JP7073379B2 - ガラス成形装置に対するガラス流を制御する方法及び装置 - Google Patents

ガラス成形装置に対するガラス流を制御する方法及び装置 Download PDF

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Description

関連技術の相互参照
本願は、その内容に依拠し、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる、２０１６年１２月１５日出願の米国仮特許出願第６２／４３４６５５号の米国特許法第１１９条に基づく優先権の利益を主張するものである。
本明細書は、概してガラス成形装置に関し、より具体的には、ダウンカマーを介したガラス成形装置に対するガラス流を制御する方法及び装置に関するものである。
溶融プロセスは、ガラスリボンを成形する１つの技術である。フロートプロセスやスロットドロープロセス等、ガラスリボンを成形する別のプロセスと比較して、溶融プロセスは、比較的欠陥量が少なく、優れた平坦性を有する表面を備えたガラスリボンを製造する。その結果、溶融プロセスは、ＬＥＤ及びＬＣＤディスプレイの製造に用いられるガラス基板、及び優れた平坦性を必要とする他の基板の製造に広く使用されている。
溶融プロセスにおいて、溶融ガラスが、送達容器から、ダウンカマーを通して、成形体の入口端部に供給される。溶融ガラスは成形体の対向する表面を越えて流れ、成形体の下端部で再結合又は融合し、そこからガラスの連続リボンが延伸される。ダウンカマーは、溶融ガラスを所定の粘度で成形体の入口端部に供給するように構成されている。ダウンカマーを通して成形体の入口端部に供給される溶融ガラスの温度変動によって、溶融ガラスの粘度が変化し、それが、ひいては、溶融ガラスの流れに影響を及ぼし、成形体の根底部から延伸して得られるガラスリボンの品質を低下させ得る成形欠陥が生じる可能性がある。
従って、ガラスリボンの成形中に、ダウンカマーを通したガラス流を制御する別の方法及び装置の必要性が存在している。
１つの実施形態によれば、ガラス成形装置のダウンカマーは、溶融ガラスを受け取る入口端部、及び成形体の入口に溶融ガラスを排出する出口端部を備えたダウンカマー管を有している。上部加熱ゾーン及び上部加熱ゾーンの下流の出口端部近傍に配置された下部加熱ゾーンが、ダウンカマー管を包囲している。下部制御雰囲気エンクロージャーが、下部加熱ゾーンにおいて、ダウンカマー管の周囲に配置固定されている。下部制御雰囲気エンクロージャーは、少なくとも１つの発熱体を備えている。トランジションフランジが、上方加熱ゾーンと下方加熱ゾーンとの間において、ダウンカマー管に連結されそれを包囲している。トランジションフランジの下流に配置された底部フランジが、ダウンカマー管に連結されそれを包囲している。外部シールド、トランジションフランジ、及び底部フランジが、ダウンカマー管の周囲に下部制御雰囲気エンクロージャーを形成するように、外部シールドが、ダウンカマー管を包囲し、トランジションフランジ及び底部フランジに接続されている。
別の実施形態によれば、溶融ガラス送達容器及び成形体入口を備えた成形体を有するガラス成形装置のダウンカマーが、ダウンカマー管であって、上部加熱ゾーン、上部加熱ゾーンの下流に配置された下部加熱ゾーン、及び上部加熱ゾーンと下部加熱ゾーンとの間において、ダウンカマー管に連結されそれを包囲するトランジションフランジを備えた管を有している。トランジションフランジは、外側フランジ、内側フランジ、及び外側フランジと内側フランジとの間に延びる拡張ドラムを備えている。拡張ドラムは「Ｓ」字形構成を成し、拡張ドラムの上部が、外側フランジに固定連結され、拡張ドラムの下部が、内側フランジに固定連結されている。拡張ドラムは、「Ｓ」字形に配置された一対の肩部を介し、下部が上部に移行した状態で上部及び下部と一体成形することができる。
別の実施形態において、ガラスリボンを成形する方法が、ダウンカマー管を通して溶融ガラスを流すステップと、ダウンカマー管を包囲する上部加熱ゾーン及び下部加熱ゾーンによって、ダウンカマー管を通して流れる溶融ガラスを加熱するステップとを含んでいる。下部加熱ゾーンは上部加熱ゾーンの下流のダウンカマー管の出口端部近傍に配置されている。出口端部及び下部加熱ゾーンの一部が、成形体入口の内部に配置された状態で、溶融ガラスが、ダウンカマー管の出口端部を通して、成形体の成形体入口に排出される。ダウンカマー管の出口端部から排出された溶融ガラスは、成形体のトラフに流入し、トラフを包囲する一対の堰を越え、一対の堰から延びて成形体の根底部で収束する一対の成形面上を流れ下り、一対の成形面上を流れ下ったガラスが、成形体の根底部において収束し、ガラスリボンが成形される。
本明細書に記載のガラス成形装置の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、本明細書に記載の実施形態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、いずれも本開示の様々な実施形態を示すものであって、特許請求した主題の性質及び特徴を理解するための概要、及び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、本開示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。
本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ガラス成形装置の概略図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、上部加熱ゾーン及び下部加熱ゾーンを備えた、ガラス成形装置のダウンカマーの概略断面図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー管の周囲に延びる下部加熱ゾーンを備えた、図２のダウンカマーの一部の概略斜視図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、図３に示すダウンカマー管及びトランジションフランジの概略断面図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー及び成形体入口の概略図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー管の周囲に下部加熱ゾーンを配置しない、ダウンカマー及び成形体入口を備えたトランジション領域の熱分析モデルをグラフィック表示した図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー管の周囲に下部加熱ゾーンを配置した、ダウンカマー及び成形体を備えたトランジション領域の熱分析モデルをグラフィック表示した図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー管の周囲に下部加熱ゾーンを配置した、ダウンカマー及び成形体入口を備えたトランジション領域の熱分析モデルをグラフィック表示した図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー管の周囲に下部加熱ゾーンを配置しない、図７のトランジション領域の温度をグラフィック表示した図。 本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による、ダウンカマー管の周囲に下部加熱ゾーンを配置した、図７のトランジション領域の温度をグラフィック表示した図。
添付図面に例を示す、ガラス成形装置のダウンカマーの実施形態について以下詳細に説明する。図面全体を通し、可能な限り、同じ又は同様の部品には、同じ参照番号を用いている。ダウンカマーの例示的な実施形態を図２に概略的に示す。ダウンカマーは、溶融ガラスを受け取る入口端部、及び溶融ガラスを排出する出口端部を備えたダウンカマー管を有することができる。上部加熱ゾーンが入口端部近傍に配置され、下部加熱ゾーンが上部加熱ゾーンの下流のダウンカマー管の出口端部近傍に配置されている。上部加熱ゾーンは、断熱材及び少なくとも１つの発熱体を備えている。下部制御雰囲気エンクロージャーが、下部加熱ゾーンにおいて、ダウンカマー管の周囲に配置固定されている。下部制御雰囲気エンクロージャーは、ダウンカマー管及びダウンカマー管を通して流れる溶融ガラスを加熱する少なくとも１つの発熱体を備えている。本明細書では、添付図面を具体的に参照しながら、ガラス成形装置のダウンカマー及びそれを備えたガラス成形装置の様々な実施形態について説明する。
本明細書において、方向を示す用語、例えば、上方、下方、右、左、前、後、上端、下端等は、図示のみを参照したものであって、絶対的な方向を暗示することを意図するものではない。
