JP7085895B2

JP7085895B2 - 帯材の厚みを制御する方法および装置

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Publication number: JP7085895B2
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Inventors: ビュレスフェルトフランク; モーゼラードリス
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Description

本発明は、一般に、帯材、例えばガラスまたはプラスチックからなる基材の厚みを制御する方法に関する。ことに、本発明は方法および装置に関する。

基材、例えばガラスまたはプラスチックからなる基材の製造方法は、既に久しい以前から公知である。しかしながら、この場合、ことにガラスまたはプラスチックから帯材を製造する場合に頻繁に、帯材の横座標にわたる厚み変動および高い厚みむら（total thickness variation、ＴＴＶ）が生じる。この不均一な厚み分布および高いいわゆるＴＴＶは、仕上げプロセスの間に帯材の幅にわたって生じる異なる温度の結果である。

厚み変動および高いＴＴＶに対抗するために、一連の多様な解決策が提案されている。

例えば、独国特許発明第１０１２８６３６号明細書（DE 101 28 636 C1）は、板ガラスの厚みに選択的に影響を及ぼす方法、およびこの方法を実施する装置を開示している。この場合、板ガラスは、付形直後に、ガラスリボンの全体の幅にわたる装置の前を通過するように案内され、この装置ではガラスの制御された冷却が行われ、かつガラスをさらにガラスの全体の幅にわたり適切にかつ調節可能に加熱することができ、この場合、熱供給はレーザビームを用いて局所的に行われる。このレーザビームは、高い周波数でガラスリボンの幅にわたり案内され、かつこの場合、レーザビームの出力は相応して適切に調節されるので、空間分解的に相応する加熱出力が達成される。この方式により、板ガラスの幅にわたりできる限り一定の厚みを有する板ガラスが得られる。

さらに、独国特許出願公開第１０２００８０６３５５４号明細書（DE 10 2008 063 554 A1）は、同様にガラスの幅にわたり厚みに適切に影響を及ぼすことができる板ガラスの製造方法および製造装置を記載している。この場合、ガラスリボンは、スリットオリフィスを通して引き出され、引き続き、壁部が少なくとも部分的にガラスリボンの幅にわたり局所的に変化する放射線吸収性および／または熱伝導性を有するように構成されている引き出し室内に導かれる。さらに、厚み制御を支援するために、レーザビームがガラスリボンに局所的に影響を及ぼすことができる。さらに、ガス流が、この帯材の厚みに局所的に適切に影響を及ぼすこともできる。この方式により、ガラスリボンの幅にわたり所望の厚みプロフィールを、例えば帯材の中央部では帯材の端部に向かう部分よりも大きいガラスの厚みを有するように調節することができるガラスリボンが得られる。

米国特許第８，９０４，８２２号明細書（US 8,904,822 B2）は、制御された厚みを有する、ガラスまたはプラスチックからなる基材が得られる方法を開示している。この方法の場合に、帯材の端部に関して引張を行うことにより、ガラスまたはプラスチックからなる帯材が引き出される。さらに、帯材の厚みを決定しかつこれを制御する。厚み偏差が確認される場合、この厚み偏差の領域が選択され、この場合、この領域は粘性の状態で存在する。引き続いて、この選択された領域にレーザビームを向けることにより、粘性の状態で存在するこの選択された領域の加熱が行われる。この加熱により、次いでこの領域は所与の厚みになる。この加熱は、レーザ出力の制御、選択された領域でのレーザの滞留時間の制御、および／またはレーザ波長の適合を含む。

国際公開第２０１５／０８０８９７号（WO 2015/080897 A1）から、ガラスを製造する装置、およびガラスリボンを製造する方法は公知である。この装置は、熱放射を用いてガラスリボンの表面を加熱する加熱モジュールを含む。このために、加熱素子は、細かく区分された加熱コイルの形で構成されているため、ガラスリボンの均一で、できる限り１００％のヒータカバー率が達成される。これは、繊細で、極めて故障を起こしやすい構造である。

米国特許第９，２９０，４０３号明細書（US 9,290,403 B2）には、ガラス生産において使用するための加熱構造部が記載されている。この場合、加熱素子とガラス板との間の間隔は、ガラスリボンまたはガラス表面の所望の温度が達成されるように調節可能である。

国際公開第２０１４／０９８２０９号（WO 2014/098209 A1）には、ガラスリボンを生産する際の温度分布の最適化が記載されている。この横方向の温度分布は、ここでは、ガラスリボンの両方の互いに反対側の表面に配置されている２つのヒータの加熱素子のずらした配置によって行われる。

最後に、国際公開第２０１１／０６６０６４号（WO 2011/066064 A2）には、ヒートシンク／ヒータの組合せによるガラスリボンの厚さ調整が記載されている。

しかしながら、上述の方法および装置は一連の欠点を有する。

例えば、オリフィスを介してガス流を厚さ制御のために帯材に作用させる限り、それにより、オリフィスの幅およびガラスに対してオリフィスにより冷却された面の間隔により生じる帯材の正味幅にわたり、うねりが生じかねない。例えば、このようなオリフィスの分解能は約３０ｍｍであるので、この方式では、３０ｍｍ未満の周期性または波長を有する帯材内の微細なうねりを除去することはできない。ここで、ガラスリボンの特性が所定の仕様の範囲内にあるガラスリボンの領域を正味幅という。したがって、ガラスリボンの正味幅は、ガラスリボンの品質領域の幅であり、かつ原則として引き出されたガラスリボンから耳部を除去することにより生じる。

