JP5546641B2 - ガラス製造プロセスにおける縁部誘導器からの熱損失を低減する方法および装置 - Google Patents

Description

優先権の主張

本願は、２００９年１０月２９日に出願された米国特許出願第１２／６０８，４５２号による優先権を主張する。この文献の内容、および本明細書で言及する刊行物、特許および特許文献の開示全体を参照して本明細書に組み込む。

本発明は、ダウンドローガラス製造プロセスで用いられる縁部誘導器からの熱損失を低減する方法および装置に関する。

薄い板ガラスを成形する１つの方法は、溶融ガラスのリザーバから帯状ガラスが延伸される延伸法によるものである。これは、例えば、帯状ガラスがリザーバから上に向かって延伸されるアップドロー法（例えば、フーコー法またはコルバーン法）によって、または、帯状ガラスが一般的に成形部本体から下に向かって延伸されるダウンドロー法（例えばスロット法またはフュージョン法）によって達成され得る。帯状ガラスが成形されたら、帯状ガラスから個々の板ガラスが切り出される。

従来のダウンドロー法では、溶融ガラスが成形部本体から延伸されて帯状ガラスになる。例えば、例示的なフュージョン・ダウンドロー法では、溶融ガラスは、一対の互いに収束する成形面を有する成形部本体上を流れる。この別々の流れは、成形面が収束する場所（「根底部」）で合わさって、単一の帯状ガラスが生成される。根底部に配置された縁部誘導器が、表面張力の影響に対抗して帯状ガラスの幅を維持するのを補助する。

縁部誘導器における熱損失によって、縁部誘導器の表面を流れるガラスが冷却されて、ガラスの失透が生じ得る。この熱損失の１つのソースは、成形部本体の底部から下降する帯状ガラスをガイドする、根底部にごく接近して配置された縁部ローラまで辿ることができる。

帯状ガラスを延伸する装置が記載される。この装置は、帯状ガラスを形成するために溶融ガラスが延伸される成形部本体の根底部の下方に近接して配置された縁部ロールアセンブリを備える。縁部ロールアセンブリは、放射によって失われる熱の量を最小限にすると共に延伸装置を通って上に向かって流れる空気による対流による熱損失を低減するための、縁部ロールの軸の周囲に配置された熱シールドまたはシュラウドを含む。即ち、熱シュラウドは本質的に中空の管であり、即ち、軸とシュラウドとの間に空隙ができるように軸の周囲に配設できる。シュラウドは、軸を断熱して軸があまりヒートシンクとならないようにし、縁部誘導器から軸への熱損失を最小限にする。シュラウドの少なくとも一端部では、空隙が周囲雰囲気へと開放されている。シュラウドの少なくとも一端部は少なくとも部分的に閉止されており、幾つかの実施形態では完全に閉止されている。

一実施形態では、帯状ガラスを延伸する装置が開示される。この装置は、帯状ガラスを供給するための、フュージョン成形部本体等の成形部本体を備え、該成形部本体は、互いに収束して根底部で合わさる複数の成形面を含む。成形部本体は、根底部と交差する縁部誘導器も含む。縁部誘導器は、収束する成形面と縁部堰（溶融ガラスの流れを制限するための成形部本体の両端部に配置された本質的に垂直な部材）との間に延在するウェブ面を含む。幾つかの実施形態では、縁部誘導器は、白金または白金合金（例えば白金ロジウム合金）から作られ、耐火性の（例えばセラミック）成形部本体に取り付けられる。

成形部本体の直下には、縁部ロールアセンブリが縁部誘導器に近接して配置されており、縁部ロールアセンブリは、帯状ガラスの縁部と接触する接触部材またはロールを含む。縁部ロール軸は接触部材に連結されており、シュラウド部材は接触部材に近接して軸の周囲に配設され、軸の外面とシュラウド部材の内面との間に間隙が存在するようになっている。軸は中空であって、空気または水等の冷却液を、軸を通して接触部材と接触させるよう搬送するための１以上の通路または管を含むのが好ましい。接触部材は、そこに接触する冷却液が接触部材を内部から冷却できるように、少なくとも中空の部分を含む。例えば冷却液の再循環のために、軸および接触部材から冷却液を除去できるように、軸には戻り通路も設けられる。

