JP5647117B2 - ガラス帯の表面のうちの１つに構造を生成するためのプロセスおよび装置 - Google Patents

Description

本発明は、連続的に製造されるガラスの帯の表面のうちの１つに刻印ロールを使用して構造を生成する方法に関する。

用語「構造」は、ガラスの帯の該当の表面に刻まれた凹所および起伏の集まりを指す。

本発明は、さらに具体的には、これに
限られるわけではないが、光起電セルを備えるモジュールのための板ガラスの製造のための上述のような方法に関する。

光起電セルが、光エネルギー（特には、太陽光のエネルギー）の電気エネルギーへの変換を可能にすることを、思い起こすことができる。セルは、薄膜の形態またはウエハの形態でもたらされ、壊れやすい。機械的な保護だけでなく、水分および腐食に対する保護も必要である。この目的のため、ウエハの形態の光起電セルは、一般的には、ガラス製の保護パネルの下面へと貼り付けられ、薄膜の形態の光起電セルは、ガラスの下面へと直接的に蒸着される。セルの有効表面が、ガラスパネルを通して光を受け取るように、この平坦な面へと押し付けられる。

当然ながら、セルが、セルから遠い方のパネルの表面に降り注ぐ光のうちの可能なかぎり多くの量を捕捉することが望ましい。この目的のため、上述のセルから遠い方の表面での寄生の反射に起因する光の損失を、少なくする試みが行われている。

薄膜光起電モジュールを製造するために、とりわけ、スズの槽での形成によって得られるフロートガラスのシートまたは帯が使用される。フロートガラス法は、きわめて欠陥の少ないきわめて平坦な表面の生成を可能にする。しかしながら、フロートガラス製のパネルの平滑な表面は、光起電セルから遠い方の表面において、寄生の反射および有効な光の損失を生じさせる。

この光の損失を少なくするために、特定の製造者は、該当の平滑な表面に反射防止コーティングを施しているが、そのようなコーティングは、比較的高価であり、製造ライン上での方法において追加の工程を構成する。

表面に適切な構造を刻み込むことによって反射防止面を得ることも可能である。特許ＦＲ ２８３２８１４が、この種の構造の例を提示している。

したがって、完璧に平滑な１つの表面と、反射防止の構造を呈する第２の表面とを有する板ガラスを、１つの同じプロセスの最中に、連続的に製造できることが望まれる。

特許ＵＳ ４ ７４６ ３４７が、フロートガラスのプロセスにおいて、スズの槽を収容している部屋において、帯の上面へと刻印ロールを押し付けることによって、ガラスの帯の上面に刻みを設けることを提案している。このような構成は、比較的複雑であり、特には清掃および／または交換のために刻印ローラに介入することを困難にしている。

特許出願ＥＰ １ ０５７ ７９１ Ａ２が、フロートガラスの帯の下面に不整を生成するためのさまざまな技術的解決策を提案している。特には、不整を、フロート槽の終わりにおいて帯を押し上げるロールを使用することによって生成でき、あるいはフロート槽に後続する焼きなまし炉のロールのうちの１つによって生成することができる。この最後の構成によって生成される構造または刻みの状況は、ガラスの帯の状態が良好な刻みの形成のための最適条件に一致しない可能性があり、さらには／あるいは刻印ロールを押し付けるために多大な圧力を必要とする可能性があるため、完全には満足できない。

さらには、帯持ち上げロールのうちの１つを使用することは、例えば刻印ロールが帯上に存在する残余のスズによってすぐに汚れてしまい、あるいはスズの蒸気がこのロール上に凝縮することによってすぐに汚れてしまうなど、他の欠点を有している。

特許ＥＰ １ ０５７ ７９１ Ａ２が提案する技術的解決策は、特定の構造（特には、きわめて大きな圧力を必要とすると考えられる顕著な曲率を有する構造）を生成することができないため、上述の問題に完全には対処していない。

良好な条件下での刻みの形成を可能にするために、刻みを持たせるべき表面について、帯の充分な厚さを、スズの槽を出るときの帯の温度よりも高い温度Ｔ２へと高める必要がある。

刻み付けるべき外形、圧痕ロールによって帯へと加えなければならない圧力、および刻み付けの継続時間に応じて、特には計算により、さらに複雑な場合には数値シミュレーションまたは研究室での実験を使用して、温度Ｔ２および加熱すべき厚さを決定することが可能である。

帯の刻み付けのための熱的なパラメータを定めるために、
Ｔ２に近い温度へと加熱されるべき厚さ、
帯の速度、
ガラスの熱拡散率、および
ガラスのエンタルピー、
を考慮に入れる必要がある。

フロートガラスのラインは、例えば０．５〜２５ｍｍの範囲にわたる幅広い範囲の厚さのガラスを製造することができる。積層ガラスのラインに刻み付けられる外形も、例えば０．１〜４ｍｍの範囲の深さなど、きわめてさまざまな深さおよび形態を有する。したがって、所与のフロートガラスのラインにおける製品の範囲がこのように幅広くさまざまであることで、ガラスの過熱を避け、設備を過度に大型化させることなく、あるいは過度のパワーを消費することなく、所望の刻み付けを得るために、複雑な熱の管理が必要になる。

ＦＲ ２８３２８１４ ＵＳ ４ ７４６ ３４７ ＥＰ １ ０５７ ７９１ Ａ２

本発明は、膨大な範囲のフロートガラス製品についてさまざまな深さへと刻み込まれるべき帯の加熱および冷却のための最適な条件を簡単かつ迅速に決定できるようにする方法を提案することによって、適切なパラメータを定めることを可能にする。

とりわけ、本発明の目的は、上述した種類の方法であって、寄生の反射の回避または少なくとも明らかな軽減を可能にする精密な構造を少なくとも１つの表面に有しているガラスの帯を最適な条件のもとで連続的に生成できるようにし、かつ幅広い範囲の製造パラメータについてそのようにすることができる方法を提供することにある。

