JP6321686B2 - フュージョンドローにおけるガラスリボン冷却方法 - Google Patents

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関連出願の説明

本出願は、２０１３年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／７７０３６２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。

本明細書は、一般に超大流量のフュージョンドロー法におけるガラスリボンの冷却の制御に関する。より具体的には、本明細書は、フュージョンドロー装置の多くの地点でフュージョンドロー装置内へ流体を注入し、またフュージョンドロー装置から流体を抜き取って、成形されているガラスリボンの温度プロファイルを制御するものに関する。

種々の市販の用途に使用するためのガラス基板に対する需要が増大している。この需要に対応するために、ガラス製造プロセスではガラス流量が対応して増加している。フュージョンドロープロセスでは、ガラス流量を増加させて製造コストを下げている。

フュージョンドロープロセスにおいて高ガラス流量を得ることに関する１つの障害は、ガラスを制御された形で冷却する能力がないことである。従来、延伸部の高さを増加させたり、延伸部の断熱性を向上させたり、水冷却された表面を追加で提供したりすることを利用して、高ガラス流量のフュージョンドロープロセスで冷却の制御を試みていた。しかしながら、こういった手段は不適切であることが判明した。

他のガラス製造方法では能動空気冷却が使用されているが、これはフュージョンドロープロセスで使用されたことはない。空気などの流体を、延伸部の上部、中程、または下部から抜き取ることを試みたが、成果は限られたものであった。抜取りのみを用いて（すなわち空気注入なしで）延伸部内の気流を増加させると、ガラスリボンの対流熱損失を増加させる。しかしながら空気の抜取りは、延伸部のより低い部分で最大の冷却をもたらし、ガラス流量が多いときなど、ガラスリボンの所望の温度プロファイルを達成することが常に可能であるわけではない。

従って、ガラスリボンを冷却する代わりの方法が必要である。

一実施の形態によれば、フュージョンドロー装置の延伸部内でガラスリボンの冷却を制御する方法が提供される。この方法は、ガラスリボンの目標の温度変化プロファイルを得るステップと、延伸部に少なくとも２つのポートを提供するステップとを含み得る。ポートの夫々での流体注入によりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルと、ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルとを測定してもよい。ポートの夫々での流体注入によりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルと、ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルとを用いて、温度利得係数を評価してもよい。温度利得係数を用いて最小二乗問題を解くことによって、ポートの夫々に対する注入流体流量または抜取り流体流量が計算され得る。ポートの夫々に対して決定された空気流を適用することによって、目標の温度変化プロファイルに類似したガラスリボンの実際の温度変化プロファイルを得ることができる。

別の実施形態では、フュージョンドロー装置の延伸部内でガラスリボンを冷却するための能動流体流スキームが提供される。能動流体流スキームは、ガラスリボンの目標の温度変化プロファイルを得るステップと、延伸部に少なくとも２つのポートを提供するステップとを含み得る。ポートの夫々での流体注入によりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルと、ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルとを測定してもよい。ポートの夫々での流体注入によりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルと、ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされるガラスリボンの温度変化プロファイルとを用いて、温度利得係数を計算してもよい。目標の温度変化プロファイルに類似したガラスリボンの実際の温度変化プロファイルを得るために、温度利得係数を用いて最小二乗問題を解くことによって、ポートの夫々に対する注入流体流量または抜取り流体流量が計算され得る。各ポートに対し、夫々計算された注入流体流量または抜取り流体流量が適用され得る。ガラスリボンの実際の温度変化プロファイルとガラスリボンの目標の温度変化プロファイルとの間の差に対する許容範囲を決定してもよく、かつガラスリボンの実際の温度変化プロファイルとガラスリボンの目標の温度変化プロファイルとの間の差が許容範囲内であるかどうかを評価してもよい。ガラスリボンの実際の温度変化プロファイルとガラスリボンの目標の温度変化プロファイルとの間の差が許容範囲外であると、スキームは利得係数を計算するステップに再び戻って、この計算するステップにもう一度進む。ガラスリボンの実際の温度変化プロファイルとガラスリボンの目標の温度変化プロファイルとの間の差が許容範囲内であると、スキームは既定の時間の間休止し、その後、評価ステップに戻る
実施形態のさらなる特徴および利点が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になるであろうし、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る実施形態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、種々の実施形態を説明したものであること、また請求される主題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よう意図されたものであることを理解されたい。添付の図面は種々の実施形態のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれかつその一部を構成する。図面は本書で説明される種々の実施形態を示し、そしてその説明とともに、請求される主題の原理および動作の説明に役立つ。

フュージョンドロー装置を含むガラス製造プロセスの一実施の形態を描いた概略図 フュージョンドロー装置の延伸部の概略図 実施形態による、１ｘガラス流量でガラスリボンの温度プロファイルの変化を最適化するように設計された延伸部での、ガラスリボンの温度変化プロファイルを示したグラフ 実施形態による、いかなる冷却も伴わない２ｘガラス流量でのガラスリボンの温度プロファイルを示したグラフ 実施形態による抜取り時の温度プロファイルの変化の状態を概して示した、温度プロファイルの変化を示すグラフ 実施形態による注入時の温度プロファイルの変化の状態を概して示した、温度プロファイルの変化を示すグラフ 実施形態による能動流体流スキームのフローチャート 実施例１による、目標の温度と、流体抜取りのみのスキームと、流体注入／抜取りスキームとに対する、ガラスリボンの温度プロファイルの変化を示したグラフ 実施形態による延伸部内のポートの位置を描いた概略図 実施例１による７ポート系において、流体抜取りによりもたらされる各ポートでの温度プロファイルの変化を示したグラフ 実施例１による７ポート系において、流体注入によりもたらされる各ポートでの温度プロファイルの変化を示したグラフ 実施例１による７ポート系における、計算による流体抜取りのみのスキームと計算による流体注入／抜取りスキームとを示した棒グラフ 実施例２による、１ｘガラス流量でのガラスリボンの基準温度プロファイルと、冷却を伴わない２ｘガラス流量でのガラスリボンの温度プロファイルと、流体注入／抜取り冷却を伴う２ｘ流量でのガラスリボンの温度プロファイルと、流体抜取りのみの冷却を伴う２ｘ流量でのガラスリボンの温度プロファイルとの比較を示したグラフ 実施例２による２ｘガラス流量での７ポート系における、計算による流体抜取りのみのスキームと計算による流体注入／抜取りスキームとを示した棒グラフ 実施例２による、１ｘガラス流量でのガラスリボンの基準温度プロファイルと、冷却を伴わない３ｘガラス流量でのガラスリボンの温度プロファイルと、流体注入／抜取り冷却を伴う３ｘ流量でのガラスリボンの温度プロファイルとの比較を示したグラフ 実施例２による３ｘガラス流量での７ポート系における、計算による流体注入／抜取りスキームを示した棒グラフ 実施例２による、１ｘガラス流量でのガラスリボンの基準温度プロファイルと、冷却を伴わない４ｘガラス流量でのガラスリボンの温度プロファイルと、流体注入／抜取り冷却を伴う４ｘ流量でのガラスリボンの温度プロファイルとの比較を示したグラフ 実施例２による４ｘガラス流量での７ポート系における、計算による流体注入／抜取りスキームを示した棒グラフ

