CN104478197A - 溢流下拉玻璃形成方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种用于形成玻璃板的改进的方法和装置。在一实施例中，本发明对于形成结构上的应力引入平衡力，以使不可避免发生的热蠕变对于形成结构的玻璃流动特征具有最小的影响。

Description

溢流下拉玻璃形成方法和装置

本申请为2012年9月4日提交的申请号CN201210324224.9、标题为“溢流下拉玻璃形成方法和装置”的发明申请的分案申请。专利申请CN201210324224.9为国际申请日2006年12月13日、申请号CN200680052798.8(国际申请号为PCT//US2006/061997)、标题为“溢流下拉玻璃形成方法和装置”的发明申请的分案申请。

相关申请

本申请要求对2005年12月15日提交的临时申请序列号No.60/751,419所揭示的发明的优先权，其题为“OVERFLOW DOWNDRAW GLASS FORMINGMETHOD AND APPARATUS(溢流下拉玻璃形成方法和装置)”。这里根据美国临时申请的35USC §119(e)条款要求优先权，本文援引上述申请以供参考。

本申请是2004年12月7日提交的共同待审查的美国专利申请序列号No.11/006,251的部分继续，其题为“OVERFLOW DOWNDRAW GLASS FORMINGMETHOD AND APPARATUS(溢流下拉玻璃形成方法和装置)”，该文是2002年8月8日提交而于2005年5月10日公布的美国专利No.6,889,526分案申请，其题为“OVERFLOW DOWNDRAW GLASS FORMING METHOD AND APPARATUS(溢流下拉玻璃形成方法和装置)”，它要求对以下临时申请之一所揭示的发明的优先权：

1)2001年8月8日提交的题为“SHEET GLASS FORMING DEVICE(玻璃板形成装置)”的临时申请号60/310,989；

2)2001年8月29日提交的题为“SHEET GLASS FORMING DEVICE(玻璃板形成装置)”的临时申请号60/316,676；

3)2001年9月12日提交的题为“SHEET GLASS FORMING DEVICE(玻璃板形成装置)”的临时申请号60/318,726；

4)2001年9月13日提交的题为“SHEET GLASS FORMING DEVICE(玻璃板形成装置)”的临时申请号60/318,808；

5)2002年1月3日提交的题为“SHEET GLASS FORMING DEVICE(玻璃板形成装置)”的临时申请号60/345,464；以及

6)2002年1月3日提交的题为“SHEET GLASS FORMING DEVICE(玻璃板形成装置)”的临时申请号60/345,465。

这里根据美国临时申请的35USC §119(e)条款要求优先权，本文援引上述申请以供参考。

技术领域

本发明总的涉及玻璃板的制造，具体来说，涉及广泛用于计算机显示器的LCD显示器生产中使用的玻璃板。

背景技术

用于半导体功率的显示器应用、尤其是用于广泛用于计算机显示器的TFT/LCD显示器的玻璃必须具有非常高的表面质量，以允许成功地应用半导体类型的材料。使用受让于康宁公司(Corning，Inc.)的美国专利No.3,338,696的装置所制造出来的玻璃板具有最高质量的玻璃，不需要进行后处理。Corning专利利用所谓的“溢流过程”的制造工艺过程来制造玻璃。使用其它工艺过程制造的玻璃需要打磨和/或抛光，因此该玻璃没有如抛光过的表面那样精细。玻璃板还必须遵从严格的厚度变化和翘曲的技术条件。精细的光滑表面主要从玻璃流的中心由原玻璃来形成。该玻璃由于有搅动操作而没有与外面表面接触。

美国专利No.3,338,696的技术至今还是在采用的现有技术的状态。然而，所用装置具有局限性。

“溢流过程”装置的主要缺点在于，即使其在大部分表面上制造出优秀的玻璃，但最靠近入口的玻璃板表面由靠近馈送管表面流动的玻璃组成，因此其质量较低。

“溢流过程”装置的另一缺点在于，即使其在稳定操作条件下制造出优秀的玻璃，但它从瞬态条件下恢复非常缓慢。其部分原因是，当使用传统的做法来设计这些管道时，将玻璃从搅动装置传递到“溢流过程”装置的管道中玻璃流动的静止区域。在非故意的过程瞬态中，这些静止区域缓慢地将先前材料成分的玻璃输送到玻璃的主处理流动中，这就造成了缺陷。当过程稳定时，这些缺陷最终就平定下来；然而，有一段时间内玻璃板的质量是不合格的。

“溢流过程”装置的还有另一缺点在于，控制形成板厚度的手段很有限。在目前的实践中，还没有提供如板形成那样在宽度上有选择地冷却玻璃。从形成结构的下部倒置坡度部分辐射出的热量损失未加控制。缺乏该种控制可对形成板的平整度(翘曲)造成很大影响。

美国专利No.3,682,609的厚度控制系统可补偿小的厚度误差，但它仅可在5-10cm量级上的距离对玻璃进行再分布。

“溢流过程”装置的还有另一缺点在于，表面张力和体力对沿形成装置外侧向下流动的熔化玻璃流有很大影响，造成板比形成装置狭，且形成的板边缘具有厚的卷边。

美国专利No.3,451,798提供了边缘引导器，其努力补偿表面张力效应，但实际上是纠正将形成装置的横截面限制在其外表面上的单一外形而引起的问题。

“溢流过程”装置的还有另一缺点在于，从装置底部拉出板的操作具有引起板厚度周期性变化的倾向。该周期性的厚度变化是未受控制气流的强烈作用的结果，这在生产流程中随着设备老化而趋于变得更加常见。当设备老化时，通过材料内的裂纹和不均匀膨胀造成的各种开口而形成空气泄漏。

“溢流过程”装置的显要缺点在于，形成装置在制造流程过程中发生变形，使得玻璃板不再满足厚度要求。该变形是重力造成的形成装置的热蠕变。这是生产过程过早终止的主要原因。该变形发生在长时间的过程中。在此时间过程中，过程连续地变化以至于必须调整过程来补偿形成装置的下垂。该调整活动导致损失掉可销售出去的产品。

因此，本技术需要一种能够克服现有技术缺点的装置。

发明内容

在本发明的优选实施例中，所有形成板有用区域的表面的玻璃是原玻璃，其在搅动操作之后，不被靠近耐火材料或耐火金属表面的流动所污染。此外，通过在搅动装置和玻璃板形成装置之间消除管道中静止流动的区域，由此该实施例大大地减小了形成板的玻璃内的不均质性。

在另一优选实施例中，本发明引入一精确的热控制系统，以在形成过程的最重要区域的堰处，重新分布熔化玻璃的流动。该热控制有效地抵消了生产流程过程中不可避免发生的板形成装置的变劣。

在另一优选实施例中，通过改变形成腔出口开口的宽度，使从形成结构的倒置坡度底部漏出的辐射热损失纵向地得到调整。

另一优选实施例形成可变的外部截面，其改变表面张力和体力应力的方向和大小，因此，减小表面张力和体力对板宽度的不利影响。

在另一替代的优选实施例中，玻璃在固化过程中横贯其产生形成应力的宽度上予以冷却，从而确保拉出的玻璃板自然地平坦。

在另一优选实施例中，本发明调整形成装置每个主要部件内的内部压力，以使横贯通向形成区域的任何泄漏路径上的压差接近零。因此，即使在初始操作过程中存在和制造过程中发展形成裂纹和开口，装置中的空气泄漏也会减到最小。

