JP7404881B2 - フロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、フロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法に関する。
フロートガラス製造装置は、溶融金属を収容するフロートバスと、溶融金属上で帯板状に成形されたガラスリボンが搬入される徐冷炉と、フロートバスと徐冷炉との間に設けられるドロスボックスとを備える。
ドロスボックス内には、ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープが配置される。ドレープは、ドロスボックス及びフロートバス内の圧力が変動すること、並びに徐冷炉内の酸素及び徐冷炉内に供給されるＳＯ２ガスがドロスボックス及びフロートバスに侵入することを防止する機能を果たす。
ドレープは、ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が常にフロートバスからの雰囲気の圧力を受けている状態にある。そのため、ドレープは、時間の経過とともに、ガラスリボンの搬送方向の下流側の面が膨れて変形し、上記の機能を充分に果たせないことがあった。
そこで、ドレープが変形するのを防止するため、フレーム部とコルゲート鉄板部とを有し、ガラスリボンの搬送方向の下流側に補強手段を設けているドレープが提案されている（特許文献１参照）。ここで、コルゲート鉄板部（本発明のシート部に対応）は、ステンレス製で波形形状を有するコルゲート鉄板であり、厚みが０．１ｍｍ～０．２ｍｍの薄厚のものが使用され、剛性がある程度高く、かつ、軽量なものである。
しかし、ドロスボックス内の雰囲気温度は５５０℃以上であるため、特許文献１のステンレス製のコルゲート鉄板は、ステンレスに含まれるクロムと炭素とが結合してクロム炭化物が結晶粒界に生じる現象（いわゆる鋭敏化）により、結晶粒界に沿って腐食が進行しやすい。そして、ドロスボックス内には、徐冷炉内の酸素及びＳＯ２ガスが侵入してくるため、コルゲート鉄板は、酸素及びＳＯ２の腐食により、剛性が低下して変形することがあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ドロスボックス内に配置されるドレープのシート部の変形を防止できるフロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のフロートガラス製造装置は、溶融金属を収容するフロートバスと、前記溶融金属上で帯板状に成形されたガラスリボンが搬入される徐冷炉と、前記フロートバスと前記徐冷炉との間に設けられるドロスボックスとを備えたフロートガラス製造装置であって、前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下である非金属材料であり、前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とする。
また、本発明のフロートガラス製造方法は、フロートバスの溶融金属上で帯板状のガラスリボンを成形し、ドロスボックスに設けられたリフトアウトロールによって前記ガラスリボンを前記フロートバスから引き出し、徐冷炉で前記ガラスリボンを徐冷するフロートガラス製造方法であって、前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下である非金属材料であり、前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とする。
本発明のフロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法によれば、ドロスボックス内に配置されるドレープのシート部の変形を防止できる。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図面において、同一の又は対応する構成には、同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。本明細書において、数値範囲を表す「～」はその前後の数値を含む範囲を意味する。なお、以下の説明において、「上流側」とはガラスリボンの搬送方向の上流側を指し、「下流側」とはガラスリボンの搬送方向の下流側を指す。
（フロートガラス製造装置）
図１を用いて本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置の一部断面図である。
図１を用いて本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造装置の一部断面図である。
フロートガラス製造装置１は、溶融金属Ｍを収容するフロートバス１０と、溶融金属Ｍ上で帯板状に成形されたガラスリボンＧが搬入される徐冷炉２０と、フロートバス１０と徐冷炉２０との間に設けられるドロスボックス３０とを備える。ドロスボックス３０は、ガラスリボンＧを搬送する複数のリフトアウトロール４の上部にドレープ６を有する。