さらに、ガラスまたはプラスチックからなる帯材の厚みに影響を及ぼすための措置は、帯材が粘性の状態で存在する領域内を攻撃する。この粘性の状態は、この場合、例えば米国特許第８，９０４，８２２号明細書（US 8,904,822 B2）から推知することができるように、粘度が１０⁵ｄＰａｓより大きい領域として定義される。ここでは、厚みの低減を達成するために帯材の材料が十分に流動性であることで足りる程の材料の加熱を保証するためには、この方式では、極めて高い出力を調達しなければならない。このため、もちろんこの方法は、費用がかさむばかりでなく、むしろレーザビームの高いエネルギまたは高い出力により厚み制御が十分に正確には行われないこともあるため、ガラスまたはプラスチックからなる帯材の正味幅にわたる厚みの所定の変動は相変わらず存在する。

例えば国際公開第２０１５／０８０８７９号（WO 2015/080879 A1）または米国特許第９，２９０，４０３号明細書（US 9,290,403 B2）のような極めて細かに調整可能な位置合わせまたは極めて繊細な構造の場合には、それぞれ極めて故障を起こしやすい構造が生じる。

国際公開第２０１４／０９８２０９号（WO 2014/098209 A1）による加熱装置の場合に、局所的に作用するだけの温度修正は任意に調節することができない。

国際公開第２０１１／０６６０６４号（WO 2011/066064 A2）が提案しているような厚み調整の場合、ヒートシンクおよびヒータの組合せのため高い調整の手間が生じる。ここでも、局所的に作用する温度修正はほとんど調節不能である。

したがって、従来技術の存在する弱点を最少化する、ガラスまたはプラスチックからなる帯材の厚みの制御された調節のための方法の需要が生じる。

本発明の課題は、帯材、ことにガラスリボンの厚みを制御するためのフレキシブルな方法、およびこのような方法を実施するために適した装置を提供することにある。

この課題は、独立請求項の主題により解決される。好ましい実施形態は、従属請求項に記載されている。したがって、本発明は、加熱されかつ軟化された状態で材料を帯材に引き出し、次いで冷却する帯材の製造方法において、帯材を形成しかつ引き出す付形プロセスの間にこの材料を加熱し、付形プロセスの間に、熱エネルギを、少なくとも部分的に、材料に向かい合って配置された加熱された加熱素子の表面から放射する熱放射の形でこの材料に供給し、少なくとも部分的に、加熱素子に向けられていてかつ加熱素子を局所的に加熱するレーザビームのエネルギによって加熱素子の加熱を行う、帯材の製造方法が予定される。「加熱されかつ軟化された」の概念とは、本発明の主旨で、低い粘度を有する材料の状態、ことに材料の融液であるとも解釈される。

つまり、独国特許発明第１０１２８６３６号明細書（DE 101 28 636 C1）の場合とは異なり、材料はレーザを用いて直接加熱されるのではなく、むしろ間接的な加熱が行われ、その際、加熱素子が加熱され、この加熱素子が次いでそれ自体熱放射をし、この熱放射は帯材の材料に吸収され、帯材を加熱する。これは、加熱素子が所定の熱容量を有し、かつ導入されたエネルギを均一に帯材の材料に放射するという利点を提供する。それに対して、帯材に直接入射されるレーザビームは、一瞬かつビームの衝突箇所でだけ材料を加熱することができるにすぎない。比較的大きな領域を加熱するために、レーザビームを表面にわたって案内する場合、この加熱は、主にビームの衝突点によりたどられた経路に沿って行われ、それによりいくらか不均一である。この不均一性は、引き続き、引き出し後に帯材の厚みの変動に現れることがある。他の点は、ガラスに局所的に直接向けられたレーザビームにより、この高い局所的熱出力に基づき、組織または組成の変化を引き起こしかねないことである。

この方法を実施するために、本発明は、さらに
－加熱されかつ軟化された状態で材料を帯材に引き出す引き出し装置、および
－帯材を形成しかつ引き出す付形プロセスの間に材料を加熱するための加熱素子を備える帯材の製造装置において、この加熱素子は熱放射を用いた加熱のために形成されていて、この熱放射が、加熱されたもしくは加熱されるべき材料に向かい合うように配置された加熱素子の表面から放射され、かつこの装置は、レーザのレーザビームが加熱素子に向けられていてかつ加熱素子を局所的に加熱するように配置されているレーザを含む、
帯材の製造装置を予定する。

典型的に、加熱素子によって材料の加熱も引き起こされる。しかしながら、同様に、帯材から加熱素子により全体として熱が取り去れるために、帯材を冷却することも可能である。加熱素子を用いて、次いで熱の搬出は適切に抑制され、それにより熱の搬出を制御することもできる。したがって、レーザビームを用いた加熱素子の局所的な加熱は、帯材の局所的な加熱を引き起こすことはなく、むしろ帯材の局所的な冷却を抑制することもできる。加熱素子にもかかわらず帯材の実質的な熱搬出が行われ、それにより冷却が行われる典型的な実施形態は、徐冷炉である。このような炉は、ことにガラス製造の場合に、ガラスを制御して軟化された状態から冷却点以下の温度に移行させるために使用される。

原則として、本発明は、加工されるべき材料のレーザによる直接的な照射が不利であるか、または考慮の対象外であるか、または厚みの均一性を直接的な照射と比べて改善するための全てのプロセスにおいて使用することができる。ことに、ガラスリボンの製造が考慮されているが、この方法は、プラスチック、金属および半導体工業においても適用可能である。材料としてのガラスに関して、ガラスが引き出される、ガラスリボンを付形する全ての高温付形法が考慮の対象となる。

特に好ましくは、帯材の両側の温度を加熱素子で制御する。したがって、帯材の両側に加熱素子が配置されていて、この加熱素子がレーザビームで加熱される。しかしながら、例えば極めて薄いガラスリボンの場合、例えば３００μｍの未満の厚みでは、片側の加熱で十分であることもある。

本発明の第１の実施形態の概要図を示す。２つの電気的に作動する加熱素子に沿った電圧降下のグラフを示す。帯材を製造する装置の細部を示す。加熱素子の一実施形態の図を示す。いくつかの加熱素子を備えた実施例を表す。プレート型の加熱素子を用いる本発明の一実施形態を示す。図６の実施例の変更形態を示す。帯材の帯中央部の位置の測定値を示す。加熱出力の適合前および適合後のガラスリボンの厚みの測定値、ならびに帯材の横座標の関数としての加熱出力を示す。フロートバスを用いたガラスリボンの製造装置を示す。ガラスリボンをダウンドローする装置の実施例を示す。加熱素子の一実施形態を示す。