特に断りのない限り、本明細書に記載の方法は、そのステップが特定の順序で実行される必要があること、及びすべての装置が特定の配向を必要とすることを意図するものでは決してない。従って、方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に記述していない場合、又は装置クレームが、個々の構成要素に対する順序若しくは向きを実際に記述していない場合、あるいは、ステップが特定の順序に限定されるべきであること、又は装置の構成要素に対する特定の順序若しくは向きが、特許請求の範囲又は明細書に特に明記されていない場合、如何なる点においても、順序や方向が推測されることを意図するものでは決してない。これはステップの配列、動作フロー、構成要素の順序、又は構成要素の配向に関する論理的事項、文法体系又は句読法から派生した平易な意味、及び明細書に記載の実施形態の番号若しくは種類にも適用される。
本明細書において、単数形の「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈上明らかに別に解釈されない限り、複数の指示対象を含む。従って、例えば、「ある」構成要素と言った場合、文脈上明らかに別に解釈されない限り、２つ以上のかかる構成要素を有する実施形態を含む。
ここで、図１は、ガラスリボン１２等のガラス物品を製造するガラス成形装置１０の概略図である。ガラス成形装置１０は、概して、原料貯蔵槽１８からバッチ材料１６を受け取るように構成された溶融容器１５を含むことができる。バッチ材料１６は、モーター２２によって駆動されるバッチ送達装置２０によって溶融容器１５に導入することができる。モーター２２を作動させるために、任意のコントローラ２４を設けることができ、溶融ガラスレベルプローブ２８を用いて、立管３０内のガラス溶融物のレベルを測定し、測定した情報をコントローラ２４に伝達することができる。
ガラス成形装置１０は、第１の接続管３６を介して溶融容器１５に連結された、清澄管等の清澄容器３８も含むことができる。混合容器４２が、第２の接続管４０によって清澄容器３８に連結されている。送達容器４６が、送達導管４４によって混合容器４２に連結されている。更に図示するように、ダウンカマー４８が、溶融ガラスを送達容器４６から成形体６０の成形体入口５０に送達するように配置されている。成形体６０は、トラフ６２及びトラフ６２を包囲する一対の堰６４（１つを図１に示す）を有している。一対の成形面６６（１つを図１に示す）が、一対の堰６４から垂直方向下方（即ち、図に示す座標軸の－Ｚ方向）に延び、成形体６０の底部エッジ（根底部）６８で収束している。本明細書に図示及び説明する実施形態において、成形体６０は溶融成形容器である。動作において、送達容器４６からの溶融ガラスが、ダウンカマー４８及び成形体入口５０を通して、トラフ６２に流入する。トラフ６２内の溶融ガラスは、トラフ６２を包囲する一対の堰６４を越え、一対の堰６４から延びる一対の成形面６６を下方（－Ｚ方向）に流れ、その後根底部６８で収束してガラスリボン１２が形成される。
溶融容器１５は、通常、耐火（例えば、セラミック）煉瓦等の耐火材料で構成されている。ガラス成形装置１０は、通常、高温で安定な材料、例えば、高融点金属から構成される構成要素を更に含むことができる。かかる高融点金属には、白金又は白金合金、例えば、約７０％～約１００％の白金、例えば１００％未満の白金、及び約３０％のロジウム、例えば３０％未満～約０％のロジウムを含む合金を挙げることができる。他の適切な高融点金属には、モリブデン、パラジウム、レニウム、タンタル、チタン、タングステン、ルテニウム、オスミウム、ジルコニウム、及びこれ等の合金、及び／又は二酸化ジルコニウムが含まれるが、これに限定されるものではない。高融点金属を含有する構成要素には、第１の接続管３６、清澄容器３８、第２の接続管４０、立管３０、混合容器４２、送達導管４４、送達容器４６、ダウンカマー４８、及び成形体入口５０のうちの１つ以上を挙げることができる。
現在のガラス成形装置において、ダウンカマーは、ダウンカマー管であって、管の周囲に延び、管及び管の内部を流れる溶融ガラスに熱を加える少なくとも１つの発熱体を備えた管を有している。ダウンカマー管は、ダウンカマー管の加熱部分と成形体の入口端部との間の空間を橋渡しする露出非加熱部分も有し得る。ガラスがダウンカマー管の露出非加熱部分を通して成形体の入口に流入する際、ガラスが熱エネルギーを失うため、ダウンカマー管の露出非加熱部分、及びダウンカマー管の露出非加熱部分の内部を流れる溶融ガラスが、大きい温度勾配を受ける可能性があることが分かっている。ダウンカマー管の露出非加熱部分の内部を流れる溶融ガラスの大きい温度勾配は、大きい粘度変動をもたらし、特に、所与のガラスリボン成形キャンペーンにおいて、複数のガラスが使用される場合、ダウンカマー管の露出非加熱部分における溶融ガラスの流れを制御することを困難にする。例えば、ガラスリボン成形キャンペーン中に複数のガラスが使用される場合、ダウンカマー管を通る溶融ガラスの流れを均衡させるために、異なるガラス粘度が使用される可能性があり、比較的短期間にわたってガラス粘度の急速な変動（「ガラス脈動」としても知られる）が生じ得る。ガラス脈動は、例えば、楔形状又は厚さ等、得られるガラスリボンの属性を低下させ、製造損失を増加させ得る。本明細書に記載の実施形態は、溶融ガラスが成形体の入口に流入する際の溶融ガラスからの熱損失を軽減し、それによってガラスの流動安定性を改善し、楔形状又は厚さ変動による製造損失を減少させるダウンカマー管に関連するものである。
ここで、図１及び２において、図２は本明細書に図示及び記載の１つ以上の実施形態による例示的なダウンカマー４８の概略図である。ダウンカマー４８は、概して、入口端部１０１及び出口端部１０９を備えたダウンカマー管１００を有している。実施形態において、ダウンカマー管１００は、第１のセクション１０２、第１のセクション１０２の下流（図に示す座標軸の－Ｚ方向）に位置する第２のセクション１０４、及び第１のセクション１０２と第２のセクション１０４との間に配置されたトランジションセクション１０６を有することができる。上部加熱ゾーン１１０、及び上部加熱ゾーン１１０の下流に配置された下部加熱ゾーン１５０が、ダウンカマー管１００を包囲している。一部の実施形態において、上部加熱ゾーン１１０が、ダウンカマー管１００の第１のセクション１０２、トランジションセクション１０６、及び第２のセクション１０４の一部を包囲し、下部加熱ゾーン１５０が、上部加熱ゾーン１１０の下流のダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の一部を包囲している。一部の実施形態において、上部加熱ゾーン１１０が、ダウンカマー管１００の第１のセクション１０２及びトランジションセクション１０６を包囲し、下部加熱ゾーン１５０が、上部加熱ゾーン１１０の下流のダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の一部を包囲している。一部の実施形態において、上部加熱ゾーン１１０が、ダウンカマー管１００の第１のセクション１０２を包囲し、下部加熱ゾーン１５０が、トランジションセクション１０６及び第２のセクション１０４の一部を包囲している。上部加熱ゾーン１１０は、ダウンカマー管１００の周囲に配置された断熱材１２０、及びダウンカマー管１００の周囲に配置された、少なくとも１つの発熱体１２２を備えることができる。必要に応じ、上部加熱ゾーン１１０は、断熱材１２０の周囲に配置された外側クラッド１２４を備えることができる。実施形態において、外側クラッド１２４が、上部加熱ゾーン１１０内において、ダウンカマー管１００の周囲に配置固定された上部制御雰囲気エンクロージャー１２５を形成している。下部加熱ゾーン１５０は、ダウンカマー管１００の周囲に配置された断熱材１５４、及びダウンカマー管１００の周囲に配置された少なくとも１つの発熱体１５６を備えている。第２の制御雰囲気エンクロージャー１５５が、下部加熱ゾーン１５０内において、ダウンカマー管１００の周囲に配置固定されている。
実施形態において、トランジションフランジ１２６が、上部加熱ゾーン１１０と下部加熱ゾーン１５０との間において、ダウンカマー管１００に連結され、それを包囲している。加えて、トランジションフランジ１２６の下流に配置された底部フランジ１６０が、ダウンカマー管１００に連結され、それを包囲している。外部シールド１５８が、ダウンカマー管１００を包囲し、トランジションフランジ１２６及び底部フランジ１６０に接続されている。外部シールド１５８、トランジションフランジ１２６、及び底部フランジ１６０によって、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５が形成されている。一部の実施形態において、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５が、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５に流体連結されている、即ち、トランジションフランジ１２６は、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５を上部制御雰囲気エンクロージャー１２５から遮断しない。かかる実施形態において、制御雰囲気ガスが、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５と下部制御雰囲気エンクロージャー１５５との間に流れ、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内の下部制御雰囲気ガス流は独立して制御されない。別の実施形態において、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５が、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５に流体連結されていない、即ち、トランジションフランジ１２６が、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５を上部制御雰囲気エンクロージャー１２５から遮断している。かかる実施形態において、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５内の制御雰囲気ガス流は、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内の制御雰囲気ガス流から独立して制御される。