所望の幅や厚みに成形されたガラスリボンＧは、リフトアウトロール４や搬送ロール２１の牽引力によって溶融金属Ｍの浴面１２から引き揚げられる。そして、ガラスリボンＧは、フロートバス１０の出口１３からドロスボックス３０内に搬入された後、リフトアウトロール４によって徐冷炉２０内に搬入され、搬送ロール２１によって搬送されながら徐冷される。その後、ガラスリボンＧは、徐冷炉２０外に搬出され、室温付近まで冷却された後、所定寸法に切断され、製品であるガラス板となる。
ガラス組成は、ガラス板の用途等に応じて適宜選定される。例えば、ガラス板の用途が液晶ディスプレイ用ガラス基板の場合、アルカリ金属が液晶ディスプレイの品質に悪影響を及ぼすので、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等のアルカリ金属酸化物を実質的に含有しない無アルカリガラスが用いられる。ここで、アルカリ金属酸化物を実質的に含有しないとは、アルカリ金属酸化物の含有量の合量が０．１質量％以下を意味する。
フロートバス１０内の上部空間は、溶融金属Ｍの酸化を防止するため、窒素及び水素を含む還元性混合ガスで満たされている。また、フロートバス１０内の上部空間は、外部からの空気の流入を防止するため、大気圧よりも高く設定されている。フロートバス１０内の還元性雰囲気は、フロートバス１０の出口１３からドロスボックス３０に向けて流出している。フロートバス１０の出口１３付近には、ガラスリボンＧを塑性変形可能な温度に調節するヒータ１８が設けられている。なお、溶融金属Ｍに用いられる金属は、例えば錫又は錫合金である。
徐冷炉２０は、下流側の出口が外部に開放されている。また、徐冷炉２０内のガラスリボンＧの下面は、緩衝膜を形成するため、ＳＯ２ガスが供給される。そのため、徐冷炉２０の内部は、酸素及びＳＯ２ガスを含む雰囲気になっている。徐冷炉２０の内部は、ドロスボックス３０の内部を介して、フロートバス１０の内部と連通している。
徐冷炉２０内には、搬送ロール２１の他にヒータ２８等が設けられている。複数の搬送ロール２１は、それぞれ、モータ等の駆動装置によって回転駆動され、その駆動力によってガラスリボンＧを水平方向に搬送する。
ドロスボックス３０は、上部の外壁３１が断熱材３３で覆われ、下部の内壁３２が断熱材３４で覆われている。断熱材３３、３４を用いることで、ドロスボックス３０からの放熱を抑制し、ガラスリボンＧの温度分布を安定化させることができ、製品の反りを抑制することができる。
ドロスボックス３０内には、リフトアウトロール４の他に、接触部材５、ドレープ６、ヒータ８等が設けられている。複数のリフトアウトロール４は、それぞれ、モータ等の駆動装置によって回転駆動され、その駆動力によってガラスリボンＧを斜め上方に向けて搬送する。リフトアウトロールの数は、複数である限り、特に限定されない。
接触部材５は、リフトアウトロール４の下部に設けられる。複数の接触部材５は、それぞれ、対応するリフトアウトロール４の外周面に摺接して、ガラスリボンＧの下方を複数の空間３５～３８に仕切っている。
ドレープ６は、ガラスリボンＧの上方及びリフトアウトロール４の上部位置に設けられ、ガラスリボンＧの上方空間を遮蔽する。ドレープ６は、外壁３１によって吊持され、ガラスリボンＧの搬送方向に間隔を空けて複数設けられる。フロートバス１０の出口１３から流出した還元性雰囲気は、ドロスボックス３０内のガラスリボンＧの上方空間を通って、徐冷炉２０の入口２３（ドロスボックス３０の出口３９）に向けて流れている。
ドレープ６は、徐冷炉２０から酸素が侵入することを制限し、ドロスボックス３０内の酸素濃度の増加を規制する。これにより、還元性雰囲気に含まれる水素の燃焼が抑制され、水素の燃焼炎によるガラスリボンＧの温度変動や局部加熱を抑制することができる。また、ドレープ６は、徐冷炉２０からＳＯ２ガスが侵入することを制限し、ドロスボックス３０内の還元性雰囲気に含まれる水素とＳＯ２が反応してＨ２Ｓが生成することを抑制する。これにより、ドロスボックス３０の炉殻を構成する金属材料の腐食を抑制することができる。そして、ドレープ６は、ガラスリボンＧの搬送を妨げないように、ガラスリボンＧの上面からわずかに（例えば１ｃｍ）離間するように配置されている。
複数のヒータ８は、ガラスリボンＧの上下両側に離間して設けられ、それぞれ、ガラスリボンＧの搬送方向に複数列設けられている。各列のヒータ８は、ドレープ６同士の間や接触部材５同士の間に設けられている。各列のヒータ８は、ガラスリボンＧの幅方向の温度分布を均一にするため、ガラスリボンＧの幅方向に分割されていることが好ましい。ドロスボックス３０内の雰囲気温度は、ガラス組成によって異なるが、５５０℃以上に調節される。
なお、フロートガラス製造装置１は、ドレープ６の高さの管理、ドレープ６とガラスリボンＧとの隙間の管理、ガラスリボンＧの割れの検出等を実施するため、監視カメラを備えることが好ましい。監視カメラは、ドロスボックス３０の側壁部の外側に設けられ、該側壁部の窓からドロスボックス３０内のドレープ６及びガラスリボンＧを撮影する。そして、監視カメラが撮影した画像は、画像処理が施される。これにより、ガラスリボンＧの幅方向におけるドレープ６とガラスリボンＧとの隙間の距離を経時的に計測できる。
そして、ドレープ６の高さを調節してドレープ６とガラスリボンＧとの隙間の距離を一定に保つことで、該隙間を流れる還元性雰囲気の流量が一定になるため、ガラスリボンＧの品質を安定させることができる。
