JP2023524978A - ガラスリボンを製造する方法及びそのための装置 - Google Patents
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Abstract
ガラス製造装置は、進行方向に延びる進行経路を定める形成装置を含む。形成装置は、ガラス形成材料のリボンを進行方向に進行経路に沿って搬送する。ガラス製造装置は、第1の端部と第2の端部とを含む冷却チューブを含む。冷却チューブは、第1のチャネルを取り囲む閉鎖第1側壁を含む第1のチューブを含む。第1のチューブは、第1の冷却流体を第1のチャネル内に受け入れる。冷却チューブは、第2のチャネルを取り囲む閉鎖第2側壁を含む第2のチューブを含む。第1のチューブは、第2のチューブ内に位置決めされる。第2のチューブは、第2の冷却流体を第2のチャネル内に受け入れる。冷却チューブは、ノズルを含む。ノズルは、第1の冷却流体を受け入れて第1の冷却流体を進行経路に向けて誘導する。方法は、ガラス製造装置を用いてガラスリボンを製造する段階を含む。【選択図】 図5
Description
〔関連出願への相互参照〕
この出願は、その内容が信頼されて引用により全体的に本明細書に組み込まれている2020年5月4日出願の米国仮特許出願第63/019,540号の「35 U.S.C.§119」の下での優先権の利益を主張するものである。
この出願は、その内容が信頼されて引用により全体的に本明細書に組み込まれている2020年5月4日出願の米国仮特許出願第63/019,540号の「35 U.S.C.§119」の下での優先権の利益を主張するものである。
本発明の開示は、一般的にガラスリボンを製造する方法に関連し、より具体的には冷却チューブを備えるガラス製造装置を用いてガラスリボンを製造する方法に関する。
ガラスリボンは、例えば、液晶ディスプレイ(LCD)、電気泳動ディスプレイ(EPD)、有機発光ダイオードディスプレイ(OLED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、タッチセンサ、又は光電池などのようなディスプレイ用途に一般的に使用されている。そのようなディスプレイは、例えば、携帯電話、タブレット、ラップトップ、腕時計、ウエアラブル及び/又はタッチ機能可能モニタ又はディスプレイの中に組み込むことができる。ガラスリボンは、一般的に、形成本体に対して溶融ガラスを流すことによって製作され、それによってガラス繊維は、様々なリボン形成工程、例えば、スロット延伸、フロート、下方延伸、溶融下方延伸、圧延、チューブ延伸、又は上方延伸によって形成することができる。ガラスリボンは、定期的に個々のガラスリボンに分離することができる。ガラス形成材料のリボンの厚みは、ガラス形成材料のリボンが冷却されてガラスリボンになる前に制御することができる。しかし、ガラス形成材料のリボンをより有効かつ急速に冷却することができるガラスリボンを製造する方法に対する必要性が存在する。
以下は、詳細説明に説明する一部の実施形態の基本的な理解を提供するために本発明の開示の簡単な要約を提示するものである。
一部の実施形態では、ガラス製造装置は、第2のチューブ内に位置決めされた第1のチューブを備える冷却チューブを備えることができる。第1の冷却流体は、第1のチューブを通って流れることができ、かつガラス形成材料のリボンに向けて第1のチューブを出ることができる。一部の実施形態では、第1の冷却流体の一部分は、第1のチューブ内で固体又は液体から気体への相変化を受ける場合がある。これに加えて又はこれに代えて、一部の実施形態では、第1のチューブを出る時に、第1の冷却流体の別の部分が、固体又は液体から気体への相変化を受ける場合がある。相変化は、ガラス形成材料のリボンの温度の低下を引き起こすことができる。冷却チューブがそれに露出される高温(例えば、約400°セ氏(「C」)から約1000℃の範囲内)に起因して及び第1のチューブ内で相変化が発生することを制限するためにかつ第1の冷却流体が高温の結果として第1のチューブから出る前に、第2の冷却流体は、第2のチューブを通って流れることができる。第2の冷却流体は、第1のチューブに衝突することができる。第2の冷却流体は、周囲環境の温度よりも低い温度に維持することができる。従って、第2の冷却流体は、第1のチューブを周囲環境から熱的に遮断し、すなわち、第1の冷却流体が相変化を受ける場所を制御することができる。
一部の実施形態により、ガラス製造装置は、進行方向に延びる進行経路を定める形成装置を備えることができる。形成装置は、ガラス形成材料のリボンを進行方向に進行経路に沿って搬送することができる。ガラス製造装置は、第1の端部と第1の端部の反対の第2の端部とを備える冷却チューブを備えることができる。第2の端部は、進行経路に隣接して位置決めすることができる。冷却チューブは、第1のチャネルを取り囲む閉鎖第1側壁を備える第1のチューブを備えることができる。第1のチューブは、第1の冷却流体を第1のチャネル内に受け入れることができる。冷却チューブは、第2のチャネルを取り囲む閉鎖第2側壁を備える第2のチューブを備えることができる。第1のチューブは、第2のチャネルが閉鎖第1側壁と閉鎖第2側壁の間にあることができるように第2のチューブ内に位置決めすることができる。第2のチューブは、第2の冷却流体を第2のチャネル内に受け入れることができる。冷却チューブは、第1のチューブに取り付けられたノズルを備えることができる。ノズルは、第1のチャネルと流体連通することができるノズルキャビティを備えることができる。ノズルは、第1の冷却流体を受け入れて第1の冷却流体を進行経路に向けて誘導することができる。
一部の実施形態では、第1のチューブは、第1及び第2の端部間の第1の場所で第1の断面サイズ及び第2の端部に隣接する第2の場所で第2の断面サイズを備えることができる。第1の断面サイズは、第2の断面サイズとは異なることができる。
一部の実施形態では、第1の断面サイズは、第2の断面サイズよりも大きいとすることができる。
一部の実施形態では、第1のチューブと第2のチューブは、同軸であり、かつ長手軸線に沿って延びることができる。
一部の実施形態では、長手軸線に直交することができる軸線は、閉鎖第1側壁及び閉鎖第2側壁と交差することができる。
一部の実施形態では、閉鎖第1側壁は、第1のチャネルを第2のチャネルから隔離することができる。
一部の実施形態により、ガラスリボンを製造する方法は、ガラス形成材料のリボンを形成する段階を備えることができる。本方法は、ガラス形成材料のリボンを進行方向に進行経路に沿って移動する段階を備えることができる。本方法は、第1の冷却流体を第1のチューブを通してノズルに向けて送出する段階を備えることができる。本方法は、第2の冷却流体が第1のチューブと対流接触するように第1のチューブを取り囲む第2のチューブを通して第2の冷却流体を送出することによって第1のチューブを冷却する段階を備えることができる。本方法は、第1の冷却流体を第1のチューブの端部からノズルを通してガラス形成材料のリボンの区域に向けて誘導することにより、ガラス形成材料のリボンのこの区域を冷却する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、本方法は、第2の冷却流体が第2のチューブを通して送出される時及び第1の冷却流体が第1のチューブの端部から誘導される時に第1の冷却流体を第2の冷却流体から隔離する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、第1のチューブを冷却する段階は、周囲環境からの熱を第2の冷却流体を用いて吸収することにより、第1のチューブを周囲環境から熱的に遮断する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、本方法は、第1のチューブの第1の部分内の第1の冷却流体の流れを第1のチューブの端部に到達する前に加速することにより、第1のチューブ内の第1の冷却流体の相変化を制御する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、加速する段階は、第1の冷却流体の流れ方向に対する第1のチューブの第1の部分の断面サイズを低減する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、加速する段階は、液相又は固相のうちの1又は2以上から気相への第1の部分内の第1の冷却流体の一部分の相変化を可能にする段階を備えることができる。
一部の実施形態では、区域を冷却する段階は、第1の冷却流体がガラス形成材料のリボンの区域に向けて流れている間に第1の冷却流体の相を変化させる段階を備えることができる。
一部の実施形態では、第1の冷却流体は、二酸化炭素を備える。
一部の実施形態により、ガラスリボンを製造する方法は、ガラス形成材料のリボンを形成する段階を備えることができる。本方法は、ガラス形成材料のリボンを進行方向に進行経路に沿って移動する段階を備えることができる。本方法は、第1の冷却流体を第1のチューブを通してノズルに向けて送出する段階を備えることができる。本方法は、第1のチューブの第1の部分内の第1の冷却流体の流れをノズルに到達する前に加速することにより、第1のチューブ内の第1の冷却流体の相変化を制御する段階を備えることができる。本方法は、第1の冷却流体を第1のチューブの端部からノズルを通してガラス形成材料のリボンの区域に向けて誘導することにより、ガラス形成材料のリボンのこの区域を冷却する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、加速する段階は、第1の冷却流体の流れ方向に対する第1のチューブの第1の部分の断面サイズを低減する段階を備えることができる。
一部の実施形態では、加速する段階は、液相又は固相のうちの1又は2以上から気相への第1の部分内の第1の冷却流体の一部分の相変化を可能にする段階を備えることができる。
一部の実施形態では、区域を冷却する段階は、第1の冷却流体が区域に向けて流れている間に第1の冷却流体の相を変化させる段階を備えることができる。