ここで実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。可能な限り、図面を通じて同じまたは同様の部分の参照に同じ参照番号を使用する。フュージョンドロー装置の一実施の形態を図１に示し、概して全体を通じて参照番号１００で指定する。

本書では、「流体」という用語は、気体状の形態で延伸部を通って移動することが可能な、任意の気体、気体混合物、気体／液体混合物、蒸気、またはこれらの組合せを包含すると理解されたい。流体は、限定するものではないが、空気、窒素、ホウ素蒸気、および、ガラス製造プロセスから生じる他の気体または蒸気を含み得る。

図１を参照すると、フュージョンプロセスを使用してガラスシート１０５を作製する、例示的なガラス製造システム１００の概略図が示されている。ガラス製造システム１００は、溶解槽１１０、清澄槽１１５、混合槽１２０（例えば、攪拌チャンバ１２０）、送出槽１２５（例えば、ボウル１２５）、フュージョンドロー装置（ＦＤＭ）１４０ａ、および移動アンビル装置（ＴＡＭ）１５０を含み得る。溶解槽１１０は、ガラスバッチ材料が矢印１１２で示されているように導入されて溶解され、溶融ガラス１２６が形成される場所とすることができる。清澄槽１１５（例えば、清澄管１１５）は、溶解槽１１０から溶融ガラス１２６（この時点では図示されていない）を受け入れる高温の処理エリアを含み得、ここで溶融ガラス１２６から泡を除去することができる。清澄槽１１５は、清澄器−攪拌チャンバ接続管１２２によって混合槽１２０（例えば、攪拌チャンバ１２０）に接続され得る。また混合槽１２０は、攪拌チャンバ−ボウル接続管１２７によって送出槽１２５に接続され得る。送出槽１２５は、下降管１３０を通じてＦＤＭ１４０ａ内へと溶融ガラス１２６を送出してもよく、ＦＤＭ１４０ａは注入口１３２、成形槽１３５（例えば、アイソパイプ１３５）、および牽引ロールアセンブリ１４０を含み得る。

図１に示されているように、下降管１３０からの溶融ガラス１２６は、成形槽１３５へとつながる注入口１３２に流れ入ることができる。成形槽１３５は溶融ガラス１２６を受け入れる開口１３６を含み得、溶融ガラス１２６はトラフ１３７内へと流れた後に溢れ出て、２つの側面１３８ａおよび１３８ｂ（１３８ｂは１３８ａの背面であり図には見られない）を流れ落ちることができる。根底部１３９は、この２つの側面１３８ａおよび１３８ｂが一緒になる位置であり、この根底部１３９で２つの溢れ出た溶融ガラス１２６の壁が再結合（例えば、再融合）した後に、牽引ロールアセンブリ１４０によって下向きに延伸されてガラスシート１０５が形成される。根底部１３９と牽引ロールアセンブリ１４０との間のエリアを、本書では延伸部と称する。実施形態によりガラスの温度が制御されるのは、延伸部内である。その後、延伸されたガラスシート１０５をＴＡＭ１５０が切断して、いくつかの別個のガラスシート１５５とする。

延伸部は、ガラスが根底部１３９から延伸される場所であり、３つの別個の領域に分割することができる。ここで図２を参照すると、ガラスリボンが破線で表され、また延伸部の壁が実線で表されている。第１の領域２１０は、ガラスがＦＤＭの上方部分（図２では図示されていない）から延伸部内へと移行する遷移領域である。延伸部の第２の領域２２０は、ガラスが粘性の性質と弾性の性質とを有する領域であり、従って延伸部のこの領域においてガラスは粘弾性と称することができる。延伸部の下部に向かう第３の領域２３０において、ガラスは弾性になり得る。

熱アーチファクトの発生源は、フュージョンドロー装置によって異なり得る。ガラスリボンの熱アーチファクトの１つの潜在的な発生源は、例えば延伸部のエンクロージャ壁が延伸部の幅に亘って単一の連続した材料から作製されていない場合など、ＦＤＭの設計である。ガラスリボンの熱アーチファクトの別の潜在的な発生源は、例えば、延伸部内の熱放射を測定するために延伸部内に挿入された、温度測定機器など、ＦＤＭ内に挿入された設備とすることができる。熱アーチファクトの別の潜在的な発生源は、ガラスリボンと延伸装置のエンクロージャ壁との間の不均一な分離距離とすることができ、この不均一な分離距離は、ＦＤＭの設計、または例えば延伸部内の温度制御が劣っていることによるガラスリボンの厚さ変動に関連付けられ得る。ガラスリボンが粘性状態または粘弾性状態にあるときにガラスリボンに熱アーチファクトが存在する場合、ガラスリボンの熱アーチファクトはガラスリボンに応力を誘起し得る。ガラス硬化ゾーンにおいて、この誘起された応力はガラス内に固定され得る。この固定された誘起応力は、最終的なガラスシートに望ましくない鉛直の応力帯として現れ得る。

