JP2013512171A - Method and apparatus for producing a glass sheet having a controlled thickness - Google Patents
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Abstract
ガラスシートを製造する方法は、ガラスリボンを、ガラスリボンの少なくとも一部分が粘性挙動を示す第1温度で提供するステップを含む。ヒートシンクが、第1温度よりも低い第2温度で、ガラスリボンのこの少なくとも一部分に隣接して提供される。複数の加熱要素が、この加熱要素がヒートシンクの熱プロファイルを成形するように動作可能な位置に提供される。熱がガラスリボンのこの少なくとも一部分からヒートシンクへと移動し、さらに熱の少なくとも一部分がヒートシンクに吸収される。A method of manufacturing a glass sheet includes providing a glass ribbon at a first temperature at which at least a portion of the glass ribbon exhibits a viscous behavior. A heat sink is provided adjacent to at least a portion of the glass ribbon at a second temperature that is lower than the first temperature. A plurality of heating elements are provided at locations where the heating elements are operable to shape the heat profile of the heat sink. Heat is transferred from this at least a portion of the glass ribbon to the heat sink, and at least a portion of the heat is absorbed by the heat sink.
Description
本出願は、2009年11月24日に出願された、米国仮特許出願第61/264017号の優先権を主張するものである。 This application claims the priority of US Provisional Patent Application No. 61 / 264,017, filed on Nov. 24, 2009.
本発明は、一般に、ガラスシートを成形する方法および装置に関する。より具体的には、本発明は、溶融ガラスから成形されるガラスシートの厚さを制御する方法および装置に関する。 The present invention generally relates to methods and apparatus for forming glass sheets. More specifically, the present invention relates to a method and apparatus for controlling the thickness of a glass sheet formed from molten glass.
特許文献1(S.M.Dockerty)では、溶融ガラスから成形されるシートの厚さを制御するシステムが説明されている。特許文献1のシステムでは、溶融ガラスが成形部材の対向面を流れ落ち、これが成形部材の楔底部で融合してガラスシートを成形する。ガラスシートは一対の対向しているハウジング間を通過し、このハウジング夫々がガラスシートに面した前面壁を有している。この前面壁は、例えば炭化ケイ素など、高熱伝導率、低膨張率、および低放射率を有する材料から作られている。ハウジング内には流体導管が配列され、このとき流体導管のノズルは間隔を空けた位置関係で前面壁の背面に位置付けられている。各流体導管は、制御弁を備えかつマニホールドに接続されている、関連する流量計を有している。各流体導管は、隣接する前面壁の背面エリアに冷却流体または加熱流体を供給する。典型的には、供給される流体は空気である。ガラスシートの厚さを制御するために、ガラスシートと前面壁との間で熱放射による熱交換が起こる。ガラスシート幅を横切る特定エリアが所望の厚さより厚いことをガラスシートの厚さ波形が示した場合には、このより厚いエリアに隣接する、ガラスシートのゾーンを冷却して、すなわちより薄いエリアを冷却して、厚さ波形を補正する。この隣接するゾーンに対応する流体導管を駆動させて、隣接ゾーン(すなわち、より薄いエリア)を冷却する。この特許では、冷却流体を供給する代わりに、前面壁の背面に加熱流体を供給することも提案している。この場合、加熱流体は、より厚いエリアに対応する流体導管から供給されることになる。これにより、より厚いエリアの粘度が減少し、その後このエリアが薄くなる。加熱流体は、電気巻線を流体導管と関連付けて供給してもよい。 Patent Document 1 (SM Dockerty) describes a system for controlling the thickness of a sheet formed from molten glass. In the system of Patent Document 1, molten glass flows down the facing surface of the molding member, and this melts at the wedge bottom of the molding member to form a glass sheet. The glass sheet passes between a pair of opposing housings, each housing having a front wall facing the glass sheet. The front wall is made of a material having a high thermal conductivity, a low expansion coefficient, and a low emissivity, such as silicon carbide. A fluid conduit is arranged in the housing, wherein the nozzles of the fluid conduit are positioned on the back of the front wall in spaced relation. Each fluid conduit has an associated flow meter with a control valve and connected to the manifold. Each fluid conduit supplies cooling or heating fluid to the back area of the adjacent front wall. Typically, the fluid supplied is air. In order to control the thickness of the glass sheet, heat exchange by thermal radiation occurs between the glass sheet and the front wall. If the glass sheet thickness waveform indicates that a specific area across the glass sheet width is thicker than desired, the glass sheet zone adjacent to the thicker area is cooled, i.e., the thinner area is removed. Cool and correct the thickness waveform. The fluid conduit corresponding to this adjacent zone is driven to cool the adjacent zone (ie, the thinner area). This patent also proposes supplying heated fluid to the back of the front wall instead of supplying cooling fluid. In this case, the heated fluid will be supplied from the fluid conduit corresponding to the thicker area. This reduces the viscosity of the thicker area and then becomes thinner. Heated fluid may be supplied in association with the electrical windings in the fluid conduit.
上述した装置では、後にその熱伝導により効果を拡散させる、介在する壁の対流冷却が使用されることで、装置の視野の分解能は制限される。成形中のガラスリボンに関して、より高分解能の制御が必要である。 The device described above limits the resolution of the device's field of view by using convective cooling of the intervening walls that later diffuses the effect by its heat conduction. Higher resolution control is required for the glass ribbon being formed.
