JP2017534557A - ガラスの切断を誘導してクラックアウトを防止する熱障壁 - Google Patents

Abstract

ガラス製品を形成する方法であって、延伸ハウジングからガラスリボンを下流方向に延伸するステップ、 ガラスリボンのビーズのみの部分を加熱するステップであって、ビーズ内に圧縮応力領域が形成される、ステップ、ガラスリボンに切り込みを入れるステップであって、ガラスリボンが切断される切り込み線が形成される、ステップを備えた方法。切り込み線の上流の位置において、ビーズが加熱される。ガラス製品を製造するための装置であって、ビーズを有するガラスリボンを形成するための延伸ハウジング、ガラスリボンのビーズのみの部分に、圧縮応力領域を形成するための熱源を有する加熱装置、及びガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線を形成するための切り込み装置を備えた装置。熱源がガラスリボンと同時に下流に移動する。

Description

関連技術の相互参照

本出願は、２０１４年１０月１０日出願の米国特許出願第１４/５１１，６３３号の米国特許法第１２０条に基づく優先権を主張するものであって、その内容に依拠し、参照により全内容が本明細書に組み込まれたものとする。

本明細書は、概して、ガラスリボンを形成するための方法及び装置に関し、より具体的には、ガラスの切断を誘導して、切断中におけるガラスリボンのクラックアウトを防止するための方法及び装置に関するものである。

ガラスリボンは、フュージョンドロー法、スロットドロー法、又はその他同様のダウンドロー法等の方法によって形成することができる。フュージョンドロー法は、他の方法によって製造されたガラスリボンと比較すると、優れた平坦性及び滑らかな表面を有するガラスリボンが製造される。フュージョンドロー法によって形成された、ガラスリボンから切断された個々のガラスシートは、フラットパネルディスプレイ、タッチセンサー、光起電装置、及びその他の電子用途を含む、様々な装置に用いることができる。

フュージョンドロー法によって形成されたガラスリボンは、ガラスリボンの縁部にビーズを有している。ビーズはガラスリボンの中心部より厚くなる傾向があり、ガラスリボンの他の部分よりもゆっくり、かつ不均一に冷却されるため、クラックにつながる可能性がある残留応力がガラスに発生する。特に、延伸底部において、ガラスリボンからガラスシートを水平に分離すると、ビーズ領域内にクラックが発生して、フュージョンドロー装置に向けて上方に、延伸を縦方向に伝搬する可能性がある。このクラックは破損及びクラックアウトにつながる可能性があり、処理時間及び、場合によっては、製品の損失を引き起こす。クラックアウトは、二重ビーズ特性及び複雑な残留応力によって、リボンからガラスシートを水平に分離するとき、クラックを発生させる応力を悪化させる可能性がある、積層融合処理において特によく見られる。

従って、本明細書は、リボンからガラスシートを水平に分離する間、クラックアウトを防止する、別の方法及び装置を開示する。

実施の形態において、ガラス製品を形成する方法が開示される。本方法において、ガラスリボンは、延伸ハウジングから下流方向に延伸されることによって形成され、ガラスリボンはビーズを含んでいる。ガラスリボンのビーズのみの１つ以上の領域が加熱され、ビーズ内に１つ以上の圧縮応力領域が形成される。次に、ガラスリボンに切り込みが入れられ、ガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線が形成される。切り込み線の上流の位置においてビーズが加熱される。

別の実施の形態において、ガラス製品を製造する装置が開示される。本装置は、ガラスリボンを下流方向に延伸することによって、ビーズを有するガラスリボンを形成するための延伸ハウジングを備えている。本装置は、ガラスリボンのビーズのみの１つ以上の部分に１つ以上の圧縮応力領域を形成するための熱源を有する加熱装置、及びガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線を形成するための切り込み装置も備えている。実施の形態において、熱源はガラスリボンと同時に下流に移動する。

更なる特徴及び効果は、これに続く詳細な説明に述べてあり、当業者はその記述から、一部は容易に明らかであり、これに続く詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付図面を含め、本明細書に記載の方法を実施することによって認識できるであろう。

前述の概要説明及び以下の詳細な説明は、いずれも様々な実施の形態を説明するもので、特許請求した主題の本質及び特徴を理解するための概要、又は枠組みの提供を意図したものであることを理解されたい。添付図面は、様々な実施の形態について、更なる理解が得られることを意図して添付したもので、本明細書に組み込まれ、その一部を構成するものである。図面は本明細書に記載の様々な実施の形態を示すもので、その説明と併せ、特許請求した主題の原理及び作用の説明に役立つものである。

本明細書に記載の実施の形態による、ガラスリボンの概略図。 本明細書に記載の実施の形態による、ダウンドローガラス成形装置の概略図。 従来方法で切り込みを入れて、切り込み線が生成されたガラスリボンの概略図。 本明細書に記載の実施の形態による、圧縮応力領域を有するガラスリボンの概略図。 本明細書に記載の実施の形態による、圧縮応力領域を有するガラスリボンの概略図。 本明細書に記載の実施の形態による、圧縮応力領域を有するガラスリボンの概略図。 本明細書に記載の実施の形態による、ガラスリボンの冷却プロファイルのグラフを示す図。 本明細書に記載の実施の形態による、熱流束プロファイルのグラフを示す図。

ここで、添付図面に例を示す、ガラス製品を形成するための方法及び装置の様々な実施の形態について詳細に説明する。図面全体を通し、可能な限り、同一又は同様の部品には同じ参照番号を使用している。図２は延伸方向にガラスリボンを延伸することによって、ガラスリボンを形成する装置の１つの実施の形態の概略図である。本装置は、概して、延伸ハウジング、切り込み装置、及び加熱装置を備えている。延伸ハウジングは、底部開口部を有し、そこを通してガラスリボンが延伸される。加熱装置は、延伸ハウジングの底部開口部の下流に配置することができる。実施の形態において、加熱装置は切り込み装置に取り付けることができる。加熱装置は、ガラスリボンのビーズのみの一部を加熱することによって、ガラスリボンのビーズに圧縮応力領域を形成する。圧縮応力領域は、クラックが、延伸を上方に伝播して、ＦＤＭに戻るのを防止するのに十分な圧縮応力を有している。実施の形態において、圧縮応力領域は、切り込み線に対し実質的に平行に配置することができ、別の実施の形態においては、圧縮応力領域は、切り込み線に対し斜めに配置することができる。本明細書において、添付図面を具体的に参照しながら、ガラス製品を形成するための方法及び装置の様々な実施の形態について、更に詳細に説明する。

