JP2016523791A - アイソパイプの温度プロファイル制御のための装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、フュージョン・ドロー装置若しくは積層フュージョン・ドロー装置によりガラス板を製造するための装置及び装置の使用方法を提供するものである。
定義
「抵抗加熱」、「抵抗加熱器」、及びジュール加熱やオーム加熱等の類似の用語は、直近周囲への放熱をもたらす導体中の電流の流れを意味する。
第1のエンクロージャー、例えば、炭化ケイ素のドッグハウス(100)と、
例えば、少なくとも一部が第1のエンクロージャーに囲まれた、第1のエンクロージャー内に配置された第1のアイソパイプ(102)と、
を備え、
第1のエンクロージャーが、その外壁(103)と一体化された複数の第1の加熱要素組立体を有し、少なくとも1つの第1の加熱要素組立体が、エンクロージャー内において、第1のアイソパイプから溢れ出る一部の溶融ガラス流に近接して成ることを特徴とする装置が提供される。
第1のエンクロージャー、例えば、炭化ケイ素のドッグハウスと、
第1のエンクロージャーの少なくとも一部を囲む第2のエンクロージャー、例えば、マッフルと、
第1のエンクロージャー内に配置された第1のアイソパイプ及び第2アイソパイプと、
を備え、
第1のエンクロージャーが、その外壁と一体化された複数の加熱要素組立体を備え、加熱要素組立体が、抵抗線コイルを含むビアを備えた複数の線コイル支持体を有し、抵抗線コイルが電源から制御可能にエネルギーを受け取り、第1のエンクロージャー内に放熱するよう構成されて成ることを特徴とする装置が提供される。
複数の第1の加熱要素組立体によって、装置を熱平衡状態になるまで加熱するステップと、
ガラス源から装置に溶融ガラスを装填するステップと、
溶融ガラス流の温度プロファイル、装置を熱平衡状態に維持するための複数の第1の加熱要素組立体に対するパワー・レベル・プロファイル、及び装置において形成されるガラスリボンの厚さプロファイル、またはそれらの組合せのうちの少なくとも1つを監視するステップと、
を備えたことを特徴とする方法が提供される。
上部アイソパイプ、下部アイソパイプ、あるいは両方のアイソパイプの少なくとも一部を囲む加熱式ティルタブル・エンクロージャーと、
加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも一部を囲む固定マッフル・エンクロージャーと、
加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも1つの温度勾配を特定すると共に、調整若しくは維持する非接触温度検知システムと、
を備えたことを特徴とする装置が提供される。
n(例えば、n:1〜40)×3のセンサー・アレイと、
マルチプレクサ及びセンサー・アレイから少なくとも1つの信号を受信して処理するデジタル取得部と、
マルチプレクサ及びphotrixヘッド(コスト及び精度の観点から好ましい)等の、1つのデジタル取得部のヘッドから、少なくとも1つの信号を受信して処理するプログラマブル・コントローラであって、システムによって非等温(即ち、等温でない)状態と判定された場合、温度調整信号を生成し、その信号を加熱式ティルタブル・エンクロージャーの加熱器に送ることによって、クラッド・アイソパイプ近傍のガラスを等温温度プロファイルに近づけるコントローラと、
を備えることができる。
上部アイソパイプ及び下部アイソパイプを囲む加熱式ティルタブル・エンクロージャーと、加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも一部を囲む固定マッフル・エンクロージャーと、ガラス(即ち、加工対象物)を延伸及び積層する間、加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも1つの温度勾配を特定すると共に、調整若しくは維持する非接触温度検知システムとを含むフュージョン・ドロー装置において積層ガラス製品を製造するステップと、
少なくとも1つの温度勾配を特定するステップと、
少なくとも1つの温度勾配が等温でない場合、即ち非等温である場合、加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも1つの温度勾配を調整するするステップ、又は
少なくとも1つの温度勾配が等温である場合、加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも1つの温度勾配を等温に維持する、即ち、加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも1つの温度勾配が、少なくとも上部アイソパイプにおけるガラスの延伸において、等温状態に近づくよう制御するステップと、
を有することを特徴とする方法が提供される。
クラッド層の厚さが5〜300マイクロメートル、例えば、約25〜約60マイクロメートル、厚さの変動がプラスマイナス約2%あるいはプラスマイナス約1〜2マイクロメートルと、
