JP2015502908A - 連続的に動いているガラスリボンからエッジ部分を除去する装置および方法 - Google Patents

Abstract

成形本体から延伸されるガラスリボンの一部を薄化する装置および方法が開示される。薄化は、ガラスリボンの既定の位置に加熱ノズルから、加熱された気体の流れを導くことによって生み出される。ガラスリボンが成形本体から下降するときに、ガラスリボンのエッジ部分の縦に沿った薄化部分全体を、亀裂を薄化部分に沿って伝播させることによって、ガラスリボンが成形本体から下降するにつれてガラスリボンから取り除くことができる。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が引用されその全体が参照することにより本書に組みこまれる、２０１１年１１月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／５６４９７４号の優先権の利益を米国特許法第１１９条の下で主張するものである。

本発明は、連続的に動いているガラスリボンに局所的な薄化を生じさせる装置および方法に関し、より具体的には、薄化部分に沿って亀裂を伝播させることによりガラスリボンのエッジ部分を除去する装置および方法に関する。

液晶ディスプレイまたは有機発光ダイオードディスプレイ技術などのディスプレイシステムにおいて使用されるガラスシート、または太陽光発電機器の部品として、あるいはハンドヘルド機器やテレビの種々の形状のカバープレートとして使用されるガラスシートは、フロートプロセスやフュージョンダウンドロープロセスなどの周知の高容量連続ガラスシート製造プロセスによってこれまで製造されているが、ある特定の状況下では、スロットドロープロセスを使用して製造され得る。

上記プロセスで生成されたガラスのリボンでは、リボンのエッジ付近に、一般に「ビード」と称される厚さの増加した部分が見られる。認められるビードの厚さは、ガラスリボンの中心部分の公称厚さの３〜４倍であることが一般的である。極めて薄いガラスリボンを製造するとき、この比率は増加する傾向にあり、中心の厚さがおよそ０．１ｍｍのガラスリボンを考えると、ガラスリボンの中心部分の厚さの１０倍もの高い値に達し得る。

こういったビードの存在は、ガラスリボンが形成されて粘性変形で引き伸ばされる製造プロセスの初期段階では、シートの安定化、シート幅損失の制御、および厚さ制御への貢献などに役立つことから望ましいであろう。しかしながら、プロセス後半での内部応力やシート形状に与えるその影響は望ましくない可能性があり、特定の場合には、プロセスや最終的な製品に有害になることがある。

ガラスリボンにおいて低いレベルの内部応力に達するためには、成形プロセス中に冷却速度を注意深く制御することが必要になる。リボンの異なる領域間の著しい厚さの違いは異なる冷却速度に繋がり、すなわち低応力を達成する能力を低下させる温度勾配を生じさせる。これはビード領域での事例であり、ビード領域では厚さ勾配が大きいことで、大きい温度勾配および応力勾配が誘発される。

非常に薄いシートを製造する際、高速の延伸に適応するために、個別のガラスシートを切断する代わりにガラスリボンをスプールに巻くことが望ましいことがある。より厚いビードが存在していると、亀裂の伝播および製品の損失を誘発することなく十分に小さい曲率半径でシートを湾曲させる能力が限定される。

本書で開示されるのは、局所的な加熱を加えてリボンのいくつかの部分を選択的に薄化することによって、連続的に動いているガラスリボンからビードを連続的に除去する方法および装置である。

ガラスリボンの薄化を最大にするための最適な位置は、フュージョンダウンドロープロセスでは成形本体の底部付近である。スロットドロープロセスでは、その最適な位置はスロット付近である。局所的なガラス粘度の変更は、プロセスの粘性領域内で局所的な発熱体を用いて行われる。下向きの方向に移動している間に放射および対流による熱交換を受けると、リボンのこの薄い区域で熱勾配に誘発された熱機械的応力が発現し、これを用いて弾性領域（通常牽引ローラの下）内で始まった亀裂を粘弾性領域の最上部まで伝播させ、こうしてビードをシートの残りの部分から効果的に分離させることができる。一旦分離が始まると、底部付近の局所粘度を調節することによって、また薄化エリア内で底部から延伸部を下りる冷却速度を調節することによって、この分離を持続および制御することができる。成形本体の底部付近の局所粘度の調節は、強制空気加熱ノズルを用いて行うことができる。

