JP2008516888A - 冷却用差込み管を用いてガラスシート内の応力を低減するためのガラス製造装置および方法 - Google Patents

Abstract

ガラスシート（１０５）内の領域の応力を低減するためにガラスシート（１０５）から熱を抽出する機能を有する液冷差込み管（１０２）を組み込んだガラス製造装置（１００）がここに記載されている。本発明の一つの実施の形態において、液冷差込み管（１０２ａ）は、ガラスシート（１０５）の一端から他端まで熱の抽出がほぼ一様であるように、一様な外径および一様な輻射率のコーティングを有する１個の冷却セクション（３０４）を有する。本発明の別の実施の形態において、液冷差込み管（１０２ｂ，１０２ｃ）は、ガラスシート（１０５）の異なる複数の領域における選択的な冷却と応力の低減とを可能にする異なる外径および／または輻射率の異なるコーティングを有する複数の冷却セクション（４０４ａ‥‥４０４ｅ，５０４ａ‥‥５０４ｇ）を備えている。

Description

関連出願との相互参照

本願は、２００４年１０月２０日付けで出願された「冷却用差込み管を用いてガラスシート内の応力を低減するためのガラス製造装置および方法」と題する米国特許出願第１０／９７０,３１４号の優先権を主張するものであり、該出願の内容は引例として本明細書に組み入れられる。

本発明は、ガラス製造装置内でガラスシートが製造されている間に、ガラスシートから熱を抽出してガラスシート内の応力を低減する液冷差込み管（ｂａｙｏｎｅｔ）に関するものである。

フラットパネルディスプレーに使用可能なガラスシート（例えば液晶ディスプレー（ＬＣＤ）用ガラスシート）の製造業者は、ガラスシート内の応力を低減するためにガラス製造装置の性能を向上させる努力を絶え間なく行なっている。

ガラスシートに応力が加えられたときにはいつでも起こり得る問題がいくつかある。例えば、応力を加えられたガラスシートは、歪んで形状を変える傾向がある。ガラス基板内の応力を低減するためにガラス製造装置の性能を向上させる一つの方法が本発明の主題である。

本発明は、ガラスシート内の領域の応力を低減するためにガラスシートから熱を抽出する機能を有する液冷差込み管を組み込んだガラス製造装置を含む。本発明の一つの実施の形態において、液冷差込み管は、ガラスシートの一端から他端まで熱の抽出がほぼ一様であるように、一様な外径および一様な輻射率のコーティングを有する単一の冷却セクションを有する。本発明の別の実施の形態において、液冷差込み管は、ガラスシートの異なる複数の領域における選択的な冷却と応力の低減とを可能にする異なる外径および／または輻射率の異なるコーティングを有する複数の冷却セクションを備えている。本発明はまた、(1) 液冷差込み管およびガラス製造装置を用いてガラスシートを製造するための方法と、(2) 液冷差込み管を用いたガラス製造装置によって作成されたガラスシートとを含む。

本発明のより完全な理解のために、下記に添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、ガラスシート内の応力を低減するために、ガラスシートから熱を抽出する機能を有する液冷差込み管を組み込んだ本発明によるガラス製造装置の例示的ブロック図である。

図２は、図１に示された例示的ガラス製造装置の成形装置と牽引ローラ・アセンブリとの間に液冷差込み管が如何様に配置されているかを示す斜視図である。

図３は、図１および図２に示された本発明による液冷差込み管の第１の実施の形態をより詳細に示すブロック図であり、この液冷差込み管は、一様な外径と一様な輻射率のコーティングとを有する単一の冷却セクションを備えた本体を有する。

図４は、図１および図２に示された本発明による液冷差込み管の第２の実施の形態をより詳細に示すブロック図であり、この液冷差込み管は、異なる２種類の外径と輻射率の異なる２形式のコーティングとを備えた５個の独立した冷却セクションを備えた本体を有する。

図５は、図１および図２に示された本発明による液冷差込み管の第３の実施の形態をより詳細に示すブロック図であり、この液冷差込み管は、異なる３種類の外径と輻射率の異なる２形式のコーティングとを備えた７個の独立した冷却セクションを備えた本体を有する。

図６は、図１および図２に示された本発明による例示的ガラス製造装置と液冷差込み管とを用いてガラスシートを製造するための好ましい方法の基本的なステップを示すフローチャートである。