本発明は、この要求および他の要求を満足させたものである。 The present invention satisfies this and other needs.
本発明のいくつかの態様がここに開示される。これらの態様は、互いに重複しているかもしれないし、あるいは重複していないかもしれないことを理解されたい。すなわち、1つの態様の一部は別の態様の範囲内に含まれる可能性があり、逆もまた同様である。文脈の中でその反対が示されていなければ、異なる態様は範囲内において互いに重複していると見なされるものとする。 Several aspects of the invention are disclosed herein. It should be understood that these aspects may or may not overlap with each other. That is, part of one aspect may be included within the scope of another aspect, and vice versa. Unless the opposite is indicated in the context, different aspects shall be considered to overlap with each other within a scope.
各態様は多くの実施形態により説明され、この実施形態がさらに、1以上の具体的な実施形態を含むことがある。これらの実施形態は、互いに重複しているかもしれないし、あるいは重複していないかもしれないことを理解されたい。すなわち、1つの実施形態の一部、またはその具体的な実施形態は、別の実施形態、またはその具体的な実施形態の、範囲内に含まれる可能性があるし、あるいは含まれない可能性もあり、逆もまた同様である。文脈の中でその反対が示されていなければ、異なる実施形態は範囲内において互いに重複していると見なされるものとする。 Each aspect is described by a number of embodiments, which may further include one or more specific embodiments. It should be understood that these embodiments may or may not overlap each other. That is, a portion of one embodiment, or a specific embodiment thereof, may or may not be included within the scope of another embodiment, or a specific embodiment thereof. And vice versa. Unless the contrary is indicated in the context, different embodiments shall be deemed to overlap with each other within the scope.
すなわち、本発明の第1の態様によれば、ガラスシートを製造する方法は、(A)ガラスリボンを、ガラスリボンの少なくとも一部分が粘性挙動を示す第1温度で提供するステップ、(B)ガラスリボンのこの少なくとも一部分に隣接させて、ヒートシンクを第2温度で提供するステップ、(C)複数の加熱要素を、加熱要素がヒートシンクの熱プロファイルを成形するように動作可能な位置に、提供するステップ、および、(D)ガラスリボンのこの少なくとも一部分からヒートシンクへと熱を移動させて、熱の少なくとも一部分をヒートシンクに吸収するステップ、を含む。 That is, according to the first aspect of the present invention, a method for producing a glass sheet comprises: (A) providing a glass ribbon at a first temperature at which at least a portion of the glass ribbon exhibits viscous behavior; (B) glass Providing a heat sink at a second temperature adjacent to at least a portion of the ribbon, (C) providing a plurality of heating elements in a position where the heating elements are operable to shape the heat profile of the heat sink. And (D) transferring heat from this at least a portion of the glass ribbon to the heat sink to absorb at least a portion of the heat to the heat sink.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(B)の第2温度は第1温度よりも低く、そのためガラスリボンの少なくとも一部はヒートシンクによって冷却される。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, the second temperature of step (B) is lower than the first temperature, so that at least a portion of the glass ribbon is cooled by a heat sink.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(B)の第2温度は第1温度よりも高く、そのためガラスリボンの少なくとも一部はヒートシンクによって優先的に加熱される。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, the second temperature in step (B) is higher than the first temperature, so that at least a portion of the glass ribbon is preferentially heated by the heat sink.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(C)では、加熱要素はヒートシンクに埋め込まれている。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, in step (C), the heating element is embedded in a heat sink.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、この方法は、(E)ステップ(D)において熱がヒートシンクに差別的に吸収されるように、各加熱要素の出力を選択的に調整してヒートシンクの熱プロファイルを成形するステップをさらに含む
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(E)では、ガラスリボンのこの少なくとも一部分上の複数のエリア夫々から、この各エリアの厚さに反比例する量の熱が移動するように、各加熱要素の出力が選択的に調整される。
In certain embodiments of the first aspect of the present invention, the method selectively adjusts the output of each heating element so that heat is differentially absorbed by the heat sink in (E) step (D). Forming a thermal profile of the heat sink in a particular embodiment of the first aspect of the invention, in step (E), from each of a plurality of areas on this at least a portion of the glass ribbon, The output of each heating element is selectively adjusted so that an amount of heat that is inversely proportional to the thickness is transferred.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(E)では、ガラスリボンのこの少なくとも一部分のうちのより薄いエリアから移動される熱の方が、ガラスリボンのこの少なくとも一部分のうちのより厚いエリアから移動される熱よりも多くなるように、各加熱要素の出力が選択的に調整される。 In certain embodiments of the first aspect of the present invention, in step (E), heat transferred from the thinner area of this at least a portion of the glass ribbon is more than that of this at least a portion of the glass ribbon. The output of each heating element is selectively adjusted so that more heat is transferred from the thicker area.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(E)では、ガラスリボンのこの少なくとも一部分上の複数のエリア夫々から、この各エリアの温度に比例する量の熱が移動するように、各加熱要素の出力が選択的に調整される。 In certain embodiments of the first aspect of the present invention, in step (E), an amount of heat proportional to the temperature of each area is transferred from each of the plurality of areas on this at least a portion of the glass ribbon. The output of each heating element is selectively adjusted.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(E)では、ガラスリボンのこの少なくとも一部分のうちのより高温のエリアから移動される熱の方が、ガラスリボンのこの少なくとも一部分のうちのより低温のエリアから移動される熱よりも多くなるように、各加熱要素の出力が選択的に調整される。 In certain embodiments of the first aspect of the present invention, in step (E), heat transferred from a higher temperature area of this at least part of the glass ribbon is more of this at least part of the glass ribbon. The output of each heating element is selectively adjusted so that more heat is transferred from the cooler area.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、この方法は、(F)ヒートシンクの熱プロファイルを監視し、さらにこの監視の結果を利用して、ステップ(E)において各加熱要素の出力を選択的に調整するステップをさらに含む。 