本発明によれば、連続的に製造されるガラス（特には、フロートガラス）の帯の表面のうちの１つに刻み付け装置（特には、刻印ロール）を使用して構造を生成する方法であって、
刻み付け装置が、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間によれば刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるためには帯の平均温度Ｔ１が不充分である領域に配置され、
刻印されるべき表面が、刻み付け装置の上流において加熱され、帯の限られた充分な厚さが、刻み付けの開始において、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間によれば帯へと刻み付け装置からパターンを刻み付けるために必要である温度Ｔ２＞Ｔ１へと高められ、
加熱装置によって帯へと伝えられる熱流束が、「圧痕数」（ｉｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ）が、０．０５ｍｍ^−１〜２．００ｍｍ^−１の間の範囲であり、好ましくは０．３ｍｍ^−１であるような熱流束であり、「圧痕数」Ｎ_ｉｍｐは、式

によって定められる
ことを特徴とする。

ソーダ石灰ガラスの場合、温度Ｔ２は、好都合には６５０℃〜１１００℃の間の範囲にあり、好ましくは７５０℃〜９５０℃の間の範囲にある一方で、温度Ｔ１は、６２０℃以下でありかつ５７０℃よりも高い。

構造を、帯の上面または下面に生成することができる。

速やかに刻印された構造を安定化させ、帯を帯の厚さの全体にわたってＴ１に近い温度へと戻すために、帯の刻印された表面は、刻み付け装置の後で速やかに冷却される。刻印が搬送ロール上を通過する帯の下面について実行される場合には、帯の刻印された表面が、搬送ロールに触れる前に、刻み付け装置の後ろで６２０℃以下かつ５７０℃よりも高い温度（ソーダ石灰ガラスの場合）へと速やかに冷却される。

好都合には、温度Ｔ２へと加熱される帯の厚さは、温度Ｔ２へと加熱されるガラスの体積が、刻印によって変位させられる体積に少なくとも等しいような厚さである。

上述の方法は、フロートガラスを製造するための設備において、特には槽からの出口の後ろ、またはフロートタンクに続く焼きなまし炉において、好都合に実施することができる。

さらに、本発明は、刻み付け装置を使用して連続的に製造されるガラスの帯の表面のうちの１つに構造を生成するための装置であって、
刻み付け装置が、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間によれば刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるためには帯の平均温度Ｔ１が不充分である領域に配置され、
刻印されるべき表面を加熱する手段が、刻み付け装置の上流に設置され、帯の限られた充分な厚さが、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間によれば刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるために必要である温度Ｔ２＞Ｔ１へと、帯の残りの部分をＴ１に近い温度に保ちつつ高められ、
加熱手段によって帯へと伝えられるパワーが、「圧痕数」Ｎ_ｉｍｐが、０．０５ｍｍ^−１〜２．００ｍｍ^−１の間の範囲であり、好ましくは０．３ｍｍ^−１に等しいようなパワーである
ことを特徴とする装置に関する。

本発明によれば、帯が、搬送ロールに接触する帯の下面が、Ｔ１以下の温度かつガラスが硬化する温度に相当する温度Ｔ３よりも高い温度に保たれるような方法で、冷却される。ソーダ石灰ガラスの場合には、温度Ｔ３が、約５７０℃である。

本発明によれば、帯の刻印された表面が、速やかに刻印された構造を安定させて帯をＴ１に近い温度へと戻すために、刻印ロールの後ろで速やかに冷却される。

好都合には、装置は、帯を適切な圧力でロールへと押し付けるために、刻印ロールとは反対側にガス（特には、空気）を吹き付ける手段を備える。

刻印ロールを、帯の上面に刻印を施すようにガラスの帯の上方に配置することができ、吹き付け手段を、帯の下面を支持する空気吹き付け空中浮遊テーブルで構成することができる。

装置は、好都合には、接触の円弧が、接触時間を延ばすために充分に大きい角度の広がりにて帯とロールとの間に確立されるように設計される。

表面層を加熱する手段は、帯の幅を横切る方向に延びるバーナのアレイを備えることができ、その火炎を、刻印すべき帯の表面へと向けることができる。

冷却手段は、例えば、冷却剤（特には、空気または水）を通す管を帯の幅を横切る方向に延ばし、刻印面の近くに位置させて形成される放射手段であってもよい。

冷却手段は、ガスを帯に吹き付けることによって機能する対流手段であってもよい。

本発明によれば、加熱される長さ、刻み付けの深さ、帯の移動速度、およびガラスの熱拡散率を結び付ける特徴的な数が存在する。この数は、以下では「圧痕数」として知られるが、帯の必要とされる深さを温度Ｔ２にするための加熱のパラメータの決定を可能にする。この数は、きわめて広い範囲の製造パラメータおよび刻み付けの深さについて有効である。圧痕数Ｎ_ｉｍｐは、式

によって与えられ、使用されているすべての量は、ＳＩ単位で与えられる。

この式において、ｄｅｐｔｈ_Ｔ２は、構造を刻み付けるために温度Ｔ２へと加熱されるべきガラスの厚さを指している。ｓｐｅｅｄは、ガラスの帯の移動速度を指している。速度のパラメータは、「フロート」プロセスによって、製造および帯の厚さの関数として設定される。ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ_{ｔｈｅｒｍａｌ}は、ガラスの種類に固有の特性であるガラスの熱拡散率を指している。ソーダ石灰ガラスの場合、この値は、刻み付けに必要とされる温度の範囲においてきわめてわずかしか変化しない。すなわち、７００℃において４．２×１０^−７ｍ^２／秒であり、１０００℃において４．６×１０^−７ｍ^２／秒である。したがって、圧痕数の計算において、満足できる精度で、４．４×１０^−７ｍ^２／秒という平均値を使用することができる。ｌｅｎｇｔｈ_{ｈｅａｔｅｄ}は、帯が加熱される移動の方向の長さを指している。

