JP2014511824A - 薄ガラス板の対流式熱処理のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

薄ガラス板（１７）の対流式熱処理のための方法及び装置が提供される。ガラス板（１７）は、開放天面及び開放底面を有する処理空間（１９）を有する熱処理治具（９）内に保持される。底端支持システム（１５）が処理空間の開放底面の実質的な部分を遮断せずにガラス板（１７）の底端を支持する。側端支持システム（１３）が対流加熱処理中にガラス板の垂直側端領域を保持し、よって熱処理の結果としてのガラス板の振動及び歪み（反り）を低減する。側端支持システム（１３）はガラス板（１７）の主表面と係合するためのリップ（７３）を有することができるアーム（３７）を有する垂直部材（３３）を含むことができる。

Description

関連出願の説明

本出願は２０１１年４月１８日に出願された米国仮特許出願第６１/４７６４１２号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記出願の明細書の内容に依存し、上記出願の明細書の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。

本開示はディスプレイ級ガラス板のような薄ガラス板の対流式熱処理のための方法及び装置に関する。一つの特に有益な応用において、本開示の方法及び装置はイオン交換強化の前にガラス板を熱処理するために用いられる。

ディスプレイ用途においては、ガラス板の特性を改善または改変するため、ガラス板を熱処理する必要があることが多い。例えば、ガラス板の製造業者は客先への出荷の前に、客先のプロセスに用いられる際にガラス板が収縮しないかまたは非常に僅かにしか収縮しないように、ガラス板を熱処理することが多い。そのような熱処理は「前収縮(pre-shrinking)」、「前圧縮(pre-compacting)」または単に「圧縮(compacting)」として知られている。これらの熱処理は、熱処理が比較的低い温度、例えばガラス板を構成しているガラスの歪点より低い温度で実施されるという点で、アニール処理とは異なる。

前収縮の必要の一例として、特に多結晶Ｓｉ技術を用いる、液晶ディスプレイの製造に用いられるガラス基板はディスプレイ製造プロセス中に比較的高い温度にさらされる。前収縮が施されていなければ、基板は完成ディスプレイの品質に強い悪影響を及ぼすに十分に大きな形状変化を受け得る。基板を形成するガラス板に前収縮を施すことにより、この問題の発生を大きく低減することができる。

近年、化学的強化ガラス板がモバイルエレクトロニクス製品のためのフェースプレート及び／またはタッチスクリーンの製造での使用に普及してきている。例えば、コーニング社(Corning Incorporated)のＧＯＲＩＬＬＡ（登録商標）ガラスがこの目的のために広く用いられている。このタイプのガラスの化学的強化に関係して、化学的強化に先立つガラスの歪点近くでの熱処理がガラスの既に高い強度を大きく向上させ得ることが見いだされている。共通に譲渡されている、２０１０年１２月１４日に出願された、名称を「ガラス強化のための熱処理(Heat Treatment for Strengthening Glasses)」とする、特許文献１を参照されたい。特許文献１の内容はその全体が本明細書に参照として含められる。

特許文献２及び特許文献３はガラス板の熱処理に用いられ得る装置を開示している。特許文献２及び３に開示されている方法及び装置は成功裏に実施されているが、これらの文献に開示されている技術の焦点はガラス板の比較的緩やかな加熱及び冷却にあった。したがって、これらの従来技術で達成され得るスループットには限界があった。

米国特許出願第６１/４２２８１２号明細書 米国特許第７３６３７７７号明細書 米国特許出願公開第２００７/０２６７３１２号明細書

本発明の課題は、上記低スループット問題に対処し、特に、ガラス板の熱処理を短時間で実施することができ、それでもディスプレイ及びその他の要求水準が高い用途に適する低反りレベル及び表面特性を達成し、さらに熱処理に続いて化学的強化を受けるであろうガラス板に有益である、より一様な熱履歴をガラス板に対して達成する、方法及び装置を提供することにある。