一部の実施形態では、第1の冷却流体は、二酸化炭素を備えることができる。
一部の実施形態では、本方法は、第1の冷却流体が第1のチューブの端部からノズルを通して誘導された後に吸引によって第1の冷却流体を抽出する段階を備えることができる。
この出願に開示する実施形態の追加の特徴及び利点を以下の詳細説明に示すが、部分的に当業者にはこれらの特徴及び利点がこの説明から明らかであり、又は以下の詳細説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含むこの出願で説明する実施形態を実施することによって明確になるであろう。上述の概要と以下の詳細説明の両方は、この出願に開示する実施形態の性質及び特質を理解するための概観又はフレームワークを提供するように意図した実施形態を提供することは理解されるものとする。添付図面は、更に別の理解を提示するために含めたものであり、かつ本明細書の中に組み込まれてその一部を構成する。これらの図面は、本発明の開示の様々な実施形態を示し、本説明と共にそれらの原理及びその作動を説明するものである。
上記及び他の特徴、実施形態、及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細説明を読解した時により良く理解される。
ここで例示的実施形態を示す添付図面を参照して実施形態をより完全に以下に説明する。図面を通して可能な場合は必ず同じ又は類似の部分を示すのに同じ参照番号を使用する。しかし、本発明の開示は、多くの異なる形態に具現化することができ、この出願に示す実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。
本発明の開示は、ガラスリボンを生成するためのガラス製造装置及び方法に関する。ここで、例示的実施形態を用いてガラス形成材料のリボンからガラスリボンを生成する方法及び装置を以下に説明する。図1に示すように、一部の実施形態では、例示的ガラス製造装置100は、ガラス溶融及び送出装置102と、ある量の溶融材料121からガラス形成材料のリボン103を生成するように設計された形成容器140を備える形成装置101とを備えることができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103は、その第1の外縁153及び第2の外縁155に沿って形成された両側の縁部分(例えば、縁部ビード)の間に位置決めされた中心部分152を備えることができ、縁部分の厚みは、中心部分の厚みよりも大きいとすることができる。更に、一部の実施形態では、個々のガラスリボン104は、ガラス形成材料のリボン103から分離経路151に沿ってガラス分離器149(例えば、けがき針、切り込みホイール、ダイヤモンド先端、レーザなど)によって分離することができる。
一部の実施形態では、ガラス溶融及び送出装置102は、貯留ビン109からバッチ材料107を受け入れるように向けられた溶融容器105を備えることができる。バッチ材料107は、モータ113による動力供給を受けるバッチ送出デバイス111によって導入することができる。一部の実施形態では、矢印117に示すように所望量のバッチ材料107を溶融容器105の中に導入するようにモータ113を起動するために任意的なコントローラ115を作動させることができる。溶融容器105は、溶融材料121を供給するためにバッチ材料107を加熱することができる。一部の実施形態では、スタンドパイプ123内の溶融材料121のレベルを測定するために溶融量プローブ119を使用することができ、溶融量プローブ119は、通信ライン125を通して測定情報をコントローラ115に通信することができる。
これに加えて、一部の実施形態では、ガラス溶融及び送出装置102は、溶融容器105から下流に位置付けられて第1の接続導管129を通して溶融容器105に結合された清澄容器127を備える第1の調整ステーションを備えることができる。一部の実施形態では、溶融材料121は、溶融容器105から第1の接続導管129を通して清澄容器127に重力給送することができる。例えば、一部の実施形態では、重力は、溶融材料121を溶融容器105から第1の接続導管129の内部通路を通して清澄容器127まで駆動することができる。更に、一部の実施形態では、清澄容器127内で様々な技術によって溶融材料121から気泡を除去することができる。
一部の実施形態では、ガラス溶融及び送出装置102は、清澄容器127から下流に位置付けることができる混合チャンバ131を備える第2の調整ステーションを更に備えることができる。混合チャンバ131は、溶融材料121の均一な組成を与え、それによって清澄容器127を出る溶融材料121の中に他に存在する可能性がある不均一性を低減するか又は排除するのに使用することができる。図示のように、清澄容器127は、第2の接続導管135を通して混合チャンバ131に結合することができる。一部の実施形態では、溶融材料121は、清澄容器127から第2の接続導管135を通して混合チャンバ131に重力給送することができる。例えば、一部の実施形態では、重力は、溶融材料121を清澄容器127から第2の接続導管135の内部通路を通して混合チャンバ131まで駆動することができる。
これに加えて、ガラス溶融及び送出装置102は、混合チャンバ131から下流に位置付けることができる送出チャンバ133を備える第3の調整ステーションを備えることができる。一部の実施形態では、送出チャンバ133は、入口導管141の中に供給される溶融材料121を調整することができる。例えば、送出チャンバ133は、溶融材料121を調節し、その一貫した流量を入口導管141に供給するためのアキュムレータ及び/又は流量コントローラとして機能することができる。図示のように、混合チャンバ131は、第3の接続導管137を通して送出チャンバ133に結合することができる。一部の実施形態では、溶融材料121は、混合チャンバ131から第3の接続導管137を通して送出チャンバ133に重力給送することができる。例えば、一部の実施形態では、重力は、溶融材料121を混合チャンバ131から第3の接続導管137の内部通路を通して送出チャンバ133まで駆動することができる。更に、図示のように、一部の実施形態では、溶融材料121を形成装置101に、例えば、形成容器140の入口導管141に送出するための送出パイプ139を配置することができる。
形成装置101は、本発明の開示の特徴による形成容器の様々な実施形態、例えば、ガラスリボンを溶融延伸するための楔を有する形成容器、ガラスリボンをスロット延伸するためのスロットを有する形成容器、又はガラスリボンを形成容器から圧延するための圧延ロールが設けられた形成容器を備えることができる。一部の実施形態では、形成装置101は、例えば、それがリドロー形成工程の一部である場合にシートリドロー形成機を備えることができる。例えば、第1の厚みを備えることができるガラスリボン104を加熱してリドロー形成し、より小さい第2の厚みを備える薄めのガラスリボン104を達成することができる。実施形態として以下に示して開示する形成容器140は、形成楔209の基底145として定められた底縁から溶融材料121を溶融延伸してガラス形成材料のリボン103を生成するために提供することができる。例えば、一部の実施形態では、溶融材料121は、入口導管141から形成容器140に送出することができる。次に、形成容器140の構造に部分的に基づいて溶融材料121をガラス形成材料のリボン103に形成することができる。例えば、図示のように、溶融材料121は、形成容器140の底縁(例えば、基底145)からガラス製造装置100の進行方向154に延びる延伸経路に沿って延伸させることができる。一部の実施形態では、縁部誘導器163、164が、溶融材料121を形成容器140から誘導し、ガラス形成材料のリボン103の幅「W」を部分的に定めることができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103の幅「W」は、ガラス形成材料のリボン103の第1の外縁153とガラス形成材料のリボン103の第2の外縁155との間を延びる。
一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103の第1の外縁153とガラス形成材料のリボン103の第2の外縁155との間を延びるガラス形成材料のリボン103の幅「W」は、約20ミリメートル(mm)よりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約50mmよりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約100mmよりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約500mmよりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約1000mmよりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約2000mmよりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約3000mmよりも大きいか又はそれに等しく、例えば、約4000mmよりも大きいか又はそれに等しくすることができるが、更に別の実施形態では、上述の幅よりも小さいか又は大きい他の幅を設けることができる。例えば、一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103の幅「W」は、約20mmから約4000mmの範囲にあり、例えば、約50mmから約4000mmの範囲、例えば、約100mmから約4000mmの範囲、例えば、約500mmから約4000mmの範囲、例えば、約1000mmから約4000mmの範囲、例えば、約2000mmから約4000mmの範囲、例えば、約3000mmから約4000mmの範囲、例えば、約20mmから約3000mmの範囲、例えば、約50mmから約3000mmの範囲、例えば、約100mmから約3000mmの範囲、例えば、約500mmから約3000mmの範囲、例えば、約1000mmから約3000mmの範囲、例えば、約2000mmから約3000mmの範囲、例えば、約2000mmから約2500mmの範囲、及びこれらの値の間の全ての範囲及び部分範囲にあるとすることができる。
