(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローラーハース炉（３）内でローラー（５）上にあるガラス板（Ｇ）を搬送すること、ガラス板（Ｇ）がエアークッション（３’’）上に載っている間エアーサポートテーブル（１０）上で運ばれるエアーサポート炉（３’）内にガラス板（Ｇ）を移行させる際の移行温度にガラス板（Ｇ）をローラーハース炉（３）内で加熱すること、エアーサポート炉（３’）内でガラス板（Ｇ）を強化温度に加熱することを含むガラス板（Ｇ）を強化するために加熱する方法において、移行温度が６２０℃より低くなく、かつ、６７５℃より高くなく、そして強化温度が６５０℃より低くなく、かつ、７２０℃より高くないことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記移行温度は、６３０℃より低くなく、６６０℃より高くないことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記移行温度は、６４０℃より低くなく、６６０℃より高くないことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記強化温度は、６６０℃より低くなく、７００℃より高くないことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記ローラーハース炉（３）が振動し、エアーサポート炉（３’）が連続構造であることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記連続構造のローラーハース炉（３）は、連続構造のエアーサポート炉（３’）の長さの少なくとも数倍の長さを有することを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ガラス板（Ｇ）の厚さは２．７ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の方法。
【請求項８】
ガラス板（Ｇ）の厚さが３．８〜６．４ｍｍであり、ガラス板（Ｇ）は耐火（ＦＲＧ）ガラス用に少なくとも１６０ＭＰａの圧縮表面応力を有するように強化されることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス板を強化するために加熱する方法に関し、この方法は、ローラーハース炉内のローラー上にあるガラス板を搬送すること、ガラス板がエアークッション上に載っている間エアーサポートテーブル上で運ばれるエアーサポート炉内にガラス板を移行させる際の移行温度にガラス板をローラーハース炉内で加熱すること、エアーサポート炉内でガラス板を強化温度に加熱することを含む。
【背景技術】
【０００２】
通常の強化ライン（従来のフロートガラスまたはソーダ石灰ガラス）では、室温から強化温度への加熱は、回転するセラミックローラーによって加熱サイクルを通してガラス板が支持される炉内で行われる。通常の炉温は７００℃である。厚さ３ｍｍのガラスの強化温度は、一般に約６４０℃である。強化温度はガラスが厚くなるほど下げることができ、厚さ１０ｍｍのガラスでは強化温度は、約６２５℃である。炉内ではガラスは、約１００ｍｍの間隔を置いて配されたローラー上に載っている。
【０００３】
弾性を有する板は、強制的な緊張から開放されると直ぐに元の形に戻る。プラスチックシートでは変形すると元には戻らない。クリープは、一定の負荷または応力に応じて生じる時間または温度に関係する永久的または塑性的な変形を意味する。
【０００４】
