KR20150058085A - 행거 조립체 및 그것을 구비한 플로트 판유리의 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 플로트 판유리 제조 장치용 플로트 배스와 해당 플로트 배스의 상방에 설치된 플로트 배스 루프를 구비한 플로트 배스 장치에 설치되고, 상기 플로트 배스 루프의 천장부를 구성하는 내화 벽돌을 현수하기 위한 행거 조립체이며, 당해 행거 조립체가 NiCr 합금제의 지지 로드 부재와, SiC제의 행거 부재와, 상기 지지 로드 부재와 상기 행거 부재를 걸어 지지하는 연결 핀을 구비해서 구성되고, 상기 연결 핀이 결정질의 입계층을 포함하고 Si₃N₄ 입자를 복수 결합한 Si₃N₄제의 소결체를 포함하는 행거 조립체에 관한 것이다.

Description

행거 조립체 및 그것을 구비한 플로트 판유리의 제조 장치{HANGER ASSEMBLY AND APPARATUS FOR PRODUCING FLOAT PLATE GLASS WITH HANGER ASSEMBLY}

본 발명은 행거 조립체 및 그것을 구비한 플로트 판유리의 제조 장치에 관한 것이다.

플로트법에 의한 판유리의 제조는 일반적으로 이하에 설명하는 방법으로 행해지고 있다. 유리 원료를 가열 용융해서 용융 유리를 얻은 후, 이 용융 유리를 욕조에 수용된 용융 주석 등의 용융 금속의 표면 상에 연속적으로 공급한다.

용융 유리를 용융 금속의 표면을 따라 상류측으로부터 하류측으로 반송하면서 유리 리본을 성형하고, 이 유리 리본을 욕조로부터 인출해서 서냉하여 세정 후, 절단함으로써 원하는 크기의 판유리를 얻을 수 있다.

이 플로트 성형에 의한 판유리의 제조 방법은 생산성이 높고, 얻어진 판유리는 평탄성이 우수하다. 따라서, 플로트 성형에 의한 판유리는 건축용 판유리, 자동차용 판유리, FPD(플랫 패널 디스플레이)용 판유리 등으로 널리 적용되고 있다.

도 8은 플로트법을 실시하는 경우에 사용하는 제조 장치의 일례를 도시하는 단면도이다. 도 8에 도시하는 제조 장치의 주요 구성은 이하의 특허문헌 1에 기재되는 등, 일반적으로 널리 알려져 있다.

도 8에 도시하는 제조 장치(100)는 플로트 배스(101)와 플로트 배스 루프(102)라고 불리는 천장 부분을 포함한다. 플로트 배스(101)는 욕조(103)의 내부에 용융 금속(105)이 수용되고, 그 위에 용융 유리(G)가 공급된다. 플로트 배스 루프(102)는 측벽(106)과 그 위에 설치된 금속제의 루프 케이싱(107)과 이 루프 케이싱(107)의 내부에 가설된 횡가재(108)와 횡가재(108)에 현수 지지된 천장부(109)를 구비하고 있다.

천장부(109)는 복수의 루프 벽돌의 집합체이고, 이들 루프 벽돌을 복수의 훅형 행거 조립체(110)에 의해 지지함으로써 천장부(109)가 지지되어 있다.

천장부(109)로부터 복수의 가열 히터(111)가 현수되고, 이들 가열 히터(111)에 의해 용융 금속(105) 상의 용융 유리(G)를 원하는 온도로 조정할 수 있다. 용융 유리(G)의 상측 공간은 루프 케이싱(107)의 외부로부터 가스 공급관에 의해 공급된 질소 가스와 수소 가스를 포함하는 환원성 분위기로 되어 있다.

도 9에 도시한 바와 같이, 천장부(109)를 구성하는 루프 벽돌(109A)을 현수 지지하기 위한 행거 조립체(110)가 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 기재되어 있다. 이 행거 조립체(110)는 횡가재(108)로부터 현수된 도 9에 도시하는 연신부(113)와, 이 연신부(113)의 하단부에 형성된 두갈래형 지지편(115)과, 이 지지편(115)에 핀(116)을 개재해서 접합된 훅 부재(117)를 포함한다. 훅 부재(117)의 하단부에는 역T자형 갈고리부(117A)가 형성되어 있고, 이 갈고리부(117A)를 사용해서 천장부(109)를 구성하는 루프 벽돌(109A)의 코너 부분을 지지함으로써 천장부(109)를 지지할 수 있다.

국제 공개 제2010/150831호 국제 공개 제2011/010622호

도 9에 도시하는 행거 조립체(110)에 있어서, 훅 부재(117)의 하단부측은 천장부(109)의 하면측에 위치해서 용융 유리(G)에 대향하는 측에 배치되므로, 용융 유리(G)와 동일한 정도의 온도, 예를 들어 1000℃ 또는 1000℃를 초과하는 온도에 노출된다.

이로 인해, 행거 조립체(110)에 있어서, 훅 부재(117)는 1000℃를 초과하는 온도에 노출되어도 강도 저하가 적은 세라믹 재료, 예를 들어 세라믹 재료 중에서Al₂O₃ 소결체 등보다도 내열성이 우수하고, 가장 내열성이 높다고 인식되고 있는 SiC로 구성된다. 훅 부재(117)의 상단부에 삽입 관통되는 핀(116)도 마찬가지로 내열성을 높이고자 하는 요구가 있으므로 SiC로 구성된다.

또한, 천장부(109)를 지지하는 행거 조립체(110)는 플로트 배스(101)의 규모에 따라 다르지만, 대형 장치에서는 수천 개 정도 필요해지기 때문에 범용성, 비용의 제약 등으로부터 연신부(113)와 지지편(115)은 NiCr계의 내열 합금으로 형성된다.

