CN101044100A - 玻璃制造系统和使用冷却插杆降低玻璃片中应力的方法 - Google Patents
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Abstract
本文描述了一种玻璃制造系统(100),在所述系统中加入了液体冷却插杆(102),所述插杆的作用是将热量从玻璃片(105)中抽取出来,以减小玻璃片(105)中的应力区域。在本发明的一个实施方案中,液体冷却的插杆(102a)具有一个冷却段(304),该冷却段具有均匀的外径和均匀的放射涂层,使得几乎能从玻璃片(105)的一端到另一端均匀地抽取热量。在本发明的另一个实施方案中,液体冷却的插杆(102b和102c)具有不同的冷却段(404a…404e和504a…504g),这些冷却段具有不同的外径和/或不同的放射涂层,从而使其优先冷却玻璃片(105)的不同区域并降低其中的应力。
Description
相关申请的相互参考
本申请要求于2004年10月20日申请的题为“玻璃制造系统和使用冷却插杆降低玻璃片中的应力的方法”的美国专利申请序号为No.10/970,314的利益,该申请的内容在此参考引用。
发明的背景
发明的领域
本发明涉及液体冷却的插杆(bayonet),该插杆在玻璃制造系统中制造玻璃片的时候能将热量从玻璃片中抽取出来,从而降低玻璃片中的应力。
相关技术的描述
一直以来,在诸如平板显示器之类的器件中可以使用的玻璃片(例如液晶显示器(LCD)玻璃片)的制造商试图增大玻璃制造系统以降低玻璃片中的应力。无论何时对玻璃片施加应力都会产生一些问题。例如,施加应力的玻璃片(glass sheet)极有可能发生变形。一种方法是增大玻璃制造系统以降低玻璃基材中的应力,而这是本发明的目的。
发明的概述
本发明包括一种加入了液体冷却插杆的玻璃制造系统,所述插杆的作用是将热量从玻璃片中抽取(extract)出来,以减小玻璃片中的应力区域。在本发明的一个实施方案中,液体冷却的插杆具有一个冷却段(cooling section),该冷却段具有均匀的外径和均匀的放射(emissivity)涂层,使得几乎能从玻璃片的一端到另一端均匀地抽取热量。在本发明的另一个实施方案中,液体冷却的插杆具有不同的冷却段,这些冷却段具有不同的外径和/或不同的放射涂层,从而使其优先冷却玻璃片的不同区域并降低其中的应力。本发明也包括:(1)使用液体冷却的插杆和玻璃制造系统来制造玻璃片的方法;和(2)由使用液体冷却插杆的玻璃制造系统制得的玻璃片。
附图的简要说明
通过参考下述对所附附图进行的详细描述对本发明有更完整的理解,其中:
图1是按照本发明加入了液体冷却插杆的例举性玻璃制造系统的方块图,所述插杆的作用是将热量从玻璃片中抽取出来,以降低玻璃片中的应力;
图2是较详细地说明如何将液体冷却的插杆置入图1所示例举性玻璃制造系统的成形设备和拉辊组件之间的透视图;
图3是较详细地说明按照本发明图1和2所示第一实施方案的液体冷却插杆的构造的结构图,所述插杆具有带有一个冷却段的杆体,所述冷却段具有均匀的外径和均匀的放射涂层;
图4是较详细地说明按照本发明图1和2所示第二实施方案的液体冷却插杆的构造的结构图,所述插杆具有带有五个独立冷却段的杆体,所述冷却段具有两种不同的外径和两种不同类型的放射涂层;
图5是较详细地说明按照本发明图1和2所示第三实施方案的液体冷却插杆的构造的结构图,所述插杆具有带有七个独立冷却段的杆体,所述冷却段具有三种不同的外径和两种不同类型的放射涂层;和
图6是说明按照本发明使用图1和2所示例举性玻璃制造系统和液体冷却插杆来制造玻璃片的较好方法的基本步骤的流程图。
附图的详细说明