在另一优选实施例中，本发明对重力在形成结构上引起的应力引入平衡力，以使因热蠕变引起的热蠕变变形(应变)对玻璃板厚度变化具有最小的影响。

附图说明

图1示出“溢流过程”玻璃板制造系统的原理部分。

图2A示出现有技术中公知的“溢流过程”的侧视图。

图2B示出通过图2A的线B-B截取的降液管中玻璃流的截面图。

图2C示出通过图2A的线C-C截取的截面图，其中，降液管中玻璃流出现在“溢流过程”的板内。

图3A示出本发明优选实施例中的表面流动分布装置的侧视图。

图3B示出本发明优选实施例中的表面流动分布装置的俯视图。

图4A示出本发明优选实施例中浸没的流动分布装置的侧视图。

图4B示出本发明优选实施例中浸没的流动分布装置的俯视图。

图5A示出本发明实施例中“溢流过程”的侧视图。

图5B示出使用流动分配装置时通过图5A的线B-B截取的降液管中玻璃流的截面图。

图5C示出通过图5A的线C-C截取的截面图，其中，当使用流动分配装置时，降液管中玻璃流出现在板内。

图6示出具有倾斜轴线的碗，其扩散本发明优选实施例中的碗突部处的静止流动区域。

图7A示出具有侧流入的碗的俯视图，其重新定位本发明优选实施例中从碗突部到碗侧的静止流动区域。

图7B示出图7A的侧视图。

图7C示出具有侧流入的碗的俯视图，其重新定位本发明优选实施例中从碗突部到相对于形成装置中心线与侧部近似为45度的部位的静止流动区域。

图7D示出图7C的侧视图。

图8示出现有技术中公知的“溢流过程”中的碗。

图9A示出本发明优选实施例中馈送形成装置入口具有最小静止流动的降液管。

图9B示出图9A的俯视图。

图9C示出降液管到槽入口管连接的详图，显示本发明优选实施例中的玻璃流动图形。

图10A示出降液管和现有技术中公知的“溢流过程”中形成装置入口之间的流动。

图10B示出图10A的俯视图。

图10C示出降液管到槽入口管连接的详图，显示现有技术中公知的玻璃流动图形。

图11A示出典型的“溢流过程”制造系统的原理部分。

图11B示出图11A的截面。

图12A示出流过形成结构的玻璃的侧视图。

图12B示出通过图12A的形成结构中心的截面图，显示冷却区域。

图13A示出本发明优选实施例中的修改过的单一加热腔隔离箱的设计。

图13B示出图13A的截面图。

图14A示出空气冷却管，当熔化玻璃通过本发明优选实施例中的堰时，影响对熔化玻璃的局部冷却。

图14B示出14A的截面图。

图15A示出本发明优选实施例中的具有多个加热腔的隔离箱。

图15B示出15A的截面。

图16A示出辐射冷却器，当熔化玻璃通过本发明优选实施例中的堰时，冷却器影响对熔化玻璃的局部冷却。

图16B示出16A的截面图。

图17A示出现有技术形成结构的设计如何由于热蠕变而变形。

图17B示出图17A的另一视图。

图18A示出现有技术中公知的形成结构的支承系统。

图18B示出图18A的另一视图。

图18C示出图18A的另一视图。

图18D示出图18A的另一视图。

图19A示出本发明优选实施例中的形成结构各端上的单一形状的压缩块。

图19B示出图19A的另一视图。

图19C示出图19A的另一视图。

图19D示出图19A的另一视图。

图20A示出本发明优选实施例中的形成结构一端上的单一形状的压缩块以及另一端上的多个形状的压缩块。

图20B示出图20A的另一视图。

图20C示出图20A的另一视图。

图20D示出图20A的另一视图。

图21A示出现有技术中公知的形成结构的设计。

图21B示出图21A的俯视图。

图21C示出通过线C-C的图21A所示形成结构设计的截面图。

图21D示出通过线D-D的图21A所示形成结构设计的截面图。

图21E示出通过线E-E的图21A所示形成结构设计的截面图。

图21F示出通过线F-F的图21A所示形成结构设计的截面图。

图21G示出通过线G-G的图21A所示形成结构设计的截面图。

图22A示出本发明优选实施例中形成结构每一端处的减小的倒转的坡度。

图22B示出图22A的俯视图。

图22C示出通过线C-C的图22A所示形成结构设计的截面图。

图22D示出通过线D-D的图22A所示形成结构设计的截面图。

图22E示出通过线E-E的图22A所示形成结构设计的截面图。

图22F示出通过线F-F的图22A所示形成结构设计的截面图。

图22G示出通过线G-G的图22A所示形成结构设计的截面图。

图23A示出具有另一修改端部的本发明替代实施例。

图23B示出图23A的俯视图。

图23C示出通过线C-C的图23A所示形成结构设计的截面图。

图23D示出通过线D-D的图23A所示形成结构设计的截面图。

图23E示出通过线E-E的图23A所示形成结构设计的截面图。

图23F示出通过线F-F的图23A所示形成结构设计的截面图。

图23G示出通过线G-G的图23A所示形成结构设计的截面图。

图24A示出本发明一替代实施例，其具有可能的增加的结构刚度。

图24B示出图24A的俯视图。

图24C示出通过线C-C的图24A所示形成结构设计的截面图。

图24D示出通过线D-D的图24A所示形成结构设计的截面图。

图24E示出通过线E-E的图24A所示形成结构设计的截面图。

图24F示出通过线F-F的图24A所示形成结构设计的截面图。

图24G示出通过线G-G的图24A所示形成结构设计的截面图。

图25A示出本发明优选实施例中的形成结构，其具有连续弧形的抛物线形向上凸出的、带有恒定倒置坡度的根部，其固化边缘玻璃之前玻璃的中心。

图25B示出通过图25A的截面B-B的端视图。

图25C示出图25A的俯视图。

图25D示出通过图25A的截面D-D的截面图。

图26A示出本发明优选实施例中的形成结构，其具有连续弧形的抛物线形向上凸出的、带有可变倒置坡度的根部，其固化边缘玻璃之前玻璃的中心。

图26B示出通过图26A的截面B-B的端视图。

图26C示出图26A的俯视图。

图26D示出通过图26A的截面D-D的截面图。

图27A示出包含在隔离箱的加热腔内的图25A至25D的形成结构，隔离箱在其底部具有可移动的底部门以控制辐射热的损失。

图27B示出通过图27A的截面B-B的截面图。

图27C示出本发明优选实施例中通过图27A的截面C-C的截面图。

图27D示出本发明优选实施例中通过图27A的截面D-D的截面图。

图27E示出通过图27A的截面E-E的截面图，其显示可移动底部门的现有技术的形状。

图28A示出现有技术中公知的“溢流过程”玻璃板形成系统中的冷却过程。

图28B示出图28A的截面图。

图29A示出本发明优选实施例中如何控制隔离箱区域内的压力，以使泄漏为最小。

图29B示出图29A的截面图。

图30A示出本发明优选实施例中如何控制隔离箱门区域内的压力，以使泄漏为最小。

图30B示出图30A的截面图。

图31A示出本发明优选实施例中如何控制过渡区域内的压力，以使泄漏为最小。

图31B示出图31A的截面图。

图32A示出本发明优选实施例中如何控制退火器和曳拉机区域内的压力，以使泄漏为最小。

图32B示出图32A的截面图。

图33A是在溢流过程的形成结构内和形成结构上流动的玻璃侧视图。

图33B是图33A所示玻璃和形成结构的流入端端视图。

图33C是图33A所示玻璃和形成结构的远端端视图。

图33D是图33A所示玻璃和形成结构的俯视图。

图34A是在自身重力载荷作用下玻璃形成结构的热蠕变变形图。

图34B是在使垂直变形为最小的施加载荷作用下玻璃形成结构的热蠕变变形图。

图34C是在过度施加载荷作用下玻璃形成结构的热蠕变变形图。

图34D是在生产流程的延长时间内使垂直变形为最小的施加载荷作用下玻璃形成结构的热蠕变变形图。

图35是用于形成结构内的耐火材料的热蠕变材料特性曲线。

图36示出没有纠正力的形成结构变形的现有技术线性FEA的变形。

图37示出根据美国专利No.3,519,411的带有纠正力的形成结构变形的现有技术线性FEA的变形。

图38示出形成结构实际上没有下垂时带有纠正力的形成结构变形的线性FEA的变形。

图39A是FEA中使用的网格的侧视图，其中的尺寸是公制。

图39B是FEA中使用的网格的端视图，其中的尺寸是公制。

图39C形成结构的端视图，示出FEA中在何处将力施加到形成结构的底部上。

图39D示出形成结构的横截面上呈现的温度分布。

图40示出如线性FEA所预言的形成结构实际上没有下垂时带有纠正力的形成结构变形的非线性FEA的变形。

图41示出形成结构实际上没有下垂时带有纠正力的形成结构变形的非线性FEA的变形。

图42A示出现有技术的玻璃形成结构支承和压缩系统。

图42B示出图42A的截面图。

图42C示出图42A的局部图。

图42D示出图42A的截面图。

图43A示出一形成结构支承系统，其包括各端处的用于支承形成结构重量的支承块和各端处的个别压缩块和施力器。

图43B示出图43A的截面图。

图43C示出图43A的局部图。

图43D示出图43A的截面图。

图44A示出一形成结构支承系统，其包括各端处的支承和压缩块和施力器。

图44B示出图44A的截面图。

图44C示出图44A的局部图。

图44D示出图44A的截面图。

图45A示出一形成结构支承系统，其包括各端处的支承和压缩块和施力器，以及远端处的密封施力器。

图45B示出图45A的截面图。

图45C示出图45A的局部图。

图45D示出图45A的截面图。

图46A是通过降液管到入口管连接处的截面图，在连接处降液管浸没在玻璃自由表面下面。

图46B是图46A截面中的玻璃流动的详图。

图47A是通过降液管到入口管连接处的截面图，在连接处降液管基本上在玻璃自由表面上面。

图47B是图47A截面中的玻璃流动的详图。

图48A是通过降液管到入口管连接处的截面图，在连接处降液管离开玻璃自由表面上方与入口管的直径相同的距离。

图48B是图48A截面中的玻璃流动的详图。

图49A示出降液管到入口管连接处的加热器。

图49B是图49A截面中的玻璃流动的详图。

图49C是图49A的局部俯视图。

图49D是用于图49A、49B和49C中的典型密封块的详图。

图50A是通过降液管到入口管连接处的截面图，在连接处一锥形部分添加到入口管。

图50B是图50A一部分内玻璃流动的详图。

图51示出本发明实施例中一精确地控制流入和流出隔离箱门腔室的冷却空气质量流动的装置，以使从隔离箱门泄漏减小为最小。

图52示出本发明实施例中装置，其通过精确地控制流入和流出隔离箱门腔室的冷却空气质量流动来控制流出板形成结构的玻璃流动的强制对流冷却。

图53示出图52中隔离箱门配装到板形成装置内的截面图。

具体实施方式

本发明所有实施例中的流动动力学使玻璃板的外表面由彻底混合的原玻璃形成，混合的原玻璃从流入形成装置内的玻璃流的中心流出，因此，不接触到耐火材料或耐火金属表面。这生产出可能的最高表面质量。这样纯洁无暇的表面主要用于生产LCD/TFT半导体显示器。此外，本发明所有实施例中的流动动力学使得流到形成结构底部处的形成楔的熔化玻璃的流量在形成楔的宽度上基本均匀。

通常设计用于“溢流过程”的“玻璃板形成装置”(美国专利No.3,338,696)依赖于特殊形状的形成结构来分配玻璃以形成厚度均匀的玻璃板。该形成结构的基本形状在美国专利No.3,338,696中有详细描述。玻璃板形成过程在高温下实施，通常在1150℃和1275℃之间。在这样温度下，用于构造形成结构的材料显现出称之为热蠕变的特性，该特性是高温下施加应力造成的材料变形。因此，在自身重量引起的应力和形成结构内和结构上的熔化玻璃重量和静压力引起的应力作用下，形成结构发生变形。

如本文中所使用的，应力是形成结构内力的大小，而应变是形成结构的变形。

Cortright的美国专利No.3,519,411致力于形成结构的结构完整性的问题。制造形成结构所用耐火材料具有高的压缩强度和低的拉伸强度。为了防止形成结构碎裂，压缩力施加到形成结构每端的底部，目的在于“减缓耐火的玻璃板形成构件内不理想的拉伸应力作用”。该力根据美国专利No.3,519,411中的静态封闭形式应力分析予以确定，因为有限元分析(FEA)当时在玻璃业界内还不是该技术领域内技术人员所使用的技术。

美国专利No.3,437,470(Overman)也提供了排除重力在形成结构的结构完整性方面影响的设计。在该两个专利中，没有讨论到形成结构与生产的玻璃板厚度相关的热蠕变的问题或信息。

本申请人以不同方式着力于溢流过程中的各种热蠕变问题，本申请人已经提交了美国专利No.6,748,765、6,889,526和6,895,782，以及美国专利申请序列号No.10/826,097、11/011,657、11/060,139和11/184,212。本文援引这些专利和专利申请以供参考。它们描述了以线性方法对热蠕变的处理。尽管这些方法和装置工作如上所述，但考虑到热蠕变的非线性行为，尚有待获得的很大的优点。考虑到耐火形成表面在温度和应力方面引起的非线性热蠕变特征，本发明提升了上述参考专利和专利申请的权利要求和技术。

本发明引入了形成结构上重力的反力的精确计算方法，使不可避免要发生的热蠕变实际上对形成结构的玻璃流动特征没有影响。本发明设计成使该反力足以克服耐火材料热蠕变的非线性方面，并保持通过生产流程的延长的周期。因此，在较长时间内用同一形成结构和过程参数，可将玻璃板制造成原始的规格。

参照图1、11A和11B，图中显示一典型的“溢流过程”制造系统1。来自熔化炉2和前炉3的玻璃10必须基本上温度均匀和化学成分均匀，玻璃10馈送给搅动装置4。搅动装置4使玻璃完全地均质化。然后，玻璃10通过碗形的入口管5引导到碗6内，并向下流入降液管7，通过降液管7和形成装置入口管8之间接头14，流入溢流形成结构9的入口。当从搅动装置4流到形成结构9时，玻璃10(具体地说，形成板表面的玻璃)必须保持均匀。碗6的一般用途是改变从水平到垂直的流动方向，以提供停止玻璃10流动的装置。在某些装置的结构中，提供针13来阻挡玻璃流动。降液管7和直通入口管8之间接头14的通常功能是允许取走玻璃板形成装置以进行维护，以及作为对过程设备的热膨胀进行补偿的装置。