実施形態において、ダウンカマー管１００の第１のセクション１０２が、第１の直径Ｄ１を有し、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４が、直径Ｄ１より小さい第２の直径Ｄ２を有している。かかる実施形態において、ダウンカマー管１００の第１のセクション１０２は、トランジションセクション１０６を介して、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４に接合されている。トランジションセクション１０６は、第１のセクション１０２に連結される（又は一体成形される）第１の直径Ｄ１有する第１のエッジ１０５、及び第２のセクション１０４に連結される（又は一体成形される）第２の直径Ｄ２有する第２のエッジ１０７を備えている。即ち、トランジションセクション１０６によって、ダウンカマー管１００を通して、送達容器４６から成形体入口５０に連続的な流体経路が形成されるように、第１のセクション１０２が、第２のセクション１０４に接合されている。図２は、異なる直径を有する２つのセクション、即ち、直径Ｄ１を有する第１のセクション１０２、及びＤ１より小さい直径Ｄ２を有する第２のセクション１０４を有するダウンカマー管１００を示しているが、ダウンカマー管１００の別の構成も考えられ可能であることは当然である。例えば、一部の実施形態（図示せず）において、ダウンカマー管１００は、全長に沿って（Ｚ方向）一定の直径を有することも、異なる直径を有する２つを超えるセクションを有することもできる。
更に図１及び２において、上部加熱ゾーン１１０の少なくとも１つの発熱体１２２が、ダウンカマー管１００の周囲に配置されることによって、ダウンカマー管１００及びそこを通して流れる溶融ガラスが加熱される。実施形態において、少なくとも１つの発熱体１２２は、ダウンカマー管１００の長さ（Ｚ方向）に沿って巻線、螺旋、又はトロイダル構成でダウンカマー管１００を包囲している。一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１２２は、ダウンカマー管１００の外面と直接接触しているが、別の実施形態では、少なくとも１つの発熱体１２２は、ダウンカマー管１００の外面から離間している。例えば、一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１２２とダウンカマー管１００の外面との間に空間がある。一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１２２が、断熱材１２０に埋め込まれている場合等には、例えば、この空間に耐火材料の薄層を充填することができる。
上部加熱ゾーン１１０は、必要に応じ、１つ以上の副加熱ゾーン、例えば、第１の副加熱ゾーン１１２、第２の副加熱ゾーン１１４、第３の副加熱ゾーン１１６、および第４の副加熱ゾーン１１８を備えることができる。副加熱ゾーン１１２、１１４、１１６、１１８の各々は、断熱材１２０及び少なくとも１つの発熱体１２２を備えることができる。実施形態において、副加熱ゾーン１１２、１１４、１１６、１１８の各々は、独立して制御され、ダウンカマー管１００の一部に熱を加える。別の実施形態では、２つ以上の副加熱ゾーン１１２、１１４、１１６、１１８が依存して制御され、ダウンカマー管１００の一部に熱を加える。図２は４つの副加熱ゾーン１１２、１１４、１１６、１１８を示しているが、当然のことながら、１つの加熱ゾーン又は４つより多くの副加熱ゾーンが、ダウンカマー管１００の一部に熱を加える限り、上部加熱ゾーン１１０は、１つのみの加熱ゾーン又は４つより多くの副加熱ゾーンを備えることができる。
下部加熱ゾーン１５０の少なくとも１つの発熱体１５６が、ダウンカマー管１００の周囲、例えば、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の一部の周囲に配置されることによって、ダウンカマー管１００及びそこを通して流れる溶融ガラスが加熱される。実施形態において、少なくとも１つの発熱体１５６が、ダウンカマー管１００の長さ（Ｚ方向）に沿って、例えば、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の長さに沿って、巻線、螺旋、又はトロイダル構成で、ダウンカマー管１００を包囲している。一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１５６は、ダウンカマー管１００の外面と直接接触しているが、別の実施形態では、少なくとも１つの発熱体１５６は、ダウンカマー管１００の外面から離間している。例えば、一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１５６とダウンカマー管１００の外面との間に空間がある。一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１５６が、断熱材１５４に埋め込まれている場合等には、例えば、この空間に耐火材料の薄層を充填することができる。
図２は、下部加熱ゾーン１５０が1つの加熱ゾーン（即ち、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内の加熱ゾーン）のみを有するものとして示しているが、当然のことながら、下部加熱ゾーン１５０は、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の一部、及びそこを通して流れる溶融ガラスに熱を加える、２つ以上の副加熱ゾーンを備えることができる。
実施形態において、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５、又は上部制御雰囲気エンクロージャー１２５及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の両方が、ガラス成形装置１０の高い動作温度におけるダウンカマー管１００の（酸化等による）劣化を防止し、ガラスにブリスターが形成されるのを防止することができる窒素、アルゴン等の不活性ガスを充填した密閉容積とすることができる。一部の実施形態において、上部制御雰囲気エンクロージャー１２５、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５、又は上部制御雰囲気エンクロージャー１２５及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の両方が、不活性雰囲気と同様に、ガラス成形装置１０の高い動作温度におけるダウンカマー管１００の（酸化等による）劣化を防止する真空状態であってよい。上部制御雰囲気エンクロージャー１２５、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５、又は上部制御雰囲気エンクロージャー１２５及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の両方が、ダウンカマー管１００の壁を通して水素が溶融ガラスに浸入することを防止することができ、それによってガラスにブリスターが形成されるのを抑制することができる。
実施形態において、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の内部に位置する、下部加熱ゾーン１５０の少なくとも１つの発熱体１５６を、上部加熱ゾーン１１０の少なくとも１つの発熱体１２２に連結することができる。下部加熱ゾーン１５０の少なくとも１つの発熱体１５６を、上部加熱ゾーン１１０の少なくとも１つの加熱エレメント１２２に結合することによって、トランジションフランジ１２６が支持する重量を減らし、本明細書において更に説明するように、トランジションフランジ１２６が膨張及び収縮する際のフランジの損傷及び／又は故障の危険性を軽減することができる。
