TWI494283B - 製造玻璃物件之設備及方法 - Google Patents

Description

製造玻璃物件之設備及方法

本發明主張西元2010年2月25日所申請之美國專利申請案號第61/308067號為優先權。

本發明通常是關於製造玻璃物件之設備及方法，且更特定而言之，是關於在預澄清腔室以及後澄清腔室中攪拌熔融玻璃之設備及方法。

玻璃製造系統通常用於形成各種玻璃物件，例如液晶顯示器(LCD)玻璃片。舉例來說，已知將熔融玻璃流動進入隔離管(isopipe)，在其中藉由熔融下拉製程來形成玻璃條帶。隨後接著，分割該玻璃條帶用以提供液晶顯示器(LCD)玻璃片。

在一示例性具體實施例中，提供製造玻璃物件的方法。該方法包含在玻璃熔化器中熔化批次材料之步驟，用以產生包含二氧化錫的熔融玻璃。該方法更進一步包含下列步驟：將熔融玻璃由玻璃熔化器傳遞至預澄清腔室，且在預澄清腔室中攪拌熔融玻璃。該方法亦更進一步包含下列步驟：將熔融玻璃由預澄清腔室傳遞至澄清腔室，且在澄清腔室中將大多數的氣泡由熔融玻璃中移除。該方法更包含下列步驟：將熔融玻璃由澄清腔室傳遞至後澄清腔室，其中在後澄清腔室中的熔融玻璃溫度是小於在預澄清腔室中的熔融玻璃溫度。該方法更近一步包含下列步驟：在後澄清腔室中攪拌熔融玻璃，且將一數量的熔融玻璃由後澄清腔室傳遞至成形容器，用以形成玻璃物件。

在其他示例性具體實施例中，提供製造玻璃物件之設備。該設備包含：玻璃熔化器，其配置用以將批次材料熔化為熔融玻璃；以及預澄清腔室，其配置用以接收來自玻璃熔化器之熔融玻璃。該預澄清腔室包含第一攪拌裝置，其用於在該預澄清腔室中攪拌熔融玻璃。該設備更近一步包含澄清腔室，其配置用以接收來自預澄清腔室的熔融玻璃，且將大多數的氣泡由熔融玻璃中移除。該設備亦包含後澄清腔室，其配置用以接收來自澄清腔室的熔融玻璃。該後澄清腔室包含第二攪拌裝置，其用於在後澄清腔室中攪拌熔融玻璃，其中配置該第二攪拌裝置以小於第一攪拌裝置的攪拌剪力來攪拌該熔融玻璃。該裝置亦更近一步包含成形容器，其配置用以接收來自後澄清腔室的熔融玻璃，且形成玻璃物件。

以下參考呈現示例性具體實施例的附圖，來更完整地說明實施例。儘可能在全部的圖式中使用相同的元件符號來代表相同或相似的構件。然而，可以許多不同的形式來實施本發明之態樣，且不應將該等態樣解釋為限制在此所說明之具體實施例。

第1圖為設備101的圖式說明，其配置用以製造玻璃物件。在一實施例中，該玻璃物件可包含：玻璃藝術品、玻璃容器、玻璃棒、玻璃管或其他玻璃物件。設備101亦可用於製造預期實質上不具氣泡的玻璃物件。舉例來說，玻璃物件更近一步包含光學裝置，例如光學裝置的一或多個玻璃透鏡。在另一實施例中，該玻璃物件可包含玻璃片，例如用於液晶顯示器之玻璃片。

更進一步地說明第1圖，設備101包含玻璃熔化器103，其配置用以由儲存槽107將批次材料105熔化。可藉由批次輸送裝置109穿過玻璃熔化器103的入口沿著方向箭頭111將批次材料引入。在玻璃熔化器103的內部，將批次材料105熔化成為熔融玻璃113。根據所期望的玻璃物件特性以及製程條件，該熔融玻璃113可具有各種組成。舉例來說，熔融玻璃113可包含揮發性成分，其幫助將氣泡由熔融玻璃中澄清出來，用以製造實質上不具有氣泡的玻璃物件。如圖式中所說明，熔融玻璃113包含揮發性成分，例如二氧化錫(SnO₂ )及/或氧化硼(B₂ O₃ )。