来自熔化炉和前炉的玻璃10必须基本上温度均匀和化学成分均匀，玻璃10通过入口8进入形成装置到达位于板形成结构9顶上的槽129。入口管8较佳的形状可控制流入的熔化玻璃流动速度的分布。本文援引以供参考的美国专利No.3,338,696和美国专利No.6,748,765中详细描述的玻璃板形成装置是楔形的形成结构，即形成结构9。直坡形的堰115基本上与楔116的尖端边缘平行，形成槽129的各侧部。槽129的底部117和槽129的侧部118形成的轮廓能使提供到每侧部堰115顶上的玻璃均匀分布。然后，玻璃在每侧部堰115顶上流动，沿着楔形形成结构9的各侧部向下，连接在根部116的尖端边缘处，以形成熔化玻璃板11。当玻璃板被拉动辊111拉出根部116时，熔化玻璃板11然后被冷却而形成厚度基本上均匀的固化玻璃板12。边缘辊110也可用于曳拉熔化玻璃板11。在现有技术中，形成结构9被包裹在矩形隔离箱112内，隔离箱的目的是控制形成结构9和熔化玻璃10的温度。现有技术的实践是使围绕形成结构9的隔离室113内的温度保持恒定。隔离箱112被加热腔119内的加热元件138加热，该加热腔封装在绝热结构133内。玻璃从熔化状态到固化状态的冷却必须小心地控制。该冷却过程开始于刚好在根部116上方的形成结构9的下部，并随着熔化玻璃板通过隔离箱门区域114而继续冷却过程。熔化玻璃在其到达曳拉辊111时基本上实现固化。熔化玻璃形成厚度基本上均匀的固化玻璃板12。

溢流过程板形成装置的主要元件是形成结构9。该形成结构9也被本技术领域内的技术人员叫做许多其它的名称，这样的名称包括但不局限于：形成槽、形成楔、形成构件、形成装置、形成块、槽、管、等径管(isopipe)以及熔合管。

变化玻璃流动的分布

还是参照图2至图10，本发明的一优选实施例在玻璃板形成装置入口处变化流动路径以提高表面质量。这还促使玻璃更加均匀地流过将玻璃从搅动装置传送到玻璃板形成装置的管道。

美国专利No.3,338,696只考虑了玻璃在形成结构内的流动。美国专利No.3,338,696还主张全部的板表面由原玻璃形成，其不会因与异物表面接触而受到不利影响。这不是完全正确，因为在槽入口端上形成板的某些玻璃流动而与降液管的前表面接触。本发明在槽入口处添加了流动分配装置，以确保所有可使用的板表面由原玻璃形成。玻璃搅动装置和玻璃板形成装置之间的管道系统从传统的做法修改为碗形，并连接在降液管和形成装置入口管之间。通过碗的流动发生变化，消除或者重新定位静止流区域，其通常形成在碗的前顶表面处。降液管不浸没在形成装置入口管的玻璃内，因此，消除了管之间的静止流动区域。

图2A至2C示出现有技术“溢流过程”中在降液馈送管7内流动玻璃10结束在形成的玻璃板内。降液管7背表面21附近的玻璃流动结束在拉出板的中心内。降液管7前表面附近的流动23在全部玻璃表面上分布，然而，大部分集中在入口端处大约板的三分之一上。该表面玻璃23经受降液管表面和碗6中静止区域中玻璃的中断，并在降液管7处与入口管8连接14。基本上为板三分之二的其余表面由内部原玻璃22形成。玻璃流24的两个其余部分对称地偏离前表面大致呈45度角，该两个部分终止而在板的入口端处形成近端的可使用边缘部分25。对中在大约180度角的另一部分26前进到不可使用边缘部分27的远端。

图3A和3B示出玻璃板形成装置31的一实施例，该装置31具有流入管8、位于槽入口表面处的流动分配装置32(它是本发明的主题)，以及玻璃板形成装置本体9。流动分配装置32中断玻璃表面上的流动并将流动转向到板边缘的表面。然后，来自降液管流动流的中心的玻璃流到形成结构的表面上而形成玻璃板11可使用部分的表面。应该指出的是，出于各种原因，每个边缘处板的10至20％通常是不可使用的。

图4A和4B示出玻璃板形成装置41的一替代实施例，其执行与图3中实施例相同的功能，例外的是，表面流动分布装置42位于玻璃10表面下面，并以更加纤细但同样有效的方式重新分布表面流动。形成板边缘的玻璃流动10流过表面流动分布装置42内的中心狭缝43。该玻璃(流过该中心狭缝)是已经靠近降液管前表面的玻璃。然后，从降液管中心流出的玻璃流到形成结构表面以形成板11可使用部分的表面。靠近降液管表面流动的其它玻璃保持被浸没。

图5A至5C示出在降液管7内流动的玻璃10结束在图3和4所述本发明的成形玻璃板内。流到板21中心的玻璃流动实际上与现有技术中的玻璃流动相同。然而，形成成形玻璃板外表面的流动52不靠近降液管7的前表面流动。玻璃流24的两个其余部分对称地偏离前表面大致呈45度角，该两个部分终止而在板的入口端处形成不可使用的边缘部分25，该两个部分基本上不受影响。

图6是一实施例，其显示倾斜成某角度的碗66的轴线，使主处理流动通过碗的前面。该积极的流动60夹带了表面玻璃61，克服了通常形成在碗突部处的玻璃流动的静止区域的表面张力(图8)。设置针13来阻挡玻璃流动。

图7A至7D示出本发明一实施例，其中，通过将来自搅动装置的管内玻璃馈送到碗75，相对于形成装置9的中心线成一角度74地馈送到碗76一侧内。这有效地改变了碗内流动型式70，以使通常位于碗突部(图8中，81)的静止区域移动到碗71一侧。回头参照图2A一2C和5A一5C，根据碗内流动相对于形成装置9中心线73的角度，从静止区域71流出的玻璃终止在入口边缘25的不可使用部分或浸没在玻璃板21的中心内，而不是在玻璃板23的表面上。碗内玻璃自由表面72也在图中显示。

图8示出带有碗6的现有技术，其显示位于碗6前面的玻璃静止区域81。通过在碗前面的低处理的流动流80和表面张力的组合，该玻璃被保持就位。

消除降液管到入口管连接处的非均质性缺陷

图9A至9C示出本发明一实施例，其中，降液管7的底端94大致位于形成装置入口管98内玻璃自由表面90上方。形成装置入口98还具有特殊规格和形状92。形成装置入口管98的垂直距离93以及规格和形状92特别地进行设计以将玻璃流动路径91内的任何静止区域或漩涡流动减到最小。因此，熔化玻璃10形成更加均匀的板11。通过求解流体流动方程(纳维尔一斯托克斯方程)和作试验来确定该设计。

图10A至10C示出如现有技术所公知的浸没在形成装置入口管8内熔化玻璃表面100内的降液管7。在两个管7和8之间有静止区域101。玻璃流动路径103在降液管7和槽入口管8之间形成玻璃的环形漩涡102。除了在产生玻璃板内缺陷时流动瞬态过程中，漩涡与主工艺过程流动交换很少的材料。

在降液管7到入口管8连接14处有三种可能形成的主要均质性缺陷。这些缺陷是线缺陷、泡缺陷以及玻璃失光泽缺陷。

线缺陷最佳地描述为玻璃体内不同粘度和/或折射率的玻璃带。在年代久远的玻璃中明显可见畸变的线条或漩涡。这是玻璃混合不佳造成的。如果某一区域内的玻璃流动远慢于本体玻璃，或如果它经受表面挥发，则良好混合的玻璃也会形成线缺陷。许多制造操作中的玻璃化学成分随着日子的流逝而有很小的变化。如果前些天生产的玻璃缓慢地渗入当天生产的玻璃内，则折射率或粘度的微小差异可形成线缺陷。在玻璃板生产过程中，线缺陷可显现出因折射率或厚度变化造成的光学特性畸变。厚度变化也可影响半导体制造过程的质量。

泡缺陷是玻璃体内的气体夹杂物或气泡。如果它们很大，则叫做水泡。泡缺陷在熔化玻璃中相当普遍，并通过称之为细化或再细化的过程，保持到特殊产品所要求的最小程度。该过程通常是化学的和机械的并在细化装置或再细化装置内进行。泡缺陷可以在细化步骤之后通过电解和流体流动现象形成在玻璃内。在玻璃板生产过程中，晶粒是细长的并出现为可见的缺陷。

玻璃失光泽缺陷是玻璃的晶化过程。玻璃是非晶的，即，它是分子的完全随机混合物。只要玻璃温度高于液相温度，熔化玻璃就保持非晶。对于要求透明的玻璃来说，当熔化玻璃从高于液相温度迅速地冷却到低于液相温度的固体时，它保持其非晶状态和其透明度。如果熔化玻璃在一段时间内保持接近于但低于液相温度，那么，它缓慢地形成结晶，该结晶具有的化学成分通常略不同于母体玻璃的化学成分。该光泽失去速率是玻璃成分和玻璃温度与液相温度之间差的函数。在玻璃板生产过程中，玻璃失光泽现象显示为LCD屏幕内的光学缺陷。

图46至48详细地示出可能形成在降液管7与入口管8连接14处的均质性缺陷的根源，以及降液管不同位置如何影响这些缺陷的形成。

图46A和46B示出与玻璃460自由表面同样垂直位置处的降液管7底部94的垂直位置。指示流动461的流线的小箭头的长度近似降液管7和入口管8内不同部位处玻璃流动的相对速度。暴露于工厂氛围中的降液管7的底部在自由表面460处存在有玻璃流动462的漩涡。漩涡中箭头462长度与流动461的流线中箭头长度不成比例。玻璃在漩涡流动462流场内长时间循环，这造成某些玻璃化学成分的失光泽，因此改变了玻璃的化学和物理特性。当降液管7底部94在玻璃自由表面460的下方时，漩涡流动462就更大。

物理学理论指出，如果降液管7呈圆形，且较佳地对中在圆形入口管8内，则降液管7和入口管8之间的漩涡玻璃流动462是静止的，不渗入玻璃流动流461中。制造的实际情况导致这样的情况出现，无论是定期地还是连续地，总有很小部分的玻璃从漩涡462渗入主玻璃流461内。渗入主玻璃流中的玻璃经受过失光泽过程，其可能具有不同的化学成分，因此可形成线缺陷。此外，如果漩涡内玻璃温度低于液相温度持续一定时间段，则可形成玻璃失去光泽的缺陷。

图49A至49D示出在降液管7和入口管8连接14处将热量施加到玻璃上，以提高漩涡462内玻璃的温度高于液相温度。当降液管7和入口管8连接14处的玻璃失去光泽成为问题时，就可采用该实施例。当首选或希望使降液管7的底端94在玻璃自由表面处或表面之下且玻璃失去光泽或线缺陷是均质性缺陷问题时，这一点就特别重要。施加热量解决了玻璃失去光泽的问题。这可将加热器放置在入口管491顶上和/或降液管492的底部上来做到。