また、ドレープ６は、後述するように、シート部の変形を防止できるので、ドレープ６とガラスリボンＧとの隙間の距離を計測することにより、ガラスリボンＧの反りを定量的に評価できる。これにより、早期にドロスボックス３０内のヒータ８を調節できるようになるので、フロートガラスの反りが悪化することを抑制できる。
（ドレープ）
次に、図２を用いてフロートガラス製造装置を構成するドレープについて説明する。
次に、図２を用いてフロートガラス製造装置を構成するドレープについて説明する。
図２は、図１のドレープの概略構成図であり、（Ａ）は（Ｂ）及び（Ｃ）のＩ－Ｉ矢視断面図であり、（Ｂ）はドレープの正面図であり、（Ｃ）は（Ａ）のＩＩ－ＩＩ矢視断面図である。ここで、図２（Ｂ）は、ドレープを上流側から下流側に向けて見たときの正面図である。
図２（Ａ）に示すように、ドレープ６は、シート部６２と、シート部６２の上部を挟持するフレーム部６１とを有する。ドレープ６は、シート部６２及びフレーム部６１を締結するボルト６３と、ボルト６３を固定するナット６４とをさらに有する。
フレーム部６１は、ドロスボックスの上部の外壁３１（図１参照）によって吊持されるために、断面形状が逆Ｌ字状のフレーム材６１Ａ、６１Ｂを有する。フレーム材６１Ａはシート部６２の上流側面に配置され、フレーム材６１Ｂはシート部６２の下流側面に配置される。
フレーム材６１Ａ、６１Ｂの貫通孔は丸孔である。フレーム材６１Ｂの貫通孔はさらにねじ孔であってもよい。この場合、ナット６４がなくてもボルト６３を固定できる。これにより、ドレープ６を組み立てる作業が容易になる。なお、フレーム材６１Ａ、６１Ｂの貫通孔は、後述するシート部６２の貫通孔６５（図２（Ｃ）参照）と同様に、長孔であってもよい。この場合、フレーム材６１Ｂとボルト６３とは、ナット６４や溶接等で固定される。
フレーム材６１Ａ、６１Ｂの材質は、耐熱性、加工性、強度等の観点から、ステンレス（ＪＩＳ Ｇ４３０４：２０１２に記載のＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０等）が好ましい。また、フレーム材６１Ａ、６１Ｂの材質は、ステンレスに限定されず、上記の観点から、セラミック、カーボン材等の非金属材料であってもよい。なお、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４３０の熱膨張係数は、それぞれ１７．３×１０－６／Ｋ、９．９×１０－６／Ｋ、１０．４×１０－６／Ｋである。
フレーム材６１Ａ、６１Ｂの厚みは、２ｍｍ～１０ｍｍが好ましく、２ｍｍ～７ｍｍがより好ましく、２ｍｍ～４ｍｍがさらに好ましい。また、フレーム材６１Ａ、６１Ｂの高さは、７０ｍｍ～１１０ｍｍが好ましく、８０ｍｍ～１００ｍｍがより好ましい。
シート部６２は、図２（Ａ）の断面における形状が矩形状である。なお、ここでの矩形状は、矩形の角をＣ面取りした形状、及び矩形の角をＲ面取りした形状（角丸矩形状）を含む。
シート部６２の材質は、室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上である非金属材料である。室温とは２５℃のことである。
シート部６２の材質が非金属材料だと、徐冷炉内の酸素及びＳＯ２ガスがドロスボックス内に侵入してきても、金属組織の鋭敏化による腐食が生じない。そのため、シート部６２は、従来のコルゲート鉄板部とは異なり、酸素及びＳＯ２の腐食によって剛性が低下するという問題が生じない。ここで、非金属材料は、ドロスボックス内の雰囲気温度が５５０℃以上であるため、これに耐えられる耐熱性を有することが前提となる。
また、非金属材料の室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上だと、シート部６２の剛性を高めることができるので、フロートバスからの雰囲気の圧力を受けても、シート部６２が変形しにくい。そのため、非金属材料の室温での曲げ弾性率は、３０ＧＰａ以上が好ましく、３５ＧＰａ以上がより好ましい。
非金属材料は、室温での曲げ弾性率が１００ＧＰａ以下であることが好ましい。曲げ弾性率が１００ＧＰａ以下だと、仮にシート部６２が変形したとしても、シート部６２の復元力を抑制できるので、ドレープ６を吊持する外壁３１（図１参照）が変形することを抑制できる。そのため、室温での曲げ弾性率は、８０ＧＰａ以下がより好ましく、７０ＧＰａ以下がさらに好ましく、６５ＧＰａ以下が特に好ましい。
なお、曲げ弾性率は、３点曲げ試験を用いて室温で測定した。非金属材料がＣ／Ｃコンポジットである場合、曲げ弾性率はＪＩＳ Ｋ ７０７８のせん断試験（試験片：６０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３ｍｍ）を用いて室温で測定した。また、非金属材料がＣＩＰ材である場合、曲げ弾性率はＪＩＳ Ｒ ７２２２の曲げ強さの測定方法を用いて室温で測定した。また、非金属材料がセラミックである場合、曲げ弾性率はＪＩＳ Ｒ １６０２の静的弾性率試験方法を用いて室温で測定した。