例えば延伸部の高さおよび延伸部の断熱性などのＦＤＭの設計は、特定のガラス流量（以下１ｘガラス流量と称する）でガラスリボンの温度プロファイルを最適化するように設計される。図３に描かれている非限定的な実施形態を参照すると、１ｘガラス流量で最適化された延伸部内の温度変化プロファイルは、ガラスリボンの根底部から延伸部の中間点付近まで大きい温度変化を有し得る。この実施形態では、延伸部の中間付近で最大の温度変化に達した後、延伸部内での温度変化はそれほど急速ではない。この温度プロファイルは、ガラスリボンに望ましい応力プロファイルを与えることができる。しかしながら図３に描かれているもの以外の温度プロファイルが、他のタイプのプロセスおよび他のガラス組成に、より適する可能性があることを理解されたい。

ガラス流量が増加すると、ＦＤＭを通って流れているガラスの熱容量が増加する。ガラス内に取り込まれた熱が増加することで、ガラスリボンはその所望の速さで冷却されず、これが高応力と亀裂につながり得る。図４に示されているように、いかなる冷却形式も伴わない２ｘガラス流量での延伸部の温度プロファイル（曲線４１０で示されている）は、１ｘガラス流量でのガラスリボンの基準温度プロファイル（曲線４２０で示されている）から上向きにシフトされる。この温度プロファイルのシフトのため、不適切な冷却により、ガラスリボンに応力の増加と亀裂が引き起こされることになり得る。本書で開示される方法の実施形態は、延伸部内におけるガラスリボンの温度プロファイルの精密な制御を、増加したガラス流量で実現することができる。実施形態では、延伸部内における増加されたガラス流量でのガラスリボンの温度プロファイル（曲線４３０で示されている）を、１ｘ流量での延伸部内の基準温度プロファイル４２０と同じまたは類似したものになるように修正することができる。実施形態においてこの方法は、約２ｘのガラス流量、またはさらには約３ｘのガラス流量も含み得る。他の実施形態においてこの方法は、約４ｘのガラス流量、またはさらには約５ｘのガラス流量も含み得る。

延伸部内における温度プロファイルの制御に加えて、本書で開示される方法の実施形態は、延伸部を上昇および下降する流体流の制御に使用することができる。延伸部を通る流体流の方向および量を制御して、ガラスリボンが延伸部を通って牽引されるときにガラスリボンの品質に悪影響を与え得る不純物の導入を減少させることができる。例えば流体が延伸部の上部から入って遷移部分２１０を通って下方へ流れる場合、遷移領域２１０に存在し得るホウ素蒸気が、流体がホウ素蒸気を延伸部の下方へ引き寄せるため冷却される可能性がある。このホウ素蒸気の冷却で、ホウ素蒸気が冷えるときにこれがガラスリボン上に凝結する可能性があり、これは望ましくない。同様に、大量の流体が延伸部の下部から延伸部の上部へと流れる場合、延伸部の下部付近に存在している固体粒子が流体で延伸部の上方に運ばれて、粘性のガラスに堆積される可能性がある。これらの堆積された固体粒子はオンクルージョンと称され、望ましくないものである。ガラスリボンの温度プロファイルの制御に加え、種々の実施形態は、流体抜取りおよび／または流体注入を用いて、延伸部を上下する流体の流れを制御することができる。延伸部内の流体流を制御するための流体注入または流体抜取りの選択は、所望の温度プロファイルに基づいてだけではなく、延伸部内の流体流と延伸部内の流体流の所望の変化に基づいても決定され得ることを理解されたい。

実施形態によれば、延伸部から流体を抜き取ると、例えば図５Ａに示されているようにガラスリボンの温度プロファイルに変化を与えることができる。流体抜取りでのガラスリボンの温度プロファイルの変化は、延伸部の下部付近のガラスリボンの温度に最も大きい変化を与え得、これは図３に示されているガラスリボンの望ましい温度変化プロファイルと密接に一致するものではない。

実施形態において、延伸部に流体を注入すると、図５Ｂに示されているようなガラスリボンの温度プロファイルの変化を実現し得る。流体注入でのガラスリボンの温度プロファイルの変化は、流体が注入された位置またはその付近で最大になる。例えば図５Ｂにおいて流体は、ガラスリボンの根底部１３９から延伸部をおよそ１２５インチ（３１７．５ｃｍ）下降した位置で注入される。従って、ガラスリボンの温度プロファイルの最大の変化も、ガラスリボンの根底部１３９から延伸部をおよそ１２５インチ（３１７．５ｃｍ）下降した位置である。本書で開示される実施形態は、ガラス流量が以下で説明されるように１ｘを超えて増加するときなどガラスリボンの温度プロファイルが図３に示されているガラスリボンの目標の温度プロファイルから逸脱するときに、流体抜取りと流体注入とを組み合わせて延伸部内のガラスリボンの温度プロファイルを制御する。以下の説明はガラス流量の増加により引き起こされるガラスリボンの温度プロファイルの変化を対象としているが、本書で開示される方法は、何らかの温度アーチファクトによって引き起こされる目標の温度プロファイルからのガラスリボンの実際の温度プロファイルの逸脱を調節するために使用することができる。

１ｘガラス流量の際の延伸部内におけるガラスリボンの温度プロファイルの変化は、任意の従来の技術で測定することができる。実施形態によれば、ガラスリボンの温度プロファイルの変化は、図３に示されているプロファイルに類似したものになり得る。延伸部に対するガラスリボンの温度プロファイルの変化が１ｘガラス流量で測定された後、延伸部に対する流体注入または抜取りのためのポートの数を決定してもよい。ポートの数および位置は、特に限定されるものではなく、コストや延伸部内での温度プロファイルの所望の制御に基づいて決定してもよい。いくつかの実施形態では、より多い数のポートを使用して延伸部内のガラスリボンの温度プロファイルのより良い制御を実現することができる。他の実施形態では、より少ない数のポートを含んでコストを低減することができる。