加熱ノズルは小型の発熱体を備え、この発熱体を使用して、主に対流で、またある程度は放射で、底部付近のガラスにエネルギーを伝達することができる。熱伝達効率は、ガラス表面に当たる高速の熱風噴射によってもたらされる。この熱風で、空気の流量、空気の速度、空気の温度、およびガラスに対する空気流の方向を制御することによって、局所的で調整可能な粘度勾配を与えることができる。

亀裂の開始は自然発生的に生じ得るが、延伸部の所与の位置でのこの開始の制御は、例えば非常に高い応力勾配を促進させるための局所的な加熱／冷却（ＣＯ₂レーザに例えば空気噴射または空気／水ミストが続いて）や、あるいはガラス表面を（例えば、ガラスカッターで、またはローラ対を用いて極局所的なねじれを加えて、機械的に）損傷させることによる。

従って、本書ではガラスリボンを成形するための装置が開示され、この装置は、成形本体であって、成形本体の下部で交わる合流成形面を備えている、成形本体、その第１端部および第２端部の間に長手方向に延在する複数の通路を備えた、耐火管であって、複数の通路のうち少なくとも１つの通路が、この少なくとも１つの通路を通って導かれる気体の流れに流体連通し、第１端部が、成形本体の下部に近接している、耐火管と、および、気体の流れを加熱するように構成された耐火管の周りに配置された、加熱要素とを備えている、加熱ノズル、を備えている。耐火管は耐火性スリーブの内部に位置付けられ、このとき加熱要素が耐火管と耐火性スリーブとの間に位置付けられることが好ましい。

この装置は、成形本体の下部の下に位置付けられた冷却ドアをさらに含み得、かつ加熱ノズルが、成形本体の下部と冷却ドアとの間に位置付けられていることを特徴とする。冷却ドアは、下降しているガラスリボンに近接して位置付けられた熱プレートに冷却気体を導くことによって、ガラスリボンの幅に亘ってガラスリボンの厚さを調節するように機能する。

加熱ノズルは、加熱された気体の流れをガラスリボンのエッジから約１００ｍｍ以下のガラスリボンの部分に導くように、位置付けられていることが好ましい。例えば加熱ノズルを、加熱された気体の流れをガラスリボンのエッジから約５０ｍｍ以下のガラスリボンの部分に導くように、位置付けてもよい。耐火管は、断熱シールドの内部に位置付けることが好ましい。

別の実施形態では、連続的に動いているガラスリボンを局所的に薄化する方法が開示され、この方法は、底部で交わる合流成形面を備えている成形本体から、底部から延伸される連続的に動いているガラスリボンを形成する溶融ガラスを、流すステップ、加熱された気体の流れを加熱ノズルからガラスリボンに導くステップであって、この加熱された気体が底部の近くでガラスリボンに当たり、この当たった加熱された気体が、ガラスリボンの長さに沿って延在する局所的な薄化部分をガラスリボンに生じさせる、ステップ、および、薄化部分に沿って亀裂を伝播させることによって、ガラスリボンからエッジ部分を分離させるステップ、を含む。加熱された気体の温度は、約１４５０℃から約１６５０℃までの範囲内であることが好ましい。薄化部分をレーザで加熱し、続いてこの薄化部分を冷却流体で冷却することによって、亀裂を伝播させることが好ましい。

いくつかの実施形態では、加熱された気体は、エッジ誘導部材とガラスリボンの中心線との間でガラスリボンに当たる。例えば、加熱された気体は、中心線よりもエッジ誘導部材の方により近い位置で当たり得る。加熱された気体は、例えばガラスリボンのエッジから約５０ｍｍの範囲内など、ガラスリボンのエッジから約１００ｍｍの範囲内でガラスリボンに当たることが好ましい。薄化部分は引張応力を有し、圧縮応力を有する厚くなった部分と境を接していることが好ましい。

本発明のさらなる特徴および利点は以下の詳細な説明の中に明記され、ある程度は、その説明から当業者には容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、請求項、さらに添付の図面を含め、本書において説明された本発明を実施することにより認識されるであろう。

