特許 5698838 複合アイソパイプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5698838

(24)【登録日】2015年2月20日

(45)【発行日】2015年4月8日

(54)【発明の名称】複合アイソパイプ

(51)【国際特許分類】

   C03B 17/06 20060101AFI20150319BHJP

【ＦＩ】

   C03B17/06

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-513239(P2013-513239)

(86)(22)【出願日】2011年5月26日

(65)【公表番号】特表2013-527121(P2013-527121A)

(43)【公表日】2013年6月27日

(86)【国際出願番号】US2011038109

(87)【国際公開番号】WO2011150189

(87)【国際公開日】20111201

【審査請求日】2014年5月26日

(31)【優先権主張番号】61/349,362

(32)【優先日】2010年5月28日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】397068274

【氏名又は名称】コーニング インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100073184

【弁理士】

【氏名又は名称】柳田 征史

(74)【代理人】

【識別番号】100090468

【弁理士】

【氏名又は名称】佐久間 剛

(72)【発明者】

【氏名】パニン，ニコライ エー

【審査官】 永田 史泰

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００９−５１８２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平５−１３９７６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−８１６５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ１７／００−１７／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フュージョンダウンドロー法を用いて板ガラスを製造する装置であって、
第１材料で構成される上側部分（１０１）と、前記上側部分（１０１）の下方に位置する第２材料で構成される下側部分（１０３）と、を有する成形装置本体を備えると共に、前記成形装置本体を収納する炉を備え、
前記上側部分（１０１）は、２つの上部樋壁（１１２，１１４）と、溶融ガラスを流入させる樋空間（１０５）を画定する樋底面と、を含み、
前記下側部分（１０３）は、下方に傾斜して下頂部で集結する２つの主外面を有する楔形断面を有し、
前記上側部分（１０１）及び前記下側部分（１０３）の側壁は、ほぼ連続する２つの成形面を形成し、これらの成形面を、通常作動中に溶融ガラス流が下方に流れて前記下頂部（１０８）で合流することができ、
前記第１材料は１２００℃でＣＲ１のクリープ変形量を有し、前記第２材料は１２００℃でＣＲ２のクリープ変形量を有し、ここで、ＣＲ１＜ＣＲ２であり、
前記炉は、前記成形装置本体の前記上側部分（１０１）を略一定の温度に維持し、かつ前記成形装置本体の前記下側部分（１０３）の温度を、Ｔｔｏｐを前記下側部分（１０３）の上面の温度とし、Ｔｒｏｏｔを前記下側部分（１０３）の前記下頂部（１０８）の温度とした場合に、ｄｅｌｔａＴ＝Ｔｔｏｐ−Ｔｒｏｏｔの温度勾配を有するように維持し、ここでｄｅｌｔａＴ≧１０℃である、
板ガラスを製造する装置。

【請求項2】

ＣＲ２／ＣＲ１＞１０^３である、請求項１記載の板ガラスを製造する装置。

【請求項3】

前記第１材料がα−ＳｉＣ，窒化珪素、または酸窒化珪素から実質的に成り、前記第２材料がジルコンから実質的に成る、請求項１または２記載の板ガラスを製造する装置。

【請求項4】

（Ａ）溶融ガラスを供給する工程、
（Ｂ）第１材料で構成される上側部分（１０１）と、前記上側部分（１０１）の下方に位置する第２材料で構成される下側部分（１０３）と、を有する成形装置本体を設ける工程であって、前記上側部分（１０１）が、２つの上部樋側壁と、溶融ガラスを流入させる樋空間（１０５）を画定する樋底面と、を含み、前記下側部分（１０３）が、下方に傾斜して下頂部で集結する２つの主外面を持つような楔形断面を有し、前記上側部分（１０１）及び前記下側部分（１０３）の側壁外面は、ほぼ連続する２つの成形面を形成し、これらの成形面を、通常作動中に溶融ガラス流が下方に流れて前記下頂部（１０８）で合流することができ、前記第１材料が、１２００℃でＣＲ１のクリープ変形量を有し、前記第２材料が、１２００℃でＣＲ２のクリープ変形量を有し、ここでＣＲ１＜ＣＲ２である、成形装置本体を設ける工程、
（Ｃ）前記溶融ガラスを前記成形装置本体の前記樋空間に供給し、前記溶融ガラスが前記樋側壁の上面から溢れ出し、前記２つの成形面に沿って流れ、そして前記下頂部（１０８）で合流するようにして、単体のガラスリボンを形成する工程、
（Ｄ）前記ガラスリボンを前記下頂部（１０８）の下方に引き延ばして板ガラスを形成する工程、
（Ｅ）前記成形装置本体の前記上側部分（１０１）をマッフル炉で略一定の温度に維持する工程、
（Ｆ）前記成形装置本体の前記下側部分（１０３）の温度を、Ｔｔｏｐを前記下側部分（１０３）の上面の温度とし、Ｔｒｏｏｔを前記下側部分（１０３）の前記下頂部（１０８）の温度とした場合に、ｄｅｌｔａＴ＝Ｔｔｏｐ−Ｔｒｏｏｔの温度勾配を有するように維持する工程であって、ｄｅｌｔａＴ≧１０℃である、工程、
を含む、板ガラスを製造する方法。

【請求項5】

ＣＲ２／ＣＲ１＞１０^３である、請求項４記載の板ガラスを製造する方法。

【請求項6】

１２００℃の温度で、かつ２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）の荷重を加えた状態で、ＣＲ２≦１×１０^−５／時間である、請求項４または５記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【関連出願の説明】

【0001】

本出願は、２０１０年５月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／３４９，３６２号の優先権の利益を主張するものである。