另一实施例将加热器放置在密封块493内。最好有两个密封块493，它们的形状对称，其中一个个别地显示在图49D中。密封块493手工地设置在绝热结构133上，以便部分地将自由表面460与工厂氛围密封隔绝。密封块的重要形状是半圆形内半径494，它必须紧密地配合在降液管7的外直径496上，以在玻璃自由表面460和工厂氛围之间提供局部的密封。所示的密封块493在其外边缘上是半圆形，然而，外边缘形状495可以是矩形或任何其它复杂形状，其可有效地密封自由表面460隔绝开绝热结构133顶部处的氛围。某些密封块结构可包括两个以上密封块493，以在自由表面460和工厂氛围之间提供足够的密封，并适应降液管7的任何不规则的形状。

美国专利No.6,895,782讨论了降液管7和入口管8之间漩涡462内的玻璃流动，本文援引该专利以供参考。该专利描述了如何形成降液管7底部形状，如何形成入口管8的形状，以及如何沿水平方向彼此调整它们以控制玻璃花费在漩涡462上的时间和渗入玻璃流的什么部分内。

图47A和47B与图9C相关。小箭头长度近似于降液管7和入口管8内不同部位处玻璃流的相对速度，其针对这样的状况：降液管7的底部94基本上位于玻璃自由表面90上方以便实际上消除漩涡流动的状况。箭头471示出流动的流线。所示距离93是降液管7内直径476的0.25倍。该距离93是在操作范围的近似中心内，该范围从降液管7内直径476的0.05倍变化到0.65倍。最佳距离93是降液管7和入口管8的相对直径和玻璃10的粘度的函数。在该范围内相对于入口管8定位降液管7的最重要之点在于，它减少了产生线缺陷、泡缺陷和玻璃失去光泽缺陷的几率。

图48A和48B中的小箭头481和487的长度近似于降液管7和入口管8内和它们之间不同部位处玻璃流的相对速度，其针对这样的状况：降液管7的底部94基本上位于玻璃自由表面480上方某一距离483处，该距离是降液管7内直径476的1.00倍。从降液管7退出的玻璃流484随着玻璃朝向自由表面480加速而变窄。该区域484内的流线箭头487比自由表面480下方的流线箭头481长，因此，代表了相对速度之差。当流动进入自由表面485时，它形成了漩涡流482，该漩涡流类似于图46B中所示在自由表面460处或自由表面460之下的降液管7情形中的漩涡流。这些箭头482的长度与流动481和487的流线中箭头长度不成比例。在流动流入自由表面480内的进入点485处，气泡驻留在下降流动484和漩涡482的会聚流动路径内。这些气泡变成不均质性泡缺陷。气泡驻留率随距离483增加而增加。

图50A和50B示出本发明的一实施例，其中，入口管508的形状在自由表面90附近变化，以进一步减小降液管7和入口管508连接14处的静止漩涡的形成。在自由表面90和入口管508相交处509，入口管508向外张开成角度505。张开的角度505在入口管508的一部分内形成锥形。代表自由表面90和入口管508相交处509附近流动的箭头502具有一径向分量，其可减小形成静止漩涡(图46B中的462和图48B中的482)的倾向。角度505在10和50度之间，角度505减小形成静止漩涡的倾向。在入口管508内加上该锥形部分可增加距离93的范围，漩涡(图46B中的462和图48B中的482)在该范围内可减到最小。

总而言之，在图47的情形中，降液管7和入口管8连接14处产生很少或没有产生漩涡462和482，图47的情形是最理想的。在图46的情形中，降液管在表面上或浸没在表面内，对于加热器的安装和/或某些设计和操作约束来说，图46的情形是允许的，在任何情况下图48的情形需要避免。

减小玻璃板形成装置的变劣

现参照图11至16，本发明另一实施例控制玻璃在形成装置上的流动分布，控制方式使得生产装置的变劣和因热蠕变引起的形成结构的变形通过玻璃流动分布的热控制而得到补偿。

美国专利No.3,338,696依赖于特别形状的形成结构来分配玻璃，以便形成均匀厚度的玻璃板。该形成结构的基本形状在美国专利No.3,338,696中有详细描述。玻璃板形成过程在高温下进行，通常在1000℃和1350℃之间。在此温度下，用于构造形成结构的材料出现称之为热蠕变的特性，它是材料在应力下的变形。因此，在形成结构自身重力引起的应力以及槽内玻璃液压压力引起的应力作用下，形成结构发生变形。

用于构造形成装置其它部分的材料也会以不确定的方式变劣(翘曲、开裂、热特性变化等)，它不利地影响到厚度的分布。美国专利No.3,682,609的厚度控制系统可补偿小的厚度误差，但它仅可在5-10cm量级的距离上重新分配玻璃。为了在玻璃板的全部宽度上有效地实现厚度分布，必须控制好堰上方的熔化玻璃的流动。

通过引入一精确的热控制系统在堰处重新分配熔化玻璃的流动，所述堰是形成过程最重要的区域，本发明的该实施例由此解决了该问题。该热控制有效地抵消了生产流程中不可避免的形成装置的变劣。

图12A示出形成结构9的侧视图，用箭头显示熔化玻璃10通过形成结构9到侧部堰115的流动。图12B示出通过形成结构9中心的截面图，其显示熔化玻璃流过形成装置时用于控制熔化玻璃10的不同区域。区域121是从形成结构入口端到远端的槽129内的流动，区域122是在堰上方的流动，区域123是沿形成结构外面向下的流动，而区域124是熔化玻璃11被拉离根部116并冷却成固体板12。当熔化玻璃通过每个区域时，通过加热或冷却熔化玻璃造成固化玻璃板12厚度的效应是不同的。当熔化玻璃从区域121内的形成结构9的入口端到远端流动时，对熔化玻璃10添加能量(提升其温度)或移去能量，可分别形成凹陷的或凸出的板厚度。在区域121内实现厚度外形变化的时间在形成结构长度的量级上。

当熔化玻璃10溢出区域122内的堰115时，对熔化玻璃10的能量通量的变化，对于生成的固化玻璃板厚度的分布有很强的作用。在区域122内局部地冷却玻璃有效地形成坝，该坝对玻璃流动有很大影响。这是一个非常敏感的区域，等温之外的其它任何控制策略必须进行细心的设计。区域123对于玻璃返回到沿纵向方向基本上线性的均匀温度分布是重要的，以便在根部116处的曳拉过程保持一致性。区域124内不同的冷却是美国专利No.3,682,609的主题，在解决小的厚度分布变化上很有效。在给定纵向部位处进行冷却会影响该部位沿一个方向的厚度，相反地，在该部位的每一侧上，影响到玻璃。该影响分布在厘米量级上的距离上。

图11A和11B示出现有技术的隔离箱112，隔离箱的顶表面呈水平，而形成结构9的堰和在形成结构9的槽129内流动的玻璃10的顶表面呈从流入管8到形成结构9的远端的向下坡度。隔离箱115和玻璃10之间的温度下的传热主要通过辐射进行。因此，因为辐射传热的特征，隔离箱115和玻璃10之间的距离影响到传送能量的分布。腔室119内的诸加热元件名义上是与隔离箱112等距离的。因此，每个元件138基本上对于从元件138到隔离箱112的能量传送具有相同的作用。

隔离箱112和流入端处的玻璃10之间的距离137基本上小于隔离箱112和远端处玻璃10之间的距离139，因此，流入端处的传热比远端处的传热更加集中。其结果是，流入端处的加热元件138的能量变化在玻璃10温度上的影响比加热元件138在远端处的能量变化更加有针对性影响。在腔室119中使用加热元件138来改变温度和在形成结构9内流动的玻璃10的局部流量，己在美国专利No.6,748,765中发表和提出。

图13A和13B示出本发明的一实施例中，其中，隔离箱132的顶部形状更加接近于在槽129内和形成结构9上流动的熔化玻璃10的外表面。隔离箱132被加热腔131中的加热元件138加热，所述加热腔131被包围在绝热结构133内。隔离箱132和流入流端的玻璃10之间的距离137基本上等于隔离箱132和远端处玻璃10之间的距离139，因此，流入端处的传热基本上与远端处的传热相同。

通过设计隔离箱132接近地符合形成结构9中槽129内流动的熔化玻璃10的外表面，能量就可被引导到熔化玻璃10的目标区域，由此，实现对温度分布的更大控制。加热腔131中的加热元件138具有足够的功率来平衡流入形成结构9的能量通量，并因此形成合适的温度条件。

图14A和14B示出本发明的一实施例，其在熔化玻璃10通过区域122内的堰115时实现熔化玻璃10的局部冷却。采用图13A和13B的隔离箱132结构。空气冷却管142在功能上类似于美国专利No.3,682,609中描述的空气冷却管141的功能，所述空气冷却管142被引入到刚好在流过堰115的熔化玻璃10上方的隔离箱143的加热腔一侧。该部位处的玻璃局部冷却有效地形成局部坝，该坝对固体玻璃板的厚度分布有很大影响。

图15A和15B示出本发明的一实施例，其中，多腔室的隔离箱156设计成有单独的加热腔151-155，它们在熔化玻璃10通过形成过程的各个区域时控制熔化玻璃10的温度。这些区域121-124在图12A和12B中有描述。多腔室的隔离箱156具有五个加热腔151-155。位于形成结构9顶上的加热腔153影响到从形成结构9的入口端到远端的玻璃流动(区域121)。位于堰115顶上的加热腔152和154影响堰115上方的流动(区域122)，而位于形成结构9各侧上的加热腔151和155用于纵向地平衡温度(区域123)。所有的加热腔151-155具有加热元件，这些加热元件具有足够的功率来平衡流入形成结构9的能量通量，并因此形成合适的温度条件。

图16A和16B示出本发明的一实施例，其在熔化玻璃10通过堰115时影响对熔化玻璃10的局部冷却。这是图12B所述区域122。采用图15A和15B的多腔室的隔离箱156结构。特别地设计辐射冷却器161并安装在加热腔152和154中，该辐射冷却器161具有选择性地冷却与堰115相对的隔离箱表面162的加热腔侧的能力。辐射冷却器具有多个调整装置164，这样，其底表面的温度可沿纵向方向变化。辐射冷却器161和隔离箱表面162之间的传热分布是距离163的函数。通过变化辐射冷却器161和隔离箱表面162之间的距离，冷却效果可减缓而调整灵敏度。尽管未予图示，但冷却器161在操作过程中可进行更换。在加热腔152、153和154的设计中，采取合适的变化，辐射冷却器161可以替代地从侧部而不是从顶部插入。

在另一替代的实施例中，采用图14A和14B的空气冷却管142，以及图15A和15B的隔离箱156设计，图16A和16B的辐射冷却器161可用于图13A和13B的隔离箱132的结构中。