ここで、図１～４において、トランジションフランジ１２６が、実施形態において、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の重量の少なくとも一部を支持し、ガラス製造中におけるダウンカマー管１００の熱膨張を補償して、ダウンカマー管１００の構造的完全性を維持するように構成されている。従って、一部の実施形態において、トランジションフランジ１２６は、外側フランジ１２７、内側フランジ１２８、及び拡張ドラム１３０（図４）を備えることができる。一部の実施形態において、ダウンカマー管１００に、内側フランジ１２８を固定連結することができる。具体的には、内側フランジ１２８の周りに拡張ドラム１３０延ばして、溶接、ロウ付け等によって内側フランジ１２８に固定連結することができる。一部の実施形態において、内側フランジはダウンカマー管１００に固定連結されていない。従って、外側フランジ１２７を拡張ドラム１３０の周囲に延ばして、溶接、ロウ付け等によって、拡張ドラム１３０に固定連結することができる。図２に示すように、上部加熱ゾーン１１０に、外側フランジ１２７を取り付けることができ、断熱材１２０の少なくとも一部が外側フランジ１２７によって支持される。実施形態において、外側フランジ１２７は、開口部１２７ａを通して延びるねじ付き留め具（図示せず）を用いて、上部加熱領域１１０に取り付けられている。溶接及び／又はロウ付け等によって、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の外部シールド１５８を内側フランジ１２８に連結することができる。外側フランジ１２７が厚さｔｏｆを有し、内側フランジ１２８が厚さｔｉｆを有し、拡張ドラム１３０が厚さｔｄを有している。厚さｔｏｆは、ｔｄより大きくてよく、ｔｉｆ以上であってよい。厚さｔｉｆは、ｔｄより大きくてよく、ｔｏｆ以下であってよい。実施形態において、外側フランジ１２７の厚さｔｏｆは約１ｍｍ～約１０ｍｍ、内側フランジ１２８の厚さｔｉｆは約０．２ｍｍ～約５ｍｍ、拡張ドラム１３０の厚さｔｄは約０．１ｍｍ～約２ｍｍであってよい。
実施形態において、ガラスリボン成形キャンペーン中の温度変動による、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の膨張は、トランジションフランジ１２６によって調整することができる。より具体的には、拡張ドラム１３０と、上部１３３及び例えば「Ｓ字」構成に配置された一対の肩部１３１ａ、１３３ａを介して、上部１３３に移行する下部１３１とを一体成形することができる。上部１３３を外側フランジ１２７に固定連結し、下部１３１を内側フランジ１２８に固定連結することができる。従って、ダウンカマー管１００及び内側フランジ１２８のＺ方向及びＸ－Ｙ平面における膨張及び収縮を拡張ドラム１３０に平行移動させることができ、ドラムは、厚さが薄いために、肩部１３１ａ及び１３３ａの周囲において変形することによって、外部シールド１５８との固定を維持しつつ、ダウンカマー管１００の膨張及び収縮を調整する。特に、例えば、ガラスリボンの成形キャンペーン中に、第２のセクション１０４が膨張又は収縮したために、第２のセクション１０４が、上部加熱ゾーン１１０に対し相対移動した場合、拡張ドラム１３０は十分に柔軟であって、（ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４に取り付けられた）内側フランジ１２８の動きに対応して、第２のセクション１０４と上部加熱ゾーン１１０との間、又は下部加熱ゾーン１５０と上部加熱ゾーン１１０との間の横方向の力を最小にする。
一部の実施形態において、底部フランジ１６０（従って、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５）を、ダウンカマー管１００の出口端部１０９に配置することができる。一部の実施形態において、底部フランジ１６０（従って、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５）を、ダウンカマー管１００の出口端部１０９から、距離「ｈ」だけ離間させることができる。例えば、距離ｈは、約１０～約１００ミリメートル（ｍｍ）であってよい。一部の実施形態において、距離ｈは、約２５～約７５ミリメートル（ｍｍ）であってよい。従って、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の非断熱部分１０４ｂは、図２及び３に示すように、下部加熱ゾーン１５０の下流に延びることができる。底部フランジ１６０をダウンカマー管１００の出口端部１０９から離間させることによって、底部フランジ１６０が溶融ガラスで濡れるのを防止し、ひいては、底部フランジ１６０の劣化、及び劣化に伴う、ダウンカマー管１００の出口端部１０９から流出する溶融ガラスの汚染を防止することができる。加えて、一部の用途において、ダウンカマー管１００の出口端部１０９を溶融ガラスに浸漬することができる。浸漬された出口端部１０９から底部フランジ１６０を離間させることによって、溶融ガラスと少なくとも１つの発熱体１５６との接触を回避して、早期発熱体故障につながり得る、少なくとも１つの発熱体１５６の高い電流密度及び電力変動を防止することができる。一部の実施形態において、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の外部シールド１５８に、底部フランジ１６０を溶接することができる。一部の実施形態において、例えば、外部シールド１５８及び底部フランジ１６０が、深絞り金属成形プロセスを使用して成形される場合、底部フランジ１６０を外部シールド１５８と一体成形することができる。
一部の実施形態において、断熱材１６４を備えた断熱層１６２が、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の少なくとも一部の周囲に延びることができる。例えば、断熱層１６２をトランジションフランジ１２６に近接配置することによって、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の部分に追加の断熱をもたらすことができる。
ここで、図１～５において、図５はダウンカマー４８が少なくとも部分的に成形体入口５０に挿入されている、トランジション領域１９０の概略断面図である。特に、トランジション領域１９０は、上部加熱ゾーン１１０の下部、下部加熱ゾーン１５０（図２）、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の非断熱部分１０４ｂの少なくとも一部、及び入口管１７０を備えた成形体入口５０の一部を含むことができる。実施形態において、トランジションフランジ１２６は、トランジションフランジ１２６が、入口管１７０の上方（＋Ｚ方向）に位置するように、入口管１７０より大きい直径を有する一方、底部フランジ１６０及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５は、底部フランジ１６０及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５が、入口管１７０の内部に配置されるような直径を有することができる。一部の実施形態において、底部フランジ１６０及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５は、実質的に等しい直径を有することができる。また、断熱層１６２は、断熱層１６２が入口管１７０の内部に配置されるような直径を有することができる。図５に示すように、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４及び下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の少なくとも一部は、成形体入口５０内に位置することができる。下部制御雰囲気エンクロージャー１５５は、溶融ガラスがダウンカマー管１００を通して成形体入口５０に流入する際に、溶融ガラスの加熱を促進することによって、溶融ガラスからの熱損失を軽減し、更に溶融ガラス流の脈動を軽減する。実施形態において、断熱層１６２は、前述のように、下部加熱ゾーン１５０の一部の周囲に延びて、トランジション領域１９０における、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の一部からの熱損失を軽減することができる。成形体入口５０は、入口管１７０に熱を加えるように動作することができる、第３の加熱ゾーン１７１に囲まれた入口管１７０を有することができる。例えば、第３の加熱ゾーン１７１は、上部加熱ゾーン１１０の下流（－Ｚ方向）に配置することができ、少なくとも部分的に下部加熱ゾーン１５０に重複しかつその周囲に延びることができる。第３の加熱ゾーン１７１は、断熱材１７６及び少なくとも１つの発熱体１７８を備えることができる。実施形態において、第３の加熱ゾーン１７１は、必要に応じ、第１の副加熱ゾーン１７２及び第２の副加熱ゾーン１７４を備えることができる。副加熱ゾーン１７２、１７４の各々は、断熱材１７６及び少なくとも１つの発熱体１７８を備えることができる。第１の副加熱ゾーン１７２及び第２の副加熱ゾーン１７４は、独立して制御することも、あるいは１つの加熱ゾーンとして制御することもできる。