第１の態様にしたがえば、ガラス板（１７）を熱処理する方法において、順に、
（ａ）複数枚のガラス板（１７）を、
（ｉ）処理空間（１９）を定め、天面（２５）、底面(２７)、並びに第１（２１）、第２（２１）、第３（２３）及び第４（２３）の垂直側面を有する、箱形の開放フレーム（１１）であって、第１及び第２の垂直側面（２１）はフレーム（１１）の対向する側面である開放フレーム（１１）、
（ii）フレームの第１の垂直側面（２１）に取り付けられた第１の垂直部材（３３，４７）のセット及びフレームの第２の垂直側面（２１）に取り付けられた第２の垂直部材（３３，４７）のセットを有する、ガラス板（１７）のための側端支持システム（１３）であって、第１の垂直部材（３３，４７）のセットはフレームの第１の垂直側面（２１）に沿って延びる第１のガラス受けスペース（６１）のセットを形成し、第２の垂直部材（３３，４７）のセットはフレームの第２の垂直側面（２１）に沿って延びる第２のガラス受けスペース（６１）のセットを形成し、第１及び第２のガラス受けスペース（６１）のセットは個々のガラス板（１７）の対向する側端領域を受けるために対をなして位置合せされる側端支持システム（１３）、及び
（iii）フレーム（１１）の底面（２７）に取り付けられた、ガラス板（１７）のための底端支持システム（１５）、
を有する熱処理治具（９）を用いて垂直方向に保持する工程、
（ｂ）処理空間（１９）を通し、複数枚のガラス板（１７）の主表面にかけて、加熱ガスを流して、ガラス板の温度を処理温度Ｔ_処理まで高める工程、及び
（ｃ）処理空間（１９）を通し、複数枚のガラス板（１７）の主表面にかけて、冷却ガスを流して、ガラス板の温度をハンドリング温度Ｔ_{ハンドリング}まで低める工程、
を含む方法であって、
（ｉ）ガラス板（１７）は、ハンドリング温度において幅Ｗ１及び処理温度において幅Ｗ２を有し、Ｗ２はＷ１より大きい、
（ii）ガラス受けスペース（６１）のそれぞれは内向端（６３）及び外向端（６５）を有し、内向端（６３）はフレーム（１１）の対向する垂直側面（２１）に近い側にあり、外向端（６５）はフレーム（１１）の対向する垂直側面（２１）から遠い側にある、
（iii）第１のガラス受けスペース（６１）のセットの外向端（６５）は第２のガラス受けスペース（６１）のセットの外向端（６５）から、ハンドリング温度において距離Ｏ１及び処理温度において距離Ｏ２で隔てられ、Ｏ２はＯ１より大きい、
（iv）第１のガラス受けスペース（６１）のセットの内向端（６３）は第２のガラス受けスペース（６１）のセットの内向端（６５）から、ハンドリング温度において距離Ｉ１及び処理温度において距離Ｉ２で隔てられ、Ｉ２はＩ１より大きい、
（ｖ）ガラス板（１７）は、工程（ｂ）において、フレーム（１１）がＴ_処理に達する前にガラス板（１７）がＴ_処理に達するようなレートで、加熱される、
（vi）ガラス板（１７）は、工程（ｃ）において、フレーム（１１）がＴ_{ハンドリング}に達する前にガラス板（１７）がＴ_{ハンドリング}に達するようなレートで、冷却される、及び
（vii）Ｗ１，Ｗ２，Ｏ１及びＩ２は、関係式：
Ｏ１＞Ｗ２，
Ｗ２＞Ｉ２，及び
Ｉ２＞Ｗ１，
を満たす方法が開示されている。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態においては、室温において、Ｗ１，Ｏ１及びＩ１は関係式、
(Ｏ１−Ｗ１)/Ｗ１≧０.０２，及び
(Ｗ１−Ｉ１)/Ｗ１≧０.０４，
を満たす。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの他の実施形態において、
（ｉ）処理空間は面積がＡ_天面の開放天面及び面積がＡ_底面の開放底面を有する、
（ii）底端支持システムはガスのＡ_底面の全てではないがいくらかの面積における流過を遮断し、ガス流過に対し開いたままのＡ_底面の部分はＡ_底面の少なくとも７５％である、
（iii）工程（ｂ）において、加熱ガスは、Ａ_天面及びＡ_底面の開放部分を用いて処理空間を通して加熱ガスを流すことにより、ガラス板の主表面にかけて流される、
（iv）工程（ｃ）において、冷却ガスは、Ａ_天面及びＡ_底面の開放部分を用いて処理空間を通して冷却ガスを流すことにより、ガラス板の主表面にかけて流される、及び
（ｖ）第１及び第２の垂直部材のセットは、加熱処理中にガラス板の主表面にかかる加熱ガスの流過の結果としてのガラス板の振動を低減するため、ガラス板の垂直端を実質的にその全長に沿ってクランプする。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの他の実施形態において、
（ｉ）それぞれの垂直部材は、処理空間に延び込み、相互に水平方向に張り広げられた、２本のアームを含む水平断面を有する、及び
（ii）ガラス板の垂直端は隣接する垂直部材のアームの間にクランプされる。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、垂直部材のアームはガラス板の主表面に接触するリップを有する。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、垂直部材は、ガラス板をクランプしていないときには隣接する部材のアームが接触するように、相互に水平方向に隔てられる。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、それぞれの垂直部材のそれぞれのアームの上部は隣接する垂直部材の間でガラス板を案内するために曲線状にされている。

本開示の第１の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、工程（ａ）に先立ち、複数枚のガラス板は、底端支持システムに載っているガラス板の底端と連続的に位置合せされるガラス受け空間の対に個々のガラス板を次々に滑らせて入れるロボットを用いて、フレームに挿入される。

本開示の第２の態様は、ガラス板を熱処理する方法において、
（ａ）複数枚のガラス板を、
（ｉ）天面、底面、並びに第１、第２、第３及び第４の垂直側面を有する、箱形の開放フレームであって、面積がＡ_天面の開放天面及び面積がＡ_底面の開放底面を有する処理空間をフレームの内部に定める開放フレーム、
（ii）フレームの第１の垂直側面に取り付けられた第１の側端支持サブシステム及びフレームの第２の垂直側面に取り付けられた第２の側端支持サブシステムを含む、ガラス板のための側端支持システム、及び
（iii）フレームの底面に取り付けられた、ガラス板のための底端支持システム、
を有する熱処理治具を用いて縦位置に保持する工程、
及び
（ｂ）ガラス板の温度がガラス板を構成しているガラスの歪点から歪より５０℃低い温度までの範囲にまで高められる熱処理に複数枚のガラス板をかける工程、
を含む方法であって、
（ｉ）底端支持システムはガスのＡ_底面の全てではないがいくらかの面積における流過を遮断し、ガス流過に対し開いたままのＡ_底面の部分はＡ_底面の少なくとも７５％である、
（ii）熱処理は、Ａ_天面及びＡ_底面の開放部分を用いて処理空間を通して加熱ガスを流すことにより、ガラス板の主表面にかけて加熱ガスを流す工程を含む、及び
（iii）第１及び第２の側端支持サブシステムは、ガラス板の主表面にかかる加熱ガスの流過の結果としてのガラス板の振動を低減するため、加熱処理中、ガラス板の垂直側端を実質的にその全長に沿ってクランプする
方法に関する。