図１に示された装置１０は、本発明による方法を用いた帯材１の製造のために用いられる。この装置は、加熱されかつ軟化された状態で材料２を帯材に引き出すための引き出し装置１２と、帯材を付形しかつ引き出す付形プロセスの間に材料２を加熱する加熱素子５を含む。加熱素子５は、材料２を熱放射によって加熱する。このため、加熱素子５の表面５０は材料２に対して間隔を開けて配置されているため、熱放射は、加熱された材料に向かい合うように配置された加熱素子５の表面５０から放射され、かつ材料２によりまた吸収される。不均一な加熱によるか、または帯材１の不均一な温度放射により、帯材の付形の際に、帯材の横座表にわたり異なる温度が生じることがある。これは、次いで不均一な厚み分布を引き起こし、かつ比較的高いＴＴＶ（ＴＴＶ＝「total thickness variation」）を生じさせる。レーザを用いて、加熱素子の温度分布は、低いＴＴＶが生じるように修正される。この場合、レーザビームは、加熱素子の所定の位置に付加的な熱を導入する。

したがって、本発明により、加熱素子５の加熱出力の少なくとも一部を調達するためにレーザ７が予定されている。このため、レーザ７は、このレーザビーム７０が加熱素子５に向けられているので、レーザビームの吸収により加熱素子５が局所的に加熱されるように配置されている。

レーザ源として、ことにガスレーザ、ことにＣＯ₂レーザ、ならびに固体レーザおよびダイオードレーザが考慮の対象である。

レーザによる加熱の十分に局所的作用を達成するために、一般的に、示された実施例に限定することなしに、加熱素子の帯材に向かう側の表面の、帯材１に対して横断方向の間隔は、帯材の縦方向に対して垂直方向の加熱素子の寸法よりも小さい場合が好ましい。

加熱素子５は、この場合、その熱容量に基づいてレーザエネルギにとっての緩衝材として作用する。このレーザエネルギは、レーザの衝突点７１が動く場合および／またはレーザ出力が変化する場合であっても、加熱素子を通して連続的にさらに放出される。

簡単な方式で高い加熱出力を調達することができるため、一般に、示された実施例に限定されることなしに、もっぱらレーザによって加熱するだけではないことが好ましい。レーザビームは、加熱素子に関して所望の温度プロフィールを作り出すか、または温度推移において位置的または時間的に不均一性を補償するために、付加的な加熱として用いられる。例えば、本発明の一実施形態の場合に、加熱素子５は、付加的に電気的にまたはバーナにより加熱されることが予定されている。

この材料２は、本発明の一実施形態の場合に、プリフォーム６の形で準備することができ、加熱素子５および場合により他の加熱素子を用いてプリフォーム６が加熱されかつ軟化される間に、引き出し装置１２によって帯材１に対して引張が行われることにより、このプリフォームから帯材１が引き出される。この方法は、ことに、ガラスプリフォームからガラスリボンを製造するために適している。しかしながら、引き出し方向に対して横断方向の温度変化は、帯材の不均一な厚みに直接現れる。このような温度変化に対処するために、レーザビーム７０を用いた局所的加熱により、本発明の場合に、適切に加熱素子の局所的加熱を行うことができる。帯材１上の該当する位置が、隣接する領域よりも低温である限り、レーザビーム７０を所定の点に固定して向けることが考えられる。しかしながら、特に良好でかつフレキシブルに調節可能な補償は、一般に、レーザビーム７０を、帯材１の縦方向に対して横断方向に動かすことで、レーザビームのエネルギを加熱素子５上で帯材１の縦方向に対して横断方向に分配させることにより可能となる。このため、図１の実施例の場合でも実現されているように、レーザビーム７０の加熱素子５上の衝突点を帯材１の縦方向に対して横断方向に動かすことで、レーザビームのエネルギを加熱素子上で帯材１の縦方向に対して横断方向に分配させるために、ビーム変向装置９が予定されていてよい。

全般的に、レーザ出力の加熱素子上での分配を制御することができると好ましい。このために、本発明の一実施形態の場合に、加熱素子５上の温度分布に影響を及ぼすためにレーザ７のレーザビーム７０の衝突点７１の位置を変えるために取り付けられている制御装置１５が予定されている。

一般に、このような制御装置１５は、他のパラメータを制御してもよい。ここでは、ことに、レーザ出力の制御を挙げることもできる。相応して、図１の実施例の場合には、制御装置１５は、ビーム変向装置９とも、レーザ７とも接続されている。本発明の一実施形態の場合でかつ示された実施例に限定することなしに、好ましくは測定値を検知しかつ制御装置と接続されている少なくとも１つのセンサが予定され、この場合、レーザビーム７０の位置、照射時間、およびビーム出力のパラメータの少なくとも１つを検知した測定値に基づいて制御する制御装置１５が取り付けられている。センサ８は、図１の実施例の場合と同様に、帯材１の測定値を検知することができる。この測定値は、帯材１の局所的温度を含むことができるが、帯材の厚みまたは位置を含むこともできる。レーザビーム７０により帯材の位置に影響を及ぼす実施例が、さらに下記に詳説されている。

ビーム変向装置９として、ことにガルバノメータスキャナまたはポリゴンミラーが適している。他の実施形態の場合には、レーザ光はファイバ型導体、例えば光導体を用いて伝達される。この場合、衝突点を調節するために、光導体の放射端部およびそれにより放射されるレーザビームを動かすことが可能である。