최근에는 FPD용 판유리 등의 성능 향상이 현저하여, 무알칼리 유리 등의 고왜곡점 유리의 제조에서는 종래의 소다 석회 유리보다도 성형시의 온도가 100℃ 이상 높은 경우가 있다. 이로 인해, 성형하는 유리의 종류에 따라서는 훅 부재(117)가 1000℃ 또는 그것을 초과하는 온도에 노출되게 된다.

그 결과, SiC제의 핀(116)과 NiCr계 내열 합금제의 지지편(115)의 접촉 부분이 고상 반응에 의해 용착하는 것과, 이 용착이 원인이 되어서 파단에 이를 우려가 있다는 문제가 있었다. 또한, 용착이 발생해도 통상의 생산시에 문제는 발생하지 않지만, 지진 등의 진동에 의해 천장부(109)가 흔들려서 용착부가 강제적으로 박리되었을 경우, 용착부의 박리로부터 용착부 근방의 파단으로 이어질 우려가 있었다.

예를 들어, 지진 등에 기인하는 큰 힘이 발생한 경우, 도 10에 도시하는 바와 같이 핀(116)에 의해 지지되어 있는 훅 부재(117)가 화살표에 도시한 바와 같이 요동하려고 한 경우, 용착 부분에 큰 힘이 작용하므로, 용착 부분에 크랙이 발생함과 동시에 크랙이 핀에 전파되어, 핀 자체, 또는 핀에 고착되어 있는 부분이 파단될 우려가 있었다.

또한, SiC는 열전도성이 우수한 재료이기 때문에, 훅 부재(117)의 저부측이 1000℃ 또는 그것을 초과하는 온도로 가열되면, 훅 부재(117)에 접하고 있는 핀(116), 핀(116)에 접하고 있는 지지편(115)도 상응하는 온도로 가열되지만, NiCr 합금은 세라믹스에 비교하면 고온 크리프 특성이 떨어지므로, NiCr 합금제의 지지편(115)이 크리프를 일으켜서 늘어날 우려를 갖고 있었다.

또한, SiC는 본 발명자들의 지식에 의하면, 플로트 배스(101)의 내부와 같은 수소를 포함하는 환원성 분위기 중에서는 표면에 산화 피막이 생성되지 않으므로, SiC를 포함하는 부재끼리는 용착이 일어나기 쉽다고 추정하고 있다.

본 발명은 이상 설명한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 고온의 용융 유리를 성형하는 경우의 고열에 견디며, 용착을 발생시키기 어렵고, 파단되는 경우가 없는 행거 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 그러한 행거 조립체를 구비한 플로트 판유리의 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 행거 조립체는 플로트 판유리 제조 장치용 플로트 배스와 해당 플로트 배스의 상방에 설치된 플로트 배스 루프를 구비한 플로트 배스 장치에 설치되고, 상기 플로트 배스 루프의 천장부를 구성하는 내화 벽돌을 현수하기 위한 행거 조립체이며, 당해 행거 조립체가 NiCr 합금제의 지지 로드 부재와, SiC제의 행거 부재와, 상기 지지 로드 부재와 상기 행거 부재를 걸어 지지하는 연결 핀을 구비해서 구성되고, 상기 연결 핀이 결정질의 입계층을 포함하고 Si₃N₄ 입자를 복수 결합한 Si₃N₄제의 소결체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(2) 본 발명의 행거 조립체는 상기 연결 핀의 상기 행거 부재에 대한 마찰 계수가 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기, 25℃ 내지 1000℃에서 0.2 내지 0.5의 범위인 것이 바람직하다.

(3) 본 발명의 행거 조립체는 상기 연결 핀의 상기 지지 로드 부재에 대한 마찰 계수가 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기, 25℃ 내지 1000℃에서 0.1 내지 0.5의 범위인 것이 바람직하다.

(4) 상기 지지 로드 부재가 로드 형상인 연신부와, 해당 연신부의 일단부측에 형성된 분기부와, 해당 분기부의 단부에 상기 연신부를 연장하는 방향으로 형성되고, 상기 연결 핀을 삽입 관통하는 관통 구멍을 갖는 복수의 지지편을 구비하고, 상기 행거 부재의 일단부측에 상기 연결 핀을 삽입 관통하는 관통 구멍을 구비한 연결부가 형성되고, 상기 행거 부재의 타단부측에 상기 내화 벽돌을 걸어 지지하는 훅부가 형성된 구성을 채용할 수 있다.

(5) 내부에 용융 금속이 수용되는 플로트 배스와, 행거 조립체에 내화 벽돌을 걸어 맞춤으로써 형성된 천장부를 갖는 플로트 배스 루프를 구비한 플로트 판유리의 제조 장치이며, 상기 행거 조립체가 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 행거 조립체로 구성된 것이 바람직하다.

(6) 상기 플로트 배스 루프가 상기 플로트 배스의 측벽 상에 가설된 천장부와, 상기 플로트 배스의 측벽 상에 상기 천장부를 덮도록 설치된 루프 케이싱을 구비하고, 상기 루프 케이싱의 상부로부터 현수된 강재를 개재해서 상기 행거 조립체의 지지 로드 부재가 현수된 구성을 채용할 수 있다.

(7) 상기 플로트 판유리로서, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 적용할 수 있다.

SiO₂: 50 내지 73％, Al₂O₃: 10.5 내지 24％, B₂O₃: 0 내지 12％, MgO: 0 내지 10％, CaO: 0 내지 14.5％, SrO: 0 내지 24％, BaO: 0 내지 13.5％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％, ZrO₂: 0 내지 5％.

(8) 상기 플로트 판유리로서, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 적용할 수 있다.

SiO₂: 58 내지 66％, Al₂O₃: 15 내지 22％, B₂O₃: 5 내지 12％, MgO: 0 내지 8％, CaO: 0 내지 9％, SrO: 3 내지 12.5％, BaO: 0 내지 2％, MgO+CaO+SrO+BaO: 9 내지 18％.