コア層の厚さが50〜2,700マイクロメートル、例えば、約50〜約1200マイクロメートル、厚さの変動がプラスマイナス約2%あるいはプラスマイナス約1〜2マイクロメートルと、
が得られる。
上部アイソパイプ及び下部アイソパイプを囲むティルタブル・エンクロージャーと、ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも一部を囲む固定マッフル・エンクロージャーと、固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を特定して調整する近接検知システムとを含むフュージョン・ドロー装置において、積層ガラス製品を製造するステップと、
固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を測定して調整することにより、ティルタブル・エンクロージャー及び上部アイソパイプにおけるガラスの延伸における温度勾配を制御するステップと、
を有することを特徴とする方法が提供される。
近接検知システムの少なくとも1つの近接センサーによって、固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーのそれぞれの空間的位置を特定し、近接検知システムのプロセッサによって、エンクロージャーのそれぞれの空間的位置の違いを算出することによって、固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を提供するステップと、
固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を調整するステップと、
を有することができ、
調整するステップが、例えば、それぞれ所定の温度勾配に対応する、算出した距離を固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャー各々の空間的位置間の基準距離と比較し、ティルタブル・エンクロージャーの空間的位置を変更することによって、等温状態等の所定の若しくは目標とする温度勾配を得るステップを含むことができる。
ティルタブル・エンクロージャー内の上部アイソパイプ近傍の温度勾配若しくは複数の温度勾配を測定する少なくとも1つの非接触高温安定センサーと、
固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を測定する少なくとも1つの近接センサーと、
所定の温度勾配、即ち、目標とする温度勾配を得るために、測定した温度勾配に基づいて、固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を調整する機構と、
を含むことができる。
上部アイソパイプ及び任意として下部アイソパイプの少なくとも一部を囲むティルタブル・エンクロージャーと、
ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも一部を囲む固定マッフル・エンクロージャーと、
固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離を特定して調整することにより、ティルタブル・エンクロージャー内を目標とする温度勾配状態にする近接検知システムと、
を備えたことを特徴とする装置が提供される。
上部アイソパイプ及び下部アイソパイプを囲むティルタブル・エンクロージャーと、
ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも一部を囲む固定マッフル・エンクロージャーと、
ティルタブル・エンクロージャー内の少なくとも1つのガラス流を目標とする温度勾配状態にするための固定マッフル・エンクロージャーとティルタブル・エンクロージャーとの距離、及びティルタブル・エンクロージャー内の少なくとも1つのガラス流を目標とする温度勾配状態にするための加熱のうちの少なくとも1つ、若しくはこれ等の組合せを特定して調整する近接検知システムと、
を備えたことを特徴とする装置が提供される。
第1のエンクロージャー若しくはハウジングと、
第1のエンクロージャー内に配置された、第1の上部アイソパイプ及び第2の下部アイソパイプの少なくとも1つ、あるはこれ等の組合せと、
を備え、
第1のエンクロージャーが、
少なくとも1つの第1の加熱要素が、第1のエンクロージャー内において、第1のアイソパイプの堰から溢れ出る一部の溶融ガラス流に近接している、第1のエンクロージャーの外壁と一体化された複数の第1の加熱要素組立体、
少なくとも1つの第2の加熱要素が、第1のエンクロージャー内において、第1の上部パイプの根底部の近傍かつ第2の下部パイプの上端部近傍の一部の溶融ガラス流に近接している、第1のエンクロージャーの外壁と一体化された複数の第2の加熱要素組立体、
少なくとも1つが、第1のエンクロージャー内において、下部パイプの根底部の近傍の一部の溶融ガラス流に近接している、第1のエンクロージャーの外壁と一体化された複数の第3の加熱要素組立体、及び
複数の第1の加熱要素組立体、複数の第2の加熱要素組立体、複数の第3の加熱要素組立体、あるいはこれ等の組合せのうちの各々の加熱要素を個別に制御するコントローラ、
のうちの少なくとも1つを含む装置を意味することができる。