【技術分野】

【0002】

本発明は、板ガラスを製造する方法及び装置に関するものである。具体的には、本発明は、板ガラスを製造するフュージョンダウンドロー法、及びこのようなダウンドロー法において使用される装置に関するものである。本発明は、例えば液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）への使用に適する高精度ガラス基板を製造するために有用である。

【背景技術】

【0003】

ＴＶセットのような現在普及している各ＬＣＤ装置では、２枚の高精度板ガラスが使用され、一方の板ガラスが薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のような電子回路素子の基板として、そして他方の板ガラスがカラーフィルタの基板として使用される。種々の技術を、このような高精度光学ガラス基板を製造するために利用することができる。最先端の技術が、米国ニューヨーク州コーニング市にあるＣｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（コーニング社）が開発したオーバーフローフュージョンダウンドロー法であり、このフュージョンダウンドロー法では、通常、ｉｓｏｐｉｐｅ（アイソパイプ）、ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｉｐｅ（フォーミングパイプ）、ｆｏｒｍｉｎｇ ｔｒｏｕｇｈ（フォーミングトラフ）、またはｆｏｒｍｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ（フォーミングデバイス）と表記される成形装置本体（ｆｏｒｍｉｎｇ ｂｏｄｙ）を使用する。成形装置本体は通常、溶融ガラスを流入させる樋空間（ｔｒｏｕｇｈ ｓｐａｃｅ）を画定する２つの上部樋壁（ｕｐｐｅｒ ｔｒｏｕｇｈ ｗａｌｌｓ）及び樋底面（ｔｒｏｕｇｈ ｂｏｔｔｏｍ）を含む上側部分と、そして楔形断面を有する下側部分と、を備え、この楔形断面は、下方に向かって傾斜して下頂部で集結する２つの主側壁外面を有し、上側部分及び下側部分のこれらの側壁が２つの連続成形面を形成する。作動状態では、溶融ガラスが樋に充填され、溶融ガラスが、樋の頂部上面（堰と表記される）から溢れ出すことができるようにし、２つの主側壁外面に沿って流下し、そして次に、２つの外面が下方に向けて接近して収斂する箇所（下頂部と表記される）で合流して、両方の外側表面が成形装置本体の表面に曝されない状態の単体のガラスリボンを形成することができる。リボンを下方に引き延ばし、そして冷却することにより、所望の厚さ、及び化学修飾を施していない外側表面を有する弾性板ガラスを成形する。
【０００４】
サイズが大きくなり続けている状況の中で高い画像品質を有する高品質ＬＣＤを製造するためには、尚一層厳しい要件が、成形装置本体の幾何学的かつ寸法的な安定性に対して課される。十分広い幅の連続板ガラスを製造するために、成形装置本体は通常、両端で宙吊りにされる。作動状態では、成形装置本体は、当該成形装置本体自体の重力、及び当該成形装置本体が支持する溶融ガラスの重力、及び１２００〜１３００℃のような極めて高い作動温度の影響を受ける。このような高い温度、及び大きな外部荷重が加わる状態では、長期の生産活動の安定性の問題を解決することは極めて困難な課題である。コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）は、この問題を解決するために種々の技術を過去数十年に渡って開発するのに成功してきたが、これらの技術では、上向きの曲げモーメントを成形装置本体に、圧縮力を供給側端部及び圧縮側端部の両方に付与することにより加え、そしてサッギングを受け難い高性能材料を使用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、板ガラスの所望サイズが、時間の経過とともにどんどん大きくなってきたので、成形装置本体の水平方向寸法もどんどん大きくなった。寸法（長さ）がより大きく、かつ同じ材料で構成される成形装置本体は、所定期間のうちに所定の作動条件において更に歪み易くなる。更に、１種類の材料で構成され、かつ幾何学的形状安定性に対する全ての要求を満たす単体の成形装置本体は、比較的小さいサイズでも非常に高価である。

【0006】

従って、オーバーフローフュージョンダウンドロー法に用いられ、かつ安価に製造することができ、維持することができ、操作することができ、そして広い幅を有する板ガラスを製造するために適する成形装置本体構造が真に必要となる。

【0007】

本発明は、この必要性、及び他の必要性を満たす。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の幾つかの態様が本明細書において開示される。これらの態様は、互いに重複していてもよい、または重複していなくてもよいことを理解されたい。従って、１つの態様の一部は、別の態様の範囲に含めることができ、逆に、別の態様の一部は、１つの態様の範囲に含めることができる。

【0009】

各態様は、多数の実施形態によって例示され、これらの実施形態が今度は、１つ以上の特定の実施形態を含むことができる。これらの実施形態は、互いに重複していてもよい、または重複していなくてもよいことを理解されたい。従って、１つの実施形態の一部は、または１つの実施形態の特定の実施形態は、別の実施形態の範囲、または別の実施形態の特定の実施形態に含めることができ、逆に、別の実施形態の一部、または別の実施形態の特定の実施形態は、１つの実施形態の範囲、または１つの実施形態の特定の実施形態に含めることができる。

【0010】

従って、本発明の第１の態様によれば、提供されるのは、フュージョンダウンドロー法において使用される、板ガラスを製造する装置であり、該装置は、第１材料で構成される上側部分（１０１）と、そして前記上側部分（１０１）の下方に位置する第２材料で構成される下側部分（１０３）と、を有する成形装置本体を備え、前記上側部分（１０１）は、２つの上部樋壁（１１２，１１４）と、そして溶融ガラスを流入させる樋空間（１０５）を画定する樋底面と、を含み、そして前記下側部分（１０３）は、下方に傾斜して下頂部で終結する２つの主外面を有する楔形断面を有し、そして前記上側部分（１０１）及び前記下側部分（１０３）の側壁は、ほぼ連続する２つの成形面を形成し、これらの成形面を、溶融ガラス流が下方に流れて下頂部（１０８）で通常作動中に合流することができ、前記第１材料は１２００℃でＣＲ１のクリープ変形量を有し、そして前記第２材料は１２００℃でＣＲ２のクリープ変形量を有し、そしてＣＲ１＜ＣＲ２の関係がある。