シュラウド部材は、軸と同心であって中空であるのが好ましい（そこを通って延びる軸または支持部（存在する場合）を除く）。幾つかの実施形態では、シュラウド部材を作る材料として、低放射率材料が選択され得る。シュラウド部材は、接触部材に隣接して配置され、接触部材から軸の少なくとも一部分の周囲を覆うよう延在し、軸とシュラウド部材の内面との間には環状の間隙が形成される。シュラウド部材の一端部は、例えば、シュラウド部材を接触部材の一端部に固定することによって閉止されてもよく、この場合、内部容積は、軸の境界、シュラウド部材の内部および接触部材の一端部によって画成される。

幾つかの事例では、縁部ロール軸は、該軸を回転させるよう構成された駆動装置に連結される。例えば、縁部ロール軸は、電気モータに連結され得る。シュラウド部材の直径は、接触部材の最大外径以下であるが、シュラウドの内面と軸の外面との間に環状の間隙が形成されるように、シュラウド部材の内径は軸より大きくなっている。

幾つかの実施形態では、縁部ロールアセンブリは複数のシュラウド部材を含み、該複数のシュラウド部材の各シュラウド部材は隣接するシュラウド部材と同心であり、隣接するシュラウド部材間には間隙が存在する。上述のように、シュラウド部材は軸に連結されてもよく、または、シュラウドが軸と共に回転しないように、シュラウド部材は延伸装置の外部に連結されてもよい。

別の実施形態では、成形部本体から帯状ガラスを延伸するための縁部ロールアセンブリが記載される。縁部ロールアセンブリは、帯状ガラスの縁部と接触する接触部材と、接触部材に連結された縁部ロール軸と、軸の外面とシュラウド部材の内面との間に間隙が存在するように軸の周囲に同心に配設されたシュラウド部材とを含む。シュラウド部材は、例えば、軸の長さの２分の１より大きい長さにわたって延在し得るが、接触部材から少なくとも１０ｃｍの長さにわたって延在するのが好ましい。軸および接触部材を回転させるために、縁部ロール軸は、駆動装置によって駆動されるよう構成されるのが好ましい。シュラウド部材の外径は、接触部材の最大外径以下であるのが好ましい。幾つかの事例では、縁部ロールアセンブリは、軸の周囲に同心に配設された複数のシュラウド部材を含む。シュラウド部材は軸に連結され得る。

更に別の実施形態では、ガラスを延伸する方法が記載される。この方法は、ダウンドロー法で連続した帯状ガラスを製造し、帯状ガラスの縁部に接触する接触部材と、接触部材に連結された縁部ロール軸と、軸の外面とシュラウド部材の内面との間に間隙が存在するように接触部材に近接して軸の周囲に同心に配設されたシュラウド部材とを含む縁部ロールアセンブリに、連続した帯状ガラスを接触させることを含む。

本発明を限定するものではない以下の例示的な説明において、添付の図面を参照することで、本発明の理解がより容易になると共に、本発明の他の目的、特徴、詳細および長所がより明確になるであろう。そのような更なるシステム、方法、特徴および長所は、本説明に含まれ、本発明の範囲内であり、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

縁部誘導器および該縁部誘導器の下方に配置された一対の縁部ロールアセンブリを含む、例示的なフュージョン法による成形部本体の部分断面斜視図 縁部誘導器に対する縁部ロールおよび熱シュラウドの配置を示す、図１の装置の一部分の正面図 縁部ロールアセンブリの軸の周囲に配設された熱シールドまたはシュラウドを含む縁部ロールアセンブリを示す、本発明による一実施形態の斜視図 複数の同心の熱シュラウドが縁部ロールに連結された、本発明による縁部ロールの別の実施形態を示す図