非金属材料は、室温での曲げ強度が９０ＭＰａ以上であることが好ましい。曲げ強度が９０ＭＰａ以上だと、シート部６２が破損しにくく、シート部６２の変形をより良く防止できる。そのため、室温での曲げ強度は、１２０ＭＰａ以上がより好ましく、１４０ＭＰａ以上がさらに好ましい。
非金属材料は、室温での曲げ強度が３００ＭＰａ以下であることが好ましい。曲げ強度が３００ＭＰａ以下だと、仮にシート部６２が変形したとしても、ドレープ６を吊持する外壁３１（図１参照）が変形することを抑制できる。そのため、室温での曲げ強度は、２７０ＭＰａ以下がより好ましく、２５０ＭＰａ以下がさらに好ましい。
なお、曲げ強度は、前述した曲げ弾性率と測定方法が同じである。
非金属材料は、室温での嵩密度が３ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。嵩密度が３ｇ／ｃｍ３以下だと、ドロスボックスの上部の外壁３１（図１参照）を補強する改造をしなくても、シート部６２の厚みを増やしてシート部６２の剛性を高めることができる。そのため、室温での嵩密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下がより好ましく、２ｇ／ｃｍ３以下がさらに好ましく、１．７ｇ／ｃｍ３以下が特に好ましい。なお、嵩密度は、アルキメデス法を用いて室温で測定した。
非金属材料は、室温での圧縮強度が９０ＭＰａ以上であることが好ましい。圧縮強度が９０ＭＰａ以上だと、シート部６２が破損しにくく、シート部６２の変形をより良く防止できる。そのため、室温での圧縮強度は、１２０ＭＰａ以上がより好ましく、１４０ＭＰａ以上がさらに好ましい。
非金属材料は、室温での圧縮強度が３００ＭＰａ以下であることが好ましい。圧縮強度が３００ＭＰａ以下だと、仮にシート部６２が変形したとしても、ドレープ６を吊持する外壁３１（図１参照）が変形することを抑制できる。そのため、室温での圧縮強度は、２７０ＭＰａ以下がより好ましく、２５０ＭＰａ以下がさらに好ましい。
なお、非金属材料がＣ／Ｃコンポジットである場合、圧縮強度はＪＩＳ Ｋ ７０７６の面内圧縮試験を用いて室温で測定した。また、非金属材料がＣＩＰ材である場合、圧縮強度はＪＩＳ Ｒ ７２２２の圧縮強さの測定方法を用いて室温で測定した。また、非金属材料がセラミックである場合、圧縮強度はＪＩＳ Ｒ １６０８の圧縮強さ試験方法を用いて室温で測定した。
非金属材料は、室温での引張強度が９０ＭＰａ以上であることが好ましい。引張強度が９０ＭＰａ以上だと、シート部６２が破損しにくいことに加え、シート部６２が自重変形しにくい。そのため、室温での引張強度は、１２０ＭＰａ以上がより好ましく、１４０ＭＰａ以上がさらに好ましい。
非金属材料は、室温での引張強度が３００ＭＰａ以下であることが好ましい。引張強度が３００ＭＰａ以下だと、仮にシート部６２が変形したとしても、ドレープ６を吊持する外壁３１（図１参照）が変形することを抑制できる。そのため、室温での引張強度は、２７０ＭＰａ以下がより好ましく、２５０ＭＰａ以下がさらに好ましい。
なお、非金属材料がＣ／Ｃコンポジットである場合、引張強度は、モノフィラメント試験を用いて室温で測定した。また、非金属材料がＣＩＰ材である場合、引張強度はＪＩＳ Ｒ ７２２２の引張強さの測定方法を用いて室温で測定した。また、非金属材料がセラミックである場合、引張強度はＪＩＳ Ｒ １６０６の室温引張強さ試験方法を用いて室温で測定した。
非金属材料は、セラミックであることが好ましい。セラミックは、耐熱性、剛性等に優れるため、ドロスボックス内のシート部６２の材質として好適である。
セラミックは、炭化ケイ素質又は窒化ケイ素質であることが好ましい。炭化ケイ素質又は窒化ケイ素質は、耐熱性、耐酸化性等に優れるため、酸素が侵入してくるドロスボックス内のシート部６２の材質として好適である。
セラミックは、シリカ質、アルミナ質、マグネシア質、カルシア質からなる群から選ばれる１以上であることが好ましい。具体的には、シリカ質、マグネシア質及びカルシア質を含むセラミックファイバーを板状に成型したセラミックボード、アルミナ質及びシリカ質を含むムライト等が用いられる。セラミックボードは、耐熱性、耐酸化性、加工性等に優れ、軽量である点で好ましい。また、ムライトは、耐熱性、耐熱衝撃性等に優れる点で好ましい。
非金属材料は、カーボン材であることが好ましい。カーボン材は、耐熱性、剛性、加工性等に優れ、軽量であるため、ドロスボックス内のシート部６２の材質として好適である。
カーボン材は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジット材であることがより好ましい。ここで、ＣＩＰ材とは、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ法）を用いて成形されたカーボン材のことである。また、Ｃ／Ｃコンポジット材とは、高強度炭素繊維で補強された炭素複合材料のことである。両部材とも、剛性、加工性等に優れている。特にＣ／Ｃコンポジット材は、強度、剛性に優れており、シート部の変形を防止するのに好適である。なお、Ｃ／Ｃコンポジット材は、熱膨張係数が繊維に平行な方向で１．０×１０－６／Ｋ以下であるものが多い。