実施形態では、延伸部に対する流体注入または抜取りのために、少なくとも２つのポートを延伸部の１以上の領域に含んでもよい。いくつかの実施形態において延伸部は、延伸部に対する流体注入または抜取りのために、４以上のポートなど、３以上のポートを含んでもよい。他の実施形態において延伸部は、延伸部に対する流体注入または抜取りのために５以上のポートを含んでもよいし、あるいは６以上のポートさえ含み得る。いくつかの他の実施形態において延伸部は、延伸部に対する流体注入または抜取りのために７以上のポートを含んでもよく、あるいは８以上のポートさえ含み得る。流体は任意の既知の機構を用いて延伸部に注入することができる。いくつかの実施形態では、延伸部に流体を注入するために、ポンプまたは加圧流体を使用してもよい。流体は任意の既知の機構を用いて延伸部から抜き取ることができる。いくつかの実施形態では、延伸部から流体を抜き取るために、ポンプまたは真空源を使用してもよい。

延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、特に限定されるものではなく、延伸部の要求される冷却特性および他の熱的特性次第で延伸部によって変化する。実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、注入または抜取りなしで延伸部を通る流体の基準流量に比較して測定される。例えば、延伸部への流体注入または延伸部からの流体抜取りなしで、流体が延伸部を通って移動するとき（例えば、上部から下部へ、または下部から上部へ）、この流体流量は基準流量とみなされ得る。実施形態において基準流体流量は、約０．０１０ｍ³／ｓから約０．０４０ｍ³／ｓ、あるいはさらには約０．０１５ｍ³／ｓから約０．０３５ｍ³／ｓでもよい。他の実施形態において基準流体流量は、約０．０２０ｍ³／ｓから約０．０３０ｍ³／ｓ、あるいはさらには約０．０２２ｍ³／ｓから約０．０２５ｍ³／ｓでもよい。しかしながら基準流体流量は延伸部によって大きく変化し得るものであり、従って他の基準流量が本開示の範囲外ではないことを理解されたい。

各ポートで流体を延伸部内に注入するまたは延伸部から抜き取る必要はなく、従って延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、いくつかの実施形態によればゼロでもよい。他の実施形態によれば、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量と同じでもよい。実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量の約２倍でもよく、基準流体流量の約３倍でもよく、またはさらには基準流体流量の約４倍も可能である。いくつかの実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量の約５倍でもよく、基準流体流量の約６倍でもよく、またはさらには基準流体流量の約７倍も可能である。他の実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量の約８倍でもよく、基準流体流量の約９倍でもよく、またはさらには基準流体流量の約１０倍も可能である。さらに他の実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量の約１１倍でもよく、基準流体流量の約１２倍でもよく、またはさらには基準流体流量の約１３倍も可能である。さらに他の実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量の約１４倍でもよく、基準流体流量の約１５倍でもよく、またはさらには基準流体流量の約１６倍も可能である。いくつかの実施形態において、延伸部内に注入される、あるいは延伸部から抜き取られる、流体の流量は、基準流体流量の約１７倍でもよく、またはさらには基準流体流量の約１８倍も可能である。

延伸部に対する流体抜取りまたは注入のためのポートの数および位置が決定されると、各ポートでの流体注入および流体抜取りの結果として生じるガラスの実際の温度プロファイルの変化を測定してもよい。例えば延伸部が３つのポートを有する実施形態では、その注入流量が温度プロファイルの変化に与える影響を測定するのにちょうど十分な量の注入流量で、第１のポートに流体を注入してもよい。同様に、その注入流量が温度プロファイルの変化に与える影響を測定するのにちょうど十分な量の注入流量で、第２のポートおよび第３のポートに流体を別々に注入する（すなわち、流体は一度に１つのポート内にのみ注入される）。７ポートの実施形態の注入による、ガラスリボンの得られた温度プロファイルの変化の一例を図１０に示し、これを以下の例でより詳細に論じる。実施形態では、その抜取り流量がガラスリボンの温度プロファイルの変化に与える影響を測定するのにちょうど十分な量の抜取り流量で、第１のポートから流体を抜き取ってもよい。同様に実施形態では、その抜取り流量がガラスリボンの温度プロファイルの変化に与える影響を測定するのにちょうど十分な量の抜取り流量で、第２のポートおよび第３のポートから流体を別々に抜き取る（すなわち、流体は一度に１つのポートからのみ抜き取られる）。７ポートの実施形態の抜取りによる、得られた温度プロファイルの変化の一例を図９に示し、これを以下の例でより詳細に論じる。実施形態では、流体の注入によりもたらされる、また流体の抜取りによりもたらされる、ガラスリボンの温度プロファイルのこれらの変化は、試験延伸部において流体を注入するまたは抜き取ることによって実験的に得ることができる。他の実施形態では、流体の注入によりもたらされる、また流体の抜取りによりもたらされる、ガラスリボンのこういった温度プロファイルの変化は、限定するものではないがＡＮＳＹＳ製のＦｌｕｅｎｔなど、当技術において公知のコンピュータモデリングプログラムを用いて理論的または数値的に得ることができる。

種々のポートでの流体抜取りおよび流体注入により生じるガラスリボンの温度プロファイルの変化を得た後、以下の方程式を用いて流体抜取りおよび流体注入の影響を線形にすることによって最適な流体対流スキームを決定することができる。最初に、温度プロファイルの変化を使用して、方程式（１）を用いて各ポートでの温度利得ＡＧａｉｎを計算することができる。

ここで、ｉはポート、Ｔ（ｙ）は延伸部の鉛直方向に沿った温度関数、およびｍ_iはポートｉで注入または抜取りされた流体の質量である。実施形態においてＴ（ｙ）およびｍ_iは、試験延伸部において空気を注入するまたは抜き取ることによって実験的に決定され得る。他の実施形態では、あるいはｍ_iおよびＴ（ｙ）を、コンピュータモデリングソフトウェアを用いて理論的に決定してもよい。ＡＧａｉｎ_iが各ポートに対して決定された後、方程式（２）を用いて最小二乗を行って各Δｍ_iを計算することができる。