以下の詳細な説明では、限定ではなく説明の目的で、本発明の完全な理解を提供するために具体的な詳細を開示する例示的な実施形態を述べる。しかし、本開示の利益を享受する当業者には、本発明が、本明細書に開示された詳細とは異なる他の実施形態で実施され得ることは自明である。更に、本発明の記載を不明瞭にしないために、周知の装置、方法および材料の説明は省略され得る。最後に、当てはまる場合には、同一参照番号は同一要素を示す。

例示的なフュージョン型のダウンドロー法では、溶融ガラスが成形部本体に供給される。成形部本体は、その上面に上が開いたチャネルを有する。溶融ガラスはチャネルの壁から溢れ、成形部本体の互いに収束する外面を流れ下り、この別々の流れは、互いに収束する面が交わる線（即ち「根底部」）において接触する。そこで別々の流れは合わさり、即ち融着し、成形部本体から下に向かって流れる単一の帯状ガラスとなる。

成形部本体の両端部には、通常、ガラス流の縁部をガイドして帯状ガラスの本体より厚い断面を有する安定したビード部を形成するための縁部誘導器が嵌められており、これは、根底部の長さを事実上増加させることにより、表面張力に対抗して帯状ガラスの幅を維持するのを補助し得る。

帯状ガラスの縁部に沿って配置された様々なローラ（または「ロール」）は、帯状ガラスを下に向かって延伸する（即ち引っ張る）と共に／または、帯状ガラスに帯状ガラスの幅を維持するのを補助し得る緊張力を加える役割をする。一部のロールはモータによって回転されてもよく、他のロールはフリーホイールであってもよい。縁部ロールは対にして配置され、それらの間に帯状ガラスを挟持する。従って、帯状ガラスの長さに沿った所与の垂直方向の位置には、帯状ガラスの一方の縁部に一対の縁部ロールが配置されると共に、帯状ガラスの他方の縁部では、同じ垂直方向の位置に第２の一対の縁部ロールが配置され、合計４つのロールが配置される。

成形部本体の両面に沿った板ガラスの本体が晒される略均一な水平方向の熱環境は、成形部本体のいずれの端部の周囲の幾何学的条件によっても乱される。従って、成形部本体の両端部は、成形部本体上のガラス流の本体よりも低温の、実質的により大きい表面積に晒される。具体的には、縁部誘導器の直下にある縁部ロールは、高温のガラスがそれらの縁部ロールにくっつくのを防止するために、実質的により低い温度に積極的に維持される。例えば、参照番号６で表わされている空気等の作用流体が、縁部ロール軸内の管８等の通路を通して流され得る。この作用流体は、ロール接触部材（縁部ロールアセンブリの溶融ガラスに接触する部分）の内面にあたり、接触部材を冷却する（図２を参照）。軸を通る２以上の冷却路が設けられ得る。

縁部ロールの軸間およびその周囲の開口部も、縁部誘導器を、延伸装置の下方のより低温の面に晒させる。更に、縁部誘導器の形状は広がっており、その上を流れるガラスの速度を遅くして、縁部誘導器上のガラスが冷却される時間を、成形部本体の両面にあるガラスよりも長くして、冷却速度を高める。また、縁部誘導器の対流および放射による熱損失に直接晒される表面積は、成形部本体より大きい。

縁部誘導器からの熱損失は、縁部誘導器上を流れるガラスの温度を、成形部本体の根底部にあるガラスより低くする。この縁部誘導器における低いガラス温度は、理想的には、縁部誘導器上での失透の蓄積を回避するために、ガラスの液相温度に近いかまたはそれより高いべきである。ガラスの温度がガラスの液相温度よりも実質的に低い場合には、急速な失透の蓄積が生じ、最終的に、ガラスの流れが不安定になり得ると共に、板ガラス形成特性が劣化し得る。また、縁部誘導器上での失透ガラスの蓄積は、失透ガラスが折れてガラス流と共に流れた場合、溶融ガラスを汚染し得る。

