フロートガラス

フロートガラスは、溶融ガラスを低融点の溶融金属（通常はスズ）の上に浮かべて作られるガラス板であるが、^[1]過去には鉛も使用されていた。 ^[2]この方法により、ガラス板は均一な厚さと非常に平坦な表面が得られる。^[3]フロートガラス製法は、イギリスのガラス製造会社ピルキントンにちなんでピルキントン法とも呼ばれ、^{[4]同社は1950年代に}マージーサイド州セントヘレンズの生産拠点でこの技術を開発した。^[5]

現代の窓は通常フロートガラスで作られていますが^[6]、コーニング社はオーバーフローダウンドロー方式を採用しています。^[7]

フロートガラスのほとんどはソーダ石灰ガラスですが^[8]、比較的少量の特殊なホウケイ酸ガラス^[9]やフラットパネルディスプレイガラスもフロートガラス法で生産されています。

歴史

ドイツ、イエナの古い窓。左上の部分にフロートガラスが 1 枚入っています。木の歪んだ反射からわかるように、残りの部分はフロートガラスではない可能性があります。

16 世紀まで、窓ガラスやその他の板ガラスは、一般的にクラウンガラスの大きな円盤 (またはロンデル) から切り出されていました。より大きなガラス板は、大きな円筒を吹き、それを切り開いて平らにしてから、窓ガラスに切断することで作られました。19 世紀初頭のほとんどの窓ガラスは、円筒法を使用して作られました。「円筒」は、長さが 6 ～ 8 フィート (180 ～ 240 cm)、直径が 10 ～ 14 インチ (25 ～ 36 cm) で、窓ガラスを切断できる幅が制限され、窓は欄間によって長方形のパネルに分割されました。

ガラス製造の自動化における最初の進歩は、1848年にヘンリー・ベッセマーによって特許取得されました。^[10]彼のシステムは、ローラーの間にリボンを形成することで、平らなガラスの連続リボンを製造しました。これは、ガラスの表面を磨く必要があったため、高価なプロセスでした。静かな液体の入った開いた鍋の表面のように、完全に滑らかで平らな物体にガラスを置くことができれば、コストを大幅に削減できます。溶融スズの浴槽の上で平らなガラスを形成する試みがなされました。スズは、ガラスよりも密度が高く、ガラス製造に必要な高温でも静かな数少ない液体の1つであり、米国で最も有名でした。いくつかの特許が付与されましたが、^[11]^[12]このプロセスは当時は実行不可能でした。

フロートガラスが開発される前は、大きな板ガラスは鉄の表面にガラスの大きな塊を鋳造し、両面を研磨するというコストのかかる工程で作られていました。1920年代初頭から、連続した板ガラスのリボンが長い一連のインライングラインダーと研磨機に通され、ガラスの損失とコストが削減されました。^[13]

低品質のガラス、つまり引き抜きガラスは、溶融ガラスのプールから薄いシートを上向きに引き抜き、端をローラーで押さえて作られました。シートは冷却すると硬くなり、切断できるようになりました。2 つの表面は低品質で、フロートガラスほど滑らかでも均一でもありません。このプロセスは、フロートガラスの開発後も長年にわたって使用され続けました。

1953年から1957年にかけて、イギリスのピルキントン兄弟のアラスター・ピルキントン卿とケネス・ビッカースタッフは、ランカシャー州セントヘレンズのカウリーヒル工場で、重力の影響で溶融ガラスが妨げられることなく流れる溶融スズ槽を使用して連続したガラスリボンを形成する最初の商業的アプリケーションを開発しました。 ^[14]このプロセスの成功は、浴槽に供給されるガラスの量を慎重にバランスさせ、ガラスが自重で平らになったことによるものです。^[15]フロートガラスの本格的な収益性の高い販売は1960年に初めて達成され、1960年代にはこのプロセスが世界中でライセンスされ、以前の製造方法に取って代わりました。^[16]