(9) 상기 플로트 판유리로서, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 적용할 수 있다.

SiO₂: 54 내지 73％, Al₂O₃: 10.5 내지 22.5％, B₂O₃: 0 내지 5.5％, MgO: 0 내지 10％, CaO: 0 내지 9％, SrO: 0 내지 16％, BaO: 0 내지 2.5％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 26％.

본 발명에 따르면, 용융 유리를 고온에서 성형하는 플로트 배스에 설치되는 천장부를 현수하여 지지하며, 고온에 노출되었다고 하더라도 용착을 발생시키기 어렵고, 파단되기 어려운 행거 조립체를 제공할 수 있다. 이로 인해, 성형시의 온도가 일반적인 소다 석회 유리보다도 높은 무알칼리 유리 등의 고왜곡점 유리를 성형해도 용착하지 않는, 파단되기 어려운 행거 조립체를 제공할 수 있고, 이 행거 조립체를 사용해서 플로트 배스의 천장부를 지지할 수 있다.

NiCr 합금제의 지지 로드 부재와, 결정질의 입계층을 갖는 Si₃N₄의 소결체를 포함하는 연결 핀과의 마찰 계수가 낮고, SiC제의 행거 부재와 연결 핀과의 마찰 계수도 낮으므로, 지지 로드 부재와 연결 핀이 융착하기 어렵고, 연결 핀과 행거 부재의 융착도 일어나기 어렵다. 이로 인해, 지지 로드 부재와 연결 핀과 행거 부재의 사이에 융착이 발생하기 어려우므로, 플로트 배스의 천장부를 현수하고 있는 행거 조립체가 지진 등에 의해 진동을 받는 일이 있어도 파단되는 경우가 없다. 이 행거 조립체에 의해 플로트 배스의 천장부를 안정되게 지지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 행거 조립체를 구비한 플로트 배스의 일 실시 형태를 도시하는 단면도.
도 2는 동 플로트 배스에 접속해서 설치되는 드로스 박스와 서냉로를 도시하는 단면도.
도 3은 동 행거 조립체의 측면도.
도 4의 (A) 내지 도 4의 (C)는 동 행거 조립체를 도시하는 것으로, 도 4의 (A)는 주요부 단면도, 도 4의 (B)는 지지 로드 부재의 측면도, 도 4의 (C)는 지지 로드 부재의 정면도.
도 5는 Si₃N₄ 소결체의 마찰 계수를 계측하기 위한 시험 장치의 일례를 도시하는 측면도.
도 6은 Si₃N₄ 소결체와 NiCr 합금과의 마찰 계수를 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 7은 Si₃N₄ 소결체와 SiC와의 마찰 계수를 측정한 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 종래의 플로트 배스에 있어서의 천장부의 현수 구조의 일례를 도시하는 단면도.
도 9는 종래의 플로트 배스에 있어서 천장부를 현수 지지하고 있는 행거 조립체의 일례를 도시하는 단면의 개략도.
도 10은 동 행거 조립체에 진동이 작용해서 요동하는 상태를 도시하는 설명도.
도 11은 일반적인 SiC와 Si₃N₄ 소결체의 강도 관계를 나타내는 그래프.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 행거 조립체 및 그것을 구비한 플로트 판유리의 제조 장치의 일 실시 형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이하에 설명하는 실시 형태에 제한되는 것이 아니다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 플로트 배스 장치(1)는 플로트 배스(2)에 공급된 용융 유리(G)를 플로트 배스(2)에 수용된 용융 주석(용융 금속)(3)의 표면을 따라 흘리면서 그 양쪽 사이드로부터 도시를 생략한 탑 롤에 의해 펼치고, 플로트 배스(2)의 상류측으로부터 하류측으로 유동시켜서 띠판 형상의 유리 리본을 성형하는 장치이다.

도 1에 도시한 바와 같이 플로트 배스 장치(1)는 플로트 배스(2)와 그 상방에 설치되어 있는 연장벽(2c), 상부 측벽(2d), 루프 케이싱(5), 천장부(18)를 구비해서 구성된다. 플로트 배스 장치(1)의 상류측에는 용융 유리의 용해로가 설치되고, 이 용해로로부터 플로트 배스(2)에 용융 유리(G)가 공급되며, 플로트 배스(2)에 있어서 성형된 유리 리본(6)은 도 2에 도시한 바와 같이 플로트 배스(2)의 하류측에 설치된 챔버(7)를 통해서 서냉로(8)로 반송된다. 챔버(7)에 설치된 리프트 아웃 롤(9)에 의해 유리 리본(6)은 용융 금속(3)의 표면으로부터 끌어올려져, 서냉로(8)에 설치된 레어에 의해 서냉로(8)로 반송되어서 서냉된다.

또한, 도 2는 유리 리본(6)이 이동하는 방향(유리 리본(6)의 길이 방향)을 따라 플로트 배스(2)와 챔버(7)와 서냉로(8)를 본 종단면도이고, 이에 반해 도 1은 유리 리본(6)의 폭 방향을 따라서 단면에서 볼 때의 횡단면도이다. 또한, 도 2에 있어서는 플로트 배스 장치(1)의 루프 케이싱(5)에 대해서 개략만을 나타내고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 플로트 배스(2)로부터 서냉로(8)에 반송되어서 냉각된 유리 리본(6)은 세정 장치로 세정된 후, 절단 장치로 소정의 치수로 절단되어, 원하는 크기의 판유리가 얻어진다.

