、溶融金属スズ40の表面近傍から排気口70に向かうガスのガス平均引込み速度に換算すると、約0.08m/秒である。この場合、溶融金属スズ40の表面から揮発した揮発物を含むガスは、内部空間Kの気流の移動に打ち勝って側壁部30に設けられた排気口70に引き込まれ、効率よく外部へと排出することができた。その結果、内部空間Kの雰囲気ガスは常に揮発物の少ない清浄な状態に保たれ、フロート法において問題となっていた揮発物の凝縮及び還元に起因するガラス板上の微小欠点の生成を低減又は防止することができ、トップスペックのない高品位なガラス板を得ることができた。
なお、参考として、実施例2との比較のため、実施例2の領域d及び領域eの排気を停止した条件を用いてガラス板の生産を試験的に実施した。この場合、境界部60は9m(約20%)の位置となる。その結果、検出されるトップスペックの数は、実施例2で得られたガラス板のトップスペックの数に対して5〜10倍程度増加し、高品質なガラス板を得ることができなかった。この結果より、内部空間Kを高品質なガラス板を製造するのに十分清浄な状態に保つためには、十分なガス引き込み速度を与える領域を約30%以上にする必要があることが明らかとなった。
次に、本発明の優位性を確認するため、上記実施例に類似のガラス板製造装置100を想定したモデルにおいて、仮想領域Xの長さを3〜10mの範囲で変更した場合の内部雰囲気ガスの流れに関する数値解析を行った。ここでは、上流区間KUのうち約30mの区間を抜き出したモデルを用いた。各仮想領域Xの中央のガラス流50bの流動方向に対し両側に夫々1つずつの排気口70が設けられ、全ての排気口70のガス排気量は等しく、上部からのガス供給量と側壁部30に設けられた排気口70からのガス排気量合計とが等しいものと仮定している。また、ここでは、成形炉内のガス温度が1000℃で均一なものと仮定しており、温度差による自然対流を無視している点や、乱流を無視している点など、実際とは異なる点が存在するが、このような簡略化したモデルを用いても、成形炉内におけるガスの引込み速度分布に対する仮想領域Xの長さの影響をある程度把握することは可能である。
・解析スケール:長さ30m、幅10mの三次元モデル
・ガラス流50bの側端部sから側壁部30までの距離:1m
・溶融金属スズ40の液面から上部構造20の下面までの高さ:0.9m
・排気口70の形状:断面が0.2m×0.2mのダクト形状
・溶融金属スズ40の液面から排気口70の中心までの高さ:0.2m
<解析条件>
・ガス給排気量:全領域に対するガス平均引込み速度が0.03m/秒又は0.05m/秒になるように設定
・内部構造(成形炉内)温度:1000℃(温度差による自然対流は無視)
<解析ケース>
(1)全領域に対するガス平均引込み速度が0.03m/秒となるようにガス給排気量を設定し、仮想領域Xの長さは等間隔とし、仮想領域Xの長さを3〜10mの範囲で変更した。各仮想領域Xの中央のガラス流50bの流動方向に対し両側に夫々1つずつの排気口70を設置した。
(2)全領域に対するガス平均引込み速度が0.05m/秒となるようにガス給排気量を設定し、仮想領域Xの長さは等間隔とし、仮想領域Xの長さを3〜10mの範囲で変更した。各仮想領域Xの中央のガラス流50bの流動方向に対し両側に夫々1つずつの排気口70を設置した。
解析モデルのうち仮想領域Xの長さが5mである場合の例を図5に示す。
<評価方法>
・側壁部30より1mの距離、すなわち、ガラス流50bの側端部sの、溶融金属スズ40の液面より0.2m上方の空間において、ガラス流50bの流軸から側壁部30の排気口70の方向へ向かう気流の流速、すなわち引込み速度を求めた。
図6は、解析ケース(1)の解析結果を示すグラフである。図6より、仮想領域Xの長さを短くするほどガラス流50bの側端部sの上部におけるガス引込み速度が平均化されることが分かる。さらに、仮想領域Xの長さを3.4m以下とした場合には、評価位置の全領域に亘ってガス引込み速度が0.03m/秒以上となることが判明した。
本発明のガラス板製造方法は、上記のガラス板製造装置100を用いて実施される。すなわち、ガラス板製造方法は、ガラス流50bを流動させるための溶融金属スズ40で満たされた溶融金属浴10と、不活性ガス又は不活性ガスと還元性ガスとの混合ガスが導入される上部構造20と、溶融金属浴10と上部構造20とを接続する側壁部30とを備えたガラス板製造装置100を使用するものであり、側壁部30にガスを排気する排気口70を設けるとともに、溶融金属浴10の入口11から出口12までの範囲において、入口11からの距離が全体の30〜80%となる範囲の所定位置に、上流区間KUと下流区間KLとを画定する境界部60を設定しておく。
<1>
境界部60に区画部80を設ける場合において、区画部80の下端部を、上部構造20の下面から溶融金属スズ40の液面までの距離に対して上部構造20の下面から50〜95%の距離に、より好ましくは85〜95%の距離に位置するように設定した上で、上流区間KUの圧力が下流区間KLの圧力より大きくなるように、ガス導入量及びガス平均引込み速度を調整する。この場合、下流区間KLのガスが上流区間KUに侵入することが防止されるので、低温のガスによって高温状態にあるべき上流区間KUのガラス流50bが過剰に冷却されることがない。その結果、ガラス流50bを下流側に円滑に流動させることができる。また、上流区間KUにある構造物が低温のガスによって局所的に冷却されることがなくなるので、構造物の表面に揮発物が凝縮することを防止することができる。