本出願人は、フラットパネルディスプレーのような種々の装置に使用可能な高品質の薄いガラスシートを成形するフュージョン法（例えばダウンドロー法）として知られている方法を開発した。このフュージョン法は、他の方法によって製造されたガラスシートと比較した場合に、これらのガラスシートが極めて優れた平坦性および平滑性を備えた表面を有するが故に、フラットパネルディスプレーに使用されるガラスシートを製造するために今日利用されている好ましい技術である。本発明により構成された、フュージョン法を用いてガラスシート１０５を作成するガラス製造装置１００を下記に簡単に説明するが、フュージョン法自体に関するより詳細な説明は米国特許第３,３３８,６９６号明細書および第３,６８２,６０９号明細書を引用する。これら二つの特許明細書の記載内容は、引例として本明細書に組み入れられる。

図１および２を参照すると、フュージョン法および本発明による液冷差込み管１０２を用いてガラスシート１０５を作成するガラス製造装置の実施の形態の概略図が示されている。図示のように、ガラス製造装置１００は、溶融容器１１０、純化容器１１５、混合容器１２０（例えば攪拌室１２０）、供給容器１２５（例えばボウル１２５）、フュージョンドロー・マシン（ＦＤＭ）１４０ａ、液冷差込み管１０２（１個のみが示されている）、および移動式裁断機（ＴＡＭ）１５５を備えている。溶融容器１１０は、そこへガラスバッチ材料が矢印１１２に示されているように導入され、かつ溶融されて溶融ガラス１２６を形成する。純化容器１１５（例えば純化パイプ）は、溶融容器１１０から溶融ガラス１２６（この時点では図示されていない）を受け取り、この溶融ガラス１２６から気泡を除去する高温処理領域を備えている。純化容器１１５は、純化容器を攪拌室に連結するチューブ１２２によって混合容器１２０（例えば攪拌室１２０）に連結されている。そして、混合容器１２０は、攪拌室をボウルに連結するチューブ１２７によって供給容器１２５に連結されている。供給容器１２５は、降下管１３０を通じて溶融ガラス１２６を上記ＦＤＭ１４０ａに供給し、このＦＤＭ１４０ａは、取入れ口１３２、成形装置１３５（例えばアイソパイプ１３５）および牽引ローラ・アセンブリ１４０を備えている。図示のように、溶融ガラス１２６は降下管１３０から取入れ口１３２に流入し、この取入れ口１３２から成形装置１３５（例えばアイソパイプ１３５）に案内される。成形装置１３５は、溶融ガラス１２６を受け入れる開口部１３６を備え、溶融ガラス１２６は桶１３７内に流入し、次いでオーバーフローして両側面１３８ａおよび１３８ｂを流れ下り、谷底１３９として知られている部位で合体される。谷底１３９は両側面１３８ａおよび１３８ｂが落ち合う地点であり、ここで、オーバーフローした溶融ガラス１２６の双方のガラスの壁が再会（例えば再融合）してガラスシート１０５を成形し、牽引ローラ・アセンブリ１４０によって下方へ牽引される。次に上記ＴＡＭ１５５がこの牽引されているガラスシート１０５を個々のガラスシート１０５の片に裁断する。図２に示されているように、液冷差込み管１０２は成形装置１３５と牽引ローラ・アセンブリ１４０との間に配置され、ガラスシート１０５に近接するが接触しないように位置決めされる。液冷差込み管１０２は、図示の水平位置以外に、例えば垂直位置または対角線位置等の種々の位置のいずれかに配置可能であることは言うまでもない。液体が流通する液冷差込み管１０２は、ガラスシート１０５から放射される熱を吸収して、ガラスシート１０５内の温度勾配を軽減、したがって応力を低減する機能を有する。液冷差込み管１０２のいくつかの実施の形態を下記に図３〜図６を参照して詳細に説明する。

図３を参照すると、液冷差込み管の第１の実施の形態１０２ａの構成を詳細に説明するブロック図が示されている。この液冷差込み管１０２ａは、一定の外径ｄ１と一定の輻射率を有するコーティング（ハッチング部分）とを備えた冷却セクション３０４を有する丸型の本体３０２を備えている。上記輻射コーティングは、ニッケル合金をベースとしたコーティングなどの種々のコーティングのうちのいずれかとすることができる。動作時には、所望の温度に冷却された液体３０６（例えば水３０６）を差込み管１０２ａの本体３０２内に流し、ガラスシート１０５から放射される熱を本体３０２の表面に吸収させることによって、液体３０６がＦＤＭ１０４ａおよび特にガラスシート１０５から熱を抽出する。本実施の形態においては、差込み管１０２ａの一端から他端まで熱の抽出がほぼ一様である。

