JP5816292B2 - 焼き戻し装置用ノズル - Google Patents

Description

本発明は、ノズルによって放出される空気ジェットによってガラス板を冷却する装置に関する。

ガラスが冷却される速度は、ガラスの機械的特性、特に、衝撃に対する挙動と、ガラスの表面硬さに影響を与える。通常は、フロートガラス焼きなまし炉の中でゆっくりとガラスを冷却することができる。この場合、最終のガラス製品は切断することができるが、ガラスが破砕した場合に、先のとがった大きなガラス片になり、これは安全性の点で問題があると見なされる場合がある。耐衝撃性が改善されたガラス（先のとがっていない小さなガラス片に破砕する）にするために、ガラスを半硬化する、硬化する、または焼き戻すことができる。このようなガラスは、より急速に冷却することで得られる。このガラスの急速冷却は、通常、ノズルによって高温なガラスに冷却用空気を吹き付けることで行われる。

多くのタイプのノズルがすでに開示されている。特に、国際公開第００／２３３８７号、国際公開第９９／１２８５５号、国際公開第２００６／０７６２１５号、および米国特許第３８８１９０７号明細書には、移動するガラス板の真下に水平に配置されるパイプ状のノズルで、その（水平方向の）長さが冷却されるガラス板の幅と一致するノズルが記載されている。ノズルは、ガラスに向けて空気を放出するために、穴が開けられている、またはスロットを備える。したがって、この場合のノズルは、一端が塞がれ、ガラスの移動方向に対して横断方向に配置された水平パイプである。

米国特許第３３９３０６２号明細書には、断面が空気流の流れ方向に向かって次第に大きくなるコーンで終端するチューブ状ノズルが記載されている。米国特許第２９４８９９０号明細書、米国特許第４５１９８２９号明細書、および米国特許第４５７８１０２号明細書には、断面が空気流の流れ方向に向かって次第に小さくなるコーンで終端するチューブ状ノズルが記載されている。

米国特許第５５６２７５０号明細書には、断面が空気流の流れ方向に向かって次第に大きくなり、グリルで終端する円錐ノズルが記載されている。

国際公開第２０００／２３３８７号 国際公開第９９／１２８５５号 国際公開第２００６／０７６２１５号 米国特許第３８８１９０７号明細書 米国特許第３３９３０６２号明細書 米国特許第２９４８９９０号明細書 米国特許第４５１９８２９号明細書 米国特許第４５７８１０２号明細書 米国特許第５５６２７５０号明細書

本発明のノズルにより、ガラス板が冷却される時に高水準の熱交換が得られる。このことにより、ガラスの強化効果を高めることができ、および／またはノズルを通して空気を運ぶのに使用されるファンの出力を低減することができる。強化効果が増大するということは、すなわち、例えば、ＥＣＥ Ｒ４３規則に従う破壊試験で、単位表面当りのガラス片の数が増加するということである。ノズルによって得られる熱交換係数は、ノズルから空気を放出させるためのオリフィスの真向かいに位置するガラスの表面上の点で高いだけでなく、この点の周囲の一定距離、特に、３０ｃｍまでの範囲で高い。

ノズルは、ガラスより冷たい温度の空気を吹き付けることでガラス板を冷却する器具として使用されるものである。冷却により、表面の硬化が得られる（用語「硬化」は、半硬化および焼き戻しを含む）。この冷却プロセスでは、ガラスが少なくとも５８０℃、一般には、少なくとも６１０℃の温度になった時に空気の吹き付けが開始される。吹き付けプロセスの開始時は、ガラスは、一般に、６１０℃〜６５０℃の温度である。ノズルによって放出される空気は、一般に、周囲温度の空気、またはわずかに加熱されたファンによって送られる時にわずかに加熱された空気である（吹き付けられる空気の温度は、一般に、０℃〜６０℃である、または動作条件に応じてそれよりも高い）。

本発明はさらに、本発明の複数のノズルを備える装置に関する。前記ノズルは、空気が供給される少なくとも１つのボックスに取り付けられる。ノズルは、ボックスから冷却用空気を受け取る。少なくとも１つのファンが、空気をボックスからノズルに循環させる。

本発明は、主に、パイプ状の少なくとも１つのノズルによって放出される空気ジェットによってガラス板を冷却する装置にして、前記ノズルに空気を供給するボックスを備える装置であって、ノズルの放出オリフィスから放出される空気流は、内部断面が空気流の流れ方向に向かって次第に小さくなる円錐状部と、その後に、放出オリフィスを備える円筒状部で、内部断面が円錐の最も小さい内部断面および放出オリフィスの内部断面と一致する円筒状部とを連続して通過することを特徴とする装置に関する。