ガラスは、約５００℃の温度で弾性を有する板から可塑性物質に転換し始める。ガラスに生じる瞬間的な変形は、温度が上昇するにつれて、ゆっくりと僅かに戻る。さらにガラスは、その自重によってクリープを起こし始める。例えば、ローラーハース炉ではガラスはローラーの間の長さに亘って下方にクリープする。その結果、ガラスはその形状を直線状から波形のシートへと変え、即ちガラスに所謂ローラー波が形成される。クリープ速度は、ガラスの温度と連動して増加する。ガラスに発生したローラー波は、強化温度だけでなく、少なくとも加熱時間、ローラー間の距離および炉内でのガラスの移動速度にも依存する。ローラーハース炉でちょうど６４０℃の強化温度に加熱された厚さ３ｍｍの強化ガラスであっても、ローラーハース炉内でガラスに生じた僅かな波形のゆがみを検出する場合がある。厚さ３ｍｍのガラスの場合、強化温度を６７０℃に上げるだけで明らかに目立つ波形パターンが生じ、これにより最早そのガラスは品質の点で許容されなくなる。一方、上述の強化温度の上昇（６４０→６７０℃）は、ガラスに明らかに高い強度を付与し、即ちガラスの表面の圧縮応力を増加させる。また強化ファンの性能を著しく低下させても同じ強度を付与することができる。
【０００５】
一般に熱強化ガラスの強度は、通常の強化ガラスの強度の約半分である。強化安全ガラスは、熱強化ガラスとは対照的に裂傷を負わせない程度の小さい破片に割れる。強化温度が６４０℃では厚さ２ｍｍのガラスを良好に強化するには低すぎるが、熱強化であればその温度でも可能である。最終的な厚さ２ｍｍのガラスではローラーハース炉内で６４０℃の強化温度に加熱されると、ローラー波が厚さ３ｍｍのガラスより、より明確になる。従ってローラー波の問題は、ガラスが薄くなるにつれて顕著になる。
【０００６】
ローラー波に加えて、ローラーハース炉内で強化温度が６４０℃から６７０℃に上昇すると増加する端縁部のたるみと言われるものがある。端縁部のたるみは、５０〜１００ｍｍの距離のガラスの先行および後方端の下方のたわみを意味する。
【０００７】
裂傷を負わせる危険のないように割れることも要求されるさらに高強度の厚さ１．７〜２．６ｍｍの薄型強化ガラスの市場は、ソーラーエネルギー、家具および車輌業界で最も多く見受けられる。ソーラーパネルに使用されるガラスは、とりわけ機械的衝突およびひょうが降ったときに生じる冷却刺激に耐えられるように頑丈でなければならない。一方、ソーラーパネルの効率は、ガラスが薄くなるにつれて向上する。というのはより多くの太陽放射がガラスを突き抜け、実際の半導体電池に到達することができるからである。家具および車輌業界で使用されるガラスは、一般に安全ガラスであることが要求され、これは耐久性があり、裂傷を負わせる危険のないように割れる。薄いガラスを使用することの利点は、軽量であるということである。
【０００８】
防火強化ガラス（ＦＲＧガラス＝耐火ガラス）では、その強度は通常の強化ガラスの少なくとも約１．５倍であり、ガラス表面で約１６０ＭＰａの圧縮応力を示す。高い表面圧縮は、温度差（熱応力）に対してより大きな抵抗を付与し、これにより耐熱時間が長くなる。従って、ＦＲＧガラスは、火災が１つの建物、セクションまたは部屋から別の所に広がるのを送らせるために使用することができる。通常のＦＲＧガラスは、厚さが６ｍｍである。ＦＲＧ市場にはより厳しい強度の基準が導入されており、従って今までのものより僅かに薄いガラスのための新しい市場機会が存在する。
【０００９】
強化工程でガラスの表面に生じる圧縮応力（強度）は、ガラスが約６００→５００℃の転移領域で冷める際のガラス表面とガラス内部の温度差に依存する。通常、この温度差は約１００℃であり、垂直方向の温度プロフィールは、パラボラの形状になる。薄いガラスは、上記と同じ温度差を得る場合、小さい冷却効果を要する。例えば、厚さ３ｍｍのガラスの強化は、厚さ４ｍｍのガラスの強化よりガラス面積当たり約５倍高い冷却ファンのエンジン性能を必要とする。一方、薄いガラスは、高い冷却効果および低い熱的効果の結果として、明らかにより早く冷める。従って、冷却領域は厚さ４ｍｍのガラスで必要とされるものほど長くなくてもよく、上述の倍数５が下げられる。厚さ３ｍｍのガラス用の中間の幅の強化ラインでは、一般的な必要事項は、冷却ファンエンジン性能が約８００ｋＷであるということである。従って、生産能力は高くなる。エネルギー消費の問題が発生し、この高い生産能力によって電機部品の値段が高くなる。
【００１０】
ガラス強化温度を上げることは、強化工程で達成される強度を増加する、というのは上述の温度差およびプロフィールは、これによりガラスの表面および表面層の温度が転移領域の上限より明らかに低い温度に下がる前により仕上がった状態に進行するからである。  
【００１１】