本開示の第２の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、方法は、Ａ_天面及びＡ_底面の開放部分を用いて処理空間を通して冷却ガスを流すことにより、ガラス板の主表面にかけて冷却ガスを流す、工程（ｂ）後の追加工程をさらに含む。

本開示の第２の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、方法は、
（ｉ）第１の側端支持サブシステムはフレームの第１の垂直側面に取り付けられた第１の垂直部材のセットを含む、
（ii）第２の側端支持サブシステムはフレームの第２の垂直側面に取り付けられた第２の垂直部材のセットを含む、
（iii）それぞれの垂直部材は、処理空間に延び込み、相互に水平方向に張り広げられた、２本のアームを含む水平断面を有する、及び
（iv）ガラス板の垂直端は隣接する垂直部材のアームの間にクランプされる、
をさらに含む。

本開示の第２の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、垂直部材のアームはガラス板の主表面に接触するリップを有する。

本開示の第２の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、垂直部材は、ガラス板をクランプしていないときには隣接する部材のアームが接触するように、相互に水平方向に隔てられる。

本開示の第２の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、それぞれの垂直部材のそれぞれのアームの上部は隣接する垂直部材の間でガラス板を案内するために曲線状にされている。

本開示の第２の態様にしたがう方法のいくつかの実施形態において、工程（ａ）に先立ち、複数枚のガラス板は、ガラス板の底端が底端支持システムに接触するまで第１及び第２の側端支持サブシステムに個々のガラス板を滑らせて入れるロボットを用いて、フレームに挿入される。

第３の態様にしたがえば、複数枚のガラス板（１７）を熱処理中に縦位置で保持するための装置において、
（ａ）天面（２５）、底面(２７)、並びに第１、第２、第３及び第４の垂直側面（２１，２３）を有する、箱形フレーム（１１）であって、第１及び第２の垂直側面（２１）はフレーム（１１）の対向する側面であるフレーム（１１）、
（ｂ）フレームの第１の垂直側面（２１）に取り付けられた第１の垂直部材（３３）のセット及びフレームの第２の垂直側面（２１）に取り付けられた第２の垂直部材（３３）のセットを有する支持システム（１３）、第１の垂直部材（３３）のセットはフレームの第１の垂直側面（２１）上に第１のガラス受けスペース（６１）のセットを形成し、第２の垂直部材（３３）のセットはフレームの第２の垂直側面（２１）上に第２のガラス受けスペース（６１）のセットを形成し、第１及び第２のガラス受けスペース（６１）のセットは装置の使用中に個々のガラス板（１７）の両端領域を受けるために対をなして位置合せされるシステム（１３）、及び
（ｃ）フレーム（１１）の底面（２７）に取り付けられた、装置の使用中にガラス板（１７）の底端に係合する、底端支持システム（１５）、
を備える装置であって、
（ｉ）それぞれの垂直部材（３３）は相互に水平方向に張り広げられた、２本のアーム（３７）を含む水平断面を有する、
（ii）第１の垂直部材のセットのそれぞれの垂直部材（３３）はフレームの第１の垂直側面（２１）に取り付けられ、そのアームはフレームの第２の垂直側面（２１）に向けて延びる、
（iii）第２の垂直部材のセットのそれぞれの垂直部材（３３）はフレームの第２の垂直側面（２１）に取り付けられ、そのアームはフレームの第１の垂直側面（２１）に向けて延びる、及び
（iv）第１及び第２のガラス受けスペース（６１）のセットはそれぞれ、隣接する垂直部材（３３）のアーム（３７）によって形成される、
装置が開示される。

本開示の第３の態様にしたがう装置のいくつかの実施形態において、垂直部材のアームは装置の使用中にガラス板の主表面と接触するリップを有する。

本開示の第３の態様にしたがう装置のいくつかの実施形態において、垂直部材のアームは装置の使用中にガラス板の主表面と線接触する。

本開示の第３の態様にしたがう装置のいくつかの実施形態において、垂直部材は、ガラス板をクランプしていないときには隣接する部材のアームが接触するように、相互に水平方向に隔てられる。

本開示の第３の態様にしたがう装置のいくつかの実施形態において、それぞれの垂直部材のそれぞれのアームの上部は隣接する垂直部材の間でガラス板を案内するために曲線状にされている。

本開示の様々な態様の上記要約に用いられた参照数字は読者の便宜のために過ぎず、本発明の範囲を限定することは目的とされておらず、また本発明の範囲を限定すると解されるべきではない。さらには、上述の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが本発明の例示に過ぎず、本発明の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。

本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から容易に明らかであろうし、本明細書により例示されるように本発明を実施することによって認められるであろう。添付図面は本発明のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。本明細書及び図面に開示される本発明の様々な特徴がいずれかのまたは全ての組合せで用いられ得ることは当然である。

図１は本開示にしたがって構成されたガラスハンドリング装置の一実施形態の斜視図である。 図２は図１の装置の側面図である。 図３は図１の装置の側面図である。 図４は図１の装置の底面図である。 図５は個別ガラス板及び付随する側端支持システムを示す斜視図である。 図６は図５の個別ガラス板及び側端支持システムの上面図である。 図７は図５の個別ガラス板及び側端支持システムの側面図である。 図８は、側端支持システム内へのガラス板の案内を示す、図１の装置の内部から見た簡略な側面図である。 図９は、例えば図５〜７の、垂直部材を形成することができる一片の薄シートメタルの平面図である。 図１０は第１の曲げ作業後の図９の薄シートメタル片の側面図である。 図１１は図１０の薄シートメタル片をさらに曲げた後の完成垂直部材を示す斜視図である。 図１２は異なる長さのアームを有する側端支持システムによるガラス板への曲げモーメントの印加を示す略図である。 図１３は異なる長さのアームを有する側端支持システムによるガラス板への曲げモーメントの印加を回避するためのリップの使用を示す略図である。 図１４は図１３に示されるタイプの垂直部材を曲げによって形成することができる一片の薄シートメタルの平面図である。 図１５はガラス板及び、本開示の別の実施形態にしたがう、付随側端支持システムを示す斜視図である。 図１６は、リップのないアームを用いる側端支持システムについて、加熱／冷却サイクル中のガラス板の端面領域の場所を略図である。 図１７は、リップをもつアームを用いる側端支持システムについて、加熱／冷却サイクル中のガラス板の端面領域の場所を略図である。 図１８は加熱／冷却サイクル中のガラス板並びにガラス受けスペースの内向端及び外向端の相対長を示す略図である。