本発明による圧痕数によれば、例えば２〜３０ｍ／分という帯の速度における０．２〜４ｍｍという刻み付けの深さなど、幅広い製造パラメータに適した加熱設備を定めることができる。

本発明の１つの典型的な実施の形態を、次に説明する。

０．４ｍｍというＴ２深さ、１５ｍ／分という帯の速度、および４．４×１０^−７ｍ^２／秒という熱拡散率の場合、０．３ｍｍ^−１という圧痕数について、０．７６ｍという加熱長さが得られる。

次の段階は、ガラスの品質にとって有害な限界温度を超えないことを確認するために、帯の被加熱面の到達温度を計算することである。計算は、以下の式

を使用して実行される。

この式において、ｄｉｓｔ_ｉｍｐは、加熱の終わりと、帯と刻み付けロールとの間の接触の地点との間の距離である。これを、加熱と刻み付けの地点との間での熱の損失を少なくするために、できるだけ短くなるように選択することが好都合であり、好ましくは２０ｃｍとすることが好ましい。

６００℃という温度Ｔ１、８３０℃という温度Ｔ２、および１９ｃｍという距離において、９９５℃という高温面の温度が得られる。

この温度が限界値（例えば、ソーダ石灰ガラスの場合には１１００℃）を超える場合、わずかに小さい圧痕数（例えば、０．２）を使用して計算を繰り返す必要があると考えられる。

次の段階は、帯の幅１メートル当たりに注入すべき熱流束を決定することである。これは、以下の式

を使用して得られる。

この式において、Ｑ_ｉｍｐは、帯の幅１メートル当たりに注入すべき火力であり、Ｈｇは、ガラスのエンタルピーであり、ｄｅｎｓｉｔｙ_{ｇｌａｓｓ}は、ガラスの平均密度である。

項ＥＲは、エネルギー比を表わしており、すなわち厚さｄｅｐｔｈ_Ｔ２を温度Ｔ２へと加熱するために必要なエネルギーと比べたときの装置の実際の消費を表わしている。ＥＲは、以下の式

から得られる。

このようにして、４．５というＥＲ係数が得られる。この係数は、加熱長さに密接に結び付いている。この係数は、圧痕数が減少するときに悪化する。したがって、装置を最適化するために、圧痕数を、例えば表面の温度または熱流束の密度の限界値に達するまで増加させることが推奨される。

４．５に等しいこのＥＲ値において、帯の全幅にわたって注入すべき熱流束は、３５４ｋＷ／ｍｌ（キロワット／リニアメートル）となる。

今や加熱長さおよび注入すべきエネルギーが明らかになったため、熱流束密度ｑ_ｈｔを式

を使用して計算することができる。

したがって、必要な流束密度は、４５４ｋＷ／ｍ^２である。やはり、必要とされる流束密度が、利用可能な加熱手段によって達成できる流束密度よりも大きい場合、加熱長さを増やすために圧痕数をわずかに減らす必要がある。

本明細書に示した式は、複雑な数値シミュレーションを必要とせずに、簡単な手法を使用して量の良好な推定をもたらす。

本発明による評価方法を使用して、例えば刻み付けの深さ、移動の速度、温度Ｔ１およびＴ２、ならびにガラスの等級に応じた最大許容温度である種々の変数を変化させることによって実行されるシミュレーションのすべては、０．０５ｍｍ^−１〜２ｍｍ^−１の間に限られる圧痕数の妥当な領域をもたらす。この範囲の外の圧痕数は、過度の流束密度、大きすぎる加熱長さ、高すぎる高温面温度、またはきわめて悪いエネルギー効率などの異常につながると考えられる。

例えば、圧痕数が０．０５ｍｍ^−１よりも小さいと、加熱領域が容認できないほどの長さになりかねず、熱流束が小さすぎ、エネルギー消費が過大になりかねない。圧痕数が２ｍｍ^−１よりも大きいと、流束密度の値が、もはや通常の加熱手段を使用したのでは達成することができないほどに大きくなりかねない。同時に、表面の温度が過度に高くなり、ガラスの表面の過熱につながり、気泡の発生および蒸発を通じてガラスを劣化させる。

０．３ｍｍ^−１という圧痕数において、きわめて妥当な流束および長さを可能にする最良の妥協が得られる。

さらに、本発明は、フロートガラスの帯の表面のうちの１つへの構造の生成を、スズの槽の後ろに位置する領域であって、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置（特には、刻印ロール）と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間によれば刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるためには帯の平均温度Ｔ１が不充分である領域に位置する刻み付け装置を使用して連続的に行う方法であって、
刻印されるべき表面が、刻み付け装置の上流において加熱され、帯の限られた充分な厚さが、刻み付けの開始において、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間によれば帯へと刻み付け装置のパターンを刻み付けるために必要である温度Ｔ２＞Ｔ１へと高められ、
熱流束が、誘導またはマイクロ波によって、吸収が刻み付けを受けるべき層の厚さに限られるように適切に選択された周波数にて、帯へと伝えられる
ことを特徴とする方法にある。

上述した内容に加えて、本発明は、添付の図面（ただし、本発明がこれらに限られるわけではない）を参照して説明されるソーダ石灰ガラスについてのいくつかの典型的な実施の形態に関してさらに詳しく後述されるいくつかの他の構成にある。

