JP6014138B2 - ガラスフロートチャンバー - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属の浴上にガラスを浮遊させるためのチャンバーに関し、またそれを平板ガラスの製造に使用することに関する。

ガラスフロートチャンバーでは、スパウトの先端を通ってガラスがスズの浴上へ流れ込む。薄いガラス（一般におよそ６ｍｍの、検討対象のガラスの平衡厚さ未満の厚さ）を製造するためには、当該ガラスを、トップロールと呼ばれる側部の歯車の作用により横断方向と軸線方向に引き伸ばし、フロートチャンバー下流の徐冷炉により軸線方向に引き延ばす。厚いガラス（一般におよそ６ｍｍの、検討対象のガラスの平衡厚さより大きい厚さ）を製造するためには、当該ガラスをトップロールの作用により横断方向に圧縮するとともに軸線方向に引き伸ばし、そして徐冷炉により軸線方向に引き伸ばす。従って、薄いガラス（一般におよそ６ｍｍの、検討対象のガラスの平衡厚さ未満の厚さ）を製造するためには、トップロールゾーンの後方で、ガラスはリストリクションと呼ばれる幅の減少に付される。溶融金属（一般にスズ）の必要量を減らすため、横方向の作動装置（例えばトップロールなど）を下流のシートと確実に接触させるため、及び金属（一般にスズ）がその露出表面から蒸発するのを制限するために、フロートチャンバーは流し込みと付形のためのゾーンの領域では幅が大きく、更に下流では幅が小さい。幅が異なるこれらの２つのゾーンの接続は、設計の容易さから、当業者が「ベイ」と呼ぶものの全体にわたって延在するショルダーによってなされる。「ベイ」は、長さ３．０４８ｍの当該設備の構造単位である。それは、フロートチャンバーの専ら長手方向における測定の単位である。「長手方向」とは、チャンバーにおいてガラスが流れる方向と理解され、この方向はチャンバーの軸線及びガラスリボンの軸線と平行である。フロートチャンバーは、今日では、全長（長手方向における、すなわちガラスが流れる方向における）が３．０４８メートルの並置された組み立てユニット（又はブロック）により構築されている。フロートチャンバーの形状は、それらが何年間も中断なしに運転しなければならない巨大な設備であることを考え、大部分が標準化されている。よって、チャンバーの全体形状を変更することによるリスクを冒すようなことはない。これが、フロートチャンバーが全て非常によく似た全体形状を有する理由である。特に、それらが側壁にショルダーを含む場合、そのショルダーは１３５°に近い角度（ショルダーの上流の壁とショルダーとで形成されるチャンバー内側の角度）を形成する。

国際公開第２００５／０７３１３８号パンフレット、米国特許第５８６２１６９号明細書、米国特許第１０５４３７１号明細書には、ガラスの流れの方向と１４０°の角度（ショルダーの上流の壁とショルダーとで形成されるチャンバー内側の角度）を実質的に形成する側面ショルダーを含むフロートチャンバーが教示されている。

米国特許第４８４３３４６号明細書には、側壁のショルダーなしのフロートチャンバーが教示されている。このようなチャンバーは、非常に融通がきかないので、大変に稀である。より具体的に言うと、それは、一般におよそ６ｍｍの、検討対象のガラスの平衡厚さに等しいかそれより大きい厚さのフロートガラスの生産に適しているに過ぎない。

米国特許第４１１５０９１号明細書には、２つの側面に側部ショルダーを含むフロートチャンバーが教示されており、これらのショルダーはガラスの流れの方向と９０°の角度を実質的に形成する。

１２５〜１４０°（ショルダーの上流の壁とショルダーとで形成されるチャンバー内側の角度）の側部ショルダーを含むフロートチャンバーでは、浮かび上がるガラスリボンはわずかに横方向に往復する動きを見せながら移動することが観測されている。このわずかな動きは、これまで説明することができず、そしてこのタイプの設備における固有の不安定な性質として認められてきた。しかし、その大きさが数ｃｍ程度であるため、端部を切断する際にやや大きめの公差を許容することが必要であり、大きなガラスカレットの損失を生じさせている。生産高の損失はほぼ１％程度である。