본 실시 형태의 플로트 배스(2)에 있어서, 그 상류 단부의 입구부(2a)에는 도시가 생략된 용해로로부터 공급 통로(12)를 통해서 보내져 온 용융 유리(G)가 공급 통로(12)의 종단부에 설치된 립(13)을 통해서 공급되도록 되어 있다. 립(13)의 상류측의 공급 통로(12)에는 용융 유리(G)의 흐름을 조절하기 위한 트윌(14)이 설치되어 있다. 상기 공급 통로(12), 플로트 배스(2)는 각각 내화 벽돌 등의 내열 재를 복수 조립해서 구성되지만, 도 2에 있어서는 간략 기재되어 있다.

플로트 배스(2)는 도 1에 도시한 바와 같이 용융 주석(3)이 채워진 용융 금속 욕조(2A)와, 해당 용융 금속 욕조(2A)의 상부에 설치된 상부 구조체(2B)를 포함하고, 플로트 배스(2)의 내부가 외부 분위기와는 최대한 차단되며, 내부는 수소를 1.5 내지 10％ 정도 포함하는 불활성 가스 분위기 등의 환원성 분위기로 유지되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 플로트 배스(2)의 측벽(2b) 상에는, 측벽 차폐 블록을 포함하는 연장벽(2c)이 형성되고, 이 연장벽(2c) 상에 상부 측벽(2d)이 형성되어 있다. 도 2에서는 이들 각 벽의 구성을 간략화해서 도시하고 있다.

플로트 배스(2)의 상류 단부측에는 연장벽(2c)의 일부를 겸하는 전면벽(15)이 형성되고, 이 전면벽(15)의 저부측에 입구부(2a)가 형성되며, 플로트 배스(2)의 하류 단부측에는 연장벽(2c)의 일부를 겸하는 후단벽(17)이 형성되고, 후단벽(17)의 하방에 있어서 용융 금속(3)의 액면 가까이의 위치에 유리 리본(6)의 출구부(2C)가 형성되어 있다.

플로트 배스(2)에 있어서 전면벽(15), 후단벽(17), 연장벽(2c), 상부 측벽(2d), 루프 케이싱(5)을 구비해서 상부 구조체(2B)가 구성되어 있다. 루프 케이싱(5)은 금속제이며, 상부 측벽(2d)의 주위로부터 상방 공간을 덮도록 설치되어 있다.

또한, 상부 구조체(2B)에 있어서, 상부 측벽(2d)의 내측에 연장벽(2c) 상에 위치하도록 천장부(18)가 현수 지지되어 있다. 천장부(18)는 직육면체 형상의 복수의 루프 벽돌(18A)을 복수 배열하여 구성되고, 병렬 배치된 복수의 루프 벽돌(18A)의 코너 부분의 경계를 후술하는 행거 조립체(21)가 관통하며, 천장부(18)가 현수 지지되어 있다. 또한, 루프 벽돌(18A)을 상하로 관통하도록 형성된 복수의 관통 구멍(18b)을 통해서 복수의 가열 히터(20)가 현수되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이 본 실시 형태의 행거 조립체(21)는 루프 케이싱(5)의 천장부로부터 현수된 강선제의 색조체(索條體)(22)와, 이 색조체(22) 아래에 차례로 현수된 지지 로드 부재(23)와 연결 핀(26)과 행거 부재(27)를 포함한다.

색조체(22)는 예를 들어 JIS 규정 SS440 등의 강재를 포함한다.

지지 로드 부재(23)는 도 3에 도시한 바와 같이 띠 형상의 연신부(23a)를 갖고, 그 상단부에 형성되어 있는 판 형상의 접속부(23b)의 일 측면에 상기 색조체(22)를 걸어 지지하기 위한 걸림 지지 핀(23c)이 형성되어 있다. 걸림 지지 핀(23c)에는 색조체(22)의 하단부에 형성되어 있는 링부(22a)가 접속되어 있다.

도 3 및 도 4의 (A) 내지 도 4의 (C)에 도시한 바와 같이 지지 로드 부재(23)의 연신부(23a)의 하단부에는 두갈래형 분기부(23d)를 개재해서 2개의 판 형상의 지지편(23e)이 형성되고, 이 지지편(23e)의 선단부측에 관통 구멍(23f)이 형성되어 있다.

이상의 구성의 지지 로드 부재(23)는 NiCr계의 Ni기 내열 주조 합금, 예를 들어 HW 합금이라고 칭해지는 Cr과 Fe를 주요 첨가 원소로서 함유하는 Ni기 내열 주조 합금을 포함한다. HW 합금은 Ni를 55 내지 65질량％ 정도 갖고, Cr을 14 내지 18질량％ 정도 첨가하고, Fe를 15 내지 25질량％ 정도 첨가해서 이루어지는 Ni기 내열 주조 합금이다. HW 합금에는 이 첨가 원소 외에 Si를 1.0 내지 2.0질량％ 정도, Mn을 0.5 내지 1.5질량％ 정도 함유하고 있어도 좋다.

지지 로드 부재(23)의 하방에는 원기둥 형상의 연결 핀(26)을 개재해서 행거 부재(27)가 현수되어 있다.

연결 핀(26)은 일례로서 결정질의 입계층을 포함하고, 서브마이크로미터오더의 Si₃N₄ 입자를 복수 결합한 Si₃N₄의 소결체를 포함한다. Si₃N₄ 입자는 단독으로는 소결할 수 없으므로 소결 보조제가 필요하고, 본 실시 형태에서는 Y₂O₃를 포함하며, 필요에 따라 ZrO₂를 첨가한 소결 후에 결정질이 되는 입계층인 것이 바람직하다. 이들 소결 보조제는 Si₃N₄ 입자에 대하여 1 내지 10질량％ 정도 포함되어 있는 것이 바람직하다.

행거 부재(27)는 연결 핀(26)을 삽입 관통하는 관통 구멍(28a)을 가진 판 형상의 연결부(28)와 이 연결부의 하단부측에 연결부(28)를 연장하도록 끝이 확대되는 형상으로 형성된 지지편(29)과 이 지지편(29)의 하단부에 지지편(29)에 대하여 직각으로 연장된 T자형 훅부(30)를 포함한다.