本発明の方法を実行するフロートガラス製造ラインの概略の縦断面を示している。 刻印ロールが上方に位置しているガラスの帯の一部分を拡大した概略図である。 刻印ロールがガラスの帯の上方に位置している別の実施の形態を、図２と同様に示している。 バーナのアレイが上方に位置しているガラスの帯の概略の断面図である。 放射冷却手段が上方に位置しているガラスの帯の概略の断面図である。 帯の２つの表面に加えられる熱流束密度を、横座標軸に沿って示されている長手方向の位置の関数として縦座標軸に示している図である。 帯の温度推移を、横座標軸に沿って示されている長手方向の位置の関数として縦座標軸に示している図である。 本発明の１つの典型的な実施の形態の縦断面図である。

図面の図１は、フロートガラス法によってガラスの帯を製造するための設備を概略的に示している。

設備は、ガラスの製造に使用される材料、すなわちケイ砂、フラックス、石灰石、などが導入される炉１を備えている。ペースト状のガラスの帯Ｂが、還元雰囲気下（特には、チッ素および水素の雰囲気下）でフロート室３の下部を占める溶融スズの槽２によって支持されて炉１から出る。ガラスは、約１０００℃〜６００℃の間の温度のスズの槽において形成される。

部屋３の出口端において、ガラスの帯Ｂは、スズの槽から持ち上げられ、「ＬＯＲ」（持ち上げローラ）として知られる金属ロール４上で、「ドロスボックス（ｄｒｏｓｓｂｏｘ）」（または、槽出口）に入る。次いで、帯Ｂは、数十センチメートルにわたる開放空間５を通過する。

次いで、帯Ｂは、焼きなまし炉６に進入し、ここでガラスの帯の温度が、ソーダ石灰ガラスの場合には５５０℃であるガラス転移温度Ｔｇｔｔを下回るまで徐々に低下する。焼きなまし炉６を出るとき、ガラスは、ガラスの裁断および取り扱いが可能になる控えめな温度（１００℃未満）にある。

焼きなまし炉における期間を通じて、ガラスの帯は、帯の移動の速度で回転させられるロール７によって水平に支持される。調節可能な張力Ｆが、帯Ｂへと加えられる。張力Ｆの大きさによって、帯Ｂの厚さを左右することができる。

フロートガラス法は、帯Ｂの下面および上面の両方について、きわめて欠陥の少ないきわめて平坦な表面を生成するという利点を有している。しかしながら、下面は、依然として粘弾性状態にある帯Ｂを乗せるロール４からの汚れの可能性ゆえに、欠陥の恐れにより曝される。

本発明の目的は、特には光起電セルへの応用において、光の反射を防止する効果を生み出すことができる構造（すなわち、起伏および凹所の集まり）を少なくとも１つの表面が有しており、他方の表面が好ましくは平滑なままであるガラスの帯Ｂを、連続的にもたらすことにある。

本発明によるガラスの帯の片面への構造の刻み付けは、以下のパラメータを考慮に入れる。
・ガラスが、良好な刻み付けに適した可塑性の状態にあるか否か。
・帯と刻印ロールとの間の接触の圧力。
・刻印された構造が、大きな応力を回避しつつ固まること。
・刻印されない面の表面の仕上げが保たれること。
・帯の平坦さが保たれること。

良好な条件のもとでガラスの帯の表面のうちの１つに構造を生成するために、以下で説明される手順が使用される。

好ましくは刻印ロール８で構成される刻み付け装置が、帯Ｂが、
刻印すべきパターンの性状（特には、パターンの形状、サイズ、および深さ）、
刻印ロール８と帯Ｂとの間の圧力、および
帯と刻印ロールとの間の接触の継続時間
によれば刻印ロールのパターンをガラスの帯へと刻み付けるためには不充分である平均温度Ｔ１にある地点Ａに配置される。

刻み付け装置を、ロール以外の何らかの手段で構成することができ、特には帯の移動の方向に平行な垂直面内に閉ループを定めるテープや、刻み付けプレートで構成することができる。

ソーダ石灰ガラスの場合には、温度Ｔ１が、６２０℃またはそれ以下になるように選択される。したがって、刻印ロールが位置する地点Ａは、焼きなまし炉６の上流、焼きなまし炉の中、あるいは焼きなまし炉の下流の焼きなまし炉の外部に位置することができる。

帯Ｂのうちの限られた充分な厚さを、刻み付けの開始において、Ｔ１よりも高く、刻印すべきパターンの性状および刻印ロール８と帯Ｂとの間の圧力ならびに帯Ｂと刻印ロール８との間の接触の継続時間に応じて刻印ロール８のパターンを帯Ｂへと刻印するために必要な温度Ｔ２へと高めるために、刻印すべき表面が、刻み付け装置の上流（とりわけ、刻印ロール８の上流）において加熱される。

この加熱は、帯Ｂの残りの部分がＴ１に近い温度に保たれ、帯Ｂのうちの刻印に関与する厚さだけが加熱されるような条件のもとで実行される。

刻印の際に、ガラスの帯が、刻印に関係する表面層を除いて比較的低い平均温度Ｔ１のままであるため、帯の機械的特性が、帯の恒久的な変形を避けることができる。

温度Ｔ２は、１０００℃未満であり、好都合には約８００℃である。好ましくは、温度Ｔ２は、刻印に必要な圧力が２ＭＰａ未満であるように選択される。

温度Ｔ２へと加熱される帯の厚さは、この温度Ｔ２へと加熱されるガラスの体積が、少なくとも刻印によって変位させられる体積に等しいような厚さである。一般に、温度Ｔ２へと加熱される帯の厚さは、少なくとも起伏の高さに等しく、特には少なくともこの高さの１．５倍に等しい。

帯の表面に刻印を行った後に、この刻印済みの表面は、刻印されたパターンを硬化させて保持するために、刻印ロール８の下流で速やかに冷却される。

好都合には、帯の刻み付けが行われない方の表面の冷却が、帯の再軟化を防止するために、帯の中央の温度の上昇を抑えることに貢献する。この冷却は、帯の刻み付けが行われない方の表面の温度が、ガラスが凝固を開始する温度Ｔ３（すなわち、ソーダ石灰ガラスの場合には、約５７０℃）を下回ることがないように調節される。