ガラスが移動する際にそれを支えている溶融金属の浴における対流運動を詳しく調べることによって、この問題の理由が見いだされた。より具体的に言うと、金属の浴は、ガラスにより推進される前方（ガラスの移動方向）への金属の流れと覆われていない金属の表面領域における戻りの流れとの間の混合ゾーンで乱流を形成する傾向がある。２つのグループの乱流が認められ、それぞれのグループはチャンバーの側壁の近くにある。これらの２つのグループの乱流は、チャンバーを下流から上流へと、すなわちガラスリボンの移動方向とは反対の方向に、移動する。チャンバー下流の一番遠い箇所では、乱流は同調していて、すなわち右の乱流が左の乱流と、チャンバーの下流の壁から同じ距離で、対応している、ということが観測されている。従って、これらの乱流のグループはチャンバー内を「同調して」移動するが、側壁の第一のショルダーが様相を逆にし、左の乱流は右の乱流とはもはや対応しなくなり、２つのグループの乱流間に間隔があく。側部での２つのグループの乱流間のこの様相の不一致は、たとえ更なるショルダーに出くわそうとも、それらがチャンバーの上流の壁の方向への動きを終えるまで維持される。乱流は溶融金属の不ぞろいの温度と関係がある。一つの乱流の温度は、２つのグループの乱流の間の温度よりも実質的に高い。この温度差は２０℃程度と推定される。液体金属のこのような温度差は、ガラスの粘度に局所的な影響を及ぼす。従って、乱流の様相の不一致の結果、ガラスの側端部でその温度と粘度の変動に不一致が生じることになる。そのため、チャンバーの長手方向の軸線に対してチャンバーの２つの側部に対照的に配置されたトップロールは、粘度が変動する端部のガラス中に食い込み、このリボンの一方の端部と他方の端部では粘度の変動が不一致になっている。上記のリボンの横方向の往復する動きの原因となっているのが、端部の粘度が不ぞろいのリボンへのトップロールのこの作用である。

溶融金属の覆われていない部分（ガラスによって覆われていない部分）の領域で金属の浴の内側に、一般に「フラッグ」と呼ばれるバリアを配置して、金属の覆われていない表面の領域における戻りの流れを制限することが、既に提案されている。その有効性はかなりのものであるが、なおも不十分である。

本発明は、上述の問題を改善する。

金属浴における乱流の様相の不一致をなくすことによって、リボンの横方向の動きをなくすことが可能であるということが見いだされた。側壁の険しすぎるショルダーをなくすことによって、金属浴における乱流の様相の不一致をなくすことが可能であるということが見いだされた。本発明によれば、チャンバー内の溶融金属の量を減らすために用いられるショルダーはなくさない。より具体的に言うと、スズはガラスを浮かべるためのこれらの温度で蒸発する傾向があり、チャンバー内の溶融金属の露出面を少なくすることは好都合である。よって、フロートチャンバーの側壁をチャンバーの上流よりも下流で互いに近くすることが好都合である。

本発明は第一に、上流壁、下流壁及び２つの側壁と、上流から下流への移動方向にガラスを進ませるためのロールを含む、溶融金属の浴上にガラスを浮遊させるためのチャンバーであり、側壁がガラスの移動方向でチャンバーの幅を減らすことになるショルダーを含んでいて、当該ショルダーは前記側壁の第１の箇所で始まって第２の箇所で終えており、これらの箇所は前記金属浴の表面と接触し、前記２つの箇所を通過する垂直平面が、ガラスの移動方向と平行で且つ第１の箇所を通過する垂直面と１５０°より大きいチャンバー内の角度を形成しているチャンバーに関する。