이상의 구성의 행거 조립체(21)는 도 1에 도시한 바와 같이 루프 케이싱(5)의 천장부에 대하여 색조체(22)를 현수하고, 도 3에 도시한 바와 같이 천장부(18)를 구성하는 루프 벽돌(18A)의 네 구석의 맞댐 부분에 지지 로드 부재(23)와 지지편(29)을 끼워 넣고, 훅부(30)를 루프 벽돌(18A)의 하면측을 따르게 해서 설치되어 있다.

이상의 설명과 같이 복수의 루프 벽돌(18A)을 복수의 행거 조립체(21)로 지지하는 구조가 본 실시 형태의 플로트 배스 장치(1)에서 채용된다.

또한, 플로트 배스 장치(1)에 있어서는, 그 규모에 따라 다르지만, 대형의 장치로 수천 개의 행거 조립체(21)에 의해 천장부(18)가 지지된다. 이 수천 개의 행거 조립체(21) 중, 전체 수를 상술한 구조로 해도 좋지만, 용융 유리(G)의 온도는 플로트 배스(2)의 상류측에서 높고, 하류측을 향함에 따라서 서서히 저하되며, 유리 리본(6)이 되어서 플로트 배스(2)의 출구부(2C)로부터 배출된다. 이로 인해, 특히 고온에 노출되는 플로트 배스(2)의 상류측의 영역에 설치되는 행거 조립체를 본 실시 형태의 행거 조립체(21)로 구성하는 것이 바람직하다. 그 경우, 상류측을 제외한 영역의 행거 조립체는 SiC를 포함하는 연결 핀을 구비한 행거 조립체여도 좋다. 또한, 플로트 배스(2)의 폭 방향 양 단부측은 용융 유리(G)가 존재하지 않는 영역이고, 용융 유리(G)가 존재하는 폭 방향의 중앙측보다도 온도가 낮으므로, SiC를 포함하는 연결 핀을 구비한 행거 조립체여도 좋다.

예를 들어, 2000개의 행거 조립체로 천장부(18)를 현수해 지지하고 있는 구조인 경우에는, 상류측의 200개 내지 600개 정도를 본 실시 형태의 행거 조립체(21)로 하고, 기타 행거 조립체는 SiC를 포함하는 연결 핀을 설치한 구성이어도 좋다. 행거 조립체로서 SiC의 연결 핀을 구비한 다른 구성은 앞서 도 3에 도시하는 행거 조립체(21)와 동등 구조여도 좋다. 일례로서, SiC를 포함하는 연결 핀을 사용하는 행거 조립체는 950 내지 1100℃가 되는 온도 영역에 사용할 수 있지만, 용착 등의 면을 고려하여, 1050℃ 이상이 되는 영역에 본 실시 형태에 따른 행거 조립체(21)를 적용하는 것이 바람직하다.

또한, 루프 케이싱(5)의 천장부에는 급기관(34)이 구비되고, 이 급기관(34)으로부터 1.5 내지 10％ 정도의 수소 및 잔량부 질소 가스를 포함하는 환원성 혼합 가스가 공급되어, 플로트 배스(2)의 내부 공간이 항상 대기압 이상의 환원성 분위기로 유지된다. 플로트 배스(2) 내부의 환원성 분위기를 구성하는 가스는 유리 리본(6)이 인출되는 출구부(2C)로부터 챔버(7)측으로 약간 유출된다.

플로트 배스(2)의 하류측에 설치되어 있는 챔버(7)는 드로스 박스(7A)와 천장부(7B)와 도시를 생략한 측벽을 포함하고, 본 실시 형태에서는 드로스 박스(7A)의 내부에 3개의 리프트 아웃 롤(9)이 설치되어 있다. 드로스 박스(7A)는 플로트 배스(2)와 서냉로(8)를 접속하도록 챔버(7)의 저부측을 구성하고 있다.

드로스 박스(7A)에 있어서, 리프트 아웃 롤(9)의 하부측에는 플로트 배스(2)와 서냉로(8) 사이의 기류를 차단하기 위해서, 그래파이트제의 시일 블록(35)을 상부에 구비한 벽 형상의 받침대(31)가 배치되어 있다.

챔버(7)의 천장부(7B)는 플로트 배스(2)와 서냉로(8) 사이에 설치된 후드(32)와, 후드(32)의 하면으로부터 현수된 드레이프(33)를 구비하고 있다. 드레이프(33)는 판 형상의 구획 부재이고, 챔버(7)의 내부 공간을 유리 리본(6)의 반송 방향을 따라서 복수의 공간부로 구획하고 있다.

서냉로(8)는 금속제의 로각(爐殼)(8A)에 의해 통로형으로 구성되고, 그 내부에 레어 롤(10)이 수평으로 복수 설치되어 있고, 챔버(7)를 통과해서 이동해 온 유리 리본(6)을 복수의 레어 롤(10)에 의해 반송하면서 서냉할 수 있다.

이상에서 설명한 플로트 배스 장치(1)는 플로트 배스(2)에 있어서 용융 금속(3)의 상방 공간에 수소 가스를 포함하는 불활성 가스를 채운 환원성 분위기로 한 후, 플로트 배스(2)의 상류 단부의 입구부(2a)로부터 하류 단부의 출구부(2C)측으로 용융 유리(G)를 흘리면서, 유리 리본(6)을 성형한다. 그리고, 유리 리본(6)을 리프트 아웃 롤(9)에 의해 용융 금속(3)으로부터 끌어올려 챔버(7)측으로 반송하고, 이어서 서냉로(8)측으로 레어 롤(10)에 의해 반송함으로써 냉각하여, 냉각한 유리 리본(6)을 얻을 수 있다.