本発明のノズルは、少なくとも２つの部分がパイプ状のノズルである。本発明のノズルは、内径が空気流の流れ方向に向かって次第に小さくなる円錐状部と、それに続いて、内径が取り付けられる円錐の最も小さい内径と一致する円筒状部とを備える。この場合、ノズルはパイプである、すなわち、一般に、厚さ０．５ｍｍ〜５ｍｍ、より一般には、０．５ｍｍ〜２ｍｍの壁で分離された外部エンベロープと内部エンベロープとを備えるチャネルである。外部エンベロープは、一般に、パイプの内部エンベロープと同じ形であるが、当然、壁の厚さがあるので内部エンベロープより大きい。複数のノズルは、実質的に同じ方向に吹き付けるために吹き付け装置の中にまとめられる。ノズルがパイプ状であるということは、ノズルが自由空間によって互いに分離されているということである。一般に、ノズルがガスを放出するオリフィスに面する側に取り付けられるボックスは別として、１つのノズルを別のノズルに結合する接続片はない。特に、ノズルは、ノズルの円錐状部の大きい直径部分（大きい円錐底面）でボックスに取り付けられる。ノズルはさらに、ガスを供給するボックスとノズルの円錐状部の大きい底面との間にチューブ状部を備える。一般に、チューブ状部の内部断面は、円錐の大きい底面の領域で円錐状部の内部断面以上の大きさである。

ノズルが互いにはっきりと分離されているということは、以下の利点がある：
―吹き付けられた空気を排出しやすい。
―ガラス板が破砕した場合には、ガラス片は、次のガラス板の移動を妨げることなく前記自由空間に落ちる。

本発明は、基本的には、長さが、通常、５０ｍｍより長い、好ましくは、１００ｍｍより長いパイプ状のノズルに関する。一般に、ノズルの長さは、３００ｍｍ未満である。上述の長さは、冷却ガスを放出するオリフィスに前記ガスを供給するボックスからのノズルの全長である。ガスを放出するオリフィスを含むノズルの円筒状部の長さは、ガスを放出するためのオリフィスの直径の６倍以上であり、好ましくは、放出オリフィスの直径の８倍以上である。一般に、ノズルの円筒状部の長さは、放出オリフィスの直径の２０倍未満である。放出オリフィスの直径は、一般に、４ｍｍより大きい。放出オリフィスの直径は、一般に、２０ｍｍ未満である。好ましくは、放出オリフィスの直径は、６ｍｍ〜１５ｍｍであり、より一般的には、８ｍｍ〜１２ｍｍである。当然、放出オリフィスの直径は、放出オリフィスの領域のパイプの内径になる。

円錐状部は、円筒状部に対してノズルの長さの残りの部分になる。前記円錐状部の長さは、一般に、１０ｍｍより長い。前記円錐状部の長さは、一般に、２７０ｍｍ未満である。一般に、円錐状部の小さい直径に対する大きい直径の比は、１．２より大きい。一般に、円錐状部の小さい直径に対する大きい直径の比は、４未満である。一般に、円錐状部の大きい直径は、４０ｍｍ以下である。一般に、円錐状部の先端の半角は、７°〜３５°であり、より一般的には、１０°〜２５°である。

さらに、ノズルは、ガスを供給するボックスと円錐状部の大きい底面との間に位置する追加のチューブ状部を備えてもよい。一般に、前記チューブ状部の内部断面は、円錐の大きい底面の領域の円錐状部の内部断面以上の大きさである。一般に、前記追加のチューブ状部の内部断面は、均一であり、円錐の大きい底面の領域の円錐状部の内部断面に等しい。前記追加のチューブ状部は、正確な位置で空気ジェットを当てることができるように非線形にしてもよい。特に、前記追加のチューブ状部の形状を利用して、ガラス板の搬送台のローラ間に放出オリフィスを配置するように、またはノズルの放出オリフィスの軸（前記軸はノズルからの吹き付け方向に走る）が２つの搬送ローラ間を通るようにして、吹き付け空気が前記ローラによって搬送されるガラス板に直接当たるようにすることができる。この搬送ローラ台は、軸が平行である、または軸が、一般に、３０℃未満の角度（隣接するローラの軸間の角度）を成す複数のローラを備える。一般に、前記追加のチューブ状部の長さ（輪郭に沿って測定した長さ、すなわち、チューブ状部が直線状でない場合は真っ直ぐにした長さ）は、チューブ状部の内径の１０倍未満である。

上述の直径の値は、パイプの断面が全体的に円形断面でない場合は、同等の直径（同じ表面積の円の直径）とする。しかし、一般に、パイプ（ノズル）は、全長にわたって円形断面を有する。

ガラス板は、特に、移動される時に、本発明のノズルによって吹き付けられる空気によって冷却されてもよい。特に、ガラス板は、毎秒１００ｍｍ〜６００ｍｍの速さで移動されてもよい。