現在、延伸用のガラスの組成は、最悪の失透問題を回避するために十分に低い液相温度（または高い液相粘度）を有するよう選択される。比較的低い液相粘度を有するガラス組成では、失透の蓄積速度が、装置の補修が必要となるまでのガラス成形装置（例えば成形部本体および／または縁部誘導器）の動作寿命を制限する主な要因となる。失透部分を再溶融させるための試みとして、成形部本体上に通常の温度よりも遥かに高温のガラスを流す過去の試みや、縁部誘導器から失透部分を機械的に掻き取る試みは、問題を軽減するには至らなかった。

失透の蓄積は、成形部本体の根底部の中心の最も高温であり、縁部誘導器にわたって急激に低下する、成形部本体および縁部誘導器にわたるガラスの温度パターンによって促進される。一般的に、縁部誘導器の下部領域にあるガラスの温度は液相温度より低くなり、失透の蓄積が促進される。ガラスの温度が液相温度よりも十分に低く、ガラスが流れる速度が十分に遅い場合には、失透の蓄積速度は、最終的に縁部誘導器上のガラスの流れを乱すのに十分に高くなり、板ガラス成形プロセスの管理が困難になる。

図１には、一実施形態による例示的なフュージョン・ダウンドロー装置１０が示されている。フュージョン・ダウンドロー装置１０は、チャネルまたはトラフ１４と、互いに収束する複数の成形面１６を含む成形部本体１２とを備えている。互いに収束する成形面１６は根底部１８で交わる。トラフ１４には、ソース（図示せず）から溶融ガラス１９が供給され、溶融ガラス１９はトラフの壁から溢れて、別々の流れとして成形部本体の外面上を流れる。この互いに収束する成形面１６上を流れる溶融ガラスの別々の流れは、根底部１８で接触し、帯状ガラス２０を形成する。帯状ガラスが成形部本体から下降するにつれ、溶融材料は、成形部本体の底部における粘性状態から粘弾性状態に遷移し、最終的に弾性状態になる。

帯状ガラス２０が最終的な厚さおよび粘度に達すると、帯状ガラスはその幅にわたって分離され、独立した板ガラス、即ちペインが提供される。溶融ガラスが成形部本体に供給され続け、帯状ガラスが長くなると、更なる板ガラスが帯状ガラスから分離される。

縁部誘導器２２は、収束する成形面１６と縁部堰２６との間に延在するウェブ部２４を含む。幾つかの実施形態では、ウェブ部２４の一部分は根底部１８の下方まで延びる。しかし、図１に示される縁部誘導器は説明のみを目的とするものであり、他の設計の縁部誘導器も可能である。成形部本体の各コーナーにつき１つずつ、合計で４つの縁部誘導器ウェブ部が存在する。特定の実施形態では、縁部誘導器ウェブ部内に、縁部誘導器を加熱するための加熱要素（図示せず）が配設され得る。

縁部ロールアセンブリ３２は、縁部誘導器２２の下方の所定の垂直方向の位置に配置され、帯状ガラスに引張力を加えるために用いられる駆動される縁部ロール、および／または、帯状ガラスをガイドすると共に帯状ガラスの幅にわたる緊張を維持するのを補助する駆動されないアイドラーロールを含み得る。駆動される縁部ロールは、通常は電気モータである駆動装置によって駆動される。縁部ロールは、一般的に、複数の対にして配置され、各ロール対の各ロールは、帯状ガラスの縁部において互いに反対側に配置される。更に、所与の垂直位置の帯状ガラスの各縁部に一対のロールが配置されるよう、縁部ロール対自体も対にして配置される。