ローラーハース炉ではガラスが炉内でその真っ直ぐな状態を保持するようにガラスへの熱移動を調整するのは比較的容易である。ガラスは、その垂直方向の温度プロフィールが適度に対称である限り、炉内でその真っ直ぐな状態を保持する。完全な対称は、ガラスの平坦な部分をローラーと接触させようとするので、その温度プロフィールに要求されるものではない。従って熱応力によって発生する力は、ガラスを撓ませる重力の抵抗を超えることが要求される。対称温度プロフィールは、ガラスに上方及び下方の両方から同じ熱的効果が供給されることの結果である。ガラスを上方及び下方から過剰に不均一な加熱をすることはガラスのたわみにつながる。従って、ガラスは熱応力の結果として曲がってもよい。曲がるリスクは、温度の上昇に伴い軽減する、というのはガラスと炉の間の温度差が減少すると、ガラス内を通過する熱的効果が本質的に減少するからである。熱的効果が減少すると、上側および下側間で生じる可能性のある温度差もまた減少し、充分に非対称な温度プロフィール生じさせることがより困難になる。
【００１２】
加熱が終わりの方であっても、炉がその温度または対流噴射の急な変化を受けた場合、熱応力に応じてガラスがたわむ可能性がある。一般に炉はこのような急な加熱効果の変化を受けない、というのは炉構造（ローラーハース炉）は、通常、その全長に亘って同一であり、段階的な変更用に調整されないからである。ガラスがローラーハース炉からエアーサポート炉内に進行すると、その炉の構造、特にガラスの下の構造が大きく変化する。ローラーハース炉では熱はローラー、下側の抵抗および放射によって炉の床からガラスの底面へと移行する。また熱は、ローラーとガラスとの接触点から伝導によってそして炉の底部セクションの空気からの対流（炉は対流噴射用の装置を含む）によってもガラスに移行する。底部側の対流は、対流噴射が作動中の場合、ガラスへの空気噴射から強制対流である。
【００１３】
一方、エアーサポート炉では熱はエアーサポートテーブルから放射およびガラスとテーブルの間の薄いエアークッションからの対流によってガラスの底面へと伝えられる。エアークッションの主要な機能は、ガラスを支持することであり、これはエアーサポートテーブルの噴射の噴射圧が熱の移行の調整に使用できないからである。エアークッションからガラスへの熱の移行は、循環空気の温度を調整することによって限定的に制御することができる。一方、循環空気の温度もまたエアーサポート炉の上部セクションの温度および交差点でのローラーハース炉の少なくとも一部の温度に依存する。上述の移行相に一致する炉構造の変化の結果として、ガラスの下側の熱の移行が段階的に変化することになる。さらにエアーサポート炉ではガラスへと通過する熱的効果がガラスの上面および底面でほぼ等しくなるように熱の移行を調節することは困難である。これは特にローラーハース炉の少なくとも一部の温度がエアーサポート炉の第１部分にも影響を与えるので、移行相において困難である。
【００１４】
ローラーハース炉内でのガラスの瞬間的なたわみは、ガラスの品質上の最大の欠陥となる。エアークッションは厚さが１ｍｍ未満であり、即ちエアーサポート炉が僅かにたわんでもガラスをセラミック製のテーブルと接触させ、これによりガラスが減速したり、停止する場合もある。このことは結果として少なくとも重大な品質上の欠陥になり、製造の停止および炉の冷却に容易になり得る、というのはエアーサポート炉に残ったガラスは熱い炉から取り除きにくいからである。従って、ガラスはたわんでエアーサポート炉内でテーブルと接触してはならない。
【００１５】
厚さ２ｍｍのガラスの実際の強化工程において強化温度は、６４０℃よりもかなり高くする必要があるが、上述のローラー波のためにこれをローラーハース炉だけで行うのは不可能である。ＦＲＧガラスとして使用可能なガラスは、強化温度を上昇させるほど、より小さい冷却効果で充分な強度を付与することができる。従って過熱は有利であるが、ローラー波のために厚いガラスであってもその温度には限界がある。
【００１６】