减小玻璃板内厚度变化

参照图17至20，本发明的另一实施例以一定方式支承和压缩形成装置，使因热蠕变引起的变形对于玻璃板厚度变化具有最小的影响。该实施例对形成结构上的那些应力引入平衡力，使得最终不可避免的热蠕变对于形成结构的玻璃流动特征具有最小的影响。本发明设计成在生产流程过程中的很长时间内一直维持该平衡力。因此，在较长时间内可用同一形成结构制造玻璃板。

制造形成结构和其支承结构的耐火材料具有高的压缩强度和低的拉伸强度。像大部分结构材料一样，在高温下承受应力时，它们也会改变形状。由于材料的特征和这些特征如何影响制造过程，发展形成了该实施例。

在本发明的该实施例中有两个基本概念。首先，对形成结构的端部施加力和/或力矩，可平衡重力引起的应力，因此将热蠕变引起的对熔化玻璃流动的影响减小到最小。其次，本发明使用压缩构件，其形状使得所述压缩构件也承受的热蠕变基本上不改变所述力和/或力矩的施加。

图17A和17B示出热蠕变对形成结构形状的典型作用。图17A示出形成结构9的中间下垂，致使堰115的顶部和根部116现在呈弧形171，槽底117具有变化的曲率171。该曲率117致使熔化玻璃10在堰115上不再以恒定厚度172流动。该曲率171允许更多玻璃在堰的中间流动，导致板不均匀的厚度分布。图17B示出来自形成结构9内的熔化玻璃10的静液压力174如何强制堰115在顶部处移离。这允许更多的玻璃流到形成结构9的中间，使得中间的厚度更大。

图18A至18D示出现有技术中公知的玻璃板形成装置180。形成结构9被入口端支承块181和远端支承块182支承。形成结构9等同于梁，其经受其自身重力、形成结构内和形成结构上玻璃的重力以及拉力引起的弯曲应力。因为形成结构材料的低拉伸强度，压缩力183施加到形成结构9的下半部，强制形成结构9的根部116处的材料处于压缩状态。通常地，入口端支承块181在纵向(水平)方向175受约束，而压缩力183施加到远端支承块182。现有技术仅考虑防止形成结构9根部116处的张力，然后只考虑启动时的应力。不考虑形成结构9及其支承块181和182的热蠕变应力的影响。

图19A至19D示出玻璃板形成装置190的一实施例，其形成为端部支承块191和192。成形的端部支承块191沿纵向方向175受约束。压缩力193施加到成形的远端支承块192。支承块的形状设计成在形成结构9内形成力的分布，以基本上平衡形成结构9和熔化玻璃10重力的作用。施加的力193应使形成结构9内所有材料沿纵向方向175处于基本上相等的压缩应力下。该应力引起热蠕变主要沿纵向方向175发生，且几乎不发生如图17A所示的下垂。形成结构9由于沿纵向方向175的相等压缩力而变得较短。成形的支承块也经受热蠕变。成形的支承块的横截面在其全部长度上相同，横贯其截面的压缩应力相同。因此，当成形的支承块因热蠕变而变形时，它对形成结构9继续施加基本上相同的力分布。

图20A至20D示出玻璃板形成装置200的一实施例，其具有四个成形端部支承块201、202、204和205。入口端具有三个成形支承块201、204和205，所有它们具有纵向施加的压缩力206、207和208。压缩力203施加到远端成形支承块202。支承块202和203的形状和载荷按照与图19A-19D中支承块191和192相同的准则进行设计。两个上部成形的支承块204和205附连到堰的入口端，并向内倾斜以使它们对堰作用附加的力，从而平衡使堰趋于散开的液压静压力的影响。

在一优选实施例中，短的(长度的10-25％)过渡区域(未示出)位于成形支承块的形成结构处。在这些过渡区域内，成形支承块横截面将从该成形支承块的形状变化到适用于形成结构设计载荷的形状。

形成结构的压缩载荷

图42A至42D示出现有技术的玻璃板形成装置420。该设计主要由Cortright的美国专利No.3,519,411予以描述。形成结构9被入口端支承和压缩块421以及远端支承和压缩块422支承。入口端支承和压缩块421搁置在入口端结构423上，并被调整螺钉424和位于形成结构9入口处的密封力429约束在纵向(水平)方向175上。远端支承和压缩块422搁置在远端结构425上，表面427处的远端支承和压缩块422将远端压缩力426施加在形成结构的远端。该力426由远端施力器428产生，其作用在远端支承和压缩块422和远端结构425之间。在一实施例中，施力器428是执行电动机。现有技术中使用的施力器是产生基本上恒力的气缸。现有技术仅考虑防止形成结构9的根部116处的不需要的张力。

本文中定义的执行电动机是这样一装置，其产生沿直线方向基本上恒定的力并对应用中所需的线性行程保持该力。力水平的变化允差在行程的全范围内最好是正或负5％或不到。保持该力所需的能量可用重力、气动、液压或机械装置进行施加。执行电动机的某些实例包括但不局限于：可调整的弹簧组件、恒定地或定期地被监视和调整的机械调整装置、气缸、空气动执行电动机、液压缸、液压动执行电动机、螺线管、电动机，或重力和杠杆系统。

参照图43A至43D，美国专利No.6,889,526和6,990,834中讨论了一种对于现有技术的很大改进，本文援引上述专利以供参考，该种改进使用多个施力器，能使形成结构9根部116处的压缩力426和436在全部的生产流程中一致地保持在要求的水平。

图43A至43D示出一玻璃板形成装置430，其中，形成结构的重量在入口端被表面431处的入口端结构433支承。此外，它被表面439处的小的密封压缩力429水平地约束。形成结构的重量在远端上被表面432处的远端结构435支承。表面432设计成具有非常小的水平方向摩擦力，因此有利于忽略水平方向的力。入口端压缩力436由压缩块437施加到形成结构底部，压缩块设计成具有沿施力方向的小的摩擦力。入口端压缩力436由入口端施力器438产生。远端压缩力426由压缩块434施加到形成结构底部。远端压缩力426由远端施力器428产生。远端压缩力426必须略大于入口端压缩力436，以补偿入口管密封压缩力429。形成结构底部压缩力426和436以低的摩擦力施加，并在全部的生产流程中保持在相同和/或任何预先编程的水平上。施力器428和438较佳地是执行电动机。

另一对于现有技术的很大改进显示在图44A至44D中。图中显示的是玻璃板形成装置440，其中，形成结构的重量被入口端支承和压缩块421支承在入口端上。此外，通过表面449处的小的密封压缩力429，入口端结构445水平地约束形成结构。形成结构的重量在远端被远端支承和压缩块422支承。入口端压缩力436通过入口端支承和压缩块421施加到形成结构的底部。入口端压缩力436由入口端施力器448产生。远端压缩力426通过远端支承和压缩块422施加到形成结构的底部。远端压缩力426由远端施力器428产生。远端压缩力426必须略大于入口端压缩力436，以补偿入口管密封压缩力429。形成结构底部压缩力426和436在全部的生产流程中保持在相同和/或任何预先编程的水平上。施力器428和438较佳地是执行电动机。

施力器沿相对的纵向方向175将力施加到对应的支承和压缩块上，这样，形成结构的底部比形成结构的顶部承受更大的压缩。在一优选实施例中，形成结构底部内的压缩应力是形成结构顶部内压缩应力的1.25和4倍之间，在另一优选实施例中，形成结构底部内的压缩应力是形成结构顶部内压缩应力的1.75和2.5倍之间。形成结构的底部比形成结构的顶部具有更大的抗热蠕变能力，形成结构的底部因热蠕变引起的纵向变形大小与形成结构的顶部相同。因此，由热蠕变引起的形成结构的任何变形对于玻璃板厚度变化具有最小的影响。

可用于现有技术装置内的另一附加的实施例定期地调整入口端调整螺钉424，以在生产流程过程中补偿形成结构因热蠕变引起的纵向变形时的密封力429内的变化。也可监视调整螺钉424上的扭矩；然而，摩擦力会使实际施加到形成结构9上的密封力429的指示器所指示的扭矩精度变劣。本发明的该实施例与直觉相反，因为沿某一方向调整该调整螺钉424来降低入口管8和形成结构9之间的玻璃密封的完整性会使操作人员很紧张。

板上表面张力效应

在本发明的一替代实施例中，形成楔的倒置坡度的宽度和角度可以变化以改变使玻璃板变窄的表面张力和体力的效应。此外，宽度和倒置坡度角可以增加以使结构更刚，因此更加抗拒热蠕变。

图21A至21G示出现有技术的形成结构的形状。图21C至21G中的楔形部分的横截面在形成结构的全部使用长度上是均匀的。形成结构的宽度211和倒置坡度的角度210在每一截面上相同。当熔化玻璃10向下沿着形成楔9的垂直部分211流动时，表面张力和体力对板宽度212有最小的影响，而当熔化玻璃10向下垂直地流过形成楔9的倒置坡度部分210时，表面张力和体力作用而使板213更窄。

图22A至22G示出形成结构在其全长上的相同宽度211，而倒置坡度的角度210在形成结构的中心内相同(图21D-21F)，每一端处的倒置坡度的角度220减小。该减小的倒置坡度220对于表面张力和体力的应力具有平衡的作用，因此减小板223的变窄。

图23A至23G示出形成结构的宽度211和倒置坡度的角度210，它们在形成结构的中心内相同(图21D至21F和图22D至22F)，而每端处的形成结构的宽度231和倒置坡度的角度230减小。对于图22A至22G的作用而言，该减小的宽度231和倒置坡度230对于表面张力和体力的应力具有平衡的作用，因此进一步减小了板233的变窄。

图24A至24G示出本发明的另一实施例，其中，形成结构的宽度211和231和倒置坡度的角度210和230与图23A至23G中的实施例相同，例外的是，形成结构中心处的倒置坡度的角度240，图24E基本上大于其它倒置坡度210和230。该较大的角度提高了结构的截面模量使它更刚，因此不易引起热蠕变。保持端部结构与图23A至23G相同，对于表面张力和体力应力具有基本上与图23A至23G相同的作用，因此对于板243的变窄没有影响。

生产平板

美国专利No.3,338,696仅考虑形成结构内玻璃的流动，并假定从形成结构底部中拉出的玻璃将是厚度均匀和平整，因为玻璃流到固化关键点的玻璃流的厚度均匀。在实践中，玻璃必须横贯其宽度较佳地进行冷却，以在固化过程中产生形成应力，其形成一平板。本发明改变形成应力和冷却分布，以使形成的板天生地平整。

图25A至25D示出本发明的一实施例，其中，形成楔259的根部116的形状不是直的但是连续的弧形向上凸出250的抛物线形状。这致使从形成楔251中心曳拉出的玻璃比从形成楔每个边缘252曳拉出的玻璃冷得快。这使应力加在板中心的局部固化的玻璃251上，致使板更加平整没有翘曲。

抛物线的垂直尺寸257的变化在覆盖形成结构259的玻璃水平长度258的1％和10％之间，较佳的范围是3％至5％。形成结构259的流入端和远端处的形成楔的倒置坡度角度254与形成结构259中心处的倒置坡度角度255相同。