主としてガラス流の水平方向の温度プロファイルを変更する能力が得られること、
各々の加熱要素(例えば、線コイル)が個別に、即ち、他のすべての加熱要素とは独立して制御されること、
エンクロージャーの外壁に埋め込まれた場合、エンクロージャーの内壁に開口部を設けることなく、ガラス流の狭い範囲に熱的に影響を与える位置に加熱要素(例えば、線コイル)を配置して調整することができること、
個別に制御可能な複数の加熱要素によってガラス流の温度プロファイルを制御する方法は、温度をプロファイルする媒体若しくは手段として冷却方法を使用する場合と比較して、例えば、マッフル領域(即ち、第2のエンクロージャー)若しくはドックハウス・エンクロージャーに冷却装置を取り付ける場合より、抵抗加熱要素(例えば、本開示の線コイルを有する支持体)を取り付ける場合の方が簡単であるなど、より簡単、より熱効率的、かつより正確であること、及び
冷却方法を使用する場合と比較して、本開示の戦略的に配置された複数の抵抗加熱要素を使用して装置のエンクロージャー内の温度プロファイルを調整する場合の方が、ガラスの揮発性物質の凝縮の問題を最小限に抑制若しくは排除できることを含む幾つかの側面において有益である。
フュージョン・パイプの水平方向の長さ、即ち、端から端に沿って溢れ出るガラスの温度プロファイルを制御する能力、
従来の方法(Dockertyに付与された米国特許第3,338,696号明細書)を補完若しくは代替する、1つのフュージョン・パイプの品質領域にわたるガラスの質量流量を変更することにより、1つのガラス層の厚さを制御する能力、
パイプの中心に対するパイプの両端、好ましくは、圧縮端に対するパイプ入口におけるガラスの質量流量を変更することにより、パイプの撓みに対向する機能若しくはパイプの傾きを避ける能力、あるいは
フュージョン・アイソパイプのいずれか一方の堰を越えて流れるガラスの質量流量分布を独立して変更する能力を挙げることができる。
ガラス流の安定かつ均一な合流を確保できる所望の温度プロファイルを達成する機能、
装置及び方法によって、クラッド・パイプの底部及びコア・パイプの上端部において均一な温度を得ることができること、及び
例えば、一方若しくは両方のパイプを傾ける必要がある場合、装置及び方法によって、落下距離の変化を補償するために、任意としてパイプとパイプとの間の間隙に沿って不均一な温度が得られることを挙げることができる。
根底部におけるガラスの温度プロファイルを制御する能力、及び
1つ以上のアイソパイプにわたる端部と中心とのデルタ若しくは水平方向のデルタ(即ち、温度差)、又は積層延伸を独立して制御可能であることが挙げられる。
実施の形態において、本開示のフュージョン・ドロー装置の近接検知システムは、温度センサーと組み合わせた距離センサーを備えることができる。距離センサーは、例えば、物体がどれだけ離れているかを測定できる、電波の代わりに光バーストを用いた、レーダーに類似したパルスレンジ技術(PRT)センサーであってよい。PRTセンサーは、対象物で跳ね返り、センサーに戻ってくる光バーストを発光する(例えば、ライダー・リモート・センシング)。センサーのプロセッサによって、光の飛行時間(TOF)が測定され、対象物までの距離が算出される。センサーから対象物(S)までの距離は、式S=(c×TOF)/2に基づき、光速定数(c)にセンサーから出てセンサーに戻るパルスの飛行時間を掛け、それを2で除した値に等しい。近接センサー、距離測定デバイスを備えた位置決めシステムのような様々な検知及び制御製品が、例えば、Pepperl−Fuchs社(オハイオ州、ツインズバーグ)から市販されている。
加熱要素
本開示は、線コイル及び線コイルの支持体を含む、例えば、幅約1インチ(約2.54cm)及び8インチ(約20.32cm)、高さ約3インチ(約7.62cm)〜10インチ(約25.4cm)、及び同様の寸法の加熱要素を提供するものである。加熱要素若しくは加熱ユニットは、ドッグハウス・エンクロージャー内のフュージョン・パイプの水平方向の長さ及び位置に対応する、ドッグハウス・エンクロージャーの外壁の水平方向の長さに沿って、選択された間隔で配置することができる。フュージョン・パイプの熱的に重要な領域又はドッグハウス内における関連するガラス流に対応するドッグハウス・エンクロージャーの外壁の縦方向の寸法に沿って、選択された間隔で加熱要素を配置することができる。線コイルは、例えば、熱伝導能力の高い白金、同様の材料、あるいは合金から成ることができる。実施の形態において、例えば、アランダムが白金と同じ速度で膨張するという理由から、アランダムの支持物に白金線を蛇行して巻設することができる。実施の形態において、線コイル支持体の構成が線と、加熱効率及び加熱要素の寿命を最大にし、加熱要素の潜在的な故障のリスクを最小限に抑制する適切な電流密度が得られる線と線との間の間隔とを有することができる。
例示的なフュージョンユニットにおいて、一連の線コイル及びそれに関連したコイル支持体をフュージョン・パイプの各々の側面の溝槽や根底部といった2つの高さ位置に配置することができる。