【0011】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、 ＣＲ２／ＣＲ１＞１０^３、特定の実施形態ではＣＲ２／ＣＲ１＞１０^４、特定の他の実施形態ではＣＲ２／ＣＲ１＞１０^５の関係がある。

【0012】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、ＣＲ１＜１×１０^−７、特定の実施形態ではＣＲ１＜１×１０^−８、特定の他の実施形態ではＣＲ１＜１×１０^−９、特定の他の実施形態ではＣＲ１＜１×１０^−１０、特定の他の実施形態ではＣＲ１＜１×１０^−１１、特定の他の実施形態ではＣＲ１＜１×１０^−１２の関係がある。

【0013】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記装置は更に、前記成形装置本体を収納する炉を備え、前記炉は、前記成形装置本体の前記上側部分（１０１）を略一定の温度に維持し、かつ成形装置本体の前記下側部分（１０３）の温度を、Ｔｔｏｐを前記下側部分（１０３）の上面の温度とし、Ｔｒｏｏｔを前記下側部分（１０３）の前記下頂部（１０８）の温度とした場合に、ｄｅｌｔａＴ＝Ｔｔｏｐ−Ｔｒｏｏｔの温度勾配を有するように維持し、そしてｄｅｌｔａＴ≧１０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧２０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧３０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧５０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧８０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦１００℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦８０℃、特定の他の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦６０℃の関係がある。

【0014】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記第２材料は、１２００℃の温度で、かつ２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）の荷重を加えた状態で、ＣＲ２≦１×１０^−５／時間の関係を満たすクリープ変形量ＣＲ２を有する。

【0015】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記第１材料は、１２００℃の温度で、かつ２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）の荷重を加えた状態で、ＣＲ１≧１×１０^−１３／時間の関係を満たすクリープ変形量ＣＲ１を有する。

【0016】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記下側部分（１０３）は、翼部（１０４，１０６）を杭状ブロック（１０５，１０７）により支持される各端部に有する。特定の実施形態では、杭状ブロック（１０５，１０７）の各ブロックから圧縮力Ｆ、Ｆ’が前記下側部分（１０３）の端部に加わって、圧縮モーメントが前記下側部分（１０３）の内部に生じることにより、前記成形装置本体の前記下側部分（１０３）のサッギングを低減する。

【0017】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記第１材料は基本的に、α−ＳｉＣ（α炭化珪素）、窒化珪素、または酸窒化珪素から成り、そして前記第２材料は基本的に、ジルコンから成る。

【0018】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記上側部分（１０１）は更にキャビティを含む。特定の実施形態では、前記装置は更に、前記キャビティ（１１５）の内部に、前記成形装置本体を加熱するように適合させた加熱素子を備える。

【0019】

本発明の第１の態様の特定の実施形態では、前記上側部分（１０１）の下面及び前記下側部分（１０３）の上面は、これらの面に形成される互いに嵌まり合う凹凸形状を有する。

【0020】

本発明の第２の態様は、板ガラスを製造する方法に関するものであり、該方法は以下の工程：
（Ａ）溶融ガラスを供給する工程、
（Ｂ）第１材料で構成される上側部分（１０１）と、そして前記上側部分（１０１）の下方に位置する第２材料で構成される下側部分（１０３）と、を有する成形装置本体を設ける工程であって、前記上側部分（１０１）が、２つの上部樋側壁と、そして溶融ガラスを流入させる樋空間（１０５）を画定する樋底面と、を含み、そして前記下側部分（１０３）が、下方に傾斜して下頂部で集結する２つの主外面を持つような楔形断面を有し、そして前記上側部分（１０１）及び前記下側部分（１０３）の側壁外面は、ほぼ連続する２つの成形面を形成し、これらの成形面を、溶融ガラス流が下方に流れて前記下頂部（１０８）で通常作動中に合流することができ、前記第１材料が、１２００℃でＣＲ１のクリープ変形量を有し、そして前記第２材料が、１２００℃でＣＲ２のクリープ変形量を有し、そしてＣＲ１＜ＣＲ２の関係がある、前記設ける工程、
（Ｃ）前記溶融ガラスを前記成形装置本体の前記樋に供給し、そして前記溶融ガラスが前記樋側壁の上面から溢れ出し、前記２つの成形面に沿って流れ、そして前記下頂部（１０８）で合流するようにして、単体のガラスリボンを形成する工程、
（Ｄ）前記ガラスリボンを前記下頂部（１０８）の下方に引き延ばして前記板ガラスを成形する工程、
を含む。

【0021】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、ＣＲ２／ＣＲ１＞１０^３、特定の実施形態ではＣＲ２／ＣＲ１＞１０^４、特定の他の実施形態ではＣＲ２／ＣＲ１＞１０^５の関係がある。

【0022】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記方法は更に以下の工程（Ｅ）及び（Ｆ）：
（Ｅ）前記成形装置本体の前記上側部分（１０１）を略一定の温度にマッフル炉で維持する工程、及び
（Ｆ）前記成形装置本体の前記下側部分（１０３）の温度を、Ｔｔｏｐを前記下側部分（１０３）の上面の温度とし、Ｔｒｏｏｔを前記下側部分（１０３）の前記下頂部（１０８）の温度とした場合に、ｄｅｌｔａＴ＝Ｔｔｏｐ−Ｔｒｏｏｔの温度勾配を有するように維持する工程であって、ｄｅｌｔａＴ≧１０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧２０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧３０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧５０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧８０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦１００℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦８０℃、特定の他の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦６０℃の関係がある、前記温度勾配を有するようにする工程、
を含む。