図2は、図1の線2-2に沿う形成装置101(例えば、形成容器140)の断面斜視図を例示している。一部の実施形態では、形成容器140は、入口導管141から溶融材料121を受け入れるように向けられたトラフ201を備えることができる。例示目的で、溶融材料121のクロスハッチングを明瞭化のために図2から消去した。形成容器140は、形成楔209を更に備えることができ、形成楔209は、その対向する端部210、211(図1を参照されたい)の間を延びる1対の下方傾斜収束面部分207、208を備える。形成楔209の1対の下方傾斜収束面部分207、208は、形成容器140の基底145に沿って交差するように進行方向154に沿って収束する。ガラス製造装置100の延伸平面213は、進行方向154に沿って基底145を通って延びることができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103は、延伸平面213に沿って進行方向154に延伸することができる。図示のように、延伸平面213は、基底145を通って形成楔209を二分することができるが、一部の実施形態では基底145に対する他の向きに延びることができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103は、進行方向154に延伸平面213と共面とすることができる進行経路221に沿って移動することができる。
これに加えて、一部の実施形態では、溶融材料121は、方向156に形成容器140のトラフ201の中に流れ込み、更にそれに沿って流れることができる。次に、溶融材料121は、対応する堰203、204を超えてこれらの堰の外面205、206の上に下方に流れることによってトラフ201から溢流することができる。次に、溶融材料121の各々の流れは、形成楔209の下方傾斜収束面部分207、208に沿って流れて形成容器140の基底145から延伸することができ、基底145では、これらの流れは収束してガラス形成材料のリボン103に融合する。次に、ガラス形成材料のリボン103を進行方向154に沿って延伸させることができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103は、その垂直の場所に基づいて1又は2以上の状態の材料を備える。例えば、ガラス形成材料のリボン103は、第1の場所で粘性溶融材料121を備える場合があり、第2の場所でガラス質状態にあるアモルファス固体(例えば、ガラスリボン)を備える場合がある。
ガラス形成材料のリボン103は、反対方向に向いてガラス形成材料のリボン103の厚み「T」(例えば、平均厚)を間に定める第1の主面215と第2の主面216とを備える。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103の厚み「T」は、約2ミリメートル(mm)よりも小さいか又はそれに等しく、約1ミリメートルよりも小さいか又はそれに等しく、約0.5ミリメートルよりも小さいか又はそれに等しく、例えば、約300マイクロメートル(μm)よりも小さいか又はそれに等しく、約200マイクロメートルよりも小さいか又はそれに等しく、又は約100マイクロメートルよりも小さいか又はそれに等しくすることができるが、更に別の実施形態では他の厚みを設けることができる。例えば、一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103の厚み「T」は、約20マイクロメートルから約200マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約750マイクロメートルの範囲、約100マイクロメートルから約700マイクロメートルの範囲、約200マイクロメートルから約600マイクロメートルの範囲、約300マイクロメートルから約500マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約500マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約700マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約600マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約500マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約400マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約300マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約200マイクロメートルの範囲、約50マイクロメートルから約100マイクロメートルの範囲、約25マイクロメートルから約125マイクロメートルの範囲にあり、これらの値の間の厚みの全ての範囲及び部分範囲を備える範囲にあるとすることができる。更に、ガラス形成材料のリボン103は、様々な組成物、例えば、ホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、アルカリ含有ガラス又はアルカリ非含有ガラス、アルカリアルミノケイ酸ガラス、アルカリ土類アルミノケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラスなどを備えることができる。
一部の実施形態では、ガラス分離器149(図1を参照されたい)は、分離経路151に沿ってガラス形成材料のリボン103からガラスリボン104を分離距離を置いて複数の個々のガラスリボン104(複数のガラスシート)を提供することができる。他の実施形態により、ガラスリボン104の長手部分を保存ロール上に巻くことができる。次に、個々のガラスリボンを望ましい用途、例えば、ディスプレイ用途に製作することができる。例えば、個々のガラスリボンは、液晶ディスプレイ(LCD)、電気泳動ディスプレイ(EPD)、有機発光ダイオードディスプレイ(OLED)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、タッチセンサ、光電池、及び他の電子ディスプレイを備える多岐にわたるディスプレイ用途に使用することができる。
図3は、図2と類似のガラス製造装置100の断面斜視図を示している。一部の実施形態では、ガラス製造装置100は、形成楔209を備えることに限定されない。むしろ、一部の実施形態では、図示していないが、形成容器140は、入口導管141(例えば、図1に示す入口導管141)から溶融材料121を受け入れるように向けられたパイプを備えることができる。一部の実施形態では、パイプは、溶融材料121が貫流することができるスロットを備えることができる。例えば、スロットは、パイプの上部でパイプの軸線に沿って延びる細長スロットを備えることができる。一部の実施形態では、パイプに第1の周囲場所で第1の壁を取り付けることができ、第2の周囲場所で第2の壁を取り付けることができる。第1の壁及び第2の壁は、1対の下方傾斜収束面部分を備えることができる。第1の壁及び第2の壁は、形成容器の中に中空領域を少なくとも部分的に定めることができる。一部の実施形態では、パイプを備えるパイプ壁、第1の壁、及び/又は第2の壁は、約0.5mmから約10mm、約0.5mmから約7mm、約0.5mmから約3mm、約1mmから約10mm、約1mmから約7mm、約3mmから約10mm、約3mmから約7mmの範囲、又はこれら値の間のいずれかの範囲又は部分範囲にある厚みを備えることができる。上述の範囲にある厚みは、厚めの壁を備える実施形態と比較して低い全材料コストをもたらすことができる。
図3に示すように、ガラス製造装置100は、ガラス形成材料のリボン103の区域を冷却するための1又は2以上の冷却装置301を備えることができる。例えば、一部の実施形態では、1又は2以上の冷却装置301は、第1の冷却装置303、第2の冷却装置305などを備えることができる。第1の冷却装置303は、延伸平面213の第1の側に配置することができ、第2の冷却装置305は、延伸平面213の第2の側に配置することができる。従って、延伸平面213は(従って、例えば、ガラス形成材料のリボン103は)、第1の冷却装置303と第2の冷却装置305との間を延びることができる。2つの冷却装置を示すが、1又は2以上の冷却装置301は、例えば、進行方向154に関して第1の冷却装置303及び/又は第2の冷却装置305の上流又は下流に位置付けられた追加の冷却装置を備えることができる。一部の実施形態では、第1の冷却装置303と第2の冷却装置305は、実質的に同一とすることができる。従って、本出願での第1の冷却装置303の構造及び機能の説明は、第2の冷却装置305及び他の冷却装置に当て嵌めることができる。
第1の冷却装置303を参照すると、第1の冷却装置303は、第1の端部319とその反対とすることができる第2の端部321とを備えることができる冷却チューブ307を備えることができる。一部の実施形態では、第2の端部321は、進行経路221に隣接して位置決めすることができる。例えば、進行経路221に隣接するように位置決めされることにより、第2の端部321の方が第1の端部319よりも進行経路221に近く、従って、第1の冷却装置303は、冷却流体(例えば、相変化を受けて気体322になる冷却剤粒子315)をガラス形成材料のリボン103に向けて放出してガラス形成材料のリボン103の区域325の冷却をもたらすことができる。例えば、第2の端部321が進行経路221に隣接した状態で、冷却剤粒子315は、第2の端部321から放出することができ、その後に、冷却剤粒子315は、進行経路221の近くで高い温度の結果として相変化(例えば、固体又は液体からの)を受けて気体322になることができる。相変化は、区域325を冷却することができる。一部の実施形態では、冷却チューブ307は、冷却剤供給源309から冷却流体を受け入れることができるように冷却剤供給源309と流体連通することができる。例えば、冷却剤供給源309は、ポンプ、二酸化炭素吸収装置、カートリッジ、蒸気発生器、圧縮器、及び/又は圧力容器を備えることができる。一部の実施形態では、冷却剤供給源309は、気相、液相、又は固相のうちの1又は2以上の冷却流体を貯留することができる。