実施形態において、少なくとも１つの発熱体１７８を入口管１７０の周囲に配置して、入口管１７０及びそこを通して流れる溶融ガラスを加熱することができる。一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１７８は、入口管１７０の外面に直接接触しているが、別の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１７８は、入口管１７０の外面から離間していてよい。例えば、一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１７８と入口管１７０の外面との間に空間があってよい。一部の実施形態において、少なくとも１つの発熱体１７８が、第３の加熱ゾーン１７１に配置された断熱材１７６に埋め込まれている場合等には、例えば、この空間に耐火材料の薄層を充填することができる。
実施形態において、上部加熱ゾーン１１０と第３の加熱ゾーン１７１との間に、ベローズ１８０及び断熱材１８２を配置して、ダウンカマー管１００を成形体入口５０に連結することができる。ベローズ１８０及び断熱材１８２は、下部加熱ゾーン１５０の少なくとも一部の周囲に延びている。ベローズ１８０は、ガラス成形装置１０の作動中における、成形体入口５０とダウンカマー管１００との間の熱膨張差を吸収するアコーディオン構造とすることができる。断熱材１８２は、例えば、ガラス成形装置１０の作動中における成形体入口５０とダウンカマー１００との間の熱膨張差にも対応することができる、可撓性のブランケット型断熱材とすることができる。実施形態において、断熱材は、例えば、Ｆｉｂｅｒｆｒａｘ（登録商標）セラミック繊維ブランケット断熱材、又は同様のブランケット型断熱材であってよい。ベローズ１８０及び断熱材１８２は、ダウンカマー管１００と成形体入口５０とが交差する部分を包囲する領域の温度勾配の制御を補助することもできる。
本明細書に記載の実施形態において、ダウンカマー管１００の第１のセクション１０２、第２のセクション、及びトランジションセクション１０６、並びに入口管１７０は、ダウンカマー管１００及び入口管１７０が（酸化等によって）容易に劣化せず、ダウンカマー管１００及び入口管１７０を通して流れる溶融ガラスを汚染しないように、高温で劣化し難い材料で形成することができる。適切な材料には、白金又は白金合金、例えば、約７０％～約１００％の白金及び約３０％～約０％のロジウムを含む合金が含まれるが、これに限定されるものではない。少なくとも１つの発熱体１２２、少なくとも１つの発熱体１５６、及び少なくとも１つの発熱体１７８は、電気抵抗発熱材料で構成されたワイヤー、ロッド等の形態であってよい。適切な電気抵抗発熱材料には、白金、白金合金、二ケイ化モリブデン、カンタルＡＰＭ、カンタルＡ－１、カンタルＡが含まれるが、これに限定されるものではない。上部加熱ゾーン１１０の断熱材１２０、下部加熱ゾーン１５０の断熱材１５４、断熱層１６２の断熱材１６４、及び第３の加熱ゾーン１７１の断熱材１７６は、耐火材料であってよい。適切な耐火材料には、ＩＦＢ２３００、ＩＦＢ２６００、ＩＦＢ２８００、ＩＦＢ３０００、ＮＡ３３、Ｄｕｒａｂｏａｒｄ３０００、Ｆｉｂｅｒｆａｘ Ｄｕｒａｂｏａｒｄ３０００、Ｆｉｂｅｒｆａｘ２３００、Ｆｉｂｅｒｆａｘ２６００、Ｆｉｂｅｒｆａｘ３０００、Ａｌｕｎｄｕｍ４８５、Ａｌｕｎｄｕｍ４９８、ＥＡ１３９ｃｅｍｅｎｔ、ＥＡ１９８ｃｅｍｅｎｔ、Ｄｕｒａｂｌａｎｋｅｔ２６００ ６＃、及びＡｌｔｒａ ＫＶＳ１６１が含まれるが、これに限定されるものではない。上部加熱ゾーン１１０の外側クラッド１２４、及びトランジションフランジ１２６の外側フランジ１２７は、高温腐食耐性を有し、上部加熱ゾーン１１０の外側カバーとして、耐用年数を延ばす耐熱合金から形成することができる。適切な材料には、ヘインズ２３０合金、３００系ステンレス鋼、４００系ステンレス鋼等が含まれるがこれに限定されるものではない。下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の外部シールド１５８及び底部フランジ１６０、並びにトランジションフランジ１２６の内側フランジ１２８及び拡張ドラム１３０は、外部シールド１５８、底部フランジ１６０、内側フランジ１２８、及び拡張ドラム１３０が（酸化等によって）容易に劣化せず、ダウンカマー管１００の出口端１０９から成形体入口５０に流入する溶融ガラスを汚染しないように、又は下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内に空気が漏れるのを防止できるように、高温で劣化し難い材料から形成することができる。適切な材料には、白金又は白金合金、例えば、約７０％～約１００％の白金及び約３０％～約０％のロジウムを含む合金が含まれるが、これに限定されるものではない。
ここで、図１及び５において、溶融ガラス（図５において、ＭＧ）は、ダウンカマー４８を介して送達容器４８から出て、ダウンカマー管１００を通して流れる。溶融ガラスがダウンカマー管１００の第１のセクション１０２を通して流れる際、溶融ガラスは、上部加熱ゾーン１１０内において、少なくとも１つの発熱体１２２によって加熱され、溶融ガラスからの熱損失が断熱材１２０によって軽減される。その後、溶融ガラスは、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５に囲まれた、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４に流込し、成形体入口５０に向かって流れる。下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の上流部分が、成形体入口５０の外部に配置される一方、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の下流部分が、成形体入口５０内に配置される。下部制御雰囲気エンクロージャー１５５に囲まれた、第２のセクション１０４を通して流れる溶融ガラスは、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内に配置された、少なくとも１つの発熱体１５６によって加熱され、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の断熱材１５４によって、溶融ガラスからの熱損失が軽減される。
特に、成形体入口５０の外部に位置する、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の上流部分における溶融ガラスからの熱損失は、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内に配置された少なくとも１つの発熱体１５６を用いて、溶融ガラスを加熱することによって、軽減することができ、それによって、溶融ガラスがダウンカマー４８から成形体入口５０に移行するとき、溶融ガラスの粘度及び流動特性が維持される。更に、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５内に配置された少なくとも１つの発熱体１５６を用いて、溶融ガラスを加熱すると共に、この加熱を、成形体入口５０に配置された少なくとも１つの発熱体１７８（即ち、第３の加熱ゾーン１７１内の少なくとも１つの発熱体１７８）の加熱で補完することができるため、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の下流部分における溶融ガラスからの熱損失を軽減することができ、それによって、溶融ガラスがダウンカマー管１００から成形体入口５０に流入する際の溶融ガラスの粘度及び流動特性が維持される。
ダウンカマー管１００を通して流れる溶融ガラスを加熱することに加えて、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５の密閉容積によって、ダウンカマー４８と成形体との間の領域におけるダウンカマー管１００の酸化を防止する等、酸化を抑制することによって、ガラス成形装置１０の作動中のダウンカマー管１００の劣化が軽減される。更に、下部制御雰囲気エンクロージャー１５５が、ダウンカマー管１００を透過する水素を抑制することによって、ガラス中のブリスター欠陥のリスクが減少する。
成形体入口５０に入った後、溶融ガラスは成形体６０のトラフ６２に流入する。トラフ６２内の溶融ガラスは、トラフ６２を包囲する一対の堰６４を越え、成形体６０の根底部６８で収束する一対の成形面６６を下方（－Ｚ方向）に流れ、根底部６８から延伸されるガラスリボン１２が成形される。
本明細書に記載の実施形態は、以下の実施例によって更に明確になる。
比較例１