上に示したように、本開示は薄ガラス板、例えば厚さが０.７ｍｍ以下のガラス板の高スループット熱処理のための装置及び方法を提供する。

開示される技術によって対処され、解決される課題の中に、処理されているガラス板の反りの問題がある。ガラスは処理温度ではかなり軟らかくなるから、大寸で薄いガラス板（例えば、厚さが０.７ｍｍ以下で、表裏をなす主表面のそれぞれの面積が０.２５ｍ^２以上のガラス板）では特に問題になる。反りは、仕様を外れると、ディスプレイ級ガラスに対して品質問題になるだけでなく、下流の酸エッチングプロセスに対しても問題をおこさせる。

反りに加えて、ディスプレイ用途の基板として、またはモバイルエレクトロニクスデバイスのフェースプレートとして用いられるガラス板は、表面の欠陥（例えば、かき傷）及び汚染に関する厳格な基準を満たす「高品位領域」を有する必要がある。したがって、例えば窓ガラスに用いられる、コンベアベルト上の水平アニール処理のような、従来の高スループット設備は上記の用途における使用が目的とされるガラス板の熱処理には適していない。

本開示にしたがえば、反りを最小限に抑え、表面品質を保護するためには、ガラス板が、ガラス板の垂直端を支持することで、垂直の直立姿勢で支持される必要があると決定された。また、支持装置は、ガラス板にいかなるねじり力または曲げ力も印加しないように、寸法上安定なことが必要である。さらに、高水準のスループットを達成するため、支持装置は、ガラス温度を処理温度まで迅速に高める（及び、必要に応じて、ハンドリング温度、例えば４０℃以下まで迅速に低める）ことができるように、対流加熱（及び、必要に応じて、対流冷却）を用いることが必要である。上記と同じ線に沿えば、ロボット支援ガラス装填／取出しが生産性を高めるために有益である。

図１〜７は、低反り、低表面損傷、低表面汚染及び高スループットを達成する、本開示の原理にしたがって構成された熱処理治具９の一実施形態を示す。本熱処理治具は、ガラス板の化学的強化に先立つ熱処理のような、熱処理中の複数枚（例えば５０枚）のガラス板を保持するように設計される。見て分かるように、本熱処理治具は、上に挙げた特許文献２及び３に用いられる閉鎖箱構成に対するものとして、開放箱構成を有する。

熱処理治具９の開放箱構成により、輻射加熱／冷却よりも高速で一様である、対流加熱／冷却が可能になる。化学的に強化されたガラスについての試験は、化学的強化によって達成された有益な圧縮応力（ＣＳ）がガラスの「熱履歴」に敏感であることを示した。したがって、ガラスの一部が他より高温で、または同じ温度でも他より長時間または短時間、加熱されると、その部分のＣＳはガラス板の残りの部分と異なるであろう。少なくともある程度は、冷却の差も化学的に処理されたガラス板のＣＳに影響を与え得る。したがって、「熱履歴」差を回避するためには、装填されたガラス板の全体を同時にかつ一様に加熱（及び、必要に応じて、冷却）することが望ましい。輻射加熱（冷却）に比較して、開放箱構成を用いる対流加熱（冷却）は、ガラス板の高品位領域にわたる実質的に一様な熱履歴に対するこの要件を満たす上でかなり優れている。

対流加熱（及び、用いられる場合は、対流冷却）は熱処理治具を通して加熱ガス（冷却ガス）を流すことによって達成される。加熱ガス（冷却ガス）は一般に、粒状物質を除去するために濾過された、加熱された（冷却された）空気であろうが、望ましければその他のガスを用いることができる。図１〜４に最善に示されるように、熱処理治具９は、天面２５（図１を見よ）、底面２７（図４を見よ）、第１及び第２の垂直側面２１（図２を見よ）並びに第３及び第４の垂直側面２３（図３を見よ）を有する箱形開放フレーム１１を有する。フレーム１１は、その基本的な箱構造に加えて、図に示されるように、フレームの構造を安定化するため及びフレームにフレームの側端支持システムを取り付ける（以下を見よ）ために、山形部材６７も有することができる。山形部材は、例えば、フレームに溶接することができる。

フレーム１１の内部は面積がＡ_天面の開放天面及び面積がＡ_底面の開放底面を有する処理空間１９を定める。図において、Ａ_天面はＡ_底面に等しいが、一般に、これらの面積は異なることができ、例えば、熱処理治具９の底面には上面より大きなフレーム素子を用いることができ、したがってＡ_天面はＡ_底面より大きくなり得る。

熱処理治具９は、ガラス板の底端に係合して支持する、底端支持システム１５（図１及び４を見よ）を有する。図において、底面フレーム素子に切り込まれたスロットに装着される複数の垂直支持フィンが底端支持システムに用いられる。使用において、ガラス板はフレーム１１に天面を通して挿入され、支持フィン上に降ろされて、それぞれのガラス板の底端が支持フィン上に載る。ガラス板の底端に係合するための他の機構が底端支持システムに用いられ得る。例えば、フレームの垂直側面の間に延びる複数本のケーブルをこの目的のために用いることができる。いずれの機構が用いられようとも、底端支持システムが処理空間１９を通るガス流を実質的に遮断しないことが重要である。詳しくは、底端支持システムはＡ_底面の少なくとも７５％をガス流のために開けておくべきである（例えば、一実施形態において、Ａ_底面の８０％が開けておかれる）。