なお、区画部80の下端部を上部構造20の下面から溶融金属スズ40の液面までの距離に対して上部構造20の下面から50〜95%の距離に、より好ましくは85〜95%の距離に位置することにより、上流区間KUと下流区間KLとの隔離性が確保され、気流の逆流を防止するに充分な圧力差を発生させることができる。また、下流区間KLにおいては、区画部80を設けることにより内部空間Kから出口12に向かうスムーズな気流が形成されるため、出口12における逆流や酸素の侵入を確実に防止することができる。
区画部80を伸縮式及び移動式に構成することも可能である。伸縮式の区画部80は、例えば、区画部80を二枚の板状部材を積層して構成し、一つの板状部材を延直下方にスライドさせる。これにより、区画部80の長さを、約2倍の長さまで変化させることができる。移動式の区画部80は、例えば、上部構造20に移動用の溝を設け、当該溝に区画部80の基部を嵌入する。これにより、区画部80をその都度取り外さずにガラス流50bの流動方向に沿って、容易に前後移動させることが可能となる。
上記実施形態では、上部構造20と区画部80とを別個の部材として取り扱っているが、区画部80を上部構造20の一部として構成することも可能である。この場合、上部構造20の下面の一部を延直下方に膨出させる。
11 入口
12 出口
20 上部構造
30 側壁部
40 溶融金属スズ
50a 溶融ガラス
50b ガラス流
50c ガラス板
60 境界部
70 排気口
80 区画部
100 ガラス板製造装置
Claims (8)
- ガラス流を流動させるための溶融金属で満たされた溶融金属浴と、不活性ガス又は不活性ガスと還元性ガスとの混合ガスが導入される上部構造と、前記溶融金属浴と前記上部構造とを接続する側壁部とを備えたガラス板製造装置であって、
稼働中に前記側壁部に設けられた排気口からガスが排気され、
前記溶融金属浴の入口から出口までの範囲において、前記入口からの距離が全体の30〜80%となる範囲の所定位置に、上流区間と下流区間とを画定する境界部を設定し、
前記上流区間を、ガラス流の流動方向の長さが3.4m以下の複数の仮想領域で分割し、全ての仮想領域における前記排気口へのガス平均引込み速度を、常時0.03〜5m/秒に設定してあるガラス板製造装置。 - 前記ガス平均引込み速度を、常時0.05〜5m/秒に設定してある請求項1に記載のガラス板製造装置。
- 前記境界部に前記上部構造の下面から垂下される区画部を設け、
前記区画部の下端部が、前記下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して前記下面から50〜95%の距離に位置する請求項1又は2に記載のガラス板製造装置。 - 前記上流区間の圧力が前記下流区間の圧力より大きくなるように、ガス導入量及び前記ガス平均引込み速度を調整してある請求項3に記載のガラス板製造装置。
- ガラス流を流動させるための溶融金属で満たされた溶融金属浴と、不活性ガス又は不活性ガスと還元性ガスとの混合ガスが導入される上部構造と、前記溶融金属浴と前記上部構造とを接続する側壁部とを備えたガラス板製造装置を用いてガラス板を製造するガラス板製造方法であって、
前記側壁部にガスを排気する排気口を設けるとともに、前記溶融金属浴の入口から出口までの範囲において、前記入口からの距離が全体の30〜80%となる範囲の所定位置に、上流区間と下流区間とを画定する境界部を設定し、
前記溶融金属浴の上流側の入口から溶融ガラスを流し込む工程と、
当該溶融ガラスを前記溶融金属上に浮遊させた状態で下流側に流動させて帯状のガラス流を形成する工程と、
当該帯状のガラス流を冷却固化させて前記下流側の出口からガラス板として搬出させる工程と、
前記ガラス板製造装置の稼働中に前記排気口よりガスを排出する工程と、
を包含し、
前記上流区間を、ガラス流の流動方向の長さが3.4m以下の複数の仮想領域で分割し、全ての仮想領域における前記排気口へのガス平均引込み速度を、常時0.03〜5m/秒に設定するガラス板製造方法。 - 前記ガス平均引込み速度を、常時0.05〜5m/秒に設定する請求項5に記載のガラス板製造方法。
- 前記境界部に前記上部構造の下面から垂下される区画部を設け、
前記区画部の下端部は前記下面から前記溶融金属の液面までの距離に対して前記下面から50〜95%の距離に位置するように構成した前記ガラス板製造装置を用いてガラス板を製造する請求項5又は6に記載のガラス板製造方法。 - 前記上流区間の圧力が前記下流区間の圧力より大きくなるように、ガス導入量及び前記ガス平均引込み速度を調整する請求項7に記載のガラス板製造方法。
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