康宁股份有限公司开发了一种称为“熔合法”(例如下拉(downdraw)法)的方法,该方法能制得可在各种如平板显示器之类的器件中使用的高质量的玻璃薄片。熔合法是迄今用于制造平板显示器的玻璃片的优选技术,原因是与用其它方法制得的玻璃片相比,这些玻璃片具有平整度和光滑度都极好的表面。下面将简要说明按本发明构造的玻璃制造系统100,其采用熔合法来制造玻璃片105,有关熔合法本身的更详细说明可参考美国专利No.3,338,696和3,682,609。上述两个专利的内容在此参考引用。
参看图1和2,这两张不同的图例举性说明玻璃制造系统100,所述玻璃制造系统采用熔合法和本发明的液体冷却插杆102来制造玻璃片105。如图所示,玻璃制造系统100包括熔化容器110、澄清容器115、混合容器120(例如搅拌室120)、输送容器125(例如钵125)、熔合拉伸机(FDM)140a、液体冷却插杆102(只图示了一个)和移动锤砧机(TAM)150。熔化容器110是按箭头112所示引入玻璃批料并使其熔化成熔融玻璃126的地方。澄清容器115(例如澄清管115)具有高温加工区域,该区域接收来自熔化容器110的熔融玻璃126(在此处未图示)并除去熔融玻璃126中的气泡。通过从澄清器(finer)到搅拌室连接管122,使澄清容器115连接到混合容器120(例如搅拌室120)上。通过从搅拌室到钵连接管127,使混合容器120连接到输送容器125上。输送容器125运送熔融玻璃126通过下导管130进入FDM 140a,该FDM 140a包括入口132、成形容器135(例如异形管(isopipe)135)和拉辊组件140。如图所示,熔融玻璃126从下导管130流到入口132,再引入成形容器135(例如异形管135)中。成形容器135包括接收熔融玻璃126的开口136,所述熔融玻璃流入槽137,而后溢出并碰到两个侧面138a和138b,之后在被称为根部139的地方熔合在一起。根部139是两个侧面138a和138b会合的地方,也是熔融玻璃126的两个溢流壁再结合(例如再熔合)并形成玻璃片105的地方,所述玻璃片105被拉辊组件140向下拉。然后,TAM 150将拉伸的玻璃片105切成单个片状的玻璃片105。从图2可以看出,液体冷却的插杆102位于成形设备135和拉辊组件140之间,并放置在靠近但不接触玻璃片105的地方。应明白的是,液体冷却的插杆102可放置在各种位置的任何一种位置上,所述各种位置例如是除了所示的水平位置外的诸如垂直或对角线等位置。液体冷却的插杆102(在其中有液体106流过)能起到吸收从玻璃片105放出来的热量的作用,以降低温度梯度,从而降低玻璃片105中的应力。下面将参考图3-6详细说明几种不同的液体冷却插杆102的实施方案。
参看图3,它是一张较详细说明第一实施方案的液体冷却插杆102a的构造的结构图。该液体冷却插杆102a具有带有一个冷却段304的圆形杆体302,所述冷却段304具有均匀的外径“d1”和均匀的放射涂层(暗色阴影)。放射涂层可以是各种涂层如镍合金基涂层中的任何一种。在操作的过程中,插杆102a中有液体306(例如水306)流过,所述液体306被冷却到流经杆体302内部所需的温度,通过使杆体302的表面吸收从玻璃片105放出来的热量,所述液体306带走来自FDM 140a的热量,尤其是带走来自玻璃片105的热量。在这个实施方案中,从插杆102a的一端到另一端的热量抽取几乎是均匀的。
参看图4,它是一张较详细说明第二实施方案的液体冷却插杆102b的构造的结构图。该液体冷却插杆102b具有圆形的杆体402,该杆体402带有五个独立的冷却段404a、404b、404c、404d和404e,各个冷却段可以具有两种不同外径“d1”和“d2”中的一种外径并且可以具有两种不同类型放射涂层(暗色阴影和没有阴影)中的一种涂层。在这个实施方案中,以一定的方式设计和构造杆体402,所述方式能优选冷却玻璃片105上的规定区段。对玻璃片105的差别冷却可以通过以下方式实现,用不同的放射涂层涂覆冷却段404a、404b、404c、404d和404e的表面,或者改变冷却段404a、404b、404c、404d和404e的外径“d1”或“d2”,或者将上述两种方式相结合。