In a particular embodiment of the first aspect of the invention, the method comprises (F) monitoring the heat profile of the heat sink and further utilizing the results of this monitoring to output the output of each heating element in step (E). The method further includes the step of selectively adjusting.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、この方法は、(G)ヒートシンクの選択された地点に冷却流体を供給し、ヒートシンクの熱プロファイルの形状を変更するステップをさらに含む。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, the method further comprises (G) supplying a cooling fluid to selected points of the heat sink to alter the shape of the heat profile of the heat sink.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、この方法は、(H)ガラスリボンをヒートシンクに対して移動させるステップをさらに含む。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, the method further comprises the step of (H) moving the glass ribbon relative to the heat sink.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(H)はステップ(D)と同時に行われる。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, step (H) is performed simultaneously with step (D).
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(A)は、(A1)溶融ガラスの分離流を提供し、さらに、この溶融ガラスの分離流を成形部材の楔底部で融合させることにより、ガラスリボンを成形するステップを含む。 In a particular embodiment of the first aspect of the present invention, step (A) comprises (A1) providing a separate flow of molten glass and further fusing the separate flow of molten glass at the wedge bottom of the forming member. To form a glass ribbon.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(D)では、ガラスリボンのこの少なくとも一部分は楔底部の近傍にある。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, in step (D), this at least a portion of the glass ribbon is proximate the wedge bottom.
本発明の第1の態様の特定の実施形態において、ステップ(D)では、ガラスリボンのこの少なくとも一部分は楔底部より下方にある。 In certain embodiments of the first aspect of the invention, in step (D), at least a portion of the glass ribbon is below the wedge bottom.
本発明の第2の態様によれば、ガラスシートを製造する装置が提供され、この装置は(i)楔底部を有する楔形部分を備えた、ガラスリボンを成形するための成形部材であって、楔底部で溶融ガラスの分離流が融合してガラスリボンを成形する、成形部材、(ii)ヒートシンクであって、このヒートシンクがガラスリボンの少なくとも一部分から熱を吸収することができるように、楔底部の近傍に位置付けられる、ヒートシンク、および、(iii)ヒートシンクに接触している、またはヒートシンクに隣接している、複数の加熱要素であって、さらにヒートシンクの熱プロファイルを成形するように動作可能な、複数の加熱要素、を備えている。ヒートシンクの表面は、ガラスリボンの表面の少なくとも一部に及ぶ熱視野を有している。 According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for producing a glass sheet, the apparatus comprising: (i) a forming member for forming a glass ribbon comprising a wedge-shaped portion having a wedge bottom; A molded member that forms a glass ribbon by fusing a separate stream of molten glass at the wedge bottom, (ii) a heat sink, such that the heat sink can absorb heat from at least a portion of the glass ribbon. A heat sink, and (iii) a plurality of heating elements in contact with or adjacent to the heat sink, and further operable to shape the heat profile of the heat sink, A plurality of heating elements. The surface of the heat sink has a thermal field that covers at least a portion of the surface of the glass ribbon.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、この装置は、ヒートシンクの選択された地点に冷却流体を供給する、複数の管をさらに備えている。管が、ヒートシンクの背後に位置し、かつガラスリボンの熱視野内に位置しないものであると有利である。 In certain embodiments of the second aspect of the present invention, the apparatus further comprises a plurality of tubes that supply cooling fluid to selected points of the heat sink. Advantageously, the tube is located behind the heat sink and not in the thermal field of view of the glass ribbon.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、ヒートシンクは楔底部の下方の位置に置かれる。特定の実施形態において、このプレートは、ガラスリボンに面した平坦な表面を有している。 In a particular embodiment of the second aspect of the invention, the heat sink is placed at a position below the wedge bottom. In certain embodiments, the plate has a flat surface facing the glass ribbon.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、ヒートシンクは、このヒートシンクの動作温度で少なくとも炭化ケイ素の1/3の熱伝導率を有するセラミック材料を含む、プレートを備えたものである。 In a particular embodiment of the second aspect of the present invention, the heat sink comprises a plate comprising a ceramic material having a thermal conductivity of at least 1/3 of silicon carbide at the operating temperature of the heat sink.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、この装置は、炭化ケイ素および/または窒化ケイ素を含むプレートを備えている。 In certain embodiments of the second aspect of the invention, the apparatus comprises a plate comprising silicon carbide and / or silicon nitride.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、加熱要素はヒートシンクに埋め込まれている。 In certain embodiments of the second aspect of the present invention, the heating element is embedded in a heat sink.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、加熱要素は、ヒートシンクの背後に位置し、かつガラスリボンの熱視野内に位置していない。 In certain embodiments of the second aspect of the present invention, the heating element is located behind the heat sink and not within the thermal field of view of the glass ribbon.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、加熱要素は抵抗加熱要素である。 In certain embodiments of the second aspect of the invention, the heating element is a resistance heating element.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、この装置は、ヒートシンクに連結された、ヒートシンクの熱プロファイルを監視するための複数の温度センサをさらに備えている。 In certain embodiments of the second aspect of the present invention, the apparatus further comprises a plurality of temperature sensors coupled to the heat sink for monitoring the heat profile of the heat sink.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、温度センサは熱電対である。 In certain embodiments of the second aspect of the invention, the temperature sensor is a thermocouple.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、この装置は、各加熱要素の出力を各温度センサの出力に基づいて選択的に調整する、コントローラをさらに備えている。 In certain embodiments of the second aspect of the invention, the apparatus further comprises a controller that selectively adjusts the output of each heating element based on the output of each temperature sensor.