本明細書に記載のガラスリボン製造装置および方法の様々な構成要素の座標系を示すために、座標軸が図面に含まれている。本明細書において、「横」又は「延伸横断」方向は、図示されている座標軸の正のｘ方向又は負のｘ方向と定義される。「下流」又は「延伸」方向は、図示されている座標軸の負のｙ方向と定義される。「上流」方向は図示されている座標軸の正のｙ方向と定義される。

図１は例示的なガラスリボン１０４の一部を示す図である。ガラスリボン１０４は、延伸方向に延びる第１の縁部１０４ａ、及び延伸方向に延びる第２の縁部１０４ｂによって横方向に画成される。ガラスリボン１０４は、延伸方向に延びる中心線４０１も有している。ガラスリボン１０４は、第１のビーズ部４０２、中央領域４１０（「高品質領域」とも呼ぶ）、及び第２のビーズ部４０８を更に有している。ビーズ４０８、４０２はガラスリボン１０４が成形本体から下降するとき、ガラスリボン１０４の縁部が厚くなることによって形成される。ビーズ４０８、４０２を横断して、ガラスリボン１０４を分離するのは困難であることが判明しており、リボン１０４を上流方向及び／又は下流方向に伝播するクラックが発生し得る大きなエネルギー放出が生じる可能性があり、ガラスリボン及び／又はガラスリボンから分離されたガラスシートを損傷する可能性がある。極端な場合には、ガラスリボンから伝播するクラックによって、意図した分離線の上方において望ましくない分離が生じ、ガラスリボンの製造工程を中断させる可能性がある。

引き続き図１において、第１のビーズ部４０２は延伸方向に延び、ガラスリボン１０４の第１の縁部１０４ａと、第１の縁部１０４ａと中心線４０１との間の横方向に配置された第１のビーズ縁部４０２ａとによって横方向に画成されている。第２のビーズ部４０８は延伸方向に延び、ガラスリボン１０４の第２の縁部１０４ｂと、第２の縁部１０４ｂと中心線４０１との間の横方向に配置された第２のビーズ縁部４０８ａとによって横方向に画成されている。図１において、第１のビーズ部４０２、第１のビーズ縁部４０２ａ、第２のビーズ部４０８、及び第２のビーズ縁部４０８ａは、特定の横方向位置に示されているが、別の実施の形態では、第１のビーズ部４０２、第１のビーズ縁部４０２ａ、第２のビーズ部４０８、及び第２のビーズ縁部４０８ａは、図１に示す位置とは異なることができることを理解されたい。

次に図２を参照すると、図１のガラスリボンを製造するための例示的なガラス製造装置１００の実施の形態が概略的に示されている。最初に考慮すべきこととして、以下に説明する例示的なガラス製造装置１００は、フュージョンドロー法によってガラスリボンを成形するが、本明細書に記載の方法及び装置は、スロットドロー法等を含み、これに限定されない、他のダウンドロー法と組み合わせて使用することができることを理解されたい。

図２に示すガラス製造装置１００は、溶融容器１１０、清澄容器１１５、混合容器１２０、送出容器１２５、フュージョンドロー装置（「ＦＤＭ）１４１、移動アンビル装置（「ＴＡＭ」）１８０、及び少なくとも１つの加熱装置１５０を備えている。溶融容器１１０は、清澄容器１１５に流体連結されている。清澄容器１１５は、接続管１２２によって、混合容器１２０に流体連結されている。次に、混合容器１２０は、接続管１２７によって、送出容器１２５に流体連結されている。送出容器１２５は、下降管１３０を通して、ＦＤＭ１４１に流体連結されている。ＦＤＭ１４１は、延伸ハウジング１４２、入口１３２、入口１３２に流体連結された成形容器１３５、及び牽引組立体１４０を備えている。成形容器１３５は、入口１３２に流体連結された開口部１３６、及び開口部１３６に流体連結された溝槽１３７を備えている。溝槽１３７は、２つの側面１３８ａ及び１３８ｂを有している。牽引組立体１４０は、ＦＤＭ１４１の延伸ハウジング１４２の底部近傍に配置されている。

ＴＡＭ１８０は、延伸ハウジングの底部開口部の下流に配置され、ガラスリボン１０４に対し、横方向又は延伸を横切って切り込みを入れることによって、ガラスリボン１０４からガラスのシートを分離する。ガラスリボン１０４の切り込みに使用される機構に制限はなく、実施の形態において、レーザー又は切り込みホイールを含むことができる。ガラスリボン１０４からガラスシートを切断する機構とは関わりなく、ガラスリボン１０４からのガラスシートの分離を容易にする切り込み線が、ガラスリボン１０４に形成される。正確かつ直線的な切り込み線を形成するために、ＴＡＭ１８０は、横方向にガラスリボン１０４に切り込みを入れる間、ガラスリボン１０４と同時に下流に移動可能である。ＴＡＭの下に存在する従来のロボット装置（図示せず）が、吸引カップでシートを保持し、シートを屈曲し、切り込み線に沿ってシートを切断する。ＴＡＭは周期的に動作し、周期は、ガラスが屈曲され分離される場所の上流にある第１の位置から始まる。ガラスリボン１０４及びＴＡＭ１８０が同じ速度で下流に移動を続ける間、切り込み機構は、切り込み線に沿って、ガラスリボン１０４の第１の縁部１０４ａから第２の縁部１０４ｂに向かって横方向に移動する。次に、切り込み処理が終了した後、ＴＡＭ１８０は、第２の位置においてその工程を終了する。ガラスが切り込み線に沿って屈曲され、切り込み線の近傍かつ下流に位置するロボット装置によって、ガラスリボン１０４から個々のガラスシートが分離される。ＴＡＭ１８０は、上流に移動して第１の位置における工程の先頭に戻る。実施の形態において、切り込み継続時間、従って、ＴＡＭ１８０の下流への移動継続時間は、約６秒以下、更には約５秒以下等、約７秒以下とすることができる。