图26A至26D示出本发明另一实施例，其中，形成楔269的根部116形状是如图25A至25D所示连续向上弧形凸出的抛物线250，但其中，形成结构269流入端和远端处的形成楔倒置坡度角264基本上小于形成结构269的中心处倒置坡度角。图26A示出断开线263，其形成倒置坡度起始的顶部边缘是水平时的断开点，而图25A示出断开线253，其形成倒置坡度起始的顶部边缘是抛物线弧形时的断开点。

玻璃流中的粘滞力的方程如下：

F＝μ*dv/dx＝u*dv/dz*dz/dx         (1)

其中：

F＝粘滞力

μ＝绝对粘度

v＝速度

对描述力变化的方程进行微分：

dF＝μ*d(dv/dx)+(dv/dx)*dμ         (2)

抛物线方程时：

z＝k*x²                       (3)

其中：

z＝垂直轴

x＝水平轴

k＝比例常数

对x求导：

dz/dx＝2*k*x                    (4)

组合方程(1)和(4)

F＝μ*dv/dz*2*k*x                 (5)

对x求导并组合

dF/dx＝2*k*(μ*x*d(dv/dz)/dx+x*(dv/dz)*dμ/dx+μ*dv/dz)      (6)

如果μ是常数且dv/dz相对于x很小，则

dF/dx≈2*k*μdv/dz                (7)

方程(4)显示抛物线相对于x的形状变化是恒定的。方程(7)显示如果我们控制纵向的温度分布(x方向)，则力对于x的变化基本上为恒定。比较方程(7)的形式和方程(4)的形式，可见使用抛物线形状与流体流动方程一致。

参照图27A至27E，根据方程(2)和对方程(7)的假设，在玻璃板形成的形成结构259和269的根部116处的区域内控制玻璃温度分布是关键的。玻璃粘度的变化(dμ)是形成的玻璃板内不同部位处的玻璃温度的函数。在图25A和26A中，这是部位251和252处的比较温度。形成结构259和269顶部处的堰115的过程温度高于根部116处的温度。图39D示出摄氏50度的典型温差，其在现有技术形状的形成结构9中很典型。形成结构259和269的端部256和266相应地延伸到形成区域比中心部分255和265更低，因此，可能经受更大的热损失。从端部256和266及中心部分255和265漏出的大量热损失通过底部门272内的边缘217、273和274提供的开口从形成腔113底部辐射出来。在现有技术中(图27E)，这些门272具有直的内边缘271，通过使诸门之间的间隙276较小或较大，侧向地移入和移出以控制辐射的热损失。在本发明的一优选实施例中，门的内边缘273形状是抛物线273，以控制从形成结构259和269的端部256和266和中心部分255和265漏出来的相对热损失。在另一优选实施例中，门的内边缘274形状是一系列直线部分274，以控制从形成结构259和269的端部256和266和中心部分255和265漏出来的相对热损失。内边缘273和274的正确形状最好通过传热分析和/或试验来确定。

在以上段落中，假定了根部250处的纵向温度分布应恒定不变以服从方程(7)。在另一优选实施例中，要求形成板端部252处的温度低于形成板中心251处的温度。根据方程(6)这种情形产生纵向的力分布。

为控制从形成结构9的底部漏出的辐射热损失而确定的内部边缘271、273和274的形状，不局限于具有连续弧形向上凸出的抛物线形250的形成结构，而可用于具有任何形状的需要纵向控制辐射热损失的形成结构9。

减小空气泄漏

美国专利No.3,338,696主要依赖于细心的设计和材料的匹配来防止任何材料的裂缝和开口。对于初始的操作和制造流程过程中的操作来说，这些裂缝和开口是空气泄漏的根源。本发明的该实施例提供个别的压力平衡技术，这样，即使启动时存在泄漏路径或在操作过程中发展起来泄漏路径，也只有最少量的空气会流过这些泄漏路径。

通过从溢流形成结构的底部曳拉玻璃来形成玻璃板。以细心控制的方式冷却和固化熔化的玻璃。最理想的冷却现象是辐射，辐射基本上均匀地通过玻璃的全部壁厚进行冷却。主要地冷却玻璃表面的对流冷却也是一个因素。对流冷却必须精确地控制，因为当其过度时，对曳拉过程会有不稳定的影响。观察到的不稳定现象是在板被曳拉时板厚度的周期性变化。这种现象被称之为“振荡”且是实际所有玻璃下拉过程中所显现的一种现象。

“溢流过程”的形成区域的操作温度通常为1250℃，且位于带有敞开底部的腔室顶部处，通常为3米之高，含有热的大气压。因为有大致3米立柱高的高温空气，形成板区域内的大气压高于形成装置外面的压力。因此，任何裂缝或开口形成了气流通道，由此，空气流入腔室的敞开底部内直达腔室，并流出裂缝或开口。当该泄漏路径达到这样的程度时，即，它在形成结构9的根部116处的形成区域内大大地增加对流冷却时，就会形成板厚度的周期性变化(振荡)。

为了使空气流过开口，从开口的一侧到另一侧必须有压差。本发明包括在形成装置的每个主要部件内调整内压，以使横贯任何泄漏路径到形成区域的压差接近于零。因此，如果一开口是存在的或是发展起来的，则由于强制空气流动的压差可被忽略，所以将发生很少空气泄漏或没有空气泄漏。

现参照图28A至32B，图28A和28B示出玻璃从熔化状态过渡到固化状态时玻璃的冷却。该过程必须小心控制。该冷却过程起始于就在根部116上方的形成装置9的下部，在隔离箱区域280内，并随着熔化玻璃板11通过隔离箱门区域114而继续，在板离开过渡区域281时，基本上得到固化。控制的冷却过程在退火器和曳拉机区域282内继续，以释放固化玻璃板12内的内应力。

四个用于控制形成腔室压差的实施例显示在图29A至32B中。它们分别是：a)添加流动而加压，b)限制流出流，c)流入真空内，以及d)用加压腔室包围起来。任何这些控制方法可在隔离箱区域280、隔离箱门区域114、过渡区域281或退火和曳拉机区域282内用于控制压力，视独特的设计要求而定。然而，重要的目的是，平衡分离工厂环境或离开形成腔室的加热区域或冷却区域的隔膜每一侧上的压力。本发明还适用于实施“溢流过程”，其中，形成腔室内的气体是空气之外的气体，即，氮气等。

具体来说，图29A和29B示出隔离箱区域280的实施例，其显示引入到隔离箱加热腔室131内的空气290，空气290最好是预加热的，以使加热腔室131内的压力等于邻近形成腔室113内的压力。分离隔离箱内的两个腔室的壁132通常用多块构造成，因此，容易随机地泄漏。平衡两个腔室之间的压力将使泄漏流减到最小。

图30A和30B示出隔离箱门区域114的实施例，其对于退出每个隔离箱门301的空气流包括出口限制装置300。该限制装置的尺寸变化以使隔离箱门腔室302内的空气压力保持等于邻近形成腔室303内的空气压力。通过冷却管141流入隔离箱门301内的空气流动通常足够克服任何泄漏路径，因此，相对于邻近形成腔室303的压力，提高了隔离箱门腔室302内的内压。

参照图51、52和53，另一种将通过任何连接处或裂缝从隔离箱门301中的泄漏减到最小的方法，是精确地控制流入511和流出517隔离箱门腔室302的冷却的空气质量流。图51示出本发明的一实施例，其中，装置512控制流入隔离箱门腔室302内的冷却空气质量流511，而装置516控制流出隔离箱门腔室302的冷却空气质量流512。流入隔离箱门301内的总的冷却空气质量流511当其流到个别流动调节器513时被测量和控制装置512调节，其正比于个别冷却管141中的冷却流，美国专利No.3,682,609对此作了描述，本文援引其以供参考。冷却空气通过多个出口514退出隔离箱门301进入到集管515内和进入测量和控制装置516，该测量和控制装置516调节冷却空气质量流517的流出。在此实施例中，流入隔离箱门301的冷却空气质量流511和流出隔离箱门301的冷却空气质量流512被调节到相同值，因此，从隔离箱门301内的裂缝和接头中没有纯粹的空气泄漏。如果隔离箱门301外面的所有泄漏路径都被密封住，则没有泄漏从隔离箱门301的前面518流到形成装置的内部腔室113内。该实施例的另一附加特征在于，总的冷却空气质量流被控制到一恒定值，这又稳定了隔离箱门区域114内的能量损失。

在另一实施例中，装置512测量流入隔离箱门301内的冷却空气质量流511，而装置516测量流出隔离箱门301的冷却空气质量流517，并控制流出的冷却空气质量流517，使其等于由装置512测得的流入的空气质量流511的值。设定个别流动调节器513可确定冷却空气质量流量511。

在另一实施例中，每个个别的流动调节器起作测量和控制装置523，由此，测量值的和等于流入隔离箱门301内的冷却空气质量流511。装置516测量流出隔离箱门301的冷却空气质量流517，并控制冷却空气质量流517使其等于由装置523的测量值总和所确定的空气质量流511的值。

图31A和31B示出过渡区域281的实施例，其具有压力升高的冷却空气310，该冷却空气进入冷却腔室311并从每个过渡区域313退出312而进入调节的真空源314内。过渡区域内冷却所需的大量空气通常提升过渡冷却腔室311内的压力，使其高于邻近形成腔室315的压力。因此，需要真空源314来降低压力，并调整到将过渡冷却腔室311内的压力平衡到相邻形成腔室315内的压力。

图32A和32B示出退火器和曳拉机区域282的一实施例，其包括位于退火器和曳拉机282每一端上的一对压力平衡腔室320。调整平衡腔室321内的压力使其等于退火腔室322内的压力。选择每端处的腔室，因为用于曳拉辊子111的轴承和调整机构位于端部上。另一替代的结构可以是一个单一压力平衡腔室320，其包围全部的退火器和曳拉机282，或者是多个个别的压力平衡腔室320，只要它们是考虑特别设计时所需要的。

控制对流冷却

回过来参照图51至53，通过精确地控制流入隔离箱门301内的冷却空气质量流511和流出隔离箱门301的冷却空气质量流517和527，来控制隔离箱门区域114内的对流冷却。当玻璃在形成结构9的根部116处形成为板时，玻璃的冷却主要是对隔离箱门区域114内的隔离箱门301的前表面518的辐射。隔离箱门301的前表面518的温度主要由总的冷却空气质量流511进行调节。如果有空气从隔离箱腔室113流到过渡区域281，则在隔离箱门区域114内也有强制的玻璃对流冷却。