또한, 서냉로(8)의 하류측에 설치한 도시를 생략한 세정 장치로 유리 리본(6)을 세정하고, 또한 하류측에 있어서 유리 리본을 절단 장치에 의해 절단함으로써 목적으로 하는 폭과 길이의 판유리를 얻을 수 있다.

상술한 유리 리본(6)의 성형에 적용하는 유리로서 이하의 조성예에 나타내는 무알칼리 유리를 적용할 수 있다.

제1 예로서, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 사용할 수 있다.

SiO₂: 50 내지 73％, Al₂O₃: 10.5 내지 24％, B₂O₃: 0 내지 12％, MgO: 0 내지 10％, CaO: 0 내지 14.5％, SrO: 0 내지 24％, BaO: 0 내지 13.5％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％, ZrO₂: 0 내지 5％.

제2 예로서, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 사용할 수 있다.

SiO₂: 58 내지 66％, Al₂O₃: 15 내지 22％, B₂O₃: 5 내지 12％, MgO: 0 내지 8％, CaO: 0 내지 9％, SrO: 3 내지 12.5％, BaO: 0 내지 2％, MgO+CaO+SrO+BaO: 9 내지 18％.

제3 예로서, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 사용할 수 있다.

SiO₂: 54 내지 73％, Al₂O₃: 10.5 내지 22.5％, B₂O₃: 0 내지 5.5％, MgO: 0 내지 10％, CaO: 0 내지 9％, SrO: 0 내지 16％, BaO: 0 내지 2.5％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 26％.

이 무알칼리 유리를 사용해서 플로트법에 의해 제조하는 판유리로서, 예를 들어 표시 장치용 유리라면, 두께 0.7㎜ 내지 0.1㎜, 세로 폭 2500㎜, 가로 폭 2200㎜ 등의 판유리를 예시할 수 있다.

상술한 바와 같이 유리 리본(6)의 생산을 개시하면, 유리가 일반적인 소다 석회 유리여도 1000℃ 가까이, 무알칼리 유리 등의 상술한 조성의 고왜곡점 유리 등에 있어서는 일반적인 소다 석회 유리보다도 100℃ 정도 높은 온도에서 성형된다. 그로 인해, 천장부(18)를 지지하고 있는 행거 조립체(21)의 행거 부재(27)에는 지금까지 이상으로 높은 온도에 노출된다. 또한, 행거 부재(27)로부터의 열전도에 의해 연결 핀(26)도 상응하는 온도로 가열되고, 지지 로드 부재(23)의 하부측도 꽤 높은 온도에 노출된다.

이 온도 부가가 오랫동안 작용하면, 종래 구조의 SiC의 행거 부재와 SiC의 연결 핀의 조합에서는 용착을 발생시킨다. 또한, SiC의 연결 핀에 대하여 NiCr 등의 Ni기 내열 합금도 용착을 발생시킨다.

이 점에서 SiC의 행거 부재(27)와 Si₃N₄ 소결체의 연결 핀(26)의 조합에서는 용착을 발생시키기 어렵다. 또한, Si₃N₄ 소결체의 연결 핀(26)에 대하여 NiCr 등의 Ni기 내열 합금제의 지지편(23e)도 용착을 발생시키기 어렵다. 이들의 조합에 있어서 용착을 발생시키기 어려운 것은, 상호의 마찰 계수가 작기 때문이다.

SiC의 행거 부재(27)와 Si₃N₄ 소결체의 연결 핀(26)의 조합에서 용착을 발생시키기 어려워서, 지진 등의 진동이 부가된 경우에도 행거 부재(27)와 연결 핀(26) 사이에서 요동 가능하므로, 행거 부재(27)와 연결 핀(26)에 파단이 발생하지 않는다. 또한, 마찬가지로 연결 핀(26)에 대하여 지지편(23e)도 용착을 발생시키기 어려우므로, 지진 등의 진동이 부가된 경우에도 연결 핀(26)과 지지편(23e)에 파단이 발생하기 어렵다.

본 실시 형태의 구조에 있어서, Si₃N₄제 연결 핀(26)의 NiCr 합금제 지지 로드 부재(23)에 대한 마찰 계수로서, 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기에 있어서 25℃ 내지 1000℃에서 0.1 내지 0.5의 범위를 채용할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.12 내지 0.45의 범위를 채용할 수 있다.

본 실시 형태의 구조에 있어서, Si₃N₄제 연결 핀(26)의 SiC제 행거 부재(27)에 대한 마찰 계수로서, 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기에 있어서, 25℃ 내지 1000℃에서 0.2 내지 0.5의 범위를 채용할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3 내지 0.4의 범위를 채용할 수 있다.

상기 범위의 마찰 계수이면, 일반적인 조성의 소다 석회 유리를 성형하는 경우에는 물론, 더욱 성형 온도가 높은 상술한 조성의 무알칼리 유리를 성형하는 경우에도 Si₃N₄제 연결 핀(26)의 SiC제 행거 부재(27)에 대한 용착을 발생시키지 않는다. 또한, 마찬가지로 Si₃N₄제 연결 핀(26)의 NiCr 합금제 지지 로드 부재(23)에 대한 용착도 발생하지 않는다.

[실시예]

도 5에 도시하는 구성의 시험 장치를 사용하여, NiCr 합금제의 지지 로드 부재와 Si₃N₄ 소결체제의 연결 핀과 SiC제의 행거 부재의 상대적인 마찰 계수 측정의 모델 시험을 행하였다.