図５及び６Ａにおいて、図６Ａは、下部加熱ゾーン１５０、即ち、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０、又は下部制御雰囲気エンクロージャー１５５を備えていない、図５に示すトランジション領域１９０内のダウンカマー管１００の第２のセクション１０４を通して流れる溶融ガラスの熱分析モデルを示す図である。熱分析モデルは上部加熱ゾーン１１０、第３の加熱ゾーン１７１、並びにベローズ１８０及び断熱材１８２を備えている。断熱材１８２は上部加熱ゾーン１１０と第３の加熱ゾーン１７１との間にギャップ１８４を有している、即ち、熱分析モデルは、断熱材１８２に存在するギャップ１８４をシミュレートする。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えていない、トランジション領域１９０を通して流れる溶融ガラスの温度変化を図６Ａに示す。図６Ａの位置「Ａ」において、上部加熱ゾーン１１０内の溶融ガラスの温度は約１１００℃である。図６Ａの位置「Ｂ」において、上部加熱ゾーン１１０と第３の加熱ゾーン１７１との間、かつ断熱材１８２のギャップ１８４の近傍における溶融ガラスの温度は約９００℃である。図６Ａの位置「Ｃ」において、入口管１７０の内部及び第３の加熱ゾーンにおける溶融ガラスの温度は約１０４５℃である。従って、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えていない場合、トランジション領域１９０を通して流れる溶融ガラスが成形体入口５０に流入する前に、温度が約２００℃だけ低下する（－ΔＴ）。ガラスの温度が２００℃低下すると、ガラスの粘度レベルが上昇するため、ダウンカマー管１００内部の溶融ガラスの流れが「閉塞」される場合があり得ることを理解されたい。例えば、モデルシミュレーション（図示せず）は、溶融ガラスの温度が２００℃低下したとき、ダウンカマー管１００を通して実現された溶融ガラスの流量が、目標流量の僅か１６％であったことを示している。
実施例１
図５及び６Ｂにおいて、図６Ｂは、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えた、図５に示すトランジション領域１９０を通して流れる溶融ガラスの熱分析モデルを示す図である。熱分析モデルは、上部加熱ゾーン１１０、下部加熱ゾーン１５０、第３の加熱ゾーン１７１、ベローズ１８０、及び上部加熱ゾーン１１０と第３の加熱ゾーン１７１との間に、間隙１８４を有する断熱材１８２を備えている。熱分析モデルは、位置「ａ」における下部加熱ゾーン１５０の温度が約１０００℃、位置「ｂ」における温度が約１０２０℃、及び位置「ｃ」における温度が約１０５０℃であることをシミュレートする。図６Ｂの位置「Ａ」において、上部加熱ゾーン１１０内の溶融ガラスの温度は約１１００℃である。図６Ｂの位置「Ｂ」において、上部加熱ゾーン１１０と第３の加熱ゾーン１７１との間（断熱材１８２のギャップ１８４の近傍）の溶融ガラスの温度は約１０５０℃である。図６Ｂの位置「Ｃ」において、入口管１７０内部の溶融ガラスの温度は約１０６０℃である。従って、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えた場合、トランジション領域１９０を通して流れる溶融ガラスの温度は、約５０℃だけ低下する（－ΔＴ）。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えていないトランジション領域１９０を通して流れる溶融ガラスと比較すると、約１５０℃（約７５％）の温度変動の抑制は、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０によってもたらされる。トランジション領域１９０を通して流れる溶融ガラスの温度低下又は変動の抑制によって、溶融ガラスの粘度変動の低下がもたらされ得ることを理解されたい。比較例１及び実施例１に関する、トランジション領域１９０におけるダウンカマー管１００の第２のセクション１０４を通して流れる溶融ガラスの温度低下（－ΔＴ）の要約を以下の表１に示す。
Figure 0007073379000001
図５及び７において、図５に示すトランジション領域１９０を流れる溶融ガラスの熱分析モデルを図７に示す。特に、図７は、第２のセクション１０４の一部及び下部加熱ゾーン１５０が、少なくとも部分的に成形体入口５０内に配置された、図５のトランジション領域１９０の熱分析モデルを示している。熱分析モデルは、下部加熱ゾーン１５０の上部の周囲に延びる断熱層１６２も備えている。
比較例２
図７及び図８Ａにおいて、図８Ａはダウンカマー管１００（図７には示してない）の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えていない、図７に示す熱分析モデルのトランジション領域１９０内のダウンカマー管１００の第２のセクション１０４に沿った距離（Ｚ方向）を関数とする温度をグラフィック的に示す図である。特に、図８Ａは、上部加熱ゾーン１１０内の位置（－４～０インチ、－１０～０ｃｍ）及び上部加熱ゾーン１１０の下流の位置（０～１０インチ、０～２５ｃｍ、「１０４」とラベル付けされている）を関数とする、第２のセクション１０４の温度（図では「管」とラベル付けされている）及び第２のセクション１０４内の溶融ガラスの平均温度（図では「平均」とラベル付けされている）をグラフィック表示している。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４を通して流れる溶融ガラスは、毎時９３．２ポンド（ポンド／時）（４２．３ｋｇ ／時）の流量を有している。３２３０ワット（Ｗ）の電力が第３の加熱ゾーン１７１に印加される。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の温度（管）及び上部加熱ゾーン１１０内（約－４～０インチ、－１０～０ｃｍ）の溶融ガラスの平均温度（平均）は約１２４３℃である。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０を備えていない場合、上部加熱ゾーン１１０から下流に約３インチ（即ち、約８ｃｍ）の距離において、ダウンカマー管１００の第２セクション１０４の温度及び上部加熱ゾーン１１０の下流の溶融ガラスの平均温度は、それぞれ約１２２５℃及び１２３０℃に低下し、上部加熱ゾーン１１０から下流に約１０インチ（即ち、約２５ｃｍ）の距離において、それぞれ約１２６７℃及び１２５６℃に上昇する。従って、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４及び上部加熱ゾーン１１０の下流の溶融ガラスの平均温度（０～１０インチ、約０～２５ｃｍ）の温度変動は、それぞれ約４２℃及び約２６℃である。
実施例２
図７及び８Ｂにおいて、図８Ｂは、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された下部加熱ゾーン１５０、及びダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された断熱層１６２を備えた、図７に示す熱分析モデルについて、トランジション領域１９０内のダウンカマー管１００の第２の部分１０４に沿った距離を関数とする温度をグラフィック的に示す図である。図８Ｂは、上部加熱ゾーン１１０内の位置（－４～０インチ、－１０～０ｃｍ、「１１０」とトラベル付けされている）、上部加熱ゾーン１１０下流の下部加熱ゾーン１５０及び断熱層内の位置（０～５インチ、０～１３ｃｍ、「１５０＋１６２」とラベル付けされている）、断熱層１６２下流の下部加熱ゾーン１５０内の位置（５～７．５インチ、１３～１９ｃｍ、「１５０」とラベル付けされている）、及び下部加熱ゾーン１５０下流の第２のセクション１０４の非断熱部分内の位置（７．５～１０インチ、１９～２５ｃｍ、「１０４ｂ」とラベル付けされている）を関数とする、第２のセクション１０４の温度（図では「管」とラベル付けされている）及び第２のセクション１０４内の溶融ガラスの平均温度（図では「平均」とラベル付けされている）をグラフィック表示している。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４を通して流れる溶融ガラスは、毎時９３．２ポンド（ポンド／時）（４２．３ｋｇ ／時）の流量を有している。２９０Ｗの電力が下部加熱領域１５０に印加され、２２００Ｗの電力が第３の加熱領域１７１に印加される（総電力＝２９０Ｗ＋２２００Ｗ＝２４９０Ｗ）。ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の温度（管）及び上部加熱ゾーン１１０内（約－４～０インチ、－１０～０ｃｍ）の溶融ガラスの平均温度（平均）は約１２４３℃である。下部加熱ゾーン１５０及び断熱層１６２内の位置（０～５インチ、０～１３ｃｍ）に配置された第２のセクション１０４の温度、及び溶融ガラスの平均温度は、上部加熱ゾーン１１０から下流に約４インチ（１０ｃｍ）の距離において、それぞれ１２４５℃及び１２４４℃に上昇する。下部加熱ゾーン１５０の断熱層１６２の内部（５～７．