上流から下流へと通過するとき（チャンバー内のガラスの移動する方向に相当する期間）にフロートチャンバー内の側壁間の距離が滑らかに減少するようにするのが、この角度の大きな値である。この角度はまた、１６０°より大きいことが好ましく、１６５°より大きいことがより一層好ましい。一般に、この角度は１７５°未満である。

当該ショルダーは、それを通過するときにチャンバーの軸線に近くなり、下流の壁も接近するようなものである。

当該ショルダーは一般に、溶融金属の表面と接触するどのような一対の違った箇所がショルダーの一部を形成するにしても、当該２つの箇所を通過する垂直平面は、ガラスの移動方向と平行で当該箇所の一方又は他方を通過する垂直平面とチャンバー内で１５０°より大きく、好ましくは１６０°より大きい角度を形成するようなものである。

一般に、ガラスがチャンバーから出てゆく箇所での、すなわちチャンバーの下流壁の領域における、２つの側壁間の距離は、２つの側壁間の最大の距離と比べて少なくとも２０％小さく、多くの場合少なくとも３０％小さい。２つの壁の間のこの最大の距離は一般に、ガラスリボンが最大の幅を持つ領域にある。この最大の幅（リボンの及び壁間の）は、トップロールが薄いガラスの生産のためにシートを横方向に広くする付形ゾーンにおいて得られる（ガラスの平衡の高さが一般に６ｍｍの厚さ未満である場合を除いて）。より具体的に言うと、側壁が最大限まで互いに間隔をあけなくてはならないのは、ガラスを付形するこの箇所においてである。ガラスリボンのこの最大の幅は一般に、上流壁から５ｍと３０ｍの間の距離にある。こうして、本発明は、厚さが６ｍｍ未満の平板ガラスを製造するのに特に適している。

一方の側壁のショルダーは、ショルダーの上流の壁とショルダーそれ自体との間で壁の方向を変更することになる。この方向の変更は緩やかであり、すなわちそれは険しいショルダーなしにチャンバーの長手方向の中央の軸線の方に向けて壁を接近させることになる。一般に、ショルダーは長手方向の壁のまっすぐな部分から始まり、長手方向の壁の更に遠いまっすぐな部分で終える。長手方向において、ショルダーの長さは４ｍより大きく、好ましくは５ｍより大きく、更には１０ｍよりも大きく、２０ｍよりも大きく、３０ｍよりも大きい。一般に、長手方向において、ショルダーの長さは８０ｍより小さい。ショルダーの長さは６０ｍ未満であることができる。ショルダーを１つの「ベイ」にまたがって作るのでなく、２つのベイ（６．０９６ｍ）の距離にまたがって作ることにより、有意の改善が既に実現されている。よって、本発明によれば、ショルダーの長さは一般に長手方向の少なくとも２つのベイ（１２．１９２ｍ）である。ショルダーは、それ自体は一般に壁のまっすぐな部分である。

一般に、ショルダーは、チャンバーの上流壁と下流壁との総距離のうちの上流壁から２５％より大きい距離のところから始まる。一般にショルダーは、チャンバーの上流壁と下流壁との総距離のうちの上流壁から７５％未満の距離のところで終える。言うまでもなく、ショルダーは上流で「始まり」下流で「終える」。

一般に、チャンバーは長手方向の中央の軸線に対して対称である。これは、一方の側壁のショルダーは他方の側壁にあってそれと対称であるショルダーに一般に対応していることを意味する。このように、それぞれの側壁が本発明によるショルダーを含み、これらの２つのショルダーはチャンバーの長手方向の軸線に対して互いに対称の位置に置かれている。