図２は、電気的に加熱された炭化ケイ素加熱管に関して測定された電圧降下の２つのグラフを示す。線として示された測定値を囲むバーは、それぞれの誤差バーである。全般的に、電圧は左から右に向かって低下し、一般的に電圧値は変動するが測定可能である。相応して、加熱出力も温度も変化する。これらの測定値は、例えば、不均一な温度分布に対抗する、レーザビーム７０の衝突点７１の運動プロフィールを作製するために用いることができる。

したがって、一般に、図２の実施例に限定されることなしに、本発明の一実施形態の場合に、加熱素子５に沿った温度分布を決定し、かつレーザビーム７０の衝突点７１をこの温度分布に依存して動かすことが予定されている。この場合、温度分布は、温度測定値の形で直接的に、または温度により影響を及ぼされたパラメータかまたは温度に影響を及ぼすパラメータの一つに基づいて間接的に決定することができる。図２の例の場合に、このパラメータは、加熱管に沿った電圧降下である。さらに下記に、この両方のグラフに基づいて本発明による方法を用いたガラスリボンを製造するもう一つの例を記載する。

図３は、帯材１の縁部に向かう方向での本発明による装置の概要図で本発明の他の実施態様を示す。図１に示す実施例の場合と同様に、ここでは、帯材１がプリフォーム６から引き出され、この場合、引き出し装置１２により引張が行われる。引き出し装置１２は、図示されているように例えば駆動されたローラを含むことができる。本発明の一実施形態の場合に、加熱素子５は電気的に加熱された加熱管５１を含む。ことに、図示されているように、２つの間隔を置いて配置された加熱管５１が予定されてもよく、これらの加熱管の間を、加工されるべき材料２、または帯材１が通過するように案内される。加熱管５１は、一般に好ましくは、加熱管の幅にわたって帯材を加熱するために、帯材１の縦方向に対して横断方向に配置されているか、または加熱管の縦方向が帯材の縦方向に対して横断方向に延びる。他方で、帯材１の幅にわたり、帯材の温度分布において不均一性が生じることもある。この種の不均一性に対して、レーザビーム７０による加熱管５１の付加的な局所的加熱により対抗する。しかしながら、管の場合には、管の帯材１を向く側が、帯材によっても覆い隠されるという問題が生じる。しかしながら、レーザビーム７０を加熱管のこの領域に入射させるために、本発明の一発展形態の場合には、加熱管５１の周面５２の帯材１とは反対側が開口部５３を有することが予定されている。レーザビーム７０は、この方式により、開口部５３および加熱管５１を通して進入し、周面５２の帯材１を向く側の内面に衝突することができる。レーザビーム７０が、周面５２の所定の箇所に点状に放射されるだけではない場合、開口部５３は、加熱管５１の縦方向に延びるスリットとして構成されていることが有利である。この方式で、レーザビームをスリットに沿って案内することができるので、レーザビーム７０の衝突点を加熱管５１の縦方向に選択的に位置決めすることができる。

図３の実施例で示されているように、加熱素子５は、さらに断熱材１７により取り囲まれていてよい。断熱材１７は、好ましくは、それ自体開口部１８を有し、この開口部１８を通してレーザビーム７０は加熱素子５に入射する。

図４は、明確化のために、改めて、管の周面５２内にスリット状の開口部５３を備えた加熱管５１の形状の加熱素子、およびスリット状の開口部を通して進入しかつ内側に衝突するレーザビーム７０を図で示す。図示されたように、衝突点を変えるために、レーザビーム７０をスリットに沿って動かすことができる。

図５は、オーバフローフュージョン法で帯材１を製造する実施例を示す。この場合、上方が開放された容器１９が溶融した材料２、典型的にはガラス融液３で連続的に満たされるので、材料２は最終的に容器１９の縁部２０を越えて、容器の側面に接して流れ落ちる。次いで、材料流は、容器１９の下側で、典型的に引き出し融合部（Ziehzwiebel）２１で合流し、この容器の引き出し融合部から帯材１が図示されていない引き出し装置により引き出される。容器１９の側面に接した流下の際に溶融した材料２の早期の冷却を抑制するために、両側にいくつか重ねて配置された加熱素子５が、ここでもまた加熱管５１の形で配置されている。それぞれの側での加熱素子５の少なくとも１つ、好ましくは図示されたようにいくつかは、溶融した材料２の温度分布をできる限り均一に保つために、それぞれレーザビーム７０で局所的に加熱される。

図６は、本発明の別の実施形態の例を示す。この実施形態は、一般に、加熱素子５がプレート５５を含み、このプレートの一方の側面５６は帯材１の材料２に向いていて、この反対側の側面５７はレーザビーム７０により加熱可能であることに基づく。ここでも、一般に、加熱素子５の帯材１とは反対側の面はレーザビーム７０により照射される。全般的に、これは有利である、というのも場合により照射された点の極めて強い短時間の加熱の際に照射された面から不純物が蒸発し、かつ帯材に堆積することがあるためである。プレート５５は、好ましくは帯材に対して平行に整列されている。ここでは、１つ以上のレーザビーム７０により平面的な、または二次元的な温度分布に影響を及ぼすことができる。例えば、プレート５５の温度を局所的に高めることができるだけでなく、材料の走行方向に延ばされた領域の引き上げの際に、一般に温度上昇の作用時間を調節することができる。

プレート５５の形の加熱素子５は、主熱出力を導入する加熱装置２２により加熱される。この加熱装置２２は、例えば燃焼型ヒータまたは電気的ヒータであることができる。図５の実施例の場合と同様に、図６の実施例の場合でも、帯材１はオーバフローフュージョン法で製造されるが、もちろんここでも、とりわけプリフォームからの引き出しのような他の方法を使用することができる。簡潔化のために、図６中には１つだけのプレート５５が示されている。しかしながら、一般に、２つの対峙するように配置されたプレートが使用され、その間を帯材１の材料２が通過するように案内される。加熱装置２２は、好ましくは、加熱出力の空間的な放出を調節するために、その位置について調節可能であってもよい。慣用の加熱装置による加熱と、レーザを用いた加熱との組合せは特に好ましい、というのもレーザ単独では場合によりそれだけで所望の加熱出力を調達することはできないためである。