前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、本発明の実施形態を示していること、そして請求される本発明の本質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されていることを理解されたい。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書の一部を構成する。図面は本発明の種々の実施形態を示し、そしてその説明とともに、本発明の原理および動作の説明に役立つ。

例示的なフュージョンガラス製造装置の概略図 図１の装置を構成する溶融ガラス成形本体の前面図 誘導部材を示している、図２の成形本体の斜視図 図２の成形本体から延伸されたガラスリボンの幅を横切る断面図 図２の成形本体をその端部から見た断面図であって、本発明の一実施の形態による加熱ノズルの配置を示している図 保護用耐火性スリーブおよび熱シールドの内部に配置された、加熱ノズルの断面側面図 ガラスリボンのビードに近接して位置付けられた加熱ノズルの効果を示している、図４のガラスリボンの一部断面図 溶融ガラスの単位体積を表した図であって、溶融ガラスの単位体積に作用する力を描いた図 ガラスリボンの中心部分を横切るリボンの厚さを表した図 加熱ノズルからの加熱された気体が当たったときの、ガラスリボンのビード付近のリボンの厚さを表した図

以下の詳細な説明においては、説明のためであって限定するものではないが、具体的詳細を開示する実施形態例を明記して本発明の種々の原理の完全な理解を提供する。しかしながら、本開示の利益を得たことのある通常の当業者には、本発明をここで開示される具体的詳細とは異なる他の実施形態で実施し得ることは明らかであろう。さらに、周知の装置、方法、および材料に関する説明は、本発明の説明を不明瞭にしないよう省略することがある。最後に、適用できる限り、同じ参照番号は同様の要素を示す。

図１および２は、ガラスシートを成形するためのフュージョンガラス製造装置１０の例示的な実施形態を示したものであり、溶解炉１５、清澄槽２０、攪拌槽２５、受入槽３０、下降管３５、注入口４０、および成形本体４５、を備え、この成形本体４５から、溶融ガラス形成材料の薄い連続的に動いているリボン５０が下降する。ガラス製造システム１０は、溶融ガラス形成材料を搬送するための種々の他の槽または導管をさらに含み、例えば、溶解装置−清澄槽接続管５５、清澄槽−攪拌槽接続管６０、および攪拌槽−受入槽接続管６５が挙げられる。溶解炉および成形本体は、典型的にはアルミナまたはジルコニアを含むセラミックレンガなどのセラミック材料から形成されるが、種々の槽や槽間の配管は、白金や、あるいは白金ロジウム合金などの白金合金を含むものが多い。以下の説明は、図１に示したプロセスなど例示的なフュージョンダウンドロープロセスに関連しているが、本書に含まれる実施形態は、当業者には周知の、単一側面のオーバーフロープロセスまたはスロットドロープロセスなどのダウンドローガラス製造プロセスの他の変形に同じく適用することができる。

図１の例示的なフュージョンプロセスによれば、溶解炉１５に矢印７５で示したようにバッチ材料７０が提供され、これが溶解炉で溶解されてガラス形成材料（以下、溶融ガラス８０）が生成される。溶融ガラス８０は、溶解炉１５から溶解炉−清澄槽接続管５５を通って清澄槽２０に搬送される。溶融ガラスは清澄槽２０内で、溶解炉の温度を超える温度まで加熱され、このとき溶融ガラス内に含有されている多価の酸化物材料が酸素を解放し、この酸素が溶融ガラスを通って上昇する。この清澄槽２０での高温の酸素の解放が、バッチ材料の溶解によって生成された、溶融ガラス内の小さい気泡の除去を助ける。

溶融ガラスは次いで清澄槽２０から清澄槽−攪拌槽接続管６０を通って攪拌槽２５内に流れ、ここで回転する撹拌機が溶融ガラスを混合および均質化して、確実に均等な濃度にする。均質化された溶融ガラスは次いで攪拌槽２５から攪拌槽−受入槽接続管６５を通って流れ、受入槽３０に集められる。受入槽３０から溶融ガラスは、下降管３５と注入口４０を通って成形本体４５に送られ、成形本体から溶融ガラスを延伸することによってガラスリボン５０が成形される。