【0023】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記第２材料は、１２００℃の温度で、かつ２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）の荷重を加えた状態で、ＣＲ２≦１×１０^−５／時間の関係を満たすクリープ変形量ＣＲ２を有するように選択される。

【0024】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記第１材料は、１２００℃の温度で、かつ２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）の荷重を加えた状態で、ＣＲ１≧１×１０^−１３／時間の関係を満たすクリープ変形量ＣＲ１を有するように選択される。

【0025】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記下側部分（１０３）は、翼部（１０４，１０６）を杭状ブロック（１０５，１０７）により支持される各端部に有する。特定の実施形態では、圧縮力Ｆ、Ｆ’を前記下側部分（１０３）の各端部に杭状ブロック（１０５，１０７）を介して加えて、圧縮モーメントを前記下側部分（１０３）の内部に生じさせることにより、前記成形装置本体の前記下側部分（１０３）のサッギングを低減する。

【0026】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記第１材料は基本的に、α−ＳｉＣ、窒化珪素、または酸窒化珪素から成り、そして前記第２材料は基本的に、ジルコンから成る。

【0027】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記上側部分（１０１）は更にキャビティを含む。特定の実施形態では、加熱素子を前記キャビティ（１１５）の内部に設けて、前記成形装置本体の前記上側部分（１０１）を加熱する。

【0028】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、前記上側部分（１０１）の下面及び前記下側部分（１０３）の上面は、これらの面に形成される互いに嵌まり合う凹凸形状を有する。

【0029】

本発明の第２の態様の特定の実施形態では、工程（Ｂ）は：
（Ｂ１）使用済み成形装置本体のうちの前記第１材料で構成される上側部分（１０１）を入手する工程、
（Ｂ２）前記第２材料で構成される新品の下側部分（１０３）を入手する工程、及び
（Ｂ３）前記上側部分（１０１）を前記下側部分（１０３）に積み重ねて前記成形装置本体を提供する工程、
を含む。

【0030】

本開示の１つ以上の実施形態、及び／又は態様は、以下の利点のうちの１つ以上の利点を有する。第１に、成形装置本体の上側部分（１０１）は、生産を多数回行なう過程においてリサイクルし、そして再利用することができるので、下側部分（１０３）を取り替えるだけで済み、そして下側部分（１０３）は、小型世代の成形装置本体の場合には修理することもできるので、生産を行なう際の成形装置本体の平均コストを低減することができる。第２に、成形装置本体の稼働寿命は、ジルコンのような１種類のセラミック材料で構成される従来の単体の成形装置本体と比べると、下側部分（１０３）のサッギングが少なく、かつ上側部分（１０１）のサッギングが無いので、延ばすことができる。第３に、上側部分（１０１）は、内部キャビティを有するように形成することができ、これにより、成形装置本体の製造に際する材料消費量を減らすことができ、下側部分（１０３）に加わる重量荷重を低減することができるので、コストを低減することができると同時に、成形装置本体の稼働寿命を延ばすことができる。

【0031】

本発明の更に別の特徴及び利点は、以下の詳細な説明に記載されており、その一部は、当業者であれば、説明から容易に理解することができる、または本発明を、記載の説明、及び本明細書における請求項に明示されている通りに、更には添付の図面の通りに実施することにより容易に理解することができる。

【0032】

これまでの概要説明及び以下の詳細な説明は、本発明の単なる例示に過ぎず、そして概要または構成概念を提供することにより、本発明の本質及び特徴を、本発明が特許請求される通りに理解することができるようにしていることを理解されたい。

【0033】

添付の図面は、本発明に対する理解を深めるために取り込まれ、そして本明細書の一部に組み込まれ、かつ本明細書の一部を構成する。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明の１つの実施形態による積み重ねて合体させる前の成形装置本体の上側部分及び下側部分（１０１，１０３）を側面から見た模式図である。

【図2】本発明の１つの実施形態による積み重ねて合体させる前の成形装置本体の上側部分及び下側部分（１０１，１０３）を端部から見た模式図である。

【図3】本発明の１つの実施形態による作動時の成形装置本体を側面から見た模式図である。

【図4】本発明の別の実施形態による作動時の成形装置本体の上側部分及び下側部分（１０１，１０３）を端部から見た模式図である。

【図5】板ガラスを製造するフュージョンダウンドロー法で作動する成形装置本体の模式図である。

【図6】α−ＳｉＣ製上側部分及びジルコン製下側部分（１０３）を備える成形装置本体の比ＣＲＡ／ＣＲＢを温度の関数として示す図であり、ＣＲＡは上側部分のクリープ変形量であり、そしてＣＲＢは下側部分（１０３）のクリープ変形量である。

【図7】本発明の１つの実施形態による成形装置本体の上側部分の下面、及び下側部分（１０３）の上面の歪みを示す図である。

【図8】下頂部の最大歪みを、下頂部の両端に加わる圧縮力Ｆ、Ｆ’の関数として示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

他に指定のない限り、本明細書及び請求項において使用される成分の重量パーセント及び分子パーセント、寸法、及び特定の物理特性の値のような全ての数字は、全ての例において「ａｂｏｕｔ（約）」という用語で修飾されるものとして理解される必要がある。また、本明細書及び請求項において使用される正確な数値は、本発明の更に別の実施形態を構成することを理解されたい。様々な努力が、これらの例に開示される数値の正確さを確保するために払われている。しかしながら、何れの測定数値も本質的に、当該数値の該当する測定法の標準偏差から生じる特定の誤差を含んでいる。