本発明の第2の態様の特定の実施形態において、この装置は、リボンがヒートシンクの熱視野内に入る前にリボンの厚さ分布情報を集めるためのセンサをさらに備え、かつこの厚さ分布情報が、各加熱要素および/または各冷却管の出力を選択的に調整するコントローラに送られる。 In certain embodiments of the second aspect of the present invention, the apparatus further comprises a sensor for collecting ribbon thickness distribution information before the ribbon enters the heat field of the heat sink, and the thickness distribution information. Are sent to a controller that selectively adjusts the output of each heating element and / or each cooling tube.
本発明のこれらの態様および他の態様を、以下でより詳細に説明する。 These and other aspects of the invention are described in more detail below.
以下は、添付の図面に含まれる図の説明である。図は必ずしも原寸に比例したものではなく、さらに特定の特徴および特定の図は、明瞭および簡潔にするため、縮尺において、または概略的に、拡大して図示されている可能性がある。 The following is a description of the figures contained in the accompanying drawings. The figures are not necessarily drawn to scale, and certain features and figures may be illustrated on an enlarged scale or schematic for clarity and brevity.
ここで、添付の図面を参照し、本発明を詳細に説明する。この詳細な説明においては、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的詳細が明記されるであろう。しかしながら、これらの具体的詳細のいくつかまたは全てを含まずに本発明を実施し得ることは、当業者には明らかであろう。他の事例では、本発明を不必要に不明瞭にしないよう、周知の特徴および/またはプロセスステップを詳細には説明しないことがある。さらに、同様のまたは同一の参照数字を使用して、共通のまたは類似の要素を識別することがある。 The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this detailed description, numerous specific details will be set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without some or all of these specific details. In other instances, well-known features and / or process steps may not be described in detail so as not to unnecessarily obscure the present invention. Further, similar or identical reference numerals may be used to identify common or similar elements.
本書において使用される「ヒートシンク」とは、周囲から、そして周囲へと、熱を吸収および/または照射することによって、装置またはシステムの温度を調節する機器を意味する。 As used herein, “heat sink” refers to a device that regulates the temperature of a device or system by absorbing and / or irradiating heat from and to the environment.
図1は、幅Wおよび厚さTを有するガラスリボン113を成形するための装置100を示したものである。装置100は、楔底部107で終端する合流面103、105を有する楔形部分を備えた、ダウンドロー成形部材101を含む。ガラスリボン113は最初に、成形部材101の合流面103、105を流れ落ちる2つの溶融ガラス流109、111として始まり、その後、楔底部107の位置で融合してガラスシートを成形する。例えば、米国特許第1,829,641号明細書および同第3,338,696号明細書に記載されているような既知の手法で、溶融ガラスを成形部材101の溝に供給し、そして溶融ガラスを溝から溢れさせることにより、溶融ガラス流109、111は形成される。ガラスリボン113は、矢印108で示すように、楔底部107からシート状に延伸される。ガラスリボン113が楔底部107から延伸されると、ガラスリボン113は冷えてガラスが粘性状態から弾性状態に転移する。粘性状態にあるガラスリボン113の冷却パターンは、弾性状態のガラスリボン113の厚さプロファイルに影響を与える。そのため、粘性状態にあるガラスの冷却を制御することが、弾性状態で所望の厚さプロファイルを得るために重要である。
FIG. 1 shows an
装置100は、ヒートシンク201で作られた冷却機器115、ヒートシンク201を加熱するための複数の加熱要素207、ヒートシンク201内の温度分布を監視する複数の温度センサ209、およびヒートシンク201に冷却流体ジェットを供給する複数の管120を含む。動作中、ヒートシンク201は、ガラスリボン113の一部分121に隣接して位置付けられる。ヒートシンク201はガラスリボン部分121よりも低温で保たれており、そのため熱がガラスリボン部分121からヒートシンク201へと移動し、かつヒートシンク201内に吸収される。加熱要素207は、ヒートシンク201の熱プロファイルを成形するために使用される。ヒートシンク201の熱プロファイルをどのように成形するかは、ガラスリボン部分121の温度プロファイル(または厚さプロファイル)に依存することになる。