도 5에 도시하는 시험 장치는 프레임(50) 상에 히터(51)가 설치되고, 이 히터(51) 상에 판 형상의 고정측 시험편(52)(50×50×10㎜)이 설치되고, 고정측 시험편(52)의 단부에 온도 측정용 열전대(53)가 설치됨과 함께, 고정측 시험편(52)의 상면 중앙부에 원기둥 형상의 가동측 시험편(54)(φ20×15㎜)이 배치되어 있다. 또한, 가동측 시험편(54) 상에 이 가동측 시험편(54)을 지지하기 위한 홀더(55)가 설치되고, 이 홀더(55) 위로부터 연직 하방을 향해서 하중 부가와 동시에 이동할 수 있는 구성으로 되어 있다.

가동측 시험편(54)을 고정측 시험편(52)에 가압하는 부하 하중을 10㎏f, 변위 속도 0.5㎜/min, 상대 변위 0.5㎜로 하여 마찰 계수의 측정을 행하였다.

가동측 시험편은 SiC제의 시험편과 Si₃N₄제의 시험편을 사용하였다. SiC제의 시험편은 Al₂O₃와 Y₂O₃를 포함하는 소결 보조제를 첨가해서 이루어지는 AGC세라믹스사 제조의 세라로이C를 사용하였다.

Si₃N₄제의 시험편은 소결 보조제를 첨가해서 이루어지는 결정질 바인더를 갖는 소결체(구로사키하리마(주) 제조)를 사용하였다.

고정측 시험편은 NiCr 합금(내열 주조 합금 HW)제의 시험편과 SiC제의 시험편을 사용하였다.

시험 온도는 25℃인 경우와, 히터(51)를 작동시켜서 고정측 시험편을 1000℃로 가열했을 경우의 2가지로 하였다. 시험 분위기는 대기 중과 3％ 수소를 포함하는 질소 가스 분위기 중에서 행하였다.

SiC제의 가동측 시험편과 Si₃N₄제의 가동측 시험편의 NiCr 합금제 고정측 시험편에 대한 시험 결과를 이하의 표 1과 도 6에 도시하였다.

SiC제의 가동측 시험편과 Si₃N₄제의 가동측 시험편의 SiC제 고정측 시험편에 대한 시험 결과를 이하의 표 2와 도 7에 도시하였다.

표 1, 표 2와 도 6, 도 7에 도시하는 시험 결과로부터, N₂+H₂ 혼합 가스 분위기 하에 있어서의 마찰 계수는, SiC제 시험편과 NiCr 합금제 고정측 시험편과의 조합에서는 상당히 높은 것에 반해, NiCr 합금제 고정측 시험편과 Si₃N₄제의 가동측 시험편과의 조합에서는 대폭으로 낮아지는 것이 명확하다. 따라서, Si₃N₄제의 연결 핀을 사용함으로써, NiCr 합금제의 지지 로드 부재와의 고착을 방지할 수 있으며, 장시간 사용 후에 지진 등에 의해 강제적인 흔들림이 작용해도 연결 핀의 파단이 발생하기 어렵고, 지지 로드 부재의 파단도 발생하기 어려워지는 것을 알 수 있다.

표 1에 나타난 시험 결과로부터, Si₃N₄제 연결 핀의 NiCr 합금제 지지 로드 부재에 대한 마찰 계수로서, 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기에 있어서 25℃ 내지 1000℃에서 0.1 내지 0.5의 범위를 채용할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.12 내지 0.45의 범위를 채용할 수 있다.

표 2에 나타난 시험 결과로부터, Si₃N₄제 연결 핀의 SiC제 행거 부재에 대한 마찰 계수로서, 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기에 있어서, 25℃ 내지 1000℃에서 0.2 내지 0.5의 범위를 채용할 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3 내지 0.4의 범위를 채용할 수 있다.

이상과 같은 시험 결과가 발생한 원인은 이하와 같이 추정할 수 있다. 미끄럼 이동시의 마찰 저항은, 상대하는 물질끼리의 최표면에 존재하는 물질의 조합에 가장 영향을 받는다. 일반적으로는 NiCr과 같이 산화되기 쉬운 재료의 표면은, 고온에서는 산화물이 형성되어 마찰 계수는 떨어지지만, 비산화 분위기에서는 그 효과는 기대할 수 없고, 경도 저하에 의한 마찰 계수의 증대가 발생한다.

한편, 질화물끼리의 조합에서는 진공 중에 있어서, Si₃N₄와 CNx의 조합의 마찰 계수가 극단적으로 낮아지는 것이 알려져 있다. 질화물 상호의 마찰 계수가 저하되는 메커니즘은 반드시 밝혀져 있는 것은 아니지만, 본 시험 결과에 있어서, 1000℃로 가열한 N₂-H₂ 분위기에서는 NiCr 합금이나 SiC의 극 표면에 원자 레벨의 질화층이 형성되고, Si₃N₄와의 질화물끼리 미끄럼 이동이 되었기 때문에, 마찰 계수가 대폭으로 떨어진 것으로 생각된다.

도 11은 일반적으로 알려져 있는 Al₂O₃와 Y₂O₃를 소결 보조제로 하여 Si₃N₄ 입자에 첨가해서 소결한 Si₃N₄ 소결체의 강도와, SiC 소결체의 강도의 온도 의존성을 나타낸다. Al₂O₃와 Y₂O₃를 소결 보조제로서 사용하는 타입의 Si₃N₄ 소결체는 입계층이 유리 상을 포함한다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 유리 상을 입계층으로 하는 Si₃N₄ 소결체는, 600℃를 초과하는 정도부터 급격하게 강도 저하가 시작되고, 800 내지 1200℃의 온도 영역에서는 SiC 소결체보다도 강도 저하가 현저하다. 이로 인해, 용융 유리(G)를 성형하는 등과 같은 1000℃ 정도 또는 1000℃를 초과하는 영역에 Si₃N₄ 소결체를 포함하는 부재를 배치하는 것은 적용하기 어렵다.

