JP2016536238A - ガラス積層板の外層を形成するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

ガラス積層板の外層を形成するための装置（１０）は、貯留槽（１２）、その貯留槽の下に延在しかつ流体連通した個々の第１（１４ａ）と第２（１４ｂ）の分配器、およびその第１と第２の分配器の底部にそれぞれ位置する第１（３０ａ）と第２（３０ｂ）のスロットを備えている。それらのスロットは長さを有し、それらの分配器は側部と中央部を有し、分配器の側部にあるスロットの長さは、分配器の中央部にあるスロットの長さに対して減少していることが望ましい。この装置は、トラフまたはアイソパイプの各面の溢れたコアガラスと接触するクラッドガラス流を提供するためのトラフまたはアイソパイプ（１００）に有用である。

Description

関連出願の説明

本出願は、その内容が依拠され、ここに全てが引用される、２０１３年９月３０日に出願された米国仮特許出願第６１／８８４９８５号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。

本開示は、１つ以上の外側ガラス層（「クラッド」ガラス層）により囲まれたコアガラス層を有する積層ガラス板を形成するための装置および方法に関し、特に、幅広いガラス組成物および性質に適合できる装置および方法に関する。

積層ガラス板は、一般に、第１と第２のクラッドガラス層に囲まれたコアガラス層を備えている。コアガラスとクラッドガラスの組成は、結果として得られる積層板において所望の利点を提供するために異なる性質を有するように選択されることがある。積層板において得られる顕著な有益な性質の１つは、増加した強度および損傷抵抗である：積層板を形成するための工程条件と併せてクラッドガラスとコアガラスを適切に選択することによって（クラッドガラスよりもＣＴＥが高いコアガラスを選択することなど）、最終的な積層板におけるクラッド層が圧縮状態となり、損傷および破壊に著しく抵抗するガラス積層板が得られる。これらと他の望ましい性質が、ガラス積層板から得ることができる。

アイソパイプは、２枚の薄いガラス板を製造するための便利な装置であり、ガラス積層板のクラッドを形成するためにアイソパイプが都合よく使用されることがある。しかしながら、アイソパイプは、一般に、かなり狭い範囲の流量および粘度に最も良く適している。様々な異なる用途に最適化された板を製造するために異なるクラッドガラス組成物に対応して、流量および／または粘度を変えるのは、一般に、結果として得られる板の幅に亘り平らな流動プロファイルを維持するために、アイソパイプを傾ける必要がある場合である。そのような傾斜のための機構を提供することは、製造設備において利用可能な設備空間の制約内では難しいであろう。さらに、傾斜は、比較的限られた範囲の異なる粘度および流量にとってしか可能ではないであろう。

したがって、小さい設備設置面積内で幅広いガラスの粘度および流量に対応することができる新たなクラッド形成装置および方法が有用であろう。

本開示は、ガラス積層板の外層を形成するための装置であって、貯留槽、その貯留槽の下に延在しかつ流体連通した個々の第１と第２の分配器、およびその第１と第２の分配器の底部にそれぞれ位置する第１と第２のスロットを備えた装置を提供する。それらのスロットは長さと幅を有し、それらのスロットの長さは、その幅の中央で最大である。

結果として得られた装置は、幅広い粘度および流量に亘り重力供給によって、ガラス積層板の外層のための２枚のガラス板を製造して、幅広いガラス組成を利用可能にする能力を提供する。

追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明白になるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。

先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、単なる例示であり、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を図解し、説明と共に、様々な実施の形態の原理および作動を説明する働きをする。

本開示による装置の実施の形態の断面図 ガラス積層板を製造するために、本開示による装置の実施の形態の使用を図解する断面図 本開示による装置の図１の実施の形態に類似の実施の形態の三次元切り欠き図 一方の分配器の形状の三次元図（形状の半分が切り取られて示されている） 図１または図２のものに似た装置のスロット出口の上の高さの関数としての圧力のグラフ ガラスに作用する重力が図４に示された圧力から引かれた、図４のデータのグラフ 代表的な分配器形状に関する８０００ポアズの典型的なガラス粘度での流量の関数としての分配器の出口の上の自由表面レベルのグラフ ２，４００ｋｇ／ｍ³の典型的なガラス密度に関するガラス粘度の関数として表された、分配器が丁度完全に満たされた（貯留槽の底部での）流量のグラフ 開示された分配器に関する、本開示の装置の実施の形態を使用して達成できる流出速度プロファイルのグラフ ここに開示されたものと似ているが、スロットの長さが一定の分配器を有する装置に関する、計算した流出速度プロファイルの比較グラフ