本発明によるチャンバーの金属浴にはフラッグを配置することが可能である。

本発明はまた、本発明によるチャンバーでガラスを浮遊させることを含む平板ガラスの製造方法にも関する。本発明は、薄いガラスと厚いガラス（溶融金属上の溶融ガラスの平衡厚さより厚みがそれぞれ小さいか又は大きい）に適用可能である。最終の平板ガラスは一般に、厚みが０．０５ｍｍと３０ｍｍの間である。特に、ガラスは、溶融金属上の溶融ガラスの平衡厚さより薄いガラスを得るように、フロートチャンバー内の歯付きのローラーの作用によって横方向及び軸線方向に引き伸ばすことができる。このように、本発明による方法は、厚さが６ｍｍ未満（０．０５ｍｍと６ｍｍの間）の平板ガラスを製造するのに特に適している。一般に、２つの側壁間の距離は、ガラスリボンが最大の幅を有する領域における２つの側壁間の距離と比べて、チャンバーの下流壁の領域において２０％以上小さく、あるいは３０％以上小さい。一般に、ガラスリボンの最大の幅は、下流壁から５ｍと３０ｍの間の距離のところに位置する。

本発明によるフロートチャンバーの形状は、より正確にガラスリボンの形状に従い、ガラスの板とチャンバーの側壁との間のガラスにより覆われていないスズの露出表面を減少させる。端部の露出表面の幅の減少は、スズの下流の流れと上流の流れを一つにして、スズ内の自然な伝導と対流による移動を改善する。これは、スズの上流の流れと下流の流れとの温度差を減らすことになり、従って不安定さの原因となる温度の一時的なゆらぎの幅を減少させることになる。

従来技術によるフロートチャンバーを示す図である。 本発明によるフロートチャンバーを示す図である。

図１は、従来技術によるフロートチャンバーを示している。このチャンバーは、長手方向の中央の軸線ＡＡ’に関して対称であり、２つの側壁１、２、上流壁３、及び下流壁４を含んでいる。溶融ガラス５は、上流で金属の浴６の上に流し込まれ、トップローラー８により引き延ばされ下流へ推進されてガラスリボン７を形成する。下流で凝固したガラスリボンは、下流壁４を通ってチャンバーから出てゆく。このリボンが、双方向の矢印１６によって示した横方向の往復の動きのもととなる。本発明によりなくすことができるのがこの動きである。側壁はおのおの、２つのショルダー９、１０と９’、１０’を含む。これらのショルダーは全て同一であり、長手方向において図１の“ｂ”で示したベイの長さにわたってチャンバーの幅（側壁間の距離）を急激に減らすことになる。これらのショルダーは、ショルダーの上流壁とショルダー自体との間において側壁におよそ１３５°の角度αを形成する。下流の金属浴に乱流が形成されて、上流へ移動する。乱流１１と１１’のグループは、下流壁から同じ距離のところに位置しているので同調している（破線で示した一直線の部分がそれらの位置がそろっているのを示している）。同じことが乱流１２と１２’のグループにも当てはまる。しかし、ショルダー１０と１０’を過ぎた後では、乱流１３、１４及び１５はもはや同調していないことが観測される。

図２は、本発明によるフロートチャンバーを示している。このチャンバーは、長手方向の中央の軸線ＡＡ’に関して対称であり、２つの側壁１、２、上流壁３、及び下流壁４を含んでいる。溶融ガラス５は、上流で金属の浴６の上に流し込まれ、トップローラー８により引き延ばされ下流へ推進されてガラスリボン７を形成する。下流で凝固したガラスリボンは、下流壁４を通ってチャンバーから出てゆく。側壁はおのおの、ショルダー２１、２２を含んでいる。これらのショルダーは、上流から下流へと進む際に側壁を接近させることになる。これらのショルダーは、図１の場合よりもはるかに緩やかである。長手方向において、各ショルダーはおおよそ５ベイの長さ（図２において５ｂと表記された）を有する。これらのショルダーはそれぞれ２５と２５’の箇所で始まり、それぞれ２６と２６’の箇所で終える。ショルダーのうちの一方のもの（ガラスの移動方向において左側の側壁）の開始箇所２５と終了箇所２６とを垂直平面２３が通過している。それは、ガラスの移動方向と平行で第１の箇所２５を通過する垂直平面２４と角度αを形成しており、この角度はチャンバーの内側にあるものである。この角度は１５０°より大きい。各ショルダーは、上流壁からの距離が上流壁と下流壁との距離の２５％より大きいところで始まっていることが分かる。各ショルダーは、上流壁からの距離がチャンバーの上流壁と下流壁との総距離の７５％より小さいところで終えていることも分かる。