５インチ、１３～１９ｃｍ）に配置された第２のセクション１０４の温度、及び溶融ガラスの平均温度は、上部加熱ゾーン１１０から下流に約８インチ（２０ｃｍ）の距離において、それぞれ約１２３８℃及び１２４１℃に低下する。下部加熱ゾーン１５０の下流（７．５～１０インチ、１９～２５ｃｍ）に配置された第２のセクション１０４の温度及び溶融ガラスの平均温度は、上部加熱ゾーン１１０から約１０インチ（２５ｃｍ）下流の位置において、それぞれ約１２４８℃及び１２４５℃に上昇する。従って、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４及び上部加熱ゾーン１１０下流の溶融ガラスの平均温度（０～１０インチ、約０～２５ｃｍ）の温度変動は、それぞれ、約８℃及び約４℃である。即ち、下部加熱ゾーン１５０及び絶縁層１６２が、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置された場合、下部加熱ゾーン１５０及び断熱層１６２がダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置されていない場合と比較して、上部加熱ゾーン１１０下流のダウンカマー管１００の第２のセクション１０４、及び第２のセクション１０４内の溶融ガラスの平均温度の温度変動が、それぞれ３５℃及び２２℃だけ減少する。温度変動の減少により、特に、ガラスリボン成形キャンペーン中に、粘度が異なる複数のガラスが使用される場合、ガラス脈動を減少させることができ、それによって、ガラスリボン（即ち、Ｚ軸）に沿って、又はガラスリボンを横断（即ち、Ｘ軸）して、厚さ変動が抑制し、製造損失が減少する。当然のことながら、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に下部加熱ゾーン１５０が配置された場合、より少ない電力でこの温度変動を抑制することができる、即ち、下部加熱ゾーン１５０が、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置されていない場合、第３の加熱ゾーン１７１に供給される電力は３２３０Ｗであり、下部加熱ゾーン１５０が、ダウンカマー管１００の第２のセクション１０４の周囲に配置されている場合、下部加熱ゾーン１５０及び第３の加熱ゾーン１７１に供給される全電力は僅か２４９０Ｗである。比較例２及び実施例２に関する、トランジション領域１９０におけるダウンカマー管１００の第２のセクション１０４を通して流れる溶融ガラスの温度変動（ΔＴ）の要約を以下の表２に示す。
Figure 0007073379000002
前述に基づき、本明細書に記載のダウンカマー及び方法は、ダウンカマー管１００を通して成形体入口に流入する溶融ガラスの温度変動を抑制することができることが理解されるであろう。また、本明細書に記載のダウンカマー及び方法は、ダウンカマーを通して成形体入口に流入する溶融ガラスの温度及び粘度の制御性を高めることができる。本明細書に記載のダウンカマー及び方法を用いて、ガラスリボン成形キャンペーン中に使用される異なるガラスを補償して、ガラスの脈動を抑制又は排除することができる。上部加熱ゾーンの下方において、少なくとも部分的に成形体入口内に配置された下部加熱ゾーンを有するダウンカマー管を使用することによって、上部加熱ゾーンと成形体入口との間の領域に局所的な加熱をもたらし、より均一なガラスの温度及びガラスの粘度を得ることができる。溶融ガラスの温度を操作することによって、所与のガラスリボン成形キャンペーン中に処理される異なるガラスの補償に用いることができる、溶融ガラス粘度の操作が可能になる。
本明細書では、ダウンカマーについて特に説明したが、溶融ガラス送達容器から流出する溶融ガラスの温度変動が抑制される、溶融ガラス送達容器と成形体との間の任意のトランジションシステムが、本明細書に図示及び記載の実施形態に含まれていることが理解されるであろう。
特許請求した主題の精神及び範囲から逸脱せずに、本明細書に記載の実施形態に対し、様々な改良及び変更が可能であることは当業者には明らかであろう。従って、本明細書は、かかる改良及び変形が、添付の特許請求の範囲及びその均等物に属することを条件に、本明細書に記載の様々な実施形態に対する改良及び変形を網羅している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
ガラス成形装置のダウンカマーであって、
溶融ガラスを受け取る入口端部、成形体の入口に溶融ガラスを排出する出口端部、上部加熱ゾーン、及び前記上部加熱ゾーンの下流の前記出口端部の近傍に配置された下部加熱ゾーンを備えたダウンカマー管と、
前記下部加熱ゾーンにおいて、前記ダウンカマー管の周囲に配置固定された下部制御雰囲気エンクロージャーであって、少なくとも１つの発熱体を備えたエンクロージャーと、
を含むダウンカマー。
実施形態２
前記下部制御雰囲気エンクロージャーが、前記ダウンカマー管の前記出口端部から離間している、実施形態１記載のダウンカマー。
実施形態３
前記ダウンカマー管の前記出口端部、及び前記下部制御雰囲気エンクロージャーが、前記成形体の前記入口内に配置されている、実施形態１又は２記載のダウンカマー。
実施形態４
前記下部制御雰囲気エンクロージャーの少なくとも一部の周囲に延びる、断熱層を更に備えた、実施形態１～３いずれか１つに記載のダウンカマー。
実施形態５
前記下部制御雰囲気エンクロージャーが、
前記上部加熱ゾーンと前記下部加熱ゾーンとの間において、前記ダウンカマー管に連結され、該管を包囲するトランジションフランジと、
前記ダウンカマー管に連結され該管を包囲し、前記トランジションフランジの下流に配置された底部フランジと、
前記ダウンカマー管を包囲し、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジに接続された外部シールドであって、該シールド、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジによって、前記ダウンカマー管の周囲に、前記下部制御雰囲気エンクロージャーを形成する、シールドと、
を備えた、実施形態１～４いずれか１つに記載のダウンカマー。
実施形態６
前記底部フランジが、前記ダウンカマー管の前記出口端部から、約２５ｍｍ～約７５ｍｍの距離だけ離間している、実施形態５記載のダウンカマー。
実施形態７
前記トランジションフランジが、外側フランジ、内側フランジ、及び前記外側フランジから前記内側フランジに延びる拡張ドラムを有し、該ドラムが、上部が外側フランジに固定連結され、下部が内側フランジに固定連結された「Ｓ字」構成を成している、実施形態５又は６記載のダウンカマー。
実施形態８
前記拡張ドラムが、前記上部及び前記下部と一体成形され、前記下部が、「Ｓ字」構成に配置された一対の肩部を介して前記上部に移行している、実施形態７記載のダウンカマー。
実施形態９
前記外側フランジが、外側フランジ厚を有し、前記内側フランジが、内側フランジ厚を有し、前記拡張ドラムが、前記外側フランジ厚及び前記内側フランジ厚より小さい拡張ドラム厚を有する、実施形態７又は８記載のダウンカマー。
実施形態１０
前記外側フランジが耐熱合金を含み、前記内側フランジ及び前記拡張ドラムが白金合金を含む、実施形態７～９いずれか１つに記載のダウンカマー。
実施形態１１
ガラス成形装置であって、
溶融ガラス送達装置と、
成形体入口を備えた成形体と、
前記溶融ガラス送達装置から溶融ガラスを受け取る入口端部、及び前記成形体入口に溶融ガラスを排出する出口端部を備えたダウンカマー管と、
前記ダウンカマー管を包囲する上部加熱ゾーンと、
前記ダウンカマー管を包囲し、前記上部加熱ゾーンの下流の前記出口端部の近傍に配置された下部加熱ゾーンと、
前記上部加熱ゾーンと前記下部加熱ゾーンとの間において、前記ダウンカマー管に連結され、該管を包囲するトランジションフランジであって、外側フランジ、内側フランジ、及び前記外側フランジから前記内側フランジに延びる拡張ドラムを備え、該ドラムが、該ドラムの上部が前記外側フランジに固定連結され、該ドラムの下部が前記内側フランジに固定連結された「Ｓ字」構成を成している、フランジと、
を備えた装置。
実施形態１２
前記拡張ドラムが、前記上部及び前記下部と一体成形され、前記下部が、「Ｓ字」構成に配置された一対の肩部を介して前記上部に移行している、実施形態１１記載のガラス成形装置。
実施形態１３
前記外側フランジが、外側フランジ厚を有し、前記内側フランジが、内側フランジ厚を有し、前記拡張ドラムが、前記外側フランジ厚及び前記内側フランジ厚より小さい拡張ドラム厚を有している、実施形態１１又は１２記載のガラス成形装置。
実施形態１４
前記外側フランジが耐熱合金を含み、前記内側フランジ及び前記拡張ドラムが白金合金を含む、実施形態１１～１３いずれか１つに記載のガラス成形装置。
実施形態１５
前記トランジションフランジの下流に配置され、前記ダウンカマー管に連結され該管を包囲する底部フランジと、