本発明の別の実施形態の場合には、帯材１はダウンドロー法で製造される。これについての例を図７が示す。この方法の場合に、溶融した材料２、好ましくはガラス融液３は、下側に向けられたオリフィス２５から流出し、かつ同様にこの図中に示されていない引き出し装置により帯材に引き出される。このオリフィス２５は、図示されているように、中央のオリフィスボディ２６を含むことができ、このオリフィスボディはオリフィス開口部から突き出していてかつ溶融した材料がこの周囲を流れる。

図６の実施例の場合と同様に、プレート５５が加熱素子５として設けられていて、このプレートは一方の側面５６が帯材１に向けられていて、かつオリフィス２５および流出する材料２を加熱する。このプレート５５は、図６の実施例の場合と同様に、加熱装置２２、ならびにオリフィス２６および帯材１とは反対側の側面５７を介して１つ以上の旋回可能なレーザビーム７０により加熱される。ここでもまた帯材１に向かい合うように配置されたプレート５５の一方だけが示されている。

次に、ガラスリボンの製造についての本発明による実施例および比較例を対比する。

比較例１
リドロー装置内で、屈折率＞１．７を有する、１４ｍｍの厚みおよび３８０ｍｍの幅を有する光学ガラスからなるプリフォーム６を、３００μｍの厚みのガラスリボンに引き出す。

リドロー装置は、プリフォーム駆動部、縦型炉、および引き出し装置１２を備えた引き出しユニットを含む。この炉は、予熱区域、高温付形区域および冷却区域を含む。予熱区域および冷却区域には区画されたコイルヒータが備え付けられている。高温付形区域は、２つの向かい合う水平に配置された炭化ケイ素加熱管５１により加熱され、この炭化ケイ素加熱管に電流が流される。加熱管５１は、５００ｍｍの加熱可能な長さ、および２５ｍｍの直径を有する。

できる限り均一な温度分布を得るために、その加熱出力分布に関していくつかの加熱管を測定する。このため、測定されるべき管に電流を供給し、かつ管の長さに沿って５ｃｍ毎に、接触ピンを用いて３ｃｍの測定距離に関して抵抗降下を測定する。この測定に基づいて、ここで２つの管を選択し、かつ炉の全体の幅にわたり出力密度の中央値が一定であるように配置する。ことに、加熱出力分布が、加熱区域の垂直方向の中心軸に対して対称であることに留意する。この両方の加熱管に沿った電圧降下は、図２の両方のグラフ（ａ）および（ｂ）に示した測定値である。

ガラスリボンを横切る方向の厚みおよびガラスリボン縁部の位置を、ガラスリボンに対して横方向に動く光学センサを用いて共焦点式色彩学的厚み測定により決定する。得られた厚みおよび位置信号を電子工学的に検知しかつ評価する。

こうして得られたガラスリボン１は正味領域を有し、この正味領域内では厚みが目標値から±１５μｍ未満の偏差である。１８０ｍｍの幅を有するこの正味領域に続いて、この帯材１の縁部領域内にはより厚い耳部が存在する。正味領域内での厚みの目標値からの偏差は、ＳｉＣ管の下側に付加的に取り付けられた冷却オリフィスにより低減することができる。しかしながら、このことは、吹き付けオリフィスの調節が冷却、ひいてはガラスリボン内の応力にも同じように影響を及ぼすため、ガラスリボンの比較的強い反り（Warp）につながる。付加的に、約±１０μｍの厚みの目標値からの残留偏差は維持されたままである。

加熱管の残留する非対称性は、場合により、ガラスリボンが徐冷炉の中央を通過しないことを引き起こす。これは、非対称の冷却、ひいてはガラスリボンの反り（Warp）を引き起こす。

実施例１：
比較例１のリドロー装置内で、加熱管は、炉室内とは反対側に４２０ｍｍの幅および２０ｍｍの高さでスリットが入れられる。炉の断熱は、ＳｉＣ加熱管の内側にレーザビームを向けることができるように変更されるため、図３の概略図にしたがった配置が存在する。３ｋＷの定格出力を有するＣＯ₂レーザのレーザビームを利用する。レーザビーム７０は、光学系を用いて、２０ｍ／ｓの速度で、管の内側で振動するように案内される。この場合、この制御が、加熱管上でのビームのそれぞれの位置に対するレーザビーム出力の適切な制御を可能にする。このビームは、加熱管で＜２０ｍｍの直径を有する。

帯材姿勢の調節：
冷却領域の中央を通過するように帯材を案内するために、ヒータの縁部領域内で非対称のエネルギを供給する。３０Ｗの加熱出力の６０ｍｍの区間にわたる配分は、この場合、３０ｍｍのガラスリボンの姿勢の修正を生じる。この結果は、図８のグラフに明確に示されている。このグラフは、帯材の長さ位置の関数としての帯材中央の位置を示す。ほぼ長さ位置４２４での垂直方向の線の形の印で、レーザ出力を切り替えた。この結果、どのようにほぼ４１０ｍｍ付近のより高い値で帯材中央の位置が生じるかを明らかに認識することができる。

正味幅の調節：
ガラスリボンの正味幅を拡げるために、適切にレーザ出力を耳部の側部内に導入する。３０の区間にわたる２２Ｗの加熱出力の付加が、この場合、ガラスリボンの正味幅の２０％の増加を引き起こす。

厚み偏差の調節：
正味幅内で生じる厚み偏差を、レーザ出力の適切な付加／除去により修正する。２０ｍｍの区間にわたる２２Ｗの加熱出力の付加が、この場合、３％の範囲内で、ガラスリボンの厚みの低下を引き起こす。それにより、ガラスリボンの厚み偏差を、Warpに不利に影響を及ぼすことなしに、±０．５μｍ未満に調節することができる。