この冷却は、放射式の冷却であってもよい。

刻印ロール８を、図２に示されているように帯Ｂの上方に配置することができ、あるいは図３に示されているように下方に配置することができる。

刻印すべき表面を、刻印ロール８のすぐ上流に設置され、帯Ｂの全幅にわたって延びている加熱手段９によって加熱することができる。この加熱手段９は、帯Ｂに対して刻印ロール８と同じ側に位置する。加熱を、誘導、マイクロ波、高温空気の吹き付け、放射、プラズマガス、または任意の他の公知の手段によって実行することができる。

１つの好都合な技術的解決策は、加熱手段９を、火炎を加熱対象の表面へと向けた縦型バーナ１０ａのアレイ１０（図４）の形態にて実現することであり、アレイ１０は、主として帯Ｂの移動方向に対して直角に、帯Ｂを横切るように配置される。好都合には、きわめて高い熱伝達を得るために、Ｈ_２／Ｏ_２の燃焼が使用される。

刻印すべき表面を、刻印ロール８にロールのテーブルの温度を充分な水準へと高めることができる加熱手段を取り付けることで、刻印ロール８によって直接的に加熱することもできる。

刻印を受ける表面は、図２に示されているように、帯Ｂの下面であってもよい。そのような場合、通常は、刻印ロール８が、１つの同じ上側の水平面Ｈに正接する他の上流側および下流側のロール７に比べて、持ち上げられる。ロール８の外形が、帯Ｂを持ち上げるように平面Ｈの上方へと突き出し、結果として帯Ｂが、自身の重量によってロール８へと押し付けられ、これが、刻印に必要な圧力を生み出すために充分となりうる。この圧力を増やすために、帯Ｂへと加えられる張力Ｆの大きさを変えることができるが、これが行われると、帯の厚さが変わってしまう恐れがある。また、刻印が加えられる表面の反対側の表面に、裏打ちロールを設けることも可能である。

刻印ロール８を帯Ｂへと押し付ける圧力を操作するための他の技術的解決策は、ロール８の領域において、帯Ｂのロール８とは反対側に、加圧ガスを吹き付ける手段１１を設けることである。ロール８が帯の下方に位置する図２の場合には、吹き付け箱１１が、帯Ｂの上方かつローラ８の上方に配置され、全幅にわたって広がっている。吹き付け手段へと供給されるガスは、好都合には、帯を凝固が始まる温度を下回る温度へと冷やしてしまうことがないよう、あらかじめ加熱される。

冷却手段１２が、刻印された表面を硬化させることによって刻印されたパターンを保存すべく、帯Ｂを速やかに冷却するために、刻印ロール８の後方かつ刻印ロール８の近傍に設置される。冷却手段１２を、冷たい空気を吹き付けるためのアレイで構成することができる。その場合、冷却領域の空気の移動の乱れを防止する１つの好都合な技術的解決策は、冷却流体（通常は、水）が帯Ｂを横切る方向に帯Ｂの全幅を横切って通過する放射要素１３（図５）を、短い距離だけ離して設けることである。要素１３を、数センチメートル程度の距離ｄに位置させることができる。

図３の別の形態によれば、刻印ロール８が、気体の吹き付け（通常は、帯を支持する空気吹き付け空中浮遊テーブル１４）によって支持された帯Ｂの上方に配置される。吹き付けは、帯をロール８に押し付けた状態に保つために充分な圧力で実行される。空中浮遊テーブル１４は、間隔を空けて位置する２つのロール７の間に配置される。

帯Ｂをロール８へと押し付ける圧力は、刻印ロール８と刻印される帯の表面との間の接触面積に対する空中浮遊テーブルの面積の比にある程度相当する比で空気が吹き付けられるときの圧力と比べ、より高い。

テーブルの圧力は、刻印ロールとガラスの帯との間の限られた接触面積へと集中される。この接触面積は、平坦な帯に圧痕を形成する場合、刻み付けるべき構造の深さおよび形状によって決定される。

直径が４００ｍｍのロールにおいて、０．２ｍｍの接触高さで、１８ｍｍの接触セグメントが確認される。刻み付けは、このセグメントの最初の半分が通過するときに実行され、したがって接触長さは９ｍｍに限られる。１５ｍ／分という帯の速度において、刻み付けのための接触の継続時間は、０．０３秒に限られる。

接触の継続時間の延長を、帯にロールの形態をとらせることによって達成することができる。吹き付けの圧力、刻印ロール８の直径、およびロール８の両隣のロール７の間の間隔が、図２の場合および図３の場合の両方において、ロール８と帯Ｂとの間の接触の円弧Ｋが、充分な角度の広がりαを有するような方法で決定される。角度の広がりがα＝０．２ｒａｄ（１１°）である場合、ロールの平坦な表面における接触長さは、αＲ＝４０ｍｍであり、結果として、１５ｍ／分において、接触の継続時間は０．１６ｓになる。この時間が、ロールの構造および帯の交差によって与えられる半セグメントの接触時間に加えられるべきである。

刻印ロール８の直径を増すことで、同じ角度の広がりαにおいて、接触の継続時間を長くすることができる。

好都合には、空中浮遊テーブルの上側の壁１５が、帯とロールとの間の接触の領域を長くするために、刻印ロール８の凸状の円弧を取り入れる凹状の形状を有している。

接触の継続時間を長くする別の方法は、刻み付け金型に、ロールによって案内される可撓シートであるなど、変形可能な形状を持たせることである。

冷却手段１２が、構造の硬化および帯の平均温度の上昇の防止のために、刻印後に熱を迅速に取り除くことを可能にする。好ましくは、冷却手段１２は、刻印に先立って表面層へと供給された量に実質的に等しい量の熱を取り除くように設計される。