エアーサポート炉のエアーサポートテーブルは、連続するセラミック製のテーブル部品からなり、これらには排出口および噴射口を持たない横方向に延びた経路が設けられている。テーブル部品は、セラミック製の垂直な壁タイルに支持される。テーブルは連続し、かつ、平坦でなければならないので、これら部品の寸法上の許容差は小さい。上述のセラミック部品は高価であるので、エアーサポート炉の１メートル当たりのコストは、ローラーハース炉の１メートル当たりのコストより大幅に高くなる。従って、ガラスがローラーハース炉内で加熱される移行温度が高いほど有利である。移行温度が上昇し、強化温度が変わらないままなので、高価なエアーサポート炉の長さが短くなり、全体的な炉のコストも低くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、上記欠陥を除去するまたは実質的に軽減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述の目的は、移行温度が６２０℃より低くなく、かつ、６７５℃より高くなく、そして強化温度が６５０℃より低くなく、かつ、７２０℃より高くならないような本発明によって達成される。
【００１９】
上記に加えて、本発明の好ましい実施態様は、従属請求項に記載されている。
【００２０】
ローラーハース炉にエアーサポート炉が続く組み合わせによって、従来より高い強化温度、７００℃ほどの強化温度さえも利用可能になる。７２０℃超、特に７３０℃超の強化温度は、強度が僅かしか向上しない、そして製造における問題点が明らかに増加することを考慮すると最早有益ではない。
【００２１】
ガラスの下のエアークッションの目的は、ガラスをその前面領域全体で均等に支持することである。従って、ガラスには本発明の移行温度および強化温度でローラー波もそのような他のゆがみも発生せず、本発明の方法は、例えば厚さ２ｍｍの薄いガラスシートにも適用される。ローラーハース炉だけによるガラス強化ラインでは、例えば厚さ３ｍｍのガラスは、強化温度が６５０℃のときローラー波が発生することが実験的に知られている。一方、ローラーハースおよびエアーサポート炉の組み合わせで行われる試験運転において６５０℃の移行温度で６８０℃の強化温度で実施して強化された厚さ３ｍｍのガラスは、目立つようなローラー波を発生させなかった。従って、エアーサポート炉は、少なくともローラーハース炉で発生するローラー波を減少させ、強化温度が６５０℃より高い温度であってもローラー波を除去する。エアーサポート炉内でガラスの温度が低くなることでローラー波はゆっくり消滅する。
【００２２】
本発明の方法およびそのいくつかの好ましい実施態様を添付図面を参照してより正確に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の方法を実施するためにガラス板を強化することを意図した炉の略図である。
【図２】強化工程での一枚のガラスシートの理論上の温度グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の方法は、請求項に記載された保護範囲内で複数の方法で適用可能である。
【００２５】
従って、図１に示すのは２つのセクションに分けられた強化炉であり、これは本発明の方法による作業をしやすくするものである。強化炉には符号１が付されている。図１の強化ラインでは室温から移行温度へのガラスＧの加熱は、ローラーハース炉３（強化炉の第１セクション）内で最初に起こり、ガラスＧはセラミックローラー５に載ったまま移動する。加熱のためローラーハース炉３は、それ自体は知られている上方加熱手段４および下方加熱手段６を含む。これらは放射加熱手段および／または対流噴射手段を含む。移行温度から強化温度までの最終的な加熱は全て、エアーサポート炉３’（第２セクションの強化炉）で行われ、ガラスＧはセラミック製のテーブルまたはいわゆるエアーサポートテーブル１０とガラス板Ｇの間に存在する薄いエアークッション３’’の上部で浮くようになっている。エアーサポートテーブル１０は１〜２０℃傾斜しており、この傾斜がガラスＧの側縁部を搬送ローラー（図示せず）へと押す。エアーサポート炉３’内のガラスＧの移動速度は、搬送するローラーの周速に等しい。特に小さい傾斜角度においてガラスＧが搬送ローラーと係合する摩擦力は、テーブルと接触する局所的なガラスのたるみがガラスの移動を少なくとも減速させるおよび停止させるような小さいものである。エアーサポートテーブル１０の水平な（０℃）位置は、搬送ローラーガラスＧを保持するコンベアーに変えた場合のみ可能である。エアーサポートテーブル１０は、噴射口および排出口（図示せず）を含む。ガラスの下への噴射口による気流は、炉内の既存の圧力に対して過圧をガラスの下に発生させ、これはをエアークッション３’’上でのガラスＧの浮遊の基礎となる。空気は、排出口によってガラスＧの下およびエアークッション３’’の縁部の周囲から出る。