図９は、これに補足して、修正前および修正後のガラスリボンの厚みの測定を示す。破線は、この場合、修正前の横方向での帯材の厚みの測定値を表し、実線は、修正後の測定値を表す。

図９の下半分には、さらに、横方向に沿ったか熱出力の測定値が示されている。２５を越える位置の値においてグラフの右端は、２つの付加的な出力値が円でプロットされている。これは、レーザの作動後の値であり、この値が帯材の厚みの変化を引き起こす。認識できるように、帯材の厚みは、ことに縁部での変動が低くなる。さらに、帯材の正味幅、つまり耳部の間の厚みが変化しない領域をいくらか拡げることができる。

比較例２
ディスプレ用に適したガラス板を製造するための７００μｍの厚みを有するアルミノケイ酸塩ガラスリボンを製造するために、ガラス溶融バス内で溶融されたガラスを、オーバフロー溝の形の容器１９（イソパイプ（Isopipe））を介して供給し、かつ両側に溢れ出るガラスストランドを溝の下側の引き出し融合部２１内で再び合一する。したがって、このガラスリボンは、図５の実施例に相当するオーバフローフュージョン法で製造される。この場合、イソパイプ上のおよび引き出し融合部内のガラス層の温度分布は特に重要である。均一な温度分布は、区画されかつ機械的に調節可能なヒータまたはクーラならびに放射プレートにより達成される。ヒータ必要な空間的拡がりにより、数センチメートルのオーダの領域に対するヒータの作用も観察することができる。

実施例２
断熱材は変更され、加熱装置は図５の配置に相応して、加熱素子に置き換えられ、この加熱素子は、炉内部空間とは反対側から、走査するレーザビーム７０により、位置に依存して調節可能なレーザ出力が加えられる。それにより、高温付形においてガラス流に沿って横方向温度分布が適切に調節することができる。加熱素子５１の熱慣性により、一般に、レーザ７を用いて作業することが可能である。

比較例３
例えばディスプレ用の、またアルミノケイ酸塩ガラスからなる７００μｍの厚みを有するガラスリボンを製造するために、ガラス溶融バス内で溶融されたガラスを、ソードもしくは図７で示された実施例の場合のように中央のオリフィスボディ２６を備えたスリットオリフィスを通過するように案内し、かつオリフィスボディの両側に流れ落ちるガラスストランドを引き出し融合部２１内で再び合一する。この場合、オリフィスボディ２６上のおよび引き出し融合部２１内のガラス層の温度分布は特に重要である。均一な温度分布は、区画されかつ機械的に調節可能な加熱装置２２、ならびにプレート５５の形の加熱装置５により達成される。加熱装置２２の必要な空間的拡がりにより、数センチメートルのオーダの領域に対する加熱装置の作用も観察することができる。

実施例３
断熱材および加熱装置は変更され、放射プレートは、炉内部空間とは反対側に付加的に走査するレーザビーム７０により、図７に示されているように、位置に依存して調節可能なレーザ出力が加えられる。それにより、高温付形においてガラス流に沿って横方向温度分布を適切に調節することができる。ヒータの熱慣性により、レーザを用いて作業することが可能である。

上述の実施例で説明されたガラスリボンの製造方法とは別の、ガラスリボンを融液から引き出す方法は、アップドロー法、およびことにフロート法である。図１０は、ここでは、フロートバス２９を備えた装置１０の一実施態様の概要図を示す。フロートバス２９の前方には、ガラス融液３を作製する溶融バス３０が配置されている。ガラス融液３は、出口３３から、フロートバス２９内のスズバス３４上を流れる。ガラス融液３は、ここで平面状に拡がり、かつ引き出し装置１２の構成部分としての引き出しロール３１により支援されて、帯材を形成する。ガラスがスズバス上で動かされる間に、ガラスは徐冷され、固化されるため、フロートバス２９の末端部で持ち上げることができる。次いで、ガラスリボンは徐冷炉３２を通過する。加熱素子５は、ここでは、帯材の上方のフロートバス２９の上部構造内に配置されている。レーザビーム７０は、例えばフロートバス２９の上部構造内のスリットを通して導入することができる。ここでも、厚み偏差を補償するために、加熱素子を用いて、ガラスの粘度を、レーザの加熱出力により局所的に細かく調整することができる。一般に、実施例に限定されることなしに、帯材の付形プロセスがフロート法での帯材の製造を含むことも予定されている。

図１１は、本発明の別の実施形態の細部を示す。この実施例の場合に、例えば図７に示したものと同様に、ガラスリボンの製造のためのダウンドロー法が使用される。オリフィス２５は、引き出しシャフト３５内に配置されている。引き出しシャフト３５は、好ましくは金属板、例えば鋼板から作製されている。引き出しシャフトは、横方向の空気流を妨げ、かつそれにより制御された冷却を支援する。レーザビーム７０は、引き出しシャフト内の開口部３６を通して導入され、かつ次いで引き出しシャフト３５の内部に配置された加熱素子５に当たる。好ましくは、帯材１の横方向で加熱素子５にわたるレーザビームの横側の動きが可能となるために、開口部３６はスリット状である。引き出しシャフトの内部での空気流にできる限りわずかに影響を及ぼすために、開口部３６の寸法はできる限り小さい。本発明の実施形態の場合に、開口部３６の寸法は、特別に示された実施例に限定されることなしに、かつ特別な引き出し法にも限定されることなしに、少なくとも引き出し方向で、最大でもレーザビームの直径の３倍大きい。これとは別のまたは付加的な実施形態の場合に、引き出し方向の窓の寸法は、最大でも１０ｍｍ、好ましくは最大でも７ｍｍ、例えば３ｍｍ～７ｍｍである。