カーボン材は、ドロスボックス内に侵入した酸素によって酸化されるのを防止するため、その外表面にコーティングを施すことが好ましい。コーティングの成分としては、炭化ケイ素、又はアルミ及びリンを含む酸化物等が挙げられる。コーティングの厚みは、例えば１０μｍ～１ｍｍである。
シート部６２の厚みは、０．８ｍｍ～１５ｍｍが好ましく、１ｍｍ～１０ｍｍがより好ましく、１ｍｍ～７ｍｍがさらに好ましく、１．５ｍｍ～４ｍｍが特に好ましい。シート部６２の厚みが０．８ｍｍ以上だと、シート部６２の剛性を高めることができるので、シート部６２の変形を抑制できる。また、シート部６２の厚みが１５ｍｍ以下だと、シート部６２を成型及び加工しやすいことに加え、仮にシート部６２が変形したとしても、ドレープ６を吊持する外壁３１（図１参照）が変形することを抑制できる。
シート部６２の高さは、リフトアウトロールの上端と、ドロスボックスの上部の外壁３１（図１参照）の下端との距離に応じて、２５０ｍｍ～５００ｍｍが好ましく、３００ｍｍ～４００ｍｍがより好ましい。
シート部６２は、ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が、平面視において直線状であることが好ましい。ここで、平面視における「平面」は、鉛直方向に対して垂直な面を指す。従来のコルゲート鉄板部は、ガラスリボンの搬送方向の上流側及び下流側の面が、平面視において波形状であるため、局所的に強い圧力が加わると、その部分が変形しやすいという問題があった。これに対して、ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が平面視において直線状だと、局所的に強い圧力が加わっても、上流側の面全体に向けて圧力が分散されるため、その部分の変形を抑制できる。
シート部６２は、ガラスリボンの搬送方向の下流側の面が、平面視において直線状であることがより好ましい。これにより、特にシート部６２の厚みが薄い場合に、シート部６２に局所的に強い圧力が加わっても、上流側及び下流側の面全体に向けて圧力が分散されるため、その部分の変形をより抑制できる。ここで、直線状とは、ドレープをドロスボックスに設置する前の状態で直線状であることを意味する。シート部６２は、フロートバスからの雰囲気の圧力を受けるため、厳密にいうと、平面視において直線状であるとは言い難いからである。
シート部６２は、平面視における断面形状が矩形状であることが好ましい。これにより、前述したシート部６２の局所変形を抑制できるとともに、シート部６２を成型及び加工しやすい。なお、ここでの矩形状は、矩形の角を面取りした形状、及び矩形の角をＲ面取りした形状（角丸矩形状）を含む。
図２（Ｂ）に示すように、上下に２個あるボルト６３は、ドレープ６の長手方向に間隔を空けて複数設けられる。なお、ボルト６３は、上下に３個以上あってもよい。
シート部６２は、複数のシート材を有する。図２（Ｃ）には、２枚のシート材が図示されている。これは、ドレープ６の長手方向の長さが例えば５ｍ以上もあり、１枚のシート材でシート部６２を作製するのが困難なためである。シート部６２は、フロートバスからの雰囲気の圧力に耐えられるように、ドレープ６の長手方向に隣り合うシート材が接していることが好ましい。もっとも、シート部６２は、前記の圧力に耐えられるのであれば、隣り合うシート材の間に隙間が設けられてもよい。
このため、ドレープ６は、ドレープ６の長手方向にシート材を接合するための接合板６７と、シート部６２及び接合板６７を締結するボルト６８と、ボルト６８を固定するナットとをさらに有する。接合板６７は、シート部６２との熱膨張係数の差をなくすために、シート部６２と同じ材質であることが好ましい。
上下方向に一列に並ぶ３個のボルト６８は、ドレープ６の長手方向におけるシート材の端部又はその近傍に設けられる。なお、上下方向に一列に並ぶボルト６８の数は、２個又は４個以上あってもよい。
図２（Ｃ）に示すように、シート部６２は、ボルト６３が挿通される貫通孔６５をさらに有する。貫通孔６５は、ボルト６３に対応する貫通孔であり、ドレープ６の長手方向に間隔を空けて複数設けられる。
ここで、ドレープ６は、フロートガラスの製造を開始する前に、室温から５５０℃以上に加熱される。また、フロートガラスの製造を開始してからドレープ６を交換する際に、新たに設置されるドレープ６は、室温から５５０℃以上に加熱される。
このため、ドレープを構成するフレーム部６１とシート部６２との材質が異なるのに、貫通孔６５が丸孔だと、両材質の熱膨張係数の差により、シート部がボルト６３を介して貫通孔に拘束される。そうすると、シート部がドレープ６の長手方向（ガラスリボンの幅方向）に均一に膨張せずに変形し、シート部の下端とガラスリボンとの隙間がガラスリボンの幅方向で不均一になる。
そこで、貫通孔６５は、ドレープ６の長手方向が長辺である長孔であることが好ましい。これにより、フレーム部６１とシート部６２との材質が異なっても、シート部６２は、ボルト６３を介して貫通孔６５に拘束されず、ドレープ６の長手方向に移動可能である。そのため、シート部６２がドレープ６の長手方向（ガラスリボンの幅方向）に均一に変形せずに膨張し、シート部６２の下端とガラスリボンとの隙間がガラスリボンの幅方向で均一になる。
一方で、ボルト６８に対応する貫通孔は丸孔である。これは、シート部６２と接合板６７とが同じ材質であることを前提とする。そのため、シート部６２と接合板６７との材質が異なる場合、前記貫通孔は、貫通孔６５と同様に、長孔であることが好ましい。