ガラスリボン１０４に切り込みを入れると、ビーズ４０８、４０２にクラックが発生し、ＦＤＭ１４１に向かって上流に伝播し、クラックアウトと呼ばれる、全く意図しないガラスリボンの分離を引き起こす可能性がある、大きなエネルギーの放出が生じる。しかし、ビーズ４０８、４０２に圧縮応力利用域を形成することによって、クラックの発生を妨げることができ、及び／又はガラスリボン１０４の高品質領域に向けて、上流方向又は横方向ではなく、ガラスリボン１０４の縁部１０４ａ、１０４ｂに向けること等によって、クラックをガラスリボン１０４の高品質領域４１０に影響を与えない方向に誘導することができる。本明細書に記載の実施の形態において、圧縮応力領域は、圧縮応力領域を形成する予定のビーズ４０８、４０２の部分と、そのビーズの周囲部分との間に温度差を生じさせることによって形成することができる。この温度差によって、圧縮応力領域のガラスが膨張する一方、圧縮応力領域を囲むビーズ４０８、４０２の部分のガラスが冷えて収縮する。これ等の部分のガラスの膨張と収縮との差によって、圧縮応力領域が形成される。従って、実施形態において、加熱装置１５０が生成することができる熱源に、ビーズ４０８、４０２の部分を暴露することによって、ビーズ４０８、４０２に圧縮応力領域を形成することができる。

加熱装置１５０は、延伸ハウジング１４２の底部開口部の下流に配置される。実施の形態において、加熱装置は、ガラスリボン１０４の１つ以上のビーズ４０８、４０２の少なくとも1つの部分に照射する熱源を備えている。クラックがＦＤＭ１４１に伝播するのを防止する、圧縮応力をビーズ４０８、４０２に生成するのに必要な熱を与えるために、１つ以上のビーズ４０８、４０２が、一定時間熱源に暴露される。従って、実施の形態において、圧縮応力領域を生成するのに十分な熱を与えるために、熱源がガラスリボン１０４と一緒に下流に移動する。実施の形態において、加熱装置１５０は固定熱源を備え、加熱装置１５０が、ガラスリボン１０４と同時に下流に移動する。別の実施の形態において、加熱装置１５０が固定であり、固定加熱装置１５０に取り付けられた可動レーザー又は赤外線加熱源を設けること等によって、熱源が移動可能である。

実施の形態において、加熱装置１５０をＴＡＭ１８０に取り付けることができる。かかる実施の形態において、熱源は固定であってよく、加熱装置１５０全体がＴＡＭ１８０上のガラスリボン１０４と一緒に下流に移動する。別の実施の形態において、固定加熱源を備えた加熱装置１５０は、ＴＡＭ１８０から分離していてもよく、ＴＡＭ１８０と同様に、ガラスリボン１０４と一緒に同時に下流に移動する、可動プラットフォームに搭載されている。更に別の実施の形態において、加熱装置１５０は固定であってよく、レーザー又は赤外線ランプ等の可動熱源であって、熱源からガラスリボンに加えられる熱が、ガラスリボン１０４と同時に下流に移動する速度で、移動するようにプログラムされた熱源を含んでいる。

図１及び２を参照すると、実施の形態において、加熱装置１５０は、切り込み線の上流側のビーズ４０８、４０２に熱を加えるように配置された第１の熱源、及び切り込み線の下流側のビーズ４０８、４０２に熱を加えるように配置された第２の熱源を備えることができる。別の実施の形態において、加熱装置１５０は、切り込み線の上流側のビーズ４０８、４０２に熱を加えるように配置された、１つの熱源を備えることができる。一部の実施の形態において、熱源を、切り込み線に対し実質的に平行に配置するか、又は熱源を、切り込み線に対し斜めに配置することができる。実施の形態において、熱源は、熱がビーズ４０８、４０２の縁部４０８ａ、４０２ａを超えて加えられず、またガラスリボン１０４の中央領域４１０にも加えられないように構成されている。熱源の別の構成も考えられ、可能であることを理解されたい。前述の熱源を用いて、ビーズ４０８に形成された例示的な圧縮応力領域を図３Ｂ〜３Ｄに示す。

実施の形態において、加熱装置１５０は赤外線熱源を有することができる。しかし、加熱装置１５０は、別の実施の形態において、赤外線熱源以外の熱源を有することができることを理解されたい。加熱装置１５０が、赤外線熱源を有する実施の形態において、約２．５マイクロメートル〜約６．５マイクロメートルの波長範囲の放射線を放射するように、赤外線熱源を構成することができる。別の実施の形態において、約２．５マイクロメートル〜約４．０マイクロメートルの波長範囲、又は約２．５マイクロメートル〜約３．０マイクロメートルの波長範囲の放射線を放射するように、赤外線熱源を構成することができる。赤外線熱源を用いる実施の形態において、赤外線を反射してガラスリボン１０４の所望の位置に向ける、固定又は可動であってよい１つ以上の凹面鏡を使用して、ビーズ４０８、４０２の特定の部分に熱を集中させ、ガラスリボン１０４と一緒に同時に下流に移動させることができる。