成形本体４５は、成形本体の上面に位置している開口溝９０と、図２および３で最もよく分かるが、成形本体の下部すなわち底部１００で合流する、１対の合流成形面９５とを備えている。成形本体に供給された溶融ガラスは、成形本体４５の上面に形成された開口溝９０に流れ入り、その壁から溢れ出て、２つの個々の溶融ガラスの流れに分かれて合流成形面上を流れる。この溶融ガラスの分離流が底部に到達すると、この流れが再結合し、すなわち融合し、成形本体の底部から下降するガラスリボン５０を形成する。図３で最もよく分かるが、成形本体４５に設けられたエッジ誘導部材１０６が、底部の幅を効果的に拡大するように機能し、それによりガラスリボンの幅を広げるのを助け、あるいは最低でもガラスリボンが狭くなるのを最小限に抑えるように作用する。図３は、エッジ誘導部材１０６を示している、成形本体４５の一部の斜視部である。動作時に典型的には４つのエッジ誘導部材が存在し、２つのエッジ誘導部材は成形本体の一方の端部で互いに反対に向いており、また別の対の反対に向いているエッジ誘導部材が、成形本体の反対側の端部に位置付けられている。

ガラスリボンが底部１００から下降すると、牽引ローラ１１０がリボンのエッジに沿って粘性のガラスリボンに接触し、リボンを方向と速さとの両方を有する速度ベクトルＶで下向きの進路で延伸するのを助ける。牽引ローラ１１０は、対向する反対に回転するローラを含み、これらのローラでガラスリボンのエッジ部分を握持してガラスリボンを下向きに延伸する。追加の駆動ローラまたは非駆動ローラを牽引ローラの上または下に位置付けて（図示なし）リボンのエッジにさらに接触させ、リボンの誘導と、さらに、リボン幅を減少させるように働く自然に発生する表面張力効果に対抗したリボン幅の維持との両方を助けてもよい。

一旦、下降しているリボンがガラス転移温度範囲を経て冷却され、その一部が粘性液体から弾性固体に変質されると、リボンから個別のガラスシートを生成することができる。連続的な、また連続的に動いているガラスリボンからの、個別のガラスシートの生成は、典型的にはまずリボンの幅を横切って、あるいはリボンの幅の一部で、ガラスリボンに罫書きすることを含む。次いで、点線１０５で示されている罫書きを横切るように引張応力を加え、リボンの厚さを貫通しかつガラスリボンの幅に亘って伝播する、亀裂を生じさせてもよい。罫書き１０５は、任意の従来の方法で形成することができる。例えば、リボンに表面損傷を生じさせる、罫書きホイール、スクライバ、または研磨部材でリボンに接触することによって、罫書き１０５を生成することができる。引張応力は、ガラスリボンの罫書き面を罫書き線に亘って引っ張られた状態に置く方向にガラスリボンを曲げることによって加えてもよい。この張力が、罫書き線の位置に形成された亀裂を、リボンの厚さを通じて貫通させかつリボンの幅に亘って進ませる。

フュージョンプロセスやスロットドロープロセスなどのダウンドロープロセスでは、ガラス形成材料のリボンは比較的自由に垂下し、その結果、表面張力とリボンのエッジ部分１１５付近での高流量密度とによって、図４に示されているようにガラスリボンはリボンの末端エッジ付近で厚くなり得る。この厚くなった領域は、通常ビード１２０と称される。図４は、上述したフュージョンプロセスなどのフュージョンプロセスによって成形された、ビード１２０を含んでいるガラスリボンのエッジ部分１１５を示した断面の図である。本プロセスの意図は、清浄な表面と実質的に平行な主表面（実質的に均一な厚さ）とを有する高純度のガラスシートを成形することであるため、リボンエッジ部分１１５のビード１２０の存在は、リボンから切断されるガラスシートの商業的価値にとって有害である。すなわち、ビードは典型的には除去される。