Claims (19)

1. 上流壁、下流壁及び２つの側壁と、上流から下流への移動方向にガラスを進ませるとともにガラスリボンを横方向に広くするためのロールを含む、ガラスリボンを形成することにより溶融金属の浴上にガラスを浮遊させるためのチャンバーであり、側壁がガラスの移動方向でチャンバーの幅を減らすことになるショルダーを含んでいて、当該ショルダーは前記側壁の第１の箇所で始まって第２の箇所で終えており、これらの箇所は前記金属浴の表面と接触するチャンバーであって、前記２つの箇所を通過する垂直平面が、ガラスの移動方向と平行で且つ第１の箇所を通過する垂直面と１５０°より大きいチャンバー内の角度を形成していること、前記ショルダーが当該チャンバーの上流壁と下流壁との間の総距離の２５％より大きい前記上流壁からの距離のところで始まること、そして当該ショルダーが当該チャンバーの上流壁と下流壁との間の総距離の７５％より小さい前記上流壁からの距離のところで終えることを特徴とする、溶融金属の浴上にガラスを浮遊させるためのチャンバー。
2. 前記角度が１６０°より大きいことを特徴とする、請求項１記載のチャンバー。
3. 前記角度が１６５°より大きいことを特徴とする、請求項２記載のチャンバー。
4. 前記角度が１７５°より小さいことを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載のチャンバー。
5. 前記２つの側壁間の距離が、当該チャンバーの下流壁の領域において、当該２つの側壁間の最大の距離よりも２０％以上小さいことを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載のチャンバー。
6. 前記２つの側壁間の距離が、当該チャンバーの下流壁の領域において、当該２つの側壁間の最大の距離よりも３０％以上小さいことを特徴とする、請求項５記載のチャンバー。
7. 長手方向における前記ショルダーの長さが４ｍより大きいことを特徴とする、請求項１〜６の１つに記載のチャンバー。
8. 長手方向における前記ショルダーの長さが５ｍより大きいことを特徴とする、請求項７記載のチャンバー。
9. 長手方向における前記ショルダーの長さが１０ｍより大きいことを特徴とする、請求項８記載のチャンバー。
10. 長手方向における前記ショルダーの長さが８０ｍより小さいことを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載のチャンバー。
11. 前記２つの側壁の前記ショルダーが当該チャンバーの長手方向の軸線に対し互いに対称の位置にあることを特徴とする、請求項１〜１０の１つに記載のチャンバー。
12. 長手方向の中央の軸線に関して対称であることを特徴とする、請求項１〜１１の１つに記載のチャンバー。
13. 請求項１〜１２の１つに記載のチャンバーにおいてガラスを浮遊させることを含む、平板ガラスの製造方法。
14. 前記フロートチャンバーにおいて歯付きのローラーの作用により前記ガラスを横方向と軸線方向に引き伸ばすことを特徴とする、請求項１３記載の方法。
15. 前記平板ガラスが前記溶融金属上での平衡厚さ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１３又は１４記載の方法。
16. 前記平板ガラスの厚さが６ｍｍ未満であることを特徴とする、請求項１３〜１５の１つに記載の方法。
17. 前記２つの側壁間の距離が前記チャンバーの前記下流壁の領域において、ガラスリボンの幅が最大である領域における前記２つの側壁間の距離と比べて２０％以上小さいことを特徴とする、請求項１３〜１６の１つに記載の方法。
18. 前記２つの側壁間の距離が前記チャンバーの前記下流壁の領域において、ガラスリボンの幅が最大である領域における前記２つの側壁間の距離と比べて３０％以上小さいことを特徴とする、請求項１７記載の方法。
19. 前記ガラスリボンの最大の幅が前記上流壁から５ｍと３０ｍの間の距離のところに位置することを特徴とする、請求項１３〜１８の１つに記載の方法。

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