放射または対流の冷却手段を、帯の冷却手段１２が位置する圧痕面とは反対側の表面に、設けてもよい。

考えられる１つの典型的な実施の形態が、以下に与えられ、
透明なガラスの帯が、３．５ｍの幅および３ｍｍの厚さであって、１５ｍ／分の速度で移動し、
帯へと刻み付けられる構造が、０．２ｍｍという深さを８３０℃という温度Ｔ２へと加熱することを必要とし、
刻み付けは、帯の上面について実行され、
刻み付けは、ＬＯＲの後かつ帯の焼きなましの開始前に実行され、ガラスは６００℃という温度Ｔ１にあり、
空中浮遊テーブルが、刻み付けロールの下方に配置され、５〜１０ＭＰａ程度の圧力を加え、
刻み付けロールが、セラミック製であり、４００ｍｍの直径を有しており、全体として断熱であり、
加熱領域と刻み付けの地点との間の距離が、１０ｃｍである。

本発明によって提案される方法によれば、加熱される長さが、０．３ｍｍ^−１という圧痕数を使用して計算され、０．３８ｍがもたらされる。

次いで、表面温度が計算され、９６８℃となることがわかる。次いで、エネルギー比ＥＲが計算され、５．７となる。次いで、帯の全幅にわたってガラスへと注入されるべき総熱流束が、６００℃において６０９ｋＪ／ｋｇであり、８３０℃において９３０ｋＪ／ｋｇであるエンタルピーを使用して計算され、２２３ｋＷ／ｍｌであることがわかる。次いで、所望の８３０℃という温度を得るための流速密度が計算され、５８８ｋＷ／ｍ^２となる。

得られた値は妥当であり、技術的に実現可能である。したがって、圧痕数を変える必要はない。

帯へと注入された熱エネルギーを取り去るために、帯の両面の冷却が必要とされる。この冷却については、さらに詳しく後述される。

本発明による簡単化された手法の有効性を証明するために、図６が、上述したとおりの装置パラメータによって得られる温度の範囲の数値シミュレーションを示している。

図６の図は、帯の２つの面に加えられる熱流束を表わしている。

この図において、刻み付けの地点は、横座標において１．４５ｍに位置している。曲線Ｆｉｍｐが、帯の刻み付け面への熱流束を表わしており、破線の曲線Ｆｏｐｐが、反対側の面への熱流束を表わしている。ほぼ一定の熱流束が伝えられていることを、見て取ることができる。少量の冷却が、加熱の終了後に反対側の面において実行されている一方で、迅速な冷却が、刻み付けの終了からすぐに圧痕面において実行されている。

図７のグラフは、ガラスの帯の温度の推移を示しており、曲線Ｔｕｐｐが上面の温度であり、Ｔｌｗｒが下面の温度であり、Ｔｃｅｎｔｒｅが中央の温度であり、Ｔｄｉｍｐが圧痕深さにおける温度である。

刻み付けの地点において、帯が、圧痕深さにおいて（所望される８３０℃に比べて）８００℃の温度にあることを、見て取ることができる。したがって、上述した加熱長さおよび熱流束の決定方法は、帯の加熱のための適切なパラメータを迅速に見つけることを可能にする。３０℃の差は、設備を稼働させるときにわずかな調節を必要とするだけである。本発明の方法によって決定された０．３８ｍおよび５８８ｋＷ／ｍ^２という値は、妥当であり、技術的に実現可能である。

本発明の別の典型的な実施の形態が、図８に概略的に示されている。この例において、すでに述べた構成要素と同一であり、あるいは類似の役割を果たす構成要素は、同じ参照番号によって指し示されており、再度の説明は省略される。

直径４０ｃｍの刻印ロール８が、上面に刻みを施すために、帯Ｂの上方に位置している。加熱手段９は、垂直方向に対してわずかに傾けられ、帯Ｂの上方でロール８の上流に配置された一連のバーナ１０ａを備えている。バーナからの火炎が、帯へと下向きに向けられている。搬送ロール７が、３５ｃｍという直径を有している。ロール８に垂直方向において整列した帯Ｂの下方の空中浮遊テーブル１４が、移動の方向に２４ｃｍという距離にわたって延びている。ロール８の下流の帯Ｂの冷却が、約１００ｃｍの長さにわたって矢印によって概略的に示されている空気の吹き付け１２によって上面に対して実行され、下面の下方で空気ジェット１２ａによって実行される。

この例によれば、
冷却が、圧痕面について、約２００ｋＷ／ｍ^２の流束で約１００ｃｍの長さにわたって対流によって実行され、次いで約３０ｋＷ／ｍ^２の除去流束で５０ｃｍの長さにわたって放射（要素１３）によって実行される。
要素１３ａを使用した放射と、空気ジェット１２ａを使用した少量の対流とによる冷却が、約５０ｋＷ／ｍ^２の除去流束で３ｍの長さにわたってロールの下方で下面について実行される。この装置は、冷却が図６の図の１．３ｍの位置で始まるような方法で配置される。

本発明のこの典型的な実施の形態によれば、刻み付けロールの下方に配置された空中浮遊テーブル１４が、５〜１０ＭＰａ程度の圧力を加える。

この典型的な実施の形態に使用される空中浮遊テーブル１４において、帯へと押し付けられる面積は、刻み付けロールと帯との間の接触面積の２０倍に等しく、すなわち２４０ｍｍに帯の幅３．５ｍを乗算したものに等しい。したがって、空中浮遊テーブルが帯へと加えなければならない圧力は、刻み付けロールと帯との間に必要な圧力の２０分の１である。空中浮遊テーブルは、通常は５０％程度の効率を有している（空中浮遊テーブルの効率は、テーブルへと入る圧力に対する物体に作用する空気圧の比として定義される）。したがって、０．５〜１ＭＰａ（５〜１０ｂａｒ）の圧力で空気を供給することができるポンプ式またはブロア式のシステムによって供給が行われる。