前記ダウンカマー管を包囲し、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジに接続された外部シールドであって、該シールド、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジによって、前記下部加熱ゾーンにおいて、前記ダウンカマー管の周囲に配置固定された、下部制御雰囲気エンクロージャーを形成する、シールドと、
を更に備えた、実施形態１１～１４いずれか１つに記載のガラス成形装置。
実施形態１６
前記ダウンカマー管の前記出口端部及び前記下部制御雰囲気エンクロージャーの少なくとも一部が、前記成形体の前記成形体入口内に配置されている、実施形態１５記載のガラス成形装置。
実施形態１７
前記下部制御雰囲気エンクロージャーの少なくとも一部の周囲に延びる、断熱層を更に備えた、実施形態１５又は１６記載のガラス成形装置。
実施形態１８
前記底部フランジが、前記ダウンカマー管の前記出口端部から約２５ｍｍ～約７５ｍｍの距離だけ離間している、実施形態１５～１７いずれか１つに記載のガラス成形装置。
実施形態１９
ガラスリボンを成形する方法であって、
ダウンカマー管を通して溶融ガラスを流すステップと、
前記ダウンカマー管を包囲する上部加熱ゾーン、及び該ゾーンの下流に配置され、前記ダウンカマー管を包囲する下部加熱ゾーンを用いて、前記ダウンカマー管を通して流れる前記溶融ガラスを加熱するステップと、
前記溶融ガラスを、前記ダウンカマー管の出口端部を通して、成形体の成形体入口に排出するステップであって、前記出力端部及び前記下部加熱ゾーンの一部が、前記成形体入口内に配置される、ステップと、
前記ダウンカマー管の前記出口端部から排出された前記溶融ガラスを、前記成形体のトラフ、該トラフを包囲する一対の堰を越えて、該堰から延び前記成形体の根底部で収束する一対の成形面上を下方に流すステップであって、前記一対の成形面上を流れ下ったガラスによって、前記成形体の前記根底部においてガラスリボンが形成される、ステップと、
を含む方法。
実施形態２０
前記ダウンカマー管を包囲し、前記上部加熱ゾーンと前記下部加熱ゾーンとの間に配置されたトランジションフランジを用いて、前記上部加熱フランジに対する前記ダウンカマー管の前記出口端部の相対移動を調整するステップであって、前記トランジションフランジが、外側フランジ、内側フランジ、及び前記外側フランジから前記内側フランジに延びる拡張ドラムを備え、該ドラムが、上部が前記外側フランジに固定連結され、下部が前記内側フランジに固定連結された「Ｓ字」構成を成す、ステップを更に備えた、実施形態１９記載の方法。
１０ ガラス製造装置
１２ ガラスリボン
４６ 送達容器
４８ ダウンカマー
５０ 成形体入口
６０ 成形体
６２ トラフ
６４ 堰
６６ 成形面
６８ 根底部
１００ ダウンカマー管
１０１ 入口端部
１０９ 出口端部
１１０ 上部加熱ゾーン
１２０、１５４、１６４、１７６、１８２ 断熱材
１２２、１５６、１７８ 発熱体
１２５ 上部制御雰囲気エンクロージャー
１２６ トランジションフランジ
１２７ 外側フランジ
１２８ 内側フランジ
１３０ 拡張ドラム
１５０ 下部加熱ゾーン
１５５ 下部制御雰囲気エンクロージャー
１６０ 底部フランジ
１６２ 断熱層
１７０ 入口管
１７１ 第３の加熱ゾーン
１８０ ベローズ
１９０ トランジション領域

Claims (15)

  1. ガラス成形装置のダウンカマーであって、
    溶融ガラスを受け取る入口端部、成形体の入口に溶融ガラスを排出する出口端部、上部加熱ゾーン、及び前記上部加熱ゾーンの下流の前記出口端部の近傍に配置された下部加熱ゾーンを備えたダウンカマー管と、
    前記下部加熱ゾーンにおいて、前記ダウンカマー管の周囲に配置固定された下部制御雰囲気エンクロージャーであって、少なくとも１つの発熱体を備えたエンクロージャーと、
    を含み、
    前記ダウンカマー管の前記出口端部、及び前記下部制御雰囲気エンクロージャーが、前記成形体の前記入口内に配置されていることを特徴とするダウンカマー。
  2. 前記下部制御雰囲気エンクロージャーが、前記ダウンカマー管の前記出口端部から離間していることを特徴とする、請求項１記載のダウンカマー。
  3. 前記下部制御雰囲気エンクロージャーの少なくとも一部の周囲に延びる、断熱層を更に備えたことを特徴とする、請求項１または２記載のダウンカマー。
  4. 前記下部制御雰囲気エンクロージャーが、
    前記上部加熱ゾーンと前記下部加熱ゾーンとの間において、前記ダウンカマー管に連結され、該管を包囲するトランジションフランジと、
    前記ダウンカマー管に連結され該管を包囲し、前記トランジションフランジの下流に配置された底部フランジと、
    前記ダウンカマー管を包囲し、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジに接続された外部シールドであって、該シールド、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジによって、前記ダウンカマー管の周囲に、前記下部制御雰囲気エンクロージャーを形成する、シールドと、
    を備えたことを特徴とする、請求項１～３いずれか１項に記載のダウンカマー。
  5. 前記底部フランジが、前記ダウンカマー管の前記出口端部から、約２５ｍｍ～約７５ｍｍの距離だけ離間していることを特徴とする、請求項４記載のダウンカマー。
  6. 前記トランジションフランジが、外側フランジ、内側フランジ、及び前記外側フランジから前記内側フランジに延びる拡張ドラムを有し、該ドラムが、上部が外側フランジに固定連結され、下部が内側フランジに固定連結された「Ｓ字」構成を成していることを特徴とする、請求項４又は５記載のダウンカマー。
  7. 前記拡張ドラムが、前記上部及び前記下部と一体成形され、前記下部が、「Ｓ字」構成に配置された一対の肩部を介して前記上部に移行していることを特徴とする、請求項６記載のダウンカマー。
  8. 前記外側フランジが、外側フランジ厚を有し、前記内側フランジが、内側フランジ厚を有し、前記拡張ドラムが、前記外側フランジ厚及び前記内側フランジ厚より小さい拡張ドラム厚を有することを特徴とする、請求項６又は７記載のダウンカマー。
  9. 前記外側フランジが耐熱合金を含み、前記内側フランジ及び前記拡張ドラムが白金合金を含むことを特徴とする、請求項６～８いずれか１項記載のダウンカマー。
  10. ガラス成形装置であって、
    溶融ガラス送達装置と、
    成形体入口を備えた成形体と、
    前記溶融ガラス送達装置から溶融ガラスを受け取る入口端部、及び前記成形体入口に溶融ガラスを排出する出口端部を備えたダウンカマー管と、
    前記ダウンカマー管を包囲する上部加熱ゾーンと、
    前記ダウンカマー管を包囲し、前記上部加熱ゾーンの下流の前記出口端部の近傍に配置された下部加熱ゾーンと、
    前記上部加熱ゾーンと前記下部加熱ゾーンとの間において、前記ダウンカマー管に連結され、該管を包囲するトランジションフランジであって、外側フランジ、内側フランジ、及び前記外側フランジから前記内側フランジに延びる拡張ドラムを有し、該ドラムが、該ドラムの上部が前記外側フランジに固定連結され、該ドラムの下部が前記内側フランジに固定連結された「Ｓ字」構成を成している、フランジと、
    前記トランジションフランジの下流に配置され、前記ダウンカマー管に連結され該管を包囲する底部フランジと、
    前記ダウンカマー管を包囲し、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジに接続された外部シールドであって、該シールド、前記トランジションフランジ、及び前記底部フランジによって、前記下部加熱ゾーンにおいて、前記ダウンカマー管の周囲に配置固定された、下部制御雰囲気エンクロージャーを形成する、シールドと、
    を備え、
    前記ダウンカマー管の前記出口端部及び前記下部制御雰囲気エンクロージャーの少なくとも一部が、前記成形体の前記成形体入口内に配置されていることを特徴とする装置。
  11. 前記拡張ドラムが、前記上部及び前記下部と一体成形され、前記下部が、「Ｓ字」構成に配置された一対の肩部を介して前記上部に移行していることを特徴とする、請求項１０記載のガラス成形装置。
  12. 前記外側フランジが、外側フランジ厚を有し、前記内側フランジが、内側フランジ厚を有し、前記拡張ドラムが、前記外側フランジ厚及び前記内側フランジ厚より小さい拡張ドラム厚を有していることを特徴とする、請求項１０又は１１記載のガラス成形装置。
  13. 前記外側フランジが耐熱合金を含み、前記内側フランジ及び前記拡張ドラムが白金合金を含むことを特徴とする、請求項１０～１２いずれか１項記載のガラス成形装置。
  14. 前記下部制御雰囲気エンクロージャーの少なくとも一部の周囲に延びる、断熱層を更に備えたことを特徴とする、請求項１０～１３いずれか１項記載のガラス成形装置。
  15. 前記底部フランジが、前記ダウンカマー管の前記出口端部から約２５ｍｍ～約７５ｍｍの距離だけ離間していることを特徴とする、請求項１０～１４いずれか１項記載のガラス成形装置。
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