在操作的过程中,插杆102b中有液体406(例如水406)流过,所述液体406被冷却到流经杆体402内部所需的温度,通过使杆体402的表面有差别地吸收从玻璃片105放出来的热量,所述液体406带走来自FDM 140a的热量,尤其是使带自玻璃片105上某些区域的热量比带走玻璃片105上其它区域的热量多。这个差别性冷却可以与玻璃片105上的高应力区域相匹配(aligned),从而获得应力量的减少。例如,在所示的液体冷却插杆102b中,冷却段404b和404d位于靠近玻璃片105中低应力区域的地方。而且,冷却段404a、404c和404e位于靠近玻璃片105中高应力区域的地方。
为了设计有差别的液体冷却的插杆102b,可能需要使用测量设备(未图示),以确定在特定的玻璃制造系统100中制得的玻璃片105的水平应力分布情况。对于随后在玻璃制造系统100中制得的所有玻璃片105来说,水平应力分布应是相似的。这种应力分布而后可用于设计插杆102b。例如,在玻璃片105中的高拉伸应力区域需要用插杆102b抽取较少的热量,来减少玻璃片105中的这些应力量。相反,玻璃片105中的高压缩应力区域需要插杆102b的额外冷却能力(cooling capacity),来减少玻璃片105中的这些应力量。在有差别的液体冷却的插杆102b中,较少的冷却是通过以下方式实现的,减小杆体402部分中的外径(减小传热面积),或者减小杆体402部分上的表面放射涂层(减小由表面吸收的辐射),或者将减小外径和减小表面放射涂层相结合。而较多的冷却是通过以下方式实现的,增大杆体402部分中的外径(增大传热面积),或者增加杆体402部分上的表面放射涂层(增加由表面吸收的辐射),或者将增大外径和增加表面放射涂层相结合。
为了制造有差别的液体冷却的插杆102b,将具有不同直径“d1”和“d2”的管404a、404b、404c、404d和404e焊接在一起,获得所需的横截面面积,并在其表面上施涂不同放射性的涂层,从而获得所需的辐射传热控制。在实践中,若需要的话,可以对较高冷却段404b和404d以及较低冷却段404a、404c和404e的大小、直径和放射性进行调节,以便使其总的热抽取与均匀冷却插杆102a(参见图3)的总的热抽取相匹配。采用这种液体冷却插杆102b或任何其它液体冷却插杆102的一个优点是,通过吸收热量可以降低玻璃片105中的应力,同时使玻璃片105的其它品质特性的变化降至最小。这些其它品质特性例如包括:(1)玻璃片105在FDM 140a的内部是热的而在被TAM 150切割后是冷的时,所述玻璃片105的平面偏差度即平整度;(2)玻璃片105的宽度;和(3)玻璃片105的平均厚度。
参看图5,它是一张较详细说明第三实施方案的液体冷却插杆102c的构造的结构图。该液体冷却插杆102c具有圆形的杆体502,该杆体502带有七个不同的独立的冷却段504a、504b...504g,各个冷却段可以具有三种不同外径“d1”、“d2”和“d3”中的一种外径并且可以具有两种不同类型放射涂层(暗色阴影和没有阴影)中的一种涂层。与上述插杆102a和102b相似的方式操作液体冷却插杆102c,其中将冷却到所需的温度液体506(例如水506)流经杆体502内部,通过使杆体502的表面有差别地吸收从玻璃片105放出来的热量,所述液体506带走来自FDM 140a的热量,尤其是使带走玻璃片105上某些区域的热量比带走玻璃片105上其它区域的热量多。增加这张图的目的是说明可以许多不同的方式设计和构造液体冷却插杆102,以便在玻璃片105的规定位置处进行优先冷却。同样应明白的是,有差别的液体冷却的插杆102可以具有任何数目的冷却段,所述冷却段可以具有各种直径并且可以用或不用不同的表面放射涂层进行涂覆。