図４を参照すると、液冷差込み管の第２の実施の形態１０２ｂの構成を詳細に説明するブロック図が示されている。この液冷差込み管１０２ｂは、５個の独立した冷却セクション４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄおよび４０４ｅを備えた丸型の本体４０２を有し、各冷却セクションは、２種類の外径ｄ１およびｄ２のうちの一つと、輻射率の異なる２形式のコーティング（ハッチング部分およびハッチングのない部分）とを備えることができる。本実施の形態においては、本体４０２が、ガラスシート１０５に沿った所定の部位における差別的冷却を可能にするように構成されている。ガラスシート１０５の差別的冷却は、冷却セクション４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄおよび４０４ｅの表面に輻射率の異なるコーティングを施すことによって、あるいは冷却セクション４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄおよび４０４ｅの外径ｄ１またはｄ２を変えることによって、あるいは両者の組合せによって達成される。動作時には、差込み管１０２ｂが所望の温度に冷却された液体４０６（例えば水４０６）を本体４０２内に流し、ガラスシート１０５から放射される熱を本体４０２の表面が差別的に吸収し得ることによって、液体４０６が、ＦＤＭ１０４ａおよび特にガラスシート１０５に沿った或る領域から他の領域よりも多量に熱を取り去る。この差別的冷却は、ガラスシート１０５上の高い応力の領域に合わせて応力レベルの低減を図ることができる。例えば、液冷差込み管１０２ｂにおいては、冷却セクション４０４ｂおよび４０４ｄがガラスシート１０５における低応力領域の隣に配置されるであろう。そして、冷却セクション４０４ａ，４０４ｃおよび４０４ｅはガラスシート１０５における高応力領域の隣に配置されるであろう。

差別的な液冷差込み管１０２ｂを設計するためには、このガラス製造装置１００内で作成されるガラスシート１０５における水平応力分布を特定する測定装置（不図示）を用いることが必要である。水平応力分布は、このガラス製造装置１００上で順次作成されるガラスシート１０５のすべてに関して類似している筈である。この水平応力分布は、次に差込み管１０２ｂの設計に用いられる。例えば、ガラスシート１０５における高引っ張り応力の領域は、ガラスシート１０５における応力レベルを低減するのに差込み管１０２ｂによるより少ない熱の抽出を必要とする。これとは反対に、ガラスシート１０５における高圧縮応力の領域は、ガラスシート１０５における応力レベルを低減するのに差込み管１０２ｂによる余分の冷却能力を必要とする。差別的な液冷差込み管１０２ｂにおいては、より少ない冷却は、本体４０２の一部における外径の縮小（熱伝達領域の縮小）によって、あるいは本体４０２の一部における表面輻射コーティングの低減（表面によって吸収される放射熱の低減）によって、あるいは外径の縮小と表面輻射コーティングの低減との組合せによって達成される。そして、より多くの冷却は、本体４０２の一部における外径の増大（熱伝達領域の増大）によって、あるいは本体４０２の一部における表面輻射コーティングの増加（表面によって吸収される放射熱の増加）によって、あるいは外径の増大と表面輻射コーティングの増加との組合せによって達成される。

差別的な液冷差込み管１０２ｂを作成するために、異なる外径ｄ１，ｄ２を有するチューブが冷却セクション４０４ａ，４０４ｂ，４０４ｃ，４０４ｄおよび４０４ｅとして一体に溶接されて、所望の断面積および輻射率の異なるコーティングがその表面に加えられ、所望の放射熱伝達制御が得られる。実際に、もし必要であれば、高冷却セクション４０４ｂ，４０４ｄおよび低冷却セクション４０４ａ，４０４ｃ，４０４ｅのサイズ、外径および輻射率は、全体の熱抽出量が一様な冷却用差込み管１０２ａ（図３参照）全体の熱抽出量に一致するように調節可能である。この液冷差込み管１０２ｂまたは他の液冷差込み管１０２を用いる効果は、熱を吸収することによってガラスシート１０５内の応力を低減し、同時に、ガラスシート１０５における他の種々の品質特性の変化を最小化することである。これらの種々の品質特性は、例えば、(1)ＦＤＭ１０４ａ内部での熱間時、およびＴＡＭ１５５によって裁断された後の冷間時におけるガラスシート１０５の平面偏差および平滑性、(2) ガラスシート１０５の幅、(3) ガラスシート１０５の平均厚さ等である。