高速加熱及び、用いられる場合は、高速冷却を達成するため、処理空間１９を通るガス流量を極めて大きく、例えば加熱時に少なくとも１ｍ^３/秒のオーダーに、また例えば冷却時に少なくとも１ｍ^３/秒のオーダーに、する必要がある。そのようなガス流量は処理されているガラス板に振動をおこさせることができ、そのような振動は、続いて、ガラス板に損傷を生じさせることができる。ガラス板の振動を低減するため、熱処理治具９は、ガラス板の両側の垂直側端を実質的にそれぞれの全長に沿ってクランプする、側端支持システム１３を有する。詳しくは、側端支持システムはゼロクリアランスでガラス板の側面に係合する。ガラス板振動の低減に加えて、側端支持システム１３は加熱処理中にガラス板の端を所定の場所に保持することによって反りも最小限に抑える。熱処理はガラスの歪点近くの温度、例えば歪点から（下の）５０℃以内（一実施形態において、歪点から２０℃以内）で行われるから、ガラス板は、少なくともある程度、加熱処理中に反る（歪む）ことができる。ガラス板の底端とガラス板の垂直側端を同時に固定支持することにより、そのような反りが過大になるであろう確率が実質的に減じられる。

図に示されるように、側端支持システム１３はフレーム１１の第１の垂直側面に取り付けられた第１の支持サブシステム２９及びフレームの第２の垂直側面に取り付けられた第２の支持サブシステム３１を有する。それぞれのサブシステムは、ガラス板の受け端領域のためのガラス受けスペースを形成する、複数の垂直部材（垂直フィン）を有する。ガラス受けスペースは様々なピッチを有することができ、例えば、厚さが０.７ｍｍのガラス板とともに用いるための一実施形態において、ピッチは、例えば、１０ｍｍとすることができる。

図１〜１４に示される実施形態において、ガラス受けスペースは支持システムの隣接する垂直部材３３の間に形成されるが、図１５の実施形態において、ガラス受けスペースは垂直部材４７内に形成される。詳しくは、図１〜１２の実施形態において、それぞれの垂直部材はレッグ３５及びレッグから外向きに傾けられた（外向きに張り広げられた）２本のアーム３７を有する。すなわち、それぞれの垂直部材は‘Ｙ’字形の水平断面を有する。例えば図１２に示されるように、垂直部材はレッグ３５を山形部材６７に形成された溝に挿入することによってフレーム１１に取り付けることができる。レッグは１つ以上の山形部材に、例えば図の中間山形部材に、溶接（例えばスポット溶接）することができる。

例えば図５に見ることができるように、隣接する垂直部材はガラス板に対し「ブックエンド」として機能し、隣接する垂直部材のアームはガラス板の表裏をなす主表面とガラス板の端から内向きに線接触する（一実施形態において、線接触はガラス板の端から内向きに、例えば１０ｍｍとすることができる）。したがって、ガラス板に対するガラス受けスペースは隣接する垂直部材のアーム及び山形部材６７の内側表面によって定められる（例えば図１６を見よ）。

特に、アーム３７の長さの違いはガラス板に曲げモーメントを印加し得る。この効果が図１２に示され、図１２では、左から４番目の垂直部材が他より短いアームを有し、したがって長いアームを有する垂直部材に隣接しているとガラス板１７を回転させる傾向を有するであろう。同じくこの図に示されるように、与えられた垂直部材のアームは異なる長さになり、したがって隣接するアームとの空隙をつくることがあり得る（図１２の左から５番目の垂直部材の右アームと６番目の垂直部材の左アームの間の隙間を見よ）。これらは、もちろん、実際上は容易に避けることができる製作エラーである。しかし、製作許容精度を緩めるため、アームの末端にリップ７３を付加してアームの長さの違いを吸収することができる。そのようなリップが図１３に示される。この図の垂直部材はレッグ３５の所定の場所にフラット７１を有する。フラットは、レッグの代わりに、フラットを有する垂直部材が用いられる場合に山形部材６７の所定の場所に用いることができる1つ以上の箱形部材６９に溶接することができる。リップ７３も、もちろん、図１２のＹ字形垂直部材とともに用いることができる。

例えば図８に示されるように、垂直部材は垂直部材によってつくられるガラス受けスペースにガラス板を滑らせて挿入するための曲線部３９を有することができる。図９に示されるように、そのような曲線は、例えば垂直部材が形成されるシートメタルブランクに、形成することができる。図９から分かるように、折線４１，４３及び４５を用いて、すなわち、初めに折線４３に沿ってブランクを折り曲げ、次いで折線４３に沿ってブランクを折り曲げてレッグ３５及び、それぞれが曲線部３９を有する、アーム３７を形成することにより、Ｙ字形垂直部材をブランクから容易に形成することができる。図１４は、フレーム１１に取り付けるためにフラット７１を用い、製作許容精度を緩めるためにアーム３７上にリップ７３を有する、垂直部材を形成するために用いることができる、対応するブランクを示す。図には示されていないが、図１５の垂直部材は同様に、例えばシートメタルブランクから、容易に形成することができる。この場合、垂直部材は、垂直部材のガラス受けスペースを形成する、垂直部材の本体内にガラス板を案内するための導入リップ４９を有する。導入リップは、ブランクに切り込みを入れ、垂直部材の本体の平面から外側にリップを折り曲げることによって、形成することができる。