The
図5に示した仮定の例を検討する。ガラスリボン部分121はエリア501、503、505、および506を有し、夫々の温度はT501、T503、T505、T506である。T501、T503、T505、およびT506は3次元に沿って変化し得るが、簡単のため、T501、T503、T505、およびT506を単一値であるものと見なす。ここで、T501>T503>T505>T506である、すなわちガラスリボン部分121の温度分布が均一ではないと仮定し、さらにガラスリボン部分121内の温度分布を均一にすることが課題であると仮定する。この場合、T501≒T503≒T505≒T506となるまでヒートシンク201がガラスリボン部分121から差別的に熱を吸収するように、ヒートシンク201の熱プロファイルを成形することができる。このとき、ヒートシンク201がエリア507、509、511、および513を有し、夫々の温度がT507、T509、T511、およびT513であると仮定する。各ヒートシンクエリア507、509、511、513は、1以上の付随する加熱要素207と、1以上の付随する温度センサ209とを有している。さらに、ヒートシンクはガラスリボン121に十分に近接していると仮定し、このため夫々矢印515、517、519、および520で示されているように、エリア507はガラスリボンエリア501から熱を吸収し、ヒートシンクエリア509はガラスリボンエリア503から熱を吸収し、ヒートシンクエリア511はガラスリボンエリア505から熱を吸収し、そしてヒートシンクエリア513はガラスリボンエリア506から熱を吸収する。ガラスリボン部分121でT501≒T503≒T505≒T506を達成するためには、T501、T503、T505、およびT506を、夫々、a>b>c>dという関係にあるいくらかの量a、b、c、およびdだけ低下させなければならないことになる。T507、T509、T511、T513が、夫々ガラスリボンエリア501、503、505、および506から所望量の熱を吸収する適切な設定となるように、ヒートシンクエリア507、509、511、513における加熱要素207の出力を調整することができる。典型的には、以下の関係、すなわちT507<T509<T511<T513が当てはまる。ヒートシンク201がガラスリボン部分121から熱を差別的に吸収することができるように、ヒートシンク201を横切る温度分布を調整することを、ヒートシンク201の熱プロファイルを成形すると称する。
Consider the hypothetical example shown in FIG. The
ガラスリボン部分121に関する別の考え方は、ガラスリボン部分121が高温エリアと低温エリアを有しているということである。ガラスリボン部分121の温度プロファイルを一定にするためには、低温エリアからよりも高温エリアから、より多くの熱を移動することが必要となる。ヒートシンク201を使用して、この熱の移動を制御することができる。ヒートシンク201に相対的に低温のエリアと相対的に高温のエリアとを設けることで、ヒートシンク201は、ガラスリボン部分121内の温度分布がより一定になるようにガラスリボン部分121から差別的に熱を吸収することができる。あるいは、ガラスリボン部分121は、厚いエリアと薄いエリアとを有していると考えられ得る。ガラスリボン部分121の厚さプロファイルを一定にするためには、薄いエリアからより多くの熱を移動させ、そして厚いエリアからより少ない熱を移動させることになる。ヒートシンク201はこの場合も、ガラスリボン部分121を横切る厚さがより均一になるように、ガラスリボン部分121から熱を差別的に吸収するよう設計することができる。
Another way of thinking about the
ヒートシンク201は成形された熱プロファイルを有しているため、ガラスリボン部分121から熱を差別的に吸収することができる。ヒートシンク201の熱プロファイルは、加熱要素207の制御を通じて能動的に成形することができる。例えば、特定の加熱要素207を制御してヒートシンク201の特定のエリアを相対的に高温とし、一方特定の加熱要素207を制御してヒートシンク201の特定のエリアを相対的に低温にすることができる。管(図1の120)を使用し、ヒートシンク201の熱プロファイルの成形に影響を及ぼすよう、ヒートシンク201上のいくつかの地点に冷却流体ジェットをさらに供給してもよい。ただし、冷却流体ジェットを単独で使用したときに得ることができるプロファイル成形の分解能は、加熱要素207を用いることで可能となる分解能ほど細かいものとはならない。
Since the
ヒートシンク201は、高熱容量かつ低熱膨張の材料の塊である。ヒートシンク201の表面は、ガラスリボン部分121との対向関係において連続的である。このためヒートシンク201は、ガラスリボン部分121に対し、妨害されることのない状態でヒートダンプを生成することができる。特定の実施形態において、ヒートシンク201はプレート状であり、これは図示のように平坦なものでもよい。あるいは、ヒートシンク201を以下でさらに説明するように他の形状を有するものとしてもよい。特定の実施形態において、ヒートシンク201の材料はセラミック材料であり、この例としては、限定されるものではないが、窒化ケイ素および炭化ケイ素が挙げられる。炭化ケイ素は優れた熱スプレッダである。窒化ケイ素は、優れた高温強度、耐クリープ性、および耐酸化性を有している。窒化ケイ素はさらに、炭化ケイ素を含むほとんどのセラミック材料と比較すると、優れた耐熱衝撃性を有している。窒化ケイ素の熱伝導率は、炭化ケイ素の熱伝導率の半分未満である。そのため、窒化ケイ素は、炭化ケイ素よりも細かい温度プロファイルを提供できる可能性を有している。セラミックをベースとしていない他の種類のヒートシンク材料、例えば合金またはナノ材料をベースとした材料を、ヒートシンク201に使用してもよい。
The