現行では、連続的に動いているガラスリボンからガラスシートを取り去り、次いでガラスシートからビードを除去しているが、この手法には著しい欠点がある。１つの欠点は、具体的には、清浄で真っ直ぐな割れ目を維持しながらリボンの全幅に亘ってガラスリボンに確実に罫書きすることは困難であるということである。ガラスリボンのエッジ部分が非均一な厚さであることによって、罫書き線が、またはより頻繁には続く分離用の亀裂が意図している経路から逸れてしまう、無制御の亀裂がガラスリボンに生じ得る。この傾向を克服するために、罫書きをガラスリボン内部の品質部分１２５（点線１３０の間）に亘って行って、ビードには罫書きしないことが多い。品質部分１２５は、リボンの２つの側部にあるエッジ部分１１５間に位置し、一般に販売可能な製品としての役割を果たすリボンの部分である。しかしながら、分離用の亀裂を罫書きされていないビードを横切って伝播させるのに必要なエネルギーで、分離中にガラスリボンに大きな摂動が生じることがある。こういった摂動がガラスリボンのガラス転移領域へと伝播して、ガラスリボンに望ましくない影響を与え得る。例えば、応力がガラスリボン内に凍結されることがあり、これはガラスシートの最終的な形状に影響する。

図５は、図１に示したフュージョンダウンドロープロセスなどのフュージョンダウンドロープロセスのための、例示的な成形本体４５の断面端面図を示している。図５によれば、成形本体４５は、成形本体の周りに一貫した熱環境を維持する、エンクロージャ１３５内に含有されている。加熱要素１４０を使用して、エンクロージャ１３５内の温度は制御される。加熱要素１４０は、例えば、電気抵抗で加熱された金属コイルまたは金属棒でもよい。内壁１４５が、加熱要素１４０で生成された熱を拡散して、成形本体および溶融ガラスをより均等に加熱できるように助ける。内壁１４５は、例えば、炭化ケイ素から形成してもよい。ガラスリボンが成形本体４５から牽引ローラ１１０によって延伸されると、品質部分１２５の範囲内などのガラスリボンの厚さが冷却ドア１５０によって制御される。冷却ドア１５０は、ガラスリボンに向かう方向に延びたり、あるいはガラスリボンから離れて引っ込んだりできるよう、可動であるように構成される。冷却ドアは、ガラスリボン幅（すなわち、ガラスリボンが延伸される方向および速さを示す延伸ベクトルＶに垂直な方向）の全幅またはかなりの部分に亘って延在している。

各冷却ドアの中には、冷却気体、典型的には空気が供給される、複数の冷却ノズル１５５が含有されている。空気は、冷却ノズル１５５に送出される前に冷却してもよい。矢印１６０で表されているように冷却ノズル１５５を出て行く冷却気体は、各冷却ドアの前面プレート１６５に導かれる。前面プレート１６５は、例えば、炭化ケイ素から形成してもよい。冷却ドアの前面プレートで局所的な冷却が得られる能力により、前面プレートの幅に亘って可変の温度分布を生じさせることができる。前面プレートの局所的な冷却は、前面プレートのその特定の部分に直接隣接しているガラスリボンの粘度に影響を与え、さらにそれによりそのガラスリボンの厚さに影響を与える。すなわち、ガラスリボンの幅に亘るガラスリボンの厚さの制御は、冷却ノズル１５５を通る冷却気体の温度および／または流量を変動させることによって得ることができる。冷却気体を、冷却ノズルとガラスリボンとの間に位置するプレートに導くことによって、その延伸部に亘って冷却ノズルの衝撃を滑らかにすることができる。

本書で説明する種々の実施形態によれば、複数の加熱ノズル１７０が冷却ドア１５０の上方に位置付けられ、さらにこれらの加熱ノズル１７０は、連続的に動いているガラスリボンの特定の部分に、加熱された空気を導くように構成されている。以下の説明は、この説明が残りの加熱ノズル１７０に同じく適用可能であるという理解の下、１つのこのような加熱ノズル１７０を対象にする。