ここで、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。その実施例が添付図面に示されている。可能なときはいつでも、同じまたは同様の部品を称するために、図面に亘り同じ参照番号が使用される。

図１の断面図および図２の対応する三次元切り欠き図に示されるように、本開示は、ガラス積層板の外層を形成するための装置１０および対応する方法を提供するものであり、図１および２に示されるように、その装置１０は貯留槽１２を備え、その下には２つの分配器１４ａ、１４ｂがある。ガラス１６が、特定の流量ｑで貯留槽１２にその上部から供給される。ガラス１６の流れは、２つの分配器１４ａ、１４ｂの入口２０ａ、２０ｂを通って流れることによって、２つに分割される。次いで、各分配器１４ａ、１４ｂ内の流れがそれぞれの再形成区域２２ａ、２２ｂを通過し、その流れは、それぞれのスロット３０ａ、３０ｂを通って装置１０の底部から流れ出す前に、その中で薄くなり、広がる。一方の分配器１４ａの形状の三次元図（形状の半分が切り取られて示されている）が、図３に示されている。

ガラス１６は、作動条件下で、分配器１４ａ、１４ｂを完全に満たし、ガラス１６の自由表面１８が貯留槽１２内のある位置に浮いている。ガラス１６は、貯留槽１２に入った際に、自由表面１８上に注がれて、貯留槽１２を連続的に補充し、自由表面１８が、ガラス１６の組成および積層板形成過程の要求に適した所定のレベルに常に維持されることが望ましい。貯留槽１２内の自由表面１８のレベル（点線の垂直基準線に対して垂直な点線として示されている）は、ガラス１６の粘度、流量、および密度に応じて、貯留槽内のどの位置に必要に応じて維持されてもよい。これにより、幅広く異なる性質および特徴のガラスを使用することが可能になる。それぞれの分配器１４ａ、１４ｂの底部にあるそれぞれのスロット３０ａ、３０ｂのそれぞれの出口３２ａ、３２ｂから流れ出るガラス流の速度が、初めから終わりまで均一であることが望ましい。これらのスロットは、長さＬ（垂直または「流れ」方向）（図１参照）および幅Ｗ（分配器が、半分が切り取られて示されているので、図２において、「１／２Ｗ」として示されている）を有する。

図１Ａに示されるように、本開示の過程または方法の実施の形態によれば、スロット３２ａ、３２ｂを出るガラス１６が、別の異なるガラス１７がトラフまたはアイソパイプ１００から溢れているときに、ガラス１７と接触することが望ましい。スロット３２ａ、３２ｂの間隔は、トラフまたはアイソパイプ上の所望の接触点と一致するように適宜選択され、よって、スロット３２ａ、３２ｂから現れるガラスは、トラフまたはアイソパイプ１００から溢れるまたはそれに沿って下方に流れるガラスの上に位置している。溶融したクラッドガラス１６は、装置の貯留槽内の選択された自由表面レベルを維持し、第１と第２のクラッドガラス流５２ａ、５２ｂが装置１０の第１と第２のスロット３２ａ、３２ｂから現れるように、装置１０に供給される。溶融したコアガラス１７は、コアガラス１７がトラフまたはアイソパイプ１００から溢れるように十分にトラフまたはアイソパイプ１００に供給され、そのトラフまたはアイソパイプ１００は、装置１０の第１と第２のスロット３２ａ、３２ｂの下に位置している。

トラフまたはアイソパイプ１００の第１面を溢れるコアガラス１７は第１のクラッドガラス流５２ａと接触し、一方で、トラフまたはアイソパイプ１００の第２面を溢れるコアガラスは第２のクラッドガラス流５２ｂと接触する。

次いで、トラフまたはアイソパイプ１００の第１面を溢れるコアガラス１７（今では、第１のクラッドガラス流５２ａからのクラッドガラスの層と共に流れている）は、トラフまたはアイソパイプ１００の第２面を溢れるコアガラス（第２のクラッドガラス流５２ｂからのクラッドガラスの層と共に流れている）と融合して、コアガラス１７からなるコアおよびクラッドガラス１６からなるクラッドを有するガラス積層板２００を形成する。