別の実施の形態において、加熱装置１５０は、熱源としてレーザーを含むことができる。加熱装置１５０がレーザー熱源を有する実施の形態において、レーザー熱源はＣＯ_２レーザー、ＣＯレーザー、又はＵＶレーザーであってよい。ＣＯ_２レーザーを使用する実施の形態において、約９．４マイクロメートル〜約１０．６マイクロメートルの波長範囲等、約９．０マイクロメートル〜約１１．０マイクロメートルの波長範囲の放射線を放射するように、ＣＯ_２レーザーを構成することができる。ＣＯレーザーを使用する実施の形態において、約２．６マイクロメートル〜約８．３マイクロメートルの波長範囲等、約２．０マイクロメートル〜約８．５マイクロメートルの波長範囲の放射線を放射するように、ＣＯレーザーを構成することができる。ＵＶレーザーを使用する実施の形態において、約２６２ナノメートル〜約３７５ナノメートルの波長範囲等、約２６０ナノメートル〜約３８０ナノメートルの波長範囲の放射線を放射するように、ＵＶレーザーを構成することができる。実施の形態において、約３０Ｗ〜約９０Ｗ等、約２０Ｗ〜約１００Ｗの出力範囲の放射線を放射するように、レーザーを構成することができる。一部の実施の形態において、約５０Ｗの放射線を放射するように、レーザーを構成することができる。レーザーを使用する実施の形態において、レーザーは、ガラスリボン１０４と同じ速度で下流に移動するようにプログラムされた走査型レーザーであってよい。

図２において、ガラス製造装置１００の稼働中、矢印１１２で示すように、ガラスバッチ材料が溶融容器１１０に導入される。溶融容器１１０において、ガラスバッチ材料が溶融され、溶融ガラス１２６が形成される。溶融ガラス１２６は、溶融容器１１０から清澄容器１１５に流動する。清澄容器１１５は、溶融ガラス１２６から気泡が除去される高温処理領域において、溶融ガラス１２６を受け取る。清澄容器１１５において処理された後、溶融ガラス１２６は、接続管１２２を介して混合容器１２０に流動し、そこで溶融ガラス１２６が混合される。混合容器１２０において混合された後、溶融ガラス１２６は、接続管１２７を介して送出容器１２５に流入する。

送出容器１２５は、下降管１３０を通して、溶融ガラス１２６をＦＤＭ１４１の入口１３２に供給し、溶融ガラス１２６は、そこを通して成形容器１３５に供給される。溶融ガラス１２６は、成形容器１３５の開口部１３６を通して受け取られ、溝槽１３７に流入する。溝槽１３７に流入した後、溶融ガラス１２６はオーバーフローし、溝槽１３７の２つの側面１３８ａ及び１３８ｂを流れ落ち、根底部１３９において互いに融合する。根底部１３９は、２つの側面１３８ａ及び１３８ｂが合流する場所であって、牽引ロール組立体１４０によって下流に延伸されて、ガラスリボン１０４が形成される前に、溶融ガラス１２６の２つのオーバーフロー壁が再結合（例えば、再融合）する場所である。

牽引ロール組立体１４０によって成形され下流に延伸された後、ガラスリボン１０４は、延伸ハウジング１４２の底部開口部を出る。延伸ハウジング１４２から出た後、前述のように、ガラスリボン１０４が冷却し始め、ガラスリボン１０４のより厚いビーズ領域４０８、４０２における冷却に伴う複雑な残留応力によって、ビーズ領域４０８、４０２に沿ったガラスリボン１０４に、クラックが発生する可能性がある。ガラスリボン１０４は、ＴＡＭ１８０によって、ガラスリボン１０４に切り込みが入れられるとき、特にクラック伝播を起こしやすい。クラックは上流に伝播してＦＤＭ１４１内に到達し、クラックアウトを発生する可能性がある。これに代わり又は追加として、クラックはＦＤＭ１４１から離れる下流に伝播する可能性がある。いずれの状況においても、結果として生じたクラックは、処理時間の損失、場合によっては、製品の損失にもつながる可能性がある。特定の理論に拘束されるものではないが、前述のように、局所的な加熱によって、切り込み線の少なくとも上流側のビーズ４０８、４０２に局所的な圧縮応力を導入することによって、形成されたクラックが上流方向に伝播するのが防止されると考えられ、ガラスリボン１０４の中央４１０から離れる方向に、クラックの伝播を誘導することに利用できる。

図３Ａを参照すると、ＴＡＭ１８０によって、従来の方法でガラスリボン１０４に切り込みを入れて、切り込み線３１０を生成する方法が、概略的に示されている。クラック３３０ａ、３３０ｂが、切り込み線３１０からガラスリボン１０４のビーズ４０８に形成され、（クラック３３０ｂが示すように）ＦＤＭ１４１に向けて上流、及び（クラック３３０ａが示すように）ＦＤＭ１４１から離れる下流に伝播する可能性がある。クラックは容易に制御できず、クラックの伝播は、最終的にガラスリボン１０４の中央４１０に向けて移行する可能性があり、ガラスリボン又はガラスリボンから分離されたガラスシートに損傷を与える可能性がある。

次に図３Ｂにおいて、クラックに対処するため、加熱装置（図示せず）が、加熱源を用いて、切り込み線３１０の上流の位置において、ガラスリボン１０４のビーズ４０８の表面に放射線を照射する。熱源がガラスリボンと同時に下流に移動することによって、圧縮応力領域３２０が形成されるのに十分な継続時間、ガラスリボン１０４のビーズ４０８の同じ位置に放射線が照射される。その後、切り込み線３１０から上流に伝播するクラック３３０が発生する可能性があるが、圧縮応力領域３２０によって、ＦＤＭ１４１内に伝播するのが防止される。

図３Ｃにおいて、別の実施の形態において、加熱装置（図示せず）は、切り込み線３１０の上流のビーズ４０８の一部に、放射線を放射するように配置された、第１の熱源を含んでいる。加熱装置は、切り込み線３１０の下流のビーズ４０８の一部に、放射線を放射するように配置された、第２の熱源を更に含んでいる。第１及び第２の熱源が、ガラスリボン１０４と同時に下流に移動することによって、ビーズ４０８に圧縮応力領域３２０ａ、３２０ｂが形成されるのに十分な継続時間、ガラスリボン１０４のビーズ４０８の同じ部分に放射線が照射される。第１の熱源は、切り込み線３１０の上流に位置する圧縮応力領域３２０ｂの形成に用いられる。切り込み線３１０から上流に伝播する、第１のクラック３３０ｂが発生する可能性があるが、圧縮応力領域３２０ｂによって、ＦＤＭ１４１内に伝播するのが防止される。第２の熱源は、切り込み線３１０の下流に位置する圧縮応力領域３２０ａの形成に用いられる。切り込み線３１０から下流に伝播する、第２のクラック３３０ａが発生する可能性があるが、圧縮応力領域３２０ａによって、下流に進行し過ぎないように停止される。