なお、１枚のシート材でシート部６２を作製できる場合、ドレープは、前述した接合板６７、ボルト６８、ナット６９及びボルト６８に対応する貫通孔を有しない。
（フロートガラス製造方法）
次に、再度図１及び図２を参照の上、本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造方法について説明する。
次に、再度図１及び図２を参照の上、本発明の一実施形態に係るフロートガラス製造方法について説明する。
フロートガラス製造方法は、溶解窯（不図示）に供給されるガラス原料を加熱して溶融ガラスを得た後、その溶融ガラスをフロートバス１０に流し込む。そして、図１に示すように、フロートバス１０の溶融金属Ｍ上で帯板状のガラスリボンＧを成形し、ドロスボックス３０に設けられたリフトアウトロール４によってガラスリボンＧをフロートバス１０から引き出し、徐冷炉２０でガラスリボンＧを徐冷する。
ドロスボックス３０は、ガラスリボンＧを搬送する複数のリフトアウトロール４の上部にドレープ６を有する。
図２（Ａ）に示すように、ドレープ６は、シート部６２と、シート部６２の上部を挟持するフレーム部６１とを有する。ドレープ６は、シート部６２及びフレーム部６１を締結するボルト６３と、ボルト６３を固定するナット６４とをさらに有する。
シート部６２の材質は、室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上である非金属材料である。
シート部６２の材質が非金属材料だと、シート部６２は、従来のコルゲート鉄板部とは異なり、酸素及びＳＯ２の腐食によって剛性が低下するという問題が生じない。また、非金属材料の曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上だと、シート部６２の剛性を高めることができる。
したがって、シート部６２は、酸素及びＳＯ２が存在するドロスボックス内で、フロートバスからの雰囲気の圧力を受けても、シート部６２の変形を防止できる。
非金属材料は、室温での曲げ弾性率が１００ＧＰａ以下であることが好ましい。曲げ弾性率が１００ＧＰａ以下だと、仮にシート部６２が変形したとしても、シート部６２の復元力を抑制できるので、ドレープ６を吊持する外壁３１（図１参照）が変形することを抑制できる。
製造されるフロートガラスは、例えばディスプレイ用のガラス基板、ディスプレイ用のカバーガラス、窓ガラスとして用いられる。
製造されるフロートガラスは、ディスプレイ用のガラス基板として用いられる場合、無アルカリガラスであることが好ましい。また、建築用、車両用として用いられる場合、ソーダライムガラスであることが好ましい。また、カバーガラス用として用いられる場合、化学強化ガラスであることが好ましい。
無アルカリガラスは、例えば、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５０％～７３％、Ａｌ２Ｏ３：１０．５％～２４％、Ｂ２Ｏ３：０％～１２％、ＭｇＯ：０％～１０％、ＣａＯ：０％～１４．５％、ＳｒＯ：０％～２４％、ＢａＯ：０％～１３．５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８％～２９．５％、ＺｒＯ２：０％～５％を含有する。
無アルカリガラスは、高い歪点と高い溶解性とを両立する場合、好ましくは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５８％～６６％、Ａｌ２Ｏ３：１５％～２２％、Ｂ２Ｏ３：５％～１２％、ＭｇＯ：０％～８％、ＣａＯ：０％～９％、ＳｒＯ：３％～１２．５％、ＢａＯ：０％～２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：９％～１８％を含有する。
無アルカリガラスは、特に高い歪点を得たい場合、好ましくは、酸化物基準の質量％表示で、ＳｉＯ２：５４％～７３％、Ａｌ２Ｏ３：１０．５％～２２．５％、Ｂ２Ｏ３：０％～５．５％、ＭｇＯ：０％～１０％、ＣａＯ：０％～９％、ＳｒＯ：０％～１６％、ＢａＯ：０％～２．５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：８％～２６％を含有する。
上記のガラス組成を有する無アルカリガラスは、いずれも窓ガラスに用いられるソーダライムガラスよりも歪点が１００℃以上高いため、ドロスボックス３０内の雰囲気温度が６５０℃以上であり、ガラス組成によっては７００℃以上に達することもある。そのため、従来のコルゲート鉄板部だと、酸素及びＳＯ２の腐食による剛性の低下の問題が生じやすい。これに対して、前述したフロートガラス製造方法は、ドロスボックス３０内の雰囲気温度が高くても、酸素及びＳＯ２の腐食による剛性の低下の問題が生じないため、無アルカリガラスの製造に好適である。
製造されるフロートガラスの板厚は、カバーガラス用途で０．１ｍｍ～２．０ｍｍであり、ディスプレイ用ガラス基板用途で０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。