設備101更進一步包含預澄清腔室115，其配置用以接收來自玻璃熔化器103的熔融玻璃113。如第1與2圖圖式說明，預澄清腔室115包含第一攪拌裝置117，用以在預澄清腔室115中攪拌熔融玻璃113。可配置第一攪拌裝置117沿著方向箭頭119繞著一垂直軸來轉動，然而其可考慮該攪拌裝置可繞著一有角度的軸、水平軸等來轉動。此外或或者，該攪拌裝置可環繞預澄清腔室115的一軸，例如中心軸。在該說明性實施例中，第一攪拌裝置117包含垂直軸121，其沿著預澄清腔室115的一中心軸延伸。第一攪拌葉片配置123包含第一組葉片125，其可一體成型地附接至垂直軸121。可操作性地連接第一馬達127，用以沿著方向箭頭119來轉動垂直軸121，因而啟動第一攪拌葉片配置123，用以在預澄清腔室115中攪拌熔融玻璃113。

如第2圖所示，預澄清腔室115包含入口129，用於接收來自玻璃熔化器103的熔融玻璃。如第3圖所示，示例性的入口129包含垂直切面高度(elevational height)131。入口129可具有圓形外圍，其中該垂直切面高度131包含入口129的直徑。雖然未顯示，但入口129可包含諸如多角形的其他形狀(例如，三角形、矩形等等)。如第2與3圖中更進一步顯示，預澄清腔室115更進一步包含出口133，該出口133的外圍與入口129的外圍是幾何相似的，雖然在更進一步的實施例中可提供不同形狀。如第2圖所示，可將預澄清腔室115的入口129設置在比出口113較低標高的位置上，因而允許在預澄清腔室115中的熔融玻璃113產生交叉流動。提供熔融玻璃113的交叉流動可促進與第一攪拌葉片配置123的交互作用，用以在穿過出口133之前混合熔融玻璃113。

設備101更進一步包含澄清腔室135，其配置用以接收來自預澄清腔室115的熔融玻璃113，並且將大多數的氣泡137由熔融玻璃113中移除。如圖所示，澄清腔室135包含長條型水平管，雖然在更進一步的實施例中可提供其他腔室配置。如更進一步的說明，可操作性地將澄清腔室135通至大氣。因此，示例性具體實施例可提供一澄清腔室，其中在該澄清腔室135中實質上不施加真空至熔融玻璃113。如文中所使用，實質上無真空係意指在澄清腔室135中的大氣具有至少0.8大氣壓的壓力。因此，實質上無真空可包含施加少量真空同時避免壓力低於0.8大氣壓的具體實施例。

設備101更進一步包含後澄清腔室139，其配置用以接收來自澄清腔室135的熔融玻璃113。如第1與2圖圖式說明，後澄清腔室139包含第二攪拌裝置141，用於在後澄清腔室139中攪拌熔融玻璃113。可配置第二攪拌裝置141沿著方向箭頭143繞著一垂直軸來轉動，雖然其可考慮該攪拌裝置可繞著一有角度的軸、水平軸等來轉動。此外或或者，該攪拌裝置可環繞後澄清腔室139的一軸，例如中心軸。在該說明性實施例中，第二攪拌裝置141包含垂直軸145，其沿著後澄清腔室139的一中心軸延伸。

第二攪拌葉片配置147包含第二組葉片149，其可一體成型地附接至垂直軸145。配置第一攪拌裝置117以小於第二攪拌裝置141的攪拌剪力來攪拌熔融玻璃113。在一實施例中，第二攪拌葉片配置具有比第一攪拌葉片配置來的大的熔融玻璃剪力表面積。實際上，如第2圖所顯示，第二攪拌葉片配置147的第二組葉片149具有比第一攪拌葉片配置123的第一組葉片125較多數量的葉片。如此，第二攪拌葉片配置147包含比第一攪拌葉片配置123來的大的熔融玻璃剪力表面積。