図６に示されているように、各加熱ノズル１７０は、複数の通路１８５を有する耐火性本体１８０を備えている。空気などの加熱用気体１９０が、耐火性本体１８０の第１端部１９５で複数の通路１８５のうちの少なくとも１つの通路に送出され、さらに耐火性本体１８０の第２端部２００でこの通路から出て行く。第２端部２００は、ガラスリボン５０に近接して位置付けられる。耐火性スリーブ２０５が耐火性本体１８０を包囲しかつ耐火性本体１８０と実質的に同心になるように、耐火性スリーブ２０５内に耐火性本体１８０を位置付けてもよい。耐火性スリーブ２０５は、例えばＡｌ₂Ｏ₃を含み得る。

ワイヤコイルなどの高温の加熱要素２１０が耐火性本体１８０の周りに配置されている。例えば加熱要素２１０がコイルである場合、加熱要素２１０を耐火性本体１８０の周りに巻いてもよい。加熱要素２１０は耐火性本体１８０と耐火性スリーブ２０５との間に位置付けることが好ましい。加熱要素２１０は、例えば、白金含有ワイヤまたは他の適切な高温金属から形成することができる。例えば、ワイヤは白金ロジウムなどの白金合金でもよい。加熱要素２１０には、加熱要素２１０を加熱し、さらにそれにより耐火性本体１８０と、少なくとも１つの通路１８５内を移動する加熱用気体１９０とを加熱する、電流が供給される。例えば、耐火性本体１８０を通って流れる加熱用気体を十分に加熱するためには、１つの加熱ノズルで約４００Ｗ以上の電力を必要とし得る。少なくとも１つの通路１８５内を流れる加熱用気体１９０を、１４５０℃以上の温度まで加熱することが好ましい。例えば加熱用気体を、約１４５０℃から約１６５０℃の範囲内、約１５００℃から約１６５０℃の範囲内、約１５５０℃から約１６５０℃の範囲内、または約１６００℃から約１６５０℃の範囲内の温度まで加熱してもよい。加熱用気体の流量を確実に十分にするために、少なくとも１つの通路１８５は適切な内径のものとするべきである。例えば、少なくとも１つの通路１８５の内側の直径は、１ｍｍ以上でもよい。耐火性本体１８０の他の通路は、加熱用気体の温度を測定するための器具または他の機器を含有し得る。例えば図６の実施形態に示されているように、耐火性本体１８０内に含有されている他の通路１８５は、熱電対要素２２０を含有し得る。耐火性スリーブ２０５は、耐火性スリーブ２０５の周りに配置された、適切な断熱シールド２２５内に位置付けてもよい。

図２〜３を用いると最もよく分かるが、加熱ノズル１７０は、底部１００の位置またはその付近の、ガラスリボン５０のエッジ２２６の内側（例えば、ガラスリボンのエッジ２２６と中心線２３０との間）に位置付けることが好ましい。例えば加熱ノズル１７０を、鉛直方向では底部１００と冷却ドア１５０との間に位置付けてもよく、そして横方向では、品質部分１２５からエッジ部分１１５を除去する位置に、ノズルから放出された加熱気体が導かれるように位置付けてもよい。加熱ノズル１７０は、エッジ誘導部材１０６の内側エッジとガラスリボン５０の中心線２３０との間の位置に加熱用気体１９０が導かれるように位置付けられることが好ましい。加熱ノズル１７０から放出された加熱気体は、ガラスリボンに当たってそのガラスの粘度を局所的に減少させ、それによりガラスリボンを局所的に薄化させる。連続的に動いているガラスリボンが成形本体４５から下降し続けると、ガラスリボンの長さに沿って長手方向に走る狭い薄化領域２３５が、局所的な薄化によって形成される（図７参照）。

図８は、鉛直下向きの延伸力Ｆを受けている理想的な無限幅リボンでの、ガラスの要素体積を表したものである。平衡条件下で、各力がＦ／２に等しい、２組の対を成す力が現れる。これらの力の一方の組は、リボンに垂直であってリボンを薄化し、また別の組はガラス平面内に含まれ、ガラスの水平に隣接する要素体積と平衡状態にある。リボンのエッジではすぐ隣接するガラスの体積が存在しないために平衡状態になることができず、そのためこの最後の力がリボン幅の損失に関与する。この力の分布では、ガラスの薄化は鉛直のみである（延伸による厚さの変動は鉛直にのみ生じる）。