図３Ｄにおいて、別の実施の形態において、加熱装置（図示せず）は、切り込み線３１０に対し斜めに、ビーズ４０８の部分に放射線を照射するように配置された熱源を含んでいる。熱源がガラスリボンと同時に下流に移動することによって、切り込み線３１０に対して斜めの圧縮応力領域３２０が形成されるのに十分な継続時間、ビーズ４０８の同じ位置に放射線が照射される。斜めの圧縮応力領域は、リボンの中心に最も近い圧縮応力領域の部分が、切り込み線３１０に最も近くなり、リボンの縁部１０４ｂに最も近い圧縮応力領域の部分が、切り込み線３１０から最も遠くなるように、リボンの中心から斜めに離間する。切り込み線３１０から上流に伝播するクラック３３０が発生する可能性があるが、ガラスリボン１０４の縁部１０４ｂに向かう斜めの圧縮応力領域３２０の傾斜性によって、クラック３３０が、妨害又は方向転換され、クラック３３０が上流に向けて伝播し、ＦＤＭ１４１内に到達するのが防止される。

実施の形態において、圧縮応力領域は、ガラスリボンのビーズ４０８、４０２の一部にのみ形成され、ガラスリボンの中央４１０又はビーズ４０８、４０２全体には形成されない。ガラスリボンの中央（又は高品質領域）４１０に、前述のような圧縮応力領域を形成すると、ガラスリボンから形成されるガラス製品の性能を妨げる可能性がある、望ましくない不一致が、ガラスシートの高品質領域４１０にもたらされる。これに反し、前述の圧縮応力領域をビーズ４０８、４０２に形成しても、ビーズ４０８、４０２は、通常、ガラス製品に使用可能な部分に含まれないため、ガラスリボン１０４から形成されるガラス製品の性能に悪影響を及ぼすことはない。更に、クラック伝播を防止するために、ビーズ全体に圧縮応力領域を形成する必要はない。従って、実施の形態において、圧縮応力領域３２０は、ガラスリボンのビーズ４０８、４０２の一部にのみ形成される。

熱源によって、圧縮応力領域３２０に形成される圧縮応力は、クラックの伝播を妨害又は方向転換するのに十分である。実施の形態において、圧縮応力領域３２０の圧縮応力は、約１０ＭＰａ以上等、約８ＭＰａ以上である。実施の形態において、圧縮応力領域３２０の圧縮応力は、約１６ＭＰａ以下等、約２０ＭＰａ以下である。熱源によってもたらされる圧縮応力量が８ＭＰａ未満の場合には、圧縮応力領域３２０は、クラック３３０が延伸を上方に伝播して、ＦＤＭ内に到達するのを防止するのには不十分である。しかし、熱源によってもたらされる圧縮応力が、２０ＭＰａを超えると、ガラスリボンのその後の処理が妨げられる可能性があり、製造時間の損失を招き得る。

前述のように、圧縮応力領域３２０は、ガラスリボン１０４の表面に、赤外線又はレーザービーム等の熱源を加えることによって形成される。熱源は、ビーズの圧縮応力領域とビーズの周囲部分との間に温度差を生じさせる。この温度差によって、圧縮応力領域のガラスが膨張する一方、ビーズの周囲部分が冷えて収縮する。この膨張と収縮に起因する異なる力によって、ガラスリボンのビーズに圧縮応力領域が形成される。従って、実施の形態において、熱源によって加熱されている間のビーズの圧縮応力領域とビーズの周囲部分との間の温度差は、約７５℃〜約１７５℃等、約５０℃〜約２００℃である。別の実施の形態において、熱源によって加熱されている間のビーズの圧縮応力領域とビーズの周囲部分との間の温度差は、約１１０℃〜約１２５℃等、約１００℃〜約１５０℃である。図４は、実施の形態による、ガラスリボンの温度プロファイルのグラフを示す図である。グラフのｘ軸は、延伸の下方距離をメートルで表し、ｙ軸は温度を摂氏で表している。図４の実施の形態は、延伸の下方０．５ｍと１．０ｍとの間の位置に、２つの熱源を備えている。図４の実施の形態において、ガラスリボンは、熱源が設けられている領域を除き、延伸を下降するにつれて指数関数的に冷却する。図４の熱源は、熱源によって加熱されている間の圧縮応力領域と、ビーズの周囲部分との間に、約１００℃の温度差を与える。図４の実施の形態において、ガラスリボンは、出力約５０ＷのシングルモードＣＯ_２レーザーで加熱される。

熱源によって加熱されている間のビーズの圧縮応力領域と、ビーズの周囲部分との間の温度差は、延伸されるガラス組成の熱膨張係数（ＣＴＥ）に反比例する。例えば、ガラス組成のＣＴＥが高ければ高いほど、所望の圧縮応力を得るために必要な温度差は小さくなる。従って、実施の形態において、ビーズの圧縮応力領域と、ビーズの周囲部分との間の必要な温度差は、以下の式を用いて算出することができ、ここで、ΔＴは温度差、αはＣＴＥ、Ｅは弾性係数、σはクラックの伝播を停止させるため又はクラックの伝播方向を変えるための圧縮応力の所望レベルである。

実施の形態において、ガラス製品の温度は、ガラス組成の歪み点（即ち、ガラスの粘度が１０^１４．５ポアズになる温度）より低い。それ故、圧縮応力領域に所望の圧縮応力を実現するための温度差を算出するときは、延伸からのガラスリボンの温度を考慮して、圧縮応力領域がガラス組成の歪み点を超えて加熱されないようにする必要がある。