一部の実施形態では、冷却チューブ307は、ノズル311を備えることができる。ノズル311は、第2の端部321に取り付けること及び/又はそれと流体連通することができる。ノズル311は、冷却流体を第2の端部321から受け入れることができ、その後に、冷却流体は、ノズル311の出口313を出ることができる。一部の実施形態では、冷却流体は、出口313を出ることができ、中心軸線317に沿って延伸平面213に向う(従って、例えば、ガラス形成材料のリボン103に向う)流れ方向323に流れることができる。中心軸線317は、ノズル311及び進行経路221と交差することができる。例えば、一部の実施形態では、中心軸線317は、進行経路221に対して実質的に垂直とすることができる。しかし、一部の実施形態では、中心軸線317は、進行経路221に対して垂直ではない場合があり、進行経路221に対して90度よりも大きいか又は小さい角度を成すことができる。一部の実施形態では、冷却流体は、出口313から流出する時に1又は2以上の冷却剤粒子315を備えることができる。一部の実施形態では、1又は2以上の冷却剤粒子315は、液体及び/又は固体の粒子を備えることができる。1又は2以上の冷却剤粒子315は、冷却流体が出口313から流出した後に1又は2以上の冷却剤粒子315が中心軸線317に沿う流れ方向323に進行する時に気体322等への相変化を受ける場合がある。一部の実施形態では、第1の冷却装置303は、区域325でのガラス形成材料のリボン103の温度を低減することができ、第2の冷却装置305は、区域327でのガラス形成材料のリボン103の温度を低減することができる。
一部の実施形態では、ガラスリボンを製造する方法は、ガラス形成材料のリボン103を形成する段階と、ガラス形成材料のリボン103を進行方向154に進行経路221に沿って移動する段階とを備えることができる。例えば、ガラス形成材料のリボン103は、溶融材料121(例えば、図1に示す)を堰203、204を超えて外面205、206の上に下方に流すことによってトラフ201から溢流させることによって形成することができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103は、進行経路221に沿う下方の進行方向154に移動することができる。ガラス形成材料のリボン103は、進行経路221に沿って移動する時に第1の冷却装置303及び第2の冷却装置305のそばを通過することができる。ガラス形成材料のリボン103が進行方向154に移動する時に、ガラス形成材料のリボン103の1又は2以上の部分を第1の冷却装置303及び/又は第2の冷却装置305によって冷却することができるように、第1の冷却装置303及び第2の冷却装置305をガラス形成材料のリボン103に隣接させることができる。
図4は、図3の線4-4に沿う第1の冷却装置303の冷却チューブ307の断面図を示している。図5は、図4の線5-5に沿う第1の冷却装置303の冷却チューブ307の断面図を示している。図4~図5を参照すると、冷却チューブ307は第1のチューブ401を備えることができる。第1のチューブ401は、第1のチャネル405を取り囲む閉鎖第1側壁403を備えることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401は、第1のチャネル405の中に第1の冷却流体407を受け入れることができる(例えば、図3に示す冷却剤供給源309から)。閉鎖されることにより、閉鎖第1側壁403は、開口部、オリフィス、空隙、又は通気口などが不在とすることができ、これは、第1の冷却流体407が閉鎖第1側壁403を通過することによって第1のチャネル405を出ることを防止することができる。一部の実施形態では、閉鎖第1側壁403は、第1のチャネル405を形成することができる中空内部を定めることができる。
第1のチューブ401は、第1の端部411と第2の端部413の間を延びることができる。第1の端部411は、図3の冷却剤供給源309と取り付け状態及び/又は流体連通状態にすることができる。第1の端部411とは反対の第1のチューブ401の端部に位置付けることができる第2の端部413は、ガラス形成材料のリボン103に隣接及び対面するように配置することができる。従って、第1のチューブ401は、第1の端部411に位置付けられた入口417と第2の端部413に位置付けられた出口419とを備えることができる。第1のチューブ401は、第1の冷却流体407を第1の端部411にある入口417を通して第1のチャネル405の中に受け入れることができる。第1の冷却流体407は、第1のチャネル405から第2の端部413にある出口419を通ることで第1のチューブ401を出ることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401は、ステンレス鋼、ニッケル合金、チタン合金、モリブデン合金、タングステン合金、又はコバルト合金のうちの1又は2以上のような熱伝導性材料を備えることができる。例えば、ステンレス鋼の熱伝導度は、約16.3ワット/(メートル×ケルビン)とすることができ、ニッケル合金の熱伝導度は、約91ワット/(メートル×ケルビン)とすることができ、チタン合金の熱伝導度は、約6ワット/(メートル×ケルビン)から約22ワット/(メートル×ケルビン)の範囲にあるとすることができ、モリブデン合金の熱伝導度は、約138ワット/(メートル×ケルビン)とすることができ、タングステン合金の熱伝導度は、約174ワット/(メートル×ケルビン)とすることができ、コバルト合金の熱伝導度は、約100ワット/(メートル×ケルビン)とすることができる。一部の実施形態では、金属材料を備える第1のチューブ401に起因して、第1のチューブ401は熱伝導性を有することができ、従って、熱を効率的に伝導することができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401は、第1の端部411と第2の端部413の間で実質的に一定の断面サイズを備えることができる。第1のチューブ401の断面サイズは、第1のチューブ401がそれに沿って延びる長手軸線415に対して垂直な軸線に沿って閉鎖第1側壁403の内面間で測定することができる。例えば、第1のチューブ401は、第1の端部411と第2の端部413の間で実質的に一定の直径を備えることができるような円形断面形状を備えることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401の内面を横断する断面サイズ(例えば、直径)は、約0.05mmから約2mmの範囲又は約0.25mmから約0.75mmの範囲にあるとすることができる。第1のチューブ401の断面サイズは、第1のチューブ401内の第1の冷却流体407の相(例えば、液相又は固相)を維持することを助けることができる圧力降下を第1の端部411と第2の端部413の間で達成することができるように選択することができる。しかし、第1のチューブ401は、一定断面サイズに限定されず、図7~図8に例示し、それに関して説明するように、一部の実施形態では非一定断面サイズを備えることができる。
一部の実施形態では、冷却チューブ307は、第2のチューブ431を備えることができる。第2のチューブ431は、第2のチャネル435を取り囲む閉鎖第2側壁433を備えることができる。第1のチューブ401は、第2のチャネル435を閉鎖第1側壁403と閉鎖第2側壁433の間に置くことができるように第2のチューブ431内に位置決めすることができる。例えば、内部に位置決めされることにより、第1のチューブ401を第2のチューブ431内に受け入れることができ、従って、第2のチューブ431は、第1のチューブ401の断面サイズ(例えば、直径)よりも大きい断面サイズ(例えば、直径)を備えることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401と第2のチューブ431は同軸とすることができ、長手軸線415に沿って延びることができる。一部の実施形態では、長手軸線415に直交する軸線437は、閉鎖第1側壁403及び閉鎖第2側壁433と交差することができる。例えば、長手軸線415から進んで軸線437は、最初に第1のチャネル405を通過し、次に、閉鎖第1側壁403、第2のチャネル435(例えば、閉鎖第1側壁403と閉鎖第2側壁433の間に位置付けられた)、閉鎖第2側壁433を通過することができる。