图52示出隔离箱门301，其在顶表面上具有多个通气开口529。这些通气开口529通向隔离箱腔室113，以对隔离箱门区域114内玻璃的强制对流冷却提供气流528。测量流入隔离箱门301内的冷却空气质量流511并用个别流动调节器523进行调节，流动调节器523引导冷却空气流到隔离箱门301的前表面518。通过多个调节流出的冷却空气质量流527的测量和控制装置526，冷却空气退出隔离箱门301。对流冷却的退出隔离箱门的空气质量流528等于流入隔离箱门301内的冷却空气质量流511和流出隔离箱门301的冷却空气质量流527之间的差。对流冷却的空气质量流528通过通气开口529进入隔离箱腔室113，通过隔离箱门区域114向下退出，由此对在形成结构9的根部116处正在形成为板111的熔化玻璃10提供有控制的强制对流冷却量。如本文中先前提到的，过度的强制对流冷却量可致使玻璃流率循环(“振荡”)，导致板厚度的变化。该实施例的另一附加特征在于，总的冷却空气质量流被控制到一恒定值，这又稳定了隔离箱门区域114内的能量损失。

在本发明的另一实施例中，装置512测量和调节流入隔离箱门301内的冷却空气质量流511，而装置516测量流出隔离箱门301的空气质量流517，并控制流出的空气质量流517，使其等于由装置512测得的空气质量流511减去所需要的强制对流的冷却空气质量流528的值。

隔离箱腔室302和含有板形成结构113的腔室之间的通气开口529必须足够大，以基本上平衡两个腔室之间的压力，这样，没有空气通过隔离箱腔室302和流离楔形板形成结构9的根部116的玻璃之间的裂缝和开口泄漏出去。

对耐火材料非线性热蠕变的补偿

形成形成结构9和其支承结构的耐火材料具有高的压缩强度和低的拉伸强度。像大部分结构材料那样，当高温下受到应力时，它们也会改变形状。从2005年12月13日公布的题为“SAG CONTROL OF ISOPIPES USED IN MAKING SHEETGLASS BY THE FUSION PROCESS(用于由融合过程制造玻璃板中的等径管的下垂控制)”的美国专利No.6,974,786中新近得到的资料，定义了锆石的热蠕变材料特性，本文援引上述专利以供参考。锆石是目前构造形成结构的最佳材料。对这些热蠕变特征如何影响制造过程的分析，提供了本发明的动机。

本发明包括将形成结构的垂直变形减到最小的实施例，由此，垂直变形接近零。这形成较高的产量并延迟为更换形成结构而终止生产运行。

图33A-33D示出典型“溢流过程”制造系统的原理部分。熔化玻璃10从熔化炉和前炉流出，它基本上必须温度均匀和化学成分均匀，熔化玻璃10进入形成装置并流入板形成结构9内。美国专利No.3,338,696和本申请人的美国专利No.6,748,765、6,889,526、6,895,782、6,990,834和6,997,017以及专利申请序列号No.11/006,251、11/006,251、11/060,139和11/184,212详细地描述了玻璃板形成装置，该玻璃板形成装置是楔形的形成结构9。本文援引这些专利和专利申请以供参考。基本上与楔116尖端边缘相平行的直坡度的堰115形成了形成结构9中的槽129的各侧部。槽底117和槽129的侧部118形成一定的轮廓，以对各侧部堰115的顶部提供均匀的玻璃分布。然后，玻璃在各侧部堰115的顶上流动，沿着楔形形成结构9的各侧部向下，连接在根部116而形成熔化玻璃板。然后，当熔化玻璃从根部116拉出时熔化玻璃被冷却而形成基本上厚度均匀的固化玻璃板11。

形成板11的有用宽度331在形成结构9根部116纵向长度的70％的量级上，且该有用宽度331由溢出堰115中间区域337的玻璃形成。在形成结构9的入口端区域336和远端区域338溢出的玻璃形成了形成玻璃板的无用端部334和335。因此，最重要的是，形成结构9的中间区域337在生产流程过程中保持为均匀的形状，以使板的密封部分内的厚度是恒定的厚度。

图34A至34D示出当不同压缩力施加到根部116附近的形成结构9的底部上时形成结构9形状上热蠕变的典型效应。图34A显示，在没有压缩载荷情况下，形成结构9在中间下垂，使堰115顶部和根部116现呈弧形171，槽底117曲率171有变化。该曲率171致使熔化玻璃10在堰115上方不再以恒定不变厚度172流动。具体来说，曲率171允许更多玻璃在堰115的中间区域337溢出，导致不均匀的板厚度的分布。形成结构9具有用虚线344和349限定的初始长度346。在没有外部载荷的情况下，堰115逐渐变短而根部116逐渐变长。在中性轴341处形成结构9长度不改变。如这里所使用的中性轴341定义了形成结构内的水平平面，其中，当形成结构9在没有外力情况下因其自身重力作用而变形时，该水平平面内没有纵向变形。如这里所使用的中性轴341还区分形成结构9的顶部和底部之间；形成结构9的顶部或上部是垂直地位于中性轴341上方，而底部或下部是垂直地位于中性轴341下方。

图34B示出在根部116附近的形成结构9下部的最佳压缩载荷345作用下形成结构下垂为最小。在最佳载荷下，堰115和根部116都变形(缩短)到大致相同的长度347。图34C显示，如果太多载荷342施加到根部116附近的形成结构9的下部，则根部116被过度地压缩，因此形成朝向槽堰115、槽底部117和根部116的向上凸出形状342。根部116比堰115变形得更加厉害，这可从相对于虚线344和349的相对移动看出。图34A至34C代表在同样时间段内热蠕变的效应。图34D显示以更大变形量变形到长度348的形成结构9。在比生产流程长的时间内施加正确载荷345造成该增大的变形。回头参照图33，该增大的变形对制造的板有用宽度331有不利影响，因为有用板宽度331是形成结构中间区域337宽度的函数。中间区域337顶的纵向变形必须基本上等于中间区域337底的纵向变形，以使中间区域保持其形状，因此形成均匀厚度的制造板11的有用宽度331。在延长的时间段内，该增大的变形最终可造成生产流程的终止，因为有用板宽度331不够。

本发明认识到用于构造形成结构的耐火材料热蠕变的高度非线性特征。用于形成结构的该优选的耐火材料是锆石，而在过去诸如氧化铝那样其它材料用于形成结构的耐火材料。图35是作为压力和温度函数的锆石热蠕变系数的曲线图，其由美国专利No.6,974,786中数据所定义。就本发明人所知，在一般文献中得不到该数据。图35中的数据从美国专利No.6,974,786中的图2B、3A和3B中导出。由于原始数据不可得，所以图35的曲线代表与数据的判断性的拟合，因此，精度只能足以代表趋势而不是绝对的精度。需要对数据进行外插以获得由模型所预示应力范围内的对于热蠕变系数的预言。

图36和37示出由现有技术预言的热蠕变变形，而本发明所确定的蠕变变形显示在图40和41中。这些图是各种不同边界条件和材料特性的有限元分析(FEA)模型的结果，并代表放大系数10的制造周期为2年的期望的热蠕变变形。如下文中所讨论的，分析中所考虑的变量包括块体形状、力的加载、密度和热蠕变系数/杨氏模量，但不是玻璃的重量。软件用于有限元分析。

形成结构的FEA网格显示在图39A和39B中。形成结构垂直地分别支承在第一端391和第二端392。形成结构纵向地约束在393。图39B显示采用半个模型，由于在垂直表面394内呈现对称性。力以均匀压力施加到第一端和第二端的区域在图39A和39C中显示为区域395。

模型的形成结构9对于形成结构根部长度为2.00米。待分析的耐火材料块的最后尺寸是2.20米乘0.66米高乘0.20米宽。玻璃在其中流动的槽底部呈水平，形成结构顶部处堰的坡度是负5.73度。根部底的夹角是33.4度。据本申请人所知，所用尺寸不是精确地代表使用溢流过程的任何特别制造商所使用的实际尺寸；然而，这些尺寸是本技术领域内的技术人员可能选择的典型尺寸。

在形成结构内和形成结构上流动的玻璃重量并不包括在总载荷内作为其一部分。将玻璃重量包括在内对于变形幅值的影响极小，对变形形状的作用可以忽略。将玻璃重量包括在内要求施加到形成结构端部下部上的力根据玻璃重量成比例地变大。所采用形成结构9的材料密度为4000kg/m³。

用于图36、37和38计算的热蠕变系数是根据图35的250psi和1215℃的条件。线性应力有限元分析程序用于模拟热蠕变，热蠕变系数乘以时间间隔类似于杨氏模量的倒数。所使用的热蠕变系数值是2e-8in/in/hr/psi。用于模拟热蠕变的杨氏模量是11.4e6psi。图36、37、38、40和41的结果放大40000倍，显示2年后发生的10倍的变形。对于图36，施加到第一端和第二端下部的力是0(零)lb，对于图37为2250lb，以及对于图38为3195lb。

图36、37、38、40和41是FEA的图形结果。使用图36作为举例，形成结构的阴影图像361的形状显示对于特定边界条件为图36所作计算的形成结构相对于未变形网格362的变形。阴影对应于纵向应力张量X-X，其数值大小在对应图右上角图例中定义。

图36、37和38是使用线性FEA对该边界条件作的预言的热蠕变的结果。轮廓的阴影代表负450000到正450000牛顿/米²比例尺的纵向应力张量的值。

图36中的阴影图像361的形状代表使用线性FEA若形成结构下部没有使用压缩载荷预示2年后的10倍的热蠕变。图37中的阴影图像371的形状代表使用线性FEA若美国专利No.3,519,411的形成结构下部使用压缩载荷预示2年后的10倍的热蠕变。图38中的阴影图像381的形状代表使用线性FEA预示2年后的10倍的热蠕变以获得中间区域387内形成结构9顶部的基本上直的形状。注意到中间区域387(图38中形成结构的387)具有基本上直的形状，而入口端区域386和远端区域388是略向上凸出的弧形。该形状在中间区域387内的堰115上方保持均匀流动，在端部区域386和388堰上方保持变化的流动。所形成的板在密封的中间部分内具有恒定的厚度，但在不用的端部内厚度和形状不同。较佳地，通过使形成结构9上部中间区域内的变形或应变基本上等于形成结构9下部中间区域内的变形或应变，由此获得形成结构9顶部的中间部分的直的形状。

形成结构的应力-应变模型是短梁模型。应力进行分布，其不能以长梁的应力-应变模型的简单方式确定，因为短梁比长梁有更加明显的端部效应。纵向压缩力施加在形成结构9下部可像图38中的部位384和385处形成局部应力集中。这些特别的应力集中位于纵向压缩力的施加点处。

应力和形成结构生成的热蠕变变形(热蠕变应变)由重力造成，所述重力在形成结构内形成剪力和弯矩。垂直剪力由形成结构支承在各端所造成，并在端部区域386和388处较大。弯矩在形成结构的中间区域最大。弯矩形成主要变形；然而剪力和弯矩必须在分析中加以考虑。有限元分析(FEM)是设计形成结构压缩载荷的较佳技术。

对于某些形成结构形状，剪力和弯矩的特殊组合可以理想地实施美国专利申请序列号No.11/184,212的多级压缩力技术。

图39D示出非线性模型中形成结构呈现的温度分布。顶与底的温差是50℃。所采用的温度可能不精确地代表使用溢流过程的任何特定制造商所经历的实际温差；然而，该温差是本技术领域内的技术人员所选择的典型温差。