図2はヒートシンク201の断面を示したものである。図示の加熱要素207はヒートシンク201内に埋め込まれている。加熱要素207は、例えば、ヒートシンク201内に孔を形成し、かつこの孔に加熱要素207を挿入することにより、ヒートシンク201に埋め込んでもよい。代わりの実施形態では、加熱要素207を、ヒートシンク201内に埋め込むのではなく、ヒートシンク201の表面に隣接させかつ極近接させてもよい。この代わりの実施形態では、欠陥のある加熱要素の交換が容易になる。特定の実施形態において、加熱要素207は高温材料から作られた抵抗加熱要素である。高温材料は不活性材料、すなわち酸化に耐える材料でもよい。適切な高温材料の例として、白金、白金合金、および貴金属合金が挙げられる。特定の実施形態において、各加熱要素207は、高温材料から作られた導電性ワイヤである。これらの加熱要素207は、直線状の加熱要素でもよいし、あるいは非直線状の加熱要素でもよい。加熱要素207が直線状の加熱要素である場合には、隣接する加熱要素207の間隔を細かくすることにより、ヒートシンク201を横切る温度プロファイルの微調整が達成可能となる。
FIG. 2 shows a cross section of the
加熱要素207をヒートシンク201に埋め込む際には、ヒートシンク201の材料に応じて、被覆材料とともに埋め込んでもよいし、あるいは被覆材料なしで埋め込んでもよい。例えば、ヒートシンク201の材料が窒化ケイ素などの電気絶縁体である場合には、加熱要素は被覆材料を必要としない。一方、ヒートシンク201の材料が炭化ケイ素などの電気伝導体である場合には、加熱要素に被覆材料が必要となる。図3は、高温伝導体(またはワイヤ)300を含み、その周りが高温絶縁体302に包囲され、さらにその周りが高温被覆部304に包囲されている、一例の被覆された加熱要素207を示したものである。例えば、高温伝導体300は、白金、白金合金、および貴金属合金などから作られたものでもよい。高温絶縁体302は、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ベリリウムなどから作られたものでもよい。高温被覆部304は、白金合金、または他の高温金属または合金から作られたものでもよい。高温伝導体、高温絶縁体、および高温被覆部としての使用に適した他の材料を使用することもできる。
When the
図2では、温度センサ209がヒートシンク201内に少なくとも部分的に埋め込まれている。温度センサ209は、例えば、ヒートシンクプレート201内に孔を形成し、かつこの孔に少なくとも部分的に温度センサ209を挿入することにより、ヒートシンク201に埋め込んでもよい。代わりの実施形態では、温度センサ209をヒートシンク201の表面上にマウントしてもよい。温度センサ209は、例えば、熱電対でもよいし、あるいはサーミスタでもよい。典型的には、温度センサ209は、酸化雰囲気内で不活性でありかつ耐高温性の材料から、作られたものであることが望ましい。温度センサ209が高温熱電対である場合には、この熱電対は白金、白金合金、または貴金属合金で作られたものでもよい。加熱要素207の場合と同様に、熱電対などの温度センサ209とヒートシンク201との間には、ヒートシンク201の材料に応じて、電気分離が必要とされることもあるし、あるいは必要とされないこともある。ヒートシンク201の材料が炭化ケイ素である場合など、電気分離が必要になるときには、加熱要素207の被覆に類似した手法を温度センサ209に対して用いることができる。
In FIG. 2, the
加熱要素207は熱を生成するように設計されている。例えば、加熱要素207が抵抗加熱要素である場合には、加熱要素207に電力を供給して加熱要素207に熱を生成させることができる。加熱要素207により生成された熱は、ヒートシンク201へと消散する。図4は、温度センサ209および加熱要素207が、コントローラ400に連結されているところを示したものである。コントローラ400は3つの機能、すなわち、温度読取り、電力教示、および電力出力の機能を有している。コントローラ400は温度センサ209から出力信号を受信し、この出力信号を利用して、ヒートシンク201の現在の熱プロファイルを作る。ヒートシンク201の現在の熱プロファイルを、ヒートシンク201の所望の熱プロファイルと比較する。その後コントローラ400は、それに応じて加熱要素207に対する出力電力を調節する。信号出力制御のフィードバックループを通じて、コントローラ400は現在の熱プロファイルを所望の熱プロファイルと合致するように調整する。ヒートシンク201の所望の熱プロファイルは、上で説明したように、ガラスリボン部分(図1の121)の温度または厚さプロファイルによって決定される。
The
図2では、ヒートシンク201は平坦な長方形のプレートとして図示されている。代わりの実施形態において、ヒートシンク201、すなわちガラスリボン部分(図1の121)と向かい合わせの関係となるヒートシンク201表面は、ヒートシンク201とガラスリボン部分(図1の121)との間の放射形状係数を最大にするために、非平坦形状、例えば湾曲した形状を有するものとしてもよい。放射形状係数は、ガラスリボン部分(図1の121)の表面を離れてヒートシンク201の表面へと到達する、熱エネルギーの割合であり、専らヒートシンク201とガラスリボン部分(図1の121)との幾何学的考察から決定される。ヒートシンク201の厚さは、ヒートシンクの材料の伝導率に依存する。一般に、ヒートシンクの材料の熱伝導率が低くなればなるほど、ヒートシンクの厚さを薄くする必要がある。例えば、窒化ケイ素で作られたヒートシンクは、炭化ケイ素で作られたヒートシンクの半分の厚さで、炭化ケイ素と同等の熱流束(q)を供給し得る。ここでq=KΔT/Xであり、Kは熱伝導率、ΔTは温度差、そしてXは基板の厚さである。例えば、特定のqを供給するために1インチ(2.54cm)の厚さの炭化ケイ素が必要である場合には、同じqを供給するために0.5インチ(1.27cm)の窒化ケイ素が必要になるということになる。
In FIG. 2, the
図1を参照すると、ガラスシートを作製する方法は、上述したように、ガラスリボン113を成形するステップを含む。ガラスリボン113を成形している間、熱をガラスリボン部分121からヒートシンク201へと放射によって移動させるように、ヒートシンク201をガラスリボン113の部分121に隣接して位置付ける。ヒートシンク201は本質的に、ガラスリボン部分121に対してヒートダンプとしての機能を果たす。ガラスリボン部分121の温度は典型的に、ガラスが粘性挙動を呈する温度であり、一方ヒートシンク201の温度は、ガラスリボン部分121の温度よりも低い。ガラスリボン部分121の位置は典型的には楔底部107の近傍(楔底部107の上方または下方)であり、この位置ではガラスは依然として粘性状態にある可能性が高い。ヒートシンク201の幅は、ヒートシンク201がヒートダンプとしての機能を果たす際に対象とする、ガラスリボン部分121の幅を決定する。典型的には、ヒートシンク201の幅はガラスリボン113の幅と同等であるが、他の例においては、ガラスリボン113の幅より短くてもよいし、あるいは長くてもよい。