一般に、ガラスの帯の温度を測定するための手段、とりわけ高温計または熱電対が、帯の温度を監視するために設備のさまざまな地点に設けられる。

ガラスの帯を加熱するためのさまざまな選択肢を、次に検討する。加熱方法を、以下のように分類することができる。

１．「表面」法
赤外線（不透明部分において放射をガラスが吸収することによる加熱）
高温空気（ガラスの表面における対流および伝導）
高温ガス（燃焼の放射、対流、および伝導）
プラズマ（イオン化ガスのガラス板との接触）

これらの方法は、表面を介して熱を注入するために特によく適している。

２．体積法
マイクロ波（誘電加熱）
誘導（電流を消散させるための加熱）

これらの方法は、物質をそれらの体積の内部において加熱することができることで知られている。一般に、ガラスの薄板をマイクロ波または誘導を使用して加熱することは、２つの主たる困難を引き起こす。
１．特には低い温度のガラスにおける乏しい吸収および低い効率。
２．（限られた深さではなく）体積へと深く進入してしまうこと。

後述される方法は、これらの問題への技術的解決策を提案する。

ガラスによって吸収されるパワー密度は、
Ｐ＝２π・ｆ・ε_０ε’’・Ｅ^２
によって与えられる。

したがって、吸収されるパワー密度（Ｐ）は、マイクロ波放射体の周波数ｆ、ガラスの吸収力を表わす虚数誘電率（ｉｍａｇｉｎａｒｙ ｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙ）ε’’（ε_０は真空の誘電率）、および電界強度Ｅに依存する。

物質としてのガラスは、双極子が母体内で固定されている凍った水と同様に、マイクロ波をあまり吸収しない。ここで、すでに６００℃の温度にあるガラスの帯は、マイクロ波をよりよく吸収（イオンの共振および母体の変形による損失）することができる可動イオンを有している。したがって、すでに変態点を超えているガラスの帯をマイクロ波によって加熱することが、きわめて好都合である。

マイクロ波のガラスへの進入の深さは、指数法則に従う。進入の深さの減少が、値１／ｅによって特徴付けられ、ｅは２．７という数学定数である。

３７％における進入または減衰の深さｄ_１／ｅを、

によって決定することができる。

すなわち、真空における波長λ_０ならびに実数誘電率ε’および虚数誘電率ε’’によって決定される。ガラスの誘電率は、周波数、組成、および温度に依存する。

目標は、好都合には、刻み付けの深さ以下の進入深さｄ_１／ｅを有することである。したがって、この深さが、選択すべき周波数および波長を決定する。

したがって、周波数は、

によって決定される。

この式において、ｃは、真空における光の速度である。

実数および虚数誘電率スペクトルが、意図されるガラスおよび意図される温度について前もって測定される。次いで、容認できるパワー密度を得るために容認することができる周波数の範囲が、特定される（ソーダ石灰ガラスの場合には、マイクロ波の周波数が、好都合には１０ＧＨｚ超であり、誘導周波数は、好都合には１ｋＨｚ未満である）。

次いで、反復プロセスを使用し、所望の刻印深さに最もよく一致する周波数が決定される。

後は、周波数および／または所望のパワーが実現可能であるかどうかを、放射体（マグネトロン、ジャイロトロン、など）の設計に関して確認するだけである。最後に残されるのは、選択された周波数が法規に照らして使用可能であるか否かを確認することだけである。

次いで、放射体が、帯の全幅を一様に加熱するために、刻印刻み付けロールの前に一直線に配置される。板の深さへの熱の拡散を抑えるために、高いパワー密度を選択し、帯が刻印される直前に注入することが、特に好都合である。

応用例：
ガラスの帯の誘電率の測定が、３０ＧＨｚの周波数および６００℃の温度において以下の値を示す。すなわち、ε’＝８およびε’’＝１２である。

深さｄ_１／ｅの計算が、３０ＧＨｚの周波数について０．３８ｍｍをもたらす。所望の刻み付けの深さは、０．４ｍｍである。周波数を２８ＧＨｚへとわずかに修正することで、この深さを観察することができる。誘電率を確認すると、値の変化は無視できる変化である。この場合には、周波数を決定するための連続的な繰り返しは、もはや不要である。

温度の関数としてのガラスの誘電率の変化が、特には刻み付けの温度が約６００℃を充分に超える場合に、値の修正を必要とする可能性がある。

フロートガラスの水平な帯に関して説明を行った。しかしながら、本発明の刻印方法は、水平な帯には限られず、別の方法を使用して製造されるガラスの垂直な帯の片面の刻印にも適用可能である。

本発明は、平滑な一方の表面と、反射防止効果をもたらし、最大の量の光束を帯へと進入させて、他方の面へと到達させることができる正確かつ組織化された構造を備える他方の表面と、を有する帯を得ることを可能にする。

このようにして得られるガラスパネルは、主として光起電モジュールの製造用として意図されているが、ソーラー・ヒーティング・パネル、フラットスクリーン、光電子基板、および装飾ガラスにも使用することができる。

１ 炉
２ 槽
３ フロート室
４ 金属ロール
５ 開放空間
６ 焼きなまし炉
７ ロール
８ 刻印ロール
９ 加熱手段
１０ アレイ
１１ 吹き付け箱
１２ 冷却手段
１３ 放射要素
１４ 空中浮遊テーブル
１５ 壁

Claims (13)