이에 반해 본원 실시 형태에서는, 결정질의 입계층을 형성한 Si₃N₄ 소결체를 사용하고, 게다가 SiC를 포함하는 행거 부재에 대한 마찰 계수가 낮은 현상을 이용하며, NiCr 합금을 포함하는 지지 로드 부재에 대하여 마찰 계수가 낮은 현상을 이용하여, 용착을 발생시키기 어렵고, 파단되기 어려운 행거 조립체를 제공할 수 있는 점은 종래 공지된 기술로부터는 얻어지지 않는 특징을 가진다.

또한, 도 11에 나타내는 강도의 비교로부터, 고온 영역에서는 SiC 소결체 대신에 Si₃N₄ 소결체를 채용하기 어렵지만, 상술한 바와 같이 결정질의 입계층을 사용한 Si₃N₄ 소결체를 채용함으로써 고온에서의 강도 저하를 억제할 수 있다. 또한, 플로트 배스(2)와 같이 1.5 내지 10％의 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기에서는 SiC의 표면에 고온에서 통상 생성되는 산화막이 생성되지 않기 때문에, SiC에 있어서 용착의 문제가 나타나게 된다. 이 점을 감안하더라도 결정질의 입계층을 형성한 Si₃N₄ 소결체를 사용하는 것의 우위성이 있다.

본 출원은 2013년 11월 20일에 출원된 일본 특허 출원 제2013-240111호에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

1: 플로트 배스 장치
2: 플로트 배스
2a: 입구부
2C: 출구부
3: 용융 금속
G: 용융 유리
5: 루프 케이싱
6: 유리 리본
7: 챔버
8: 서냉로
9: 리프트 아웃 롤
10: 레어 롤
18: 천장부
18A: 루프 벽돌
20: 가열 히터
21: 행거 조립체
22: 색조체
23: 지지 로드 부재
23d: 분기부
23e: 지지편
23f: 관통 구멍
26: 연결 핀
27: 행거 부재
28: 연결부
28a: 관통 구멍
29: 지지편
30: 훅부

Claims (9)

1. 플로트 판유리 제조 장치용 플로트 배스와 해당 플로트 배스의 상방에 설치된 플로트 배스 루프를 구비한 플로트 배스 장치에 설치되고, 상기 플로트 배스 루프의 천장부를 구성하는 내화 벽돌을 현수하기 위한 행거 조립체이며,
   당해 행거 조립체가 NiCr 합금제의 지지 로드 부재와, SiC제의 행거 부재와, 상기 지지 로드 부재와 상기 행거 부재를 걸어 지지하는 연결 핀을 구비해서 구성되고,
   상기 연결 핀이 결정질의 입계층을 포함하고 Si₃N₄ 입자를 복수 결합한 Si₃N₄제의 소결체를 포함하는 행거 조립체.
2. 제1항에 있어서, 상기 연결 핀의 상기 행거 부재에 대한 마찰 계수가, 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기, 25℃ 내지 1000℃에서 0.2 내지 0.5의 범위인 행거 조립체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연결 핀의 상기 지지 로드 부재에 대한 마찰 계수가, 수소를 포함하는 불활성 가스 분위기, 25℃ 내지 1000℃에서 0.1 내지 0.5의 범위인 행거 조립체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 로드 부재가, 로드 형상인 연신부와, 해당 연신부의 일단부측에 형성된 분기부와, 해당 분기부의 단부에 상기 연신부를 연장하는 방향으로 형성되고, 상기 연결 핀을 삽입 관통하는 관통 구멍을 갖는 복수의 지지편을 구비하고,
   상기 행거 부재의 일단부측에 상기 연결 핀을 삽입 관통하는 관통 구멍을 구비한 연결부가 형성되고, 상기 행거 부재의 타단부측에 상기 내화 벽돌을 걸어 지지하는 훅부가 형성된 행거 조립체.
5. 내부에 용융 금속이 수용되는 플로트 배스와, 행거 조립체에 내화 벽돌을 걸어 맞춤으로써 형성된 천장부를 갖는 플로트 배스 루프를 구비한 플로트 판유리의 제조 장치이며, 상기 행거 조립체가 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 행거 조립체로 구성된 플로트 판유리의 제조 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 플로트 배스 루프가, 상기 플로트 배스의 측벽 상에 가설된 천장부와, 상기 플로트 배스의 측벽 상에 상기 천장부를 덮도록 설치된 루프 케이싱을 구비하여 이루어지고, 상기 루프 케이싱의 상부로부터 현수된 강재를 개재해서 상기 행거 조립체의 지지 로드 부재가 현수된 플로트 판유리의 제조 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 플로트 판유리가, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 포함하는 플로트 판유리의 제조 장치:
   SiO₂: 50 내지 73％, Al₂O₃: 10.5 내지 24％, B₂O₃: 0 내지 12％, MgO: 0 내지 10％, CaO: 0 내지 14.5％, SrO: 0 내지 24％, BaO: 0 내지 13.5％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 29.5％, ZrO₂: 0 내지 5％.
8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 플로트 판유리가, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 포함하는 플로트 판유리의 제조 장치:
   SiO₂: 58 내지 66％, Al₂O₃: 15 내지 22％, B₂O₃: 5 내지 12％, MgO: 0 내지 8％, CaO: 0 내지 9％, SrO: 3 내지 12.5％, BaO: 0 내지 2％, MgO+CaO+SrO+BaO: 9 내지 18％.
9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 플로트 판유리가, 산화물 기준의 질량 백분율 표시로 하기 조성을 갖는 무알칼리 유리를 포함하는 플로트 판유리의 제조 장치:
   SiO₂: 54 내지 73％, Al₂O₃: 10.5 내지 22.5％, B₂O₃: 0 내지 5.5％, MgO: 0 내지 10％, CaO: 0 내지 9％, SrO: 0 내지 16％, BaO: 0 내지 2.5％, MgO+CaO+SrO+BaO: 8 내지 26％.

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