参看图6,它是一张说明使用本发明的玻璃制造系统100和液体冷却插杆102来制造玻璃片105的较好方法600的基本步骤的流程图。在步骤602和604开始时,使用玻璃制造系统100,尤其是熔化容器110、澄清容器115、混合容器120、输送容器125和成形设备135,来熔化批料并将熔融的批料加工成玻璃片105(参见图1)。在步骤606时,使用液体冷却插杆102吸收从位于成形设备135下方的成形玻璃片105中放出来的热量,从而降低成形玻璃片105中的应力(参见图2-5)。然后在步骤608时,在拉辊组件140的两个辊之间拉伸成形玻璃片105(参见图2)。接着在步骤610时,用TAM 150将拉伸过的玻璃片105切成单个的玻璃片105(参见图1)。应明白的是,玻璃制造系统100的构造以及本文描述的插杆102a、102b和102c是例举性的,并且可以采用其它的玻璃制造系统和不同构造的插杆102来制造本发明的玻璃片105。
基于以上内容,本领域的技术人员可以容易地明白,本发明包括液体冷却的插杆102,该插杆能在玻璃制造系统100中制造玻璃片105时从玻璃片105中抽取热量来降低温度梯度,从而降低玻璃片105中的应力。使用冷表面来降低温度梯度从而降低玻璃片105中的应力的液体冷却的插杆102能实现上述目的,同时对玻璃片105的不同品质特性的负面影响达到最小。这些不同的品质特性例如包括:(1)玻璃片105在FDM 140a的内部是热的而在被TAM 150切割后是冷的时,所述玻璃片105的平面偏差度即平整度;(2)玻璃片105的宽度;和(3)玻璃片105的平均厚度。
下面是与本发明有关的一些附加特征和优点:
·尽管上面将插杆102描述成在采用熔合法来制造玻璃片105的玻璃制造系统100中使用,但应明白的是所述插杆102也可在拉伸熔融玻璃来制造玻璃片105的任何类型的玻璃制造系统中使用。
·尽管上面只描述了将一种圆形插杆102用在玻璃制造系统100中,但应明白的是一种以上的插杆102也可以在玻璃制造系统100中使用。也应明白的是,插杆102可以是任何形状并且可由多种不同类型的材料(例如包括金属)制成。
·也应明白的是,本发明也包括使用这样一种插杆(或电线圈),在该插杆的不同部位上发出不同的热量,而非发出冷气,来降低玻璃片105中的应力。
·使用玻璃制造系统100制成的较好的玻璃片105是铝硅酸盐玻璃片、硼硅酸盐玻璃片或硼-铝硅酸盐玻璃片。
·本发明尤其可用于制造高应变点的玻璃片105,如平板显示器中使用的玻璃片。而且,本发明有助于制造其它类型的玻璃片105。
·应明白的是,若需要的话,插杆102也可被空气或气体,而非液体冷却。
尽管结合附图对本发明的几个实施方案进行了举例说明并且在上述详细描述中说明了这些实施方案,但应明白的是本发明并不局限于所述实施方案,在不偏离下述权利要求书所限定的本发明范围的情况下可以对上述实施方案进行多种重组、改进和替换。
Claims (21)
1.一种插杆,其特征在于,在玻璃制造系统中制造玻璃片时,对它的杆体进行冷却,使得所述杆体可以吸收从玻璃片放出的热量。
2.如权利要求1所述的插杆,其特征在于,所述杆体是液体冷却的杆体。
3.如权利要求1所述的插杆,其特征在于,以能使所述杆体优先冷却玻璃片的不同区域并降低其中应力的方式来设计和构造所述杆体。
4.如权利要求1所述的插杆,其特征在于,所述杆体具有不同的段,所述段被不同的放射涂层所涂覆,从而使所述杆体优先冷却玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
5.如权利要求1所述的插杆,其特征在于,所述杆体具有不同的段,所述段具有不同的外径,从而使所述杆体优先冷却玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
6.如权利要求1所述的插杆,其特征在于,所述杆体具有不同的段,所述段具有不同的外径和/或不同的放射涂层,从而使所述杆体优先冷却玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