製造されるフロートガラスの基板サイズは、液晶ディスプレイ用ガラス基板用途で短辺２１００ｍｍ以上、長辺２４００ｍｍ以上が好ましく、短辺２８００ｍｍ以上、長辺３０００ｍｍ以上がより好ましく、短辺２９００ｍｍ以上、長辺３２００ｍｍ以上がさらに好ましい。
次に、図１及び図２を参照の上、実施例及び比較例を用いて本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は、これらの実施例及び比較例によって限定されるものではない。
図１のフロートガラス製造装置１のドロスボックス３０内に、実施例及び比較例のドレープを４か月にわたって配置し、シート部の変形の有無、変形量及び腐食の有無を確認した。
変形の有無は、ドロスボックス３０の側壁部の窓からドロスボックス３０内のドレープを目視で観察することで確認した。
変形量は、ガラスリボンの搬送方向におけるドレープの下端の最大変位を指す。最大変位は、ドレープの長手方向で比較したときの変位の最大値を意味する。この変形量は、ドロスボックス３０の側壁部の窓からドロスボックス３０内のドレープ及びガラスリボンを撮影する監視カメラを用いて測定した。監視カメラが撮影した画像は、画像処理が施されるため、ガラスリボンの搬送方向におけるドレープの下端の変位を計測できる。
腐食の有無は、ドロスボックス３０から抜き出したドレープを目視で観察することで確認した。
製造されるフロートガラスは、無アルカリガラス（ＡＧＣ社製、商品名：ＡＮ１００）とし、その板厚を０．５ｍｍとした。ドロスボックス３０内の雰囲気温度は７００℃程度とした。
フレーム材６１Ａ、６１Ｂは、その材質をステンレス（ＪＩＳ Ｇ４３０４：２０１２に記載のＳＵＳ３０４）とし、その厚みを３ｍｍとした。
（実施例１及び２）
シート部の材質は、カーボン材であるＣ／Ｃコンポジット材とした。実施例１は、東洋炭素社製の商品名ＣＸ－７４１である。実施例２は、東洋炭素社製の商品名ＣＸ－７６１である。実施例１、２の曲げ弾性率は、それぞれ４６ＧＰａ、５５ＧＰａである（表１参照）。なお、曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７０７８のせん断試験（試験片：６０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３ｍｍ）を用いて室温で測定した。
シート部の材質は、カーボン材であるＣ／Ｃコンポジット材とした。実施例１は、東洋炭素社製の商品名ＣＸ－７４１である。実施例２は、東洋炭素社製の商品名ＣＸ－７６１である。実施例１、２の曲げ弾性率は、それぞれ４６ＧＰａ、５５ＧＰａである（表１参照）。なお、曲げ弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７０７８のせん断試験（試験片：６０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み３ｍｍ）を用いて室温で測定した。
シート部は、平面視における断面形状を矩形状とした。シート部の厚みは２．５ｍｍとした。
（比較例１）
シート部の材質は、ステンレス（ＪＩＳ Ｇ４３０４：２０１２に記載のＳＵＳ３０４）とした。比較例１の曲げ弾性率は、１９７ＧＰａである（表１参照）。なお、曲げ弾性率は、３点曲げ法を用いて室温で測定した。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ２２８０の静的ヤング率試験方法を用いて測定した。
シート部の材質は、ステンレス（ＪＩＳ Ｇ４３０４：２０１２に記載のＳＵＳ３０４）とした。比較例１の曲げ弾性率は、１９７ＧＰａである（表１参照）。なお、曲げ弾性率は、３点曲げ法を用いて室温で測定した。具体的には、ＪＩＳ Ｚ ２２８０の静的ヤング率試験方法を用いて測定した。
シート部は、ガラスリボンの搬送方向の上流側及び下流側の面を、平面視において波形状とした。シート部の厚みは０．１５ｍｍとした。
（まとめ）
実施例及び比較例の結果は、表１に示す通りである。
実施例及び比較例の結果は、表１に示す通りである。
曲げ強度の測定方法は、実施例及び比較例で前述した曲げ弾性率の測定方法と同じである。
引張強度は、実施例１及び２はモノフィラメント試験を用いて室温で測定し、比較例１はＪＩＳ Ｚ ２２４１の引張試験方法を用いて室温で測定した。
圧縮強度は、実施例１及び２はＪＩＳ Ｋ ７０７６の面内圧縮試験を用い、比較例１はＪＩＳ Ｚ ２２４１の引張試験方法を用いて室温で測定した。比較例１の圧縮強度は、ＪＩＳ Ｚ ２２４１の降伏応力を指す。
嵩密度は、アルキメデス法を用いて室温で測定した。
一方で、比較例１は、シート部の材質として、金属材料であるステンレスを選定したため、酸素及びＳＯ２によるシート部の腐食が目視で確認された。また、比較例１のステンレスは、シート部の変形が目視で確認され、監視カメラで計測したシート部の変形量が２０ｍｍであった。さらに、シート部は、ガラスリボンの搬送方向の上流側及び下流側の面が平面視において波形状であるため、シート部の局所変形も目視で確認された。
以上、発明を実施するための形態及び実施例で説明したように、本発明のフロートガラス製造装置及びフロートガラス製造方法は、ドロスボックス内に配置されるドレープのシート部の変形を防止できる。