一部の実施形態では、第2のチューブ431は、第2の冷却流体441を第2のチャネル435の中に受け入れることができ、その後に、第2の冷却流体441は、閉鎖第1側壁403と閉鎖第2側壁433の間の第2のチャネル435内で流れることができる。例えば、第1のチューブ401と第2のチューブ431の間に空間(例えば、第2のチャネル435)を位置付けることができるように、第2のチャネル435を中空とし、他の構造がないとすることができる。閉鎖されていることにより、閉鎖第2側壁433は、開口部、オリフィス、空隙、又は通気口などが不在とすることができ、これは、第2の冷却流体441が閉鎖第2側壁433を通過することによって第2のチャネル435を出ることを防止することができる。閉鎖第1側壁403も開口部が不在であることにより、第2の冷却流体441は第2のチャネル435の中に留まることができ、閉鎖第1側壁403を通過することができない。第2のチューブ431は、第1の端部445と第2の端部447の間を延びることができる。一部の実施形態では、第1の端部445とは反対の第2のチューブ431の端部に位置付けることができる第2の端部447は、ガラス形成材料のリボン103に隣接して位置決めすることができる。一部の実施形態では、第2のチューブ431は、入口451と出口455とを備えることができる。入口451は、第2の冷却流体441の進入457に対する開口部を備えることができ、それによって第2の冷却流体441は、入口451を貫流することによって第2のチャネル435に流入することができる。出口455は、第2の冷却流体441の退出459に対する開口部を備えることができ、それによって第2の冷却流体441は、出口455を貫流することによって第2のチャネル435を出ることができる。一部の実施形態では、入口451は、第2のチューブ431の第2の端部447に隣接して位置決めすることができ、出口455は、第2のチューブ431の第1の端部445に隣接して位置決めすることができる。例えば、一部の実施形態では、第2のチューブ431は、それを取り囲むことができるような耐火材料461内に位置決めすることができる。一部の実施形態では、耐火材料461は、ノズル311(例えば、図4に示す)を取り囲まない場合があるが、一部の実施形態ではノズル311を取り囲むことができる。耐火材料461がノズル311を取り囲む場合に、進入457は、第2の冷却流体441がノズル311の壁を冷却することを可能にすることができる。一部の実施形態では、入口451は、耐火材料461内の開口部と流体連通することができ、それによって第2の冷却流体441の進入457は、耐火材料461内の開口部及び入口451を貫流することができる。第2のチャネル435を貫流した後に、第2の冷却流体441は、出口455を通って出ることによって第2のチャネル435を出ることができる。一部の実施形態では、出口455と流体連通することができる第2の開口部を耐火材料461内に形成することができる。従って、第2の冷却流体441の退出459は、出口455及び耐火材料461内の第2の開口部を貫流することができる。一部の実施形態では、第2の冷却流体441は、第1の冷却流体407と同じ方向又は反対の方向(例えば、図5に示すように)に流れることができる。
一部の実施形態では、第2のチューブ431は、第1の端部445と第2の端部447の間に実質的に一定の断面サイズを備えることができる。第2のチューブ431の断面サイズは、長手軸線415に対して垂直な軸線437に沿って閉鎖第2側壁433の内面間で測定することができる。例えば、第2のチューブ431は、第1の端部445と第2の端部447の間で実質的に一定の直径を備えることができるような円形断面形状を備えることができる。しかし、第2のチューブ431はそのように限定されず、一部の実施形態では非一定断面サイズを備えることができる。第2のチューブ431は、第1のチューブ401を第2のチューブ431の中に受け入れることができるように第1のチューブ401の断面サイズよりも大きい断面サイズを備えることができる。
一部の実施形態では、冷却チューブ307は、第1のチューブ401に取り付けられたノズル311を備えることができる。例えば、一部の実施形態では、ノズル311は、閉鎖第1側壁403の第2の端部413に取り付けることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401に取り付けられることにより、ノズル311を閉鎖第1側壁403と一体形成することができる。一部の実施形態では、ノズル311は、一体形成されずに閉鎖第1側壁403に取り付けることができる。例えば、1又は2以上の機械ファスナは、ノズル311と閉鎖第1側壁403とを取り付けることができる。機械ファスナは、例えば、作動中にノズル311が閉鎖第1側壁403から不用意に離脱することが制限されるように接着剤、ロッキング構造(例えば、雄-雌螺合係合)、溶接取り付けなどを備えることができる。耐火材料461は、ノズル311のうちのいずれも取り囲まない、一部を取り囲む、又は全てを取り囲むことができる。例えば、一部の実施形態では、耐火材料461は、ノズル311の一部又は全てを取り囲むことができ、それに対して他の実施形態ではノズル311を取り囲まない場合がある。
ノズル311は、第1のチャネル405と流体連通することができるノズルキャビティ467を備えることができる。例えば、流体連通していることにより、ノズル311は、第1の冷却流体407を受け入れ(例えば、ノズルキャビティ467の中に)、第1の冷却流体407を進行経路221に向けて誘導することができる。一部の実施形態では、ノズルキャビティ467は実質的に中空とすることができ、第1の冷却流体407が閉鎖第1側壁403の第2の端部413から流出した後に流入するチャンバを形成することができる。ノズル311は、いくつかの異なる形状、例えば、円錐形状、高さ(例えば、図1に示す進行方向154に沿う)よりも大きい幅(例えば、図1に示す幅Wの方向に沿う)を備える細長円錐形状などを備えることができる。
一部の実施形態では、ノズル311は拡散器を備えることができる。一部の実施形態では、拡散器は、流体が通過することができる開口部を定める壁を備えることができる。壁開口部は、流体の速度が拡散器内で低下することができるように流体の流れ方向に対する拡大する断面サイズを備えることができる。理論によって束縛されることは望まないが、拡散器は、ノズル311内の第1の冷却流体407の速度を低下(例えば、低減)させることができ、これは、第1の冷却流体407がガラス形成材料のリボン103の面に接触する可能性を抑制する(例えば、低減する、低下させる、排除する)ことができる。更に、理論によって束縛されることは望まないが、拡散器は、第1の冷却流体407が負のジュール-トムソン係数を備える時に拡散器を貫流する第1の冷却流体407の温度を低減することができる。一部の実施形態では、冷却剤供給源309とノズル311の間に粒子(例えば、液滴、固体粒子)を提供するための霧化器を配置することができる。
一部の実施形態では、ノズル311は、沸騰ノズルを備えることができる。一部の実施形態では、沸騰ノズルは、流体の流れ方向に対して収束する(例えば、断面サイズを縮小させる)入口セクション、それに続く流体の流れ方向に対して拡大する(例えば、断面サイズを拡大させる)出口セクションを備えることができる。理論によって束縛されることは望まないが、沸騰ノズルは、第1の冷却流体407を粒子に分離するために第1の冷却流体407の運動エネルギ(例えば、加速)を用いて粒子(例えば、液滴、固体粒子)を発生させることができる。一部の実施形態では、沸騰ノズルによって加速された時に、第1の冷却流体407の一部分が気体への相転移(例えば、「沸騰」)を受ける場合がある。一部の実施形態では、第1の冷却流体407の複数の部分は、第1の冷却流体407がノズル311での加速中に希薄される時に第1の冷却流体407の表面張力に基づいて互いに分離する場合がある。
一部の実施形態では、ノズル311はせん断ノズルを備えることができる。一部の実施形態では、流体を粒子に分離することができるように流体が衝突することができる渦巻きを形成する面を備えることができる。理論によって束縛されることは望まないが、せん断ノズルは、第1の冷却流体407から粒子(例えば、液滴、固体粒子)を発生させることができる。一部の実施形態では、せん断ノズルは、その中に導入されるせん断力に基づいて第1の冷却流体407を粒子に分離させる流体回転運動を誘導することができる。追加の実施形態では、せん断ノズルは、第1の冷却流体407と別の流体(例えば、気体)とを混合することによって粒子(例えば、液滴、固体粒子)を形成することができる。更に別の実施形態では、せん断ノズル内で第1の冷却流体407を別の流体が取り囲むことができる。理論によって束縛されることは望まないが、第1の冷却流体407と他の流体の間のせん断は、冷却剤粒子を生成することができる。
図6を参照すると、一部の実施形態では、ガラスリボンを製造する方法は、第1のチューブ401を通して第1の冷却流体407をノズル311に向けて送出する段階を備えることができる。例えば、第1の冷却流体407は、冷却剤供給源309(例えば、図3に示す)によって供給することができる。冷却剤供給源309は、第1の冷却流体407を第1の端部411にある入口417を通して第1のチャネル405の中に送出することができる。第1の冷却流体407は、第1の端部411から第2の端部413に向う流れ方向601に流れることができる。第2の端部413に達した後に、第1の冷却流体407は、出口419を通って第1のチャネル405を出ることができ、ノズルキャビティ467の中に受け入れられることによってノズル311に流入することができる。一部の実施形態では、第1の冷却流体407は、第1のチューブ401内で相変化を受ける場合がある。例えば、第1の冷却流体407は、冷却剤供給源309から第1のチューブ401の中に注入することができる液体を備えることができる。第1の冷却流体407は、第1のチューブ401内で圧力降下に遭遇し、第1のチューブ401内のある領域が液体粒子と気体との混合物を備えることができるように第1の冷却流体407に液体から気体への相変化を受けさせることができる。圧力が第1のチューブ401に沿って低下し続けると、液体は、固体への相変化を受けることができる。