7.如权利要求1所述的插杆,其特征在于,所述杆体具有至少一个下冷却段和至少一个上冷却段,从而使所述插杆优先冷却成形玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
8.如权利要求7所述的插杆,其特征在于,
各个下冷却段具有减小的外径或者其被减小放射的涂层涂覆或者同时兼具减小的外径和减小放射的涂层;和
各个上冷却段具有增大的外径或者其被较高放射的涂层涂覆或者同时兼具增大的外径和较高放射的涂层。
9.一种玻璃制造系统,其特征在于,它包括:
至少一个用于熔化批料和形成熔融玻璃的容器;
用于接收熔融玻璃并形成玻璃片的成形设备;
用于吸收从成形的玻璃片中放出的热量的冷却插杆;
用于拉伸成形玻璃片的拉伸机;和
用于将拉伸过的玻璃片切成单个玻璃片的切割机。
10.如权利要求9所述的玻璃制造系统,其特征在于,所述插杆是液体冷却的插杆。
11.如权利要求9所述的玻璃制造系统,其特征在于,以能使所述插杆优先冷却成形玻璃片的不同区域并降低其中应力的方式来设计和构造所述插杆。
12.如权利要求9所述的玻璃制造系统,其特征在于,所述插杆具有至少一个下冷却段和至少一个上冷却段,从而使所述插杆优先冷却成形玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
13.如权利要求12所述的玻璃制造系统,其特征在于,
各个下冷却段具有减小的外径或者其被减小放射的涂层涂覆或者同时兼具减小的外径和减小放射的涂层;和
各个上冷却段具有增大的外径或者其被较高放射的涂层涂覆或者同时兼具增大的外径和较高放射的涂层。
14.一种制造玻璃片的方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
将批料熔化成熔融玻璃;
将熔融玻璃加工成玻璃片;
使用被冷却的插杆,使得所述插杆能吸收从成形的玻璃片中放出的热量;
拉伸成形的玻璃片;和
将拉伸过的玻璃片切成单个的玻璃片。
15.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述插杆是液体冷却的插杆。
16.如权利要求14所述的方法,其特征在于,以下述方式来构造所述插杆,所述方式能使所述插杆优先冷却成形玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
17.如权利要求14所述的方法,其特征在于,所述插杆具有至少一个下冷却段和至少一个上冷却段,从而使所述插杆优先冷却成形玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
18.如权利要求17所述的方法,其特征在于,
各个下冷却段具有减小的外径或者其被减小放射的涂层涂覆或者同时兼具减小的外径和减小放射的涂层;和
各个上冷却段具有增大的外径或者其被较高放射的涂层涂覆或者同时兼具增大的外径和较高放射的涂层。
19.一种玻璃片,它由玻璃制造系统制成,其特征在于,所述玻璃制造系统包括:
至少一个用于熔化批料和形成熔融玻璃的容器;
用于接收熔融玻璃并形成玻璃片的成形设备;
用于吸收从成形的玻璃片中放出的热量的冷却插杆;
用于拉伸成形玻璃片的拉伸机;和
用于将拉伸过的玻璃片切成单个玻璃片的切割机。
20.如权利要求19所述的玻璃片,其特征在于,所述插杆具有至少一个下冷却段和至少一个上冷却段,从而使所述插杆优先冷却成形玻璃片的不同区域并降低其中的应力。
21.如权利要求20所述的玻璃片,其特征在于,
各个下冷却段具有减小的外径或者其被减小放射的涂层涂覆或者同时兼具减小的外径和减小放射的涂层;和
各个上冷却段具有增大的外径或者其被较高放射的涂层涂覆或者同时兼具增大的外径和较高放射的涂层。
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