可操作性地連接第二馬達151用以沿著方向箭頭143來轉動垂直軸145，因而啟動第二攪拌葉片配置147用以在後澄清腔室139中攪拌熔融玻璃113。如圖所示，第二馬達151可大於第一馬達127及/或可配置第二馬達151傳送比第一馬達127還要多的扭力。如此，甚至在第一攪拌葉片配置是等於或小於第二攪拌葉片配置的實施例中，仍可配置第一攪拌裝置117以小於第二攪拌裝置141的攪拌剪力來攪拌熔融玻璃113。

如第2圖所示，後澄清腔室139包含入口153，用於接收來自澄清腔室135的熔融玻璃，以及出口155，用於傳遞熔融玻璃113至輸送容器157(例如，槽)。如第2圖所示，後澄清腔室139的入口153可設置在高於出口155的位置處，因而允許在後澄清腔室139中的熔融玻璃113產生交叉流動。熔融玻璃113的交叉流動可促進與第二攪拌葉片配置147的交互作用，用以在穿過出口155之前混合熔融玻璃113。

設備101更進一步包含成形容器，其配置用以接收來自後澄清腔室的熔融玻璃以及形成玻璃物件。成形容器可包含熔融下拉、孔口拉伸、浮動、壓製、模製、滾製、射出模製等。如第1圖所示，舉例來說，成形容器可包含隔離管159，其配置用以進行熔融下拉玻璃物件，例如利用熔融下拉技術由熔融玻璃113所形成之說明性玻璃條帶161。

玻璃熔化器103通常是由耐熱材料所製成，例如耐火磚(例如，陶瓷)。設備101可更進一步包含一些構件，其通常是由鉑或是含鉑金屬所製成，例如鉑-銠、鉑-銥以及其組合，但也可包含耐熱材料，例如鉬、鈀、錸、鉭、鈦、鎢、釕、鋨、鋯及其合金及/或二氧化鋯。含鉑構件可包含一或多個預澄清腔室115、澄清腔室135、後澄清腔室139、輸送容器157、一個降流管163以及通往成形容器的一個入口165。含鉑構件亦可包含一或多個連接管，其將各種容器彼此連接。

參考第1圖，製造玻璃物件的方法包含下列步驟：在玻璃熔化器中熔化批次材料105，用以產生具有二氧化錫的熔融玻璃113。在一實施例中，熔融玻璃亦可包含氧化硼。一旦完成熔化步驟，即由該玻璃熔化器103傳遞熔融玻璃113並且穿過預澄清腔室115的入口129，然後在預澄清腔室115中利用第一馬達127來攪拌熔融玻璃。如第3圖所圖示說明，將熔融玻璃113以熔融玻璃流113的方式引進預澄清腔室115中，其中，將進入預澄清腔室的熔融玻璃流垂直切面高度的上半部的至少20%(以元件符號167表示之)混合遍及在預澄清腔室115中熔融玻璃113垂直切面高度169的至少75%。藉由將二氧化錫、氧化硼及/或其他澄清劑分散遍及輸出穿過出口133的熔融玻璃，可提供熔融玻璃流垂直切面高度的上半部部分足夠的混合用以幫助熔融玻璃的均勻化，因而增加在澄清腔室135中移除氣泡的效率。如第3圖所繪示說明的「+」記號171，垂直切面上半部的20%(以元件符號167表示之)的分配率是小於二氧化錫及/或氧化硼的平均分配。然而，在以第一攪拌裝置117攪拌後，記號171可預期地更分散遍及在離開的熔融玻璃流中，該熔融玻璃傳送穿過出口133至澄清腔室135。在預澄清腔室中形成更均勻的熔化可更進一步地有助於縮小在熔融玻璃流中的高含水區域。舉例來說，當玻璃熔化器103使用空氣-氧氣燃燒器來加熱熔融玻璃表面時，可產生局部的高含水區域，其顯示在第3圖中以「+」記號171表示。以富含水的空氣-氧氣燃燒大氣來接觸熔融玻璃，可使表面區域富含水。假如熔融玻璃流的富含水區域實質上接觸到含鉑容器的璧面，則會產生氣泡，當所溶解的水裂解成氫氣時，氫氣會滲透璧面而留下氧氣，假如無法適當地控制氫氣的滲透，那麼氧氣會形成氣泡且後續會造成最終玻璃產品的瑕疵。在以第一攪拌裝置117攪拌之後，含水區可以更有利地移動朝向均勻的集中。在預澄清腔室115中的攪拌步驟可包含相對較低的熔融玻璃攪拌剪力，用以提供澄清劑的適當分散。如此，可節省能源並且可簡化或降低昂貴的攪拌構件。