延伸力Ｆの大きさの変動は、粘度、流量密度、および弱化の長さ（これは冷却速度および延伸速度に反比例する）の相関的要素であり、以下の式で近似することができる。

Ｆ≒α（η・Ｑ）／Ｌ
ここで、ηは粘度、Ｑは流量密度、そしてＬは弱化の長さである。負の粘度勾配が、例えば加熱ノズル１７０を用いて、局所的であるがエッジから離れた位置でもたらされた場合、延伸力Ｆの減少が起こり、その結果、リボン平面内に含まれる水平の力成分が減少する。内部の平衡を保つために、隣接するガラスの体積要素方向への水平のガラスの流れが現れ、局所的なリボンの薄化が誘発される。しかしながら薄化領域２３５は、図９に示されているように、隣接するガラスの体積要素を局所的に厚くしてしまう（２３６）という犠牲のもとで形成される。図７に示されている厚さの応答は、例えば加熱ノズルをリボンの中心に向けた場合に起こることになるものを示している。

一方、負の粘度勾配がリボンのエッジ２２６付近で生じた場合、この水平の流れは（少なくとも部分的に）若干リボン幅を増加させることで相殺されるため、局所的な肉厚化は誘発されず、あるいは少なくとも局所的な肉厚化２３６は減少する。これは図１０に示されている。ビードが現れるリボンのエッジ部分は、リボン幅を減少させることで水平力に関して通常平衡になっているため、こういったことが生じる。水平力成分が減少した場合、ガラスリボンの幅は増加する。

ビードの近くで、例えばガラスリボンのエッジ２２６から約１００ｍｍの範囲内で、加熱ノズル１７０を用いた局所的な厚さ制御が実現されると、次いでガラスリボンからエッジ部分を分離してもよい。熱勾配で誘発される熱機械的応力を利用して、ガラスリボンの弾性領域（通常牽引ローラの下）の範囲内で始まった亀裂を粘弾性領域の最上部まで伝播させ、こうしてエッジ部分１１５を、そしてビードを、リボンの残りの部分から効果的に分離することができる。亀裂の伝播は、亀裂の伝播エネルギーのほとんどが粘性せん断で吸収されるため、ガラスリボンの薄化区域の粘弾性領域内において終端する。ガラスリボンの薄化区域の粘弾性領域の位置は、局所温度および冷却速度の相関的要素であり、局所的な厚さと局所的なガラス温度とを順に制御する加熱ノズル１７０で、要求に応じて調整できることを理解されたい。延伸部の長さを下りる（例えば、ガラスリボンの長い方向に沿った）局所的な冷却速度は、成形本体の下の加熱器を用いてさらに調整することができる。成形本体の下で、さらなる特定の加熱および／または冷却を用いて、冷却速度を正確に調整することも可能である。

亀裂が薄化領域２３５の軌道外を進んだ場合、ガラスリボンにとって非常に有害となる。薄化区域と薄化区域に隣接する区域とにおける応力勾配を制御することによって、伝播の制御は可能になり得る。上記のように、この応力は、ガラスリボンのガラス熱膨張係数によって誘発され得、主に温度勾配とリボンの厚さの相関的要素である。

薄化区域２３５の両側には厚い部分が存在しているため、この薄化区域は張力を受け、一方隣接するより厚い区域は圧縮状態となる。このため、伝播のエネルギーが最も低い薄化区域２３５の中心で、亀裂の伝播は優先的に促進される。

ガラスリボン５０からの（すなわち、品質部分１２５からの）エッジ部分１１５の分離が一旦始まると、加熱ノズル１７０を用いて、底部１００付近での局所的な粘度の粘度分布および大きさに関する変更を調節することによって、また延伸部を長手方向に下りる冷却速度を薄化領域において底部からの距離に応じて調節することによって、この分離を持続および制御することができる。すなわち、加熱ノズル１７０から出る空気の温度を制御することによって、ガラスリボンの局所的な粘度を制御することができる。

また、ガラスリボンが牽引ローラおよび下方へと下降するとき、分離されたエッジ部分１１５が隣接するガラスリボンに確実に接触しないようにすることが望ましい。このような接触は、品質領域１２５を損傷する可能性がある。これは、例えば、ガラスリボンの平面から数ｃｍずれた位置にある牽引ローラのすぐ上で追加のローラを使用して、分離されたビードが確実にリボン平面外を移動するようにさせることによって実現することができる。