これにより、徐冷炉内の酸素及びＳＯ２ガスがドロスボックス及びフロートバスに侵入することを抑制でき、ひいてはドロス欠陥の発生及びドロスボックスの炉殻の腐食を抑制できる。また、ドレープの変形が抑制されるので、ドレープの交換作業が不要となり、交換作業時の生産ロスを防止できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
製造されるフロートガラスの用途としては、建築用、車両用、フラットパネルディスプレイ用、カバーガラス用、又はその他の各種用途が挙げられる。
１ フロートガラス製造装置
１０ フロートバス
１２ 浴面
１３ 出口
１８ ヒータ
２０ 徐冷炉
２１ 搬送ロール
２３ 入口
２８ ヒータ
３０ ドロスボックス
３１ 外壁
３２ 内壁
３３、３４ 断熱材
３５～３８ 空間
３９ 出口
４ リフトアウトロール
５ 接触部材
６ ドレープ
６１ フレーム部
６１Ａ、６１Ｂ フレーム材
６２ シート部
６３ ボルト
６４ ナット
６５ 貫通孔
６７ 接合板
６８ ボルト
８ ヒータ
Ｇ ガラスリボン
Ｍ 溶融金属
１０ フロートバス
１２ 浴面
１３ 出口
１８ ヒータ
２０ 徐冷炉
２１ 搬送ロール
２３ 入口
２８ ヒータ
３０ ドロスボックス
３１ 外壁
３２ 内壁
３３、３４ 断熱材
３５～３８ 空間
３９ 出口
４ リフトアウトロール
５ 接触部材
６ ドレープ
６１ フレーム部
６１Ａ、６１Ｂ フレーム材
６２ シート部
６３ ボルト
６４ ナット
６５ 貫通孔
６７ 接合板
６８ ボルト
８ ヒータ
Ｇ ガラスリボン
Ｍ 溶融金属
Claims (12)
- 溶融金属を収容するフロートバスと、前記溶融金属上で帯板状に成形されたガラスリボンが搬入される徐冷炉と、前記フロートバスと前記徐冷炉との間に設けられるドロスボックスとを備えたフロートガラス製造装置であって、
前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、
前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、
前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下である非金属材料であり、
前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とするフロートガラス製造装置。 - 前記非金属材料は、室温での曲げ強度が９０ＭＰａ以上である、請求項１に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記非金属材料は、室温での引張強度が９０ＭＰａ以上である、請求項１又は２に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記非金属材料は、室温での引張強度が３００ＭＰａ以下である、請求項３に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記非金属材料は、室温での嵩密度が３ｇ／ｃｍ３以下である、請求項１～４のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記カーボン材は、ＣＩＰ材又はＣ／Ｃコンポジットである、請求項１～５のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記カーボン材は、外表面にコーティングが施され、
前記コーティングの成分は、炭化ケイ素、又はアルミ及びリンを含む酸化物である、請求項１～６のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。 - 前記シート部は、０．８～１５ｍｍの厚みを有している、請求項１～７のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記シート部は、前記ガラスリボンの搬送方向の上流側の面が、平面視において直線状である、請求項１～８のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記シート部は、前記ガラスリボンの搬送方向の下流側の面が、平面視において直線状である、請求項９に記載のフロートガラス製造装置。
- 前記シート部は、平面視における断面形状が矩形状である、請求項１～８のいずれか１項に記載のフロートガラス製造装置。
- フロートバスの溶融金属上で帯板状のガラスリボンを成形し、ドロスボックスに設けられたリフトアウトロールによって前記ガラスリボンを前記フロートバスから引き出し、徐冷炉で前記ガラスリボンを徐冷するフロートガラス製造方法であって、
前記ドロスボックスは、前記ガラスリボンを搬送する複数のリフトアウトロールの上部にドレープを有し、
前記ドレープは、シート部と、前記シート部の上部を挟持するフレーム部とを有し、
前記シート部の材質は、室温での曲げ弾性率が２０ＧＰａ以上１００ＧＰａ以下である非金属材料であり、
前記非金属材料は、カーボン材であることを特徴とするフロートガラス製造方法。
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