図５を参照すると、液冷差込み管の第３の実施の形態１０２ｃの構成を詳細に説明するブロック図が示されている。この液冷差込み管１０２ｃは、７個の独立した冷却セクション５０４ａ，５０４ｂ，‥‥５０４ｇを備えた丸型の本体５０２を有し、各冷却セクションは、３種類の外径ｄ１，ｄ２およびｄ３のうちの一つと、輻射率の異なる２形式のコーティング（ハッチング部分およびハッチングのない部分）とを備えることができる。この液冷差込み管１０２ｃは、上述の差込み管１０２ａおよび１０２ｂと同様に動作するが、所望の温度に冷却された液体５０６（例えば水５０６）が本体５０２の内部を流れて、本体５０２の表面がガラスシート１０５から放射される熱を差別的に吸収するのを可能にすることによって、ＦＤＭ１０４ａから、特にガラスシート１０５に沿った或る領域から他の領域よりも多く熱を除去する。本図を加入した目的は、ガラスシート１０５に沿った規定された部位における選択的な冷却を可能にするために、液冷差込み管１０２が多くの異なる態様で形成かつ構成されることが可能であることを示すことにある。したがって、液体で差別的に冷却された差込み管１０２が、種々の外径を有する冷却セクションおよび異なる表面輻射率を有するコーティングが施された如何なる数の冷却セクションをも備えることができることは言うまでもない。

図６を参照すると、本発明のガラス製造装置１００および液冷差込み管１０２を用いてガラスシート１０５を製造するための好ましい方法６００の基本的ステップを説明するフローチャートである。最初のステップ６０２および６０４においては、溶融容器１１０、純化容器１１５、混合容器１２０、供給容器１２５および成形装置１３５が用いられて、バッチ材料を溶融し、かつこの溶融されたバッチ材料を処理してガラスシート１０５を成形する（図１参照）。ステップ６０６においては、成形されたガラスシート１０５が成形装置１３５の下方にあるときに、液冷差込み管１０２を用いてこの成形されたガラスシート１０５から熱を吸収して、ガラスシート１０５内に形成された応力を低減する（図２〜図５参照）。次のステップ６０８においては、成形されたガラスシート１０５を牽引ローラ・アセンブリ１４０内の２個のローラ間で牽引する（図２参照）。次にステップ６１０において、牽引されたガラスシート１０５をＴＡＭ１５５によって個々のガラスシート片１０５に裁断する（図１参照）。ここに記載されたガラス製造装置１００および液冷差込み管１０２ａ，１０２ｂおよび１０２ｃの構成は例示的なものであって、別のガラス製造装置および異なる構成の液冷差込み管１０２も、本発明によるガラスシート１０５の作成に使用可能なことは言うまでもない。

本発明が、ガラス製造装置内におけるガラスシート１０５の製造時に、ガラスシート１０５から熱を抽出して温度勾配を低減する、すなわちガラスシート１０５内の応力を低減する液冷差込み管１０２を含むことは、上述の記載から当業者には容易に理解されるであろう。低温の表面を用いて温度勾配を低減し、したがってガラスシート１０５内の応力を低減する液冷差込み管１０２は、ガラスシート１０５における種々の品質特性に対し負の影響は殆ど与えることなしに応力の低減を可能にする。これらの種々の品質特性は、例えば、(1)ＦＤＭ１０４ａ内部での熱間時、およびＴＡＭ１５５によって裁断された後の冷間時におけるガラスシート１０５の平面偏差および平滑性、(2) ガラスシート１０５の幅、(3) ガラスシート１０５の平均厚さ等である。

本発明に付随するさらなる特徴および利点は下記の通りである。

・上述では差込み管１０２が、フュージョン法を利用してガラスシート１０５を作成するガラス製造装置１００に用いられるものとして説明されているが、この差込み管１０２は、溶融ガラスを牽引してガラスシートを作成するいかなる形式のガラス製造装置にも使用可能なことを理解すべきである。

・上述では１本のみの丸型差込み管１０２が、ガラス製造装置１００内で用いられるものとして説明されているが、１本以上の差込み管１０２がガラス製造装置１００内で用いられ得ることを理解すべきである。また、差込み管１０２は、如何なる形状のものであってもよく、かつ例えば金属を含む如何なる異なる形式の材料から作成されたものでもよいことを理解すべきである。

・ガラス製造装置１００を用いて作成される好ましいガラスシート１０５は、アルミノ珪酸塩ガラスシート、または硼珪酸塩ガラスシート、または硼・アルミノ珪酸塩ガラスシートである。