ここで、ｗ１およびｗ２は重み係数、ΔＴ（ｙ）は要求される温度変化である。重みｗ１およびｗ２は任意の正の実数でもよく、使用されるガラス組成およびプロセスによって選択され得る。これらは全ての例において０．５に設定された。Δｍ_iに対する最小二乗方程式（２）を最小にした後、Δｍ_iにｍ_iを加えることによって新たなｍ_iの値を計算する。新たに得られたｍ_iの値を使用し、方程式（１）を用いて次のＡＧａｉｎ_iの値を計算することができる。流体注入および流体抜取りを用いたガラスリボンの実際の温度プロファイルの変化が、１ｘ流を用いて測定されたガラスリボンの目標の温度プロファイルの変化に一致するまたは密接に近似するまで、方程式（１）および方程式（２）を組み合わせて使用して各ポートに対するｍ_iを繰返し精密化することができる。従って、１ｘ流に使用された延伸部と同じ延伸部を使用してガラス流量が１ｘから増加する場合、この方法論を用いて、ガラスリボンの実際の温度プロファイルを、ガラスリボンの目標の温度プロファイルに一致するよう修正することができる。

実施形態によれば、ＦＤＭを冷却するための能動流体流スキームを提供することができる。能動流体流スキームの一実施の形態が図６に示されている。ステップ１では、１ｘガラス流量で延伸部内のガラスリボンの温度プロファイルを最適化するように設計された、モデルまたは延伸部が選択される。ステップ２では、延伸部内でガラスリボンの目標の温度プロファイルの変化を生み出す、選択されたモデルまたは延伸部内の温度プロファイルが決定される。実施形態において、ガラスリボンの目標の温度プロファイルの変化は実験的に決定することができ、また他の実施形態では、ガラスリボンの目標の温度変化はモデリングによって得ることができる。ステップ３では、数値実験（コンピュータモデリングプログラムを用いた実験など）または物理的実験を行って、各注入／抜取りポートに対して上述したようにＡＧａｉｎ_i係数を評価する。ステップ４では、方程式（１）によるＡＧａｉｎ_i値を用いて各ｍ_iのために方程式（２）の最小二乗問題を解き、各ポートに対する最適な流体質量流量ｍ_iを見出す。ステップ５では、ステップ４で計算された各ポートに対する流体質量流量を、このモデルまたは延伸部内に与える。ステップ６では、試験延伸部またはモデルにおける達成されたガラスリボンの温度変化プロファイルと、ガラスリボンの目標の温度変化プロファイルとの間の差が、ステップ２で決定された既定の許容範囲の値以下であるかどうかを判定する。ステップ６の評価に対する答えが「イエス」である場合、能動流体流スキームは既定の時間の間休止して、ステップ６に戻る。この既定の時間は、特に限定されるものではなく、例えば５秒以上とすることができる。ステップ６の評価に対する答えが「ノー」である場合、能動流体流制御スキームはステップ３に戻り、ここで新たな利得係数を再び評価し、これを用いて最小二乗問題を解いて流れを精密化する。

能動流体制御スキームは、プロセッサ、入力／出力ハードウェア、ネットワークインターフェースハードウェア、データストレージコンポーネント（温度変化プロファイルを保存する）、およびメモリを含む、機器によって実装され得る。メモリは、揮発性および／または不揮発性メモリとして構成され得、従ってランダムアクセスメモリ（例えば、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、および／または他のタイプのランダムアクセスメモリ）、フラッシュメモリ、レジスタ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、および／または他のタイプの持続性ストレージコンポーネントを含み得る。さらにメモリは、流体注入流量または流体抜取り流量を計算するプログラムを保存するように構成され得る（その夫々は、例として、コンピュータプログラム、ファームウェア、またはハードウェアとして具現化され得る）。

プロセッサは、命令を（データストレージコンポーネントおよび／またはメモリなどから）受けかつ実行するように構成された、任意の処理コンポーネントを含み得る。入力／出力ハードウェアとしては、モニタ、キーボード、マウス、プリンタ、カメラ、マイク、スピーカ、および／または、データを受信、送信、および／または提示するための他の機器を挙げることができる。ネットワークインターフェースハードウェアは、例えば、モデム、ＬＡＮポート、ワイヤレス・フィディリティー（Ｗｉ‐Ｆｉ）カード、ＷｉＭａｘカード、モバイル通信ハードウェア、および／または、他のネットワークおよび／または機器と通信するための他のハードウェアなど、任意の有線または無線のネットワーキングハードウェアを含み得る。

実施形態の能動流体制御スキームを用いると、各ポートでの流体質量流量を監視することができ、またガラスリボンの達成された温度変化プロファイルとガラスリボンの目標の温度変化プロファイルとの差が大きくなり過ぎた場合に、各ポートでの流体質量流量を修正することができる。従って、実施形態による流体注入／抜取りプロセスを用いた温度プロファイルは、フュージョンドロープロセスの任意の所定の時点で空気注入／抜取りスキームを使用することによってガラスリボンの目標の温度プロファイルに一貫して対応することができ、プロセスのドリフトを補償することができる。