レーザビームの波長にとって透過性の材料が存在する限り、またこれとは別のまたは付加的な本発明の実施形態の場合に、窓３７を予定することができ、この窓は開口部３６を閉鎖しかつこの窓を通してレーザビーム７０を引き出しシャフト内へ入射させる。例として、石英ガラスからなる窓３７が挙げられる。開口部３６は、もう一つのこれとは別のまたは付加的な改良形態の場合には、空気流を抑制するために、それ自体シャフト形状とは異なるように形成されていてよい。例えば、引き出しシャフト３５上にカラーを被せ、かつ開口部３６を取り囲むことができる。

一般に、融液から引き出すかまたはプリフォームから引き出すかどうかの引き出し法に限定されることなしに、かつ図７に示された特別な構成に限定されることなしに、上述の記載にしたがって、本発明の改良形態の場合に、この装置は、引き出しシャフト３５を含み、この引き出しシャフト内で材料２は加熱されかつ軟化された状態で帯材１に引き出され、ここで、加熱素子５は引き出しシャフト３５の内部に配置されていて、かつレーザビーム７０を、引き出しシャフト内の開口部を通して加熱素子５に入射させることが予定されている。この場合、好ましくは、次の特徴の少なくとも１つが実現されている：
－引き出しシャフトは、レーザビーム７０に対して透過性の窓で閉鎖されている、
－開口部は、シャフト状に形成されていて、カラーが開口部３６を取り囲む、
－引き出し方向の開口部３６の寸法は、レーザビームの直径の最大でも３倍である。

加熱素子５について、多くの異なる材料を使用することができる。一つの基準は、レーザビームに関する結合性である。このため、レーザビームにより照射された表面の材料は、レーザビーム７０の波長に対してできる限りわずかな反射性を有することが好ましい。一般に、このためセラミック材料が良好に適している。したがって、本発明の一実施形態の場合に、加熱素子５はセラミック材料を有することが予定されている。この中には、先に既に説明されたＳｉＣ加熱素子も含まれる。炭化ケイ素は、極めて高い熱伝導率を有する。これは、一方で、典型的に背面に入射されたレーザ出力をわずかな慣性で、迅速に加熱素子５の帯材に向かう側の側面に導くために優れている。他方で、加熱素子内で帯材に対して横断方向への熱の散逸を引き起こすこともある。帯材に対して横断方向のできる限り限定された熱分配を得るために、このために、本発明に一改良形態の場合に、加熱素子は、帯材１とは反対側から帯材に向かう側への方向の、つまり帯材へ向かう方向の熱伝導または熱伝導率よりも低い、帯材１の（付形プロセスにおいて引き出し方向によって確認される）縦方向に対して横断方向の熱伝導または熱伝導率を有することが予定されている。

図１２は、これについて、どのようにしてこのような異方性の熱伝導率を達成することができるかの例を示す。この実施例の加熱素子５は、複合素子の形のプレート５５である。この場合、異なる熱伝導率を有する異なる材料の部分の連続は、帯材の横方向６１の熱流が、これに対して垂直方向の、つまり帯材の縦方向の、また帯材の方向の熱流よりも小さいように選択される。この横方向６１は、明確にするために、記入されている。横方向６１の熱流の低減は、例えば金属部分５９とセラミック部分６０との連続により達成される。金属部分５９は、メアンダ状に互いに接続されていてもよいため、加熱素子５を加熱するために、この金属部分に電流を供給することができる。レーザビームは、横方向６１での所定の加熱出力プロフィールを達成するために、付加的加熱として用いられる。

不所望な熱流を低減するために、このため一般に加熱素子は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有する材料を含むことができる。このことは、示された実施例の場合に、金属部分５９にもセラミック部分６０にも該当する。複合材料によって、横方向６１の熱流を、複合材料の他方の材料が高い熱伝導率を有する場合でも低減することができる。

１帯材
２材料
３ガラス融液
５加熱素子
６プリフォーム
７レーザ
８センサ
９ビーム変向装置
１０帯材の製造装置
１２引き出し装置
１５制御装置
１７断熱材
１８１７内の開口部
１９容器
２０１９の縁部
２１引き出し融合部
２２加熱装置
２５オリフィス
２６オリフィスボディ
２９フロートバス
３０溶融バス
３１引き出しロール
３２徐冷炉
３３出口
３４スズバス
３５引き出しシャフト
３６３５内の開口部
３７窓
５０５の表面
５１加熱管
５２５１の周面
５３５２内の開口部
５５プレート
５６，５７５５の側面
５９金属部分
６０セラミック部分
６１横方向
７０レーザビーム
７１５上の７０の衝突点