・本発明は、フラットパネルディスプレーに使用されるような高歪み点ガラスシート１０５を成形するために特に有用である。さらに本発明は、他の形式のガラスシート１０５の製造にも役立ち得るものである。

・差込み管１０２は、必要に応じて、液体の代わりに空気またはガスによって冷却されることもできることは言うまでもない。

添付図面には、本発明のいくつかの実施の形態が描かれ、かつ詳細な説明がなされているが、本発明は開示された実施の形態に限定されるものではなく、請求項によって示されかつ規定された本発明の精神から離れることなしに、多数の模様替え、変形および置換が可能なことを理解すべきである。

発明によるガラス製造装置の例示的ブロック図 図１に示された例示的ガラス製造装置の成形装置と牽引ローラ・アセン ブリとの間に液冷差込み管が如何様に配置されているかを示す斜視図 図１および図２に示された本発明による液冷差込み管の第１の実施の形態を をより詳細に示すブロック図 図１および図２に示された本発明による液冷差込み管の第２の実施の形態を をより詳細に示すブロック図 図１および図２に示された本発明による液冷差込み管の第３の実施の形態を をより詳細に示すブロック図 本発明によるガラスシート製造方法の基本的なステップを示すフローチャー ト

符号の説明

１００ ガラス製造装置
１０２，１０２ａ〜１０２ｃ 液冷差込み管
１０５ ガラスシート
１４０ａ フュージョンドロー・マシン（ＦＤＭ）
３０４，４０４ａ‥‥４０４ｅ，５０４ａ‥‥５０４ｇ 冷却セクション

Claims (10)

1. 本体を有する差込み管であって、前記本体は、ガラス製造装置内でガラスシートが作成されている間に該ガラスシートから放射される熱を前記本体が吸収し得るように冷却されていることを特徴とする差込み管。
2. 前記本体が液体で冷却されていることを特徴とする請求項１記載の差込み管。
3. 前記本体は、該本体が、前記ガラスシートの異なる複数の領域を選択的に冷却して該複数の領域における応力を低減し得る態様に形成されかつ構成されていることを特徴とする請求項１記載の差込み管。
4. 前記本体は、該本体が、前記ガラスシートの異なる複数の領域を選択的に冷却して該複数の領域における応力を低減し得る輻射率の異なるコーティングが施された複数のセクションを備えていることを特徴とする請求項１記載の差込み管。
5. 前記本体は、該本体が、前記ガラスシートの異なる複数の領域を選択的に冷却して該複数の領域における応力を低減し得る外径の異なる複数のセクションを備えていることを特徴とする請求項１記載の差込み管。
6. 前記本体は、該本体が、前記ガラスシートの異なる複数の領域を選択的に冷却して該複数の領域における応力を低減し得る外径の異なるおよび／または輻射率の異なるコーティングを有する複数のセクションを備えていることを特徴とする請求項１記載の差込み管。
7. 前記本体は、該本体が、前記ガラスシートの異なる複数の領域を選択的に冷却して該複数の領域における応力を低減し得る、少なくとも一つの高冷却セクションと少なくとも一つの低冷却セクションとを備えていることを特徴とする請求項１記載の差込み管。
8. 各低冷却セクションは、縮小された外径を有し、または輻射率の低いコーティングが施され、または縮小された外径と輻射率の低いコーティングとの組合せを有し、
   各高冷却セクションは、増大された外径を有し、または輻射率の高いコーティングが施され、または増大された外径と輻射率の高いコーティングとの組合せを有することを特徴とする請求項７記載の差込み管。
9. バッチ材料を溶融しかつ溶融ガラスを形成するための少なくとも１個の容器と、
   前記溶融ガラスを受け取りかつガラスシートを成形するための成形装置と、
   前記成形されたガラスシートから放射される熱を吸収するための冷却された差込み管と、
   前記成形されたガラスシートを牽引するための牽引機と、
   該牽引されたガラスシートを個々のガラスシートに裁断するための裁断機と、
   を備えていることを特徴とするガラス製造装置。
10. バッチ材料を溶融して溶融ガラスを形成し、
    該溶融ガラスを処理してガラスシートを成形し、
    該ガラスシートから放射される熱を吸収し得るように冷却された差込み管を用い、
    前記成形されたガラスシートを牽引し、
    該牽引されたガラスシートを個々のガラスシートに裁断する、
    諸ステップを含むことを特徴とするガラスシートの製造方法。

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