亀裂の開始は自然発生的に生じ得るが、亀裂は、例えば局所的な加熱および／または冷却によって、延伸部の既定の位置に誘発されることが好ましい。例えば、薄化区域２３５をＣＯ₂レーザなどのレーザ２４０で加熱してもよく、続いて冷却流体２４５（例えば、空気噴射または空気／水ミスト）による冷却で、非常に高い応力勾配を促進させることができる（図２参照）。あるいは、ガラスカッターで、またはローラ対を用いて局所的なねじれを加えることによって、ガラス表面を機械的に損傷して亀裂を開始させてもよい。

本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の種々の改変および変形が作製可能であることは当業者には明らかであろう。すなわち、本発明の改変および変形が添付の請求項およびその同等物の範囲内であるならば、本発明はこのような改変および変形を含むと意図されている。

４５ 成形本体
５０ ガラスリボン
１００ 底部
１０６ エッジ誘導部材
１１５ エッジ部分
１２０ ビード
１２５ 品質部分
１５０ 冷却ドア
１７０ 加熱ノズル
１８０ 耐火性本体
１８５ 通路
１９０ 加熱用気体
１９５ 第１端部
２００ 第２端部
２０５ 耐火性スリーブ
２１０ 加熱要素
２２５ 断熱シールド
２２６ エッジ
２３０ 中心線
２３５ 薄化領域

Claims (10)

1. ガラスリボンを成形するための装置において、
   成形本体であって、該成形本体の下部で交わる合流成形面を備えている成形本体と、
   その第１端部および第２端部の間に長手方向に延在する複数の通路を備えた耐火管であって、前記複数の通路のうち少なくとも１つの通路が、該少なくとも１つの通路を通って導かれる気体の流れに流体連通し、前記第１端部が前記成形本体の前記下部に近接している、耐火管、および
   前記気体の流れを加熱するように構成された前記耐火管の周りに配置された加熱要素、
   を含む、加熱ノズルと、
   を備えていることを特徴とする装置。
2. 前記耐火管が耐火性スリーブの内部に位置付けられ、かつ前記加熱要素が前記耐火管と前記耐火性スリーブとの間に位置付けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記成形本体の前記下部の下に位置付けられた冷却ドアをさらに含み、かつ前記加熱ノズルが、前記成形本体の前記下部と前記冷却ドアとの間に位置付けられていることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記加熱ノズルが、加熱された前記気体の流れを前記ガラスリボンのエッジから約１００ｍｍ以下の前記ガラスリボンの部分に導くように、位置付けられていることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の装置。
5. 連続的に動いているガラスリボンを局所的に薄化する方法であって、
   底部で交わる合流成形面を備えている成形本体から、前記底部から延伸される連続的に動いているガラスリボンを形成する溶融ガラスを流すステップ、
   加熱された気体の流れを加熱ノズルから前記ガラスリボンに導くステップであって、前記加熱された気体が、前記底部の近くで前記ガラスリボンに当たり、その当たった加熱された気体が、前記ガラスリボンの長さに沿って延在する局所的な薄化部分を前記ガラスリボンに生じさせることを含むステップ、
   前記薄化部分に沿って亀裂を伝播させることによって、前記ガラスリボンからエッジ部分を分離させるステップ、
   を含むことを特徴とする方法。
6. 前記加熱された気体の温度が、約１４５０℃から約１６５０℃までの範囲内であることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記加熱された気体が、エッジ誘導部材と前記ガラスリボンの中心線との間で当たることを特徴とする請求項５または６記載の方法。
8. 前記加熱された気体が、前記中心線よりも前記エッジ誘導部材の方により近い位置で当たることを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 前記加熱された気体が、前記ガラスリボンのエッジから約１００ｍｍ以内で前記ガラスリボンに当たることを特徴とする請求項５から８いずれか１項記載の方法。
10. 前記薄化部分が、引張応力を有し、圧縮応力を有する厚くなった部分と境を接していることを特徴とする請求項５から９いずれか１項記載の方法。

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