Claims

加熱されかつ軟化された状態にある材料（２）を帯材（１）に引き出し、次いで冷却する帯材（１）の製造方法において、前記帯材（１）を形成しかつ引き出す付形プロセスの間に前記材料（２）を加熱し、前記付形プロセスの間に、熱エネルギを、少なくとも部分的に、前記材料（２）に向かい合うように配置された加熱された加熱素子（５）の表面（５０）から放射される熱放射の形で前記材料（２）に供給し、前記加熱素子（５）の加熱を、少なくとも部分的に、前記加熱素子（５）に向けられていてかつ前記加熱素子（５）を局所的に加熱するレーザビーム（７０）のエネルギによって行い、
前記レーザビーム（７０）を前記帯材（１）の縦方向に対して横断方向に動かして、前記レーザビームのエネルギを、前記加熱素子（５）上で前記帯材（１）の縦方向に対して横断方向に分配する、帯材（１）の製造方法。
加熱されかつ軟化された状態にある材料（２）を帯材（１）に引き出し、次いで冷却する帯材（１）の製造方法において、前記帯材（１）を形成しかつ引き出す付形プロセスの間に前記材料（２）を加熱し、前記付形プロセスの間に、熱エネルギを、少なくとも部分的に、前記材料（２）に向かい合うように配置された加熱された加熱素子（５）の表面（５０）から放射される熱放射の形で前記材料（２）に供給し、前記加熱素子（５）の加熱を、少なくとも部分的に、前記加熱素子（５）に向けられていてかつ前記加熱素子（５）を局所的に加熱するレーザビーム（７０）のエネルギによって行い、
前記加熱素子（５）に沿った温度分布を決定し、かつ前記レーザビーム（７０）の衝突点（７１）を前記温度分布に依存して動かすことを特徴とする、帯材（１）の製造方法。
前記加熱素子（５）を、付加的に電気的にまたはバーナにより加熱することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
前記加熱素子の前記帯材（１）を向く表面（５０）の、前記帯材（１）に対して横断方向の間隔は、前記帯材の縦方向に対して垂直方向の前記加熱素子の寸法よりも小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
前記帯材（１）は、ガラス溶解物（３）またはプリフォーム（６）から引き出されるガラスリボンであることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
前記加熱素子（５）の前記帯材（１）とは反対側の面を前記レーザビーム（７０）で照射することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
前記帯材（１）を、ダウンドロー法、オーバフローフュージョン法、アップドロー法、またはフロート法で製造することを特徴とする、請求項６記載の方法。
前記帯材（１）を、加熱されたプリフォーム（６）から引き出すことを特徴とする、請求項１記載の方法。
帯材（１）を製造する装置（１０）において、
－加熱されかつ軟化された状態にある材料（２）を前記帯材（１）に引き出す引き出し装置（１２）と、
－前記帯材（１）を成形しかつ引き出す付形プロセスの間に、前記材料（２）を加熱するための加熱素子（５）と、を備え、
前記加熱素子（５）は、加熱された前記材料（２）に向かい合うように配置された前記加熱素子（５）の表面（５０）から放射される熱放射による加熱用に形成されていて、かつ前記装置（１０）はレーザ（７）を含み、前記レーザ（７）は、前記レーザ（７）のレーザビーム（７０）が前記加熱素子（５）に向けられていて、かつ前記加熱素子（５）を局所的に加熱するように配置されており、
前記加熱素子（５）における前記レーザビーム（７０）の衝突点を、前記帯材（１）の縦方向に対して横断方向に動かして、前記レーザビームのエネルギを前記加熱素子（５）上で前記帯材（１）の縦方向に対して横断方向に分配するビーム変向装置（９）をさらに備えることを特徴とする、帯材（１）を製造するための装置（１０）。
帯材（１）を製造する装置（１０）において、
－加熱されかつ軟化された状態にある材料（２）を前記帯材（１）に引き出す引き出し装置（１２）と、
－前記帯材（１）を成形しかつ引き出す付形プロセスの間に、前記材料（２）を加熱するための加熱素子（５）と、を備え、
前記加熱素子（５）は、加熱された前記材料（２）に向かい合うように配置された前記加熱素子（５）の表面（５０）から放射される熱放射による加熱用に形成されていて、かつ前記装置（１０）はレーザ（７）を含み、前記レーザ（７）は、前記レーザ（７）のレーザビーム（７０）が前記加熱素子（５）に向けられていて、かつ前記加熱素子（５）を局所的に加熱するように配置されており、
前記レーザビーム（７０）の衝突点（７１）を前記加熱素子（５）上で動かすためのビーム変向装置（９）を特徴とする、帯材（１）を製造するための装置（１０）。
帯材（１）を製造する装置（１０）において、
－加熱されかつ軟化された状態にある材料（２）を前記帯材（１）に引き出す引き出し装置（１２）と、
－前記帯材（１）を成形しかつ引き出す付形プロセスの間に、前記材料（２）を加熱するための加熱素子（５）と、を備え、
前記加熱素子（５）は、加熱された前記材料（２）に向かい合うように配置された前記加熱素子（５）の表面（５０）から放射される熱放射による加熱用に形成されていて、かつ前記装置（１０）はレーザ（７）を含み、前記レーザ（７）は、前記レーザ（７）のレーザビーム（７０）が前記加熱素子（５）に向けられていて、かつ前記加熱素子（５）を局所的に加熱するように配置されており、
前記レーザ（７）の前記レーザビーム（７０）の衝突点（７１）の位置を変えて、前記加熱素子（５）上の温度分布に影響を及ぼすように設置されている制御装置（１５）を特徴とする、帯材（１）を製造するための装置（１０）。
測定値を検知しかつ前記制御装置（１５）と接続されている少なくとも１つのセンサ（８）を特徴とし、前記制御装置（１５）は、レーザビーム（７０）の位置、照射時間およびビーム出力のパラメータの少なくとも１つを、検知された測定値に基づき制御するように設置されている、請求項１１記載の装置（１０）。
前記加熱素子（５）は電気的に加熱される加熱管（５１）を含むことを特徴とする、請求項１１または１２記載の装置（１０）。
前記加熱管（５１）の縦方向は、前記帯材（１）の縦方向に対して横断方向に延びることを特徴とする、請求項１３記載の装置（１０）。
前記加熱管の周面（５２）の、前記帯材（１）とは反対側が開口部（５３）を有し、前記レーザビーム（７０）は前記開口部（５３）および前記加熱管（５１）を通過し、前記周面（５２）の前記帯材（１）を向く側における内面に衝突することができることを特徴とする、請求項１３または１４記載の装置（１０）。
前記加熱素子（５）はプレート（５５）を含み、前記プレート（５５）の一方の側面（５６）は前記帯材（１）の材料（２）に向けられていて、前記プレート（５５）の反対側の側面（５７）は、レーザビーム（７０）により加熱可能であることを特徴とする、請求項９から１５までのいずれか１項記載の装置（１０）。
前記加熱素子（５）は、前記帯材（１）とは反対側から前記帯材（１）を向く側への熱伝導率よりも低い、前記帯材（１）の縦方向に対して横断方向の熱伝導率を有することを特徴とする、請求項９から１６までのいずれか１項記載の装置（１０）。
前記加熱素子（５）は、５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の熱伝導率を有する材料を有することを特徴とする、請求項９から１７までのいずれか１項記載の装置（１０）。