図３は、一実施形態による例示的な縁部ロールアセンブリ３２を示す。縁部ロールアセンブリ３２は、接触部材３４と、縁部ロール軸３６と、熱シールドまたはシュラウド３８とを含む。シュラウド３８は、縁部ロール軸上に嵌められた円筒または管を含む。管は軸と同心であるのが好ましい。シュラウド３８は、例えばフランジ３９を介して、縁部ロール軸３６に連結され得る。或いは、シュラウド３８は、接触部材３４に連結され得る。幾つかの実施形態では、シュラウド３８は、軸３６の周囲で独立して浮いた状態に設けられ得る。即ち、シュラウド３８は、縁部ロール軸に取り付けられて軸と共に回転するのではなく、外部支持部に連結され得る。シュラウドの内壁と縁部ロール軸の外面との間の空隙４０によって、シュラウド３８は軸３６から断熱されており、周囲環境と軸との間の熱移動のほとんどが、この熱移動を大きく阻害する一連の吸収抵抗‐伝達抵抗‐放射抵抗で実質的に構成されるようになっている。幾つかの実施形態では、接触部材３４の外面には、例えばナーリング４１によって、接触面とガラスとの間の把持力を向上させるためのテクスチャが設けられる。空隙４０は軸３６の周囲に３６０度延びているが、後述する幾つかの実施形態では、間隙は複数のスペーサまたはスポークによって分散され得る。

図４に示される別の実施形態では、半径が増加する複数の熱シールドまたはシュラウド３８が縁部ロール軸３６の周囲に同心に配設されており、従って、各シュラウドと隣接するシュラウド（または、最も内側のシュラウド部材については隣接する縁部ロール軸）との間の空隙４０は、トータルの熱抵抗を高めることによりシールド効果を高める。必要であれば、同心の円筒間にスペーサ（例えばスポーク）４２を用いて、円筒間の均一な間隙を維持してもよい。しかし、これらの支持部および円筒間の接触面積は、熱伝導経路をできるだけ減らすために最小限にされるべきである。図４に示される縁部ロールアセンブリ３２は、駆動モータ４４を含む。

１以上のシュラウド３８は、帯状ガラス２０の縁部に接触するロール接触部材３４の基部から駆動モータ４４までの軸３６の完全に露出した長さにわたって延在してもよく、または、軸３６の一部分のみを覆ってもよい。シュラウドの長さは、延伸装置内で使用可能なスペースのみによって制限される。しかし、各シュラウドの長さＬは少なくとも１０ｃｍであるのが好ましい。シュラウドの内面と軸の外面との間に間隙が設けられるように、最も外側のシュラウド３８の外径は、軸３６の直径より大きくすべきであるが、ロール接触部材３４の最も広い部分の直径と同じ大きさであってもよい。接触部材の直径と略同じ直径の場合には、縁部ロールが帯状ガラスに接触した挟持状態にされた際に縁部ロール対の軸どうしの間に形成される間隙が小さくなり、縁部誘導器と延伸装置の下部との間の視線ベクトルまたは「視界」が最小限になると共に、これらのより低温の表面への放射熱移動を低減し得る。接触面の直径より大きい直径は、ロール対が共に挟持状態にされた際に、ロール対の近傍によって妨げられる（この対の２つのシュラウドが接触し得る）。最も外側のシュラウドの直径を最大限にすることの二次的な効果は、上に向かって縁部ロールを超えて縁部誘導器に向かう空気の流れが実質的に遮断され、それにより、対流による縁部誘導器からの熱損失が低減されることである。ダウンドロー法では、延伸装置の最上部の温度が最も高く、空気が延伸装置を通って上に向かって流れるかなり大きな煙突効果を生じることを理解されたい。

縁部ロール軸のシールドされるべき最も重要な部分は、実際のロール接触部材に最も近い部分である。この部分は、上方の縁部誘導器を最も直視する位置にあり、従って、縁部誘導器の温度に対して最も影響を及ぼす。従って、シュラウドはできるだけ接触部材の近くに配置される。

シュラウド３８は、例えばフランジ３９を介して軸に機械的に連結されて、ねじによって固定されるか、または溶接され得る。これらの固定手段には、静止摩擦や半径方向の負荷は無く、シュラウドを軸に対して適切な位置に固定するためのみに用いられる。幾つかの実施形態では、シュラウドは、軸に連結されて軸と共に回転するのではなく、延伸装置の外部要素に連結され得る。