【0036】

本明細書において使用されるように、本発明を記述し、そして本発明の特許を請求するに当たって、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」を用いる場合、これは「ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ」を意味し、そして異なる明示的な指示がなされていない限り、「ｏｎｌｙ ｏｎｅ」に限定されてはならない。従って、例えば「ａ ｃａｖｉｔｙ」という表記は、本文において明確にそれとは異なる記載がない限り、１つ、２つ、またはそれ以上のこのようなキャビティ（群）１１５を有する実施形態を含む。

【0037】

本開示におけるバルク材料は、室温で少なくとも２００立方センチメートル（ｃｍ^３）の合計容積を有する中身の詰まった連続質量体である。従って、粉末群からなる積層体、または各ペレットが１００ｃｍ^３未満の合計容積を有する構成のペレット群からなる積層体は、本開示では、バルク材料として見なされない。

【0038】

材料のクリープ変形量は、先行技術において利用可能な標準的な方法により、１２００℃の温度で、かつ２００ｐｓｉ（約１．３８ＭＰａ）の荷重を加えた状態で測定される。

【0039】

フュージョンダウンドロー法における成形装置本体は、特定のガラス組成物に対して非常に高い温度で、例えば１１００℃超の温度で作動し、そして当該成形装置本体自体の重量、及び当該成形装置本体が支持する溶融ガラスの重量に起因して、大きな荷重を受ける。更に、当該ダウンドロー法の性質に起因して、溶融ガラスは、頂部から下頂部に向かうにつれて冷却され、温度勾配が成形装置本体に生じる。ジルコン製の成形装置本体は作用応力及び温度でクリープ変形して、不可逆なサッギングを起こし、このサッギングが経時的に進行する。成形装置本体が変形すると、流動パターンが変化し、そして製造される板の厚さがばらつく。特定の稼働期間後、変形が極めて大きくなって、成形装置本体を取り替える必要があった、または作製し直す必要があった。成形装置本体は、それ自体を製造し、そして設置するために非常に高いコストを要する。生産活動が終了し、そして生産ラインの再編が結果として行なわれると、生産損失が一層大きくなってしまう。

【0040】

成形装置本体のサッギングを低減するためにコーニング社が開発した１つの手法では、圧縮力を成形装置本体の両方の端部に、一対の杭状体（ｐｉｅｒｓ）を介して加え、これらの杭状体によって更に、成形装置本体のこれらの端部を支持する。この方法は、小型世代の規模の生産ラインに関してジルコン製の成形装置本体の稼働寿命を数年だけ延ばすために効果を発揮するが、このような効果は限定的であり、特に２０００ｍｍ超の長さを有する成形装置本体のような大型成形装置本体に関して限定的である。

【0041】

ジルコンよりも大幅に小さいクリープ変形量を有する材料が存在するが、作動状態でクリープ変形しない１種類の材料により全体が形成される単体の成形装置本体は、ダウンドロー法が無事に成功するために必要な温度勾配に起因する過度に大きな内部応力を受けることになる。成形装置本体がクリープ変形すると、温度勾配によって生じる内部応力を緩和することができる。クリープ変形が無くなり、そして大きな応力が継続的に作用すると、成形装置本体の破損が突発的に起こってしまう。

【0042】

本発明は、成形装置本体のクリープ変形、及び成形装置本体に加わる応力という相容れない問題に対する解決策を、正常な作動状態で異なるクリープ変形量を有する少なくとも２種類の材料で構成される複合成形装置本体を実現することにより提供する。

【0043】

次に、本発明について添付の図面１〜６に示す種々の実施形態を参照しながら説明し、そして例示する。本明細書における開示の恩恵を享受する当業者であれば、他の実施形態を想到することができ、これらの実施形態も、特許請求する本発明の範囲に含まれことになることに留意されたい。

【0044】

本発明の第１の態様による成形装置本体の上側部分１０１は、第１材料で構成され、そして２つの上部樋壁（１１２，１１４）と、そして樋底面と、を含み、これらの上部樋壁及び樋底面が一体となって、溶融ガラスを流入させる樋空間（１０５）を画定する。成形装置本体の下側部分１０３は、第２材料で構成され、そして２つの主側壁外面を有し、これらの主側壁外面は、下方に向かって傾斜して共通稜線１０８で集結し、この共通稜線１０８は通常、真っ直ぐであり、そして成形装置本体の下頂部と表記される。上側部分１０１は、下側部分１０３の上に積み重ねられる。望ましくは、上側部分１０１及び下側部分１０３を含む成形装置本体組立体は、単体のジルコンで構成される従来の成形装置本体と略同様な外観及び機能を有する。従って、上側部分１０１及び下側部分１０３の側壁外面は、連続する平滑な２つの主側壁外面を形成することが望ましく、これらの主側壁外面を、溶融ガラスが、速度方向が急激に変化することなく流れることができる。望ましくは、上側部分１０１の幅は、下側部分１０３の幅と、上側部分１０１と下側部分１０３との境界において、正常な作動温度において略同じである。作動状態では、成形装置本体は、先行技術に開示されている成形樋供給管、エンドキャップ、及び下頂部誘導加熱手段（ｅｄｇｅ ｄｉｒｅｃｔｏｒｓ）などのような上流側装置及び付属装置に接続されることにより、板ガラスを成形装置本体で、フュージョンダウンドロー法を使用して成形することができる。上側部分１０１及び下側部分１０３は共に、高温に曝され、この高温において、重力が作用する結果、溶融ガラスが流れることができる。