上述したように、図１〜１２のＹ字形垂直部材はガラス板の表裏をなす主表面と線接触する。垂直部材のアームへのリップの付加の結果はストリップ接触であるが、図１５に示されるタイプの垂直部材では面接触になる。垂直部材とガラス板の間の接触の程度はガラス板の熱履歴に影響を与える。詳しくは、接触点近傍のガラス板の領域は接触点から遠い領域とは異なる熱履歴を受けるであろう。多くの用途に対し、この差は以降の化学的強化プロセスに影響を与えるに十分に大きくはないであろう。しかし、いくつかの場合にはこの差が重要になることがあり、そのような場合には、リップ付垂直部材が図１５に示されるタイプの垂直部材より適するであろう。また別の場合には、線接触しかしない垂直部材が必要になり得る。

同じく上述したように、本明細書に開示される技術の利点の１つは、ガラス板を急速加熱及び急速冷却でき、したがってスループットを向上させることができる能力である。しかし、そのような急速加熱及び急速冷却は、加熱中のガラス破壊及び冷却中のガラス板の制御の喪失を生じさせ得る。これらの問題はガラス板の厚さのために生じる。詳しくは、加熱中にガラス板はフレームが処理温度に達するよりかなり前に処理温度に達することができ、逆に、冷却中にガラス板はフレームがハンドリング温度に達するよりかなり前にハンドリング温度に達することができる。

この効果が、参照数字５１，５３，５５，５７及び５９がそれぞれ、（１）フレーム及びガラス板の初期状態、（２）高速加熱中のフレームに対するガラス板のより大きな膨張、（３）加熱中のガラスシートへのフレームの追いつき、（４）高速冷却中のフレームに対するガラス板のより大きな収縮、及び（５）冷却中のガラス板へのフレームの追いつきを示す、図１６〜１８に示される。これらの図には、垂直部材によって形成されるガラス受けスペース６１，ガラス受けスペースの内向端６３，及びガラス受けスペースの外向端６５も示される。図１８は、ガラス板のハンドリング温度における幅Ｗ１及び処理温度における幅Ｗ２，ガラス受けスペースの外向端の間のハンドリング温度における距離Ｏ１及び処理温度における距離Ｏ２，並びにガラス受けスペースの内向端の間のハンドリング温度における距離Ｉ１及び処理温度における距離Ｉ２をさらに示す。

定量的には、少なくとも第１近似において、Ｗ１，Ｗ２，Ｏ１，Ｏ２，Ｉ１及びＩ２は式：
Ｗ２＝Ｗ１・(１＋Ｃ_ガラスΔＴ)，
Ｏ２＝Ｏ１・(１＋Ｃ_フレームΔＴ)，及び
Ｉ２＝Ｉ１・(１＋Ｃ_フレームΔＴ)，
で関係付けられ、ここで、Ｃ_ガラスはガラスの熱膨張係数（ＣＴＥ）、Ｃ_フレームはフレームを構成するために用いられる材料、例えば鋼のＣＴＥ、ΔＴは処理温度とハンドリング温度の間の差である。

高速加熱中のガラス受けスペースの外向端との接触の結果としてのガラス板の破壊及び高速冷却中の側端支持システムの垂直部材によるガラス板の制御の喪失のいずれも回避するため、Ｗ１，Ｗ２，Ｏ１及びＩ２は関係式：
Ｏ１＞Ｗ２，
Ｗ２＞Ｉ２，及び
Ｉ２＞Ｗ１，
を満たすべきである。いくつかの実施形態において、Ｏ１及びＩ１は関係式：
(Ｏ１−Ｗ１)/Ｗ１≧０.０２，及び
(Ｗ１−Ｉ１)/Ｗ１≧０.０４，
を満たすように選ばれる。実際上、この関係式が室温（２０℃）で満たされている場合、関係式Ｏ１＞Ｗ２，Ｗ２＞Ｉ２及びＩ２＞Ｗ１は処理温度とハンドリング温度のほとんどの組合せに対して満たされるであろう。

熱処理治具９を構成するために，様々な材料を用いることができる。例えば、フレーム１１，（用いられる場合）山形部材６７及び（用いられる場合）箱形部材６９は、３０４または３０１のようなスプリング調質オーステナイトステンレス鋼または、インコネル７１８または６２５のような超合金でつくることができる。同じタイプの材料を側端支持システム及び低端支持システムに用いることができる。側端支持システムの垂直部材は、垂直部材が可撓性であり、熱処理中にガラス板を所定の場所に保持するためのばねとして機能するであろうように、シートメタルでつくることができる。ばね機能により、与えられた熱処理治具を様々な厚さのガラス板とともに用いることも可能になる。もちろん、熱処理にともなう温度及び応力に耐えることができる他の材料を、望ましければ、熱処理治具９の構成に用いることができる。

使用時に、ガラス板は熱処理治具９に、例えば市販のロボットを用いて、１枚ずつ装填される。装填された熱処理治具は対流加熱機構が備えられた徐冷がまに運び込まれ、高速加熱を受け、続いて処理温度（Ｔ_処理）にある時間保持される。加熱速度、処理温度及び保持持続時間は、もちろん、加熱処理されている特定のガラスに依存するであろう。一般的な指針として、加熱速度は例えば６００〜１２００℃/時間の範囲とすることができ、処理温度は例えば５００〜７５０℃の範囲とすることができ、保持時間は０.５〜４時間の範囲とすることができる。