実施形態を、以下の実施例によってさらに明らかにする。

実施例１
実施例１は、ガラスリボンの目標の温度プロファイルの変化に近似するために、どのようにしてガラスリボンの実際の温度プロファイルの変化を修正するかを示す。ガラスリボンの温度プロファイルの変化は、冷却を伴わずに１ｘガラス流量でガラスリボンの温度プロファイルを最適化するように設計された延伸部に対して、実験的にまたはモデリングソフトウェアを用いて理論的に判定される。ガラスリボンのこの目標の温度プロファイルの変化は、図７に７１０で示されている。７つのポートが図８に描かれているように延伸部内の種々の位置に含まれる。図８において延伸部の壁は実線で描かれており、またガラスリボンは破線で描かれている。図８を参照すると、第１のポート８１０は根底部からおよそ４０インチ（１０１．６ｃｍ）に位置付けられ、第２のポート８２０は根底部からおよそ６０インチ（１５２．４ｃｍ）に位置付けられ、第３のポート８３０は根底部からおよそ６５インチ（１６５．１ｃｍ）に位置付けられ、第４のポート８４０は根底部からおよそ８０インチ（２０３．２ｃｍ）に位置付けられ、第５のポート８５０は根底部からおよそ１０５インチ（２６６．７ｃｍ）に位置付けられ、第６のポート８６０は根底部からおよそ１２５インチ（３１７．５ｃｍ）に位置付けられ、さらに第７のポート８７０は根底部からおよそ１４０インチ（３５５．６ｃｍ）に位置付けられている。

ガラスリボンの温度プロファイルに対する流体抜取りの影響を測定する。流体を第１のポート８１０から約２８０ｌｂ／ｈｒ（０．１２７ｍ³／ｈ）の流量で抜き取り、ガラスリボンの温度プロファイルの変化を延伸部の鉛直方向に沿って測定する。ガラスリボンの得られた温度プロファイルの変化を、図９に９１０で示す。同様に、流体を第２のポート８２０から約２８０ｌｂ／ｈｒ（０．１２７ｍ³／ｈ）の流量で抜き取り、ガラスリボンの温度プロファイルの変化を延伸部の鉛直方向に沿って測定する。ガラスリボンの得られた温度プロファイルの変化を、図９に９２０で示す。同様に、流体を第３のポート８３０、第４のポート８４０、第５のポート８５０、第６のポート８６０、および第７のポート８７０から２８０ｌｂ／ｈｒ（０．１２７ｍ³／ｈ）の流量で個々に抜き取り、ガラスリボンの温度変化を延伸部の鉛直方向に沿って測定する。得られた温度プロファイルの変化を、図９に夫々９３０、９４０、９５０、９６０、および９７０で示す。図９から分かるように、空気を抜き取ると、延伸部の上方領域よりも延伸部の下方領域でガラスのバルクはより冷却されることになる。逆流は出口で認められない。

抜取りの測定に続いて、室温の空気の注入によるガラス温度への影響を測定する。室温の空気を第１のポート８１０内に約２８０ｌｂ／ｈｒ（０．１２７ｍ³／ｈ）の流量で注入し、ガラスリボンの温度プロファイルの変化を延伸部の鉛直方向に沿って測定する。ガラスリボンの得られた温度プロファイルの変化を、図１０に１０１０で示す。同様に、室温の空気を第２のポート８２０内に２８０ｌｂ／ｈｒ（０．１２７ｍ³／ｈ）の流量で注入し、ガラスリボンの温度プロファイルの変化を延伸部の鉛直方向に沿って測定する。ガラスリボンの得られた温度プロファイルの変化を、図１０に１０２０で示す。同様に、室温の空気を延伸部内へと、第３のポート８３０、第４のポート８４０、第５のポート８５０、第６のポート８６０、および第７のポート８７０から２８０ｌｂ／ｈｒ（０．１２７ｍ³／ｈ）の流量で個々に注入し、ガラスリボンの温度変化を延伸部の鉛直方向に沿って測定する。得られた温度プロファイルの変化を、図１０に夫々１０３０、１０４０、１０５０、１０６０、および１０７０で示す。図１０から分かるように、室温空気を注入すると、注入位置付近およびその上方のガラスを冷却するが、延伸部のより下方領域（すなわち根底部から最も離れた部分）ではガラスを加熱する。逆流は出口で起こり得ない。

上で行われた抜取りおよび注入の測定による、温度プロファイルの変化を用いて、各ポートに対するＡＧａｉｎ_iを、方程式（１）を使用して計算する。

ＡＧａｉｎ_iが各ポートに対して計算されると、方程式２を用いて最小二乗を行って各ポートに対するｍ_iの値を計算する。

最小二乗計算から得られた各ｍ_iを次いで、物理的実験の延伸部またはソフトウェアモデルに導入する。計算されたｍ_iの値を使用して、温度変化プロファイルを再び各ポートに対して測定する。これらの新たな温度変化プロファイルを、次いで新たな基準として使用してさらなるＡＧａｉｎ_i値を計算してもよく、さらにこのさらなるＡＧａｉｎ_i値を方程式（２）で使用して、温度変化プロファイルをさらに精密化してもよい。このプロセスを、１ｘ流に対して最適化された延伸部に基づく温度変化プロファイルに、得られた温度変化プロファイルが密接に一致するまで繰り返してもよい。この方法を使用して、図１１に示されている流体注入／抜取りを組み合わせたスキームが引き出される。図１１において、正の空気流は延伸部からの流体の抜取りを表し、負の空気流は延伸部への室温空気の注入を表す。図１１はさらに、空気注入／抜取りによる方法を、流体が延伸部から４０ｌｂ／ｈｒ（０．０１８１４ｍ³／ｈ）超で第１のポート８１０より抜き取られる、抜取りのみの方法と比較する。図７に示されているように、注入／抜取りによる方法を用いたガラスリボンの温度プロファイルの変化（曲線７２０で示されている）は、抜取りのみで達成されたガラスリボンの温度プロファイルの変化（曲線７３０で示されている）よりも、冷却なしで１ｘガラス流量から得られたガラスリボンの温度プロファイルの変化（曲線７１０で示されている）の形状に密接に近似することができる。

従ってこの実施例は、注入／抜取り冷却を組み合わせたものが、抜取りのみの冷却よりも、目標の温度プロファイルの変化に密接に近似可能であることを示している。特に、例えば図１０に示されているように注入により達成されるガラスリボンの温度プロファイルの変化は、ガラスリボンの温度プロファイルに達成される変化のカスタマイズを可能にする、より多くの自由度を有する。

実施例２
本書で開示した実施例１に示した方法を使用すると、ガラス流量が延伸部内で増加したときに流体注入／抜取り冷却を用いてガラスリボンの温度プロファイルを制御することができる。