ドッグハウス・エンクロージャーの炭化ケイ素壁のあり溝とコイル支持体端部の斜面との組合せによって、コイル支持体を所定の位置に保持することができる(図2)。コイル支持体のアランダムがSiCエンクロージャーの炭化ケイ素より早い速度で膨張するため、これ等の取付けに対し設計上特別な考慮が必要である(図3)。実施の形態において、ドッグハウス・エンクロージャー壁は冷えた状態でアランダムより幅が広いことが好ましく、それによって線コイルを所定の位置に保持する縁が得られ、かつ加熱時の加熱要素の膨張を受容する十分な余地が得られる。従って、SiCと同等の熱膨張を有することができるセラミックのコイル支持体を組み込む場合には、構成が更に簡略化される。
溝槽段階:本開示のコイル支持体を使用することによって、パイプの溝槽に沿って所望のガラス流分布及び所望のガラス粘性分布が生じる温度プロファイルを得ることができる。コイルの加熱によって、クラッド堰の水平方向の長さに沿ってガラス分布を調整することができる。堰に沿った溝槽若しくはその両方の温度を局部的に変えることによって、最終的なガラス板の厚さに対し局部的に影響を与えることができる。狭い領域を加熱すると、その時点でガラス流が減少し、その領域が薄くなる。狭い領域を相対的に冷却する(例えば、コイルの電力を下げる)と、その時点でガラス流が増加し、その領域が厚くなる。
光学品質範囲における歪みのない形状や各々のクラッド層の(左右)均一な厚さ等の、積層ガラス製品の所望の機械的特性を得るためには、比較的狭い粘度範囲内で合流領域及び両パイプへ溶融ガラスを搬送する必要がある。これは、合流領域における粘度の違いによって、CTE(熱膨張率)とは無関係に、局部的な不安定な流れ若しくは最終積層シートにおける厚さの不均一分布の原因となる速度の違いをもたらすためである。
102 コア・アイソパイプ
104 クラッド・アイソパイプ
110a、110b、110c コイル組立体
210 あり溝
220 炭化ケイ素壁
310 コイル
802 ガラス・クラッド層
804a、804b ガラス・コア層
900 積層フュージョン・ドロー装置
902 上部アイソパイプ
904 下部アイソパイプ
910 溝槽
920 根底部
1000 2アイソパイプ・システム
1010 温度センサー
1100 プロセッサ
1200 調整機構
Claims (6)
- 溶融ガラス流の温度プロファイルを制御するガラス・フュージョン装置であって、
第1のエンクロージャーと、
前記第1のエンクロージャー内に配置された第1のアイソパイプと、
を備え、
前記第1のエンクロージャーが、該第1のエンクロージャーの壁と一体化された複数の第1の加熱要素組立体を有し、少なくとも1つの第1の加熱要素組立体が、前記エンクロージャー内において、前記第1のアイソパイプから溢れ出る一部の溶融ガラス流に近接して成ることを特徴とする装置。 - 前記第1のエンクロージャーの壁と一体化された前記複数の第1の加熱要素組立体が、前記エンクロージャーの外表面の溝に嵌合し、電源に接続されて成ることを特徴とする請求項1記載の装置。
- 各々の前記第1の加熱要素組立体が、複数のビアと該複数のビアに交互配置された複数の抵抗線とを含む少なくとも1つの線コイル支持体を備えて成ることを特徴とする請求項1又は2記載の装置。
- 上部アイソパイプ、下部アイソパイプ、あるいは両方のアイソパイプの少なくとも一部を囲む加熱式ティルタブル・エンクロージャーと、
前記加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも一部を囲む固定マッフル・エンクロージャーと、
前記加熱式ティルタブル・エンクロージャーの少なくとも1つの温度勾配を特定すると共に、調整若しくは維持する非接触温度検知システムと、
を備えたことを特徴とする積層フュージョン・ドロー装置。 - 前記非接触温度検知システムが、
n(n:1〜40)×3のセンサー・アレイと、
マルチプレクサ及び前記センサー・アレイから少なくとも1つの信号を受信して処理するデジタル取得部と、
前記マルチプレクサ及びデジタル取得部から少なくとも1つの信号を受信して処理するプログラマブル・コントローラであって、前記システムによって、非等温状態と判定された場合、温度調整信号を生成し、該信号を前記加熱式ティルタブル・エンクロージャーの加熱器に送ることによって、前記上部アイソパイプ近傍のガラスを等温温度プロファイルに近づけるコントローラと、
を備えたことを特徴とする請求項4記載の装置。 - 溶融ガラス流の温度プロファイを制御する積層フュージョン・ドロー装置であって、
第1のエンクロージャーと、
前記第1のエンクロージャーの少なくとも一部を囲む第2のエンクロージャーと、
前記第1のエンクロージャー内に配置された第1のアイソパイプ及び第2のアイソパイプと、
を備え、
前記第1のエンクロージャーが、該第1のエンクロージャーの外壁と一体化された複数の加熱要素組立体を備え、該加熱要素組立体が、抵抗線コイルを含むビアを備えた複数の線コイル支持体を有し、該抵抗線コイルが電源から制御可能にエネルギーを受け取り、前記第1のエンクロージャー内に放熱するよう構成されて成ることを特徴とする装置。
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