Referring to FIG. 1, the method of making a glass sheet includes forming a
ヒートシンク201はガラスリボン部分121から熱を差別的に吸収する。この差別的な吸収はヒートシンク201の熱プロファイルによって決定され、ヒートシンク201の熱プロファイルは上で説明したように、加熱要素207により、そして随意的には管120からの冷却流体ジェットにより、制御することができる。特定の実施形態において、ヒートシンク201の熱プロファイルは、ガラスリボン121の異なるエリアから、そのエリアのガラスの厚さに反比例する量の熱をヒートシンク201へと移動させるような熱プロファイルである。特定の実施形態において、ヒートシンク201の熱プロファイルは、ガラスリボン部分121のより薄いエリアからヒートシンクに移動される熱の方が、ガラスリボン部分121のより厚いエリアからヒートシンク201に移動される熱よりも多くなるようなの熱プロファイルである。最終結果は、ガラスリボン部分121の温度プロファイルまたは厚さプロファイルがより均一になるように、ヒートシンク201がガラスリボン部分121から熱を差別的に吸収するということであろう。
The
ガラスリボン113が成形部材101の楔底部107から離れると、変更された温度プロファイルまたは厚さプロファイルを有するガラスリボン部分121はガラスリボン113とともに移動する。新たなガラスリボン部分が以前のガラスリボン部分121から置き換わる。以前のガラスリボン部分121に関連して上で説明したのと同様に、ヒートシンク201を用いて新たなガラスリボン部分から熱を差別的に吸収することができる。ガラスリボン113は連続的に楔底部107から離れていくため、このプロセスを、ヒートシンク201に隣接して位置付けられる全ての新たなガラスリボン部分に対して繰り返してもよい。特定の実施形態においては、1つのセンサまたは複数のセンサを導入して、リボンがヒートシンクの熱視野内に入る前にヒートシンクの上方でガラスリボンの厚さを監視し、そしてガラスリボンの幅を横切る厚さ分布情報を加熱要素および/または冷却流体管の制御システムに送って、ヒートシンクの温度分布を優先的に調整する。こうして、ガラスリボンがヒートシンクの熱視野を通過するときに、ガラスリボンの温度および/または厚さを効果的に調整する。
As the
成形された熱プロファイルを有するヒートシンク201は、ガラスリボン部分121の厚さを制御するために単独で使用してもよい。あるいは、成形された熱プロファイルを有するヒートシンク201を、管120からの冷却流体ジェットとともに使用して、ガラスリボン部分121の厚さを制御してもよい。前に説明したように、冷却流体ジェットはヒートシンク201の熱プロファイルの形状に影響を与えるであろうが、この影響は全体的な性質のものとなり得、一方加熱要素207は、熱プロファイルの形状を微調整するものとして信頼に値するであろう。管120は、米国特許第3,682,609号明細書に記述されている流体導管に類似したものでもよく、また流量計(図示なし)と制御弁(図示なし)とを介してマニホールド(図示なし)に接続されたものでもよい。管120によって供給される流体は空気でもよい。ヒートシンク201は、米国特許第3,682,609号明細書の中の介在する壁の代わりに使用される。ガラスリボン部分121の厚さ制御を達成するためにヒートシンク201の熱プロファイルを成形するには、ガラスリボン部分121の温度分布または厚さプロファイルに関するいくらかの情報が必要となることに留意されたい。これは、ガラスリボン部分121上でのアクティブ計測を含むものでもよいし、あるいはプロセス設定およびパラメータの特定の組を用いて得られる過去データに基づくものでもよい。
The
ヒートシンク201は、ガラスリボン部分121の幅を十分に含む幅を有している単一のユニットでもよく、このときガラスリボン部分121の幅は、ガラスリボン113の幅Wと同一でもよいし、または異なっていてもよい。あるいは、ヒートシンク201はモジュール式構造を有するものでもよく、この場合複数のモジュールを互いに隣り合わせで配列して所望の幅のヒートシンク201を形成してもよい。あるいは、ガラスリボン113の厚さ制御を必要とする部分のみに、複数のモジュールを別々に配列してもよい。
The
特定の実施形態においては、少なくともガラスリボンに面しているヒートシンク表面の部分がヒートシンクの熱視野の範囲内においてガラスリボンの対応するエリアよりも高温を有するように、ヒートシンクの温度を制御することも可能である。こういった実施形態では、熱がヒートシンクからガラスリボンへと移動することで、曝されたエリアの温度とガラスの粘度とが効果的に上昇し、ガラスリボンが延伸されている間にその厚さが減少する。 In certain embodiments, the temperature of the heat sink may be controlled so that at least the portion of the heat sink surface facing the glass ribbon has a higher temperature than the corresponding area of the glass ribbon within the heat sink thermal field of view. Is possible. In these embodiments, heat is transferred from the heat sink to the glass ribbon, effectively increasing the temperature of the exposed area and the viscosity of the glass, and its thickness while the glass ribbon is being stretched. Decrease.