如第2圖所示，一旦熔融玻璃流接著進入澄清腔室中，氣泡137可自由地升高至在澄清腔室135中的熔融玻璃表面173，因而釋放至澄清腔室中的大氣175中。可操作性地提供壓力平衡閥門177，用以確認實質上沒有施加真空，而幫助將氣泡由熔融玻璃中移除。因為實質上沒有施加真空，所以可避免在澄清腔室135中產生過量的二氧化錫及/或氧化硼揮發。在熔融玻璃113傳遞穿過澄清腔室135之後，熔融玻璃113可實質上不具有任何氣泡。然而，可能會形成帶狀成形部分179，其表示熔融玻璃的非均勻部分。

接著，熔融玻璃113進入後澄清腔室139，在其中以第二攪拌裝置141攪拌熔融玻璃。一旦熔融玻璃傳遞至成形容器(例如，隔離管159)，則熔融玻璃就包含實質上均勻的組成，基本上不具有帶狀成形部分。

如溫度量規181、183所示，在後澄清腔室中的熔融玻璃溫度是低於在預澄清腔室中的熔融玻璃溫度。熔融玻璃113在預澄清腔室中的黏度是小於在後澄清腔室中。為了有效率地攪拌熔融玻璃，可使用較大的馬達151(當與馬達127比較時)，並且在後澄清腔室中的攪拌剪力是高於在預澄清腔室中的攪拌剪力。再者，為了在熔融玻璃進入成形容器之前能夠有效地使熔融玻璃均勻化，在後澄清腔室中需要更充分地混合熔融玻璃。