一般に、空気を放出するオリフィスは、ガラスから前記放出オリフィスの直径の０．５〜１０倍に相当する距離だけ離間される。

本発明はさらに、ガラス板を製造する方法であって、前記ガラス板を加熱するステップと、その後に、本発明の装置によってガラス板を冷却するステップとを含む方法に関する。特に、硬化は、焼き戻しの場合、冷却プロセスで得られる。ガラス板は、空気が放出されている間に移動することができる。

本発明の種々のノズルを示す図である。 本発明のノズルの効率を測定するのに使用される装置を示す図である。

図１は、本発明の種々のノズルを示す図である。前記ノズルは、円錐状部１と、それに続いて円筒状部２とを備えるパイプから成る。空気は、放出オリフィス３からガラスに向けて排出される。ノズルは、ボックス４に取り付けられる。図１（ａ）のノズルの場合、ノズルは、円錐状部の大きい底面の領域でボックス４に取り付けられる。図１（ｂ）のノズルの場合、空気通路より上で円錐状部の前に追加の円筒状（チューブ状）部５が配置される。前記追加の円筒状部５の内径は、円錐状部の円錐の大きい底面の内径と一致する（同じことが内部断面についても言える）。図１（ｂ）のノズルでは、円筒状部の長さ２０、円錐状部の長さ２１、さらに円錐状部の先端の半角αとして示されている。前記半角は、一般に、７°〜３５°、より一般的には、１０°〜２５°である。図１（ｃ）のノズルの場合、空気通路より上で円錐状部の前に追加の非線形のチューブ状部６が配置される。この追加のチューブ状部６の内部断面は、均一であり、円錐状部の大きい底面の内部断面と一致する。前記追加のチューブ状部６の形状を利用して、ガラス板を搬送するローラ台の２つの搬送ローラ間に放出オリフィスを位置決めすることができる。ボックス４内の矢印は、冷却用空気の循環を表す。

図２は、特に、実施例１〜実施例３に関して、本発明のノズルの効率を測定するのに使用される装置を示す図である。３つのノズル１０は、同じボックス１１によって、周囲温度の空気が供給される。空気は、金属プレート１２に吹き付けられる。金属プレート１２は、加熱され、プレート１２に形成されたオリフィス１３に配置されるフラックスメータセンサ１４が取り付けられる。フラックスメータ１４は、プレート１２と面一となる。前記装置により、吹き付けられる空気とプレートとの間の熱交換係数を推定することができる。

図１および図２に示されている装置は、正確な縮尺ではない。

（実施例１〜実施例３）
異なる３つのタイプのノズルを、表面を冷却する効率について比較した。前記ノズルは以下の形態である：
（実施例１）
冷却ガスが通過する順に（空気を放出オリフィスに供給するボックスからの方向に沿って）、長さ１１０ｍｍ、出口内径１０ｍｍ、入口内径２２ｍｍの円錐状部と、それに続いて、長さ１１０ｍｍ、内径１０ｍｍの円筒状部とを組み合わせた本発明のノズル。
（実施例２）
先行技術のノズルであって、内径１０ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒状部から成るストレートノズル（比較例）。
（実施例３）
先行技術のノズルであって、長さ２２０ｍｍ、出口オリフィスの直径１０ｍｍ、空気入口直径２２ｍｍの円錐状部から成る円錐ノズル（比較例）。

それぞれの試験では、約２０個の同じ形状のノズルが、ファンによって空気が供給されるボックスを塞ぐプレートに垂直に取り付けられた。ノズルは、列を成し、互いに一列になって（軸から軸まで）４０ｍｍだけ離間された。列間は、互いに６０ｍｍ離間され、ノズルが互い違いになるように配置された。ボックス内の空気圧は、２５００水柱ミリメートル（ｍｍＷＣ）とした。空気は、ヒートフラックスメータセンサが取り付けられた鋼製プレートに垂直に吹き付けられた。フラックスメータセンサは、プレートと面一に（すなわち、プレートから突出しないように）取り付けられた。次に、プレートは（ひいては、フラックスメータセンサも同様に）、吹き付け軸に対する距離に応じた冷却効率を測定するために空気流の流れ方向に対して横断方向にずらされた。

その結果は、表１に示されている。結果は、ノズルアレイの中心からの距離０．８ｍｍと１６ｍｍとに関して示されている。値は、熱交換係数Ｗ／ｍ^２Ｋ（空気温度とプレートの表面温度との間の熱流速／差）である。

（実施例４〜実施例６）
６つの焼き戻し用ボックスには、それぞれのボックスに１６０個のノズルが取り付けられている。３つのボックスは、ガラス板の上面に吹き付ける第１のグループとし、３つのボックスはガラス板の下面に吹き付ける第２のグループとした。ガラス板は、ローラ台によって２つのグループのボックス間を通過するように水平に移動された。