一部の実施形態では、ガラスリボンを製造する方法は、第1のチューブ401を取り囲む第2のチューブ431を通して第2の冷却流体441をそれが第1のチューブ401との対流接触状態になるように送出することによって第1のチューブ401を冷却する段階を備えることができる。例えば、第2の冷却流体441は、入口451を通して第2のチューブ431に送出することができる。第2の冷却流体441は、第2のチャネル435を通って出口455まで進行することができ、その後に、第2のチャネル435を出ることができる。一部の実施形態では、第2の冷却流体441は、第1の冷却流体407が第1のチューブ401を通って進行するのと同じ方向に流れ方向601に沿って進行することができる。一部の実施形態では、第2の冷却流体441は、第1の冷却流体407が第1のチューブ401を通って進行するのと反対の方向に流れ方向601と反対に進行することができる。一部の実施形態では、第2の冷却流体441は、気体、例えば、酸素、窒素など、及び/又は液体、例えば、液体二酸化炭素、液体窒素などを備えることができる。第2のチャネル435が第1のチューブ401を取り囲むことに起因して、第2の冷却流体441は、閉鎖第1側壁403を取り囲むことができる。
一部の実施形態では、第2のチューブ431を通して第2の冷却流体441を送出することによって第1のチューブ401を冷却する段階は、第2の冷却流体441を用いて周囲環境603から熱を吸収することによって周囲環境603から第1のチューブ401を熱的に遮断する段階を備えることができる。第1のチューブ401を周囲環境603から熱的に遮断することにより、第2の冷却流体441は、周囲環境603から熱を吸収することができ、それによって第2の冷却流体441の第1の温度増大と第1の冷却流体407の第2の温度増大とをもたらすことができる。しかし、第2の冷却流体441が第1のチューブ401を取り囲むことに起因して、第1の温度増大を第2の温度増大よりも大きくすることができ、従って、第1の冷却流体407に対する周囲環境603の高温の効果を軽減することができる。例えば、第2のチャネル435を通過する周囲環境603と第1のチューブ401の間の経路に起因して、第1のチューブ401を周囲環境603から熱的に遮断することができる。一部の実施形態では、周囲環境603は、第1の冷却流体407と比較して高い温度にある場合がある。第1の冷却流体407を高温に露出させると、第1のチャネル405内で固体又は液体粒子から気体への第1の冷却流体407の相変化をもたらす場合がある。この相変化の結果として少なめの量の第1の冷却流体407(例えば、気体形態にある)のみが第1のチューブ401の第1の端部411に到達し、従って、第1の冷却流体407の冷却機能を制限する場合がある。従って、第2の冷却流体441は、第1のチューブ401を周囲環境603の高温から熱的に遮断し、それによって第1の冷却流体407を熱的に遮断することができる。例えば、第2の冷却流体441は、第2のチャネル435を貫流する時に周囲環境603から熱の一部分を吸収することができる。
一部の実施形態では、閉鎖第1側壁403は、第2のチャネル435から第1のチャネル405を遮断することができる。例えば、閉鎖第1側壁403は、開口部、オリフィス、空隙、又は通気口などが不在とすることができ、これは、第1の冷却流体407が第1のチャネル405から第2のチャネル435に閉鎖第1側壁403を通過することを防止することができる。同様に、第2の冷却流体441が第2のチャネル435から第1のチャネル405に閉鎖第1側壁403を通過することを防止することができる。従って、本方法は、第2の冷却流体441が第2のチューブ431を通して送出され、かつ第1の冷却流体407が第1のチューブ401の端部(例えば、第2の端部413)から誘導される時に第1の冷却流体407を第2の冷却流体441から遮断することができる(例えば、第1の冷却流体407を第1のチャネル405の中に維持し、例えば、第2の冷却流体441を第2のチャネル435の中に維持することにより)。
一部の実施形態では、本方法は、第1の冷却流体407を第1のチューブ401の第2の端部413からノズル311を通してガラス形成材料のリボン103の区域325に向けて誘導することによって区域325(例えば、ガラス形成材料のリボン103の)を冷却する段階を備えることができる。例えば、液相、固相、又は気相のうちの1又は2以上の1又は2以上の冷却剤粒子315を備えることができる第1の冷却流体407は、第2の端部413にある第1のチューブ401の出口419を出ることができ、ノズル311のノズルキャビティ467を通過することができる。一部の実施形態では、区域325を冷却する段階は、第1の冷却流体407がガラス形成材料のリボン103の区域325に向けて流れている間に第1の冷却流体407の相を変化させる段階を備えることができる。例えば、ノズル311を出る1又は2以上の冷却剤粒子315は、進行経路221に向う流れ方向601に沿って進行することができる。一部の実施形態では、第1の冷却流体407が流れ方向601に沿って進行する時に、第1の冷却流体407の一部分は相変化を受ける場合があり、蒸発する場合がある。例えば、ノズル311とガラス形成材料のリボン103の区域325との間の周囲温度は、1又は2以上の冷却剤粒子315の少なくとも一部を気体322に変換することができるようにこれらの1又は2以上の冷却剤粒子315に液相又は固相から気相への相変化を受けさせることによって蒸発させるほど十分に高く(例えば、約400℃から約1000℃の範囲にある)、冷却剤粒子315の沸点よりも高くすることができる。一部の実施形態では、相変化は(例えば、1又は2以上の冷却剤粒子315を蒸発させて気体322を形成するための)、第1の冷却流体407がノズル311から吐出された後であるが、1又は2以上の冷却剤粒子315がガラス形成材料のリボン103に到達する前に発生することが可能である。しかし、一部の実施形態では、周囲温度は、第1の冷却流体407の沸点よりも高い場合があり、従って、第1の冷却流体407は、第1のチューブ401内でノズル311から吐出される前に相変化を受けるリスクにある場合がある。例えば、一部の実施形態では、第1の冷却流体407は、二酸化炭素、水、液体窒素などを備えることができる。
一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103に到達する前に相変化を受けて蒸発する第1の冷却流体407の部分は、1又は2以上の冷却剤粒子315のいずれも進行経路221に到達してガラス形成材料のリボン103に接触することのないように第1の冷却流体407の全てを備えることができる。一部の実施形態では、ガラス形成材料のリボン103に到達する前に相変化を受けて蒸発する第1の冷却流体407の部分は、第1の冷却流体407の一部(全てではない)しか備えず、従って、1又は2以上の冷却剤粒子315のうちの一部は、進行経路221に到達してガラス形成材料のリボン103に接触する場合がある。しかし、ガラス形成材料のリボン103に接触する(例えば、気体322に変換されない)1又は2以上の冷却剤粒子315の量は、ガラス形成材料のリボン103の品質に影響を及ぼさないように十分に小さくすることができる。気体322への1又は2以上の冷却剤粒子315の蒸発は、いくつかの利益をもたらすことができる。例えば、1又は2以上の冷却剤粒子315が相変化を受けて蒸発し、気体322を形成する時は、気温の低減を達成することができる。例えば、ガラス形成材料のリボン103に隣接する気温を低減することができ、それによってノズル311に隣接するガラス形成材料のリボン103を冷却することができる。更に、気体322を形成することにより、冷却剤粒子315のうちの一部しか又はいずれもガラス形成材料のリボン103に接触せず、従って、ガラス形成材料のリボン103の面上への材料の堆積の可能性を低減することができる。
一部の実施形態では、本方法は、第1の冷却流体407の流れを第2の端部413に到達する前(例えば、ノズル311に到達する前)に第1のチューブ401の第1の部分619内で加速することによって第1のチューブ401内の第1の冷却流体407の相変化を制御する段階を備えることができる。例えば、一部の実施形態では、第1の部分619内で第1の冷却流体407の流れを加速することにより、第1の冷却流体407が第1の部分619内で費やす時間量を第1の部分619内で第1の冷却流体407の流れを加速しない実施形態と比較して低減することができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401は、第1の部分619と第2の部分621とを備えることができる。第2の部分621は、第1のチューブ401の第1の端部411と第1の部分619との間に位置付けることができる。第1の部分619は、第2の端部413と第2の部分621の間に位置付けることができる。従って、第2の端部413を第1の部分619から分離する距離は、第2の端部413を第2の部分621から分離する距離よりも小さくすることができる。第1の冷却流体407は、第1のチャネル405内で流れる1又は2以上の冷却剤粒子623を備えることができる。1又は2以上の冷却剤粒子623は、液体粒子、固体粒子、及び/又は気体粒子を備えることができる。一部の実施形態では、1又は2以上の冷却剤粒子623が液体粒子から気体粒子への又は固体粒子から気体粒子への相変化を受ける時に、密度の変化が発生することができ、この密度変化は、1又は2以上の冷却剤粒子623の加速をもたらすことができる。
一部の実施形態では、第1のチューブ401の第1の部分619内で第1の冷却流体407の流れを加速する段階は、第1の部分619内で液相又は固相の一方又は両方から気相への第1の冷却流体407の一部分の相変化を可能にする段階を備えることができる。例えば、一部の実施形態では、第1のチューブ401の第1の部分619の温度は、第2の部分621の温度よりも高くすることができる。この温度変化は、ガラス形成材料のリボン103の近くの温度が第1のチューブ401の第1の端部411の近くの温度よりも高いことに部分的に起因する場合がある。ガラス形成材料のリボン103の近く(従って、例えば、第2の端部413の近く)のより高い温度に起因して、第1の部分619の中にあって第1の端部411よりも第2の端部413に向けて近い1又は2以上の冷却剤粒子623の一部分が相変化(例えば、固相又は液相から気相への)を受け、それによって第1の部分619内で加速をもたらすことができる。第1の冷却流体407の一部分の相変化を可能にする段階は、いくつかの手法でもたらすことができる。例えば、一部の実施形態では、入口451に流入する第2の冷却流体441の温度は、第1の部分619内の第1の冷却流体407の一部分が相変化を受けることができ、それによって第1の部分619内で第1の冷却流体407の流れを加速することができるように選択することができる。一部の実施形態では、より多くの量の第1の冷却流体407が第1の部分619内で相変化を受けることができるように、閉鎖第1側壁403の厚みは、相変化を可能にするために第1の部分619で第2の部分621と異なることが可能である。更に別の実施形態では、第1のチューブ401の異なる冷却性能に関して、第1の冷却流体407の一部分が相変化を受けることを可能にすることができるように、第2のチューブ431は、相変化を可能にするために第1の部分619で第2の部分621でとは異なる厚みを備えることができる。