【００２６】
ガラス（ソーダ石灰ガラス）の転移温度または変換温度は約５７０℃であることが文献に記載されている。約５００℃〜６００℃の温度範囲がガラス転移領域または転換領域と言われている。転移領域より低い温度ではガラスを固形材料と分類することができ、転移領域より高い温度では液体として分類することができる。従って、ガラス加熱工程において、固体から液体への転移は転移温度または変換温度で突然起こるわけではない。転移は時間にも依存する。
【００２７】
強化炉１でガラスの温度が５００℃からさらに上昇し続け、その間ガラスの弾力性が減少し続ける。さらなる温度上昇はガラス応力の消失に費やされる時間、即ち緩和時間を短くする。従って、上述のたわみのリスクは、劇的に軽減され始める。ガラス板Ｇの温度差は、最早ガラスに同じように高い応力を発生させることができなくなり、得られる応力は、ますます早く消失する。最終的にガラス板Ｇは、強化炉１内でガラス板Ｇに発生する温度差の結果として曲げまたはたるみは全く生じない。
【００２８】
エアーサポートテーブル１０は、厚みがあり、低伝熱性のセラミックで作製される。テーブル１０より冷たいガラス板Ｇが到達して空気によって支持されると、テーブル１０の上面は、熱がセラミック内部からゆっくりと表面に伝わるのでゆっくりと冷め始める。連続するガラスシートＧはテーブル１０をさらに冷まし続け、これにより次のガラスシート１０は、常に先行のシートとは異なる熱移動を受けることになる。これは加熱工程の安定性の点で問題になる。本発明で行われる移行温度の上昇は、ガラス板Ｇとエアーサポート炉３の間の温度差の減少によりテーブル（１０）の上表面がゆっくりと冷めるので、この点については有益な高価を奏する。
【００２９】
従来の方法ではローラーハース炉からエアーサポート炉内への移行温度で進行する場合、ガラス板に加えられる熱の伝達が段階的に変化し、たわんでエアーサポートテーブルと接触する場合がある。米国特許第３４０９４２２号の移行温度は９８０°Ｆ（＝５２７℃）を超えず、米国特許第３２２３５０１号では約９５０°Ｆ（＝５１０℃）である。これら特許ではガラスがたわんで接触するリスクに関する重要な要因であると定められている。実際には移行段階において、ガラスは５６０℃の温度および５８０℃の温度では簡単に反ってセラミック製のテーブルと接触する。６００℃の温度ではたわみによる接触はほとんど起こらない。６２０℃の移行温度ではたわみによる接触は、最早認められない。一方、６８０℃の移行温度ではローラーハース炉内を自由に移動し、最後のローラーからエアーサポートテーブル上に進行することからガラスはその端部領域の周囲で既に軟らかくなりすぎている。この時までにガラスは、ローラーハース炉内で浮遊のためのエアーサポート炉内を通過するには頑強になりすぎたローラー波および端縁部のたるみを既に発生させている。さらにローラーハース炉内で６８０℃の温度で留まるさらに薄いガラスは、例えばホットスポットなどの他の品質上の問題が生じやすくなる。ホットスポットなる用語は、くぼみおよびローラーからガラスに移行する不純物を表すために使用される。一方、ローラーハース炉内で試運転的に６５０℃の移行温度に加熱されたガラスは、強化温度が６７０℃であって厚さが２ｍｍであってもローラー波を発生させない。ローラーハース炉内でローラー波が発現し始める移行温度は、ガラス板が厚くなるにつれて高くなる。一方、このローラー波は、ガラスがエアーサポート炉内で本発明によって遂行される強度および／または冷却のエネルギー効率を得るための前提条件である高い強化温度に加熱されると消失する。
【００３０】