加熱後、熱処理治具は対流冷却機構が備えられた冷却チャンバに運び込むことができる。ここでも、以降の処理に先立ってガラス板が冷却される速度及び温度（ハンドリング温度（Ｔ_{ハンドリング}））は処理されている特定のガラスに依存するであろう。一般的な指針として、冷却速度は６００〜１２００℃/時間の範囲とすることができ、ハンドリング温度は２０〜５０℃の範囲とすることができる。冷却完了後、ガラス板は熱処理治具から、例えばロボットを用いて、１枚ずつ取り出され、次のプロセス工程、例えば化学的強化工程に送られる。

上述から分かるように、本開示は大寸で薄いディスプレイ級ガラス板をガラスの歪点近くの温度で熱処理するための実用装置を提供する。熱処理はガラス表面の大部分に触れることなく（すなわち高品位領域に触れることなく）実施され、したがってかき傷及び汚染が回避される。ガラス板は反りを最小限に抑えるために垂直の直立姿勢で保持され、垂直保持機構は対流加熱／冷却サイクル中のガラス振動による損傷を制御するためのダンピング効果を与える。実際上、垂直保持機構はガラスを（機構とガラス板の間のクリアランスはゼロで）柔らかく「はさみ」、よって加熱サイクル中、直立姿勢で保持される大きなチャンスがガラス板に与えられ、垂れ下がるチャンスはほとんど与えられないであろう。

本装置は、生産性を高めるために多数枚のガラス板を保持することができ、ガラス板の全て（及びそれぞれの個別ガラス板の高品位領域全体）が、ガラス板の異なる部分に対する異なる熱履歴の結果としてのガラス板の最終属性の変動を回避するため、同じ温度に同じ時間加熱され、同様の態様で冷却されることを保証できる。

本装置は、熱処理中にガラス板を保持するための用いられる従来装置よりも簡単で軽量の開放箱形構成を有する。したがって、本装置は、費用効果及び稼働効率のため、簡単であるが機能的であり、安定であるが軽量である。本装置は、簡単で軽量のフレームには、より複雑な構造よりも加熱及び冷却サイクル中の熱歪の問題がおこり難いであろうから、寸法的にも安定である。

本装置はロボットに適合し易く、生産性向上及びコスト低減のためのガラス板の自動装填／取出しを可能にする。詳しくは、垂直部材（垂直保持フィン）の上部の案内構造形状がガラス板の容易な挿入を提供する。箱形フレームはロボット装填／取出し動作における装置の位置決め及び割送りも容易にする。

上記開示から、当業者には本方法の範囲及び精神を逸脱しない様々な改変が明白であろう。添付される特許請求の範囲は本明細書に述べられる特定の実施形態を、またそれらの実施形態の改変、変形及び等価形態も、包含するとされている。

９ 熱処理治具
１１ フレーム
１３ 側端支持システム
１５ 底端支持システム
１７ ガラス板
１９ 処理空間
２１ 第１の垂直側面（第２の垂直側面）
２３ 第３の垂直側面（第４の垂直側面）
２５ 天面
２７ 底面
２９ 第１の側端支持サブシステム
３１ 第２の側端支持サブシステム
３３ 側端支持システムの垂直部材
３５ レッグ
３７ アーム
３９ アームの曲線部
４１，４３，４５ 折線
４７ 側端支持システムの別の垂直部材
４９ 導入リップ
５１ 初期状態
５３ 高速加熱の結果としてガラスがフレームより大きく膨張する状態
５５ 加熱中にフレームが追いつく状態
５７ 高速冷却の結果としてガラスがフレームより速く冷却する状態
５９ 冷却中にフレームが追いつく状態
６１ ガラス受けスペース
６３ ガラス受けスペースの内向端
６５ ガラス受けスペースの外向端
６７ 山形部材
６９ 箱形部材
７１ フラット
７３ リップ

Claims (10)