２ｘガラス流量
１ｘガラス流量でガラスリボンの温度プロファイルを最適化するように設計された延伸部内で温度プロファイルを測定することによって、ガラスリボンの基準温度プロファイルを得る。この基準延伸部内の流体流は、延伸部を上る自然の流体流であり、注入または抜取りによって誘発されたものではない。基準空気流量は約０．００２２ｍ³／ｓである。ガラスリボンの基準温度プロファイルを図１２Ａに１２１０で示す。

延伸部内のガラス流量を次いで２ｘに増加させ、上述した実施例１における方法を用いて７ポートの夫々に対して流体流量を決定する。各ポートに対する流体流量が計算されると、図１２Ｂに示されているような注入／抜取りスキームが得られる。図１２Ｂの空気流量は、ガラス流量が１ｘである延伸部内の基準空気流量の関数として測定されたものである（例えば、図１２Ｂのｙ軸上の２は基準空気流量の２倍である）。図１２Ｂに示されている正の流れは延伸部からの流体抜取りを示し、また負の流れは延伸部への流体注入を示す。図１２Ｂでは、第１のポートのみで約３．５の流量で流体を抜き取ることによって、抜取りのみのスキームが計算される。図１２Ａは、（１ｘガラス流量で測定された）基準温度プロファイルを１２１０で、いかなる流体冷却も伴わない２ｘガラス流量での温度プロファイルを１２２０で、図１２Ｂに示したスキームを用いた流体注入／抜取り冷却を伴う、２ｘガラス流量での温度プロファイルを１２３０で、そして流体抜取りのみを伴う２ｘガラス流量での温度プロファイルを１２４０で示している。図１２Ａが示すように、流体冷却を伴わない２ｘガラス流量での温度プロファイルは、基準温度プロファイルに近似しない傾斜を有し、ガラス流量が２ｘに設定されると延伸部内であまり冷却されなくなることを示唆している。しかしながら注入／抜取りスキームおよび抜取りのみのスキームは、両方が基準温度プロファイルに密接に近似する。従って２ｘガラス流量では、注入／抜取りスキームの他、抜取りのみのスキームも延伸部において適切な冷却を提供することができる。しかしながら図１２Ａに示されているように、流体注入／抜取り冷却を用いて得られた温度プロファイルは基準温度プロファイルに略一致し、これは注入／抜取りスキームを用いることによって可能な温度制御の改良を示している。

３ｘガラス流量
１ｘガラス流量でガラスリボンの温度プロファイルを最適化するように設計された延伸部内で温度プロファイルを測定することによって、ガラスリボンの基準温度プロファイルを得る。この基準延伸部内の流体流は、延伸部を上る自然の流体流であり、注入または抜取りによって誘発されたものではない。基準空気流量は約０．００２２ｍ³／ｓである。ガラスリボンの基準温度プロファイルを図１３Ａに１３１０で示す。

ガラス流量を次いで３ｘに増加させ、実施例１において説明した方法論を用いて７ポートの夫々に対して流体流量を決定する。各ポートに対する流体流量が計算されると、図１３Ｂに示されているような注入／抜取りスキームが得られる。図１３Ｂの空気流量は、ガラス流量が１ｘである延伸部内の基準空気流量の関数として測定されたものである（例えば、図１３Ｂのｙ軸上の２は基準空気流量の２倍である）。図１３Ｂに示されている正の流れは延伸部からの流体抜取りを示し、また負の流れは延伸部への流体注入を示す。図１３Ａは、（１ｘガラス流量で測定された）基準温度プロファイルを１３１０で、いかなる流体冷却も伴わない３ｘガラス流量での温度プロファイルを１３２０で、さらに図１３Ｂに示したスキームを用いた流体注入／抜取り冷却を伴う、３ｘガラス流量での温度プロファイルを１３３０で示している。図１３Ａが示すように、流体冷却を伴わない３ｘガラス流量での温度プロファイルは、基準温度プロファイルに近似しない傾斜を有し、ガラス流量が３ｘに設定されると延伸部内であまり冷却されなくなることを示唆している。３ｘガラス流量では、抜取り単独で、遷移ゾーンでの逆流を伴わずにガラスを十分に冷却することはできない。この逆流はガラスを冷却する代わりにこれを加熱し、凝縮の問題を生じさせる可能性がある。図１３Ａに示されているように、流体注入／抜取りスキームを使用すると、基準温度プロファイルに略一致する温度プロファイルを実現することができる。従って、注入／抜取りスキームを使用すると、延伸部の物理的寸法または断熱性を変化させることなく、ガラスの流量を３ｘに増加させることができる。

４ｘガラス流量
１ｘガラス流量でガラスリボンの温度プロファイルを最適化するように設計された延伸部内で温度プロファイルを測定することによって、ガラスリボンの基準温度プロファイルを得る。この基準延伸部内の流体流は、延伸部を上る自然の流体流であり、注入または抜取りによって誘発されたものではない。基準空気流量は約０．００２２ｍ³／ｓである。ガラスリボンの基準温度プロファイルを図１４Ａに１４１０で示す。

ガラス流量を次いで４ｘに増加させ、実施例１において説明した方法論を用いて７ポートの夫々に対して流体流量を決定する。各ポートに対する流体流量が計算されると、図１４Ｂに示されているような注入／抜取りスキームが得られる。図１４Ｂの空気流量は、ガラス流量が１ｘである延伸部内の基準空気流量の関数として測定されたものである（例えば、図１４Ｂのｙ軸上の２は基準空気流量の２倍である）。図１４Ｂに示されている正の流れは延伸部からの流体抜取りを示し、また負の流れは延伸部への流体注入を示す。図１４Ａは、（１ｘガラス流量で測定された）基準温度プロファイルを１４１０で、いかなる流体冷却も伴わない４ｘガラス流量での温度プロファイルを１４２０で、さらに図１４Ｂに示したスキームを用いた流体注入／抜取り冷却を伴う、４ｘガラス流量での温度プロファイルを１４３０で示している。図１４Ａが示すように、流体冷却を伴わない４ｘガラス流量での温度プロファイルは、基準温度プロファイルに近似しない傾斜を有し、ガラス流量が４ｘに設定されると延伸部内であまり冷却されなくなることを示唆している。４ｘガラス流量では、抜取り単独で、遷移ゾーンでの逆流を伴わずにガラスを十分に冷却することはできない。この逆流はガラスを冷却する代わりにこれを加熱し、凝縮の問題を生じさせる可能性がある。図１４Ａに示されているように、流体注入／抜取りスキームを使用すると、基準温度プロファイルに略一致する温度プロファイルを実現することができる。従って、注入／抜取りスキームを使用すると、延伸部の物理的寸法または断熱性を変化させることなく、ガラスの流量を４ｘに増加させることができる。