所望の温度差を妥当な時間で得るために、熱源は十分な熱流束を有している必要がある。ビーズが熱源に暴露され得る時間が長ければ長いほど、熱源の必要熱流束は低くなる。圧縮応力領域の生成に必要な熱流束は、加熱されるガラス組成に応じて異なる。実施の形態において、ガラスリボンの表面に加えられるピーク熱流速は、約１２．５ｋｗ／ｍ^２〜約２５ｋｗ／ｍ^２等、約１０ｋｗ／ｍ^２〜約３０ｋｗ／ｍ^２である。熱流束が１０ｋｗ／ｍ^２未満の場合には、ＴＡＭによるガラスリボンの切り込み所要時間等、クラックが伝播する前の処理によって与えられる時間内に、ガラスに圧縮応力領域を形成するのが困難になる。熱流束が約３０ｋｗ／ｍ^２より大きい場合には、熱源がガラスを溶融する可能性があり、所望の圧縮応力領域の生成に失敗するのみならず、ガラスリボンの処理を妨害する可能性がある。それ故、実施の形態において、ガラスを溶融せずに、圧縮応力領域を生成する加熱が与えられるように熱流束が調整される。

熱流束は以下の式によって算出することができ、ここで、ρは密度、ｈは厚さ、Ｃｐは比熱、ｔは滞留時間／熱源がガラス表面上のある継続時間、ΔＴは所望の温度差である。

図５は実施の形態による圧縮応力の形成に用いられる熱流束のグラフを示す図である。図５において、グラフのｘ軸は、延伸を横切る距離をメートルで表し、ｙ軸は流束をｗ／ｍ^２で表し、ｚ軸は延伸の下方距離をメートルで表している。図５に示すように、本実施の形態において、圧縮応力領域の生成に使用される熱流束は、最大で約２５ｋｗ／ｍ^２であり、ビーズの非常に正確な部分に集束される。

熱源に暴露される継続時間は、切り込み処理時間等、処理の制約に依存する。前述のように、特定の継続時間は必要なく、ビーズが熱源に暴露される継続時間に基づいて、流束を変えることができる。実施の形態において、ビーズが熱源に暴露される継続時間は、約９秒以下等、約１０秒以下であってよい。別の実施の形態において、ビーズが熱源に暴露される継続時間は、約７秒以下等、約８秒以下であってよい。実施の形態において、ビーズが熱源に暴露される継続時間は、約４秒以上等、約３秒以上であってよい。別の実施の形態において、ビーズが熱源に暴露される継続時間は、約６秒以上等、約５秒以上であってよい。

ビーズ４０８、４０２の圧縮応力領域３２０の寸法は特に限定されず、使用される熱源の種類及びガラスリボン１０４のビーズ４０８、４０２の寸法に応じて異なる。実施の形態において、圧縮応力領域は、延伸を横切って十分広く、ガラスリボンの少なくともビーズと同じ長さに亘っている。例えば、ビーズ４０８に関し、ガラスリボンのビーズ４０８が、ガラスリボン１０４の最も近い縁部１０４ｂから、延伸を横切って、３００ｍｍ延びている場合、圧縮応力領域３２０も、ガラスリボン１０４の最も近い縁部１０４ｂから、延伸を横断して横切って、３００ｍｍ延びることができる。実施の形態において、圧縮応力領域は、ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、約２５０ｍｍ以下等、ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、約３００ｍｍ以下延びている。別の実施の形態において、圧縮応力領域は、ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、約１５０ｍｍ以下等、ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、約２００ｍｍ以下延びている。圧縮応力領域の延伸下方の高さは使用される熱源の寸法に比例する。例えば、図５に示すように、圧縮応力領域の高さは、圧縮応力領域の形成に使用されるレーザーの寸法と同じくらい薄くてもよい。実施の形態において、圧縮応力領域の高さは、約２５ｍｍ未満等、約５０ｍｍ未満である。実施の形態において、応力領域の深さは、約１．５インチ（約３．８１ｃｍ）等、約１．０インチ（約２．５４ｃｍ）〜約２．０インチ（約５．０８ｃｍ）であってよい。

実施の形態において、及び図３Ｂ〜３Ｄに示すように、圧縮応力領域３２０は、切り込み線３１０の上流、及び必要に応じ、下流に形成することができる。圧縮応力領域３２０の形成が、切り込み線に近すぎると、圧縮応力領域によって、ガラスリボンの切り込みが影響を受ける可能性がある。しかし、圧縮応力領域の形成が、切り込み線から遠すぎると、圧縮応力領域によってクラックの伝播が適切に防止されない。それ故、実施の形態において、圧縮応力領域は、切り込み線の上流又は下流の約５０ｍｍを超える位置等、切り込み線の上流又は下流の約２５ｍｍを超える位置に形成される。実施の形態において、圧縮応力領域は、切り込み線の上流又は下流の約６０ｍｍ未満の位置等、切り込み線の上流又は下流の約７５ｍｍ未満の位置に形成される。

前述のように、圧縮応力領域は、熱によってガラスリボンのビーズに形成されると開示しているが、圧縮応力領域は、ガラス製品に精密な圧縮応力領域を生成する任意の方法によって形成することができることを理解されたい。

本明細書において、「実質的」及び「約」という用語を用いて、定量的な比較、値、測定、又はその他の表現に起因する、不確実性の固有の程度を表わすことができることに留意されたい。本明細書において、これ等の用語を用いて、問題の主題の基本的機能を変化させることなく、定量的表現が、記述された基準から異なる程度も表わしている。

第１の態様において、ガラス製品を形成する方法であって、延伸ハウジングからガラスリボンを下流方向に延伸することによって、ガラスリボンを成形するステップであって、ガラスリボンがビーズを有するステップ、ガラスリボンのビーズのみの１つ以上の部分を加熱するステップであって、ビーズ内に１つ以上の圧縮応力領域が形成される、ステップ、及びガラスリボンに切り込みを入れるステップであって、ガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線が形成される、ステップを備え、切り込み線の上流の位置において、ビーズが加熱される方法が提供される。

第２の態様は、加熱するステップが、ガラスリボンを、切り込み線に対して実質的に平行に加熱するステップを含む、第１の態様の方法。

第３の態様は、加熱するステップが、ガラスリボンを、切り込み線に対して斜めに加熱するステップを含む、第１の態様の方法。

第４の態様は、切り込み線の下流の位置において、ビーズの一部を加熱するステップを更に含む、第１の態様の方法。

第５の態様は、切り込み線の下流位置において、ビーズが加熱される一部が、切り込み線に対して実質的に平行に加熱される、第４の態様の方法。

第６の態様は、１つ以上の圧縮応力領域の幅が、ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、約３００ｍｍ未満延びている、第１の態様の方法。