貯留槽内の自由表面レベル
質量および運動量のバランス式により、圧力降下と形状との間の関係が与えられる。下付文字「１」が分配器１４ａ、１４ｂへの入口１３ａ、１３ｂでの条件を表し、下付文字「２」がスロットの出口３２ａ、３２ｂでの条件を表す、最も単純な形態において、所定の流線に沿って下記のように表現することができる：

ここで、分配器の出口での圧力Ｐ₂は、大気圧Ｐａと等しいと考える。この式を再構成すると、下記のようになる：

非圧縮性流体に関する質量保存から、下記のように表現することができる：

式（２）および（３）を組み合わせると、下記のように表現することができる：

ここで、流れ／重力方向において圧力が減少する条件について、特定の設計要件をもたらすＰ₁＞Ｐａを保証する必要がある：第１に、上記式（４）の右側の第二項と第三項の合計は、ｇＨよりも大きくなければならない。第２に、分配器の出口での面積（Ａ２）が入口での面積（Ａ１）よりも小さい場合にのみ、第二項は正に寄与する。この第２の条件は、断面積について、それゆえ、スロット３０ａ、３０ｂの厚さに対する制約を導入し、これは、第二項が、第三項（Ｆ_lossにより表される、１から２への流れ中の損失）と組み合わされたときに、Ｐ₁＞Ｐａが満たされるように十分に大きい必要があるように、十分に小さくなければならない。

この実施の形態において、実質的に円形断面を有する、分配器の入口区域２０について、円管における層流のファニング摩擦係数は、多くの場合、以下のように考えられる：

しかしながら、円形または楕円形もしくは他の形状であろうとなかろうと、入口区域の抵抗は、抵抗の２つの主要原因：Ｒ２と指定される、分配器の入口からランド区域すなわちスロット３０ａ、３０ｂまでの形状変化；およびＲ１と指定される、スロット３０ａ、３０ｂにより与えられる抵抗：と比べて取るに足らない。

４０００ポアズの一般的なガラス粘度および３．６ｋｇ／ｈの流量について、重力の影響を考えずに、図１および２のものと類似の所定の分配器の形状による流れ抵抗を特定するために、計算流体力学（ＣＦＤ）を使用した。スロット出口の上の高さ（メートル）の関数としての圧力（パスカル）が、図４にグラフで示されている。この図から分かるように、抵抗Ｒ１は抵抗Ｒ２よりも著しく大きく、全抵抗または全圧力降下の大半を実質的に占めている。

Ｒ１（またはＲ１による圧力降下）の値は、以下のように、幅＞＞厚さ（スロット３０ａ、３０ｂの場合におけるような）である矩形通路についての、ポアズイユ流れの方程式から解析的に得ることができる：

式中、ΔＰは圧力降下であり、μは粘度であり、Ｌはランドの長さであり、Ｑは流量であり、Ｗは分配器の幅であり、ｈは厚さである。

ガラスに作用する重力を、モデルから得た圧力から引くと、図５にメートルで表された高さ位置の関数としての、再びパスカルで表された予測される実際の圧力（Ｐ−密度・ｇ・高さ）が得られる。一般的な分配器形状についての４０００ポアズの一般的なガラス粘度および３．６ｋｇ／ｈの流量について、自由表面は、要望どおりに、分配器の出口の０．１ｍ上に得られる。何故ならば、この実施の形態において、分配器の上から下への長さは０．１ｍであるからである。

メートルで表された分配器の出口の上の自由表面レベルは、図６に示されるように、典型的な分配器形状に関する８０００ポアズの典型的なガラス粘度での様々な流量（ここでは、ポンド／時で与えられている）について計算される。流量が０．９ｋｇ／ｈ（または２ポンド／時）である場合、自由表面レベルは、分配器の出口の０．０３ｍ上であり、流量が増加するにつれて、重力で推進される流動様式について、自由表面レベルが増加する。あるいは、分配器が丁度完全に満たされた（貯留槽の底）流量は、図７において、２，４００ｋｇ／ｍ³の典型的なガラス密度に関するガラス粘度の関数として表されるであろう（ここで、ポンド／時で与えられている）。