本発明を、限られた数の実施形態を参照してこれまで説明してきたが、本書において開示した本発明の範囲から逸脱しない他の実施形態を考案できることは、本開示から利益を得ている当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ限定されるべきである。 Although the present invention has been described above with reference to a limited number of embodiments, it will benefit from the present disclosure that other embodiments may be devised that do not depart from the scope of the invention disclosed herein. It will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the scope of the invention should be limited only by the attached claims.
101 成形部材
113 ガラスリボン
120 管
121 ガラスリボン部分
201 ヒートシンク
207 加熱要素
209 温度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
(A)ガラスリボンを、該ガラスリボンの少なくとも一部分が粘性挙動を示す第1温度で提供するステップ、
(B)前記ガラスリボンの前記少なくとも一部分に隣接させて、ヒートシンクを第2温度で提供するステップ、
(C)複数の加熱要素を、該加熱要素が前記ヒートシンクの熱プロファイルを成形するように動作可能な位置に、提供するステップ、および、
(D)前記ガラスリボンの前記少なくとも一部分から前記ヒートシンクへと熱を移動させて、該熱の少なくとも一部分をヒートシンクに吸収するステップ、
を含むことを特徴とする方法。 A method of manufacturing a glass sheet,
(A) providing a glass ribbon at a first temperature at which at least a portion of the glass ribbon exhibits viscous behavior;
(B) providing a heat sink at a second temperature adjacent to the at least a portion of the glass ribbon;
(C) providing a plurality of heating elements in a position where the heating elements are operable to shape a heat profile of the heat sink; and
(D) transferring heat from the at least a portion of the glass ribbon to the heat sink to absorb at least a portion of the heat to the heat sink;
A method comprising the steps of:
をさらに含むことを特徴とする請求項1または2記載の方法。 (E) shaping the thermal profile of the heat sink by selectively adjusting the output of each heating element such that heat is differentially absorbed by the heat sink in step (D);
The method according to claim 1 or 2, further comprising:
をさらに含むことを特徴とする請求項3記載の方法。 (F) monitoring the thermal profile of the heat sink and further using the result of the monitoring to selectively adjust the output of each heating element in step (E);
The method of claim 3, further comprising:
楔底部を有する楔形部分を備えた、ガラスリボンを成形するための成形部材であって、前記楔底部で溶融ガラスの分離流が融合して前記ガラスリボンを成形する、成形部材、
ヒートシンクであって、該ヒートシンクが前記ガラスリボンの少なくとも一部分から熱を吸収することができるように、前記楔底部の近傍に位置付けられる、ヒートシンク、および、
前記ヒートシンクに接触している、または前記ヒートシンクに隣接している、複数の加熱要素であって、さらに前記ヒートシンクの熱プロファイルを成形するように動作可能な、複数の加熱要素、
を備えていることを特徴とする装置。 In an apparatus for producing a glass sheet,
A molding member for forming a glass ribbon, comprising a wedge-shaped portion having a wedge bottom, wherein the glass ribbon is formed by fusing a separated flow of molten glass at the wedge bottom,
A heat sink, positioned near the wedge bottom, such that the heat sink can absorb heat from at least a portion of the glass ribbon; and
A plurality of heating elements in contact with or adjacent to the heat sink, and further operable to shape a heat profile of the heat sink;
A device characterized by comprising:
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