第７の態様は、１つ以上の圧縮応力領域の高さが、上流に約５０ｍｍ以下延びている、第１の態様の方法。

第８の態様は、ビーズが、切り込み線の上流約５０ｍｍ以上の位置において加熱される、第１の態様の方法。

第９の態様は、加熱するステップが、ビーズの１つ以上の圧縮応力領域と周囲部分との間に、約５０℃〜約２００℃の温度差が生じるように、ビーズの１つ以上の部分を加熱するステップを含む、第１の態様の方法。

第１０の態様は、加熱するステップが、ビーズのみの１つ以上の部分を、約２５ｋｗ／ｍ^２のピーク熱流束を有する熱源に暴露するステップを含む、第１の態様の方法。

第１１の態様は、加熱するステップが、ビーズの１つ以上の部分を、ガラスリボンを形成するガラス組成の歪み点未満の温度に、加熱するステップを含む、第１の態様の方法。

第１２の態様は、圧縮応力領域が、約１６ＭＰａ以上の圧縮応力を有する、第１の態様の方法。

第１３の態様において、ガラス製品を製造するための装置であって、ガラスリボンを下流方向に延伸することによって、ビーズを有するガラスリボンを形成するための延伸ハウジング、ガラスリボンのビーズのみの１つ以上の部分に、１つ以上の圧縮応力領域を形成するための熱源を有する加熱装置、及びガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線を形成するための切り込み装置を備え、熱源がガラスリボンと同時に下流に移動する装置が提供される。

第１４の態様は、熱源が固定であり、加熱装置がガラスリボンと同時に下流に移動する、第１３の態様の装置。

第１５の態様は、切り込み装置が、移動アンビル装置であり、加熱装置が移動アンビル装置に取り付けられている、第１４の態様の装置。

第１６の態様は、加熱装置が固定であり、熱源がガラスリボンと同時に下流に移動する、第１３の態様の装置。

第１７の態様は、熱源がレーザーをベースとする熱源である、第１３の態様の装置。

第１８の態様は、レーザーをベースとする熱源が、ＣＯ_２レーザー、ＣＯレーザー、及びＵＶレーザーから成る群より選択される、第１７の態様の装置。

第１９の態様は、熱源が赤外線をベースとする熱源である、第１３の態様の装置。

第２０の態様は、赤外線をベースとする熱源が、ガラスリボンに、約２．５マイクロメートル以上の波長範囲の光を照射する、第１９の態様の装置。

特許請求した主題の範囲を逸脱せずに、本明細書に記載の実施の形態に対し様々な改良及び変形が可能である。従って、本明細書は、本明細書に記載の様々な実施の形態に対する改良及び変形が、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲に属することを条件に、かかる改良及び変形も含むことを意図するものである。

以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。

実施形態１
ガラス製品を形成する方法であって、
延伸ハウジングからガラスリボンを下流方向に延伸することによって、前記ガラスリボンを成形するステップであって、該ガラスリボンがビーズを有するステップ、
前記ガラスリボンの前記ビーズのみの１つ以上の部分を加熱するステップであって、前記ビーズ内に１つ以上の圧縮応力領域が形成される、ステップ、及び
前記ガラスリボンに切り込みを入れるステップであって、前記ガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線が形成される、ステップ
を備え、
前記切り込み線の上流の位置において、前記ビーズが加熱される方法。

実施形態２
前記加熱するステップが、前記ガラスリボンを、前記切り込み線に対して実質的に平行に加熱するステップを含む、実施形態１記載の方法。

実施形態３
前記加熱するステップが、前記ガラスリボンを、前記切り込み線に対して斜めに加熱するステップを含む、実施形態１記載の方法。

実施形態４
前記切り込み線の下流の位置において、前記ビーズの一部を加熱するステップを更に含む、実施形態１記載の方法。

実施形態５
前記切り込み線の下流の位置において、前記ビーズが加熱される前記一部が、前記切り込み線に対して実質的に平行に加熱される、実施形態４記載の方法。

実施形態６
前記１つ以上の圧縮応力領域の幅が、前記ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、約３００ｍｍ未満延びている、実施形態１記載の方法。

実施形態７
前記１つ以上の圧縮応力領域の高さが、上流に約５０ｍｍ以下延びている、実施形態１記載の方法。

実施形態８
前記ビーズが、前記切り込み線の上流約５０ｍｍ以上の位置において加熱される、実施形態１記載の方法。

実施形態９
前記加熱するステップが、前記ビーズの前記１つ以上の圧縮応力領域と周囲部分との間に、約５０℃以上から約２００℃以下の温度差が生じるように、前記ビーズの前記１つ以上の部分を加熱するステップを含む、実施形態１記載の方法。

実施形態１０
前記加熱するステップが、前記ビーズのみの１つ以上の部分を、約２５ｋｗ／ｍ^２以下のピーク熱流束を有する熱源に暴露するステップを含む、実施形態１記載の方法。

実施形態１１
前記加熱するステップが、前記ビーズの前記１つ以上の部分を、前記ガラスリボンを形成するガラス組成の歪み点未満の温度に、加熱するステップを含む、実施形態１記載の方法。

実施形態１２
前記圧縮応力領域が、約１６ＭＰａ以上の圧縮応力を有する、実施形態１記載の方法。

実施形態１３
ガラス製品を製造するための装置であって、
ガラスリボンを下流方向に延伸することによって、ビーズを有するガラスリボンを形成するための延伸ハウジング、
前記ガラスリボンの前記ビーズのみの１つ以上の部分に、１つ以上の圧縮応力領域を形成するための熱源を有する加熱装置、及び
前記ガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線を形成するための切り込み装置
を備え、
前記熱源が前記ガラスリボンと同時に下流に移動する装置。