一部の実施形態では、本方法は、第1の冷却流体407が第1のチューブ401の端部からノズル311を通して誘導された後に吸引によって第1の冷却流体407を抽出する段階を備えることができる。例えば、一部の実施形態では、第1の冷却装置303は、ノズル311に隣接するように位置決めされた吸引ノズル651を備えることができる。吸引ノズル651は、流体を吸引ノズル651の中に吸い込む(例えば、矢印653で示す)ことができる開口部を定めることができる。一部の実施形態では、吸引ノズル651は、区域325の近くのかつノズル311の近くの環境603から空気を除去することができる。空気を除去することにより、吸引ノズル651は、ノズル311の近くの環境603内の圧力を低減することができ、それによって気体322及び1又は2以上の冷却剤粒子315を吸引ノズル651内への経路(例えば、矢印653で示す)に沿って吸引することができる。図6には1つの吸引ノズル651を示すが、一部の実施形態では、複数の吸引ノズル651をノズル311に近くに設けることができる。吸引ノズル651は、いくつかの利益をもたらすことができる。例えば、ノズル311から流出した後の第1の冷却流体407の相変化に起因して環境603の密度が変化する場合がある。この密度変化は、環境603内の圧力に影響を及ぼす場合があり、この影響は、ガラス形成材料のリボン103に対して望ましくない効果を有する場合がある。いずれの望ましくない効果も低減するために、吸引ノズル651は、気体322及び1又は2以上の冷却剤粒子315を吸引することができる。
図7~図8を参照すると、第1の冷却装置701の追加の実施形態が例示されている。図7~図8に示す第1の冷却装置701は、図3~図6に示す第1の冷却装置303と同様とすることができる。例えば、図7を参照すると、第1の冷却装置701は、第1のチューブ401と耐火材料461によって囲まれた第2のチューブ431とを備える冷却チューブ307を備えることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401は、その内面間で測定される非一定断面サイズを第1の端部411と第2の端部413の間に備えることができる。例えば、第1のチューブ401は、第1の端部411と第2の端部413の間の第1の場所705で第1の断面サイズ703を備え、第2の端部413に隣接する第2の場所709で第2の断面サイズ707を備えることができる。一部の実施形態では、断面サイズは、長手軸線415に対して垂直な方向に沿って第1のチューブ401の内面を分離する最大距離を備えることができる。例えば、第1のチューブ401が円形の断面形状を備える時に、第1の断面サイズ703及び第2の断面サイズ707は、第1のチューブ401の直径(例えば、直線距離)を備えることができる。一部の実施形態では、断面サイズは、長手軸線415に対して垂直な平面に沿う第1のチューブ401の面積を備えることができる。
第1の場所705は、第1のチューブ401の第2の部分621内で第1の端部411と第1の部分619との間の場所に位置付けることができる。第2の場所709は、第1のチューブ401の第1の部分619内で第2の端部413と第2の部分621との間の場所に位置付けることができる。一部の実施形態では、第1の断面サイズ703(例えば、第1の場所705での)は、第2の断面サイズ707(例えば、第2の場所709での)とは異なることができ、例えば、第1の断面サイズ703は、第2の断面サイズ707よりも大きいとすることができる。例えば、第1のチューブ401は、縮小する断面サイズを備えることができ、第1の端部411での第1のチューブ401の断面サイズは、第2の端部413での第1のチューブ401の断面サイズよりも大きいとすることができる。非一定断面サイズは、いくつかの手法で達成することができる。例えば、一部の実施形態では、第1のチューブ401が第1の部分619で小さい第2の断面サイズ707を備えることができるように、閉鎖第2側壁433は、第1の部分619で第2の部分621よりも大きい厚みを備えることができる。
図8を参照すると、一部の実施形態では、ガラスリボンを製造する方法は、第1の冷却流体407の流れを第2の端部413に到達する前に第1のチューブ401の第1の部分619内で加速することによって第1のチューブ401内の第1の冷却流体407の相変化を制御する段階を備えることができる。例えば、第1の冷却流体407の流れを加速する段階は、第1の冷却流体407の流れ方向601に関して第1のチューブ401の第1の部分619の断面サイズを低減する段階を備えることができる。断面サイズの低減は、例えば、第1のチューブ401の一部分の断面サイズを一時的に低減するために第1のチューブ401の外面に力を印加する段階を備えることができる能動的低減ではなく、第1のチューブ401の寸法の静的低減を備えることができる。能動的低減の代わりに、断面サイズの低減は、第1の端部411から第2の端部413への流れ方向601に関して低減する第1のチューブ401の寸法を備えることができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401は、非一定厚みの閉鎖第1側壁403を備えることができ、1つの場所(例えば、第2の部分621)では、閉鎖第1側壁403は、別の場所(例えば、第1の部分619)でのものよりも小さい厚みを備えることができる。閉鎖第1側壁403の異なる厚みは、第2の部分621から第1の部分619への第1のチューブ401の狭窄化に起因して断面サイズの低減を達成することができる。
これに加えて又はこれに代えて、一部の実施形態では、断面サイズの低減を達成するための補助構造を第1のチューブ401内の第1の部分619の場所に配置することができる。一部の実施形態では、断面サイズの低減に起因して第1のチューブ401を貫流する1又は2以上の冷却剤粒子315の流速が、第1の部分619を貫流する時に第2の断面サイズ707が第1の断面サイズ703よりも大きいことに起因して増大することが可能である。第1の部分619内で第1の冷却流体407の流れを加速することにより、第1の冷却流体407が第1の部分619内で費やす時間量を第1の部分619内の第1の冷却流体407の流れが加速されない実施形態と比較して低減することができる。一部の実施形態では、第1のチューブ401の第1の部分619の温度を第2の部分621の温度よりも高くすることができる。第1の冷却流体407が第1の部分619内で相変化を受ける可能性を低減するために、第1の部分619の小さい断面サイズは、第1の冷却流体407が第1の部分619内で費やす時間量の低減を容易にすることができる。その結果、第1の部分619内の第1の冷却流体407の相変化を制限し、それによってより多くの量の冷却剤粒子315が気体322に変換される前にノズル311を通過することを可能にすることができる。
図9を参照すると、第1の冷却装置の追加の実施形態901が例示されている。第1の冷却装置901は、いくつかの点で図3~図8に示す第1の冷却装置301、701と同様とすることができる。しかし、一部の実施形態では、第1の冷却装置901は、第1の冷却流体407に対する流路903を定める開口部905を第1のチューブ401内に備えることができる。例えば、第1のチューブ401の第2の端部413に隣接するように、1又は2以上の開口部(例えば、開口部905)を閉鎖第1側壁403内に形成することができる。従って、第1の冷却流体407の一部分は、第2の端部413から流出してノズル311を通過し、一方で第1の冷却流体407の別の部分は、流路903に沿って進んで開口部905を通過することができる。開口部905は、第2のチャネル435と流体連通することができる。第1の冷却流体407は、開口部905を通過することができ、その後に、第1のチューブ401を冷却することによって第2の冷却流体441として機能し、出口455に向けて流れることができる。一部の実施形態では、第1の冷却装置901の利益は、入口451(例えば、図8~図8に示す)を設けない場合があることであり、従って、第2の独立した冷却流体を第2のチャネル435に供給しない場合があることである。代わりに第1の冷却流体407が、第1のチューブ401を冷却することによって図5~図8の第2の冷却流体441として機能することができる。