製造

フロートガラスには、一般的に砂、ソーダ灰（炭酸ナトリウム）、ドロマイト、石灰石、塩ケーキ（硫酸ナトリウム）などからなる一般的なガラス製造原料が使用されます。その他の材料は、着色剤、精製剤として、またはガラスの物理的および化学的特性の調整に使用される場合があります。原材料はバッチプロセスで混合され、次に制御された割合のカレット（廃棄ガラス）と一緒に炉に投入され、約 1,500 °C に加熱されます。一般的なフロートガラス炉は、幅 9 m、長さ 45 m で、1,200 トン以上のガラスを処理できます。溶融すると、ガラスの温度は約 1,200 °C に安定し、均一な密度が確保されます。

溶融ガラスは、供給管から「錫浴」と呼ばれる溶融錫の浴槽（幅約3～4メートル、長さ50メートル、深さ6センチ）に供給され、注ぎ口リップと呼ばれるセラミックリップによって錫浴に注がれます。^{[17]溶融錫に注ぐことができるガラスの量は、}トゥイールと呼ばれるゲートによって制御されます。

溶融スズはガラスよりも密度が高く、溶融ガラスがスズの上に浮かぶため、フロートガラス工程に適しています。スズの沸点はガラスの融点よりも高く、工程温度での蒸気圧は低いです。しかし、スズは自然雰囲気で酸化され、二酸化スズ(SnO _{2 ) を形成します。製造工程ではドロスとして知られている二酸化スズはガラスに付着します。酸化を防ぐために、スズ槽には}窒素と水素の正圧保護雰囲気が設けられています。

ガラスはスズの表面上に流れ、両面が完全に滑らかな均一な厚さの浮遊リボンを形成します。ガラスがスズ浴に沿って流れると、温度は 1,100 °C から徐々に下がり、約 600 °C でシートをスズからローラー上に持ち上げることができます。ガラスリボンは、制御された速度でローラーによって浴から引き出されます。流速とローラー速度を変えることで、さまざまな厚さのガラスシートを形成できます。溶融スズの上に配置された上部ローラーを使用して、ガラスリボンの厚さと幅の両方を制御できます。

ガラス板は浴槽から出た後、約 100 メートルにわたって徐冷炉を通過し、徐々に冷却されるため、歪みなく焼きなましされ、温度変化による割れも発生しません。炉の「コールドエンド」から出ると、ガラスは機械で切断されます。

用途

今日、フロートガラスは最も広く生産されているガラスであり^[18] 、多くの商業用途に使用されています^[19] 。追加の研磨が不要で高品質であること^[20]と、製造中の構造的柔軟性の両方により、加熱されたシロップ状の状態でさまざまな形に簡単に成形および曲げることができます^[21] 。これにより、次のようなさまざまな用途に最適です。

自動車のガラス（例：フロントガラス、窓ガラス、ミラー）^[22]
鏡^[23]
家具（テーブルや棚など）^[24]
断熱ガラス
窓^[25]とドア

強化ガラス^[26] 、^[27]、^[28]、^[29]などの特殊ガラスのほとんどは、さらに加工された標準フロートガラスで構成されています。

市場

2009年現在、中国とロシアを除く世界のフロートガラス市場は、旭硝子、NSG /ピルキントン、サンゴバン、ガーディアン・インダストリーズの4社が独占している。その他の企業としては、Sise Cam AS、Vitro（旧PPG）、セントラル・グラス、韓国（ハングラス）、Carlex Glass、カーディナル・グラス・インダストリーズなどがある。 ^[30]

参照

ソーダ石灰ガラス、フロートガラスの組成といくつかの特性を含む
ガラス製造
ガラスバッチ計算

参考文献と脚注

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外部リンク

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Viglacera Glass Company のフロートガラス製造プロセスと物理的特性。

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[30] 「板ガラス市場は2010年までに3,900万トンに」。2012年7月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年8月11日閲覧。