２つの以下のタイプのノズルを２つの別個の試験で比較した：
ａ）（実施例４）
（冷却ガスが通過する順に）、高さ２０ｍｍ、出口直径１０ｍｍ、入口直径１６ｍｍの円錐状部と、それに続いて、長さ１１０ｍｍ、直径１０ｍｍの円筒状部とを組み合わせた本発明のノズルで、円錐状部の上流側に直径１６ｍｍ、長さ９０ｍｍの円筒状部が配置され、放出オリフィスの直径に対する円筒状部の長さの比が１１であるノズル。
ｂ）（実施例５）
先行技術のノズルであって、内径１０ｍｍ、長さ２２０ｍｍの円筒状部から成るストレートノズル（比較例）。
ｃ）（実施例６）
（冷却ガスが通過する順に）、高さ５０ｍｍ、出口直径１０ｍｍ、入口直径１６ｍｍの円錐状部と、それに続いて、長さ５０ｍｍ、直径１０ｍｍの円筒状部とを有する円錐状部を組み合わせたノズルで、円錐状部の上流側に直径１６ｍｍ、長さ１２０ｍｍの円筒状部が配置され、放出オリフィスの直径に対する円筒状部の長さの比が５であるノズル（比較例）。

ノズルは、互い違いに配置された。ボックス内の空気圧は、２７００水柱ミリメートル（ｍｍＷＣ）とした。

ガラス板の寸法は、５０ｃｍ×５０ｃｍ、厚さ３．１５ｍｍとした。ガラス板は、６３０℃の温度、毎秒２３０ｍｍの速度で、上部ボックスと下部ボックスとの間に達するようにした。ボックスによって生じる冷却領域は、水平方向に１ｍとした。ノズルから空気を放出するオリフィスは、ガラスから２０ｍｍ離間された。

焼き戻し後、ＥＣＥ Ｒ４３規則に従って、焼き戻しされたガラス板の破砕試験が行われた。同じ数の破片数にするには、実施例５と実施例６のノズルと比べて、本発明のノズルの場合、回転速度を６％減少させることができる。これにより、電気エネルギーは２５％低減する。同じファン速度を維持した場合、破壊試験時に、本発明のノズルの場合、約６０％多い破片が生じることになる。実施例５および実施例６は、実質的に同じ結果となる。

Claims (17)

1. パイプ状の少なくとも１つのノズルによって放出される空気ジェットによってガラス板を冷却する装置にして、前記ノズルに空気を供給するボックスを備える装置であって、ノズルの放出オリフィスから放出される空気流は、内部断面が空気流の流れ方向に向かって次第に小さくなる円錐状部と、その後、放出オリフィスを備える円筒状部で、内部断面が円錐の最も小さい内部断面および放出オリフィスの内部断面と一致する円筒状部とを連続して通過し、ノズルの円筒状部の長さは放出オリフィスの直径の６倍以上の長さであることを特徴とする、装置。
2. ノズルの円筒状部の長さが、放出オリフィスの直径の８倍以上であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ノズルの円筒状部の長さが、放出オリフィスの直径の２０倍未満であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 放出オリフィスの直径が、４ｍｍより大きく、２０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１から３のうちの１項に記載の装置。
5. 放出オリフィスの直径が、６ｍｍ〜１５ｍｍであることを特徴とする、請求項１から４のうちの１項に記載の装置。
6. 円錐状部の長さが、１０ｍｍより長いことを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 円錐状部の長さが、２７０ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１から６のうちの１項に記載の装置。
8. 円錐状部の先端の半角が、７°〜３５°であることを特徴とする、請求項１から７のうちの１項に記載の装置。
9. 円錐状部の先端の半角が、１０°〜２５°であることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
10. ノズルが、円錐状部の大きい底面とボックスとの間に配置される追加のチューブ状部を備えることを特徴とする、請求項１から９のうちの１項に記載の装置。
11. 追加のチューブ状部が、非線形であることを特徴とする、請求項１０に記載の装置。
12. 複数の前記ノズルを備えることを特徴とする、請求項１から１１のうちの１項に記載の装置。
13. ガラス板を搬送するローラ台を備え、放出オリフィスの軸は２つのローラ間を通ることを特徴とする、請求項１から１２のうちの１項に記載の装置。
14. ガラス板を加熱するステップと、その後、請求項１から１３のうちの１項に記載の装置を使用して空気を放出することによって前記ガラス板を冷却するステップとを含む、ガラス板の調製方法。
15. 硬化が、冷却プロセスによって得られることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 冷却プロセスが、焼き戻しプロセスであることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. ガラス板が、空気が放出されている間に移動することを特徴とする、請求項１４から１６のうちの１項に記載の方法。

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