【0045】

成形装置本体の上側部分１０１を構成する第１材料は、成形装置本体の作動温度で、下側部分１０３を構成する第２材料よりも大幅に小さいクリープ変形量を有する。従って、ＣＲ２及びＣＲ１をそれぞれ、１２００℃における第１及び第２材料のクリープ変形量とした場合に、ＣＲ２／ＣＲ１＞１０^３、特定の実施形態ではＣＲ２／ＣＲ１＞１０^４、特定の実施形態ではＣＲ２／ＣＲ１＞１０^５の関係があることが望ましい。例えば、第１材料は、α−ＳｉＣ（α炭化珪素）、窒化珪素、または酸窒化珪素から成るセラミックとすることができ、そして第２材料は、ジルコン、ジルコニア、アルミナ、ＭｇＯ、またはＰｔ及びＰｔ含有合金などのような高融点金属から成るセラミックとすることができる。望ましくは、第２材料の場合でも、ＣＲ２＜１×１０^−５／時間、もっと望ましくはＣＲ２＜１×１０^−６／時間、更に望ましくはＣＲ２＜１×１０^−７／時間の関係がある。概括すると、成形装置本体が、少なくとも２０００ｍｍの長さを有するジルコンのような単体のセラミック材料で構成される場合、当該材料のクリープ変形量は最大１×１０^−６／時間であることが極めて望ましい。しかしながら、本発明の場合、複合構造であるために、ＣＲ２に関する要件は、もっと緩くすることができ、そして例えば、約１×１０^−５／時間〜約１×１０^−６／時間とすることにより、ほぼ同じ大きさのクリープ変形量閾値を設定することができる。

【0046】

図６は、比ＲＡ＝ＣＲＡ／ＣＲＢが温度の関数として変化する様子を示す図であり、ＣＲＡは、異なる温度におけるα−ＳｉＣのクリープ変形量であり、そしてＣＲＢは、異なる温度におけるジルコンのクリープ変形量である。この図は、α−ＳｉＣのクリープ変形量が、１２００℃近傍でジルコンのクリープ変形量の約１×１０^−６に相当することを示している。

【0047】

作動状態では、本発明の成形装置本体は通常、所望の温度及び温度勾配を維持するためにマッフル炉の内部に収容され、このマッフル炉は、例えば先行技術に開示されている１種類の材料で構成される従来の単体の成形装置本体を収納するために使用されるマッフル炉である。望ましくは、マッフル炉は、各セグメントが調節可能な加熱電力を有する構成の幾つかのセグメントを含むことにより、成形装置本体の上側部分１０１を略一定の作動温度に維持することができ、かつ成形装置本体の下側部分１０３が、温度勾配を上面から下部（下頂部）に向かって持つように温度維持される。例えば、上側部分１０１は、堰から上側部分１０１と下側部分１０３との境界に至る温度がＴａｖ±１０℃、更に望ましくはＴａｖ±４℃、更に一層望ましくはＴａｖ±２℃、更に一層望ましくはＴａｖ±１℃の温度範囲に収まるように温度維持することができ、この場合、Ｔａｖは上側部分１０１の平均温度である。望ましくは、成形装置本体の下側部分１０３は、下側部分１０３が温度勾配ｄｅｌｔａＴ＝Ｔｔｏｐ−Ｔｒｏｏｔを持つように温度維持することができ、この場合、Ｔｔｏｐは、下側部分１０３の上面の温度（すなわち、上側部分１０１と下側部分１０３との境界における温度）であり、Ｔｒｏｏｔは、成形装置本体の下頂部１０８（すなわち、下側部分１０３の最下部）の温度であり、そしてｄｅｌｔａＴ≧１０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧２０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧３０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧５０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≧８０℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦１００℃、特定の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦８０℃、特定の他の実施形態ではｄｅｌｔａＴ≦６０℃の関係がある。特定の実施形態では、成形装置本体の下側部分１０３の温度勾配は、上面から下部に向かって略直線的である。

【0048】

上側部分１０１のクリープ変形量が極めて小さいので、上側部分１０１は、ほぼ弾性を保持し、かつ通常作動中にクリープ変形しない。更に、略一定の温度が上側部分１０１のバルク部全体に渡って維持されるので、上側部分１０１は、急峻な温度勾配により生じる大きな熱応力を受けることがない。下側部分１０３が、下頂部で引き延ばされることになるガラスリボンの成形を無事に成功させるために必要な温度勾配に曝されている間、第２材料のクリープ変形量が非常に大きいことによって、ｄｅｌｔａＴによって生じる熱応力を緩和することができる。

【0049】

従来のフュージョンダウンドロー法における普通の成形装置本体の設置状態と殆ど同様であるが、本発明の成形装置本体は、杭状ブロック１０５，１０７によって、下側部分１０３の各端部で支持されるので有利であり、そして次に、上側部分１０１が今度は、下側部分１０３によって支持される。この目的のために、下側部分１０３は、２つの突出翼形端部１０４及び１０６を有し、これらの翼形端部は、杭状支持ブロック１０５及び１０７に被さるように配置することができる。成形装置本体の稼働期間中の成形装置本体の下側部分１０３のサッギングを低減するために、圧縮力Ｆ，Ｆ’を下側部分１０３の各端部に、杭状ブロック１０５及び１０７を介して加えることにより、上向き曲げモーメントを下側部分１０３の本体の内部に生じさせ、このモーメントが、上側部分１０１及び下側部分１０３、及び溶融ガラスの重い重量によるサッギング傾向を中和する。