图40和41示出模拟非线性热蠕变的线性应力FEA中通过变化材料特性所预言的热蠕变。轮廓的阴影代表负1250000到正250000牛顿/米2比例尺的纵向应力张量的值。

图40中的阴影图像401的形状代表使用非线性FEA若图38的形成结构下部使用压缩载荷预示2年后的10倍的热蠕变。这是图38结构加载的非线性分析。

图41中的阴影图像411的形状是非线性分析，其预言最小的热下垂状况。形成形成结构预言的基本上零垂直变形的力是6,075lbs，相对于图38所示线性分析预言的力3,195lbs。产生稳定形成结构9形状的力6,075lbs几乎是2,250lbs力的三倍，根据美国专利No.3,519,411的权利要求，线性分析要求在形成结构9内产生零纵向张力。注意到图41中形成结构的中间区域417具有基本上直的形状，而入口端区域416和远端区域418是略向上凸出的弧形。该形状在中间区域417内的堰115上方保持均匀流动，在端部区域416和418堰上方保持变化的流动。所形成的板在密封的中间部分内具有恒定的厚度，但在不用的端部内厚度和形状不同。因为锆石耐火材料的非线性热蠕变特性，通过使形成结构9底部或下部的中间区域内的压缩应力基本上大于形成结构9顶部或上部的中间区域内的压缩应力，可获得形成结构9顶部的中间部分的直的形状。这些应力水平在中间区域417的顶部和底部内产生相等的纵向变形或应变。对形成结构9下部施加纵向压缩力可在诸如图41内的区域414和415的部位处形成局部应力集中。

非线性分析预示16mm量级上的纵向变形413，因为产生稳定的形成结构9形状需要提高的压缩载荷。施加到非线性分析的图38的线性分析的载荷(美国专利No.6,889,526)产生了8mm量级上的纵向变形或应变403，如图40所示。如果有用板11的宽度331是关键的且本设计宽度346是有裕度的，那么形成结构9的初始长度346可以做得较长以补偿该增加的变形。

这里的非线性分析是对已知生成结构实施的非线性分析的简化实例。网格相当粗，且热蠕变系数值只是沿垂直方向的迭代。还有，可得到比这里所使用的程序更为复杂的FEA程序，其可自动地迭代作为应力和温度函数的热蠕变系数。

纵览美国专利No.6,974,786的数据，显示出在同样试验条件下多个试样试验结果中的很大变化。该变化部分地是试验误差；然而，不同批的锆石耐火材料对于温度和应力在热蠕变特性的数值和斜率方面具有很大的变化几率。因此，用不同批材料制造的形成结构具有不同的热蠕变特性。这里所述分析可使用热蠕变特性的平均值来实施形成结构9设计；然而，生产环境中个别形成结构9的变形可能不同于预言的变形。为了纠正变形中的该种变化，可采用专利申请序列号No.11/184,212的反馈控制策略，本文援引该专利以供参考。

在一实施例中，形成结构的压缩加载可按Cortright的现有技术的方式(美国专利No.3,519,411)实施，其中，通过在一端处的固定定位调整螺栓424和在另一端处由有效的水平载荷426施力，可将形成结构9约束在纵向方向175。该实施例中的装置显示在图42A至42D中，但施加的力426远大于Cortright规定的力。在该实施例的应用中，调整螺钉424定期地进行调整以将载荷保持在如美国专利No.6,990,834所要求的大小上。

在其它实施例中，如图43和44所示，力426和436作为有效载荷施加在美国专利No.6,990,834的形成结构的每一端，本文援引该专利以供参考。

在另一实施例中，如图45所示，第三有效载荷457被诱发出现在形成结构的远端，以提供密封力来克服进入美国专利No.6,990,834的形成结构的玻璃429的液体静压力。在该实施例中，压缩力436和456具有相等的大小，但方向相反。

本发明的基本概念是对形成结构的端部施加力和/或力矩以平衡重力造成的应力，因此实际上消除了热蠕变引起的熔化玻璃流上的效应。

尽管参照各种实施例描述了本发明，但应该认识到，本发明还能进一步用于各种其它的实施例。

因此，应该理解到，这里所述的本发明的实施例只是说明本发明原理的应用。这里所参照的所示实施例的细节并不意图限制权利要求书的范围，权利要求书本身列举的这些特征被看作是本发明的精华所在。

Claims (19)

1.一种用于形成玻璃板的改进装置，其中，所述装置包括用于接纳熔化玻璃的槽，所述槽具有附连到楔形的板形成结构上的侧部，所述板形成结构具有会聚在所述楔底部的向下坡度侧部，这样，当熔化玻璃溢出所述槽的所述侧部，沿着所述楔形板形成结构的所述向下坡度侧部向下流动，相遇在所述楔的所述底部时，形成玻璃板，其中，改进之处包括：

含有所述装置的腔室的底部开口具有沿纵向方向变化的宽度，以使沿垂直方向从含有所述装置的所述腔室中漏出的辐射热损失的大小被控制到沿所述纵向方向的不同值。

2.一种用于形成玻璃板的改进装置，其中，所述装置包括用于输送熔化玻璃的流入管、用于接纳熔化玻璃的槽，所述槽具有附连到楔形的板形成结构上的侧部，所述板形成结构具有会聚在所述楔底部的向下坡度侧部，这样，当熔化玻璃溢出所述槽的所述侧部，沿着所述楔形板形成结构的所述向下坡度侧部向下流动，相遇在所述楔的所述底部时，形成玻璃板，其中，改进之处包括：

降液管连接到与所述槽相对的所述流入管的一端，其中，所述降液管的底端位于所述流入管内的玻璃自由表面处或表面下方，所述降液管和所述流入管具有一尺寸和形状；以及

至少一个加热器添加到所述自由表面区域内，以将所述自由表面处的玻璃温度维持在高于玻璃液相线的温度。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热器防止形成玻璃失光泽的同质性缺陷。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热器是所述降液管底部的部分。

5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述加热器是所述流入管顶部的部分。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括至少一个围绕所述降液管的密封块，其中，所述加热器是所述密封块的部分。

7.一种用于形成玻璃板的改进装置，其中，所述装置包括用于输送熔化玻璃的流入管、用于接纳熔化玻璃的槽，所述槽具有附连到楔形的板形成结构上的侧部，所述板形成结构具有会聚在所述楔底部的向下坡度侧部，这样，当熔化玻璃溢出所述槽的所述侧部，沿着所述楔形板形成结构的所述向下坡度侧部向下流动，相遇在所述楔的所述底部时，形成玻璃板，其中，改进之处包括：

降液管连接到与所述槽相对的所述流入管的一端，其中，所述降液管的底端位于所述流入管内的玻璃自由表面上方，所述降液管和所述流入管具有一尺寸和形状；以及

至少一个加热器添加到所述自由表面区域内，以将所述自由表面处的玻璃温度维持在高于玻璃液相线的温度。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述加热器防止形成玻璃失光泽的同质性缺陷。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述加热器是所述降液管底部的部分。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述加热器是所述流入管顶部的部分。

11.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括至少一个围绕所述降液管的密封块，其中，所述加热器是所述密封块的部分。

12.一种用于形成玻璃板的改进装置，其中，所述装置包括用于输送熔化玻璃的流入管、用于接纳熔化玻璃的槽，所述槽具有附连到楔形的板形成结构上的侧部，所述板形成结构具有会聚在所述楔底部的向下坡度侧部，这样，当熔化玻璃溢出所述槽的所述侧部，沿着所述楔形板形成结构的所述向下坡度侧部向下流动，相遇在所述楔的所述底部时，形成玻璃板，其中，改进之处包括：降液管连接到与所述槽相对的所述流入管的一端，其中，在所述降液管和所述流入管的连接处，锥形部分在玻璃自由表面的垂直部位处结合到所述流入管内。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述锥形部分所夹的半角在10和50度之间，所述锥形部分的顶点在所述锥形部分的上方。

14.一种用于形成玻璃板的改进装置，其中，所述装置包括用于接纳熔化玻璃的槽，所述槽具有附连到楔形的板形成结构上的侧部，所述板形成结构具有会聚在所述楔底部的向下坡度侧部，这样，当熔化玻璃溢出所述槽的所述侧部，沿着所述楔形板形成结构的所述向下坡度侧部向下流动，相遇在所述楔的所述底部时，形成玻璃板，其中，改进之处包括：

a)至少一个流入流测量装置，所述流入流测量装置测量流入隔离箱门腔室内的空气质量流；以及

b)至少一个流出流测量装置，所述流出流测量装置测量流出所述隔离箱门腔室的空气质量流；

其中，所述流出流测量装置调节流出所述隔离箱门腔室的冷却空气，使其等于流入所述隔离箱门腔室内的测量值，于是，没有空气通过所述隔离箱门腔室和流出所述楔形板形成结构底部的玻璃之间的裂缝和开口泄漏出去。

15.如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述流入流测量装置将流入所述隔离箱门腔室内的冷却空气调节到恒定值，以使隔离箱门区域内的能量损失为恒定。

16.一种用于形成玻璃板的改进装置，其中，所述装置包括用于接纳熔化玻璃的槽，所述槽具有附连到楔形的板形成结构上的侧部，所述板形成结构具有会聚在所述楔底部的向下坡度侧部，这样，当熔化玻璃溢出所述槽的所述侧部，沿着所述楔形板形成结构的所述向下坡度侧部向下流动，相遇在所述楔的所述底部时，形成玻璃板，其中，改进之处包括：

a)至少一个流入流测量装置，所述流入流测量装置测量流入隔离箱门腔室内的空气质量流；

b)至少一个流出流测量装置，所述流出流测量装置测量流出所述隔离箱门腔室的空气质量流；以及

c)至少一个位于所述隔离箱门腔室顶部的通气开口，所述通气开口允许空气在所述隔离箱门腔室和包含所述板形成结构的腔室之间流动；

其中，所述流出流测量装置调节流出所述隔离箱门腔室的冷却空气，使其等于流入所述隔离箱门腔室内的测量值减去冷却流出所述楔形板形成结构底部的玻璃所需的强制对流的空气质量流的量。

17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述流入流测量装置将流入所述隔离箱门腔室内的冷却空气调节到恒定值，以使隔离箱门区域内的能量损失为恒定。

18.如权利要求16所述的装置，其特征在于，所述隔离箱门腔室和含有所述板形成结构的所述腔室之间的所述通气开口足够大，以便基本上平衡所述隔离箱门腔室和含有所述板形成结构的所述腔室之间的压力，这样，没有空气通过所述隔离箱门腔室和流出所述楔形板形成结构底部的玻璃之间的裂缝和开口泄漏出去。

19.如权利要求17所述的装置，其特征在于，所述隔离箱门腔室和含有所述板形成结构的所述腔室之间的所述通气开口足够大，以便基本上平衡所述隔离箱门腔室和含有所述板形成结构的所述腔室之间的压力，这样，没有空气通过所述隔离箱门腔室和流出所述楔形板形成结构底部的玻璃之间的裂缝和开口泄漏出去。