自由表面レベルに影響を与える上述したパラメータを考えることによって、重力供給下での所望の範囲の流量、ガラス粘度および密度でガラスを送達できるよう、スロット（ランド）長さ、スロット厚を変えることにより、またさらには、分配器の入口からスロットまでの形状変化の特性を調節することによって、分配器の形状を設計することができる。ここで、ガラス１６の自由表面１８は、貯留槽１２内に位置している。分配器が、８０００ポアズのガラスを０．３ｋｇ／ｈから０．６ｋｇ／ｈ（ほぼ空の貯留槽から満タンの貯留槽）、６０００ポアズのガラスを０．４ｋｇ／ｈから０．８ｋｇ／ｈ送達することが望ましい。言い換えると、本開示による装置の実施の形態を使用することにより、ガラスの自由表面が貯留槽内に位置する状態で、重力供給下で０．３・Ｓｋｇ／ｈから０．６・Ｓｋｇ／ｈの範囲の速度で８０００ポアズのガラスを送達することができ、ガラスの自由表面が貯留槽内に位置する状態で、重力供給下で０．４・Ｓｋｇ／ｈから０．８・Ｓｋｇ／ｈの範囲の速度で６０００ポアズのガラスを送達することができる装置が提供される。ここで、Ｓは、装置のサイズおよび製造すべきガラス板により決まる任意のスケーリング定数である。

スロットの出口での均一なガラス流
スロットの出口でのガラス流が均一であることが望ましい。一般に、所定の流量での所定の流体について、流れ抵抗は、流路の長さと断面積に依存する。より長い流路は、短いものよりも、より高い流れ抵抗をもたらす。一方で、所定の流量での所定の流体について、断面積がより大きい流路は、より低い剪断歪み速度を生じ、より低い流れ抵抗をもたらす。それゆえ、長さ（ここでは、垂直長さである）は、スロットの幅の中央で、または言い換えると、分配器の中心で最大である場合、スロットの中央までの流路と、スロットの側部までの流路との間の流れ抵抗の差を概してなくすことができ、よって、ガラスは、中心から側部に向かってより均一に分配される。したがって、本開示による分配器が、長さと幅を有するスロットを備え、そのスロットの長さが幅の中心で最大であることが望ましい。１つの代替例によれば、このことは、図３に示されるように、スロットの上部に対して角度「Ａ」を導入することによって達成されるであろう。これにより、分配器全体に亘り流れ抵抗が釣り合い、スロットから出て送達されるガラスがより均一になる。また、スロットの長さにおける全体的な増加も、出口での流れプロファイルの均一性をよりよくするのに役立つであろう。分配器のこの実施の形態を使用して達成できる流出速度プロファイルが、図８にプロットされている。スロットの長さが一定の分配器に関する比較の流出速度プロファイルが、ＣＦＤモデル化によって予測された例として図９にプロットされており、生じた流れの比較的高い不均一性を示している。

請求項の性質または範囲から逸脱せずに、他の様々な改変および変更が可能であることが、当業者に明白であろう。

１０ 装置
１２ 貯留槽
１４ａ、１４ｂ 分配器
１６、１７ ガラス
１８ 自由表面
３０ａ、３０ｂ スロット
１００ トラフまたはアイソパイプ

Claims (8)

1. ガラス積層板の外層を形成するための装置であって、
   貯留槽、
   前記貯留槽の下に延在しかつ流体連通した個々の第１と第２の分配器、および
   前記第１と第２の分配器の底部にそれぞれ位置する第１と第２のスロット、
   を備えた装置。
2. 前記分配器の各々が、前記貯留槽でのそれぞれの入口および該貯留槽からそれぞれの前記スロットまで下方に延在するそれぞれの再構成区域を備える、請求項１記載の装置。
3. 前記第２の分配器が前記第１の分配器の鏡像である、請求項１または２記載の装置。
4. 前記スロットが長さおよび幅を有し、該スロットの長さが前記幅の中央で最大である、請求項１から３いずれか１項記載の装置。
5. 前記スロットが底および上部を有し、該スロットの上部が、前記分配器の側部でのスロットの長さが、該分配器の中心のスロットの長さに対して減少しているように該スロットの底に対してある角度で傾斜している、請求項４記載の装置。
6. 前記分配器が、ガラスの自由表面が前記貯留槽内に位置する状態で、重力供給下で０．３ｋｇ／ｈから０．６ｋｇ／ｈの範囲の速度で８０００ポアズのガラスを送達する、請求項１から５いずれか１項記載の装置。
7. 前記分配器が、ガラスの自由表面が前記貯留槽内に位置する状態で、重力供給下で０．４ｇ／ｈから０．８ｋｇ／ｈの範囲の速度で６０００ポアズのガラスを送達する、請求項１から５いずれか１項記載の装置。
8. 請求項１から７いずれか１項記載の装置を使用した、ガラス積層板の外層の形成。