1. 刻み付け装置を使用してガラスの帯の表面に構造を連続的に生成するための方法であって、
   刻み付け装置が、その上で帯が形成されるスズの槽の後ろに位置する領域に配置され、スズの槽と刻み付け装置との間において、帯の平均温度Ｔ１が、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間に従って、刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるためには不十分であり、
   刻印されるべき帯の表面が、刻み付け装置の上流の加熱装置によって加熱されることで、刻み付けの開始において、帯の部分的な厚さが、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間に従って、刻み付け装置から帯へとパターンを刻み付けるために十分な温度Ｔ２＞Ｔ１へと高められ、刻み付け装置のパターンによって構造が帯の表面に刻み付けられ、
   また、加熱中、熱流束ｑ_ｈｔが、加熱装置によって、進行方向に長さｌｅｎｇｔｈ_{ｈｅａｔｅｄ}にわたって帯へと伝えられ、熱流束と加熱された長さの値が、
   ０．０５ｍｍ^-1から２．００ｍｍ^-1の範囲である「圧痕数」Ｎ_ｉｍｐを選択する
   という手順によって定められ、
   「圧痕数」Ｎ_ｉｍｐは、式：
   

   

   によって定められ、
   このとき、深さｄｅｐｔｈ_Ｔ２は、構造を刻み付けるために温度Ｔ２に高められるべきガラスの厚さを示し、速度ｓｐｅｅｄはガラス帯の進行速度を示し、ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ_{ｔｈｅｒｍａｌ}は、ガラスの熱拡散率を示し、
   選択されたＮ_ｉｍｐ値および既知のｄｅｐｔｈ_Ｔ２値、ｄｉｆｆｕｓｉｖｉｔｙ_{ｔｈｅｒｍａｌ}およびｓｐｅｅｄに基づいてｌｅｎｇｔｈ_{ｈｅａｔｅｄ}を計算し、
   帯の幅Ｑ_ｉｍｐ１ｍ当たりに放出されるべき熱出力を、式：
   

   

   から計算し、
   このとき、Ｈｇ（Ｔ２）とＨｇ（Ｔ１）は、それぞれ温度Ｔ２と温度Ｔ１におけるガラスのエンタルピーであり、ＥＲは、式：
   

   

   によって計算されたｌｅｎｇｔｈ_{ｈｅａｔｅｄ}値によって定められるエネルギー比であり、
   また、
   式：
   

   

   によって計算されたＱ_ｉｍｐとｌｅｎｇｔｈ_{ｈｅａｔｅｄ}の値から熱流束ｑ_ｈｔを定める方法。
2. 構造が刻印される表面が、帯の上面または下面のいずれかであり、また、構造が刻印される表面が、速やかに、刻印された構造を安定させて帯をＴ１に近い温度へと戻すために、刻印装置の後ろで速やかに冷却される、請求項１に記載の方法。
3. 帯がソーダ石灰ガラスを含み、温度Ｔ２が６５０℃〜１１００℃の範囲にある、請求項１に記載の方法。
4. 帯がソーダ石灰ガラスを含み、温度Ｔ１が６２０℃以下かつ５７０℃超である、請求項１に記載の方法。
5. 「圧痕数」Ｎ_ｉｍｐが、０．３ｍｍ^-1である、請求項１に記載の方法。
6. 刻み付け装置のパターンによって構造が帯の表面に刻印されるように、帯の反対面に向けられた加圧ガスによって、帯の表面が、刻み付け装置へと押し付けられる、請求項１に記載の方法。
7. 刻み付け装置がロールを備え、また、加圧ガスが、円弧の接点を介して帯の表面を刻み付け装置に接触させることによって、帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間を延長する、請求項６に記載の方法。
8. アーク接点の弧の角度が、約１１度である、請求項７に記載の方法。
9. 帯が形成されるスズの槽の後ろに位置する領域において、刻み付け装置を使用してフロートガラスの帯の表面に構造を連続的に生成するための方法であって、ガラスの帯が、水平面の領域を通って運ばれ、刻み付け装置が、水平面の上または下のいずれかに配置され、吹き付け手段が、刻み付け装置の領域に設けられ、かつ刻み付け装置とは反対側の帯の表面に加圧ガスを吹き付けるように構成されており、スズの槽と刻み付け装置との間において、帯の平均温度Ｔ１が、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間に従って、刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるためには不十分であり、
   刻印されるべき帯の表面が、刻み付け装置の上流の加熱装置によって加熱されることで、刻み付けの開始において、帯の部分的な厚さが、刻印すべきパターンの性状、刻み付け装置と帯との間の圧力、および帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間に従って、刻み付け装置のパターンを帯へと刻み付けるために十分な温度Ｔ２＞Ｔ１へと高められ、
   熱流束が、誘導またはマイクロ波によって、熱流束の吸収が帯の部分的な厚さに限られるように適切に選択された周波数にて帯へと伝えられ、また、
   刻み付け装置のパターンによって構造が帯の表面に刻印されるように、吹き付け手段により帯の反対面に向けられた加圧ガスによって、帯の表面が、刻み付け装置へと押し付けられる方法。
10. 刻み付け装置がロールを備え、また、加圧ガスが、円弧の接点を介して帯の表面を刻み付け装置に接触させることによって、帯と刻み付け装置との間の接触の継続時間を延長する、請求項９に記載の方法。
11. 構造が刻印される表面が、帯の上面または下面のいずれかであり、また、構造が刻印される表面が、速やかに、刻印された構造を安定させて帯をＴ１に近い温度へと戻すために、刻印装置の後ろで速やかに冷却される、請求項９に記載の方法。
12. 帯がソーダ石灰ガラスを含み、温度Ｔ２が６５０℃〜１１００℃の範囲にある、請求項９に記載の方法。
13. 帯がソーダ石灰ガラスを含み、温度Ｔ１が６２０℃以下かつ５７０℃超である、請求項９に記載の方法。

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