この出願で例示して説明する冷却チューブ307は、いくつかの利益を提供することができる。例えば、第1のチューブ401を第2のチューブ431内に位置決めすることにより、第1のチューブ401の第1のチャネル405を第2のチャネル435とは別個の雰囲気として維持することができる。例えば、第1のチューブ401は、開口部のない閉鎖第1側壁403を備えることができ、同時に第2のチューブ431は、開口部のない閉鎖第2側壁433を備えることができる。従って、第1のチューブ401は、第1の冷却流体407を受け入れて伝達することができ、同時に第2のチューブ431は、第2の冷却流体441を受け入れて伝達することができる。第1の冷却流体407と第2の冷却流体441とは混合し合わない又は混合しない場合があり、そのために第1の冷却流体407は、区域325を冷却するために第1のチューブ401からガラス形成材料のリボン103に向けて放出することができ、第2の冷却流体441は、第1のチューブ401を冷却するために閉鎖第1側壁403に接触することができる。従って、第2の冷却流体441は、第1のチューブ401を冷却し、第1の冷却流体407を周囲環境の高温から熱的に遮断することができる。第1のチューブ401を冷却することにより、第1のチャネル405内にある間の第1の冷却流体407の意図しない相変化の可能性を回避することができる。第1の冷却流体407の意図しない相変化を制限することにより、第1の冷却流体407は、ガラス形成材料のリボン103に隣接する場所で固体又は液体から気体322への相変化を受け、それによって区域325を冷却することができる1又は2以上の冷却剤粒子315の形態で第1のチューブ401から放出することができる。
これに加えて、一部の実施形態では、冷却チューブ307は、第2の端部413の近くの例えば第1のチューブ401の第1の部分619内の場所での第1の冷却流体407の流れの加速を容易にすることができる。例えば、ガラス形成材料のリボン103に近い場所では、周囲環境603の温度は、第1の端部411の近くの温度と比較して高い場合がある。第1の冷却流体407が第1の部分619内で費やす時間量を低減するために、第1のチューブ401は、第2の部分621(例えば、第1の場所705での第1の断面サイズ703)と比較して小さい断面サイズ(例えば、第2の場所709での第2の断面サイズ707)を備えることができる。一部の実施形態では、第1の冷却流体407が第1の部分619内で費やす時間量を低減するために、第1の部分619内の第1の冷却流体407の一部分の相変化を可能にすることができる。この相変化は、密度変化をもたらすことができ、それによって第1の冷却流体407を加速することができる。更に、第1のチューブ401は、第1の端部411と第2の端部413の間の圧力降下を容易にすることができる断面サイズ、例えば、直径を備えることができる。例えば、一部の実施形態では、第1のチューブ401内の直径は、約0.25mmから約0.75mmの範囲にあるとすることができる。圧力降下が過度に大きい時に、第1のチューブ401内の第1の冷却流体407の流速は、第2の端部413で過度に低い場合がある。より小さい圧力降下では、第1のチューブ401内で予め決められた温度での相変化(例えば、液相又は固相から気相への)を制限しながら、第1の冷却流体407の望ましい流速を維持することができる。
様々な実施形態をそのある一定の例示的かつ具体的な例に関して詳細に説明したが、以下の特許請求の範囲から逸脱することなく本発明の開示の特徴の多くの修正及び組合せが可能であるので、本発明の開示は、そのような実施形態に限定されるように見なすべきではないことを理解しなければならない。
103 ガラス形成材料のリボン
303 第1の冷却装置
307 冷却チューブ
403 閉鎖第1側壁
467 ノズルキャビティ
303 第1の冷却装置
307 冷却チューブ
403 閉鎖第1側壁
467 ノズルキャビティ
Claims (20)
- 進行方向に延びる進行経路を定める形成装置であって、ガラス形成材料のリボンを該進行方向に該進行経路に沿って搬送するように構成された前記形成装置と、
第1の端部と、該第1の端部の反対側で前記進行経路に隣接するように位置決めされた第2の端部とを備える冷却チューブであって、
第1のチャネルを取り囲む閉鎖第1側壁を備える第1のチューブであって、第1の冷却流体を該第1のチャネル内に受け入れるように構成された前記第1のチューブ、
第2のチャネルを取り囲む閉鎖第2側壁を備える第2のチューブであって、前記第1のチューブが、該第2のチャネルが前記閉鎖第1側壁と該閉鎖第2側壁の間にあるように該第2のチューブ内に位置決めされ、該第2のチューブが、第2の冷却流体を該第2のチャネル内に受け入れるように構成される前記第2のチューブ、及び
前記第1のチューブに取り付けられたノズルであって、該ノズルが、前記第1のチャネルと流体連通しているノズルキャビティを備え、該ノズルが、前記第1の冷却流体を受け入れて該第1の冷却流体を前記進行経路に向けて誘導するように構成される前記ノズル、
を備える前記冷却チューブと、
を備えることを特徴とするガラス製造装置。 - 前記第1のチューブは、前記第1の端部と前記第2の端部の間の第1の場所で第1の断面サイズ、及び該第2の端部に隣接する第2の場所で第2の断面サイズを備え、
前記第1の断面サイズは、前記第2の断面サイズとは異なっている、
ことを特徴とする請求項1に記載のガラス製造装置。 - 前記第1の断面サイズは、前記第2の断面サイズよりも小さいことを特徴とする請求項2に記載のガラス製造装置。
- 前記第1のチューブ及び前記第2のチューブは、同軸であり、かつ長手軸線に沿って延びることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のガラス製造装置。
- 前記長手軸線と直交する軸線が、前記閉鎖第1側壁及び前記閉鎖第2側壁と交差することを特徴とする請求項4に記載のガラス製造装置。
- 前記閉鎖第1側壁は、前記第1のチャネルを前記第2のチャネルから隔離することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のガラス製造装置。
- ガラス形成材料のリボンを形成する段階と、
前記ガラス形成材料のリボンを進行方向に進行経路に沿って移動する段階と、
第1の冷却流体を第1のチューブを通してノズルに向けて送出する段階と、
前記第1のチューブを該第1のチューブ内の前記第1の冷却流体の相を維持するために前記第2の冷却流体が該第1のチューブと対流接触するように第2の冷却流体を該第1のチューブを取り囲む第2のチューブを通して送出することによって冷却する段階と、
前記ガラス形成材料のリボンの区域を前記第1のチューブの端部から前記ノズルを通して該ガラス形成材料のリボンの該区域に向けて前記第1の冷却流体を誘導することによって冷却する段階と、
を備えることを特徴とするガラスリボンを製造する方法。 - 前記第2の冷却流体が前記第2のチューブを通して送出される時及び前記第1の冷却流体が前記第1のチューブの前記端部から誘導される時に該第1の冷却流体を該第2の冷却流体から隔離する段階を更に備えることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記第1のチューブを前記冷却する段階は、該第1のチューブを周囲環境から前記第2の冷却流体を用いて該周囲環境から熱を吸収することによって熱的に遮断する段階を備えることを特徴とする請求項8に記載の方法。
- 前記第1のチューブの第1の部分内の前記第1の冷却流体の流れを該第1のチューブの前記端部に到達する前に加速することによって該第1のチューブ内の該第1の冷却流体の相変化を制御する段階を更に備えることを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記加速する段階は、前記第1の冷却流体の流れ方向に対する前記第1のチューブの前記第1の部分の断面サイズを低減する段階を備えることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記加速する段階は、前記第1の部分内の前記第1の冷却流体の一部分の液相又は固相のうちの1又は2以上から気相への相変化を可能にする段階を備えることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記区域を前記冷却する段階は、前記第1の冷却流体の前記相を該第1の冷却流体が前記ガラス形成材料のリボンの前記区域に向けて流れている間に変化させる段階を備えることを特徴とする請求項7から12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の冷却流体は、二酸化炭素を備えることを特徴とする請求項7から13のいずれか一項に記載の方法。
- ガラス形成材料のリボンを形成する段階と、
前記ガラス形成材料のリボンを進行方向に進行経路に沿って移動する段階と、
第1の冷却流体を第1のチューブを通してノズルに向けて送出する段階と、
前記第1のチューブ内の前記第1の冷却流体の相変化を該第1のチューブの第1の部分内の該第1の冷却流体の流れを前記ノズルに到達する前に加速することによって制御する段階と、
前記ガラス形成材料のリボンの区域を前記第1のチューブの端部から前記ノズルを通して前記第1の冷却流体を該ガラス形成材料のリボンの該区域に向けて誘導することによって冷却する段階と、
を備えることを特徴とするガラスリボンを製造する方法。 - 前記加速する段階は、前記第1の冷却流体の流れ方向に対する前記第1のチューブの前記第1の部分の断面サイズを低減する段階を備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記加速する段階は、前記第1の部分内の前記第1の冷却流体の一部分の液相又は固相のうちの1又は2以上から気相への相変化を可能にする段階を備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- 前記区域を前記冷却する段階は、前記第1の冷却流体の相を該第1の冷却流体が該区域に向けて流れている間に変化させる段階を備えることを特徴とする請求項15から17のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の冷却流体は、二酸化炭素を備えることを特徴とする請求項15から18のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第1の冷却流体を該第1の冷却流体が前記第1のチューブの前記端部から前記ノズルを通して誘導された後に吸引によって抽出する段階を更に備えることを特徴とする請求項15から19のいずれか一項に記載の方法。
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