【0050】

第１材料のクリープ変形量が、極めて高い作動温度でも著しく小さいので、１つ以上のキャビティ（群）１１５を上側部分１０１の内部に、作動中の上側部分１０１のクリープ変形に殆ど影響を及ぼすことなく形成することができる。望ましくは、１つ以上の直線状溝キャビティ（群）１１５を上側部分１０１のバルク部を、一方の端部から他方の端部に貫通するように形成することができる。上側部分１０１の長さのほんの一部のみを貫通するキャビティ（群）１１５を形成することもできる。キャビティ（群）１１５を設ける１つの利点は、キャビティ（群）１１５によって、上側部分１０１に必要な材料を減らすことができ、製造コストを下げることができ、そして重量を大幅に低減することができるので、上側部分１０１の内部の温度勾配によって生じる応力、及び上側部分１０１の重量を低減し、そして重量負荷に起因する下側部分１０３のサッギングを低減することができることである。望ましくは、キャビティ（群）１１５は、上側部分１０１が占める全ボリューム空間の少なくとも１０％を占め、特定の実施形態では少なくとも２０％、特定の実施形態では少なくとも３０％、特定の他の実施形態では少なくとも４０％、特定の更に他の実施形態では少なくとも５０％を占める。更に、ＳｉＣグローバー（glow bar）のような加熱素子をキャビティ（群）１１５のうちの１つ以上のキャビティに挿入することができ、これにより、成形装置本体の上側部分１０１及び下側部分１０３を、初期始動時及び通常作動中に加熱することができ、そして成形装置本体を所望の温度、及び温度勾配に維持することができる。

【0051】

上側部分１０１の下面は、下側部分１０３の上面に直接被せて積み重ねることが望ましい。望ましくは、上側部分１０１及び下側部分１０３との接触は、ほとんど隙間なく行なわれる。従って、１つの実施形態では、上側部分１０１は、略平坦な下面を有し、そして下側部分１０３は、略平坦な上面を有し、そしてこれらの２つの表面を互いに直接接触させることができる。別の実施形態では、上側部分１０１の下面、及び下側部分１０３の上面は、相互に固定できるような面の曲率を有することにより、これらの２つの表面が互いに密に係合することができる。例えば、上側部分１０１の下面は凸輪郭形状を有することができ、そして下側部分１０３の上面は、この凸輪郭形状に一致する凹輪郭形状を有することができ、この凹輪郭形状に、上側部分１０１の凸輪郭形状が収まる。別の例の場合、上側部分１０１の下面は凹溝１１３を有することができ、そして下側部分１０３の上面は、凹溝１１３に挿入される凸状突起部１１１を有することができる。一旦、上側部分１０１を下側部分１０３に積み重ねると、表面凹凸形状によって、これらの２つの上側部分と下側部分とを相互に嵌め合わせることができる。

【0052】

第１材料及び第２材料が、室温から成形装置本体の通常の作動温度までの温度範囲で略同じ線膨張係数を有することが極めて望ましい。しかしながら、これは、２種類の材料のクリープ変形量が大幅に異なることに起因して、不可能ではないにしても、実現することが困難な場合がある。そうではあるが、上側部分１０１の下面、及び下側部分１０３の上面は、通常作動時にほぼぴったり合う、すなわち略同じ幅を有することにより、上側部分１０１及び下側部分１０３の側壁外面が結合して、ほぼ平滑な２つの連続する成形面を、隙間、窪み、または隆起を生じることなく形成することが望ましい。当該目的のために、２種類の材料が、異なる膨張挙動、及び異なる線膨張量を、室温から作動温度に渡って持つ場合、当業者であれば、作動温度にまで加熱された後、上側部分１０１の下面および下側部分１０３の上面が膨張して略同じ幅となり、そしてほぼぴったり合うように、室温において上側部分１０１の下面と下側部分１０３の上面とが僅かに異る幅寸法を有するように設計することができる。

【0053】

本発明による成形装置本体の製造では、上側部分１０１及び下側部分１０３を別々に形成する。下側部分１０３がジルコン系材料で構成される場合、当該下側部分は、例えば国際公開第０２／４４１０２号、同第０８／０６６７２５号、同第０９／０５４９５１号、同第０９／０５８３４５号の各パンフレットなどに開示されている方法によって製造することができ、これらの国際公開公報の全ての開示内容は、本明細書において参照されることにより、これらの国際公開公報の内容全体が本明細書に組み込まれる。第１材料から成る大型高密度セラミックバルク体は、粒子から作られる未焼成体（green body）を焼結することにより形成することができ、そこから、樋、及び任意の内部キャビティ（群）１１５を機械加工することができる。同様に、第２材料から成る大型高密度セラミックバルク体は、粒子から作られる未焼成体（green body）を焼結することにより形成することができ、そこから、楔部を備える下側部分１０３を機械加工することができる。必要に応じて、相互に嵌め合わせることができる表面凹凸形状も機械加工により形成することができる。次に、上側部分１０１及び下側部分１０３を積み重ねて合体させることにより、成形装置本体組立体を形成し、この成形装置本体組立体をマッフル炉に収容し、そして他の上流側装置及び下流側装置に接続する。

【0054】

ガラス製造プロセス中、成形装置本体５００をまず、作動温度に近似する温度に予備加熱する。次に、溶融ガラスを上側部分１０１の樋５０５に、供給管５０１を介して流し込む。一旦、樋５０５が満杯まで充填されると、溶融ガラスは上側部分１０１の両側の堰から溢れ出すことができ、上側部分１０１及び下側部分１０３の２つの側壁外面５０７に沿って流下し、下側部分１０３の側壁外面で徐々に冷却され、次に、下側部分１０３の下頂部５０９に達し、この下頂部５０９では、供給管５０１におけるよりも高い粘度を有する単体の溶融ガラスリボン５０３が形成され、そしてガラスリボンの両縁部に直接接触する引っ張りローラー（図示せず）によって下方へ引き延ばされる。成形装置本体組立体は更に、エンドキャップ５０５、下頂部誘導加熱手段（図示せず）、及び他の付属部品を備えることができる。