さらに移行温度を高くすることによってエアーサポートテーブルの上面があまり冷えず加熱工程の安定性が向上する。同様に移行温度を高くすると、上述の理由から炉の製造コストを低くすることができる。一方、より高い移行温度は、ローラーハース炉内で発生するローラー波は、エアーサポート面で消失またはほとんど消失するので、ローラー波に関連する問題を有するガラスには影響しない。
【００３１】
本発明の目的は、６２０℃を超えるが、６７５℃を超えない移行温度および６５０℃を超えるが、７２０℃を超えない強化温度によって達成されると言うことができる。より好ましくは 本発明の目的は、６３０℃を超えるが（または６４０℃さえも超える）、６６０℃を超えない伝達温度および６６０℃を超えるが７００℃を超えない強化温度によって達成される。
【００３２】
連続的な強化ラインにおいてガラスは一方向のみに移動する。移動速度は、炉の最終端部で冷却に適した速度にガラスが加速されるまでではなく炉の長さのほとんど全体を通して一定である。振動強化ラインではガラス積載物は、積載テーブルから炉内を交互に通過し、ガラスが加熱時間が経過するまで前後に移動する。この時点で炉内にあるガラスは、新しいガラスが炉１内に入ると同時に冷却に適した速度に加速される。連続する炉は、振動型の炉より数倍長く、高い生産能力を提供することができる。通常、連続炉の長さは、振動式炉の少なくとも３倍である。場合によっては連続炉は短くすることができる。連続炉に対する振動式ラインの利点は、そのラインの価格である。短い振動式炉は、長いものより安価である。振動式ラインは、ガラスの種類および厚さが頻繁に変わる製造により好適である。世界のフロートガラスの強化ラインの大半を占めているのは振動式ラインである。
【００３３】
本発明の好ましい実施態様によるラインではローラーハース炉は（例えば厚さ２ｍｍ）ガラスを室温（２０℃）から本発明の高い移行温度（例えば６４０℃）に加熱する加熱機能を有する。エアーサポート炉３’には、ガラス板Ｇを移行温度から少なくとも６５０℃である強化温度（例えば６８０℃）に加熱する役割が残っている。
【００３４】
図２は上記括弧内に記載した場合の理論上算出した温度のグラフである。この図においてガラス板Ｇは、ローラーハース炉内に１００秒そしてエアーサポート炉内に２０秒留まる。エアーサポート面３’は、従って明らかにローラーハース炉３より短くすることができる。本発明の高い移行温度は、エアーサポート炉の長さを短くし、ローラーハース炉を長くする。エアーサポート炉３’は、振動ガラス強化ラインにおいて通常の長さであるものより長くすることができる。従って、エアーサポート炉を連続構造に構成することが推奨される。一方、ローラーハース炉の長さは、それを振動または少なくとも部分的に振動させることによって劇的に短くすることができる。ローラーハース炉３が振動し、エアーサポート炉３’が連続構造である組み合わせは、この産業の機械市場において競争が増加している高い移行温度によるものである。
【００３５】
本発明の目的は、特に厚さ２．７ｍｍ未満のガラスをＥＮ  １２１５０−１標準に記載されたガラス粉砕試験で１０片超になる強度に強化できるようにすることである。さらにガラスは、上記標準に記載されたローラー波の制限された値をクリアーすることを要求される。
【００３６】
上記で示したことに加えて、本発明の目的は現在可能なものより、より省エネルギーな方法で６ｍｍの耐火（ＦＲＧ）ガラスが要求される強度を供することである。本発明の別の目的は、例えば６ｍｍの耐熱ガラスなどのより厚いものに設定される強度要件を高くし、より薄い耐熱ガラスを得ることである。しかしながら、当然のことながら本発明は上述の厚さのガラスのみに限定されるものではない。ガラスは、上記で引用した標準に記されたローラー波の限界値をクリアーしなければならない。従って、本発明の好ましい１つの実施態様ではガラス板（Ｇ）は３．８〜６．４ｍｍの厚さを有し、そのガラス板（Ｇ）は、耐火（ＦＲＧ）ガラス用にそして少なくとも１６０ＭＰａの表面圧縮応力を有するように本発明の方法で強化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３７】
【特許文献１】米国特許第３４０９４２２号
【特許文献２】米国特許第３２２３５０１号
【図１】
0006510911.tif 000002
【図２】
0006510911.tif 000003