接著，熔融玻璃進入成形容器中，用以形成玻璃物件。舉例來說，如圖所示，成形容器包含隔離管159，以及玻璃物件包含藉由熔融下拉製程由玻璃條帶161所形成的玻璃片。

對於在此技術領域中具有通常知識者來說，在不偏離所申請發明的精神以及範疇之下，可實施各種修飾例以及變化例。

101．．．設備

103．．．玻璃熔化器

105．．．批次材料

107．．．儲存槽

109．．．批次輸送裝置

111．．．方向箭頭

113．．．熔融玻璃

115．．．預澄清腔室

117．．．第一攪拌裝置

119．．．方向箭頭

121．．．垂直軸

123．．．第一攪拌葉片配置

125．．．第一組葉片

127．．．第一馬達

129．．．入口

131．．．垂直切面高度

133．．．出口

135．．．澄清腔室

137．．．氣泡

139．．．後澄清腔室

141．．．第二攪拌裝置

143．．．方向箭頭

145．．．垂直軸

147．．．第二攪拌葉片配置

149．．．第二組葉片

151．．．第二馬達

153．．．入口

155．．．出口

157．．．輸送容器

159．．．隔離管

161．．．玻璃條帶

163．．．降流管

165．．．入口

167．．．熔融玻璃流高度的20%

169．．．高度

171．．．記號

173．．．熔融玻璃表面

175．．．大氣

177．．．壓力平衡閥門

179．．．帶狀成形部分

181．．．溫度量規

183．．．溫度量規

參考所附圖式來閱讀上述關於本發明之實施方式，將可瞭解本發明之態樣以及其他態樣。以下為所附圖式之簡單說明：

第1圖為製造玻璃片之設備示意圖；

第2圖為第1圖設備之部分放大圖；

第3圖為沿著第2圖中的3-3線所示之截面圖；以及

第4圖為沿著第2圖中的4-4線所示之截面圖

101．．．設備

103．．．玻璃熔化器

105．．．批次材料

107．．．儲存槽

109．．．批次輸送裝置

111．．．方向箭頭

113．．．熔融玻璃

115．．．預澄清腔室

117．．．第一攪拌裝置

119．．．方向箭頭

121．．．垂直軸

123．．．第一攪拌葉片配置

125．．．第一組葉片

127．．．第一馬達

135．．．澄清腔室

139．．．後澄清腔室

141．．．第二攪拌裝置

143．．．方向箭頭

145．．．垂直軸

147．．．第二攪拌葉片配置

149．．．第二組葉片

151．．．第二馬達

157．．．輸送容器

159．．．隔離管

161．．．玻璃條帶

163．．．降流管

165．．．入口

Claims (9)

1. 一種製造一玻璃物件之方法，其包含下列步驟：(1)　在一玻璃熔化器中熔化批次材料以產生包含二氧化錫的熔融玻璃；(2)　將該熔融玻璃由該玻璃熔化器傳送至一預澄清腔室；(3)　在該預澄清腔室中攪拌該熔融玻璃；(4)　將該熔融玻璃由該預澄清腔室傳送至一澄清腔室；(5)　在該澄清腔室中將大多數的氣泡由該熔融玻璃中移除；(6)　將該熔融玻璃由該澄清腔室傳送至一後澄清腔室，其中在該後澄清腔室中的一熔融玻璃溫度是低於在該預澄清腔室中的一熔融玻璃的溫度；(7)　在該後澄清腔室中攪拌該熔融玻璃；以及(8)　將該數量的熔融玻璃由該後澄清腔室傳送至一成形容器中以形成該玻璃物件。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該成形容器包含一隔離管，該玻璃物件包含藉由一熔融下拉製程所形成之一玻璃片。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該熔融玻璃包含氧化硼。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該熔融玻璃包含一黏度，該黏度在該預澄清腔室中小於在該後澄清腔室中。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中在該預澄清腔室中的該熔融玻璃受到的攪拌剪力小於在該後澄清腔室中的該熔融玻璃的攪拌剪力。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中在步驟(2)期間，將該熔融玻璃以一熔融玻璃流的方式引進該預澄清腔室中，該熔融玻璃流包含一垂直切面高度，其中在步驟(3)期間，進入該預澄清腔室的該熔融玻璃流垂直切面高度的一上半部的至少20%混合遍及在該預澄清腔室中一熔融玻璃垂直切面高度的至少75%。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，在步驟(7)的末端處，該熔融玻璃具有一實質上均勻的組成，其基本上不具有帶狀成形部分。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中在步驟(5)期間，基本上不施加真空以幫助由該熔融玻璃將該氣泡移除。
9. 一種用於製造一玻璃物件之設備，其包含：(A)　一玻璃熔化器，其配置用以將一批次材料熔化為一熔融玻璃；(B)　一預澄清腔室，其配置用以接收來自該玻璃熔化器的熔融玻璃，該預澄清腔室包含一第一攪拌裝置，用於在該預澄清腔室中攪拌熔融玻璃；(C)　一澄清腔室，其配置用以接收來自該預澄清腔室的熔融玻璃，以及將該大多數的氣泡由該熔融玻璃中移除；(D)　一後澄清腔室，其配置用以接收來自該澄清腔室的熔融玻璃，該後澄清腔室包含一第二攪拌裝置，用以在該後澄清腔室中攪拌熔融玻璃，其中配置該第二攪拌裝置以小於該第一攪拌裝置的攪拌剪力來攪拌該熔融玻璃；以及(E)　一成形容器，其配置用以接收來自該後澄清腔室的熔融玻璃，以及形成該玻璃物件。