【0055】

第１材料のクリープ変形量が極めて小さいとすると、上側部分１０１は、生産活動全体に亘ってほぼ弾性を保持する。更に、下側部分１０３は、従来のジルコン製の単体の成形装置本体よりもずっと小さい変形量ではあるが、クリープ変形およびサッギングが許容されることになる。生産活動の最後では、生産を停止させ、そして成形装置本体をマッフル炉から取り出し、そして解体することができ、そして使用済みの歪んだ下側部分１０３を新しい下側部分に取り替え、新しい下側部分に既存の上側部分１０１を積み重ね、そして次に、これらの上側及び下側部分を新しいマッフル炉に再度、収納する。このように、本発明の大きな利点は、成形装置本体の上側部分１０１をリサイクルすることができ、かつ再利用することができることであり、これにより、フュージョンダウンドロー法における成形装置本体のコストを大幅に低減することができる可能性をもたらすことができる。下側部分１０３に関しても、構造が簡略化されるので、当該下側部分をより小さなサイズに機械加工することができ、そしてより短い長さの成形装置本体を有する生産ラインにおいて使用することができる。ジルコンのような１種類のセラミック材料で構成される従来の成形装置本体は、リサイクル及び再利用することがより困難になってしまうが、その理由は：（ｉ）活動の最後において、両側の堰及び下頂部１０８が歪んでしまうので、堰及び下頂部の両方を機械加工する必要があり；そして（ｉｉ）樋、側壁外面、及び楔部を含む単体の本体の複雑な形状は、下側部分１０３だけ新しくする場合よりも新しくするのがずっと難しいからである。

【0056】

以下の種々の例は、本発明を詳細に示している。しかしながら、これらの例は、単なる例示に過ぎず、特許請求する本発明を限定するものとして決して解釈されてはならない。

【0057】

例
α−ＳｉＣで形成された上側部分１０１と、そしてジルコンで形成された下側部分１０３と、を備え、７９インチ（２０００ｍｍ）の長さを有し、１１６４℃の下頂部温度、１２２１℃の堰温度、及び各端部における６０００ ｌｂｓ（２６，６８９ニュートン）の圧縮力Ｆで作動する複合アイソパイプを数値シミュレーションにより解析した。図７は、上側部分と下側部分との境界における見積もり形状変化を示している。水平軸のデータは成形装置本体の圧縮側端部（すなわち、溶融ガラス供給管が位置する端部とは反対側で圧縮力Ｆを受ける側の成形装置本体の端部）からの距離であり、そして垂直軸のデータは、マイクロメートル／年で表わされる撓み量である。曲線７０３は、上側部分１０１の下面の形状を示し、そして曲線７０５は、下側部分１０３の上面の形状を示している。距離７０１は、上側部分１０１の下面と下側部分１０３の上面との間の最大ギャップを示している。予測の通り、上側部分は、当該上側部分の経時的なクリープ変形が無視できるので殆ど変化せず、そして上側部分は、当該上側部分が、変形している下側部分１０３にもたれかかるので、僅かに傾斜し、かつずれているに過ぎない。下側部分１０３は、ジルコンのクリープ変形量が非常に大きいので、経時的にクリープ変形する。境界の複雑な形状は、曲げモーメントが加わることにより生じる。曲線７０３と７０５との差は、圧縮側端部から見た種々の場所における上側部分と下側部分との間のギャップ拡大量である。

【0058】

次に、異なる圧縮荷重を受ける同じ作動温度の同じ成形装置本体を、圧縮力Ｆが最大ギャップ７０１の拡大量に及ぼす影響に関して、数値シミュレーションにより解析した。図８の水平軸に示されるのは、ポンドという力の単位で表わされる圧縮力Ｆであり、そして垂直軸に示されるのは、マイクロメートル／年で表わされる最大ギャップ拡大量である。図から分かるように、最小拡大量が、約６０００ポンドの力である圧縮力Ｆで観測された。

【0059】

当業者であれば、種々の変形及び変更を本発明に、本発明の範囲及び思想から逸脱しない範囲で加えることができることを理解できるであろう。従って、本発明は、本発明のこれらの変形及び変更を、これらの変形及び変更が、添付の請求項、及びこれらの請求項の均等物の範囲に収まる限り、包含するものである。

【符号の説明】

【0060】

１０１ 上側部分
１０３ 下側部分
１０４，１０６ 翼部、突出翼形端部
１０５ 樋空間
１０５，１０７ 杭状ブロック
１０８ 下頂部、共通稜線
１１１ 突状突起部
１１２，１１４ 上部樋壁
１１３ 凹溝
１１５ キャビティ
５００ 成形装置本体
５０１ 供給管
５０３ 溶融ガラスリボン
５０５ 樋
５０５ エンドキャップ
５０７ 側壁外面
５０９ 下頂部
７０１ 距離、最大ギャップ
７０３，７０５ 曲線
ＣＲ１，ＣＲ２ クリープ変形量
ＣＲＡ α−ＳｉＣのクリープ変形量
ＣＲＢ ジルコンのクリープ変形量
ｄｅｌｔａＴ 温度勾配
Ｆ、Ｆ’ 圧縮力
Ｔａｖ 上側部分の平均温度
Ｔｔｏｐ 下側部分の上面の温度
Ｔｒｏｏｔ 成形装置本体の下頂部の温度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】