1. ガラス板を熱処理するための方法において、順に、
   （ａ）複数枚のガラス板を、
   （ｉ）処理空間を定め、天面、底面、並びに第１、第２、第３及び第４の垂直側面を有する、箱形の開放フレームであって、前記第１及び前記第２の垂直側面は前記フレームの対向する側面であるフレーム、
   （ii）前記フレームの前記第１の垂直側面に取り付けられた第１の垂直部材のセット及び前記フレームの前記第２の垂直側面に取り付けられた第２の垂直部材のセットを有する、前記ガラス板のための側端支持システムであって、前記第１の垂直部材のセットは前記フレームの前記第１の垂直側面に沿って延びる第１のガラス受けスペースのセットを形成し、前記第２の垂直部材のセットは前記フレームの前記第２の垂直側面に沿って延びる第２のガラス受けスペースのセットを形成し、前記第１及び前記第２のガラス受けスペースのセットは個々のガラス板の対向する側端領域を受けるために対をなして位置合せされるシステム、及び
   （iii）前記フレームの前記底面に取り付けられた、前記ガラス板のための底端支持システム、
   を有する熱処理治具を用いて縦位置で保持する工程、
   （ｂ）前記処理空間を通し、前記複数枚のガラス板の主表面にかけて、加熱ガスを流して、前記ガラス板の温度を処理温度Ｔ_処理まで高める工程、及び
   （ｃ）前記処理空間を通し、前記複数枚のガラス板の主表面にかけて、冷却ガスを流して、前記ガラス板の温度をハンドリング温度Ｔ_{ハンドリング}まで低める工程、
   を含み、
   （ｉ）前記ガラス板は、前記ハンドリング温度において幅Ｗ１及び前記処理温度において幅Ｗ２を有し、Ｗ２はＷ１より大きい、
   （ii）それぞれの前記ガラス受けスペースは内向端及び外向端を有し、前記内向端は前記フレームの前記対向する垂直側面に近い側にあり、前記外向端は前記フレームの前記対向する垂直側面から遠い側にある、
   （iii）前記第１のガラス受けスペースのセットの前記外向端は前記第２のガラス受けスペースのセットの前記外向端から、前記ハンドリング温度において距離Ｏ１及び前記処理温度において距離Ｏ２で隔てられ、Ｏ２はＯ１より大きい、
   （iv）前記第１のガラス受けスペースのセットの前記内向端は前記第２のガラス受けスペースのセットの前記内向端から、前記ハンドリング温度において距離Ｉ１及び前記処理温度において距離Ｉ２で隔てられ、Ｉ２はＩ１より大きい、
   （ｖ）前記ガラス板は、前記工程（ｂ）において、前記フレームがＴ_処理に達する前に前記ガラス板がＴ_処理に達するようなレートで加熱される、
   （vi）前記ガラス板は、前記工程（ｃ）において、前記フレームがＴ_{ハンドリング}に達する前に前記ガラス板がＴ_{ハンドリング}に達するようなレートで冷却される、及び
   （vii）Ｗ１，Ｗ２，Ｏ１及びＩ２は、関係式：
   Ｏ１＞Ｗ２，
   Ｗ２＞Ｉ２，及び
   Ｉ２＞Ｗ１，
   を満たす、
   ことを特徴とする方法。
2. 室温において、Ｗ１，Ｏ１及びＩ１が関係式：
   (Ｏ１−Ｗ１)/Ｗ１≧０.０２，及び
   (Ｗ１−Ｉ１)/Ｗ１≧０.０４，
   を満たすことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 請求項１または２に記載の方法において、
   （ｉ）前記処理空間は面積がＡ_天面の開放天面及び面積がＡ_底面の開放底面を有する、
   （ii）前記底端支持システムはガスのＡ_底面の全てではないがいくらかの面積における流過を遮断し、ガス流過のために開いたままのＡ_底面の前記部分はＡ_底面の少なくとも７５％である、
   （iii）前記工程（ｂ）において、前記加熱ガスは、Ａ_天面及びＡ_底面の前記開放部分を用いて処理空間を通して前記加熱ガスを流すことにより、前記ガラス板の主表面にかけて流される、
   （iv）前記工程（ｃ）において、前記冷却ガスは、Ａ_天面及びＡ_底面の前記開放部分を用いて前記処理空間を通して冷却ガスを流すことにより、前記ガラス板の主表面にかけて流される、及び
   （ｖ）前記第１及び前記第２の垂直部材のセットは、前記ガラス板の主表面にかかる前記加熱ガスの前記流過の結果としての前記ガラス板の振動を低減するため、前記加熱処理中、前記ガラス板の前記垂直側端を実質的にその全長に沿ってクランプする、
   ことを特徴とする方法。
4. 請求項１または２に記載の方法において、
   （ｉ）それぞれの前記垂直部材は、前記処理空間に延び込み、相互に水平方向に張り広げられた、２本のアームを含む水平断面を有する、及び
   （ii）前記ガラス板の前記垂直側端は隣接する前記垂直部材の前記アームの間にクランプされる、
   ことを特徴とする方法。
5. 前記工程（ａ）に先立ち、前記複数枚のガラス板が、前記ガラス板の底端を前記底端支持システムに載せて連続する位置合せされた前記ガラス受けスペース対に個々の前記ガラス板を次々に滑らせて入れるロボットを用いて、前記フレームに挿入されることを特徴とする請求項１または２に記載に方法。
6. 複数枚のガラス板を熱処理中に縦位置で保持するための装置において、
   （ａ）天面、底面、並びに第１、第２、第３及び第４の垂直側面を有する箱形フレームであって、前記第１及び前記第２の垂直側面は前記フレームの対向する側面である箱形フレーム、
   （ｂ）前記フレームの前記第１の垂直側面に取り付けられた第１の垂直部材のセット及び前記フレームの前記第２の垂直側面に取り付けられた第２の垂直部材のセットを有する支持システムであって、前記第１の垂直部材のセットは前記フレームの前記第１の垂直側面上に第１のガラス受けスペースのセットを形成し、前記第２の垂直部材のセットは前記フレームの前記第２の垂直側面上に第２のガラス受けスペースのセットを形成し、前記第１及び前記第２のガラス受けスペースのセットは前記装置の使用中に個々の前記ガラス板の対向する側端領域を受けるために対をなして位置合せされる支持システム、及び
   （ｃ）前記フレームの前記底面に取り付けられた、前記装置の使用中に前記ガラス板の底端を係合する、底端支持システム、
   を備え、
   （ｉ）それぞれの前記垂直部材は相互に水平方向に張り広げられた、２本のアームを含む水平断面を有する、
   （ii）前記第１の垂直部材のセットのそれぞれの前記垂直部材は、そのアームを前記フレームの前記第２の垂直側面に向けて延ばして、前記フレームの前記第１の垂直側面に取り付けられる、
   （iii）前記第２の垂直部材のセットのそれぞれの前記垂直部材は、そのアームを前記フレームの前記第１の垂直側面に向けて延ぼして、前記フレームの前記第２の垂直側面に取り付けられる、及び
   （iv）前記第１及び前記第２のガラス受けスペースのセットはそれぞれ、隣接する前記垂直部材のアームによって形成される、
   ことを特徴とする装置。
7. 前記垂直部材の前記アームが前記装置の使用中に前記ガラス板の主表面に接触するリップを有することを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記垂直部材の前記アームが前記装置の使用中に前記ガラス板の主表面と線接触することを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 前記垂直部材が、ガラス板をクランプしていないときには隣接する部材の前記アームが接触するように、相互に水平方向に隔てられることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
10. それぞれの前記垂直部材のそれぞれの前記アームの上部が隣接する前記垂直部材の間にガラス板を案内するために曲線状にされることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。

Images