請求される主題の精神および範囲から逸脱することなく、本書において説明された実施形態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。従って、本書において説明された種々の実施形態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、本明細書はこのような改変および変形を含むと意図されている。

２１０ 第１の領域
２２０ 第２の領域
２３０ 第３の領域
８１０ 第１のポート
８２０ 第２のポート
８３０ 第３のポート
８４０ 第４のポート
８５０ 第５のポート
８６０ 第６のポート
８７０ 第７のポート

Claims (10)

1. フュージョンドロー装置の延伸部内でガラスリボンの冷却を制御する方法であって、
   前記ガラスリボンの目標の温度変化プロファイルを得るステップ、
   前記延伸部内の少なくとも２つのポートでの流体注入によりもたらされる、前記ガラスリボンの温度変化プロファイルを測定するステップ、
   前記ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされる、前記ガラスリボンの温度変化プロファイルを測定するステップ、
   前記ポートの夫々での流体注入によりもたらされる前記ガラスリボンの前記温度変化プロファイルと、前記ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされる前記ガラスリボンの前記温度変化プロファイルとを用いて、温度利得係数を評価するステップ、
   前記目標の温度変化プロファイルに類似した前記ガラスリボンの実際の温度変化プロファイルを得るために、前記ポートの夫々に対する注入流体流量または抜取り流体流量を、前記温度利得係数に基づいて計算するステップ、および、
   現在の流量を、前記ポートの夫々に対して計算された前記注入流体流量または前記抜取り流体流量に調節するステップ、
   を有してなることを特徴とする方法。
2. 第１のポートで前記延伸部から流体が抜き取られ、かつ第２のポートで前記延伸部内へと流体が注入されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記第１のポートを通じて前記延伸部から抜き取られる流体の流量が、前記第２のポートを通じて前記延伸部内へと注入される流体の流量とは異なることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 流体が、前記ガラスリボンの根底部に最も近い前記ポートで前記延伸部から抜き取られることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 前記温度利得係数が、
   

   

   によって計算され、
   ここでｉは前記ポートであり、
   Ｔ（ｙ）は前記延伸部の鉛直方向に沿った温度関数であり、さらに、
   ｍ_iは、ポートｉで注入または抜取りされた流体の質量であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の方法。
6. 前記注入流体流量または前記抜取り流体流量が、方程式（２）、すなわち
   

   

   を用いて最小二乗問題を解くことによって計算され、
   ここでｗ１およびｗ２は重み係数であり、かつ、
   ΔＴ（ｙ）は要求される温度変化であることを特徴とする請求項５記載の方法。
7. フュージョンドロー装置の延伸部内でガラスリボンを冷却するための能動流体流の制御方法であって、
   前記ガラスリボンの目標の温度変化プロファイルを得るステップ、
   複数のポートの夫々での流体注入によりもたらされる、前記ガラスリボンの温度変化プロファイルを測定するステップ、
   前記ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされる、前記ガラスリボンの温度変化プロファイルを測定するステップ、
   前記ポートの夫々での流体注入によりもたらされる前記ガラスリボンの前記温度変化プロファイルと、前記ポートの夫々での流体抜取りによりもたらされる前記ガラスリボンの前記温度変化プロファイルとを用いて、温度利得係数を評価するステップ、
   前記目標の温度変化プロファイルに類似した前記ガラスリボンの実際の温度変化プロファイルを得るために、前記ポートの夫々に対する注入流体流量または抜取り流体流量を、前記温度利得係数を用いて最小二乗問題を解くことによって計算するステップ、
   流体流量を、前記ポートの夫々に対して計算された前記注入流体流量または前記抜取り流体流量に調節するステップ、
   前記ガラスリボンの前記実際の温度変化プロファイルと前記ガラスリボンの前記目標の温度変化プロファイルとの間の差に対する許容範囲を決定するステップ、および、
   前記ガラスリボンの前記実際の温度変化プロファイルと前記ガラスリボンの前記目標の温度変化プロファイルとの間の差が、前記許容範囲内であるかどうかを評価するステップ、
   を有してなることを特徴とする能動流体流の制御方法。
8. 前記ガラスリボンの前記実際の温度変化プロファイルと前記ガラスリボンの前記目標の温度変化プロファイルとの間の前記差が前記許容範囲外であるとき、前記利得係数を評価する前記ステップに戻ることを特徴とする請求項７記載の制御方法。
9. 前記ガラスリボンの前記実際の温度変化プロファイルと前記ガラスリボンの前記目標の温度変化プロファイルとの間の前記差が前記許容範囲内であるとき、既定の時間の間休止し、その後、前記ガラスリボンの前記実際の温度変化プロファイルと前記ガラスリボンの前記目標の温度変化プロファイルとの間の差を評価する前記ステップに戻ることを特徴とする請求項７または８記載の制御方法。
10. 前記温度利得係数が、方程式（１）、すなわち
    

    

    を用いて計算され、
    ここでｉは前記ポートであり、
    Ｔ（ｙ）は前記延伸部の鉛直方向に沿った温度関数であり、さらに、
    ｍ_iは、ポートｉで注入または抜取りされた流体の質量であることを特徴とする請求７から９いずれか１項記載の制御方法。

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