シュラウド３８は、成形部本体１２の両端部および縁部誘導器２２から２つの実質的により低温の物体、即ち、溶融ガラスがくっつくのを防止するために内側から冷却された縁部ロール軸３６と、軸間および軸の周囲から、下に向かって延伸される帯状ガラスを冷却するために一般的に成形部本体より遥かに低温の延伸装置の下部までの視界と、に至る熱放射形態係数を遮る。このように、シュラウド３８は、縁部誘導器２２および延伸装置の他の上部を、両縁部における過度の熱損失から絶縁する。

上述の本発明の実施形態、特にどの「好ましい」実施形態も、単に可能な実施の例であり、本発明の原理の明確な理解のために述べられたものに過ぎないことが強調されるべきである。上述の本発明の実施形態には、本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、多くの変更および変形がなされ得る。例えば、本明細書に開示した熱シールドまたはシュラウドの実施形態は、装置の他の部分および／またはガラスへのヒートシンクとして機能しない縁部ロールの断熱が必要な、フュージョン法以外の他のガラス製造プロセスで用いることもできる。そのような変形および変更の全ては、本開示および本発明の範囲に包含され、添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。

１０ フュージョン・ダウンドロー装置
１６ 成形面
２０ 帯状ガラス
２２ 縁部誘導器
３２ 縁部ロールアセンブリ
３４ 接触部材
３６ 縁部ロール軸
３８ シュラウド
４０ 空隙
４４ 駆動モータ

Claims (10)

1. 帯状ガラスを延伸する装置において、
   帯状ガラスを供給する成形部本体であって、互いに収束して根底部で合わさる複数の成形面を含む成形部本体と、
   前記根底部と交差する縁部誘導器と、
   前記縁部誘導器の下方に配設された縁部ロールアセンブリであって、前記帯状ガラスの縁部に接触する接触部材と、前記接触部材に連結された縁部ロール軸と、前記接触部材に近接して前記軸の周囲に配設されたシュラウド部材であって該シュラウド部材の内面と前記軸の外面との間に間隙が存在するシュラウド部材とを含む縁部ロールアセンブリと、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 前記シュラウド部材が前記軸と同心であることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記縁部ロール軸が、該軸を回転させるよう構成された駆動装置に連結されることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記縁部ロールアセンブリが複数のシュラウド部材を含み、該複数のシュラウド部材の各シュラウド部材が、隣接するシュラウド部材と同心であり、隣接するシュラウド部材間に間隙が存在することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の装置。
5. 前記シュラウド部材が前記軸に連結されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の装置。
6. 前記シュラウド部材が一端部において少なくとも部分的に閉止されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の装置。
7. 前記縁部ロールアセンブリが、前記成形部本体の直下において前記縁部誘導器に近接して配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の装置。
8. ガラスを延伸する方法において、
   成形部本体上に溶融ガラスを流して帯状ガラスを製造する工程であって、前記溶融ガラスが少なくとも１つの縁部誘導器上を流れる前記工程と、
   前記帯状ガラスの縁部に接触する接触部材と、該接触部材に連結された縁部ロール軸と、前記接触部材に近接して前記軸の周囲に同心に配設されたシュラウド部材であって、該シュラウド部材の内面と前記軸の外面との間に前記縁部誘導器からの放射による熱損失を低減するための環状の間隙が存在するシュラウド部材とを含む縁部ロールアセンブリに、前記帯状ガラスを接触させる工程と、
   を備えることを特徴とする方法。
9. 前記縁部ロール軸が回転され、前記シュラウド部材が前記軸と共に回転することを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記成形部本体が、互いに収束する複数の成形面を含み、該成形面上を前記溶融ガラスが別々の流れとして流れ、前記縁部誘導器が前記互いに収束する複数の成形面の一つに取り付けられることを特徴とする請求項８または９記載の方法。

Images