実施形態１４
前記熱源が固定であり、前記加熱装置が前記ガラスリボンと同時に下流に移動する、実施形態１３記載の装置。

実施形態１５
前記切り込み装置が移動アンビル装置であり、前記加熱装置が前記移動アンビル装置に取り付けられている、実施形態１４記載の装置。

実施形態１６
前記加熱装置が固定であり、前記熱源が前記ガラスリボンと同時に下流に移動する、実施形態１３記載の装置。

実施形態１７
前記熱源がレーザーをベースとする熱源である、実施形態１３記載の装置。

実施形態１８
前記レーザーをベースとする熱源が、ＣＯ_２レーザー、ＣＯレーザー、及びＵＶレーザーから成る群より選択される、実施形態１７記載の装置。

実施形態１９
前記熱源が赤外線をベースとする熱源である、実施形態１３記載の装置。

実施形態２０
前記赤外線をベースとする熱源が、前記ガラスリボンに、約２．５マイクロメートル以上の波長範囲の光を照射する、実施形態１９記載の装置。

１０４ ガラスリボン
１０４ａ、１０４ｂ 縁部
４０２、４０８ ビーズ
４１０ 中央領域
１００ ガラス製造装置
１１０ 溶融容器
１１５ 清澄容器
１２０ 混合容器
１２５ 送出容器
１２６ 溶融ガラス
１３５ 成形容器
１３７ 溝槽
１３８ａ、１３８ｂ 側面
１４０ 牽引ロール組立体
１４１ フュージョンドロー装置
１４２ 延伸ハウジング
１５０ 加熱装置
１８０ 移動アンビル装置
３１０ 切り込み線
３２０、３２０ａ、３２０ｂ 圧縮応力領域
３３０ａ、３３０ｂ クラック

前述のように、圧縮応力領域３２０は、ガラスリボン１０４の表面に、赤外線又はレーザービーム等の熱源を加えることによって形成される。熱源は、ビーズの圧縮応力領域とビーズの周囲部分との間に温度差を生じさせる。この温度差によって、圧縮応力領域のガラスが膨張する一方、ビーズの周囲部分が冷えて収縮する。この膨張と収縮に起因する異なる力によって、ガラスリボンのビーズに圧縮応力領域が形成される。従って、実施の形態において、熱源によって加熱されている間のビーズの圧縮応力領域とビーズの周囲部分との間の温度差は、約７５℃〜約１７５℃等、約５０℃〜約２００℃である。別の実施の形態において、熱源によって加熱されている間のビーズの圧縮応力領域とビーズの周囲部分との間の温度差は、約１１０℃〜約１２５℃等、約１００℃〜約１５０℃である。図４は、実施の形態による、ガラスリボンの温度プロファイルのグラフを示す図である。グラフのｘ軸は、延伸の下方距離をメートルで表し、ｙ軸は温度を摂氏で表している。図４の実施の形態は、延伸の下方の位置に、２つの熱源を備えている。図４の実施の形態において、ガラスリボンは、熱源が設けられている領域を除き、延伸を下降するにつれて指数関数的に冷却する。図４の熱源は、熱源によって加熱されている間の圧縮応力領域と、ビーズの周囲部分との間に、約１００℃の温度差を与える。図４の実施の形態において、ガラスリボンは、出力約５０ＷのシングルモードＣＯ_２レーザーで加熱される。

熱源によって加熱されている間のビーズの圧縮応力領域と、ビーズの周囲部分との間の温度差は、延伸されるガラス組成の熱膨張係数（ＣＴＥ）に反比例する。例えば、ガラス組成のＣＴＥが高ければ高いほど、所望の圧縮応力を得るために必要な温度差は小さくなる。

Claims (10)

1. ガラス製品を形成する方法であって、
   延伸ハウジングからガラスリボンを下流方向に延伸することによって、前記ガラスリボンを成形するステップであって、該ガラスリボンがビーズを有するステップ、
   前記ガラスリボンの前記ビーズのみの１つ以上の部分を加熱するステップであって、前記ビーズ内に１つ以上の圧縮応力領域が形成される、ステップ、及び
   前記ガラスリボンに切り込みを入れるステップであって、前記ガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線が形成される、ステップ
   を備え、
   前記切り込み線の上流の位置において、前記ビーズが加熱されることを特徴とする方法。
2. 前記１つ以上の圧縮応力領域の幅が、前記ガラスリボンの最も近い縁部から、延伸を横切って、３００ｍｍ未満延びていることを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記１つ以上の圧縮応力領域の高さが、上流に５０ｍｍ以下延びていることを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記ビーズが、前記切り込み線の上流５０ｍｍ以上の位置において、加熱されることを特徴とする、請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
5. 前記加熱するステップが、前記ビーズの前記１つ以上の圧縮応力領域と周囲部分との間に、５０℃以上から２００℃以下の温度差が生じるように、前記ビーズの前記１つ以上の部分を加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜４いずれか１項記載の方法。
6. 前記加熱するステップが、前記ビーズの前記１つ以上の部分を、前記ガラスリボンを形成するガラス組成の歪み点未満の温度に、加熱するステップを含むことを特徴とする、請求項１〜５いずれか１項記載の方法。
7. ガラス製品を製造するための装置であって、
   ガラスリボンを下流方向に延伸することによって、ビーズを有するガラスリボンを形成するための延伸ハウジング、
   前記ガラスリボンの前記ビーズのみの１つ以上の部分に、１つ以上の圧縮応力領域を形成するための熱源を有する加熱装置、及び
   前記ガラスリボンが切断されてガラス製品が形成される、切り込み線を形成するための切り込み装置
   を備え、
   前記熱源が前記ガラスリボンと同時に下流に移動することを特徴とする装置。
8. 前記熱源が固定であり、前記加熱装置が前記ガラスリボンと同時に下流に移動することを特徴とする、請求項７記載の装置。
9. 前記切り込み装置が移動アンビル装置であり、
   前記加熱装置が前記移動アンビル装置に取り付けられていることを特徴とする、請求項８記載の装置。
10. 前記加熱装置が固定であり、前記熱源が前記ガラスリボンと同時に下流に移動することを特徴とする、請求項７記載の装置。